(57)【要約】【課題】地上側と車両側との通信を安定して行うことができる非接触充電車両用の通信装置を提供する。【解決手段】第１の通信用コイル２４は、送電コイル２１との相対位置が決められた状態で配置される。第２の通信用コイル３７は、車両側において受電コイル３１との相対位置が決められた状態で配置され、受電コイル３１で送電コイル２１からの高周波電力を受電可能な状態において第１の通信用コイル２４との相対位置が決められた状態になる。移動用アクチュエータ４０は、受電コイル３１で送電コイル２１からの高周波電力を受電可能な状態において、第１の通信用コイル２４を、第１の通信用コイル２４と第２の通信用コイル３７とが接近する方向に移動させる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両側に設けられた受電コイルが地上側に設けられた送電コイルと離間して非接触で前記送電コイルとの相対位置が決められた状態において前記送電コイルから供給された高周波電力を受電して車載バッテリを充電する非接触充電車両用の通信装置であって、
地上側において前記送電コイルとの相対位置が決められた状態で配置された第１の通信用コイルと、
前記車両側において前記受電コイルとの相対位置が決められた状態で配置され、前記受電コイルで前記送電コイルからの高周波電力を受電可能な状態において前記第１の通信用コイルとの相対位置が決められた状態になる第２の通信用コイルと、
前記受電コイルで前記送電コイルからの高周波電力を受電可能な状態において、前記第１の通信用コイルおよび前記第２の通信用コイルの少なくとも一方を、前記第１の通信用コイルと前記第２の通信用コイルとが接近する方向に移動させる移動手段と、
を備えることを特徴とする非接触充電車両用の通信装置。
【請求項２】
前記送電コイルおよび前記受電コイルは、無端状または一部が切れた環状をなし、前記第１の通信用コイルが前記送電コイルの穴部に位置し、前記第２の通信用コイルが前記受電コイルの穴部に位置することを特徴とする請求項１に記載の非接触充電車両用の通信装置。
【請求項３】
前記移動手段は、前記送電コイルの穴部に配置され、前記第１の通信用コイルを移動させる移動ロッドを含み、前記受電コイルが前記移動ロッドに案内されて送電コイルに接近することを特徴とする請求項２に記載の非接触充電車両用の通信装置。
【請求項４】
前記移動手段は、前記第１の通信用コイルおよび前記第２の通信用コイルの少なくとも一方を、前記第１の通信用コイルと前記第２の通信用コイルとが接近する方向に移動させ前記第１の通信用コイルと第２の通信用コイルとを電磁結合した状態にさせることを特徴とする請求項１に記載の非接触充電車両用の通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非接触充電車両用の通信装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
非接触充電車両においては、車両側の受電コイルと地上側の送電コイルとを非接触で送電コイルから高周波電力を受電コイルで受電して車載バッテリを充電する。また、地上側設備と車載側機器との間で通信を行うことが行われている（例えば、特許文献１等）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１５４６２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、車両用の非接触充電システムを構築する上での地上側と車両側との通信においては、無線通信により例えば認証を行う等を考慮すると安定した通信を行う必要がある。
【０００５】
本発明の目的は、地上側と車両側との通信を安定して行うことができる非接触充電車両用の通信装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載の発明では、車両側に設けられた受電コイルが地上側に設けられた送電コイルと離間して非接触で前記送電コイルとの相対位置が決められた状態において前記送電コイルから供給された高周波電力を受電して車載バッテリを充電する非接触充電車両用の通信装置であって、地上側において前記送電コイルとの相対位置が決められた状態で配置された第１の通信用コイルと、前記車両側において前記受電コイルとの相対位置が決められた状態で配置され、前記受電コイルで前記送電コイルからの高周波電力を受電可能な状態において前記第１の通信用コイルとの相対位置が決められた状態になる第２の通信用コイルと、前記受電コイルで前記送電コイルからの高周波電力を受電可能な状態において、前記第１の通信用コイルおよび前記第２の通信用コイルの少なくとも一方を、前記第１の通信用コイルと前記第２の通信用コイルとが接近する方向に移動させる移動手段と、を備えることを要旨とする。
【０００７】
請求項１に記載の発明によれば、第１の通信用コイルは、地上側において送電コイルとの相対位置が決められた状態で配置され、第２の通信用コイルは、受電コイルとの相対位置が決められた状態で配置され、受電コイルで送電コイルからの高周波電力を受電可能な状態において第１の通信用コイルとの相対位置が決められた状態になる。そして、移動手段により、受電コイルで送電コイルからの高周波電力を受電可能な状態において、第１の通信用コイルおよび第２の通信用コイルの少なくとも一方が、第１の通信用コイルと第２の通信用コイルとが接近する方向に移動される。これにより、地上側と車両側との通信を安定して行うことができる。
【０００８】
請求項２に記載のように、請求項１に記載の非接触充電車両用の通信装置において、前記送電コイルおよび前記受電コイルは、無端状または一部が切れた環状をなし、前記第１の通信用コイルが前記送電コイルの穴部に位置し、前記第２の通信用コイルが前記受電コイルの穴部に位置するとよい。
【０００９】
請求項３に記載のように、請求項２に記載の非接触充電車両用の通信装置において、前記移動手段は、前記送電コイルの穴部に配置され、前記第１の通信用コイルを移動させる移動ロッドを含み、前記受電コイルが前記移動ロッドに案内されて送電コイルに接近するとよい。
【００１０】
請求項４に記載のように、請求項１に記載の非接触充電車両用の通信装置において、前記移動手段は、前記第１の通信用コイルおよび前記第２の通信用コイルの少なくとも一方を、前記第１の通信用コイルと前記第２の通信用コイルとが接近する方向に移動させ前記第１の通信用コイルと第２の通信用コイルとを電磁結合した状態にさせるとよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、地上側と車両側との通信を安定して行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態における非接触充電システムの概略構成図。
【図２】非接触充電システムの電気的構成を示す回路構成図。
【図３】（ａ），（ｂ）は送電コイル、受電コイル、第１および第２の通信用コイルを模式的に示す斜視図。
【図４】（ａ）はコイルの模式平面図、（ｂ）はコイルの模式正面図。
【図５】（ａ）はコイルの模式平面図、（ｂ）はコイルの模式正面図。
【図６】（ａ），（ｂ）は別例の送電コイル、受電コイル、第１および第２の通信用コイルを模式的に示す斜視図。
【図７】（ａ），（ｂ）はコイルの模式正面図。
【図８】別例の送電コイル、受電コイル、第１および第２の通信用コイルを模式的に示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
なお、図面において、水平面を、直交するＸ，Ｙ方向で規定するとともに、上下方向をＺ方向で規定している。
【００１４】
図１に示すように、車両としての自動車１０において、車体の床面部には受電コイル３１が取付けられている。自動車１０は電気自動車またはハイブリッド車であり、車載バッテリ３４が搭載されている。また、充電スタンドにおける床には地上側設備２０が設けられている。地上側設備２０は送電コイル２１を有している。そして、自動車１０が充電スタンドにおいて充電する際には、送電コイル２１と受電コイル３１とが上下方向において一致するように配置される。そして、送電コイル２１に供給された高周波電力を、送電コイル２１と離間して非接触で配置された受電コイル３１において受電する。受電コイル３１で受電した電力はバッテリ３４の充電に供される。
【００１５】
図２に示す非接触充電システムの全体構成において、地上側に配置される地上側設備２０として、送電コイル２１と高周波電源（交流電源）２２とスタンド側コントローラ２３と第１の通信用コイル２４と通信回路２５と充電開始スイッチ２６を備えている。高周波電源２２、スタンド側コントローラ２３、通信回路２５、充電開始スイッチ２６は、図１のスタンドケースＣ内に収納され、ケーブルにて送電コイル２１と高周波電源２２が接続されている。一方、車両に搭載される車載側機器３０として、受電コイル３１と整流器３２と充電器３３とバッテリ３４と充電ＥＣＵ３５と車両側コントローラ３６と第２の通信用コイル３７と通信回路３８を備えている。
【００１６】
高周波電源２２は高周波電力を出力する。高周波電源２２には送電コイル２１が接続されており、送電コイル２１は高周波電源２２から高周波電力の供給を受ける。
高周波電源２２にはスタンド側コントローラ２３が接続されている。スタンド側コントローラ２３により高周波電源２２がオン／オフされる。また、充電開始スイッチ２６は充電開始の際に人により操作される。充電開始スイッチ２６はスタンド側コントローラ２３に接続され、スタンド側コントローラ２３は充電開始操作を検知する。
【００１７】
受電コイル３１は送電コイル２１と離間して非接触で配置され、送電コイル２１からの電力を電磁誘導により受電する。受電コイル３１には整流器３２が接続されており、受電コイル３１において給電した電力が整流器３２により整流される。
【００１８】
整流器３２には充電器３３が接続されている。充電器３３は受電コイル３１から高周波電力の供給を受けて整流後の電力が充電器３３において昇圧等される。充電器３３はスイッチング素子を備えており、スイッチング素子をオン／オフ制御することにより出力電圧、出力電流が調整される。充電器３３にはバッテリ３４が接続され、バッテリ３４が充電器３３により充電される。
【００１９】
充電器３３には充電ＥＣＵ３５が接続されている。バッテリ３４の充電時には充電ＥＣＵ３５により充電器３３での出力電流・出力電圧をモニタしつつ充電器３３のスイッチング素子が制御される。また、充電ＥＣＵ３５により充電器３３がオン／オフされる。また、充電ＥＣＵ３５はバッテリ電圧Ｖｂを検知している。充電ＥＣＵ３５には車両側コントローラ３６が接続されている。充電ＥＣＵ３５から車両側コントローラ３６に充電完了信号が送られる。
【００２０】
図１，３に示すように、車両側に設けられた受電コイル３１が地上側に設けられた送電コイル２１と離間して非接触で送電コイル２１との相対位置が決められた状態において送電コイル２１から供給された高周波電力を受電して車載バッテリ３４を充電する。このような非接触充電車両用の通信装置として以下の構成となっている。
【００２１】
送電コイル２１は無端状の環状をなし、図４に示すように、第１の通信用コイル２４が送電コイル２１の穴部２１ａに位置している。よって、第１の通信用コイル２４は、地上側において送電コイル２１との相対位置が決められた状態で配置されている。
【００２２】
受電コイル３１は無端状の環状をなし、第２の通信用コイル３７が受電コイル３１の穴部３１ａに位置している。よって、第２の通信用コイル３７は、車両側において受電コイル３１との相対位置が決められた状態で配置されている。そして、図４に示すように、第２の通信用コイル３７は、受電コイル３１で送電コイル２１からの高周波電力を受電可能な状態において第１の通信用コイル２４との相対位置が決められた状態になる。
【００２３】
送電コイル２１の下部には移動用アクチュエータ４０が設けられ、移動用アクチュエータ４０は移動ロッド４１を有し、移動ロッド４１が上下動できるようになっている。移動ロッド４１の先端には第１の通信用コイル２４が取り付けられている。移動用アクチュエータ４０はスタンド側コントローラ２３により駆動される。
【００２４】
図４においては自動車１０が充電を行うべく受電コイル３１が送電コイル２１と対向する位置に配置された状態を示す。この状態は受電コイル３１で送電コイル２１からの高周波電力を受電可能な状態である。そして、移動用アクチュエータ４０を用いて、図５に示すように、第１の通信用コイル２４が上動されると、第１の通信用コイル２４が第２の通信用コイル３７に接近する。これにより、第１の通信用コイル２４と第２の通信用コイル３７とが電磁結合した状態になる。
【００２５】
次に、非接触充電システム（通信装置を含む）の作用を説明する。
自動車１０のバッテリ３４を充電すべく、例えば、自動的に自動車を所定の位置に移動する駐車支援装置を用いて車両を所定の位置に配置する。このとき、第１の通信用コイル２４は、地上側において送電コイル２１との相対位置が決められた状態で配置されているとともに、第２の通信用コイル３７は、車両側において受電コイル３１との相対位置が決められた状態で配置されている。そして、図４の状態から移動用アクチュエータ４０を用いて、図５に示すように、第１の通信用コイル２４が上動される。これにより、第１の通信用コイル２４が第２の通信用コイル３７に接近して第１の通信用コイル２４と第２の通信用コイル３７とが近距離に配置される。この状態においては、第１の通信用コイル２４と第２の通信用コイル３７とが電磁結合した状態になる。
【００２６】
この状態において、充電スタンドと車両が接続するときお互いに相手先を固定すべく、無線通信により認証を行って充電先の車両を特定する。即ち、電気自動車またはハイブリッド車と充電スタンドとの間で認証を行う。詳しくは、スタンド側コントローラ２３と車両側コントローラ３６との間で、通信回路２５と第１の通信用コイル２４と第２の通信用コイル３７と通信回路３８を介して通信を行って認証を行う。
【００２７】
認証終了後において、地上側の人または乗員が充電開始スイッチ２６をオン操作すると、充電開始信号がスタンド側コントローラ２３に送られる。スタンド側コントローラ２３は高周波電源２２に電力出力開始のための指令信号を送るとともに、充電開始のための指令信号を通信回路２５、第１の通信用コイル２４、第２の通信用コイル３７、通信回路３８を介して車両側コントローラ３６に送る。これにより、高周波電源２２は高周波電力を出力する。また、車両側コントローラ３６は充電ＥＣＵ３５に充電開始指令を出し、これにより、充電ＥＣＵ３５から充電器３３に駆動指令が出力される。これにより、充電制御（動作）が開始される。
【００２８】
充電の開始によりバッテリ電圧Ｖｂが上昇していき、予め設定した閾値に達すると、充電ＥＣＵ３５は経時動作を開始する。そして、充電ＥＣＵ３５は閾値を超えてから所定の充電時間が経過すると、充電が完了したとして充電器３３の駆動を停止するとともに車両側コントローラ３６に充電完了信号を出力する。
【００２９】
車両側コントローラ３６は充電完了信号を入力すると、充電完了信号を通信回路３８、第２の通信用コイル３７、第１の通信用コイル２４、通信回路２５を介してスタンド側コントローラ２３に送る。すると、スタンド側コントローラ２３は高周波電源２２に電力出力停止指令を出し、これにより、高周波電源２２の駆動が停止される。
【００３０】
その後、移動用アクチュエータ４０の駆動により第１の通信用コイル２４を下動させて図４の状態に戻す。
このようにして、送電コイル２１と受電コイル３１は電力伝送のため、その相対座標を合わせる必要があり、通信用コイル２４，３７は受給電用のコイル２１，３１と相対的に同一位置にあり、送電コイル２１側に設置された第１の通信用コイル２４には上下の駆動機能があることにより、充電スタンド側と車両側で通信を行うことができる。
【００３１】
具体的には、受給電のためのコイル２１，３１がドーナツ状の場合、送電コイル２１の中心の穴部２１ａに上下に動く棒状の移動ロッド４１の先端に第１の通信用コイル２４を設け、車両に固定された第２の通信用コイル３７と非常に近距離に近づけることにより安定した通信を行う。
【００３２】
このように通信用コイル２４，３７を非常に近接した状態で使用する構造にすることで通信エラー（１対１の認証の間違い）を低減可能である。また、通信の信号品質を向上することができる。
【００３３】
認証について言及すると、車両（ＥＶ、ＰＨＶ等）の充電制御において、充電スタンドと車両のお互いに相手先を固定する必要があり、無線通信を認証に用いて充電先の車両を特定する。単一の無線通信機（ＷＬＡＮ、Ｚｉｇｂｅｅ（登録商標）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標））では給電器と受電機の認証が難しく、認証用のデバイスが別途必要である。本実施形態では安定して認証が行われる。
【００３４】
上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）非接触充電車両用の通信装置の構成として、第１の通信用コイル２４と第２の通信用コイル３７と移動用アクチュエータ４０を備える。第１の通信用コイル２４は、送電コイル２１との相対位置が決められた状態で配置される。第２の通信用コイル３７は、車両側において受電コイル３１との相対位置が決められた状態で配置され、受電コイル３１で送電コイル２１からの高周波電力を受電可能な状態において第１の通信用コイル２４との相対位置が決められた状態になる。移動手段としての移動用アクチュエータ４０は、受電コイル３１で送電コイル２１からの高周波電力を受電可能な状態において、第１の通信用コイル２４を、第１の通信用コイル２４と第２の通信用コイル３７とが接近する方向に移動させ第１の通信用コイル２４と第２の通信用コイル３７とを電磁結合した状態にさせる。よって、地上側と車両側との通信を安定して行うことができる。
【００３５】
（２）送電コイル２１および受電コイル３１は、無端状の環状をなし、第１の通信用コイル２４が送電コイル２１の穴部２１ａに位置し、第２の通信用コイル３７が受電コイル３１の穴部３１ａに位置する。よって、小型化を図ることができる。なお、送電コイルおよび受電コイルは、一部が切れた環状をなし、第１の通信用コイル２４が送電コイルの穴部に位置し、第２の通信用コイル３７が受電コイルの穴部に位置する構成でもよい。
【００３６】
実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
・図６，７に示すように、受電コイル３１を下げることができるようにすることで給電効率を向上することができる。詳しく説明する。図６（ａ）に示すように、上下に移動するロッドについて円錐状のガイドとしての移動ロッド４５となっており、受電コイル３１が移動ロッド４５に案内されて送電コイル２１に接近することができるようになっている。移動ロッド４５は、円錐形状の部材における上部をカットした形状をなし、上面に第１の通信用コイル２４が搭載される。そして、図６（ｂ）に示すように、車両側の受電コイル３１を落下させ、このとき、受電コイル３１の穴部３１ａに対し円錐状の移動ロッド４５でガイドされながら下降して受電コイル３１が送電コイル２１上に位置が合った状態で載置される。
【００３７】
これにより、受給電の両コイル２１，３１の位置合わせ精度が更に向上する。また、受給電用のコイル２１，３１間の距離が近くなり、効率が向上する。さらに、通信用コイル２４，３７が上に、受給電用のコイル２１，３１が下に位置することにより相互の電磁場の影響を低減することができる。
【００３８】
受電コイル３１の上下動機構について言及すると、図７（ａ）に示すように受電コイル３１はワイヤ４７により垂下されており、ワイヤ４７はローラ４６の回転によりローラ４６から伸縮可能となっている。そして、図７（ａ）に示す受電コイル３１が送電コイル２１から離間している状態から、ローラ４６を正回転してワイヤ４７を延ばして図７（ｂ）に示すように受電コイル３１を下げて送電コイル２１の上に受電コイル３１を載置する。なお、送電コイル２１および受電コイル３１は絶縁物で被覆されている。この状態で、送電コイル２１と受電コイル３１との間で電力電送が行われる。この際、送電コイル２１と受電コイル３１とは接近し、かつ、位置が合った状態となっており、給電の効率が向上する。充電完了後はローラ４６を逆回転してワイヤ４７を収縮して受電コイル３１を上げる。
【００３９】
このように、移動手段としての移動用アクチュエータ４０は、送電コイル２１の穴部２１ａに配置され、第１の通信用コイル２４を移動させる移動ロッド４５を含み、受電コイル３１が移動ロッド４５に案内されて送電コイル２１に接近する構成としてもよい。
【００４０】
・送電コイル２１と受電コイル３１は円環状でも四角環状でもよい。
・図８に示すように、平板状のコア５０，６０に対し導線５１，６１を巻回することにより送電コイルと受電コイルを構成してもよい。この場合、平板状のコア５０，６０の横に通信用コイル５５，６５および移動用アクチュエータ５６を設置してもよい。つまり、受給電用のコイルがドーナツ状でない場合も、相対的に同一場所に通信用コイル（２４，３７）を設置すればよい。
【００４１】
・第１の通信用コイル２４についての送電コイル２１との相対位置と、第２の通信用コイル３７についての受電コイル３１との相対位置は等しいのが好ましい。
・第１の通信用コイル２４と第２の通信用コイル３７とを近距離に配置したが、これに代わり、接触させてもよい。なおこのとき、第１の通信用コイル２４と第２の通信用コイル３７とは絶縁物で被覆されている。
【００４２】
・第１の通信用コイル２４を移動させたが、これに代わり、第２の通信用コイル３７を移動させてもよい。あるいは、第１の通信用コイル２４を移動させるとともに第２の通信用コイル３７を移動させてもよい。要は、移動手段により、第１の通信用コイル２４および第２の通信用コイル３７の少なくとも一方を、第１の通信用コイル２４と第２の通信用コイル３７とが接近する方向に移動させ、第１の通信用コイル２４と第２の通信用コイル３７とを電磁結合した状態にさせるようにすればよい。
【００４３】
・送電コイル２１と受電コイル３１を水平方向において対向するように配置させ、この状態において第１の通信用コイル２４と第２の通信用コイル３７とを接近させるべく水平方向に移動させてもよい。
【００４４】
・第１の通信用コイル２４と第２の通信用コイル３７とを用いた通信の内容は認証や充電の開始・完了等以外にも、例えば、車両側からの必要電力の供給指令、充電スタンド側からの送電量の通知等であってもよく、その通信内容・通信目的は問わない。
【００４５】
・第１の通信用コイル２４と第２の通信用コイル３７とを電磁結合した状態にさせたが、電磁結合させなくてもよい。第１の通信用コイル２４と第２の通信用コイル３７とを近接させても安定した通信を行うことができる。ただし、電磁結合した状態にさせることで、より安定した通信を行うことができる。
【符号の説明】
【００４６】
２１…送電コイル、２１ａ…穴部、２４…第１の通信用コイル、３１…受電コイル、３１ａ…穴部、３７…第２の通信用コイル、４０…移動用アクチュエータ、４１…移動ロッド。
【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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