JP7030668B2 - Vehicle power supply - Google Patents
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Description
本発明は、電動自動車等の車両に搭載されたバッテリに給電するための給電装置に関する。 The present invention relates to a power supply device for supplying power to a battery mounted on a vehicle such as an electric vehicle.
例えば、電動モータを駆動源として走行する電気自動車(EV車)においては、リチウムイオン電池などのバッテリに蓄えられた電気エネルギによって電動モータが回転駆動されるが、この種の電気自動車は、エンジンを駆動源として走行する車両に比べて航続距離が短いこと、バッテリの充電時間が長いことなどの欠点を有している。 For example, in an electric vehicle (EV vehicle) that travels with an electric motor as a drive source, the electric motor is rotationally driven by electric energy stored in a battery such as a lithium-ion battery. In this type of electric vehicle, an engine is used. It has drawbacks such as a shorter cruising range and a longer battery charging time than a vehicle traveling as a drive source.
そこで、車両の走行中にバッテリに外部からワイヤレスで給電して該バッテリを充電するワイヤレス型の給電装置が例えば特許文献1において提案されている。このワイヤレス型の給電装置は、道路に車両の走行方向に沿って埋設された複数の磁界発生手段と、車両底部に路面に対して平行に配置された給電コイル(誘導コイル)を備え、これらの磁界発生手段と給電コイルによる電磁誘導によって発生する電気エネルギを、車両に搭載されたバッテリにワイヤレスで供給するように構成されている。ここで、磁界発生手段には、永久磁石や、コイルへの通電によって磁界を発生する電磁石が使用される。
Therefore, for example,
ところで、従来のワイヤレス型の給電装置においては、車両側の給電コイルは、車体の底面に路面と平行になるよう水平に設置されていたため、サスペンションが上下にストロークして車高が変動すると、道路に埋設された磁界発生手段と車両側の給電コイルとの距離が変化し、バッテリへの給電が安定しないという問題があった。 By the way, in the conventional wireless power supply device, the power supply coil on the vehicle side is installed horizontally on the bottom surface of the vehicle body so as to be parallel to the road surface. Therefore, when the suspension strokes up and down and the vehicle height fluctuates, the road There is a problem that the distance between the magnetic field generating means embedded in the vehicle and the feeding coil on the vehicle side changes, and the feeding to the battery is not stable.
上記問題を解決するためには、車両側の給電コイルを車輪のアップライト(ホイールのハブを取り付けるためのナックル)に取り付ける構成が考えられる。このような構成によれば、サスペンションが上下にストロークして車高が変動しても、道路に埋設された磁界発生手段と車両側の給電コイルとの距離が一定に保たれるため、バッテリへの給電が安定的に行われる。 In order to solve the above problem, it is conceivable to attach the feeding coil on the vehicle side to the upright of the wheel (knuckle for attaching the hub of the wheel). According to such a configuration, even if the suspension strokes up and down and the vehicle height fluctuates, the distance between the magnetic field generating means embedded in the road and the feeding coil on the vehicle side is kept constant, so that the battery can be used. Power supply is stable.
しかしながら、上記構成を採用した場合、非給電時に車両側の給電コイルが路上の障害物に衝突して損傷する可能性があるという問題が発生する。 However, when the above configuration is adopted, there arises a problem that the feeding coil on the vehicle side may collide with an obstacle on the road and be damaged when the feeding is not performed.
本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的は、給電時には安定したワイヤレスでの給電を実現しつつ、非給電時には給電コイルと路上の障害物との干渉を避けて該給電コイルの損傷を防ぐことができる車両の給電装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to realize stable wireless power feeding at the time of power feeding while avoiding interference between the power feeding coil and obstacles on the road at the time of non-power feeding. The purpose is to provide a vehicle power supply that can prevent damage.
上記目的を達成するため、本発明は、車両の底部に路面に対して平行に配置された給電コイル(6)を備え、道路(4)に車両の走行方向に沿って埋設された複数の磁界発生手段(5)と前記給電コイル(6)とによる電磁誘導によって発生する電気エネルギを車両に搭載されたバッテリ(7)に供給する車両の給電装置(1)であって、前記給電コイル(6)を車輪(Wr)のアップライトに設け、非給電時には前記給電コイル(6)を路上の障害物との干渉を避ける位置へと退避させる退避機構を設けたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention includes a feeding coil (6) arranged parallel to the road surface at the bottom of the vehicle, and a plurality of magnetic fields embedded in the road (4) along the traveling direction of the vehicle. A vehicle power supply device (1) that supplies electrical energy generated by electromagnetic induction by a generation means (5) and the power supply coil (6) to a battery (7) mounted on the vehicle, and is the power supply coil (6). ) Is provided on the upright of the wheel (Wr), and a retracting mechanism is provided to retract the feeding coil (6) to a position where it avoids interference with obstacles on the road when power is not supplied.
ここで、前記退避機構は、車輪(Wr)のアップライトに固設されたL字状のレール(17)と、前記給電コイル(6)を前記レール(17)に沿って移動させるアクチュエータを備え、前記アクチュエータは、非給電時には前記給電コイル(6)を垂直に起立させるものとしてもよい。 Here, the retracting mechanism includes an L-shaped rail (17) fixed to the upright of the wheel (Wr) and an actuator for moving the feeding coil (6) along the rail (17). The actuator may be such that the feeding coil (6) is vertically erected when the feeding is not supplied.
また、前記レール(17)に沿って形成されたL字状のガイド溝(17a)に、前記給電コイル(6)の前後方向一端を移動可能に係合保持させるとともに、同給電コイル(6)の前後方向他端を前記アクチュエータに連結する構成を採用してもよい。 Further, the L-shaped guide groove (17a) formed along the rail (17) is engaged with and held at one end of the feeding coil (6) in the front-rear direction so as to be movable, and the feeding coil (6) is also engaged with the feeding coil (6). A configuration may be adopted in which the other end in the front-rear direction is connected to the actuator.
さらに、前記アクチュエータは、前記給電コイル(6)に取り付けられた電動モータ(19)と、該電動モータ(19)によって回転駆動される第1ギヤ(20)と、前記レール(17)に沿って刻設されたラック(17b)と、該ラック(17b)と前記第1ギヤ(20)の双方に噛合する第2ギヤ(21)とを含んで構成されるものとしてもよい。 Further, the actuator is provided along the electric motor (19) attached to the power feeding coil (6), the first gear (20) rotationally driven by the electric motor (19), and the rail (17). It may be configured to include an engraved rack (17b) and a second gear (21) that meshes with both the rack (17b) and the first gear (20).
また、前記第2ギヤ(21)と、前記レール(17)の外周面に沿って転動するローラ(22)とで前記レール(17)を挟持するようにしてもよい。 Further, the rail (17) may be sandwiched between the second gear (21) and the roller (22) that rolls along the outer peripheral surface of the rail (17).
本発明にかかる車両の給電装置によれば、給電時には安定したワイヤレスでの給電を実現しつつ、非給電時には給電コイルと路上の障害物との干渉を避けて該給電コイルの損傷を防ぐことができる。 According to the vehicle power supply device according to the present invention, it is possible to realize stable wireless power supply at the time of power supply and avoid interference between the power supply coil and obstacles on the road at the time of non-power supply to prevent damage to the power supply coil. can.
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
[給電装置]
先ず、本発明の一実施形態に係るワイヤレス型の給電装置の基本構成を図1および図2に基づいて以下に説明する。
[Power supply device]
First, the basic configuration of the wireless power feeding device according to the embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 and 2.
図1(a),(b)は本発明の一実施形態に係る給電装置を備える車両を模式的に示す後面図、図2は同給電装置の基本構成を示す図で、図1(a)のA部拡大詳細図である。これらの図に示す給電装置1は、電気自動車などの車両の左右の車輪(本実施の形態では、後輪)Wrの各内側にそれぞれ設けられている。なお、図1において、2は車両の車体、3は左右の後輪Wrを車体2に対して懸架するサスペンションである。
1 (a) and 1 (b) are rear views schematically showing a vehicle provided with a power feeding device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a diagram showing a basic configuration of the power feeding device, FIG. 1 (a). It is an enlarged detailed view of part A of. The
そして、給電装置1は、図1に示すように、道路4の所定の給電エリアにおいて車両の走行方向(図1の紙面垂直方向)に沿って埋設された複数の磁界発生手段としての路面コイル(一次コイル)5と、左右の路面コイル5に対向するように車両の左右の後輪Wrの不図示のアップライト(ナックル)に水平(路面と平行)に取り付けられた給電コイル(二次コイル)6を含んで構成されている。ここで、磁界発生手段である路面コイル5は、道路4の左右の後輪Wrの内側にそれぞれ埋設されており、後述のように所定の給電エリアを車両が走行する際、路面コイル5が発生する磁界による電磁誘導によって車両側の給電コイル6に電気エネルギが発生し、この電気エネルギが図2に示すバッテリ(キャパシタ)7に蓄えられて該バッテリ7が充電される。
Then, as shown in FIG. 1, the
以上のように、給電コイル6を車両の後輪Wrのアップライトに取り付ければ、図1(a)に示すようにサスペンション3が上方にストロークしたために車体2と路面との距離が大きくなった場合であっても、図1(b)に示すようにサスペンション3が下方にストロークしたために車体2と路面との距離が小さくなった場合であっても、つまり、車両の車高の変化とは無関係に路面コイル5と給電コイル6との距離が一定に保たれる。
As described above, when the
ここで、本発明に係る給電装置1の構成の詳細を図2に基づいて説明する。なお、車両の後輪Wrの内側に設けられた給電装置1の基本構成は左右で同じであるため、以下、一方(右側)の給電装置1についてのみ図示および説明する。
Here, the details of the configuration of the
図2に示すように、後輪Wrのホイール8の内側には、該後輪Wrを回転駆動する駆動源としての電動モータ(以下、「駆動モータ」と称する)9と、該駆動モータ9にインバータ10を介して電気的に接続されたバッテリ7が配置されている。また、バッテリ7には、インバータ10を介して給電コイル6が接続されており、給電コイル6は、前述のように後輪Wrの不図示のアップライトに取り付けられている。なお、バッテリ7には、リチウムイオンのキャパシタ(コンデンサ)などが用いられる。
As shown in FIG. 2, inside the
他方、道路4の所定の給電エリアには、車両の走行方向(図2の紙面垂直方向)に沿って複数の路面コイル5(図2には1つのみ図示)が埋設されており、各路面コイル5には、インバータ11を介して系統電源12が接続されている。
On the other hand, in the predetermined power feeding area of the
以上において、バッテリ7からの放電によって電力がインバータ10を介して駆動モータ9に供給されて該駆動モータ9が起動されると、この駆動モータ9によって後輪Wrが回転駆動されるために車両が路面上を走行する。また、走行中の車両が減速した場合には、駆動モータ9が発電機として機能し、該駆動モータ9によって発電された電力(回生エネルギ)がインバータ10を介してバッテリ7に供給されて該バッテリ7が充電される。
In the above, when electric power is supplied to the
そして、車両が所定の給電エリアを走行すると、道路4に埋設された複数の路面コイル5と車両側の給電コイル6による電磁誘導によって電気エネルギが発生し、この電気エネルギがインバータ10を介してバッテリ7へと供給されるため、該バッテリ7がワイヤレスで充電される。このように車両の走行中に該車両に搭載されたバッテリ7がワイヤレスによって外部から充電されることによって、車両の航続距離が延長されるとともに、車両を停止してのバッテリ7の充電時間が短縮される。なお、道路4に埋設された系統電源12からはインバータ11を介して路面コイル5に電気が供給されているため、路面コイル5は、電磁石として機能するが、磁界発生手段としては、路面コイル5に代えて永久磁石を用いても良い。
Then, when the vehicle travels in a predetermined power supply area, electric energy is generated by electromagnetic induction by a plurality of
[退避機構]
次に、以上のように構成された給電装置1に設けられた退避機構の構成と作用を図3~図8に基づいて以下に説明する。
[Evacuation mechanism]
Next, the configuration and operation of the retracting mechanism provided in the
図3は本発明に係る給電装置の退避機構の構成を示す車輪内側の部分斜視図、図4は同退避機構を外側方から見た部分斜視図、図5は同退避機構を構成するレールの側面図、図6は図5のB-B線断面図、図7は同退避機構による給電コイルの退避経路を示す側面図、図8は同退避機構による給電コイルの退避状態を示す車輪内側の部分斜視図である。 FIG. 3 is a partial perspective view of the inside of the wheel showing the configuration of the retracting mechanism of the power feeding device according to the present invention, FIG. 4 is a partial perspective view of the retracting mechanism viewed from the outside, and FIG. 5 is a rail constituting the retracting mechanism. A side view, FIG. 6 is a cross-sectional view taken along the line BB of FIG. 5, FIG. 7 is a side view showing a retracting path of the feeding coil by the retracting mechanism, and FIG. 8 is a side view showing the retracting state of the feeding coil by the retracting mechanism. It is a partial perspective view.
図3に示すように、後輪Wrのホイール8の内側には、駆動モータ9、インバータ10、バッテリ7などが配置されており、後輪Wrは、サスペンション(油圧緩衝器)3によって車体2(図1参照)に上下にストローク可能に懸架されている。なお、図3において、13,14,15はテンションロッド、16はアンチロールバーである。
As shown in FIG. 3, a
ところで、薄い矩形平板状の給電コイル6は、前述のように後輪Wrの不図示のアップライトに取り付けられているが、車両が道路4(図1および図2参照)の給電エリアを走行している給電時には、給電コイル6は、図3に示すように、路面と平行となるよう水平に配置されている。このため、アップライトに取り付けられた給電コイル6と道路4に埋設された複数の路面コイル5(図2参照)との距離が、サスペンション3の上下のストローク(車高の変動)とは無関係に一定に保たれ、両者間の電磁誘導によって給電コイル6に発生する電気エネルギによるバッテリ7への給電が安定的になされる。
By the way, the thin rectangular flat plate-shaped
ところが、車両が道路4の給電エリア外を走行する非給電時においても給電コイル6が路面と平行に水平に配置されたままでは、該給電コイル6が路上の不図示の障害物に衝突して損傷する可能性があることは前述の通りである。
However, even when the vehicle travels outside the power supply area of the
そこで、本実施の形態では、車両が道路4の検出エリア外を走行している非給電時には、給電コイル6を路上の障害物との干渉を避ける位置へと退避させる退避機構を設けている。この退避機構は、後輪Wrのアップライトに固設されたL字状のレール17と、給電コイル6をレール17に沿って移動させるアクチュエータを含んで構成されている。なお、アクチュエータの構成については後述する。
Therefore, in the present embodiment, a retracting mechanism is provided to retract the
ここで、図5に示すように、レール17はL字状に成形されており、このレール17には、車両前後方向に沿って延びる水平部17Aと、該水平部17Aの後端部(図5の右端部)から垂直に起立する垂直部17Bを備えている。そして、このレール17には、図5および図6に示すように、ガイド溝17aが該レール17の形状に沿ってL字状に形成されており、このガイド溝17の外側には、該レール17に沿って刻設された内歯状のラック17bがL字状をなして形成されている。なお、以下の説明における「前後」とは、車両前後方向に一致する。
Here, as shown in FIG. 5, the
また、図3および図4に示すように、給電コイル6の後端部には、車幅方向に長いブラケット18が取り付けられており、このブラケット18上には、電動モータ19とこれを駆動制御する不図示のドライバが取り付けられている。ここで、電動モータ19は、車幅方向(左右方向)に沿って横向きに配置されており、該電動モータ19のレール17に向って水平に延出する不図示の出力軸の端部には、第1ギヤ20が取り付けられている。
Further, as shown in FIGS. 3 and 4, a
上記第1ギヤ20は、図4に示すように、レール17に刻設されたラック17bに噛合する小径の第2ギヤ21に噛合しており、この第2ギヤ21と、レール17の外周面に沿って転動するローラ22とはリンク部材23を介して互いに連結されている。したがって、レール17は、第2ギヤ21とローラ22によって挟持されている。なお、第2ギヤ21は、ブラケット18によって給電コイル6に回転可能に支持されている。
As shown in FIG. 4, the
以上説明した電動モータ19と、該電動モータ19によって回転駆動される第1ギヤ20と、レール17に沿って刻設されたラック17bと、該ラック17bと第1ギヤ20の双方に噛合する第2ギヤ21とを含んで前記アクチュエータが構成されており、後述のように該アクチュエータによって給電コイル6がレール17に沿って移動せしめられる。
The
他方、給電コイル6の前端部のレール17に対向する外端部は、レール17に形成されたガイド溝17a(図5および図6参照)に沿って転動する不図示のローラが回転可能に取り付けられており、したがって、この給電コイル6の前端部は、ローラを介してレール17のガイド溝17aに沿って移動することができる。なお、給電コイル6の前端部をローラに代えてピンを介してレール17のガイド溝17aに係合させ、この給電コイル6の前端部をレール17のガイド溝17aに沿って移動させるようにしてもよい。
On the other hand, at the outer end of the front end of the feeding
以上のように、給電コイル6は、車幅方向外端部の後端がアクチュエータに連結されており、前端がレール17のガイド溝17aに移動可能に係合しており、後述のようにアクチュエータの一部を構成する電動モータ19の駆動によってレール17に沿って移動することができる。
As described above, in the
前述のように車両が道路4の給電エリアを走行しているとき、つまり給電時には、給電コイル6は、図3に示すように、路面に対して平行になるよう水平に配置され、該給電コイル6と路面に埋設された路面コイル5(図2参照)による電磁誘導によって発生する電気エネルギがワイヤレスでバッテリ7(図2および図3参照)へと供給されて該バッテリ7が充電される。この場合、給電コイル6は、後輪Wrのアップライトに固設されたレール17に支持されて水平に配置されているため、図1(a),(b)に示すように、サスペンション3の上下のストロークによって車高が変動しても、該給電コイル6と路面コイル5(図2参照)との間の距離が一定に保たれるため、バッテリ7への給電が安定的に行われる。
As described above, when the vehicle is traveling in the feeding area of the
そして、車両が給電エリアから外れた路上を走行するとき、つまり非給電時には、退避機構によって給電コイル6が路上の障害物と干渉しない位置へと退避せしめられる。具体的には、アクチュエータの一部を構成する電動モータ19が起動されると、その回転が第1ギヤ20を経て第2ギヤ21へと伝達されて該第2ギヤ21が回転する。すると、レール17のラック17bに噛合する第2ギヤ21が給電コイル6と共にレール17に沿って移動するため、給電コイル6の前端部もレール17に沿って移動する。また、同時に不図示のローラを介してレール17のガイド溝17aに係合する給電コイル6の後端部も、レール17に沿って移動する。このため、図7に破線にて示すように給電時に水平に配置されていた給電コイル6(図3参照)が、図7に鎖線にて示す経過を経て図7に実線にて示すようにレール17の垂直部17Bに沿って起立し、該給電コイル6は、路上の障害物との干渉を避ける位置へと退避する。この状態を図8に示す。このように、非給電時に給電コイル6が路上の障害物との干渉を避ける位置に退避することによって、該給電コイル6の障害物への衝突による損傷が確実に防がれる。なお、本実施の形態では,図4に示すように、第2ギヤ21とローラ22とでレール17を挟持するようにしたため、給電コイル6の移動中に該給電コイル6が過度に傾くという不具合が発生することがなく、給電コイル6は、レール17に沿って安定してスムーズに移動することができる。
Then, when the vehicle travels on the road outside the power feeding area, that is, when the power is not supplied, the feeding
また、車両が道路4の給電エリアを再び走行するとき、つまり給電時には、電動モータ19が起動されて第1ギヤ20が逆転し、この第1ギヤ20に噛合する第2ギヤ21も逆転するため、図8および図7に実線にて示すように垂直に起立して退避していた給電コイル6が図7に鎖線にて示す経過を経て図7に破線にて示すレール17の水平部17Aへと移動し、図3に示すように、該給電コイル6が路面に対して平行となるよう水平に配置される。
Further, when the vehicle travels again in the power supply area of the
以上のように、本発明によれば、給電コイル6を後輪Wrのアップライトに取り付けたため、車高の変動に影響されることなくバッテリ7へのワイヤレスでの給電を安定的に行うことができる。そして、非給電時には、退避機構によって給電コイル6を路上の障害物との干渉を避ける位置へと退避させるようにしたため、給電コイル6の路上の障害物との干渉を避けて該給電コイル6の損傷を防ぐことができるという効果が得られる。
As described above, according to the present invention, since the
なお、本発明に係る給電装置1は、電気自動車のみならず、電動モータとエンジンの双方を駆動源として走行するハイブリッド車(HEV車)に対しても同様に適用可能である。
The
その他、本発明は、以上説明した実施の形態に適用が限定されるものではなく、特許請求の範囲および明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内で種々の変形が可能である。 In addition, the present invention is not limited to the embodiments described above, and various modifications can be made within the scope of claims and the technical ideas described in the specification and drawings.
1 給電装置
4 道路
5 路面コイル(磁界発生手段)
6 給電コイル
7 バッテリ
17 レール
17a レールのガイド溝
17b レールのラック
19 電動モータ
20 第1ギヤ
21 第2ギヤ
22 ローラ
Wr 後輪(車輪)
1
6
Claims (5)
道路に車両の走行方向に沿って埋設された複数の磁界発生手段と前記給電コイルとによる電磁誘導によって発生する電気エネルギを車両に搭載されたバッテリに供給する車両の給電装置であって、
前記給電コイルを車輪のアップライトに設け、
非給電時には前記給電コイルを路上の障害物との干渉を避ける位置へと退避させる退避機構を設け、
前記退避機構は、非給電時に前記給電コイルを路面に対して垂直に起立させるように構成した
ことを特徴とする車両の給電装置。 The bottom of the vehicle is equipped with a feeding coil arranged parallel to the road surface.
A vehicle power supply device that supplies electric energy generated by electromagnetic induction by a plurality of magnetic field generating means embedded in the road along the traveling direction of the vehicle and the power feeding coil to a battery mounted on the vehicle.
The feeding coil is provided on the upright of the wheel.
When no power is supplied, a retracting mechanism is provided to retract the power supply coil to a position that avoids interference with obstacles on the road .
The evacuation mechanism is configured to erect the power feeding coil perpendicular to the road surface when no power is supplied.
A vehicle power supply that is characterized by this.
前記アクチュエータにより非給電時に前記給電コイルを垂直に起立させることを特徴とする請求項1に記載の車両の給電装置。 The retracting mechanism includes an L-shaped rail fixed to the upright of the wheel and an actuator for moving the feeding coil along the rail.
The vehicle feeding device according to claim 1, wherein the feeding coil is vertically erected by the actuator when no feeding is performed.
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