JP6142509B2 - 非接触給電装置 - Google Patents

Description

本発明は、非接触給電装置に関する。

下記特許文献１には、給電設備の給電コイルから非接触給電される受電コイルを備え、給電コイルと受電コイルとが正対に近い位置関係になるように受電コイルの位置合わせを行う電動車両が開示されている。このような電動車両は、外部を撮影するカメラと、カメラによって撮影された画像に基づいて給電コイルの位置を認識して駆動モータ等を制御することで電動車両を給電コイルまで移動させ、受電コイルの受電状況に基づいて受電コイルと給電コイルとの距離を推定し、この距離情報に基づいて駆動モータ等を制御して受電コイルの位置合わせを行う制御装置とを備えることを特徴とするものである。

国際公開第２０１０／０５２７８５号

ところで、上記従来技術では、例えば、交差点等の道路の停車エリアに埋設される給電コイルに対して受電コイルの位置合わせを行う場合、停車エリアに埋設された給電コイルが前方を走行する移動車両の陰となってカメラで撮影できない可能性がある。特に、前方の移動車両との距離が詰まっている場合には、給電コイルを撮影することが難しい。上記従来技術では、上述のように給電コイルが障害物によって遮られた場合には、給電コイルを認識できず、受電コイルと給電コイルとの位置合わせが困難になるという問題があった。また、上記従来技術では、カメラや、カメラによって撮影された画像に基づいて駆動モータ等を制御する制御装置を移動車両に搭載しなければならないため、移動車両の製造コストが大幅に上昇する可能性が高い。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、障害物の影響を受けにくく、かつ移動車両側の製造コストを上昇させることなく受電コイルと給電コイルとの位置合わせを可能にすることを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明では、第１の解決手段として、移動車両が停車し得る場所に設けられ、移動車両の受電コイルに非接触給電を行う給電コイルを備える非接触給電装置であって、移動車両が停車し得る場所に設けられ、移動車両の車輪を検出する車輪検出部と、車輪検出部の検出結果に基づいて受電コイルと給電コイルとが給電可能な位置関係になるように移動車両の走行を支援する走行支援手段とを具備する、という手段を採用する。

本発明では、第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、走行支援手段は、受電コイルと給電コイルとが給電可能な位置関係になるように移動車両に進行を指示する、という手段を採用する。

本発明では、第３の解決手段として、上記第１または第２の解決手段において、走行支援手段は、受電コイルと給電コイルとが給電可能な位置関係になったか否かを移動車両に通知する、という手段を採用する。

本発明では、第４の解決手段として、上記第１〜第３のいずれか１つの解決手段において、車輪検出部は、移動車両の進行方向に並べられた複数の近接センサからなる、という手段を採用する。

本発明では、第５の解決手段として、上記第４の解決手段において、近接センサは、移動車両の車輪の側方に位置するように設けられている、という手段を採用する。

本発明では、第６の解決手段として、上記第４の解決手段において、近接センサは、移動車両が停車し得る場所の走行面に埋設されている、という手段を採用する。

本発明では、第７の解決手段として、上記第６の解決手段において、近接センサは、移動車両の進行方向に並べられると共に、進行方向に直交する方向にも並べられて走行面に埋設されている、という手段を採用する。

本発明によれば、移動車両が停車し得る場所に設けられた車輪検出部の検出結果に基づいて受電コイルと給電コイルとが給電可能な位置関係になるように走行支援手段によって移動車両の走行を支援するので、移動車両の周囲にある他の移動車両などの障害物の影響を受けにくく、かつ移動車両側の製造コストを上昇させることなく受電コイルと給電コイルとの位置合わせを可能にする。

本発明の一実施形態に係る非接触給電装置Ａの概略構成を示す模式図である。 図１のＸ−Ｘ線の断面図である。 本発明の一実施形態に係る非接触給電装置Ａの設置例を示す模式図である。 本発明の一実施形態に係る非接触給電装置Ａの動作の一例を示す図である。 本発明の一実施形態に係る非接触給電装置Ａの変形例を示す図である。 本発明の一実施形態に係る非接触給電装置Ａの変形例を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
本実施形態に係る非接触給電装置Ａは、図１及び図２に示すように、給電コイル１、車輪検出部２、信号機３及び制御装置４から構成されている。このような非接触給電装置Ａは、駐車スペースＰｓに駐車した移動車両Ｍに、給電コイル１によって非接触で電力を供給（給電）するものである。なお、上記信号機３及び上記制御装置４は、本実施形態における走行支援手段を構成するものである。

駐車スペースＰｓは、図３に示すように、長方形の領域であり、１台の移動車両Ｍが駐車し得る広さを有する。この駐車スペースＰｓは、図３に示すように、一対の短辺の後方側が移動車両Ｍの進入口Ｓｎに設定されている。つまり、移動車両Ｍは、前進して進入口Ｓｎから駐車スペースＰｓに進入する。このような駐車スペースＰｓは、例えば、図３に示すように、道路Ｄの端に設けられた路上パーキングである。なお、上記駐車スペースＰｓは、図３において、複数設けられているが、一つだけ設けられていてもよい。

また、上記移動車両Ｍは、受電コイルＪが給電コイル１から非接触で受電した電力を蓄電池に充電すると共に、当該蓄電池に充電した電力を走行用モータの動力源として利用する。この移動車両Ｍは、モータで車輪を駆動して走行する電気自動車あるいはハイブリッド自動車である。上記受電コイルＪは、所定のコイル径を有するヘリカルコイルであり、コイル軸が垂直方向となるように移動車両Ｍの底部に設けられている。この受電コイルＪは、地上設備である給電コイル１と略同一のコイル径を有し、給電コイル１と電磁気的に結合することによって交流電力を非接触で受電する。また、受電コイルＪは、移動車両Ｍの幅方向における中心に位置すると共に、移動車両Ｍの幅方向及び長さ方向における前輪Ｚとの距離Ｘ、Ｙ（図３参照）が規定の数値になるように設けられている。

一方、給電コイル１は、所定のコイル径を有するヘリカルコイルであり、駐車スペースＰｓの地面（走行面）中央に設けられる、つまり自身の中心が駐車スペースＰｓの中心線Ｃに一致するように設けられている。また、給電コイル１は、図示しない給電回路から所定周波数の交流電力が供給されることにより磁界（給電磁界）を周囲に放射するものである。このような給電コイル１は、上記給電磁界が移動車両Ｍの受電コイルＪに作用するように、コイル軸を上下方向（垂直方向）とした姿勢、かつ、駐車スペースＰｓに露出した状態あるいはプラスチック等の非磁性材料によってモールドされた状態で駐車スペースＰｓに、上面が地上面と同じ高さになるように埋設されている。また、給電コイル１は、駐車スペースＰｓの幅方向及び長さ方向における後述する車輪検出部２の近接センサｋ１３、ｋ２３との距離が、上述した距離Ｘ、Ｙ（図３参照）となるように設けられている。

車輪検出部２は、駐車スペースＰｓに設けられ、右側及び左側の前輪Ｚを検出する一対のセンサである。このような車輪検出部２は、右側の前輪Ｚを検出するための近接センサｋ１１、ｋ１２、ｋ１３と、左側の前輪Ｚを検出するための近接センサｋ２１、ｋ２２、ｋ２３とを備える。上記近接センサｋ１１〜ｋ１３、ｋ２１〜ｋ２３は、静電容量形あるいは音響の反射を利用したものである。近接センサｋ１１、ｋ１２、ｋ１３は、図示するように、移動車両Ｍの進行方向に一定間隔をあけて並べられて駐車スペースＰｓの地面（走行面）に埋設されている。

また、近接センサｋ２１、ｋ２２、ｋ２３は、図３に示すように、近接センサｋ１１、ｋ１２、ｋ１３と「距離Ｘ×２」離れて対向し、移動車両Ｍの進行方向に一定間隔をあけて並べられて駐車スペースＰｓの地面（走行面）に埋設されている。近接センサｋ１１〜ｋ１３、ｋ２１〜ｋ２３によって構成される車輪検出部２は、検出結果を示す検出信号を制御装置４に出力する。制御装置４は、車輪検出部２からの検出信号に基づいて移動車両Ｍの前輪Ｚの位置を判断する。

信号機３は、移動車両Ｍが前進して駐車スペースＰｓに進入する際に移動車両Ｍの運転手が目視確認できるように、かつ移動車両Ｍが前進して駐車スペースＰｓから退出する際に移動車両Ｍの前進を妨げないように、駐車スペースＰｓの前方隅に立設されている。このような信号機３は、進行指示ランプ３ａ及び給電可能ランプ３ｂを備え、制御装置４からの制御指令に基づいて進行指示ランプ３ａ及び給電可能ランプ３ｂの点灯あるいは点滅等を行うことによって、受電コイルＪと給電コイル１とが給電可能な位置関係になるように移動車両Ｍの走行を支援する。

上記進行指示ランプ３ａは、受電コイルＪと給電コイル１とが給電可能な位置関係になるように移動車両Ｍに前進（進行）を指示するものである。また、給電可能ランプ３ｂは、受電コイルＪと給電コイル１とが給電可能な位置関係になったか否かを移動車両Ｍに通知するものである。具体的に、進行指示ランプ３ａは、移動車両Ｍに前進が必要な場合には、点灯あるいは点滅する。また、給電可能ランプ３ｂは、受電コイルＪと給電コイル１とが給電可能な位置関係になった場合に、点灯する。

制御装置４は、本非接触給電装置Ａを全体的に統括制御する制御装置であり、車輪検出部２及び信号機３や、給電回路（図示略）を含む各種制御対象と電気的に接続されている。詳細については後述するが、このような制御装置４は、例えばマイクロプロセサを含む電子回路で構成されており、内部の不揮発性記憶装置に記憶された制御プログラムと、車輪検出部２からの検出信号とに基づいて信号機３を制御する。

次に、このように構成された本非接触給電装置Ａの動作について説明する。
移動車両Ｍを駐車スペースＰｓに駐車させようとする場合、運転手は、移動車両Ｍを前進させて駐車スペースＰｓの進入口Ｓｎから駐車スペースＰｓに真っ直ぐ進入させる。

このような移動車両Ｍの駐車スペースＰｓへの進入に対し、本非接触給電装置Ａにおいて、車輪検出部２の近接センサｋ１１、ｋ１２、ｋ１３と近接センサｋ２１、ｋ２２、ｋ２３とは、順番に移動車両Ｍの前輪Ｚを検出し、検出信号を制御装置４に出力する。制御装置４は、車輪検出部２から入力される検出信号に基づいて以下に述べるように信号機３を制御する。

最初に、制御装置４は、図４（ａ）に示すように、前輪Ｚが車輪検出部２上まで進入していない、つまり前輪Ｚが車輪検出部２によって検出されない位置にいる場合には、車輪検出部２から前輪Ｚの検出を示す検出信号が入力されないので、進行指示ランプ３ａ及び給電可能ランプ３ｂを消灯状態にする。

続いて、制御装置４は、図４（ｂ）に示すように、前輪Ｚが一番手前の近接センサｋ１１（ｋ２１）上まで進む、すなわち前輪Ｚが一番手前の近接センサｋ１１（ｋ２１）によって検出可能な位置まで進入した場合には、近接センサｋ１１（ｋ２１）から前輪Ｚの検出を示す検出信号が入力されるので、進行指示ランプ３ａを点灯し、給電可能ランプ３ｂを消灯状態にする。このように進行指示ランプ３ａを点灯させることで、移動車両Ｍの前進を運転手に促す。

続いて、制御装置４は、図４（ｃ）に示すように、前輪Ｚが真ん中の近接センサｋ１２（ｋ２２）上まで進む、すなわち前輪Ｚが真ん中の近接センサｋ１２（ｋ２２）によって検出可能な位置まで進入した場合には、進行指示ランプ３ａを点滅し、給電可能ランプ３ｂを消灯状態にする。このように進行指示ランプ３ａを点滅させることで、移動車両Ｍを少し前進させることを運転手に促す。

続いて、制御装置４は、図４（ｄ）に示すように、前輪Ｚが一番奥の近接センサｋ１３（ｋ２３）上まで進む、すなわち前輪Ｚが一番奥の近接センサｋ１３（ｋ２３）によって検出可能な位置まで進入した場合には、進行指示ランプ３ａを消灯し、給電可能ランプ３ｂを点灯状態にする。このように給電可能ランプ３ｂを点灯させることで、受電コイルＪと給電コイル１とが給電可能な位置関係になったことを移動車両Ｍの運転手に通知する。
この場合、移動車両Ｍにおける前輪Ｚから受電コイルＪまでの長さ方向の距離、非接触給電装置Ａにおける近接センサｋ１３、ｋ２３から給電コイル１までの駐車スペースＰｓの長さ方向の距離がいずれもＹなので、前輪Ｚが近接センサｋ１３（ｋ２３）で検出されている、すなわち、前輪Ｚが近接センサｋ１３（ｋ２３）の直上ないし直上のすぐ近くにあるので、受電コイルＪも給電コイル１の直上ないし直上のすぐ近くにあり、給電可能であると判断できるからである。

そして、運転手は、移動車両Ｍを停車させて、図示しない充電指示ボタンを操作することにより充電指示を制御装置４に入力して、移動車両Ｍに充電動作を開始させる。一方、非接触給電装置Ａは、給電回路（図示略）に給電動作を開始させる。その後、充電が完了して移動車両Ｍを駐車スペースＰｓから発進させる場合、運転手は、移動車両Ｍを前進あるいは後進させて駐車スペースＰｓを退出させる。このような駐車時における移動車両Ｍの駐車スペースＰｓからの退出に対し、本非接触給電装置Ａにおいて、制御装置４は、非接触給電を行っている状態で車輪検出部２によって前輪Ｚが検出されなくなった場合には、移動車両Ｍが駐車スペースＰｓから発進したと判断し、非接触給電を停止する。

このような本実施形態によれば、駐車スペースＰｓに埋設された車輪検出部２の近接センサｋ１１〜ｋ１３、ｋ２１〜ｋ２３が移動車両Ｍの前輪Ｚ（地面に接している）を検出し、検出結果に基づいて受電コイルＪと給電コイル１とが給電可能な位置関係になるように信号機３によって移動車両Ｍの走行を支援するので、移動車両Ｍの周囲にある他の移動車両などの障害物の影響を受けにくく、かつ移動車両Ｍ側の製造コストを上昇させることなく受電コイルＪと給電コイル１との位置合わせを可能にする。また、車輪検出部２の近接センサが埋設されているため駐車スペースＰｓへの移動車両Ｍの進入・退出や、移動車両Ｍが駐車していないときに駐車スペースＰｓを追加する他の車両や歩行者の移動を妨げない。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されることなく、例えば以下のような変形が考えられる。
（１）上記実施形態では、移動車両Ｍの進行方向に並べられた近接センサｋ１１〜ｋ１３、ｋ２１〜ｋ２３によって、前輪Ｚを検出しているが、本発明はこれに限定されない。例えば、図５に示すように、近接センサを移動車両Ｍの進行方向に並べられると共に、進行方向に直交する方向にも並べて駐車スペースＰｓに埋設するようにしもよい。この結果、移動車両Ｍの位置が左右にずれていても、移動車両Ｍの前輪Ｚを検出することができる。その際、図５に示すように、給電コイル１の幅を長くすることによって、受電コイルＪと給電コイル１とを対向させることができる。また、右側及び左側の前輪Ｚを検出するために、一対の車輪検出部２を設置しているが、一方のみを設置して、一方の前輪Ｚのみを検出するようにしてもよい。

（２）上記実施形態では、車輪検出部２を駐車スペースＰｓに埋設しているが、図６に示すように、移動車両Ｍの車輪Ｚの側方に位置するように設けるようにしてもよい。車輪検出部２の高さは移動車両Ｍが乗り越えることができるように低くし、移動車両Ｍの走行でできるだけ妨げないことが望ましい。

（３）上記実施形態は、路上パーキングとして利用される駐車スペースＰｓに設置された場合の例であるが、路上パーキング以外にも、交差点等の道路の停車エリアや駐車場に入る前の停車エリア等の通過しつつ一時停止するような場所に設置するようにしてもよい。また、行き止まりタイプの駐車スペースＰｓにも設置することは可能である。さらに、地面に設けられた駐車スペースＰｓ以外にも、多層階の駐車場の２階以上の駐車スペースや、機械式駐車場のパレット上面など、車を支持する構造一般に設置するようにしてもよい。

（４）上記実施形態では、移動車両Ｍの前進走行による駐車スペースＰｓへの進入を想定しているが、本願発明はこれに限定されない。つまり、移動車両Ｍにおける受電コイルＪが、移動車両Ｍにおける幅方向及び長さ方向における後輪との距離が規定の数値（距離Ｘ、Ｙ）になるように設けられている場合には、移動車両Ｍのバック走行による駐車スペースＰｓへの進入を想定したものであってもよい。

（５）上記実施形態において、給電コイル１は、移動車両Ｍが乗り越えて移動するのに支障ない高さであれば、地上に出ていてもよいし、また地上面より上に設置されていてもよい。

（６）上記実施形態では、信号機３によって移動車両Ｍの運転者に視覚的に通知しているが、スピーカーを用いて音響的に通知するようにしてもよい。また、無線や光（有線を併用してもよい）を利用して車内に置かれたもしくは運転者が身に着けた通知装置に伝達し、視覚的、音響的あるいは触覚的（バイブレータの振動の有無、振動の大小、振動の周波数）に通知するようにしてもよい。例えば、スマートフォンを車内の置台に固定し、信号機３への制御指令と同じ指令を制御装置４から無線を経由してスマートフォンへ指令し、スマートフォンの画面で進行指示ランプ３ａ及び給電可能ランプ３ｂと同等の表示を行ってもよい。さらに、スマートフォンを運転者が身につけ、スマートフォンに内蔵されたバイブレータの振動で進行指示・給電の可否を運転者に通知してもよい。

（７）上記実施形態では、車輪検出部２として、近接センサｋ１１〜ｋ１３、ｋ２１〜ｋ２３を用いたが、本発明はこれに限定されない。例えば、近接センサｋ１１〜ｋ１３、ｋ２１〜ｋ２３の代わりに、光センサ等を用いて前輪Ｚタイヤを検出する（斜めから光スポットを投影し、アレイセンサでスポットの反射位置を測定する）ようにしてもよい。

（８）上記実施形態において、近接センサｋ１１〜ｋ１３、ｋ２１〜ｋ２３は、地面を検出しないよう、ある程度の指向性があることが望ましく、もしくは検出のしきい値を調整してもよい。例えば、図１〜図５に示す例では、近接センサは上向きの指向性を有し、地表面より少し上方の物体の有無を検出するようにしきい値を調整することが望ましい。また、図６に示す例では、地面を検出しないよう、近接センサは水平方向やや上方かつ中心線Ｃ方向への指向性を有し、かつ左側と右側の近接センサが干渉しないよう検出のしきい値を調整することが望ましい。
また、制御装置４は、走り過ぎる移動車両Ｍへの信号機３による通知を避けるために、近接センサｋ１１〜ｋ１３、ｋ２１〜ｋ２３の検出結果が一定時間以上同じ値のときのみ信号機３に通知させるようにしてもよい。さらに、近接センサを複数個並べて、同時に動作させることで相互干渉してしまう場合には、制御装置４からの信号で順繰りに近接センサをセンシングするようにしてもよい。

（９）上記実施形態では、非接触給電する方法として磁界共鳴方式を採用したが、電磁誘導方式を採用するようにしてもよい。
（１０）給電コイル１や受電コイルＪはヘリカルコイルに限定されない。給電コイル１と受電コイルＪの間で非接触給電が可能であればソレノイド状など任意の形式や形状のコイルでよく、また両コイルの形式、形状、大きさが異なってもよい。

（１１）上記実施形態における車輪検出部２によって検出される車輪は、ゴムタイヤに限られるものではなく、移動車両Ｍが走行する走行面（道路面、地表面）に接して回転する、移動車両の走行のための車輪一般を含む。

Ａ…非接触給電装置、１…給電コイル、２…車輪検出部、３…信号機（走行支援手段）、４…制御装置（走行支援手段）、Ｐｓ…駐車スペース、Ｍ…移動車両、Ｊ…受電コイル、Ｚ…前輪、Ｘ，Ｙ…距離、Ｃ…中心線、３ａ…進行指示ランプ、３ｂ…給電可能ランプ、Ｄ…道路

Claims (7)

1. 移動車両が停車し得る場所に設けられ、前記移動車両の受電コイルに非接触給電を行う給電コイルを備える非接触給電装置であって、
   前記移動車両が停車し得る場所に設けられ、前記移動車両の車輪を検出する車輪検出部と、
   信号機を備え、前記車輪検出部の検出結果に基づいて前記受電コイルと前記給電コイルとが給電可能な位置関係になるように前記信号機を用いて前記移動車両の走行を支援する走行支援手段とを具備し、
   前記走行支援手段は、前記車輪検出部の検出結果が一定時間以上同じ値のときのみ前記信号機を用いて前記移動車両の走行を支援することを特徴とする非接触給電装置。
2. 前記走行支援手段は、前記受電コイルと前記給電コイルとが給電可能な位置関係になるように前記移動車両に進行を指示することを特徴とする請求項１に記載の非接触給電装置。
3. 前記走行支援手段は、前記受電コイルと前記給電コイルとが給電可能な位置関係になったか否かを移動車両に通知することを特徴とする請求項１または２に記載の非接触給電装置。
4. 前記車輪検出部は、前記移動車両の進行方向に並べられた複数の近接センサからなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の非接触給電装置。
5. 前記近接センサは、前記移動車両の前記車輪の側方に位置するように設けられていることを特徴とする請求項４に記載の非接触給電装置。
6. 前記近接センサは、前記移動車両が停車し得る場所の走行面に埋設されていることを特徴とする請求項４に記載の非接触給電装置。
7. 前記近接センサは、前記移動車両の進行方向に並べられると共に、前記進行方向に直交する方向にも並べられて前記走行面に埋設されていることを特徴とする請求項６に記載の非接触給電装置。

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