JP6920123B2

JP6920123B2 - 受電装置

Info

Publication number: JP6920123B2
Application number: JP2017139008A
Authority: JP
Inventors: 靖高木; 稲村　耕; 耕稲村; 淳二垣生; 哲松崎; 裕太戸塚
Original assignee: Subaru Corp
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2017-07-18
Filing date: 2017-07-18
Publication date: 2021-08-18
Anticipated expiration: 2037-07-18
Also published as: JP2019022333A

Description

本発明は、車両に搭載される受電装置に関する。

特許文献１には、電気自動車やハイブリッド自動車などの車両のバッテリを、車両外の電源から非接触で充電する技術が開示されている。この技術では、電源に接続された送電部が地面に設けられ、バッテリに接続された受電部が車両に設けられる。受電部が送電部に臨んで配置されると、受電部は、送電部と受電部との間の電磁誘導によって電力を受電し、バッテリが充電される。また、受電部は、受電を行わない場合には車体の底面付近の格納位置に格納されており、受電を行う場合には格納位置よりも地面に近い受電位置に移動可能となっている。受電部は、受電位置において地面に平行に配置される。

特開２０１４−２１７２１４号公報

特許文献１の技術では、例えば、受電部が受電位置にある状態で車両が走行した場合、受電部が地面に引っかかったり、異物を巻き込んだりするおそれがある。

そこで、本発明は、受電部が受電位置にある状態の安全性を向上することができる受電装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の受電装置は、地面に設けられた送電部から非接触で電力を受電可能な受電部と、受電部を収容するケースとを有する本体部と、本体部を格納する格納位置、および、格納位置よりも鉛直下方の受電位置に本体部を移動させる移動機構と、を備え、ケースは、受電位置に配置された状態で、水平面に対して傾斜し、受電部は、受電位置に配置された状態で、水平面に平行となるようにケースに対して傾斜して収容される。
また、上記課題を解決するために、本発明の受電装置は、地面に設けられた送電部から非接触で電力を受電可能な受電部と、受電部を収容するケースとを有する本体部と、本体部を格納する格納位置、および、格納位置よりも鉛直下方の受電位置に本体部を移動させる移動機構と、を備え、ケースは、受電位置に配置された状態で、水平面に対して傾斜し、移動機構は、本体部の移動に応じて、フロントスポイラーの開閉を連動させる。

また、ケースは、受電位置に配置された状態で、ケースにおける車両の前方側端に比べ、ケースにおける車両の後方側端が鉛直下方に位置する方向に傾斜してもよい。

また、受電部は、受電コイルと、受電コイルよりも鉛直上方に配置される電磁遮蔽部材と、を有してもよい。

また、本体部は、受電位置に配置された状態で、前輪の後方端部よりも前方に配置されてもよい。

また、移動機構は、本体部を車両に連結するリンクアームと、リンクアームを介して本体部を格納位置および受電位置に移動させるモータと、本体部を格納位置に移動する方向に付勢する弾性部材と、を有してもよい。

本発明によれば、受電部が受電位置にある状態の安全性を向上することができる。

受電装置の構成を示す側面概略図である。受電部の構成を示す組み立て図である。受電部の構成を示す断面図である。フロントスポイラーの開閉を説明する概略図である。

以下に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詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易にするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

図１は、受電装置１の構成を示す側面概略図である。受電装置１は、電気自動車やハイブリッド自動車などの電動機を動力源とする車両２に搭載される。図１は、車両２の前輪付近の側面を示し、前輪およびフレームの一部を透視して示す。また、図１には、理解を容易にするため、受電装置１に加え、送電装置５を示す。

送電装置５は、本体部５０、インバータ６１、力率改善回路（以下、ＰＦＣという）６２および電源６３を含んで構成される。本体部５０はインバータ６１に接続されており、インバータ６１はＰＦＣ６２に接続されており、ＰＦＣ６２は電源６３に接続されている。

電源６３は、例えば、商用の交流電源である。ＰＦＣ６２は、インバータ６１によって力率が低下してしまうことを防止することで、結果として、高調波電流の発生を抑える。インバータ６１は、ＰＦＣ６２から供給される交流電力を直流電力に変換し、その直流電力をスイッチング素子のスイッチングによって所定の周波数（例えば、商用の周波数よりも高い周波数）の交流電力に変換して本体部５０に供給する。

本体部５０は、ケース５１および送電部５２を含んで構成される。ケース５１は、扁平した直方体状に形成されている。具体的には、ケース５１は、鉛直方向の寸法が短く、水平方向の寸法が長い。ケース５１は、地面に設置されており、地中に埋設されてもよいし、地上に置かれてもよい。ケース５１内には、空間が形成されており、送電部５２が収容されている。送電部５２は、インバータ６１に接続された送電コイルを含んで構成される。送電コイルは、インバータ６１から交流電力が供給されると、周囲に磁界を発生させる。

受電装置１は、本体部１０および移動機構２０を含んで構成される。本体部１０は、ケース１１および受電部１２を含んで構成される。ケース１１は、扁平した直方体状に形成されている。具体的には、ケース１１は、鉛直方向の寸法が短く、水平方向の寸法が長い。例えば、ケース１１は、下面が一辺当たり約５０ｃｍの四角形に形成されている。本体部１０は、車両２の前方の底部に設けられている。具体的には、本体部１０は、左右の前輪の間に設けられている。ケース１１内には、空間が形成されており、受電部１２が収容されている。受電部１２は、受電コイルを含んで構成される。

ここで、受電装置１の本体部１０が送電装置５の本体部５０に臨んで配置され、送電コイルに交流電力が供給されると、送電コイルと受電コイルとの間の電磁誘導によって受電コイルに交流電力が生じる。すなわち、受電装置１は、送電装置５から非接触で電力を受電する。

受電部１２の受電コイルは、車両２に設けられた整流器３１に接続されており、整流器３１は、バッテリ３２に接続されている。整流器３１は、受電コイルに生じた交流電力を直流電力に変換してバッテリ３２に供給する。バッテリ３２は、車両２の各部に電力を供給する電源である。また、バッテリ３２は、受電部１２の受電コイルに生じた交流電力が整流器３１によって変換されて直流電力として供給されることにより充電される。

本体部１０は、移動機構２０によって、本体部１０を格納する格納位置Ｐｓと、格納位置Ｐｓよりも鉛直下方の受電位置Ｐｒとの間を移動可能となっている。格納位置Ｐｓは、例えば、車体の底面と同程度の高さにある。受電位置Ｐｒは、例えば、車体の底面よりも鉛直下方にあり、前輪の接地位置よりも上方にある。図１では、受電位置Ｐｒに配置された本体部１０および移動機構２０を実線で示し、格納位置Ｐｓに配置された本体部１０および移動機構２０を破線で示している。

移動機構２０は、リンクアーム２１、モータ２２および弾性部材２３を含んで構成される。リンクアーム２１は、本体部１０を車両２に連結する。具体的には、リンクアーム２１は、略棒状の部材である。リンクアーム２１の一端は、車体の底面における前輪よりも前方の位置に連結されており、他端は、本体部１０に連結されている。図１の例では、リンクアーム２１が２個設けられている。

モータ２２は、リンクアーム２１の車両２側の端部に設けられている。モータ２２は、リンクアーム２１を介して本体部１０を格納位置Ｐｓおよび受電位置Ｐｒに移動させる。例えば、モータ２２の回転軸およびリンクアーム２１の車両２側の端部のそれぞれに互いに噛み合うギアが設けられており、モータ２２は、リンクアーム２１の車両２側の端部を支点として、リンクアーム２１を回転移動させる。これにより、リンクアーム２１の本体部１０側の端部が略鉛直方向に上下動し、本体部１０は、格納位置Ｐｓから受電位置Ｐｒに移動するとともに、受電位置Ｐｒから格納位置Ｐｓに移動する。モータ２２は、例えば、運転者による操作子（図示略）の操作に応じて作動する。

弾性部材２３は、例えば、スプリングである。弾性部材２３の一端は、車両２の車体底部３に固定されており、他端は、本体部１０のケース１１の上面に固定されている。弾性部材２３は、本体部１０を格納位置Ｐｓに移動させる方向に付勢する。

本体部１０を受電位置Ｐｒに移動させて維持する場合、モータ２２は、弾性部材２３の付勢力に抗する駆動力を発生させて、リンクアーム２１および本体部１０を押し下げて維持する。また、例えば、モータ２２が故障した場合など、モータ２２に駆動力が発生しなくなった場合、本体部１０は、弾性部材２３の付勢力によって格納位置Ｐｓに移動する。

図２は、受電部１２の構成を示す組み立て図である。図３は、受電部１２の構成を示す断面図である。受電部１２は、トレイ１２１、受電コイル１２２、磁性タイル１２３および電磁遮蔽部材１２４を含んで構成される。

トレイ１２１は、略四角形の平板状に形成されている。トレイ１２１の上面には、トレイ１２１の厚さ方向に窪む溝部１２５が形成されている。溝部１２５は、トレイ１２１の周方向に延在する。溝部１２５には、受電コイル１２２が収容される。受電コイル１２２は、例えば、直径５ｍｍ程度のリッツワイヤを溝部１２５に沿って巻いたものである。なお、受電コイル１２２は、リッツワイヤを巻いたものに限らない。

トレイ１２１の上面には、平板状の磁性タイル１２３が配置される。磁性タイル１２３は、受電コイル１２２の上面の全てを覆う面積を有している。磁性タイル１２３は、例えば、強磁性を示すフェライトによって構成される。磁性タイル１２３は、受電コイル１２２が受電することによって生じる磁界を、磁性タイル１２３の上方に伝えないように遮蔽する。なお、磁性タイル１２３を構成する材料は、フェライトに限らない。

磁性タイル１２３の上面には、平板状の電磁遮蔽部材１２４が配置される。電磁遮蔽部材１２４は、受電コイル１２２の上面の全てを覆う面積を有している。電磁遮蔽部材１２４は、例えば、アルミニウムによって構成される。電磁遮蔽部材１２４は、受電コイル１２２が受電することによって生じる電磁波を、電磁遮蔽部材１２４の上方に伝えないように遮蔽する。なお、電磁遮蔽部材１２４を構成する材料は、アルミニウムに限らない。以上が、受電部１２の構成である。

送電部５２は、例えば、受電部１２を上下反対にした構成となっている。すなわち、送電部５２は、電磁遮蔽部材の上に磁性タイルが配置され、磁性タイルの上に送電コイルが収容されたトレイが配置される。

図１に戻って、受電装置１の本体部１０のケース１１は、受電位置Ｐｒに配置された状態で、水平面（すなわち、鉛直方向に垂直な面）に対して傾斜する。具体的には、ケース１１は、受電位置Ｐｒに配置された状態で、ケース１１における車両２の前方側端に比べ、ケース１１における車両２の後方側端が、鉛直下方に位置する方向に傾斜する。このため、ケース１１の下面は、車両２の前方から後方に向かって車両２から地面に近づくように傾斜している。ケース１１の傾斜角は、車両２がピッチングした（車両２の車幅方向の軸の周りに車両２が揺れた）としても、本体部１０（より詳細には、ケース１１における車両２の前方側端）が地面に引っかからない程度である。具体的には、ケース１１の傾斜角は、水平面を基準として、約３°〜約１５°であるのが好ましい。

また、受電部１２は、受電位置Ｐｒに配置された状態で、水平面に平行な姿勢でケース１１に対して傾斜して収容される。これにより、受電コイル１２２は、受電位置Ｐｒに配置された状態において、送電部５２の送電コイルに対して平行となる。

また、本体部１０は、受電位置Ｐｒに配置された状態で、前輪の後方端部よりも前方に配置される。図１では、前輪の後方端部を通る鉛直方向の仮想線を一点鎖線Ｌで示している。図１に示すように、受電位置Ｐｒに配置された本体部１０全体は、一点鎖線Ｌよりも前方に位置する。

次に、受電装置１の動作を説明する。受電装置１の使用例として、２種類の態様が考えられる。

第１の使用例として、送電装置５が所定の位置に設置されており、受電装置１の本体部１０が送電装置５の本体部５０に対向する位置に車両２が停止して受電を行う態様が考えられる。この場合、本体部１０は、車両２の走行中には格納位置Ｐｓに格納されている。本体部１０が本体部５０に対向する位置に車両２が停止すると、本体部１０は、移動機構２０によって格納位置Ｐｓから受電位置Ｐｒに移動され、受電位置Ｐｒに維持される。そして、本体部１０は、受電が完了すると、移動機構２０によって受電位置Ｐｒから格納位置Ｐｓに移動される。

第２の使用例として、送電装置５が車両２の進路に沿って設置されており、車両２が送電装置５から受電を行いつつ走行する態様が考えられる。この場合、本体部１０は、バッテリ３２を充電する際、車両２の走行中において受電位置Ｐｒに維持される。送電装置５が電力を供給する送電コイルを車両２の走行に応じて切り替えることにより、車両２の受電が維持される。バッテリ３２の充電が開始されるとき、本体部１０は、移動機構２０によって格納位置Ｐｓから受電位置Ｐｒに移動される。そして、バッテリ３２の充電が終了すると、本体部１０は、移動機構２０によって受電位置Ｐｒから格納位置Ｐｓに移動されて格納される。

以上のように、本実施形態の受電装置１は、本体部１０が受電位置Ｐｒに配置された状態で、ケース１１が水平面に対して傾斜する。このため、受電装置１は、受電コイル１２２が受電位置にある状態の安全性を向上することができる。

例えば、車両２が受電を行いつつ走行する態様（上述の第２の使用例）では、本体部１０が格納位置Ｐｓよりも地面に近い受電位置Ｐｒにある状態で走行することとなる。また、例えば、走行中に本体部１０が格納位置Ｐｓに格納される態様（上述の第１の使用例）において、移動機構２０のモータ２２が故障した場合、車両２がピッチングすると、弾性部材２３によって付勢された本体部１０が上下方向に振動し、走行中に本体部１０が受電位置Ｐｒ付近に移動するおそれがある。このように、車両２は、本体部１０が受電位置Ｐｒあるいは受電位置Ｐｒ付近にある状態で走行するおそれがある。本実施形態の受電装置１は、ケース１１が受電位置Ｐｒにおいて傾斜しているため、走行中に本体部１０が地面に引っかかったり、異物を巻き込んだりすることを低減することができる。したがって、本実施形態の受電装置１は、本体部１０が受電位置Ｐｒにおいて地面に平行に配置される構成に比べ、走行中に本体部１０が受電位置Ｐｒまたは受電位置Ｐｒ付近にあったとしても、車両２の安全性を向上することができる。

また、本実施形態の受電装置１は、本体部１０が受電位置Ｐｒに配置された状態で、受電部１２が送電部５２に対して平行となるようにケース１１に収容されている。このため、受電装置１は、ケース１１が水平面に対して傾斜していても、受電効率の低下を防止することができる。

また、本実施形態の受電装置１は、受電時に本体部１０を受電位置Ｐｒに移動させるため、本体部１０が格納位置Ｐｓから移動しない構成の受電装置に比べ、受電効率の低下を防止することができる。また、本実施形態の受電装置１は、本体部１０が格納位置Ｐｓから移動しない構成の受電装置に比べ、受電時において本体部１０と送電装置５の本体部５０との間に異物（例えば小動物など）が入り込むことを低減することができる。また、本実施形態の受電装置１は、受電時に受電部１２が発熱するが、受電時には格納位置Ｐｓに比べ車両２から離れた位置である受電位置Ｐｒに受電部１２を位置させるため、受電部１２で発生した熱が車両２に伝わることを低減することができる。

また、本実施形態の受電装置１は、受電コイル１２２よりも鉛直上方に電磁遮蔽部材１２４が配置されているため、受電コイル１２２が受電することによって生じる電磁波が車両２方向に漏洩することを防止することができる。また、本実施形態の受電装置１は、受電コイル１２２よりも鉛直上方に磁性タイル１２３が配置されているため、受電コイル１２２が受電することによって生じる磁界が車両２方向に漏洩することを防止することができる。すなわち、本実施形態の受電装置１は、車両２に渦電流が発生して車両２が発熱することを防止することができる。

また、本実施形態の受電装置１は、本体部１０が受電位置Ｐｒに配置された状態で前輪の後方端部よりも前方に配置されているため、回転する前輪によって石跳ねなどが発生したとしても、本体部１０がその石跳ねによって破損することを低減することができる。

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、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

上記実施形態において、移動機構２０は、本体部１０の移動に応じてフロントスポイラーの開閉を連動させてもよい。例えば、図４（Ａ）に示すように、移動機構２０は、本体部１０を受電位置Ｐｒに移動させるのに応じて、フロントスポイラー７０を閉めてもよい。本体部１０が受電位置Ｐｒにある状態で走行した場合に、フロントスポイラー７０を介して本体部１０の下面へ風が流れるのを防止し、その風によって好ましくない影響（例えば、空気抵抗の増加など）が生じるのを抑えることができる。また、反対に、図４（Ｂ）に示すように、移動機構２０は、本体部１０を受電位置Ｐｒに移動させるのに応じて、フロントスポイラー７０を開いてもよい。走行中に受電する場合、フロントスポイラー７０を開くことで、フロントスポイラー７０を介して本体部１０に風が当たり易くなり、本体部１０の発熱を抑えることができる。

上記実施形態において、整流器３１は、車両２に設けられていた。しかし、整流器３１は、本体部１０のケース１１内に収容されてもよい。

上記実施形態において、移動機構２０は、本体部１０が格納位置Ｐｓに格納された場合に本体部１０を格納位置Ｐｓに保持する保持機構を備えてもよい。この態様によれば、モータ２２が故障した場合に、本体部１０を格納位置Ｐｓに保持させて、本体部１０が弾性部材２３によって上下に振動するような事態を防止することができる。

本発明は、車両に搭載される受電装置に利用できる。

１受電装置
２車両
１０本体部
１１ケース
１２受電部
２０移動機構
２１リンクアーム
２２モータ
２３弾性部材
５２送電部
Ｐｓ格納位置
Ｐｒ受電位置

Claims

地面に設けられた送電部から非接触で電力を受電可能な受電部と、前記受電部を収容するケースとを有する本体部と、
前記本体部を格納する格納位置、および、前記格納位置よりも鉛直下方の受電位置に前記本体部を移動させる移動機構と、を備え、
前記ケースは、前記受電位置に配置された状態で、水平面に対して傾斜し、
前記受電部は、前記受電位置に配置された状態で、水平面に平行となるように前記ケースに対して傾斜して収容される受電装置。
地面に設けられた送電部から非接触で電力を受電可能な受電部と、前記受電部を収容するケースとを有する本体部と、
前記本体部を格納する格納位置、および、前記格納位置よりも鉛直下方の受電位置に前記本体部を移動させる移動機構と、を備え、
前記ケースは、前記受電位置に配置された状態で、水平面に対して傾斜し、
前記移動機構は、前記本体部の移動に応じて、フロントスポイラーの開閉を連動させる受電装置。
前記ケースは、前記受電位置に配置された状態で、前記ケースにおける車両の前方側端に比べ、前記ケースにおける前記車両の後方側端が鉛直下方に位置する方向に傾斜する請求項１または２に記載の受電装置。
前記受電部は、
受電コイルと、
前記受電コイルよりも鉛直上方に配置される電磁遮蔽部材と、
を有する請求項１から３のいずれか１項に記載の受電装置。
前記本体部は、前記受電位置に配置された状態で、前輪の後方端部よりも前方に配置される請求項１から４のいずれか１項に記載の受電装置。
前記移動機構は、
前記本体部を車両に連結するリンクアームと、
前記リンクアームを介して前記本体部を前記格納位置および前記受電位置に移動させるモータと、
前記本体部を前記格納位置に移動する方向に付勢する弾性部材と、
を有する請求項１から５のいずれか１項に記載の受電装置。