JP2013017247A - Power supply device and power reception device used for non contact power transmission - Google Patents
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Abstract
Description
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。 The present invention relates to a power supply device and a power receiving device for non-contact power transmission used for charging an electric propulsion vehicle such as an electric vehicle or a plug-in hybrid vehicle.
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。
FIG. 8 is a schematic diagram showing a configuration of a conventional non-contact
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。
The power receiving device G is connected to, for example, the in-
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。 FIG. 9 is a schematic diagram illustrating the internal structure of the power feeding device F and the power receiving device G. In particular, FIG. 9A is a schematic diagram illustrating an internal structure when the power feeding device F is viewed from above and the power receiving device G is viewed from below. FIG. 9B is a schematic diagram illustrating an internal structure when the power feeding device F and the power receiving device G are viewed from the side.
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。
In FIG. 9, the power feeding device F includes a
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。
That is, both the power feeding device F and the power receiving device G are filled with the
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。
Since the power feeding device F and the power receiving device G are basically installed outdoors, it is conceivable that foreign matter may be placed on the
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。 Therefore, an object of the present invention is to provide a power feeding device and a power receiving device used for non-contact power transmission that can reliably detect the intrusion of foreign matter.
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。 In order to achieve the above object, the present invention provides a power feeding device that supplies power to a power receiving device in a contactless manner, a primary coil that generates magnetic flux by an input alternating current, and a cover that covers the primary coil; And a sheet-like temperature sensor for detecting the temperature of the object on the cover.
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。 Another aspect of the present invention is a power receiving device that receives power supply in a non-contact manner from the power feeding device side, and a secondary coil that generates an electromotive force according to magnetic flux generated in the primary coil on the power feeding device side; And a cover that covers the secondary coil, and a sheet-like temperature sensor that detects the temperature of the object on the cover.
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。 According to the present invention, since the power feeding device and the power receiving device include the sheet-like temperature sensor that can detect the temperature of the object on the cover, the presence of a foreign object can be reliably detected.
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。 One embodiment of the present invention is a power supply device that supplies power to a power receiving device in a contactless manner, where the power supply device generates a magnetic flux by an input alternating current, a cover that covers the primary coil, A sheet-like temperature sensor for detecting the temperature of the object on the cover.
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。 Another embodiment of the present invention is a power receiving device that receives power supply contactlessly from the power feeding device side, and the power receiving device generates an electromotive force according to the magnetic flux generated in the primary coil on the power feeding device side. A secondary coil, a cover that covers the secondary coil, and a sheet-like temperature sensor that detects the temperature of the object on the cover.
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。 According to such a configuration, it is possible to reliably detect the presence of an object on the cover by detecting the temperature rise on the cover of the power feeding device or the power receiving device using the sheet-shaped temperature sensor during power transmission. Further, by using the sheet-like temperature sensor, it is possible to easily and reliably detect a wide area on the cover where an object (foreign matter) may reach a temperature rise. Therefore, excessive temperature rise of the invading foreign matter can be prevented, expansion damage such as equipment failure can be prevented in advance, and safety is improved.
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。 The sheet-shaped temperature sensor is a PTC (Positive Temperature Coefficient) sensor or NTC (Negative Temperature Coefficient) sensor, and has a resistance value that prevents the eddy current from flowing due to the magnetic flux, thereby preventing the temperature rise of the sensor itself. can do.
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。 By installing the sheet-like temperature sensor between the outer surface of the cover and the primary coil, it is possible to more accurately detect the temperature rise of the object (foreign matter) on the cover.
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。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
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。
FIG. 1 is a block diagram of a non-contact charging device provided with a power feeding device according to the present invention. Moreover, FIG.2 and FIG.3 is an external view of the state in which the vehicle was installed in the parking space. As shown in FIGS. 1, 2, and 3, the non-contact charging device includes a
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。
The
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。
In the
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。
The ground
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。
The power feeding device
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。
During power feeding, the power receiving device
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。
As shown in FIG. 2, when power is supplied from the
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。
The foreign matter detection means 14 is for detecting whether there is a foreign matter in the high-frequency electromagnetic field region and the vicinity thereof, and is provided, for example, in the ground
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。 The “foreign matter” in the present invention is an object such as a person or an object that may enter a high-frequency electromagnetic field region, and in particular, a metal piece that may cause an increase in damage due to an increase in temperature due to an electromagnetic field. And so on.
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。
FIG. 4 is an external top view of the ground-
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。
As shown in FIG. 4, a high-frequency electromagnetic field region formed by the
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。
FIGS. 5A and 5B are external top views of the ground
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。
6A to 6C are cross-sectional views of the ground side coil unit showing an example of the arrangement of the sheet-
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。
FIG. 6A shows an example in which a sheet-
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。 Next, foreign object detection and transmission power control will be described with reference to the flowcharts of FIGS. 7A and 7B.
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。
In step S1 of the flowchart of FIG. 7A, the vehicle on which the
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。
Thereafter, in step S <b> 3, the power feeding device
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。
In step S <b> 4, the power supply device
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。 The flowchart in FIG. 7B shows details of the foreign substance processing in step S5 in the flowchart in FIG. 7A. In the foreign matter processing, first, in step S21, the entry of the foreign matter is notified by a notification means such as a display or sound. Next, in step S22, it is determined by comparing the measured detected temperature with a set value whether there is a possibility that the temperature rise of the invading foreign matter may cause an expansion damage such as a failure of the device.
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。
In step S22, when it is determined that the temperature rise of the invading foreign object causes expansion damage (that is, when the detected temperature exceeds the set value), the process proceeds to step S23, and the power supply apparatus
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。 On the other hand, when it is determined in step S22 that the temperature rise of the invading foreign object does not cause the expansion damage (that is, when the detected temperature is equal to or lower than the set value), the foreign object processing is performed bypassing step S23 and step S24. finish.
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。
In step S7 of the flowchart of FIG. 7A, when there is an instruction to interrupt power transmission for reasons such as the removal of a foreign object by a person or the use of a car, the process proceeds to step S9, and the power supply device
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。 In step S7, when there is no instruction to interrupt power transmission, the process proceeds to step S8, where it is determined whether charging is completed. If charging is not completed, the process returns to step S4, and charging is completed. Ends the power supply and the foreign object detection operation in step S9.
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。
In the above description, the case where the sheet-
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。 Further, in the processing shown in the flowcharts of FIGS. 7A and 7B, the case has been described in which two temperature references of the initial value and the set value are provided, and processing such as foreign object detection is performed step by step. As a value, processing such as foreign object detection may be performed based on one temperature reference.
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。 It is to be noted that, by appropriately combining arbitrary embodiments of the various embodiments described above, the effects possessed by them can be produced.
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。 As described above, in the power feeding device and the power receiving device used for the non-contact power transmission according to the present invention, it is ensured when the temperature rises due to the foreign matter that enters near the electromagnetic field region during power feeding from the power feeding device to the power receiving device. Since power feeding control is performed, it is useful for power feeding to a power receiving device of an electric propulsion vehicle in which a person or an object may approach carelessly or accidentally.
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
2: Power feeding device 4: Power receiving device 6: Commercial power supply 8: Power supply box 10: Inverter unit 12: Ground side coil unit 14: Foreign matter detection means 16: Control unit 17: Power control unit 18: Vehicle side coil unit 20: Rectification unit 22: Load 24: Control unit 26: Coil 27: Detection area 28: Temperature sensor 29: Cover 30: Foreign object (object)
31: Conduction heat 32: Support base
Claims (4)
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。 A power supply device that supplies power to a power receiving device in a contactless manner,
A primary coil that generates magnetic flux by an input alternating current;
A cover covering the primary coil;
A sheet-like temperature sensor for detecting the temperature of an object on the cover;
A power supply apparatus comprising:
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。 A power receiving device that receives power supply contactlessly from the power feeding device side,
A secondary coil that generates an electromotive force according to the magnetic flux generated in the primary coil on the power supply device side;
A cover covering the secondary coil;
A sheet-like temperature sensor for detecting the temperature of an object on the cover;
A power receiving device.
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