JP5409856B2 - 非接触受給電装置 - Google Patents

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Description

本発明は、電磁誘導を利用して非接触により電力を受給電する非接触受給電装置に関する。
従来の技術では、電気自動車に搭載されたバッテリーに充電する充電装置において、例えば、「地面を掘って地下に形成した収容室に設けた1次側カプラと、この1次側カプラを2次側カプラに向けて昇降させ収容室から地上に突出させる昇降手段とを備え、1次側カプラの上面が2次側カプラの下面に接触・当接したときに相手側カプラからの反力を利用して双方の面を密着させる密着手段を1次側カプラと昇降手段との間若しくは2次側カプラと車体との間に設けた」ことにより、「普段は人や車の通行の邪魔にならないように設置させることができる。」ものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
また、充電完了を知るためには、電気自動車側のバッテリー電圧等の情報を得る必要がある。これを実現する技術として、例えば、「…信号伝送用のコイル16,17は、非接触給電装置1の電力伝送用の給電,受電コイル3,5に組込まれている。…給電側2の扁平渦巻き巻回されて円環構造をなす給電コイル3について、これまでデッドスペースに過ぎなかったその円状の中央空間15に、信号伝送用のコイル17具体的には受信側18のコイル17が、埋め込まれている。」ものが提案されている(例えば、特許文献2参照)。
特開2000−152512号公報([0005]) 特開2008−288889号公報([0022])
上記特許文献1に記載の技術では、1次側カプラを2次側カプラに密着させる必要があるため、電気自動車に据え付けられた2次側カプラの位置が、1次側カプラの収容された位置にくるように、正確に停車しなければならない。
このため、2次側カプラ(受電コイル)の位置が1次側カプラ(給電コイル)に対応する位置にない場合、電力を供給することができない、という問題点があった。
また、上記特許文献2に記載の技術では、給電装置と受電装置間の通信を行うためには、給電コイル及び受電コイルとは別に、信号伝送用のコイルを設ける必要がある、という問題点があった。
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、第1の目的は、給電装置に対する受電装置の位置が、一定の誤差があっても、給電装置から受電装置へ電力を供給することができる非接触受給電装置を得るものである。
第2の目的は、給電装置に対する受電装置の位置が、一定の誤差があっても、給電装置から受電装置への給電効率を向上させることができる非接触受給電装置を得るものである。
第3の目的は、信号伝送用コイルを設けなくとも、給電装置と受電装置との間の通信を行うことができる非接触受給電装置を得るものである。
本発明に係る非接触受給電装置は、
複数の給電コイルを有し、該給電コイルに交流電流を供給する給電装置と、
受電コイルを有し、電磁誘導により前記給電装置から電力を受電する受電装置と
を備え、
前記受電装置は、電気自動車に搭載され、
前記給電装置は、前記電気自動車が所定の向きに停車する地面に配置され、
前記複数の給電コイルは、円形コイルにより構成され、
前記各円形コイルは、前記電気自動車の進行方向及び車軸方向に、半径の距離だけ互いに周方向にずらして配置され、車軸方向にずらして配置した前記円形コイルの数が、進行方向にずらして配置した前記円形コイルの数より多く、
前記給電装置は、
前記複数の給電コイルのうち、前記受電装置に給電が可能な給電コイルを選択し、該給電コイルに交流電流を供給するものである。
本発明は、複数の給電コイルのうち、給電装置から受電装置に給電が可能な給電コイルを選択して、この給電コイルに交流電流を供給することにより受電装置へ電力を供給する。
このため、給電装置に対する受電装置の位置が、一定の誤差があっても、給電装置から受電装置へ電力を供給することができる。
実施の形態1に係る非接触受給電装置の構成を示す図である。 実施の形態1に係る給電装置4及び受電装置3間の通信波形を示す図である。 実施の形態1に係る給電装置4及び受電装置3間のデータ通信を示す図である。 実施の形態2に係る棒状の給電コイル2の配置を示す図である。 実施の形態2に係る円形の給電コイル2の配置を示す図である。 実施の形態2に係る円形の給電コイル2の配置を示す図である。 実施の形態3に係る非接触受給電装置の構成を示す図である。
実施の形態1.
(構成)
図1は実施の形態1に係る非接触受給電装置の構成を示す図である。
図1において、本実施の形態における非接触受給電装置は、受電装置3と、給電装置4とを備える。
<受電装置3>
受電装置3は、例えば電気自動車などの車両の床側の面に搭載される。
この受電装置3は、電磁誘導により給電装置4から電力を受電するものである。
受電装置3は、受電コイル1、受信回路(受電側)7、送信回路(受電側)8、受電回路9、充電量測定回路10、及び蓄電池11を備える。
なお、受信回路(受電側)7は、本発明における「受電側受信回路」に相当する。
なお、送信回路(受電側)8は、本発明における「受電側送信回路」に相当する。
なお、蓄電池11は、本発明における「蓄電手段」に相当する。
受電コイル1は、給電装置4の給電コイル2(後述)と電磁的に結合して、電磁誘導によって電力を受電する。
受信回路(受電側)7は、受電コイル1に誘起された電圧に基づき、給電装置4からの送信データを受信する。詳細は後述する。
送信回路(受電側)8は、受電コイル1のインピーダンス及び受電コイル1に接続された負荷の容量の少なくとも一方を、給電装置4へ送信する送信データに応じて変動させる。詳細は後述する。
受電回路9は、受電コイル1で受電した高周波電流を交流から直流に変換し、さらに所望の電圧に変換して、蓄電池11に充電する。
充電量測定回路10は、蓄電池11に蓄えられる単位時間当たりの充電量を測定する。
蓄電池11は、給電装置4から受電した電力を蓄える。
<給電装置4>
給電装置4は、例えば電気自動車が停車される場所の地面に配置される。
この給電装置4は、電磁誘導により受電装置3へ電力を供給するものである。
給電装置4は、給電コイル2、受信回路(給電側)5、送信回路(給電側)6、給電回路12、及び給電コイルセレクター13を備える。
なお、受信回路(給電側)5は、本発明における「給電側受信回路」に相当する。
なお、送信回路(給電側)6は、本発明における「給電側送信回路」及び「短絡開放手段」に相当する。
給電コイル2は、複数のコイルにより構成される。各コイルは所定の間隔を隔てて配置される。例えば、電気自動車が停車される地面の面方向にずらして配置される。
ここでは、給電コイル2A、及び給電コイル2Bの2つのコイルの場合について説明する。
なお、給電コイル2A及び2Bを区別しないときは単に「給電コイル2」ともいう。
なお、給電コイル2の数は、これに限らず、任意の数だけ設けることができる。
受信回路(給電側)5は、給電コイル2に誘起された電圧に基づき、受電装置3からの送信データを受信する。詳細は後述する。
送信回路(給電側)6は、図1に示すように、給電コイル2A、2Bの端子間をそれぞれ短絡状態(ショート)又は開放状態(オープン)にするスイッチにより構成される。
そして、送信回路(給電側)6は、給電コイル2に供給される交流電流を、送信データに応じて変調する。
例えば、符号化した送信データにおいて、データの符号に応じて給電コイル2の端子間をショート/オープンして、当該給電コイル2に供給される高周波電流の振幅を変調する2値ASKを行う。
また、送信回路(給電側)6は、複数の給電コイル2のうち、交流電流が供給されてない給電コイル2の端子間をオープンにする。詳細は後述する。
給電回路12は、複数の給電コイル2のうち、受電装置3に給電が可能な給電コイル2を選択し、当該給電コイル2に高周波(例えば数十kHz以上)の交流電流(以下「高周波電流」という。)を供給する。
給電コイルセレクター13は、図1に示すように、例えば切替スイッチにより構成される。
この給電コイルセレクター13は、給電回路12の指示により、給電コイル2A及び2Bと給電回路12との接続を切り替える。
次に、本実施の形態における非接触受給電装置の動作を説明する。
(動作)
まず、給電装置4は、複数の給電コイル2のうち、受電装置3に給電が可能な給電コイル2を選択する。詳細は後述する。
そして、給電装置4は、選択した給電コイル2に高周波電流を供給する。
これにより給電コイル2には、時間変化する磁束が生じる。
受電装置3の受電コイル1には、給電コイル2で生じた磁束が鎖交し、電磁誘導により誘導起電力が発生する。
そして、受電装置3の受電回路9は、受電コイル1で受電した高周波電流を交流から直流に変換し、さらに所望の電圧に変換して、蓄電池11に充電する。
これにより、給電装置4から受電装置3に電力を給電する。
なお、給電装置4は、送信回路(給電側)6により、複数の給電コイル2のうち、高周波電流が供給されていない給電コイル2(以下「使用コイル」ともいう。)の端子間をオープン状態にする。
これは、使用コイルに生じた磁束が、給電に使用していない給電コイル2(以下「不使用コイル」ともいう。)とも鎖交するため、当該不使用コイルには誘導起電力が生じる。
このため、不使用コイルの端子間をショートすると当該不使用コイルに電流が流れ、受電装置3に対する給電効率が低下するためである。
したがって、不使用コイルの端子間を全てオープン状態にすることにより、給電コイル2から受電コイル1に効率良く電力を伝達することができる。
次に、給電装置4における給電コイル2の選択動作について説明する。
まず、給電装置4の給電回路12は、給電コイルセレクター13により、複数の給電コイル2のうちから、順番に1つずつ切り替えていく。
以下、給電コイル2Aに切り替えた場合について記載する。
図2は実施の形態1に係る給電装置4及び受電装置3間の通信波形を示す図である。
図2において、振幅変調データ23は、本発明における「所定の送信データ」に相当する。
図2において、振幅変調波形26は、本発明における「所定の応答データ」に相当する。
図2に示すように、給電装置4の給電回路12は、給電コイル2Aに対して、高周波の給電電流21を出力する。
なお、給電回路12から出力する給電電流の出力レベル(電流値の大きさ)は可変可能である。
次に、給電装置4の送信回路(給電側)6は、図2のスイッチ制御22に示すように、スイッチのON、及びOFF制御を行い、給電コイル2Aの端子間をショート/オープンにする。
これにより、図2の振幅変調データ23に示すように、給電コイル2に供給する高周波電流である給電電流21を、所定の間隔でオンオフ(変動)させる。
ここでは、所定の間隔として、一定期間Lowレベルの後、Hiレベルを継続する。
一方、受電装置3の受電コイル1には、図2に示すように、振幅変調データ23に起因する電磁誘導により、受信信号24が誘起される。
なお、図2に示すように、この受信信号24は、振幅変調データ23より、電圧レベルが少し低くなる。
受電装置3の受信回路(受電側)7は、受電コイル1に誘起された電圧(受信信号24)を検出し、この受信信号24が所定の間隔で変動したか否かを判断する。
ここでは、受信信号24が、一定期間Lowレベルとなった後、Hiレベルとなったとき、受電コイル1に誘起された電圧(受信信号24)が所定の間隔で変動したと判断する。
次に、受電装置3の送信回路(受電側)8は、受電コイル1に誘起された電圧(受信信号24)が所定の間隔で変動したとき、受電コイル1のインピーダンス及び受電コイル1に接続された負荷の容量の少なくとも一方を変動(以下「負荷変動」という。)させる。
この負荷変動は、図2の負荷変動スイッチ制御25に示すように、一定の間隔で送信回路(受電側)8の負荷変動スイッチをON、OFFさせ、受信している高周波電流を振幅変調させる。
これにより、受電装置3の受電コイル1には、図2に示すように、振幅変調波形26が得られる。
なお、負荷変動としては、例えば、受電コイル1の端子間をショート又はオープンにする負荷変動スイッチや、受電コイル1にコンデンサを並列に接続するスイッチのオンオフや、受電コイル1に並列に接続されたコンデンサの容量値を変換することで実現することができる。
このような受電装置3側の負荷変動により、給電装置4の給電コイル2Aに誘起される電圧は、負荷変動に応じて変動することとなる。
給電装置4の受信回路(給電側)5は、給電コイル2Aに誘起された電圧に基づき、受電装置3からの振幅変調波形26を送信データとして受信する。
そして、受電装置3からの振幅変調波形26が受信できた場合、当該給電コイル2Aを、受電装置3に給電が可能な給電コイル2として選択する。
一方、給電装置4の受信回路(給電側)5により、受電装置3からの振幅変調波形26が受信できない場合、当該給電コイル2Aは、受電装置3への給電が可能でないと判断する。
次に、給電回路12は、給電コイルセレクター13により、給電するコイルを給電コイル2Bに切り替えて、同様の動作を行う。
以上のように、非接触受給電装置は、給電装置4と受電装置3との間で以下のような通信を行うこととなる。
つまり、給電装置4は、複数の給電コイル2のうち何れか1つを用いて、振幅変調データ23(送信データ)を受電装置3に送信する。
次に、受電装置3は、給電装置4から振幅変調データ23を受信したとき、振幅変調波形26(応答データ)を給電装置4に送信する。
そして、給電装置4は、受電装置3から振幅変調波形26を受信したとき、当該給電コイル2を、受電装置3に給電が可能な給電コイル2として選択する。
このような通信を行い、給電装置4は、通信の可否によって、給電コイル2を選定することが可能となる。
なお、図2の例では、給電装置4からの送信データは、1箇所がLowレベルになっているだけであるが、これに限らず、データ列を送信するようにしても良い。
例えば図3のように、送信回路(給電側)6は、送信データ31に応じて高周波電流をオンオフした後、給電回路12は、一定レベルの受信データ用無変調波32を出力する。
そして、受電装置3の受信回路(受電側)7は、給電装置4からの送信データ31を受信した後、受信データ33のデータ列に応じて、送信回路(受電側)8の負荷変動スイッチを制御して、受信データ用無変調波32を振幅変調する。
このような動作により、給電装置4と受電装置3との間でデータ列を送受信するようにしても良い。
次に、給電装置4により、受電装置3に給電が可能な給電コイル2を複数選択したときの動作について説明する。
以下、給電コイル2A及び2Bが、受電装置3に給電が可能な給電コイル2として選択された場合について説明する。
まず、給電装置4の給電回路12は、給電コイルセレクター13により、給電コイル2A及び2Bの何れか一方に切り替える。ここでは、給電コイル2Aに切り替える。
給電装置4の給電回路12は、給電コイル2に供給する高周波電流の給電出力レベル(電流値)を低下させる。この出力レベルの低下は、例えば予め定めた所定のレベル(電流値)だけ低下させる。
給電装置4は、出力レベルを低下させた高周波電流を用いて、上記の通信を行い、給電コイル2Aによる通信の可否を判断する。
次に、給電装置4の給電回路12は、給電コイルセレクター13により、給電コイル2Bに切り替える。
そして、同様に、出力レベルを低下させた高周波電流を用いて、上記の通信を行い、給電コイル2Bによる通信の可否を判断する。
給電コイル2A及び2Bのうち、何れか一方のみが通信が可能な場合、当該通信が可能な給電コイル2を、受電装置3に給電が可能な給電コイル2として選択する。
一方、給電コイル2A及び2Bが共に通信が可能な場合、給電装置4の給電回路12は、給電コイル2に供給する高周波電流の給電出力レベルを、さらに低下させる。
そして、同様に、給電コイル2A及び2Bを用いた通信の可否を判断し、何れか一方のみが通信可能となるまで、上記動作を繰り返す。
これにより、受電装置3に給電が可能な給電コイル2を複数選択したとき、当該複数の給電コイル2のうち、最も低い高周波電流により、受電装置3から応答データを受信した給電コイル2を、受電装置3に給電が可能な給電コイル2として選択する。
(効果)
以上のように本実施の形態においては、複数の給電コイル2のうち、給電装置4から受電装置3に給電が可能な給電コイル2を選択して、この給電コイル2に高周波電流を供給することにより受電装置3へ電力を供給する。
このため、給電装置4に対する受電装置3の位置が、一定の誤差があっても、給電装置4から受電装置3へ電力を供給することができる。
例えば、受電装置3が搭載された電気自動車の停車位置が、一定の誤差の範囲内にずれていても、給電装置4から受電装置3へ電力を供給することができる。
また、受電装置3に給電が可能な給電コイル2を複数選択したとき、当該複数の給電コイル2のうち、最も低い高周波電流により、通信可能である給電コイル2を、受電装置3に給電が可能な給電コイル2として選択する。
これにより、受電装置3に給電が可能な給電コイル2のうち、最も給電効率の高い給電コイル2を選定することが可能となる。
よって、給電装置4から受電装置3への給電効率を向上させることができる。
したがって、無駄な電力消費が低減され、エネルギー消費量を削減することができる。
また、給電装置4は、複数の給電コイル2のうち何れか1つを用いて、振幅変調データ23(送信データ)を受電装置3に送信し、受電装置3は、給電装置4から振幅変調データ23を受信する。また、受電装置3は、振幅変調波形26(応答データ)を給電装置4に送信し、給電装置4は、受電装置3から振幅変調波形26を受信する。
これにより、給電装置4及び受電装置3に信号伝送用コイルを設けなくとも、給電装置4と受電装置3との間の通信を行うことができる。
なお、上記説明では、給電が可能な給電コイル2を複数選択したとき、高周波電流の出力レベルを低下させたが、これに限らず、以下に述べる動作により、当該複数の給電コイル2のうち、何れか1つを受電装置3に給電が可能な給電コイル2として選択するようにしても良い。
<受信感度>
例えば、給電装置4は、受信回路(給電側)5の受信感度を低下させ、受電装置3と通信を行い、当該複数の給電コイル2のうち、最も低い受信感度により、受電装置3から応答データを受信した給電コイル2を、受電装置3に給電が可能な給電コイル2として選択する。
このような動作によっても、受電装置3に給電が可能な給電コイル2のうち、最も給電効率の高い給電コイル2を選定することが可能となる。
<受信レベル>
また例えば、給電装置4は、受信回路(給電側)5で、受信した応答データ(振幅変調波形26)の電圧値を測定する。そして、当該複数の給電コイル2のうち、受電装置3から受信した応答データにより給電コイル2に誘起された電圧値(Hiレベル)が、最も大きい給電コイル2を、受電装置3に給電が可能な給電コイル2として選択する。
このような動作によっても、受電装置3に給電が可能な給電コイル2のうち、最も給電効率の高い給電コイル2を選定することが可能となる。
なお、給電コイル2に誘起された電圧値(Lowレベル)が、最も低い給電コイル2を、受電装置3に給電が可能な給電コイル2として選択しても良い。
<ビットレート>
また例えば、給電装置4は、受電装置3との通信可能の通信を確保した後に、送信回路(給電側)6のスイッチをON、OFFする周波数を高くする。つまり、振幅変調データ23(送信データ)のビットレートを上昇させる。即ち、図2の例では、振幅変調データ23の波形のLow部分を短くする。
なお、周波数を高くすることについては、通信によって、受電装置3に事前に通知する。
そして、当該複数の給電コイル2のうち、最も高いビットレートにより、受電装置3から応答データを受信した給電コイル2を、受電装置3に給電が可能な給電コイル2として選択する。
これにより、最も高速に通信可能な給電コイル2を選定することも可能である。
このような動作によっても、受電装置3に給電が可能な給電コイル2のうち、最も給電効率の高い給電コイル2を選定することが可能となる。
また例えば、受電装置3は、給電装置4との通信可能の通信を確保した後に、送信回路(受電側)8の負荷変動スイッチをON、OFFする周波数を高くする。つまり、振幅変調波形26(応答データ)のビットレートを上昇させる。即ち、図2の例では、負荷変動スイッチ制御25のON、OFF周期を短くする。
そして、当該複数の給電コイル2のうち、最も高いビットレートにより、受電装置3から応答データを受信した給電コイル2を、受電装置3に給電が可能な給電コイル2として選択する。
これにより、最も高速に通信可能な給電コイル2を選定することも可能である。
このような動作によっても、受電装置3に給電が可能な給電コイル2のうち、最も給電効率の高い給電コイル2を選定することが可能となる。
なお、給電装置4と受電装置3とで別々にビットレートを変化させず、同時に変化させても同様のことが実現可能である。
<受電電圧>
また例えば、受電装置3の受信回路(受電側)7は、受電コイル1に誘起された電圧値を測定し、送信回路(受電側)8は、当該電圧値の情報を応答データに含めて給電装置4に送信する。例えば、電圧値の情報を符号化して、当該符号に応じて負荷変動スイッチをオンオフして、振幅変調波形26を生成する。
そして、給電装置4は、受信した振幅変調波形26を復調して、当該複数の給電コイル2のうち、受電コイル1に誘起された電圧値が最も大きくなる給電コイル2を、受電装置3に給電が可能な給電コイル2として選択する。
このような動作によっても、受電装置3に給電が可能な給電コイル2のうち、最も給電効率の高い給電コイル2を選定することが可能となる。
<充電量>
また例えば、受電装置3は、充電量測定回路10により、蓄電池11に蓄えられる単位時間当たりの充電量を測定し、送信回路(受電側)8は、当該単位時間当たりの充電量の情報を応答データに含めて給電装置4に送信する。
そして、給電装置4は、受信した応答データに基づき、当該複数の給電コイル2のうち、単位時間当たりの充電量が最も大きくなる給電コイル2を、受電装置3に給電が可能な給電コイル2として選択する。
このような動作によっても、受電装置3に給電が可能な給電コイル2のうち、最も給電効率の高い給電コイル2を選定することが可能となる。
また例えば、受電装置3は、充電量測定回路10により、蓄電池11に蓄えられた充電量を測定し、送信回路(受電側)8は、当該充電量の情報を定期的に給電装置4に送信する。
そして、給電装置4は、受信した充電量の情報に基づき、蓄電池11に蓄えられる単位時間当たりの充電量を求め、当該複数の給電コイル2のうち、単位時間当たりの充電量が最も大きくなる給電コイル2を、受電装置3に給電が可能な給電コイル2として選択する。
このような動作によっても、受電装置3に給電が可能な給電コイル2のうち、最も給電効率の高い給電コイル2を選定することが可能となる。
実施の形態2.
本実施の形態2では、各給電コイル2の形状、及びその配置について説明する。
なお、受電装置3及び給電装置4の構成は、上記実施の形態1と同様であり、同一部分には同一の符号を付する。
<棒状コイル>
まず、各給電コイル2が、棒状コイルにより構成された場合について説明する。
図4は実施の形態2に係る棒状の給電コイル2の配置を示す図である。
図4に示すように、各給電コイル2を、棒状コイルにより構成した場合、各棒状コイルは、コイル長(L)の半分の距離(L/2)だけ互いに軸方向にずらして配置する。
これは、受電装置3の受電コイル1が棒状コイルの場合、給電コイル2とちょうど半分ずれた位置に配置された時に、受電コイル1の漏れ磁束により、給電コイル2の励磁磁束を打ち消してしまうためである。
(効果)
このように配置することにより、受電コイル1及び給電コイル2が棒状コイルにより構成された場合に、受電コイル1が、複数の給電コイル2のうち何れか1つの半分の位置の所に配置されても、他の給電コイル2については受電コイル1とのずれは少なくなり、給電効率の低下を最小限に抑えることが可能となる。
<円形コイル:同径>
次に、各給電コイル2が、同径の円形コイルにより構成された場合について説明する。
図5は実施の形態2に係る円形の給電コイル2の配置を示す図である。
図5に示すように、各給電コイル2を、同径の円形コイルにより構成した場合、各円形コイルは、半径の距離だけ互いに周方向にずらして配置する。
(効果)
このように配置することにより、受電コイル1が、複数の給電コイル2のうちの何れか1つとずれて配置されても、他の給電コイル2と受電コイル1とのずれは少なくなり、給電効率の低下を最小限に抑えることが可能となる。
これにより、給電装置4に対する受電装置3の位置が、一定の誤差があっても、給電装置4から受電装置3へ電力を供給することができる。
また、各円形コイルは、半径の距離だけ互いに周方向にずらして配置するので、各給電コイル2が重ならないように配置する場合と比較して、損失の少ない給電が可能になる。
なお、受電装置3を、電気自動車に搭載して、給電装置4を駐車スペースの地面に配置する場合、電気自動車は、所定の向きに停車することとなる。
このため、各円形コイルは、電気自動車の進行方向及び車軸方向にずらして配置する。
(効果)
このように配置することにより、電気自動車を停車する際に、給電装置4との位置がずれやすい方向である進行方向と車軸方向に対する給電可能な範囲を大きくすることができる。
また、電気自動車の停車位置に、タイヤが前又は後ろにそれ以上動かなくなるような「車止め」が有る場合には、電気自動車の進行方向に対しては、給電装置4とのずれは少なくなる。
このため、図5に示すように、車軸方向にずらして配置した円形コイルの数が、進行方向にずらして配置した円形コイルの数より多くなるように配置する。
(効果)
このような配置にすることにより、車止めが有る場合において電気自動車を停車する際に、給電装置4との位置がずれやすい方向である車軸方向に対する、給電可能な範囲を大きくすることができ、進行方向にずらす円形コイルの数を少なくすることができる。
なお、図5の例では、各円形コイルを、電気自動車の進行方向及び車軸方向にそれぞれずらして配置した場合を示すが、本発明はこれに限らず、電気自動車の進行方向及び車軸方向の少なくとも一方にずらして配置するようにしても良い。
<円形コイル:異径>
次に、各給電コイル2が、それぞれ直径が異なる円形コイルにより構成された場合について説明する。
図6は実施の形態2に係る円形の給電コイル2の配置を示す図である。
図6に示すように、各給電コイル2を、それぞれ直径が異なる円形コイルにより構成した場合、各円形コイルは、同心円状に配置する。
(効果)
このように配置することにより、受電コイル1の大きさが、例えば電気自動車の車種によって異なる場合に、当該受電コイル1の大きさに応じて、給電損失が少なくなる給電コイル2を用いて給電することが可能になる。
また、給電コイル2と受電コイル1の大きさが同じであっても、受電コイル1が給電コイル2の何れか1つとずれていた時に、大きめの給電コイル2で給電することにより、効率良く給電することが可能である。
これにより、給電装置4に対する受電装置3の位置が、一定の誤差があっても、給電装置4から受電装置3へ電力を供給することができる。
実施の形態3.
本実施の形態3では、電力線搬送通信方式を用いて、給電装置4に電力を供給する例えば宅内と、受電装置3が搭載される例えば電気自動車との間の通信を行う形態について説明する。
(構成)
図7は実施の形態3に係る非接触受給電装置の構成を示す図である。
図7に示すように、本実施の形態3における受電装置3は、上記実施の形態1の構成に加え、通信制御回路(受電側)61、結合回路(受電側)62、及び受電側接続手段63を備える。
また、本実施の形態3における給電装置4は、上記実施の形態1の構成に加え、通信制御回路(給電側)71、結合回路(給電側)72、給電側接続手段73、及び整流回路74を備える。
なお、通信制御回路(受電側)61及び結合回路(受電側)62は、本発明における「給電側電力線搬送通信手段」に相当する。
なお、通信制御回路(給電側)71及び結合回路(給電側)72は、本発明における「受電側電力線搬送通信手段」に相当する。
その他の構成は、上記実施の形態1と同様であり、同一部分には同一の符号を付する。
なお、図7においては、図示しないが、上記実施の形態1と同様に、複数の給電コイル2及び給電コイルセレクター13を設け、最も給電効率の高い給電コイル2を選択するようにしても良い。
また、上記実施の形態1と同様に、受電装置3に充電量測定回路10を設けて給電コイル2を選択しても良い。
<受電装置3>
受電側接続手段63は、受電装置3が搭載された電気自動車の車内DC電源(電力線)に接続される。そして、受電側接続手段63は、当該受電装置3が受電した電力を、車内DC電源に供給する。
なお、車内DC電源には、例えば電気自動車の車内に搭載された通信機器(カーナビゲーションシステムや警報装置など)が接続される。
結合回路(受電側)62は、車内のDC電源と結合し、電力線搬送通信方式により、車内DC電源に通信データを重畳する。
通信制御回路(受電側)61は、通信データを電力線搬送通信方式の信号に変換する。
<給電装置4>
給電側接続手段73は、例えばAC電源プラグなどにより構成され、例えば宅内やビルの電力線に接続される。そして、給電側接続手段73は、接続した電力線からの交流電源を、当該給電装置4に供給する。
なお、電力線(AC電源)には、例えば宅内やビルに配置された情報通信機器(パーソナルコンピューターや、警報監視装置など)が接続される。
結合回路(給電側)72は、電力線(AC電源)と結合し、電力線搬送通信方式により、電力線に通信データを重畳する。
通信制御回路(給電側)71は、通信データを電力線搬送通信方式の信号に変換する。
整流回路74は、給電側接続手段73を介して供給されるAC電源からの交流電力を直流電力に整流する。そして、整流回路74は、整流した直流電力を給電回路12に供給する。
次に、本実施の形態における非接触受給電装置の動作を説明する。
なお、給電装置4から受電装置3に対する給電動作は上記実施の形態1と同様である。
(動作)
まず、電力線搬送通信方式を用いて、給電装置4側から受電装置3側に対する情報伝達について説明する。
例えば宅内やビルに配置された情報通信機器から電力線に対して、電力線搬送通信の信号が重畳される。
給電装置4の結合回路(給電側)72は、給電側接続手段73を介して接続された電力線(AC電源)と結合し、電力線に重畳された電力線搬送通信の信号(通信データ)を取得する。
次に、給電装置4の通信制御回路(給電側)71は、電力線搬送通信の信号(通信データ)をASK信号に変換する。
そして、送信回路(給電側)6は、ASK信号に応じて、給電コイル2に給電される高周波電流を変調する。この変調動作は上記実施の形態1と同様である。
これにより、上記実施の形態1と同様に、電磁誘導により、給電コイル2から受電コイル1に通信データが伝達する。
受電装置3の受信回路(受電側)7は、受電コイル1に誘起された電圧に基づいて、ASK復調して通信データを取得する。この復調動作は上記実施の形態1と同様である。
次に、通信制御回路(受電側)61は、復調された通信データを電力線搬送通信の信号に変換する。
受電装置3の結合回路(受電側)62は、車内DC電源と結合し、電力線搬送通信の信号を車内DC電源の電力線に重畳する。
そして、例えば電気自動車内に搭載された通信機器は、電力線に重畳された電力線搬送通信の信号を受信し、宅内の情報通信機器からの通信データを取得する。
このような動作により、電力線搬送通信方式を用いて、給電装置4側から受電装置3側に通信データの伝送が実現できる。
次に、電力線搬送通信方式を用いて、受電装置3側から給電装置4側に対する情報伝達について説明する。
まず、例えば電気自動車内に搭載された通信機器から、車内DC電源の電力線に対して、電力線搬送通信の信号が重畳される。
受電装置3の結合回路(受電側)62は、受電側接続手段63を介して接続された電力線(車内DC電源)と結合し、電力線に重畳された電力線搬送通信の信号(通信データ)を取得する。
次に、受電装置3の通信制御回路(受電側)61は、電力線搬送通信の信号(通信データ)をASK信号に変換する。
そして、送信回路(受電側)8は、ASK信号に応じて、受電コイル1の負荷変動により供給された高周波電流を変調する。この変調動作は上記実施の形態1と同様である。
これにより、上記実施の形態1と同様に、電磁誘導により、受電コイル1から給電コイル2に通信データが伝達する。
給電装置4の受信回路(給電側)5は、給電コイル2に誘起された電圧に基づいて、ASK復調して通信データを取得する。この復調動作は上記実施の形態1と同様である。
次に、通信制御回路(給電側)71は、復調された通信データを電力線搬送通信の信号に変換する。
給電装置4の結合回路(給電側)72は、AC電源と結合し、電力線搬送通信の信号をAC電源の電力線に重畳する。
そして、例えば宅内に配置された情報通信機器は、電力線に重畳された電力線搬送通信の信号を受信し、電気自動車内の通信機器からの通信データを取得する。
このような動作により、電力線搬送通信方式を用いて、受電装置3側から給電装置4側に通信データの伝送が実現できる。
(効果)
以上のように本実施の形態においては、受電装置3及び給電装置4が接続される電力線を介して、電力線搬送通信方式を用いてデータを送受信する。
これにより、給電装置4に電源を供給する例えば宅内から、音楽データ、映像データ、カーナビゲーションシステムの更新データを例えば電気自動車内の機器に転送することが可能となる。また、例えば宅内の機器から電気自動車内の機器へ、暖気運転指示、不審者威嚇のための警笛をならすなどの操作を行うこともできる。
また、例えば電気自動車内の警報装置により、車両の振動等を検出し、不審者の通知の情報を、例えば宅内の機器に伝達したり、また、受電装置3の蓄電池11の充電量を検出し、深夜電力の時間帯に充電可能であれば、深夜電力の時間帯に充電するように、宅内から制御、監視するなどのアプリケーションが実現可能である。
なお、上記実施の形態1及び3においては、給電装置4と受電装置3との間で送受信するデータを、ASKを用いて変復調する場合を説明したが、本発明はこれに限らず、任意の変調方式を用いることができる。
なお、上記実施の形態1〜3においては、受電装置3を電気自動車に搭載し、電気自動車が停車される地面に給電装置4を配置した場合を説明した。
本発明はこれに限るものではなく、任意の場所や移動体などに配置することができる。
例えば、受電装置3を移動型ロボットに搭載し、給電装置を屋内に設置しても良い。
1 受電コイル、2 給電コイル、3 受電装置、4 給電装置、5 受信回路(給電側)、6 送信回路(給電側)、7 受信回路(受電側)、8 送信回路(受電側)、9 受電回路、10 充電量測定回路、11 蓄電池、12 給電回路、13 給電コイルセレクター、21 給電電流、22 スイッチ制御、23 振幅変調データ、24 受信信号、25 負荷変動スイッチ制御、26 振幅変調波形、31 送信データ、32 受信データ用無変調波、33 受信データ、61 通信制御回路(受電側)、62 結合回路(受電側)、63 受電側接続手段、71 通信制御回路(給電側)、72 結合回路(給電側)、73 給電側接続手段、74 整流回路。

Claims (1)

  1. 複数の給電コイルを有し、該給電コイルに交流電流を供給する給電装置と、
    受電コイルを有し、電磁誘導により前記給電装置から電力を受電する受電装置と
    を備え、
    前記受電装置は、電気自動車に搭載され、
    前記給電装置は、前記電気自動車が所定の向きに停車する地面に配置され、
    前記複数の給電コイルは、円形コイルにより構成され、
    前記各円形コイルは、前記電気自動車の進行方向及び車軸方向に、半径の距離だけ互いに周方向にずらして配置され、車軸方向にずらして配置した前記円形コイルの数が、進行方向にずらして配置した前記円形コイルの数より多く、
    前記給電装置は、
    前記複数の給電コイルのうち、前記受電装置に給電が可能な給電コイルを選択し、該給電コイルに交流電流を供給する
    ことを特徴とする非接触受給電装置。
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