JP2013258897A - 誘導式エネルギー無線伝送装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 環状の巻線を用いた場合における技術的な欠点の克服を可能にする、改善された誘導式エネルギー無線伝送装置を提供する。
【解決手段】 電気駆動車両の受電コイル（１４）にエネルギーを誘導式で以て無線伝送するための装置であって、制御可能な電源（図示省略）に接続されている、環状に形成された導電性の第１のコイル（１１）が設けられている。そしてまた、同様に環状に形成された導電性の第２のコイル（１２）が設けられている。その第２のコイル（１２）も第１のコイル（１１）と同様に、前述の制御可能な電源に接続されている。そして、その第２のコイル（１２）における電流方向（１６）が第１のコイル（１１）における電流方向（１６）と逆向きになるように、その第２のコイル（１２）と前述の制御可能な電源との接続が行われている。
【選択図】図１

Description

本発明は、電源に接続可能な環状に形成された導電性コイルを含んだ誘導式エネルギー無線伝送装置、そのうちでも特に、電気駆動車両の受電コイルに対してエネルギーを誘導式で無線伝送するための誘導式エネルギー無線伝送装置に関する。

電気自動車の誘導式無線充電においては、環状型かソレノイド型かの、いずれかの巻線が使用される。環状型は、複数の導体が一平面内でスパイラル状に連続しているコイルを特徴とし、ソレノイド型は、コイル様式の巻線を特徴としている。両型の混合は、電磁結合の最適化が困難なので不利である。ソレノイド型は、磁束密度が相対的に高いので、地上側と車両側とで電磁結合方式が同じ場合には相対的に小形となり得るが、その反面、磁場領域内に存在する例えば金属製容器のような金属物体に許容できないほどの温度上昇をもたらし得るという欠点がある。他方、環状型は、面積が相対的に大きいので、より少ない磁束密度を有することとなり、延いてはソレノイド型の場合のような磁場領域内の金属物質の顕著な温度上昇の問題は回避できるが、その反面、車両への取付けに関しては、その面積が大きいことが仇となって、不利であるという欠点がある。

本発明の課題は、上記欠点の克服を可能とする、改善された誘導式エネルギー無線伝送装置を提供することにある。

上記課題は、請求項１に記載の特徴を備えた装置によって解決される。各従属請求項には、本発明の有利な各実施態様が示されている。

本発明による、電気駆動車両側の受電コイルにエネルギーを誘導式で無線伝送するための装置は、制御可能な電源に接続されている、環状に形成された、導電性の第１のコイルを含んでいる。更に、本発明による装置は、同様に前述の制御可能な電源に接続されている、環状に形成された、導電性の第２のコイルを含んでおり、その第２のコイルにおける電流方向が第１のコイルにおける電流方向に対して逆向きになるように、その第２のコイルと前述の制御可能な電源との接続が行われている。

本発明による誘導式エネルギー無線伝送装置の技術を、電気駆動車両用の地面に埋め込まれた充電ステーションに適用することは、望ましい態様である。

本発明を電気駆動車両用の地面に埋め込まれた充電ステーションに適用する場合、地面側の１つの環状巻線を、異なる電流方向を有する２つの環状巻線に分割することよって、磁気的活性面が拡大され、それによって、磁束密度を低減することが可能となることを、本発明に係る発明者は新たに認識し、この新たな認識に基づいて、本発明を完成するに到ったのであった。
すなわち、本発明によれば、異なる方向を有する２つの磁界強度ローブが生じ、これらの磁界強度ローブを介して、より小形のソレノイド式の１つの巻線形状、特に１つの車両側巻線のそれを、より有利に作動させることも可能となる。また、それと同時に、金属製容器の許容限度を超える温度上昇が回避される。

ここで、上記の環状巻線は、電気導体が実質的に同一平面内に平面的に配置されている巻線とすることが望ましい。また、その環状巻線は、各巻をほぼ円形に形成されたものとすることが望ましいが、それのみには限定されないことは勿論であって、その他にも、例えば、ほぼ長方形又は正方形のような多角形に形成されたものとすることも可能である。なお、本明細書で言うところの「ソレノイド形状」とは、一般的なソレノイド形状の定義と同様に、巻線が円筒外套上でその中心軸の延びる方向に沿って螺旋状に延びている、いわゆる弦巻ばね状に形成されている形状、ということを意味するものとする。

第１のコイルおよび第２のコイルは、同一平面内に平面的に配置されたものとすることが望ましい。このようにすることにより、必要な構造空間が最小化され、かつその全体的な構造形態が扁平になるので、例えば電気駆動車両が通行可能な地面側の充電ステーションに組み込まれるのに好適なものとすることが可能となる。なお、その場合には、両コイルを並べて配置するのが、より望ましい。

同様に、第１のコイルおよび第２のコイルを等しい大きさに構成することが望ましい。そしてそれら両コイルの電気的な制御は、それら両コイルの寸法および形状を考慮してその制御ロジックや具体的な制御量等が設定・実行されるべきである。
特に、両コイルを同様の構造とすることは、それら両コイルの制御が不必要に複雑なものとなることを回避できるようにすることを意味するので、この観点から、両コイルを同様の構造とすることが望ましい。

両コイル相互の配置は、それら両コイルの中心点の距離が、それらのコイルの直径の少なくとも１．５倍となるようにするとよい。また、その距離は、車両側コイルのコイル長に合わせて適宜に設定されるべきである。

１つの鉄心要素、特にフェライト要素を、第１のコイルの中央領域から第２のコイルの中央領域まで達するように配置することは、有利な一実施態様である。

以下、本発明の好ましい実施例を、本発明に係る特徴的な構成の概略を示す図面に基づいて、更に詳細に説明する。但し当該実施例は、本発明に係る特徴的な構成を備えた装置の具体的な一実施形態について説明するものであって、本発明の可及範囲の限定を意図するものではないことは勿論である。

図１は、地面側コイル装置ならびに車両側コイル装置の平面図である。 図２は、地面側コイル装置ならびに車両側コイル装置の側面図である。

図１及び図２では、地面側に配置された電気自動車用充電装置が、供給エネルギーを受け入れるための車両側ソレノイドコイルと一緒に示されている。
車両側の受電コイルであるソレノイド巻線１４は、これ以上は示されていない車両に取り付けられており、これに対して地面側の充電装置は、地面１０内に埋設されている。ここで、図１は、前述の構成要素を上から見た平面図となっており、図２は、それらの構成要素の側面図となっている。

地面側に配置された充電装置は、第１の環状巻線１１、ならびに、それと同一平面上に配置された第２の環状巻線１２を含んでいる。両巻線１１，１２は、同じ大きさであり、原則として同様の構成となっている。両巻線１１，１２の中心点は、車両側のフェライトコア１５の長さよりも若干大きく離間している。この実施例では、両方の環状巻線は、円形に構成されている。代替実施形態としては、それらの環状巻線を正方形や長方形に形成されたものとすること、即ち、巻線を構成している電気導体には、折れ曲った角の部分が存在しており、その角の部分から真直ぐに延びた形状が含まれているという、いわゆる多角形状に形成することなども可能である。

１つのフェライト要素１３が、両巻線１１，１２の中央領域を接続している。そのために、フェライト要素１３は、両巻線１１，１２の中心に配置されている２つの円筒形部分と、それら両円筒形部分に機械的に固定されていて地面１０内で巻線１１，１２の下方に延在している１つの接続部分とを含んでいる。

両巻線１１，１２は、図示されていない制御可能な電源に接続されている。その制御可能な電源は、巻線１１，１２を制御するために設けられ、それによって、適切な周波数、従って適切な電力による、誘導式のエネルギー伝送が可能となる。そして充電過程が実行される際には、制御された交流磁場が、巻線１１，１２によって励起される。
このために、充電装置は、通信装置も含んでいることが望ましい。その通信装置は、充電過程が最大電力等で以て行われるようにするためのパラメータを電気自動車側と交換することを可能にするべく設けられる。
制御可能な電源は、巻線１１，１２における電流方向が常に逆向きになるように、巻線１１，１２に接続されている。なお、その他の点では、両巻線１１，１２において電流パラメータが等しく、即ち電流強度が常に等しく、方向だけが互いに違っているようにするのが望ましい。この状態は、図２では、両巻線１１，１２のそれぞれにおける電流方向を示す矢線１６によって明示されている。

通常、電気自動車の充電のために、複数の環状巻線と複数のソレノイド巻線とを同時に使用することは、両者の磁気結合が最適でないために不利であった。しかしながら、本実施例で示したような巻線１１，１２の配置およびその機能によって、今や電気自動車内において、適合した１つのフェライトコア１５を有する１つの小形化されたソレノイド巻線１４を受電コイルとして使用することが可能となる。ソレノイド巻線１４は、理想的には磁界強度ローブの上方に配置される。これを模式的に明示すべく、図２には、磁束１７の通る経路が、鎖線の矢線１７で以て、簡略化して示されている。有利なことに、本発明によれば、ソレノイド巻線１４は、電気自動車において、それに見合う環状巻線の場合よりも簡便に、環状巻線の場合よりも狭い占有面積を割くだけで搭載することが可能である。よって、この観点から、電気自動車側の受電コイルとしては、ソレノイド巻線１４を用いることが、より望ましい。

１０ 地面
１１ 第１の環状巻線
１２ 第２の環状巻線
１３ フェライト要素
１４ ソレノイド巻線
１５ フェライトコア
１６ 電流方向を示す矢線
１７ 磁束の経路を示す鎖線の矢線

Claims (6)

1. 誘導式でエネルギーを無線伝送するための装置、そのうちでも特に電気駆動車両側の受電コイル（１４）にエネルギーを伝送するための装置であって、制御可能な電源に接続されている環状に形成された導電性の第１のコイル（１１）を含んだ誘導式エネルギー無線伝送装置において、
   環状に形成された導電性の第２のコイル（１２）が、前記第１のコイル（１１）と同様に前記電源に接続されており、当該第２のコイル（１２）における電流方向が、前記第１のコイル（１１）における電流方向とは逆向きとなるように、当該第２のコイル（１２）と前記電源との接続が行われている
   ことを特徴とする誘導式エネルギー無線伝送装置。
2. 請求項１記載の誘導式エネルギー無線伝送装置において、
   前記第１のコイル（１１）及び前記第２のコイル（１２）が、同一平面上に平面的に配置されている
   ことを特徴とする誘導式エネルギー無線伝送装置。
3. 請求項１又は２記載の誘導式エネルギー無線伝送装置において、
   前記第１のコイル（１１）及び前記第２のコイル（１２）が、等しい大きさに構成されている
   ことを特徴とする誘導式エネルギー無線伝送装置。
4. 請求項３記載の誘導式エネルギー無線伝送装置において、
   前記第１のコイル（１１）及び前記第２のコイル（１２）は、前記第１のコイル（１１）の中心点と前記第２のコイル（１２）の中心点との間の距離がそれら両コイルの直径の少なくとも１．５倍となるように、配置されている
   ことを特徴とする誘導式エネルギー無線伝送装置。
5. 請求項１から４の１つに記載の誘導式エネルギー無線伝送装置において、
   前記第１のコイル（１１）の中央領域から前記第２のコイル（１２）の中央領域にまで達する１つの鉄心要素（１３）が配置されている
   ことを特徴とする誘導式エネルギー無線伝送装置。
6. 請求項１から５の１つに記載の誘導式エネルギー無線伝送装置において、
   前記制御可能な電源が、前記電気駆動車両との間での通信を行うための通信装置を有していて、その通信装置によって得られた前記電気駆動車両の充電のための制御データに従って前記第１のコイル（１１）及び前記第２のコイル（１２）への供給電流を調整するように構成されている
   ことを特徴とする誘導式エネルギー無線伝送装置。

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