CN105393430B - 非接触式供电装置及非接触式受电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明是以检测与污垢附着无关的发热异物为目的的非接触式供电装置和非接触式受电装置。本发明的非接触式供电装置包括：产生电磁场并供给电力的供电线圈(103a)；容纳所述供电线圈的外壳；在低于所述外壳的耐热温度的温度下熔化的线材(222)；检测所述线材的熔化的熔化检测单元(221)；以及基于所述熔化检测单元的检测结果进行控制的控制单元(102)。而且，若断线检测单元(221)检测到线材(222)的断线，则控制单元(102)使对供电线圈(103a)的电力供给停止或降低。

Description

非接触式供电装置及非接触式受电装置
技术领域
本发明涉及检测异物的非接触式供电装置及非接触式受电装置。
背景技术
近年来，电动汽车(EV：Electric Vehicle)、插电式混合动力汽车(PHEV：Plug-inHybrid Electric Vehicle)等的用电行驶的汽车(以下，仅称为“车辆”)日益普及。这样的车辆装载大容量的蓄电池，将从外部供电的电能存储在蓄电池中，使用存储的电能来行驶。
另一方面，移动电话(包含所谓的智能手机等)、笔记本电脑、平板终端等日益普及。这样的移动终端也装载蓄电池，进行对蓄电池的充电及来自蓄电池的放电。
作为对这样的车辆、移动终端等上装载的蓄电池供电的方法，已知在供电装置的一次侧线圈和受电装置的二次侧线圈之间，使用电磁力进行非接触式供电的方法。在该方法中，如果在供电装置和受电装置之间存在硬币等金属，则因供电装置和受电装置之间产生的磁通而在金属中产生感应电流，由此导致金属发热。其结果，有外壳熔化，或发生火灾的危险。
因此，例如在专利文献1中公开了检测这样的金属异物(以下，仅称为“异物”)的技术。
在专利文献1中，公开了将发光器具和受光器具设置在一次线圈侧，将光纤等的光导器具设置在二次线圈侧，在一次线圈和二次线圈之间的间隙中无异物的情况下，来自发光器具的光经由光导器具在受光器具中受光，在异物夹在间隙中的情况下，来自发光器具的光被异物遮挡，在受光器具中不受光，因而停止一次线圈的励磁的供电装置。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2009-254116号公报
发明内容
发明要解决的问题
可是，在上述专利文献1中公开的供电装置中，在存在泥、水滴、污垢等的情况下，发生将该泥等误检测为异物等的不良状况，不能正确地检测异物。
本发明的目的在于，提供无论是否附着污垢，都可检测发热异物的非接触式供电装置及非接触式受电装置。
解决问题的方案
本发明的一方案的非接触式供电装置，是以非接触方式供给电力的非接触式供电装置，采用的结构包括：产生电磁场来供给电力的供电线圈；容纳所述供电线圈的外壳；在低于所述外壳的耐热温度的温度下熔化的线材；检测所述线材的熔化的熔化检测单元；以及基于所述熔化检测单元的检测结果进行控制的控制单元。
本发明的一方案的非接触式受电装置，是以非接触方式接受电力的供给的非接触式受电装置，采用的结构包括：通过供电装置产生的电磁场来受电电力的受电线圈；容纳所述受电线圈的外壳；在低于所述外壳的耐热温度的温度下熔化的线材；检测所述线材的熔化的熔化检测单元；以及基于所述熔化检测单元的检测结果进行控制的控制单元。
发明的效果
根据本发明，无论是否附着污垢，都能够检测发热异物。
附图说明
图1是表示本发明的一实施方式的充电系统的结构的框图。
图2是表示图1所示的供电单元及地上侧异物检测系统的内部结构的框图。
图3是表示图2所示的供电侧控制单元的动作的流程图。
图4是表示图1所示的地上侧异物检测系统的结构的俯视图。
图5是表示图1所示的地上侧异物检测系统的结构的立体图。
图6是图5的A-A线剖面图。
图7是表示线材的容纳方法的变动1的剖面图。
图8是表示线材的容纳方法的变动2的剖面图。
图9是表示线材的容纳方法的变动3的剖面图。
图10是表示线材的容纳方法的变动4的剖面图。
图11是表示线材的配置的变动1中的地上侧异物检测系统的结构的俯视图。
图12是表示线材的配置的变动1中的地上侧异物检测系统的结构的立体图。
图13是图12的B-B线剖面图。
图14是表示线材的配置的变动2中的地上侧异物检测系统的结构的俯视图。
图15是表示线材的配置的变动3中的地上侧异物检测系统的结构的俯视图。
图16是表示线材的配置的变动4中的地上侧异物检测系统的结构的俯视图。
图17是表示本发明的一实施方式的充电系统的其他结构的框图。
具体实施方式
以下，参照附图详细地说明本发明的实施方式。
(一实施方式)
<充电系统的结构>
使用图1说明本发明的实施方式中的充电系统10的结构。
充电系统10具有供电装置100、车辆150、以及供电侧操作单元160。再有，图1表示供电线圈103a和受电线圈154a为相对置的可供电的状态。
供电装置100被设置或被埋设在地面上，以使供电单元103被配置为从地表面g露出。供电装置100例如设置在泊车位中，在车辆150的泊车中，通过面向受电单元154而对受电单元154供电。这里，供电是指从供电线圈103a对受电线圈154a供给电力。有关供电装置100的结构，将后述。
车辆150例如是称为HEV(Hybrid Electric Vehicle；油电混合动力车)、PEV(Plug-in Electric Vehicle；插电式电动车)或EV(ElectricVehicle；电动车)的以蓄电池152的电力行驶的汽车。再有，有关车辆150的结构，将后述。
供电侧操作单元160根据来自车辆外部的操作，将表示供电开始的供电开始信号或表示供电停止的供电停止信号输出到供电装置100。
<车辆的结构>
车辆150主要由车辆侧操作单元151、蓄电池152、车辆侧控制单元153、受电单元154、以及车辆侧通信单元155构成。
车辆侧操作单元151接受用户的各种操作，将与接受的操作对应的各种信号输出到车辆侧控制单元153。
蓄电池152存储从供电装置100通过受电单元154供给的电力。
车辆侧控制单元153基于从车辆侧操作单元151输入的各种信号，对于受电单元154及车辆侧通信单元155进行控制，以使它们进行伴随充电的各种处理或伴随充电停止的各种处理。
受电单元154具有受电线圈154a。受电线圈154a受电从供电单元103的供电线圈103a供电的电力。根据车辆侧控制单元153的控制，受电单元154将由受电线圈154a受电的电力供给蓄电池152。以在车辆150的底部中露出到外部的状态来设置受电单元154。
根据车辆侧控制单元153的控制，车辆侧通信单元155生成允许充电的允许充电信号或不允许充电的不允许充电信号，将生成的允许充电信号或不允许充电信号发送给供电侧通信单元101。这里，例如，在供电中检测出错位的情况、或蓄电池152为满充电的状态的情况等中发送不允许充电信号。
<供电装置的结构>
供电装置100主要由供电侧通信单元101、供电侧控制单元102、供电单元103、地上侧异物检测系统104构成。
供电侧通信单元101从车辆侧通信单元155接收允许充电信号或不允许充电信号，接收到的允许充电信号或不允许充电信号输出到供电侧控制单元102。
在从供电侧操作单元160输入供电开始信号，同时从供电侧通信单元101输入了允许充电信号时，供电侧控制单元102控制供电单元103，以使其对于供电线圈103a进行向受电线圈154a的供电。
此外，在供电中，在从供电侧操作单元160输入了供电停止信号的情况、在由供电侧通信单元101输入了不允许充电信号的情况、或从地上侧异物检测系统104通知了异物检测的情况下，供电侧控制单元102控制供电单元103，以使其不开始供电或停止供电。
供电单元103具有供电线圈103a。根据供电侧控制单元102的控制，供电单元103由供电线圈103a对受电线圈154a进行供电。例如，通过电磁感应方式、电场共振方式或磁共振方式，供电单元103进行供电。
地上侧异物检测系统104将在低于容纳供电线圈103a的外壳的耐热温度的温度下熔化的线材配置为螺旋状，根据线材熔化的情况来检测异物，将检测出异物的情况通知给供电侧控制单元102。再有，有关地上侧异物检测系统104的细节，将后述。
<供电单元的结构>
使用图2说明图1所示的供电单元103及地上侧异物检测系统104的结构。
供电单元103主要由切换单元201、AC/DC转换装置202、逆变器203、以及供电线圈103a构成。
根据供电侧控制单元102的控制，切换单元201将供给交流电力的外部电源和AC/DC转换装置202连接或断开。
AC/DC转换装置202根据供电侧控制单元102的控制，将通过切换单元201从外部电源供给的交流电力转换为直流电力，输出到逆变器203。
根据供电侧控制单元102的控制，逆变器203将从AC/DC转换装置202供给的直流电力转换为交流电力并供给供电线圈103a。
通过从逆变器203接受交流电力的供给，供电线圈103a对于受电线圈154a产生电磁场(包含磁通)，进行供电。
地上侧异物检测系统104主要由断线检测单元221(相当于熔化检测单元)和线材222构成，断线检测单元221主要由发送单元231和接收单元232构成。
根据供电侧控制单元102的控制，断线检测单元221从发送单元231发送信号(光信号、电信号等)，用接收单元232接收经由线材222的信号。在接收单元232不能接收信号的情况下，断线检测单元211检测为线材222熔化并产生了断线，使供电侧控制单元102停止对受电单元154的供电。
线材222是在低于容纳供电线圈103a的外壳的耐热温度的温度下熔化的光纤或非磁性体的金属线(例如，铜线)等的信号线，在供电线圈103a的上方被配置为螺旋状。线材222将从发送单元231发送出的信号传递到接收单元232。在线材222的上方存在异物的情况下，异物因供电装置100产生的磁通而发热，线材222先于外壳被熔化。再有，通过使用光纤等作为线材222，能够检测异物而对受电单元154的供电不造成影响。
再有，在将线材222设为光纤的情况下，发送单元231是发射光信号的发光单元，接收单元232是接收光信号的受光单元。
<供电侧控制单元的动作>
接着，使用图3说明图2所示的供电侧控制单元102的动作。
首先，供电侧控制单元102判定受电线圈154a定位在供电线圈103a上的位置校准是否完成(步骤ST301)。例如，供电侧控制单元102通过车辆侧通信单元155从供电侧通信单元101获取从车辆150上装载的未图示的摄像机拍摄的图像，通过分析获取的图像来判定受电线圈154a是否定位在供电线圈103a上。
位置校准未完成的情况下(步骤ST301：“否”)，供电侧控制单元102反复进行步骤ST301的处理。
另一方面，在位置校准完成的情况下(步骤ST301：“是”)，供电侧控制单元102判定是否从供电侧操作单元160接收到供电开始信号、从供电侧通信单元101接收到允许充电信号(步骤ST302)。
在判定为没有接收供电开始信号及允许充电信号的情况下(步骤ST302：“否”)，供电侧控制单元102控制切换单元201，以便不开始供电。
在判定为接收到供电开始信号及允许充电信号的情况下(步骤ST302：“是”)，供电侧控制单元102进行充电开始的控制，控制切换单元201及AC/DC转换装置202，同时使逆变器203起动(步骤ST303)。
此外，供电侧控制单元102对地上侧异物检测系统104进行异物检测开始的控制(步骤ST304)。
供电侧控制单元102判定从供电侧操作单元160是否接收到供电停止信号、或从供电侧通信单元101是否接收到不允许充电信号(步骤ST305)。在接收到供电停止信号或不允许充电信号的情况下(步骤ST305：“是”)，转移至步骤ST307。
在没有接收供电停止信号或不允许充电信号的情况下(步骤ST305：“否”)，供电侧控制单元102通过断线检测单元221判定是否检测到线材222的断线(步骤ST306)。在没有检测出断线的情况下(步骤ST306：“否”)，返回到步骤ST304。
在检测到断线的情况下(步骤ST306：“是”)，供电侧控制单元102进行充电停止的控制，控制切换单元201及AC/DC转换装置202，使逆变器203停止(步骤ST307)。即，在步骤ST307中，停止对供电线圈103a的电力供给。再有，这里，也可以降低对供电线圈103a的电力供给。此外，在步骤ST307中，供电侧控制单元102也可以使通知存在异物的通知单元(未图示)发出通知。
这样，在供电中检测到线材222的断线的情况下，异物因磁通而发热，将线材222熔化，所以供电侧控制单元102判定为在供电线圈103a上存在异物，作为防止异物的温度上升的控制而停止或降低对供电线圈103a的电力供给。由此，无论地上侧异物检测系统104是否有污垢的附着，都可以检测异物。而且，不因磁通发热的非磁性体的物体不熔化线材222，所以能够防止将非磁性体的物体误检测为异物。
<地上侧异物检测系统的结构>
图4是表示图1所示的地上侧异物检测系统104的结构的俯视图，图5是表示地上侧异物检测系统104的结构的立体图，图6是图5的A-A线剖面图。
螺旋状的线材222被配置在外壳240外侧的上底面附近，以使其覆盖供电线圈103a的上方。这样，通过将线材222螺旋状地铺满，即使是较小的异物，也可检测。这里，线材222的至少一部分重叠地配置在供电线圈103a的形状所投影的外壳240的上底面附近即可。此外，线材222的耐热温度设定得低于外壳240的耐热温度(在路面最高预测温度(例如在70℃)～外壳的耐热温度(例如240℃)之间，例如为170℃)，在外壳240熔化之前线材222熔化。但是，不会因线材222的存在，而降低从供电线圈103a对受电线圈154a的供电效率，在电力供给上无障碍。
外壳240容纳供电线圈103a及未图示基板等，外壳240的底面，例如具有30cm×20cm以上的面积，外壳240的耐热温度，例如为240℃。
板241由橡胶等的树脂材料组成，覆盖、密闭在外壳240的上部配置的线材222。此外，板241与线材222为相同程度的耐热温度，线材222熔化时板241也熔化。再有，也可以在板241内埋入线材222。此外，也可以将板241设为双层结构，使承重性提高。这样，将线材222通过板241密闭，能够保护线材222避免污垢及损伤，同时可以简单地更换熔化的线材222。再有，板241不是必需的结构，也可以仅将线材222设置在外壳240的上底面上。
<实施方式的效果>
这样，在本实施方式中，将在低于外壳的耐热温度的温度下熔化的线材222配置为螺旋状，以使其覆盖供电线圈103a，在供电中向线材222持续发送信号，在不能接收经由线材222的信号的情况下，判定为检测到异物。由此，无论地上侧异物检测系统104是否有污垢的附着或积雪，都可检测异物。而且，非磁性体或大小较小的异物难以因磁通发热而不熔化线材222，所以能够高精度地仅检测发热的异物。而且还能够根据线材的配置任意地设定要检出的异物大小。此外，能够用价格便宜的构件实现异物检测系统，所以能够削减成本。
<线材的容纳方法的变动>
再有，在本实施方式中，说明了将线材222用板241覆盖的情况下，但本发明不限定于此。例如，如图7所示，也可以用耐热温度比线材222高、并有强度的外壳242来覆盖在外壳240外侧的上底面附近配置的线材222。这种情况下，在外壳242上部存在异物时，由异物产生的热通过外壳242传递到线材222，在外壳242熔化之前线材222熔化。
此外，如图8所示，也可以在外壳240内侧的上底面附近配置线材222。这种情况下，能够削减部件数。再有，这种情况下，在外壳240上部存在异物时，由异物产生的热通过外壳240到达线材222，在外壳240熔化之前线材222熔化。
此外，如图9所示，也可以在供电线圈103a的形状所投影的外壳240的上面形成螺旋状的沟，沿着沟配置线材222。这种情况下，能够削减部件数，实现线材222的更换容易性。
此外，如图10所示，也可以在外壳240的上底面内配置线材222。这种情况下，与图8同样，在外壳240上部存在异物时，由异物产生的热通过外壳240到达线材222，在外壳240熔化之前线材222熔化。
<线材的配置的变动>
此外，在本实施方式中，说明了将线材222配置为螺旋状的情况，但本发明不限定于此。例如，如图11～图13所示，也可以将线材222配置为多个螺旋形状。由此，在供电线圈103a为螺线管线圈的情况下，能够覆盖螺线管线圈整体，能够消除异物的漏检。
此外，如图14、图15所示，也可以将线材222配置为多个方形螺旋状。这里，各个线材222与发送单元231、接收单元232连接，仅更换熔化的线材222即可，所以能够降低成本。再有，在图14、图15中，将线材222设成方形螺旋状，但也可以设成圆形螺旋状。
此外，如图16所示，也可以在端部通过中继连接器250来连接平行地配置的多个线材222。在线材222上适用了光纤的情况下，光纤具有不能弯曲的性质。因此，通过使用中继连接器250，可以不弯曲光纤而用光纤覆盖供电线圈103a的上部。
<车辆侧异物检测系统>
此外，在本实施方式中，说明了将地上侧异物检测系统104设置在地上侧的供电装置100中的情况，但如图17所示，也可以将异物检测系统设置在车辆侧的受电单元154中。在车辆侧，可以考虑在行驶中轮胎卷起的异物附着在受电单元154上，或因恶作剧等而故意地安装异物。
车辆侧异物检测系统105具有与地上侧异物检测系统104相同的结构，在断线检测单元221检测线材222的断线时，车辆侧控制单元153使车辆侧通信单元155生成不允许充电信号，经由供电侧通信单元101，将不允许充电信号通知给供电侧控制单元102。由此，能够停止供电。
再有，在本实施方式中，断线检测单元221作为检测线材222的断线进行了说明，但在本发明中，不一定必须检测断线，检测线材222的熔化即可。
此外，在本实施方式中，举例说明了将异物检测系统适用于对车辆供电的非接触式供电系统的情况，但本发明不限于此，也可以在对移动电话、笔记本电脑、平板终端等的移动终端、电视机、美容设备、照明、工业设备、电动摩托车、显示器等供电的任何其他的非接触式供电系统中适用异物检测系统。
工业实用性
本发明的非接触式供电装置及非接触式受电装置，可用于无论是否有污垢的附着，都可检测发热异物。
标号说明
10 充电系统
100 供电装置
101 供电侧通信单元
102 供电侧控制单元
103 供电单元
103a 供电线圈
104 地上侧异物检测系统
105 车辆侧异物检测系统
150 车辆
151 车辆侧操作单元
152 蓄电池
153 车辆侧控制单元
154 受电单元
154a 受电线圈
155 车辆侧通信单元
160 供电侧操作单元
201 切换单元
202 AC/DC转换装置
203 逆变器
221 断线检测单元
222 线材
231 发送单元
232 接收单元
240、242 外壳
241 板
250 中继连接器

Claims (11)

1.非接触式供电装置，其以非接触方式供给电力，包括：
供电线圈，产生电磁场来供给电力；
外壳，容纳所述供电线圈；
线材，配置在所述供电线圈的形状所投影的所述外壳的上底面中；
熔化检测单元，检测所述线材的熔化；
控制单元，控制对所述供电线圈的电力供给；以及
板材，配置在所述外壳的上底面部，
所述线材埋入在板材中，
所述线材有熔化温度，
所述控制单元基于所述线材的熔化而控制供给电力，
所述外壳有耐热温度，
所述线材的所述熔化温度低于所述外壳的所述耐热温度。
2.如权利要求1所述的非接触式供电装置，
所述线材的至少一部分被设置在所述供电线圈的形状所投影的所述外壳外侧的所述上底面附近、所述外壳内侧的所述上底面附近、或所述外壳的所述上底面内。
3.如权利要求1所述的非接触式供电装置，
所述线材的至少一部分沿着被设置在所述供电线圈的形状所投影的所述外壳的所述上底面的沟来配置。
4.如权利要求1至权利要求3的任意一项所述的非接触式供电装置，
所述线材是信号线，
在流过所述信号线的信号中断的情况下，所述熔化检测单元检测为所述线材被熔化。
5.如权利要求4所述的非接触式供电装置，
所述线材是光纤。
6.如权利要求5所述的非接触式供电装置，
所述熔化检测单元包括：
发光单元，发射光信号；以及
受光单元，接收所述光信号，
在所述受光单元不能接收所述光信号的情况下，检测为所述线材被熔化。
7.如权利要求1所述的非接触式供电装置，
所述线材是不妨碍所述电力的供给的构件。
8.如权利要求4所述的非接触式供电装置，
在所述熔化检测单元检测出所述线材的熔化的情况下，所述控制单元进行防止使所述线材熔化的异物的温度上升的控制。
9.如权利要求8所述的非接触式供电装置，
所述控制单元停止或降低对所述供电线圈的电力供给。
10.如权利要求4所述的非接触式供电装置，还包括：
通知单元，通知存在使所述线材熔化的异物，
在所述熔化检测单元检测到所述线材的熔化的情况下，所述控制单元使所述通知单元通知存在所述异物。
11.如权利要求1所述的非接触式供电装置，
其被设置在地上侧，对车辆装备的受电装置供给电力。
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