JP6314437B2 - 非接触給電システム - Google Patents

Description

本発明は、非接触給電システムに関するものである。

近年、給電コイルと受電コイルとを非接触で対向させて給電を行う非接触給電システムが注目されている。非接触給電システムは、磁界共鳴方式や電磁誘導方式を採用しており、電気自動車等の移動車両の給電に応用が期待されている。しかしながら、この非接触給電システムは、給電コイルと受電コイルとの間に異物が存在すると給電効率が落ち、また、その異物が空き缶等の金属であると磁界の影響を受けて発熱してしまう虞がある。

下記特許文献１には、磁界を用いて電力伝送を行う送電部と、電力伝送の際の送電経路付近における異物を排除する異物排除動作部と、を備えた給電装置が開示されている。この異物排除動作部は、送電部を収容する収容部を傾斜、回転及び振動のうち少なくとも１つの動作により異物を排除するように構成されている。

下記特許文献２には、充電開始前からすでに給電コイル上に存在している異物を掃き出す掃出部を備えた電気自動車が開示されている。この掃出部は、電気自動車の底面に配置されると共に、収納状態と掃出可能状態との間を可動とされ、電気自動車が給電部に近づいたときに掃出可能状態に移動するように構成されている。

下記特許文献３には、動物や異物が地上設備トランスジューサに載らないようにするドーム状のハウジングを備えた電機システムが開示されている。このドーム状のハウジングは、複数の高さに配置された複数の点を持つ外面を含み、その複数の点のうち少なくとも一つが第１高さを有し、その複数の点の他の点が第１高さよりも低い夫々の高さを有するように構成されている。

特開２０１３−２１８８６号公報 特開２０１３−４８５１１号公報 特開２０１３−５９２４９号公報

しかしながら、上記従来技術には、次のような問題がある。
特許文献１及び３の技術は、送電部を収容する収容部を傾斜等させるものであるため、電気自動車と地面との間の狭いスペースでは傾斜を大きくとることができず、異物によっては排除が不十分になる場合がある。また、例えば、異物が銀紙付きガム等であって付着性を有する場合には、傾斜、回転及び振動のいずれであっても異物を排除できない。
特許文献２の技術は、電気自動車に掃出部を搭載しなければならず、電気自動車自体に装置の追加が必要となる。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、載置された異物を給電コイルと受電コイルとの間から確実に排除することができる非接触給電システムの提供を目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明は、給電コイルと受電コイルとを非接触で対向させて給電を行う非接触給電システムであって、前記給電コイル及び前記受電コイルの少なくともいずれか一方の対向面上を覆う閉塞位置と、該対向面上から退避する開放位置と、の間でスライド可能なカバー部材と、前記カバー部材に載った異物を、前記カバー部材の前記閉塞位置から前記開放位置へのスライドに同行させる異物同行手段と、を有する、という構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、給電コイル若しくは受電コイルの対向面上をカバー部材で覆い、そのカバー部材に載った異物を、異物同行手段によってカバー部材のスライドに同行させて、非接触給電の際には対向面上から排除する。本発明は、傾斜等により異物をカバー部材から脱落させるものではなく、異物をカバー部材ごと対向面上から退避させるものであるため、異物排除の不確実性を解消することができる。

また、本発明においては、前記異物同行手段は、前記カバー部材に設けられ、前記異物が載る載置面よりも上方に突出するフック部材を有する、という構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、カバー部材にフック部材を設け、このフック部材にカバー部材の載置面上に載った異物を引っ掛けることで、異物をカバー部材のスライドに同行させることができる。

また、本発明においては、前記カバー部材をロール状に巻き取る巻き取り手段を有する、という構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、カバー部材をロール状に巻き取ることによって、カバー部材のスライド先に大きなスペースを確保する必要がなくなり、省スペース化を図ることができる。

また、本発明においては、前記カバー部材を蛇腹状に折り畳む折り畳み手段を有する、という構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、カバー部材を蛇腹状に折り畳むことによって、カバー部材のスライド先に大きなスペースを確保する必要がなくなり、省スペース化を図ることができる。

また、本発明においては、前記異物同行手段は、前記カバー部材に前記異物を付着させる付着手段を有する、という構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、カバー部材に付着手段を設け、この付着手段によってカバー部材に異物を付着させることで、異物をカバー部材のスライドに同行させることができる。

また、本発明においては、前記異物の同行先で、前記カバー部材に付着している前記異物をそぎ落とすブレード部材を有する、という構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、ブレード部材によってカバー部材に付着した異物をそぎ落とすことで、異物が再び対向面上に戻らないようにすることができる。

また、本発明においては、前記異物の同行先で、前記異物を回収する異物回収手段を有する、という構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、異物回収手段によってカバー部材に載った異物を回収することで、異物が再び対向面上に戻らないようにすることができる。

本発明によれば、載置された異物を給電コイルと受電コイルとの間から確実に排除することができる非接触給電システムが得られる。

本発明の第１実施形態における非接触給電システムの全体構成図である。 本発明の第１実施形態における異物排除装置の構成図である。 本発明の第２実施形態における異物排除装置の構成図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態における非接触給電システム１の全体構成図である。
非接触給電システム１は、少なくともいずれか一方が移動可能な受電装置と給電装置との間で非接触給電を行うものであり、本実施形態では、図１に示すように、移動車両１０が受電装置であり、移動車両１０が停車する停車ステーション２０が給電装置である。移動車両１０は、路面２に設けられた停車ステーション２０に対して相対移動可能とされている。

移動車両１０には、受電コイル１１が設けられている。一方で、停車ステーション２０には、給電コイル２１が設けられている。受電コイル１１は、地上側の給電コイル２１と対向可能な対向面１１ａを有し、移動車両１０の底部に設けられている。この受電コイル１１は、給電コイル２１と電磁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。

本実施形態の非接触給電システム１における給電コイル２１から受電コイル１１への非接触給電は、磁界共鳴方式に基づいて行われる。すなわち、給電コイル２１と受電コイル１１とには各々に共振回路を構成するための共振用コンデンサ（不図示）が接続されている。また、例えば共振用コンデンサの静電容量は、給電コイル２１と共振用コンデンサとからなる給電側共振回路の共振周波数と受電コイル１１と共振用コンデンサとからなる受電側共振回路の共振周波数とは同一周波数となるように設定されている。

移動車両１０には、受電コイル１１の他に、受電回路１２と、蓄電池１３とが設けられている。
受電回路１２は、給電コイル２１から受電した受電電力を直流電力に変換して蓄電池１３に供給する電力変換回路である。すなわち、この受電回路１２は、蓄電池１３の充電状態に応じた充電電流を蓄電池１３に供給することにより蓄電池１３を充電する。
蓄電池１３は、移動車両１０の駆動動力源として十分な電力を蓄えることが可能な二次電池であり、例えばリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池等である。

一方で、給電コイル２１は、受電コイル１１と対向可能な対向面２１ａを有し、路面２上に設けられている。停車ステーション２０には、給電コイル２１の他に、給電回路２２と、外部電源２３とが設けられている。
給電回路２２は、外部電源２３から供給される電力を磁界共鳴方式の非接触給電の共振周波数に応じた交流電力に変換して給電コイル２１に供給する電力変換回路である。
外部電源２３は、例えば商用電源、太陽電池、風力発電等であって、その電力を給電回路２２に供給するものである。

非接触給電システム１は、非接触給電の際に、給電コイル２１及び受電コイル１１の間に載置された異物を排除する異物排除装置３０を有する。
本実施形態の異物排除装置３０は、給電コイル２１の周囲を囲う筐体３１と、筐体３１に蓋をして給電コイル２１を覆うカバー部材３２と、を有する。

図２は、本発明の第１実施形態における異物排除装置３０の構成図である。なお、符号Ｘは、金属製の異物の一例を示している。
筐体３１は、平面視略矩形状の壁部３３を有し、壁部３３内が仕切り部３４によって二つの空間Ｓ１，Ｓ２に仕切られている。空間Ｓ１は、カバー部材３２によって蓋をされ、空間Ｓ２は、屋根部３５によって蓋をされている。

空間Ｓ１には、給電コイル２１が収容されている。筐体３１は、給電コイル２１のＥＭＣ（Electro Magnetic Compatibility）対策の電磁的シールドとして機能する。また、筐体３１は、壁部３３が路面２から給電コイル２１の高さ以上に立設しており、側面から内部への異物の侵入を阻止する物理的シールドとしても機能するようになっている。なお、仕切り部３４は、壁部３３よりも低いが、壁部３３と同じ材料によって形成されており、空間Ｓ２に電磁的な影響を与えないようになっている。また、屋根部３５も壁部３３と同じ材料によって形成することが好ましい。

カバー部材３２は、給電コイル２１の対向面２１ａ上を覆う閉塞位置（図２において実線で示す）と、給電コイル２１の対向面２１ａ上から退避する開放位置（図２において二点鎖線で示す、また、図１参照）と、の間でスライド可能に構成されている。本実施形態では、壁部３３の内側面にスライドガイド３６が設けられており、カバー部材３２は、スライドガイド３６に沿って水平方向にスライド可能に構成されている。

カバー部材３２は、空間Ｓ２に設けられた巻取機３７（巻き取り手段）によってロール状に巻き取り可能に形成されている。本実施形態のカバー部材３２は、所定の剛性を有するシート状に形成されており、巻取機３７の巻き取り／巻き戻しによって閉塞位置と開放位置との間をスライドするようになっている。なお、巻き戻しの際には、不図示の紐によって、カバー部材３２を牽引してもよい。このカバー部材３２の表面３２ａ（載置面）は、異物が付着し難い表面加工（例えばポリテトラフルオロエチレン加工）をすることが好ましい。

カバー部材３２には、フック部材４０（異物同行手段）が設けられている。フック部材４０は、ロール状に巻き取られるカバー部材３２の後端部に一体的に取り付けられている。フック部材４０の両端部は、スライドガイド３６に支持されており、カバー部材３２と共に、水平方向にスライド可能に構成されている。なお、スライドガイド３６は、仕切り部３４の頂部と略同じ高さに設けられており、フック部材４０は、仕切り部３４と衝突しないでスライド可能とされている。

このフック部材４０は、カバー部材３２に載った異物を、カバー部材３２の閉塞位置から開放位置へのスライドに同行させるものである。フック部材４０は、異物が載るカバー部材３２の表面３２ａよりも上方に突出している。本実施形態のフック部材４０は、Ｌ字フックであり、その上端部は、屋根部３５と係止可能な位置まで上方に突出している。フック部材４０は、屋根部３５に係止することで、カバー部材３２の巻き取りのストッパーとして機能するようになっている。なお、カバー部材３２及びフック部材４０は、巻き取り状態で給電コイル２１の近くに配置されるため、非磁性且つ非導電性の材料から形成することが好ましい。

空間Ｓ２には、ブレード部材４１が設けられている。ブレード部材４１は、カバー部材３２に付着している異物をそぎ落とすためのものである。異物には、付着性を有しないもの（空き缶等）の他に、付着性を有するもの（銀紙付きガム等）がある。また、付着性を有するものの上に、付着性を有しないものが載ってしまうこともある。ブレード部材４１は、このような異物を物理的に除去するものである。

ブレード部材４１の先端部は、巻取機３７にロール状に巻き取られたカバー部材３２の表面３２ａに接触若しくは近接して配置されている。図２に示すように、ブレード部材４１の先端部を、カバー部材３２の表面３２ａに接触させる場合、回転数に応じて径が大きくなるカバー部材３２に追従して変形できるように、ブレード部材４１は、弾性変形可能な材料から形成することが好ましい。このブレード部材４１は、路面２から立設しており、そぎ落とした異物を巻取機３７側に侵入させないようになっている。

空間Ｓ２には、異物回収部４２（異物回収手段）が設けられている。異物回収部４２は、カバー部材３２に載置されると想定される異物を収容可能な大きさを有する。本実施形態の異物回収部４２は、壁部３３及びブレード部材４１によって形成されており、また、回収した異物が風等で吹き飛ばされないようにその上部が屋根部３５によって覆われている。なお、屋根部３５は、不図示のヒンジ機構によって壁部３３に対して開閉可能に設けられており、屋根部３５を開けることで回収した異物を取り出し可能とする構成となっている。

次に、このように構成された非接触給電システム１の給電動作及び異物排除装置３０の異物排除動作について説明する。
非接触給電システム１は、図１に示すように、移動車両１０と停車ステーション２０との間で非接触給電を行うものである。給電に関しては、給電コイル２１と受電コイル１１との間の電力伝送に磁界共鳴方式を採用しており、移動車両１０及び停車ステーション２０の両方に設けられた共鳴コイルの位置ずれに強く、高効率且つ長距離の電力伝送を実現できる。

非接触給電では、給電コイル２１と受電コイル１１との間に異物が存在すると磁界の形成が妨げられて給電効率が落ち、また、その異物が空き缶等の金属であると磁界の影響を受けて発熱してしまう虞がある。このため、非接触給電システム１は、非接触給電の際に、給電コイル２１及び受電コイル１１の間に載置された異物を排除する異物排除装置３０を有する。本実施形態のように、給電コイル２１が地上側に設置されている場合、給電コイル２１の対向面２１ａ上に異物が載ってしまうことがある。

異物排除装置３０は、図２に示すように、給電コイル２１の対向面２１ａ上を覆うカバー部材３２を有する。カバー部材３２は、非接触給電を行わないときは、給電コイル２１の対向面２１ａ上の閉塞位置に位置しており、対向面２１ａ上に異物が直接載ってしまうことを防止する。なお、風等による給電コイル２１の側部からの異物の侵入は、電磁的シールドとしても機能する筐体３１によって防止されている。

カバー部材３２は、非接触給電を行うとき、巻取機３７によって巻き取られ、給電コイル２１の対向面２１ａ上から退避する開放位置にスライドする。このとき、カバー部材３２の表面３２ａ上に載った異物（例えば空き缶）は、慣性力によりカバー部材３２の後端部から転げ落ちようとするが、そのカバー部材３２の後端部にはフック部材４０が設けられている。フック部材４０は、異物が載る表面３２ａよりも上方に突出しており、表面３２ａ上に載った異物を引っ掛けることで、異物をカバー部材３２のスライドに同行させることができる。

カバー部材３２は、フック部材４０が屋根部３５に係止するまで巻き取られ、給電コイル２１の対向面２１ａ上から退避する。また、同時にカバー部材３２に載った異物も、カバー部材３２のスライドに同行し、給電コイル２１の対向面２１ａ上から排除される。このように、異物排除装置３０は、傾斜等により異物をカバー部材３２から脱落させずに、異物をカバー部材３２ごと対向面２１ａ上から退避させる構成であるため、異物の性状を問わずに給電コイル２１と受電コイル１１との間から確実に排除でき、異物排除の不確実性を解消することができる。

また、カバー部材３２は、給電コイル２１と受電コイル１１との対向方向と交差する方向にスライドするため、高さ方向のスペースを必要とせず、異物排除装置３０を移動車両１０と路面２との間の狭いスペースに収めることができる。
さらに、本実施形態においては、カバー部材３２をロール状に巻き取る巻取機３７を有する。この構成によれば、巻取機３７がカバー部材３２をロール状に巻き取るため、カバー部材３２のスライド先（図２における紙面右側）に大きなスペースを確保する必要がなくなり、異物排除装置３０の平面領域における省スペース化も図ることができる。

異物は、同行先で、ロール状に巻き取られるカバー部材３２から脱落して、異物回収部４２に回収される。これにより、カバー部材３２が巻き戻されても、異物が再び対向面２１ａ上に戻らないようにすることができる。また、本実施形態においては、異物がカバー部材３２に付着していてもブレード部材４１によってそぎ落とすことができ、異物を異物回収部４２に回収することができる。なお、異物回収部４２は、給電コイル２１から離れており、また、仕切り部３４等の電磁的シールドによって磁界の影響を受けないため、回収した異物が金属であっても発熱することはなく、また、発熱しても給電コイル２１を熱で損傷させることはない。

このように、上述の本実施形態によれば、給電コイル２１と受電コイル１１とを非接触で対向させて給電を行う非接触給電システム１であって、給電コイル２１の対向面２１ａ上を覆う閉塞位置と、該対向面２１ａ上から退避する開放位置と、の間でスライド可能なカバー部材３２と、カバー部材３２に載った異物を、カバー部材３２の閉塞位置から開放位置へのスライドに同行させるフック部材４０と、を有する、という構成を採用することによって、載置された異物を給電コイル２１と受電コイル１１との間から確実に排除することができる非接触給電システム１が得られる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。
図３は、本発明の第２実施形態における異物排除装置３０の構成図である。
第２実施形態では、図３に示すように、カバー部材３２の構成が上記実施形態と異なる。

第２実施形態のカバー部材３２は、給電コイル２１の対向面２１ａ上を覆う閉塞位置（図３において実線で示す）と、給電コイル２１の対向面２１ａ上から退避する開放位置（図３において二点鎖線で示す）と、の間でスライド可能に構成されている。本実施形態では、壁部３３の内側面にスライドガイド３６が設けられており、カバー部材３２は、スライドガイド３６に沿って水平方向にスライド可能に構成されている。

カバー部材３２は、空間Ｓ２に設けられた紐巻取機５０（折り畳み手段）によって蛇腹状に折り畳み可能に形成されている。本実施形態のカバー部材３２は、バネ性を有するシート材が蛇腹状に折られたものであり、先端部にはスライドガイド３６に支持されるガイド片５１が取り付けられている。ガイド片５１には、紐５２が接続されており、紐巻取機５０が紐５２を巻き取ることで、カバー部材３２が開放位置にスライドし、また、カバー部材３２のバネ復元力より、カバー部材３２が閉塞位置にスライドするようになっている。

カバー部材３２は、部分的に大きく折られた山部５３（異物同行手段）を有する。山部５３は、ガイド片５１に隣接して配置され、カバー部材３２の他の山部よりも高くなるように形成されている。この山部５３は、カバー部材３２に載った異物を、カバー部材３２の閉塞位置から開放位置へのスライドに同行させるものである。この山部５３は、折り畳まれたときに、屋根部３５と係止可能な位置まで上方に突出している。フック部材４０は、屋根部３５に係止することで、カバー部材３２の折り畳みのストッパーとして機能するようになっている。

上記構成の第２実施形態によれば、給電コイル２１の対向面２１ａ上をカバー部材３２で覆い、そのカバー部材３２に載った異物を、山部５３によってカバー部材３２のスライドに同行させて、非接触給電の際には対向面２１ａ上から排除することができる。このように、第２実施形態では、上記実施形態と同様に、異物をカバー部材３２ごと対向面２１ａ上から退避させるものであるため、異物排除の不確実性を解消することができる。

また、第２実施形態では、カバー部材３２を蛇腹状に折り畳むことによって、カバー部材３２のスライド先に大きなスペースを確保する必要がなくなり、省スペース化を図ることができる。また、蛇腹の一つを大きくして山部５３を形成することにより、異物同行手段をカバー部材３２に一体化でき、部品点数の削減、組み立て性の向上を図ることができる。なお、第２実施形態では、カバー部材３２が閉じると異物も元の位置に戻るが、非接触給電の際に給電コイル２１と受電コイル１１との間に異物が存在しなければ問題は生じない。

以上、図面を参照しながら本発明の好適な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ものではない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

例えば、上記実施形態では、異物同行手段として、フック部材４０や山部５３を例示したが、この構成に限定されるものではない。例えば、異物同行手段として、カバー部材３２に異物を付着させる付着手段を採用してもよい。この構成によれば、フック部材４０や山部５３のように高さを出す構造物を設けなくともよくなるため、省スペース化に寄与できる。付着手段としては、例えば図１に示すカバー部材３２の表面３２ａに貼る粘着性シートであってもよいし、異物が磁性体であれば磁力により引き付けるマグネットシート等であってもよい。

また、例えば、上記実施形態では、地上側の停車ステーション２０から給電して移動車両１０の底部に給電すると説明したが、給電の方向性は問わない。例えば、壁から移動車両１０の側部あるいは前部あるいは後部に給電してもよいし、天井から移動車両１０の屋根部に給電する構成であってもよい。

また、例えば、上記実施形態では、受電コイル１１が移動車両１０に設けられ、給電コイル２１が停車ステーション２０に設けられる場合を例示したが、この構成に限定されることなく、例えば受電コイル１１が停車ステーション２０に設けられ、給電コイル２１が移動車両１０に設けられていてもよい。したがって、異物排除装置３０は、受電コイル１１側に設けられていてもよく、また、給電コイル２１及び受電コイル１１の両側に設けられていてもよい。また、本発明は、受電装置及び給電装置の少なくともいずれか一方が、移動車両であっても、船舶や潜水艦、航空機等の移動体等であっても適用することができる。

また、例えば、本発明は大きな位置ずれを許容可能な磁界共鳴方式の非接触給電と組み合わせることにより特に効果を発揮するが、電磁誘導方式など他の方式の非接触給電と組み合わせてもよい。

また、例えば、上記各実施形態の構成の置換、組み合わせは適宜可能である。

１…非接触給電システム、１１…受電コイル、２１…給電コイル、２１ａ…対向面、３０…異物排除装置、３２…カバー部材、３２ａ…表面（載置面）、３７…巻取機（巻き取り手段）、４０…フック部材（異物同行手段）、４１…ブレード部材、４２…異物回収部（異物回収手段）、５０…紐巻取機（折り畳み手段）、５３…山部（異物同行手段）、Ｘ…異物

Claims (6)

1. 給電コイルと受電コイルとを非接触で対向させて給電を行う非接触給電システムであって、
   前記給電コイル及び前記受電コイルの少なくともいずれか一方の対向面上を覆う閉塞位置と、該対向面上から退避する開放位置と、の間でスライド可能なカバー部材と、
   前記カバー部材に載った異物を、前記カバー部材の前記閉塞位置から前記開放位置へのスライドに同行させる異物同行手段と、
   前記異物の同行先で、前記異物を回収する異物回収手段と、を有し、
   前記異物同行手段は、前記カバー部材が前記開放位置に退避したときに、前記異物回収手段の前記異物を回収する開口を閉塞する、ことを特徴とする非接触給電システム。
2. 前記異物同行手段は、前記カバー部材に設けられ、前記異物が載る載置面よりも上方に突出するフック部材を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の非接触給電システム。
3. 前記カバー部材をロール状に巻き取る巻き取り手段を有する、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システム。
4. 前記カバー部材を蛇腹状に折り畳む折り畳み手段を有する、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システム。
5. 前記異物同行手段は、前記カバー部材に前記異物を付着させる付着手段を有する、ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の非接触給電システム。
6. 前記異物の同行先で、前記カバー部材に付着している前記異物をそぎ落とすブレード部材を有する、ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の非接触給電システム。

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