特開 2024-8241 ワイヤレス給電システム

(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】P2024008241

(43)【公開日】2024-01-19

(54)【発明の名称】ワイヤレス給電システム

(51)【国際特許分類】

   H02J 50/10 20160101AFI20240112BHJP

   H02J 7/00 20060101ALI20240112BHJP

【ＦＩ】

H02J50/10

H02J7/00 301D

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022109946

(22)【出願日】2022-07-07

(71)【出願人】

【識別番号】000000262

【氏名又は名称】株式会社ダイヘン

(74)【代理人】

【識別番号】100114557

【弁理士】

【氏名又は名称】河野 英仁

(74)【代理人】

【識別番号】100078868

【弁理士】

【氏名又は名称】河野 登夫

(72)【発明者】

【氏名】大泉 朋久

【テーマコード（参考）】

5G503

【Ｆターム（参考）】

5G503AA01

5G503BA01

5G503BB01

5G503GB08

(57)【要約】

【課題】簡易に且つ効率的に水上モビリティへの充電を可能とするワイヤレス給電システムを提供することを目的とする。
【解決手段】ワイヤレス給電システムは、地上に設置された電源に接続され、回転体形状の第１ケーシング内に、前記第１ケーシングと同一軸となるように位置決めされた送電コイルと、水上モビリティに設けられた蓄電池に接続され、前記第１ケーシングと係合する回転体形状の第２ケーシング内に、前記第２ケーシングと同一軸となるように位置決めされる受電コイルとを含み、前記第１ケーシングと前記第２ケーシングとが係合した場合に、前記送電コイル及び前記受電コイルは同一軸となる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

地上に設置された電源に接続され、回転体形状の第１ケーシング内に、前記第１ケーシングと同一軸となるように位置決めされた送電コイルと、
水上モビリティに設けられた蓄電池に接続され、前記第１ケーシングと係合する回転体形状の第２ケーシング内に、前記第２ケーシングと同一軸となるように位置決めされる受電コイルと
を含み、前記第１ケーシングと前記第２ケーシングとが係合した場合に、前記送電コイル及び前記受電コイルは同一軸となる
ワイヤレス給電システム。

【請求項2】

前記第１ケーシングは、地上に設置される柱と同軸の扁平柱状であり、
前記第２ケーシングは、前記柱が挿通する中空円柱状である
請求項１に記載のワイヤレス給電システム。

【請求項3】

前記柱の内部は、磁性体である
請求項２に記載のワイヤレス給電システム。

【請求項4】

前記第１ケーシングは一端が開放された有底円筒状であって、前記第１ケーシングの底部に前記送電コイルが設けられており、
前記第２ケーシングは、前記第１ケーシングの内周よりも小さい外周を持つ円柱状又は中空円柱状である
請求項１に記載のワイヤレス給電システム。

【請求項5】

前記第１ケーシングは、中空円柱状であり、
前記第２ケーシングは、前記第１ケーシングに挿通する突出部を立設させた扁平円柱状である
請求項１に記載のワイヤレス給電システム。

【請求項6】

前記突出部の内部は磁性体である
請求項５に記載のワイヤレス給電システム。

【請求項7】

前記第２ケーシングは、前記水上モビリティの係留索に吊り下げられる
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のワイヤレス給電システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電動水上モビリティへのワイヤレス給電システムに関する。

【背景技術】

【0002】

脱炭素社会の実現に向け、自動車等の陸上モビリティのみならず、世界の流通を担う船舶のような水上モビリティについても電動化が実現されている（非特許文献１等）。陸上であっても、水上であっても、電動モビリティは大容量の充電が高速にできるか否かが問題となる。特に水上モビリティの場合は、船着き場で、バッテリを内蔵した船体に送電コイルを近づけて充電するため、波による揺れの影響が課題となる。

【0003】

特許文献１には、船体の外壁面に電磁界が透過する材料からなる透過部を設け、その内側に受電コイルを対向させて給電コイルから受電可能とすることが開示されている。特許文献１には、船体の揺れに対し、給電コイル側から船舶の外面に吸着するバキュームカップ等の吸着装置を用い、給電コイルを受電コイル側と共に動くようにして、伝送効率の低下を抑制することが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第５８２８３５８号

【非特許文献】

【0005】

【非特許文献1】ダイヘン，“電気推進船向け大容量ワイヤレス充放電実証実験の実施について”，［online］，令和４年２月４日，株式会社ダイヘン ニュースリリース，[令和４年６月１０日検索]，インターネット<URL: https://www.daihen.co.jp/newinfo_2022/news_220204.html>

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

給電コイルを、水上モビリティと共に揺動可能とする構成では、給電コイル及びそれを制御する給電装置が大規模になる。波による揺れや流れの力は強く、それに抵抗して固定することは困難である。また、水上モビリティの外壁面は、特定の種類の軽量の船体以外は、電磁界を透過させるのが困難な鉄板が大部分であるところ、透過部を設けるにはコストや安全性が課題になる。

【0007】

本発明は、簡易に且つ効率的に水上モビリティへの充電を可能とするワイヤレス給電システムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

一実施形態に係るワイヤレス給電システムは、地上に設置された電源に接続され、回転体形状の第１ケーシング内に、前記第１ケーシングと同一軸となるように位置決めされた送電コイルと、水上モビリティに設けられた蓄電池に接続され、前記第１ケーシングと係合する回転体形状の第２ケーシング内に、前記第２ケーシングと同一軸となるように位置決めされる受電コイルとを含み、前記第１ケーシングと前記第２ケーシングとが係合した場合に、前記送電コイル及び前記受電コイルは同一軸となる。

【発明の効果】

【0009】

一実施形態に係るワイヤレス給電システムによれば、地上に設けられた送電コイルのケーシングに、水上モビリティの蓄電池と接続された受電コイルのケーシングを係合させるという容易な操作で、送電コイルと受電コイルとを位置決め可能である。係留索に係留されている範囲で水上モビリティが動いても、位置ずれが発生し難い。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】第１実施形態のワイヤレス給電システムの概要図である。

【図2】第１実施形態の送電コイルと受電コイルを示す模式斜視図である。

【図3】第２実施形態の送電コイルと受電コイルを示す模式斜視図である。

【図4】第３実施形態の送電コイルと受電コイルを示す模式斜視図である。

【図5】第４実施形態の送電コイルと受電コイルを示す模式斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

本開示のワイヤレス給電システム１００の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。

【0012】

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態のワイヤレス給電システム１００の概要図である。ワイヤレス給電システム１００は、地上に設置された送電装置１と、水上モビリティに設けられた受電装置２とを含む。送電装置１は、送電のために地上に設けられる柱Ｐと、この柱Ｐと軸が共通する送電コイル１０と、送電コイル１０を位置決めするケーシング１１と、送電コイル１０へ電流を提供する電源１２とを有する。柱Ｐは、係留柱Ｍと兼用であってもよいが、図１に示すように、別途、係留柱Ｍに並べて設置されるとよい。受電装置２は、柱Ｐに係合する形状のケーシング２１と、ケーシング２１に位置決めされた受電コイル２０に発生する電流を伝送する電力線を内包するケーブル２２とを含む。受電装置２は、ケーブル２２を介して電力を伝送してバッテリ３へ電力を供給する伝送部２３を含む。

【0013】

環状のケーシング２１を有する受電コイル２０は、水上モビリティのデッキなど、係留索の収納場所近傍に、作業員により取り出し可能に設置されている。係留索が係留柱Ｍに固定されると、カラビナ等のフックによって受電コイル２０をケーシング２１ごと係留索に吊り下げ、受電コイル２０を係留柱Ｍに運搬することができる。このとき、ケーブル２２は係留索に沿うようにして延びる。陸側の作業員は、受電コイル２０のケーシング２１のフックを係留索から取り外し、受電コイル２０を柱Ｐに係合させる。ケーブル２２は、係留索の長さに対してゆとりを持たせた長さとしてある。自動的に、あるいは作業員の操作によって、送電装置１から受電装置２へ電力が供給されると、伝送部２３を介して水上モビリティの駆動用のバッテリ３へ供給され、ワイヤレス給電が実現される。

【0014】

受電コイル２０のケーシング２１、ケーブル２２及び送電装置１を十分に防水加工しておくことにより、端子が露出するようなコネクタで接続される有線充電よりも安全な給電が実現可能となる。以下、送電装置１のケーシング１１の形状と、受電装置２の受電コイル２０及びケーシング２１の形状について詳細に説明する。

【0015】

図２は、第１実施形態の送電コイル１０と受電コイル２０を示す模式斜視図である。図２では、送電コイル１０と受電コイル２０とをそれぞれ位置決めするケーシング１１及びケーシング２１の詳細を示す。

【0016】

第１実施形態において送電コイル１０は、鉛直方向に立設されている柱Ｐの軸と同軸となるように、柱Ｐの下方に設置されている。送電コイル１０は、図２に示すように柱Ｐが立設された扁平柱状のケーシング１１内に設置されている。ケーシング１１と柱Ｐとで回転体をなしている。ケーシング１１の形状は、図２においては円柱状であるが、軸を有して送電コイル１０を位置決めする形状であればこれに限らない。四角柱、六角柱、八角柱、十二角柱等であってもよい。送電コイル１０は、柱Ｐが立設されている地面より下に埋められて設置されていてもよい。柱Ｐの軸中心にはコアが設けられてもよい。送電コイル１０の下方には、図２に示すように、電磁界を送電コイル１０側へ戻すための磁性体からなるシールド１０２が設けられている。シールド１０２は必須ではない。電源からの電流が送電コイル１０を流れると、鉛直方向に垂直な円環状に流れる電流に対してポロイダル方向の磁界が発生する。さらに、柱Ｐの内部にファライト等の磁性体を設けることにより、送電コイル１０から受電コイル２０への電力の伝達効率を向上させることができる。

【0017】

受電コイル２０は、電磁界を透過する性質の中空円柱状のケーシング２１内に収容され、防水加工されたケーブル２２内の電力線と接続されている。受電コイル２０は、中空円柱状のケーシング２１が柱Ｐに挿通されるように載置されると、送電コイル１０と同軸になる。送電コイル１０に発生する磁界によって、受電コイル２０に電流が発生し電力がケーブル２２内の電力線へ流れる。

【0018】

柱Ｐに受電コイル２０のケーシング２１が係合される形状であることにより、送電コイルと受電コイルとの位置合わせが簡易に実現する。図２では、ケーシング１１及び送電コイル１０の軸は鉛直方向に沿うように図示されているが、これに限らず、水平方向に沿う軸を持つように設置されてもよい。水上モビリティが、係留索に係留されている範囲で動いても、受電コイル２０と送電コイル１０との位置ずれは起こり難く、電力の伝送効率が低下しにくい。また、端子が露出するようなコネクタを使用しないので、水上モビリティのバッテリ３の充電に安全に使用可能である。

【0019】

（第２実施形態）
第２実施形態におけるワイヤレス給電システム１００の構成は、送電コイル１０を位置決めするためのケーシング１１の形状を除き、第１実施形態のワイヤレス給電システム１００と同様である。以下、送電コイル１０のケーシング１０１の形状について説明する。

【0020】

図３は、第２実施形態の送電コイル１０と受電コイル２０を示す模式斜視図である。送電コイル１０は、一端が開放された有底円筒状のケーシング１１の底部に、ケーシング１１と軸を同一とするようにして設置されている。図３では、ケーシング１１及び送電コイル１０の軸は鉛直方向に沿うように図示されているが、これに限らず、水平方向に沿う軸を持つように設置されてもよい。

【0021】

ケーシング１１は、電磁界のシールドとして機能してもよい。受電コイル２０は、第１実施形態同様に、中空円柱状のケーシング２１を有し、ケーシング１１の内周は、受電コイル２０のケーシング２１の外周より少し大きい。ケーシング２１は、中空円柱状ではなく扁平な扁平円柱状であってもよい。受電コイル２０は、ケーシング２１が送電装置１の円筒状のケーシング１１内に嵌合するように載置されると、送電コイル１０と同軸となる。第２実施形態においても、送電コイル１０に発生する磁界によって、受電コイル２０に電流が発生し電力がケーブル２２内の電力線に流れる。

【0022】

第２実施形態においても、ケーシング１１に受電コイル２０のケーシング２１が係合する形状であることにより、送電コイル１０と受電コイル２０との位置合わせが簡易に実現する。水上モビリティが、係留索に係留されている範囲で動いても、受電コイル２０と送電コイル１０との位置ずれは起こりづらく、電力の伝送効率が低下しにくい。また、端子が露出するようなコネクタを使用しないので、水上モビリティのバッテリ３の充電に安全に使用可能である。

【0023】

（第３実施形態）
第３実施形態におけるワイヤレス給電システム１００の構成は、送電コイル１０のケーシング及び受電コイル２０のケーシングの形状を除き、第１実施形態のワイヤレス給電システム１００と同様である。以下、送電コイル１０及び受電コイル２０それぞれのケーシングの形状について説明する。

【0024】

図４は、第３実施形態の送電コイル１０と受電コイル２０を示す模式斜視図である。第３実施形態の送電コイル１０は、中空円柱状のケーシング１１内に、ケーシング１１と軸を同一とするようにして設置されている。図４では、ケーシング１１及び送電コイル１０の軸は鉛直方向に沿うように図示されているが、これに限らず、水平方向に沿う軸を持つように設置されてもよい。

【0025】

受電コイル２０は、扁平円柱状のケーシング２１１内に設けられている。ケーシング２１１の一方の端面の中央には、同軸となるように立設された円柱状の突出部２１２が設けられている。ケーシング２１１及び突出部２１２とで回転体をなしている。突出部２１２の大きさは、送電コイル１０の中空円柱状のケーシング１１の内周よりも少し小さく、受電コイル２０のケーシング２１１の突出部２１２は、送電コイル１０の中空円柱状のケーシング１１の内側に嵌合可能である。突出部２１２がケーシング１１の内側に嵌合するように載置されると、受電コイル２０は、送電コイル１０と同軸となる。第３実施形態においても、送電コイル１０に発生する磁界によって、受電コイル２０に電流が発生し電力がケーブル２２内の電力線に流れる。さらに、突出部２１２の内部にファライト等の磁性体を設けていれば、送電コイル１０から受電コイル２０への電力の伝達効率を向上させることができる。

【0026】

第３実施形態においても、ケーシング１１に受電コイル２０のケーシング２１１の突出部２１２が係合する形状であることにより、送電コイル１０と受電コイル２０との位置合わせが簡易に実現する。水上モビリティが、係留索に係留されている範囲で動いても、受電コイル２０と送電コイル１０との位置ずれは起こりづらく、電力の伝送効率が低下しにくい。また、端子が露出するようなコネクタを使用しないので、水上モビリティのバッテリ３の充電に安全に使用可能である。

【0027】

送電コイル１０のケーシング、及び受電コイル２０のケーシングの形状は、第１～第３実施形態で図示した形状に限らず、一部が組み合わせられてもよい。第２実施形態の逆となるように、受電コイル２０のケーシング２１が有底円筒状となっており、中空円柱状又は扁平円柱状の形状を有する送電コイル１０のケーシングに被さるように係合してもよい。第２実施形態の送電コイル１０のケーシング１１の底の中央部に、受電コイル２０の中空円柱状のケーシングの内側に嵌合する突出部が設けられて嵌合してもよい。ケーシング１１が地面に埋められていてもよいし、ケーシング１１の外周は円筒状でなくてもよい。

【0028】

（第４実施形態）
送電コイル１０と受電コイル２０とで径は同等とし、対向させる構成としたが、送電コイル１０と受電コイル２０とが、内外に位置するような構成としてもよい。図５は、第４実施形態の送電コイル１０と受電コイル２０を示す模式斜視図である。第４実施形態において送電コイル１０は、柱Ｐ２の内側内に、柱Ｐ２と軸を同一とするようにして設置されている。柱Ｐ２の外周は、受電コイル２０の中空円柱状のケーシング２１の内周よりも少し小さい。

【0029】

図５に示したようなケーシング２１及び柱Ｐ２（ケーシング）であっても、受電コイル２０のケーシング２１を柱Ｐ２に係合させる、という簡易な操作で受電コイル２０及び送電コイル１０の位置合わせが成立する。更に、水上モビリティが係留索に係留されている範囲で動いても、受電コイル２０は、ケーシング２１の内周と柱Ｐ２の外周の遊び分しか移動せず、受電コイル２０と送電コイル１０との位置ずれは起こりづらく、電力の伝送効率が低下しにくい。

【0030】

さらに、第４実施形態においては、図５の柱Ｐ２は、送電コイル１０の中心部にファライト等の磁性体を挿入した構造とすることにより、送電コイル１０から受電コイル２０への電力の伝達効率を向上させることができる。なお、磁性体の位置は送電コイル１０の中心部ではなく、送電コイル１０と受電コイル２０の境界面である柱Ｐ２の外周部であってもよく、柱Ｐ２に磁性体を設けていればよい。

【0031】

上述のように開示された実施の形態は全ての点で例示であって、制限的なものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれる。

【符号の説明】

【0032】

１００ ワイヤレス給電システム
１ 送電装置
１０ 送電コイル
１０２ シールド
１１ ケーシング
１２ 電源
Ｐ，Ｐ２ 柱
Ｍ 係留柱
２ 受電装置
２０ 受電コイル
２１，２１１ ケーシング
２１２ 突出部
２２ ケーブル
２３ 伝送部
３ バッテリ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】