JP5409856B2 - 非接触受給電装置 - Google Patents
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Description
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。
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。
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。
(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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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(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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
Claims (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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