(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の通信用対向電極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の通信用対向電極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の通信用対向電極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の通信用対向電極２４を、第１の通信用対向電極２４と第２の通信用対向電極３７とが接近する方向に移動させ第１の通信用対向電極２４と第２の通信用対向電極３７とを電界的に結合した状態にさせる。【選択図】図３
2014117035.tif 000002
【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の通信用対向電極と、
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の通信用対向電極との相対位置が決められた状態になる第２の通信用対向電極と、
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の通信用対向電極および前記第２の通信用対向電極の少なくとも一方を、前記第１の通信用対向電極と前記第２の通信用対向電極とが接近する方向に移動させ前記第１の通信用対向電極と第２の通信用対向電極とを電界的に結合した状態にさせる移動手段と、
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】
前記第１の通信用対向電極は、前記移動方向に対し直交する方向に延びる第１の面を有する第１の部位と、前記第１の面に対し斜めに延びる第２の面を有する第２の部位を具備し、
前記第２の通信用対向電極は、前記移動方向に対し直交する方向に延び、前記第１の面に対向する第３の面を有する第３の部位と、前記第３の面に対し斜めに延び、前記第２の面に対向する第４の面を有する第４の部位を具備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】
前記第１の通信用対向電極および前記第２の通信用対向電極の少なくとも一方を前記移動方向に直交する方向に移動可能に支持する可動機構を更に備えた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。
【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の通信用対向電極と、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の通信用対向電極との相対位置が決められた状態になる第２の通信用対向電極と、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の通信用対向電極および前記第２の通信用対向電極の少なくとも一方を、前記第１の通信用対向電極と前記第２の通信用対向電極とが接近する方向に移動させ前記第１の通信用対向電極と第２の通信用対向電極とを電界的に結合した状態にさせる移動手段と、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の通信用対向電極は、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の通信用対向電極は、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の通信用対向電極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の通信用対向電極および第２の通信用対向電極の少なくとも一方が、第１の通信用対向電極と第２の通信用対向電極とが接近する方向に移動されて、第１の通信用対向電極と第２の通信用対向電極とが電界的に結合した状態にされる。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、前記第１の通信用対向電極は、前記移動方向に対し直交する方向に延びる第１の面を有する第１の部位と、前記第１の面に対し斜めに延びる第２の面を有する第２の部位を具備し、前記第２の通信用対向電極は、前記移動方向に対し直交する方向に延び、前記第１の面に対向する第３の面を有する第３の部位と、前記第３の面に対し斜めに延び、前記第２の面に対向する第４の面を有する第４の部位を具備するとよい。
【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、前記第１の通信用対向電極および前記第２の通信用対向電極の少なくとも一方を前記移動方向に直交する方向に移動可能に支持する可動機構を更に備えるとよい。
【発明の効果】
【００１０】
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】
【００１１】
【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の通信用対向電極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）はコイルの模式平面図、（ｂ）はコイルの模式正面図、（ｃ）はコイルの模式正面図。
【図７】（ａ）は別例のコイルの平面図、（ｂ）はコイルの模式縦断面図。
【図８】別例のコイルの模式縦断面図。
【図９】（ａ），（ｂ）は他の別例のコイルの模式縦断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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の通信用対向電極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の通信用対向電極３７と通信回路３８を備えている。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
図１，４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。
【００２０】
図６（ａ），（ｂ）に示すように、第１の通信用対向電極２４は、鉄等の金属製の円形の平板よりなる。図３（ａ）および図４に示すように、送電コイル２１は無端状の環状をなし、第１の通信用対向電極２４が送電コイル２１の穴部２１ａに位置している。第１の通信用対向電極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水平方向に延びるように配置されている。
【００２１】
図６（ａ），（ｂ）に示すように、第２の通信用対向電極３７は、鉄等の金属製の円形の平板よりなる。図３（ａ）および図４に示すように、受電コイル３１は無端状の環状をなし、第２の通信用対向電極３７が受電コイル３１の穴部３１ａに位置している。第２の通信用対向電極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水平方向に延びるように配置されている。図６（ｂ）に示すように、第２の通信用対向電極（板）３７の下面は樹脂製絶縁膜３９で被覆されている。そして、第２の通信用対向電極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の通信用対向電極２４との相対位置が決められた状態になる。
【００２２】
図３（ａ）および図４に示すように、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の通信用対向電極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。
【００２３】
図３（ａ）、図４、図６（ｂ）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３（ｂ）、図５、図６（ｃ）に示すように、第１の通信用対向電極２４が上動されると、第１の通信用対向電極２４が絶縁膜３９を挟んで第２の通信用対向電極３７に接近する。本実施形態では、第１の通信用対向電極２４は絶縁膜３９と接触する。これにより、第１の通信用対向電極２４と第２の通信用対向電極３７とが電界的に結合した状態になる。
【００２４】
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の通信用対向電極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の通信用対向電極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、図６（ｂ）の状態から移動用アクチュエータ４０を用いて、図５、図６（ｃ）に示すように、第１の通信用対向電極２４が上動される。これにより、第１の通信用対向電極２４が第２の通信用対向電極３７に接近して第１の通信用対向電極２４と第２の通信用対向電極３７とが近距離に配置される。この状態においては、第１の通信用対向電極２４と第２の通信用対向電極３７とが電界的に結合した状態になる。
【００２５】
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の通信用対向電極２４と第２の通信用対向電極３７と通信回路３８を介して通信を行って認証を行う。
【００２６】
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の通信用対向電極２４、第２の通信用対向電極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。
【００２７】
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。
【００２８】
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の通信用対向電極３７、第１の通信用対向電極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。
【００２９】
その後、移動用アクチュエータ４０の駆動により第１の通信用対向電極２４を下動させて図４、図６（ｂ）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、通信用対向電極２４，３７は受給電用のコイル２１，３１と相対的に同一位置にある。送電コイル２１側に設置された第１の通信用対向電極２４には上下の駆動機能があることにより、通信用対向電極２４を、車両側に搭載された通信用対向電極３７と絶縁膜３９を介して対向させることによりコンデンサの機能を持ち、本コンデンサを介して充電スタンド側と車両側で通信を行うことができる。
【００３０】
具体的には、受給電のためのコイル２１，３１がドーナツ状であり、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の先端に通信用金属平板（２４）を設けている。そして、車両に固定された通信用金属平板（３７）と非常に近距離に近づけることによりコンデンサを形成し、各金属板（２４，３７）に電気信号をやり取りすることにより通信を行う。
【００３１】
このように通信用対向電極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。
【００３２】
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。
【００３３】
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の通信用対向電極２４と第２の通信用対向電極３７と移動用アクチュエータ４０を備える。第１の通信用対向電極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の通信用対向電極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の通信用対向電極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の通信用対向電極２４を、第１の通信用対向電極２４と第２の通信用対向電極３７とが接近する方向に移動させ第１の通信用対向電極２４と第２の通信用対向電極３７とを電界的に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。
【００３４】
（２）平らな金属（通信用対向電極２４）と金属（通信用対向電極３７）を合わせればすむので、コイルのような複雑な構造・形状のものは不要となり、取り付け・配置が簡易化し、体積も低減することができる。
【００３５】
（３）通信用対向電極２４および通信用対向電極３７のどちらか一方に絶縁膜３９が入っていればよく構造が簡易である。
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。
【００３６】
・図７に示すように、第１の通信用対向電極５０は、移動方向（Ｚ方向）に対し直交する方向（Ｘ，Ｙ方向）に延びる第１の面Ｓ１を有する第１の部位５１と、第１の面Ｓ１に対し斜めに延びる第２の面Ｓ２を有する第２の部位５２を具備している。第１の部位５１は円板状をなし、水平に配置され、第２の部位５２は円板状の第１の部位５１の外周部から斜め下に全周にわたり延びている。第２の通信用対向電極６０は、移動方向（Ｚ方向）に対し直交する方向（Ｘ，Ｙ方向）に延び、第１の面Ｓ１に対向する第３の面Ｓ３を有する第３の部位６１と、第３の面Ｓ３に対し斜めに延び、第２の面Ｓ２に対向する第４の面Ｓ４を有する第４の部位６２を具備する。第３の部位６１は円板状をなし、水平に配置され、第４の部位６２は円板状の第３の部位６１の外周部から斜め下に全周にわたり延びている。第２の通信用対向電極６０の下面は絶縁膜６３で被覆されている。第１の通信用対向電極５０と第２の通信用対向電極６０とは絶縁膜６３を挟んで嵌め合う形状・寸法となっている。
【００３７】
また、第２の通信用対向電極６０を、移動方向（Ｚ方向）に直交する方向（Ｘ，Ｙ方向）に移動可能に支持する可動機構７０を更に備える。可動機構７０は、円環部７１と複数のバネ７２を備えている。円環部７１は、水平方向（Ｘ，Ｙ方向）において第２の通信用対向電極６０の外周側に離間して配置されている。円環部７１と第２の通信用対向電極６０との間において複数のバネ７２が等間隔（等角度）で配置されており、複数のバネ７２を介して円環部７１に対し第２の通信用対向電極６０が水平方向（Ｘ，Ｙ方向）に移動可能に支持されている。
【００３８】
そして、図７（ｂ）に示すように、第１の通信用対向電極５０と第２の通信用対向電極６０とが一定距離だけ離間している状態から、第１の通信用対向電極５０が上動して図８に示すように絶縁膜６３に接触する状態になる。このとき、第１の通信用対向電極５０の第２の部位５２の第２の面Ｓ２が第２の通信用対向電極６０の第４の部位６２の第４の面Ｓ４に案内されて第１の通信用対向電極５０と第２の通信用対向電極６０とが接近した状態で対向配置される。
【００３９】
このように、第１の通信用対向電極５０と第２の通信用対向電極６０とを、ほぼ同形状の皿型形状にすることにより、位置合わせがより正確に行われて対向面積を大きくすることができる。
【００４０】
即ち、上下の金属板（対向電極５０，６０）の平面位置が自動的に整合され、自動的に最も広い接合面を形成することができる。これにより、対向配置された電極（５０，６０）間での安定した接合容量を形成することができ、通信の安定化につながる。
【００４１】
なお、可動機構（７０）は、第１の通信用対向電極５０および第２の通信用対向電極６０の少なくとも一方を移動方向（Ｚ方向）に直交する方向（Ｘ，Ｙ方向）に移動可能に支持するものであればよい。
【００４２】
・図７（ｂ）に示した構成に対し図９（ａ）に示すように、第１の通信用対向電極５０の第２の部位５２の外周に金属製拡径部５５を設けるとともに、第２の通信用対向電極６０の周辺部に永久磁石８０等を設置する。そして、図９（ｂ）に示すように、通信用対向電極５０を上動する。このとき、永久磁石８０の磁界により第１の通信用対向電極５０の拡径部５５を吸引して電極５０，６０間の接合強度を上げ、安定した対向形状を形成するのに役立てる。つまり、電極６０側に永久磁石８０等を配置することにより、対向する電極５０，６０を容易に吸引して、平行かつ同位置にすることができる。
【００４３】
・送電コイル２１と受電コイル３１の形状にかかわらず、相対的に同一場所に通信用の対向電極を設置すればよい。つまり、第１の通信用対向電極についての送電コイルとの相対位置と、第２の通信用対向電極についての受電コイルとの相対位置とが等しいのが好ましい。
【００４４】
・図６（ｃ）等で示したように第１の通信用対向電極２４と絶縁膜３９を接触させたが、これに代わり、近距離に配置してもよい。
・第１の通信用対向電極２４を移動させたが、これに代わり、第２の通信用対向電極３７を移動させてもよい。あるいは、第１の通信用対向電極２４を移動させるとともに第２の通信用対向電極３７を移動させてもよい。要は、移動手段により、第１の通信用対向電極２４および第２の通信用対向電極３７の少なくとも一方を、第１の通信用対向電極２４と第２の通信用対向電極３７とが接近する方向に移動させ、第１の通信用対向電極２４と第２の通信用対向電極３７とを電界的に結合した状態にさせるようにすればよい。
【００４５】
・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。他にも、平板状のコアに対し導線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。
・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の通信用対向電極２４と第２の通信用対向電極３７とを接近させるべく水平方向に移動させてもよい。
【００４６】
・第１の通信用対向電極２４と第２の通信用対向電極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。
【符号の説明】
【００４７】
２１…送電コイル、２４…第１の通信用対向電極、３１…受電コイル、３７…第２の通信用対向電極、４０…移動用アクチュエータ、５０…第１の通信用対向電極、５１…第１の部位、５２…第２の部位、６０…第２の通信用対向電極、６１…第３の部位、６２…第４の部位、７０…可動機構、Ｓ１…第１の面、Ｓ２…第２の面、Ｓ３…第３の面、Ｓ４…第４の面。
【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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