JP6149499B2

JP6149499B2 - 非接触給電システム

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Publication number: JP6149499B2
Application number: JP2013102060A
Authority: JP
Inventors: 祐司前川
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2013-05-14
Filing date: 2013-05-14
Publication date: 2017-06-21
Anticipated expiration: 2033-05-14
Also published as: CN105191065B; CN105191065A; JP2014222986A; US9866037B2; EP2999085A1; US20150357833A1; EP2999085B1; WO2014185184A1; EP2999085A4

Description

本発明は、非接触給電システムに関するものである。

近年、例えば特許文献１に示すような、給電側のコイル（給電コイル）から受電側のコイル（受電コイル）に対して非接触で電力を供給する非接触給電システムが用いられている。例えば、電気自動車（ＥＶ：Electric Vehicle）やハイブリッド自動車（ＨＶ：Hybrid Vehicle）等の移動車両に搭載されたバッテリに対しても、非接触給電システムを用いて給電することが提案されている。

特開２０１０−８７３５３号公報

しかしながら、移動車両の底部には、受電コイルがそのままあるいは樹脂でモールドされて設置されている。このため、移動車両の底部を擦ったり、異物（小石等）が当たったりすることによって、受電コイルが傷つき、給電を阻害する要因となる可能性がある。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、非接触給電システムにおいて、移動車両に搭載される受電コイルの損傷を防止し、常に適切な給電を可能とすることを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するための手段として、以下の構成を採用する。

第１の発明は、接地面側に配置された給電コイルと、移動体に搭載されると共に上記給電コイルから非接触で電力が供給される受電コイルとを備える非接触給電システムであって、上記移動体に開閉可能に設けられると共に閉状態にて上記受電コイルを覆う蓋部材と、膨張または収縮することによって上記蓋部材の開閉を行う袋体とを備えるという構成を採用する。

第２の発明は、上記第１の発明において、蓋部材を複数備えるという構成を採用する。

第３の発明は、上記第２の発明において、上記蓋部材ごとに上記袋体が設けられているという構成を採用する。

第４の発明は、上記第１〜第３いずれかの発明において、上記蓋部材を上記閉状態に付勢する付勢手段を備えるという構成を採用する。

第５の発明は、上記第１〜第３いずれかの発明において、上記蓋部材が上記袋体に接着されているという構成を採用する。

本発明によれば、開閉可能とされると共に閉状態にて給電コイルを覆う蓋部材を備える。また、膨張または収縮することによって蓋部材の開閉を行う袋体を備えている。このような本発明によれば、袋体の膨張あるいは収縮により、蓋部材の開閉が行われる。このため、移動車両の走行中では蓋部材を閉じて受電コイルを保護することができ、給電中では蓋部材を開けて蓋部材が給電の邪魔となることを防止することができる。したがって、本発明によれば、非接触給電システムにおいて、移動車両に搭載される受電コイルの損傷を防止し、常に適切な給電を行うことが可能となる。

本発明の第１実施形態による非接触給電システムの要部構成を示すブロック図である。本発明の第１実施形態による非接触給電システムが備える蓋ユニットを含む拡大模式図であり、（ａ）が蓋ユニットの蓋部材の閉状態を示す模式図であり、（ｂ）が蓋ユニットの蓋部材の開状態を示す模式図である。本発明の第１実施形態による非接触給電システムが備える蓋ユニットの蓋部材を下側から見た模式図である。本発明の第２実施形態による非接触給電システムが備える蓋ユニットを含む拡大模式図であり、（ａ）が蓋ユニットの蓋部材の閉状態を示す模式図であり、（ｂ）が蓋ユニットの蓋部材の開状態を示す模式図である。

以下、図面を参照して、本発明に係る非接触給電システムの一実施形態について説明する。なお、以下の図面において、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態による非接触給電システム１の要部構成を示すブロック図である。図１に示す通り、非接触給電システム１は、地面側に設置される給電装置１０と、移動車両Ｍ（移動体）側に搭載される受電装置２０及び蓋ユニット３０とを備えており、給電装置１０から受電装置２０に対して非接触で給電を行う。

給電装置１０は、電源１１、整流回路１２、給電回路１３、給電用制御部１４及び給電コイル１５を備えており、受電装置２０に対する非接触給電に適した電力を生成するとともに、受電装置２０に対する非接触給電を行う上で必要となる各種制御を行う。なお、本実施形態では、給電装置１０が地上に設置されているものとして説明するが、給電装置１０は、地下に設置されていても良く、移動車両Ｍの上方（例えば、天井）に設置されるものであっても良く、接地面に設置しているものとする。

電源１１は、出力端が整流回路１２の入力端に接続されており、受電装置２０への給電に必要となる交流電力を整流回路１２に供給する。この電源１１は、例えば２００Ｖ又は４００Ｖ等の三相交流電力、或いは１００Ｖの単相交流電力を供給する系統電源である。整流回路１２は、入力端が電源１１に接続されるとともに出力端が給電回路１３に接続されており、電源１１から供給される交流電力を整流して直流電力に変換し、変換した直流電力を給電回路１３に出力する。

給電回路１３は、入力端が整流回路１２に接続されるとともに出力端が給電コイル１５の両端に接続されており、整流回路１２からの直流電力を交流電力に変換し、変換した交流電力を給電コイル１５に出力する。具体的に、給電回路１３は、給電コイル１５とともに給電側共振回路を構成する共振用コンデンサを備えており、給電用制御部１４の制御の下で、整流回路１２からの直流電力を電源１１の交流電力よりも周波数が高い交流電力（高周波電力）に変換して給電コイル１５に出力する。給電用制御部１４は、給電回路１３を制御して受電装置２０に供給すべき電力を生成させる。この給電用制御部１４は、ＣＰＵ（中央処理装置）やメモリ等を備えており、予め用意された制御プログラムに基づいて上記の各種制御を行う。

給電コイル１５は、予め規定されたコイル形状を有するソレノイド型コイルからなる。なお、給電コイル１５は、この給電コイル１５をモールドするプラスチック等の非磁性材料によって形成されるカバーと一体的に設けられていても良い。この給電コイル１５は、給電回路１３から供給される高周波電力に応じた磁界を発生することによって受電装置２０に対して非接触で給電を行う。

移動車両Ｍは、運転者によって運転されて道路上を走行する自動車であり、例えば動力発生源として走行モータを備える電気自動車やハイブリッド自動車である。この移動車両Ｍは、図１に示す通り、受電装置２０及び蓋ユニット３０を備えている。なお、図１では省略しているが、移動車両Ｍは、エンジン、上記走行モータ、操作ハンドル、及びブレーキ等の走行に必要な構成を備えている。

受電装置２０は、受電コイル２１、受電回路２２、充電回路２３、バッテリ２４、及び受電用制御部２５を備える。受電コイル２１は、上述した給電コイル１５とほぼ同じコイル形状を有するソレノイド型コイルからなる。なお、受電コイル２１は、この受電コイル２１をモールドするプラスチック等の非磁性材料によって形成されるカバーと一体的に設けられていても良い。このような受電コイル２１は、給電コイル１５と対向可能なようにコイル軸が上下方向（垂直方向）となる姿勢で移動車両Ｍの底部に設けられている。この受電コイル２１は、両端が受電回路２２の入力端に接続されており、給電コイル１５の磁界が作用すると起電力を発生し、発生した起電力を受電回路２２に出力する。

受電回路２２は、入力端が、受電コイル２１の両端に接続されるとともに出力端が充電回路２３の入力端に接続されており、受電コイル２１から供給された交流電力を直流電力に変換し、変換した直流電力を充電回路２３に出力する。この受電回路２２は、受電コイル２１とともに受電側共振回路を構成する共振用コンデンサを備えている。なお、受電回路２２の共振用コンデンサの静電容量は、受電側共振回路の共振周波数が前述した給電側共振回路の共振周波数と同一周波数になるように設定されている。

充電回路２３は、入力端が受電回路２２の出力端に接続されるとともに出力端がバッテリ２４の入力端に接続されており、受電回路２２からの電力（直流電力）をバッテリ２４に充電する。バッテリ２４は、移動車両Ｍに搭載された再充電が可能な電池（例えば、リチウムイオン電池やニッケル水素電池等の二次電池）であり、図示しない走行モータ等に電力を供給する。受電用制御部２５は、ＣＰＵやメモリ等を備えており、予め用意された受電用制御プログラムに基づいて充電回路２３を制御する。また、受電用制御部２５は、給排気装置４０を制御して蓋ユニット３０の後述するバルーン３３を膨張させあるいは収縮させる。

図２は、蓋ユニット３０を含む拡大模式図である。この図に示すように、蓋ユニット３０は、蓋部材３１、バネ３２（付勢手段）、及びバルーン３３（袋体）を備える。なお、図２において、（ａ）が蓋部材３１の閉状態の様子を示し、（ｂ）が蓋部材３１の開状態の様子を示している。

蓋部材３１は、移動車両Ｍの底部に対してヒンジを介して開閉可能に取り付けられている。図３は、閉状態の蓋部材３１を地面側から見た正面図である。この図に示すように、蓋部材３１は、閉状態であるときに、受電コイル２１を覆うように移動車両Ｍに対して取り付けられている。本実施形態では、図３に示すように、蓋部材３１が４つ設けられており、各蓋部材３１は略二等辺三角形の形状とされている。これらの蓋部材３１が全て閉状態となったときに、蓋部材３１は全体として図３に示すように矩形状となり、受電コイル２１の全体を覆う。このような蓋部材３１は、受電コイル２１を保護するためのものであり、例えば受電コイル２１よりも硬い金属によって形成される。

バネ３２は、蓋部材３１ごとに設けられており、図２に示すように、一端が蓋部材３１に固定され他端が移動車両Ｍの車体に固定された圧縮バネである。このバネ３２は、蓋部材３１を閉状態の姿勢（図２（ａ）に示す姿勢）に付勢している。

バルーン３３は、受電コイル２１を覆うようにして移動車両Ｍの底面に対して固定されており、給排気装置４０から内部にガスが供給されることによって膨張し（膨らみ）、供給されたガスが同じく給排気装置４０に吸われることによって収縮する（萎む）。このバルーン３３は、図２に示すように、受電コイル２１と蓋部材３１の間に収容されている。このようなバルーン３３は、図２（ｂ）に示すように、膨張することによって蓋部材３１を押しのけ、蓋部材３１を開姿勢に維持する。また、バルーン３３は、収縮することによって蓋部材３１を閉姿勢とする。つまり、バルーン３３は、膨張または収縮することによって、蓋部材３１の開閉を行う。また、バルーン３３は、例えば伸縮性を有するゴム材料等で形成されている。なお、バルーン３３は、給電コイル１５と受電コイル２１とを繋ぐ磁路を除けば、アルミニウムや銅を用いて形成しても良い。これによって、漏洩電磁界を低減することができる。

給排気装置４０は、受電用制御部２５の制御の下で、バルーン３３に対するガスの給排気を行う。この給排気装置４０は、図１に示す通り、給排気管を介してバルーン３３と接続されており、給排気管を介してバルーン３３に対するガスの給排気を行う。

このような本実施形態の非接触給電システム１では、非給電時（例えば、運転者による移動車両Ｍの通常運転時）に、受電装置２０では、充電回路２３を停止させる制御が受電用制御部２５によって行われる。このとき、受電用制御部２５は、給排気装置４０によってバルーン３３内のガスをバルーン３３の外部に排気させる。このため、各蓋部材３１は、バネ３２の付勢力によって図２（ａ）に示すように閉状態とされ、受電コイル２１を覆う。また、非給電時（つまり、給電対象である移動車両Ｍが駐停車位置に駐停車していない時）に、給電装置１０では、給電回路１３を停止させる制御が給電用制御部１４によって行われる。

その後、運転者が移動車両Ｍを運転し、給電コイル１５が設置された場所まで移動車両Ｍを移動させて停車させると、給電コイル１５の設置位置が受電用制御部２５によって把握される。なお、給電コイル１５の設置位置を把握する方法としては、例えば不図示の音波センサ或いは光センサ等の位置センサの出力から把握する方法が挙げられる。把握した給電コイル１５の設置位置から、移動車両Ｍに設置される受電コイル２１が、給電コイル１５の上方に配置されたことを検知すると、受電用制御部２５によって、給排気装置４０からバルーン３３にガスを供給する制御が行われる。これによって、バルーン３３が膨張して蓋部材３１が開状態とされる。

他方、給電装置１０の給電用制御部１４においても、移動車両Ｍと同じく不図示の音波センサ或いは光センサ等の位置センサの出力から移動車両Ｍの位置が給電用制御部１４によって把握される。

以上の動作が終了すると、給電装置１０の給電回路１３が給電用制御部１４によって制御されて給電動作が開始される。これにより、給電コイル１５から移動車両Ｍに設置された受電コイル２１に対して非接触で電力が供給される。非接触での給電が行われると、受電装置２０では、受電用制御部２５が、バッテリ２４の充電状態を監視しながら充電回路２３を制御することによりバッテリ２４の充電を行う。

受電用制御部２５は、バッテリ２４が満充電状態となったことを検知すると、充電回路２３を停止させる制御を行うとともに、図示しない表示器等（例えば、運転席に設けられたバッテリ２４の充電状態を示す表示器）に対して、バッテリ２４が満充電状態になった旨を通知する。かかる通知により、運転者は、バッテリ２４が満充電状態となったことを認識することができる。

給電装置１０の給電用制御部１４は、非接触での給電が行われている間、給電が終了したか否かを判断する。ここで、給電が終了したか否かの判断は、例えば移動車両Ｍへの給電量が急激に低下したか否かに基づいて行うことが可能である。給電が終了していないと判断した場合には、給電用制御部１４は、給電回路１３を制御して非接触での給電を継続させる。これに対し、給電が終了したと判断した場合には、給電用制御部１４は、給電回路１３を制御して給電動作を停止させる。

給電動作が停止すると、受電用制御部２５は、バルーン３３内に給気されたガスを給排気装置４０に排気させて、バルーン３３を収縮させる。これによって、図２（ａ）に示すように蓋部材３１が閉状態になり、運転者は移動車両Ｍを運転して、給電コイル１５の設置場所から移動することが可能になる。

以上のような本実施形態の非接触給電システム１によれば、開閉可能とされると共に閉状態にて受電コイル２１を覆う蓋部材３１を備える。また、膨張または収縮することによって蓋部材３１の開閉を行うバルーン３３を備えている。このような本実施形態の非接触給電システム１によれば、バルーン３３の膨張あるいは収縮により、蓋部材３１の開閉が行われる。このため、移動車両Ｍの走行中では蓋部材３１を閉じて受電コイル２１を保護することができ、給電中では蓋部材３１を開けて蓋部材３１が給電の邪魔となることを防止することができる。したがって、本実施形態の非接触給電システム１によれば、移動車両Ｍに搭載される受電コイル２１の損傷を防止し、常に適切な給電を行うことが可能となる。

また、本実施形態の非接触給電システム１においては、蓋部材３１を複数備えている。このため、１つの蓋部材３１が開閉される場合と比較して、高さ方向における蓋部材３１の可動範囲を小さくすることができる。このため、一般乗用車のように移動車両Ｍの底面から地面までの高さが小さい車両であっても、本実施形態の非接触給電システム１を適用することが可能となる。

また、本実施形態の非接触給電システム１においては、蓋部材３１を閉状態に付勢するバネ３２を備えている。このため、受電装置２０への給電が行われていないときに、確実に蓋部材３１を閉じておくことが可能となる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。なお、本第２実施形態の説明において、上記第１実施形態と同様の部分については、その説明を省略あるいは簡略化する。

図４は、本実施形態の非接触給電システムの蓋ユニット３０Ａを含む拡大模式図である。この図に示すように、蓋ユニット３０Ａは、蓋部材３１及びバルーン３３Ａ（袋体）を備える。なお、図４において、（ａ）が蓋部材３１の閉状態の様子を示し、（ｂ）が蓋部材３１の開状態の様子を示している。

この図に示すように、本実施形態の非接触給電システムは、上述したバネ３２を備えておらず、バルーン３３Ａが蓋部材３１ごとに設けられている。また、各蓋部材３１は、各バルーン３３Ａに対して接着されている。

このような構成を有する本実施形態の非接触給電システムによれば、各蓋部材３１がバルーン３３Ａに対して接着されているため、バルーン３３Ａが収縮したときには蓋部材３１が図４（ａ）に示すように閉状態とされ、バルーン３３Ａが膨張したときには蓋部材３１が図４（ｂ）に示すように開状態とされる。このため、バネ３２を用いなくても蓋部材３１の開閉を行うことができる。

また、本実施形態の非接触給電システムによれば、各蓋部材３１に対してバルーン３３Ａが設けられている。このため、バルーン３３Ａの膨張及び収縮をバルーン３３Ａごとに個別に行うことで各蓋部材３１を個別に開閉することが可能となる。したがって、例えば、バルーン３３Ａを収縮するときに蓋部材３１同士の間にバルーン３３Ａが挟まるおそれがある場合であっても、各蓋部材３１を個別に開閉することによって、このおそれを回避することが可能となる。また、各蓋部材３１の閉じるタイミングをずらすことができるため、例えば、蓋部材３１を閉鎖状態のときに重なる大きさに設定することも可能となる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の趣旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

例えば、上記第１実施形態において、各蓋部材３１に接続されるバネ３２のバネ定数に違いを持たせても良い。このような場合には、バルーン３３が収縮するときに、各蓋部材３１の閉じるタイミングをずらすことができる。このため、例えば、蓋部材３１を閉鎖状態のときに重なる大きさに設定することも可能となる。

また、上記実施形態において、蓋部材３１の形状を、開状態のときに受電コイル２１及び給電コイル１５の周囲を完全に囲うような形状としても良い。このときに、上記実施形態のように蓋部材３１を金属製とすることによって、漏洩電磁界をより低減させることが可能となる。また、開状態の蓋部材３１同士の隙間を塞ぐ布状の遮蔽膜を設置しても良い。遮蔽膜をアルミニウムや銅から形成することによって、蓋部材３１同士の隙間から電磁界が漏洩することを防止することができる。

また、上記実施形態において、さらに給電コイル１５側にもバルーン及び給排気装置を設けても良い。また、バルーン３３内に通信用のアンテナを設置しても良い。また、膨張したバルーン３３内に粉末を供給し、その後バルーン３３内のガスを吸引することで、ジャミング転移現象によってバルーン３３と給電コイル１５とを強固に固定するようにしても良い。

また、上記実施形態においては、本発明の移動体が移動車両である構成について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の移動体が水中移動体であっても良い。

１……非接触給電システム、１０……給電装置、１１……電源、１２……整流回路、１３……給電回路、１４……給電用制御部、１５……給電コイル、２０……受電装置、２１……受電コイル、２２……受電回路、２３……充電回路、２４……バッテリ、２５……受電用制御部、３０……蓋ユニット、３０Ａ……蓋ユニット、３１……蓋部材、３２……バネ（付勢手段）、３３……バルーン（袋体）、３３Ａ……バルーン（袋体）、４０……給排気装置、Ｍ……移動車両（移動体）

Claims

接地面側に配置された給電コイルと、移動体に搭載されると共に前記給電コイルから非接触で電力が供給される受電コイルとを備える非接触給電システムであって、
前記移動体に開閉可能に設けられると共に閉状態にて前記受電コイルを覆う蓋部材と、
膨張または収縮することによって前記蓋部材の開閉を行う袋体と
を備えることを特徴とする非接触給電システム。
前記蓋部材を複数備えることを特徴とする請求項１記載の非接触給電システム。
前記蓋部材ごとに前記袋体が設けられていることを特徴とする請求項２記載の非接触給電システム。
前記蓋部材を前記閉状態に付勢する付勢手段を備えることを特徴とする請求項
１〜３いずれか一項に記載の非接触給電システム。
前記蓋部材が前記袋体に接着されていることを特徴とする請求項１〜３いずれか一項に記載の非接触給電システム。