(57)【要約】【課題】意匠性に優れ、給電カプラの着脱操作が容易であるとともに、給電カプラの着脱時に確実で安定した操作を行える車両用給電装置を提供する。【解決手段】給電実施個所に設けられて給電用電力を出力する給電カプラ２と、車両に設けられて給電用電力を受け取る受電カプラ４と、給電カプラ２および受電カプラ４の相互間の位置関係を係脱可能に保持するカプラ位置決め部６と、を備えた車両用給電装置１であって、受電カプラ２は、車両のボディ９１の壁面９２の内側に配置されており、カプラ位置決め部６は、ボディ９１の壁面９２を挟んで給電カプラ２と受電カプラ４とを対向させて保持し、ボディ９１の壁面９２を介して給電カプラ２と受電カプラ４とが非接触で給電用電力を給電するようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
給電実施個所に設けられて給電用電力を出力する給電カプラと、車両に設けられて前記給電用電力を受け取る受電カプラと、前記給電カプラおよび前記受電カプラの相互間の位置関係を係脱可能に保持するカプラ位置決め部と、を備えた車両用給電装置であって、
前記受電カプラは、前記車両のボディの壁面の内側に配置されており、
前記カプラ位置決め部は、前記ボディの壁面を挟んで前記給電カプラと前記受電カプラとを対向させて保持し、
前記ボディの壁面を介して前記給電カプラと前記受電カプラとが非接触で前記給電用電力を給電するようにした車両用給電装置。
【請求項２】
前記カプラ位置決め部は、前記給電カプラに設けられた電磁石または永久磁石と、前記受電カプラまたは前記ボディに設けられた永久磁石または軟磁性体とを含んで構成されており、磁気吸引力により前記給電カプラおよび前記受電カプラの相互間の位置関係を保持する請求項１に記載の車両用給電装置。
【請求項３】
前記カプラ位置決め部は、前記磁気吸引力を調整する磁力調整手段を含んで構成されている請求項２に記載の車両用給電装置。
【請求項４】
前記給電カプラは、給電用コアおよび前記給電用コアに巻回されて電源が接続される給電用コイルを有し、
前記受電カプラは、受電用コアおよび前記受電用コアに巻回されて電気負荷が接続される受電用コイルを有し、
前記カプラ位置決め部は、前記ボディの壁面を挟んで前記給電用コアと前記受電用コアとを対向させて保持する請求項１〜３のいずれか一項に記載の車両用給電装置。
【請求項５】
前記給電カプラと前記受電カプラとが対向する間に位置するボディの壁面を樹脂製とした請求項１〜４のいずれか一項に記載の車両用給電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気自動車やハイブリッド車両などに給電する車両用給電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車やハイブリッド車両の普及に伴い、車載バッテリを充電するための給電装置が各種実用化されている。車両用給電装置は、給電実施個所に備えられる給電側の装置と、車両に搭載される受電側の装置とにより構成される。一般的なプラグインタイプの車両用給電装置では、給電側と受電側とを接続するプラグの着脱操作が煩雑であることへの対策や、多数回の着脱操作でプラグに変形や損傷が生じないようにする対策が必要になる。これらの対策の技術例として、非接触給電方式の給電装置が特許文献１および特許文献２に開示されている。
【０００３】
特許文献１の受電側カプラは、充電する際に１次コイルおよび送電側コアを備えた送電側カプラに対して電気的に非接触の状態で結合し、誘導起電力を発生する２次コイルおよび受電側コアを備えている。さらに、受電側コアは、２次コイルを収納する溝部を形成した断面略Ｅ字状のコア部材と、溝部を塞ぐ板状のコア部材にて形成されている。これにより、容易に形成でき、低コスト化を図ることができる受電側カプラを提供できる、とされている。また、実施形態には、上側に開口部を有して車両の前部に設けられた受電側カプラの態様が開示されている。そして、送電側カプラを受電側カプラの開口部から挿入して両カプラを結合させると、受電側の断面略Ｅ字状のコア部材と板状のコア部材との間に送電側コアが嵌まり込むようになっている。
【０００４】
また、特許文献２の非接触給電装置のコイル位置決め保持装置は、地上側に配設される給電側電磁コイルから車両側に配設される受電側電磁コイルへ非接触で電力を供給するための装置である。そして、給電側電磁コイルあるいは受電側電磁コイルの一方に取り付けられる電磁石と、他方に取り付けられる磁性体との電磁吸着力の作用により、両コイルを所定位置に案内するとともに対面保持させる。これにより、簡単かつ安価な構成でありながら、両コイルを迅速かつ良好に位置合わせしつつ接離可能に対面保持させることができる、とされている。また、実施形態には、車体の側面壁に受電側電磁コイルを突設し、地上側ではアーム機構によって給電側電磁コイルを案内する態様が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１３３５３５号公報
【特許文献２】特開２０１１−１９３６１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、特許文献１の技術では、送電側カプラを受電側カプラの開口部から挿入する操作が必要であり、操作が煩雑である問題点は必ずしも解消されていない。加えて、開口部へ塵埃や雨水が入り込まないように蓋を設けることになるため、さらに操作は煩雑になる。また、受電側カプラの開口部は意匠性に難が有り、蓋を設けても意匠性の低下は否めない。
【０００７】
特許文献２の技術では、車体の側面壁に受電側電磁コイルを突設しており、意匠性に難が有る問題点は特許文献１と同様である。また、電磁吸着力の作用で給電側電磁コイルを受電側電磁コイルへと案内するが、電磁吸着力が大き過ぎるとコイル同士が強く衝突して給電操作時に違和感が発生する。この場合、１回の衝突で故障しなくとも多数回の衝突の繰り返しでコイルが損傷することへの対策や、表面が摩耗しないようにする対策が必要となる。さらに、給電を終了して電磁吸着力を解除したとき、給電側電磁コイルに反動などの違和感が発生するおそれもある。
【０００８】
本発明は、上記背景技術の問題点に鑑みてなされたものであり、意匠性に優れ、給電カプラの着脱操作が容易であるとともに、給電カプラの着脱時に確実で安定した操作を行える車両用給電装置を提供することを解決すべき課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決する請求項１に係る車両用給電装置の発明は、給電実施個所に設けられて給電用電力を出力する給電カプラと、車両に設けられて前記給電用電力を受け取る受電カプラと、前記給電カプラおよび前記受電カプラの相互間の位置関係を係脱可能に保持するカプラ位置決め部と、を備えた車両用給電装置であって、前記受電カプラは、前記車両のボディの壁面の内側に配置されており、前記カプラ位置決め部は、前記ボディの壁面を挟んで前記給電カプラと前記受電カプラとを対向させて保持し、前記ボディの壁面を介して前記給電カプラと前記受電カプラとが非接触で前記給電用電力を給電するようにした。
【００１０】
これによれば、受電カプラは、車両のボディの壁面の内側に配置され、周囲から見えない。したがって、ボディの外観がすっきりとして意匠性に優れる。
【００１１】
請求項２に係る発明では、前記カプラ位置決め部は、前記給電カプラに設けられた電磁石または永久磁石と、前記受電カプラまたは前記ボディに設けられた永久磁石または軟磁性体とを含んで構成されており、磁気吸引力により前記給電カプラおよび前記受電カプラの相互間の位置関係を保持する。
【００１２】
これによれば、受電カプラが車両のボディの壁面の内側に配置されて見えなくとも、磁気吸引力により給電カプラが受電カプラへと案内されて、カプラ相互間の位置関係が保持される。したがって、給電カプラの着脱操作が容易である。また、電磁石を用いず永久磁石を用いる構成では、電磁石の励磁電力が不要となり省エネルギ効果が発生する。
【００１３】
請求項３に係る発明では、前記カプラ位置決め部は、前記磁気吸引力を調整する磁力調整手段を含んで構成されている。
【００１４】
これによれば、磁気吸引力により給電カプラを受電カプラへと案内するときに、磁力調整手段で磁気吸引力を調整できる。したがって、過大な磁気吸引力により給電カプラがボディの外壁面に強く引き付けられ、これによって給電カプラがボディに衝突することを防止できる。また、給電中は、比較的大きな磁気吸引力でカプラ相互間を確実に結合できるので、ボディを介しての給電カプラと受電カプラとの非接触給電が安定する。さらに、給電を終了したときに徐々に磁気吸引力を解除できるので、給電終了における操作時の違和感を防止できる。一例として、磁気吸引力の解除により給電カプラに比較的大きな反動が生じることを防止できる。
【００１５】
請求項４に係る発明では、前記給電カプラは、給電用コアおよび前記給電用コアに巻回されて電源が接続される給電用コイルを有し、前記受電カプラは、受電用コアおよび前記受電用コアに巻回されて電気負荷が接続される受電用コイルを有し、前記カプラ位置決め部は、前記ボディの壁面を挟んで前記給電用コアと前記受電用コアとを対向させて保持する。
【００１６】
これによれば、給電用コアと受電用コアとを対向させて磁束を通すことにより、給電用コイルと受電用コイルとの相互誘導係数が高くなる。したがって、例えば、電磁結合方式を利用した非接触給電で高い給電効率が得られる。
【００１７】
請求項５に係る発明では、前記給電カプラと前記受電カプラとが対向する間に位置するボディの壁面を樹脂製とした。
【００１８】
これによれば、一般的に強磁性材料の鉄製とされるボディの壁面を樹脂製としたので、磁界への影響が著しく低減される。さらに、ボディの壁面が樹脂製であると、電界への影響も低減される。したがって、ボディの壁面を介しての非接触給電で、給電効率の低下を抑制できる。また、磁気吸引力を用いるカプラ位置決め部では、磁気吸引力の低下を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】第１実施形態の車両用給電装置の構成を模式的に示した図である。
【図２】給電カプラおよび受電カプラの拡大図である。
【図３】第１実施形態の車両用給電装置の電気的な構成を示す回路図である。
【図４】第１実施形態の車両用給電装置に用いる給電カプラおよび受電カプラの詳細な内部構造を示した斜視図である。
【図５】第２実施形態の車両用給電装置に用いる給電カプラおよび受電カプラの詳細な内部構造を示した斜視図である。
【図６】第２実施形態の車両用給電装置の電気的な構成を示す回路図である。
【図７】第３実施形態の車両用給電装置に用いる給電カプラおよび受電カプラの詳細な内部構造を示した斜視図である。
【図８】第３実施形態において給電カプラを取り外す方法を説明する図である。
【図９】第４実施形態の車両用給電装置に用いる給電カプラおよび受電カプラの詳細な内部構造を示した斜視図である。
【図１０】第４実施形態において給電カプラを取り外す方法を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の第１実施形態の車両用給電装置について、図１〜図４を参考にして説明する。図１は、第１実施形態の車両用給電装置１の構成を模式的に示した図である。車両用給電装置１は、給電カプラ２、受電カプラ４、および図１には見えないカプラ位置決め部を備える。給電カプラ２は、事業用の給電スタンドや駐車場、一般家庭の車庫などの給電実施個所に設けられる。一方、受電カプラ４は、車両のボディ９１の右側面の後部寄りの壁面９２の内側に配設される。受電カプラ４は、ボディ９１の壁面９２によって隠されており、車両の周囲から直接見ることができない。
【００２１】
図２は、給電カプラ２および受電カプラ４の拡大図である。給電カプラ２は、給電用コア２１、給電用コイル２２、給電遮蔽ケース２３（図４示）、給電外装ケース２４、および給電ケーブル２５などで構成されている。給電用コア２１および給電用コイル２２は、ボディ９１を介在させて、給電用電力を間接的に非接触で給電する。給電遮蔽ケース２３は、給電用コア２１および給電用コイル２２を覆うことで、発生する磁界や電界の外部への影響をなくす、若しくは低減する。給電外装ケース２４は、給電用コア２１、給電用コイル２２、および給電遮蔽ケース２３を収納して保護する。給電ケーブル２５は、給電用コイル２２を給電用電源３１（図３示）に接続する。
【００２２】
一方、受電カプラ４は、受電用コア４１、受電用コイル４２、受電遮蔽ケース４３（図４示）、および受電外装ケース４４などで構成されている。受電用コア４１および受電用コイル４２は、給電用電力を間接的に非接触で受け取る。受電遮蔽ケース４３は、受電用コア４１および受電用コイル４２を覆うことで、発生する磁界や電界の外部への影響を低減する。外装ケース４４は、受電用コア４１、受電用コイル４２、および受電遮蔽ケース４３を収納して保護する。
【００２３】
図３は、第１実施形態の車両用給電装置１の電気的な構成を示す回路図である。給電カプラ２は、給電用コア２１、および給電用コア２１に巻回された給電用コイル２２を有している。給電用コイル２２の両端は、給電ケーブル２５により給電用電源３１に接続され、これにより閉じた給電回路が構成されている。給電用電源３１は、商用周波数の交流電源で動作し、非接触給電に好適な高い給電周波数の高周波電力を出力する。給電回路の途中には、共振用コンデンサ３２および給電スイッチ３３が直列に接続されている。共振用コンデンサ３２は、給電用コイル２２に対して直列接続されており、給電周波数で直列共振するように静電容量値が設計されている。給電スイッチ３３は、給電回路を開閉して、給電の実施および停止を切り替える。なお、共振用コンデンサ３２および給電スイッチ３３の配設位置は、給電カプラ２側および給電用電源３１側のどちらであってもよい。
【００２４】
一方、受電カプラ４は、受電用コア４１、および受電用コア４１に巻回された受電用コイル４２を有している。受電用コイル４２の両端は、受電変換部５１の入力側に接続されている。さらに、受電変換部５１の出力側は、電気負荷５２に接続されている。これにより閉じた受電回路が構成されている。受電変換部５１には整流平滑回路を例示できる。整流平滑回路は、受電用コイル４２が受け取った給電周波数の高周波電力を直流電力に変換し、電気負荷５２に出力する。電気負荷５２には、整流平滑回路から充電される車載バッテリを例示できる。
【００２５】
後に詳述するカプラ位置決め部６により、給電用コア２１と受電用コア４１とが対向配置されると、磁気回路が形成されて磁束が通る。これにより、給電用コイル２２と受電用コイル４２とが相互誘導結合されて、電磁結合方式の非接触給電を行えるようになる。なお、給電用電源３１の給電周波数は、固定値としてもよく、周波数調整部を用いた可変値として良好な直列共振状態を保つようにしてもよい。
【００２６】
次に、給電カプラ２および受電カプラ４の詳細な内部構造について説明する。図４は、第１実施形態の車両用給電装置１に用いる給電カプラ２および受電カプラ４の詳細な内部構造を示した斜視図である。図示されるように、給電カプラ２と受電カプラ４とは、カプラ位置決め部６を除いて、概ね同一形状に構成されていることが好ましい。また、給電カプラ２および受電カプラ４は、図４で上下対称構造になっていることが好ましい。以下では、受電カプラ４を例にして詳細に説明する。
【００２７】
受電カプラ４の受電用コア４１は、比較的高い透磁率を有するコア材料、例えば電磁鋼板で形成されている。受電用コア４１は、主脚４１１および戻り脚４１２を有する。主脚４１１は、太い丸棒形状とされている。戻り脚４１２は、主脚４１１の一端（図４で隠れている右奥側の端）に連なりつつ上下に分岐し、上下で屈曲して主脚４１１の他端方向（図４で見えている左手前に向かう方向）に突出している。戻り脚４１２の上下の突出部分は、主脚４１１を中心とする円弧状に形成されている。また、突出部分の先端面は、主脚４１１の他端の面に揃っている。したがって、受電用コア４１の側面形状は、図４では概ねＥ字形状になっている。
【００２８】
受電用コイル４２は、高い導電率を有するコイル線材、例えば銅線が受電用コア４１の主脚４１１に巻回されて形成されている。受電用コイル４２は、図４では薄い円環形状とされているが、これに限定されず、公知の多様な巻線構造を適宜採用できる。
【００２９】
受電カプラ４の受電遮蔽ケース４３は、電磁シールドの用途に好適な材料、例えば銅板若しくは鉄板で形成されている。受電遮蔽ケース４３は、受電用コア４１および受電用コイル４２を収納する浅底の箱形状になっている。詳述すると、受電遮蔽ケース４３は、符号略の底板、２つの平らな側板４３１、４３２、および２つの曲がった側板４３３、４３４からなる。底板は、受電用コア４１よりも少し大きめな概ね小判形状であり、受電用コア４１の図４の右奥側を覆うようになっている。２つの平らな側板４３１、４３２は、底板の小判形状の真っ直ぐな縁から立設されており、受電用コイル４２の図４の左右を覆っている。２つの曲がった側板４３３、４３４は、底板の小判形状の曲がった縁から立設されており、受電用コア４１の戻り脚４１２の突出部分の図４の上下を覆っている。２つの平らな側板４３１、４３２および２つの曲がった側板４３３、４３４は、繋がって底板の縁を周回している。そして、受電遮蔽ケース４３の概ね開口面高さに、受電用コア４１の主脚４１１の他端面および戻り脚４１２の２つの突出部分の先端面が位置している。
【００３０】
受電カプラ４と同様に、給電カプラ２の給電用コア２１は、主脚２１１および戻り脚２１２からなり、側面形状は概ねＥ字形状になっている。また、給電用コイル２２は、コイル線材が給電用コア２１の主脚２１１に巻回されて形成されている。さらに、給電遮蔽ケース２３は、符号略の底板、２つの平らな側板２３１、２３２、および、２つの曲がった側板２３３、２３４からなる。
【００３１】
次に、カプラ位置決め部６の構成について説明する。カプラ位置決め部６は、車両のボディ９１の壁面９２を挟んで給電カプラ２と受電カプラ４とを対向させて保持する機能を有している。カプラ位置決め部６は、給電カプラ２に設けられた２個の電磁石６１と、受電カプラに設けられた２個の永久磁石６５とを含んで構成されている。詳述すると、電磁石６１は、給電遮蔽ケース２３の２つの平らな側板２３１、２３２の外側に１個ずつ設けられている。電磁石６１は、鉄心６１１および励磁コイル６１５からなる。鉄心６１１は、軟磁性材料を用いて略コ字形状に形成されている。鉄心６１１の両端の磁気吸引面６１２は、給電遮蔽ケース２３の開口面に概ね揃っている。励磁コイル６１５は、鉄心６１１の中間部に巻回されている。上記した電磁石６１を設ける個数は限定されない。
【００３２】
図３に示されるように、励磁コイル６１５の両端は、励磁スイッチ６３を介して励磁電源６２に接続され、これにより閉じた励磁回路が構成されている。励磁電源６２として、例えば、バッテリや電圧調整可能な直流電源装置を用いることができる。図３では省略されているが、２個の電磁石６１に対して１個の励磁スイッチ６３が共通に設けられる。励磁スイッチ６３は、励磁回路を開閉して、２個の電磁石６１の磁気吸引力の発生および解除を一括して切り替える。励磁スイッチ６３は、給電カプラ２に設けられることが好ましい。なお、励磁スイッチ６３は、給電スイッチ３３の近傍に作業者がスイッチ操作できるように別々に設けることも可能である。
【００３３】
一方、２個の永久磁石６５は、受電遮蔽ケース４３の２つの平らな側板４３１、４３２の外側に１個ずつ設けられている。永久磁石６５は、フェライトなどの硬磁性材料を用いて略コ字形状に形成されている。永久磁石６５の両端の磁気吸引面６５２は、受電遮蔽ケース４３の開口面に概ね揃っている。永久磁石６５の半永久的な磁気吸引力は、励磁された電磁石６１の磁気吸引力よりも弱く設定されている。上記した永久磁石６５は、鉄等の軟磁性体としても良く、設ける個数は限定されない。
【００３４】
電磁石６１および永久磁石６５を含んだカプラ位置決め部６は、上下対称構造を有している。このため、給電カプラ２は、上下を逆にして受電カプラ４に対向する場合が生じ得る。それでも、給電用コア２１、給電用コイル２２、受電用コア４１、および受電用コイル４２も上下対称構造であるので、支障は生じない。
【００３５】
次に、第１実施形態の車両用給電装置１の使用方法、および作用について説明する。車両への給電作業を行うとき、作業者は、給電スイッチ３３および励磁スイッチ６３を開放した状態にして、給電カプラ２を車両のボディ９１に近づけてゆく。ここで、ボディ９１の内側の受電カプラ４の永久磁石６５は磁気吸引力を発生しているので、ボディ９１の壁面９２が樹脂製以外に鉄製であっても壁面９２の外側まで磁気吸引力が及んでいる。したがって、受電カプラ４の正確な位置が不明でも、給電操作の開始時には永久磁石６５の磁気吸引力により給電カプラ２が受電カプラ４の配設位置へと案内される。そして、２個の永久磁石６５の磁気吸引面６５２は、励磁されていない２個の電磁石６１の磁気吸引面６１２をそれぞれ吸引保持する。このとき、永久磁石６５の磁気吸引力は比較的小さいので、給電カプラ２がボディ９１の外壁面に強く衝突することは無い。なお、ボディ９１の外壁面に受電カプラ４の正確な位置を示すマーカを付設しておけば、作業は一層容易である。
【００３６】
このようにして、カプラ位置決め部６は、ボディ９１の壁面９２を挟んで給電カプラ２と受電カプラ４とを対向させ、磁気吸引力によりカプラ２、４相互間の位置関係を保持する。次に、作業者は、励磁スイッチ６３を投入する。すると、電磁石６１が強い磁気吸引力を発生するので、２つの磁気吸引面６１２、６５２は強く吸引し合い、給電カプラ２と受電カプラ４との位置関係が堅固に保持される。給電用コア２１および受電用コア４１は、ボディ９１の壁面９２を挟んで対向し、相互に磁束が通る状態となる。その次に、作業者は、給電スイッチ３３を投入する。これにより、給電用電源３１から車両の電気負荷５２へと、ボディ９１の壁面９２を介して給電用電力を非接触で給電できる。給電中は、電磁石６１の大きな磁気吸引力でカプラ２、４相互間を確実に結合できるので、非接触給電が安定する。
【００３７】
給電が終了すると、給電スイッチ３３は制御により自動的に開放され、続けて作業者が給電カプラ２に設けられた励磁スイッチ６３を開放する。このとき、永久磁石６５の磁気吸引力が残っているので、仮に手を離しても、給電カプラ２はボディ９１の外壁面に保持され落下することは無い。作業者は、ボディ９１の壁面９２から給電カプラ２を取り外して給電作業を終了する。このとき、永久磁石６５の磁気吸引力は弱くなっているので、作業者は給電カプラ２を取り外すために過大な力を必要とせず、給電作業の終了操作時に違和感、例えば、過大な反動は発生しない。
【００３８】
第１実施形態の車両用給電装置１は、給電実施個所に設けられて給電用電力を出力する給電カプラ２と、車両に設けられて給電用電力を受け取る受電カプラ４と、給電カプラ２および受電カプラ４の相互間の位置関係を係脱可能に保持するカプラ位置決め部６と、を備えた車両用給電装置１であって、受電カプラ４は、車両のボディ９１の壁面９２の内側に配置されており、カプラ位置決め部６は、ボディ９１の壁面９２を挟んで給電カプラ２と受電カプラ４とを対向させて保持し、ボディ９１の壁面９２を介して給電カプラ２と受電カプラ４とが非接触で給電用電力を給電するようにしている。
【００３９】
これによれば、受電カプラ４は、車両のボディ９１の壁面９２の内側に配置され、周囲から見えない。したがって、ボディ９１の外観がすっきりとして意匠性に優れる。
【００４０】
さらに、第１実施形態の車両用給電装置１では、カプラ位置決め部６は、給電カプラ２に設けられた電磁石６１と、受電カプラ４に設けられた永久磁石６５とを含んで構成されており、磁気吸引力により給電カプラ２および受電カプラ４の相互間の位置関係を保持する。
【００４１】
これによれば、受電カプラ４が車両のボディ９１の壁面９２の内側に配置されて見えなくとも、磁気吸引力により給電カプラ２が受電カプラへ４と案内されて、カプラ相互間２、４の位置関係が保持される。したがって、給電カプラ２の着脱操作が容易である。
【００４２】
さらに、第１実施形態の車両用給電装置１では、給電カプラ２は、給電用コア２１および給電用コア２１に巻回されて給電用電源３１が接続される給電用コイル２２を有し、受電カプラ４は、受電用コア４１および受電用コア４１に巻回されて電気負荷５２が接続される受電用コイル４２を有し、カプラ位置決め部６は、ボディ９１の壁面９２を挟んで給電用コア２１と受電用コア４１とを対向させて保持する。
【００４３】
これによれば、給電用コア２１と受電用コア４１とを対向させて磁束を通すことにより、給電用コイル２２と受電用コイル４２との相互誘導係数が高くなる。したがって、例えば、電磁結合方式を利用した非接触給電で高い給電効率が得られる。
【００４４】
なお、第１実施形態の車両用給電装置１で、給電カプラ２と受電カプラ４とが対向する間に位置するボディ９１の壁面９２を樹脂製とする変形を実施してもよい。この場合、例えば、ボディ９１に円形の孔を穿設し、この孔にプラスチック製などの円板を嵌設する。また例えば、ボディ９１の本体に代え、樹脂製のバンパーなどを挟んで給電カプラ２と受電カプラ４とを対向させて保持するようにしてもよい。さらには、ボディ９１の全体を樹脂製としてもよい。
【００４５】
上記した第１実施形態の車両用給電装置１の変形では、給電カプラ２と受電カプラ４とが対向する間に位置するボディ９１の壁面９２を樹脂製とした。
【００４６】
これによれば、一般的に強磁性材料の鉄製とされるボディ９１の壁面９２を樹脂製としたので、磁界への影響が著しく低減される。さらに、ボディ９１の壁面９２が樹脂製であると、電界への影響も低減される。したがって、ボディ９１の壁面９２を介しての非接触給電で、給電効率の低下を抑制できる。また、磁気吸引力を用いるカプラ位置決め部６では、磁気吸引力の低下を抑制できる。
【００４７】
次に、カプラ位置決め部６Ａの構造が異なる第２実施形態の車両用給電装置について、第１実施形態と異なる点を主に説明する。図５は、第２実施形態の車両用給電装置に用いる給電カプラ２Ａおよび受電カプラ４Ａの詳細な内部構造を示した斜視図である。図示されるように、給電カプラ２および受電カプラ４のコア４１、コイル４２、および遮蔽ケース２３、４３は、第１実施形態に類似した構造であるので、説明は省略する。
【００４８】
第２実施形態のカプラ位置決め部６Ａは、給電カプラ２Ａに設けられた１個の電磁石６６と、受電カプラ４Ａに設けられた１個の軟磁性体６７とを含んで構成されている。詳述すると、電磁石６６は、第１実施形態の電磁石６１と比較して大形であり、鉄心６６１および励磁コイル６６５からなる。鉄心６６１は、鉄などの軟磁性材料の薄板を屈曲させて略コ字形状に形成されている、鉄心６６１は、給電遮蔽ケース２３の底板２３５および２つの側板２３１、２３２の外側に沿うように配置されている。鉄心６６１の両端の磁気吸引面６６２は、給電遮蔽ケース２３の開口面に概ね揃っている。励磁コイル６６５は、鉄心６６１の中間部に巻回されて形成されており、給電遮蔽ケース２３の底板４３５の中央付近に位置している。励磁コイル６６５は、図５では一層巻きの筒形状とされているが、これに限定されず、公知の多様な巻線構造を適宜採用できる。
【００４９】
図６は、第２実施形態の車両用給電装置の電気的な構成を示す回路図である。図示されるように、第２実施形態では、非接触給電および電磁石６６の励磁に共用の電源制御装置７を用いる。励磁コイル６６５の両端は電源制御装置７に接続され、これにより励磁回路が構成されている。電源制御装置７には、給電電力や励磁電力を開閉するスイッチ類や、給電の開始および終了を指令する指令ボタンなどが適宜設けられている。したがって、個別の給電スイッチ３３および励磁スイッチ６３は省略されている。電源制御装置７は、商用周波数の交流電源７１で動作し、励磁コイル６６５に印加する直流電圧を可変に調整し、かつ開閉操作する。これにより、電磁石６６の磁気吸引力を可変に調整できる。電源制御装置７は、本発明の磁力調整手段に相当する。なお、電源制御装置７は、非接触給電の給電周波数および給電電圧の大きさを調整して給電用コイル２２に出力する。
【００５０】
図５に戻り、受電カプラ４Ａに設けられた軟磁性体６７は、鉄などの軟磁性材料の薄板を用いて、鉄心６６１と概ね同じ形状に形成されている、軟磁性体６７は、受電遮蔽ケース４３の底板および２つの側板４３１、４３２の外側に沿うように配置されている。軟磁性体６７の両端の磁気吸引面６７２は、受電遮蔽ケース４３の開口面に概ね揃っている。
【００５１】
第２実施形態の車両用給電装置は、第１実施形態と比較して使用方法が若干異なる。車両への給電作業を行うとき、作業者は、給電用コイル２２に電流が流れず、励磁コイル６６５にわずかな電流が流れるように調整して、給電カプラ２Ａを車両のボディ９１に近づけてゆく。ここで、電磁石６６に磁気吸引力が発生しているので、ボディ９１の壁面９２の内側まで磁気吸引力が及ぶ。このため、受電カプラ４Ａの正確な位置が不明でも、電磁石６６の磁気吸引面６６２が軟磁性体６７の磁気吸引面６７２に正対して、給電カプラ２Ａが受電カプラへ４Ａと案内される。このとき、電磁石６６の磁気吸引力は比較的小さいので、給電カプラ２Ａがボディ９１の外壁面に強く衝突することは無い。
【００５２】
このようにして、カプラ位置決め部６Ａは、ボディ９１の壁面９２を挟んで給電カプラ２Ａと受電カプラ４Ａとを対向させ、電磁石６６の磁気吸引力によりカプラ２Ａ、４Ａ相互間の位置関係を保持する。次に、作業者は、給電を開始する指令を電源制御装置７に入力する。すると、電源制御装置７は、まず、励磁コイル６６５に流す電流を徐々に強める。これにより、電磁石６６は強い磁気吸引力を発生するので、２つの磁気吸引面６６２、６７２は強く吸引し合い、給電カプラ２Ａと受電カプラ４Ａとの位置関係が堅固に保持される。その次に、電源制御装置７は、給電用コイル２２に通電して、非接触給電を開始する。給電中は、電磁石６６の大きな磁気吸引力でカプラ２Ａ、４Ａ相互間を確実に結合できるので、非接触給電が安定する。
【００５３】
給電が終了しても、電磁石６６の磁気吸引力は残っているので、仮に手を離しても、給電カプラ２はボディ９１の外壁面に保持され落下することは無い。次に、自動または手動で励磁コイル６６５に流す電流を徐々に弱めていくと、電磁石６６の磁気吸引力は次第に弱まる。これにより、ボディ９１の外壁面から給電カプラ２が自動的に取り外され、作業者は力を必要とせず、給電カプラ２に大きな反動は生じない。最後に、作業者は、励磁コイル６６５に流す電流を完全に遮断して、給電作業を終了する。
【００５４】
第２実施形態の車両用給電装置では、カプラ位置決め部６Ａは、磁気吸引力を調整する磁力調整手段（電源制御装置７）を含んで構成されている。
【００５５】
これによれば、電磁石６６の磁気吸引力により給電カプラ２Ａを受電カプラ４Ａへと案内するときに、磁力調整手段で磁気吸引力を調整できる。したがって、過大な磁気吸引力により、給電カプラ２がボディ９１の外壁面に強く引き付けられ、これによって給電カプラ２がボディ９１に衝突することを防止できる。また、給電中は、電磁石６６の比較的大きな磁気吸引力でカプラ２Ａ、４Ａ相互間を確実に結合できるので、ボディ９１を介しての給電カプラ２Ａと受電カプラ４Ａとの非接触給電が安定する。さらに、給電を終了したときに徐々に電磁石６６の磁気吸引力を解除できるので、給電終了における操作時の違和感を防止できる。一例として、磁気吸引力の解除により給電カプラ２Ａに比較的大きな反動が生じることを防止できる。
【００５６】
次に、カプラ位置決め部６Ａに電磁石６１、６６を用いないで省エネルギ効果を有する第３実施形態の車両用給電装置について、第１および第２実施形態と異なる点を主に説明する。図７は、第３実施形態の車両用給電装置に用いる給電カプラ２Ｂおよび受電カプラ４Ｂの詳細な内部構造を示した斜視図である。図示されるように、給電カプラ２および受電カプラ４のコア４１、コイル４２、および遮蔽ケース２３、４３は、第１および第２実施形態に類似した構造であるので、説明は省略する。
【００５７】
第３実施形態のカプラ位置決め部６Ｂは、給電カプラ２Ｂに設けられた４個の永久磁石８１１〜８１４と、受電カプラ４Ｂに設けられた４個の永久磁石８１１〜８１４とを含んで構成されている。詳述すると、給電カプラ２Ｂの給電遮蔽ケース２３の２つの側板２３１、２３２には、図７の上下方向に延在する案内レール２３７が突設されている。永久磁石８１１〜８１４は、案内レール２３７に嵌合する図略の嵌合部を有し、各案内レール２３７に２個ずつ上下動可能に保持されている。また、各案内レール２３７の２個の永久磁石（８１１と８１２、８１３と８１４）は、図略の付勢部材により上下に離間するように付勢されている。一方の側板２３１で、２個の永久磁石８１１、８１２は、Ｓ極が上側、Ｎ極が下側に配置されている。また、他方の側板２３２で、２個の永久磁石８１３、８１４は、Ｓ極が下側、Ｎ極が上側に配置されている。給電カプラ２Ｂは回転対称形状であり、回転して上下が逆になっても使用できる。
【００５８】
一方、受電カプラ４Ｂの２つの側板４３１、４３２には、それぞれ２個の永久磁石８２１〜８２４が上下に離間して固設されている。各側板４３１、４３２の２個の永久磁石（８２１と８２２、８２３と８２４）の離間距離は、給電カプラ２Ｂの付勢された２個の永久磁石（８１１と８１２、８１３と８１４）の離間距離に等しい。一方の側板４３１で、２個の永久磁石８２１、８２２は、Ｎ極が上側、Ｓ極が下側に配置されている。また、他方の側板４３２で、２個の永久磁石８２３、８２４は、Ｎ極が下側、Ｓ極が上側に配置されている。
【００５９】
上述の第３実施形態の車両用給電装置で、作業者が給電カプラ２Ｂを車両のボディ９１に近づけてゆくと、給電カプラ２Ｂの一方の側板２３１と受電カプラ２４Ｂの一方の側板４３１とが接近する。同時に、給電カプラ２Ｂの他方の側板２３２と受電カプラ２４Ｂの他方の側板４３２とが接近する。これにより、給電カプラ２Ｂの４個の永久磁石８１１〜８１４と、受電カプラ４Ｂの４個の永久磁石８２１〜８２４とが接近して対向し、かつ異極同士が対向して磁気吸引力が発生する。このようにして、カプラ位置決め部６Ｂは、ボディ９１の壁面９２を挟んで給電カプラ２Ｂと受電カプラ４Ｂとを対向させることができる。また、給電中は、永久磁石８１１〜８１４、８２１〜８２４間の大きな磁気吸引力でカプラ２Ｂ、４Ｂ相互間を確実に結合できるので、非接触給電が安定する。
【００６０】
給電が終了すると、作業者は、図８に示される方法で給電カプラ２Ｂを取り外す。図８は、第３実施形態において給電カプラ２Ｂを取り外す方法を説明する図である。図８で、図示省略されたボディ９１の壁面９２を挟んで、給電カプラ２Ｂと給電カプラ２Ｂとが対向保持されている。給電が終了すると、作業者は、図８の太い矢印に示されるように給電カプラ２Ｂの各側板２３１、２３２の２個の永久磁石（８１１と８１２、８１３と８１４）を、付勢部材に抗して徐々に接近させる。この操作は、例えば、２個の永久磁石（８１１と８１２、８１３と８１４）を指で挟み込むだけよく、極めて簡単である。すると、給電カプラ２Ｂの永久磁石８１１〜８１４と受電カプラ４Ｂの永久磁石８２１〜８２４との対向位置関係が変化する。これにより、異極同士の対向が図８に示される同極同士の対向に変化し、磁気排斥力が発生して給電カプラ２を取り外せる。対向位置関係が変化する永久磁石８１１〜８１４、８２１〜８２４の構成は、本発明の磁力調整手段に相当する。
【００６１】
第３実施形態の車両用給電装置では、カプラ位置決め部６Ｂは、給電カプラ２Ｂに設けられた永久磁石８１１〜８１４と、受電カプラ４Ｂに設けられた永久磁石８２１〜８２４とを含んで構成されており、磁気吸引力により給電カプラ２Ｂおよび受電カプラ４Ｂの相互間の位置関係を保持する。
【００６２】
これによれば、２個の永久磁石（８１１と８１２、８１３と８１４）を接近させる簡単な操作で給電カプラ２Ｂを取り外せる。したがって、給電カプラ２Ｂの着脱操作が容易である。また、電磁石を用いず永久磁石８１１〜８１４、８２１〜８２４を用いるので、電磁石の励磁電力が不要となり省エネルギ効果が発生する。
【００６３】
さらに、第３実施形態の車両用給電装置では、カプラ位置決め部６Ｂは、磁気吸引力を調整する磁力調整手段を含んで構成されている。
【００６４】
これによれば、給電中は、永久磁石８１１〜８１４、８２１〜８２４間の大きな磁気吸引力でカプラ２Ｂ、４Ｂ相互間を確実に結合できるので、非接触給電が安定する。さらに、給電を終了したときに徐々に磁気吸引力を解除できるので、給電カプラ２に大きな反動が生じることを防止できる。
【００６５】
次に、省エネルギ効果を有する第４実施形態の車両用給電装置について、第１〜第３実施形態と異なる点を主に説明する。図９は、第４実施形態の車両用給電装置に用いる給電カプラ２Ｃおよび受電カプラ４Ｃの詳細な内部構造を示した斜視図である。図示されるように、給電カプラ２Ｃおよび受電カプラ４Ｃのコア４１、コイル４２、および遮蔽ケース２３、４３は、第１〜第３実施形態に類似した構造であるので、説明は省略する。
【００６６】
第４実施形態のカプラ位置決め部６Ｃは、給電カプラ２Ｃに設けられた１個の永久磁力調整部８３と、受電カプラ４Ｃに設けられた１個の軟磁性体８８とを含んで構成されている。軟磁性体８８は、第２実施形態の受電カプラ４Ａの軟磁性体６７と同一品である（図５参照）。軟磁性体８８の両端の磁気吸引面８８２は、受電遮蔽ケース４３の開口面に概ね揃っている。
【００６７】
永久磁力調整部８３は、永久磁石８４、２つの軟磁性体８５、８６、および２つの非磁性体８７１、８７２で構成されている。永久磁石８４は、両端にＮ極およびＳ極を有する棒磁石である。永久磁石８４は、棒状の中央部が給電遮蔽ケース２３の底板２３５の中央に回転可能に支承されており、手で回動操作できるようになっている。
【００６８】
２つの軟磁性体８５、８６は、互いに同一形状であり、永久磁石８４を挟んで図９の左右に対称に配置されている。軟磁性体８５、８６は、磁石対向部８５１、８６１に磁力伝達部８５２、８６２が結合された形状となっている。磁石対向部８５１、８６１は、中心角が１８０°よりもわずかに小さい円弧形状であり、回転する永久磁石８４の周りの半周弱ずつを囲んで配置されている。一方の磁力伝達部８５２は、一端が一方の磁石対向部８５１に結合し、途中で屈曲されて底板２３５から一方の側板２３１の外側に沿うように延在している。他方一方の磁力伝達部８６２は、一端が他方の磁石対向部８６１に結合し、途中で屈曲されて底板２３５から他方の側板２３２の外側に沿うように延在している。２つの磁力伝達部８５２、８６２の他端の磁気吸引面８５３は、給電遮蔽ケース２３の開口面に概ね揃っている。
【００６９】
２つの非磁性体８７１、８７２は、合成樹脂などの非磁性材料で板状に形成されている。各非磁性体８７１、８７２は、２つの磁石対向部８５１、８６１が向かい合って近接する２箇所に、それぞれ介挿されている。非磁性体８７１、８７２は、２つの軟磁性体８５、８６の間を磁気的に遮断している。給電カプラ２Ｃは回転対称形状であり、回転して上下が逆になっても使用できる。
【００７０】
第４実施形態の車両用給電装置で、作業者は、図９に示されるように永久磁石８４を横にした状態で給電カプラ２Ｂを車両のボディ９１に近づけてゆく。このとき、永久磁石８４のＳ極は、一方の軟磁性体８５に近接してこれを磁化する。これにより、一方の軟磁性体８５の磁気吸引面８５３にはＳ極が誘起される。同様に、他方の軟磁性体８６も磁化され、磁気吸引面（図９では見えない）にはＮ極が誘起される。したがって、給電カプラ２Ｃの２個の軟磁性体８５、８６と、受電カプラ４Ｃの軟磁性体８８とが対向して磁気吸引力が発生する。このようにして、カプラ位置決め部６Ｃは、ボディ９１の壁面９２を挟んで給電カプラ２Ｃと受電カプラ４Ｃとを対向させることができる。また、給電中は、永久磁石８４を磁力源とする大きな磁気吸引力でカプラ２Ｃ、４Ｃ相互間を確実に結合できるので、非接触給電が安定する。
【００７１】
給電が終了すると、作業者は、図１０に示される方法で給電カプラ２を取り外す。図１０は、第４実施形態において給電カプラ２Ｃを取り外す方法を説明する図である。図１０で、図示省略されたボディ９１の壁面９２を挟んで、給電カプラ２Ｃと給電カプラ２Ｃとが対向保持されている。給電が終了すると、作業者は、図１０の太い矢印に示されるように、永久磁石８４を徐々に回動操作する。この操作は、例えば、永久磁石８４を指で捻るだけよく、極めて簡単である。すると、永久磁石８４が縦向きになり、Ｎ極およびＳ極が非磁性体８７１、８７２に正対する。これにより、２つの軟磁性体８５、８６の磁化が解除され、磁気吸引力が消滅して給電カプラ２Ｃを取り外せる。永久磁力調整部８３は、本発明の磁力調整手段に相当する。
【００７２】
第４実施形態の車両用給電装置では、カプラ位置決め部６Ｃは、給電カプラ２Ｃに設けられた永久磁石８４と、受電カプラ４Ｃに設けられた軟磁性体８８とを含んで構成されており、磁気吸引力により給電カプラ２Ｃおよび受電カプラ４Ｃの相互間の位置関係を保持する。
【００７３】
これによれば、永久磁石８４を回動する簡単な操作で給電カプラ２Ｂ取り外せる。したがって、給電カプラ２Ｂの着脱操作が容易である。また、電磁石を用いず永久磁石８４を用いるので、電磁石の励磁電力が不要となり省エネルギ効果が発生する。
【００７４】
さらに、第４実施形態の車両用給電装置では、カプラ位置決め部６Ｃは、磁気吸引力を調整する永久磁力調整部８３を含んで構成されている。
【００７５】
これによれば、給電中は、永久磁石８４を磁力源とする大きな磁気吸引力でカプラ２Ｃ、４Ｃ相互間を確実に結合できるので、非接触給電が安定する。さらに、給電を終了したときに徐々に磁気吸引力を解除できるので、給電終了における操作時の違和感を防止できる。一例として、磁気吸引力の解除により給電カプラ２Ｃに比較的大きな反動が生じることを防止できる。
【００７６】
なお、非接触給電の方式は、電磁結合方式に限定されず、例えば、静電結合方式であってもよい。静電結合方式では、給電用コア２１および給電用コイル２２に代えて給電用電極を用い、受電用コア４１および受電用コイル４２に代えて受電用電極を用い、共振用コンデンサ３２に代えて共振用コイルを用いる。また、本発明の車両用給電装置は、車載バッテリから車外の電気負荷に給電する逆方向の給電に応用することができる。本発明は、その他様々な変形や応用が可能である。
【符号の説明】
【００７７】
１：車両用給電装置
２、２Ａ、２Ｂ、２Ｃ：給電カプラ
２１：給電用コア    ２２：給電用コイル    ３１：給電用電源
４、４Ａ、４Ｂ、４Ｃ：受電カプラ
４１：受電用コア    ４２：受電用コイル    ５２：電気負荷
６：カプラ位置決め部
６１：電磁石    ６２：励磁電源    ６５：永久磁石
６６：電磁石    ６７：    軟磁性体    ７：電源制御装置
８１１〜８１４：永久磁石    ８２１〜８２４：永久磁石
８３：永久磁力調整部    ８４：永久磁石    ８５、８６：軟磁性体
８８：軟磁性体
９１：ボディ    ９２：壁面
【図１】
2015081029.tif 000003
【図２】
2015081029.tif 000004
【図３】
2015081029.tif 000005
【図４】
2015081029.tif 000006
【図５】
2015081029.tif 000007
【図６】
2015081029.tif 000008
【図７】
2015081029.tif 000009
【図８】
2015081029.tif 000010
【図９】
2015081029.tif 000011
【図１０】
2015081029.tif 000012