JP6211376B2 - 非接触給電システム - Google Patents

Description

本発明は、非接触給電システムに関するものである。

従来、ワンボックスカーや一部の乗用車に見られるドアの内部のパワーウインドウモータやドアロックユニットといった各補機に対して、非接触で車体側（電源側）から給電する非接触給電システムが提案されている（特許文献１）。

図６は、従来の非接触給電システムの一例を示す斜視図である。車体側鉄心１６０の両端部が円弧状をなして長く延長されている。この車体側鉄心１６０は、その両端部の弧状延長部１６０ａの曲率中心がドア１１２の回動中心と一致するように２つのグロメット１６１を介して車体１１１に取り付けられている。グロメット１６１は、先端にガイド筒部１６２を有すると共に、そのガイド筒部１６２から後向きに桶状で弧状をなすガイドカバー１６３を一体に延設した構造であり、各ガイド筒部１６２に車体側鉄心１６０の各弧状延長部１６０ａが貫通され、上側のグロメット１６１のガイドカバー１６３は車体側鉄心１６０の上側の弧状延長部１６０ａの上半分を覆うように配置し、下側のグロメット１６１のガイドカバー１６３は車体側鉄心１６０の下側の弧状延長部１６０ａの下半分を覆うように位置しており、もって車体側鉄心１６０をドア１１２側に突出或いは後退自由に支持している。また、この車体側鉄心１６０に巻装した二次側コイル１３３のカバー１３３ａと各グロメット１６１の先端側との間には、図７及び図８に示すように、付勢部材に相当する引っ張りスプリング１６４が掛け渡され、もって車体側鉄心１６０を常に車体１１１から突出する方向に付勢している。

ドア１１２が閉鎖されているときは、図７に示すように、車体側鉄心１６０は引っ張りスプリング１６４を弾性的に伸張させながら車体１１１内に後退するように押し込められている。このため、車体側鉄心１６０の弧状延長部１６０ａの先端が、引っ張りスプリング１６４のバネ力によって付勢されてドア１１２側のグロメット１３２の径大頭部１３２ｃに当接し、結局、その径大頭部１３２ｃの先端薄肉部を介してドア側鉄心１３１の先端に対向した状態にある。これにて結合度の高い磁気回路が構成され、車体１１１側の一次側コイル１２３からドア１１２側の二次側コイル１３３に向けて高効率で電力が送電される。

上述の状態からドア１１２を開放すると、ドア１１２はヒンジ１１３を中心に回動し、ドア１１２側の端板部１１２ａが車体１１１の内側壁部１１１ａから図８に示すように開くように離れ、ドア側鉄心１３１の端部先端が内側壁部１１１ａから後退するような動きをする。この結果、車体側鉄心１６０は引っ張りスプリング１６４のバネ力によって車体１１１内から突出するように押し出され、その先端がドア側鉄心１３１の先端に対向した状態を維持する。従って、ドア１１２の開放に関わらず、両鉄心１６０，１３１によって磁気回路が構成されることになるから、やはり車体１１１側の一次側コイル１２３からドア１１２側の二次側コイル１３３に向けて高効率で送電することができる。

特開平７−２１２９９２号公報

しかしながら、上述の構造を車のスライドドアへの給電に採用する場合、車体側鉄心１６０の延長部１６０ａを真っ直ぐにすると共にその長さをスライドドアのドアストロークに合わせる必要がある。そのため、車種によりスライドドアのドアストロークが変わる場合には、延長部の長さが変わるため磁気回路の結合度が車種によって変わってしまう不具合がある。

そこで、本発明の目的は、上述の問題点に鑑み、スライドドアがどの位置にあっても安定して給電が可能な簡素な非接触給電システムを提供することにある。

上記課題を解決するためになされた請求項１記載の発明は、車体側に設けられた電源と、前記車体側に設けられ、前記電源から電力が供給される一次側コイルと、前記車体に開閉可能に設けられたスライドドア側に設けられ、前記一次側コイルと磁気結合する二次側コイルと、前記スライドドアに設けられ、前記一次側コイルとの磁気結合によって前記二次側コイルに発生する誘導起電力による電力が供給される電力供給対象物と、を備え、前記スライドドア側に対して前記車体側から非接触で電力を供給する非接触給電システムであって、
前記二次側コイルは、前記スライドドアの閉鎖時に前記一次側コイルに対して正対する正対位置にあり且つ前記スライドドアの開放時に前記正対位置を維持するように該スライドドアのスライド方向と反対方向に前記スライドドアに対して移動される
ことを特徴とする。

上記課題を解決するためになされた請求項２記載の発明は、
請求項１記載の非接触給電システムにおいて、
前記車体に固定され、前記一次側コイルが取り付けられた第１のコイル支持部材と、
前記スライドドアに設けられ、その開閉方向に延設されたスライドレールと、
前記スライドレールにスライド移動可能に取り付けられ、前記二次側コイルが取り付けられた第２のコイル支持部材と、
前記第１のコイル支持部材に取り付けられた第１の正対位置維持用永久磁石と、
前記第２のコイル支持部材に取り付けられ、前記第１の正対位置維持用永久磁石と引き
合う極性を有する第２の正対位置維持用永久磁石と、
を有していることを特徴とする。
上記課題を解決するためになされた請求項３記載の発明は、車体側に設けられた電源と、前記車体側に設けられ、前記電源から電力が供給される一次側コイルと、前記車体に開閉可能に設けられたスライドドア側に設けられ、前記一次側コイルと磁気結合する二次側コイルと、前記スライドドアに設けられ、前記一次側コイルとの磁気結合によって前記二次側コイルに発生する誘導起電力による電力が供給される電力供給対象物と、を備え、前記スライドドア側に対して前記車体側から非接触で電力を供給する非接触給電システムであって、
前記一次側コイルは、前記スライドドアの閉鎖時に前記二次側コイルに対して正対する正対位置にあり且つ前記スライドドアの開放時に前記正対位置を維持するように該スライドドアのスライド方向に沿って移動可能に設けられていることを特徴とする。

請求項１及び２記載の発明によれば、スライドドアがどの位置にあっても安定して給電が可能な簡素な非接触給電システムが実現される。

本発明による非接触給電システムが適用された自動車の一例を示す部分斜視図である。 本発明の非接触給電システムの実施の形態を示す斜視図である。 一次側コイルと二次側コイルの位置ずれ状態を説明する斜視図である。 本発明の非接触給電システムの他の実施例を示す斜視図である。 本発明による非接触給電システムの電気的構成例を示すブロック図である。 従来の非接触給電システムの一例を示す斜視図である。 図７の非接触給電システムの要部をドアの閉鎖状態で示す横断面図である。 図７の非接触給電システムの要部をドアの開放状態で示す横断面図である。

以下、本発明による非接触給電システムの一実施形態を、図１から図３を参照して説明する。

図１は、本発明による非接触給電システムが適用された車両の一例を示す部分斜視図である。本発明の非接触給電システムは、車体２側に固定されている一次側コイル７と常に正対するように、開閉時に車体２の前後方向にスライド移動可能なスライドドア３に対し、その内部に、例えばスライドレール７０Ａ，７０Ｂ上を移動可能に設けられた二次側コイル１２を持つ非接触給電システムである。

図２に示すように、給電用の一次側コイル７Ａは、例えばソレノイドタイプのコイルに形成され、フェライトからなる直方体形状の第１ののコイル支持部材５０Ａの中央に取り付けられており、例えば図１に示すように車体２のシート２ａ付近の下に固定される。第１のコイル支持部材５０Ａの表面の車両前方側上部には、正対位置維持用永久磁石６０Ａが貼り付けられ、車両後方側下部には、正対位置維持用永久磁石６０Ｂが貼り付けられている。正対位置維持用永久磁石６０Ａ及び６０Ｂは、請求項における第１の正対位置維持用永久磁石に相当する。

受電用の二次側コイル１２Ａは、例えばソレノイドタイプのコイルに形成され、フェライトからなる直方体形状の第２のコイル支持部材５０Ｂの中央に取り付けられている。第１のコイル支持部材５０Ａと第２のコイル支持部材５０Ｂは同一寸法のものである。一次側コイル７Ａ及び二次側コイル１２Ａは、絶縁被覆が施されている。

第２のコイル支持部材５０Ｂの両端には、コロ支持部材８０Ａ，８０Ｂが取り付けられ、それらの上下にコロ９０Ａ，９０Ｂ，９０Ｃ，９０Ｄが回転可能に軸支されている。コロ９０Ａ，９０Ｂ，９０Ｃ，９０Ｄは、それぞれ、スライドレール７０Ａ，７０Ｂのレール溝にスライド可能に係合されている。スライドレール７０Ａ，７０Ｂは、例えば図１にその一部が示されているように、スライドドア３の内部にスライドドア３の移動方向にドアストロークより長く延設されている。第２のコイル支持部材５０Ｂの第１のコイル支持部材５０Ａと対向する表面の車両後方側上部には、正対位置維持用永久磁石６０Ｃが貼り付けられ、車両前方側下部には、正対位置維持用永久磁石６０Ｄが貼り付けられている。正対位置維持用永久磁石６０Ｃ及び６０Ｄは、請求項における第２の正対位置維持用永久磁石に相当する。

正対位置維持用永久磁石６０Ａと正対位置維持用永久磁石６０Ｃ、正対位置維持用永久磁石６０Ｂと正対位置維持用永久磁石６０Ｄは、互いに引き合う極性を有して対向する強力な磁石であり、一次側コイル７Ａと二次側コイル１２Ａが、スライドドアの移動にかかわらず、常に正対位置を保つように位置を調節する役割を果たす。例えば、正対位置維持用永久磁石６０Ａの表面がＮ極ならば、正対位置維持用永久磁石６０Ｂの表面がＳ極、正対位置維持用永久磁石６０Ｃの表面がＳ極、正対位置維持用永久磁石６０Ｄの表面がＮ極になるように、各正対位置維持用永久磁石６０Ａ，６０Ｂ，６０Ｃ，６０Ｄが第１のコイル支持部材５０Ａ，５０Ｂに貼り付けられる。

図３は、一次側コイル７Ａと二次側コイル１２Ａ間に位置ずれが生じた場合の例を示す。一次側コイル７Ａ及び二次側コイル１２Ａを互いに正対位置に維持する正対位置維持用永久磁石６０Ａ，６０Ｂ，６０Ｃ，６０Ｄについて、第１のコイル支持部材５０Ａ，５０Ｂの表面の車両前方側と車両後方側で上下にずらした形で取り付けられるが、これは図３のような位置ずれに対し、磁石間距離が相対的に近くなるのはコイルが正対となる位置であるため戻りやすくしている。反対側の磁石と正対となり、コイルが位置ずれした状態で位置固定されるのを防ぐ役割をはたす。

一次側コイル７Ａは、例えば、閉鎖時のスライドドア３の車両後方側端部付近に対応する車体２のシート２ａの下に固定されている。

スライドドア３の閉鎖時、一次側コイル７Ａと、スライドドア３の最後部付近のレール７Ａ、７Ｂ上にある二次側コイル１２Ａと、は互いに正対した位置にある。

スライドドア３の開放時、二次側コイル１２Ａは、スライドドア３の移動に応じてスライドレール７０Ａ、７０Ｂ上を車両前方側（スライドドア３のスライド方向と反対方向）にスライド移動し、一次側コイル７Ａと常に正対する位置を維持する。

スライドドア３の最大開放時、二次側コイル１２Ａは、図１に示すように、スライドドア３の移動に応じてスライドレール７０Ａ、７０Ｂ上をスライドドア３の最前部付近までスライド移動し、一次側コイル７Ａと常に正対する位置を維持する。

このように、スライドドア３の開閉に関わらず、一次側コイル７Ａと二次側コイル１２Ａは、常に正対する位置となるように（相対位置が変わらないように）維持される。それにより、図示しない電源を通じて交流電力が一次側コイル７Ａに供給された際、一次側コイル７Ａと二次側コイル１２Ａの磁気結合がスライドドア３の開閉にかかわらず維持され、車体２側からスライドドア３側への給電が安定して行われる。

図４は、一次側コイル及び二次側コイルとしてスパイラルコイルを用いた場合を示す実施例である。支持部材５０Ａ，５０Ｂ上にスパイラルコイルパターンの一次側コイル７Ｂ、二次側コイル１２Ｂを固定し、一実施形態と同様に、位置ずれに対応してスライドさせるようにすれば、スパイラルコイルも適用可能である。

本発明によれば、スライドドアといった可動部に、簡素なシステムで非接触給電を提供可能とする点が効果として挙げられる。本件のように給電位置が移動する場合、従来では、複数コイルを並べ、給電コイルをスイッチで切り替えるといったようなシステム的に大がかりになりがちであるが、本発明では、磁石とレールを用いてコイルを移動させて正対位置を保つ簡易な可動システムで位置ずれ対応を実現している。

次に、図５は、図１乃至図４に示す一次側コイル及び二次側コイルの構成を採用した本発明の非接触給電システムの電気的構成例を示すブロック図である。

図５において、車両１の車体２には、スライドドア３が車体２の前後方向にスライド自在に取り付けられている。本発明の非接触給電システムは、車体２とスライドドア３とに跨って設けられている。車体２側には、給電用の一次側コイル７と、一次側コイル発振駆動制御装置２９と、制御装置３０と、給電制御スイッチ（給電制御ＳＷ）３１と、第一通信手段としての送受信無線機器３２と、を有している。一次側コイル７は、制御装置３０及び給電制御スイッチ３１に接続された一次側コイル発振駆動制御装置２９に接続されている。制御装置３０には、給電制御スイッチ３１が接続されている。

また、スライドドア３側には、一次側コイル７と近接する給電用の二次側コイル１２と、整流回路３６と、充電手段としての充電スイッチ（充電ＳＷ）３７と、電力供給対象物としての蓄電部材３８と、負荷制御手段としての負荷制御装置３９と、第二通信手段としての送受信無線機器４０と、を有している。また、二次側コイル１２は、整流回路３６に接続されている。整流回路３６は、充電スイッチ３７に接続されている。その充電スイッチ３７には、蓄電部材３８が接続されている。負荷制御装置３９には、充電スイッチ３７及び蓄電部材３８が接続されている。

車体２側には、さらに、車体側バッテリ４４と車体側制御ユニット４５とが設けられている。車体側制御ユニット４５は、制御装置３０に接続されている。車体側制御ユニット４５には、スイッチ類４６と図示しないスライドドア開閉状態確認手段（例えば既知のカーテシスイッチ）とが接続されている。車体側バッテリ４４の電力ライン上には、図示しないイグニッションスイッチが設けられている。

これに対し、スライドドア３側には、さらに、負荷４７、４８と、ドアスイッチ類４９とが設けられている。

一次側コイル７は、図１〜図４に示す構成の一次側コイル７Ａまたは７Ｂが用いられている。一次側コイル発振駆動制御装置２９は、一次側コイル７の発振駆動を制御するように構成されている。言い換えれば、インバータとしての機能を有するとともに、これをスイッチングする機能を有しており、一次側コイル７の励磁をコントロールすることができるように構成されている。また、一次側コイル発振駆動制御装置２９は、図示しないマイクロプロセッサ等を有して構成されている。

制御装置３０は、一次側コイル発振駆動制御装置２９の作動状態を監視するとともに、給電制御スイッチ３１のＯＮ／ＯＦＦを制御するように構成されている。また、制御装置３０は、図示しないマイクロプロセッサ等を有して構成されている。

給電制御スイッチ３１は、例えば既知構成のリレーであって、上述の如く、そのＯＮ／ＯＦＦを制御装置３０が制御するようになっている。そして、給電制御スイッチ３１がＯＮ／ＯＦＦされることによって一次側の電磁誘導コイルユニット２６への電力供給が規制されるようになっている。

送受信無線機器３２は、制御装置３０に内蔵されている（別体であってもよいものとする）。また、送受信無線機器３２は、スライドドア３の後述する送受信無線機器４０との間で制御信号を無線により送受信する機器として構成されている。すなわち、例えば運転者がスライドドア３のパワーウインドウに対するパワーウインドウスイッチを操作すると、送受信無線機器４０に対してスライドドア３の窓ガラスをアップ又はダウンさせる制御信号を送信するようになっている。尚、送受信無線機器３２は、本例において、各種制御信号を無線により送受信するように構成されているが、電磁誘導（相互誘導作用）によって送受信するように構成してもよいものとする（第一給電手段の構成を応用する）。また、光や赤外線等による通信によって制御信号を送受信することも可能であるものとする。

車体側制御ユニット４５は、例えば車体２に設けられる各種機器等を制御するものであって、図示しないマイクロプロセッサやその周辺回路等によって構成されている。

マイクロプロセッサは、図示しないＲＯＭ、ＣＰＵ、ＥＥＰＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力ポート等を備えて構成されている。ＲＯＭは、読み出し専用のメモリであり、プログラムや固定データ等が格納されている。また、ＣＰＵは、中央演算処理装置であり、ＲＯＭに予め格納された制御プログラムに従って作動するようになっている。ＥＥＰＲＯＭは電気的消去／書き換え可能な読み出し専用のメモリであり、各種の設定値情報等が格納されている。ＲＡＭは、読み出し書き込み自在のメモリであり、ＣＰＵの処理の過程で利用する各種のデータを格納するデータエリアと処理の際に使用するワークエリア等を有している。

スイッチ類４６は、集中ドアロックスイッチやパワーウィンドウスイッチ等の各種スイッチが挙げられるものとする。

整流回路３６は、二次側コイル１２に生じた誘導起電力を整流する回路であって、図示しないダイオードやコンデンサを有して構成されている。尚、二次側コイル１２に生じた誘導起電力による電力で蓄電部材３８に充電することができる充電回路を一体にして構成してもよいものとする。

充電スイッチ３７は、例えば既知構成のリレーであって、負荷制御装置３９により制御され、ＯＮ／ＯＦＦすることによって蓄電部材３８への充電を規制することができるようになっている。

蓄電部材３８は、キャパシタや二次電池、或いはこれらを並列接続したものが適用されている（負荷の特性要件に応じたものを適宜選定することができるものとする）。蓄電部材３８は、充電スイッチ３７のＯＮ／ＯＦＦによってその充電が規制されるようになっている。また、蓄電部材３８は、負荷制御装置３９に電力を供給することができるようになっている。

蓄電部材３８は、車体側バッテリ４４のような大容量のものを必要とせず、負荷４７、４８及び負荷制御装置３９の制御回路を駆動することができるだけの容量を有するコンパクトなものが用いられている。また、蓄電部材３８は、スライドドア３に対して交換可能に取り付けられている。

負荷制御装置３９は、スライドドア３に設けられた各種の負荷４７、４８等の駆動を制御するものであって、上述のような図示しないマイクロプロセッサやその周辺回路等を有して構成されている。また、負荷制御装置３９は、蓄電部材３８の充電状態（充電率）を監視するように構成されている。さらに、負荷制御装置３９は、充電スイッチ３７のＯＮ／ＯＦＦを制御するように構成されている。

送受信無線機器４０は、負荷制御装置３９に内蔵されている（別体であってもよいものとする）。また、送受信無線機器４０は、車体２側の送受信無線機器３２との間で負荷４７、４８に対する制御信号を送受信する機器として構成されている。

ドアスイッチ類４９は、ドア開閉ハンドルスイッチやパワーウィンドウ開閉スイッチ等の各種スイッチが挙げられるものとする。また、負荷４７、４８は、パワーウインドウ、ドアロック、電動スライドドア開閉等の各種間欠負荷が挙げられるものとする。

このように上述した実施例は本発明の代表的な形態を示したに過ぎず、本発明は、実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

例えば、上記の実施形態では、一次側コイルを固定し、二次側コイルをスライドドアのスライド方向に沿って移動可能な構成にしているが、本発明はこれに限らず、二次側コイルを固定し、一次側コイルを移動可能な構成にしたり、一次側コイルと二次側コイルの両方を移動可能な構成にしてもよい。

また、上記の実施形態では、コイル支持部材としてフェライトが用いられているが、これに限らず、合成樹脂等の他の材料を用いてもよい。

また、上述の実施形態では、正対位置維持用永久磁石が２個、コイル支持部材の表面の車両前方側上部と車両後方側下部に貼り付けられているが、個数や貼り付け場所は適宜変更可能である。

また、上記の実施形態では、正対位置維持用磁石を用いて一次側コイルと二次側コイルを正対させているが、本発明はこれに限らず、スライドドアのスライド距離に応じて一次側コイル及び二次側コイルの少なくとも一方をモータ等により移動させ、他方と正対させるように構成してもよい。

また、上述の実施形態では、本発明を電磁誘導方式の一次側及び二次側コイルに適用した場合について説明したが、本発明はこれに限らず、電磁界共鳴方式の共鳴コイルに適用することもできる。

１ 車両
２ 車体
３ スライドドア
７，７Ａ，７Ｂ 一次側コイル
１２，１２Ａ 二次側コイル
３８ 蓄電部材（電力供給対象物）
４４ 車体側バッテリ（電源）
５０Ａ 第１のコイル支持部材
５０Ｂ 第２のコイル支持部材
６０Ａ，６０Ｂ 第１の正対位置維持用永久磁石
６０Ｃ，６０Ｄ 第２の正対位置維持用永久磁石
７０Ａ，７０Ｂ スライドレール

Claims (3)

1. 車体側に設けられた電源と、前記車体側に設けられ、前記電源から電力が供給される一次側コイルと、前記車体に開閉可能に設けられたスライドドア側に設けられ、前記一次側コイルと磁気結合する二次側コイルと、前記スライドドアに設けられ、前記一次側コイルとの磁気結合によって前記二次側コイルに発生する誘導起電力による電力が供給される電力供給対象物と、を備え、前記スライドドア側に対して前記車体側から非接触で電力を供給する非接触給電システムであって、
   前記二次側コイルは、前記スライドドアの閉鎖時に前記一次側コイルに対して正対する正対位置にあり且つ前記スライドドアの開放時に前記正対位置を維持するように該スライドドアのスライド方向と反対方向に前記スライドドアに対して移動されることを特徴とする非接触給電システム。
2. 請求項１記載の非接触給電システムにおいて、
   前記車体に固定され、前記一次側コイルが取り付けられた第１のコイル支持部材と、
   前記スライドドアに設けられ、その開閉方向に延設されたスライドレールと、
   前記スライドレールにスライド移動可能に取り付けられ、前記二次側コイルが取り付けられた第２のコイル支持部材と、
   前記第１のコイル支持部材に取り付けられた第１の正対位置維持用永久磁石と、
   前記第２のコイル支持部材に取り付けられ、前記第１の正対位置維持用永久磁石と引き合う極性を有する第２の正対位置維持用永久磁石と、
   を有していることを特徴とする非接触給電システム。
3. 車体側に設けられた電源と、前記車体側に設けられ、前記電源から電力が供給される一次側コイルと、前記車体に開閉可能に設けられたスライドドア側に設けられ、前記一次側コイルと磁気結合する二次側コイルと、前記スライドドアに設けられ、前記一次側コイルとの磁気結合によって前記二次側コイルに発生する誘導起電力による電力が供給される電力供給対象物と、を備え、前記スライドドア側に対して前記車体側から非接触で電力を供給する非接触給電システムであって、
   前記一次側コイルは、前記スライドドアの閉鎖時に前記二次側コイルに対して正対する正対位置にあり且つ前記スライドドアの開放時に前記正対位置を維持するように該スライドドアのスライド方向に沿って移動可能に設けられていることを特徴とする非接触給電システム。

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