JP2016059139A - 非接触給電装置の異物除去装置 - Google Patents

Abstract

【課題】動力源なしに異物除去ができる非接触給電装置の異物除去装置を提供する。【解決手段】送電側パッド３の上面に沿って移動可能な可撓性のシート１２と、送電コイル３ａの交流磁界によって単相交流を発生させる環状コイル１４と、シート１２を送電側パッド３の上面に沿って移動させるシート移動装置１８と、通電制御装置２０とを有する。通電制御装置２０は、環状コイル１４で発生した単相交流をシート移動装置１８に通電して制御する。【選択図】図２

Description

本発明は、送電側から受電側に非接触で給電する非接触給電装置の異物除去装置に関する。

近年、電動モータと内燃機関を備えたハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ：Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）が実用化されている。また、電動モータのみを備えた電気自動車（ＥＶ：Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）も実用化されている。

電気自動車などに非接触給電を行う非接触給電装置は、送電側の１次コイルと受電側の２次コイルとを磁気結合させて送電側から受電側に非接触で電力を伝送するものである。

非接触給電装置は、サーキュラー型とソレノイド型の型式に大別される。
サーキュラー型の非接触給電装置は、１次コイルと２次コイルの軸線がそれぞれ鉛直に位置する。一方、ソレノイド型の非接触給電装置は、１次コイルと２次コイルの軸線が互いに平行に位置する。

また、非接触給電の方式は、例えば電磁誘導方式、電波方式、磁界共鳴方式などが知られている。
電磁誘導方式は、２つの隣接するコイルの一方に電流を流すと発生する磁束を媒体として他方のコイルに起電力が発生する電磁誘導を用いたものである。
電波方式は、電流を電磁波に変換しアンテナを介して送受信するものである。
磁界共鳴方式は、電磁誘導方式と同様に磁束を媒体とするが、電気回路の共振現象を積極的に利用し、コイルに流れる誘導電流を増幅するものである。

上述した非接触給電装置において、導電性異物（例えば金属）が１次コイルと２次コイルの間に存在する場合、異物に時間的に変動する磁束が鎖交することで渦電流が発生し、ジュール発熱により異物の温度が上昇する。
そのため、このような異物を検出する非接触給電装置が、例えば特許文献１に開示されている。
また、かかる異物を除去する装置が、例えば特許文献２に開示されている。

特許文献１の非接触給電装置は、上述した電磁誘導方式の非接触給電装置であり、第１のコイルと第２のコイルとの間に第３のコイルを設け、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ものである。

特許文献２の移動体用非接触給電装置は、例えば、異物検出器によりベルトコンベアーの上の異物を検出し、駆動ローラが回転して、送電コイルの上面を覆うベルトコンベアーを巡回させるものである。

特開２０１２−２４９４０１号公報 特開２０１３−５９２３９号公報

電気自動車などに非接触給電を行う場合、充電時間は長時間（例えば６〜８時間）となる。そのため、電気自動車が停止し充電を開始した後も、常時異物の有無を監視し、異物を検出したらそれを除去することが望ましい。

一方、パッド間に異物が侵入する頻度は一般に低く、かつ充電時間は長時間となるので、充電中の待機電力が少なく、かつ動力源なしに異物除去ができることが望ましい。
しかし、特許文献２の移動体用非接触給電装置は、例えばベルトコンベアーを駆動する駆動ローラの動力源が必要となる問題点があった。

本発明は、上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、動力源なしに異物除去ができる非接触給電装置の異物除去装置を提供することにある。

本発明によれば、送電コイルから受電コイルに非接触で給電する非接触給電装置の異物除去装置であって、
前記送電コイルを内蔵する送電側パッドの上面に沿って移動可能な可撓性のシートと、
前記送電側パッド内に設置され、前記送電コイルの交流磁界によって単相交流を発生させる環状コイルと、
単相交流により駆動可能であり、前記シートを前記送電側パッドの上面に沿って移動させるシート移動装置と、
前記環状コイルで発生した単相交流を前記シート移動装置に通電して制御する通電制御装置と、を有する、ことを特徴とする非接触給電装置の異物除去装置が提供される。

本発明の実施形態によれば、 前記送電側パッドの上面に位置する異物を検知する異物検出器を備え、
前記通電制御装置は、前記異物検出器により前記異物を検知したときに、前記シート移動装置を作動させる。

前記異物検出器は、
前記送電コイルの電圧又はインピーダンスの変化、前記送電側パッド内の磁界変化、又は前記異物の発熱による温度変化を検出する。

本発明の実施形態によれば、前記シート移動装置は、
前記送電側パッドの一端外方に位置し、前記シートを正巻方向に巻き取る正巻ロールと、
前記送電側パッドの他端外方に位置し、前記シートを逆巻方向に巻き取る逆巻ロールと、
前記単相交流により前記正巻ロールを正巻方向に回転駆動する正巻モータと、を有する。

本発明の別の実施形態によれば、さらに、前記単相交流により前記逆巻ロールを逆巻方向に回転駆動する逆巻モータを備え、
前記通電制御装置は、前記正巻モータと前記逆巻モータを交互に回転駆動する。

また本発明の別の実施形態によれば、前記シート移動装置は、
前記送電側パッドの一端外方に位置する下流側ロールと、
前記送電側パッドの他端外方に位置する上流側ロールと、
前記単相交流により前記下流側ロール又は前記上流側ロールを回転駆動する駆動モータと、を有し、
前記シートは、前記下流側ロールと前記上流側ロールとの間にエンドレスに掛け渡されている。

前記シートは、その表面に粘着物質、凹凸部、波型溝又はフックを有し、異物が滑り難くなっている、ことが好ましい。

上記本発明によれば、非接触給電の際に送電側パッド内に発生する交流磁界によって環状コイルで単相交流を発生させ、この単相交流によりシート移動装置を駆動することができる。
従って、動力源なしに異物除去ができる。

本発明の異物検出装置を備えた非接触給電装置の構成図である。 本発明の異物除去装置の第１実施形態図である。 通電制御装置の第１実施形態を示す図である。 本発明の異物除去装置の第２実施形態図である。 通電制御装置の第２実施形態を示す図である。 本発明の異物除去装置の第３実施形態図である。 通電制御装置の第３実施形態を示す図である。 通電制御装置の第４実施形態を示す図である。 通電制御装置の第５実施形態を示す図である。

以下、本発明の好ましい実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。

図１は、本発明の異物除去装置１０を備えた非接触給電装置２の構成図であり、（Ａ）は使用状態図、（Ｂ）は非接触給電装置２のブロック回路図である。
この図において、非接触給電装置２は、送電コイル３ａを内蔵する送電側パッド３から受電コイル４ａを内蔵する受電側パッド４に電磁誘導によって非接触に給電を行う。

図１において、１は駐車スペース、３は送電側パッド、４は受電側パッド、５は受電側整流器、６は車載バッテリである。
非接触給電装置２は、交流電源２ａ、送電側整流器２ｂ、インバータ２ｃおよび送電コイル３ａを含み、送電コイル３ａに高周波に変換した電力を供給する。
送電コイル３ａは、この電力により高周波の磁界を発生させる。この磁界により受電コイル４ａに高周波の電力が発生する。この電力は受電側整流器５で直流に変換され、車載バッテリ６に充電される。
本発明の異物除去装置１０は、上述した非接触給電装置２の異物除去装置である。

図２は、本発明の異物除去装置１０の第１実施形態図である。この図において、（Ａ）は送電側パッド３の平面図、（Ｂ）はそのＢ−Ｂ矢視図である。
図２において、本発明の異物除去装置１０は、シート１２、環状コイル１４、シート移動装置１８、および通電制御装置２０を備える。

シート１２は、非磁性体の可撓性薄板（例えばゴムシート又はプラスチックシート）からなり、送電コイル３ａを内蔵する送電側パッド３の上面に沿って移動可能に構成されている。
シート１２は、非磁性体で構成されているので、送電コイル３ａと受電コイル４ａの間に発生する高周波の磁界を妨げない。そのため、シート１２は送電側パッド３と受電側パッド４の間に位置しているが、非接触給電の効率を低下させることがない。
またシート１２は、その表面に粘着物質、凹凸部、波型溝又はフックを有し、異物が滑り難くなっていることが好ましい。

この例において、送電側パッド３は、例えば平面視５０ｃｍ×５０ｃｍの矩形形状であり、厚さが５〜１０ｃｍであり、その上面は水平である。なお送電側パッド３の上面は、水平に限定されず、傾斜しても山形であってもよい。

環状コイル１４は、送電側パッド３内に設置された１又は複数のコイルであり、送電コイル３ａの交流磁界によって単相交流を発生させる。
なお、環状コイル１４はそれを鎖交する磁束の向きが常に同じ方向となる領域を選んで設置される。例えば、図２では環状コイル１４はパッドの全域を囲った矩形形状となっているが、図２で左側半分が紙面上向きの磁束、右側半分が紙面下向きの磁束となっている場合は、片側半分のみを囲った環状コイル１４とするか、複数の環状コイル１４を設置する場合は、環状コイル１４の巻く方向を鎖交する磁束の向きに合わせて逆転させ、環状コイル１４内に発生する誘導電流の向きを常に同方向となるようにする。環状コイル１４の設置の制約によっては、得られる誘導電流は小さくなるが、逆向きの鎖交磁束が一部混在している領域を囲った環状コイル１４としてもよい。
環状コイル１４の数および巻数は、発生する単相交流の電力がシート移動装置１８の必要電力、例えば、１００Ｗ〜１ＫＷとなるように設定されている。

シート移動装置１８は、単相交流により駆動可能であり、シート１２を送電側パッド３の上面に沿って移動させる。
この例において、シート移動装置１８は、正巻ロール１８ａ、逆巻ロール１８ｂ、および正巻モータ１９ａを有する。

この図において、駐車スペース１の上面にシート移動装置１８の本体フレーム１３が固定されており、正巻ロール１８ａと逆巻ロール１８ｂは、それぞれ本体フレーム１３で両端支持され、それぞれの軸心を中心に回転可能に構成されている。

正巻ロール１８ａは、送電側パッド３の幅方向に延びる円筒形部材であり、送電側パッド３の一端外方に位置し、シート１２を正巻方向（図で右回転）に巻き取るようになっている。
逆巻ロール１８ｂは、送電側パッド３の幅方向に延びる円筒形部材であり、送電側パッド３の他端外方に位置し、シート１２を逆巻方向（図で左回転）に巻き取るようになっている。
正巻ロール１８ａと逆巻ロール１８ｂは互いに平行に配置されているのがよい。

正巻モータ１９ａは、本体フレーム１３に固定され、単相交流により正巻ロール１８ａを正巻方向（図で右回転）に回転駆動する。
正巻モータ１９ａは、好ましくは減速機付であり、異物９がシート上を滑らずに移動する速度（例えば、０．１〜１．０ｍ／ｓ）に設定されている。また正巻モータ１９ａは、環状コイル１４で発生する単相交流で直接駆動できる単相モータであってもよいし、環状コイル１４で発生する単相交流をダイオードブリッジ等の整流器で整流して得られる直流で駆動される直流モータであってもよいし、環状コイル１４で発生する単相交流を整流しさらにインバータで変換して得られる三相交流で駆動される三相誘導モータや三相同期モータであってもよく、各種モータが使用可能である。

上述した構成により、単相交流により正巻モータ１９ａを正巻方向に回転駆動することで、シート１２を送電側パッド３の上面に沿って移動させ、シート上の異物９を一端側（図で右側）に落下させて除去することができる。

通電制御装置２０は、環状コイル１４で発生した単相交流をシート移動装置１８に通電してシート移動装置１８を制御する。

図３は、通電制御装置２０の第１実施形態を示す図である。
この図において、通電制御装置２０は、１対の母線２１ａ，２１ｂ、第１検出器２２、第１接点２３、および制御器２９を有する。

１対の母線２１ａ，２１ｂは、環状コイル１４と正巻モータ１９ａを接続し、環状コイル１４で発生した単相交流を正巻モータ１９ａに供給する。なおこの例では、母線２１ａ，２１ｂを介して環状コイル１４と正巻モータ１９ａが直接接続されているが、その間に、トランス又は整流回路を設けて電圧変換、３相交流への変換、或いは直流に変換してもよい。

第１検出器２２は、１対の母線２１ａ，２１ｂ間に発生する電圧又はインピーダンスを検出する。
第１接点２３は、好ましくは常時開のリレー接点であり、第１検出器２２と正巻モータ１９ａとの間の母線２１ａ，２１ｂの一方又は両方に設けられその間を切断可能に構成されている。

制御器２９は、例えばマイクロコンピュータであり、第１検出器２２で検出した電圧又はインピーダンスの変化から、送電側パッド３の上面の異物９を検知し、第１接点２３を開から閉に切り替える。
制御器２９を駆動する電力は、環状コイル１４で発生する単相交流からダイオードブリッジ等の整流回路、アップコンバータやダウンコンバータ等の電圧変換回路により、得ることが可能である。正巻モータ１９ａを駆動する電力を得るための環状コイル１４と、制御器２９を駆動する電力を得るための環状コイル１４は、同一であってもよいし、異なっていてもよい。後述する異物検出器１６や通電制御装置２０を駆動する電力も、制御器２９を駆動する電力と同様に得ることができる。

上述した通電制御装置２０の構成により、第１接点２３が開（例えば、常時開）の状態で、後述する異物検出器１６を用いることなく異物９を検出できるので、充電中の待機電力が少なくできる。また、環状コイル１４で発生した単相交流によりシート移動装置１８を作動させるので、動力源なしに異物除去ができる。

通電制御装置２０によるシート移動装置１８の作動は、シート上の異物９が一端側に落下するのに必要な時間又は距離に制限することが好ましい。
この構成により、充電時間が長時間（例えば６〜８時間）であっても、シート１２の移動時間又は距離を短くすることができる。
なおこの例では、正巻ロール１８ａに巻き取られたシート１２を、逆巻ロール１８ｂを手動で逆巻方向に回転させて巻き取るようになっている。この構成により、使用頻度の少ない逆巻用のモータ（後述する逆巻モータ１９ｂ）を省略することができる。

図４は、本発明の異物除去装置１０の第２実施形態図である。
この図において、本発明の異物除去装置１０は、さらに、異物検出器１６と逆巻モータ１９ｂを備える。

異物検出器１６は、送電側パッド３内に設置され、送電側パッド３の上面に位置する異物９を検知する。
異物検出器１６は、例えば磁気プローブであり、送電側パッド３内の磁界変化から異物９を検知する。なお、異物検出器１６は、この例に限定されず、例えば送電コイル３ａの電圧又はインピーダンスの変化を検出する電圧検出器又はインピーダンス検出器、或いは異物９の発熱による温度変化を検出するサーミスタであってもよい。

逆巻モータ１９ｂは、単相交流により逆巻ロール１８ｂを逆巻方向に回転駆動する。逆巻モータ１９ｂとしては、正巻モータ１９ａと同様に、単相モータや直流モータや三相誘導モータ、三相同期モータなど各種のモータが使用可能である。

図５は、通電制御装置２０の第２実施形態を示す図である。
この図において、通電制御装置２０は、１対の母線２１ａ，２１ｂ、第１接点２３、第２接点２４、第３接点２５、および制御器２９を有する。
図３における第１検出器２２は、この例では省略されている。

１対の母線２１ａ，２１ｂは、環状コイル１４と正巻モータ１９ａおよび逆巻モータ１９ｂとを接続し、環状コイル１４で発生した単相交流を正巻モータ１９ａおよび逆巻モータ１９ｂに供給する。
第２接点２４は、好ましくはリレー接点であり、母線２１ａ，２１ｂから正巻モータ１９ａに電力を供給する電力線の一方又は両方に設けられその間を開閉可能に構成されている。
第３接点２５は、好ましくはリレー接点であり、母線２１ａ，２１ｂから逆巻モータ１９ｂに電力を供給する電力線の一方又は両方に設けられその間を開閉可能に構成されている。

制御器２９は、例えばマイクロコンピュータとプログラムを格納したメモリで実現され、異物検出器１６により異物９を検知したときに、第１接点２３を開から閉に切り替え、シート移動装置１８を作動させる。
また、制御器２９は、第２接点２４と第３接点２５を交互にオン／オフし、正巻モータ１９ａと逆巻モータ１９ｂを交互に回転駆動する。
その他の構成は、図２、図３と同様である。

上述した通電制御装置２０の構成により、第１接点２３が開（例えば、常時開）の状態で、異物検出器１６により異物９を検出できるので、充電中の待機電力が少なくできる。また、環状コイル１４で発生した単相交流によりシート移動装置１８を作動させるので、動力源なしに異物除去ができる。

また、環状コイル１４の他に専用の異物検出器１６を備えるので、異物検出器１６による異物検出の精度を高めることができる。
またこの例では、正巻ロール１８ａに巻き取られたシート１２を、逆巻モータ１９ｂにより逆巻ロール１８ｂに巻き取ることができる。

なお、本発明は上述した例に限定されず、正巻モータ１９ａでシート全体を巻き取った後に、逆巻モータ１９ｂでシート全体を巻戻してもよい。
また、逆に短時間で正巻モータ１９ａと逆巻モータ１９ｂを交互に回転駆動して、シート１２を振動させ、この振動で異物９を移動させて除去してもよい。

図６は、本発明の異物除去装置１０の第３実施形態図である。
この図において、本発明の異物除去装置１０は、下流側ロール１８ｃ、上流側ロール１８ｄ、および駆動モータ１９ｃを備える。

下流側ロール１８ｃは、送電側パッド３の幅方向に延びる円筒形部材であり、送電側パッド３の一端外方に位置する。
上流側ロール１８ｄは、送電側パッド３の幅方向に延びる円筒形部材であり、送電側パッド３の他端外方に位置する。
駆動モータ１９ｃは、単相交流により下流側ロール１８ｃ又は上流側ロール１８ｄを回転駆動する。駆動モータ１９ｃは、上述した正巻モータ１９ａ又は逆巻モータ１９ｂと同一であるのがよい。
この例において、シート１２は、下流側ロール１８ｃと上流側ロール１８ｄとの間にエンドレスに掛け渡されている。
その他の構成は、第１実施形態と同様である。

図７は、通電制御装置２０の第３実施形態を示す図である。この図において（Ａ）は異物検出器１６を用いない場合、（Ｂ）は異物検出器１６を用いる場合である。

図７（Ａ）は、図３（第１実施形態）の正巻モータ１９ａを駆動モータ１９ｃに置き換えた構成となっており、その他の構成は同一である。

図７（Ｂ）は、図５（第２実施形態）の正巻モータ１９ａを駆動モータ１９ｃに置き換え、逆巻モータ１９ｂ、第２接点２４、第３接点２５を省略した構成となっており、その他の構成は同一である。

図７（Ａ）（Ｂ）の構成により、単相交流により駆動モータ１９ｃを図で時計まわりに回転駆動することで、シート１２を送電側パッド３の上面に沿ってエンドレスに移動させ、シート上の異物９を一端側（図で右側）に落下させて除去することができる。
なおこの構成では、シート１２はエンドレスに回転するので、第１実施形態と相違し、シート１２の巻き戻しは不要となる。

上述した本発明によれば、非接触給電の際に送電側パッド内に発生する交流磁界によって環状コイル１４で単相交流を発生させ、この単相交流によりシート移動装置１８を駆動することができる。
従って、非接触給電される車両が停止した後にパッド間に異物９が侵入した場合でも動力源なしに異物除去ができる。

図８は、通電制御装置２０の第４実施形態を示す図である。この図は、図２（Ｂ）と、送電側パッド３の形状のみが相違する。なお、送電側パッド３の形状以外は、その他の実施形態であってもよい。
図８に示すように、送電側パッド３のシート１２が出入りする箇所の角を丸めることにより、異物９の重量などでシート１２が撓んだ場合でも、シート１２をスムースに移動させることができる。

図９は、通電制御装置２０の第５実施形態を示す図である。この図は、図６（Ｂ）と、スクレーパの有無のみが相違する。
シート１２に例えば弾力性を有する樹脂やゴムでできたスクレーパを押し当てて異物をこそぎ落とすようにすることにより、粘着性を有する異物をより確実に除去できるようにできる。図９に示すように、シート１２の表面が下方ないし斜め下方を向いている位置にスクレーパを設けることにより、スクレーパでこそぎ落とされた異物が重力によりシート１２から離れるように落下するので、特に効果的である。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。もちろん、磁界共鳴方式にかぎらず、電磁誘導方式等の他の方式も含むものである。

１ 駐車スペース、２ 非接触給電装置、２ａ 交流電源、２ｂ 送電側整流器、２ｃ インバータ、３ 送電側パッド、３ａ 送電コイル、４ 受電側パッド、４ａ 受電コイル、５ 受電側整流器、６ 車載バッテリ、９ 異物、１０ 異物除去装置、１２ シート、１３ 本体フレーム、１４ 環状コイル、１６ 異物検出器（磁気プローブ）、１８ シート移動装置、１８ａ 正巻ロール、１８ｂ 逆巻ロール、１８ｃ 下流側ロール、１８ｄ 上流側ロール、１９ａ 正巻モータ、１９ｂ 逆巻モータ、１９ｃ 駆動モータ、２０ 通電制御装置、２１ａ，２１ｂ 母線、２２ 第１検出器、２３ 第１接点、２４ 第２接点、２５ 第３接点、２９ 制御器

Claims (7)

1. 送電コイルから受電コイルに非接触で給電する非接触給電装置の異物除去装置であって、
   前記送電コイルを内蔵する送電側パッドの上面に沿って移動可能な可撓性のシートと、
   前記送電側パッド内に設置され、前記送電コイルの交流磁界によって単相交流を発生させる環状コイルと、
   単相交流により駆動可能であり、前記シートを前記送電側パッドの上面に沿って移動させるシート移動装置と、
   前記環状コイルで発生した単相交流を前記シート移動装置に通電して制御する通電制御装置と、を有する、ことを特徴とする非接触給電装置の異物除去装置。
2. 前記送電側パッドの上面に位置する異物を検知する異物検出器を備え、
   前記通電制御装置は、前記異物検出器により前記異物を検知したときに、前記シート移動装置を作動させる、ことを特徴とする請求項１に記載の非接触給電装置の異物除去装置。
3. 前記異物検出器は、
   前記送電コイルの電圧又はインピーダンスの変化、前記送電側パッド内の磁界変化、又は前記異物の発熱による温度変化を検出する、ことを特徴とする請求項２に記載の非接触給電装置の異物除去装置。
4. 前記シート移動装置は、
   前記送電側パッドの一端外方に位置し、前記シートを正巻方向に巻き取る正巻ロールと、
   前記送電側パッドの他端外方に位置し、前記シートを逆巻方向に巻き取る逆巻ロールと、
   前記単相交流により前記正巻ロールを正巻方向に回転駆動する正巻モータと、を有する、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の非接触給電装置の異物除去装置。
5. さらに、前記単相交流により前記逆巻ロールを逆巻方向に回転駆動する逆巻モータを備え、
   前記通電制御装置は、前記正巻モータと前記逆巻モータを交互に回転駆動する、ことを特徴とする請求項４に記載の非接触給電装置の異物除去装置。
6. 前記シート移動装置は、
   前記送電側パッドの一端外方に位置する下流側ロールと、
   前記送電側パッドの他端外方に位置する上流側ロールと、
   前記単相交流により前記下流側ロール又は前記上流側ロールを回転駆動する駆動モータと、を有し、
   前記シートは、前記下流側ロールと前記上流側ロールとの間にエンドレスに掛け渡されている、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の非接触給電装置の異物除去装置。
7. 前記シートは、その表面に粘着物質、凹凸部、波型溝又はフックを有し、異物が滑り難くなっている、ことを特徴とする請求項１に記載の非接触給電装置の異物除去装置。

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