JP2016041009A

JP2016041009A - 送電装置

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Publication number: JP2016041009A
Application number: JP2015218687A
Authority: JP
Inventors: 恭一寺尾; Kyoichi Terao
Original assignee: Pioneer Electronic Corp
Current assignee: Pioneer Corp
Priority date: 2015-11-06
Filing date: 2015-11-06
Publication date: 2016-03-24
Anticipated expiration: 2032-05-23
Also published as: JP6006857B2

Abstract

【課題】電波防護指針を遵守しつつ、効率的な電力供給を行う。【解決手段】送電装置（１３）は、受電コイル（２０１）を備える受電装置（２１）へ非接触で電力を送電する送電コイル（１０１）と、送電コイルの周囲に位置する異物を検知する異物検知手段（１０６）と、送電コイル及び受電コイル間のギャップを変更可能なギャップ変更手段（１１１）と、異物検出手段の出力に基づいて、検知された異物の位置における磁束密度が予め定められた値以下となるように、ギャップ変更手段を制御する制御手段（１０４）と、を備える。【選択図】図１８

Description

本発明は、非接触で電力を授受する電力伝送システム及び方法、並びに該電力伝送システムを構成する送電装置及び受電装置の技術分野に関する。

この種のシステムでは、例えばＩＣＮＩＲＰ（ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＣｏｍｍｉｓｓｉｏｎｏｎＮｏｎ−ＩｏｎｉｚｉｎｇＲａｄｉａｔｉｏｎＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎ：国際非電離放射線防護委員会）のガイドライン等の電波防護指針の遵守が図られる。例えば特許文献１には、室内空間に人が存在するか否かを判断し、該室内空間に人が存在すると判断した場合に人体に影響を与えない程度の小電力を供給し、他方、該室内空間に人が存在しないと判断した場合大電力を供給するシステムが記載されている。

特開２００９−２４０１３９号公報

しかしながら、上述の背景技術は、室内での使用を前提としており、室外での使用には適していないという技術的問題点がある。更に、電力の供給源と人との間の距離を考慮せずに、室内に人が存在するというだけで供給電力が低減されており、効率的な電力供給が困難になる可能性があるという技術的問題点がある。

本発明は、例えば上記問題点に鑑みてなされたものであり、電波防護指針を遵守しつつ、効率的な電力供給を可能とする電力伝送システム及び方法、送電装置並びに受電装置を提供することを課題とする。

本発明の送電装置は、上記課題を解決するために、送電コイルを備え、受電装置へ非接触で電力を送電する送電装置であって、前記送電コイルの周囲に位置する異物を検知する異物検知手段と、前記送電コイルと前記受電装置の受電コイルのずれを検知するコイルずれ検知手段と、前記異物検知手段の出力と前記コイルずれ検知手段の出力とに基づいて、前記検知された異物の位置における磁束密度が予め定められた値以下となるように、前記送電コイルに供給される電力を制御する電力制御手段と、を備え、前記電力制御手段は、前記コイルずれ検知手段の出力に基づいて、磁界の漏洩範囲を補正しつつ、前記異物検知手段の出力に基づいて、前記送電コイルに供給される電力を制御する。

本発明の作用及び他の利得は次に説明する実施するための形態から明らかにされる。

第１実施例に係る電力伝送システムの構成を示すブロック図である。電力量と磁界との関係の一例を示す概念図である。電波防護指針の規制値となる距離と、電力量との関係の一例を示す特性図である。コイルを平面的に見た場合の座標点の概念を示す概念図である。第１実施例に係る規制値テーブルの一例を示す概念図である。第１実施例に係る異物検知センサ部の第１具体例を示す概念図である。第１実施例に係る異物検知センサ部の第１具体例のレーザスキャナの構成を示すブロック図である。第１実施例に係る異物検知センサ部の第１具体例の第１変形例を示す概念図である。第１実施例に係る異物検知センサ部の第１具体例の第２変形例を示す概念図である。第１実施例に係る異物検知センサ部の第２具体例を示す概念図である。第１実施例に係る異物検知センサ部の第２具体例の第１変形例を示す概念図である。第１実施例に係る異物検知センサ部の第２具体例の第２変形例を示す概念図である。第１実施例に係る異物検知センサ部の第３具体例を示す概念図である。第１実施例に係る異物検知センサ部の第４具体例を示す概念図である。第１実施例に係る異物検知センサ部の第５具体例を示す概念図である。第１実施例の第１変形例に係る電力伝送システムの構成を示すブロック図である。コイル間のギャップ又は位置ずれ量と磁界との関係の一例を示す概念図である。第１実施例の第２変形例に係る電力伝送システムの構成を示すブロック図である。第２実施例に係る電力伝送システムの構成を示すブロック図である。

本発明の電力伝送システム、送電装置及び受電装置各々に係る実施形態について説明する。

（電力伝送システムの実施形態）
実施形態に係る電力伝送システムは、送電コイルを有する送電装置と、前記送電コイルと空間を隔てて配置される受電コイルを有する受電装置と、を備え、前記送電コイル及び前記受電コイル間において非接触で電力を授受する電力伝送システムであって、前記送電コイル及び前記受電コイルの周囲に位置する異物を検知して、前記検知された異物の前記送電コイル又は前記受電コイルに対する相対位置を検出する異物検知手段と、前記検出された相対位置に応じて、前記授受される電力を制御するように前記送電装置を制御する電力制御手段と、を備える。

電力伝送システムは、送電コイルを有する送電装置と、該送電コイルと空間を隔てて配置される受電コイルを有する受電装置と、を備える。送電装置及び受電装置は、例えば電磁誘導方式、磁界共鳴方式等により非接触で電力を授受する。尚、非接触電力伝送に係る技術には、公知の各種態様を適用可能であるので、詳細についてはここでは割愛する。

異物検知手段は、送電コイル及び受電コイルの周囲に位置する異物を検知して、該検知された異物の送電コイル又は受電コイルに対する相対位置を検出する。「検知された異物の送電コイル又は受電コイルに対する相対位置」は、送電コイルの外縁又は受電コイルの外縁に対する検知された異物の相対位置であってもよいし、送電コイルの中心又は受電コイルの中心に対する検知された異物の相対位置であってもよい。

相対位置は、例えば検知された異物と送電コイル又は受電コイルとの間の距離と、方向と、により表わされてよい。この場合、方向は、受電装置（例えば、車両）の前方、後方、右側、左側等として表わされてもよいし、送電装置の筐体の東西南北等として表わされてもよい。

例えばメモリ、プロセッサ等を備えてなる電力制御手段は、検出された相対位置に応じて、送電装置及び受電装置間において授受される電力を変更するように送電装置を制御する。具体的には例えば、電力制御装置は、異物の位置（即ち、検出された相対位置）における磁束密度が、電波防護指針により定められた値よりも小さくなる電力に変更するように送電装置を制御する。

尚、送電装置の出力電力と、任意の位置における磁束密度との関係は、当該電力伝送システムによる電力伝送の実施前に、予め磁束測定器により任意の位置における磁束密度を測定しておけばよい。そして、該測定された磁束密度に基づく異物の位置と電力量との関係を定めるデータテーブルを、予め電力制御手段に格納しておき、異物検知手段により検出された相対位置と該データテーブルとにより電力量を特定して、該特定された電力量となるように送電装置を制御するように、電力制御手段を構成してもよい。

本願発明者の研究によれば、以下の事項が判明している。即ち、電力伝送システムが、例えば電気自動車等に搭載されたバッテリの充電に利用される場合、該バッテリを放電状態から満充電状態とするまでの充電期間は、例えば８時間等比較的長くなる。加えて、充電期間中に、送電コイル及び受電コイルの周囲に、例えば人が存在すると、人体への影響を避けるために、充電を一時中断しなければならない。すると、充電を中断するための処理及び充電を再開するための処理を実施する必要があり、充電期間が更に長くなってしまう。

しかるに本実施形態では、上述の如く、電力制御手段により、検出された相対位置に応じて、送電装置及び受電装置間において授受される電力を変更するように送電装置が制御される。つまり、本実施形態では、電力授受の中断ではなく、電力の変更であるので、例えば中断処理等の処理は実施されず、異物が検知されたことに起因して充電期間が不必要に長期化することを防止することができる。加えて、異物検知手段により検出された相対位置に応じて電力が変更されるので、異物が検知されたというだけで単純に電力が低下される場合に比べて、適切に電力を変更することができる。従って、本実施形態によれば、電波防護指針を遵守しつつ、効率的な電力供給を行うことができる。

本実施形態では特に、送電コイル又は受電コイルに対する検知された異物の相対位置が検出されるので、例えばコイルの形状と、該コイルの周囲に発生する磁界の形状とが互いに異なる場合（具体的には、コイルが多角形状であり、磁界が真円状である場合等）であっても、適切に電力を変更することができる。

尚、電力制御手段は、典型的には、送電装置に搭載されている。異物検知手段は、送電装置及び受電装置のいずれに搭載されていてもよい。異物検知手段が受電装置に搭載されている場合、受電装置は、該異物検知手段により検出された相対位置を示す信号を送電装置に送信する。該送信された信号を受信した送電装置に搭載された電力制御手段は、受信された信号により示される相対位置に応じて、授受される電力を変更するように送電装置を制御する。

また、送電コイルに供給される電力を変更せずに、検知された異物の位置における磁束密度が電波防護指針により定められた値よりも小さくなるように、送電コイル及び受電コイル間のギャップを変更してもよい。ギャップが変更されるので、送電コイル及び受電コイル間において授受される電力は変更される（電波防護指針により定められた値の磁束密度のコイルに対する範囲が変わる：具体的には、後述する図１７（ａ）参照）。

（電力伝送方法の実施形態）
実施形態に係る電力伝送方法は、送電コイルを有する送電装置と、前記送電コイルと空間を隔てて配置される受電コイルを有する受電装置と、を備え、前記送電コイル及び前記受電コイル間において非接触で電力を授受する電力伝送システムにおける電力伝送方法であって、前記送電コイル及び前記受電コイルの周囲に位置する異物を検知して、前記検知された異物の前記送電コイル又は前記受電コイルに対する相対位置を検出する異物検知工程と、前記検出された相対位置に応じて、前記授受される電力を制御するように前記送電装置を制御する電力制御工程と、を備える。

実施形態に係る電力伝送方法によれば、上述した電力伝送システムと同様に、電波防護指針を遵守しつつ、効率的な電力供給を行うことができる。

（送電装置の実施形態）
実施形態に係る送電装置は、送電コイルを有する送電装置と、前記送電コイルと空間を隔てて配置される受電コイルを有する受電装置と、を備え、前記送電コイル及び前記受電コイル間において非接触で電力を授受する電力伝送システムにおける前記送電装置であって、前記送電コイル及び前記受電コイルの周囲に位置する異物を検知して、前記検知された異物の前記送電コイルに対する相対位置を検出する異物検知手段と、前記検出された相対位置に応じて、前記授受される電力を制御する電力制御手段と、を備える。

実施形態に係る送電装置によれば、上述した電力伝送システムと同様に、電波防護指針を遵守しつつ、効率的な電力供給を行うことができる。

（受電装置の実施形態）
実施形態に係る受電装置は、送電コイルを有する送電装置と、前記送電コイルと空間を隔てて配置される受電コイルを有する受電装置と、を備え、前記送電コイル及び前記受電コイル間において非接触で電力を授受する電力伝送システムにおける前記受電装置であって、前記送電コイル及び前記受電コイルの周囲に位置する異物を検知して、前記検知された異物の前記受電コイルに対する相対位置を検出する異物検知手段と、前記送電装置に対して、前記検出された相対位置を示す信号を送信する送信手段と、を備える。

受電装置から送電装置に対して、異物検知手段により検出された相対位置を示す信号が送信されるので、送電装置を、該送信された信号により示される相対位置に応じて電力を制御するように構成すれば、電波防護指針を遵守しつつ、効率的な電力供給を行うことができる。

本発明の電力伝送システムの実施例を、図面に基づいて説明する。

＜第１実施例＞
本発明の電力伝送システムの第１実施例を、図１乃至図１５を参照して説明する。図１は、第１実施例に係る電力伝送システムの構成を示すブロック図である。

図１において、電力伝送システム１は、本発明に係る「送電装置」の一例としての給電器１１と、本発明に係る「受電装置」の一例としての車両２１と、を備えて構成されている。

給電器１１は、送電コイル１０１、インバータ１０２、コンバータ１０３、電力制御部１０４、規制値テーブル１０５及び異物検知センサ部１０６を備えて構成されている。給電器１１の動作時には、外部から供給された交流電力が、コンバータ１０３により直流電力に変換され、該変換された直流電力が、インバータ１０２によりワイヤレス給電に適した周波数を有する交流電力に変換され、送電コイル１０１に供給される。

車両２１は、受電コイル２０１、整流器２０２、蓄電モジュール２０３及び充電池２０４を備えて構成されている。給電器１１から電力が供給される際には、受電コイル２０１により受電された交流電力が、整流器２０２により直流電力に変換され、該変換された直流電力が蓄電モジュール２０３を介して充電池２０４に供給される。

尚、ワイヤレス給電自体には、公知の各種態様を適用可能であるので、その詳細については説明を割愛する。

ところで、ワイヤレス給電では、送電コイル１０１及び受電コイル２０１間に所定の空隙が存在するため、給電時には電力量に応じて磁界が漏洩する。具体的には例えば、図２に示すように、電力量に応じて磁界の漏洩範囲が変化する。

図２は、電力量と磁界との関係の一例を示す概念図である。図２では、２７μＴ（マイクロテスラ）となる境界を点線で示している。コイルに近づくほど磁界は強くなる傾向があり、コイルから遠ざかるほど磁界は弱くなる傾向がある。

例えば電気自動車等の車両に搭載されたバッテリの充電は、駐車場等の不特定多数の人が周囲に存在する場所で行われることが多い。すると、磁界の漏洩範囲や磁界の強さによっては、人体に悪影響を及ぼす可能性がある。このため、例えばＩＣＮＩＲＰ等の電波防護指針では、一般公衆の電磁波曝露に関するガイドラインが定められている。具体的には例えば、本願出願時の最新のガイドラインでは、周波数範囲が３ｋＨｚ（キロヘルツ）〜１０ＭＨｚ（メガヘルツ）では、２７μＴと定められている。

安全性の観点からは、ワイヤレス給電中にコイル周辺に人が近づいた場合、給電を停止することが望ましい。しかしながら、人の出入りの比較的多い場所では、比較的頻繁に給電の停止及び再開が繰り返されることとなり、例えば車両に搭載されたバッテリの充電に費やされる時間が長期化する可能性がある。このため、給電効率の向上を図ることが極めて困難になることに加え、ユーザにとっては使い勝手の悪いシステムとなる可能性がある。

また、人に限らず、例えば空缶等の金属がコイルの周囲に存在する場合、漏洩磁界によって該金属が加熱される。すると、例えば電力電送システムが該加熱された金属の影響を受ける可能性がある。

そこで本実施例では、異物検知センサ１０６により、送電コイル１０１及び受電コイル２０１の周囲に位置する異物（人含む）が検知され、異物が検知された場合には、該検知された異物の送電コイル１０１及び／又は受電コイル２０１に対する相対位置が検出される。

給電器１１には、図３（ａ）に示すような、電波防護指針の規制値（ここでは、“２７μＴ”）となる相対位置と、電力量との関係とを示す特性図を数値化した、或いは、電力量と磁束密度との関係を座標点毎（図４参照）に数値化した、データテーブル（本発明に係る“第１データテーブル”に相当）が、予め規制値テーブル１０５として格納されている（図５（ａ）参照）。

ここで、図５（ａ）に示した規制値データテーブルでは、送電コイル１０１及び受電コイル２０１間のギャップが、例えば１０ｃｍ等、固定値として設定されている。図５（ａ）における「送電の電力」は、例えば０．５ｋＷ刻み等、給電器１１が実際に変更可能な電力刻みに設定すればよい。図５（ａ）における「方向」は、図示した、東・西・南・北を基準とした４方位、８方位、１６方位等の表現形式に限らず、例えば前後左右等の表現形式であってもよい。

尚、図３（ａ）では、法令で定められた出力可能な最大電力量を、例えば「３ｋＷｈ」としている。言うまでもなく、出力可能な最大電力量は、遵守すべき法令に応じて変化する。また、コイルの形状（例えば丸型、四方型、多角形、星型等）によって、図３（ａ）に示す特性は変化する。図３（ａ）に示す特性図は、方位毎（図３（ｂ）参照）に定められていてもよい。

電力制御部１０４は、検出された相対位置に応じて、送電コイル１０１に供給される電力を変更するようにインバータ１０２を制御する。具体的には例えば、電力制御部１０４は、検出された相対位置に基づいて、規制値テーブル１０５から出力可能な電力量を特定し、該特定された電力量が送電コイル１０１に供給されるようにインバータ１０２やコンバータ１０３を制御する。

この結果、本実施例に係る電力伝送システム１では、電波防護指針を遵守した安全性を確保しつつ、ワイヤレス給電を行うことができる。加えて、異物が検知された場合であっても、給電を完全に停止しないので、例えば給電停止処理や給電再開処理等に費やされる時間を削減することができ、給電効率の向上を図ることができる。

本実施例に係る「電力制御部１０４」、「規制値テーブル１０５」及び「異物検知センサ部１０６」は、夫々、本発明に係る「電力制御手段」、「第１データテーブル」及び「異物検知手段」の一例である。

（異物検知センサ部の第１具体例）
次に、異物検知センサ部１０６の第１具体例について、図６及び図７を参照して説明する。図６は、第１実施例に係る異物検知センサ部の第１具体例を示す概念図である。図７は、第１実施例に係る異物検知センサ部の第１具体例のレーザスキャナの構成を示すブロック図である。

異物検知センサ部１０６は、複数のレーザスキャナを備えて構成されている（図６参照）。レーザスキャナは、図７（ａ）に示すように、例えばレーザダイオードＬＤ、フォトダイオードＰＤ、ミラーを回転させるスキャンモータ等を備えて構成されている。或いは、レーザスキャナは、図７（ｂ）に示すように、例えばレーザダイオードＬＤ、フォトダイオードＰＤ、ポリゴンミラー等を備えて構成されている。

送電コイル１０１及び受電コイル２０１の周囲に異物が無い場合には、戻り光が比較的少ないので、図６（ａ）下段に示すように、フォトダイオードＰＤから出力される信号レベルは存在しない。他方、送電コイル１０１及び受電コイル２０１の周囲に異物が存在する場合には、図６（ｂ）下段に示すように、フォトダイオードＰＤから出力される信号にピークが存在する。この戻り光は、レーザ光が異物により散乱された反射光なので非常に小さいレベルのものである。

異物が検知された場合、異物検知センサ部１０６は、例えばフォトダイオードＰＤから出力される信号に基づいて、フォトダイオードＰＤからの異物の存在範囲を検知し、フォトダイオードＰＤの位置と送電コイル１０１の位置及び／又は受電コイル２０１の位置とに基づいて、送電コイル１０１及び／又は受電コイル２０１に対する検出された異物の相対位置を検出する。異物の存在範囲及び相対位置を求める方法には、公知の各種態様を適用可能であるので、その詳細についての説明は割愛する。

また、レーザダイオードＬＤからの投光した時間からフォトダイオードＰＤの受光した時間までの時間差に基づいて、レーザスキャナから異物までの距離を測定することができるので、該測定値を用いれば、異物の位置検出精度を向上させることができる。具体的方法については公知の各種態様を適用可能であるので、その詳細については割愛する。

尚、送電コイル１０１及び／又は受電コイル２０１に対する検出された異物の相対位置は、検出された異物の存在範囲のうち最も漏洩磁界量の高い位置に対応する相対位置として検出すればよい。

レーザスキャナは、図６に示した配置の他に、例えば図８に示すような配置であってもよい。図８は、第１実施例に係る異物検知センサ部の第１具体例の第１変形例を示す概念図である。

異物検知センサ部１０６は、図９に示すように、更に、本発明に係る「再帰反射部材」の一例としての、再帰反射板を備えて構成されてよい。この場合、送電コイル１０１及び受電コイル２０１の周囲に異物が存在すると、該異物が存在する部分だけ再帰反射板から反射された戻り光がないので位置を特定することができる（図９（ｂ）下段参照）。図９は、第１実施例に係る異物検知センサ部の第１具体例の第２変形例を示す概念図である。

再帰反射板を備えることによって、戻り光が比較的多くなるので、比較的感度の低い、安価なフォトダイオードを、レーザスキャナのフォトダイオードＰＤとして用いることができる。この結果、異物検知センサ部１０６の製造コストを低減することができ、実用上非常に有利である。

尚、異物検知センサ部１０６が備えるレーザスキャナは、２つに限らず、３つ以上であってよい。レーザスキャナの個数を増加するほど、異物の位置検出精度を向上させることができる。

（異物検知センサ部の第２具体例）
次に、異物検知センサ部１０６の第２具体例について、図１０を参照して説明する。図１０は、第１実施例に係る異物検知センサ部の第２具体例を示す概念図である。

異物検知センサ部１０６は、図１０に示すように、一の方向に沿って配列された複数のレーザ装置と、該一の方向と交わる他の方向に沿って配列された複数のレーザ装置と、を備えて構成されている。尚、レーザ装置には、公知の各種態様を適用可能であるので、その詳細についての説明は割愛する。

異物検知センサ部１０６は、図１１に示すように、更に、再帰反射板を備えて構成されてよい。このように構成すれば、比較的安価なフォトダイオードを、レーザ装置が備えるフォトダイオード（図示せず）として用いることができるので、製造コストを低減することができる。尚、図１１は、第１実施例に係る異物検知センサ部の第２具体例の第１変形例を示す概念図である。

或いは、異物検知センサ部１０６は、図１２に示すように、レーザ光源であるレーザダイオードＬＤと、受光部であるフォトダイオードＰＤとが別々に設けられていてもよい。図１２は、第１実施例に係る異物検知センサ部の第２具体例の第２変形例を示す概念図である。

尚、レーザ装置は、給電器１１とは別部材として設けられていてもよいし、後述する第２実施例のように、受電側（即ち、車両）に異物検知センサ部１０６としてのレーザ装置が設けられていてもよいし、或いは、給電器１１と車両２１との両方に異物検知センサ部０６としてのレーザ装置が設けられていてもよい。

（異物検知センサ部の第３具体例）
次に、異物検知センサ部の第３具体例について、図１３を参照して説明する。図１３は、第１実施例に係る異物検知センサ部の第３具体例を示す概念図である。

異物検知センサ部１０６は、図１３に示すように、複数の超音波距離センサを備えて構成されている。該超音波距離センサは、発信と受信との両方の機能を備えて構成されている。互いの超音波が干渉しないように、異なる周波数の超音波距離センサを用いてもよいし、複数の超音波距離センサが同時に発信及び受信しないように順番に時分割で発信及び受信を繰り返してもよい。

異物検知センサ部１０６は、超音波距離センサから出力された超音波が異物により反射された反射波を検出すると（図１３（ｂ）下段参照）、発信波と反射波との時間差に基づいて、超音波距離センサから異物までの距離を測定し、複数の超音波距離センサの設置位置と送電コイル１０１及び／又は受電コイル２０１の位置関係と、複数の超音波距離センサ各々の測定値とから、送電コイル１０１及び／又は受電コイル２０１に対する異物の相対位置を検出する。尚、超音波による距離検出方法には、公知の各種態様を適用可能であるので、その詳細についての説明は割愛する。

尚、異物検知センサ部１０６が備える超音波距離センサは、２つに限らず、３つ以上であってよい。超音波距離センサの個数を増加するほど、異物の位置検出精度を向上させることができる。

（異物検知センサ部の第４具体例）
次に、異物検知センサ部の第４具体例について、図１４を参照して説明する。図１４は、第１実施例に係る異物検知センサ部の第４具体例を示す概念図である。

異物検知センサ部１０６は、図１４に示すように、送電コイル１０１の周囲の地表に配列された又は地面に埋設された又は給電器１１に埋め込まれた、或いは、後述する第２実施例のように受電側（即ち、車両）に埋め込まれた、複数の磁束測定センサを備えて構成されている。異物が存在する場合は、異物が存在する領域に対応する磁束が乱れるので、比較的容易にして異物が存在する領域を特定することができる。

加えて、送電コイル１０１及び受電コイル２０１周辺の磁束をリアルタイムに測定することができる。このため、電力制御部１０４は、磁束測定センサの出力を参照しつつ、異物が存在する領域の磁束が、電波防護指針で定められた規制値以下になるように、インバータ１０２やコンバータ１０３を制御すればよい。この結果、異物が存在する領域の磁束を、確実に規制値以下にすることができ、実用上非常に有利である。

尚、磁束測定センサには、公知の各種態様を適用可能であるので、その詳細についての説明は割愛する。また、小型の磁束測定センサを可能な限り多く用いることにより、異物が存在する領域の特定精度を向上させることができる。

（異物検知センサ部の第５具体例）
次に、異物検知センサ部１０６の第５具体例について、図１５を参照して説明する。図１５は、第１実施例に係る異物検知センサ部の第５具体例を示す概念図である。

異物検知センサ部１０６は、図１５に示すように、一つのレーザスキャナと、一つの超音波距離センサと、を備えて構成されている。ここで、レーザスキャナの構成は、図７に示したレーザスキャナの構成と同様である。また、超音波距離センサは、上述した第３具体例と同様に、発信と受信との両方の機能を備えて構成されている。

異物検知センサ部１０６は、レーザスキャナのフォトダイオードＰＤから出力される信号、及び超音波距離センサの受信部から出力される信号に基づいて、異物の有無を検知すると共に、異物が検知された場合に検知された異物の相対位置を検出する。

尚、レーザスキャナ及び超音波距離センサの配置は、図１５に示す配置に限らず、例えばレーザスキャナ及び超音波距離センサがほぼ同じ位置に配置される等、各種配置を採ることができる。また、レーザスキャナ及び超音波距離センサの少なくとも一方の個数を増加すれば、検出される相対位置の検出精度を向上させることができる。

＜第１変形例＞
次に、第１実施例に係る電力伝送システムの第１変形例について、図１６及び図１７を参照して説明する。図１６は、図１と同趣旨の、第１実施例の第１変形例に係る電力伝送システムの構成を示すブロック図である。図１７は、図２と同趣旨の、コイル間のギャップ又は位置ずれ量と磁界との関係の一例を示す概念図である。

図１６において、電力伝送システム１は、給電器１２及び車両２１を備えて構成されている。給電器１２は、上述した、送電コイル１０１、インバータ１０２、コンバータ１０３、電力制御部１０４、規制値テーブル１０５及び異物検知センサ部１０６に加えて、コイルずれ検知センサ部１０７を備えて構成されている。

コイルずれ検知センサ部１０７は、送電コイル１０１及び受電コイル２０１間のギャップを検出する。加えて、コイルずれ検知センサ部１０７は、送電コイル１０１の上方から平面的に見た場合の、送電コイル１０１と受電コイル２０１との間の位置ずれ量を検出する。

具体的には、コイルずれ検知センサ部１０７は、例えば超音波やレーザを用いた距離測定センサにより、送電コイル１０１及び受電コイル２０１間のギャップを検出する。また、コイルずれ検知センサ部１０７は、例えばカメラにより撮像された画像を解析することにより、送電コイル１０１の上方から平面的に見た場合の、送電コイル１０１と受電コイル２０１との間の位置ずれ量を検出する。

尚、送電コイル１０１及び受電コイル２０１の一方に、互いに周波数の異なる３つの超音波発信器を設置すると共に、送電コイル１０１及び受電コイル２０１の他方に超音波受信器を設置し、３つの超音波発信器から同時に超音波を発信し、該発信された３種類の超音波各々が超音波受信器に到達した時間や相互の到達時間差に基づいて位置ずれ量を検出してもよい。

図１４に示すように、送電コイル１０１及び受電コイル２０１間のギャップや、送電コイル１０１の上方から平面的に見た場合の、送電コイル１０１と受電コイル２０１との間の位置ずれ量に応じて、磁界の漏洩範囲が変化する。

特に、受電コイル２０１が、例えば電気自動車等の車両に搭載されている場合、受電コイル２０１と送電コイル１０１とが、平面的に見て、互いに重なるように該車両を操縦することは困難である。また、車種によって車高が異なるので、不特定の車両を対象とする給電器を設計する場合に、送電コイル１０１及び受電コイル２０１間のギャップを特定することは困難である。

従って、本変形例のように、コイルずれ検知センサ部１０７により、ギャップや位置ずれ量を検出することは、実用上非常に意義のあることである。そして、電力制御部１０４を、コイル位置ずれ検知センサ部１０７により検出されたギャップや位置ずれ量を考慮して、磁界の漏洩範囲を補正しつつ、異物検知センサにより検出された相対位置に応じて、送電コイル１０１に供給される電力を変更するようにインバータ１０２やコンバータ１０３を制御するように構成すれば、より安全にワイヤレス給電を行うことができる。

本変形例に係る「コイルずれ検知センサ部１０７」は、本発明に係る「ギャップ検出手段」及び「位置ずれ量検出手段」の一例である。

＜第２変形例＞
次に、第１実施例に係る電力伝送システムの第２変形例について、図１８を参照して説明する。図１８は、図１と同趣旨の、第１実施例の第２変形例に係る電力伝送システムの構成を示すブロック図である。

図１８において、電力伝送システム１は、給電器１３と車両２１とを備えて構成されている。給電器１３は、送電コイル１０１、インバータ１０２、コンバータ１０３、電力制御部１０４、規制値テーブル１０５、異物検知センサ１０６、コイルずれ検知センサ部１０７及び昇降機１１１を備えて構成されている。

本発明に係る「ギャップ変更手段」の一例としての、昇降機１１１は、送電コイル１０１をその高さ方向に移動させることにより、送電コイル１０１及び受電コイル２０１間のギャップを変更可能に構成されている。尚、昇降機１１１は、送電コイル１０１に代えて又は加えて、車両２１の車輪が接地している部分の高さを変更することにより、ギャップを変更してもよい。

本変形例では、異物の相対位置と、送電コイル１０１及び受電コイル２０１間のギャップの長さであるギャップ長との関係を定めるデータテーブル（本発明に係る“第２データテーブル”に相当）が、規制値テーブル１０５として、予め給電器１３に格納されている（図５（ｂ）参照）。

ここで、図５（ｂ）における「コイル間ギャップ長」は、例えば１ｃｍ刻み等に設定すればよい。規制値データテーブル１０５を参照する際は、コイルずれ検知センサ部１０７により検知された、実際のギャップに最も近い「コイル間ギャップ長」に対応する値を参照すればよい。尚、図５（ｂ）に示したデータテーブルは、図５（ａ）に示したデータテーブルを包含するものである。

このようなデータテーブルは、例えば送電コイル１０１の周囲の任意の位置における磁束密度と、ギャップ長との関係を、送電コイル１０１に供給される電力毎に求め、該求められた関係に基づいて、一の位置における磁束密度が電波防護指針で定められた値以下となるように構成すればよい。

電力制御部１０４は、異物検知センサ部１０６により検知された異物に係る相対位置に基づいて、規制値テーブル１０５から、該検知された異物の位置における磁束密度が電波防護指針で定められた値以下となるようなギャップ長を特定する。そして、電力制御部１０４は、コイルずれ検知センサ部１０７により検出されたギャップを参照しながら、該特定されたギャップ長となるように昇降機１１１を制御する。

この際、電力制御部１０４は、典型的には、送電コイル１０１に供給される電力が変化しないように、インバータ１０２やコンバータ１０３を制御する。電力制御部１０４は、送電コイル１０１に供給される電力を変更するようにインバータ１０２やコンバータ１０３を制御してもよい。

図１７（ａ）に示すように、送電コイル１０１及び受電コイル２０１間のギャップが縮まれば、磁界の漏洩範囲が狭くなるので、異物検知センサ部１０６により検知された異物の位置における磁束密度が電波防護指針で定められた値以下とすることができる。

＜第２実施例＞
本発明の電力伝送システムの第２実施例を、図１９を参照して説明する。図１９は、図１と同趣旨の、第２実施例に係る電力伝送システムの構成を示すブロック図である。

図１９において、電力電送システム２は、本発明に係る「送電装置」の他の例としての給電器１４と、本発明に係る「受電装置」の他の例としての車両２２と、を備えて構成されている。給電器１４は、送電コイル１０１、インバータ１０２、コンバータ１０３、電力制御部１０４、規制値テーブル１０５及び受信部１０８を備えて構成されている。

車両２２は、受電コイル２０１、整流器２０２、蓄電モジュール２０３、充電池２０４、送信部２０５及び異物検知センサ部２０６を備えて構成されている。異物検知センサ部２０６は、上述した第１実施例に係る異物検知センサ部１０６の各種態様と同様の各種態様を採ることができる。

異物検知センサ部２０６は、送電コイル１０１及び受電コイル２０１の周囲に位置する異物が検知された場合には、該検知された異物の送電コイル１０１及び／又は受電コイル２０１に対する相対位置を検出する。そして、異物検知センサ部２０６は、検出された相対位置を示す信号を、送信部２０５を介して、給電器１４に送信する。

給電器１４の電力制御部１０４は、受信部１０８を介して受信された信号により示される相対位置に応じて、送電コイル１０１に供給される電力を変更するようにインバータ１０２やコンバータ１０３を制御する。

尚、異物検知センサ部２０６は、異物が検知されない場合にも、異物が検知されない旨を示す信号を、送信部２０５を介して、給電器１３に送信してもよい。本実施例に係る「送信部２０５」及び「受信部１０８」は、夫々、本発明に係る「送信手段」及び「受信手段」の一例である。本実施例に係る「異物検知センサ部２０６」は、本発明に係る「異物検知手段」の他の例である。

本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う電力伝送システム及び方法、送電装置並びに受電装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。

１、２…電力伝送システム、１１、１２、１３、１４…給電器、２１、２２…車両、１０１…送電コイル、１０２…インバータ、１０３…コンバータ、１０４…電力制御部、１０５…規制値テーブル、１０６、２０６…異物検知センサ部、１０７…コイルずれ検知センサ部、１０８…受信部、２０１…受電コイル、２０２…整流器、２０３…蓄電モジュール、２０４…充電池、２０５…送信部

本発明は、非接触で電力を送電する送電装置の技術分野に関する。

本発明は、例えば上記問題点に鑑みてなされたものであり、電波防護指針を遵守しつつ、効率的な電力供給を可能とする送電装置を提供することを課題とする。

本発明の送電装置は、上記課題を解決するために、受電コイルを備える受電装置へ非接触で電力を送電する送電コイルと、前記送電コイルの周囲に位置する異物を検知する異物検知手段と、前記送電コイル及び前記受電コイル間のギャップを変更可能なギャップ変更手段と、前記異物検出手段の出力に基づいて、前記検知された異物の位置における磁束密度が予め定められた値以下となるように、前記ギャップ変更手段を制御する制御手段と、を備える。

Claims

送電コイルを備え、受電装置へ非接触で電力を送電する送電装置であって、
前記送電コイルの周囲に位置する異物を検知する異物検知手段と、
前記送電コイルと前記受電装置の受電コイルのずれを検知するコイルずれ検知手段と、
前記異物検知手段の出力と前記コイルずれ検知手段の出力とに基づいて、前記検知された異物の位置における磁束密度が予め定められた値以下となるように、前記送電コイルに供給される電力を制御する電力制御手段と、
を備え、
前記電力制御手段は、前記コイルずれ検知手段の出力に基づいて、磁界の漏洩範囲を補正しつつ、前記異物検知手段の出力に基づいて、前記送電コイルに供給される電力を制御する
ことを特徴とする送電装置。
前記コイルずれ検知手段は、前記送電コイル及び前記受電コイル間のギャップを検出することを特徴とする請求項１に記載の送電装置。
前記コイルずれ検知手段は、前記送電コイルの上方から平面的に見て、前記送電コイル及び前記受電コイル間の位置ずれ量を検出することを特徴とする請求項１に記載の送電装置。