(57)【要約】【課題】より簡易な構成で金属異物の除去が可能な非接触電力伝送システムの制御装置を提供すること。【解決手段】送電装置Ａの送電コイルユニット４と受電装置Ｂの受電コイルユニット６とが対向しているときに、前記送電装置Ａから前記受電装置Ｂに電力伝送を行う非接触電力伝送システムに適用可能な制御装置５であって、前記送電装置Ａと前記受電装置Ｂの間でデータ通信を行う通信部５ｂと、前記送電コイルユニット４又は前記受電コイルユニット６の一方が無通電の状態において、前記送電コイルユニット４又は前記受電コイルユニット６の他方に配設された第１のコイルに直流電流を通流させる制御部５ａと、を備える。【選択図】図１
2018057194.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送電装置の送電コイルユニットと受電装置の受電コイルユニットとが対向しているときに、前記送電装置から前記受電装置に電力伝送を行う非接触電力伝送システムに適用可能な制御装置であって、
前記送電装置と前記受電装置の間でデータ通信を行う通信部と、
前記送電コイルユニット又は前記受電コイルユニットの一方が無通電の状態において、前記送電コイルユニット又は前記受電コイルユニットの他方に配設された第１のコイルに直流電流を通流させる制御部と、
を備える制御装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記第１のコイルに通流させた直流電流を解除した後に、
前記送電コイルユニット又は前記受電コイルユニットの前記他方が無通電の状態において、前記送電コイルユニット又は前記受電コイルユニットの前記一方に配設された第２のコイルに直流電流を通流させる
請求項１に記載の制御装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記第１のコイルに通流させた直流電流を解除した後で、且つ、前記第２のコイルに直流電流を通流させる前に、前記第１及び第２のコイルのいずれにも電流を通流させない無通電期間を設ける
請求項２に記載の制御装置。  
【請求項４】
前記制御部は、前記第１のコイルに直流電流を通流させる動作と、前記第２のコイルに直流電流を通流させる動作と繰り返し実行する
請求項２に記載の制御装置。
【請求項５】
前記第１のコイルは、前記送電コイル又は前記受電コイルである
請求項１に記載の制御装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記第１のコイルに直流電流を通流させた後、前記送電コイルと前記受電コイルの両方に直流電流を通流させる
請求項１に記載の制御装置。
【請求項７】
前記送電コイルユニットと前記受電コイルユニットは、水平方向に対向するように配設される
請求項１に記載の制御装置。
【請求項８】
請求項１に記載の制御装置を備える非接触電力伝送システムの送電装置。
【請求項９】
請求項１に記載の制御装置を備える非接触電力伝送システムの受電装置。
【請求項１０】
高周波交流電力を生成するインバータ回路、及び当該インバータ回路が生成した高周波交流電力を通流させる送電コイルユニットを有する送電装置と、
前記送電コイルユニットと対向しているときに当該送電コイルユニットから高周波交流電力を受電する受電コイルユニットを有する受電装置と、
前記送電装置又は前記受電装置の少なくともいずれか一方に搭載され、
前記送電コイルユニット又は前記受電コイルユニットの一方が無通電の状態において、前記送電コイルユニット又は前記受電コイルユニットの他方に配設された第１のコイルに直流電流を通流させる制御装置と、
を備える非接触電力伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非接触電力伝送システムの制御装置、送電装置、受電装置及び非接触電力伝送システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
送電コイルから受電コイルに対して非接触で電力を供給する非接触電力伝送システムが知られている。
【０００３】
かかる非接触電力伝送システムにおいて、送電コイルと受電コイルとの間に金属や磁性体材料からなる異物（以下、「金属異物」と総称する）が入り込むと、この金属異物に渦電流が生じてこれらの金属異物が発熱したり、電力伝送効率を低下させたりする要因となる。
【０００４】
このような金属異物を除去する手段として、特許文献１には、送電コイルを保護するカバー部材を振動させるアクチュエータ等を設けることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１５−１３３８４６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、非接触電力伝送システムの送電装置や受電装置は、設置後に長期間放置された状態となるため、できるだけ簡易な構成、且つ、メンテナンスフリーで、小型化を実現可能とするものが望ましい。
【０００７】
この点、金属異物を除去する手段として、特許文献１の従来技術のように、別途、アクチュエータ等を設けると、小型化要請に反することに加え、当該アクチュエータ等が破損しないように保護する処置が必要となり、好ましくない。
【０００８】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたもので、より簡易な構成で金属異物の除去が可能な非接触電力伝送システムの制御装置、送電装置、受電装置及び非接触電力伝送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】
【０００９】
前述した課題を解決する主たる本発明は、送電装置の送電コイルユニットと受電装置の受電コイルユニットとが対向しているときに、前記送電装置から前記受電装置に電力伝送を行う非接触電力伝送システムに適用可能な制御装置であって、前記送電装置と前記受電装置の間でデータ通信を行う通信部と、前記送電コイルユニット又は前記受電コイルユニットの一方が無通電の状態において、前記送電コイルユニット又は前記受電コイルユニットの他方に配設された第１のコイルに直流電流を通流させる制御部と、を備える制御装置である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る非接触電力伝送システムの制御装置によれば、より簡易な構成で金属異物を除去することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１の実施形態に係る非接触電力伝送システムの全体構成を示すブロック図
【図２】第１の実施形態に係る非接触電力伝送システムの動作を示すフローチャート
【図３】第１の実施形態において異物除去動作の際に金属異物に作用する吸引力について説明する図
【図４】第２の実施形態に係る非接触電力伝送システムの動作を示すフローチャート
【図５】第２の実施形態において位置決め動作の際に送電コイルと受電コイルに作用する吸引力について説明する図
【図６】第３の実施形態に係る非接触電力伝送システムの動作を示すフローチャート
【図７】第４の実施形態に係る非接触電力伝送システムの送電コイルと受電コイルのカバー部材を示す図
【図８】第４の実施形態の変形例に係る非接触電力伝送システムの送電コイルと受電コイルのカバー部材を示す図
【図９】第５の実施形態に係る非接触電力伝送システムの全体構成を示すブロック図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（第１の実施形態）
以下、図１を参照して、本実施形態に係る非接触電力伝送システムの構成の一例について説明する。
【００１３】
図１は、本実施形態に係る非接触電力伝送システムの全体構成を示すブロック図である。
【００１４】
本実施形態に係る非接触電力伝送システムは、送電装置Ａと受電装置Ｂを含んで構成される。本実施形態に係る非接触電力伝送システムは、例えば、電気自動車が搭載するバッテリを非接触で充電するために適用される。そして、送電装置Ａは、例えば、駐車スペースに充電ポストとして設置され、受電装置Ｂは、例えば、電気自動車に搭載される。
【００１５】
送電装置Ａは、送電側整流回路２、インバータ回路３、送電コイルユニット４、及び送電側制御装置５を備えている。又、受電装置Ｂは、受電コイルユニット６、受電側整流回路７、及び受電側制御装置９を備えている。
【００１６】
送電装置Ａは、例えば、商用電源１に接続されており、送電側整流回路２とインバータ回路３を介して、送電コイルユニット４の送電コイル４Ｌに高周波電力を発生させる。又、受電装置Ｂは、例えば、バッテリ８に接続されており、送電装置Ａが発生した高周波電力を受電コイルユニット６の受電コイル６Ｌで受電し、受電側整流回路７を介して当該バッテリ８に充電する。
【００１７】
尚、送電側制御装置５は、送電装置Ａに搭載され、当該送電装置Ａの各部を制御する制御装置である。又、受電側制御装置９は、受電装置Ｂに搭載され、当該受電装置Ｂの各部を制御する制御装置である。図１中の矢印は、送電側制御装置５及び受電側制御装置９が出力する制御信号の信号経路を表している。
【００１８】
商用電源１は、例えば、６０Ｈｚ、２００Ｖを出力する低周波の単相交流電源である。
【００１９】
送電側整流回路２は、商用電源１から入力される交流電力を直流電力に整流する。送電側整流回路２は、例えば、ダイオードブリッジ回路と平滑回路を含んで構成される。尚、送電側整流回路２は、更に、力率改善回路を含む構成としてもよい。
【００２０】
インバータ回路３は、送電側整流回路２から入力される直流電力を高周波交流電力に変換する。インバータ回路３は、例えば、Ｈブリッジ回路を含んで構成される。インバータ回路３は、ソース側ラインＬ１とシンク側ラインＬ２の間に直列に接続された第１のソーストランジスタ３Ｓａ及び第１のシンクトランジスタ３Ｓｂと、同ソース側ラインＬ１とシンク側ラインＬ２の間に直列に接続された第２のソーストランジスタ３Ｓｃ及び第２のシンクトランジスタ３Ｓｄと、これらのトランジスタ３Ｓａ〜３Ｓｄの夫々に並列に設けられる第１乃至第４の回生ダイオード３Ｄａ〜３Ｄｄと、を有している。
【００２１】
インバータ回路３の各トランジスタ３Ｓａ〜３Ｓｄが選択的にオンオフ動作することによって、第１のソーストランジスタ３Ｓａ及び第１のシンクトランジスタ３Ｓｂの接続点３Ｔ１と、第２のソーストランジスタ３Ｓｃ及び第２のシンクトランジスタ３Ｓｄの接続点３Ｔ２との間に、高周波交流電力が発生する。
【００２２】
尚、各トランジスタ３Ｓａ〜３Ｓｄは、送電側制御装置５から入力される制御信号によってオンオフ動作する。
【００２３】
送電コイルユニット４は、インバータ回路３から入力される高周波交流電力を受電コイルユニット６に送電する。送電コイルユニット４は、例えば、送電コイル４Ｌ、共振コンデンサ４Ｃ、スイッチ４Ｓを有している。
【００２４】
送電コイル４Ｌは、インバータ回路３の接続点３Ｔ１及び３Ｔ２の間に直列に接続され、例えば、電磁誘導や磁界共鳴によって、受電装置Ｂの受電コイル６Ｌに高周波交流電力を送電する。より詳細には、送電コイル４Ｌに高周波電力が供給されると、その周囲に交流磁場が形成され、交流磁場が受電コイル６Ｌと鎖交し、受電コイル６Ｌに誘導起電力が発生する。これによって、送電コイル４Ｌと受電コイル６Ｌ間で非接触の送受電が行われる。
【００２５】
送電コイル４Ｌと受電コイル６Ｌは、ともにコイルの軸芯が水平方向に向くように配設するのが望ましい。これによって、電力伝送の際には、送電コイル４Ｌと受電コイル６Ｌとが水平方向の左右に配設された構成となり、金属異物を脱落させやすくすることができる（図３を参照）。換言すると、送電コイル４Ｌと受電コイル６Ｌとは、水平方向に磁気結合する構成とする。
【００２６】
送電コイル４Ｌ及び受電コイル６Ｌは、例えば、フェライトコアにリッツ線等の線材が巻回されて構成された平面コイルである。尚、送電コイル４Ｌ及び受電コイル６Ｌとしては、コアの両側に線材を巻く両側巻コイル、コアの片側のみに線材を巻く片側巻コイルのいずれであってもよい。又、コア材を設けない構成としてもよい。又、送電コイル４Ｌ及び受電コイル６Ｌは、プラスチック等の非磁性材料によって形成されるカバー部材に被覆される構成としてもよい。
【００２７】
共振コンデンサ４Ｃは、送電コイル４Ｌとともに、インバータ回路３の接続点３Ｔ１及び３Ｔ２の間に直列に接続されている。共振コンデンサ４Ｃは、所定周波数で送電コイル４Ｌと共振し、送電コイル４Ｌに通流する電流を増大させる。尚、送電コイル４Ｌと共振コンデンサ４Ｃの共振周波数、及び受電コイル６Ｌと共振コンデンサ６Ｃの共振周波数は、例えば、ほぼ同一となるように設定される。
【００２８】
スイッチ４Ｓは、共振コンデンサ４Ｃの一端の電極と他端の電極に並列に接続され、共振コンデンサ４Ｃをバイパスするバイパス経路を形成する。スイッチ４Ｓは、例えば、電磁リレーやトランジスタによって構成される。
【００２９】
本実施形態に係る送電装置Ａは、金属異物を除去する際（詳細は後述）、スイッチ４Ｓをオンしてバイパス経路を導通することによって、送電コイル４Ｌに、ソース側ラインＬ１からシンク側ラインＬ２に向かう直流電流が通流し得るようにしている。尚、電力伝送する際には、スイッチ４Ｓはオフされ、バイパス経路は非道通状態とされる。
【００３０】
受電コイルユニット６は、送電コイルユニット４から高周波交流電力を受電する。受電コイルユニット６は、例えば、受電コイル６Ｌ、共振コンデンサ６Ｃ、スイッチ６Ｓａ及び６Ｓｂを有している。
【００３１】
受電コイル６Ｌと共振コンデンサ６Ｃは直列に接続されており、それぞれの他方の端子は受電側整流回路７の入力端７Ｔ１及び７Ｔ２に接続されている。尚、受電コイル６Ｌ及び共振コンデンサ６Ｃの動作は、上記した通りである。
【００３２】
スイッチ６Ｓａ及び６Ｓｂは、共振コンデンサ６Ｃをバイパスするバイパス経路を形成する。スイッチ６Ｓａは、一端がソース側ラインＬ３に接続され、他端が受電コイル６Ｌの一端と接続されている。又、スイッチ６Ｓｂは、一端がシンク側ラインＬ４に接続され、他端が受電コイル６Ｌの他端と接続されている。そして、スイッチ６Ｓａとスイッチ６Ｓｂとによって、受電コイル６Ｌの両端がソース側ラインＬ３とシンク側ラインＬ４の間に直列に接続される。
【００３３】
尚、スイッチ６Ｓａ及び６Ｓｂは、スイッチ４Ｓと同様に、例えば、電磁リレーやトランジスタによって構成される。
【００３４】
本実施形態に係る受電装置Ｂは、金属異物を除去する際（詳細は後述）、スイッチ６Ｓａ及び６Ｓｂをオンしてバイパス経路を導通することによって、受電コイル６Ｌに直流電流が通流し得るようにしている。尚、電力伝送する際には、スイッチ６Ｓａ及び６Ｓｂはオフされ、バイパス経路は非道通状態とされる。
【００３５】
受電側整流回路７は、受電コイルユニット６で受電した交流電力を直流電力に整流する整流部である。受電側整流回路７は、例えば、４つの整流素子７Ｄａ〜７Ｄｄによって構成されるダイオードブリッジ回路と、インダクタ７Ｌとコンデンサ７Ｃで構成される平滑化回路とを備えている。
【００３６】
バッテリ８は、受電側整流回路７から入力される直流電力を充電する。バッテリ８は、例えば、リチウムイオン二次電池、電気二重層キャパシタ等で構成される。
【００３７】
送電側制御装置５は、インバータ回路３の各トランジスタ３Ｓａ〜３Ｓｄや送電コイルユニット４のスイッチ４Ｓに対して制御信号を出力し、これらのオンオフ動作を制御する。送電側制御装置５は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等を含んで構成されるマイコンである。
【００３８】
送電側制御装置５は、制御部５ａ、通信部５ｂを備えている。
【００３９】
制御部５ａは、金属異物を除去する際に動作し、例えば、送電コイル４Ｌ又は受電コイル６Ｌの一方が無通電の状態において、送電コイル４Ｌ又は受電コイル６Ｌの他方に配設されたコイルに直流電流を通流させる。制御部５ａは、かかる制御のため、各トランジスタ３Ｓａ〜３Ｓｄ、スイッチ４Ｓに対して制御信号を出力したり、通信部５ｂを介して受電側制御装置９とデータ通信したりする。
【００４０】
通信部５ｂは、受電側制御装置９とデータ通信して、送電装置Ａと受電装置Ｂが協調動作することを可能とする。通信部５ｂは、例えば、通信コントローラを用いて、受電側制御装置９と無線通信を行う。
【００４１】
尚、本実施形態では、送電側制御装置５が本発明の「制御装置」に相当する。
【００４２】
受電側制御装置９は、スイッチ６Ｓａ及び６Ｓｂに制御信号を出力し、当該スイッチ６Ｓａ及び６Ｓｂのオンオフ動作を制御する。受電側制御装置９は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を含んで構成されるマイコンである。
【００４３】
受電側制御装置９は、制御部９ａ、通信部９ｂを備えている。
【００４４】
制御部９ａは、金属異物を除去する際に動作し、例えば、送電側制御装置５からの制御信号に基づいてスイッチ６Ｓａ及び６Ｓｂに制御信号を出力し、当該スイッチ６Ｓａ及び６Ｓｂのオンオフ動作を制御する。
【００４５】
通信部９ｂは、送電側制御装置５の通信部５ｂとデータ通信して、送電装置Ａと受電装置Ｂが協調動作することを可能とする。通信部９ｂは、例えば、通信コントローラを用いて、送電側制御装置５と無線通信を行う。
【００４６】
このように、送電側制御装置５と受電側制御装置９とでデータ通信することによって、電力伝送が可能な状態か否かを識別したり、金属異物を除去する際の協調動作を行ったりする。
【００４７】
尚、送電側制御装置５の制御部５ａ及び通信部５ｂ、又、受電側制御装置９の制御部９ａ及び通信部９ｂは、例えば、ＣＰＵがＲＯＭ、ＲＡＭ等に記憶された制御プログラムや各種データを参照することによって実現される。但し、当該機能の全部又は一部は、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア回路によっても実現できることは勿論である。
【００４８】
又、通信部５ｂ及び通信部９ｂは、任意の通信手段を用いてよく、例えば、ＲＦタグを用いたり、送電コイル４Ｌと受電コイル６Ｌを通信手段として用いてもよい。
【００４９】
［制御装置の動作フロー］
次に、図２、図３を参照して、本実施形態に係る非接触電力伝送システムにおける金属異物を除去するために実行する動作フローの一例について説明する。尚、この動作は、送電側制御装置５と受電側制御装置９が協調して動作することによって実現される。
【００５０】
図２は、本実施形態に係る非接触電力伝送システムの動作を示すフローチャートである。
【００５１】
受電装置Ｂの受電コイルユニット６等には、例えば、車輌を走行させている際の泥はね等によって、種々の異物が付着した状態となっている。受電コイルユニット６に金属異物が付着している場合、上記したように、電力伝送の際に発熱を引き起こしたり、給電効率を低下させたりすることになる。尚、本実施形態に係る受電コイルユニット６は、受電コイル６Ｌ等を外装たる筐体に格納した状態で車輌に搭載しており、当該筐体に異物が付着する。
【００５２】
そこで、本実施形態に係る非接触電力伝送システムにおいては、電力伝送を実行する前に、図２に示す動作を行って金属異物を除去する。当該動作は、例えば、送電側制御装置５と受電側制御装置９とが通信して、送電コイルユニット４と受電コイルユニット６が対向して配設されたことが検知されたときに実行される。
【００５３】
尚、図２に示す動作フローは、例えば、送電側制御装置５（制御部５ａ）がコンピュータプログラムに従って実行するものである。換言すると、ここでは、送電側制御装置５が主体となって、受電側制御装置９を制御するものとする。
【００５４】
送電側制御装置５は、受電コイル６Ｌが無通電状態において、送電コイル４Ｌに直流電流を通流させて、送電コイル４Ｌを電磁石化する（ステップＳ１）。
【００５５】
この際、例えば、送電側制御装置５は、トランジスタ３Ｓａ、トランジスタ３Ｓｄ及びスイッチ４Ｓが「ＯＮ」の状態、トランジスタ３Ｓｂとトランジスタ３Ｓｃが「ＯＦＦ」の状態になるように動作させる。又、送電側制御装置５は、受電側制御装置９とデータ通信して、スイッチ６Ｓａ及びスイッチ６Ｓｂが「ＯＦＦ」の状態になるように動作させる。これによって、送電コイル４Ｌには、ソース側ラインＬ１からシンク側ラインＬ２に向かって直流電流が通流する。尚、トランジスタ又はスイッチが「ＯＮ」の状態が導通状態を表し、「ＯＦＦ」の状態が非導通状態を表す（以下同じ）。
【００５６】
図３は、異物除去動作の際に金属異物に作用する吸引力について説明する図である。図３中において、Ｚは金属異物、点線φは磁界、矢印Ｆは金属異物Ｚに作用する吸引力を表している。
【００５７】
送電コイル４Ｌに直流電流を通流させることによって、当該送電コイル４Ｌからは、磁界が発生し、当該磁界が受電コイルユニット６に付着した金属異物に対して作用することになる。金属異物は、多くの場合、鉄や酸化鉄等の磁性体材料を含んでいるため、送電コイル４Ｌから作用する磁界によって、当該金属異物には吸引力が作用する。その結果、金属異物は、受電コイルユニット６から脱落し、除去されることになる。尚、図３では、送電コイル４Ｌと受電コイル６Ｌとは、水平方向に沿って対向するように配設されており、受電コイル６Ｌから脱落した金属異物は、重力により当該対向する領域から除去される。
【００５８】
送電側制御装置５は、当該状態を所定時間（例えば、１秒）継続する（ステップＳ２）。送電側制御装置５は、例えば、タイマー回路等が示す計時時間に基づいて所定時間が経過するまで待ち受け（ステップＳ２：ＮＯ）、所定時間が経過した場合（ステップＳ２：ＹＥＳ）、続くステップＳ３の処理を行う。
【００５９】
次に、送電側制御装置５は、送電コイル４Ｌに通流させた直流電流を停止する（ステップＳ３）。
【００６０】
この際、送電側制御装置５は、ステップＳ１において「ＯＮ」にしたトランジスタ３Ｓａ、トランジスタ３Ｓｄ及びスイッチ４Ｓが「ＯＦＦ」の状態になるように動作させる。
【００６１】
ステップＳ３においては、より望ましくは、送電コイル４Ｌ及び受電コイル６Ｌのいずれにも電流を通流させない無通電期間（例えば、１秒）を設ける。このように、吸引力を解除する期間を設けることによって、受電コイルユニット６から脱落した金属異物を確実に落下させ、続くステップＳ４の処理で、送電コイル４Ｌに付着したりすることを防止することができる。
【００６２】
次に、送電側制御装置５は、送電コイル４Ｌが無通電の状態において、受電コイル６Ｌに直流電流を通流させて受電コイル６Ｌを電磁石化する（ステップＳ４）。
【００６３】
この際、例えば、送電側制御装置５は、受電側制御装置９とデータ通信して、スイッチ６Ｓａ、スイッチ６Ｓｂが「ＯＮ」の状態になるように動作させる。又、送電側制御装置５は、トランジスタ３Ｓａ〜トランジスタ３Ｓｄ及びスイッチ４Ｓを「ＯＦＦ」の状態で維持する。これにより、受電コイル６Ｌには、ソース側ラインＬ３からシンク側ラインＬ４に向かって直流電流が通流する。
【００６４】
これによって、受電コイル６Ｌから発生した磁界が、送電コイルユニット４に付着した金属異物に対して作用する。その結果、上記と同様に、金属異物は、吸引力によって、送電コイルユニット４から脱落することになる。
【００６５】
送電側制御装置５は、当該状態を所定時間（例えば、１秒）、継続する（ステップＳ５）。送電側制御装置５は、例えば、タイマー回路等が示す計時時間に基づいて所定時間が経過するまで待ち受け（ステップＳ５：ＮＯ）、所定時間が経過した場合（ステップＳ５：ＹＥＳ）、続くステップＳ６の処理を行う。
【００６６】
次に、送電側制御装置５は、受電コイル６Ｌに通流させた直流電流を停止する（ステップＳ６）。
【００６７】
この際、送電側制御装置５は、受電側制御装置９とデータ通信して、ステップＳ４において「ＯＮ」にしたスイッチ６Ｓａ及びスイッチ６Ｓｂが「ＯＦＦ」の状態になるように動作させる。
【００６８】
以上のような処理を実行することによって、送電コイルユニット４及び受電コイルユニット６それぞれに付着した金属異物を除去することができる。
【００６９】
以上、本実施形態に係る非接触電力伝送システムによれば、送電コイル４Ｌ及び受電コイル６Ｌを順に電磁石化することによって、他方側のコイルユニットに付着した金属異物を順に脱落させ、当該金属異物を除去することができる。そのため、本実施形態に係る非接触電力伝送システムは、金属異物を除去するためのアクチュエータ等の部品を要することなく、簡易な構成で金属異物を除去することが可能であり、メンテナンスフリーで、且つ、小型化にも資することとなる。
【００７０】
尚、本発明の「第１のコイル」、「第２のコイル」は、例えば、送電コイル４Ｌ又は受電コイル６Ｌであるが、後述するように、位置合わせ等のために送電コイルユニット４又は受電コイルユニット６に隣接して設けられた補助コイルであってもよい。
【００７１】
（第２の実施形態）
次に、図４、図５を参照して、第２の実施形態に係る非接触電力伝送システムについて説明する。
【００７２】
図４は、本実施形態に係る非接触電力伝送システムの動作を示すフローチャートである。
【００７３】
本実施形態に係る非接触電力伝送システムは、図２に示した動作フローの後に、ステップＳ７として送電コイル４Ｌと受電コイル６Ｌを位置決めする動作を行う点で、第１の実施形態と相違する。尚、第１の実施形態と共通する構成については、説明を省略する（以下、他の実施形態についても同様）。
【００７４】
ステップＳ７において、送電側制御装置５は、送電コイル４Ｌと受電コイル６Ｌの両方に直流電流を通流させる。
【００７５】
この際、送電側制御装置５は、例えば、トランジスタ３Ｓｂ、３Ｓｃ及びスイッチ４Ｓが「ＯＮ」の状態、トランジスタ３Ｓａ、３Ｓｄが「ＯＦＦ」の状態になるように動作させる。又、送電側制御装置５は、受電側制御装置９とデータ通信して、スイッチ６Ｓａ及び６Ｓｂが「ＯＮ」の状態になるように動作させる。これによって、送電コイル４Ｌには、ソース側ラインＬ１からシンク側ラインＬ２に向かう直流電流が通流し、受電コイル６Ｌには、ソース側ラインＬ３からシンク側ラインＬ４に向かう直流電流が通流する。
【００７６】
図５は、位置決め動作の際に送電コイル４Ｌと受電コイル６Ｌに作用する吸引力について説明する図である。
【００７７】
図５中において、点線φ１は送電コイル４Ｌが発生した磁界、点線φ２は受電コイル６Ｌが発生した磁界、矢印Ｆ１は受電コイル６Ｌに作用する吸引力、矢印Ｆ２は送電コイル４Ｌに作用する吸引力を表している。
【００７８】
この際、送電コイル４Ｌと受電コイル６Ｌは、ともに電磁石化した状態となる。従って、送電コイル４Ｌと受電コイル６Ｌは、互いに他方側が発生する磁界によって吸引される。その結果、受電コイル６Ｌと送電コイル４Ｌは、当該受電コイル６Ｌと送電コイル４Ｌが対向した状態となるように、引き合うように移動することになる。
【００７９】
このように、送電コイル４Ｌと受電コイル６Ｌに直流電流を通流させたときに互いに作用する吸引力を利用することで、送電コイル４Ｌと受電コイル６Ｌを位置決めすることができる。
【００８０】
尚、本実施形態に係る送電コイル４Ｌ又は受電コイル６Ｌは、スプリング等を用いて、移動可能に支持される構成とするのが望ましい。例えば、受電コイル６Ｌを車輌の側面に取り付け、送電コイル４Ｌと水平方向に対向する構成とする場合、当該対向する方向に直交する２方向に移動可能に支持する。これにより、上記した吸引力によって、容易に位置決めすることが可能となる。
【００８１】
尚、上記実施形態では、送電コイル４Ｌと受電コイル６Ｌの巻線方向が同一方向である場合について説明したが、送電コイル４Ｌと受電コイル６Ｌの巻線方向が逆方向の場合には、送電コイル４Ｌと受電コイル６Ｌに通流する電流の向きを逆向きにする。この場合、例えば、トランジスタ３Ｓｂ、３Ｓｃに代えて、トランジスタ３Ｓａ、３Ｓｄを「ＯＮ」の状態にすればよい。
【００８２】
（第３の実施形態）
次に、図６を参照して、第３の実施形態に係る非接触電力伝送システムについて説明する。
【００８３】
図６は、本実施形態に係る非接触電力伝送システムの動作を示すフローチャートである。
【００８４】
本実施形態に係る非接触電力伝送システムは、図２に示した動作フローを繰り返し実行する点で、第１の実施形態と相違する。図６に示すフローチャートは、ステップＳ６の処理を実行した後、所定回数行われるまでステップＳ１〜Ｓ６までの動作を繰り返すことを示している。
【００８５】
このように、金属異物に対して一方側に吸引力を作用させる動作と、他方側に吸引力を作用させる動作を繰り返し実行することによって、当該金属異物を両側に振動させることができ、金属異物をより確実に除去することが可能となる。
【００８６】
（第４の実施形態）
次に、図７、図８を参照して、第４の実施形態に係る非接触電力伝送システムについて説明する。
【００８７】
図７は、本実施形態に係る非接触電力伝送システムの送電コイル４Ｌと受電コイル６Ｌのカバー部材を示す図である。
【００８８】
本実施形態に係る非接触電力伝送システムは、送電コイル４Ｌと受電コイル６Ｌとが鉛直方向の上下に配設されている点、及び送電コイル４Ｌと受電コイル６Ｌは、それぞれ、カバー部材４ｋ、カバー部材６ｋに収容されている点で、第１の実施形態と相違する。尚、図７では、受電コイル６Ｌが鉛直方向の上方側であり、送電コイル４Ｌが鉛直方向の下方側に相当する。
【００８９】
図７のように送電コイル４Ｌと受電コイル６Ｌとが鉛直方向に向き合う構成の場合、仮に、受電コイル６Ｌを電磁石化して、カバー部材４ｋに付着した金属異物を引きつけても、その後、受電コイル６Ｌへの直流電流を解除したとき、当該金属異物は、再度、カバー部材４ｋの上に落下してしまうおそれがある。
【００９０】
そこで、本実施形態では、金属異物が脱落しやすい形状を呈するカバー部材４ｋを下方側の送電コイル４Ｌの外装として配設する構成としている。カバー部材４ｋは、例えば、送電コイル４Ｌの上面を覆う領域が上方側に凸な円錐形状を呈している。換言すると、カバー部材４ｋは、中央領域で高く、外側に行くに連れて漸次下降する傾斜面を有している。尚、カバー部材４ｋ及び６ｋは、送電コイル４Ｌ及び受電コイル６Ｌが発生する磁界が通過し得るように、例えば、プラスチック等の非磁性材料によって構成するのが望ましい。
【００９１】
これにより、受電コイル６Ｌへの直流電流を解除したとき、送電コイル４Ｌの上に落下した金属異物は、送電コイル４Ｌのカバー部材４ｋの外側に跳ねることになる。つまり、送電コイル４Ｌと受電コイル６Ｌが鉛直方向に対向するように配設されている場合であっても、金属異物を送電コイル４Ｌと受電コイル６Ｌが対向する領域から除去することができる。
【００９２】
かかる構成は、例えば、送電コイル４Ｌが充電スポットとして地面に埋め込まれるような態様に有効である。
【００９３】
図８は、本実施形態の変形例に係る送電コイル４Ｌと受電コイル６Ｌのカバー部材を示す図である。図８は、カバー部材４ｋのより望ましい形状を示している。当該カバー部材４ｋは、円錐形状の周方向に沿って溝４ｋａを有している。カバー部材４ｋの溝は、例えば、円錐形状の傾斜面よりも傾斜角が大きい領域を有している。このように円錐形状の周方向に沿って溝を形成することによって、金属異物がカバー部材４ｋの外側に跳ねやすい構成とすることができる。
【００９４】
尚、上記実施形態では、送電コイル４Ｌのカバー部材４ｋを円錐形状としたが、受電コイル６Ｌが鉛直方向の下方側に配設される場合には、当該受電コイル６Ｌのカバー部材６ｋを上記形状とする。
【００９５】
（第５の実施形態）
次に、図９を参照して、第５の実施形態に係る非接触電力伝送システムについて説明する。
【００９６】
図９は、本実施形態に係る非接触電力伝送システムの全体構成を示すブロック図である。
【００９７】
本実施形態に係る送電コイルユニット４は、送電コイル４Ｌ、共振コンデンサ４Ｃに加えて補助コイル４Ｌｔ及びスイッチ４Ｓｔを含んで構成され、受電コイルユニット６は、受電コイル６Ｌ、共振コンデンサ６Ｃに加えて補助コイル６Ｌｔ及びスイッチ６Ｓｔを含んで構成されている点で、第１の実施形態と相違する。
【００９８】
非接触電力伝送システムには、送電コイル４Ｌ及び受電コイル６Ｌとは別に、位置決め用等の用途で補助コイル４Ｌｔ及び６Ｌｔが設けられる場合がある。当該補助コイル４Ｌｔ及び６Ｌｔは、それぞれ、送電コイル４Ｌ及び受電コイル６Ｌと隣接して配設される。本実施形態では、当該補助コイル４Ｌｔ及び６Ｌｔを利用して、受電コイルユニット６及び送電コイルユニット４から金属異物を除去する。
【００９９】
補助コイル４Ｌｔは、送電装置Ａのソース側ラインＬ１とシンク側ラインＬ２の間に直列に接続されている。又、補助コイル４Ｌｔの一端とソース側ラインＬ１の間には、スイッチ４Ｓｔが直列に接続されている。そして、補助コイル４Ｌｔへの通電状態は、スイッチ４Ｓｔのオンオフによって制御される。
【０１００】
補助コイル６Ｌｔは、受電装置Ｂのソース側ラインＬ３とシンク側ラインＬ４の間に直列に接続されている。又、補助コイル６Ｌｔの一端とソース側ラインＬ３の間には、スイッチ６Ｓｔが直列に接続されている。そして、補助コイル６Ｌｔへの通電状態は、スイッチ６Ｓｔのオンオフによって制御される。
【０１０１】
本実施形態において送電コイルユニット４から金属異物を除去する際には、送電側制御装置５は、スイッチ６Ｓｔを「ＯＮ」に動作させる。又、受電コイルユニット６から金属異物を除去する際には、送電側制御装置５は、スイッチ４Ｓｔを「ＯＮ」に動作させる。
【０１０２】
このように、本実施形態では、送電コイル４Ｌ及び受電コイル６Ｌに代えて、補助コイル４Ｌｔ及び補助コイル６Ｌｔを電磁石化して金属異物を除去する構成となっている。本実施形態に係る非接触電力伝送システムにおいても、上記各実施形態と同様に、簡易な構成で、送電コイルユニット４及び受電コイルユニット６から金属異物を除去することが可能である。
【０１０３】
（その他の実施形態）
本発明は、上記実施形態に限らず、種々に変形態様が考えられる。
【０１０４】
上記実施形態では、非接触電力伝送システムの一例として、送電側制御装置５が主体となって、トランジスタ３Ｓａ〜３Ｓｄ、スイッチ４Ｓ、スイッチ６ａ、スイッチ６ｂの「ＯＮ」／「ＯＦＦ」状態の制御する態様を示した。しかしながら、かかる各スイッチの切り替え制御は、種々の制御方式に変更可能であり、受電側制御装置９が主体となって当該制御を行ってもよい。又、送電側制御装置５と受電側制御装置９とで金属異物を除去する際の開始タイミングのみをデータ通信して、開始タイミングからの時間の経過に応じて、送電側制御装置５と受電側制御装置９が個別に各スイッチの切り替えを実行する構成としてもよい。換言すると、本発明の「制御装置」は、送電側制御装置５のみで実現されてもよいし、受電側制御装置９のみで実現されてもよいし、送電側制御装置５と受電側制御装置９の両方で実現されてもよい。
【０１０５】
又、上記実施形態では、送電側制御装置５の一例として、トランジスタ３Ｓａ〜３Ｓｄに制御信号を出力する機能と、金属異物を除去する際に受電側制御装置９と通信する機能が一のコンピュータによって実現されるものとして記載したが、複数のコンピュータによって実現されてもよいのは勿論である。
【０１０６】
又、上記実施形態では、送電装置Ａに接続される電源の一例として、単相交流の商用電源１を示したが、これに限らず、三相交流の商用電源や蓄電池等であってもよい。尚、送電装置Ａに接続される電源が蓄電池等の直流電源である場合には、送電側整流回路２を設けない構成としてもよい。
【０１０７】
又、上記実施形態では、インバータ回路３の一例として、Ｈブリッジ回路で構成する態様を示したが、ハーフブリッジ回路や三相インバータ等で構成してもよい。
【０１０８】
又、上記実施形態では、送電コイルユニット４の一例として、送電コイル４Ｌに共振コンデンサ４Ｃを直列接続し、当該共振コンデンサ４Ｃに並列にスイッチ４Ｓを接続する構成とした。しかしながら、共振コンデンサ４Ｃは、電力伝送の方式や送電電力の大きさ等に応じて任意であり、例えば、送電コイル４Ｌに並列接続する構成としてもよい。又、電力伝送する送電電力が小さい場合であれば、共振コンデンサ４Ｃは省略してもよい。その場合、スイッチ４Ｓも省略することができる。尚、当該変形態様は、受電コイルユニット６についても同様に適用し得る。
【０１０９】
又、上記実施形態では、非接触電力伝送システムの一例として、送電装置Ａが道路等に充電スタンドとして設置され、受電装置Ｂが電気自動車に搭載される態様を示した。しかしながら、かかる適用対象は、任意であり、例えば、受電装置Ｂが電動掃除機等に搭載されたり、送電装置Ａが太陽光発電機に搭載されるものとしてもよい。但し、本実施形態では、金属異物を除去対象としているため、電気自動車に適用されるのが好適である。
【０１１０】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、請求の範囲を限定するものではない。請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
【０１１１】
本明細書および添付図面の記載により、少なくとも以下の事項が明らかとなる。
【０１１２】
送電装置Ａの送電コイルユニット４と受電装置Ｂの受電コイルユニット６とが対向しているときに、電磁誘導により前記送電装置Ａから前記受電装置Ｂに電力伝送を行う非接触電力伝送システムに適用可能な制御装置５であって、前記送電装置Ａと前記受電装置Ｂの間でデータ通信を行う通信部５ｂと、前記送電コイルユニット４又は前記受電コイルユニット６の一方が無通電の状態において、前記送電コイルユニット４又は前記受電コイルユニット６の他方に配設された第１のコイルに直流電流を通流させる制御部５ａと、を備える制御装置５（送電側制御装置５又は受電側制御装置９）を開示する。
【０１１３】
この非接触電力伝送システムの制御装置５によれば、第１のコイルを電磁石化して、当該第１のコイルに対向して配設された送電コイルユニット４又は受電コイルユニット６に付着した金属異物を脱落させ、当該金属異物を除去することができる。従って、簡易な構成で、金属異物を除去することが可能であり、メンテナンスフリー、且つ、小型化にも資することとなる。
【０１１４】
この非接触電力伝送システムの制御装置５において、前記制御部５ａは、前記第１のコイルに通流させた直流電流を解除した後に、前記送電コイルユニット４又は前記受電コイルユニット６の前記他方が無通電の状態において、前記送電コイルユニット４又は前記受電コイルユニット６の前記一方に配設された第２のコイル（４Ｌ、６Ｌ、４Ｌｔ及び６Ｌｔのいずれかに相当）に直流電流を通流させるものであってもよい。
【０１１５】
この非接触電力伝送システムの制御装置５によれば、送電コイルユニット４及び受電コイルユニット６それぞれに付着した金属異物を共に除去することが可能である。
【０１１６】
この非接触電力伝送システムの制御装置５において、前記制御部５ａは、前記第１のコイルに通流させた直流電流を解除した後で、且つ、前記第２のコイルに直流電流を通流させる前に、前記第１及び第２のコイルのいずれにも電流を通流させない無通電期間を設けるものであってもよい。
【０１１７】
この非接触電力伝送システムの制御装置５によれば、金属異物に吸引力が作用しない期間を設けることによって、第１のコイルを電磁石化して引きつけた金属異物を確実に落下させることが可能である。
【０１１８】
この非接触電力伝送システムの制御装置５において、前記制御部５ａは、前記第１のコイルに直流電流を通流させる動作と、前記第２のコイルに直流電流を通流させる動作と繰り返し実行するものであってもよい。
【０１１９】
この非接触電力伝送システムの制御装置５によれば、一方側に吸引力を作用させる動作と、他方側に吸引力を作用させる動作を繰り返し実行することによって、金属異物を両側に振動させ、金属異物をより確実に除去することが可能である。
【０１２０】
この非接触電力伝送システムの制御装置５において、前記第１のコイルは、前記送電コイル４Ｌ又は前記受電コイル６Ｌであってもよい。
【０１２１】
この非接触電力伝送システムの制御装置５において、前記制御部５ａは、前記第１のコイルに直流電流を通流させた後、前記送電コイル４Ｌと前記受電コイル６Ｌの両方に直流電流を通流させるものであってもよい。
【０１２２】
この非接触電力伝送システムの制御装置５によれば、吸引力を利用して送電コイル４Ｌと受電コイル６Ｌを引き合わせ、両者の位置合わせを行うことができる。
【０１２３】
この非接触電力伝送システムの制御装置５において、前記送電コイルユニット４と前記受電コイルユニット６は、水平方向に対向するように配設されるものであってもよい。
【０１２４】
この非接触電力伝送システムの制御装置５によれば、第１のコイルを電磁石化して引きつけた金属異物をより確実に落下させることが可能である。
【０１２５】
又、上記制御装置５を備える非接触電力伝送システムの送電装置Ａを開示する。
【０１２６】
又、上記制御装置９を備える非接触電力伝送システムの受電装置Ｂを開示する。
【０１２７】
高周波交流電力を生成するインバータ回路３、及び当該インバータ回路３が生成した高周波交流電力を通流させる送電コイルユニット４を有する送電装置Ａと、前記送電コイルユニット４と対向しているときに当該送電コイルユニット４から高周波交流電力を受電する受電コイルユニット６を有する受電装置Ｂと、前記送電装置Ａ又は前記受電装置Ｂの少なくともいずれか一方に搭載され、前記送電コイルユニット４又は前記受電コイルユニット６の一方が無通電の状態において、前記送電コイルユニット４又は前記受電コイルユニット６の他方に配設された第１のコイルに直流電流を通流させる制御装置５と、を備える非接触電力伝送システムを開示する。
【産業上の利用可能性】
【０１２８】
本開示に係る非接触電力伝送システムの制御装置は、簡易な構成で金属異物の除去をするために好適に用いることができる。
【符号の説明】
【０１２９】
１  商用電源
２  送電側整流回路
３  インバータ回路
４  送電コイルユニット
５  送電側制御装置
６  受電コイルユニット
７  受電側整流回路
８  バッテリ
９  受電側制御装置
【図１】
2018057194.tif 000003
【図２】
2018057194.tif 000004
【図３】
2018057194.tif 000005
【図４】
2018057194.tif 000006
【図５】
2018057194.tif 000007
【図６】
2018057194.tif 000008
【図７】
2018057194.tif 000009
【図８】
2018057194.tif 000010
【図９】
2018057194.tif 000011