JP6065526B2 - 非接触給電装置 - Google Patents

Description

本発明は、非接触給電装置に関する。

下記特許文献１には、車両の底面に設けられた受電部と駐車スペースに埋め込まれた給電部との間の空間に異物が侵入することを防止し、もって給電を安全かつ効率よく行う非接触給電システムが開示されている。この非接触給電システムは、特許文献１の図１や図２等に示されているように、駐車スペース（地面）に埋設された一次コイル（給電コイル）と車両に設けられた二次コイル（受電コイル）との間の空間を隔離材で覆うことにより異物の侵入を防止する。

特開２０１０−２２６９４６号公報

ところで、上記従来技術では、駐車スペースに車両が進入する前、つまり隔離材の上方に車両が存在しない状態で何らかの原因で異物が隔離材上に落下した場合に、当該異物を除去することができない。したがって、上記従来技術は、異物の除去性能の面で不十分である。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、従来よりも確実に異物を除去することを目的とするものである。

上記目的を達成するために、本発明では、第１の解決手段として、給電スペースに設けられた給電コイルの一端面を移動体に設けられた受電コイルに対向させ、前記給電コイルを前記受電コイルと電磁気結合させることにより前記移動体に電力を給電する非接触給電装置であって、前記移動体の前記給電スペースへの進入を検知しない状態では前記給電コイルの一端面を垂直姿勢に姿勢設定し、前記移動体の前記給電スペースへの進入を検知すると、前記給電コイルの一端面を前記垂直姿勢から水平姿勢に変化させる姿勢設定手段を具備する、という手段を採用する。

第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、前記姿勢設定手段は、前記移動体の前記給電スペースへの進入を検知する移動体センサと、前記給電コイルを当該給電コイルの一端面に平行な軸周りに回動自在に支持する支持機構と、前記給電コイルを回動駆動するアクチュエータと、前記移動体センサの検出結果に基づいて前記アクチュエータを制御する姿勢制御部とを備える、という手段を採用する。

第３の解決手段として、上記第１の解決手段において、前記姿勢設定手段は、前記給電コイルを当該給電コイルの一端面に平行な軸周りに回転自在に支持する支持機構と、前記給電コイルを所定方向に付制して当該給電コイルを垂直姿勢にする弾性体と、前記給電コイルに備えられ、前記給電スペースに進入してきた前記移動体と当接することにより前記給電コイルを前記垂直姿勢から水平姿勢に変化させる当接部とを備える、という手段を採用する。

第４の解決手段として、上記第２または第３の解決手段において、前記給電コイルの軸が前記給電コイルの中心または重心を通過する、という手段を採用する。

第５の解決手段として、上記第２または第３の解決手段において、前記給電コイルの軸が前記給電コイルの端部を通過する、という手段を採用する。

第６の解決手段として、上記第２または第３の解決手段において、前記給電コイルの軸が前記給電コイルの重心を通過する、という手段を採用する。

本発明によれば、移動体が給電スペースに進入しない状態では給電コイルの一端面が垂直姿勢になるので、当該一端面上に異物が載ることがなく、よって従来よりも確実に異物を除去することができる。

本発明の第１実施形態に係る非接触給電装置のブロック図である。 本発明の第１実施形態に係る非接触給電装置の給電コイル機構１の詳細構成を示す模式図である。 本発明の第２実施形態に係る非接触給電装置のブロック図である。 本発明の第２実施形態に係る非接触給電装置の給電コイル機構１の詳細構成を示す模式図である。 本発明の第１実施形態に係る非接触給電装置の給電コイル機構１の一変形例を示す模式図である。 本発明の第１実施形態に係る非接触給電装置の給電コイル機構１の他の変形例を示す模式図である。

以下、図面を参照して、本発明の第１実施形態について説明する。
本実施形態に係る非接触給電装置は、図１に示すように、給電コイル機構１、車両センサ２（移動体センサ）、姿勢制御部３及び給電制御部４によって構成されている。なお、これら構成要素のうち、給電コイル機構１、車両センサ２及び姿勢制御部３は、本実施形態における姿勢設定手段を構成している。

本非接触給電装置は、各種の駐車スペースＰ（長方形領域）に備えられるものである。車両Ｍは、この駐車スペースＰに対して所定方向から進入して駐車し、この所定方向ないし反対方向に退出する。このような駐車スペースＰは、例えば商業施設の敷地上（地面上）、あるいは商業施設に機械設備として設けられた機械式駐車場（立体駐車場）に設けられる。

給電コイル機構１は、図１に示すように駐車スペースＰ（給電スペース）の走行面に埋設されており、車両Ｍ（移動体）が駐車スペースＰ（給電スペース）に進入していない状態では姿勢制御部３によって垂直姿勢（実線）に姿勢設定され、また車両Ｍが駐車スペースＰ（給電スペース）に進入した状態では姿勢制御部３によって水平姿勢（二点鎖線）に姿勢設定される。このような給電コイル機構１は、車両Ｍに水平姿勢に設けられた受電コイルと一定距離を隔てて対向かつ電磁気結合することにより車両Ｍに電力を伝送する。

なお、図１では、給電コイル機構１の特徴を分かり易くするために車両Ｍの有無によって給電コイル機構１の姿勢が変化するようにシンボル的に描いているが、車両Ｍの有無によって実際に垂直姿勢と水平姿勢とに姿勢変化する部材は、図２に示すように給電コイル機構１の構成要素の１つである給電コイル１ａである。

すなわち、給電コイル機構１は、より詳細には給電コイル１ａ、一対の回転軸１ｂ，１ｂ、収容枠体１ｃ、減速機１ｄ及びモータ１ｅから構成されている。これら各構成要素のうち、給電コイル１ａは、円環状に巻回された電線（所定のコイル径を有するヘリカルコイル）を電磁界を透過する樹脂材料でモールドすることによって正方形ないし長方形の平板に成型されたものである。

この給電コイル１ａは、一端面１ｆつまり水平姿勢時に車両Ｍの受電コイル（水平姿勢）と対向する上面（給電面）を通して受電コイルと電磁気結合することにより電力を非接触で車両Ｍに伝送する。給電コイル１ａを電磁界を透過する樹脂材料でモールドして成形することにより、電線で発生し非接触給電においてエネルギーを伝達する電磁界が樹脂材料で妨害されることがないため、効率よく非接触給電することが可能である。

上記一端面１ｆの背面つまり水平姿勢時の下面（給電背面）は、上記一端面１ｆに磁束が集中するように所定の金属によって磁気シールドされている。

一対の回転軸１ｂ，１ｂは、上記一端面１ｆに直交する２対の平行面の一方の対の中心に、互いの軸芯が同軸となるようにそれぞれ突設されている。すなわち、一対の回転軸１ｂ，１ｂは、互いの軸芯が給電コイル１ａの中心を通過すると共に上記一端面１ｆと平行になるように給電コイル１ａの両端から突出している。

収容枠体１ｃは、上端が駐車スペースＰの走行面と面一になるように駐車スペースＰに埋設された直方体状の部材である。この収容枠体１ｃは、平行対峙する２対の垂直面の一方で上記一対の回転軸１ｂ，１ｂを回動自在に支持する一対の軸受け（図示略）を備えている。すなわち、この収容枠体１ｃと上述した一対の回転軸１ｂ，１ｂとは、給電コイル１ａを当該給電コイル１ａの一端面１ｆに平行な軸周りに回動自在に支持する支持機構を構成している。通常、一対の軸受けは走行面から同じ深さに設け、走行面が水平であれば、回転軸１ｂ，１ｂも水平である。

また、この収容枠体１ｃは、図示するように、垂直姿勢の給電コイル１ａの下半分を収容する空間を形成すると共に、給電コイル１ａが水平姿勢になった際の一端面１ｆが車両Ｍの走行面と面一になるように回転軸１ｂ，１ｂを支持する。さらに、上記一対の回転軸１ｂ，１ｂを支持していない方の１対の垂直面の一方かつ走行面に対峙する部位には、水平姿勢になった給電コイル１ａの端部に当接する受け部１ｇが形成されている。

減速機１ｄは、上記一対の回転軸１ｂ，１ｂの一方とモータ１ｅの出力軸との間に設けられており、当該出力軸の回転を減速して回転軸１ｂに伝達する歯車機構である。モータ１ｅは、このような減速機１ｄを介して回転軸１ｂを回転駆動することにより、給電コイル１ａを水平姿勢あるいは垂直姿勢に姿勢変化させるアクチュエータである。なお、このアクチュエータとしては、モータ１ｅに代えて、油圧シリンダやエアーシリンダを用いてもよい。

車両センサ２は、車両Ｍ（移動体）の駐車スペースＰへの進入を検知する監視センサである。この車両センサ２は、例えば赤外線やレーザ光等の媒体を用いて駐車スペースＰに進入してくる車両Ｍを検知する。このような車両センサ２は、車両Ｍの検知結果を示す検知信号（電気信号）を姿勢制御部３に出力する。姿勢制御部３は、このような検知信号に基づいてモータ１ｅを制御する制御器である。

すなわち、姿勢制御部３は、車両センサ２が車両Ｍの駐車スペースＰへの進入を検知しない状態では給電コイル１ａの一端面１ｆを垂直姿勢に姿勢設定し、一方、車両Ｍの給電スペースＰへの進入を検知すると、給電コイル１ａの一端面１ｆを垂直姿勢から水平姿勢に変化させる。

給電制御部４は、姿勢制御部３から入力される姿勢信号に基づいて給電コイル１ａへの電力（交流電力）の供給を制御する制御器である。この給電制御部４は、給電コイル１ａに交流電力を出力するインバータ回路（電力変換器）及び当該インバータ回路に操作信号であるスイッチング信号を供給するインバータ制御回路から構成されている。なお、この給電制御部４は、姿勢変化自在な給電コイル１ａに対して可撓性を有する電力ケーブルによって接続されている。

次に、このように構成された本非接触給電装置の動作について詳しく説明する。
本非接触給電装置の車両センサ２は、例えば駐車スペースＰにおける車両Ｍの進入口近傍の状態を常時あるいは一定周期で監視しており、この進入口近傍に車両Ｍが進入してきたことを検出すると、当該車両Ｍの進入を示す検知信号（車両検知信号）を姿勢制御部３に出力する。そして、姿勢制御部３は、車両センサ２から上記車両検知信号が入力されると、モータ１ｅに駆動信号を出力して給電コイル１ａの一端面１ｆを垂直姿勢から水平姿勢に変化させる。

一方、車両センサ２は、車両Ｍの駐車スペースＰへの進入を検知しない場合には、車両Ｍの進入を検知しないことを示す検知信号（車両非検知信号）を姿勢制御部３に出力する。そして、姿勢制御部３は、上記車両非検知信号が入力されている状態では、モータ１ｅへの駆動信号の出力を停止して給電コイル１ａの一端面１ｆを垂直姿勢に保持させる。

つまり、給電コイル１ａの姿勢は、図１及び図２に示されているように、通常は垂直姿勢に設定され、車両Ｍが駐車スペースＰに進入した場合にのみ、図２（ａ）の矢印で示すように、時計回りに９０度回動して端部が収容枠体１ｃの受け部１ｇに当接した姿勢つまり水平姿勢に姿勢設定される。

そして、姿勢制御部３は、給電コイル１ａの垂直姿勢から水平姿勢への姿勢変化が完了すると、この旨を示す姿勢信号を給電制御部４に出力する。そして、給電制御部４は、この姿勢信号を受け付けると、交流電力の給電コイル１ａへの出力を開始する。すなわち、給電制御部４は、姿勢制御部３から姿勢信号が入力されるまでは、交流電力を給電コイル１ａに出力しない。

このような本実施形態によれば、車両Ｍが駐車スペースＰに進入するまでは給電コイル１ａが垂直姿勢に設定されるので、例えば上方から異物が落下してきた場合に、重力の作用によって異物が給電コイル１ａの一端面１ｆ（給電面）に付着することなく収容枠体１ｃ内に収容される。したがって、本実施形態によれば、異物を一端面１ｆ（給電面）から従来よりも確実に除去することができる。

以下、図面を参照して、本発明の第２実施形態について説明する。
本実施形態に係る非接触給電装置は、図３に示すように、給電コイル機構１Ａ及び給電制御部４Ａによって構成されている。なお、これら構成要素のうち、給電コイル機構１Ａは、本実施形態における姿勢設定手段を構成している。

本非接触給電装置は、各種の駐車スペースＰ（長方形領域）に備えられるものである。車両Ｍは、この駐車スペースＰに対して所定方向から進入して駐車し、またこの所定方向に退出する。このような駐車スペースＰは、例えば商業施設の敷地上（地面上）、あるいは商業施設に機械設備として設けられた機械式駐車場（立体駐車場）に設けられる。

給電コイル機構１Ａは、図３に示すように駐車スペースＰ（給電スペース）の走行面に埋設されており、車両Ｍ（移動体）が駐車スペースＰ（給電スペース）に進入していない状態では垂直姿勢（実線）に姿勢設定され、また車両Ｍが駐車スペースＰ（給電スペース）に進入した状態では水平姿勢（二点鎖線）に姿勢設定される。このような給電コイル機構１Ａは、車両Ｍに水平姿勢に設けられた受電コイルと一定距離を隔てて対向かつ電磁気結合することにより車両Ｍに電力を非接触伝送する。

なお、図３では、給電コイル機構１Ａの特徴を分かり易くするために車両Ｍの有無によって給電コイル機構１Ａの姿勢が変化するようにシンボル的に描いているが、車両Ｍの有無によって実際に垂直姿勢と水平姿勢とに姿勢変化する部材は、図４に示すように給電コイル機構１Ａの構成要素の１つである給電コイル１ａである。

すなわち、給電コイル機構１Ａは、より詳細には給電コイル１ａ、一対の回転軸１ｂ，１ｂ、収容枠体１ｃ、当接部１ｈ及びコイルバネ１ｊ（弾性体）から構成されている。これら各構成要素のうち、給電コイル１ａは第１実施形態におけると同じ形状・構成・機能を有し、一端面１ｆつまり水平姿勢時に車両Ｍの受電コイル（水平姿勢）と対向する上面（給電面）を通して受電コイルと電磁気結合することにより電力を非接触で車両Ｍに伝送する。

一対の回転軸１ｂ，１ｂも、第１実施形態におけると同様に、上記一端面１ｆに直交する２対の平行面の一方の対の中心に、互いの軸芯が同軸となるようにそれぞれ突設されている。すなわち、一対の回転軸１ｂ，１ｂは、互いの軸芯が給電コイル１ａの中心を通過すると共に上記一端面１ｆと平行になるように給電コイル１ａの両端から突出している。さらに収容枠体１ｃも、第１実施形態におけると同じ形状・構成・機能を有する。

当接部１ｈは、給電コイル１ａの一端面１ｆに突出するように設けられ、給電スペースＰに進入してきた車両Ｍと当接する。さらにコイルバネ１ｊは給電コイル１ａと収容枠体１ｃとの間に設けられ、給電コイル１ａを所定方向に付勢して当該給電コイル１ａを通常状態で垂直姿勢にする。

給電制御部４Ａは、給電コイル１ａが水平姿勢にあることを判定して給電コイル１ａへの電力（交流電力）の供給を制御する制御器である。この給電制御部４は、給電コイル１ａに交流電力を出力するインバータ回路（電力変換器）及び当該インバータ回路に操作信号であるスイッチング信号を供給するインバータ制御回路から構成されている。

なお、この給電制御部４は、姿勢変化自在な給電コイル１ａに対して可撓性を有する電力ケーブルによって接続されている。本実施形態においては、給電コイル１ａが水平姿勢にあることは、すなわち給電コイル１ａが受け部１ｇと当接していることでもあるので、給電コイル１ａが水平姿勢にあるか否かを判定する方法として、例えば、受け部１ｇの上面（先端部）にタッチセンサを設け、水平姿勢になった給電コイル１ａの下面がタッチセンサを押していることを検出すればよい。
電力ケーブルは、高周波の放射を低減するように互いに撚り合わせた被覆ツイスト電線に金属箔又は金属網で覆うケーブルであることが望ましい。

次に、このように構成された本非接触給電装置の動作について詳しく説明する。
この給電コイル機構１Ａでは、通常状態ではコイルバネ１ｊの付勢力によって給電コイル１ａが垂直姿勢を維持するが、給電スペースＰに車両Ｍが進入してくると、当該車両Ｍの後部（あるいは先端部）が当接部１ｈと当接することにより給電コイル１ａの姿勢が垂直姿勢から水平姿勢に変化し、さらに当接部１ｈが車両Ｍの底部と当接し続けることにより水平姿勢を維持する。すなわち、この給電コイル機構１Ａでは、給電スペースＰへの車両Ｍの進入を自ら検出すると共に、車両Ｍの移動を給電コイル１ａの姿勢を変化させるための動力として利用する。

つまり、給電コイル１ａの姿勢は、図３及び図４に示されているように、通常は垂直姿勢に設定され、車両Ｍが駐車スペースＰに進入した場合にのみ、図４（ａ）の矢印で示すように、時計回りに９０度回動して端部が収容枠体１ｃの受け部１ｇに当接した姿勢つまり水平姿勢に姿勢設定される。

そして、給電制御部４Ａは、給電コイル１ａが水平姿勢にあると判定すると、交流電力の給電コイル１ａへの出力を開始する。すなわち、給電制御部４Ａは、給電スペースＰに車両Ｍが進入し、給電コイル１ａの姿勢が垂直姿勢から水平姿勢に変化するまでは、交流電力を給電コイル１ａに出力しない。

このような第２実施形態に係る非接触給電装置によれば、第１実施形態に係る非接触給電装置と同様に、車両Ｍが駐車スペースＰに進入するまでは給電コイル１ａが垂直姿勢に設定されるので、異物を一端面１ｆ（給電面）から従来よりも確実に除去することができる。

なお、本発明は上記第１実施形態、第２実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形例が考えられる。
（１）上記第１実施形態では、一対の回転軸１ｂ，１ｂを一端面１ｆに直交する２対の平行面の一方の対の中心に設けたが、本発明はこれに限定されない。図５に示すように、一端面１ｆに直交する一方の対において各平行面の端部に設けてもよい。第２実施形態においても、同様に一対の回転軸１ｂ，１ｂを一端面１ｆに直交する一方の対において各平行面の端部に設けてもよい。

（２）また、上記第１実施形態ないし第２実施形態において、図６に示すように、一対の回転軸１ｂ，１ｂを、回転軸ないしその延長が給電コイル１ａの重心を通過するように設けてもよい。

図２に示すように、一対の回転軸１ｂ，１ｂを一端面１ｆに直交する２対の平行面の一方の対の中心に設けた場合には、垂直姿勢の給電コイル１ａの下半分を収容するために収容枠体１ｃの高さ寸法を比較的大きくする必要があり、これに対して、一端面１ｆに直交する２対の平行面の何れか一面の近傍に一対の回転軸１ｂ，１ｂを設けた場合には、給電コイル１ａの下半分を収容する必要がないので、収容枠体１ｃの高さ寸法を比較的小さくすることができる。収容枠体１ｃの高さ寸法を小さくできることは、給電コイル機構を走行面に設備する上で工数やコスト面でメリットになる。

これに対して、一対の回転軸１ｂ，１ｂないしその延長が給電コイル１ａの重心を通過するように設けた場合には、回転軸の両側で重量がバランスしているため、モータないしコイルバネの発生するトルク・力が小さくても給電コイル１ａを回転軸回りに回転させることが可能であり、モータないしコイルバネを小型化できるメリットがある。

（３）上記第１実施形態及び第２実施形態では、一対の回転軸１ｂ，１ｂを支持していない方の１対の垂直面の一方かつ走行面に対峙する部位に水平姿勢の給電コイル１ａの端部を受ける受け部１ｇを形成したが、これに加えて垂直姿勢の給電コイル１ａの姿勢をより安定化させるサポート部材として、例えば収容枠体１ｃの底部に上方に突出する突起を設け、当該突起によって給電コイル１ａの片面を受けてもよい。

（４）上記第１実施形態及び第２実施形態では、給電コイル１ａを回転軸１ｂ，１ｂ周りに回動させることによって垂直姿勢と水平姿勢とを切り替えるように構成したが、これによって垂直姿勢時の給電コイル１ａは走行面から上方に突出することになる。このような給電コイル１ａの走行面からの突出が不都合な場合には、例えば回転軸１ｂ，１ｂを支持するために収容枠体１ｃに設けられた一対の軸受けを昇降機構によって支持するように構成し、垂直姿勢の給電コイル１ａを下降させて走行面から突出しない状態とすることが考えられる。

（５）上記第１実施形態および第２実施形態において、給電コイル１ａの内部を構成する電線は、ヘリカルコイルに限らず、給電コイルが水平になったときに給電コイルと受電コイル間で電磁気結合が生じ非接触給電が可能であれば、電線の巻回しの形状・コイルの形式は任意でよい。給電コイル１ａの成型方法も、モールドに限らず、電磁界を透過する材料で、かつ形状を保持し電線を固定できる方法であれば任意でよい。たとえば、ＦＲＰ（Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）製の直方体形状の筐体に電線を巻回して収納し、電線をプラスチック製の留め具で保持してもよい。

１，１Ａ…給電コイル機構、１ａ給電コイル、１ｂ，１ｂ…回転軸、１ｃ…収容枠体、１ｄ…減速機、１ｅ…モータ、１ｆ…一端面、１ｇ…受け部、１ｈ…当接部、１ｊ…コイルバネ（弾性体）、２…車両センサ（移動体センサ）、３…姿勢制御部、４，４Ａ…給電制御部、Ｐ…駐車スペース（給電スペース）、Ｍ…車両（移動体）

Claims (5)

1. 給電スペースに設けられた給電コイルの一端面を移動体に設けられた受電コイルに対向させ、前記給電コイルを前記受電コイルと電磁気結合させることにより前記移動体に電力を給電する非接触給電装置であって、
   前記移動体の前記給電スペースへの進入を検知しない状態では前記給電コイルの一端面を垂直姿勢に姿勢設定し、前記移動体の前記給電スペースへの進入を検知すると、前記給電コイルの一端面を前記垂直姿勢から水平姿勢に変化させる姿勢設定手段を具備することを特徴とする非接触給電装置。
2. 前記姿勢設定手段は、
   前記移動体の前記給電スペースへの進入を検知する移動体センサと、
   前記給電コイルを当該給電コイルの一端面に平行な軸周りに回動自在に支持する支持機構と、
   前記給電コイルを回動駆動するアクチュエータと、
   前記移動体センサの検出結果に基づいて前記アクチュエータを制御する姿勢制御部と
   を備えることを特徴とする請求項１記載の非接触給電装置。
3. 前記姿勢設定手段は、
   前記給電コイルを当該給電コイルの一端面に平行な軸周りに回転自在に支持する支持機構と、
   前記給電コイルを所定方向に付制して当該給電コイルを垂直姿勢にする弾性体と、
   前記給電コイルに備えられ、前記給電スペースに進入してきた前記移動体と当接することにより前記給電コイルを前記垂直姿勢から水平姿勢に変化させる当接部と
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の非接触給電装置。
4. 前記給電コイルの軸が前記給電コイルの中心または重心を通過することを特徴とする請求項２または３記載の非接触給電装置。
5. 前記給電コイルの軸が前記給電コイルの端部を通過することを特徴とする請求項２または３記載の非接触給電装置。
   

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