JP5733420B2 - 移動式電力供給装置 - Google Patents

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Description

本発明は、外部に電力を供給可能な移動式電力供給装置に関する。
本願は、2011年11月25日に、日本に出願された特願2011−257944号に基づき優先権を主張し、それらの内容をここに援用する。
従来、自動車や搬送車等の様々な車両は、動力発生源としてエンジンを備えるものが一般的であった。しかしながら、近年、低炭素社会を実現するために、動力発生源としてエンジンに代えてモータを備える車両又はエンジンとともにモータを備える車両が多くなっている。このような車両は、モータを駆動する電力を供給する再充電が可能な蓄電池(例えば、リチウムイオン電池やニッケル水素電池等の二次電池)を備えており、外部の電源装置から供給される電力によって蓄電池の充電が可能に構成されている。
例えば、動力発生源としてモータのみを用いる電気自動車(EV:Electric Vehicle)には、基本的には外部の電源装置から供給される電力によって蓄電池の充電が行われる。また、動力発生源としてエンジンとモータとを併用するハイブリッド自動車(HV:Hybrid Vehicle)のうち、プラグイン・ハイブリッド自動車と呼ばれるハイブリッド自動車には、電気自動車と同様に外部の電源装置から供給される電力によっても蓄電池の充電が可能である。
上記の電気自動車やハイブリッド自動車等の車両は、移動手段として用いられる。このため、基本的には外部の電源装置から供給される電力によって、モータに供給すべき電力を蓄電池に充電するように構成されている。これに対し、以下の特許文献1〜3には、電気自動車に搭載された蓄電池の電力を外部(例えば、家屋)に供給可能な技術が開示されている。具体的には、これら文献に開示された技術では、家屋の近辺に停車された電気自動車と家屋とをケーブルで接続し、このケーブルを介して、電気自動車から家屋へ電力を供給している。
日本国特開2011−55589号公報 日本国特開2010−172068号公報 日本国特開2006−158084号公報
ところで、上述した特許文献1〜3に開示された技術において、電気自動車から家屋へ電力を供給するためには、電気自動車と家屋とをケーブルによって電気的に接続する必要がある。上記した接続を行うには、ケーブルのプラグを家屋又は電気自動車に設けられたコンセントに嵌合させる必要がある。しかしながら、上記嵌合は、無人で自動的に行うことが困難であることから、ユーザが手作業で上記嵌合を行う必要がある。
上記のプラグやコンセントは、車外或いは屋外に設けられるため、雨水や異物(例えば、虫)の侵入等によって、接触不良やショート等の電気的な接続不良が生じやすい。また、上述の通り、ケーブルの接続はユーザが手作業で行う必要があるために、車外或いは屋外の不快な環境下(例えば、寒い環境、暑い環境、暗い環境)で作業しなければならない場合がある。
上記の作業が数回程度であれば、大きな作業負担にはならない。しかしながら、例えば数十戸以上の無人の家屋に対し、照明用の電力を供給しつつ巡回するような場合には、ユーザは巡回すべき家屋に到着する度に以上の作業行う必要がある。このため、極めて大きな作業負担になる。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、電気的な接続不良を生ずることなく容易に電力を供給することが可能な移動式電力供給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、本発明の第1の態様に係る移動式電力供給装置は、蓄電池(11)に蓄えられた電力を外部に供給可能な移動式電力供給装置(1あるいは3)であって、耐候性部材(15a)によって覆われており、外部の受電コイル(111)とともに第1電磁気結合回路を形成する給電コイル(15)と、前記蓄電池に蓄えられた直流電力を交流電力に変換して前記給電コイルに供給する電力変換器(16あるいは31)とを備える。
また、本発明の第2の態様に係る移動式電力供給装置は、上記第1の態様において、外部の給電コイル(121)とともに第2電磁気結合回路を形成する受電コイル(17)と、前記外部の給電コイルと前記受電コイルとによって形成される前記第2電磁気結合回路を介して外部から非接触で供給される電力を受電する受電回路(18)と、前記受電回路で受電された電力を用いて前記蓄電池を充電する充電装置(19)とを備える。
また、本発明の第3の態様に係る移動式電力供給装置は、上記第2の態様において、前記受電コイルが、耐候性部材によって覆われている。
また、本発明の第4の態様に係る移動式電力供給装置は、上記第2または第3の態様において、移動のための動力を発生するモータ(14)と、前記蓄電池に蓄えられた電力を用いて前記モータを駆動する駆動回路(13)と、前記蓄電池に対し、前記給電回路、前記受電回路、及び前記駆動回路を接続するか否かを切り替える切替回路(12)とを備える。
また、本発明の第5の態様に係る移動式電力供給装置は、上記第2または第3の態様において、移動のための動力を発生するモータ(14)と、前記電力変換器(31)から出力される交流電力の供給先を前記給電コイルあるいは前記モータの何れかに設定する電力供給先設定手段(32、33、35及び36)とを備える。
上記課題を解決するために、本発明の第6の態様に係る移動式電力供給装置は、蓄電池(11)に蓄えられた電力を外部に供給可能な移動式電力供給装置(2)であって、耐候性部材(21a)によって覆われており、外部の送受電コイルとともに電磁気結合回路を形成する送受電コイル(21)と、前記電磁気結合回路を介して前記蓄電池に蓄えられた電力を非接触で外部に供給する第1動作と、前記電磁気結合回路を介して外部から非接触で供給される電力を受電する第2動作のうち、少なくとも前記第1動作を行う送受電回路(22)とを備える。
また、本発明の第7の態様に係る移動式電力供給装置は、上記第6の態様において、前記送受電回路で前記第2動作が行われた場合に、前記送受電回路で受電された電力を用いて前記蓄電池を充電する充電装置(19)を備える。
また、本発明の第8の態様に係る移動式電力供給装置は、上記第6または第7の態様において、移動のための動力を発生するモータ(14)と、前記蓄電池に蓄えられた電力を用いて前記モータを駆動する駆動回路(13)と、前記蓄電池に対し、前記送受電回路及び前記駆動回路を接続するか否かを切り替える切替回路(12)とを備える。
本発明によれば、耐候性部材によって覆われた給電コイルと外部の受電コイルとによって第1電磁気結合回路が形成された場合に、蓄電池に蓄えられた電力を、第1電磁気結合回路を介して非接触で外部に供給するようにしている。このため、ケーブルの接続作業を行わなくとも、容易に電力を供給することが可能であるという効果がある。また、給電コイルは、耐候性部材によって覆われているため、電気的な接続不良が生じないため保守が容易であるという効果がある。
本発明の第1実施形態による移動式電力供給装置としての電気自動車の要部構成を示すブロック図である。 本発明の第1実施形態における動作を説明するための図である。 本発明の第1実施形態における動作を説明するための図である。 本発明の第1実施形態における動作を説明するための図である。 本発明の第2実施形態による移動式電力供給装置としての電気自動車の要部構成を示すブロック図である。 本発明の第2実施形態における動作を説明するための図である。 本発明の第2実施形態における動作を説明するための図である。 本発明の第3実施形態に係る移動式電力供給装置としての電気自動車の概要を示すブロック図である。 本発明の第3実施形態の制御系統及び該制御系統によって制御される構成要素の詳細を示す図である。 本発明の第3実施形態における動作を説明するための図である。 本発明の第3実施形態における動作を説明するための図である。
以下、図面を参照して本発明の実施形態による移動式電力供給装置について詳細に説明する。尚、以下では、移動式電力供給装置が動力発生源としてモータのみを用いる電気自動車である場合を例に挙げて説明する。
(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態による移動式電力供給装置としての電気自動車の要部構成を示すブロック図である。図1に示す通り、電気自動車1は、家屋100に近接した状態で、家屋100に設けられた受電装置110に対して給電することと、家屋100から1〜2メートル程度離間した地表面に設置された給電装置120から供給される電力を蓄電池11に充電することが可能である。
電気自動車1は、蓄電池11、コンタクタ12(切替回路)、インバータ13(駆動回路)、モータ14、給電コイル15、給電回路16(電力変換器)、受電コイル17、受電回路18、及び充電装置19を備える。蓄電池11及び充電装置19は、直流バスB1に接続されており、インバータ13、給電回路16、受電回路18、及び充電装置19は、直流バスB2に接続されている。
蓄電池11は、電気自動車1に搭載された再充電が可能な電池(例えば、リチウムイオン電池やニッケル水素電池等の二次電池)であり、モータ14を駆動するための電力を供給する。コンタクタ12は、直流バスB1と直流バスB2との間に設けられ、電気自動車1に設けられた制御装置(図示省略)の制御の下で、直流バスB1と直流バスB2とを接続状態にするか切断状態にするかを切り替える。
具体的に、コンタクタ12は、蓄電池11の電力を放電する場合には、直流バスB1と直流バスB2とを接続状態にするよう制御され、これによって蓄電池11とインバータ13、給電回路16、及び受電回路18とが接続される。これに対し、蓄電池11を充電する場合には、直流バスB1と直流バスB2とを切断状態にするよう制御され、これによって蓄電池11とインバータ13、給電回路16、及び受電回路18とが切断される。
インバータ13は、不図示の制御装置の制御の下で、蓄電池11からコンタクタ12を介して供給される電力を用いてモータ14を駆動する。モータ14は、電気自動車1を移動させるための動力を発生する動力発生源として電気自動車1に搭載されており、インバータ13の駆動に応じた動力を発生する。モータ14としては、永久磁石型同期モータ、誘導モータ等のモータを用いることができる。また、インバータ13は、モータ14に発生した回生電力を直流電力に変換し、蓄電池11に充電してもよい。つまり、インバータ13は、双方向の電力変換器であってもよい。
給電コイル15は、電気自動車1の後部に設けられており、蓄電池11からの電力を家屋100に設けられた受電装置110に非接触で給電するためのコイルである。給電コイル15が受電装置110に設けられた受電コイル111に近接することによって、電磁気結合回路(第1電磁気結合回路)が形成される。この電磁気結合回路は、給電コイル15と受電コイル111とが電磁気的に結合して給電コイル15から受電コイル111への非接触の給電が行われる回路を意味する。上記電磁気結合回路は、「電磁誘導方式」で給電を行う回路と、「電磁界共鳴方式」で給電を行う回路との何れの回路であっても良い。
給電コイル15は、耐候性カバー15a(耐候性部材)によって完全に覆われた状態で、電気自動車1の後部に設けられている。耐候性カバー15aは、給電コイル15に対する雨水や異物(例えば、虫)等の侵入を防止するために設けられるカバーであり、もしくは給電コイル15を物理的に保護するカバーであり、非接触での給電を妨げない高分子材料(例えば、プラスチック、エンジニアリングプラスチックやFRP(繊維強化プラスチック))を含む樹脂で形成されている。又は、非接触で給電を妨げないセラミックス材料(たとえば、アルミナ、ムライト、フェライト、フォルステライト、ジルコニア、ジルコン、コーディエライト、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、炭化ケイ素、チタン酸ジルコン酸鉛やこれらを含む複合化合物)やこれらと高分子材料を含む樹脂との混合物で形成されている。又は、物理的に保護するためにこれらの耐候性カバー15aは、ゴム状の弾力性物体で覆い、又は、空気・窒素等のガスで充満させたゴム状の弾力性物体で覆われた状態で設けられている。
給電回路16は、蓄電池11からの電力を、給電コイル15と受電コイル111とによって形成される電磁気結合回路を介して非接触で受電装置110に供給する。具体的に、給電回路16は、蓄電池11からコンタクタ12を介して供給される電力(直流電力)を交流電力に変換して給電コイル15に与える。これにより、受電装置110に対する非接触給電を実現する。
受電コイル17は、電気自動車1の底部に設けられており、家屋100から1〜2メートル程度離間した地表面に設置された給電装置120に設けられた給電コイル121から供給される電力(交流電力)を非接触で受電するためのコイルである。受電コイル17が給電装置120の給電コイル121に近接することによって、電磁気結合回路(第2電磁気結合回路)が形成される。
この電磁気結合回路は、給電コイル121と受電コイル17とが電磁気的に結合して給電コイル121から受電コイル17への非接触の給電が行われる回路を意味し、「電磁誘導方式」で給電を行う回路と、「電磁界共鳴方式」で給電を行う回路との何れの回路であっても良い。尚、図1では、受電コイル17が剥き出しの状態で電気自動車1の底部に設けられている様子を図示しているが、給電コイル15を覆う耐候性カバー15aと同様のカバーを設けて受電コイル17を完全に覆うようにしても良い。特に、電気自動車の車両の底面は、走行移動中に道路上物体に接触して破損する場合や跳ね上げた物体と衝突して破損する場合があり、高強度のアルミナ(Al2O3)を含むカバーがよい。
さらに、物理的に保護するためにこれらの耐候性カバー15aは、ゴム状の弾力性物体で覆い、又は、空気・窒素等のガスで充満させたゴム状の弾力性物体で覆われた状態を設けてもよい。
受電回路18は、給電装置120の給電コイル121と受電コイル17とによって形成される電磁気結合回路を介して非接触で供給されてくる電力(交流電力)を受電し、受電した電力を直流電力に変換して直流バスB2に供給する。充電装置19は、受電回路18から直流バスB2を介して供給される電力(直流電力)を用いて蓄電池11の充電を行う装置である。
次に、家屋100に設けられる受電装置110、及び家屋100から1〜2メートル程度離間した地表面に設置される給電装置120について簡単に説明する。受電装置110は、電気自動車1の給電コイル15と電磁気結合回路を形成する受電コイル111と、受電回路112とを備える。受電コイル111は、耐候性カバー15aと同様の耐候性カバー111aによって完全に覆われた状態で、高さ位置が給電コイル15とほぼ同じになるように家屋100の壁面に取り付けられている。
受電回路112は、電気自動車1の給電コイル15と受電コイル111とによって形成される電磁気結合回路を介して非接触で供給されてくる電力(交流電力)を受電し、受電した電力を直流電力に変換して家屋100内に供給する。
給電装置120は、電気自動車1の受電コイル17と電磁気結合回路を形成する給電コイル121と、給電回路122とを備える。給電コイル121は、電気自動車1が家屋100に対し、給電コイル15と受電装置110の受電コイル111とが近接するように停車したときに、電気自動車1の受電コイル17が近接する位置に配置される。尚、給電コイル121も、電気自動車1の受電コイル17と同様に、耐候性カバー15aと同様のカバーで完全に覆っても良い。給電回路122は、給電コイル121と受電コイル17とによって形成される電磁気結合回路を介して、電気自動車1に非接触で交流電力を供給する。
次に、上記構成における電気自動車1の動作について説明する。図2Aから図2Cは、本発明の第1実施形態における動作を説明するための図である。尚、図2Aは、家屋100に対する給電時の動作を説明する図であり、図2Bは、走行時の動作を説明する図であり、図2Cは蓄電池11の充電時の動作を説明するための図である。以下、各々の動作について順に説明する。
〈家屋100に対する給電時の動作〉
まず、ユーザが電気自動車1を運転して、電気自動車1の後部が給電対象の家屋100に近接するように電気自動車1を後退させる。このとき、電気自動車1の給電コイル15が家屋100に設けられた受電装置110の受電コイル111と対面するように左右方向の位置を調整しながら、電気自動車1を後退させる。家屋100に対する給電が可能な位置まで後退させたら、電気自動車1を停止させる。これにより、図2Aに示す通り、電気自動車1の給電コイル15と受電コイル111とによって電磁気結合回路が形成される。
次に、電気自動車1が停止している状態で、ユーザが電気自動車1に対して給電指示を行うと家屋100に対する給電が開始される。具体的に、ユーザからの給電指示がなされると、電気自動車1に設けられた不図示の制御装置が、コンタクタ12を制御して直流バスB1と直流バスB2とを接続状態にして給電回路16を動作させる。このとき、不図示の制御装置は、インバータ13、受電回路18、及び充電装置19の動作を停止させる。
その結果、図2Aに示す通り、蓄電池11に蓄えられた電力(直流電力)がコンタクタ12を介して給電回路16に供給されて交流電力に変換される。この変換された交流電力は、給電コイル15に供給され、給電コイル15と受電コイル111とによって形成されている電磁気結合回路を介して、受電装置110に非接触で供給される。受電装置110に供給された交流電力は、受電回路112で直流電力に変換され、変換された直流電力が家屋100内に供給される。
〈走行時の動作〉
ユーザが電気自動車1の運転を開始すると、電気自動車1に設けられた不図示の制御装置は、コンタクタ12を制御して直流バスB1と直流バスB2とを接続状態にしてインバータ13を動作させる。このとき、不図示の制御装置は、給電回路16、受電回路18、及び充電装置19の動作を停止させる。すると、図2Bに示す通り、蓄電池11に蓄えられた電力(直流電力)がコンタクタ12を介してインバータ13に供給される。インバータ13によってモータ14が駆動されることにより、電気自動車1の走行が開始される。
〈蓄電池11の充電時の動作〉
上述した家屋100に対する給電時の動作と同様に、ユーザが電気自動車1を運転して、電気自動車1の後部が給電対象の家屋100に近接するように電気自動車1を後退させる。家屋100に対する給電が可能な位置まで後退させたら、電気自動車1を停止させる。これにより、図2Cに示す通り、電気自動車1の受電コイル17と給電装置120に設けられた給電コイル121とによって電磁気結合回路が形成される。
次に、電気自動車1が停止している状態で、ユーザが電気自動車1に対して充電指示を行うと蓄電池11に対する充電が開始される。具体的に、ユーザからの充電指示がなされると、電気自動車1に設けられた不図示の制御装置が、コンタクタ12を制御して直流バスB1と直流バスB2とを切断状態にして受電回路18及び充電装置19を動作させる。このとき、不図示の制御装置は、インバータ13及び給電回路16の動作を停止させる。
その結果、図2Cに示す通り、給電装置120の給電回路122から供給される交流電力が、給電コイル121と受電コイル17とによって形成される電磁気結合回路を介して、電気自動車1に非接触で供給される。電気自動車1に供給された交流電力は、受電回路18で受電されて直流電力に変換される。この変換された直流電力は、充電装置19に供給され、これにより蓄電池11の充電が行われる。
以上の通り、本実施形態では、電気自動車1の給電コイル15が家屋100に設けられた受電装置110の受電コイル111と対面するように、電気自動車1を家屋100に近接させる。これだけで家屋100に対する給電を行うことができる。このため、従来のように、ユーザが車外或いは屋外でケーブルのプラグを家屋又は電気自動車に設けられたコンセントに嵌合させる作業を行わなくとも、容易に電力を供給することができる。また、電気自動車1の給電コイル15及び家屋100に設けられた受電装置110の受電コイル111は、耐候性カバー15a,111aで完全に覆われている。このため、雨水や異物(例えば、虫)等が給電コイル15及び受電コイル111に進入することを防止できる。その結果、電気的な接続不良が生じないため、保守作業を容易に行うことができる。
家屋100が複数存在する場合、給電と充電の何れか一方のみが可能な家屋100が存在してもよい。即ち、給電コイル121を含む給電装置120を備えておらず、電気自動車1の蓄電池11の充電は行えずに電気自動車1から家屋100への給電のみ可能な家屋100と、受電コイル111を含む受電装置110を備えておらず、電気自動車1から家屋100への給電は行えずに電気自動車1の蓄電池11の充電のみ可能な家屋100が存在してもよい。
(第2実施形態)
図3は、本発明の第2実施形態による移動式電力供給装置としての電気自動車の要部構成を示すブロック図である。前述した電気自動車1は、家屋100に対する給電と蓄電池11の充電とをそれぞれ異なる系統(給電コイル15を介する系統、及び受電コイル17を介する系統)で行う。しかしながら、本実施形態の電気自動車2は、同一の系統で行う。
尚、電気自動車2が、家屋100に対する給電と蓄電池11の充電とを同一の系統で行うことから、家屋100側の構成も第1実施形態とは異なっている。つまり、家屋100に設けられていた受電装置110が省略され、給電装置120に代えて送受電装置130が設けられている。送受電装置130の説明は後述する。
図3に示す通り、電気自動車2は、図1に示す電気自動車1の給電コイル15及び給電回路16を省略し、受電コイル17及び受電回路18に代えて送受電コイル21及び送受電回路22をそれぞれ設けた構成である。また、電気自動車1に設けられていた耐候性カバー15aを省略して、送受電コイル21を覆う耐候性カバー21a(耐候性部材)を設けている。
送受電コイル21は、電気自動車2の底部に設けられており、地表面に設置された送受電装置130に設けられた送受電コイル131との間で、電力(交流電力)を非接触で送電又は受電するためのコイルである。送受電コイル21は、前述した耐候性カバー15aと同様の耐候性カバー21aによって完全に覆われた状態で、電気自動車2の底部に設けられている。送受電コイル21が送受電装置130の送受電コイル131に近接することによって、電磁気結合回路が形成される。
送受電回路22は、蓄電池11からの電力を、送受電コイル21,131によって形成される電磁気結合回路を介して非接触で送受電装置130に供給する。また送受電回路22は、送受電装置130から上記した電磁気結合回路を介して非接触で供給される電力を受電する。具体的に、送受電回路22は、蓄電池11からコンタクタ12を介して供給される電力(直流電力)を交流電力に変換して送受電コイル21に与える。これにより、送受電装置130に対する非接触給電を実現する。また、送受電回路22は、送受電装置130から供給されてくる電力(交流電力)を受電し、受電した電力を直流電力に変換して直流バスB2に供給する。
次に、送受電装置130について簡単に説明する。送受電装置130は、電気自動車2の送受電コイル21と電磁気結合回路を形成する送受電コイル131と、送受電回路132とを備えている。送受電装置130は、電気自動車2から非接触で受電した電力を家屋100に供給し、電気自動車2に対して非接触で電力の供給を行う。
送受電コイル131は、耐候性カバー15aと同様の耐候性カバー131aによって完全に覆われた状態で、図1に示す給電コイル121と同じ位置に設置される。送受電回路132は、送受電コイル21,131によって形成される電磁気結合回路を介して交流電力を非接触で電気自動車2に供給する。また送受電回路132は、電気自動車2から上記した電磁気結合回路を介して非接触で供給される電力を受電する。
次に、上記構成における電気自動車2の動作について説明する。図4A及び図4Bは、本発明の第2実施形態における動作を説明するための図である。尚、図4Aは家屋100に対する給電時の動作を説明する図であり、図4Bは蓄電池11の充電時の動作を説明するための図である。以下、各々の動作について順に説明する。
〈家屋100に対する給電時の動作〉
まず、第1実施形態と同様に、ユーザが電気自動車2を運転して、電気自動車2の後部が給電対象の家屋100に近接するように電気自動車2を後退させる。家屋100に対する給電が可能な位置まで後退させたら、電気自動車2を停止させる。尚、第1実施形態では、給電コイル15と家屋100に設けられた受電装置110の受電コイル111とが対面するように左右の位置を調整する必要があった。しかしながら、本実施形態では、送受電コイル21,131が対面するように左右の位置を調整する。これにより、図4Aに示す通り、送受電コイル21,131によって電磁気結合回路が形成される。
次に、電気自動車2が停止している状態で、ユーザが電気自動車2に対して給電指示を行うと家屋100に対する給電が開始される。具体的に、ユーザからの給電指示がなされると、電気自動車2に設けられた不図示の制御装置が、コンタクタ12を制御して直流バスB1と直流バスB2とを接続状態にする。また制御装置は、蓄電池11の電力を放電させるように送受電回路22を動作させる。このとき、不図示の制御装置は、インバータ13及び充電装置19の動作を停止させる。
その結果、図4Aに示す通り、蓄電池11に蓄えられた電力(直流電力)がコンタクタ12を介して送受電回路22に供給されて交流電力に変換される。この変換された交流電力は、送受電コイル21に供給され、送受電コイル21,131によって形成されている電磁気結合回路を介して送受電装置130に非接触で供給される。送受電装置130に供給された交流電力は送受電回路132で直流電力に変換され、変換された直流電力が家屋100内に供給される。
〈蓄電池11の充電時の動作〉
上述した家屋100に対する給電時の動作と同様に、ユーザが電気自動車2を運転して、電気自動車2の後部が給電対象の家屋100に近接するように電気自動車2を後退させる。家屋100に対する給電が可能な位置まで後退させたら、電気自動車2を停止させる。これにより、図4Bに示す通り、送受電コイル21,131によって電磁気結合回路が形成される。
次に、電気自動車2が停止している状態で、ユーザが電気自動車2に対して充電指示を行うと蓄電池11に対する充電が開始される。具体的に、ユーザからの充電指示がなされると、電気自動車2に設けられた不図示の制御装置が、コンタクタ12を制御して直流バスB1と直流バスB2とを切断状態にし、外部から供給される電力を受電するように送受電回路22を動作させる。このとき、不図示の制御装置は、インバータ13の動作を停止させ、充電装置19を動作させる。
その結果、図4Bに示す通り、送受電装置130の送受電回路132から供給される交流電力が、送受電コイル21,131によって形成される電磁気結合回路を介して電気自動車2に非接触で供給される。電気自動車2に供給された交流電力は送受電回路22で受電されて直流電力に変換される。この変換された直流電力は充電装置19に供給され、これにより蓄電池11の充電が行われる。
〈走行時の動作〉
図示は省略するが、第1実施形態における走行時の動作と同様に、ユーザが電気自動車2の運転を開始すると、電気自動車2に設けられた不図示の制御装置は、コンタクタ12を制御して直流バスB1と直流バスB2とを接続状態にしてインバータ13を動作させる。このとき、不図示の制御装置は、送受電回路22及び充電装置19の動作を停止させる。すると、蓄電池11に蓄えられた電力(直流電力)がコンタクタ12を介してインバータ13に供給され、インバータ13によってモータ14が駆動されることにより電気自動車2の走行が開始される。
以上の通り、本実施形態では、電気自動車2の送受電コイル21が送受電装置130の送受電コイル131と対面するように電気自動車2を家屋100に近接させるだけで、家屋100に対する給電を行うことができる。このため、本実施形態においても、ユーザが車外或いは屋外で作業を行わなくとも、容易に電力を供給することができる。また、電気自動車2の送受電コイル21及び送受電装置130の送受電コイル131は、耐候性カバー21a,131aで完全に覆われている。このため、雨水や異物(例えば、虫)等が送受電コイル21及び送受電コイル131に進入することを防止できる。その結果、電気的な接続不良が生じないため、保守作業を容易に行うことができる。
(第3実施形態)
図5は、本発明の第3実施形態による移動式電力供給装置としての電気自動車の要部構成を示すブロック図である。前述した第1実施形態に係る電気自動車1は、モータ14への電力供給と給電コイル15への電力供給とを異なる回路、つまりインバータ13と給電回路16とを用いて行うものである。しかしながら、本実施形態の電気自動車3は、インバータ31を共用してモータ14及び給電コイル15に電力を供給する。
図5に示す通り、電気自動車3は、図1に示す電気自動車1のインバータ13及び給電回路16に代えてインバータ31(電力変換器)を備えると共に、第1のコンタクタ32及び第2のコンタクタ33を備えた構成である。
インバータ31は、後述するゲート駆動回路35(図6参照)から入力されるゲート信号に基づいて蓄電池11から供給される電力(直流電力)を三相あるいは二相交流電力に変換して、電気自動車3の走行時(第1のコンタクタ32によってモータ14と接続されている場合)には、モータ14に三相交流電力(U相、V相、W相交流電力)を供給し、一方家屋100に対する給電時(第2のコンタクタ33によって給電コイル15と接続されている場合)には、給電コイル15に二相交流電力(U相、V相交流電力)を供給する。また、インバータ31は、モータ14に発生した回生電力を直流電力に変換し、蓄電池11に充電してもよい。つまり、インバータ31は、双方向の電力変換器であってもよい。
第1のコンタクタ32は、インバータ31とモータ14との間に設けられ、後述する制御部36(図6参照)の制御の下で、インバータ31とモータ14との接続状態と切断状態とを切り替える。具体的に、第1のコンタクタ32は、電気自動車3の走行時には、インバータ31とモータ14とを接続するために閉状態となり、電気自動車3の停止時には、インバータ31とモータ14とを切断するために開状態となる。
第2のコンタクタ33は、インバータ31と給電コイル15との間に設けられ、後述する制御部36(図6参照)の制御の下で、インバータ31と給電コイル15との接続状態と切断状態とを切り替える。具体的に、第2のコンタクタ33は、家屋100に給電する時には、インバータ31と給電コイル15とを接続するために閉状態となり、給電の停止時には、インバータ31と給電コイル15とを切断するために開状態となる。
図6は、第3実施形態における電気自動車3の制御系統及び該制御系統によって制御される構成要素の詳細を示す図である。尚、図6において、図5に示す構成と同じ構成については同一の符号を付している。また、図を見やすくするため、図6〜8において、蓄電池11とインバータ31の間にあるコンタクタ12の図示を省略している。図6に示す通り、上述した電気自動車3のインバータ31は、U相、V相、W相交流電力を出力するための3つのスイッチングレッグL1,L2,L3(直列接続された2つのトランジスタと、これら2つのトランジスタにそれぞれ並列接続されたダイオードとからなる回路)が並列接続された回路で実現されている。尚、トランジスタとしては、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)やパワーMOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)などを使用することができる。
また、インバータ31は、スイッチングレッグL1,L2,L3と蓄電池11との間に、平滑リアクトル及び平滑コンデンサとからなる平滑回路を備えている。
また、給電コイル15は、図6に示す通り、コイル15bと、2つのコンデンサ15cとを備える。コンデンサ15cは、コイル15bとともに直列共振回路を形成する。コイル15bの一端は、一方のコンデンサ15c及び第2のコンタクタ33を介してスイッチングレッグL1に接続されており、コイル15bの他端は、他方のコンデンサ15c及び第2のコンタクタ33を介してインバータ31のスイッチングレッグL2に接続されている。なお、図6には図示していないが、コイル15bは、耐候性カバー15aによって完全に覆われている。
電気自動車3は、図6に示すように、上述した構成に加えて、回転(角度)検出器34、ゲート駆動回路35及び制御部36を備える。尚、ゲート駆動回路35、制御部36、第1のコンタクタ32及び第2のコンタクタ33は、本実施形態における電力供給先設定手段を構成している。
回転検出器34は、モータ14の回転を検出するセンサであり、検出信号を制御部36に出力する。例えば、回転検出器34は、エンコーダを用いてモータ14回転時の回転角を検出し、モータ14の回転子の1回転毎に所定のパルス数(たとえば65536パルス)となるパルス信号(検出信号)を制御部36に出力する。
ゲート駆動回路35は、インバータ31と制御部36との間に設けられ、制御部36から入力されるゲート信号の電圧を変換して、インバータ31に出力する。また、ゲート駆動回路35は、インバータ31と制御部36との間に設けられることで、インバータ31と制御部36とを絶縁する役割も果たす。
制御部36は、マイクロコントローラ等から構成され、記憶される制御プログラムに基づいてインバータ31、第1のコンタクタ32及び第2のコンタクタ33等を制御する。例えば、制御部36は、図示しない操作装置から運転者の操作によって走行指示が入力された場合には第1のコンタクタ32を制御してインバータ31とモータ14とを接続状態にし、一方操作装置から運転者の操作によって給電指示が入力された場合には第2のコンタクタ33を制御してインバータ31と給電コイル15とを接続状態にする。
また、このような制御部36は、インバータ31を制御するためのマイクロコントローラの動作に応じた3つの機能構成要素、つまりモータ制御部36a、非接触給電制御部36b及びゲート信号選択部36cを備えている。
モータ制御部36aは、図示しない操作装置から運転者の操作によって走行指示が入力された場合には、回転検出器34による検出結果をモニタしつつ、インバータ31においてモータ14を回転駆動するための三相交流電力(U相、V相、W相交流電力)を生成するために、U相、V相、W相交流電力に対応したゲート信号を生成して、ゲート信号選択部36cに出力する。
非接触給電制御部36bは、操作装置から運転者の操作によって給電指示が入力された場合には、インバータ31において給電コイル15に供給するための二相交流電力(U相、V相交流電力)を生成するために、U相、V相交流電力に対応したゲート信号を生成してゲート信号選択部36cに出力する。この際、非接触給電制御部36bは、W相交流電力に対応したゲート信号を生成せず、インバータ31のスイッチングレッグL3のトランジスタをOFF状態にさせる。
ゲート信号選択部36cは、モータ制御部36a及び非接触給電制御部36bから入力されるゲート信号のいずれかを選択して、選択したゲート信号をゲート駆動回路35に出力する。つまり、ゲート信号選択部36cは、操作装置から運転者の操作によって走行指示が入力された場合には、モータ制御部36aからのゲート信号のみをゲート駆動回路35に出力し、操作装置から運転者の操作によって給電指示が入力された場合には、非接触給電制御部36bからのゲート信号のみをゲート駆動回路35に出力する。
また、家屋100における受電コイル111は、図6に示す通り、コイル111bと、コンデンサ111cとを備える。コンデンサ111cは、コイル111bと受電回路112との間に並列接続されている。なお、図6には図示していないが、コイル111bは、耐候性カバー111aによって完全に覆われている。
次に、上記構成における電気自動車3の動作について説明する。図7及び図8は、本発明の第3実施形態における動作を説明するための図である。尚、図7は電気自動車3の走行時の動作を説明する図であり、図8は家屋100に対する給電時の動作を説明する図であり、以下、各々の動作について順に説明する。
〈走行時の動作〉
ユーザが電気自動車3の運転を開始すると、制御部36は、第1のコンタクタ32を閉状態にしてモータ14とインバータ31とを接続状態にすると共に、第2のコンタクタ33を開状態にして給電コイル15とインバータ31とを切断状態にする。そして、制御部36のモータ制御部36aは、回転検出器34による検出結果をモニタしつつ、インバータ31においてモータ14を所望の回転数で回転駆動するための三相交流電力(U相、V相、W相交流電力)を生成するために必要なゲート信号を生成して、ゲート信号選択部36cに出力する。
続いて、ゲート信号選択部36cは、モータ制御部36aから入力されたゲート信号のみを選択して、ゲート駆動回路35に出力する。ゲート駆動回路35は、ゲート信号選択部36cから入力されたゲート信号の電圧を変換してインバータ31に出力する。インバータ31は、ゲート駆動回路35から入力されたゲート信号に基づいて蓄電池11に蓄えられた電力(直流電力)から三相交流電力(U相、V相、W相交流電力)を生成して、モータ14に供給する。電気自動車3は、インバータ31からモータ14に電力が供給されてモータ14が駆動されることにより走行を開始する。
〈家屋100に対する給電時の動作〉
まず、第1実施形態と同様に、ユーザが電気自動車3を運転して、電気自動車3の後部が給電対象の家屋100に近接するように電気自動車3を後退させる。電力を消費する機器を有する家屋100に対する給電が可能な位置まで後退させたら、電気自動車3を停止させる。このとき、電気自動車3の給電コイル15が家屋100に設けられた受電装置110の受電コイル111と対面するように左右方向の位置を調整しながら、電気自動車3を後退させる。家屋100に対する給電が可能な位置まで後退させたら、電気自動車3を停止させる。
次に、電気自動車3が停止している状態で、ユーザが電気自動車3に対して給電指示を行うと電力を消費する機器を有する電力の供給先である家屋100に対する給電が開始される。具体的に、ユーザからの給電指示がなされると、制御部36は、第1のコンタクタ32を開状態にしてモータ14とインバータ31とを切断状態にすると共に、第2のコンタクタ33を閉状態にして給電コイル15とインバータ31とを接続状態にする。そして、制御部36の非接触給電制御部36bは、インバータ31おいて給電コイル15に供給するための二相交流電力(U相、V相交流電力)を生成するために必要なゲート信号を生成して、ゲート信号選択部36cに出力する。
続いて、ゲート信号選択部36cは、非接触給電制御部36bから入力されたゲート信号のみを選択して、ゲート駆動回路35に出力する。ゲート駆動回路35は、ゲート信号選択部36cから入力されたゲート信号の電圧を変換してインバータ31に出力する。インバータ31は、ゲート駆動回路35から入力されたゲート信号に基づいて蓄電池11に蓄えられた電力(直流電力)から二相交流電力(U相、V相交流電力)を生成して給電コイル15に供給する。
この結果、交流電力は、給電コイル15と受電コイル111とによって形成されている電磁気結合回路を介して、受電装置110に非接触で供給される。受電装置110に供給された交流電力は、受電回路112で直流電力に変換され、変換された直流電力が家屋100内に供給される。
以上の通り、本実施形態では、電気自動車3の給電コイル15が家屋100に設けられた受電装置110の受電コイル111と対面するように、電気自動車3を家屋100に近接させる。これだけで家屋100に対する給電を行うことができる。このため、従来のように、ユーザが車外或いは屋外でケーブルのプラグを家屋又は電気自動車に設けられたコンセントに嵌合させる作業を行わなくとも、容易に電力を供給することができる。また、電気自動車3の給電コイル15及び家屋100に設けられた受電装置110の受電コイル111は、耐候性カバー15a,111aで完全に覆われている。このため、雨水や異物(例えば、虫)等が給電コイル15及び受電コイル111に進入することを防止できる。その結果、電気的な接続不良が生じないため、保守作業を容易に行うことができる。さらに、本実施形態では、インバータ31を共用してモータ14及び給電コイル15に電力を供給するため、電気自動車3の製造コストを抑制できる。
以上、本発明の実施形態による移動式電力供給装置及び方法について説明したが、本発明は上記実施形態に制限されず、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、上記実施形態では、外部への非接触での給電と、外部から非接触で供給される電力による充電との双方が可能な移動式電力供給装置について説明したが、外部への非接触での給電のみが可能であっても良い。
第1、3実施形態における給電コイル15と受電コイル111、受電コイル17と給電コイル121は、それぞれが近接して非接触給電可能位置に設置されていれば設置場所は任意である。例えば、給電コイル121を家屋100に設けることも可能であるし、受電コイル111を地表面に設けてもよい。それぞれの場合において、受電コイル17ないし給電コイル15を電気自動車1、3の適切な位置、即ち停車時にコイル同士が近接して非接触給電可能となる位置に設けておく。また、第2実施形態において送受電コイル131を家屋100に設け、送受電コイル21を電気自動車2の後部に設けても良い。更には、電気自動車1〜3の側面や前面にコイルを設けてもよい。
また、上記実施形態では、給電対象が蓄電池を搭載した電気自動車である場合を例に挙げて説明した。しかしながら、本発明はプラグイン・ハイブリッド自動車に適用することもでき、搬送車にも適用することができる。更には、無人式移動車両にも適用することができる。
図1、5に示す家屋100の受電装置110に設けられた受電回路112、或いは図3に示す送受電装置130に設けられた送受電回路132は、内部に設けられた制御回路を駆動するための小容量の電源を必要とする。この小容量の電源として、太陽光や風量等の自然エネルギーを用いて発電する発電装置を用いても良く、小型の蓄電池を用いても良い。小型の蓄電池を用いる場合には、電気自動車1〜3から供給される電力を用いて充電を行うのが望ましい。
また、図1、5に示す受電回路112や図3に示す送受電回路132の内部に設けられた制御回路を、電気自動車1〜3から供給される電力を用いて駆動するようにしても良い。この場合、上記の発電装置や小型の蓄電池を省略することができ、避難用施設等のように通常メンテナンスを行うことが困難な家屋への電力供給に適する。
また、上記実施形態において、電気自動車1〜3から家屋100に給電している際に、電気自動車1〜3が無線通信等によって家屋100から受電状態を受信し、受電状態に応じて交流電力の周波数を調整することで家屋100の受電状態を改善するようにしてもよい。
本発明の移動式電力供給装置によれば、ケーブルの接続作業を行わずに、電力を容易に供給することができる。また、耐候性部材によって覆われている給電コイルには、電気的な接続不良が生じない。その結果、給電コイルの保守作業を容易に行えることができる。
1,2,3 電気自動車
11 蓄電池
12 コンタクタ
13 インバータ
14 モータ
15 給電コイル
15a 耐候性カバー
16 給電回路(電力変換器)
17 受電コイル
18 受電回路
19 充電装置
21 送受電コイル
21a 耐候性カバー
22 送受電回路
111 受電コイル
121 給電コイル
131 送受電コイル
31 インバータ(電力変換器)
32 第1のコンタクタ
33 第2のコンタクタ
34 回転検出器
35 ゲート駆動回路
36 制御部
36a モータ制御部
36b 非接触給電制御部
36c ゲート信号選択部
L1、L2、L3 スイッチングレッグ
15b コイル
15c コンデンサ
111b コイル
111c コンデンサ

Claims (5)

  1. 蓄電池に蓄えられた電力を家屋に供給可能な移動式電力供給装置であって、
    耐候性部材によって覆われており、前記家屋の受電コイルとともに第1電磁気結合回路を形成する給電コイルと、
    前記蓄電池に蓄えられた直流電力を交流電力に変換して前記給電コイルに供給する電力変換器と、
    地表面の給電コイルとともに第2電磁気結合回路を形成する受電コイルと、
    前記地表面の給電コイルと前記受電コイルとによって形成される前記第2電磁気結合回路を介して前記地表面から非接触で供給される電力を受電する受電回路と、
    前記受電回路で受電された電力を用いて前記蓄電池を充電する充電装置と
    を備える移動式電力供給装置。
  2. 前記受電コイルは、耐候性部材によって覆われている請求項1に記載の移動式電力供給装置。
  3. 移動のための動力を発生するモータと、
    前記蓄電池に蓄えられた電力を用いて前記モータを駆動する駆動回路と、
    前記蓄電池に対し、前記電力変換器、前記受電回路、及び前記駆動回路を接続するか否かを切り替える切替回路と
    を備える請求項1又は請求項2に記載の移動式電力供給装置。
  4. 移動のための動力を発生するモータと、
    前記電力変換器から出力される交流電力の供給先を前記給電コイルあるいは前記モータの何れかに設定する電力供給先設定手段と
    を備える請求項又は請求項に記載の移動式電力供給装置。
  5. 記給電コイルの前記耐候性部材は、弾力性物体によって覆われている請求項1乃至4のいずれか一項に記載の移動式電力供給装置。
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