(57)【要約】【課題】受信部の設置に制約のある移動体に効率的に非接触で電力を伝送すること。【解決手段】移動体用非接触充電装置は、電気自動車１００に設けられる受電装置１１０と、受電装置と非接触で設けられる送電装置２１０とを備えている。受電装置は、電気自動車の所定の箇所に分散して配置され、外部からの電力を受信するための複数の受電コイル１４０を備える。送電装置は、複数の受信コイルに対応して電気自動車の外部の所定位置に配置され、電力を送信するための複数の送電コイル２４０を備える。複数の送電コイルから複数の受電コイルに非接触で電力を伝送し、二次電池１３０を充電する。受電コイルを複数設けるため、設置面積または設置形状に制約がある場合でも、効率よく電力を伝送できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動体に非接触で給電するための移動体用非接触充電装置であって、
前記移動体に設けられる受電装置と、前記受電装置と非接触で設けられる送電装置とを備えており、
前記受電装置は、前記移動体の所定の箇所に分散して配置され、外部からの電力を受信するための複数の受信部を備えており、
前記送電装置は、前記複数の受信部に対応して前記移動体の外部の所定位置に配置され、電力を送信するための複数の送信部を備えている、
移動体用非接触充電装置。
【請求項２】
前記複数の送信部は一次コイルであり、
前記複数の受信部は二次コイルであり、
前記送電装置は電磁誘導を用いて前記受電装置に電力を伝送する、
請求項１に記載の移動体用非接触充電装置。
【請求項３】
前記送電部は、少なくとも一つの駆動部により前記複数の送信部を並列駆動する、
請求項２に記載の移動体用非接触充電装置。
【請求項４】
前記複数の送信部にはそれぞれ共振コンデンサが並列に接続されている、
請求項３に記載の移動体用非接触充電装置。
【請求項５】
前記複数の受信部を並列接続することにより所望の電流を得る、
請求項１〜４のいずれかに記載の移動体用非接触充電装置。
【請求項６】
前記複数の受信部を直列接続することにより所望の電圧を得る、
請求項１〜４のいずれかに記載の移動体用非接触充電装置。
【請求項７】
前記複数の受信部は、複数のグループにグループ化されており、前記複数のグループ毎に並列接続するか直列接続するかが決定され、かつ、前記複数のグループ同士を直列接続または並列接続することができる、
請求項１〜４のいずれかに記載の移動体用非接触充電装置。
【請求項８】
前記駆動部は複数設けられており、
交流電源を、直流電源に変換する前に、前記複数の駆動部に分配する、
請求項３〜７のいずれかに記載の移動体用非接触充電装置。
【請求項９】
交流電源を、直流電源に変換した後に、前記複数の駆動部に分配する、
請求項３〜７のいずれかに記載の移動体用非接触充電装置。
【請求項１０】
移動体に非接触で給電するための移動体用非接触充電方法であって、
前記移動体に設けられる受電装置と、前記受電装置と非接触で設けられる送電装置とを備えており、
前記受電装置は、前記移動体の所定の箇所に分散して配置され、外部からの電力を受信するための複数の受信部を備えており、
前記送電装置は、前記複数の受信部に対応して前記移動体の外部の所定位置に配置され、電力を送信するための複数の送信部を備えており、
前記移動体が予め設定される所定領域内に停車した場合に、前記送電装置から前記複数の送信部を介して電力を送信し、
前記受電装置は前記複数の受信部で受信した電力を二次電池に蓄積する、
移動体用非接触充電方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動体用非接触充電装置および移動体用非接触充電方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
環境意識の高まりと二次電池および電動モータの技術開発に伴い、電気自動車、電気バス、電気トラック、電気二輪車などの各種電動式の移動体が提案されている。これらの電動式移動体は、二次電池を充電し、二次電池から取り出した電力で電動モータを駆動し、推進力を得るようになっている。
【０００３】
電気ケーブルを二次電池に接続して充電したり、非接触式で二次電池を充電したりする方法が知られているが、電気ケーブルを使用する方式は作業が面倒であるため、非接触式の充電方法の開発が期待されている（特許文献１，２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−２５８８０７号公報
【特許文献２】特開２０１１−１７６９１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
電気自動車等の移動体は、受電装置を設置可能な場所の広さ及び形状に制約があるため、移動体に搭載された二次電池を短時間で充電するのが難しい。例えば、受電コイルを車体の床に設ける場合、十分な面積の受電コイルを設けることが難しく、電力の伝送効率を高めることができないという問題がある。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、移動体の所定の箇所に複数の受信部を分散して配置し、かつ、複数の受信部に対応する複数の送信部を移動体の外部の所定位置に配置することで、非接触での電力伝送の効率を高めることのできるようにした移動体用非接触充電装置および移動体用非接触充電方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決すべく、本発明に係る移動体用非接触充電装置は、移動体に非接触で給電するための移動体用非接触充電装置であって、移動体に設けられる受電装置と、受電装置と非接触で設けられる送電装置とを備えており、受電装置は、移動体の所定の箇所に分散して配置され、外部からの電力を受信するための複数の受信部を備えており、送電装置は、複数の受信部に対応して移動体の外部の所定位置に配置され、電力を送信するための複数の送信部を備えている。
【０００８】
複数の送信部は一次コイルであり、複数の受信部は二次コイルであり、送電装置は電磁誘導を用いて受電装置に電力を伝送する構成でもよい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、受信部を複数用意して移動体に分散して配置し、複数の送信部から複数の受信部に向けて電力を非接触で伝送することができるため、移動体での設置可能面積などの制約を満たしながら、電力伝送の効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１実施例に係り、移動体に非接触充電装置を設けた構成例を示す説明図である。
【図２】１台の駆動変圧器で複数の送電コイルを駆動する送電装置と、複数の受電コイルを並列接続した受電装置とを持つ非接触充電装置の例を示す構成図である。
【図３】第２実施例に係り、１台の駆動変圧器で複数の送電コイルを駆動する送電装置と、複数の受電コイルを直列接続した受電装置を持つ非接触充電装置の例を示す構成図である。
【図４】第３実施例に係り、１台の駆動変圧器で複数の送電コイルを駆動する送電装置と、並列接続した複数の受電コイルと直列接続した複数の受電コイルとを並列接続した受電装置の例を示す構成図である。
【図５】第４実施例に係り、１台の駆動変圧器で複数の送電コイルを駆動する送電装置と、並列接続した複数の受電コイルと直列接続した複数の受電コイルとを直列接続した受電装置の例を示す構成図である。
【図６】第５実施例に係り、１台の駆動変圧器で複数の送電コイルを駆動する送電装置と、並列接続した複数の受電コイルと並列接続した複数の受電コイルとを直列接続した受電装置の例を示す構成図である。
【図７】第６実施例に係り、１台の駆動変圧器で複数の送電コイルを駆動する送電装置と、直列接続した複数の受電コイルと直列接続した複数の受電コイルとを並列接続した受電装置の例を示す構成図である。
【図８】第７実施例に係り、複数台の駆動変圧器で複数の送電コイルを駆動する送電装置と、複数の受電コイルを並列接続した受電装置の例を示す構成図である。
【図９】第８実施例に係り、複数台の駆動変圧器で複数の送電コイルを駆動する送電装置と、複数の受電コイルを直列接続した受電装置の例を示す構成図である。
【図１０】第９実施例に係り、複数台の駆動変圧器で複数の送電コイルを駆動する送電装置と、並列接続した複数の受電コイルと直列接続した複数の受電コイルとを並列接続した受電装置の例を示す構成図である。
【図１１】第１０実施例に係り、複数台の駆動変圧器で複数の送電コイルを駆動する送電装置と、並列接続した複数の受電コイルと直列接続した複数の受電コイルとを直列接続した受電装置の例を示す構成図である。
【図１２】第１１実施例に係り、複数台の駆動変圧器で複数の送電コイルを駆動する送電装置と、並列接続した複数の受電コイルと並列接続した複数の受電コイルとを直列接続した受電装置の例を示す構成図である。
【図１３】第１２実施例に係り、複数台の駆動変圧器で複数の送電コイルを駆動する送電装置と、直列接続した複数の受電コイルと直列接続した複数の受電コイルを並列接続した受電装置の例を示す構成図である。
【図１４】第１３実施例に係り、交流電源を多パルス整流器で分配し、複数台の駆動変圧器で複数の送電コイルを駆動する送電装置と、直列接続した複数の受電コイルからなるグループを並列接続した受電装置の例を示す構成図である。
【図１５】第１４実施例に係り、交流電源を多パルス整流器で分配し、複数台の駆動変圧器で複数の送電コイルを駆動する送電装置と、直列接続した複数の受電コイルと二次電池を含む組を複数備える受電装置の例を示す構成図である。
【図１６】第１５実施例に係り、屋内の複数の壁面に分散配置した複数の送電コイルから、移動体の各部に設けられた受電コイルに電力を伝送する構成の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を説明する。本実施形態では、以下に詳述するように、非接触で移動体１００へ電力を伝送する充電装置において、一つ又は複数の駆動変圧器２３０で、複数の「共振コンデンサＣ及び送電コイル２４０」部を駆動する。そして、本実施形態では、複数の送電コイル２４０から、直列又は並列に接続された複数の受電コイル１４０に、例えば電磁誘導などの原理を利用してによって電力を伝送する。複数の受電コイル１４０で受信した電力は集められて、二次電池１３０に蓄えられる。
【００１２】
従って、本実施形態では、複数の受電コイルと複数の送電コイルを用いて、複数の経路で電力を伝送できる。これにより、設置場所等に制約のある移動体において、電力伝送効率を高めることができる。
【実施例１】
【００１３】
図１および図２を用いて第１実施例を説明する。図１は、「移動体」としての電気自動車１００に移動体用非接触充電装置を設けた例を示す。
【００１４】
電気自動車１００は、例えば、車体１０１と、前輪１０２と、後輪１０３と、電動モータ１０４と、ステアリング装置と照明装置および空調装置（いずれも図示せず）等を備えている。本実施例では、後輪駆動の場合を示しており、電動モータ１０４は例えば後輪１０３のホイール内部に設けられる。
【００１５】
なお電気自動車１００の構成は一例であり、前輪駆動方式でもよく、四輪全てが駆動してもよい。また、移動体として、電動式トラック、電動式二輪車、電動式車椅子、電動式一人乗り移動体（いわゆるパーソナルモビリティ）などに適用してもよい。
【００１６】
車体１０１の例えば床部１０１Ａには、複数の「受信部」としての受電コイル１４０が別々の場所に分かれて配置されている。各受電コイル１４０は、交流電力を直流電力に変換するための交直変換装置１２０を介して、二次電池１３０に接続されている。受電コイル１４０は、電磁誘導による電力伝送において二次コイルとなる。二次電池１３０は、その形式を問わない。二次電池１３０として、例えば、鉛バッテリ、リチウムイオンバッテリ、ニッケル・水素バッテリ、ニッケル・カドミウムバッテリなどを使用できる。
【００１７】
後述のように、一つまたは複数の受電コイル１４０および交直変換装置１２０（以下、受電コイル１４０等）からグループを形成し、各グループ内で、受電コイル１４０等を並列接続または直列接続することができる。所望の電圧値および／または電流値を得るために、受電コイル１４０等を適宜並列接続または直流接続、あるいはそれらの組合せで接続してもよい。
【００１８】
送電装置２１０は、電気自動車１００の外部の所定の位置に設けられる。所定の位置としては、例えば、電気自動車１００が駐停車位置１等がある。送電装置２１０は、受電コイル１４０に対応して複数配置される「送信部」としての送電コイル２４０を備える。送電コイル２４０は、一次コイルとしての役割を果たす。
【００１９】
ここで、送電コイル２４０の数Ｃｔと受電コイル１４０の数Ｃｒとは、２以上の自然数として設定されるが、両者は一致してもよいし（Ｃｔ＝Ｃｒ）、一致しなくてもよい（Ｃｔ＞Ｃｒ、またはＣｔ＜Ｃｒ）。
【００２０】
電気自動車１００が所定位置に停止した場合に、全ての受電コイル１４０がそれぞれ送電コイル２４０と相対するのが好ましい。しかし、全ての受電コイル１４０が送電コイル２４０と正確に対向する必要はない。複数の受電コイル１４０のうちいずれかの受電コイル１４０が送電コイル２４０と結合できなくてもよい。
【００２１】
交直変換装置２２０は、交流電源２００からの交流電力を直流電力に変換する。駆動変圧器２３０は、交直変換装置２２０からの直流電力を各送電コイル２４０に供給する。各送電コイル２４０は、入力電力に応じて磁力線を発生する。その磁力線は、対向する受電コイル１４０に入射し、受電コイル１４０を流れる誘導電流を生起せしめる。上述の通り、各受電コイル１４０に生じた電流は二次電池１３０に蓄えられる。
【００２２】
図２の回路構成図を説明する。送電装置２１０は、一つの交直変換装置２２０と一つの駆動変圧器２３０を備えており、一つの駆動変圧器２３０から複数の（全ての）送電コイル２４０に電力が分配されるようになっている。各送電コイル２４０には、共振コンデンサＣが並列に接続されている。以下、送電コイル２４０を説明する場合は、共振コンデンサＣも含むものとして述べる。本実施例では、送電コイル２４０と共振コイルＣとにより、「送信部」の一例が構成されている。
【００２３】
受電装置１１０は、複数の送電コイル２４０に対応する複数の受電コイル１４０と、各受電コイル１４０に直列接続された交直変換装置１２０とを備える。受電コイル１４０と交直変換装置１２０とから一組の受信回路が構成される。複数組の受信回路は、二次電池１３０に対して並列に接続されている。
【００２４】
以下、説明のために、複数の受電コイル１４０を並列接続した受電コイルに符号１４１を、複数の交直変換装置１２０を並列接続した回路に符号１２１を与える。
【００２５】
本実施例は上述のように構成されるため、以下の効果を奏する。本実施例では、電気自動車１００の車体１０１に複数の受電コイル１４０を設ける。このため、例えば電気乗用車等のような設置面積または設置形状などに制約のある場合でも、複数の受電コイルを必要な数だけ配置し、受電コイルの合計面積を広くすることができる。この結果、非接触での電力伝送を効率的に行うことができる。
【００２６】
本実施例では、一つの駆動変圧器２３０で複数の送電コイル２４０を並列に駆動するため、送電装置２１０の回路構成を簡素化でき、製造コストも低減できる。
【実施例２】
【００２７】
図３を用いて第２実施例を説明する。本実施例を含む以下の各実施例は、第１実施例の変形例に該当するため、第１実施例との相違を中心に説明する。
【００２８】
本実施例の受電装置１１０Ａは、複数の、受電コイル１４０および交直変換装置１２０を直列に接続して、受信した電力を二次電池１３０に蓄える。直列接続された受電コイルに符号１４２を、直列接続された交直変換装置に符号１２２を与えて説明する。
【００２９】
このように構成される本実施例も第１実施例と同様の作用効果を奏する。さらに本実施例では、各受電コイル１４０を直列に接続するため、二次電池１３０への充電電圧を高めて、所望の電圧値を得ることができる。
【実施例３】
【００３０】
図４を用いて第３実施例を説明する。本実施例の受電装置１１０Ｂは、並列接続された受電コイル群１４１および交直変換装置群１２１（並列接続グループ）と、直列接続された受電コイル群１４２および交直変換装置群１２２（直列接続グループ）とを並列に接続して二次電池１３０を充電する。
【００３１】
送電装置２１０に着目すると、受電装置１１０Ｂの有する受電コイル１４０が増加した分だけ、送電コイル２４０および共振コンデンサＣも増加されている点を除いて、第１実施例で説明した送電装置２１０の構成と同様である。
【００３２】
このように構成される本実施例も第１実施例と同様の作用効果を奏する。さらに本実施例では、並列接続された受電コイル群１４１により充電電流値を大きくすることができ、直列接続された受電コイル群１４２により充電電圧値を大きくすることができる。つまり、所望の充電電流値および充電電圧値を、並列接続グループと直列接続グループとを並列接続することで、容易に得ることができる。
【実施例４】
【００３３】
図５を用いて第４実施例を説明する。本実施例の受電装置１１０Ｃは、並列接続された受電コイル群１４１および交直変換装置群１２１と、直列接続された受電コイル群１４２および交直変換装置１２２とを直列に接続して、二次電池１３０を充電する。このように構成される本実施例も第３実施例と同様の作用効果を奏する。
【実施例５】
【００３４】
図６を用いて第５実施例を説明する。本実施例の受電装置１１０Ｄは、複数の、並列接続された受電コイル群１４１および交直変換装置群１２１（並列接続グループ）を並列接続して、二次電池１３０を充電する。このように構成される本実施例も第３実施例と同様の効果を奏する。
【実施例６】
【００３５】
図７を用いて第６実施例を説明する。本実施例の受電装置１１０Ｅは、複数の、直列接続された受電コイル群１４２および交直変換装置群１２２（直列接続グループ）を並列接続して、二次電池１３０を充電する。このように構成される本実施例も第３実施例と同様の効果を奏する。
【実施例７】
【００３６】
図８を参照して第７実施例を説明する。本実施例の送電装置２１０Ａは、複数の送電コイル２４０をそれぞれの駆動変圧器２３０で駆動する。交流電源２００からの電力は交直変換装置２２０を介して各駆動変圧器２３０に分配され、これら駆動変圧器２３０から送電コイル２４０に送られる。複数の駆動変圧器２３０からなるグループを駆動変圧器群２３１と呼ぶ。受電装置１１０は、第１実施例で述べた受電装置１１０と同様である。
【００３７】
このように構成される本実施例は第１実施例とほぼ同様の作用効果を奏する。本実施例では、複数の送電コイル２４０をそれぞれ専用の駆動変圧器２３０で駆動するため、第１実施例に比べて部品点数は増加する。しかし、本実施例では、いずれか一つの駆動変圧器２３０が故障した場合でも、他の駆動変圧器２３０および送電コイル２４０から電力を非接触で受電装置１１０に送ることができる。従って、本実施例では、耐障害性および信頼性が向上する。
【実施例８】
【００３８】
図９を用いて第８実施例を説明する。本実施例では、複数の送電コイル２４０をそれぞれ専用の駆動変圧器２３０で駆動する送電装置２１０Ａと、複数の受電コイル１４０を直列接続した受電装置１１０Ａとを結合させる。このように構成される本実施例も第７実施例と同様の作用効果を奏する。
【実施例９】
【００３９】
図１０を用いて第９実施例を説明する。本実施例では、複数の送電コイル２４０をそれぞれ専用の駆動変圧器２３０で駆動する送電装置２１０Ａと、並列接続した受電コイル群１４１と直列接続した受電コイル群１４２とを並列接続した受電装置１１０Ｂとを結合させる。このように構成される本実施例も第７実施例と同様の作用効果を奏する。
【実施例１０】
【００４０】
図１１を用いて第１０実施例を説明する。本実施例では、複数の送電コイル２４０をそれぞれ専用の駆動変圧器２３０で駆動する送電装置２１０Ａと、並列接続した受電コイル群１４１と直列接続した受電コイル群１４２とを直列接続した受電装置１１０Ｃとを結合させる。このように構成される本実施例も第７実施例と同様の作用効果を奏する。
【実施例１１】
【００４１】
図１２を用いて第１１実施例を説明する。本実施例では、複数の送電コイル２４０をそれぞれ専用の駆動変圧器２３０で駆動する送電装置２１０Ａと、並列接続した受電コイル群１４１を複数個直列接続した受電装置１１０Ｄとを結合させる。このように構成される本実施例も第７実施例と同様の作用効果を奏する。
【実施例１２】
【００４２】
図１３を参照して第１２実施例を説明する。本実施例では、複数の送電コイル２４０をそれぞれ専用の駆動変圧器２３０で駆動する送電装置２１０Ａと、直列接続した受電コイル群１４２を複数並列接続した受電装置１１０Ｅとを結合させる。このように構成される本実施例も第７実施例と同様の作用効果を奏する。
【実施例１３】
【００４３】
図１４を参照して第１３実施例を説明する。本実施例の送電装置２１０Ｂは、交流電源２００からの電力を多パルス整流器２５０を介して複数の交直変換装置２２０に分配し、各交直変換装置２２０は一つまたは複数の駆動変圧器２３０に電力を供給する。各駆動変圧器２３０は、一つまたは複数の送電コイル２４０を駆動する。
【００４４】
例えば、共通の駆動変圧器２３０から電力の分配を受ける３個の駆動変圧器２３０（１）〜２３０（３）は、それぞれ一つずつの送電コイル２４０を駆動する。４番目の駆動変圧器２３０（４）は、複数の（例えば２個の）送電コイル２４０を並列駆動する。図１４の下側に示す５番目の駆動変圧器２３０は、一つの送電コイル２４０を駆動する。
【００４５】
受電装置１１０Ｅは、図１３で述べたと同様に、直列接続した受電コイル群１４２を複数並列接続して、二次電池１３０を充電する。このように構成される本実施例も第７実施例と同様の作用効果を奏する。
【実施例１４】
【００４６】
図１５を用いて第１４実施例を説明する。本実施例では、第１３実施例（図１４）で説明した送電装置２１０Ｂと第１２実施例（図１３）で説明した受電装置１１０Ｅとを結合させる。このように構成される本実施例も第７実施例と同様の作用効果を奏する。
【実施例１５】
【００４７】
図１６を用いて第１５実施例を説明する。本実施例では、移動体用非接触充電装置の他の設置方法を説明する。
【００４８】
建屋２は、電気自動車１００を収容するためのガレージ、家屋などである。電気自動車１００の車体１０１には、例えば床部１０１Ａ、両側部１０１Ｂ、天井部１０１Ｃに一つまたは複数ずつの受電コイル１４０が分散して配置されている。
【００４９】
車体１０１の各箇所に配置された受電コイル１４０に対応するようにして、建屋２の天井部、両側壁部、床部には、送電コイル２４０が一つまたは複数ずつ配置される。受電コイル１４０および送電コイル２４０の電気的接続には、前記各実施例で述べた構成のいずれを用いてもよい。
【００５０】
車体１０１の各所に受電コイル１４０を分散し、それら受電コイル１４０に対応させて建屋２内に複数の送電コイル２４０を配置する。これにより、電気回路の構成は複雑化するが、電力伝送のためのコイル面積をより大きくすることができ、より多くの電力を非接触で伝送することができる。
【００５１】
図１では、車体１０１の有する複数の外面のうち一つの面（床面）側に受電コイル１４０を複数配置する例を示したが、図１６では、車体１０１の有する複数の外面のうち所定の複数の面側に複数の受電コイル１４０を設ける例を示している。
【００５２】
なお、本発明は、上述した実施例に限定されない。当業者であれば、本発明の範囲内で、種々の追加や変更等を行うことができる。各実施例では、電磁誘導方式で電力を伝送する場合を述べたが、これに代えて、電波を受信して直流電力に変換する電波方式、電場または磁場の共鳴を利用して電力を伝送する共鳴方式などを用いてもよい。
【００５３】
さらに、各実施例では、電気自動車を例に挙げて説明したが、いわゆるハイブリッドカーのように、内燃機関と電動モータを併用する自動車に適用してもよい。
【００５４】
また、前記本発明は、以下のように電動式移動体として把握することもできる。以下の表現では、理解のために図面中の符号を引用するが、図面の構成に限定されない。
「表現１．外部から伝送される電力を用いて移動する電動式移動体１００であって、
車体１０１と、
前記車体の所定の面に複数配置され、外部からの電力を受信する受信部１４０と、
前記複数の受信部で受信した電力を用いて二次電池１３０を充電するための回路１２０と、を備える電動式移動体。」
【符号の説明】
【００５５】
１００：移動体、１０１：車体、１１０：受電装置、１２０：交直変換装置、１３０：二次電池、１４０：受電コイル、２００：交流電源、２１０：送電装置、２２０：交直変換装置、２３０：駆動変圧器２３０、２４０：送電コイル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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