(57)【要約】【課題】電力送電中の時間全体にわたって異物を精度よく検出することができる非接触送電装置を提供する。【解決手段】制御部８００は、送電開始の指令に応じて、間欠的に送電コイル７０２に電力を供給する。制御部８００は、送電コイル７０２に電力を供給していない時に検知コイル７０４を用いた金属検知を実行する一方で、送電コイル７０２に電力を供給している時には検知コイル７０４を用いた金属検知を停止する。制御部８００は、少なくとも送電コイル７０２に電力を供給している時には温度センサ７０５によって収容ケース７０３上の温度を監視する。【選択図】図１
2015204707.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受電コイルに非接触で電力を供給する送電コイルと、
前記送電コイルを収容する収容ケースと、
前記収容ケース上に位置する金属を検知可能な検知コイルと、
前記収容ケース上の温度を検知可能な温度センサと、
前記送電コイルへの送電と前記検知コイルを用いた金属検知の制御を行なう制御部とを備え、
前記制御部は、送電開始の指令に応じて、間欠的に前記送電コイルに電力が供給されるように送電の制御を実行し、
前記制御部は、前記送電コイルに電力が供給されていない時に前記検知コイルを用いた金属検知を実行する一方で、前記送電コイルに電力が供給されている時には前記検知コイルを用いた金属検知を停止し、
前記制御部は、少なくとも前記送電コイルに電力が供給されている時には前記温度センサによって温度を監視する、非接触送電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、非接触送電装置に関し、特に、送電装置に接触した異物を検出する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車やプラグインハイブリッド自動車などを充電する際に、非接触電力伝送システムを使用することが検討され、一部実用化されつつある。しかし、屋外で使用されるため、送電装置と車両の受電部との間に異物が侵入することがある。
【０００３】
特開２０１３−１９２４１１号公報は、非接触電力伝送システムにおいて、異物検知領域を撮像するカメラおよび温度センサを使用して、異物を検知する技術を開示する。この技術では、カメラによって異物がないことを確認したのちに、電力伝送を開始する。そして、電力伝送時においては、温度センサによって異物を検出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１９２４１１号公報
【特許文献２】特開２０１３−００５６８２号公報
【特許文献３】特開２０１３−１５４８１５号公報
【特許文献４】特開２０１３−１４６１５４号公報
【特許文献５】特開２０１３−１４６１４８号公報
【特許文献６】特開２０１３−１１０８２２号公報
【特許文献７】特開２０１３−１２６３２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、カメラでは、小さな金属異物を検知することは困難である。他の検知手段として金属検知コイルが考えられる。金属検知コイルは、カメラよりも異物の検知精度が高い一方で、電力伝送時には電力伝送時の磁界によって正確に金属異物を検知することはできないという問題がある。なお、電力伝送前に異物の検知を行なったとしても、電力伝送中に異物検知を実施しなければ、電力伝送中に金属異物が送電装置上に舞い込んだ場合には問題が生ずる。
【０００６】
本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであって、その目的は、電力送電中の時間全体にわたって異物を精度よく検出することができる非接触送電装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明は、要約すると、非接触送電装置であって、受電コイルに非接触で電力を供給する送電コイルと、送電コイルを収容する収容ケースと、収容ケース上に位置する金属を検知可能な検知コイルと、収容ケース上の温度を検知可能な温度センサと、送電コイルへの送電と検知コイルを用いた金属検知の制御を行なう制御部とを備える。制御部は、送電開始の指令に応じて、間欠的に送電コイルに電力が供給されるように送電の制御を実行する。制御部は、送電コイルに電力が供給されていない時に検知コイルを用いた金属検知を実行する一方で、送電コイルに電力が供給されている時には検知コイルを用いた金属検知を停止する。制御部は、少なくとも送電コイルに電力が供給されている時には温度センサによって温度を監視する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、間欠的に送電コイルに電力を供給し、送電コイルに電力を供給していない時に検知コイルを用いた金属異物検知を実行するとともに、温度センサによって温度上昇を監視する。これにより、送電開始から送電終了までの間にわたり、検知コイルによって精度よく金属異物の侵入を監視することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施の形態に係る非接触電力伝送システムの構成を説明するための図である。
【図２】送電コイル７０２と受電コイル７５２の位置関係を示した図である。
【図３】送電部７００の構成を示す斜視図である。
【図４】送電部７００のより詳細な平面配置を示す上面図である。
【図５】制御部８００が実行する異物検知処理の制御を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
【００１１】
図１は、本実施の形態に係る非接触電力伝送システムの構成を説明するための図である。
【００１２】
図１を参照して、非接触電力伝送システム１は、車両１０と、送電装置９０とによって構成される。非接触電力伝送システム１において、送電装置９０から車両１０へ、非接触電力伝送が行なわれる。非接触電力伝送は、送電装置９０に含まれる送電部７００と、車両１０に搭載された受電部１００とを介して行なわれる。
【００１３】
まず、非接触電力伝送システム１のうち、車両１０について説明する。車両１０は、受電装置１２０と、リレー２１０と、バッテリ３００と、システムメインリレー（ＳＭＲ）３１０と、動力生成装置４００と、車両ＥＣＵ５００と、報知装置５２０とを含む。
【００１４】
受電装置１２０は、受電部１００と、フィルタ回路１５０と、整流器２００とを含む。受電部１００は、送電部７００から出力される交流電力を非接触で受電するための受電コイル７５２を含む。受電部１００が受電した電力は、フィルタ回路１５０に出力される。フィルタ回路１５０は、高調波ノイズを抑制する。フィルタ回路１５０は、たとえば、インダクタおよびキャパシタを含むＬＣフィルタによって構成される。
【００１５】
受電部１００には、２次コイルの他、コンデンサも含まれる。２次コイルとコンデンサとは共振回路を構成する。共振の強度を示すＱ値は１００以上であることが好ましい。
【００１６】
フィルタ回路１５０によって高調波ノイズが抑制された交流電力は、整流器２００へ出力される。整流器２００は、交流電力を整流する。整流器２００によって整流された電力は、バッテリ３００の充電電力として出力される。
【００１７】
整流器２００とバッテリ３００との間には、リレー２１０が設けられる。リレー２１０は、送電装置９０からの電力によってバッテリ３００を充電するときに導通状態（ＯＮ）とされる。
【００１８】
バッテリ３００は、たとえばリチウムイオン電池やニッケル水素電池などの二次電池によって構成される。バッテリ３００の電圧は、たとえば２００Ｖ程度である。
【００１９】
動力生成装置４００は、バッテリ３００に蓄えられた電力を用いて車両１０の走行駆動力を発生する。特に図示しないが、動力生成装置４００は、たとえば、バッテリ３００から電力を受けるインバータ、インバータによって駆動されるモータ、モータによって駆動される駆動輪などを含む。なお、動力生成装置４００は、バッテリ３００を充電するための発電機と、その発電機を駆動可能なエンジンとを含んでもよい。
【００２０】
車両１０は、制御部である車両ＥＣＵ（Electronic  Control  Unit）５００と、報知装置５２０とをさらに含む。一例として、車両ＥＣＵ５００は、車両１０の走行制御や、バッテリ３００の充電制御を実行する。報知装置５２０はユーザインタフェイスであり、たとえば送電部７００の上に異物があることを車両ユーザに報知するために用いられる。車両ユーザは、報知装置５２０が出力する画像や映像を見て異物の存在を知り、充電を開始するために異物を除去することができる。報知装置５２０には、画像や映像に加えて、または代えて、音や音声を出力してもよい。
【００２１】
次に、非接触電力伝送システム１のうち、送電装置９０について説明する。送電装置９０は、外部電源９００と、通信部８１０と、電源部６００と、フィルタ回路６１０と、送電部７００とを含む。送電部７００は、収容ケース７０３に収容される。送電部７００は、送電コイル７０２と、検知コイル７０４と、温度センサ７０５とを含む。
【００２２】
図２は、送電コイル７０２と受電コイル７５２の位置関係を示した図である。送電コイル７０２は、たとえば、車両１０が駐車しようとする駐車スペースの地表や地中に設けられる。非接触充電は大電力を空間を介して伝送する技術である。このため、送電コイル７０２と受電コイル７５２との間に強磁場が発生する。したがって、充電中にコイル近傍に金属異物が侵入すると、誘導加熱により異物が発熱してしまう。そのような事態を未然に防ぐため、充電中に金属異物の侵入を検知する必要がある。
【００２３】
異物検知のためのセンサの搭載場所は、車両側よりも送電装置側のほうが好ましい。その理由としては、受電コイル７５２がなくても車両接近前に送電コイル７０２に設けた検知コイル７０４のみで異物を検知できること、および異物は基本的には送電コイル７０２に乗っかる形で存在することがあげられる。
【００２４】
再び図１を参照して、車両ＥＣＵ５００は、送電装置９０によるバッテリ３００の充電時には、通信部５１０を用いて送電装置９０の通信部８１０と通信を行ない、受電の開始／停止や車両１０の受電状況などの情報を後述の電源ＥＣＵ８００とやり取りする。
【００２５】
電源部６００は、商用系統電源などの外部電源９００から電力を受け、所定の伝送周波数を有する交流電力を発生する。発生した交流電力は、フィルタ回路６１０に出力される。
【００２６】
フィルタ回路６１０は、電源部６００から発生する高調波ノイズを抑制する。フィルタ回路６１０は、たとえば、インダクタおよびキャパシタを含むＬＣフィルタによって構成される。
【００２７】
フィルタ回路６１０によって高調波ノイズが抑制された交流電力は、送電部７００へ出力される。送電部７００は、受電部１００へ非接触で送電するための送電コイル７０２を含む。送電部７００は、伝送周波数を有する交流電力を、送電部７００の周囲に生成される電磁界を介して、車両１０の受電部１００へ非接触で送電する。
【００２８】
送電部７００には、送電コイル７０２の他、コンデンサも含まれる。送電コイル７０２とコンデンサとは共振回路を構成する。共振の強度を示すＱ値は１００以上であることが好ましい。
【００２９】
電源ＥＣＵ８００は、伝送周波数を有する交流電力を電源部６００が生成するように、電源部６００のスイッチング制御を行なう。
【００３０】
なお、電源ＥＣＵ８００は、車両１０への送電時には、通信部８１０を用いて車両１０の通信部５１０と通信を行ない、充電の開始／停止や車両１０の受電状況などの情報を車両１０とやり取りする。
【００３１】
このような構成の非接触電力伝送システム１において、異物を検知する構成についてより詳細に説明する。
【００３２】
図３は送電部７００の構成を示す斜視図である。図４は、送電部７００のより詳細な平面配置を示す上面図である。
【００３３】
図１、図３、図４を参照して、非接触送電装置の送電部７００は、送電コイル７０２と、収容ケース７０３と、検知コイル７０４と、温度センサ７０５とを含む。
【００３４】
送電コイル７０２は、受電コイル７５２に非接触で電力を供給する。収容ケース７０３は、送電コイル７０２を収容する。検知コイル７０４は、収容ケース７０３上に行列状に配置され、収容ケース７０３上に位置する金属を検知可能である。温度センサ７０５は、たとえば、直列接続された複数のサーミスタのチェーンが複数本収容ケース上に配置されて構成され、収容ケース７０３上の温度を検知可能である。制御部８００は、送電コイル７０２への送電と検知コイル７０４を用いた金属検知の制御を行なう。
【００３５】
検知コイル７０４は、一次コイルと二次コイルからなるコイル対を含む。コイル対は収容ケース７０３上または収容ケース７０３内に配置され、受電コイル７５２が離れているときでも金属検知を行なうことが可能である。
【００３６】
検知コイル７０４の一次コイルから電力を送電すると、検知コイル７０４の二次コイルに誘導電流（または電圧）が発生する。金属異物が存在する場合には、金属異物の近傍にある検知コイルのＬ値が低下し、誘導電流（または電圧）も低下する。
【００３７】
検知回路７０１によって誘導電流（または電圧）の低下を検知し、制御部８００で異物の有無を判断する。
【００３８】
異物の有無の判断結果に基づいて、制御部８００は電源部６００からの送電を休止または停止させる。
【００３９】
図１の制御部８００は、受電コイル７５２への電力供給指令（充電開始指令）に応じて、間欠的に送電コイル７０２に電力を供給する。制御部８００は、間欠送電の間、送電コイル７０２に電力を供給していない時に検知コイル７０４を用いた金属検知を実行する一方で、送電コイル７０２に電力を供給している時には検知コイル７０４を用いた金属検知を停止する。制御部８００は、常時行なっていてもよいが、少なくとも送電コイル７０２に電力を供給している時には温度センサ７０５によって収容ケース７０３の温度を監視する。
【００４０】
このように、検知コイル７０４とサーミスタなどの温度センサ７０５が配置された構成において、充電中は磁界の影響を受けない検知方式（例えばサーミスタ）を使用し、充電中断時には検知コイル７０４を使用して異物検知をおこなう。これにより、サーミスタの異物検知精度の低さを検知コイル７０４でカバーできる。
【００４１】
図５は、制御部８００が実行する異物検知処理の制御を説明するためのフローチャートである。このフローチャートの処理は、一定時間ごとまたは特定の条件が成立するごとにメインルーチンから呼び出されて実行される。
【００４２】
図５参照して、まず処理が開始されるとステップＳ１０１において充電動作が開始される。この時、送電電力はまだ０Ｗである。
【００４３】
続いてステップＳ１０２において、検知コイル７０４およびサーミスタなどの温度センサ７０５により異物検知が開始される。ステップＳ１０３では異物の有無が判断される。ステップＳ１０３において異物があると判断され場合にはステップＳ１０４に処理が進められ、充電が中止されてユーザーへ異物があったことが告知される。その後処理はメインルーチンに戻される。
【００４４】
一方ステップＳ１０３において異物がないと判断された場合には、ステップＳ１０５に処理が進められる。ステップＳ１０５では、検知コイル７０４による検知動作が停止される。そしてステップＳ１０６において、電源ＥＣＵ８００は、充電電力を上昇させる。
【００４５】
その後、所定の時間が経過するまでは、充電が実行される。ステップＳ１０７では、所定の時間が経過し充電が中断した（出力０Ｗとなった）か否かが判断される。ステップＳ１０７において充電が中断した場合には、ステップＳ１０８に処理が進められる。
【００４６】
ステップＳ１０８では、検知コイル７０４を使用した異物検知動作が実行される。そして、ステップＳ１０９において異物の有無が判断される。ステップＳ１０９において異物があると判断された場合にはステップＳ１１０に処理が進められ、充電が中止されてユーザーへ異物があったことが告知される。その後処理はメインルーチンに戻される。
【００４７】
一方、ステップＳ１０９において異物がないと判断された場合には、ステップＳ１１１に処理が進められる。ステップＳ１１１では送電コイル（一次コイル）のコイル収容ケースの上面全面を検知コイル７０４でサーチし異物が無いことを確認した後に、充電中断の解除が許可される。その後ステップＳ１１２において、送電コイルを使用した充電が再開され、再びステップＳ１０６以降の処理が繰り返し実行される。
【００４８】
この処理の特徴は、ステップＳ１０７において充電中断時（送電電力０Ｗ時）にのみ検知コイル７０４を使用した異物検知を行なうことである。そうすることによって、充電系の磁界の影響を受けないため、検知コイル７０４を磁界をキャンセルするための特殊で複雑な巻き方（たとえば数字の「８」の形状）にしなくても良くなり、検知コイル７０４の形状の制約もなくなる。また、磁界の影響を学習して補正することも不要となる。また、温度センサと異なり、収容ケースに密着していない状態での金属異物の空中検知も可能となる。
【００４９】
今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明でなくて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および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００５０】
１  非接触電力伝送システム、１０  車両、９０  送電装置、１００  受電部、１２０  受電装置、１５０，６１０  フィルタ回路、２００  整流器、２１０  リレー、３００  バッテリ、４００  動力生成装置、５００  制御部（車両ＥＣＵ）、５１０，８１０  通信部、５２０  報知装置、６００  電源部、７００  送電部、７０１  検知回路、７０２  送電コイル、７０３  収容ケース、７０４  検知コイル、７０５  温度センサ、７５２  受電コイル、８００  制御部（電源ＥＣＵ）、９００  外部電源。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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