車両用非接触充電装置
【課題】共鳴コイルを用いて電力を伝える変調方式より損失が少なく、効率的に発電でき、車載する充電装置を省略して、車両上の乗員スペースを確保できるようにする。
【解決手段】車両１に搭載したバッテリ３と、バッテリ３を充電する発電機６と、発電機６を駆動するとともに車両１の外部から回転駆動できる入力軸７と、入力軸７に接続した導体８と、導体８に渦電流を流すように回転磁界を生成する外部充電器１０とを備える。
【解決手段】車両１に搭載したバッテリ３と、バッテリ３を充電する発電機６と、発電機６を駆動するとともに車両１の外部から回転駆動できる入力軸７と、入力軸７に接続した導体８と、導体８に渦電流を流すように回転磁界を生成する外部充電器１０とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は車両用非接触充電装置に係り、特に、車両に搭載した発電機を外部から非接触状態で駆動して発電し、バッテリを充電することができる車両用非接触充電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
走行用モータを駆動源として走行する車両には、走行用モータに電力を供給するバッテリを外部電源からの給電で充電する、いわゆるプラグイン電気自動車やプラグインハイブリッド車などがある。プラグイン形式の車両に搭載したバッテリの充電装置には、共鳴コイルを用いて変調回路により変調された交流電流を外部充電器から車載の充電器に非接触状態で送信し、バッテリを充電する非接触充電装置がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１８３８１３号
【特許文献２】特開２０１０−６８６３２号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、前記特許文献１および特許文献２に開示される非接触充電装置は、共鳴コイルを用いて非接触状態で電力を伝達し、車両に搭載されたバッテリに充電する方式であるため、一般に充電効率が悪い。また、非接触充電装置は、車載する充電器に変調回路が必要であるため、充電器の搭載で車両上の乗員スペースが減少されることになる。
【０００５】
この発明は、共鳴コイルを用いて電力を伝える変調方式より損失が少なく、効率的に発電でき、車載する充電装置を省略して、車両上の乗員スペースを確保できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明は、車両に搭載したバッテリと、前記バッテリを充電する発電機と、前記発電機を駆動するとともに車両の外部から回転駆動できる入力軸と、前記入力軸に接続した導体と、前記導体に渦電流を流すように回転磁界を生成する外部充電器とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
この発明は、外部充電器の回転磁界で車両に搭載した発電機の入力軸を回転させるので、共鳴コイルを用いて電力を伝える変調方式の非接触充電装置よりも損失が少なく、効率的に発電できる。また、変調回路が不要であり、車載する充電装置を省略できる結果、車両上の乗員スペースを確保できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は車両用非接触充電装置のシステム構成図である。（実施例１）
【図２】図２は車両用非接触充電装置のシステム構成図である。（実施例２）
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面に基づいて、この発明の実施例を説明する。
【実施例１】
【００１０】
図１は、実施例１を示すものである。図１において、１はプラグイン形式の電気自動車やハイブリッド車などの車両、２は走行用モータ、３はバッテリである。車両１は、バッテリ３の電力で走行用モータ２を駆動し、走行する。車両１に搭載したバッテリ３を充電する車両用非接触充電装置４は、バッテリ３にコンバータ５を介して発電機６を接続している。発電機６は、車体のフロア又はフレームに取り付けられている。バッテリ３は、発電機６の発電する電力をコンバータ５を介して供給され、充電される。発電機６は、この発電機６を駆動するとともに車両１の外部から回転駆動できる入力軸７を備えている。入力軸７には、導体８を接続している。導体８は、回転面が車体パネル９の車両側面に沿うように配置する。
前記車両用非接触充電装置４は、外部充電器１０を備えている。外部充電器１０は、商用電源から所定の交流電流を発生する交流発生器１１と、発生した交流電流を増幅する増幅器１２と、増幅された交流電量が流れる複数個（偶数個）のコイル１３の回転方向を交互に並べて構成した多極コイル１４とを備えている。多極コイル１４は、車両側面に沿う回転面の回転磁界１５を生成する。回転磁界１５は、この回転磁界１５内の導体８に渦電流（Ｅｄｄｙ ｃｕｒｒｅｎｔ）を流して回転させる。
【００１１】
車両用非接触充電装置４は、バッテリ３を充電する際に、発電機６の入力軸７に設けた導体８を覆う車体パネル９に、外部充電器１０の多極コイル１４を近づけて車両１を停止させる。外部充電器１０は、交流発生器１１で発生した交流電流を増幅器１２で増幅して多極コイル１４に流す。導体８に近づけて位置した多極コイル１４は、交流電流が流れると、車体パネル９の車両側面に沿う回転面の回転磁界１５を生成し、この回転磁界１５内の導体８に渦電流を流して回転させる。導体８の回転は、入力軸７を回転させて発電機６を駆動し、発電する。発電機６が発電した電力は、コンバータ５を介してバッテリ３に供給され、充電する。
このように、車両用非接触充電装置４は、外部充電器１０の回転磁界１５で車両１に搭載した発電機６の入力軸７を回転させるので、共鳴コイルを用いて電力を伝える変調方式の非接触充電装置よりも損失が少なく、効率的に発電できる。また、変調回路が不要であり、車載する充電装置を省略できる結果、車両上の乗員スペースを確保できる。
また、外部充電器１０は、車両側面に沿う回転面の回転磁界１５を生成する多極コイル１４を備えることで、導体８と回転磁界１５との強力な磁気回路を形成して、大きな回転力を発電機６に伝えることができる。
【実施例２】
【００１２】
図２は、実施例２を示すものである。図２において、１はプラグイン形式の電気自動車やハイブリッド車などの車両、２は走行用モータ、３はバッテリである。車両１は、バッテリ３の電力で走行用モータ２を駆動し、走行する。車両１に搭載したバッテリ３を充電する車両用非接触充電装置４は、バッテリ３にコンバータ５を介して発電機６を接続している。発電機６は、車体のフロア又はフレームに取り付けられている。バッテリ３は、発電機６の発電する電力をコンバータ５を介して供給され、充電される。発電機６は、この発電機６を駆動するとともに車両１の外部から回転駆動できる入力軸７を備えている。入力軸７には、導体８を接続している。導体８は、回転面が車体パネル９の車両側面に沿うように配置する。
前記車両用非接触充電装置４は、外部充電器２０を備えている。外部充電器２０は、商用電源を変換して所定の交流電流を発生するインバータ２１と、発生した交流電流により駆動される回転用モータ２２と、回転用モータ２２により回転される回転板２３と、回転板２３の回転方向に磁極（Ｎ，Ｓ）が交互に並ぶように構成した複数個（偶数個）の磁石２４とを備えている。磁石２４は、車両側面に沿う回転面の回転磁界２５を生成する。回転磁界２５は、この回転磁界２５内の導体８に渦電流（Ｅｄｄｙ ｃｕｒｒｅｎｔ）を流して回転させる。
【００１３】
車両用非接触充電装置４は、バッテリ３を充電する際に、発電機６の入力軸７に設けた導体８を覆う車体パネル９に、外部充電器２０の磁石２４を近づけて車両１を停止させる。外部充電器２０は、インバータ２１で発生した交流電流を回転用モータ２２に供給して回転板２３により複数個の磁石２４を回転させる。回転板２３の回転方向に磁極が交互に並ぶように配置した磁石２４は、車体パネル９の車両側面に沿う回転面の回転磁界２５を生成し、この回転磁界２５内の導体８に渦電流を流して回転させる。導体８の回転は、入力軸７を回転させて発電機６を駆動し、発電する。発電機６が発電した電力は、コンバータ５を介してバッテリ３に供給され、充電する。
このように、車両用非接触充電装置４は、外部充電器２０の回転磁界２５で車両１に搭載した発電機６の入力軸７を回転させるので、共鳴コイルを用いて電力を伝える変調方式の非接触充電装置よりも損失が少なく、効率的に発電できる。また、変調回路が不要であり、車載する充電装置を省略できる結果、車両上の乗員スペースを確保できる。
また、外部充電器２０は、車両側面に沿う回転面の回転磁界２５を生成する磁石２４とこの磁石２４を回転させる回転用モータ２２とを備えることで、導体８と回転磁界２５との強力な磁気回路を形成して、大きな回転力を発電機６に伝えることができる。
【００１４】
なお、前記導体８は、外部充電器１０側の磁気発生源である多極コイル１４、あるいは外部充電器２０側の磁気発生源である磁石２４と、単純な磁気回路を形成する構造であるので、両極（Ｎ、Ｓ）に両端が対応する単純な棒形状のものが望ましい。棒形状の導体８の長手方向の長さは、回転する導体８として車載する際に許容できる長さであって、なるべく長い方が大きなトルクを与えられ、発電力を高めることができる。
回転する導体８は、露出させないために、樹脂製などの非磁性体であり、背面側に鉛直かつ平坦な偏平空間を形成できる形状の車体パネルで覆うことが望ましい。
導体８および入力軸６は、回転磁界１５、２５との空間距離を短縮して、車体パネル９の外表面に近づけることにより、回転磁界１５、２５との強力な磁気回路を形成して、大きな回転力を発電機６に伝える事ができ、効率的である。
また、前記導体８および入力軸７は、実際の車両１に搭載する場合、外力を受ける可能性を考慮して、破損を軽減する構造を加えておくことが望ましい。
例えば、入力軸７は、破損を軽減する構造として、発電機６側で片持ち支持する構造とし、導体８および発電機６に対して着脱可能な中空管形状とする。この入力軸７は、その中間部分に狭窄部を形成して相対的に脆弱にし、狭窄部の変形によって外力のエネルギを吸収する構造とする。また、この入力軸７は、中間部分にて分割し、互いにキー溝やスプラインにより雌雄嵌合させ、径方向にピンを貫通させて回転を伝達可能で摺動不能とし、外力によってピンを破断させて中間部分を相対摺動させ、エネルギを吸収する構造としても良い。
さらに、発電機６の入力軸７にワンウェイクラッチを設けることで、車両１に搭載される発動機（エンジン等）の動力により発電機６を駆動して発電させたり、また、多極コイル１４に交流電流を供給して回転磁界１５を生成し、あるいは磁石２４を回転させて回転磁界２５を生成することで発電をさせたりすることができる。ワンウェイクラッチなどの作動連結と切断（相互自由に回転）を切換えられるクラッチを設ける場合は、発電機６と入力軸７の間に設ける。
【産業上の利用可能性】
【００１５】
この発明は、効率的に発電でき、また、車両上の乗員スペースを確保できるものであり、車両に搭載したバッテリの充電だけでなく、他の交通機関に搭載したバッテリや据え置き型のバッテリの充電にも応用可能である。
【符号の説明】
【００１６】
１ 車両
２ 走行用モータ
３ バッテリ
４ 車両用非接触充電装置
５ コンバータ
６ 発電機
７ 入力軸
８ 導体
９ 車体パネル
１０ 外部充電器
１１ 交流発生器
１２ 増幅器
１３ コイル
１４ 多極コイル
１５ 回転磁界
【技術分野】
【０００１】
この発明は車両用非接触充電装置に係り、特に、車両に搭載した発電機を外部から非接触状態で駆動して発電し、バッテリを充電することができる車両用非接触充電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
走行用モータを駆動源として走行する車両には、走行用モータに電力を供給するバッテリを外部電源からの給電で充電する、いわゆるプラグイン電気自動車やプラグインハイブリッド車などがある。プラグイン形式の車両に搭載したバッテリの充電装置には、共鳴コイルを用いて変調回路により変調された交流電流を外部充電器から車載の充電器に非接触状態で送信し、バッテリを充電する非接触充電装置がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１８３８１３号
【特許文献２】特開２０１０−６８６３２号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、前記特許文献１および特許文献２に開示される非接触充電装置は、共鳴コイルを用いて非接触状態で電力を伝達し、車両に搭載されたバッテリに充電する方式であるため、一般に充電効率が悪い。また、非接触充電装置は、車載する充電器に変調回路が必要であるため、充電器の搭載で車両上の乗員スペースが減少されることになる。
【０００５】
この発明は、共鳴コイルを用いて電力を伝える変調方式より損失が少なく、効率的に発電でき、車載する充電装置を省略して、車両上の乗員スペースを確保できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明は、車両に搭載したバッテリと、前記バッテリを充電する発電機と、前記発電機を駆動するとともに車両の外部から回転駆動できる入力軸と、前記入力軸に接続した導体と、前記導体に渦電流を流すように回転磁界を生成する外部充電器とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
この発明は、外部充電器の回転磁界で車両に搭載した発電機の入力軸を回転させるので、共鳴コイルを用いて電力を伝える変調方式の非接触充電装置よりも損失が少なく、効率的に発電できる。また、変調回路が不要であり、車載する充電装置を省略できる結果、車両上の乗員スペースを確保できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は車両用非接触充電装置のシステム構成図である。（実施例１）
【図２】図２は車両用非接触充電装置のシステム構成図である。（実施例２）
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面に基づいて、この発明の実施例を説明する。
【実施例１】
【００１０】
図１は、実施例１を示すものである。図１において、１はプラグイン形式の電気自動車やハイブリッド車などの車両、２は走行用モータ、３はバッテリである。車両１は、バッテリ３の電力で走行用モータ２を駆動し、走行する。車両１に搭載したバッテリ３を充電する車両用非接触充電装置４は、バッテリ３にコンバータ５を介して発電機６を接続している。発電機６は、車体のフロア又はフレームに取り付けられている。バッテリ３は、発電機６の発電する電力をコンバータ５を介して供給され、充電される。発電機６は、この発電機６を駆動するとともに車両１の外部から回転駆動できる入力軸７を備えている。入力軸７には、導体８を接続している。導体８は、回転面が車体パネル９の車両側面に沿うように配置する。
前記車両用非接触充電装置４は、外部充電器１０を備えている。外部充電器１０は、商用電源から所定の交流電流を発生する交流発生器１１と、発生した交流電流を増幅する増幅器１２と、増幅された交流電量が流れる複数個（偶数個）のコイル１３の回転方向を交互に並べて構成した多極コイル１４とを備えている。多極コイル１４は、車両側面に沿う回転面の回転磁界１５を生成する。回転磁界１５は、この回転磁界１５内の導体８に渦電流（Ｅｄｄｙ ｃｕｒｒｅｎｔ）を流して回転させる。
【００１１】
車両用非接触充電装置４は、バッテリ３を充電する際に、発電機６の入力軸７に設けた導体８を覆う車体パネル９に、外部充電器１０の多極コイル１４を近づけて車両１を停止させる。外部充電器１０は、交流発生器１１で発生した交流電流を増幅器１２で増幅して多極コイル１４に流す。導体８に近づけて位置した多極コイル１４は、交流電流が流れると、車体パネル９の車両側面に沿う回転面の回転磁界１５を生成し、この回転磁界１５内の導体８に渦電流を流して回転させる。導体８の回転は、入力軸７を回転させて発電機６を駆動し、発電する。発電機６が発電した電力は、コンバータ５を介してバッテリ３に供給され、充電する。
このように、車両用非接触充電装置４は、外部充電器１０の回転磁界１５で車両１に搭載した発電機６の入力軸７を回転させるので、共鳴コイルを用いて電力を伝える変調方式の非接触充電装置よりも損失が少なく、効率的に発電できる。また、変調回路が不要であり、車載する充電装置を省略できる結果、車両上の乗員スペースを確保できる。
また、外部充電器１０は、車両側面に沿う回転面の回転磁界１５を生成する多極コイル１４を備えることで、導体８と回転磁界１５との強力な磁気回路を形成して、大きな回転力を発電機６に伝えることができる。
【実施例２】
【００１２】
図２は、実施例２を示すものである。図２において、１はプラグイン形式の電気自動車やハイブリッド車などの車両、２は走行用モータ、３はバッテリである。車両１は、バッテリ３の電力で走行用モータ２を駆動し、走行する。車両１に搭載したバッテリ３を充電する車両用非接触充電装置４は、バッテリ３にコンバータ５を介して発電機６を接続している。発電機６は、車体のフロア又はフレームに取り付けられている。バッテリ３は、発電機６の発電する電力をコンバータ５を介して供給され、充電される。発電機６は、この発電機６を駆動するとともに車両１の外部から回転駆動できる入力軸７を備えている。入力軸７には、導体８を接続している。導体８は、回転面が車体パネル９の車両側面に沿うように配置する。
前記車両用非接触充電装置４は、外部充電器２０を備えている。外部充電器２０は、商用電源を変換して所定の交流電流を発生するインバータ２１と、発生した交流電流により駆動される回転用モータ２２と、回転用モータ２２により回転される回転板２３と、回転板２３の回転方向に磁極（Ｎ，Ｓ）が交互に並ぶように構成した複数個（偶数個）の磁石２４とを備えている。磁石２４は、車両側面に沿う回転面の回転磁界２５を生成する。回転磁界２５は、この回転磁界２５内の導体８に渦電流（Ｅｄｄｙ ｃｕｒｒｅｎｔ）を流して回転させる。
【００１３】
車両用非接触充電装置４は、バッテリ３を充電する際に、発電機６の入力軸７に設けた導体８を覆う車体パネル９に、外部充電器２０の磁石２４を近づけて車両１を停止させる。外部充電器２０は、インバータ２１で発生した交流電流を回転用モータ２２に供給して回転板２３により複数個の磁石２４を回転させる。回転板２３の回転方向に磁極が交互に並ぶように配置した磁石２４は、車体パネル９の車両側面に沿う回転面の回転磁界２５を生成し、この回転磁界２５内の導体８に渦電流を流して回転させる。導体８の回転は、入力軸７を回転させて発電機６を駆動し、発電する。発電機６が発電した電力は、コンバータ５を介してバッテリ３に供給され、充電する。
このように、車両用非接触充電装置４は、外部充電器２０の回転磁界２５で車両１に搭載した発電機６の入力軸７を回転させるので、共鳴コイルを用いて電力を伝える変調方式の非接触充電装置よりも損失が少なく、効率的に発電できる。また、変調回路が不要であり、車載する充電装置を省略できる結果、車両上の乗員スペースを確保できる。
また、外部充電器２０は、車両側面に沿う回転面の回転磁界２５を生成する磁石２４とこの磁石２４を回転させる回転用モータ２２とを備えることで、導体８と回転磁界２５との強力な磁気回路を形成して、大きな回転力を発電機６に伝えることができる。
【００１４】
なお、前記導体８は、外部充電器１０側の磁気発生源である多極コイル１４、あるいは外部充電器２０側の磁気発生源である磁石２４と、単純な磁気回路を形成する構造であるので、両極（Ｎ、Ｓ）に両端が対応する単純な棒形状のものが望ましい。棒形状の導体８の長手方向の長さは、回転する導体８として車載する際に許容できる長さであって、なるべく長い方が大きなトルクを与えられ、発電力を高めることができる。
回転する導体８は、露出させないために、樹脂製などの非磁性体であり、背面側に鉛直かつ平坦な偏平空間を形成できる形状の車体パネルで覆うことが望ましい。
導体８および入力軸６は、回転磁界１５、２５との空間距離を短縮して、車体パネル９の外表面に近づけることにより、回転磁界１５、２５との強力な磁気回路を形成して、大きな回転力を発電機６に伝える事ができ、効率的である。
また、前記導体８および入力軸７は、実際の車両１に搭載する場合、外力を受ける可能性を考慮して、破損を軽減する構造を加えておくことが望ましい。
例えば、入力軸７は、破損を軽減する構造として、発電機６側で片持ち支持する構造とし、導体８および発電機６に対して着脱可能な中空管形状とする。この入力軸７は、その中間部分に狭窄部を形成して相対的に脆弱にし、狭窄部の変形によって外力のエネルギを吸収する構造とする。また、この入力軸７は、中間部分にて分割し、互いにキー溝やスプラインにより雌雄嵌合させ、径方向にピンを貫通させて回転を伝達可能で摺動不能とし、外力によってピンを破断させて中間部分を相対摺動させ、エネルギを吸収する構造としても良い。
さらに、発電機６の入力軸７にワンウェイクラッチを設けることで、車両１に搭載される発動機（エンジン等）の動力により発電機６を駆動して発電させたり、また、多極コイル１４に交流電流を供給して回転磁界１５を生成し、あるいは磁石２４を回転させて回転磁界２５を生成することで発電をさせたりすることができる。ワンウェイクラッチなどの作動連結と切断（相互自由に回転）を切換えられるクラッチを設ける場合は、発電機６と入力軸７の間に設ける。
【産業上の利用可能性】
【００１５】
この発明は、効率的に発電でき、また、車両上の乗員スペースを確保できるものであり、車両に搭載したバッテリの充電だけでなく、他の交通機関に搭載したバッテリや据え置き型のバッテリの充電にも応用可能である。
【符号の説明】
【００１６】
１ 車両
２ 走行用モータ
３ バッテリ
４ 車両用非接触充電装置
５ コンバータ
６ 発電機
７ 入力軸
８ 導体
９ 車体パネル
１０ 外部充電器
１１ 交流発生器
１２ 増幅器
１３ コイル
１４ 多極コイル
１５ 回転磁界
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載したバッテリと、前記バッテリを充電する発電機と、前記発電機を駆動するとともに車両の外部から回転駆動できる入力軸と、前記入力軸に接続した導体と、前記導体に渦電流を流すように回転磁界を生成する外部充電器とを備えることを特徴とする車両用非接触充電装置。
【請求項２】
前記外部充電器は、車両側面に沿う回転面の回転磁界を生成する多極コイルを備えることを特徴とする請求項１に記載の車両用非接触充電装置。
【請求項３】
前記外部充電器は、車両側面に沿う回転面の回転磁界を生成する磁石とこの磁石を回転させる回転用モータとを備えることを特徴とする請求項１に記載の車両用非接触充電装置。
【請求項１】
車両に搭載したバッテリと、前記バッテリを充電する発電機と、前記発電機を駆動するとともに車両の外部から回転駆動できる入力軸と、前記入力軸に接続した導体と、前記導体に渦電流を流すように回転磁界を生成する外部充電器とを備えることを特徴とする車両用非接触充電装置。
【請求項２】
前記外部充電器は、車両側面に沿う回転面の回転磁界を生成する多極コイルを備えることを特徴とする請求項１に記載の車両用非接触充電装置。
【請求項３】
前記外部充電器は、車両側面に沿う回転面の回転磁界を生成する磁石とこの磁石を回転させる回転用モータとを備えることを特徴とする請求項１に記載の車両用非接触充電装置。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１３−１１０８３５（Ｐ２０１３−１１０８３５Ａ）
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５３４５２（Ｐ２０１１−２５３４５２）
【出願日】平成２３年１１月２１日（２０１１．１１．２１）
【出願人】（０００００２０８２）スズキ株式会社 (3,196)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月２１日（２０１１．１１．２１）
【出願人】（０００００２０８２）スズキ株式会社 (3,196)
【Ｆターム（参考）】
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