JP5843446B2

JP5843446B2 - 電動車両の充電装置

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Publication number: JP5843446B2
Application number: JP2011006023A
Authority: JP
Inventors: 健一安間; 拓也山▲崎▼
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2011-01-14
Filing date: 2011-01-14
Publication date: 2016-01-13
Anticipated expiration: 2031-01-14
Also published as: US20130175987A1; CN103140369A; JP2012147634A; US9566870B2; CN103140369B; WO2012096316A1; EP2664482A1

Description

本発明は、地上側に設置された送電部の上に電動車両を停車させ、電動車両側に搭載されたバッテリを非接触充電する電動車両の充電装置に関するものである。

昨今、地球環境保全のため、内燃機関の動力に加えて車載バッテリの電力により電動モータを駆動して走行するハイブリッド車両や、電動モータのみの駆動力で走行する電気自動車等の電動車両が急速に普及しつつある。これらの電動車両の車載バッテリを充電する際に、充電器と車体との間を充電ケーブルで接続する作業を省いて充電作業を簡易にするべく、特許文献１，２に開示されているような非接触式の電動車両の充電装置が発案されている。

これらの充電装置は、駐車場の床等の地上側に送電部を設置する一方、電動車両の車体下面に受電部を設置し、車載バッテリの充電時には、地上側の送電部の真上に車体側の受電部が整合するように車体を駐車させ、送電部と受電部を接触させることなく電磁誘導により送電部から受電部に電力を供給して充電を行うようにしている。非接触により給電する方法としては、電磁誘導以外にも、マイクロ波、磁気共鳴といった手段を用いることができる。

特開２００８−２５３１３１号公報特開２００９−１０６１３６号公報

このように、受電部が電動車両の車体下面に設置された充電装置においては、車両の走行時に受電部に泥や塵埃等が付着して汚損しやすい。受電部が汚損したまま非接触充電を行うと充電エラーになる可能性が高いばかりか、例えばマイクロ波により非接触充電を行う場合には、付着している汚物が過熱されてしまい、汚物の成分によっては発煙、発火、固着等の虞がある。

充電を開始する前に受電部に付着した汚物を除去するには、例えば送電部側に水ノズルを設け、この水ノズルから水や温水を受電部に向けて噴射して受電部を洗浄したり、送電部側に、上方に向かって出没可能な清掃ブラシを設け、この清掃ブラシによって受電部の汚物を下方から払い落したりする方法が考えられる。しかしながら、このように送電部側に水ノズルや清掃ブラシを装備するのは、送電側の設備が大掛りになり、コスト面や保守面において好ましくない。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、簡素で信頼性の高い構造により、電動車両側に設けられた受電部、もしくは地上側に設置された送電部の汚損を防止し、安定した充電を行うことのできる電動車両の充電装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
即ち、本発明に係る電動車両の充電装置の第１の態様は、地上側に設置された送電部の上に電動車両を駐車させ、該電動車両の車体下面に設けられた受電部を前記送電部の位置に整合させて、前記送電部から空中送電される電力エネルギを前記受電部で受電し、前記電動車両側に搭載されたバッテリを非接触充電させる電動車両の充電装置において、前記受電部および前記送電部の少なくとも一方の動作面を、前記送電および受電の作用を妨げずに外部に対して遮蔽するロールスクリーンを有し、前記ロールスクリーンは、前記送電および受電の作用を妨げない材質で形成されて前記動作面を常時覆い、巻き上げ機構により前記動作面を覆っている範囲を置換させることを特徴とする。

上記構成によれば、受電部または送電部の動作面がロールスクリーンにより外部に対して遮蔽されて動作面の汚損が防止される。例えば、電動車両の車体下面に設置された受電部にロールスクリーンを付設すれば、電動車両の走行時に泥や塵埃等の付着による受電部の汚損が防止される。また、駐車場の床面に設置された送電部にロールスクリーンを付設すれば、落ち葉や昆虫等が送電部に堆積することが防止される。このため、安定した充電を行うことができる。

また、本構成によれば、非常に簡素で信頼性の高い構成により、電動車両側に設けられた受電部、もしくは地上側に設置された送電部の汚損を防止することができる。
さらに、地上側の送電部と車体側の受電部との間にロールスクリーンが介在していても、このロールスクリーンにより送電および受電の作用が妨げられないため、送電部または受電部を常にロールスクリーンで覆っておくことができ、送電部および受電部の汚損を確実に防止して安定した充電を行うことができる。
しかも、ロールスクリーンが汚れても、この汚れた面を巻き上げ機構により巻き上げて、常に汚れていない面を送電部と受電部との間に配置し、ロールスクリーンに付着した汚物の過熱等による悪影響を回避することができる。

また、本発明に係る電動車両の充電装置の第２の態様は、前記第１の態様において、前記ロールスクリーンの表面に付着した汚物を、前記ロールスクリーンの巻き上げ動作とともに払拭する払拭手段を具備することを特徴とする。

上記構成によれば、ロールスクリーンの巻き上げ動作の度に、払拭手段によってロールスクリーンの表面に付着した汚物が払拭されるので、ロールスクリーンの表面が常に綺麗に保たれる。このため、特にロールスクリーンが送電部または受電部を常に覆う充電装置の場合は、ロールスクリーンに付着した汚物が送電部と受電部との間に介在して悪影響を及ぼすことが防止され、安定した充電を行うことができる。

以上のように、本発明に係る電動車両の充電装置によれば、簡素で信頼性の高い構造により、電動車両側に設けられた受電部の汚損を防止することのできる電動車両の充電装置を提供することができる。

本発明に係る電動車両の充電装置の概略的な全体構成を示す側面図である。図１に示す充電装置の拡大側面図である。本発明の第１参考実施形態を示す充電装置（受電部）の側面図である。（ａ）は受電部がロールスクリーンで覆われた非充電状態を示し、（ｂ）は受電部が外部に露出した充電状態を示す図である。本発明の第１実施形態を示す充電装置（受電部）の側面図である。図５に示すロールスクリーンの作動を示す図である。本発明の第２実施形態を示す充電装置（受電部）の側面図である。図７に示すロールスクリーンの作動を示す図である。本発明の第２参考実施形態を示す充電装置（受電部）の斜視図である。

以下、本発明に係る電動車両の充電装置の複数の実施形態について図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明に係る電動車両の充電装置の概略的な全体構成を示す側面図である。この充電装置１は、電動車両２を専用の駐車場に駐車させながら、電動車両２側に搭載されたモータ駆動用のバッテリを非接触充電するものであり、地上側に設置された送電系統３と、電動車両２の車体下面に設置された受電系統４とを備えて構成されている。非接触により給電する方法の一例として、ここではマイクロ波による電力変換方式が適用されている。

送電系統３は、外部の電力線６（商用電源）から電力を取り入れ、この電力をマイクロ波への変換に適した電源に変換する電源供給部７と、この電源供給部７から供給された電力を例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波に変換するマイクロ波変換部８と、電動車両２の駐車スペースの略中央部に設置された送電部１０と、マイクロ波変換部８で変換されたマイクロ波を送電部１０に送る送電用導体１１と、水冷／給湯設備１２とを備えて構成されている。また、図２に示すように、マイクロ波変換部８は、変換部筐体８ａの内部に、複数のトランス１４、整流器１５、およびマグネトロン１６が内蔵され、さらに電源供給部７へのインターフェース１７と、水冷／給湯設備１２へのインターフェース１８と、制御部２０および通信部２１が設けられた構成である。

マグネトロン１６には、電源供給部７からインターフェース１７を経て電力が供給され、この電力がマグネトロン１６によってマイクロ波に変換されるが、供給された電力の一部は熱に変換されてマグネトロン１６を発熱させるため、マグネトロン１６にインターフェース１８を介して水冷／給湯設備１２から冷却水が供給されてマグネトロン１６が冷却され、その長寿命化が図られる。マグネトロン１６を冷却することにより加温された冷却水は、水冷／給湯設備１２に還流され、ポンプで家屋内等の給湯設備に送られて温水として利用されることにより、電気エネルギが無駄なく回収される。

送電部１０は平面視で例えば矩形をなし、送電部筐体１０ａの上部に水平に設置されている。そして、送電部１０の周囲を囲むように、例えばブラシでできた周壁状の遮蔽部材２３が設けられている。この遮蔽部材２３は、昇降機構２４により上下に昇降することができる。また、送電部１０には、導通センサ２６、温度センサ２７、位置センサ２８等が付設されている。一方、送電用導体１１は送電用筐体１１ａの内部に収容されてマイクロ波変換部８のマグネトロン１６と送電部１０との間を接続している。

他方、電動車両２の車体下面に設置された受電系統４は、広い面積で板状に形成されて車体下面に固定された放熱体３１と、この放熱体３１の中央部下面に設置された受電部３２とを備えている。放熱体３１はアルミニウム等の良熱伝導材料により形成されて下方に突出する多数の放熱フィン３１ａが一体形成されており、放熱体３１の内部には図示しない冷却空洞が形成されて、放熱体３１の一端には冷却ファン３３が設けられている。充電時に発熱する受電部３２の熱は放熱体３１に移行し、冷却ファン３３が外気を放熱体３１内部の冷却空洞に送気することによって放熱体３１に移行した受電部３２の熱が冷却される。また、放熱体３１には制御部３５や温度センサ３６が設けられ、さらに、受電部３２や各センサ類を車体側に接続するためのインターフェース３７が設けられている。

受電部３２の形状は、平面視で矩形であり、その大きさは送電部１０よりも一回り小さく設定されている。例えば送電部１０の大きさが長さ４０ｃｍ、幅３０ｃｍであるとするならば、受電部３２の大きさは長さ３０ｃｍ、幅２０ｃｍ程度に設定される。なお、送受電性能に影響がなければ、送電部１０と受電部３２をより小型化してもよい。また、送電部１０と受電部３２の形状は矩形に限られず、円形や楕円形等、他の形状であってもよい。

電動車両２を駐車させる時には、車体下面の受電部３２が、駐車場の略中央部に設置された送電部１０の位置に整合するように電動車両２を駐車させる。そして、例えば電動車両２のイグニッションキーが抜かれると、制御部３５により自動的に車載バッテリの充電残量が確認され、満充電に満たない場合には充電が開始される。その際には、事前に位置センサ２８により受電部３２と送電部１０の位置が規定範囲内に整合していることが確認され、著しくずれている場合には充電が開始されないように制御される。

そして、受電部３２と送電部１０の相対位置が規定範囲内で整合していることが確認されると、送電部１０の周囲を囲む遮蔽部材２３が上昇して送電部１０と受電部３２の周囲が外部に対して遮蔽され、マイクロ波による影響が周囲に及ばないようにされるとともに、送電部１０と受電部３２との間に異物や昆虫等が入り込むことが防止される。こうして充電準備が整うと、マイクロ波変換部８にて電力エネルギから変換されたマイクロ波が送電用導体１１を経て送電部１０に送られ、さらに送電部１０から受電部３２に向けて空中送電され、これを受電部３２が受電することにより車載バッテリが非接触充電される。充電が完了すると、遮蔽部材２３が自動的に下降して送電部１０の高さ程度まで下降する。なお、このようなマイクロ波による非接触充電方式では、送電部１０と受電部３２の相対位置が多少ずれていても問題なく充電が行えるため、電動車両２の駐車位置精度がさほど問われない。

一方、電動車両２の走行時には、車体下面に設置された受電系統４の受電部３２に泥や塵埃等が付着しやすいため、このような受電部３２の汚損を防止するために、受電部３２の動作面（下面）３２ａを、送電および受電の作用を妨げずに外部に対して遮蔽する遮蔽手段が設けられている。以下に、遮蔽手段の第１〜第４実施形態を個別に説明する。

［第１参考実施形態］
図３は、遮蔽手段を受電部３２に備えた充電装置の第１参考実施形態を示す側面図である。この充電装置１Ａでは、遮蔽手段として、受電部３２の動作面を覆うロールスクリーン４１が設置されている。このロールスクリーン４１は、アラミド系の素材、例えばケブラー（デュポン社の登録商標：正式名称はポリパラフェニレンテレフタルアミド）のような強靭な膜材により形成され、図３および図４（ａ）に示すように、受電部３２の動作面３２ａを覆ったカバー位置４１ａと、図４（ｂ）に示すように、受電部３２を外部に露出させた開放位置４１ｂとの間を開閉動作するように構成されている。即ち、例えば受電系統４の基部である放熱体３１の前後に、電動車両２の車幅方向に延びるローラ４２，４３が軸支されて巻き上げ機構４４が構成されており、このローラ４２，４３間にロールスクリーン４１が張られるようになっている。

例えば車両進行方向前方に位置するローラ４２は、常にロールスクリーン４１を開放位置４１ｂ側に巻き取ろうとする回転方向Ｆに付勢されており、車両進行方向後方に位置するローラ４３は、図示しない駆動モータ等の力で回転方向Ｒに回転することにより、ローラ４２の付勢力に抗して、ローラ４２に巻き取られているロールスクリーン４１をカバー位置４１ａに引き出すことができる。図４（ａ）にも示すように、ロールスクリーン４１がカバー位置４１ａに引き出されると、ロールスクリーン４１は受電部３２（動作面３２ａ）から数ｍｍ乃至数ｃｍ下方の位置に水平に張られて受電部３２をカバーする。

図４（ｂ）に示すように、例えばロールスクリーン４１の端部とローラ４３との間は左右一対の引出ワイヤ４６によって連結されており、ローラ４２が回転方向Ｆに回転することによってロールスクリーン４１が完全に巻き取られると、ローラ４２とローラ４３との間には２本の引出ワイヤ４６だけが張られた状態となり、その間に受電部３２が露出する。２本の引出ワイヤ４６の間隔（即ちロールスクリーン４１の幅）は、送電部１０の遮蔽部材２３の幅よりも充分に広く設定され、引出ワイヤ４６が充電時に送電部１０および受電部３２に干渉しないようにされている。

ロールスクリーン４１は、制御装置３５により、電動車両２の走行時および非充電時にはカバー位置４１ａに引き出された状態に保たれ、電動車両２が定位置に駐車して充電が開始される直前に開放位置４１ｂに巻き上げられるように制御される。

このようなロールスクリーン４１を設けたことによって、非常に簡素で信頼性の高い構成により、受電部３２を外部に対して遮蔽し、電動車両２の走行時において受電部３２の動作面３２ａが泥や塵埃等の付着により汚損されることを効果的に防止することができる。ロールスクリーン４１は巻き上げ機構４４を有して受電部３２を開閉可能に覆い、その開放位置４１ｂでは受電部３２を外部に完全に露出させるため、電動車両２の走行時にはロールスクリーン４１をカバー位置４１ａに閉じて受電部３２の汚損を防止し、充電時にはロールスクリーン４１を開放位置４１ｂに開いて充電を行うことができる。そして、充電時には地上側の送電部１０と車体側の受電部３２との間にロールスクリーン４１が介在しないため、充電エラーを防止して確実な充電を行うことができる。

［第１実施形態］
図５および図６は、遮蔽手段を備えた充電装置の第１実施形態を示す側面図である。この充電装置１Ｂの基本構成は、遮蔽手段を除けば第１参考実施形態の充電装置１Ａと同一であるため、各部に同一符号を付して説明を省略する。この充電装置１Ｂでも、受電部３２の動作面３２ａを覆う遮蔽手段として、ロールスクリーン５０が設けられている。このロールスクリーン５０は、送電部１０と受電部３２との間の送電および受電の作用を妨げない材質で形成されている。その素材としては、マイクロ波を透過させるものがよく、例えば第１参考実施形態のロールスクリーン４１と同様なアラミド系素材が好適である。

このロールスクリーン５０は、受電部３２を常に覆うように構成されている。即ち、第１参考実施形態と同様に、受電系統４の基部である放熱体３１の前後にローラ５１，５２が軸支されて巻き上げ機構５３が構成され、ローラ５１，５２の間にロールスクリーン５０が張られているが、ロールスクリーン５０は巻き上げ機構５３により受電部３２を覆っている範囲が置き換えられるだけで、第１参考実施形態のように受電部３２を露出させることはない。そして、ロールスクリーン５０は、図６に示すように、所定の時間を経て常に一方の方向に繰り出されていく。

ロールスクリーン５０は、送電部１０から受電部３２に送られるマイクロ波を透過させる素材であるため、ロールスクリーン５０が受電部３２を覆っている状態のままでも充電を行うことができる。このため、受電部３２を常にロールスクリーン５０で覆っておくことができ、受電部３２の汚損を確実に防止して安定した充電を行うことができる。しかも、ロールスクリーン５０が汚れても、この汚れた面を巻き上げ機構５３により巻き上げて、常に汚れていない面を送電部１０と受電部３２との間に配置し、ロールスクリーン５０に付着した汚物の過熱等による悪影響を回避することができる。

さらに、ロールスクリーン５０の下方、かつ受電部３２の前方および後方に位置するように、前後一対のスクレーパ５５が図示しないステー部材等に支持されて設けられている。このスクレーパ５５は、その上端のエッジ部が常にロールスクリーン５０の下面に軽く当接しており、ロールスクリーン５０が巻き上げ機構５３により巻き上げられた際に、ロールスクリーン５０の下面に付着している泥等の汚物を払拭する払拭手段として機能する。

このような払拭手段を設けることにより、ロールスクリーン５０の表面が常に綺麗に保たれる。このため、特にこの充電装置１Ｂのように、ロールスクリーン５０が受電部３２を常に覆う構成の場合は、ロールスクリーン５０に付着した汚物が送電部１０と受電部３２との間に介在して悪影響を及ぼすことが防止され、これにより安定した充電を行うことができる。

［第２実施形態］
図７および図８は、遮蔽手段を備えた充電装置の第２実施形態を示す側面図である。この充電装置１Ｃは、第１実施形態の充電装置１Ｂを変形させたものである。即ち、放熱体３１の前後にローラ５７，５８が軸支されて巻き上げ機構５９が構成されている点は充電装置１Ｂと同様であるが、ローラ５７，５８を取り巻くように設けられた環状のロールスクリーン６０の内周側に放熱体３１および受電部３２が設置されており、この環状のロールスクリーン６０によって受電系統４全体が取り巻かれた構成となっている。

ロールスクリーン６０の材質は、第１実施形態の充電装置１Ｂと同じく、マイクロ波を透過させるものとされる。そして、ロールスクリーン６０の下面には、第１実施形態と同様に一対のスクレーパ５５が払拭手段として設けられている。ロールスクリーン６０は、図８に示すように、所定の時間をおいて常に一方の方向に繰り出され、その度にスクレーパ５５によってロールスクリーン６０の下面に付着した汚物が払拭される。

上記構成によれば、受電部３２（動作面３２ａ）は勿論、受電系統４全体がロールスクリーン６０によって取り巻かれる構成となるため、受電系統４の各部が汚損することを効果的に防止することができる。また、ロールスクリーン６０の長さを短くするとともに、ローラ５７，５８の回転方向を一方向に限定して巻き上げ機構５９の構造を簡素化し、故障等を防止して信頼性を高めることができる。

［参考実施形態］
図９は、遮蔽手段を備えた充電装置の参考実施形態を示す斜視図である。この充電装置１Ｄでは、遮蔽手段として、ロールスクリーンではなく、金属や樹脂等の剛体で形成されたシャッター機構６３により受電部３２を開閉可能に覆う構成となっている。詳しくは、受電系統４全体が例えば樹脂製の防塵ボックス６４の内部に収容され、この防塵ボックス６４の下面には、受電部３２に位置に合わせて広めの開口部６４ａが形成され、この開口部６４ａがシャッター機構６３により開閉されるようになっている。開口部６４ａの大きさは遮蔽部材２３の外形寸法よりも大きくして充電時に遮蔽部材２３の先端が開口部６４ａの中に突入するようにすることが望ましい。

この充電装置１Ｄにおいて、電動車両２の走行時および非充電時には、シャッター機構６３が閉じられて受電系統４全体が汚損から守られ、充電時にのみシャッター機構６３が開かれて受電部３２が外部に露出し、送電部１０との間で非接触充電が行われる。この構成によれば、受電部３２がシャッター機構６３により外部に対して遮蔽され、その汚損が防止されるため、安定した充電を行うことができる。また、シャッター機構６３を丈夫に構成できるため、充電装置１Ｄの信頼性を高めることができる。

なお、充電時に受電部３２が発する熱を発散させる放熱体３１（図２参照）も防塵ボックス６４の内部に収容されてしまうため、放熱体３１が外気に対して熱交換しやすいように、外気を冷却空気として防塵ボックス６４内に取り込む冷却ファンを設けるのが好ましい。この場合、冷却ファンで外気を吸引してフィルター部材により除塵してから冷却空気として防塵ボックス６４内に取り入れ、放熱体３１の熱を奪って加温された冷却空気を開口部６４ａから排出するようにすれば、開口部６４ａから塵埃等の異物が防塵ボックス６４内に侵入することを防止できる。

なお、本発明の技術範囲は、上記の各実施形態の態様のみに限定されないことは言うまでもなく、例えば各実施形態の態様を組み合わせる等してもよい。また、第１、第２実施形態、および参考実施形態に示すものと同様な遮蔽手段を、地上側の送電部１０に付設してもよい。こうすれば、落ち葉や昆虫等が送電部１０の動作面（上面）に堆積することを防止して安定した充電を行うことができる。

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ充電装置
２電動車両
３送電系統
４受電系統
８マイクロ波変換部
１０送電部
２３遮蔽部材
３２受電部
３２ａ動作面
４１，５０，６０ロールスクリーン（遮蔽手段）
４４，５３，５９巻き上げ機構
６３シャッター機構（遮蔽手段）

Claims

地上側に設置された送電部の上に電動車両を駐車させ、該電動車両の車体下面に設けられた受電部を前記送電部の位置に整合させて、前記送電部から空中送電される電力エネルギを前記受電部で受電し、前記電動車両側に搭載されたバッテリを非接触充電させる電動車両の充電装置において、
前記受電部および前記送電部の少なくとも一方の動作面を、前記送電および受電の作用を妨げずに外部に対して遮蔽するロールスクリーンを有し、
前記ロールスクリーンは、前記送電および受電の作用を妨げない材質で形成されて前記動作面を常時覆い、巻き上げ機構により前記動作面を覆っている範囲を置換させることを特徴とする電動車両の充電装置。
前記ロールスクリーンの表面に付着した汚物を、前記ロールスクリーンの巻き上げ動作とともに払拭する払拭手段を具備することを特徴とする請求項１に記載の電動車両の充電装置。