JP6291769B2 - 非接触給電装置 - Google Patents

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、路上に配置した一次コイルを可動構成とし、この一次コイルを車両の前部下面の車幅方向一側寄りに搭載した二次コイルに正対させて、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。

特開２０１１−２１７４５２号公報

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ことは否めない。

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。

本発明の非接触給電装置は、駐車スペースに設置した給電部と、車両に搭載した受電部との磁気的結合によって、車両に対して非接触で電力供給を行う構成を基本としている。

前記車両のフロアパネルは、その車幅方向中央部に車室側に膨出して車両前後方向に延在するトンネル部を備えている一方、前記受電部は、コイル本体を主体とした下側配置部と、少なくとも充電制御部、配電盤及びリレーを格納するジャンクションボックスを主体とした上側配置部と、を備えている。

そして、前記受電部の下側配置部を、前記フロアパネルの前部下面で前記トンネル部の下側開放部に跨って配置して、前記受電部の上側配置部を車室内に配置したことを主要な特徴としている。

本発明によれば、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、車両中心に存在するトンネル部の下側開放部に跨って搭載しているので、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、給電部に対して適正に正対位置合わせすることができる。

しかも、受電部のコイル本体を主体とした下側配置部をフロア剛性部であるトンネル部の下側開放部に跨って搭載しているので、該下側配置部の取付け剛性を高められる。一方、受電部のジャンクションボックスを主体とした上側配置部は車室内に搭載しているので、車両の仕様によってはトンネル部内への排気管の余裕をもった縦走配置を可能とすることもできる。

本発明に係る非接触給電装置を概略的に示す説明図。 バッテリとモータユニットおよび室内補機の搭載レイアウトを示す斜視説明図。 図２の車両中心部における車両前後方向断面説明図。 図２の受電部搭載部分における車幅方向断面説明図。 トンネル部内の受電部の配置状態を示す断面斜視説明図。 受電部の斜視図。 バッテリと受電部とモータユニットの搭載レイアウトを示す平面説明図。 図７の搭載レイアウトを車両底面から見た底面説明図。 受電部の搭載例を（Ａ），（Ｂ）にて示す断面説明図。 バッテリの配線パターン例を（Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）にて示す略示的説明図。

以下、本発明の実施形態を図面と共に詳述する。

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、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。

給電装置１００は、給電スタンド近傍の駐車スペース２に配置した給電部１２を備え、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として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、また、受電部２２として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、両コイル間における電磁誘導作用により、送電コイル１２から受電コイル２２へ非接触に電力を供給可能としている。

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、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）であり、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り、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、車両１側から給電装置１００からの電力を受給したい旨の信号を受信したりする。

制御部１４は、この他に、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。また、給電中に異物センサ１５からの検出信号にもとづいて、給電停止を行い、あるいは無線通信部１３，２３を通じて車両１側に警告信号を送信する。

異物センサ１５として、例えば金属検知コイルが用いられ、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，あるいは介在した場合には、異物センサ１５の検出電気信号により、制御部１４により直ちに警告あるいは給電停止を促して、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、後述するように車両１を駐車スペース２の所定の停止位置に駐車すると、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づけられる。

整流部２５は、受電コイル２２に接続され、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。また、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。

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、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って、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、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、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り、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外のコントローラと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。そして、充電制御部２４は、このコントローラにより、バッテリ２７の充電状態にもとづいて満充電に達した場合に、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。

ここで、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そ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への搭載状態を示している。

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の下面に搭載している。

受電コイル２２は、その搭載位置をフロアパネル４０の前端部下面の車幅方向中央部に設定してあり、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して搭載している。

フロアパネル４０はその前端に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を接合配置してあり、その車幅方向中央（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を備えている（図２、図３参照）。

トンネル部４２の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を形成してある。

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、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等のフロア骨格部材により所要のフロア剛性を確保している（図２〜図４参照）。

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にしっかりと締結固定している。

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してある（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よりも大きく設定して（Ｗ１＜Ｗ２）、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、あるいはアウトリガー４６，４６に跨って結合配置してある。

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、を備えた方形の盤状として構成している。この蓋体２２３は前述の理由により適宜の合成樹脂製として、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している（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を配設してある。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を設けてある。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して、この電装ボックス２２４上に脱着可能に組付けている。これにより、受電コイル２２は、下面側の蓋体２２３から上面側の電装ボックス２２４までの構成体を下側配置部とし、ジャンクションボックス２２５を上側配置部としている。

電装ボックス２２４は、保護筐体２２２と一体に形成して、内部をコイル本体２２１の格納部分とは仕切プレートで隔成するが、これは、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を配設してある。

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を配設してあり、該サブフレーム５１に前述のインバータ２８とモータ２９とからなるモータユニット２９Ｕをマウント部材５２を介して搭載固定してある。

サブフレーム５１は平面視して略方形に形成してあり、その車幅方向両側の前，後端部を、左右のフロントサイドメンバ５０の前，後端部の下面に結合して、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、前記受電コイル２２の車幅方向両側に沿って車両後方に延在して、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を設けてある（図７，図８参照）。図示する例では、エクステンション部５３を車幅方向に延在する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て、基部をサブフレーム５１の後端部と共締め固定し、エクステンション後端をアウトリガー４６に結合するようにしているが、これはサブフレーム５１と一体に形成することも可能である。

そして、このようなバッテリ２７と、受電コイル２２と、モータユニット２９Ｕと、の車両前後方向に直線的な搭載レイアウトにあって、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）とにそれぞれコネクタ接続されて、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を、受電コイル２２の上方に通して、トンネル部４２の内側に沿って配索してある。

ワイヤハーネス３１は、ジャンクションボックス２２５の上方に配索しているが、場合によってジャンクションボックス２２５の側方に配索することも可能である。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を設けて、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を挿通配索するようにしている。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各異なる例を（Ａ）〜（Ｄ）にて示している。

（Ａ）図に示す例では、バッテリ２７と、モータユニット２９Ｕ、室内補機６０、ジャンクションボックス２２５と、をそれぞれワイヤハーネス３１、３２、３３で結線している。

（Ｂ）図に示す例では、（Ａ）図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ことによって、バッテリ２７からの配線数を１つ減らしている。

（Ｃ）図に示す例では、（Ｂ）図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ことにより、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つ減らしている。

（Ｄ）図に示す例では、ジャンクションボックス２２５を受電コイル２２から分離して車室内に搭載して、トンネル部４２内のスペースを広げている。この例では、（Ａ）図におけるワイヤハーネス３３と、受電コイル２２とジャンクションボックス２２５とを結線するワイヤハーネス３４と、をワイヤハーネス３２と共に上述の貫通孔４７に挿通して配索している。

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、その車幅方向中央部に搭載している。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よく、その運転感覚により、該送電コイル１２に対して受電コイル２２を適正に正対位置合わせすることができる。また、操舵される前輪Ｗに近い位置に受電コイル２２が配されるため、受電コイル２２位置を送電コイル１２に合うように微調整でき、より適正に正対位置合わせすることができる。

これにより、上述の位置合わせのために送電コイル１２を駆動機構を用いた可動構成として、専用の駆動制御システムを構成する必要がなく、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の下側を覆ってプロテクタとして機能するため、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て、上述のワイヤハーネス３１をこの受電コイル２２の上方に通して配索することによって、該ワイヤハーネス３１を平面視して直線的に配索できてハーネス長を短くすることができる。

ここで、上述のフロアパネル４０は、その車両中心（車幅方向中央部）にトンネル部４２を備えていて、上述の受電コイル２２をトンネル部４２の下側開放部に跨って配設して、ワイヤハーネス３１をトンネル部４２の内側に沿って配索してある。

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を格納した方形盤状の剛体構造であるため、トンネル部４２の下側開放部の剛性を高めて拡開変形（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を備えているが、該受電コイル２２を上述のようにトンネル部４２の下側開放部に跨って配置して、ジャンクションボックス２２５をトンネル部４２内に配置しているため、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をトンネル部４２内に配置することで、フロアパネル４０の地上高が大きくなるのを抑制できて、車体の造形を設計上有利に行うことができる。

特に、ジャンクションボックス２２５は、受電コイル２２と別体に形成してあって、該受電コイル２２の上面から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により、ハイブリッド車仕様では、トンネル部４２内への排気管の余裕をもった縦走配置が可能となり、車体下部構造の共用化を実現することができる。

また、トンネル部４２はその頂壁に共用配索用の貫通孔４７を備えていて、ジャンクションボックス２２５側のワイヤハーネス３３，３４と、車室１Ｒに搭載した室内補機６０側のワイヤハーネス３２の配索を最短距離で行うことが可能で、配索レイアウトの自由度を高めることができることは勿論、貫通孔４７の数を最小としてトンネル剛性の低下を抑制できる。

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を備えていて、受電コイル２２をこれら補剛部４３に跨って搭載しているので、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を直接開放部両側の補剛部４３に結合しているので、上述の取付剛性および車幅方向剛性をより一層高めることができる。

一方、モータユニット２９Ｕはフロントコンパートメント１Ｆの下側に配置した骨格部材であるサブフレーム５１に搭載してあり、該サブフレーム５１の後端部には、受電コイル２２の車幅方向両側に沿って車両後方に延在して、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を設けてある。

これにより、エクステンション部５３による受電コイル２２の固定部分の補剛効果によって、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られる。また、受電コイル２２の前側と左右両側とを、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とでガードし、受電コイル２２の後側をバッテリ２７でガードすることができる。

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３１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との関係を、Ｗ１＜Ｗ２とした場合を例示したが、車両仕様によってＷ１＞Ｗ２とすることも可能で、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。

１ 車両
１Ｆ フロントコンパートメント
１Ｒ 車室
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
４２ トンネル部
４３ 閉断面のトンネル補剛部
４７ トンネル部頂壁の貫通孔
５１ サブフレーム
５３ エクステンション部
６０ 室内補機
２２１ 受電コイルのコイル本体
２２２ 受電コイルの保護筐体
２２３ 受電コイルの蓋体
２２４ 受電コイルの電装ボックス
２２５ ジャンクションボックス

Claims (3)

1. 駐車スペースに設置した給電部と、車両に搭載した受電部との磁気的結合によって、車両に対して非接触で電力供給を行う非接触給電装置において、
   前記車両のフロアパネルは、その車幅方向中央部に車室側に膨出して車両前後方向に延在するトンネル部を備えている一方、
   前記受電部は、コイル本体を主体とした下側配置部と、少なくとも充電制御部、配電盤及びリレーを格納するジャンクションボックスを主体とした上側配置部とで構成し、
   前記受電部の下側配置部を、前記フロアパネルの前部下面で前記トンネル部の下側開放部に跨って配置して、前記受電部の上側配置部を車室内に配置したことを特徴とする非接触給電装置。
2. 前記トンネル部は、その頂壁に前記受電部の上側配置部側のワイヤハーネスと室内補機側のワイヤハーネスを配索するための共用の貫通孔を備えてい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. 前記フロアパネルの下面に搭載したバッテリから車両のフロントコンパートメントに搭載したモータユニットに送電するワイヤハーネスを、前記受電部の下側配置部の上方に通して前記トンネル部の内側に沿って車両前後方向に配索した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。

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