(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力を伝送する送電装置と、
前記送電装置から伝送される電力を前記送電装置と接触することなく受信する受電装置と、
磁界を検出する一つ以上の磁界検出装置と、を備え、
前記磁界検出装置は、
前記電力を伝送することにより発生する磁界を検出する磁界検出部と、
前記磁界検出部により検出された磁界に基づいて磁界の強度を算出する演算部と、
前記演算部により算出された前記磁界の強度を、前記送電装置に送信する送信部と、
を含み、
前記送電装置は、
電力を伝送する送電部と、
前記磁界検出装置から送信される前記磁界の強度を受信する受信部と、
前記受信部により受信される前記磁界の強度が、所定の範囲内であるか否かを判定し、前記送電部による電力の伝送状態を制御する制御部と、
を含む、
ことを特徴とする非接触電力伝送システム。
【請求項２】
前記送電装置の前記制御部は、前記磁界の強度が予め定めた上限強度を超えた場合に、前記送電部による電力の伝送を停止させる、
ことを特徴とする請求項１記載の非接触電力伝送システム。
【請求項３】
前記送電装置の前記制御部は、前記磁界の強度が変化して予め定めた下限強度よりも低下した場合に、前記送電部による電力の伝送を停止させる、
ことを特徴とする請求項１記載の非接触電力伝送システム。
【請求項４】
前記送電装置は、電力の伝送を開始する際に伝送開始信号を前記磁界検出装置に送信し、電力の伝送を終了する際に伝送終了信号を前記磁界検出装置に送信する送信部をさらに含み、
前記磁界検出装置は、前記送電装置から送信される伝送開始信号および伝送終了信号を受信する受信部をさらに含み、
前記磁界検出装置の前記送信部は、少なくとも伝送開始信号を受信してから伝送終了信号を受信するまでの間、前記磁界の強度を送信する、
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の非接触電力伝送システム。
【請求項５】
前記磁界検出装置は、前記電力を伝送することにより発生する磁界の周辺部に配置される、
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の非接触電力伝送システム。
【請求項６】
非接触電力伝送システムの送電装置から受電装置に非接触で電力を伝送する際に発生する磁界を検出する磁界検出部と、
前記磁界検出部により検出された磁界に基づいて磁界の強度を算出する演算部と、
前記演算部により算出された前記磁界の強度を、前記送電装置に送信する送信部と、
を備えることを特徴とする磁界検出装置。
【請求項７】
前記磁界検出部は、一つ以上の磁界検出用コイルにより構成され、
少なくともいずれか一つの磁界検出用コイルの軸方向が、前記電力の伝送により生ずる磁力線に沿うように配置される、
ことを特徴とする請求項６記載の磁界検出装置。
【請求項８】
前記磁界検出部は、直交三軸方式の磁界検出用コイルにより構成される、
ことを特徴とする請求項６記載の磁界検出装置。
【請求項９】
前記送電装置から送信される伝送開始信号および伝送終了信号を受信する受信部をさらに備え、
前記送信部は、少なくとも伝送開始信号を受信してから伝送終了信号を受信するまでの間、前記磁界の強度を送信する、
ことを特徴とする請求項６〜８のいずれか１項に記載の磁界検出装置。
【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および磁界検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、キャパシタ等の蓄電デバイスに給電するために、送電装置から受電装置に非接触で電力を伝送する非接触電力伝送システムが知られている。非接触電力伝送システムでは、電磁エネルギーを利用して電力を伝送するため、送電装置と受電装置との間の位置ずれや何れかの装置に異常が発生すること等により、漏洩磁束が発生するおそれがある。漏洩磁束が発生すると、非接触電力伝送システムの効率や安全性が低下してしまう。
【０００３】
下記特許文献１には、蓄電デバイスを搭載した充電型車両（受電側）の位置が充電開始時の位置から変化したことを検出した場合に、蓄電デバイスへの充電を停止する技術が開示されている。下記特許文献２には、給電装置の給電コイル（送電側）の位置の変位が閾値以上である場合に、給電を停止する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１４−１８７７７５号公報
【特許文献２】特開２０１４−１８７７７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１、２は、受電側または送電側の位置の変位に応じて給電を停止するものであるため、装置の故障等の不測の事態により漏洩磁束が必要以上に変化し、それに起因してシステムの効率や安全性が低下するケースには対応することができない。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、給電時におけるシステムの効率や安全性を向上させることができる非接触電力伝送システムおよび磁界検出装置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】
【０００７】
本発明の一態様による非接触電力伝送システムは、電力を伝送する送電装置と、前記送電装置から伝送される電力を前記送電装置と接触することなく受信する受電装置と、磁界を検出する一つ以上の磁界検出装置と、を備え、前記磁界検出装置は、前記電力を伝送することにより発生する磁界を検出する磁界検出部と、前記磁界検出部により検出された磁界に基づいて磁界の強度を算出する演算部と、前記演算部により算出された前記磁界の強度を、前記送電装置に送信する送信部と、を含み、前記送電装置は、電力を伝送する送電部と、前記磁界検出装置から送信される前記磁界の強度を受信する受信部と、前記受信部により受信される前記磁界の強度が、所定の範囲内であるか否かを判定し、前記送電部による電力の伝送状態を制御する制御部と、を含む。
【０００８】
前記送電装置の前記制御部は、前記磁界の強度が予め定めた上限強度を超えた場合に、前記送電部による電力の伝送を停止させることとしてもよい。
【０００９】
前記送電装置の前記制御部は、前記磁界の強度が変化して予め定めた下限強度よりも低下した場合に、前記送電部による電力の伝送を停止させることとしてもよい。
【００１０】
前記送電装置は、電力の伝送を開始する際に伝送開始信号を前記磁界検出装置に送信し、電力の伝送を終了する際に伝送終了信号を前記磁界検出装置に送信する送信部をさらに含み、前記磁界検出装置は、前記送電装置から送信される伝送開始信号および伝送終了信号を受信する受信部をさらに含み、前記磁界検出装置の前記送信部は、少なくとも伝送開始信号を受信してから伝送終了信号を受信するまでの間、前記磁界の強度を送信することとしてもよい。
【００１１】
前記磁界検出装置は、前記電力を伝送することにより発生する磁界の周辺部に配置されることとしてもよい。
【００１２】
また、本発明の一態様による磁界検出装置は、非接触電力伝送システムの送電装置から受電装置に非接触で電力を伝送する際に発生する磁界を検出する磁界検出部と、前記磁界検出部により検出された磁界に基づいて磁界の強度を算出する演算部と、前記演算部により算出された前記磁界の強度を、前記送電装置に送信する送信部と、を備える。
【００１３】
前記磁界検出部は、一つ以上の磁界検出用コイルにより構成され、少なくともいずれか一つの磁界検出用コイルの軸方向が、前記電力の伝送により生ずる磁力線に沿うように配置されることとしてもよい。
【００１４】
前記磁界検出部は、直交三軸方式の磁界検出用コイルにより構成されることとしてもよい。
【００１５】
前記送電装置から送信される伝送開始信号および伝送終了信号を受信する受信部をさらに備え、前記送信部は、少なくとも伝送開始信号を受信してから伝送終了信号を受信するまでの間、前記磁界の強度を送信することとしてもよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、非接触電力伝送システムの給電時における効率や安全性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る非接触電力伝送システムの構成の一例を概略的に示すブロック図である。
【図２】本発明に係る磁界検出装置の構成の一例を概略的に示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、以下の実施の形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明をその実施の形態のみに限定する趣旨ではない。また、本発明は、その要旨を逸脱しない限り、さまざまな変形が可能である。さらに、当業者であれば、以下に述べる各要素を均等なものに置換した実施の形態を採用することが可能であり、かかる実施の形態も本発明の範囲に含まれる。さらにまた、図面における各種の寸法比率は、その図示の比率に限定されるものではない。
【００１９】
図１は、本発明に係る非接触（ワイヤレス）電力伝送システムの構成の一例を概略的に示すブロック図である。非接触電力伝送システム１００は、磁界検出装置１と、送電装置を構成する送電ユニット２および送電コイルユニット３と、受電装置を構成する受電コイルユニット４および受電ユニット５とを備える。
【００２０】
非接触電力伝送システム１００は、例示的に、磁界共鳴方式により送電装置から受電装置に数ｋＨｚ〜数百ＭＨｚの高周波電力を非接触で伝送するとともに、高周波電力を伝送することにより発生する磁界の範囲内に配置した１つ以上の磁界検出装置１から、高周波電力により生ずる磁界の強度（交流磁界の分布情報）を取得し、その磁界の強度に基づいて給電における異常の有無を判定するシステムである。その詳細については後述する。
【００２１】
図１に示す送電ユニット２は、高周波電源２１、制御部２２および通信部２３を備える。高周波電源２１は、所定の周波数（数ｋＨｚ〜数百ＭＨｚの高周波）の高周波電力を発生する。高周波電源２１は、高周波信号（電圧信号）を発生する高周波信号発生回路と、高周波信号発生回路で発生した高周波信号を増幅するパワーアンプと、このパワーアンプに直流の電源電圧を供給するＤＣ−ＤＣコンバータと、パワーアンプから出力される高周波信号の高周波成分を除去するローパスフィルタと、パワーアンプから出力される高周波電力の電力量を制御する電力制御部と、を含む。
【００２２】
パワーアンプは、例えば、Ｄ級アンプやＥ級アンプで構成することができ、高周波信号発生回路から入力される高周波信号によってスイッチング素子をオン・オフ駆動することにより、高周波信号と同一の周期を有し、ＤＣ−ＤＣコンバータから入力される直流電圧に依存した振幅の高周波信号を生成する。この高周波信号はローパスフィルタで高周波成分が除去されることにより正弦波の高周波信号に整形されて出力される。
【００２３】
電力制御部は、制御部２２から入力される出力制御信号（後述）に基づいてＤＣ−ＤＣコンバータから出力される直流電圧の振幅を制御し、これによりパワーアンプから出力される高周波信号の増幅量（すなわち、高周波電力の電力量）を制御する。
【００２４】
送電ユニット２の制御部２２は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＰＵなどを備えるマイクロコンピュータやＦＰＧＡ（field-programmable gate array）などで構成される。制御部２２は、高周波電源２１に対してＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧を制御する出力制御信号を出力し、高周波電源２１から出力される高周波電力を制御する。
【００２５】
制御部２２は、後述する受電ユニット５から受信する蓄電デバイスの充電状態を示すデータに基づいて、後述する蓄電デバイスに供給される直流電力が一定となるように、高周波電源２１から出力される高周波電力を制御する。
【００２６】
制御部２２は、後述する磁界検出装置１から受信する磁界の強度が、所定の範囲内であるか否かに基づいて、非接触電力伝送システム１００に異常があるか否かを判定する。制御部２２は、異常があると判定した場合に、高周波電力の出力を停止させる。
【００２７】
制御部２２は、例えば以下（１）、（２）に該当する場合に、非接触電力伝送システム１００に異常があると判定する。
（１）いずれかの磁界検出装置１から受信する磁界の強度が予め定めた上限強度を超えた場合
（２）いずれかの磁界検出装置１から受信する磁界の強度が変化し、予め定めた下限強度よりも低下した場合
【００２８】
上記（１）は、装置の故障等により漏洩磁束が必要以上に増加した場合を想定したものである。上記（２）は、装置の故障等により、伝送状態に不具合が生じ、本来得られるはずの磁束が必要以上に低下した場合を想定したものである。なお、上記（１）に該当する場合には、直ぐに高周波電力の出力を停止させるのではなく、一旦高周波電力の出力を低下させ、磁界の強度を所定の時間監視してから高周波電力の出力を停止させることとしてもよい。
【００２９】
送電ユニット２の通信部２３は、磁界検出装置１や受電ユニット５との間で無線通信により各種の情報をやり取りする送信部および受信部を含む。以下に、やり取りの具体例を記載する。
【００３０】
通信部２３は、磁界検出装置１から送信された磁界の強度を受信する。
【００３１】
通信部２３は、伝送開始信号および伝送終了信号を磁界検出装置１に送信する。伝送開始信号は、送電装置から受電装置への高周波電力の伝送を開始することを示す信号であり、伝送開始時に送信される。伝送終了信号は、送電装置から受電装置への高周波電力の伝送を終了することを示す信号であり、伝送終了時に送信される。
【００３２】
通信部２３は、後述する蓄電デバイスの充電状態を示すデータを、受電ユニット５から受信する。
【００３３】
送電コイルユニット３は、送電部３１を備える。送電部３１は、送電ユニット２の高周波電源２１から出力される高周波電力を受電コイルユニット４の受電部４１に無線で伝送する。送電部３１は、例えば、複数ターンのソレノイドコイルからなるインダクタ（以下、「送電用コイル」ともいう。）とそのインダクタに直列に接続されたキャパシタとの直列共振回路で構成される。送電部３１における直列共振回路の直列共振周波数（＝１／［２π・√（Ｌ・Ｃ）］）（Ｌ：インダクタの自己インダクタンス、Ｃ：キャパシタのキャパシタンス）は、高周波電源２１から出力される高周波電力の周波数（以下、「電源周波数」ともいう。）［ＭＨｚ］に調整されている。
【００３４】
受電コイルユニット４は、受電部４１を備える。受電部４１は、送電コイルユニット３の送電部３１との間で磁界結合をして送電部３１から高周波電力を受電する。受電部４１は、送電部３１と同一の構成を有し、複数ターンのソレノイドコイルからなるインダクタ（以下、「受電用コイル」ともいう。）とそのインダクタに直列に接続されたキャパシタとの直列共振回路で構成される。受電部４１における直列共振回路の直列共振周波数（＝１／［２π・√（Ｌ・Ｃ）］）（Ｌ：インダクタの自己インダクタンス、Ｃ：キャパシタのキャパシタンス）は、電源周波数［ＭＨｚ］に調整されている。
【００３５】
受電ユニット５は、整流回路５１、制御部５２および通信部５３を備える。整流回路５１は、受電コイルユニット４の受電部４１から出力される高周波信号を整流し、電力を蓄電する蓄電デバイス（不図示）に直流電力を供給する。整流回路５１は、例えば、４個の整流素子をブリッジ接続したブリッジ回路で構成される。４個の整流素子として、ショットキーバリアーダイオードを用いることができる。
【００３６】
ここで、蓄電デバイスは、例えば、電気二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタ、鉛蓄電池、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、ナトリウム硫黄電池等が該当する。蓄電デバイスは、受電ユニット５の内部に設けることとしてもよいし、受電ユニット５の外部に設けることとしてもよい。蓄電デバイスに蓄電された電力を負荷に供給するときには、蓄電された電圧を負荷の電圧に調整するＤＣ−ＤＣコンバータを介して負荷に電力を供給することとしてもよい。
【００３７】
蓄電デバイスは、例えば、無人搬送車（Automatic Guided Vehicle、以下「ＡＧＶ」ともいう。）の動力源として用いることができる。ＡＧＶは、例えば工場の生産ラインなどにおいて、床面に敷設された磁気テープや磁気棒などによる電磁誘導を利用して自動走行する無人の搬送用車両である。蓄電デバイスをＡＧＶの動力源とする場合には、例えば、上記送電装置を、生産ラインに沿った荷物の積み下ろしスペース等に設置し、上記受電装置および蓄電デバイスを、ＡＧＶに搭載することとすればよい。
【００３８】
受電ユニット５の制御部５２は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＰＵなどを備えるマイクロコンピュータやＦＰＧＡなどで構成される。制御部５２は、蓄電デバイスの充電状態を継続して監視し、蓄電デバイスの充電状態を示すデータを、通信部５３に出力する。
【００３９】
受電ユニット５の通信部５３は、送電ユニット２との間で無線通信により各種の情報をやり取りする送信部および受信部を含む。通信部５３は、蓄電デバイスの充電状態を示すデータを、送電ユニット２に送信する。
【００４０】
図２を参照して、本実施形態における磁界検出装置の構成を詳細に説明する。磁界検出装置１は、磁界検出部１１と、演算部１２と、通信部１３とを備える。
【００４１】
磁界検出部１１は、送電装置から受電装置に非接触で高周波電力を伝送することにより発生する磁界を検出する。
【００４２】
磁界検出部１１は、磁界を検出することができれば、どのようなものであってもよい。磁界検出部１１として、例えば、磁界検出用コイルからなるセンサを用いることができる。この場合、磁界検出用コイルは、一つ以上あればよく、少なくともいずれか一つの磁界検出用コイルの軸方向が、高周波電力の伝送により生ずる磁力線に沿うように配置されることが望ましい。
【００４３】
磁界検出用コイルとして、公知の直交三軸方式の磁界検出用コイルを用いることができ、その場合には、あらゆる方向の磁界を検出することが可能となるため、磁力線に沿うようにコイルを配置する手間を省くことができる。
【００４４】
磁界検出部１１として、例えば直交三軸方式の磁界検出用コイルを用いた場合に、磁界検出部１１は、高周波電力による交流磁界によって各コイルに発生する誘導起電力の大きさ（電圧）を測定し、演算部１２に出力する。
【００４５】
演算部１２は、例えば、Ａ／Ｄ変換部１２１および磁界強度算出部１２２を含む。
【００４６】
Ａ／Ｄ変換部１２１は、磁界検出部１１により測定される各コイルの電圧をアナログ／デジタル変換し、変換後の値を磁界強度算出部１２２に出力する。
【００４７】
磁界強度算出部１２２は、Ａ／Ｄ変換部１２１により変換された値に基づいて、磁界の強度を算出する。具体的に、磁界強度算出部１２２は、各軸方向の誘導起電力を合成するとともに、コイルに発生する誘導起電力が磁界の強度と比例関係にあることを利用して磁界の強度を算出する。
【００４８】
通信部１３は、送電ユニット２との間で無線通信により各種の情報をやり取りする送信部および受信部を含む。送電ユニット２との通信に使用する周波数は、送電装置から受電装置に高周波電力を伝送する電波と干渉することがないように、高周波電力を伝送する際に使用する周波数とは別の周波数を割り当てる。
【００４９】
なお、磁界検出装置１の通信部１３と送電ユニット２の通信部２３との間を光ファイバーケーブル等の有線により接続することとしてもよい。これにより、高周波電力を伝送する電波との干渉を確実に回避することができ、給電に影響を与えずに送電ユニット２と通信することが可能となる。以下に、通信部１３でのやり取りの具体例を記載する。
【００５０】
通信部１３は、送電ユニット２から送信される上記伝送開始信号および上記伝送終了信号を受信する。
【００５１】
通信部１３は、伝送開始信号を受信してから伝送終了信号を受信するまでの間、磁界強度算出部１２２により算出される磁界の強度を送電ユニット２に継続的に送信する。
【００５２】
なお、磁界の強度を送電ユニット２に送信する期間は、伝送開始信号を受信してから伝送終了信号を受信するまでの間に限定されない。少なくとも送電装置から受電装置に高周波電力が伝送されている間は、送電ユニット２に継続的に送信することが望ましい。
【００５３】
上述したように、実施形態における非接触電力伝送システム１００によれば、磁界検出装置１が、高周波電力を伝送することにより発生する磁界を検出し、検出した磁界により生ずる誘導起電力の大きさに基づいて磁界の強度を算出し、算出した磁界の強度を送電ユニット２に送信し、送電ユニット２が、磁界の強度を受信し、受信した磁界の強度が所定の範囲内であるか否かを判定し、判定結果に応じて高周波電力の伝送状態を制御することができる。具体的に、受信した磁界の強度が予め定めた上限強度を超えた場合、および／または、受信した磁界の強度が変化して予め定めた下限強度よりも低下した場合に、非接触電力伝送システムに異常があると判定し、高周波電力の伝送を停止させることができる。
【００５４】
それゆえ、実施形態における非接触電力伝送システム１００によれば、給電時におけるシステムの効率や安全性を向上させることが可能となる。
【００５５】
なお、上述したとおり、上記の実施形態は、本発明を説明するための一例であり、本発明をその実施形態に限定する趣旨ではない。また、本発明は、その要旨を逸脱しない限り、様々な変形が可能である。
【００５６】
例えば、上記実施形態では、本発明に係る磁界検出装置１を、高周波電力を伝送することにより発生する磁界の範囲内に配置した場合について説明しているが、磁界検出装置１を配置する位置はこれに限定されない。例えば、高周波電力を伝送することにより発生する磁界の周辺部（磁界の範囲外）に磁界検出装置１を配置することとしてもよい。この場合、高周波電力の伝送により漏洩磁束が発生したときに、その漏洩磁束による磁界を磁界検出装置１が検出可能となる。送電ユニット２の制御部２２は、磁界検出装置１により検出された磁界に対応する磁界の強度が、漏洩磁束が発生したときの範囲内であるか否かに基づいて、非接触電力伝送システム１００に異常があるか否かを判定することとすればよい。
【００５７】
また、上記実施形態では、本発明に係る磁界検出装置を、非接触電力供給システムに適用した場合について説明しているが、これに限定されない。例えば、動作している際に意図しない電磁波が周辺に放射される可能性があり、その放射状態の変化を監視する必要があるシステム全般に適用することができる。
【符号の説明】
【００５８】
１  磁界検出装置
２  送電ユニット
３  送電コイルユニット
４  受電コイルユニット
５  受電ユニット
１１  磁界検出部
１２  演算部
１２１  Ａ／Ｄ変換部
１２２  磁界強度算出部
１３  通信部
２１  高周波電源
２２  制御部
２３  通信部
３１  送電部
４１  受電部
５１  整流回路
５２  制御部
５３  通信部
１００  非接触電力伝送システム
【図１】
0006588867.tif 000002
【図２】
0006588867.tif 000003