JP6135754B2 - 非接触給電装置 - Google Patents
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Description
本発明は、電気自動車等の車両への電力供給を非接触で行う非接触給電装置に関する。
特許文献1には、路上に配置した可動な一次コイルと、車両に搭載された二次コイルとを正対させて、該一次コイルから電磁誘導作用により二次コイルに電力供給を行って、フロアパネル下面に搭載したバッテリを充電するようにした技術が開示されている。
特許文献1の開示技術では、一次コイルの駆動装置と、各種の検出手段を含めた駆動制御手段が必要となって、システムが複雑となってしまうという問題があった。
そこで、本発明は駐車スペースの所定の停止位置に車両を駐車させる際の運転感覚で、路面側の給電部に対する車両側の受電部の正対位置合わせを適正に行うことができる非接触給電装置を提供するものである。
本発明の第一の態様に係る非接触給電装置は、車両のフロアパネルの前部下面に配設された受電部と、駐車スペースに配設され、前記受電部との磁気的結合によって非接触で車両に対して電力供給を行う給電部と、を備える。また、この態様に係る非接触給電装置は、前記車両のフロントコンパートメントの下側に配設されるサブフレームと、このサブフレームの後端部の車幅方向両側から前記受電部の車幅方向両側に沿って車両後方向に延在し、前記受電部の固定部分を補剛するエクステンション部を備える。
以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳述する。なお、以下に示す図面は実施形態の説明のための模式図であり、寸法等の比率や配置は厳密なものではない。
図1に示す本実施形態の非接触給電装置は、地上側ユニットである給電装置100と、車両側ユニットである受電装置200と、を備える。本実施形態の非接触給電装置は、給電スタンド等に配置される給電装置100から、電気自動車やハイブリッド車に代表される車両1に搭載された受電装置200に非接触で電力を供給し、車載バッテリ27を充電するものである。
本実施形態の非接触給電装置は、車両1のフロアパネル40の前部下面の車幅方向中央に配設された受電部22と、駐車スペース2に配設され、受電部22との磁気的結合によって非接触で車両1に対して電力供給を行う給電部12と、を備える。また、本実施形態の非接触給電装置は、車両1のフロントコンパートメントの下側に配設されるサブフレーム51と、サブフレーム51上に搭載されるモータユニット29Uと、を備える。さらに、本実施形態の非接触給電装置は、サブフレーム51の後端部の車幅方向両側から受電部22の車幅方向両側に沿って車両後方向に延在するように設けられ、受電部22の固定部分を補剛するエクステンション部53と、を備える。
また、本実施形態の非接触給電装置は、フロアパネル40の下面に配設されたバッテリ27と、バッテリ27からモータユニット29Uに送電するワイヤハーネスと、をさらに備え、このワイヤハーネスは、受電部22の上方に通されかつ車両前後方向に配索される。
給電装置100は、給電スタンド近傍の駐車スペース2に配設された給電部12を備える。受電装置200は、車両1を駐車スペース2の所定位置に止めたときに給電部12に対向するように車両1の底面に配設した受電部22を備えている。給電部12は、受電部22との磁気的結合によって非接触で車両に対して電力供給を行うものである。
具体的には、給電部12としては導電線からなる一次コイルを主体とした送電コイルが用いられる。また、受電部22としては同じく導電線からなる二次コイルを主体とした受電コイルが用いられる。給電部12及び受電部22は、両コイル間における電磁誘導作用(磁気的結合)により、送電コイル12から受電コイル22へ非接触で電力を供給することを可能としている。すなわち、給電部12は、磁気的結合によって非接触で車両1に対して電力供給を行う。
地上側の給電装置100は、電力制御部11と、送電コイル12と、無線通信部13と、制御部14と、を備えている。
電力制御部11は、交流電源300から送電される交流電力を、高周波の交流電力に変換し、送電コイル12に送電するための回路である。電力制御部11は、整流部111と、PFC回路112と、インバータ113と、センサ114と、を備えている。整流部111は、交流電源300に電気的に接続され、交流電源300からの出力交流電力を整流する回路である。PFC回路112は、整流部111からの出力の波形を整形することで力率を改善するための回路(Power Factor Correction)である。PFC回路112は、整流部111とインバータ113との間に接続されている。
無線通信部13は、車両1側に設けられた無線通信部23と双方向に通信を行う。
制御部14は、給電装置100全体を制御する部分である。制御部14は、無線通信部13、23間の通信により給電装置100からの電力供給を開始する旨の信号を車両1側に送信したり、給電装置100からの電力の受給を要求する旨の信号を車両1側から受信したりする。
また、制御部14は、センサ114の検出電流にもとづいてインバータ113のスイッチング制御を行い、送電コイル12から送電される電力を制御する。さらに、制御部14は、給電中に異物センサ15からの検出信号にもとづいて、給電停止を行ったり、無線通信部13、23を通じて車両1側に警告信号を送信したりする。
異物センサ15として、例えば金属検知コイルが用いられる。異物センサ15は、給電中に送電コイル12と受電コイル22との間に形成される磁場に金属異物が侵入したり介在したりした場合には、検出電気信号を出力する。この検出電気信号は、制御部14に直ちに警告または給電停止をするように促して、金属異物の磁場介在に起因する給電不良等の不具合の発生を未然に防止する。
車両1側の受電装置200は、受電コイル22と、無線通信部23と、充電制御部24と、整流部25と、リレー部26と、バッテリ27と、インバータ28と、モータ29と、通知部30と、を備えている。
受電コイル22は、後述のように車両1を駐車スペース2の所定の停止位置に駐車するときは、送電コイル12の直上に正対し、該送電コイル12と距離を保って位置するようになっている。
整流部25は、受電コイル22に接続される。整流部25は、受電コイル22で受電された交流電力を直流に整流する整流回路により構成されている。
リレー部26は、充電制御部24の制御によりオンおよびオフが切り換わるリレースイッチを備えている。リレー部26は、リレースイッチをオフにすることで、バッテリ27を含む主回路系と、充電の回路部となる受電コイル22および整流部25とを切り離すものである。
バッテリ27は、複数の二次電池を接続することで構成される。バッテリ27は、車両1の電力源となる。インバータ28は、IGBT等のスイッチング素子を有したPWM制御回路等の制御回路である。インバータ28は、スイッチング制御信号にもとづいて、バッテリ27から出力される直流電力を交流電力にし、モータ29に供給する。モータ29は、例えば三相の交流電動機により構成される。モータ29は、車両1を駆動させるための駆動源となる。
通知部30は、警告ランプ、ナビゲーションシステムのディスプレイまたはスピーカ等により構成される。通知部30は、充電制御部24による制御にもとづいて、ユーザに対して光,画像または音声等を出力する。
充電制御部24は、バッテリ27の充電を制御するためのコントローラである。充電制御部24は、無線通信部23、通知部30、リレー部26等を制御する。充電制御部24は、充電を開始する旨の信号を、無線通信部23、13の通信により制御部14に送信する。また、充電制御部24は、車両1の全体を制御する図示しないコントローラとCAN通信網で接続されている。このコントローラは、インバータ28のスイッチング制御や、バッテリ27の充電状態(SOC)を管理するものである。そして、充電制御部24は、このコントローラが、バッテリ27の充電状態にもとづいて満充電に達したと判断した場合に、充電を終了する旨の信号を制御部14に送信する。
本実施形態の非接触給電装置では、送電コイル12と受電コイル22との間で、電磁誘導作用により非接触状態で高周波電力の送電および受電を行う。言い換えると、送電コイル12に電圧が加わると、送電コイル12と受電コイル22との間には磁気的な結合が生じ、送電コイル12から受電コイル22へ電力が供給される。
なお、上述の送電コイル12と受電コイル22の各々相対する保護筐体面は、電磁誘導域であるため、電磁誘導の妨げにならないように合成樹脂材で構成される。
図2〜図10は、上述の受電コイル22およびバッテリ27の車両1への搭載状態を示す図である。
受電コイル22およびバッテリ27は、何れも車両1のフロアパネル40の下面に配設されている。
受電コイル22は、車両1のフロアパネル40の前端部下面の車幅方向中央に配設されている。ここで、車幅方向中央とは、車幅方向中央とその近傍部分を示す概念である。バッテリ27はこの受電コイル22の配設部の後側近傍位置から車両後方に亘る広い面積を占有するように搭載されている。
フロアパネル40の前端にはフロントコンパートメント1Fと車室1Rとを隔成するダッシュパネル41が接合配置されている。フロアパネル40の車幅方向中央(車両中心)には車室1R側に膨出して車両前後方向に延在するトンネル部42が備えられている(図2、図3参照)。
トンネル部42の両側の膨出基部には、この膨出基部に沿って車両前後方向に延在する閉断面の補剛部43が形成されている。
フロアパネル40は、これらトンネル部42およびその補剛部43と、フロア骨格部材と、により所要のフロア剛性を確保している。ここでフロア骨格部材とは、車幅方向両側に車両前後方向に配設したサイドシル44、車幅方向に配設した複数のクロスメンバ45、およびフロア前部側で前記各補剛部43とこれに近接したサイドシル44とを結合するアウトリガー46等である(図2〜図4)。
そこで、大型でかつ重量のあるバッテリ27は、上述のサイドシル44、クロスメンバ45等の主要骨格部材と、トンネル部42の補剛部43とにしっかりと締結固定されている。
一方、受電コイル22は、上述の搭載設定位置、即ち、フロアパネル40の前端部下面の車幅方向中央位置で、トンネル部42の下側開放部に跨って結合配置されている(図4参照)。
受電コイル22は、その車幅方向の幅寸法W2をトンネル部42の下側開放部の幅寸法W1よりも大きく設定される(W1<W2)。これにより、図9(A)、(B)に示すようにトンネル部42の下側開放部の補剛部43、43に跨って、またはアウトリガー46、46に跨って結合配置されている。
受電コイル22は、受電用のコイル本体221と、該コイル本体221を格納固定したアルミ等の非磁性金属製の保護筐体222と、保護筐体222の下側開放部を閉塞した蓋体223と、を備える。受電コイル22は、方形の盤状に構成されている。この蓋体223は、送電コイル12と受電コイル22との電磁誘導作用の妨げとならないように適宜の合成樹脂製になっている(図5、図6参照)。
保護筐体222の上面中央には、配電盤(分配装置)やリレー(リレー部26)、コントローラ(充電制御部24)等を格納したジャンクションボックス225が配設されている。図5、図6に示す例では、保護筐体222の上面中央に、整流器(整流部25)やコンデンサ等の電装部品を格納した電装ボックス224が設けられている。ジャンクションボックス225は、電装ボックス224と投影平面で同じ大きさに別体成形され、この電装ボックス224上に脱着可能に組付けられている。
電装ボックス224は、保護筐体222と一体に形成され、かつ、内部が仕切プレートによりコイル本体221の格納部分と仕切られている。なお、電装ボックス224は、保護筐体222と別体に構成することもできる。
フロントコンパートメント1Fの車幅方向両側には、後端をダッシュパネル41に接合して車両前後方向に延在し、車体前部の骨格部材を構成するフロントサイドメンバ50が配設されている。
このフロントコンパートメント1Fの下側には、サブフレーム51が配設されている。該サブフレーム51上には、前述のインバータ28とモータ29とからなるモータユニット29Uが、マウント部材52を介して搭載され固定されている。すなわち、サブフレーム51は、この上に搭載されたモータユニット29Uを支持する。
サブフレーム51は平面視して略方形に形成されている。サブフレーム51は、その車幅方向両側の前端部、後端部が、左右のフロントサイドメンバ50の前端部、後端部の下面に結合されることにより、フロントコンパートメント1Fの下側の車体骨格部材を構成している。
サブフレーム51の後端部の車幅方向両側には、このサブフレーム51の後端部の車幅方向両側から受電部22の車幅方向両側に沿って車両後方向に延在するように設けられ、受電部22の固定部分を補剛するエクステンション部53が備えられる(図7、図8参照)。図示する例では、エクステンション部53として、車幅方向に延在する柱状の基部の両端部に車両後方に向けて延設部分を設けた形状に別体成形したものを用いている。そして、このエクステンション部53の基部とサブフレーム51の後端部とが共締め固定され、エクステンション部53の後端がアウトリガー46に結合される。なお、エクステンション部53は、サブフレーム51と一体に形成することも可能である。
バッテリ27と受電コイル22とモータユニット29Uとは、車両前後方向に直線的に配置された搭載レイアウトになっている。また、車両1のフロアパネル40の下面に搭載されたバッテリ27の前端と、モータユニット29Uの後端部(インバータ28の後端部)とには、バッテリ27からモータユニット29Uに送電する強電系のワイヤハーネス31が、それぞれコネクタ接続されている。このワイヤハーネス31は、受電コイル22の上方に通され、かつトンネル部42の内側に沿って車両前後方向に配索されている。
なお、ワイヤハーネス31は、ジャンクションボックス225の上方に配索されるが、場合によってジャンクションボックス225の側方に配索されていてもよい。この場合、電装ボックス224およびジャンクションボックス225をトンネル部42内の中心位置よりも一方の側方向にずらして配置して、大径のワイヤハーネス31の配索スペースを確保するとよい。
トンネル部42の頂壁には、ジャンクションボックス225の近傍位置に貫通孔47が設けられる。この貫通孔47は、バッテリ27またはジャンクションボックス225から、車室1R内に搭載した空気調和ユニット等の室内補機60に送電する強電系のワイヤハーネス32を、挿通配索するためのものである。貫通孔47にはグロメット48を嵌装して、ハーネス挿通周りをシールしている。
図10は、バッテリ27と、モータユニット29Uおよび室内補機60との間における送電配線パターンの種々の例を、それぞれ(A)〜(D)に示した図である。
図10(A)に示す例では、バッテリ27とモータユニット29U、バッテリ27と室内補機60、バッテリ27とジャンクションボックス225、をそれぞれワイヤハーネス31、32、33で結線している。
図10(B)に示す例では、ワイヤハーネス32でジャンクションボックス225と室内補機60が結線されている。この例は、図10(A)におけるワイヤハーネス32をジャンクションボックス225で分配して接続するように変えたものに相当する。この例は、図10(A)の例に比較してバッテリ27からの配線数を1つ減らしたものになっている。
図10(C)に示す例では、ワイヤハーネス31で、バッテリ27とジャンクションボックス225との間、およびジャンクションボックス225とモータユニット29Uとの間がそれぞれ結線されている。この例は、図10(B)におけるワイヤハーネス31をジャンクションボックス225で分配して接続するように変えたものに相当する。この例は、図10(B)の例に比較して、ワイヤハーネス33を省略し、バッテリ27からの配線数を2つ減らしたものになっている。
図10(D)に示す例では、ジャンクションボックス225が受電コイル22から分離して車室内に搭載されることにより、トンネル部42内のスペースが広げられている。この例では、受電コイル22と、受電コイル22から分離されたジャンクションボックス225と、がワイヤハーネス34で結線されている。また、この例では、図10(A)におけるワイヤハーネス33と、新たに設けたワイヤハーネス34と、がワイヤハーネス32と共に上述の貫通孔47に挿通されて配索されている。
以上の構成からなる本実施形態の非接触給電装置によれば、受電コイル22は、操舵される前輪Wに近いフロアパネル40の前端部下面で、かつその車幅方向中央に搭載されている。従って、駐車スペース2で所定の停止位置に車両1を駐車する際に路面側の送電コイル12に車両中心を合わせるように操舵すれば、受電コイル22が送電コイル12に対して正対する位置合わせを適正にすることができる。また、受電コイル22が、操舵される前輪Wに近い位置に配されるため、受電コイル22の位置を送電コイル12に合うように微調整でき、正対する位置合わせをより適正にすることができる。
これにより、本実施形態の非接触給電装置によれば、上述の位置合わせのために、駆動機構を用いて送電コイル12を可動構成とした専用の駆動制御システムを構成する必要がない。したがって、本実施形態の非接触給電装置によれば、コスト的に有利に、かつ、車両1の簡単な運転操作で送電コイル12に対する受電コイル22の正対位置合わせを行うことができる。
また、受電コイル22は、フロアパネル40の下面のバッテリ27からフロントコンパートメント1Fのモータユニット29Uへ送電する強電系のワイヤハーネス31の下側を覆うことからワイヤハーネス31のプロテクタとして機能する。このため、ワイヤハーネス31の保安性を高めることができる。
しかも、受電コイル22を車両中心配置とし、バッテリ27と受電コイル22とモータユニット29Uとを車両前後方向に直線的な搭載レイアウトとし、上述のワイヤハーネス31がこの受電コイル22の上方に通されかつ車両前後方向に配索されている。このため、該ワイヤハーネス31を平面視して直線的に配索でき、ハーネス長を短くすることができる。
なお、上述のフロアパネル40には、その車両中心(車幅方向中央)にトンネル部42が形成されている。そして、上述の受電コイル22がトンネル部42の下側開放部に跨って配設され、ワイヤハーネス31がトンネル部42の内側に沿って配索されている。
さらに、受電コイル22は、上述の金属製の保護筐体222と合成樹脂製の蓋体223との間にコイル本体221が格納されることにより方形盤状の剛体構造になっている。このため、トンネル部42の下側開放部の剛性を高めてトンネル部42の拡開変形(口開き)防止機能を発揮できる。しかも、受電コイル22とトンネル部42とで成す閉断面内にワイヤハーネス31を格納状態にして配索できるため、該ワイヤハーネス31の保安性を更に高めることができる。
また、受電コイル22はその上面にジャンクションボックス225を備えている。そして、該受電コイル22は上述のようにトンネル部42の下側開放部に跨って配置され、ジャンクションボックス225はトンネル部42内に配置されている。このため、該ジャンクションボックス225の保安性を高めることができる。
しかも、このような受電コイル22の上面に突出したジャンクションボックス225は、トンネル部42内に配置される。このため、フロアパネル40の地上高が大きくなることを抑制することができることから、車体の造形を設計上有利に行うことができる。
また、ジャンクションボックス225は、受電コイル22と別体に形成され、該受電コイル22の上面に脱着可能に組付けてある。このため、仕様によってジャンクションボックス225を外して図10(D)に示す車室内搭載とすることも可能である。これにより、特にハイブリッド車仕様において、トンネル部42内への排気管の縦走配置が可能となり、車体下部構造の共用化を図ることが可能になる。
さらに、トンネル部42はその頂壁に貫通孔47を備えている。このため、バッテリ27またはジャンクションボックス225から車室1Rに搭載した室内補機60に送電するワイヤハーネス32等の配索も最短距離で行うことが可能であり、配索レイアウトの自由度を高めることができる。
トンネル部42は、両側の膨出基部に沿って車両前後方向に延在する閉断面の補剛部43を備えており、受電コイル22をこれら補剛部43に跨って搭載している。このため、受電コイル22の取付剛性とトンネル部42の下側開放部の車幅方向剛性との双方を高めることができる。
また、受電コイル22の車幅方向寸法W2をトンネル部42の下側開放部の幅寸法W1よりも大きく設定して、受電コイル22が直接開放部両側の補剛部43に結合されている。このため、上述の受電コイル22の取付剛性およびトンネル部42の車幅方向剛性をより一層高めることができる。
さらに、モータユニット29Uは、フロントコンパートメント1Fの下側に配置された骨格部材であるサブフレーム51上に搭載されている。そして、該サブフレーム51の後端部には、受電コイル22の車幅方向両側から車両後方に延在し該受電コイル22の固定部分を補剛するエクステンション部53が備えられている。
これにより、エクステンション部53によって受電コイル22の固定部分が補剛され、走行時振動等により該固定部分に作用する加振入力に対抗して、受電コイル22の取付け剛性を高めることができる。また、受電コイル22の前側と左右両側とが、サブフレーム51の後端部とその両側のエクステンション部53とでガードされ、受電コイル22の後側がバッテリ27でガードされる。
この結果、受電コイル22を路面干渉等から保護できると共に、その上方に配索した上述のワイヤハーネス32の保護効果を高めることができる。
なお、前記実施形態では受電コイル22の車幅方向寸法W2と、トンネル部42の下側開放部の幅寸法W1と、の関係がW1<W2である場合を例示したが、車両仕様によってW1>W2とすることも可能である。この場合、受電コイル22を、ブラケットを介してトンネル部42の下側開放部に跨って結合すればよい。
また、上記実施形態ではフロアパネル40は車両中心にトンネル部42を備えたものを例示したが、トンネル部42の無いフラットフロアタイプのものに適用することも可能である。
特願2013−083544号(出願日:2013年4月12日)の全内容は、ここに援用される。
以上、実施例に沿って本発明の内容を説明したが、本発明はこれらの記載に限定されるものではなく、種々の変形及び改良が可能であることは、当業者には自明である。
本発明では、受電部は操舵される前輪に近いフロアパネルの前部下面で、その車幅方向中央に搭載されている。このため、本発明によれば、駐車スペースで所定の停止位置に車両を駐車する際に路面側の給電部に車両中心を合わせて駐車操舵する運転感覚により、給電部に対して受電部を適正に正対位置合わせすることができる。
しかも、本発明では、受電部の固定部分をサブフレームのエクステンション部で補剛しているので、走行時振動等により該固定部分に作用する加振入力に対抗して、コイルユニットの取付け剛性を高められる。また、本発明では、受電部の前側と左右両側とを、サブフレームの後端部とその両側のエクステンション部とでガードし、受電部の後側はフロアパネル下面に搭載されるバッテリでガードすることができる。このため、本発明によれば、受電部を路面干渉等から保護できて保安性を高めることができる。
1 車両
1F フロントコンパートメント
2 駐車スペース
12 送電コイル(給電部)
22 受電コイル(受電部)
27 バッテリ
29U モータユニット
31、32、33、34 ワイヤハーネス
40 フロアパネル
51 サブフレーム
53 エクステンション部
1F フロントコンパートメント
2 駐車スペース
12 送電コイル(給電部)
22 受電コイル(受電部)
27 バッテリ
29U モータユニット
31、32、33、34 ワイヤハーネス
40 フロアパネル
51 サブフレーム
53 エクステンション部
Claims (3)
- 車両のフロアパネルの前部下面の車幅方向中央に配設された受電部と、
駐車スペースに配設され、前記受電部との磁気的結合によって非接触で車両に対して電力供給を行う給電部と、
前記車両のフロントコンパートメントの下側に配設されるサブフレームと、
このサブフレーム上に搭載されるモータユニットと、
前記サブフレームの後端部の車幅方向両側から前記受電部の車幅方向両側に沿って車両後方向に延在するように設けられ、この車幅方向両側から延在する部分が、前記受電部を車幅方向で挟むように、前記受電部を固定する固定部分のうち前記受電部の車幅方向両端から離間して設けられた固定部分に取り付けられることにより、前記受電部の固定部分を補剛するエクステンション部と、
を備えることを特徴とする非接触給電装置。 - 前記エクステンション部は、車幅方向に延在する柱状の基部と、この基部の両端部に取り付けられる前記延在する部分とを有し、かつ前記サブフレームの後端部と共締め固定されることを特徴とする請求項1に記載の非接触給電装置。
- 前記フロアパネルの下面に配設されたバッテリと、
このバッテリから前記モータユニットに送電するワイヤハーネスと、をさらに備え、
このワイヤハーネスは、前記受電部の上方に通されかつ車両前後方向に配索されたことを特徴とする請求項1又は2に記載の非接触給電装置。
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