JP2017055529A - Power transmission device, power reception device and non-contact power transmission system - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は送電装置、受電装置、及び非接触電力伝送システムに関し、特に、送電装置と受電装置との間に存在する異物を検知する送電装置、受電装置、及び非接触電力伝送システムに関する。 The present invention relates to a power transmission device, a power reception device, and a non-contact power transmission system, and more particularly to a power transmission device, a power reception device, and a non-contact power transmission system that detect a foreign object existing between the power transmission device and the power reception device.
従来から送電装置から受電装置に非接触で電力伝送を行う非接触電力伝送システムが知られている(特許文献1〜6参照)。このような非接触電力伝送システムにおいては、送電装置と受電装置との間に異物(存在すべきでない物)が侵入することが想定され、異物を適切に検知することが必要である。たとえば、特開2013−27171号公報(特許文献6)は、送電装置から受電装置への送電中でも精度よく金属異物を検知可能な検知装置を開示する。この検知装置は、送電装置と受電装置との間に存在する金属異物を、コイルを含む共振回路のQ値の変化を用いて検知する。
Conventionally, a non-contact power transmission system that performs non-contact power transmission from a power transmission device to a power reception device is known (see
特許文献6に開示される検知装置においては、Q値測定用コイルは、給電用コイルを用いてもよいとされ、給電用コイルとは別に設けられる場合についても、給電用コイルと同等の大きさになるものと想定される。この場合には、給電用コイル(送電コイル)よりも小さい異物については精度良く検知されない可能性がある。 In the detection device disclosed in Patent Document 6, the coil for measuring the Q value may be a power feeding coil. Even when the Q value measuring coil is provided separately from the power feeding coil, it is the same size as the power feeding coil. It is assumed that In this case, there is a possibility that foreign matters smaller than the power feeding coil (power transmission coil) may not be detected with high accuracy.
送電コイルより小さい異物を精度良く検知するために、送電コイルよりも小さい異物検知用コイルを複数設けることが考えられる。送電コイルと受電コイルとの間の異物の有無により、複数の異物検知用コイルの少なくとも何れかの受電状態が変化する。したがって、たとえば、複数の異物検知用コイルの各々における受電状態の時間的な変化を監視することにより異物検知を行うことができる。 In order to detect a foreign object smaller than the power transmission coil with high accuracy, a plurality of foreign object detection coils smaller than the power transmission coil may be provided. Depending on the presence or absence of foreign matter between the power transmission coil and the power reception coil, the power reception state of at least one of the plurality of foreign matter detection coils changes. Therefore, for example, foreign matter detection can be performed by monitoring temporal changes in the power receiving state in each of the plurality of foreign matter detection coils.
しかしながら、異物検知用コイルの受電状態の時間的な変化を監視することにより異物検知を行うとすると、送電コイルによる送電電力の大きさが急激に変化した場合に、異物検知用コイルの受電状態が変化し、異物を誤検知する恐れがある。上記特許文献1〜6は、このような異物誤検知の問題及びその解決手段について何ら開示していない。
However, if foreign object detection is performed by monitoring temporal changes in the power reception state of the foreign object detection coil, the power reception state of the foreign object detection coil is changed when the magnitude of power transmitted by the power transmission coil changes abruptly. It may change and falsely detect foreign objects. The
この発明は、このような問題を解決するためになされたものであって、その目的は、送電コイルと受電コイルとの間に存在する異物の検知精度をなるべく高く維持しつつ、送電電力の変化による異物の誤検知を抑制することができる送電装置、受電装置、及び非接触電力伝送システムを提供することである。 The present invention has been made to solve such a problem, and its object is to change the transmission power while maintaining the detection accuracy of a foreign object existing between the power transmission coil and the power reception coil as high as possible. It is providing the power transmission apparatus, power receiving apparatus, and non-contact electric power transmission system which can suppress the erroneous detection of the foreign material by.
この発明のある局面に従う送電装置は、送電コイルと、異物検知用コイルと、制御装置とを備える。送電コイルは、受電装置の受電コイルに非接触で送電するように構成される。複数の異物検知用コイルは、送電コイルの上方に位置する受電コイルに送電コイルが送電するものとして、送電コイルの上方において、送電コイルの上面に沿って配設される。制御装置は、第1の判定処理と第2の判定処理とを実行する。第1の判定処理は、複数の異物検知用コイルのうち2つの異物検知用コイルにそれぞれ生じる第1及び第2の誘導電圧の差が第1の所定値以上である場合に、異物が存在と判定する処理である。第2の判定処理は、複数の異物検知用コイルの何れかに生じる誘導電圧を示す値の変化量が第2の所定値以上である場合に、異物が存在すると判定する処理である。制御装置は、送電コイルから受電コイルに伝送される電力の安定状態を判定するための条件が不安定を示す場合に第1の判定処理を実行し、上記条件が安定を示す場合に第2の判定処理を実行する。 A power transmission device according to an aspect of the present invention includes a power transmission coil, a foreign object detection coil, and a control device. The power transmission coil is configured to transmit power to the power reception coil of the power reception device in a contactless manner. The plurality of foreign object detection coils are arranged along the upper surface of the power transmission coil above the power transmission coil, assuming that the power transmission coil transmits power to the power reception coil located above the power transmission coil. The control device executes a first determination process and a second determination process. In the first determination process, when a difference between the first and second induced voltages generated in two of the plurality of foreign matter detection coils is greater than or equal to a first predetermined value, the presence of foreign matter is determined. This is a process for determining. The second determination process is a process for determining that a foreign object is present when the amount of change in the value indicating the induced voltage generated in any of the plurality of foreign object detection coils is equal to or greater than a second predetermined value. The control device executes the first determination process when the condition for determining the stable state of the power transmitted from the power transmission coil to the power reception coil indicates instability, and performs the second determination when the condition indicates stability. Execute the judgment process.
また、この発明の別の局面に従う受電装置は、受電コイルと、複数の異物検知用コイルと、制御装置とを備える。受電コイルは、送電装置の送電コイルから非接触で受電するように構成される。複数の異物検知用コイルは、受電コイルの下方に位置する送電コイルから受電コイルが受電するものとして、受電コイルの下方において、受電コイルの下面に沿って配設される。制御装置は、第1の判定処理と第2の判定処理とを実行する。第1の判定処理は、複数の異物検知用コイルのうち2つの異物検知用コイルにそれぞれ生じる第1及び第2の誘導電圧の差が第1の所定値以上である場合に、異物が存在すると判定する処理である。第2の判定処理は、複数の異物検知用コイルの何れかに生じる誘導電圧を示す値の変化量が第2の所定値以上である場合に、異物が存在すると判定する処理である。制御装置は、送電コイルから受電コイルに伝送される電力の安定状態を判定するための条件が不安定を示す場合に第1の判定処理を実行し、上記条件が安定を示す場合に第2の判定処理を実行する。 A power reception device according to another aspect of the present invention includes a power reception coil, a plurality of foreign object detection coils, and a control device. The power reception coil is configured to receive power in a non-contact manner from the power transmission coil of the power transmission device. The plurality of foreign object detection coils are disposed along the lower surface of the power receiving coil under the power receiving coil, as the power receiving coil receives power from the power transmitting coil positioned below the power receiving coil. The control device executes a first determination process and a second determination process. In the first determination process, when a foreign object exists when the difference between the first and second induced voltages respectively generated in two foreign object detection coils among the plurality of foreign object detection coils is equal to or greater than a first predetermined value. This is a process for determining. The second determination process is a process for determining that a foreign object is present when the amount of change in the value indicating the induced voltage generated in any of the plurality of foreign object detection coils is equal to or greater than a second predetermined value. The control device executes the first determination process when the condition for determining the stable state of the power transmitted from the power transmission coil to the power reception coil indicates instability, and performs the second determination when the condition indicates stability. Execute the judgment process.
また、この発明の別の局面に従う非接触電力伝送システムは、送電装置と受電装置とを備える。この非接触電力伝送システムは、受電コイルと、送電コイルと、複数の異物検知用コイルと、制御装置とを備える。受電コイルは、送電装置から非接触で受電するように構成される。送電コイルは、受電コイルに非接触で送電するように構成される。複数の異物検知用コイルは、送電コイルの上方に位置する受電コイルに送電コイルが送電するものとして、送電コイルの上方において送電コイルの上面に沿って、又は受電コイルの下方において受電コイルの下面に沿って配設される。制御装置は、第1の判定処理と第2の判定処理とを実行する。第1の判定処理は、複数の異物検知用コイルのうち2つの異物検知用コイルにそれぞれ生じる第1及び第2の誘導電圧の差が第1の所定値以上である場合に、異物が存在すると判定する処理である。第2の判定処理は、複数の異物検知用コイルの何れかに生じる誘導電圧を示す値の変化量が第2の所定値以上である場合に、異物が存在すると判定する処理である。制御装置は、送電コイルから受電コイルに伝送される電力の安定状態を判定するための条件が不安定を示す場合に第1の判定処理を実行し、上記条件が安定を示す場合に第2の判定処理を実行する。 A contactless power transmission system according to another aspect of the present invention includes a power transmission device and a power reception device. This non-contact power transmission system includes a power reception coil, a power transmission coil, a plurality of foreign object detection coils, and a control device. The power reception coil is configured to receive power from the power transmission device in a contactless manner. The power transmission coil is configured to transmit power to the power receiving coil in a contactless manner. The plurality of foreign matter detection coils are assumed to transmit power to a power receiving coil located above the power transmission coil, and are arranged along the upper surface of the power transmission coil above the power transmission coil or on the lower surface of the power reception coil below the power reception coil. Arranged along. The control device executes a first determination process and a second determination process. In the first determination process, when a foreign object exists when the difference between the first and second induced voltages respectively generated in two foreign object detection coils among the plurality of foreign object detection coils is equal to or greater than a first predetermined value. This is a process for determining. The second determination process is a process for determining that a foreign object is present when the amount of change in the value indicating the induced voltage generated in any of the plurality of foreign object detection coils is equal to or greater than a second predetermined value. The control device executes the first determination process when the condition for determining the stable state of the power transmitted from the power transmission coil to the power reception coil indicates instability, and performs the second determination when the condition indicates stability. Execute the judgment process.
異なる2つの異物検知用コイルの各々の受電状態を示す値を検知する間隔は、同一の異物検知用コイルの受電状態を示す値を検知する間隔よりも短い。したがって、第1の判定処理の方が第2の判定処理よりも送電電力の変化の影響を受けにくい。一方、異物検知用コイルの配置場所等により、たとえば、送電電力の磁束密度が異なるため、異物検知用コイルの受電状態を示す値は微妙に変化する。したがって、同一の異物検知用コイルの受電状態を比較する第2の判定処理の方が第1の判定処理よりも異物検知の精度が高い。上記の各発明においては、送電コイルから受電コイルに伝送される電力が不安定である場合には第1の判定処理が実行され、電力が安定している場合には第2の判定処理が実行される。すなわち、電力が不安定である場合には送電電力の変化の影響を受けにくい第1の判定処理が実行され、電力が安定している場合には精度の高い第2の判定処理が実行される。その結果、上記の各発明によれば、送電コイルと受電コイルとの間に存在する異物の検知精度をなるべく高く維持しつつ、送電電力の変化による異物の誤検知を抑制することができる。 The interval at which the value indicating the power reception state of each of the two different foreign object detection coils is detected is shorter than the interval at which the value indicating the power reception state of the same foreign object detection coil is detected. Therefore, the first determination process is less susceptible to the change in the transmission power than the second determination process. On the other hand, the value indicating the power reception state of the foreign object detection coil slightly changes because, for example, the magnetic flux density of the transmitted power differs depending on the location of the foreign object detection coil. Therefore, the accuracy of foreign object detection is higher in the second determination process for comparing the power reception states of the same foreign object detection coils than in the first determination process. In each of the above inventions, the first determination process is performed when the power transmitted from the power transmission coil to the power reception coil is unstable, and the second determination process is performed when the power is stable. Is done. That is, when the power is unstable, the first determination process that is not easily affected by the change in the transmission power is executed, and when the power is stable, the second determination process with high accuracy is executed. . As a result, according to each of the above-described inventions, it is possible to suppress the foreign object detection due to the change in the transmitted power while maintaining the detection accuracy of the foreign object existing between the power transmission coil and the power receiving coil as high as possible.
この発明によれば、送電コイルと受電コイルとの間に存在する異物の検知精度をなるべく高く維持しつつ、送電電力の変化による異物の誤検知を抑制することができる送電装置、受電装置、及び非接触電力伝送システムを提供することができる。 According to the present invention, a power transmitting device, a power receiving device, and a power receiving device capable of suppressing erroneous detection of a foreign material due to a change in transmitted power while maintaining as high a detection accuracy of a foreign material existing between a power transmitting coil and a power receiving coil as possible. A contactless power transmission system can be provided.
以下、この発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。以下では、複数の実施の形態について説明するが、各実施の形態で説明された構成を適宜組み合わせることは出願当初から予定されている。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Hereinafter, a plurality of embodiments will be described. However, it is planned from the beginning of the application to appropriately combine the configurations described in the embodiments. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals and description thereof will not be repeated.
(実施の形態1)
<非接触電力伝送システムの構成>
図1は、この発明の実施の形態1に従う送電装置が適用される非接触電力伝送システムの概略構成図である。なお、図中、矢印Dは鉛直方向下方を示し、矢印Uは鉛直方向上方を示す。これらについては、図2,3,7,9においても共通する。
(Embodiment 1)
<Configuration of contactless power transmission system>
1 is a schematic configuration diagram of a contactless power transmission system to which a power transmission device according to
図1を参照して、非接触電力伝送システム1000は、車両100と送電装置300とを備える。車両100は、受電ユニット200を含み、受電ユニット200は、不図示の受電コイルを含む。受電ユニット200の受電コイルは、送電装置300から非接触で受電するように構成される。車両100においては、受電ユニット200により受電された電力が不図示の蓄電装置に供給される。車両100は、蓄電装置の電力により走行駆動力を生じ、走行することができる。
Referring to FIG. 1, non-contact
送電装置300は、交流電源330と、送電ユニット400と、制御装置485とを含む。交流電源330は、送電ユニット400に接続されており、送電ユニット400に交流電力を供給する。送電ユニット400は不図示の送電コイルを含み、送電コイルは、交流電源330から交流電力の供給を受けることにより磁界を形成し、形成された磁界を介して受電ユニット200の受電コイルへ非接触で送電する。なお、送電コイルにおける導線の巻き数は、送電コイルと受電コイルとの間の距離、並びにQ値(たとえばQ≧100)及び結合係数κが大きくなるように適宜設計される。制御装置485については、後ほど図4において説明する。
The
<送電ユニットの構成>
図2は、図1に示した送電ユニット400の分解斜視図である。図2を参照して、送電ユニット400は、送電コイル410と、筐体430と、異物検知器460と、送電コイル410に対して矢印D方向に配置される不図示の共振コンデンサとを含む。送電コイル410は、コア440と、コア440の周囲に巻回された導線450とを含む。一例として、コア440はフェライト製である。送電コイル410及び不図示の共振コンデンサは、筐体430内に収容される。筐体430は、シールド432と、蓋部材434とを含む。
<Configuration of power transmission unit>
FIG. 2 is an exploded perspective view of the
送電ユニット400と受電ユニット200(図1)との間に異物(存在すべきでない物)が存在すると、送電コイル410から受電ユニット200の受電コイルへの電力伝送時に、異物が発熱したり、電力伝送効率が低下したりする。異物検知器460は、送電ユニット400と受電ユニット200(図1)との間に異物が存在している場合に、そのような異物を検知する。異物としては、たとえば、飲料缶やお金等の金属片や、動物が想定される。
If there is a foreign object (an object that should not exist) between the
異物検知器460は、複数の第1コイル468と、複数の第2コイル478とを含む。複数の第1コイル468及び複数の第2コイル478は、送電コイル410の上方(矢印U方向)に設けられ、この実施の形態1では、蓋部材434の内面上に配設されている。複数の第2コイル478は、複数の第1コイル468に対応して設けられ、各第1コイル468及び各第2コイル478は、同一の大きさ及び形状を有する。各第2コイル478は、対応の第1コイル468に対向して配置され、対応の第1コイル468とともにコイルペアを構成する。そして、複数の第1コイル468(複数の第2コイル478)の数に相当する複数組のコイルペアが、蓋部材434の内面上に行列状に配設される。このような送電コイル410よりも外形の小さいコイルペアによって、受電ユニット200の受電状態の変化では検知できないような小さい異物も検知することができる。
なお、異物は、コイルペアを構成する第1コイル468と第2コイル478との間ではなく、コイルペアの上方に存在し得ることになるが、そのような場合でも、異物の存在によって第1コイル468と第2コイル478との間の結合係数が変化する。その結果、第2コイル478の受電状態が変化する。したがって、第2コイル478の受電状態に基づいて異物を検知することができる。なお、第2コイル478の受電状態とは、代表的には、第2コイル478に生じる誘導電圧であるが、第2コイル478に生じる誘導電流や誘導電力等であってもよい。
Note that the foreign matter may exist above the coil pair, not between the
図3は、第1コイル468と第2コイル478とにより構成されるコイルペアの斜視図である。図3を参照して、第1コイル468及び第2コイル478の各々は、矩形状の形状を有する。第2コイル478は、対応の第1コイル468と対向して配置される。
FIG. 3 is a perspective view of a coil pair constituted by the
第1コイル468に検知用の交流電圧が印加されると、第1コイル468は、検知用の磁界AR1を形成する。そうすると、第1コイル468に対向して配置された第2コイル478に、検知用磁界AR1によって誘導電圧が発生する。このとき、コイルペアの近傍に異物が存在すると、検知用磁界AR1が異物により影響を受けて第1コイル468と478との間の結合係数が変化し、第2コイル478の受電状態が変化する。
When a detection AC voltage is applied to the
図4は、図2に示した異物検知器460の電気的な構成を示した図である。図4を参照して、異物検知器460は、複数の第1コイル468及び複数の第2コイル478に加えて、発振器461と、パワーアンプ462と、共振コンデンサ463と、マルチプレクサ464,465と、複数の共通配線466,467とを含む。また、異物検知器460は、信号処理回路471と、共振コンデンサ472と、共振抵抗473と、マルチプレクサ474,475と、複数の共通配線476,477とをさらに含む。
FIG. 4 is a diagram showing an electrical configuration of
なお、説明上の便宜のため、複数の第1コイル468と複数の第2コイル478とは、離れて図示されているが、実際には、図2で説明したように、各第2コイル478は、対応の第1コイル468と対向して配置され、対応の第1コイル468とコイルペアを構成している。また、この実施の形態1では、一例としてコイルペアが16組設けられる構成が示されているが、コイルペアの数はこれに限定されるものではない。
For convenience of explanation, the plurality of
本実施の形態1に従う送電装置においては、マルチプレクサ464,465,474,475によって、複数の第1コイル468のうち検知用の交流電圧が印加される1つの第1コイル468と、その検知用交流電圧が印加される第1コイル468に対応する1つの第2コイル478とのペア(コイルペア)が順次切替えられる。以下、具体的に説明する。
In the power transmission device according to the first embodiment,
発振器461は、任意の周波数(たとえば13.56MHz)を有する信号を発生し、その信号はパワーアンプ462によって増幅される。パワーアンプ462から出力される異物検知用の交流電圧は、共振コンデンサ463を通じてマルチプレクサ464に入力される。マルチプレクサ464は、共振コンデンサ463、制御装置485及び4本の共通配線466に接続される。一方、マルチプレクサ465は、接地線、制御装置485及び4本の共通配線467に接続される。
The
各共通配線466は、4つの第1コイル468の一方の端子に接続される。各共通配線467は、4つの第1コイル468の他方の端子に接続される。マルチプレクサ464は、制御装置485からの切替指令に従って、4本のうちのいずれか1本の共通配線466に交流電圧を出力する。マルチプレクサ465は、制御装置485からの切替指令に従って、4本のうちのいずれか1本の共通配線467を接地線と導通させる。
Each
複数の第1コイル468は、4×4の行列状に配列される。マルチプレクサ464及びマルチプレクサ465によって、あるタイミングでは、16個の第1コイル468のいずれかにマルチプレクサ464からの交流電圧が印加される。どの第1コイル468に交流電圧が印加されるかについては、制御装置485からマルチプレクサ464,465に与えられる切替指令に従って決定される。そして、各第1コイル468は、検知用交流電圧を印加された際に、検知用磁界を形成する。
The plurality of
一方、複数の第2コイル478も、4×4の行列状に配列される。マルチプレクサ474は、共振コンデンサ472、制御装置485及び4本の共通配線476に接続される。マルチプレクサ475は、接地線、制御装置485及び4本の共通配線477に接続される。各共通配線476は、4つの第2コイル478の一方の端子に接続される。各共通配線477は、4つの第2コイル478の他方の端子に接続される。信号処理回路471は、共振コンデンサ472及び共振抵抗473に接続される。なお、共振抵抗473は、周波数のずれに対してロバストな電力伝送を実現するために設けられている。
On the other hand, the plurality of
16個の第1コイル468のいずれかに交流電圧が印加された際、その第1コイル468は検知用磁界を形成する。この第1コイル468に対向して配置された第2コイル478は、この第1コイル468が形成した検知用磁界により誘導電圧を発生する。この第2コイル478は、制御装置485からマルチプレクサ474,475に送出される切替指令に応じて予め特定される。
When an AC voltage is applied to any of the 16
検知用の交流電圧が印加された第1コイル468に対応する第2コイル478に生じた誘導電圧は、マルチプレクサ474、共振コンデンサ472及び共振抵抗473を介して信号処理回路471(たとえばAC/DC回路)に伝達される。信号処理回路471は、共振コンデンサ472から受ける電圧を、制御装置485が受信できるのに適した信号に変換して制御装置485へ出力する。
The induced voltage generated in the
第1コイル468及び第2コイル478の付近に異物が存在していた場合には、第1コイル468及び第2コイル478の周囲に形成される磁界がその異物に鎖交することによって、第2コイル478の受電状態が変化する。
When a foreign object exists in the vicinity of the
この実施の形態1における送電ユニット400は、異物検知のための判定処理として2種類の判定処理を実行することができる。具体的には、送電ユニット400は、第1の判定処理と第2の判定処理とを実行することができる。なお、この実施の形態1においては、各第2コイル478に生じる誘導電圧は順に検知され、全ての第2コイル478に生じる誘導電圧が検知されることを1サイクルとし、このサイクルが繰り返される。
The
第1の判定処理は、同一サイクル内において、2つの第2コイル478に生じる誘導電圧の差が第2の所定値以上である場合に異物が存在すると判定する判定処理である。たとえば、第1の判定処理においては、隣接する2つの第2コイル478に生じる誘導電圧の差が各第2コイル478に関して順次算出されることで実行される。
The first determination process is a determination process that determines that there is a foreign object when the difference between the induced voltages generated in the two
第2の判定処理は、第2コイル478に生じる誘導電圧と、1サイクル前の同一の第2コイル478に生じた誘導電圧との差が第1の所定値以上である場合に異物が存在すると判定する判定処理である。第2の判定処理は、各第2コイル478において、1サイクル前の誘導電圧との差が順次算出されることで実行される。
The second determination process is that a foreign object exists when the difference between the induced voltage generated in the
<異物検知における送電電力変化の影響の抑制>
以上のような構成の送電ユニット400によれば、複数の第2コイル478の各々における受電状態の時間的な変化を監視することにより異物の侵入を判定することができる(第2の判定処理)。しかしながら、常に第2コイル478の受電状態の時間的な変化を監視することにより異物の侵入を判定するとすれば、送電コイル410による送電電力の大きさが急激に変化した場合に、第2コイル478の受電状態が変化し、異物を誤検知する恐れがある。
<Suppression of influence of transmission power change in foreign object detection>
According to the
この実施の形態1に従う送電装置300において、制御装置485は、第1の判定処理と第2の判定処理とを使い分ける。第1の判定処理は、複数の第2コイル478のうち2つの第2コイル478の受電状態(誘導電圧)を示す値の差が第1の所定値以上である場合に、異物が存在すると判定する処理である。第2の判定処理は、複数の第2コイル478の何れかの受電状態を示す値の変化量が第2の所定値以上である場合に、異物が存在すると判定する処理である。そして、制御装置は、送電コイルによる送電電力の安定状態を判定するための条件が不安定を示す場合に第1の判定処理を実行し、上記条件が安定を示す場合に第2の判定処理を実行する。
In
異なる2つの第2コイル478の各々の受電状態を示す値を検知する間隔は、同一の第2コイル478の受電状態を示す値を検知する間隔よりも短い。したがって、第1の判定処理の方が第2の判定処理よりも送電電力の変化の影響を受けにくい。一方、第2コイル478の配置場所等により、たとえば、送電電力の磁束密度が異なるため、第2コイル478の受電状態を示す値は微妙に変化する。したがって、同一の第2コイル478の受電状態を比較する第2の判定処理の方が第1の判定処理よりも異物検知の精度が高い。この実施の形態1に従う送電装置300においては、送電電力が不安定である場合には第1の判定処理が実行され、送電電力が安定している場合には第2の判定処理が実行される。すなわち、送電電力が不安定である場合には送電電力の変化の影響を受けにくい判定処理が実行され、送電電力が安定している場合には精度の高い判定処理が実行される。その結果、この実施の形態1に従う送電装置300によれば、送電ユニット400と受電ユニット200との間に存在する異物の検知精度をなるべく高く維持しつつ、送電電力の変化による異物の誤検知を抑制することができる。
The interval at which the value indicating the power reception state of each of the two different
次に、制御装置485が、送電電力の変動幅が大きい場合には第1の判定処理を実行し、送電電力の変動幅が小さい場合には第2の判定処理を実行する理由についてより詳細に説明する。
Next, the
図5は、異物検知器460の各第1コイル468に交流電圧が印加される順序を説明するための図である。図5を参照して、この実施の形態1において、制御装置485は、マルチプレクサ464,465を制御することにより、第1コイル468(A)〜468(P)の順に交流電圧を印加する。そして、第1コイル468(P)に交流電圧が印加されると、制御装置485は、再び、第1コイル468(A)から順に交流電圧を印加するようにマルチプレクサ464,465を制御する。
FIG. 5 is a diagram for explaining the order in which an AC voltage is applied to each
このような制御がなされるので、この実施の形態1においては、同一の第2コイル478における受電電圧を比較するために、1サイクル経過するまで待つことになる。その結果、同一の第2コイル478における1サイクル後の受電電圧が検知されるまでに、送電電力が急激に上昇した場合に、1サイクル後の受電電圧も急激に上昇してしまい異物を誤検知してしまう事態が生じ得る。すなわち、同一の第2コイル478の受電電圧を比較する第2の判定処理は、送電電力の急激な変化の影響を受けやすいといえる。
Since such control is performed, in this
一方、たとえば、第2コイル478(A)の受電電圧と第2コイル478(B)の受電電圧とを比較するとすれば(第1の判定処理)、受電電圧の検知におけるタイムラグは、1サイクルに要する時間よりも短く、第2の判定処理よりも短いこととなる。したがって、第1の判定処理は、第2の判定処理と比較して、送電電力の急激な変化の影響を受けにくいといえる。ここで、第1の判定処理においては、必ずしも隣接する2つの第2コイル478の受電電圧が比較される必要はない。たとえば、マルチプレクサ474,475の各々からの配線長の和が同一となる2つの第2コイル478の受電電圧を比較するようにしてもよい。たとえば、第2コイル478(B)と第2コイル478(E)とを比較してもよいし、第2コイル478(H)と第2コイル478(N)とを比較するようにしてもよい。マルチプレクサ474,475の各々からの配線長の和が近い方が、共通配線476、477に起因する抵抗値も近くなり、同一の磁束を受けた場合に近い受電電圧が生じると考えられるからである。
On the other hand, for example, if the received voltage of the second coil 478 (A) and the received voltage of the second coil 478 (B) are compared (first determination process), the time lag in detecting the received voltage is one cycle. This is shorter than the time required and shorter than the second determination process. Therefore, it can be said that the first determination process is less affected by the rapid change in the transmission power than the second determination process. Here, in the first determination process, the received voltages of the two adjacent
ただし、第1の判定処理においては、第2の判定処理のように同一の第2コイル478の受電電圧を比較するわけではないので、第2の判定処理と比較して異物検知の精度は低下する。たとえば、比較対象の2つの第2コイル478の配置場所の違いによって、2つの第2コイル478が送電コイル410から受ける磁界の磁束密度の大きさがそれぞれ異なる。したがって、この磁束密度の差により2つの第2コイル478のそれぞれに生じる受電電圧に差が生じ得る。また、共通配線476,477に起因する抵抗値の差により2つの第2コイル478のそれぞれに生じる受電電圧に差が生じ得る。このような異物以外の原因により生じる受電電圧の差により異物が誤検知され得るので、第1の判定処理は、第2の判定処理と比較して異物検知の精度は低い。
However, in the first determination process, since the received voltage of the same
そこで、この実施の形態1に従う送電装置300において制御装置485は、送電電力の安定状態を判定するための条件が不安定を示す場合に第1の判定処理を実行し、上記条件が安定を示す場合に第2の判定処理を実行する。したがって、この実施の形態1に従う送電装置300によれば、送電ユニット400と受電ユニット200との間に存在する異物の検知精度をなるべく高く維持しつつ、送電電力の変化による異物の誤検知を抑制することができる。次に、この実施の形態1における異物検知処理の具体的手順について説明する。
Therefore, in
<異物検知処理>
図6は、この実施の形態1における異物検知処理の具体的手順を示すフローチャートである。図6を参照して、制御装置485は、送電コイル410による送電電力が安定しているか否かを判定する(ステップS100)。
<Foreign matter detection processing>
FIG. 6 is a flowchart showing a specific procedure of foreign object detection processing in the first embodiment. Referring to FIG. 6,
たとえば、送電開始から所定時間以内であるか否かを、送電電力の安定状態を判定するための条件としてもよい。この場合には、制御装置485は、送電装置300の送電開始時には送電電力が安定しないため送電電力が不安定であると判定し、所定時間の経過後には送電電力が安定するため送電電力が安定していると判定する。また、たとえば、送電電力の目標値を所定値以下に制限する機能を有効にしたか否かを上記条件としてもよい。この場合には、制御装置485は、該機能を有効とした場合には送電電力が急激に低下する恐れがあるため送電電力が不安定であると判定し、該機能が無効である場合には送電電力が急激に変化することがないと考えられるため送電電力が安定していると判定する。また、たとえば、送電電力の実効値の変動幅が所定値以上となったか否かを上記条件としてもよい。この場合には、制御装置485は、送電電力の実効値の変動幅を監視し、送電電力の実効値の変動幅が所定値以上となった場合に送電電力が不安定であると判定し、送電電力の変動幅が所定値未満である場合に送電電力が安定していると判定する。
For example, whether or not it is within a predetermined time from the start of power transmission may be a condition for determining the stable state of the transmitted power. In this case, the
送電電力が安定していると判定されると(ステップS100においてYES)、異物検知の精度を優先することができるので、制御装置485は、複数の第2コイル478の各々の受電電圧の変化量(時間的な微分値)に従って、送電ユニット400と受電ユニット200との間に異物が存在するか否かを判定する。具体的には、制御装置485は、受電電圧の変化量が第1の所定値以上である場合に、送電ユニット400と受電ユニット200との間に異物が存在すると判定する(ステップS110)。
If it is determined that the transmitted power is stable (YES in step S100), priority can be given to the accuracy of foreign object detection, and therefore the
送電電力が安定していないと判定されると(ステップS100においてNO)、送電電力変化の影響を抑制する必要があるので、制御装置485は、複数の第2コイル478のうち2つの第2コイル478の受電電圧の差(空間的な微分値)に従って、送電ユニット400と受電ユニット200との間に異物が存在するか否かを判定する。具体的には、制御装置485は、複数の第2コイル478のうち隣接する2つの第2コイル478の受電電圧を順次比較し、その差が第2の所定値以上である場合に、送電ユニット400と受電ユニット200との間に異物が存在すると判定する(ステップS120)。
If it is determined that the transmission power is not stable (NO in step S100), the
このように、この実施の形態1に従う送電装置300において制御装置485は、送電電力の安定状態を判定するための条件が不安定を示す場合に第1の判定処理を実行し、上記条件が安定を示す場合に第2の判定処理を実行する。したがって、この実施の形態1に従う送電装置300によれば、送電ユニット400と受電ユニット200との間に存在する異物の検知精度をなるべく高く維持しつつ、送電電力の変化による異物の誤検知を抑制することができる。
As described above, in
(実施の形態2)
実施の形態1においては、異物検知器460は、送電ユニット400側に設けられた。この実施の形態2においては、異物検知器は、受電ユニット側に設けられる。以下、この実施の形態2における受電ユニットの構成について説明する。
(Embodiment 2)
In the first embodiment,
<受電ユニットの構成>
図7は、この実施の形態2における受電ユニット200Aの分解斜視図である。図7を参照して、受電ユニット200Aは、受電コイル210と、筐体230と、異物検知器560と、受電コイル210に対して矢印U方向に配置される不図示の共振コンデンサとを含む。受電コイル210は、コア240と、コア240の周囲に巻回された導線250を含む。筐体230は、シールド232と、蓋部材234とを含む。
<Configuration of power receiving unit>
FIG. 7 is an exploded perspective view of
異物検知器560は、複数の第1コイル568と、複数の第2コイル578とを含む。複数の第1コイル568及び複数の第2コイル578は、受電コイル210の下方(矢印D方向)に設けられ、この実施の形態2では、蓋部材234の内面上に配設されている。
図8は、図7に示した異物検知器560の電気的な構成を示した図である。図8を参照して、異物検知器560〜制御装置585は、それぞれ、異物検知器460〜制御装置485(図4)に対応し、同等の機能を有する。
FIG. 8 is a diagram showing an electrical configuration of
すなわち、この実施の形態2において、第1の判定処理は、複数の第2コイル578のうち少なくとも2つの第2コイル578に生じる誘導電圧を示す値の差が第1の所定値以上である場合に、異物が存在と判定する処理である。第2の判定処理は、複数の第2コイル578の何れかに生じる誘導電圧を示す値の変化量が第2の所定値以上である場合に、異物が存在すると判定する処理である。そして、制御装置585は、受電電力の安定状態を判定するための条件が不安定を示す場合に第1の判定処理を実行し、上記条件が安定を示す場合に第2の判定処理を実行する。この実施の形態2に従う車両100によれば、送電ユニットと受電ユニット200Aとの間に存在する異物の検知精度をなるべく高く維持しつつ、送電電力の変化による異物の誤検知を抑制することができる。
That is, in the second embodiment, the first determination process is performed when the difference between the values indicating the induced voltages generated in at least two
(他の実施の形態)
以上のように、この発明の実施の形態として実施の形態1〜2を説明した。しかしながら、この発明は必ずしもこれらの実施の形態に限定されない。ここでは、他の実施の形態の一例について説明する。
(Other embodiments)
As described above, the first and second embodiments have been described as the embodiments of the present invention. However, the present invention is not necessarily limited to these embodiments. Here, an example of another embodiment will be described.
実施の形態1,2においては、第1コイル(468,568)及び第2コイル(478,578)として矩形状のコイルが用いられた。しかしながら、第1コイル及び第2コイルの形状は、必ずしもこのような例には限定されない。たとえば、第1コイル及び第2コイルは、八の字形状に構成されてもよい。図9は、送電ユニット側に異物検知器を設けた場合の、八の字形状の第1コイル及び第2コイルを示す図である。なお、この場合であっても異物検知器は、受電ユニット側に設けられてもよい。図9を参照して、第1コイル468aは、第1コイル468(図3)に対応し、第2コイル478aは、第2コイル478(図3)に対応する。
In the first and second embodiments, rectangular coils are used as the first coil (468, 568) and the second coil (478, 578). However, the shape of the first coil and the second coil is not necessarily limited to such an example. For example, the first coil and the second coil may be configured in an eight-letter shape. FIG. 9 is a diagram showing an eight-shaped first coil and a second coil when a foreign object detector is provided on the power transmission unit side. Even in this case, the foreign object detector may be provided on the power receiving unit side. Referring to FIG. 9,
第1コイル468aに検知用の交流電圧が印加されると、第1コイル468aは、検知用磁界AR2を形成する。そうすると、第1コイル468aに対向して配置された第2コイル478aに、検知用磁界AR2によって誘導電圧が発生する。ここで、送電ユニット400と受電ユニット200との間で電力伝送が行なわれている最中には、各コイルは、同一方向の磁束(矢印AR3)を受ける。この磁束AR3によって各コイルには誘導電圧が発生し得るところ、第1コイル468bに発生する誘導電圧は、第1コイル468cに発生する誘導電圧によってキャンセルされる。したがって、第1コイル468aにはトータルで誘導電圧は発生しない。第2コイル478aについても同様であり、第2コイル478aが磁束AR3を受けても、第2コイル478aにはトータルで誘導電圧は発生しない。よって、このようなコイル形状とすることにより、送電ユニット400から受電ユニット200への電力伝送時に送電コイル410により形成される磁界の異物検知器への影響を抑制することができる。
When a detection AC voltage is applied to the
また、実施の形態1,2においては、異物を検知するために第1コイルと第2コイルとを用いることとした。しかしながら、異物を検知するための構成は、必ずしもこのような構成に限定されない。たとえば、第1コイル(468,568)を用いず、第2コイル(478,578)のみを用いるような構成であってもよい。この場合には、送電電力に起因して生じる、複数の第2コイルの受電電圧を基に第1の判定処理と第2の判定処理とを実行する。これにより、送電電力の変化による影響を抑制した異物検知を少ない部材で実現することができる。 In the first and second embodiments, the first coil and the second coil are used to detect the foreign matter. However, the configuration for detecting a foreign object is not necessarily limited to such a configuration. For example, a configuration in which only the second coil (478, 578) is used without using the first coil (468, 568) may be used. In this case, the first determination process and the second determination process are executed based on the received voltages of the plurality of second coils that are caused by the transmitted power. Thereby, the foreign material detection which suppressed the influence by the change of transmitted power is realizable with few members.
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
100 車両、200,200A 受電ユニット、210 受電コイル、230,430 筐体、232,432 シールド、234,434 蓋部材、240,440 コア、250,450 導線、300 送電装置、330 交流電源、400 送電ユニット、410 送電コイル、460 異物検知器、461 発振器、462 パワーアンプ、463,472 共振コンデンサ、464,465,474,475 マルチプレクサ、466,467,476,477 共通配線、468,468A〜468P 第1コイル、471 信号処理回路、473 共振抵抗、478,478A〜478P 第2コイル、485 制御装置、1000 非接触電力伝送システム。 100 Vehicle, 200, 200A Power receiving unit, 210 Power receiving coil, 230, 430 Housing, 232, 432 Shield, 234, 434 Lid member, 240, 440 Core, 250, 450 Conductor, 300 Power transmission device, 330 AC power source, 400 Power transmission Unit, 410 Power transmission coil, 460 Foreign object detector, 461 Oscillator, 462 Power amplifier, 463,472 Resonant capacitor, 464, 465, 474, 475 Multiplexer, 466, 467, 476, 477 Common wiring, 468, 468A to 468P First Coil, 471 signal processing circuit, 473 resonance resistance, 478, 478A to 478P second coil, 485 controller, 1000 non-contact power transmission system.
Claims (3)
前記送電コイルの上方に位置する前記受電コイルに前記送電コイルが送電するものとして、前記送電コイルの上方において、前記送電コイルの上面に沿って配設される複数の異物検知用コイルと、
第1の判定処理と第2の判定処理とを実行する制御装置とを備え、
前記第1の判定処理は、前記複数の異物検知用コイルのうち2つの異物検知用コイルにそれぞれ生じる第1及び第2の誘導電圧の差が第1の所定値以上である場合に、異物が存在すると判定する処理であり、
前記第2の判定処理は、前記複数の異物検知用コイルの何れかに生じる誘導電圧を示す値の変化量が第2の所定値以上である場合に、異物が存在すると判定する処理であり、
前記制御装置は、前記送電コイルから前記受電コイルに伝送される電力の安定状態を判定するための条件が不安定を示す場合に前記第1の判定処理を実行し、前記条件が安定を示す場合に前記第2の判定処理を実行する、送電装置。 A power transmission coil configured to contactlessly transmit power to a power reception coil of a power reception device;
As the power transmission coil to transmit power to the power reception coil located above the power transmission coil, a plurality of foreign matter detection coils disposed along the upper surface of the power transmission coil above the power transmission coil,
A control device that executes the first determination process and the second determination process;
In the first determination process, when a difference between the first and second induced voltages generated in two of the plurality of foreign matter detection coils is greater than or equal to a first predetermined value, the foreign matter is detected. It is a process to determine that it exists,
The second determination process is a process of determining that a foreign substance is present when a change amount of a value indicating an induced voltage generated in any of the plurality of foreign object detection coils is equal to or greater than a second predetermined value.
The control device executes the first determination process when a condition for determining a stable state of power transmitted from the power transmission coil to the power reception coil indicates instability, and when the condition indicates stability A power transmission device that executes the second determination process.
前記受電コイルの下方に位置する前記送電コイルから前記受電コイルが受電するものとして、前記受電コイルの下方において、前記受電コイルの下面に沿って配設される複数の異物検知用コイルと、
第1の判定処理と第2の判定処理とを実行する制御装置とを備え、
前記第1の判定処理は、前記複数の異物検知用コイルのうち2つの異物検知用コイルにそれぞれ生じる第1及び第2の誘導電圧の差が第1の所定値以上である場合に、異物が存在すると判定する処理であり、
前記第2の判定処理は、前記複数の異物検知用コイルの何れかに生じる誘導電圧を示す値の変化量が第2の所定値以上である場合に、異物が存在すると判定する処理であり、
前記制御装置は、前記送電コイルから前記受電コイルに伝送される電力の安定状態を判定するための条件が不安定を示す場合に前記第1の判定処理を実行し、前記条件が安定を示す場合に前記第2の判定処理を実行する、受電装置。 A power receiving coil configured to receive power from the power transmitting coil of the power transmitting device in a contactless manner;
As the power receiving coil that receives power from the power transmitting coil located below the power receiving coil, a plurality of foreign matter detecting coils disposed along the lower surface of the power receiving coil below the power receiving coil;
A control device that executes the first determination process and the second determination process;
In the first determination process, when a difference between the first and second induced voltages generated in two of the plurality of foreign matter detection coils is greater than or equal to a first predetermined value, the foreign matter is detected. It is a process to determine that it exists,
The second determination process is a process of determining that a foreign substance is present when a change amount of a value indicating an induced voltage generated in any of the plurality of foreign object detection coils is equal to or greater than a second predetermined value.
The control device executes the first determination process when a condition for determining a stable state of power transmitted from the power transmission coil to the power reception coil indicates instability, and when the condition indicates stability A power receiving apparatus that executes the second determination process.
前記送電装置から非接触で受電するように構成された受電コイルと、
前記受電コイルに非接触で送電するように構成された送電コイルと、
前記送電コイルの上方に位置する前記受電コイルに前記送電コイルが送電するものとして、前記送電コイルの上方において前記送電コイルの上面に沿って、又は前記受電コイルの下方において前記受電コイルの下面に沿って配設される複数の異物検知用コイルと、
第1の判定処理と第2の判定処理とを実行する制御装置とを備え、
前記第1の判定処理は、前記複数の異物検知用コイルのうち2つの異物検知用コイルにそれぞれ生じる第1及び第2の誘導電圧の差が第1の所定値以上である場合に、異物が存在すると判定する処理であり、
前記第2の判定処理は、前記複数の異物検知用コイルの何れかに生じる誘導電圧を示す値の変化量が第2の所定値以上である場合に、異物が存在すると判定する処理であり、
前記制御装置は、前記送電コイルから前記受電コイルに伝送される電力の安定状態を判定するための条件が不安定を示す場合に前記第1の判定処理を実行し、前記条件が安定を示す場合に前記第2の判定処理を実行する、非接触電力伝送システム。 A non-contact power transmission system including a power transmission device and a power reception device,
A power receiving coil configured to receive power from the power transmitting device in a contactless manner;
A power transmission coil configured to contactlessly transmit power to the power reception coil;
The power transmission coil transmits power to the power reception coil located above the power transmission coil, along the upper surface of the power transmission coil above the power transmission coil, or along the lower surface of the power reception coil below the power reception coil. A plurality of foreign object detection coils arranged,
A control device that executes the first determination process and the second determination process;
In the first determination process, when a difference between the first and second induced voltages generated in two of the plurality of foreign matter detection coils is greater than or equal to a first predetermined value, the foreign matter is detected. It is a process to determine that it exists,
The second determination process is a process of determining that a foreign substance is present when a change amount of a value indicating an induced voltage generated in any of the plurality of foreign object detection coils is equal to or greater than a second predetermined value.
The control device executes the first determination process when a condition for determining a stable state of power transmitted from the power transmission coil to the power reception coil indicates instability, and when the condition indicates stability A non-contact power transmission system that executes the second determination process.
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