JP2018007296A - 受電装置、輸送機器及び検知方法 - Google Patents

Abstract

【課題】二次コイルの冷却と筐体の破損の検知を簡易な構成で実現可能な受電装置を提供すること。
【解決手段】受電装置は、一次コイルを有する送電装置に対向した状態で送電装置から非接触で電力を受電する二次コイルと、二次コイルとの間に空間を形成するように二次コイルを収容する筐体と、空間に充填される流体と、空間内に配置され、流体の液面高さの変化を検出するセンサと、センサによって検出された液面高さの変化に基づき、筐体の破損を検知する検知部とを備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、非接触電力伝送技術を利用する受電装置、輸送機器及び検知方法に関する。

電動機によって駆動されるハイブリッド自動車や電気自動車等の車両に搭載されたバッテリを充電する技術として、充電時の利便性を考慮した非接触電力伝送技術が注目されている。特許文献１には、非接触電力伝送技術を利用する受電装置を備えた車両が記載されている。この受電装置は、コイル及びコアユニットを樹脂部材で封止する構造を有し、コイル及びコアユニットから発せられる熱は樹脂部材を通じて外部に放熱させることができる。

特開２０１５−６５７２０号公報

上記説明した特許文献１の受電装置は、車両本体の底面であるフロアパネルにボルト等を用いて固定されているため、コイル及びコアユニットを封止する樹脂部材が外部からの衝撃を受けて破損する可能性がある。樹脂部材の破損は、放熱性能の低下やインピーダンス変化に伴う受電効率の低下といった問題が生じる可能性があり好ましくない。しかし、特許文献１の受電装置においては、樹脂部材の破損等を検知するための手段の開示や示唆が無い。

本発明の目的は、二次コイルの冷却と筐体の破損の検知を簡易な構成で実現可能な受電装置、輸送機器及び検知方法を提供することである。

上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、
一次コイルを有する送電装置（例えば、後述の実施形態での送電装置Ｔ）に対向した状態で前記送電装置から非接触で電力を受電する二次コイル（例えば、後述の実施形態での二次コイル３１）と、
前記二次コイルとの間に空間（例えば、後述の実施形態での空間Ｓ）を形成するように前記二次コイルを収容する筐体（例えば、後述の実施形態での筐体３２）と、
前記空間に充填される流体（例えば、後述の実施形態での絶縁性流体Ｆ）と、
前記空間内に配置され、前記流体の液面高さの変化を検出するセンサ（例えば、後述の実施形態でのセンサ３３）と、
前記センサによって検出された前記液面高さの変化に基づき、前記筐体の破損を検知する検知部（例えば、後述の実施形態での検知部３４）と、
を備える、受電装置である。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、
前記筐体は、前記二次コイルを支持する支持部（例えば、後述の実施形態でのベースプレート３２ａ）を含み、
前記支持部は、前記二次コイルよりも高い熱伝導率を有する。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、
前記筐体は、前記二次コイルを支持する支持部（例えば、後述の実施形態でのベースプレート３２ａ）を含み、
前記支持部は、前記流体よりも熱伝導率が高い。

請求項４に記載の発明では、請求項２又は３に記載の発明において、
前記支持部は、前記空間内の鉛直方向上端で前記センサを支持する。

請求項５に記載の発明は、請求項１から４のいずれか１項に記載の発明において、
前記センサは、前記空間の複数の箇所における前記流体の液面高さの変化を検出し、
前記検知部は、前記複数の箇所における前記液面高さがどれも同一方向に変化した場合に、前記筐体の破損を検知する。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、
前記検知部は、前記複数の箇所における前記液面高さがどれも下降した場合に、前記筐体の破損を検知する。

請求項７に記載の発明は、請求項１から６のいずれか１項に記載の発明において、
前記検知部が前記筐体の破損を検知した場合に、前記二次コイルに対する送電の停止指令を前記送電装置に送信する送信部を備える。

請求項８に記載の発明は、請求項１から７のいずれか１項に記載の受電装置を有する、輸送機器である。

請求項９に記載の発明は、
一次コイルを有する送電装置（例えば、後述の実施形態での送電装置Ｔ）に対向した状態で前記送電装置から非接触で電力を受電する二次コイル（例えば、後述の実施形態での二次コイル３１）と、
前記二次コイルとの間に空間（例えば、後述の実施形態での空間Ｓ）を形成するように前記二次コイルを収容する筐体（例えば、後述の実施形態での筐体３２）と、
前記空間に充填される流体（例えば、後述の実施形態での絶縁性流体Ｆ）と、を備えた受電装置が行う検知方法であって、
前記流体の液面高さの変化を検出し、
前記検知された液面高さの変化に基づき、前記筐体の破損を検知する、検知方法である。

請求項１、請求項８及び請求項９の発明では、二次コイルが収容された筐体内の空間に流体が充填されているため、当該流体が対流することによって二次コイルを冷却できる。筐体が破損すると、破損箇所から流体が漏れ出たり、破損箇所から空間内に気泡が混入して、流体の液面高さが変化する。請求項１、請求項８及び請求項９の発明は、当該流体の液面高さの変化を検出するセンサによって、同流体の液面高さの変化から筐体の破損を検知できる。このように、請求項１、請求項８及び請求項９の発明によれば、二次コイルの冷却と筐体の破損の検知を、簡易な構成によって低コストで実現できる。

請求項２の発明によれば、二次コイルの熱を、支持部を介して外部に放熱できる。

請求項３の発明によれば、二次コイルから流体に伝達した熱を、支持部を介して外部に放熱できる。

請求項４の発明によれば、センサは空間の鉛直方向上端に配置されているため、空間に充填された流体の初期の液面降下を検知できる。したがって、筐体の破損を早期に検知できる。換言すれば、筐体の破損検知の精度を向上できる。

受電装置が水平方向に対して傾いて複数のセンサの鉛直方向高さが異なる状態になると、各センサが検出する流体の液面高さは異なる。この状態で検出され得る少なくとも１つのセンサによる液面高さの変化に基づき筐体の破損を検知すると、筐体の破損を誤検知してしまう。しかし、請求項５の発明によれば、複数の箇所のセンサが検出する液面高さがどれも同一方向に変化した場合に筐体の破損を検知するため、受電装置が水平方向に対して傾いた状態での誤検知を防止できる。したがって、受電装置における筐体の破損検知の精度を向上できる。

請求項６の発明によれば、全てのセンサが液面降下を検出した場合に筐体の破損を検知するため、受電装置における筐体の破損検知の精度をより一層向上できる。

請求項７の発明によれば、筐体の破損を検知すると二次コイルへの送電が停止されるため、安全性を向上できる。

本発明の一実施形態に係る受電装置を備えた電源装置を搭載した車両の概略側面図である。 本発明の一実施形態に係る受電装置を側方から見た断面図である。 樹脂カバーが破損して液面高さが下降した状態の受電装置を側方から見た断面図である。 樹脂カバーにクラックが生じて液面高さが上昇した状態の受電装置を側方から見た断面図である。 車両が勾配のある路面にある状態の、樹脂カバーが破損していない受電装置を側方から見た断面図である。 車両が平らな路面にある状態の、樹脂カバーが破損した受電装置を側方から見た断面図である。 受電装置における熱伝導経路を示す概略図である。 センサが鉛直方向下方に位置する形態の受電装置の樹脂カバーが破損して液面高さが下降した状態を示す図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとし、以下の説明において、前後、左右、上下は、運転者から見た方向に従い、図面に車両の前方をＦｒ、後方をＲｒ、左側をＬ、右側をＲ、上方をＵ、下方をＤ、として示す。

図１に示すように、電源装置１０は、複数のバッテリモジュール２１を収容するバッテリユニット２０と、送電装置Ｔから非接触で交流電力を受電する受電装置３０と、受電装置３０が受電した電力を交流から直流に変換して出力する整流器（不図示）とを備え、ハイブリッド車両、電気車両等の車両Ｖに搭載される。車両Ｖは、車室２の床面を形成するフロアパネル３を備え、電源装置１０はフロアパネル３の下方、即ち車両Ｖの底部に配置される。

バッテリユニット２０は、主として複数のバッテリモジュール２１、ジャンクションボックス２７、及びこれらを収容するバッテリケース５０を備える。

バッテリケース５０は、複数のバッテリモジュール２１及びジャンクションボックス２７が搭載されるボトムプレート５１と、これらを上方から覆うカバー５２とから構成される。バッテリケース５０は、少なくともボトムプレート５１が熱伝導性及び磁気シールド性を有する材料を用いて形成される。また、バッテリケース５０は、左右に延びる複数のブラケット（不図示）が車両Ｖの両側方に配設されるフロアフレーム（不図示）に締結されることにより、バッテリユニット２０がフロアパネル３の下方に吊り下げられるように取り付けられる。

ジャンクションボックス２７は、導線同士を結合、分岐、中継する際に用いる複数の端子や、ヒューズ、ブレーカー等の安全装置を収容する箱体である。

受電装置３０は、電源装置１０の底部、且つ車両Ｖの底部に配置され、外部の電力系統に接続された送電装置Ｔの一次コイル（不図示）を介して送られる交流の電力を、非接触電力伝送技術を用いて受電する。受電装置３０は、図２に示すように、二次コイル３１と、二次コイル３１との間に空間Ｓを形成するように二次コイル３１を収容する筐体３２と、空間Ｓ内に配置された２つのセンサ３３，３３と、検知部３４とを備え、空間Ｓには絶縁性流体Ｆが充填されている。

二次コイル３１は、送電装置Ｔから非接触で電力を受電するコイルであって、受電装置３０が対向した状態で送電装置Ｔの一次コイルが交流励磁すると、電磁誘導の作用によって二次コイル３１に交流が流れる。

筐体３２は、二次コイル３１を支持するベースプレート３２ａと、二次コイル３１を下方から覆う樹脂カバー３２ｂとから構成される。ベースプレート３２ａは、二次コイル３１又は絶縁性流体Ｆよりも高い熱伝導率を有した材料、例えばアルミニウムを用いて形成される。図２に示すように、ベースプレート３２ａは、空間Ｓ内の鉛直方向における最も上部（上端）でセンサ３３を支持する。

センサ３３は、空間Ｓに充填された絶縁性流体Ｆの液面高さの変化を検出するレベル計であり、車両Ｖの前後方向における異なる２箇所にそれぞれ配置される。センサ３３は、フロート式、静電容量式又は電極式等のレベル計である。フロート式のレベル計は、フロート（浮き）内に封入されたマグネットと、ステム内に固定されたリードスイッチとを備え、ステムをガイドとしたフロートの上下動によりリードスイッチをオンオフさせることで、液面降下又は液面上昇を検出する。また、静電容量式のレベル計は、絶縁性流体Ｆが有する固有の誘電率と空気の誘電率との差を計測することで、液面降下又は液面上昇を検出する。電極式のレベル計は、複数の電極間の抵抗値を計測することで、液面降下又は液面上昇を検出する。

検知部３４は、センサ３３の検出結果に応じて、筐体３２の特に樹脂カバー３２ｂの破損を検知する。受電装置３０は車両Ｖの底部に配置されているため、路面に設けられた突起物等との衝突によって樹脂カバー３２ｂが破損する可能性がある。樹脂カバー３２ｂが破損すると、空間Ｓに充填された絶縁性流体Ｆが破損箇所から漏れ出て、図３に点線の矢印で示すように液面高さが下降する場合がある。また、樹脂カバー３２ｂの破損がクラック等の程度であると、絶縁性流体Ｆの粘性のために液漏れは生じないが、破損箇所から空間Ｓ内に気泡が混入して、図４に点線の矢印で示すように液面高さが上昇する場合がある。したがって、検知部３４は、センサ３３によって検出された液面高さの変化に基づき、筐体３２の樹脂カバー３２ｂの破損を検知する。

但し、絶縁性流体Ｆの液面高さは、受電装置３０を備えた車両Ｖの水平方向に対する傾きによっても異なる。すなわち、図５に示すように、勾配のある路面上に車両Ｖがある場合、受電装置３０が有する２つのセンサ３３，３３のうち、一方のセンサは液面降下を検出するが、他方のセンサは液面上昇を検出する。しかし、これらの液面高さの変化は、樹脂カバー３２ｂの破損によるものではない。本実施形態では、図６に示すように、２つのセンサ３３，３３がどちらも同一の方向での液面高さの変化を検出した場合に、検知部３４は筐体３２の樹脂カバー３２ｂの破損を検知する。すなわち、検知部３４は、２つのセンサ３３，３３の検出結果がどちらも液面降下である場合又はどちらも液面上昇である場合に、筐体３２の樹脂カバー３２ｂが破損したと判断する。なお、樹脂カバー３２ｂにクラックが生じた際の気泡の混入による液面高さの上昇の程度は、樹脂カバー３２ｂが破損した場合の液漏れによる液面高さの下降ほどではないため、検知部３４は、２つのセンサ３３の検出結果がどちらも液面降下である場合に限り、筐体３２の樹脂カバー３２ｂが破損したと判断しても良い。

検知部３４が筐体３２の樹脂カバー３２ｂの破損を検知すると、車両Ｖに設けられた送信部（不図示）が、二次コイル３１に対する送電の停止指令を送電装置Ｔに送信する。当該指令を受信した送電装置Ｔは、安全性を担保するため、一次コイルの交流励磁を停止する。

受電装置３０は、バッテリケース５０のボトムプレート５１の下面側に配置される。受電装置３０の筐体３２の上面には、放熱シート３５が配置されている。受電装置３０の主な熱源である二次コイル３１で発生した熱は、図７に示すように、二次コイル３１及び絶縁性流体Ｆよりも圧倒的に熱伝導率が高いベースプレート３２ａに直接伝導したり、空間Ｓ内を対流する絶縁性流体Ｆを介してベースプレート３２ａに伝導する。ベースプレート３２ａに伝導した熱は、受電装置３０より熱容量が大きいボトムプレート５１に放熱シート３５を介して伝わる。

整流器は、入力した交流を直流に変換して出力する整流回路を備え、その入力側は受電装置３０に接続され、その出力側はジャンクションボックス２７に接続される。これにより、受電装置３０が受電した電力は整流器に入力され、ここで交流から直流に変換された後、ジャンクションボックス２７を介してバッテリモジュール２１に充電される。

以上説明したように、本実施形態によれば、二次コイル３１が収容された筐体３２内の空間Ｓに絶縁性流体Ｆが充填されているため、絶縁性流体Ｆが対流することによって二次コイル３１を冷却できる。筐体３２の樹脂カバー３２ｂが破損すると、破損箇所から絶縁性流体Ｆが漏れ出たり、破損箇所から空間Ｓ内に気泡が混入して、絶縁性流体Ｆの液面高さが変化する。本実施形態の受電装置３０は、絶縁性流体Ｆの液面高さの変化を検出するセンサ３３を有するため、絶縁性流体Ｆの液面高さの変化から筐体３２の樹脂カバー３２ｂの破損を検知できる。このように、二次コイル３１の冷却と筐体３２の破損の検知を、簡易な構成によって低コストで実現できる。

また、二次コイル３１を支持するベースプレート３２ａの熱伝導率は二次コイル３１よりも高いため、二次コイル３１の熱を、ベースプレート３２ａを介して外部に放熱できる。また、ベースプレート３２ａの熱伝導率は絶縁性流体Ｆよりも高いため、二次コイル３１から絶縁性流体Ｆに伝達した熱を、ベースプレート３２ａを介して外部に放熱できる。

また、センサ３３は、図２に示したように、空間Ｓの鉛直方向上端に配置されている。センサ３３の鉛直方向における位置が図８に示したように下方であると、空間に充填された流体の初期の液面降下を検知できない。しかし、本実施形態では、センサ３３が空間Ｓの鉛直方向上端に配置されているため、空間Ｓに充填された流体の初期の液面降下を検知でき、筐体３２の破損を早期に検知できる。換言すれば、筐体３２の破損検知の精度を向上できる。

また、２つのセンサ３３，３３は、車両Ｖの前後方向における異なる２箇所にそれぞれ配置されており、２つのセンサ３３，３３が検出する絶縁性流体Ｆの液面高さがどちらも同一方向に変化した場合に筐体３２の樹脂カバー３２ｂの破損を検知するため、受電装置３０が水平方向に対して傾いた状態での誤検知を防止できる。したがって、受電装置３０における筐体３２の破損検知の精度を向上できる。また、筐体３２の樹脂カバー３２ｂが破損した際には液面高さが上昇するよりも下降する可能性の方が高いため、２つのセンサ３３，３３がどちらも液面降下を検出した場合に筐体３２の破損を検知すれば、受電装置３０における筐体３２の破損検知の精度をより一層向上できる。

また、筐体３２の破損を検知すると二次コイル３１への送電を停止するよう送電装置Ｔに指示することによって、受電装置３０側の安全性を向上できる。

なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。

２ 車室
３ フロアパネル
１０ 電源装置
２０ バッテリユニット
２１ バッテリモジュール
２７ ジャンクションボックス
３０ 受電装置
３１ 二次コイル
３２ 筐体
３２ａ ベースプレート
３２ｂ 樹脂カバー
３３ センサ
３４ 検知部
３５ 放熱シート
５０ バッテリケース
５１ ボトムプレート
５２ カバー
Ｆ 絶縁性流体
Ｓ 空間
Ｔ 送電装置
Ｖ 車両

Claims (9)

1. 一次コイルを有する送電装置に対向した状態で前記送電装置から非接触で電力を受電する二次コイルと、
   前記二次コイルとの間に空間を形成するように前記二次コイルを収容する筐体と、
   前記空間に充填される流体と、
   前記空間内に配置され、前記流体の液面高さの変化を検出するセンサと、
   前記センサによって検出された前記液面高さの変化に基づき、前記筐体の破損を検知する検知部と、
   を備える、受電装置。
2. 請求項１に記載の受電装置であって、
   前記筐体は、前記二次コイルを支持する支持部を含み、
   前記支持部は、前記二次コイルよりも高い熱伝導率を有する、受電装置。
3. 請求項１又は２に記載の受電装置であって、
   前記筐体は、前記二次コイルを支持する支持部を含み、
   前記支持部は、前記流体よりも熱伝導率が高い、受電装置。
4. 請求項２又は３に記載の受電装置であって、
   前記支持部は、前記空間内の鉛直方向上端で前記センサを支持する、受電装置。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の受電装置であって、
   前記センサは、前記空間の複数の箇所における前記流体の液面高さの変化を検出し、
   前記検知部は、前記複数の箇所における前記液面高さがどれも同一方向に変化した場合に、前記筐体の破損を検知する、受電装置。
6. 請求項５に記載の受電装置であって、
   前記検知部は、前記複数の箇所における前記液面高さがどれも下降した場合に、前記筐体の破損を検知する、受電装置。
7. 請求項１から６のいずれか１項に記載の受電装置であって、
   前記検知部が前記筐体の破損を検知した場合に、前記二次コイルに対する送電の停止指令を前記送電装置に送信する送信部を備える、受電装置。
8. 請求項１から７のいずれか１項に記載の受電装置を有する、輸送機器。
9. 一次コイルを有する送電装置に対向した状態で前記送電装置から非接触で電力を受電する二次コイルと、
   前記二次コイルとの間に空間を形成するように前記二次コイルを収容する筐体と、
   前記空間に充填される流体と、を備えた受電装置が行う検知方法であって、
   前記流体の液面高さの変化を検出し、
   前記検出された液面高さの変化に基づき、前記筐体の破損を検知する、検知方法。

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