JP2017135771A - 異物検知装置 - Google Patents

Abstract

【課題】非接触で電力伝送を行なう送電部と受電部との間に侵入した異物を検知するための異物検知装置において、異物の誤検知を防止する。【解決手段】異物検知装置１３０は、被検知物０を魚眼レンズを通して撮影するカメラ１３１と、カメラ１３１と被検知物９との間の距離を測定する距離センサ１３２とを含む。検知部１３３は、送電部１２０の外周と受電部２１０の外周とを仮想的に結ぶ仮想面と、送電部１２０と、受電部２１０とにより囲まれた３次元の仮想領域Ｓ１を規定する。検知部１３３は、カメラ１３１により被検知物９が撮影された場合に、被検知物９が仮想領域１３１の内部にあるか外部にあるかを距離センサ１３２を用いて判定し、被検知物９が仮想領域Ｓ１の内部にあると判定したときには、被検知物９を異物として検知する一方で、被検知物９が仮想領域Ｓ１の外部にあると判定したときには、被検知物９を異物として検知しない。【選択図】図４

Description

本発明は、非接触で電力伝送を行なう送電部と受電部との間に侵入した異物を検知するための異物検知装置に関する。

近年、路面に埋設された送電装置の送電部（送電コイル）から、電気自動車等の電動車両に搭載された受電装置の受電部（受電コイル）へと非接触で電力を伝送する非接触電力伝送システムの開発が進められている。たとえば特開２０１３−１５４８１５号公報（特許文献１）、特開２０１３−１４６１５４号公報（特許文献２）、特開２０１３−１４６１４８号公報（特許文献３）、特開２０１３−１１０８２２号公報（特許文献４）、および特開２０１３−１２６３２７号公報（特許文献５）は非接触電力伝送技術を開示する。

非接触電力伝送においては、送電部と受電部との間に侵入した異物（金属片や小動物など存在してはならないもの）を検知し、異物が検知されていない場合に電力伝送を行なうことが望ましい。たとえば特開２０１３−１９２４１１号公報（特許文献６）は、送電部と受電部との間をカメラで撮影することによって異物検知を行なう技術を開示する。

特開２０１３−１５４８１５号公報 特開２０１３−１４６１５４号公報 特開２０１３−１４６１４８号公報 特開２０１３−１１０８２２号公報 特開２０１３−１２６３２７号公報 特開２０１３−１９２４１１号公報

異物検知用カメラとして、被検知物を魚眼レンズを通して撮影するカメラが用いられる場合がある。一般に、魚眼レンズを用いることで撮影可能な領域が広くなる（広角になる）ので、１台のカメラで広範囲の異物を検知することが可能になる。その一方で、広角である分、送電部と受電部との間以外の領域も撮影されることになる。その結果、送電部と受電部との間の領域以外の領域に被検知物が存在する場合であっても、異物として誤検知されてしまう可能性がある。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、非接触で電力伝送を行なう送電部と受電部との間に侵入した異物を検知するための異物検知装置において、異物の誤検知を防止するための技術を提供することである。

本発明のある局面に従う異物検知装置は、非接触で電力伝送を行なう送電部と受電部との間に侵入した異物を検知する。異物検知装置は、被検知物を魚眼レンズを通して撮影するカメラと、カメラと被検知物との間の距離を測定する距離センサと、カメラおよび距離センサにより取得された情報から異物を検知する検知部とを含む。検知部は、送電部の外周と受電部の外周とを仮想的に結ぶ仮想面と、送電部と、受電部とにより囲まれた３次元の仮想領域を規定する。検知部は、被検知物が仮想領域の内部にあるか外部にあるかを距離センサを用いて判定し、被検知物が仮想領域の内部に存在すると判定したときには、被検知物を異物として検知する一方で、被検知物が仮想領域の外部に存在すると判定したときには、被検知物を異物として検知しない。

上記構成によれば、被検知物が仮想領域の内部にあるか外部にあるかが距離センサを用いて判定される。これにより、仮想領域の外部に存在する被検知物（すなわち送電部と受電部との間に存在しない被検知物）について、異物であると誤検知することを防止できる。

本実施の形態に係る異物検知装置を搭載した非接触電力伝送システムの構成を概略的に示す図である。 図１に示した異物検知装置の構成をより詳細に示す図である。 比較例における異物検知処理を説明するための模式図である。 本実施の形態における異物検知処理を説明するための模式図である。 本実施の形態に係る異物検知装置における異物検知処理を説明するためのフローチャートである。

以下、本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。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。

＜システム構成＞
図１は、本実施の形態に係る異物検知装置を搭載した非接触電力伝送システムの構成を概略的に示す図である。本実施の形態では説明を容易にするため、路面に平行な水平方向をｘｙ平面方向と図示し、鉛直方向をｚ方向下方と図示する。しかし、これらの方向は特に限定されるものではなく、非接触電力伝送システムは斜面上に設置されてもよい。

非接触電力伝送システム１は、送電装置１０と、受電装置２０とを備える。送電装置１０は、路面（地中）に埋設され、系統電源３０から供給された電力を受電装置２０に送電する。受電装置２０は、電動車両４０に搭載され、送電装置１０から送電された電力を受ける。この電力は、電動車両４０に搭載された図示しないバッテリに蓄えられる。

送電装置１０は、送電電力生成部１１０と、送電部１２０と、異物検知装置１３０と、制御装置１４０とを含む。受電装置２０は受電部２１０を含む。

送電電力生成部１１０は、送電装置１０から受電装置２０に送電するための電力を生成する。より具体的には、送電電力生成部１１０は、いずれも図示しないが、ＰＦＣ回路と、インバータと、フィルタ回路とを含む。ＰＦＣ回路は、系統電源３０からの交流電力を整流および昇圧してインバータへ供給するとともに、入力電流を正弦波に近づけることで力率を改善する。インバータは、ＰＦＣ回路から受けた直流電力を、所定の伝送周波数を有する送電電力（交流電力）に変換する。インバータによって変換された送電電力は、フィルタ回路を通じて送電部１２０へ供給される。

送電部１２０は、送電コイル１２２およびキャパシタ（図示せず）を含んで構成される。同様に、受電装置２０の受電部２１０も、受電コイル２１２およびキャパシタ（図示せず）を含んで構成される。送電部１２０および受電部２１０の各々は、上記伝送周波数において共振するように設計されている。送電装置１０において、送電部１２０に送電電力が供給されると、送電コイル１２２と受電コイル２１２との間に形成される電磁界を通じて、送電部１２０から受電部２１０へエネルギー（電力）が移動する。なお、送電部１２０および受電部２１０の共振強度を示すＱ値は、１００以上であることが好ましい。

異物検知装置１３０は、送電部１２０と受電部２１０との間に侵入した異物を検知する。異物検知装置１３０の構成の詳細については後述する。

制御装置１４０は、送電装置１０における各機器を制御する。一例として、制御装置１４０は、送電装置１０から受電装置２０への電力伝送の実行時に、送電電力生成部１１０のインバータ（図示せず）が所望の送電電力を生成するようにインバータのスイッチング制御を行なう。また、制御装置１４０は、異物検知装置１３０による検知結果に基づいて、送電電力生成部１１０の作動／停止を制御する。この異物検知処理の詳細については後述する。

電動車両４０の充電ＥＣＵ（Electronic Control Unit）４２は、受電装置２０を制御する。

図２は、異物検知装置１３０の構成をより詳細に示す図である。異物検知装置１３０は、カメラ１３１と、距離センサ１３２と、検知部１３３とを含む。カメラ１３１および距離センサ１３２は、路面に設けられた凹部１３４内に設置される。なお、カメラ１３１および距離センサ１３２を路面干渉から保護するために、凹部１３４には無色透明の強化プラスチック板１３５が設けられている。

カメラ１３１は、送電部１２０と受電部２１０との間を撮影する。より具体的には、カメラ１３１は、いずれも図示しないが、魚眼レンズと、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサまたはＣＣＤ（Charge-Coupled Device）イメージセンサ等の撮像素子とを含んで構成される。カメラ１３１により撮影された画像情報は、検知部１３３へと出力される。

距離センサ１３２は、カメラ１３１から被検知物９までの距離を検知する。より具体的には、距離センサ１３２は、たとえば、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）等の発光素子と、ＣＭＯＳイメージセンサまたはＣＣＤイメージセンサ等の撮像素子とを含む。発光素子から発せられたパルス光の被検知物９による反射光が撮像素子で検知される。この検知手法は、ＴＯＦ（Time Of Flight）方式と称される公知の手法であるため詳細な説明は繰り返さないが、光の速度は既知であるので、発光時と受光時との時間差（あるいは光の位相差）に基づいて被検知物９までの距離を算出することが可能である。距離センサ１３２により検知された距離情報は、検知部１３３へと出力される。

検知部１３３は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、メモリ、入出力バッファ等（いずれも図示せず）を含んで構成される。検知部１３３は、カメラ１３１および距離センサ１３２を制御するとともに、カメラ１３１および距離センサ１３２からの情報に基づいて、送電部１２０と受電部２１０との間に異物としての被検知物９が存在するか否かを判定する。検知部１３３による各種制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア（電子回路）で処理することも可能である。

以下、本実施の形態における異物検知処理の理解が容易になるように、まず、比較例における異物検知処理について説明する。比較例に係る異物検知装置においては距離センサ１３２が設けられていないものとする。

＜比較例における異物検知処理＞
図３は、比較例における異物検知処理を説明するための模式図である。図３（Ａ）および後述する図４（Ａ）は、非接触充電システムを水平方向（ｘｙ平面方向）に沿って見た図を示す。図３（Ｂ）および後述する図４（Ｂ）は、非接触充電システムを鉛直方向下方（ｚ方向下方）に見た図を示す。

図３（Ａ）および図３（Ｂ）に示すように、被検知物９（図２参照）の少なくとも一部が送電部１２０と受電部２１０との間の領域（Ｓ１で示す）の内部に存在する場合には、被検知物９が異物として検知される。異物が検知されると、その旨が検知部１３３から制御装置１４０へと通知される。その結果、送電部１２０から受電部２１０への電力伝送が禁止される。

上述のように、カメラ１３１には魚眼レンズが用いられる。一般に、魚眼レンズを用いることで撮影可能な領域が広くなる（広角になる）ので、１台のカメラで広範囲の異物を検知することが可能になる。その一方で、広角である分、送電部１２０と受電部２１０との間の領域Ｓ１以外の領域（Ｓ２で示す）も撮影されることになる。そのため、比較例では、被検知物９が領域Ｓ２に存在する場合であっても異物として検知され得る。その結果、本来は必要ないにもかかわらず電力伝送が禁止される可能性がある。

そこで、本実施の形態において、検知部１３３は、送電部１２０の外周と受電部２１０の外周とを仮想的に結ぶ仮想面と、送電部１２０と、受電部２１０とにより囲まれた３次元の仮想領域Ｓ１を規定する。そして、検知部１３３は、被検知物９が仮想領域Ｓ１の内部にあるか外部にあるかを距離センサ１３２を用いて判定する。

＜本実施の形態における異物検知処理＞
図４は、本実施の形態における異物検知処理を説明するための模式図である。検知部１３３は、たとえばカメラ１３１により被検知物９が撮影されると、距離センサ１３２を用いてカメラ１３１から被検知物９までの距離を検知することにより、被検知物９が仮想領域Ｓ１の内部にあるか外部にあるかを判定する。被検知物９の少なくとも一部が仮想領域Ｓ１の内部に存在すると判定すると、検知部１３３は、被検知物９を異物として検知する。

一方、被検知物９全体が仮想領域Ｓ１の外部にある存在すると判定したときには、すなわち被検知物９全体が領域Ｓ２に存在すると判定したときには、検知部１３３は、被検知物９を異物として検知しない。これにより、送電部１２０と受電部２１０との間に存在しない被検知物９について、異物であると誤検知することを防止できる。

なお、図３および図４において領域Ｓ２の外縁ｆが記載されている理由は、被検知物９がカメラ１３１から遠くなるに従って被検知物９が撮像されるサイズが小さくなるので、被検知物９を検知可能な距離には上限が存在するためである。

図５は、本実施の形態に係る異物検知装置１３０における異物検知処理を説明するためのフローチャートである。このフローチャートは、所定の周期毎または所定の条件が成立する度にメインルーチンから呼び出されて実行される。このフローチャートに含まれる各ステップ（Ｓと略す）は、基本的には異物検知装置１３０の検知部１３３によるソフトウェア処理によって実現されるが、その一部または全部が検知部１３３内に作製されたハードウェア（電子回路）によって実現されてもよい。

Ｓ１０において、検知部１３３は、カメラ１３１により撮影された画像情報を取得する。

Ｓ２０において、検知部１３３は、カメラ１３１により受電部２１０が撮影されているか否かを判定する。受電部２１０が撮影されている場合（Ｓ２０においてＹＥＳ）、検知部１３３は、処理をＳ３０に進め、送電部１２０の外周と受電部２１０の外周とを結ぶ仮想面と、送電部１２０と、受電部２１０とにより囲まれた仮想領域Ｓ１（図４参照）を規定する。

より詳細に説明すると、カメラ１３１と送電部１２０との相対的な位置関係は予め定められているので、検知部１３３にとって、送電部１２０の外周の位置は既知である。一方、受電部２１０の外周の位置は、カメラ１３１による画像情報から取得される。よって、検知部１３３は、送電部１２０の外周と受電部２１０の外周とを結ぶことにより、上記仮想面を規定することが可能である。一例として、図４（Ｂ）に示すように送電部１２０および受電部２１０がいずれも直方体の場合には、送電部１２０の外周を形成する長方形と、受電部２１０の外周を形成する長方形とを結ぶことによって、四角柱の仮想領域Ｓ１が規定されることになる。

なお、受電部２１０が撮影されていない場合（Ｓ２０においてＮＯ）には、検知部１３３は、仮想領域Ｓ１を規定できないとして処理をメインルーチンへと戻す。

Ｓ４０において、検知部１３３は、カメラ１３１により被検知物９が撮影されているか否かを判定する。被検知物９が撮影されていない場合（Ｓ４０においてＮＯ）には、検知部１３３は、処理をメインルーチンへと戻す。なお、Ｓ４０の処理は、距離センサ１３２を用いて行なってもよい。

被検知物９が撮影されている場合（Ｓ４０においてＹＥＳ）、検知部１３３は、距離センサ１３２よりカメラ１３１と被検知物９との間の距離を取得する（Ｓ５０）。そして、検知部１３３は、Ｓ５０にて取得された距離情報と、Ｓ３０にて規定された仮想領域Ｓ１とに基づいて、被検知物９の少なくとも一部が仮想領域Ｓ１の内部に存在するか外部に存在するかを判定する（Ｓ６０）。なお、Ｓ４０，５０の処理を実施するタイミングはこれに限定されず、たとえばＳ１０の直後に行なってもよい。

被検知物９の少なくとも一部が仮想領域Ｓ１の内部に存在する場合（Ｓ６０においてＹＥＳ）、検知部１３３は、被検知物９を異物として検知し、その検知結果を制御装置１４０に出力する（Ｓ７０）。制御装置１４０は、検知部１３３から異物が検知された旨の検知結果を受けると、送電装置１０から受電装置２０への電力伝送を禁止する（電力伝送中であれば電力伝送を停止する）。

これに対し、被検知物９全体が仮想領域Ｓ１の外部に存在する場合（Ｓ６０においてＮＯ）、検知部１３３は、被検知物９を異物として検知しない（Ｓ８０）。そのため、制御装置１４０は、異物検知装置１３０から異物が検知された旨の検知結果を受けることはないので、電力伝送を許可する（電力伝送中であれば電力伝送を継続する）。

以上のように、本実施の形態によれば、被検知物９が仮想領域Ｓ１の内部にあるか外部にあるかが距離センサ１３２を用いて判定される。これにより、仮想領域Ｓ１の外部に存在する被検知物９（すなわち送電部１２０と受電部２１０との間に存在しない被検知物９）について、異物であると誤検知することを防止できる。

なお、本実施の形態では異物検知装置１３０が送電装置１０内に設けられる構成を例に説明したが、異物検知装置１３０は電動車両４０に搭載されてもよい。この場合の異物検知処理は上記した処理と基本的に同等であるため、説明は繰り返さない。

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、上記した実施の形態の説明ではなくて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。

１ 非接触電力伝送システム、１０ 送電装置、２０ 受電装置、３０ 系統電源、４０ 電動車両、４２ 充電ＥＣＵ、１１０ 送電電力生成部、１２０ 送電部、１２２ 送電コイル、１３０ 異物検知装置、１３１ カメラ、１３２ 距離センサ、１３３ 検知部、１３４ 凹部、１３５ プラスチック板、１４０ 制御装置、２１０ 受電部、２１２ 受電コイル、９ 被検知物。

Claims (1)

1. 非接触で電力伝送を行なう送電部と受電部との間に侵入した異物を検知するための異物検知装置であって、
   被検知物を魚眼レンズを通して撮影するカメラと、
   前記カメラと前記被検知物との間の距離を測定する距離センサと、
   前記カメラおよび前記距離センサにより取得された情報から前記異物を検知する検知部とを含み、
   前記検知部は、
   前記送電部の外周と前記受電部の外周とを仮想的に結ぶ仮想面と、前記送電部と、前記受電部とにより囲まれた３次元の仮想領域を規定し、
   前記被検知物が前記仮想領域の内部にあるか外部にあるかを前記距離センサを用いて判定し、前記被検知物が前記仮想領域の内部に存在すると判定したときには、前記被検知物を前記異物として検知する一方で、前記被検知物が前記仮想領域の外部に存在すると判定したときには、前記被検知物を前記異物として検知しない、異物検知装置。

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