(57)【要約】【課題】非接触電力伝送に用いられる給電装置及び受電装置において異物の侵入を確実に検出する。【解決手段】給電装置２が、入力された交流電流により磁束を発生する一次コイル１２と、一次コイル１２を覆うカバー２９と、カバー２９上の物体３０の温度を検出するシート状感温センサ２８とを備える。これにより、電力伝送中にシート状感温センサ２８を用いて給電装置２のカバー２９上における昇温を検出して、カバー２９上に物体３０が存在することを確実に検出できる。また、シート状感温センサ２８を使用することで、異物が昇温に至る可能性のあるカバー２９上の広い領域を容易かつ確実に検知できる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
受電装置へと非接触で電力を供給する給電装置であって、
入力された交流電流により磁束を発生する一次コイルと、
前記一次コイルを覆うカバーと、
前記カバー上の物体の温度を検出するシート状感温センサと、
を備える、給電装置。
【請求項２】
前記シート状感温センサは、ＰＴＣ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）センサ又はＮＴＣ（Ｎｅｇａｔｉｖｅ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）センサであり、前記磁束による渦電流が流れない抵抗値を有する、請求項１に記載の給電装置。
【請求項３】
前記シート状感温センサは、前記カバー外郭面から前記一次コイルの間に設置される、請求項１に記載の給電装置。
【請求項４】
給電装置側から非接触で電力供給を受ける受電装置であって、
前記給電装置側の一次コイルで発生した磁束に応じて起電力を発生する二次コイルと、
前記二次コイルを覆うカバーと、
前記カバー上の物体の温度を検出するシート状感温センサと、
を備える、受電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば電気自動車やプラグインハイブリッド車のような電気推進車両等の充電に用いられる非接触電力伝送の給電装置及び受電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図８は、従来の非接触電力伝送システム６の構成を示す模式図である。図８において、地上側の電源９の電源盤に接続された非接触給電装置（１次側）Ｆが、電気推進車両に搭載された受電装置（２次側）Ｇに対し、給電時において、物理的接続なしに空隙空間であるエアギャップを介して対峙するよう配置される。このような配置状態で、給電装置Ｆに備わる１次コイル７に交流電流が与えられ磁束が形成されると、受電装置Ｇに備わる２次コイル８に誘導起電力が生じ、これによって、１次コイル７から２次コイル８へと電力が非接触で伝達される。
【０００３】
受電装置Ｇは、例えば車載バッテリー１０に接続され、上述したようにして伝達された電力が車載バッテリー１０に充電される。このバッテリー１０に蓄積された電力により車載のモータ１１が駆動される。なお、非接触給電処理の間、給電装置Ｆと受電装置Ｇとの間では、例えば無線通信装置１２により必要な情報交換が行われる。
【０００４】
図９は、給電装置Ｆ及び受電装置Ｇの内部構造を示す模式図である。特に、図９（ａ）は、給電装置Ｆを上方から、また、受電装置Ｇを下方から見たときの内部構造を示す模式図である。図９（ｂ）は、給電装置Ｆ及び受電装置Ｇを側方から見たときの内部構造を示す模式図である。
【０００５】
図９において、給電装置Ｆは、１次コイル７、１次磁心コア１３、背板１５、及びカバー１６等を備える。受電装置Ｇは、簡単に述べると、給電装置Ｆと対称的な構造を有しており、２次コイル８、２次磁心コア１４、背板１５、カバー１６等を備え、１次コイル７と１次磁心コア１３の表面、および２次コイル８と２次磁心コア１４の表面は、それぞれ、発泡材１８が混入されたモールド樹脂１７にて被覆固定されている。
【０００６】
すなわち、給電装置Ｆ，受電装置Ｇ共に、背板１５とカバー１６間にモールド樹脂１７が充填され、内部の１次コイル７、２次コイル８、更には１次磁心コア１３、２次磁心コア１４の表面が、被覆固定されている。モールド樹脂１７は、例えばシリコン樹脂製よりなり、このように内部を固めることにより、１次，２次コイル７，８を位置決め固定し、その機械的強度を確保すると共に、放熱機能も発揮する。すなわち、１次，２次コイル７，８は、励磁電流が流れジュール熱により発熱するが、モールド樹脂１７の熱伝導により放熱され、冷却される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−８７７３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
給電装置Ｆや受電装置Ｇは基本的に屋外に設置されるため、カバー１６上に異物が載ってしまうことも考えられる。特に、異物の一例である金属物が電力伝送の最中にカバー１６に載り、そのまま放置しておくと、この金属物が過熱されてしまう。また、特に、１次コイル７と２次コイル８の間に、磁束が鎖交可能なループ状の導電体であるような異物が挿入されると、導電体両端に起電力が発生してしまう。以上のことから、電力伝送の最中には１次コイル７，２次コイル８の間には異物が侵入しても、異物の侵入を確実に検出することが求められる。
【０００９】
それゆえに、本発明は、異物の侵入を確実に検出することが可能な非接触電力伝送に用いられる給電装置及び受電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】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明は、受電装置へと非接触で電力を供給する給電装置であって、入力された交流電流により磁束を発生する一次コイルと、前記一次コイルを覆うカバーと、前記カバー上の物体の温度を検出するシート状感温センサとを備えている。
【００１１】
また、本発明の別の態様は、給電装置側から非接触で電力供給を受ける受電装置であって、前記給電装置側の一次コイルで発生した磁束に応じて起電力を発生する二次コイルと、前記二次コイルを覆うカバーと、前記カバー上の物体の温度を検出するシート状感温センサと、を備えている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、給電装置や受電装置は、カバー上の物体の温度を検出可能なシート状感温センサを備えているので、異物の存在を確実に検出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る電力制御装置を備えた非接触充電装置のブロック図
【図２】図１の非接触充電装置の外観図
【図３】図１の非接触充電装置の外観図
【図４】図１の非接触充電装置の外観上面図
【図５】図１の非接触充電装置のセンサ配置の実施例（上面図）
【図６】図１の非接触充電装置のセンサ配置の実施例（断面図）
【図７Ａ】異物検知と伝送電力制御を示すフローチャート
【図７Ｂ】異物処理のフローチャート
【図８】従来の非接触電力伝送システムの構成を示す模式図
【図９】図８の給電装置（受電装置）に対峙して配置される受電装置（給電装置）の内部構造を示す模式図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の一態様は、受電装置へと非接触で電力を供給する給電装置であって、給電装置が、入力された交流電流により磁束を発生する一次コイルと、前記一次コイルを覆うカバーと、前記カバー上の物体の温度を検出するシート状感温センサと、を備える。
【００１５】
また、本発明の別の一態様は、給電装置側から非接触で電力供給を受ける受電装置であって、受電装置が、前記給電装置側の一次コイルで発生した磁束に応じて起電力を発生する二次コイルと、前記二次コイルを覆うカバーと、前記カバー上の物体の温度を検出するシート状感温センサと、を備える。
【００１６】
このような構成によれば、電力伝送中にシート状感温センサを用いて給電装置または受電装置のカバー上の昇温を検出することでカバー上に物体が存在することを確実に検出できる。また、シート状感温センサを使用することで、物体（異物）が昇温に至る可能性のあるカバー上の広い領域を容易かつ確実に検知することができる。よって、侵入した異物の過剰な昇温を防止でき、機器の故障など拡大被害を未然に防止でき安全性が向上する。
【００１７】
シート状感温センサは、ＰＴＣ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）センサ又はＮＴＣ（Ｎｅｇａｔｉｖｅ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）センサであり、前記磁束による渦電流が流れない抵抗値を有するようにすることで、センサ自体の昇温を防止することができる。
【００１８】
シート状感温センサは、前記カバー外郭面から前記一次コイルの間に設置されるようにすることで、侵入したカバー上の物体（異物）の昇温をより的確に検知できる。
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の
形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２０】
図１は、本発明に係る給電装置を備えた非接触充電装置のブロック図である。また、図２及び図３は車両が駐車スペースに設置された状態の外観図である。図１、図２及び図３に示されるように、非接触充電装置は、例えば駐車スペースに設置される給電装置２と、例えば電気推進車両に搭載される受電装置４とで構成される。
【００２１】
給電装置２は、商用電源６に接続される電源箱８と、インバータ部１０と、地上側コイルユニット１２と、異物検知手段１４と、制御部（例えば、マイコン）１６とを備え、異物検知手段１４と制御部１６とで電力制御装置１７を構成している。一方、受電装置４は、車両側コイルユニット１８と、整流部２０と、負荷（バッテリー）２２と、制御部（例えば、マイコン）２４とを備えている。
【００２２】
給電装置２において、商用電源６は、低周波交流電源である２００Ｖ商用電源であり、電源箱８の入力端に接続され、電源箱８の出力端はインバータ部１０の入力端に接続され、インバータ部１０の出力端は地上側コイルユニット１２に接続されている。一方、受電装置４においては、車両側コイルユニット１８の出力端は整流部２０の入力端に接続され、整流部２０の出力端は負荷２２に接続されている。
【００２３】
また、地上側コイルユニット１２は地上に敷設され、電源箱８は、例えば地上側コイルユニット１２から所定距離だけ離隔した位置に立設される。一方、車両側コイルユニット１８は、例えば車体底部（例えば、シャーシ）に取り付けられる。
【００２４】
給電装置側制御部１６は受電装置側制御部２４と無線通信を行い、受電装置側制御部２４は、検知した負荷２２の残電圧に応じて電力指令値を決定し、決定した電力指令値を給電装置側制御部１６に送信する。給電装置側制御部１６は、地上側コイルユニット１２で検知した給電電力と、受信した電力指令値とを比較し、電力指令値が得られるようにインバータ部１０を駆動する。
【００２５】
給電中、受電装置側制御部２４は受電電力を検知し、負荷２２に過電流や過電圧がかからないように、給電装置側制御部１６への電力指令値を変更する。
【００２６】
図２に示されるように、給電装置２から受電装置４に給電するに際し、車両側コイルユニット１８は、車両を適宜移動させることで地上側コイルユニット１２に対向して配置され、給電装置側制御部１６がインバータ部１０を駆動制御することで、地上側コイルユニット１２と車両側コイルユニット１８との間に高周波の電磁場が形成される。受電装置４は、高周波の電磁場より電力を取り出し、取り出した電力で負荷２２を充電する。
【００２７】
異物検知手段１４は、高周波の電磁場領域及びその近傍に異物があるかどうかを検知するためのもので、図２に示されるように、例えば給電装置２の地上側コイルユニット１２に設けられる。なお、異物検知手段１４の詳細については後述する。
【００２８】
なお、本発明における「異物」とは、高周波の電磁場領域に侵入してくる可能性のある人や物などの物体で、特に電磁界により昇温して拡大被害をもたらす可能性のある金属片などのことである。
【００２９】
図４は、本発明に係る非接触充電装置の地上側コイルユニット１２の外観上面図である。
【００３０】
図４に示されるように、コイル２６により形成される高周波の電磁場領域を検知領域２７とする。異物検知手段１４は感温センサ２８を備えており、感温センサ２８としてシート状の感温センサ２８（四角枠の内側の領域）が採用されている。これにより、シート状感温センサ２８を検知領域２７に張り巡らすことができ、検知領域２７全体の広範囲な領域において温度を検知することが可能となる。また、シート状の感温センサ２８として、例えばＰＴＣセンサ又はＮＴＣセンサなどのセンサを用いて、感温センサ２８の抵抗値を渦電流が流れない値にまで高めることで、センサ自体の昇温を防止できる。
【００３１】
図５（ａ），（ｂ）は、シート状の感温センサ２８の別の配置例を示す地上側コイルユニット１２の外観上面図である。図５（ａ）のシート状の感温センサ２８は、複数の帯状のシートが放射状に配置された形態を有している。図５（ｂ）のシート状の感温センサ２８は、複数の帯状のシートが、互いに離間して平行に配列された形態を有している。このようにシート状の感温センサ２８を帯状に配置することにより、電磁界による渦電流ループが形成されることを抑制でき、センサ自体の昇温を防止しつつ広範囲を検知することが可能となる。
【００３２】
図６（ａ）〜（ｃ）は、シート状の感温センサ２８の配置例を示す地上側コイルユニットの断面図である。図６（ａ）〜（ｃ）に示すように、コイル２６は電磁界を透過する絶縁材料で作られた支持台３２上に配置されており、筐体であるカバー２９は、支持台３２に取り付けられるとともに、コイル２６を覆うように配置されている。
【００３３】
図６（ａ）は、コイル２６を覆うカバー２９の内郭面上にシート状の感温センサ２８が配置された例である。また、図６（ｂ）では、カバー２９の外郭面上にシート状の感温センサ２８が配置されており、図６（ｃ）では、カバー２９の外郭面と内郭面との間（すなわち、カバー２９の内部）にシート状の感温センサ２８が配置されている。図６（ａ）〜（ｃ）に示されるように、シート状の感温センサ２８はカバー２９の外郭面からコイル２６の間に配置されていれば良く、このように配置されることで侵入した異物３０の昇温による伝導熱３１をシート状の感温センサ２８により的確に検知できる。
【００３４】
次に、図７Ａおよび図７Ｂのフローチャートを参照しながら、異物検知と伝送電力制御について説明する。
【００３５】
図７Ａ のフローチャートのステップＳ１において、受電装置４を搭載した車両が、そのコイルユニット１８が地上側コイルユニット１２に対向するように停止し、給電装置側制御部１６が受電装置側制御部２４から電力指令値を受信する。電力指令値が受信されると給電装置側制御部１６は、ステップＳ２において、異物検知手段１４が温度測定動作を開始し、異物検知手段１４の測定温度は給電装置側制御部１６に入力され、初期温度値として記憶される。なお、異物検知手段１４の温度測定部分には、シート状の感温センサ２８が用いられており、コイルユニット１２を覆うカバー２９上における電磁場領域を検知領域として温度測定する。
【００３６】
その後、ステップＳ３において、給電装置側制御部１６は、インバータ部１０に電力伝送開始を指示し、地上側コイルユニット１２から車両側コイルユニット１８への電力供給を開始する。
【００３７】
ステップＳ４においては、給電装置側制御部１６が異物検知手段１４の検知結果（シート状の感温センサ２８による検知温度）と初期値を比較し、侵入した異物による昇温があるかを判定する。ステップＳ４において、検知温度が初期値を超えている場合には侵入異物による昇温があると判定され、異物の過熱による拡大被害を防止するため、ステップＳ５に移行し、伝送電力を制御するための異物処理を行う。ステップＳ４において、検知温度が初期値以下である場合には侵入異物による昇温がないと判定され、ステップＳ６において、給電装置側制御部１６はインバータ部１０に電力伝送を継続させる。
【００３８】
図７Ｂのフローチャートは、図７ＡのフローチャートにおけるステップＳ５の異物処理の詳細を示している。異物処理では、まずステップＳ２１において、異物侵入を表示や音などの告知手段により告知する。次にステップＳ２２において、侵入異物の昇温が、機器の故障などの拡大被害に至る可能性があるかを測定された検知温度と設定値の比較により判定する。
【００３９】
ステップＳ２２において、侵入異物の昇温が拡大被害に至ると判定された場合（すなわち、検知温度が設定値を超過している場合）には、ステップＳ２３に移行し、給電装置側制御部１６が、地上側コイルユニット１２から車両側コイルユニット１８への伝送電力を所定量（例えば、１／２）落とす、あるいは電力伝送を停止するなどの伝送電力を抑制する制御を行う。さらに、ステップＳ２４において、異物侵入により伝送電力を制御していることを表示や音などの告知手段により告知して、異物処理を終了する。
【００４０】
一方、ステップＳ２２において、侵入異物の昇温が拡大被害に至らないと判定された場合（すなわち、検知温度が設定値以下である場合）には、ステップＳ２３、ステップＳ２４を迂回して異物処理を終了する。
【００４１】
図７Ａ のフローチャートのステップＳ７では、人による異物排除や車の使用などの理由により、電力伝送を中断する指示がある場合、ステップＳ９に移り、給電装置側制御部１６はインバータ部１０に電力伝送終了を指示し、地上側コイルユニット１２から車両側コイルユニット１８への電力供給を停止し、異物検知手段１４は温度測定動作を終了する。
【００４２】
ステップＳ７において、電力伝送の中断指示がない場合、ステップＳ８に移り、充電が完了したかどうかを判定し、充電が完了していない場合にはステップＳ４に戻り、充電が完了している場合にはステップＳ９において電力供給を終了するとともに、異物検知動作を終了する。
【００４３】
上述の説明では、給電装置２の地上側コイルユニット１２にシート状の感温センサ２８が設置されている場合について一例として説明したが、本発明はこのような場合についてのみ限定されない。このような場合に代えて、例えば、受電装置４の車両側コイルユニット１８にシート状の感温センサが設置されているような場合であっても良い。さらに給電装置２の地上側コイルユニット１２および受電装置４の車両側コイルユニット１８にシート状の感温センサがそれぞれ設置されているような場合であっても良い。
【００４４】
また、図７Ａおよび図７Ｂのフローチャートに示す処理では、初期値と設定値との２つの温度基準を設けて、段階的に異物検出等の処理を行う場合について説明したが、例えば設定値を初期値として、１つの温度基準により異物検出等の処理を行っても良い。
【００４５】
なお、上記様々な実施形態のうちの任意の実施形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
以上のように、本発明に係る非接触電力伝送に用いられる給電装置及び受電装置では、給電装置から受電装置への給電中に電磁場領域近辺で侵入した異物による昇温が生じた場合に確実に給電制御を行うようにしたので、例えば人や物が不注意にあるいは誤って近づく可能性がある電気推進車両の受電装置への給電等に有用である。
【符号の説明】
【００４７】
２：給電装置
４：受電装置
６：商用電源
８：電源箱
１０：インバータ部
１２：地上側コイルユニット
１４：異物検知手段
１６：制御部
１７：電力制御装置
１８：車両側コイルユニット
２０：整流部
２２：負荷
２４：制御部
２６：コイル
２７：検知領域
２８：感温センサ
２９：カバー
３０：異物（物体）
３１：伝導熱
３２：支持台
【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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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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