(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023166787
(43)【公開日】2023-11-22
(54)【発明の名称】給電装置の埋設構造及び給電装置の埋設方法
(51)【国際特許分類】
E01C 7/00 20060101AFI20231115BHJP
【FI】
E01C7/00
【審査請求】未請求
【請求項の数】8
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2022077567
(22)【出願日】2022-05-10
(71)【出願人】
【識別番号】000000549
【氏名又は名称】株式会社大林組
(74)【代理人】
【識別番号】110000176
【氏名又は名称】弁理士法人一色国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】久保田 孝幸
【テーマコード(参考)】
2D051
【Fターム(参考)】
2D051AB03
2D051AD05
2D051AF02
2D051AG01
2D051AH01
2D051EA01
2D051EA07
(57)【要約】
【課題】電力伝送効率の経時的な変化を抑制しつつ、走行路を移動する移動体に設けられた受電装置に非接触で給電を行う給電装置を路面近傍に埋設することである。
【解決手段】走行路を移動する移動体に設けられた受電装置に、非接触で給電を行う給電装置を走行路に埋設する給電装置の埋設構造であって、前記給電装置は、外周面にずれ止め部材を設けたコイルケースと、該コイルケースに収納された給電コイルと、を備え、前記走行路は、上面に凹部を設けて硬化させた開粒度アスファルト混合物と、該開粒度アスファルトに浸透させたセメントミルクとによりなる半たわみ性舗装体を備え、前記コイルケースが、前記凹部に収納されている。
【選択図】
図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
走行路を移動する移動体に設けられた受電装置に、非接触で給電を行う給電装置を走行路に埋設する給電装置の埋設構造であって、
前記給電装置は、外周面にずれ止め部材を設けたコイルケースと、
該コイルケースに収納された給電コイルと、を備え、
前記走行路は、上面に凹部を設けて硬化させた開粒度アスファルト混合物と、該開粒度アスファルトに浸透させたセメントミルクとによりなる半たわみ性舗装体を備え、
前記コイルケースが、前記凹部に収納されていることを特徴とする給電装置の埋設構造。
【請求項2】
請求項1に記載の給電装置の埋設構造において、
前記コイルケースの上面に被覆層が積層され、
該被覆層が、前記開粒度アスファルト混合物の上面と連続し、前記走行路の路面を形成していることを特徴とする給電装置の埋設構造。
【請求項3】
請求項2に記載の給電装置の埋設構造において、
前記被覆層が、前記セメントミルクであることを特徴とする給電装置の埋設構造。
【請求項4】
請求項2に記載の給電装置の埋設構造において、
前記被覆層が、常温硬化アスファルト材と、該常温硬化アスファルトの間隙に充填された前記セメントミルクと、によりなることを特徴とする給電装置の埋設構造。
【請求項5】
請求項2に記載の給電装置の埋設構造において、
前記被覆層が、樹脂モルタルであることを特徴とする給電装置の埋設構造。
【請求項6】
請求項2に記載の給電装置の埋設構造において、
前記被覆層が、繊維補強セメントモルタルであることを特徴とする給電装置の埋設構造。
【請求項7】
請求項1から6のいずれか1項に記載の給電装置の埋設構造において、
前記走行路が、道路であることを特徴とする給電装置の埋設構造。
【請求項8】
請求項1から6のいずれか1項に記載の給電装置の埋設構造を構築するための給電装置の埋設方法であって、
開粒度アスファルト混合物を打設するとともに、その上面に凹部を設けたのち、
前記凹部に前記コイルケースを収納し、前記開粒度アスファルト混合物に前記セメントミルクを浸透させることを特徴とする給電装置の埋設方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、走行路を移動する移動体に設けられた受電装置に非接触で給電を行う給電装置を走行路に埋設するための、給電装置の埋設構造及び給電装置の埋設方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来より、給電装置と受電装置との間で生じる磁場共振現象(磁界共鳴現象)を利用して、非接触で電力伝送を行うワイヤレス電力伝送に関する研究開発が進められている。
【0003】
例えば、特許文献1には、受電用共振手段と給電用共振手段とを備えた非接触電力供給装置に、所定の周波数内で給電側から見たインピーダンスの値に応じて、交流電力の周波数を設定する周波数可変手段を設ける構成が開示されている。これにより、受電用共振手段と給電用共振手段の結合状態が変化しても、電力送電効率がより高い周波数を設定し、電力送電効率の低下を抑制できる。
【0004】
このような技術は、様々な分野で活用されているが、なかでも、走行中の車両に電力を供給する走行中給電システムへの利用が期待されている。走行中給電システムは、給電装置が備える給電コイル、及びこの給電コイルと直列に接続される共振コンデンサを道路側に設ける一方で、受電コイルを備える受電装置を車両側に設ける。これにより、走行中の車両に対して非接触で、連続的もしくは断続的に電力を供給しようとするものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
上記のように、道路側に給電装置を埋設して電力の無線供給が可能となれば、航続時間が短い、また充電時間が長いといった電気自動車の課題に対応可能となる。このため、電気自動車の利用を促し、運輸による二酸化炭素排出量の削減に寄与できる。このとき、電力伝送効率を考慮すると、給電装置は路面近傍の浅い領域に埋設することが好ましい。
【0007】
しかし、路面近傍は長期間にわたって利用すると、たわみやわだち掘れを生じることが知られている。特に、給電装置の設置場所として検討が進められているバス停留所やタクシープール、交差点付近などの車両が滞留するエリアでは、その現象が顕著に表れやすい。わだち掘れが生じると、給電装置を埋設した直後と比較して、路面と車両との間の距離に変化が生じることから、時間の経過に伴って路面からの電力伝送効率が経時的に低下する恐れがある。
【0008】
本発明は、かかる課題に鑑みなされたものであって、その主な目的は、電力伝送効率の経時的な変化を抑制しつつ、走行路を移動する移動体に設けられた受電装置に非接触で給電を行う給電装置を路面近傍に埋設することである。
【課題を解決するための手段】
【0009】
かかる目的を達成するため本発明の給電装置の埋設構造は、走行路を移動する移動体に設けられた受電装置に、非接触で給電を行う給電装置を走行路に埋設する給電装置の埋設構造であって、前記給電装置は、外周面にずれ止めを設けたコイルケースと、該コイルケースに収納された給電コイルと、を備え、前記走行路は、上面に凹部を設けて硬化させた開粒度アスファルト混合物と、該開粒度アスファルトに浸透させたセメントミルクとによりなる半たわみ性舗装体を備え、前記コイルケースが、前記凹部に収納されていることを特徴とする。
【0010】
本発明の給電装置の埋設構造は、前記コイルケースの上面に被覆層が積層され、該被覆層が、前記開粒度アスファルト混合物の上面と連続し、前記走行路の路面を形成していることを特徴とする。
【0011】
本発明の給電装置の埋設構造は、前記被覆層が、前記セメントミルクであることを特徴とする。
【0012】
本発明の給電装置の埋設構造は、前記被覆層が、常温硬化アスファルト材と、該常温硬化アスファルトの間隙に充填された前記セメントミルクと、によりなることを特徴とする。
【0013】
本発明の給電装置の埋設構造は、前記被覆層が、樹脂モルタルであることを特徴とする。また、前記被覆層が、繊維補強セメントモルタルであることを特徴とする。
【0014】
本発明の給電装置の埋設構造は、前記走行路が、道路であることを特徴とする。
【0015】
本発明の給電装置の埋設方法は、本発明の給電装置の埋設構造を構築するための給電装置の埋設方法であって、開粒度アスファルト混合物を打設するとともに、その上面に凹部を設けたのち、前記凹部に前記コイルケースを収納し、前記開粒度アスファルト混合物に前記セメントミルクを浸透させることを特徴とする。
【0016】
本発明の給電装置の埋設構造及び給電装置の埋設方法によれば、給電コイルを収納したコイルケースを、上面に凹部を設けて硬化させた開粒度アスファルト混合物の凹部に収納する。これにより、硬化する前の200℃を超える開粒度アスファルト混合物に接触させることなく、給電コイルを収納したコイルケースを、わだち掘れに対する抵抗性を有する半たわみ性舗装体の路面近傍に埋設でき、電力伝送効率の経時的な変化を抑制することが可能となる。
【0017】
したがって、一般的なアスファルト舗装ではわだち掘れが生じやすいバス停留所やタクシープール、交差点付近などの車両が滞留するエリアに、半たわみ性舗装体を利用した給電装置の埋設構造を設けることで、長期にわたって安定的に走行中給電システムを運用させることが可能となる。
【0018】
また、セメントミルクが、コイルケースに設けたずれ止め部材と開粒度アスファルト混合物との隙間にも充填されるため、コイルケースと半たわみ性舗装体との固定度を高めることができる。したがって、移動体などの鉛直荷重がコイルケースに繰り返し伝達されても、ガタツキを生じることなく、長期にわたって安定してコイルケースと半たわみ性舗装体とを一体にできる。
【0019】
さらに、被覆層を設けるとコイルケースの上面を補剛できる。このため、コイルケースの上面側の肉厚を薄くして給電コイルを路面に近づけて配置することができ、電力伝送効率の向上に、寄与することが可能となる。
【発明の効果】
【0020】
本発明によれば、走行中の移動体に連続的、もしくは断続的に給電する走行中給電システムの給電装置を、わだち掘れに対する抵抗性を有する半たわみ性舗装の路面近傍に埋設でき、電力伝送効率の経時的な変化を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0021】
【
図1】本発明の実施の形態における走行中給電システムの概略を示す図である。
【
図2】本発明の実施の形態における給電装置の概要を示す図である。
【
図3】本発明の実施の形態における給電装置の埋設構造及び方法を示す図である(第1の実施の形態)。
【
図4】本発明の実施の形態における給電装置の埋設構造及び方法を示す図である(第2の実施の形態)。
【
図5】本発明の実施の形態における給電装置の埋設構造及び方法を示す図である(第3の実施の形態)。
【発明を実施するための形態】
【0022】
本発明は、走行中給電システムを構成する給電装置を走行路に埋設する際の、埋設構造に関するものであり、走行中給電システムを利用して移動する移動体は、電力によりモータを駆動して走行する電動車両であれば、何ら限定されるものではない。
【0023】
また、給電装置を埋設する走行路も、一般道や高速道路、駐車場や工場敷地内などに設けられている車路など、半たわみ性舗装体を設けることの可能な構造を有していれば、いずれでもよい。
【0024】
本実施の形態では、走行路が道路であり、道路の表層及び基層に半たわみ性舗装体が設けられている場合を事例に挙げ、給電装置の埋設構造及び埋設方法について、
図1~
図5を参照しつつその詳細を説明する。給電装置の埋設構造を説明するに先立ち、まずは、走行中給電システムについて説明する。
【0025】
≪≪≪走行中給電システム100≫≫≫
走行中給電システム100は、
図1(a)で示すように、道路30の半たわみ性舗装体31に埋設される給電装置10と、電動車両Vに搭載される受電装置20と、を備えている。
【0026】
給電装置10は、コイルケース13に収納された給電コイル11と、給電コイル11に接続される電源装置12とを備えている。電源装置12は、高周波電力を発生させる。発生した高周波電力は、給電コイル11に出力される。一方、受電装置20は、受電コイル21と負荷22とを備えている。負荷22は、受電コイル21に接続され、受電コイル21は、電動車両V側に備える共振コンデンサ(図示せず)と直列接続されて直列共振回路を構成する。
【0027】
これにより、受電コイル21と給電コイル11が、磁場共鳴により磁気的に結合し、給電装置10から受電コイル21に高周波電力が伝送される。伝送された高周波電力は、電動車両Vの負荷22に供給される。こうして、走行中給電システム100はワイヤレスで、半たわみ性舗装体31に埋設された給電装置10から電動車両Vに搭載される受電装置20に、電力を供給することができる。
【0028】
≪≪給電装置の埋設構造≫≫
上記の走行中給電システム100において、給電装置10の給電コイル11は、
図2(a)で示すようなコイルケース13に収納された状態で、道路30の基層・表層を構成する半たわみ性舗装体31に埋設されている。
【0029】
コイルケース13は、耐衝撃性を有する材料(例えば、ポリカーボネート製やポリプロピレン製、硬質ゴム)により製造されている。また、給電コイル11を形成する線材の出口部を含む全体に、防水性能を高める構造が設けられている。そして、コイルケース13はさらに、
図2(a)及び
図2(b)で示すように、その側周面及び下面に複数のずれ止め部材14が設けられている。
【0030】
ずれ止め部材14は、後述する半たわみ性舗装体31との付着を高めるべく設けるものであり、
図1(b)で示すような、半たわみ性舗装体31で用いるセメントミルク312との間で固定度を確保できるものであれば、いずれを採用してもよい。例えば、コンクリートと鋼材の付着性を高めるべく採用される、スタッドジベルや頭部付きスタッド、もしくは孔あき鋼板等を例示することができる。
【0031】
上記の構成を有するコイルケース13は、電力伝送効率を考慮すると、路面33近傍に埋設することが好ましい。このため、例えば、
図1(a)で示すように、コイルケース13を堅牢な構造に製造し、上面をカバー材Cなどで覆う程度の状態で路面33と連続させるようにして、半たわみ性舗装体31に埋設する。もしくは、
図1(b)で示すように、コイルケース13の上面に被覆層Sを設け、この被覆層Sを路面33に合わせるようにして、半たわみ性舗装体31に埋設する。
【0032】
半たわみ性舗装体31は、塑性変形抵抗性に優れ、わだち掘れの発生を抑制できる舗装である。したがって、
図1(a)及び(b)で示すように、半たわみ性舗装体31にコイルケース13を埋設すると、電動車両Vと半たわみ性舗装体31に埋設したコイルケース13との距離Lが経時的に変化することを抑制できる。
【0033】
つまり、電動車両Vに搭載されている受電コイル21と、コイルケース13に収納した給電コイル11との距離Lに大きな変化が生じることを回避でき、長期にわたって、電力伝送効率を安定的に維持させることが可能となる。したがって、一般的なアスファルト舗装ではわだち掘れが生じやすいバス停留所やタクシープール、交差点付近などの車両が滞留するエリアに、半たわみ性舗装体31を利用した給電装置10の埋設構造を設けることにより、長期にわたって安定的に走行中給電システムを運用させることが可能となる。
【0034】
ところで、上記の半たわみ性舗装体31は、
図1(b)で示すように、開粒度アスファルト混合物311の空隙に、セメントミルク312を浸透させた舗装体である。その構築工程には、200℃を超える開粒度アスファルト混合物を路盤32上に打設するする作業が含まれる。このため、半たわみ性舗装体31の構築作業と、給電装置10を構成するコイルケース13を半たわみ性舗装体31に埋設作業とを同時進行すると、コイルケース13が200℃を超える高温環境に晒されるため、コイルケース13に収納した給電コイル11が破損しかねない。
【0035】
そこで、本実施の形態では、第1~第3の実施の形態で示す方法により、200℃を超える高温環境下に晒すことなく、コイルケース13半たわみ性舗装体31に埋設する。
【0036】
≪≪第1の実施の形態≫≫
第1の実施の形態では、
図1(a)で示すように、コイルケース13の上面をカバー材Cなどで覆う程度の状態で、路面33と連続させるようにして、半たわみ性舗装体31に埋設する。
【0037】
まず、
図3(a)で示すように、路盤32上に開粒度アスファルト混合物311を打設するとともに、その上面に、コイルケース13を収納するための設置空間Pを形成する。設置空間Pは、例えば、設置空間Pと同形状の型枠を予め配置しておくいわゆる箱抜きを行って、高温の開粒度アスファルト混合物311を打設する。
【0038】
次に、開粒度アスファルト混合物311が硬化し温度も低下したところで、
図3(b)で示すように、設置空間P内にコイルケース13を配置する。すると、コイルケース13のずれ止め部材14と開粒度アスファルト混合物311との間には、隙間が生じている。
【0039】
そこで、開粒度アスファルト混合物311の空隙に、
図3(c)で示すように、セメントミルク312を浸透させるとともに、ずれ止め部材14と開粒度アスファルト混合物311との隙間にセメントミルク312を充填させる。こののち、コイルケース13の上面を適宜、ゴムなど弾性素材よりなるカバー材Cで上面を被覆する。これにより、路盤32上に半たわみ性舗装体31が構築されるとともに、給電装置10の埋設構造が形成される。
【0040】
上記の手順よれば、開粒度アスファルト混合物311の温度が低下し硬化したところで、コイルケース13を配置するため、コイルケース13は耐熱性を備える必要がなく、また、コイルケース13に収納した給電コイル11が、高温に晒されることもない。
【0041】
さらに、セメントミルク312が、開粒度アスファルト混合物311の空隙だけでなく、コイルケース13に設けたずれ止め部材14の間にも充填されるため、コイルケース13と半たわみ性舗装体31との固定度を高めることができる。したがって、電動車両Vなどの鉛直荷重がコイルケース13に繰り返し伝達されても、ガタツキを生じることなく、長期にわたって安定してコイルケース13と半たわみ性舗装体31とを一体にできる。
【0042】
≪≪第2の実施の形態≫≫
第2の実施の形態では、
図1(b)で示すように、コイルケース13の上面に被覆層Sを設け、この被覆層Sを路面33に合わせるようにして、コイルケース13を半たわみ性舗装体31に埋設する。
【0043】
まず、
図4(a)で示すように、路盤32上に開粒度アスファルト混合物311を打設するとともに、その上面に、被覆層Sを積層したコイルケース13を収納できる深さの設置空間Pを形成する。設置空間Pは、第1の実施の形態と同様に、設置空間Pと同形状の型枠を予め配置しておくいわゆる箱抜きを行って、高温の開粒度アスファルト混合物311を打設する。なお、開粒度アスファルト混合物311が硬化したのちに切削により凹部を設け、これを設置空間Pとして採用しても良い。
【0044】
次に、開粒度アスファルト混合物311が硬化し温度も低下したところで、
図4(b)で示すように、設置空間P内にコイルケース13を配置する。すると、コイルケース13のずれ止め部材14と開粒度アスファルト混合物311との間に隙間が生じるとともに、コイルケース13の上部に空間が形成される。
【0045】
これらずれ止め部材14の周囲の隙間とコイルケース13の上部空間に、
図4(c)で示すように、常温硬化アスファルト混合物313を開粒度で打設する。こののち、常温硬化アスファルト混合物313の空隙と、開粒度アスファルト混合物311の空隙とに、
図4(d)で示すように、セメントミルク312を浸透させる。
【0046】
これにより、路盤32上に半たわみ性舗装体31が構築されるとともに、コイルケース13の上面に、常温硬化アスファルト混合物313にセメントミルク312を浸透させた舗装体よりなる被覆層Sが積層された、給電装置10の埋設構造が形成される。
【0047】
上記の手順よれば、第1の実施の形態と同様に、コイルケース13に収納した給電コイル11を高温環境に置くことなく、半たわみ性舗装体31に給電装置10の埋設構造を設けることが可能となる。また、コイルケース13の上面が被覆層Sにより補剛される。したがって、
図4(d)で示すように、コイルケース13の上面側の肉厚を薄くして給電コイル11を路面33に近接させることもでき、電力伝送効率の向上に寄与することも可能となる。
【0048】
コイルケース13の上面に積層する被覆層Sは、半たわみ性舗装体31となじみが良く、またコイルケース13を補剛できる材料であれば、いずれを採用してもよい。
【0049】
≪≪第3の実施の形態≫≫
第3の実施の形態では、被覆層Sに、半たわみ性舗装体31を構成するセメントミルク312、及び樹脂モルタル314を採用した給電装置10の埋設構造を例示している。
【0050】
その施工手順は、第2の実施の形態と同様で、まず、
図5(a)で示すように、路盤32上に開粒度アスファルト混合物311を打設するとともに、その上面に、被覆層Sを積層したコイルケース13を収納できる深さの設置空間Pを形成する。次に、開粒度アスファルト混合物311が硬化し温度も低下したところで、
図5(b)で示すように、設置空間P内にコイルケース13を配置する。
【0051】
≪被覆層Sにセメントミルク312を採用する場合≫
こののち、セメントミルク312で被覆層Sを形成する場合には、
図5(c)で示すように、開粒度アスファルト混合物311の空隙にセメントミルク312を浸透させる。さらに、コイルケース13のずれ止め部材14と開粒度アスファルト混合物311との間の隙間、及びコイルケース13の上部空間に、このセメントミルク312を充填する。
【0052】
これにより、路盤32上に半たわみ性舗装体31が構築されるとともに、コイルケース13の上面に、セメントミルク312よりなる被覆層Sが積層された、給電装置10の埋設構造が形成される。
【0053】
≪被覆層Sに樹脂モルタル314を採用する場合≫
一方、樹脂モルタル314で被覆層Sを形成する場合には、
図5(b)で示すように、設置空間Pにコイルケース13を収納したのち、まず、開粒度アスファルト混合物311の空隙にセメントミルク312を浸透させて、半たわみ性舗装体31を構築する。こののち、コイルケース13のずれ止め部材14と開粒度アスファルト混合物311との間の隙間、及びコイルケース13の上部空間に、樹脂モルタル314を充填する。
【0054】
なお、樹脂モルタル314に替えて、繊維補強セメントモルタルや、安価なセメント系の材料を採用してもよい。樹脂モルタル314は、耐衝撃性及び耐摩耗性を有することが知られており、繊維補強セメントモルタルは、靭性に優れた材料として知られている。これらを採用すれば、被覆層Sをより薄肉にしてコイルケース13を保護できる。例えば、コイルケース13表面までを樹脂モルタル314、それより上部を繊維補強セメントモルタルにするなど、両方を用いても良い。
【0055】
本発明の給電装置の埋設構造、及び給電装置の埋設方法は、上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能であることはいうまでもない。
【0056】
例えば、コイルケース13は、給電コイル11のみでなく給電装置10に必要な設備を併せて収納するものであってもよい。さらには給電装置10に必要な設備を単独で収納するものであってもよい。
【0057】
また、半たわみ性舗装体31を構成する開粒度アスファルト混合物311は、骨材及びアスファルトバインダなどの配合比や、空隙率などは、何ら制限されるものではない。また、開粒度アスファルト混合物311は、複数層に分けて打設されるものでもよいし、一層で打設されるものであってもよい。
【0058】
さらに、セメントミルク312の種類も、半たわみ性舗装体31で使用される材料であれば、いずれをも採用できる。したがって、CO2の排出量を大幅に削減可能な低炭素型セメントを主原料とするセメントミルク312を採用すれば、半たわみ性舗装体31を利用した給電装置10の埋設構造を、環境に配慮した構造とすることも可能となる。
【0059】
また、本実施の形態では、半たわみ性舗装体31として、セメントミルク312を全体に浸透させる全浸透タイプを例示したが、これに限定するものではない。コイルケース13と半たわみ性舗装体31とを一体にできれば、上半のみに浸透させる半浸透タイプを採用してもよい。
【0060】
さらに、走行中給電システム100を構成する給電コイル11について、本実施の形態では、「磁界結合方式」を事例に挙げているが、「電解結合方式」を採用することも可能である。
【符号の説明】
【0061】
100 走行中給電システム
10 給電装置
11 給電コイル
12 電源装置
13 コイルケース
14 ずれ止め部材
20 受電装置
21 受電コイル
22 負荷
30 道路
31 半たわみ性舗装体
311 開粒度アスファルト混合物
312 セメントミルク
313 常温硬化アスファルト混合物
314 樹脂モルタル
32 路盤
33 路面
P 設置空間(凹部)
C カバー材
H 設置空間
S 被覆層