JP6370564B2 - 受電ユニット及びそれを有する給電システム - Google Patents

Description

本発明は、車両に設けられ、車両外から非接触で給電された電力を受電する受電ユニット、及びこの受電ユニットを有する給電システムに関するものである。

近年、例えば、プラグインハイブリッド自動車（ＰＨＥＶ）や電気自動車（ＥＶ）等が備える二次電池（以下、単に「動力用バッテリ」という）の充電などにおいて、充電作業を容易にするために、プラグ接続等の物理的接続を必要としないワイヤレス（非接触）での電力伝送技術が用いられている。

例えば、特許文献１に開示されている給電システムでは、互いに電磁共鳴する一対のコイルの一方を給電設備の地面に設置し、他方を車両に搭載して、給電設備の地面に設置された給電側コイルから車両に搭載された受電側コイルに非接触で電力を供給している。このような給電システムにおいて、通常、前記受電側コイルは、コンデンサなどの部品と共に筐体内に収容されている。また、前記筐体は、車両の下面にボルト固定される。

特開２０１３−９０４７０号公報

しかしながら、受電側コイルを収容した筐体が車両の下面にボルト固定された上記構造においては、ボルトの近傍に路面上の異物又は風により飛ばされた異物が引っ掛かることがあるという問題があった。また、仮に前記異物が空き缶や金属箔などの金属であり、この金属異物が引っ掛かった状態のまま給電が開始された場合、金属異物が発熱することにより給電システムの動作や性能に影響を及ぼすおそれがあるという問題があった。

なお、給電設備の地面と車両下面との間の空間に存在する金属異物を検出可能なセンサは現状では存在せず、ボルト近傍に金属異物が引っ掛かった状態を発見し難かった。

本発明は、かかる問題を解決することを目的としている。即ち、本発明は、受電ユニットの筐体を車両にボルト固定した部分に金属異物が引っ掛かることを防止できる受電ユニット及びそれを有する給電システムを提供することを目的とする。

請求項１に記載された発明は、上記目的を達成するために、車両の下面に設けられ、地面に設けられた給電部から伝送された電力を非接触で受電する受電ユニットであって、前記受電ユニットの筐体に、前記車両にボルト固定される固定部が設けられ、少なくとも前記固定部を覆い、前記筐体又は前記車両に取り付けられる非金属製のカバーを有し、前記カバーが前記筐体の側方に位置付けられ、前記カバーの下面が前記筐体の下面と面一に連続していることを特徴とする受電ユニットである。

請求項２に記載された発明は、上記目的を達成するために、地面に設けられた給電部と車両に設けられた受電部とを有し、前記受電部が前記給電部から伝送された電力を非接触で受電する給電システムであって、前記受電部が、請求項１に記載の受電ユニットを有していることを特徴とする給電システムである。

請求項１、２に記載された発明によれば、前記受電ユニットの筐体に、前記車両にボルト固定される固定部が設けられ、少なくとも前記固定部を覆い、前記筐体又は前記車両に取り付けられる非金属製のカバーを有しているので、固定部及びボルトの近傍に金属異物が引っ掛かることを防止できる。
また、前記カバーが前記筐体の側方に位置付けられ、前記カバーの下面が前記筐体の下面と面一に連続しているので、カバー下面と筐体下面の境界部に金属異物が引っ掛かり難い。

本発明の一実施形態にかかる受電ユニット及び給電システムの概略構成を示す図である。 図１の給電システムにおける給電ユニット及び受電ユニットの配置を説明する図である。 図２の受電ユニットの断面図である。 参考例の受電ユニットの断面図である。

本発明の一実施形態にかかる受電ユニット及び給電システムについて、図１〜３を参照して説明する。

本実施形態の給電システムは、磁界共鳴方式を用いて非接触で地面側から車両に電力を供給する。なお、給電側と受電側とを電磁的に結合させることにより電力を伝送するものであれば、磁界共鳴方式以外の方式を用いてもよい。

図１に示すように、給電システム１は、地面Ｇ（図２に示す）に配置される給電部としての給電装置２０と、車両Ｖ（図２に示す）に配置される受電部としての受電装置３０と、を有している。この車両Ｖは、エンジン及びモータを有するドライブユニットＤＲＶと、モータに電力を供給する動力用バッテリＢＡＴＴと、を有している。

給電装置２０は、高周波電源２１と、給電ユニット２２と、整合器２７と、制御部２８と、を有している。

高周波電源２１は、例えば、商用電源から高周波電力を生成して、後述する給電ユニット２２に供給している。この高周波電源２１により生成される高周波電力は、給電ユニット２２の共振周波数及び後述する受電ユニット３２の共振周波数と等しい周波数に設定されている。

給電ユニット２２は、給電側コイル２３と、給電側コンデンサ体２４と、これらを収容する給電側ケース２５と、を有している。給電ユニット２２は、図２に示すように、地面Ｇ上に設置されている。給電ユニット２２は、地面Ｇに埋設されていてもよい。

給電側コイル２３は、図示しないフェライト製のコアにリッツ線がコイル状に巻き付けられて構成されている。給電側コンデンサ体２４は、図示しない回路基板に互いに直列若しくは並列、又は直列及び並列に接続されて実装された複数の図示しないコンデンサを有している。給電側コイル２３と給電側コンデンサ体２４とは、互いに直列接続されて所定の共振周波数で共振する共振回路を形成している。本実施形態では、給電側コイル２３と給電側コンデンサ体２４とは、直列接続されているが、並列接続されていてもよい。

整合器２７は、高周波電源２１と給電側コイル２３及び給電側コンデンサ体２４からなる共振回路との間のインピーダンスを整合させるための回路である。

制御部２８は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＰＵを有する周知のマイクロコンピュータなどで構成され、給電装置２０全体の制御を司る。制御部２８は、例えば、電力伝送の要求に応じて、高周波電源２１のオンオフ制御を行う。

受電装置３０は、受電ユニット３２と、整流器３８と、を有している。

受電ユニット３２は、受電側コイル３３と、受電側コンデンサ体３４と、これらを収容する「筐体」としての受電側ケース３５と、受電側ケース３５の両側方に位置付けられる一対のカバー４と、を有している。

受電側コイル３３は、図示しないフェライト製のコアにリッツ線がコイル状に巻き付けられて構成されている。受電側コンデンサ体３４は、図示しない回路基板に互いに直列若しくは並列、又は直列及び並列に接続されて実装された複数の図示しないコンデンサを有している。受電側コイル３３と受電側コンデンサ体３４とは、互いに直列接続されて給電ユニット２２と同一の共振周波数で共振する共振回路を形成している。本実施形態では、受電側コイル３３と受電側コンデンサ体３４とは、直列接続されているが、並列接続されていてもよい。

受電側ケース３５は、図３に示すように、開口が設けられた本体部３６と、該本体部３６の開口を覆う蓋部３７と、に分割可能に形成されている。本体部３６は、例えば、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）などの給電装置２０からの磁気を通すことが可能な材料で構成されている。蓋部３７は、例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金などの磁気を通さない（磁気シールドとなる）材料で構成されている。または、蓋部３７も本体部３６と同様にＦＲＰなどの樹脂製とし、蓋部３７の上方に銅やアルミニウムからなる磁気シールド板等を配置してもよい。受電側ケース３５は、本体部３６と蓋部３７とを組み合わせて図示しないねじ等の固定手段により固定することで、内側に受電側コイル３３及び受電側コンデンサ体３４を収容する空間を形成する。

また、本体部３６の両側面３６ｂ，３６ｃには、車両Ｖの下面にボルト固定される固定部３９が設けられている。このような受電側ケース３５は、図３に示すように、蓋部３７が車両Ｖの下面側、本体部３６が地面Ｇ側となるように車両Ｖの下面にボルト固定される。図３中の符号５は、固定部３９のボルト孔に通されたボルトである。図３中の符号６は、ボルト５に螺合されたナットである。なお、図３においては、受電側コイル３３及び受電側コンデンサ体３４の図示を省略している。

カバー４は、固定部３９及びボルト５の近傍に異物が引っ掛かることを防止するためのものであり、固定部３９及びボルト５を覆うように形成されている。本実施形態では、本体部３６の両側面３６ｂ，３６ｃに固定部３９が設けられていることから、カバー４も一対設けられている。このカバー４は、当該カバー４と受電側ケース３５との境界部に異物が引っ掛からないようにするため、その下面４ａが本体部３６の下面３６ａと面一に連続しており、その側面（図３中に図示されていない側面である）が本体部３６の側面（図３中に図示されていない側面である）と面一に連続している。また、カバー４は、その外表面に異物が引っ掛からないようにするため、極力凹凸が少なく形成されている。

さらに、カバー４は、給電システム１が形成する磁界に影響を及ぼさないようにするため、また、カバー４自体が磁界の影響を受けないようにする（カバー４が磁界の作用を受けて発熱することを防止する）ために、絶縁性の合成樹脂で構成されている。また、カバー４は非金属製であればよく、例えば、ゴムやスポンジで構成されていてもよい。このようなカバー４は、図示しない固定手段により、車両Ｖの下面に取り付けられている。また、カバー４は、受電側ケース３５に取り付けられていてもよく、車両Ｖ及び受電側ケース３５の双方に取り付けられていてもよい。

整流器３８は、受電ユニット３２が受電した高周波電力を直流電力に変換する。この整流器３８には、例えば、車両Ｖに搭載された動力用バッテリＢＡＴＴの充電に用いられる充電ユニットなどの負荷Ｌが接続される。

上述した給電システム１は、給電施設において、駐車した車両Ｖの動力用バッテリＢＡＴＴの充電操作が入力されて車両Ｖへの電力伝送の要求が発生すると、制御部２８が、高周波電源２１をオンして高周波電力を生成する。そして、この高周波電力が給電ユニット２２に供給されると、給電ユニット２２と受電ユニット３２とが磁界共鳴して、給電ユニット２２から高周波電力が伝送されて、当該高周波電力が受電ユニット３２で受電される。受電ユニット３２で受電された高周波電力は、整流器３８で直流電力に変換されて、車両Ｖの充電ユニットに供給され、この充電ユニットにより動力用バッテリＢＡＴＴが充電される。

また、上述した給電システム１においては、異物が引っ掛かり易い固定部３９及びボルト５がカバー４で覆われているので、当該固定部３９及びボルト５の近傍に異物が引っ掛かることを防止できる。なお、本願の課題の項で説明したように、空き缶や金属箔などの金属異物が固定部３９及びボルト５の近傍に引っ掛かった状態のまま給電が開始された場合、この金属異物が発熱することにより給電システム１の動作や性能に影響を及ぼすおそれがあるが、固定部３９及びボルト５がカバー４で覆われた給電システム１においてはそのようなことが起こらず、安全かつ安定的に給電を行うことができる。

参考例の受電ユニット及び給電システムについて、図４を参照して説明する。図４において、前述した一実施形態と同一構成部分には同一符号を付して説明を省略する。

本例の給電システムは、図４に示すように、受電ユニット１３２が、一実施形態で説明した一対のカバー４の代わりにカバー１０４を有していること以外は一実施形態で説明した給電システムと同じ構成である。

カバー１０４は、受電側ケース３５全体を車両Ｖの下面との間に遮蔽するように設けられている。カバー１０４は、一実施形態のカバー４と同様に絶縁性の合成樹脂で構成されており、その外表面に異物が引っ掛からないようにするため、極力凹凸が少なく形成されている。このようなカバー１０４は、図示しない固定手段により、車両Ｖの下面に取り付けられている。

本例の給電システムにおいては、受電側ケース３５全体を車両Ｖの下面との間に遮蔽したカバー１０４により、固定部３９及びボルト５の近傍だけでなく、受電側ケース３５のいずれの部位にも異物が引っ掛かることがなく、安全かつ安定的に給電を行うことができる。

なお、前述した実施形態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。

１ 給電システム
４，１０４ カバー
２０ 給電装置（給電部）
２２ 給電ユニット
３０ 受電装置（受電部）
３２，１３２ 受電ユニット
３５ 受電側ケース（筐体）
３９ 固定部
Ｇ 地面
Ｖ 車両

Claims (2)

1. 車両の下面に設けられ、地面に設けられた給電部から伝送された電力を非接触で受電する受電ユニットであって、
   前記受電ユニットの筐体に、前記車両にボルト固定される固定部が設けられ、
   少なくとも前記固定部を覆い、前記筐体又は前記車両に取り付けられる非金属製のカバーを有し、
   前記カバーが前記筐体の側方に位置付けられ、
   前記カバーの下面が前記筐体の下面と面一に連続している
   ことを特徴とする受電ユニット。
2. 地面に設けられた給電部と車両に設けられた受電部とを有し、前記受電部が前記給電部から伝送された電力を非接触で受電する給電システムであって、
   前記受電部が、請求項１に記載の受電ユニットを有している
   ことを特徴とする給電システム。

Images