(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存在を確実に検出する。【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２６と、一次コイル２６を覆うカバー２９と、カバー２９周辺に存在する物体を検出するセンサコイル２８とを備え、センサコイル２８の巻き軸は、一次コイル２６の巻き軸と略直交する。これにより、センサコイル２８と一次コイル２６の相互干渉を抑えることができ、センサコイル２８の共振周波数の変動による給電装置２のカバー２９周辺に存在する物体を確実に検出できる。【選択図】図４
2013215073.tif 000002
【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、前記カバー周辺に存在する物体を検出するセンサコイルとを備え、
前記センサコイルの巻き軸は、前記一次コイルの巻き軸に対して略直交する構成とした非接触電力電送システムの給電装置。
【請求項２】
前記一次コイルの近傍に、フェライトなどの磁性材料を配置し、前記磁性材料を巻き込むように前記センサコイルを巻いた請求項１に記載の非接触電力電送システムの給電装置。
【請求項３】
前記センサコイルを複数設置し、その巻き軸方向に隣り合うセンサコイルは発生する磁束が逆向きになるよう設定した請求項１に記載の非接触電力電送システムの給電装置。
【請求項４】
給電装置から非接触で電力を受電する受電装置であって、前記給電装置の一次コイルが発生する磁束により誘導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、前記カバー周辺に存在する物体を検出するセンサコイルとを備え、
前記センサコイルの巻き軸は、前記二次コイルの巻き軸に対して略直交する構成とした非接触電力電送システムの受電装置。
【請求項５】
前記二次コイルの近傍に、フェライトなどの磁性材料を配置し、前記磁性材料を巻き込むように前記センサコイルを巻いた請求項４に記載の非接触電力電送システムの受電装置。
【請求項６】
前記センサコイルを複数設置し、その巻き軸方向に隣り合うセンサコイルは発生する磁束が逆向きになるよう設定した請求項４に記載の非接触電力電送システムの受電装置。
【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システム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１０６の構成を示す模式図である。図８において、地上側の電源１０９の電源盤に接続された給電装置（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１０７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１０８に誘導起電力が生じ、これによって、１次コイル１０７から２次コイル１０８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１１０に接続され、上述のように伝達された電力が車載のバッテリー１１０に充電される。このバッテリー１１０に蓄積された電力により車載のモータ１１１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１１２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１０７、１次磁心コア１１３、背板１１５、及びカバー１１６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１０８、２次磁心コア１１４、背板１１５、カバー１１６等を備え、１次コイル１０７と１次磁心コア１１３の表面、および２次コイル１０８と２次磁心コア１１４の表面は、それぞれ、発泡材１１８が混入されたモールド樹脂１１７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１１５とカバー１１６間にモールド樹脂１１７が充填され、内部の１次コイル１０７、２次コイル１０８、更には１次磁心コア１１３、２次磁心コア１１４の表面が、被覆固定されている。モールド樹脂１１７は、例えばシリコン樹脂よりなり、このように内部を固めることにより、１次コイル１０７、２次コイル１０８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次コイル１０７、２次コイル１０８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１１７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は、車庫内等に設置されるが、給電装置Ｆのカバー１１６上に異物が載っていることに気づかず、給電装置Ｆ上に車両を停車して電力電送する、あるいは、電力伝送中に動物等が侵入することも考えられる。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１１６に存在し、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１０７と２次コイル１０８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１次コイル１０７と２次コイル１０８の間に異物が存在した場合に、異物の存在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、給電装置と受電装置間の異物の存在を確実に検出することが可能な非接触電力伝送システム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、本発明の非接触電力電送システムの給電装置は、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、前記カバー周辺に存在する物体を検出するセンサコイルとを備え、前記センサコイルの巻き軸は、前記一次コイルの巻き軸と略直交する構成としている。
【００１１】
また、本発明の非接触電力電送システムの受電装置は、給電装置から非接触で電力を受電する受電装置であって、前記給電装置の一次コイルが発生する磁束により誘導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、前記カバー周辺に存在する物体を検出するセンサコイルとを備え、前記センサコイルの巻き軸は、前記二次コイルの巻き軸に対して略直交する構成としている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、給電装置または受電装置は、カバー上の物体を検出可能なセンサコイルを備え、センサコイルの巻き軸は、一次コイルの巻き軸と略直交する構成としているので、コイル間の相互干渉を抑えて、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】本発明に係る非接触電力電送システムのブロック図
【図２】図１の非接触電力電送システムの外観図
【図３】図１の非接触電力電送システムの外観図
【図４】図１の非接触電力電送システムの外観上面図
【図５】（ａ）（ｂ）非接触電力電送システムのコイルの相互干渉の説明図
【図６】（ａ）（ｂ）図１の非接触電力電送システムのセンサ配置の実施例外観図
【図７】（ａ）（ｂ）異物検出と伝送電力制御を示すフローチャート
【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】
第１の発明は、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、前記カバー周辺に存在する物体を検出するセンサコイルとを備え、前記センサコイルの巻き軸は、前記一次コイルの巻き軸と略直交する構成としている。
【００１５】
第２の発明は、前記一次コイルの近傍に、フェライトなどの磁性材料を配置し、前記磁性材料を巻き込むように前記センサコイルを巻いている。
【００１６】
第３の発明は、前記センサコイルを複数設置し、その巻き軸方向に隣り合うセンサコイ
ルは発生する磁束が逆向きになるよう設定している。
【００１７】
第４の発明は、給電装置から非接触で電力を受電する受電装置であって、前記給電装置の一次コイルが発生する磁束により誘導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、前記カバー周辺に存在する物体を検出するセンサコイルとを備え、前記センサコイルの巻き軸は、前記二次コイルの巻き軸に対して略直交する構成としている。
【００１８】
第５の発明は、前記二次コイルの近傍に、フェライトなどの磁性材料を配置し、前記磁性材料を巻き込むように前記センサコイルを巻いている。
【００１９】
第６の発明は、前記センサコイルを複数設置し、その巻き軸方向に隣り合うセンサコイルは発生する磁束が逆向きになるよう設定している。
【００２０】
このような構成によれば、給電装置または受電装置のカバー周辺に物体が存在すれば、センサコイル周辺のインピーダンスが変化し、センサコイルの共振周波数がずれて、検出することができる。また、センサコイルの巻き軸が、一次コイルの巻き軸と略直交する構成とすることで、コイル間の相互干渉を抑えて、物体（異物）の存在を確実に検出することができる。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。
【００２１】
磁性材料を巻き込むように前記センサコイルを巻くことで、少ない巻き数でセンサコイルの性能を確保することができる。
【００２２】
巻き軸方向に隣り合うセンサコイルは発生する磁束が逆向きになるよう動作させることで、センサコイルのから発生する磁束をよりセンサコイルの近くでカバー外郭方向に向かわせることができ、カバー上の物体（異物）の存在をより的確に検出できる。
【００２３】
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、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２４】
図１は、本発明に係る給電装置を備えた非接触電力電送システムのブロック図である。また、図２及び図３は車両を駐車スペースに停車し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、非接触電力電送システムは、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。
【００２５】
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、異物検出手段１４と、制御部（例えば、マイコン）１６とを備えており、異物検出手段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、負荷であるバッテリー２２と、制御部（例えば、マイコン）２４とを備えている。
【００２６】
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の出力端はバッテリー２２に接続されている。
【００２７】
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。
【００２８】
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、検出したバッテリー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で検出した給電電力と、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。
【００２９】
給電中、受電装置側制御部２４は受電電力を検出し、バッテリー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。
【００３０】
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、取り出した電力でバッテリー２２を充電する。
【００３１】
異物検出手段１４は、高周波の電磁場領域及びその近傍に異物が存在するかどうかを検出するためのもので、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、異物検出手段１４の詳細については後述する。
【００３２】
なお、本発明における「異物」とは、高周波の電磁場領域に存在する、あるいは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。
【００３３】
図４は、本発明に係る非接触電力電送システムの地上側コイルユニット１２の外観上面図である。図４に示されるように、カバー２９の内部に一次コイル２６が設置され、一次コイル２６により形成される高周波の電磁場領域を検出領域２７とする。異物検出手段１４はセンサコイル２８を備えている。センサコイル２８を複数設置することにより、カバー２９周辺の検出領域２７全体の広範囲な領域において検出することが可能となる。
【００３４】
図５（ａ）、（ｂ）は、コイル間の相互干渉についての説明図で、一次コイル２６及びセンサコイル２８により発生する磁束３２、３３を示している。
【００３５】
図５（ａ）に示すように、一次コイル２６により発生する磁束３２とセンサコイル２８により発生する磁束３３が並行となる配置の場合、一次コイル２６とセンサコイル２８の結合は大きくなる。このため、磁束３２をセンサコイル２８が受信したり、磁束３３を一次コイル２６が受信したりすると、給電電力の損失増加やセンサコイル２８の昇温、雑音の増加による精度低下などの不具合が発生する。
【００３６】
一方、図５（ｂ）に示すように、一次コイル２６により発生する磁束３２とセンサコイル２８により発生する磁束３３が直交する配置の場合、一次コイル２６とセンサコイル２８の結合は小さくなる。このような構成でれば、相互の干渉が抑えられて精度良く検出できる。
【００３７】
図６（ａ）、（ｂ）は、センサコイル２８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６（ａ）は全体図で、センサコイル２８は、一次コイル２６とフェライトなどの磁性材料３０を巻き込むように配置されている。センサコイル２８は、磁性材料３０を巻き込むことで、少ない巻き数でもインダクタンスを得ることができる。
【００３８】
図６（ｂ）は、センサコイル２８部分の拡大図で、センサコイル２８は巻き軸方向に並
んで複数設置されている。隣り合うセンサコイル２８それぞれから発生する磁束が逆向きになるよう動作させることで、相互の磁束がぶつかり、巻き軸方向成分を打消して直交する方向へ向かわせるため、センサコイルから発生する磁束をよりセンサコイルの近くでカバー外郭方向に向かわせることができ、カバー上の物体（異物）の存在をより狭い範囲で的確に検出できる。
【００３９】
次に、図７（ａ）および図７（ｂ）のフローチャートを参照しながら、異物検出と伝送電力制御について説明する。
【００４０】
図７（ａ）に示す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。電力指令値を受信すると、給電装置側制御部１６は、ステップＳ２において、異物検出手段１４が共振周波数測定動作を開始する。
【００４１】
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。
【００４２】
ステップＳ４においては、給電装置側制御部１６が異物検出手段１４の検出結果（センサコイル２８の共振周波数）と基準値（正常状態のセンサコイル２８の共振周波数）との差と設定値を比較し、異物が存在するかを判定する。ステップＳ４において、検出結果の基準値からのずれが設定値を超えている場合には、異物が存在すると判定され、異物の過熱や磁束による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、検出結果の基準値からのずれが設定値以下である場合には異物が存在しないと判定され、ステップＳ６に移行し、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。
【００４３】
図７（ｂ）に示すフローチャートは、図７（ａ）に示す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、異物の存在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、センサコイル２８の共振周波数を再測定し、基準値からのずれと限度値の比較により異物が、機器の故障などの拡大被害に至る可能性があるかを判定する。
【００４４】
ステップＳ２２において、異物が拡大被害に至ると判定された場合には、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）に落とす、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、異物の存在により伝送電力を抑制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する。
【００４５】
一方、ステップＳ２２において、異物が拡大被害に至らないと判定された場合には、ステップＳ２３、ステップＳ２４を迂回して異物の存在の可能性告知のみで異物処理を終了する。
【００４６】
図７（ａ）に示す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に移行し、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、異物検出手段１４は検出動作を終了する。
【００４７】
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に移行し、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、異物検出動作を終了する。
【００４８】
上述の説明では、給電装置２の地上側コイルユニット１２にセンサコイル２８が設置されている構成を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。このような構成に代えて、例えば、受電装置４の車両側コイルユニット１８にセンサコイルを設置しても良い。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にセンサコイルをそれぞれ設置した構成としても良い。
【００４９】
また、図７（ａ）および図７（ｂ）に示すフローチャートの処理では、設定値と限度値の２つの基準を設けて、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、例えば限度値を設定値として、１つの基準により異物検出等の処理を行っても良い。
【００５０】
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】
【００５１】
以上のように、本発明に係る非接触電力伝送システム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周辺で異物の存在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及び給電装置に有用である。
【符号の説明】
【００５２】
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  異物検出手段
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  バッテリー
２４  制御部
２６  一次コイル
２７  検出領域
２８  センサコイル
２９  カバー
３０  磁性材料
３２  磁束
３３  磁束
【図５】
2013215073.tif 000003
【図７】
2013215073.tif 000004
【図１】
2013215073.tif 000005
【図２】
2013215073.tif 000006
【図３】
2013215073.tif 000007
【図４】
2013215073.tif 000008
【図６】
2013215073.tif 000009
【図８】
2013215073.tif 000010
【図９】
2013215073.tif 000011