JP2012249401A - 非接触給電装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】給電コイルと受電コイルとの間に混入された異物を検出する非接触給電装置を提供する。
【解決手段】少なくとも磁気的結合によって第１のコイルとの間で、非接触で電力を送電又は受電する第２のコイルと、第１のコイルと対向する第２のコイルの対向面側に設けられた第３のコイルと、第３のコイルに生じる誘導電圧に基づき、第１のコイルと第２のコイルとの間の異物を検出する異物検出手段とを備える。
【選択図】 図２

Description

本発明は、非接触給電装置に関するものである。
送電手段と、前記送電手段からの電力を非接触で受ける受電手段と、前記送電手段と前記受電手段間の伝送効率を検出する効率検出手段と、検出した前記伝送効率が規定値以上であるか否かを判定する判定手段と、前記伝送効率が前記規定値未満である場合に、障害物などにより正常な給電が妨げられたものと判定し、前記送電手段による送電を一時的に中止し、規定時間後に微小電力による送電を再開する制御手段と、を有する給電システムが知られている（特許文献１）。
特開２０１０−１１９２４６号公報
しかしながら、伝送効率は、送電コイルと受電コイルとの間に位置ズレが生じた場合にも下がるため、伝送効率の変化からは、送電コイルと受電コイルとの間に混入された異物を検出することができなかった。
本発明が解決しようとする課題は、給電コイルと受電コイルとの間に混入された異物を検出する非接触給電装置を提供することである。
本発明は、第１のコイルと対向する第２のコイルの対向面側に設けられる第３のコイルと、第３のコイルに生じる誘導電圧に基づき、第１のコイルと第２のコイルとの間の異物を検出する異物検出手段とを備えることによって、上記課題を解決する。
本発明によれば、異物が第１のコイルと第２のコイルとの間に混入された場合には、異物により第３のコイルを通る磁束が変化するため、当該第３のコイルの誘起電圧を検出することにより、当該異物を検出することができる。
本発明の実施形態に係る非接触給電システムのブロック図である。 図１の非接触給電システムの一部である、給電装置、受電コイル、整流器及びバッテリのブロック図である。 図１の非接触給電システムにおいて、異物検出コイルで発生する誘導電圧を説明するための図である。 図１の非接触給電システムに含まれる、送電ユニットの平面図である。 図４のV-V線に沿う断面図である。 図４のVI-VI線に沿う断面図。 図１の非接触給電システムに含まれる、送電ユニットの平面図である。 図１の非接触給電システムに含まれる、送電ユニットの平面図である。 本発明の変形例に係る非接触給電システムに含まれる、送電ユニットの平面図である。 本発明の他の実施形態に係る非接触給電システムに含まれる、送電ユニットの平面図である。 本発明の他の実施形態に係る非接触給電システムに含まれる、送電ユニットの平面図である。 図１１の異物検出コイルを流れる誘電電流を説明するための図である。 図１１の異物検出コイルで発生する誘導電圧の時間特性を示すグラフである。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
《第１実施形態》
図１は、本発明の一実施形態に係る非接触給電装置を含む車両２００及び給電装置１００を備えた非接触給電システムのブロック図である。なお、本例の非接触給電装置の車両側のユニットは電気自動車に搭載されるが、ハイブリッド車両等の車両でもよい。
図１に示すように、本例の非接触給電システムは、車両側のユニットを含む車両２００と、地上側ユニットである給電装置１００とを備え、給電スタンドなどに設置される給電装置１００から、非接触で電力を供給し、車両２００に設けられるバッテリ２８を充電するシステムである。
給電装置１００は、電力制御部１１と、送電コイル１２と、異物検出コイル１３と、無線通信部１４と、制御部１５とを備えている。給電装置１００は、車両２００を駐車する駐車スペースに設けられており、車両２００が所定の駐車位置に駐車されるとコイル間の非接触給電により電力を供給する地上側のユニットである。
電力制御部１１は、交流電源３００から送電される交流電力を、高周波の交流電力に変換し、送電コイル１２に送電するための回路であり、整流部１１１と、ＰＦＣ（Ｐｏｗｅｒ Ｆａｃｔｏｒ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）回路１１２と、インバータ１１３と、センサ１１４とを備えている。整流部１１１は、交流電源３００に電気的に接続され、交流電源からの出力交流電力を整流する回路である。ＰＦＣ回路１１２は、整流部１１１からの出力波形を整形することで力率を改善するための回路であり、整流部１１１とインバータ１１３との間に接続されている。インバータ１１３は、平滑コンデンサやＩＧＢＴ等のスイッチング素子を有したＰＷＭ制御回路等を含む電力変換回路であって、制御部１５によるスイッチング制御信号に基づいて、直流電力を高周波の交流電力に変換し、送電コイル１２に供給する。センサ１１４は、ＰＦＣ回路１１２とインバータ１１３との間に接続され、電流や電圧を検出する。送電コイル１２は、車両２００側に設けられている受電コイル２２に対して非接触で電力を供給するためのコイルであり、本例の非接触給電装置を設けた駐車スペースに設けられている。
車両２００が所定の駐車位置に駐車されると、送電コイル１２は、受電コイル２２の下部であり、受電コイル２２と距離を保って、位置づけられる。送電コイル１２は、駐車スペースの表面と平行な円形形状のコイルである。
異物検出コイル１３は、送電コイル１２と受電コイル２２との間に存在する異物を検出するためのコイルであり、制御部１５により制御される。送電ユニット１０１は、送電コイル１２及び異物検出コイル１３を備え、所定の駐車スペースの地上に設けられている。車両２００が、本例の非接触給電装置による充電に適した位置である、所定の駐車スペースに駐車されると、送電ユニット１０１が車両２００の後輪の間に位置づけられる。送電ユニット１０１の具体的な構成は、後述する。
無線通信部１４は、車両２００側に設けられた無線通信部２４と、双方向に通信を行い、地上側である給電装置１００に設けられている。無線通信部１４と無線通信部２４との間の通信周波数には、受信部１３と送信部２３との間の信号の周波数や、インテリジェンスキーなどの車両周辺機器で使用される周波数より高い周波数が設定されているため、無線通信部１４と無線通信部２４との間で通信を行っても、車両周辺機器は、当該通信による干渉を受けにくい。無線通信部１４及び無線通信部２４との間の通信には、例えば各種の無線ＬＡＮ方式が用いられている。
制御部１５は、給電装置１００全体を制御する部分であり、異物検出部１５１を備え、電力制御部１１、送電コイル１２、異物検出コイル１３及び無線通信部１４を制御する。制御部１５は、無線通信部１４と無線通信部２４との間の通信により、給電装置１００からの電力供給を開始する旨の制御信号を車両２００側に送信したり、車両２００側から給電装置１００から電力を受給したい旨の制御信号を受信したりする。制御部１５は、センサ１１４の検出電流に基づいて、インバータ１１３のスイッチング制御を行い、送電コイル１２から送電される電力を制御する。
車両２００は、受電コイル２２と、無線通信部２４と、充電制御部２５と、整流部２６と、リレー部２７と、バッテリ２８と、インバータ２９と、モータ３０と、通知部３２とを備えている。受電コイル２２は、車両２００の底面（シャシ）等で、後方の車輪の間に設けられている。そして当該車両２００が、所定の駐車位置に駐車されると、受電コイル２２は、送電コイル１２の上部であり、送電コイル１２と距離を保って、位置づけられる。受電コイル２２は、駐車スペースの表面と平行な円形形状のコイルである。
整流部２６は、受電コイル２２に接続され、受電コイル２６で受電された交流電力を直流に整流する整流回路により構成されている。リレー部２７は、制御部２５の制御によりオン及びオフが切り変わるリレースイッチを備えている。またリレー部２７は、当該リレースイッチをオフにすることで、バッテリ２８を含む強電系と、充電の回路部となる、受電コイル２２及び整流部２６の弱電系とを切り離す。
バッテリ２８は、複数の二次電池を接続することで構成され、車両２００の電力源となる。インバータ２９は、ＩＧＢＴ等のスイッチング素子を有したＰＷＭ制御回路等の制御回路であって、スイッチング制御信号に基づいて、バッテリ２８から出力される直流電力を交流電力にし、モータ３０に供給する。モータ３０は、例えば三相の交流電動機により構成され、車両２００を駆動させるための駆動源となる。
通知部３２は、警告ランプ、ナビゲーションシステムのディスプレイまたはスピーカ等により構成され、充電制御部２５による制御に基づいて、ユーザに対して光、画像または音等を出力する。
充電制御部２５は、バッテリ２８の充電を制御するためのコントローラであり、送信部２３、無線通信部２４、異物検出コイル１３及び通知部３２を制御し、電力測定部２５１を備えている。充電制御部２５は、充電を開始する旨の信号を、無線通信部２４及び無線通信部１４の通信により、制御部１５に送信する。また充電制御部２５は、図示しない、車両２００全体を制御するコントローラとＣＡＮ通信網で接続されている。当該コントローラは、インバータ２８のスイッチング制御や、バッテリ２２の充電状態（ＳＯＣ）を管理する。充電制御部１５は、当該コントローラにより、バッテリ２２のＳＯＣに基づいて満充電に達した場合に、充電を終了する旨の信号を、制御部１５に送信する。
本例の非接触給電装置では、送電コイル１２と受電コイル２２との間で、電磁誘導作用により非接触状態で高周波電力の送電及び受電を行う。言い換えると、送電コイル１２に電圧が加わると、送電コイル１２と受電コイル２２との間には磁気的な結合が生じ、送電コイル１２から受電コイル２２へ電力が供給される。
次に、図２を用いて、送電コイル１２と受電コイル２２との間の異物の検出に係る構成を説明する。図２は本例の非接触給電装置の一部である、給電装置１００、受電コイル２２、整流器２６及びバッテリ２８のブロック図である。
図２に示すように、異物検出コイル１３は、複数の異物検出コイル１３を有しており、送電コイル１２と受電コイル２２との間で、送電コイル１２の表面上に設けられている。言い換えると、送電コイル１２のコイル面、受電コイル２２のコイル面、及び異物検出コイル１３のコイル面が平行になるよう配置され、異物検出コイル１３のコイル面が、送電コイル１２のコイル面に含まれるように配置されている。
異物検出部１５１は、電圧検出部１５１１及び異物判定部１５１２を有している。電圧検出部１５１１は、異物検出コイル１３にそれぞれ接続され、異物検出コイル１３ａ、１３ｂで生じる誘導電圧を検出する。電圧検出部１５１１は、検出電圧を異物判定部１５１２に送信する。異物判定部１５１２は、検出電圧と閾値電圧とを比較することで、送電コイル１２と受電コイル２２との間に異物が存在するか否かを判定し、判定結果を電力制御部１１及び無線通信部１４に送信する。異物判定部１５１２により異物が存在すると判定された場合には、制御部１５は、判定結果を含む制御信号により、送電コイル１２からの給電を停止するよう、電力制御部１１を制御する。送電コイル１２と受電コイル２２との間に異物が存在する状態で給電を行うと異物を通過する磁束により、異物に渦電流が流れ、異物が発熱する可能性がある。そのため、本例では、異物を検出した場合には、給電を停止するように制御する。
また制御部１５は、異物を検出した場合には、無線通信部１４を介して、異物を検出した旨の信号を車両２００側に送信する。充電制御部２５は、無線通信部２４により受信した当該信号に基づいて、通知部３２を制御し、異物が存在することをユーザに通知する。そして、ユーザは、通知部３２の通知から、異物が存在することを確認することができる。
次に、図２及び図３を用いて、本例における、異物を検出する原理を説明する。図３は、異物検出コイル１３を通過する磁束により発生する誘導電圧を説明するための図である。
交流電源３００から電力制御部１１を介して送電コイル１２に電力が供給されると、送電コイル１２と受電コイル２２との間の磁気的な結合により、電力が送電コイル１２から受電コイル２２に供給される。給電の際、送電コイル１２のコイル面及び受電コイル２２のコイル面を通る磁束は、異物検出コイル１３のコイル面も通る。異物検出コイル１３上に異物４０が存在しない場合には、図３（ａ）に示すように、給電による磁束に応じた誘導電圧がコイル１３ａの出力電圧として出力される。一方、金属製の異物４０が異物検出コイル１３上にある場合には、当該異物がコアのように作用するため、図３（ｂ）に示すように、給電による磁束に対して磁束が増加するため誘導電圧が高くなる。
異物判定部１５１２には、異物４０の存在を判定するための判定閾値電圧が設定されており、当該判定閾値電圧は、異物４０が存在しない時に異物検出コイル１３で発生する誘導電圧、又は、当該誘導電圧より高い電圧が設定されている。なお、判定電圧は、検出対象とする異物４０を予め特定した上で、異物が存在する時に発生する誘導電圧は設計段階で予め設定されるため、検出対象となる異物４０に応じて設定されればよい。
そして、異物判定部１５１２は、電圧検出部１５１１により検出された検出電圧が当該判定閾値電圧より高い場合に異物４０が存在する、と判定し、電圧検出部１５１１により検出された検出電圧が当該判定閾値電圧より低い場合に異物４０は存在しない、と判定する。
次に、図４〜８を用いて、送電ユニット１０１の具体的な構成を説明する。図４は送電ユニット１０１の平面図であり、図５は図４のV-V線に沿う断面図であり、図６は図４のVI-VI線に沿う断面図であり、図７は異物検出コイル１３の一部を省略した状態の送電ユニット１０１の平面図であり、図８は異物検出コイルの一部を省略した状態の送電ユニット１０１の平面図である。なお、図４、図７及び図８では、保護部材１０１ｃの図示を省略している。
送電ユニット１０１は、送電コイル１２と、異物検出コイル１３と、フェライトコア１０１ａと、磁気遮蔽板１０１ｂと、保護部材１０１ｃとを備えている。送電コイル１２は、高周波電力を通すように、リッツ線で構成されており、送電コイル１２のコイル面が、地面と平行になるように配置されている。車両２００が所定の駐車スペースに駐車されると、受電コイル２２は送電コイル１２と臨む位置に配置され、送電コイル１２と受電コイル２２とが対向する。言い換えると、送電コイル１２の上面が、受電コイル２２と対向する送電コイル１２の対向面となり、受電コイル２２の下面が、送電コイル１２と対向する受電コイル２２の対向面となる。
フェライトコア１０１ａは、直方体状の磁性体の複数の部材により構成され、送電コイル１２の下面に配置され、それぞれの磁性体の部材が、送電コイル１２の中心点を通る中心軸に対して垂直方向に放射状に配置されている。磁気遮蔽板１０１ｂは、地上の表面に沿って設けられ、フェライトコア１０１ａの下面側に設けられ、送電ユニット１０１の底面となる。磁気遮蔽板１０１ｂは、送電コイル１２と受電コイル２２との間の非接触給電により漏れる磁束を遮蔽し、磁束を外部に漏洩させないようにする部材であり、例えばアルミ板により構成される。
保護部材１０１ｃは、送電コイル１２、フェライトコア１０１ａ及び異物検出コイル１３を収容するための筐体であり、板状の天板と、当該天板の両端から垂直方向に延在する側壁とにより形成されている。保護部材１０１ｃは、ポリプロピレン、ポリアミド等の熱可塑性樹脂で形成されている。
異物検出コイル１３は、受電コイル２２と対向する送電コイル１２の対向面側に設けられ、送電コイル１２の表面と保護部材１０１ｃとの間に設けられている。異物検出コイル１３は、複数のコイルにより形成され、複数のコイルは、それぞれ扇形状に形成され、コイル面において、送電コイル１２の中心点から放射線状に配置されている。
異物検出コイル１３は、送電コイル１２のコイル面と平行な面に沿って、コイル配線を折り曲げることで形成される。図７に示すように、まず、送電コイル１２の中心点と対応する中心点（図７の中心点Ｏ）から、送電コイル１２の外縁に向けて、コイル配線を引き（図７の矢印ａ）、送電コイル１２の外周部分で当該コイル配線を折り曲げ、送電コイル１２の外周の一部に沿って時計回りにコイル配線を引き（図７の矢印ｂ）、中心点Ｏに向けてコイル配線を折り曲げ、送電コイル１２の外縁から中心点Ｏに向けてコイル配線を引く（図７の矢印ｃ）。これにより、１つ目の扇形状のコイルが形成される。そして、同じコイル配線を用いて、中心点Ｏから、送電コイル１２の外縁に向けて、コイル配線を引き（図７の矢印ｄ）、送電コイル１２の外周部分で当該コイル配線を折り曲げ、送電コイル１２の外周の一部に沿って時計回りにコイル配線を引き（図７の矢印ｅ）、中心点Ｏに向けてコイル配線を折り曲げ、送電コイル１２の外縁から中心点Ｏに向けてコイル配線を引く（図７の矢印ｆ）。これにより、２つ目の扇形状のコイルが形成される。１つ目のコイルと二つ目のコイルのコイル面積は等しく、１つ目のコイルと２つ目のコイルとの間には、１つめのコイルと同形状の扇形状のスペースが設けられる。そして、同様に、時計回りの方向で、３つ目のコイルから順にコイルを形成し、送電コイル１２の外縁から中心点Ｏに向けてコイル配線を引いて８つ目のコイルを形成する。これにより、異物検出コイル１３の複数のコイルのうち、半分のコイルが形成される。
残りの半分のコイルについて、図８に示すように、図７で示すコイルを形成したコイル配線を用いて、中心点Ｏから、送電コイル１２の外縁に向けて、コイル配線を引き（図８の矢印ａ）、送電コイル１２の外周部分で当該コイル配線を折り曲げ、送電コイル１２の外周部の一部に沿って反時計回りにコイル配線を引き（図８の屋矢印ｂ）、中心点Ｏに向けてコイル配線を折り曲げ、送電コイル１２の外縁から中心点Ｏに向けてコイル配線を引く（図８の矢印ｃ）。これにより、１つめの扇形状のコイルが形成される。そして、同じコイル配線を用いて、中心点Ｏから、送電コイル１２の外縁に向けて、コイル配線を引き（図８の矢印ｄ）、送電コイル１２の外周部分で当該コイル配線を折り曲げ、送電コイル１２の外周の一部に沿って反時計回りにコイル配線を引き（図８の矢印ｅ）、中心点Ｏに向けてコイル配線を折り曲げ、送電コイル１２の外縁から中心点Ｏに向けてコイル配線を引く（図８の矢印ｆ）。これにより、２つ目の扇形状のコイルが形成される。１つめのコイルと２つ目のコイルのコイル面積は等しく、１つ目のコイルと２つ目のコイルとの間に、図７で示した複数のコイルのうち１つのコイルが配置される。
これにより、異物検出コイル１３は、複数のコイルで構成され、当該複数のコイルは一本のコイル配線で繋がり、当該複数のコイルのコイル面積はそれぞれ等面積になる。また、送電コイル１２のコイル面は、異物検出コイル１３を構成する複数のコイルのコイル面で覆われている。
異物検出コイル１３の一端及び他端は端子（図示しない）に接続され、当該端子を介して、送電ユニット１０１内の回路基板（図示しない）に接続されている。
次に、図１及び図２を用いて、制御部１５及び充電制御部２５による制御内容を説明する。
制御部１５は、初期化制御として、給電装置１００の各システムが正常に動作するか否かを診断するシステムチェックを行う。充電制御部２５は、同様に、初期化制御として、車両２００の充電システムが正常に動作するか否かを診断するシステムチェックを行う。システムチェックの結果、車両２００でシステム異常が生じている場合には、車両２００のユーザに通知し、充電装置１００でシステム異常が生じている場合には、充電装置１００を管理するセンター等に通知する。一方、システムチェックが正常な場合には、制御部１５は、無線通信部１４を起動させて、信号を受信可能な状態にする。なお、給電装置１００側のシステムチェックは、例えば所定の周期で定期的に行い、車両２００側のシステムチェックは、例えば車両２００を駆動させるためのメインスイッチがオンになった時に行う。
制御部１５及び充電制御部２５は、無線通信部１４及び無線通信部２４をそれぞれ制御し、以下の遠隔通信制御を行う。まず、充電制御部２５は、車両２００に設けられているＧＰＳ機能より、車両２００の現在値の情報を取得し、車両の現在地が、予め設定されている充電ポイント領域内にあるか否かを判断する。ここで、充電ポイント領域とは、各給電装置１００に応じて、それぞれ設定される範囲であって、例えば、地図上で、給電装置１００の位置を中心とした円状に表示される範囲である。車両２００が充電ポイント領域内にあるということは、バッテリ２８を充電する際に、当該充電ポイント領域に対応した給電装置１００で充電が行われるということを示す。
そして、車両２００の現在地が充電ポイント領域内にある場合には、充電制御部２５は無線通信部２４を起動させて、無線通信部１４と無線通信部２４との間で通信可能な状態にする。無線通信部１４と無線通信部２４との間で通信可能な状態になると、充電制御部２５は、リンクを確立するための信号を、無線通信部２４から無線通信部１４に送信する。そして、制御部１５は、当該信号を受信した旨の信号を、無線通信部１４から無線通信部２４に送り返す。これにより、無線通信部１４と無線通信部２４との間でリンクが確立する。
また、充電制御部２５は、無線通信部１４と無線通信部２４との間の通信で、車両２００のＩＤを、制御部１５に送信する。制御部１５は、車両２００側から送信されたＩＤが、予め制御部１５に登録されているＩＤと合致するか否かを判定することで、ＩＤ認証を行う。本例の非接触給電システムでは、予め給電可能な車両２００が給電装置１００毎に予めＩＤにより登録されている。そのため、上記のＩＤ認証により、登録ＩＤと合致した車両２００が給電することができる。
そして、車両２００が所定の駐車スペースに駐車されると、受電コイル２２が送電コイル１２と対向する位置に位置づけられる。ユーザがバッテリ２８を充電するための操作を行うと、充電制御部２５は、給電を開始する旨の信号を無線通信部２４から給電装置１００に送信する。制御部１５は、無線通信部１４により当該信号を受信すると、電力制御部１１を制御し、送電コイル１２から受電コイル２２へ給電を開始する。
制御部１５は、バッテリ２８を充電するための正規の給電の前に、試し給電を行う。試し給電の送電電力は、正規の給電の送電電力より低い。異物検出部１５１は、電圧検出部１５１１により、異物検出コイル１３の出力電圧を検出し、異物判定部１５１２により、検出電圧と判定閾値電圧とを比較し、異物が存在するか否かを判定する。そして、試し給電時に、異物の存在が検出された場合には、制御部１５は正規給電を行わず、異物が検出されたことを示す信号を、無線通信部１４から車両２００に送信する。充電制御部２５は、当該信号に基づき、通知部３２を制御して、コイル間に異物があることを通知する。これにより、正規の給電前に、異物の存在を検出することができるため、異物からの発熱を抑制することができる。
一方、試し給電時に、異物の存在が検出されなかった場合には、制御部１５は電力制御部１１を制御して正規の給電を行う。充電制御部２５は、正規の給電により受電コイル２２で受電電力をバッテリ２８に供給し、バッテリ２８を充電する。
異物検出部１５１は、正規の給電中も、電圧検出部１５１１により、異物検出コイル１３の出力電圧を検出し、異物判定部１５１２により、異物の有無を判定する。そして、正規の給電中に、異物が存在すると判定された場合には、制御部１５は正規の給電を停止し、異物が存在することを示す信号を車両２００側に送信する。充電制御部２５は、当該信号に基づき、バッテリ２８の充電を停止しつつ、通知部３２により、異物が混入されたことを通知する。これにより、正規の給電中も、異物を検出することができ、給電中に異物が混入された場合に、給電を停止し、異物からの発熱を抑えることができる。
上記のように、本例は、受電コイル２２と対向する送電コイル１２の対向面側に異物検出コイル１３を設けて、異物検出部１５１により、異物検出コイル１３に生じる誘導電圧に基づき、送電コイル１２と受電コイル２２との間の異物を検出する。異物が小さい場合には、給電効率の変化量が小さく給電効率からは当該異物を検出することが難しいが、本例では誘導電圧から異物を検出するため、当該異物を検出することができ、また給電効率に基づく異物検出と比較して、検出精度を高めることができる。
また本例は、異物検出コイル１３を複数のコイルで構成する。これにより、当該複数のコイルのそれぞれのコイル面積に対して、異物の占める割合が大きくなるため、磁束変化に対する誘導電圧の変位が大きくなり、異物の検出精度を高めることができる。
また本例において、送電コイル１２のコイル面が、異物検出コイル１３の複数のコイルで分割されている。これにより、送電コイルのコイル面に相当する領域（異物が存在することで給電を妨げる領域）に対して、異物を検出する単位面積を細分化させることができるため、磁束変化に対する誘導電圧の変位が大きくなり、異物の検出精度を高めることができる。
また本例において、異物検出コイル１３は一本のコイル配線で繋がれている。これにより、異物検出コイル１３に接続する入出力端子を１つ設ければよい。
なお本例は、異物検出コイル１３を、扇形状の複数のコイルで形成するが、必ずしも扇形状のコイルとする必要はなく、図９に示すように、送電コイル１２のコイル面に沿った、円状のコイルとしてもよい。図９は、変形例に係る非接触給電装置の給電ユニット１００の平面図である。
また異物検出コイル１３は必ずしも送電コイル１２のコイル面を覆う必要はなく、少なくとも送電コイル１２のコイル面の一部と異物検出コイル１３の一部とが重なればよい。また異物検出コイル１３は、必ずしも送電コイル１２の対向面側に設ける必要はなく、受電コイル２２の対向面側に設けてもよく、車両２００に設けてもよい。なお異物検出部１５１を制御部１５に設けたが、充電制御部２５に設けてもよい。
上記送電コイル１２または受電コイル２２の一方のコイルが本発明に係る第１のコイルに、他方のコイルが本発明に係る第２のコイルに相当し、異物検出コイル１３が本発明に係る第３のコイルに相当し、異物検出部１５１が本発明の異物検出手段に相当する。
《第２実施形態》
発明の他の実施形態に係る非接触給電装置を、図１０を用いて説明する。本例は上述した第１実施形態に対して、異物検出コイル１３を、複数の独立したコイルで形成する点が異なる。これ以外の構成で上述した第１実施形態と同じ構成は、その記載を適宜、援用する。図１０は本例の非接触給電装置に含まれる送電ユニット１０１の平面図である。なお、図１０において、保護部材１０１ｃは図示を省略している。
異物検出コイル１３は、送電コイル１２のコイル面上に、半円状のコイル１３ａと半円状のコイル１３ｂにより形成されている。コイル１３ａ及びコイル１３ｂは、独立したコイルであり、コイル面積が等しくなるよう構成されている。またコイル１３ａの両端に接続される入出力端子（図示しない）と、コイル１３ｂの両端に接続される入出力端子（図示しない）は、それぞれ別の端子で構成され、コイル１３ａ及びコイル１３ｂが、それぞれ異物検出部１５１に接続されている。そのため、電圧検出部１５１１は、コイル１３ａの出力電圧と、コイル１３ｂの出力電圧をそれぞれ別々に検出する。
異物が異物検出コイル１３ａ上に存在する場合には、非接触給電により、コイル１３ａの誘導電圧が判定閾値電圧より高くなり、コイル１３ｂの誘導電圧は判定閾値電圧より低くなる。また、異物が異物検出コイル１３ｂ上に存在する場合には、コイル１３ｂの誘導電圧が判定閾値電圧より高くなり、コイル１３ａの誘導電圧は判定閾値電圧より低くなる。
異物判定部５１２は、コイル１３ａ及びコイル１３ｂのそれぞれの出力電圧と判定閾値電圧とをそれぞれ比較し、判定閾値電圧より高い出力電圧を出力するコイル１３ａ、１３ｂのコイル面内に異物が存在する、と判定する。
本例は、送電コイル１２上に、独立したコイル１３ａ、１３ｂ、言い換えると、入出力端子がそれぞれ異なるコイル１３ａ、１３ｂを設けることで、送電コイル１２のコイル面を複数の領域で分割し、分割された領域に応じた誘起電圧を発生させるため、当該領域を一単位として、異物の場所を特定することができる。
なお、本例は、コイル１３ａ、１３ｂを半円状に形成したが、必ずしも半円状にする必要はなく、他の形状であってもよい。
《第３実施形態》
発明の他の実施形態に係る非接触給電装置を、図１１〜１３を用いて説明する。本例は上述した第１実施形態に対して、異物検出コイル１３を、複数の独立したコイルで形成する点が異なる。これ以外の構成で上述した第１実施形態と同じ構成は、その記載を適宜、援用する。図１１は本例の非接触給電装置に含まれる送電ユニット１０１の平面図である。なお、図１１において、保護部材１０１ｃは図示を省略している。
異物検出コイル１３は、送電コイル１２のコイル面と平行な面に沿って、コイル配線を折り曲げることで形成される。図１１に示すように、異物検出コイル１３は、送電コイル１２のコイル面の外縁の一部分（図１１の点Ｓ）から、中心点Ｏの左側を通って送電コイル１２の直径に沿ってコイル配線を引き（図１１の矢印ａ）、送電コイル１２の外周部分で当該配線を折り曲げて、送電コイル１２の外周の半円に沿って反時計回りにコイル配線を引き（図１１の矢印ｂ）、当該コイル面の外縁の一部分（図１１の点Ｓ）でコイル配線を折り曲げて、中心点Ｏの右側を通って送電コイル１２の直径に沿ってコイル配線を引き（図１１の矢印ｃ）、送電コイル１２の外周部分で当該配線を折り曲げて、送電コイル１２の外周の半円に沿って時計回りにコイル配線を引き（図１１の矢印ｄ）、当該コイル面の外縁の一部分（図１１の点Ｓ）で、送電コイル１２の外周の外側にコイル配線を曲げる、ことで形成されている。
すなわち、異物検出コイル１３は、一本のコイル配線で、それぞれ同形状で隣接する左側コイル１３ｃ及び右側コイル１３ｄにより形成されている。また、左側コイル１３ｃと右側コイル１３ｄは、ねじれの関係になっており、それぞれのコイル面積は等しい。
次に、左側コイル１３ｃに流れる誘導電流及び右側コイル１３ｄに流れる誘電電流と、異物検出コイル１３の誘導電圧について、図１２及び図１３を用いて、説明する。図１２は本例の異物検出コイル１３の作用を説明するための図であり、図１３は時間に対する誘導電圧の特性を示すグラフである。
左側コイル１３ｃのコイル面及び右側コイル１３ｄのコイル面に異物が存在しない状態で、非接触給電を行うと、図１２に示すように、左側コイル１３ｃのコイル面及び右側コイル１３ｄのコイル面を同方向に通る磁束が発生する。そして、左側コイル１３ｃ及び右側コイル１３ｄには、磁束に反発するように、誘導電圧が発生する。この時、左側コイル１３ｃ及び右側コイル１３ｄは、ねじれの関係になっているため、左側コイル１３ｃを流れる誘導電流は時計回りに流れるが、右側コイル１３ｄを流れる電流は反時計回りに流れる。
また左側コイル１３ｃと右側コイル１３ｄのそれぞれのコイル面積が等しいため、左側コイル１３ｃ及び右側コイル１３ｄに流れる、それぞれの誘電電流の向きが互いに逆向きになり、打ち消し合って、電流がゼロになり、異物検出コイル１３の出力電圧は図１３のグラフ（ａ）に示すように、ゼロになる。
一方、左側コイル１３ｃのコイル面及び右側コイル１３ｄのコイル面のいずれか一方のコイル面に金属の異物が存在する場合には、異物が存在する方のコイルを通る磁束が強くなるため、異物が存在する方のコイルを流れる誘導電流が、異物が存在しない方のコイルを流れる誘導電流より大きくなる。左側コイル１３ｃ及び右側コイル１３ｄの誘電電流は互いに打ち消し合ってゼロにならないため、異物検出コイル１３の出力電圧は、図１３のグラフ（ｂ）に示すように、ゼロより大きい電圧となる。
上記のように、本例において、異物検出コイル１３は、複数のコイル１３ｃ、１３ｄで構成され、隣接するコイル１３ｃ及びコイル１３ｄは、異物が存在しない場合に、それぞれのコイルを流れる誘導電流の向きが互いに逆向きになるよう配置されている。これにより、左側コイル１３ｃ及び右側コイル１３ｄはねじれの関係となり、それぞれのコイルで発生する誘導電流が打ち消し合うため、異物が存在しない場合の誘導電圧に対して、異物が存在する場合の誘導電圧の変化量を検出し易くなり、検出精度を高めることができる。
また、本例は左側コイル１３ｃのコイル面積と右側コイル１３ｄのコイル面積を等しくする。これにより、異物が存在しない場合に、それぞれのコイルで発生する誘導電流が打ち消し合ってゼロになることで異物検出コイル１３の出力電圧がゼロになり、異物が存在する場合には、異物検出コイル１３の出力電圧がゼロにならない。ゆえに、異物を検出する際には、誘導電圧をゼロからの変化量を検出すればよいため、検出精度を高めることができる。
また本例は、上記の異物検出コイル１３における、ねじれの関係を形成するために、図４に示すように、異物検出コイル１３を複数の扇形状の、それぞれ独立した一組のコイルで形成し、かつ、送電コイル１２の中心点から放射状に配置してもよい。この際、当該一組のコイル間で、ねじれの関係となるように、コイルを形成すル。これにより、異物検出コイル１３の複数のコイルは、ねじれの関係となり、異物が存在しない場合には、誘導電圧がゼロになるため、上記と同様に検出精度を高めることができる。
なお本例は、ねじれの関係を形成するために、二つのコイルを用いたが、必ずしも二つである必要はなく、複数のコイル間でねじれの関係が形成されるように、異物検出コイル１３を構成すればよい。
１００…給電装置
１１…電力制御部
１１１…整流部
１１２…ＰＦＣ回路
１１３…インバータ
１１４…センサ
１２…送電コイル
１３…異物検出コイル
１３ａ、１３ｂ…コイル
１３ｃ、１３ｄ…左側コイル、右側コイル
１４…無線通信部
１５…制御部
１５１…異物検出部
１５１１…電圧検出部
１５１２…異物判定部
１０１…送電ユニット
１０１ａ…フェライト
１０１ｂ…磁気遮蔽板
１０１ｃ…保護部材
２００…車両
２２…受電コイル
２３…送信部
２４…無線通信部
２５…充電制御部
２５１…電力測定部
２６…整流部
２７…リレー部
２８…バッテリ
２９…インバータ
３０…モータ
３２…通知部
３００…交流電源
４０…異物

Claims (6)

  1. 少なくとも磁気的結合によって第１のコイルとの間で、非接触で電力を送電又は受電する第２のコイルと、
    前記第１のコイルと対向する前記第２のコイルの対向面側に設けられた第３のコイルと、
    前記第３のコイルに生じる誘導電圧に基づき、前記第１のコイルと前記第２のコイルとの間の異物を検出する異物検出手段とを備える
    ことを特徴とする非接触給電装置。
  2. 前記第３のコイルは、複数のコイルで構成されている
    ことを特徴とする請求項１記載の非接触給電装置。
  3. 前記第３のコイルの前記複数のコイルのうち、隣接する少なくとも二つのコイルは、
    前記異物が存在しない場合に、前記二つのコイルを流れる誘導電流の向きが互いに逆向きになるように配置されている
    ことを特徴とする請求項２記載の非接触給電装置。
  4. 前記二つのコイルのコイル面積が等しい
    ことを特徴とする請求項３記載の非接触給電装置。
  5. 前記第３のコイルは、
    前記第１のコイルと対向する前記第２のコイルの対向面に沿って設けられ、
    前記第３のコイルの前記複数のコイルは、
    それぞれ扇形状に形成され、かつ、前記第２のコイルの中心点から放射状に配置されている
    ことを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項に記載の非接触給電装置。
  6. 前記第３のコイルの前記複数のコイルは、一本の配線で繋がっている
    ことを特徴とする請求項２〜５のいずれか一項に記載の非接触給電装置。
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