JP6149101B2 - トラフ、舗装構造体、及び舗装構造体の施工方法 - Google Patents

Description

本発明は、自動車等の走行体が走行する舗装構造体及び舗装構造体の施工方法に関し、特に、走行体への非接触での給電に用いるトラフ、舗装構造体、及び舗装構造体の施工方法に関する。

二次電池を搭載している電気自動車（ＥＶ）やハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）等の走行体は、二次電池に蓄えられた電力を利用してモータを回転させ、モータの回転力で車輪を駆動させて走行している。二次電池に蓄えられた電力を利用して走行する走行体は、窒素酸化物や二酸化炭素等の環境に悪影響を与える物質を排出しないので、環境保全の観点から普及が望まれている。

二次電池の電力で走行する電気自動車は、二次電池の充電量が低下したときには充電しなければならず、一般の充電方法としては、充電スタンドや家庭で電気自動車と給電装置を接続して充電を行う。この給電装置と接続して充電を行う方式では、接続部分が摩耗等により接続が不十分になってしまうことがあるので、接続を十分にするためのメンテナンスが不可欠である。また、給電装置と接続して充電を行う方式では、接続部分でスパークが発生する恐れがあるため防爆エリアでは使用することができない。これらの問題を解決するために、電気自動車に備えたコイルと充電スタンド等の所定の箇所に設けたコイルとを位置合わせをして、電磁誘導による電力を生成することで非接触でも充電可能とした提案がなされている（例えば、特許文献１から３参照）。

特開２０１０−１７２０８４号公報 特開２０１１−４９２３０号公報 特開平１１−２３８６３８号公報

これらの提案により、給電装置と接続しなくても充電をすることができるようになったが、電気自動車の二次電池を充電が完了するまでは、その場で走行体を移動させずに待機していなければならない。したがって、電気自動車で長距離の行程を走行する場合、充電スタンド等でたびたび停車し、かなりの時間を費やして二次電池を充電しなければならない問題がある。

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであって、走行体への非接触での給電に用いるトラフ、舗装構造体、及び舗装構造体の施工方法を提供することを課題とする。

本発明は、以下の［１］〜［１０］を提供するものである。
［１］ 走行体に備えられた受電可能な受電装置に電磁波を介して給電する舗装構造体に用いられるトラフであって、
前記走行体が走行する方向に延伸するトラフ凹部を有するトラフ本体部と、
前記トラフ凹部の内側に平らな上面が形成されるように配置された磁性体部材と、
前記磁性体部材の上面に配置され、前記受電装置に電磁波を介して給電する給電体と、
前記トラフ凹部の内側において、前記給電体を覆う給電体保護材と、を備える、トラフ。
［２］ 前記トラフ本体部は、２つの溝が前記トラフ凹部の中に形成されるように、前記トラフ凹部の中央に仕切り部を有し、
前記給電体は、前記２つの溝にそれぞれ配置される２つの導電体を有する、［１］に記載のトラフ。
［３］ 前記トラフ本体部は、２つの溝が前記トラフ凹部の中に形成されるように、前記トラフ凹部の中央に形成された仕切り部を有し、
前記仕切り部は、前記２つの溝をつなげる複数の隙間が形成されるように並んだ複数の突起部で形成され、
前記給電体は、前記複数の隙間のうち任意の２つの隙間と前記２つの溝に配置されたコイル状の導電体を有する、［１］に記載のトラフ。
［４］ 前記トラフ本体部は、ステンレス、アルミ又はこれらの組み合わせで形成した骨材と前記骨材を覆うコンクリートとを有する、［１］から［３］のいずれかに記載のトラフ。
［５］ 前記磁性体部材は、スラグを含んで構成されている、［１］から［４］のいずれかに記載のトラフ。
［６］ 前記走行体から視認可能な視認部を備え、
前記視認部は、前記給電体保護材のうち前記給電体の上方の表面に設けられている、［１］から［４］のいずれかに記載のトラフ。
［７］ 前記視認部は、前記給電体保護材の色とは異なる色で着色されている、［５］に記載のトラフ。
［８］ 前記視認部は、再帰反射をする再帰反射素材で構成されている、［６］又は［７］に記載のトラフ。
［９］ 走行体に備えられた受電可能な受電装置に電磁波を介して給電する舗装構造体であって、
前記走行体が走行する方向に延伸する切削部と、
前記切削部に設置された［１］から［８］のいずれかに記載の複数のトラフと、を備える、舗装構造体。
［１０］ ［９］に記載の舗装構造体の施工方法であって、
舗装構造体に切削部を形成する切削部形成工程と、
前記切削部の内側に前記トラフを配置するトラフ配置工程と、
前記トラフ同士を電気的に接続する接続工程と、を含む、舗装構造体の施工方法。

本発明によると、走行体への非接触での給電に用いるトラフ、舗装構造体、及び舗装構造体の施工方法を提供することができる。

図１（ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係るトラフの概略断面図であり、図１（ｂ）は、本発明の第１の実施の形態に係るトラフの概略平面図である。 本発明の第１の実施の形態に係るトラフの接続部材による接続を示す概略図である。 本発明の第１の実施の形態に係る舗装構造体において、磁性体部材の効果を示す概略図である。 本発明の第１の実施の形態に係る舗装構造体を示す概略断面図である。 図４のＶ−Ｖ方向の概略断面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る舗装構造体の施工方法を示す概略工程図である。 図７（ａ）は、本発明の第２の実施の形態に係るトラフの概略断面図であり、図７（ｂ）は、本発明の第２の実施の形態に係るトラフの概略平面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る舗装構造体を示す概略断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る舗装構造体の施工方法を示す概略工程図である。 図７に示したトラフの変形例の概略平面図である。

［第１の実施の形態］
図１に示すように、本発明の第１の実施の形態に係るトラフ１ａは、走行体２に備えられた受電可能な受電装置３に電磁波を介して給電する舗装構造体５に用いられるトラフ１ａであって、走行体２が走行する方向に延伸するトラフ凹部１００を有するトラフ本体部１０ａと、トラフ凹部１００の内側に平らな上面が形成されるように配置された磁性体部材１１と、磁性体部材１１の上面に配置され、受電装置３に電磁波を介して給電する給電体１２と、トラフ凹部１００の内側において、給電体１２を覆う給電体保護材１３と、視認部６０とを備える。

図１（ａ）に示すように、トラフ本体部１０ａは、ステンレス、アルミ又はこれらの組み合わせで形成した骨材２０と骨材２０を覆うコンクリートとを有する。トラフ本体部１０ａのトラフ表面１０１は、滑り止めの機能を持たせるために粗面化されていることが好ましい。

トラフ本体部１０ａは、走行体２が走行する方向に延伸するトラフ凹部１００を有していて、断面形状がコの字状（Ｕ字状）である。トラフ凹部１００の深さは、給電体１２をトラフ凹部１００の内側に配置するという観点から、５０ｍｍ〜１５０ｍｍであることが好ましく、より好ましくは８０ｍｍ〜１２０ｍｍである。トラフ本体部１０ａのトラフ凹部１００が延伸する方向の長さは、製造や運搬の容易性の観点から、１．０ｍ〜４．０ｍであることが好ましく、より好ましくは２．０ｍ〜３．０ｍである。トラフ本体部１０ａの幅方向（トラフ凹部１００が延伸する方向に対して直交する方向）の長さは、製造や運搬の容易性、及びトラフ１ａを舗装構造体５の切削部１４に配置するという観点から、１．０ｍ〜４．０ｍであることが好ましく、より好ましくは２．０ｍ〜３．０ｍである。トラフ本体部１０ａの深さ方向の長さは、トラフ１ａを切削部１４に埋設するという観点から、８０ｍｍ〜２００ｍｍであることが好ましく、より好ましくは１００ｍｍ〜１５０ｍｍである。

図２に示すように、トラフ本体部１０ａは、トラフ本体部１０ａ同士を接続可能な接続部材１５を用いることでトラフ１ａを接続することができる。トラフ１ａを接続することで、舗装構造体５に複数のトラフ１ａを連続して配置することができる。

図３（ａ）に示すように、磁性体部材１１は、給電体１２の地中側に、上面が平らになるように配置されていて、給電体１２で生成した磁界の範囲を制御する機能を有する。図３（ａ）における磁束を点線で示す。磁性体部材１１が配置されていない場合、図３（ｂ）に示すように、給電体１２で生成した磁界は、舗装構造体５の地中側にも磁束が拡散してしまう。図３（ｂ）における磁束を点線で示す。磁性体部材１１が配置されている場合は、舗装構造体５の地中側に拡散してしまう磁束も、舗装構造体５の表面側に磁束を集約させることができる。つまり、磁性体部材１１は、磁束を集約して強い磁界を形成することになるので、磁界の変化により生じる電磁波も強くすることができる。
さらに、磁性体部材１１の上面が平らなので、表面側に収束する磁束の幅は、磁性体部材１１の幅と概ね同じになり、また、磁性体部材１１の幅方向における磁束の集約のムラがそれほど生じにくくなる。このため、走行体２が、凹部１０に対して若干ずれた位置を走行しても、走行体２の受電装置３の受電にはそれほど影響しない。

磁性体部材１１は、磁性体スラグ等の磁性体で形成されている。磁性体スラグとは、鉄分等の磁性体を５０〜８０％含有するスラグ系骨材をいう。磁性体部材１１は、導電性を高くするという観点から、磁性体スラグを１０〜４０％含有することが好ましく、より好ましくは１５〜３５％である。磁性体スラグは固い性質の材料であるので、トラック等の重量が大きい走行体２が上を通過する可能性がある磁性体部材１１の耐久性を維持するという観点から、磁性体部材１１には、磁性体スラグを１０％以上混入することが好ましく、より好ましくは１５％以上である。
磁性体部材１１は、舗装構造体５の表面側に磁束を集約させる機能を発揮するという観点から、厚さが１５ｍｍ以上であることが好ましく、より好ましくは厚さが３０ｍｍ以上である。

給電体１２は、互いに反対方向の電流を流すように平行に配置された導電体（電線）であり、給電設備６から供給される高周波電流を通電する。給電体１２は、電流が通電することにより磁界を生成し、交流電流を流すと、交流の周波数に従って磁界及び電界が変化し、電磁波を発生する。

給電体保護材１３は、舗装構造体５上を走行する走行体２による衝撃等から給電体１２を保護するために、給電体１２を覆うように設けられている。給電体保護材１３は、外力から給電体１２を保護し、給電体１２の遮断や屈曲等の物理的ダメージを防ぐ。給電体保護材１３としては、給電体１２を保護するという観点から、弾性係数が１０００ＭＰａ以上であることが好ましく、より好ましくは３０００ＭＰａ以上である。また、給電体保護材１３としては、給電体１２を保護するという観点から、一軸圧縮強度が１ＭＰａ以上であることが好ましく、より好ましくは３ＭＰａ以上である。また、給電体保護材１３は、給電体１２を保護するという観点から、給電体１２を覆う厚さが３０ｍｍ以上であることが好ましく、より好ましくは給電体１２を覆う厚さが５０ｍｍ以上である。

また、給電体保護材１３としては、給電体１２で生成される磁界を妨げないという観点から、磁性体部材１１と同じ又は異なる磁性体であることが好ましく、より好ましくは磁性体部材１１より導電性が高い磁性体である。

視認部６０は、給電体１２が埋設されている位置を走行体２から視認可能となるように、給電体保護材１３の表層に形成されている。具体的には、視認部６０は、トラフ１ａが伸びる方向に伸びる特別な舗装などであり、走行体２を運転する運転手に給電体１２が埋設されている所在を報知する。
このように、トラフ１ａが視認部６０を備えることで、充電が必要になった場合に容易に給電体１２が埋設されている位置を識別することができる。
これにより、走行体２に乗車している人間又は走行体２に搭載された車載カメラが、カラー舗装で設けられた視認部６０を認識し、走行体２の走行方向を制御することができる。このため、走行体２の受電装置３が給電体１２の上方に精度よく位置するように、かつ、給電体１２に対して蛇行させることなく、走行体２を走行させることができ、受電装置３の給電効率を上昇させることができる。

走行体２は、電気自動車（ＥＶ）やハイブリッド車（ＨＥＶ）等であり、図４に示すように、受電装置３を車体の床部近傍であって、給電体１２から照射される電磁波を受電可能な位置に備え、二次電池４を車室の床下等に備えている。走行体２は、二次電池４に蓄えられた電力を利用してモータ（図示せず）を回転させ、モータの回転力で車輪を駆動させて走行している。

受電装置３は、電磁波による電磁誘導現象により電力を取り出し可能なコイル等である。受電装置３は、二次電池４と接続されていて、取り出した電力を二次電池４に送電する。受電装置３は、電力を増幅する増幅器等を有することが好ましい。
受電装置３は、給電体１２から照射された電磁波を受電して、磁束が流入することで生じる電磁誘導現象により発生する電力を取り出す。受電装置３で取り出された電力は、充放電等の制御をする制御回路（図示せず）を経て二次電池４に充電される。

二次電池４は、充放電等の制御を行う制御回路や、冷却装置等を備えている。二次電池４としては、リチウムイオン電池等の充放電が可能な電池を用いることができる。

舗装構造体５は、走行体２が走行可能な舗装された車道等である。舗装構造体５は、コンクリート及びアスファルト等により舗装されている場合には、深い方から路盤、基層、表層という構成になっている。コンクリート及びアスファルト等により舗装された舗装構造体５では、基層及び表層にトラフ１ａが設けられることが好ましい。

図４及び図５に示すように、切削部１４は、走行体２が走行する方向に延伸して設けられる。切削部１４は、切削機等により切削され、トラフ１ａを内側に配置する。切削部１４は、それらを内側に配置するという観点から、幅が０．５ｍ〜２．０ｍであることが好ましく、より好ましくは０．５ｍ〜１．０ｍであり、深さが１００ｍｍ〜２５０ｍｍであることが好ましく、より好ましくは１００ｍｍ〜１５０ｍｍである。

給電設備６は、図５に示すように、地中に配した給電配線５０を介して給電体１２と電気的に接続されている。給電設備６は、交流電源であり、高周波電流を供給する。給電設備６は、走行レーンの外部に配置されていることが好ましい。

以下に、第１の実施の形態に係る舗装構造体５の施工方法について図６を参照して説明する。

＜凹部形成工程＞
まず、図６（ａ）に示す工程において、切削機等を用いて走行体２が走行する方向に延伸するように、所望の幅及び深さの切削部１４を舗装構造体５に形成する。

＜トラフ配置工程＞
次に、図６（ｂ）に示す工程において、切削部１４の内側にトラフ１ａを配置する。トラフ１ａは、走行体２が走行する方向に複数並べて配置することが好ましい。

＜接続工程＞
次に、図６（ｃ）に示す工程において、隣接するトラフ１ａ同士を接続する。トラフ１ａ同士の接続としては、それぞれの給電体１２を電気的に接続する。また、トラフ１ａ同士の接続としては、図２で示したように、接続部材１５を用いて物理的に接続する。

上述の施工方法により施工された舗装構造体５は、走行体２に備えられた受電可能な受電装置３に電磁波を介して給電する舗装構造体５であって、走行体２が走行する方向に延伸する切削部１４と、切削部１４に設置された複数のトラフ１ａとを備える。

以下に、舗装構造体５の給電動作について説明する。
走行体２は、二次電池４に蓄えられた電力を利用して走行するので、走行するに従い、二次電池４の電力が消費されて充電が必要になる。充電が必要になった走行体２は、給電体１２が設けられている舗装構造体５を走行する。
給電体１２が設けられている舗装構造体５を走行体２が走行している際には、給電体１２は、給電設備６から高周波電流を給電され、給電体１２で生成した電磁波を走行体２に向けて照射する。照射された電磁波は、給電体１２上を走行する走行体２の受電装置３が受電する。受電装置３は、受電した電磁波で生じる電磁誘導現象を利用して、電磁波の変化によって発生する電圧から電力を取り出す。受電装置３は、取り出された電力を送電し、二次電池４を充電する。

第１の実施の形態に係るトラフ１ａ及び舗装構造体５によれば、走行中の走行体２に電磁波を介して給電することができる。したがって、走行したまま二次電池４の充電が可能であるので、電気自動車である走行体２で長距離の行程を走行する場合であっても、充電スタンド等で停車せずに走行を続けることができる。

［第２の実施の形態］
本発明の第２の実施の形態に係るトラフ１ｂ及び舗装構造体５は、図７及び図８に示すように、第１の実施の形態で示したトラフ１ａ及び舗装構造体５と比して、トラフ本体部１０ｂは、２つの溝がトラフ凹部１００の中に形成されるように、トラフ凹部の中央に板状の仕切り部１０２を有する点及び給電体１２が２つの導電体で構成されている点が異なる。その他については実質的に同様であるので記載を省略する。

トラフ本体部１０ｂは、２つの溝を有していて断面形状がＥ字状であり、２つの溝に、それぞれ、給電体１２を構成する２つの導電体を配置する。
トラフ本体部１０ｂの仕切り部１０２は、それぞれの溝に配置された給電体１２の２つの導電体を仕切っているので、それぞれの給電体１２から照射される電磁波が打ち消しあってしまうのを防ぐことができる。

更に、視認部６０は、仕切り部１０２の表面に形成してもよい。具体的には、仕切り部１０２が伸びる方向に伸びる特別な舗装などである視認部６０を仕切り部１０２の表面に設けることで、走行体２を運転する運転手に給電体１２が埋設されている所在を報知する。

以下に、第２の実施の形態に係る舗装構造体５の施工方法について図８を参照して説明する。

＜凹部形成工程＞
まず、図９（ａ）に示す工程において、切削機等を用いて走行体２が走行する方向に延伸するように、所望の幅及び深さの切削部１４を舗装構造体５に形成する。

＜トラフ配置工程＞
次に、図９（ｂ）に示す工程において、切削部１４の内側にトラフ１ｂを配置する。トラフ１ｂは、走行体２が走行する方向に複数並べて配置することが好ましい。

＜接続工程＞
次に、図９（ｃ）に示す工程において、隣接するトラフ１ｂ同士を接続する。トラフ１ｂ同士の接続としては、それぞれの給電体１２を電気的に接続する。また、トラフ１ｂ同士の接続としては、図２で示したように、接続部材１５を用いて物理的に接続する。

このように構成された本発明の第２の実施の形態に係るトラフ１ｂ及び舗装構造体５でも、第１の実施の形態に係るトラフ１ｂ及び舗装構造体５と同様の効果を得ることができる。

更に、第２の実施の形態に係るトラフ１ｂ及び舗装構造体５によれば、トラフ本体部１０ｂの仕切り部１０２を有することによって、それぞれの給電体１２から照射される電磁波が打ち消しあってしまうのを防ぐことができ、走行体２に強い電磁波を照射することができる。

［その他の実施の形態］
上記のように、本発明は実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす記述及び図面はこの発明を限定するものであると理解するべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかになるはずである。

例えば、第１及び第２の実施の形態に係るトラフ１ａ，１ｂは、給電体１２から照射される電磁波を遮断して、なるべく空間へ伝播させないようにする部材である電磁波遮断部材がトラフ凹部１００の内壁面に設けられていることが好ましい。電磁波遮蔽部材は、ステンレス性の板若しくは網、アルミ性の板若しくは網、又はこれらの組み合わせで形成されていることが好ましい。
このように、トラフ１ａ，１ｂが電磁波遮蔽部材を備えることで、走行体２に向かう電磁波以外を遮断することができるので、給電体１２から空間へ伝播する電磁波を軽減させることができる。

また、第１及び第２の実施の形態に係る舗装構造体５の表面には、給電体１２の位置を走行体２から視認可能とする視認部６０が設けられている。特別な舗装等である視認部６０を、給電体１２が埋設している位置の舗装構造体５上（路面）に設けることで、走行体２を運転する運転手は、視認部６０を視認することにより、給電体１２が埋設されている所在を容易に認知する。視認部６０は、例えば、舗装構造体５の表層や仕切り部１０２の密粒度に酸化鉄（弁柄、Ｆｅ₂Ｏ₃）を混合物中に混入させ、赤色のカラー混合物での舗装した箇所であり、他の舗装面と異なる色とすることで、給電体１２の所在を報知する。また、視認部は、再帰反射をする再帰反射素材で舗装した箇所であり、反射によって運転手に給電体１２の所在を報知する箇所であってもよい。
このように、舗装構造体５が視認部６０を備えることで、充電が必要になった場合に容易に給電体１２の位置を識別することができる。

また、図１０に示すように、第２実施形態の仕切り部１０２は板状に形成されていたトラフ１ｂであったが、これに限定されず、２つの溝をつなげる複数の隙間１０４が形成されるように並んだ複数の突起部１０３で形成された仕切り部１０２ａを有するトラフ１ｃであってもよい。この場合、給電体１２は、複数の隙間１０４のうち任意の２つの隙間１０４と２つの溝に配置された１牧以上のコイル状の導電体であってもよい。

このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を包含するということを理解すべきである。したがって、本発明はこの開示から妥当な特許請求の範囲の発明特定事項によってのみ限定されるものである。

１ａ，１ｂ…トラフ
２…走行体
３…受電装置
４…二次電池
５…舗装構造体
６…給電設備
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ…トラフ本体部
１１…磁性体部材
１２…給電体
１３…給電体保護材
５０…給電配線
６０…視認部
１００…トラフ凹部
１０１…トラフ表面
１０２，１０２ａ…仕切り部
１０３…突起部
１０４…隙間

Claims (9)

1. 走行体に備えられた受電可能な受電装置に電磁波を介して給電する舗装構造体に用いられるトラフであって、
   前記走行体が走行する方向に延伸するトラフ凹部を有するトラフ本体部と、
   前記トラフ凹部の内側に平らな上面が形成されるように配置された磁性体部材と、
   前記磁性体部材の上面に配置され、前記受電装置に電磁波を介して給電する給電体と、
   前記トラフ凹部の内側において、前記給電体を覆う給電体保護材と、を備え、
   前記トラフ本体部は、ステンレス、アルミ又はこれらの組み合わせで形成した骨材と前記骨材を覆うコンクリートとを有する、トラフ。
2. 前記トラフ本体部は、２つの溝が前記トラフ凹部の中に形成されるように、前記トラフ凹部の中央に仕切り部を有し、
   前記給電体は、前記２つの溝にそれぞれ配置される２つの導電体を有する、請求項１に記載のトラフ。
3. 前記トラフ本体部は、２つの溝が前記トラフ凹部の中に形成されるように、前記トラフ凹部の中央に形成された仕切り部を有し、
   前記仕切り部は、前記２つの溝をつなげる複数の隙間が形成されるように並んだ複数の突起部で形成され、
   前記給電体は、前記複数の隙間のうち任意の２つの隙間と前記２つの溝に配置されたコイル状の導電体を有する、請求項１に記載のトラフ。
4. 前記磁性体部材は、スラグを含んで構成されている、請求項１から３のいずれかに記載のトラフ。
5. 前記走行体から視認可能な視認部を備え、
   前記視認部は、前記給電体保護材のうち前記給電体の上方の表面に設けられている、請求項１から４のいずれかに記載のトラフ。
6. 前記視認部は、前記給電体保護材の色とは異なる色で着色されている、請求項５に記載のトラフ。
7. 前記視認部は、再帰反射をする再帰反射素材で構成されている、請求項５又は６に記載のトラフ。
8. 走行体に備えられた受電可能な受電装置に電磁波を介して給電する舗装構造体であって、
   前記走行体が走行する方向に延伸する切削部と、
   前記切削部に設置された請求項１から７のいずれかに記載の複数のトラフと、を備える、舗装構造体。
9. 請求項８に記載の舗装構造体の施工方法であって、
   舗装構造体に切削部を形成する切削部形成工程と、
   前記切削部の内側に前記トラフを配置するトラフ配置工程と、
   前記トラフ同士を電気的に接続する接続工程と、を含む、舗装構造体の施工方法。

Images