JP5768463B2

JP5768463B2 - 非接触給電装置

Info

Publication number: JP5768463B2
Application number: JP2011095337A
Authority: JP
Inventors: 広志田中
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2011-04-21
Filing date: 2011-04-21
Publication date: 2015-08-26
Anticipated expiration: 2031-04-21
Also published as: JP2012228121A

Description

本発明は、非接触給電装置に関するものである。

送電手段と、前記送電手段からの電力を非接触で受ける受電手段と、前記送電手段と前記受電手段間の伝送効率を検出する効率検出手段と、検出した前記伝送効率が規定値以上であるか否かを判定する判定手段と、前記伝送効率が前記規定値未満である場合に、障害物などにより正常な給電が妨げられたものと判定し、前記送電手段による送電を中止する制御手段と、を有する給電システムが知られている（特許文献１）。

特開２０１０−１１９２４６号公報

しかしながら、伝送効率が規定未満になった原因を特定することなく、コイルからの送電が中止されるため、送電コイルと受電コイルとの間に異物が存在する場合には、送電コイルから受電コイルへの給電を継続させることができない、という問題があった。

本発明は、送電コイルと受電コイルとの間に異物が存在しても、送電コイルから受電コイルへの給電を継続させることができる非接触給電装置を提供する。

本発明は、異物検出手段により異物を検出し、異物が検出された場合には、第２のコイルから前記第１のコイルへ送電される送電電力を下げて、第２のコイルから第１のコイルへ電力を給電することによって、上記課題を解決する。

本発明によれば、異物が存在していることを特定した上で、送電電力を下げるため、異物からの過度な温度上昇を抑制しつつ、第２のコイルから第１のコイルへの給電を継続させることができる。

本発明の実施形態に係る非接触充電システムのブロック図である。図１の非接触充電システムに含まれる送電ユニット及び冷却装置の平面図である。図２のIII線に沿う断面図である。送電コイルと受電コイルとの間に異物が存在する状態を説明するための図であり、非接触充電システムに含まれる送電ユニット及び冷却装置の平面図である。図１の非接触充電システムに含まれる非接触給電装置の制御手順を示すフローチャートである。本発明の他の実施形態に係る非接触充電システムに含まれる送電ユニット及び冷却装置の平面図である。本発明の他の実施形態に係る非接触充電システムに含まれる、非接触給電装置の制御手順を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

《第１実施形態》
図１は、本発明の一実施形態に係る非接触給電装置を含む車両２００及び充電装置１００を備えた非接触充電システムのブロック図である。なお、本例の非接触給電装置の車両側のユニットは電気自動車に搭載されるが、ハイブリッド車両等の車両でもよい。

図１に示すように、本例の非接触充電システムは、車両側のユニットを含む車両２００と、地上側ユニットである充電装置１００とを備え、給電スタンドなどに設置される充電装置１００から、非接触で電力を供給し、車両２００に設けられるバッテリ２２を充電するシステムである。

充電装置１００は、交流電源１１と、送電回路部１２と、通信部１３と、位置検出部１４と、給電制御部１５と、送電コイル１６と、冷却装置１７とを備えている。充電装置１００は、車両２００を駐車する駐車スペースに設けられており、車両２００が所定の駐車位置に駐車されるとコイル間の非接触給電により電力を供給する地上側のユニットである。

送電回路部１２は、交流電源１１から送電される交流電力を、高周波の交流電力に変換し、送電コイル１６に送電するための回路であり、給電制御部１５の制御により、送電コイル１６から送電される電力を制御する制御回路である。通信部１３は、車両２００側の通信部２３との間で、無線により通信を行い、情報の送受信を行う。通信部１３は、例えば、充電装置１００からの電力供給を開始する旨の信号を通信部２３に送信したり、あるいは、車両２００側から充電装置１００から電力を受給したい旨の信号を通信部２３を介して受信したりする。位置検出部１４は、充電装置１００に設けられる送電コイル１６の設置位置に対して、所定の駐車位置に駐車しようとする車両２００の受電コイル２６の位置を周期的に検出する。位置検出部１４は、例えば、赤外線信号又は超音波信号等の信号を発信し、当該信号の変化から位置を検出する。

給電制御部１５は、送電回路部１２、位置検出部１４及び通信部１３を制御することで、充電装置１００を制御する。給電制御部１５は、送電回路部１２を制御して、送電コイル１６から受電コイル２６に出力される電力等を制御する。給電制御部１５は、充電に関する制御信号を、通信部１３から通信部２３に送信し、位置検出部１４を制御して、送電コイル１６に対する受電コイル２６の相対的な位置を検出する。また、給電制御部１５には、異物検出部１５１が含まれている。なお、異物検出部１５１については後述する。

送電コイル１６は、本例の非接触給電装置を設けた駐車スペースに設けられている。非接触充電システムのうち車両２００側ユニットを備えた車両２００が所定の駐車位置に駐車されると、送電コイル１６は、受電コイル２６の下部であり、受電コイル２６と距離を保って、位置づけられる。送電コイル１６は、駐車スペースの表面と平行な円形形状のコイルである。冷却装置１７は、送電コイル１６を冷却するための装置である。

車両２００は、受電回路部２１と、バッテリ２２と、通信部２３と、インバータ２４と、充電制御部２５と、受電コイル２６と、モータ２７と、ＥＶコントローラ２８とを備えている。受電コイル２６は、車両２００の底面（シャシ）等で、後方の車輪の間に設けられている。そして当該車両２００が、所定の駐車位置に駐車されると、受電コイル２６は、送電コイル１６の上部であり、送電コイル１６と距離を保って、位置づけられる。受電コイル２６は、駐車スペースの表面と平行な円形形状のコイルである。受電回路部２１は、受電コイル２６により受電された交流電力を直流電力に整流する整流回路と、当該整流回路で整流された直流電力をバッテリ２２の充電に適した直流電力に変換するＤＣ−ＤＣ変換回路とを含んでいる。また受電回路部２１には、バッテリ２２と、受電コイル２６とを切り離すためのスイッチを含むジャンクションボックス（図示しない）が含まれており、当該ジャンクションボックスは、充電制御部２５により制御される。

バッテリ２２は、複数の二次電池を接続することで構成され、車両２００の電力源となる。インバータ２４は、ＩＧＢＴ等のスイッチング素子を有したＰＷＭ制御回路等の制御回路であって、コントローラ２８によるスイッチング制御信号に基づいて、バッテリ２２から出力される直流電力を交流電力にし、モータ２７に供給する。モータ２７は、例えば三相の交流電動機により構成され、車両２００を駆動させるための駆動源となる。

通信部２３は、地上側の通信部１３と、無線により通信を行い、情報の送受信を行う。充電制御部２５は、充電時に、受電回路部２１、バッテリ２２及び通信部２３を制御する。また充電制御部２５は、コントローラ２８とＣＡＮ通信網で接続され、制御信号の送受信を行う。また充電制御部２５は、通信部１３及び通信部２３を介して、給電制御部１５と充電に関する制御信号の送受信を行い、本例の非接触給電装置を制御する。充電制御部２５は、充電する際には、受電回路部２１に含まれるジャンクションボックスを制御し、受電コイル２６から受電回路部２１を通りバッテリ２２まで導通させて、送電コイル１６から送電される電力をバッテリ２２に供給することで、バッテリ２２を充電する。

コントローラ２８は、車両２００全体を制御する制御部である。コントローラ２８は、運転手のアクセル操作に基づくアクセル開度及び車速等に基づいてトルク指令値を設定し、インバータ２４のスイッチング制御を行うことで、バッテリ２２の電力でモータ２７を駆動させる。またコントローラ２８は、充電を開始するための信号を充電制御部２５に送信し、充電制御部２５を制御する。コントローラ２８は、バッテリ２２の充電状態（ＳＯＣ）を管理する。そして、コントローラ２８は、バッテリ２２の充電中、バッテリ２２のＳＯＣに基づいて満充電に達した場合には、充電ための制御信号を充電制御部２５に送信し、当該制御信号を通信部２３を介して給電制御部１５に送信し、充電を終了させる。

そして、本例の非接触給電装置では、送電コイル１６と受電コイル２６との間で、電磁誘導作用により非接触状態で高周波電力の送電及び受電を行う。言い換えると、送電コイル１６に電圧が加わると、送電コイル１６と受電コイル２６との間には磁気的な結合が生じ、送電コイル１６から受電コイル２６へ電力が供給される。

次に、図２及び図３を用いて、送電ユニット３０及び冷却装置１７の構成を説明する。図２は本例の非接触給電装置の送電ユニット３０及び冷却装置１７の平面図であり、図３は図２のIII線に沿う断面図である。なお図２の矢印は、後述する流路１７１を流れる流体の流れる向きである。

本例の非接触給電装置は、送電ユニット３０を備え、送電ユニット３０は、所定の駐車スペースの地上に設けられている。車両２００が、本例の非接触給電装置による充電に適した位置である、所定の駐車スペースに駐車されると、送電ユニット３０が車両２００の後輪の間に位置づけられる。送電ユニット３０は、送電コイル１６と、冷却装置１７の一部である流路１７１と、フェライトコア３１と、磁気遮蔽板３２と、保護部材３３とを備えている。冷却装置１７は、流路１７１と、サーミスタ１７２と、サーミスタ１７３と、流量計１７４と、ポンプ１７５と、熱交換器１７６とを備えている。

送電コイル１６は、高周波電力を通すように、リッツ線で構成されており、送電コイル１６のコイル面が、地面と平行になるように配置されている。車両２００が所定の駐車スペースに駐車されると、受電コイル２６は送電コイル１６と臨む位置に配置され、送電コイル１６と受電コイル２６とが対向する。言い換えると、送電コイル１６の上面が、受電コイル２６と対向する送電コイル１６の対向面となり、受電コイル２６の下面が、送電コイル１６と対向する受電コイル２６の対向面となる。

フェライトコア３１は、送電コイル１６の下面に配置されている。フェライトコア３１は、例えば、送電コイル１６の中心線から放射状に複数の磁性体の部材を配置することで構成される。磁気遮蔽板３２は、地上の表面に沿って設けられ、ファライトコア３１の下面に設けられ、送電ユニットの底面となる。磁気遮蔽板３２は、送電コイル１６と受電コイル２６間の非接触球給電により漏れる磁束を遮蔽し、磁束を外部に漏洩させないようにする板状の部材である。磁気遮蔽板３２は、例えばアルミ板により構成される。

保護部材３３は、送電コイル１６及びフェライトコア３１を収容するための筐体であり、板状の天板部３３１と、側壁部３３２とにより形成されている。側壁部３３２は、磁気遮蔽板３２の一端及び他端から、地面に対して鉛直方向に設けられ、天板部３３１は、送電コイル１６のコイル面に沿って、送電コイル１６の上側に設けられている。これにより、天板部３３１は受電コイル２６と対向する送電コイル１６の対向面に沿って配置されている。保護部材３３は、ポリプロピレン、ポリアミド等の熱可塑性樹脂で形成されている。

また保護部材３３の天板部３３１の内部には、流路１７１が形成されている。流路１７１は、天板部３３１の内部に管状の通路を設けることで形成されている。流路１７１は、図２に示すように、Ｕ字状に湾曲して形成されることで、送電コイル１６の上面を往復する直線状の管を備えている。流路１７１内には、送電コイル１６を冷却するために、冷媒として、水やＬＬＣ（ロングライフクーラント）等の液体が流れる。

本例の非接触給電装置において、送電コイル１６と受電コイル２６との間で、電力を給電すると、送電コイル１６又は受電コイル２６の発熱により、送電コイル１６の温度が高くなる。特に、本例の非接触給電装置により車両２００のバッテリ２２を充電する場合には、送電コイル１６による給電が長時間、行われることがあるため、送電コイル１６の温度が高くなる。そのため、本例では、受電コイル２６と対向する送電コイル１６の対面側に流路１７１を設け、流路１７１に液体を流すことで、受電コイル２６を冷却させる。

図２及び図３に戻り、流路１７１の入口及び流路１７１の出口には、サーミスタ１７２及びサーミスタ１７３がそれぞれ設けられ、サーミスタ１７２は保護部材３３内の流路１７１に入る流体の温度を検出し、サーミスタ１７３は保護部材３３内の流路１７１から排出される流体の温度を検出する。流路１７１の入口には、流量計１７４が設けられ、流路１７１内の流量を計測する。また流路１７１の出口には、ポンプ１７５が設けられ、流路１７１を流れる流体の流速などを制御する。熱交換機１７６は、流路１７１の入口及び出口に接続され、流路１７１の出口から流れ込む流体の熱を奪い、流体の温度を下げて、流路１７１の入口に排出することで、流路１７１を循環させつつ流体の温度を下げる。熱交換器１７６は、例えばラジエータなどを備えている。なお、図２に示すように、本例では、サーミスタ１７２、サーミスタ１７３、流量計１７４、ポンプ１７５及び熱交換器１７６を、送電ユニット３０外に設けたが、送電ユニット３０内に設けてもよい。

次に、送電コイル１６と受電コイル２６との間の異物について、図４を用いて説明する。図４は、送電コイル１６と受電コイル２６との間に異物が存在する状態を説明するための図であり、図２のIII線に沿う断面図に相当する。図４に示すように、送電コイル１６と受電コイル２６との間であって、保護部材３３の天板部３３１の上面に、金属片などの異物４０が存在する。異物４０が存在する状態で、本例の非接触給電装置を駆動させると、送電コイル１６から受電コイル２６に向けて磁束が発生する。当該磁束は異物４０を通るため渦電流が異物４０で発生し、異物４０が発熱する。そして、非接触給電を継続させると、異物４０の温度がさらに高くなり、異物４０の熱が保護部材３３を介して流路１７１内の流体に伝わる。そのため、流体の温度には、送電コイル１６からの熱吸収による温度に加えて、異物４０からの発熱による温度が加わる。一方、送電コイル１６と受電コイル２６との間に、異物４０が存在しない場合には、流体の温度は、送電コイル１６からの発熱により上昇し、異物４０からの発熱による温度上昇はなくなる。

次に、異物検出部１５１による、サーミスタ１７２及びサーミスタ１７３の検出温度から異物を検出方法について説明する。流路１７１内の流体を冷却水とし、冷却水の比熱をＣｐ、流路１７１内に流れる流体の流量をＧｗとする。流量（Ｇ_ｗ）は、流量計１７４から計測される。

送電コイル１６と受電コイル２６との間で非接触で電力が給電され、送電コイル１６が発熱すると、サーミスタ１７３の検出温度がサーミスタ１７２の検出温度より高くなる。この時、冷却水の熱量（Ｑ）は、サーミスタ１７２の検出温度（Ｔ_ｉ）と、サーミスタ１７３の検出温度（Ｔ_ｏ）と、冷却水の比熱（Ｃ_ｐ）と、流量計１７４の計測流量（Ｇ_ｗ）とを用いて、下記の式（１）により演算される。

そして、異物が存在しない場合には、冷却水へ加われる熱は、主に送電コイル１６からの発熱によるものであるため、冷却水の熱量（Ｑ）が、送電コイル１６による発熱量（Ｑ_ｉ）となる。

一方、送電コイル１６と受電コイル２６との間に異物が存在する場合に、非接触で電力が供給されると、冷却水の熱量には、異物の発熱量（Ｑ_Ｗｅ）が加わる。異物の発熱量（Ｑ_Ｗｅ）は、異物に流れる渦電流の電流損に相当する。ここで、異物を長さ（Ｌ）、幅（Ｗ）及び厚さ（Ｄ）の金属板とし、異物の導電率をσ、異物における表皮深さをδ、異物の透磁率をμ、非接触給電により発生する磁束密度をＢとすると、渦電流損（Ｗ_ｅ）は、下記の式（２）により求められる。

そして、異物が存在する場合は、冷却水の熱量（Ｑ）は、式（３）で示されるように、コイルの発熱量（Ｑ_ｉ）に、式２で算出される渦電流損と等価な異物の発熱量（Ｑ_Ｗｅ）を加えた熱量となる。

すなわち、異物が存在しない場合には、冷却水の熱量は、送電コイル１６の発熱量となり、異物が存在する場合には、冷却水の熱量は、送電コイル１６の発熱量より高くなる。

比熱は予め決まり、流量もポンプ１７５の出力を設定することで決定されるため、サーミスタ１７２及びサーミスタ１７３の検出温度から、冷却水の熱量が決まる。そして、送電コイル１６からの発熱量は、コイルに使用される導電の長さ及び抵抗と、送電電力の電力量から算出され、当該導電の長さ及び抵抗は予め決まるため、送電コイル１６からの発熱量は、給電制御部１５により設定される送電電力の電力量によって決まる。

異物検出部１５１は、電力量に基づくコイルの発熱量に、異物の発熱量に相当する熱量を加えた熱量を、閾値熱量（Ｑ_ｃ）として、設定する。また異物検出部１５１は、サーミスタ１７２及びサーミスタ１７３の検出温度と、流量計１７４の計測流量とから冷却水の熱量（Ｑ）を算出し、当該熱量（Ｑ）と、閾値熱量（Ｑ_ｃ）とを比較する。そして、異物検出部１５１は、冷却水の熱量（Ｑ）が閾値熱量（Ｑ_ｃ）より低い場合には、異物が存在しないと判定し、冷却水の熱量（Ｑ）が閾値熱量（Ｑ_ｃ）以上である場合には、異物が存在すると判定する。

これにより、異物検出部１５１は、サーミスタ１７２及びサーミスタ１７３の検出温度に基づいて、送電コイル１６と受電コイル２６との間の異物を検出する。

次に、給電制御部１５の制御について説明する。車両が所定の駐車スペースに駐車され、コントローラ２８から、バッテリ２２を充電する旨の制御信号が通信部１３により受信されると、給電制御部１５は、送電回路部１２を制御し、送電コイル１６から送電される電力を設定する。給電制御部１５は、給電を開始すると、冷却装置１７に含まれるポンプ１７５を制御して、冷却水を流路１７１に流す。また給電制御部１５に含まれる異物検出部１５１は、給電中、所定の周期で、サーミスタ１７２及びサーミスタ１７３により流路１７１の入口及び出口を流れる冷却水の温度をそれぞれ検出し、上記の異物検出方法で、異物の有無を検出する。給電制御部１５は、異物検出部１５１により異物が存在しないと判断した場合には、送電電力を下げることなく、給電を継続する。

一方、給電制御部１５は、異物検出部１５１により異物が存在すると判断した場合には、送電電力を下げて、給電を行う。異物が存在する状態で、送電電力を維持したまま、継続して給電させると、異物の温度が高くなり、熱可塑性樹脂である保護部材３３が溶けて破損するおそれがある。また、異物の存在を検出した場合に、送電電力をゼロにした場合には、送電コイル１６と受電コイル２６との間に異物があると、給電を継続することができなくなってしまう。そのため、本例は、異物の存在を検出した場合には、送電電力を下げた上で給電を継続させることで、異物の過度な温度上昇を防ぎつつ、給電を継続させる。

次に、図５を用いて、本例の非接触給電装置の制御手順を説明する。図５は、本例の非接触給電装置の制御手順を示すフローチャートである。

ステップＳ１にて、コントローラ２８は、本例の非接触給電装置によりバッテリ２２を充電するために、給電開始する旨の制御信号を送信し、給電制御部１５は、当該制御信号に基づいて、給電を開始する。ステップＳ２にて、給電制御部１５は、送電回路部１２を制御し、送電コイル１６から受電コイル２６へ電力を送電する。ステップＳ３にて、給電制御部１５は、送電電力及び給電開始からの送電時間から、送電電力の電力量を算出する。

ステップＳ４にて、給電制御部１５は、ステップＳ３で算出された電力量から送電コイル１６からの発熱量（Ｑ_ｉ）を算出し、当該発熱量（Ｑ_ｉ）に、異物の発熱量（Ｑ_Ｗｅ）に相当する熱量を加え、閾値熱量（Ｑ_ｃ）を算出する。ステップＳ５にて、給電制御部１５は、サーミスタ１７２及びサーミスタ１７３の検出温度から、流路１７１内を通る流体（冷却水）の熱量（Ｑ）を算出する。ステップＳ６にて、異物検出部１５１は、当該熱量（Ｑ）と閾値熱量（Ｑ_ｃ）とを比較する。熱量（Ｑ）が閾値熱量（Ｑ_ｃ）未満である場合には、異物検出部１５１は、送電コイル１６と受電コイル２６との間に異物が存在しない、と判定する（ステップＳ７）。異物が存在しない場合には、給電制御部１５は、送電電力を維持し、給電を継続させ、ステップＳ８に遷移する。ステップＳ８にて、給電制御部１３は、コントローラ２８からの制御信号から、バッテリ２２の充電が終了したか否かを判断する。バッテリ２２の充電が終了していない場合には、ステップＳ３に戻り、バッテリ２２の充電が終了した場合には、本例の制御処理を終了する。

ステップＳ６に戻り、熱量（Ｑ）が閾値熱量（Ｑ_ｃ）以上である場合には、異物検出部１５１は、送電コイル１６と受電コイル２６との間に異物が存在する、と判定する（ステップＳ９）。ステップＳ１０にて、給電制御部１５は、送電回路部１２を制御し、送電電力を下げて、給電を行い、ステップＳ８に遷移する。

上記のように、本例は、送電コイル１６と受電コイル２６との間の異物を検出する異物検出部１５１を設け、異物を検出した場合には、送電コイル１６の送電電力を下げて、非接触による電力の供給を行う。これにより、送電コイル１６と受電コイル２６との間の異物の存在により、給電効率が下がった場合に、給電効率の原因である異物の存在を特定することができる。また、異物の存在という、給電効率の低下の原因が特定されることで、送電電力をゼロにして給電を中止させる必要がないため、給電を継続して行うことができる。また異物が存在する時でも給電を継続させることで、車両２００のバッテリ２２を充電することができる。

また本例は、異物の存在を検出することで、給電効率の低下が、異物の存在によるものか、あるいは、コイルの位置ずれ等の他の原因によるものかを区別することができるため、実際には異物が存在しているにもかかわらず、コイルの位置ずれを是正するように再駐車を行う等、運転手が給電効率の向上にはならない措置をとることを避けることができる。

また本例は、天板部３３１を有した保護部材３１で送電コイル１６を保護し、天板部３３１の内部に流路１７１を設け、異物検出手段１５１により、天板部３３１の表面に存在する異物を検出する。これにより、本例は、天板部３３１の表面に異物が存在することで、給電効率が下がった場合に、給電効率の原因である異物の存在を特定することができる。また、本例は、天板部３３１の表面に異物が存在することを検出するため、当該異物を天板部３３１から排除させることで、給電効率の低下を防ぐことができる。

また異物が天板部３３１の表面に存在し、非接触給電により異物が発熱する場合に、流路１７１内を流れる流体により異物を冷却させることができる。また、送電コイル１６の発熱、あるいは、外部からの障害物等によって、保護部材３１が破損し、流路１７１内の液体が漏れ出た場合に、保護部材３１の破損を検知することができる。また異物が、天板部３３１の表面に存在し、当該異物の発熱により保護部材３１の内部の流路１７１が破損した場合には、流路１７１から漏れ出た液体により異物を急速に冷却させることができ、異物からの発熱による、送電コイル１６または他の電子部品への影響を防ぐことができる。

また本例において、異物が存在する場合の流体の温度と、異物が存在しない場合の流体の温度とを比較することで、異物を検出する場合には、異物が存在する場合の流体の温度変化を検出することができるため、送電コイル１６と受電コイル２６との間の異物の存在により、給電効率が下がった場合に、給電効率の原因である異物の存在を特定することができる。

また本例において、コイルを冷却させる冷媒の温度を管理するサーミスタ１７２、１７３を、異物検知に利用する場合には、異物検知のための専用のセンサを別途設ける必要がなく、非接触充電装置の構造の複雑化を防ぐことができる。

なお本例は、異物検出部１５１により検出される異物は、金属板に限らず他の導体又は半導体を含む部材であればよい。

また本例は、異物を検出し、送電電力を下げる場合には、送電電力を段階的に下げてもよく、閾値熱量（Ｑ_ｃ）と熱量（Ｑ）との差が大きいほど、送電電力を小さくするように制御してもよい。

また本例は、流体の熱量を算出し、算出した熱量に基づいて異物を検出するが、熱量を算出することなく、サーミスタ１７２及びサーミスタ１７３の温度から異物を検出すればよい。すなわち、送電コイル１６の抵抗等は予め決まっているため、給電による電力量が把握できれば、異物が存在しない時の、給電による流体の上昇温度を、予め算出することができる。そのため、給電制御部１５は、サーミスタ１７３の検出温度と、給電による、流体の上昇温度と比較し、検出温度が当該上昇温度を超えて高温になっている場合には、異物が存在していると判定すればよい。

また本例において、給電制御部１５は、図５に示す制御フローの最中に、冷却水が切れた場合には、非常停止するように、送電回路部１２を制御し、給電を止める。すなわち、送電コイル１６と受電コイル２６との間の異物が発熱し、異物が高温になり、熱可塑性樹脂の保護部材３３に含まれる流路１７１が破損した場合には、冷却水が流路１７１外に漏れ出てしまう。そのため、給電制御部１５は、流量計１７４等の検出値に基づいて、冷却水切れを検出した場合には、非常停止させる。これにより、本例は、フェルセーフ制御を実現し、安全性を高めることができる。

なお、本例において、異物検出部１５１は、サーミスタ１７２及びサーミスタ１７３の検出温度に基づいて異物を検出するが、例えば、天板部３３１の表面に重量センサを設け、当該重量センサの検出値から異物を検出してもよく、あるいは、天板部３３１の表面部分を撮影する撮像部を設け、当該撮像部の撮影画像を解析することで異物を検出してもよい。または、異物検出部１５１は、天板部３３１に赤外線センサ等の信号を用いたセンサを設け、当該センサの出力値から異物を検出してもよい。

上記受電コイル２６は本発明に係る第１のコイルに相当し、送電コイル１６は本発明に係る第２のコイルに、サーミスタ１７２、１７３は本発明に係る温度検出手段に、異物検出部１５１は本発明に係る異物検出手段に、給電制御部１５は本発明に係る電力制御部に相当する。

《第２実施形態》
図６は、発明の他の実施形態に係る非接触給電装置の送電コイル１６及び冷却装置１７の平面図である。本例では上述した第１実施形態に対して、冷却装置１７の一部の構成及び制御が異なる。これ以外の構成は上述した第１実施形態と同じであるため、その記載を援用する。なお図６の矢印は、後述する流路１７１を流れる冷媒の流れる向きである。

図６に示すように、冷却装置１７は、流路１７１と、サーミスタ１７２と、サーミスタ１７３と、ブロア１７７と、圧力計１７８と、熱交換器１７６とを備えている。サーミスタ１７２及びサーミスタ１７３は、上述した第１実施形態と同様であるため、説明を省略する。

流路１７１の形状は、上述した第１実施形態と同様であるが、本例では、流路１７１の冷媒として気体を流し、流路１７１は気体を運ぶダクトとなる。ブロア１７７は、流路１７１の入口に設けられ、ファンを回転させて、冷媒を送風する。圧力計１７８は流路１７１の出口に設けられ、流路１７１内の冷媒の圧力を計測する。熱交換器１７６は、空冷式の熱交換器１７６である。

異物検出部１５１は、第１実施形態と同様に、流路１７１内の冷媒の熱量（Ｑ）と閾値熱量（Ｑ_ｃ）とを比較することで、異物を検出するが、熱量（Ｑ）を算出する際に、圧力計１７８の計測圧力と、ブロア１７７の回転数から流量（Ｇ_ｗ）を算出し、算出した流量（Ｇ_ｗ）と、サーミスタ１７２及びサーミスタ１７３の検出温度とに基づいて、上述した式（１）を用いて、熱量（Ｑ）を算出する。

これにより、本例は、送電コイル１６を冷却する冷却媒体を、液体だけではなく、気体を用い、さらに当該気体の温度に基づいて、送電コイル１６と受電コイル２６との間の異物を検出する。

上記のように、本例は、受電コイル２６と対向する送電コイル１６の対向面側に流路１７１を設けて、異物検出手段１５１により、流路内１７１を通る冷媒の検出温度に基づいて、送電コイル１６と受電コイル２６との間の異物を検出する。これにより、送電コイル１６と受電コイル２６との間の異物の存在により、給電効率が下がった場合に、給電効率の原因である異物の存在を特定することができる。また、異物の存在という、給電効率の低下の原因が特定されることで、送電電力をゼロにして給電を中止させる必要がないため、給電を継続して行うことができる。また異物が存在する時でも給電を継続させることで、車両２００のバッテリ２２を充電することができる。

また本例において、給電制御部１５は、図５に示す制御フローの最中に、冷媒漏れを検出した場合には、非常停止するように、送電回路部１２を制御し、給電を止める。すなわち、送電コイル１６と受電コイル２６との間の異物が発熱し、異物が高温になり、熱可塑性樹脂の保護部材３３に含まれる流路１７１が破損した場合には、流路１７１内の気体が外に漏れ出てしまう。そのため、給電制御部１５は、ブロア１７７の回転数及びサーミスタ１７２又はサーミスタ１７３の検出温度と、流路１７１内の気体の圧力との関係を予めマップとして格納し、圧力計１７８の計測圧力が、当該マップ上から外れ、低くなった場合に、給電を止める。これにより、本例は、フェルセーフ制御を実現し、安全性を高めることができる。

《第３実施形態》
図７は、発明の他の実施形態に係る非接触給電装置の制御手順を示すフローチャートである。本例では上述した第１実施形態に対して、給電制御部１５の制御の一部が異なる。これ以外の構成は上述した第１実施形態と同じであるため、その記載を援用する。

本例において、給電制御部１５は、異物検出部１５１により異物の存在を検出し、送電電力を下げて、サーミスタ１７３の検出温度に応じて、低下した送電電力で給電を継続するか、給電を停止するかを判定する。上述の通り、送電コイル１６と受電コイル２６との間の異物は、非接触給電による磁束によって発熱する。そして、送電電力を下げることで、異物の温度上昇は緩やかになるが、異物の温度は上昇し続けるおそれがある。そのため、給電制御部１５は、異物が高温になることで保護部材３３が破損する前に、給電を停止させる。

具体的には、給電制御部１５は、サーミスタ１７３の検出温度（Ｔ_ｏ）と、流体の許容温度（Ｔ_ｌｉｍ）とを比較し、当該検出温度（Ｔ_ｏ）が許容温度（Ｔ_ｌｉｍ）以上になった場合に、送電回路部１２を制御し、送電を停止させる。許容温度（Ｔ_ｌｉｍ）は予め設定される温度であり、保護部材３３の耐熱温度に達した時の流体の温度に相当する。

次に、図７を用いて、本例の非接触給電の制御手順を説明する。なお、ステップＳ１〜ステップＳ１０までの制御内容は、図５に示すステップＳ１〜ステップＳ１０までの制御内容と、それぞれ同様であるため説明を省略する。

ステップＳ１０により送電電力を下げた後に、ステップＳ１１にて、給電制御部１５は、サーミスタ１７３の検出温度（Ｔ_ｏ）と、流体の許容温度（Ｔ_ｌｉｍ）とを比較する。サーミスタ１７３の検出温度（Ｔ_ｏ）が許容温度（Ｔ_ｌｉｍ）より低い場合には、ステップＳ１０の送電電力で給電を継続させても、保護部材３３の破損の可能性は低いと判断して、送電コイル１６から受電コイル２６への給電を継続し、ステップＳ８に遷移する。一方、サーミスタ１７３の検出温度（Ｔ_ｏ）が許容温度（Ｔ_ｌｉｍ）以上である場合には、ステップＳ１０の送電電力でこれ以上、給電を継続させると、保護部材３３が破損するおそれがあると判断し、給電制御部１５は送電電力をゼロにし、非常停止し、送電コイル１６から受電コイル２６への給電を中止する。

上記のように、本例は、流路１７１内を通る冷媒の温度を検出するサーミス１７３を備え、サーミスタ１７３の検出温度が、閾値温度である許容温度（Ｔ_ｌｉｍ）より低い場合には、送電コイル１６から受電コイル２６への給電を継続し、サーミスタ１７３の検出温度が、許容温度（Ｔ_ｌｉｍ）より高い場合には、送電コイル１６から受電コイル２６への給電を中止させる。これにより、本例は、異物を検出して、送電電力を下げた後に、流路１７１内の冷媒温度を介して、間接的に異物の温度を管理しつつ、電力を制御することができる。また、異物の温度が高くなった場合には、送電コイル１６から受電コイル２６への給電が中止されるため、フェルセーフ制御を実現し、安全性を高めることができる。

上記サーミスタ１７３は本発明に係る温度検出手段に相当する。

１００…充電装置
１１…交流電源
１２…送電回路部
１３…通信部
１４…位置検出部
１５…給電制御部
１５１…異物検出部
１６…送電コイル
１７…冷却装置
１７１…流路
１７２、１７３…サーミスタ
１７４…流量計
１７５…ポンプ
１７６…熱交換器
１７７…ブロア
１７８…圧力計
２００…車両
２１…受電回路部
２２…バッテリ
２３…通信部
２４…インバータ（ＩＮＶ）
２５…充電制御部
２６…受電コイル
２７…モータ
２８…コントローラ
３０…給電ユニット
３１…フェライトコア
３２…磁気遮蔽板
３３…保護部材
３３１…天板部
３３２…側壁部

Claims

少なくとも磁気的結合によって第１のコイルとの間で、非接触で電力を送電する第２のコイルと、
前記第１のコイルと前記第２のコイルとの間の異物を検出する異物検出手段と、
前記第２のコイルから前記第１のコイルへ送電される送電電力を制御する電力制御手段と、
前記第２コイルを冷却するための冷媒が流れる流路と、
前記流路内の冷媒の温度を検出する検出手段とを備え、
前記電力制御手段は、
前記異物検出手段により異物を検出した場合には、前記送電電力を下げて、前記第２のコイルから前記第１のコイルへ電力を給電し、
前記異物検出手段により前記異物が検知された状態で、前記検出手段により検出された検出温度を用いて前記異物の温度を管理しつつ、電力を制御する
ことを特徴とする非接触給電装置。
少なくとも磁気的結合によって第１のコイルとの間で、非接触で電力を送電する第２のコイルと、
前記第１のコイルと前記第２のコイルとの間の異物を検出する異物検出手段と、
前記第２のコイルから前記第１のコイルへ送電される送電電力を制御する電力制御手段と、
前記第１のコイルと対向する前記第２のコイルの対面側に設けられた流路と、
前記流路内を通る冷媒の温度を検出する温度検出手段とを備え、
前記電力制御手段は、
前記異物検出手段により異物を検出した場合には、前記送電電力を下げて、前記第２のコイルから前記第１のコイルへ電力を給電し、
前記異物検出手段により前記異物が検出された状態で、前記温度検出手段により検出された検出温度が所定の閾値温度より低い場合には、前記第２のコイルから前記第１のコイルへ給電し、
前記異物検出手段により前記異物が検出された状態で、前記温度検出手段により検出された検出温度が所定の閾値温度より高い場合には、前記第２のコイルから前記第１のコイルへ給電を中止する
ことを特徴とする非接触給電装置。