JP6187871B2 - 非接触電力伝送装置、並びにこれに用いる給電装置及び受電装置 - Google Patents

非接触電力伝送装置、並びにこれに用いる給電装置及び受電装置 Download PDF

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Description

図１４は特許文献１に開示された、非接触電力伝送装置及び装置周辺の構成を示す図である。図１４において、非接触電力伝送装置１は、地上側の電源４の電源盤に接続された給電装置（一次側）Ｆと、電気自動車や電車に搭載された受電装置（二次側）Ｇとを備えている。そして、給電時において、給電装置Ｆと受電装置Ｇとは、物理的な接続なしに空隙空間であるエアギャップを介して対峙するよう配置される。
このような配置状態で、給電装置Ｆに備わる一次コイル２に交流電流が与えられ、磁束が形成されると、受電装置Ｇに備わる二次コイル３に誘導起電力が生じる。これにより、一次コイル２から二次コイル３へと電力が非接触で伝送される。
受電装置Ｇは、例えば車載バッテリー５に接続されており、上述の給電装置Ｆから受電装置Ｇに伝送された電力は、車載バッテリー５に充電される。この車載バッテリー５に蓄積された電力によって、車載のモータ６が駆動される。なお、非接触給電に係る処理の間、給電装置Ｆと受電装置Ｇとの間では、無線通信装置７によって必要な情報交換が行われる。
図１５は、図１４の給電装置Ｆ（受電装置Ｇ）の断面図である。図１５（Ａ）は給電装置Ｆ（受電装置Ｇ）の平断面図を示す図であり、図１５（Ｂ）は給電装置Ｆ（受電装置Ｇ）の側断面図である。
図１５に示すように、給電装置Ｆは一次コイル２、一次磁心コア８、背板１０、及びカバー１１を備えている。受電装置Ｇは二次コイル３、二次磁心コア９、背板１０、及びカバー１１を備えている。そして、給電装置Ｆの一次コイル２及び一次磁心コア８の表面、並びに受電装置Ｇの二次コイル３及び二次磁心コア９の表面は、発泡材１３が混入されたモールド樹脂１２によって被覆固定されている。すなわち、給電装置Ｆ（受電装置Ｇ）の背板１０とカバー１１との間には、モールド樹脂１２が充填され、内部の一次コイル２（二次コイル３）及び一次磁心コア８（二次磁心コア９）の表面がモールド樹脂１２によって被覆固定されている。モールド樹脂１２は、例えばシリコン樹脂製であり、上記のように被服固定されることによって、一次コイル２（二次コイル３）の位置を固定し、その機械的強度を確保すると共に放熱機能を発揮する。すなわち、一次コイル２（二次コイル３）は、励磁電流が流れて、ジュール熱により発熱するが、モールド樹脂１２の熱伝導によって放熱され、冷却される。
特開２００８−８７７３３号公報
電気推進車両等の充電に非接触電力伝送装置を適用する場合、給電装置や受電装置は屋外に設置されることが想定される。したがって、非接触電力伝送装置の給電装置と受電装置との間に外部からの異物が侵入する可能性がある。特に、電力伝送の最中に異物の一例である金属異物が給電装置と受電装置との間に侵入して、給電装置または受電装置のカバー上に載った場合、この金属異物をそのまま放置しておくと磁束によって発生する渦電流によって金属異物が過熱される。このように侵入した金属異物が過熱され、過剰に昇温すると、給電装置や受電装置に故障などの被害をもたらす可能性がある。また、一次コイルと二次コイルとの間に、磁束が鎖交可能なループ状の導電体（異物）が挿入されると、導電体両端に起電力が発生する。
このため、非接触電力伝送装置において、給電装置と受電装置との間に侵入した異物を検知するセンサが設けられる。例えば、異物の過熱を検出するための温度センサが用いられる。ここで、例えば、上記の異物を検知するセンサに静電容量センサの適用を考えた場合、非接触電力伝送装置の構造（例えば、給電装置や受電装置の構造）によっては、静電容量センサの感度が十分に得られない可能性がある。
上記の問題に鑑み、本発明は、給電装置や受電装置のカバー周辺、特に給電装置（一次コイル）と受電装置（二次コイル）との間への異物の侵入を確実に検知することができる非接触電力伝送装置を提供することを目的とする。
本発明の第１の態様では、非接触電力伝送装置は、給電装置と受電装置との間で電磁誘導を用いた電力伝送を行う。そして、前記給電装置は、筐体基礎部材と、前記筐体基礎部材上に配置され、磁束を発生する一次コイルと、前記筐体基礎部材に取り付けられ、前記一次コイルの上方を覆う上方部および前記一次コイルの側方を覆う側方部を有するカバーと、前記カバーの上方部と前記一次コイルとの間および前記カバーの側方部と前記一次コイルとの間に設けられた検知電極を有しており、前記検知電極を介して検知した静電容量の変化に基づいて前記カバー周辺の異物を検知する静電容量センサと、前記カバーの上方部および側方部に埋め込まれ、前記カバーの材質よりも高い誘電率を有する高誘電化部材とを備えている。
この第１の態様によると、給電装置は、一次コイルとカバーとの間に設けられた検知電極を有する静電容量センサと、カバーに埋め込まれており、カバーの材質よりも高い誘電率を有する高誘電化部材とを備えている。これにより、例えば、カバー上に異物が侵入した場合における、異物と検知電極との間の比誘電率を高めることができる。これにより、カバー上に異物が侵入した場合における静電容量の値を大きくすることができる。したがって、静電容量センサによる異物の検知が容易になる。すなわち、静電容量センサによって異物の侵入を確実に検知することができる。
本発明の第２の態様では、非接触電力伝送装置は、給電装置と受電装置との間で電磁誘導を用いた電力伝送を行う。そして、前記受電装置は、筐体基礎部材と、前記筐体基礎部材上に配置され、前記給電装置から受けた磁束に応じて起電力を発生する二次コイルと、前記筐体基礎部材に取り付けられ、前記二次コイルの上方を覆う上方部および前記二次コイルの側方を覆う側方部を有するカバーと、前記カバーの上方部と前記二次コイルとの間および前記カバーの側方部と前記二次コイルとの間に設けられた検知電極を有しており、前記検知電極を介して検知した静電容量の変化に基づいて前記カバー周辺の異物を検知する静電容量センサと、前記カバーの上方部および側方部に埋め込まれ、前記カバーよりも高い誘電率を有する高誘電化部材とを備えている。
この第２の態様によると、受電装置は、二次コイルとカバーとの間に設けられた検知電極を有する静電容量センサと、カバーに埋め込まれており、カバーの材質よりも高い誘電率を有する高誘電化部材とを備えている。これにより、例えば、カバー上に異物が侵入した場合における、異物と検知電極との間の比誘電率を高めることができる。これにより、カバー上に異物が侵入した場合における静電容量の値を大きくすることができる。したがって、静電容量センサによる異物の検知が容易になる。すなわち、静電容量センサによって異物の侵入を確実に検知することができる。
本発明の第３の態様では、対向して配置された非接触電力伝送装置の受電装置に対して、電磁誘導を用いた給電を行う給電装置は、筐体基礎部材と、前記筐体基礎部材上に配置され、磁束を発生する一次コイルと、前記筐体基礎部材に取り付けられ、前記一次コイルの上方を覆う上方部および前記一次コイルの側方を覆う側方部を有するカバーと、前記カバーの上方部と前記一次コイルとの間および前記カバーの側方部と前記一次コイルとの間に設けられた検知電極を有しており、前記検知電極を介して検知した静電容量の変化に基づいて前記カバー周辺の異物を検知する静電容量センサと、前記カバーの上方部および側方部に埋め込まれ、前記カバーよりも高い誘電率を有する高誘電化部材とを備えている。
本発明の第４の態様では、非接触電力伝送装置の送電装置から伝送された電力を受電する受電装置は、筐体基礎部材と、前記筐体基礎部材上に配置され、前記給電装置から受けた磁束に応じて起電力を発生する二次コイルと、前記筐体基礎部材に取り付けられ、前記二次コイルの上方を覆う上方部および前記二次コイルの側方を覆う側方部を有するカバーと、前記カバーの上方部と前記二次コイルとの間および前記カバーの側方部と前記二次コイルとの間に設けられた検知電極を有しており、前記検知電極を介して検知した静電容量の変化に基づいて前記カバー周辺の異物を検知する静電容量センサと、前記カバーの上方部および側方部に埋め込まれ、前記カバーよりも高い誘電率を有する高誘電化部材とを備えている。
本発明によると、異物の侵入を確実に検知することができる非接触電力伝送装置を提供することができる。
実施形態に係る非接触電力伝送装置の構成例を示す図である。 図１に示す非接触電力伝送装置の送電装置が地上に敷設され、受電装置が車両に搭載された場合において、車両が駐車スペースに設置された状態を示す外観図である。 異物検知部の構成例を示すブロック図である。 給電装置の部分断面図である。 給電装置の一次コイル筐体を上方から見た平面図である。 給電装置の他の構成例を示す部分断面図である。 （Ａ）は給電装置のうちの一次コイル筐体を上方から見た平面図であり、図７（Ｂ）は図７（Ａ）の領域Ｘにおける異物検知部の検知電極及び高誘電化構造体の構成例を示すである。 図７に示す一次コイル筐体のカバー上に異物が載った場合における静電容量について説明するための図である。 異物検知部の電極及び高誘電化構造体の他の構成例を示した図である。 異物検知部の電極及び高誘電化構造体の他の構成例を示した図である。 本実施形態に係る非接触電力伝送制御の一例を示すフローチャートである。 異物侵入処理の一例を示すフローチャートである。 給電装置の他の構成例を示す部分断面図である。 従来の非接触電力伝送装置の構成を示す図である。 図１４の給電装置（受電装置）の断面図であり、（ａ）は平断面図、（ｂ）は側断面図である。
以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施形態によって本発明が限定されるものではない。
図１は実施形態に係る非接触電力伝送装置の構成例を示す図である。図２は電気推進車両が駐車スペースに設置された状態の外観図である。
図１に示すように、非接触電力伝送装置１４は、例えば、商用電源１７からの電圧を受けて、磁界を発生する給電装置１５と、給電装置１５からの磁界を受けて、電力として受電する受電装置１６とを備えている。
給電装置１５は、商用電源１７に接続され、整流回路を含む電力供給部としての電源箱１８と、電源箱１８の出力を受けるインバータ部１９と、インバータ部１９からの出力を受けて磁束（磁界）を発生する一次コイル４０を有する給電コイルユニット２０（図１ではコイルユニットと表記）と、静電容量センサを有しており、異物を検知する異物検知部２１と、給電装置１５を制御する給電制御部（例えば、マイコン。図１では制御部と表記）２２とを備えている。商用電源１７は、例えば低周波交流電源である２００Ｖ商用電源である。
受電装置１６は、給電コイルユニット２０から受けた磁束に応じて起電力を発生する二次コイル４１を有する受電コイルユニット２３（図１ではコイルユニットと表記）と、受電コイルユニット２３の出力を受ける整流部２４と、整流部２４からの出力を受ける負荷としてのバッテリー２５と、受電装置１６を制御する受電制御部（例えば、マイコン。図１では制御部と表記）２６とを備えている。
なお、一次コイル４０及び二次コイル４１は、プレートコイルを用いてもよいし、ソレノイドコイルを用いてもよい。また、一次コイル４０及び二次コイル４１は、導電率の高い金属で形成されるのが好ましく、例えば、銅で形成されるのが好ましい。ただし、アルミ等の別の金属を用いて一次コイル４０及び二次コイル４１を形成してもかまわない。
図２に示すように、給電コイルユニット２０及び異物検知部２１が収納された一次コイル筐体２７が地上に敷設され、電源箱１８、インバータ部１９及び給電制御部２２が収納された電源筐体２８が一次コイル筐体２７から所定距離だけ離隔した位置に立設される。一方、受電コイルユニット２３が収納された二次コイル筐体２９は、例えば車体底部（例えば、シャーシ）に取り付けられる。
給電装置１５から受電装置１６に給電するときには、給電コイルユニット２０と受電コイルユニット２３とを対向して配置させるために、ユーザーは車両を適宜移動させる。給電コイルユニット２０と受電コイルユニット２３とが対向して配置された後、給電制御部２２は、インバータ部１９を駆動制御することにより、給電コイルユニット２０と受電コイルユニット２３との間に高周波の電磁場を形成する。受電装置１６は、高周波の電磁場より電力を取り出し、取り出した電力によってバッテリー２５を充電する。
受電制御部２６は、検知したバッテリー２５の残電圧に応じて電力指令値を決定する。給電制御部２２は、無線通信を介して、受電制御部２６によって決定された電力指令値を受信する。給電制御部２２は、給電コイルユニット２０から検知した給電電力と、受電制御部２６から受信した電力指令値とを比較し、給電電力の値が電力指令値となるようにインバータ部１９を駆動する。受電制御部２６は、給電中における受電電力を検知し、バッテリー２５に過電流や過電圧がかからないように、給電制御部２２に送信する電力指令値を変更する。
異物検知部２１は、カバー周辺に異物があるか否かを検知する。ここで、「カバー周辺」とは、例えば高周波の電磁場領域及びその近傍のように、電力伝送中に給電装置１５が発生する磁力線の通過する領域を指すものとし、特に、その磁力線により金属の昇温が発生する領域を指すものとする。本実施形態では、異物検知部２１は、図２に示すように、一次コイル筐体２７の内部に設けられているものとする。なお、異物検知部２１が設けられる場所は、上記に限られるものではない。例えば、給電コイルユニット２０の外部に設けられていてもよいし、受電装置１６に設けられていてもよい。具体的には、例えば二次コイル筐体２９の内部に設けられていてもよい。
なお、本開示における「異物」とは、カバー周辺に侵入してくる可能性のある物体であり、特に電磁界により昇温して非接触電力伝送装置等に被害をもたらす可能性のある金属片等のことである。
図３は異物検知部２１の構成例を示すブロック図である。図４は給電装置１５の部分断面図である。図５は、給電装置１５の一次コイル筐体２７を上方から見た平面図である。
図４に示すように、一次コイル筐体２７は、筐体基礎部材としての筐体基礎板３５に配置された、一次コイル４０を有する給電コイルユニット２０と、筐体基礎板３５に取り付けられ、給電コイルユニット２０の上方及び側方を覆うカバー３６と、カバー３６の裏面に設置された異物検知部２１とを備えている。
カバー３６は、給電コイルユニット２０の上方を覆う上方部３６１と、上方部３６１と一体に形成され、給電コイルユニット２０の側方を覆う側方部３６２とを有している。このように、カバー３６が、給電コイルユニット２０の上方及び側方を覆うように取り付けられることによって、給電コイルユニット２０を保護することができる。
異物検知部２１は、カバー３６と対向する表面に電極３１を有しており、電極３１がカバー３６の上方部３６１の裏面（一次コイル４０と対向する面）に接するように配置されている。
なお、図４及び図５に示すように、高誘電化構造体３７は、一次コイル４０が発生する磁束の方向（図４で上下方向、図５で前後方向）において、カバー３６のうちの対応する電極３１と重なる範囲に配置されている（埋め込まれている）。より具体的には、異物検知部２１及び電極３１は、カバー３６の上方部３６１の裏面にＡ×Ａで示される範囲で接するように配置されている。したがって、高誘電化構造体３７は、電極３１と重なる範囲として、カバー３６の上方部３６１のＡ×Ａで示される範囲において、カバー３６の縦方向（図５で上下方向）及び横方向（図５で左右方向）に、それぞれ所定のピッチＢで埋め込まれている。
また、高誘電化構造体３７を構成する材料は、カバー３６の一般的な材質である樹脂材料（例えば、不飽和ポリエステル、エポキシ）とは異なり、より誘電率の高い材料、例えばガラス繊維等によって構成されている。ただし、高誘電化構造体３７を構成する材料は、ガラス繊維に限られるものではない。具体的には、カバー３６の一般的な材質である樹脂材料より誘電率の高い材料であればよい。例えば、ベークライト（耐熱樹脂）、スチレンブタジェンゴム、磁器（セラミック）、砂利、マイカ、水等が好ましい。
図３に示すように、異物検知部２１は、電極３１と、電圧供給部３２と、Ｃ／Ｖ変換部３３と、信号処理部３４とを備えている。電極３１は、電圧印加電極Ｅ１と、検知電極Ｅ２とを有している。
電圧供給部３２は、電圧印加電極Ｅ１と接続され、グラウンド（ＧＮＤ）電位を基準とする所定の電位を電圧印加電極Ｅ１に印加する。電圧供給部３２によって電圧印加電極Ｅ１に電圧が印加された場合において、図４に示すように、カバー３６上に異物が載ったとき、検知電極Ｅ２と異物３０との間に静電容量Ｃ１が発生する。この静電容量Ｃ１は数式１で表現される。
Figure 0006187871
数式１において、ε０は真空の誘電率、εｒはカバー３６（高誘電化構造体３７を含む）の比誘電率、Ｓは検知電極Ｅ２と異物３０との対極する最少面積、ｄは検知電極Ｅ２と異物３０との間の距離である。
ここで、εｒは高誘電化構造体３７を含むカバー３６の比誘電率である。したがって、カバー３６が樹脂材料のみからなる場合の比誘電率をε１とし、高誘電化構造体３７の比誘電率をε２とした場合、εｒは、ε１＜εｒ＜ε２の関係を有する値となる。このように、カバー３６に高誘電化構造体３７を埋め込むことにより、カバー３６に高誘電化構造体３７を埋め込まない場合と比較して、同じ異物３０がカバー３６上に載った場合の静電容量Ｃ１の値が大きくなる。したがって、異物検知部２１による異物３０の検知が容易になる。
なお、本開示でいう「カバー上」は、カバーの外側表面上またはカバー外側表面の上方をいうものとする。
Ｃ／Ｖ変換部３３は、上記の静電容量Ｃ１を電圧値に変換する。本実施形態では、Ｃ／Ｖ変換部３３は異物３０とＧＮＤ電位との間の静電容量をＣ２とした場合、静電容量Ｃ１＋Ｃ２の容量値を、対応する電圧値に変換する。
信号処理部３４は、Ｃ／Ｖ変換部３３によって変換された電圧値に対応する信号、すなわち測定した静電容量値に対応する信号を給電制御部２２に送信する。
以上のような構成において、異物３０が検知電極Ｅ２に接近した場合、数式１の距離ｄが小さくなり、静電容量Ｃ１が大きくなる。その結果、異物検知部２１の静電容量の測定値が増加し、異物３０の侵入を検知することができる。すなわち、上述のように異物検知部２１を適切に設けることによって、給電装置１５と受電装置１６との間に侵入した異物を確実に検知することができる。また、高誘電化構造体３７をカバー３６内に設けることによってＣ／Ｖ変換部３３が変換する電圧値が大きくなるため、より確実に異物を検知することができる。
なお、図４及び図５では、高誘電化構造体３７が、カバー３６の上方部３６１に設置されている例について示したが、これに限られるものではない。例えば、図６（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、カバー３６の上方部３６１及び側方部３６２の両方に埋め込まれていてもよい。
また、高誘電化構造体３７は、通過する磁束量に応じて埋め込む密度を変えてもよい。例えば、図６（Ｂ）に示すように、通過する磁束量が多いカバー３６の上方部３６１について、側方部３６２よりも高誘電化構造体３７の密度を高くしてもよい。これにより、通過する磁束量の多い部分のカバー３６（高誘電化構造体３７を含む）の比誘電率を高めることができる。換言すると、通過する磁束量の多い部分における数式１で示した静電容量Ｃ１の値が大きくなり、異物検知部２１による異物３０の検知が容易になる。すなわち、異物検知部２１によって異物３０の侵入を確実に検知することができる。なお、磁束量が多い部分は、異物３０の過熱が発生しやすくなるため、異物３０の検知が容易になることにより、安全性を高めることができる。
また、図６（Ｃ）に示すように、異物検知部２１及び検知電極Ｅ２がカバー３６の上方部３６１の裏面及びカバーの側方部３６２の裏面に設けられていてもよい。これにより、カバー３６の上方に加えて、カバー３６の側方においても、異物３０の侵入を確実に検知することができる。このとき、高誘電化構造体３７がカバー３６の上方部３６１及び側方部３６２の両方に埋め込まれることによって、カバー３６の上方及び側方の両方において、数式１で示した静電容量Ｃ１の値が大きくなり、異物検知部２１による異物３０の検知が容易になる。すなわち、異物検知部２１によって異物３０の侵入を確実に検知することができる。
図７（Ａ）は給電装置１５のうちの一次コイル筐体２７を上方から見た平面図であり、図７（Ｂ）は図７（Ａ）の領域Ｘにおける異物検知部２１の検知電極Ｅ２及び高誘電化構造体３７の構成例を示すである。なお、図７（Ａ）では、図５と比較して高誘電化構造体３７のピッチ（図７ではピッチの幅をＣと表記）が狭くなっている。このように、ピッチ幅は狭くなってもかまわない。
図７（Ｂ）に示すように、電圧印加電極Ｅ１と検知電極Ｅ２とが交互に、カバー３６の横方向（図７で左右方向）に所定のピッチで配置されている。高誘電化構造体３７は、電圧印加電極Ｅ１及び検知電極Ｅ２と対応するように配置されている。より具体的には、例えば、高誘電化構造体３７は、一次コイル４０から発生される磁束の方向（図７で前後方向）において、電圧印加電極Ｅ１及び検知電極Ｅ２と重なる範囲に配置されている。
図８は、図７に示す一次コイル筐体２７のカバー３６上に異物３０が載った場合における静電容量Ｃ１について説明するための図である。図８（Ａ）は図７（Ａ）における領域Ｘの拡大図であり、図８（Ｂ）は図８（Ａ）のＹ−Ｙ断面図である。ここで、Ｓ４１は、電圧印加電極Ｅ１と異物３０との対極する最少面積であり、Ｓ４２は検知電極Ｅ２と異物３０との対極する最少面積であるものとする。また、図８（Ｂ）では、高誘電化構造体３７の断面形状は円形状であるものとする。なお、高誘電化構造体３７の断面形状は四角形状であってもかまわないし、他の形状であってもよい。
図８（Ｂ）に示すように、高誘電化構造体３７は、電圧印加電極Ｅ１及び検知電極Ｅ２と磁束の方向において重なる範囲に配置されている。これにより、異物３０が載った場合の異物３０と検知電極Ｅ２との間におけるカバー３６（高誘電化構造体３７を含む）の比誘電率を高めることができる。これにより、カバー３６上に異物３０が載った場合における静電容量Ｃ１の値を大きくすることができる。したがって、異物検知部２１による異物３０の検知が容易になる。すなわち、異物検知部２１によって異物３０の侵入を確実に検知することができる。
なお、高誘電化構造体３７と、電圧印加電極Ｅ１及び検知電極Ｅ２と対応させた配置は、図８（Ｂ）の配置に限られるものではない。例えば、図８（Ｂ）において、電圧印加電極Ｅ１及び検知電極Ｅ２と高誘電化構造体３７とが、お互いの大きさや重なり（例えば、図８における検知電極Ｅ２と高誘電化構造体３７との互いの左右方向の位置）が必ずしも一致しなくてもかまわない。例えば、高誘電化構造体３７の断面の直径は、電圧印加電極Ｅ１及び検知電極Ｅ２の幅（図８（Ｂ）で左右方向の長さ）より小さくてもよい。
また、図８（Ｂ）において、各電圧印加電極Ｅ１及び各検知電極Ｅ２の下に、図８（Ｂ）と比較して断面の直径を小さくした高誘電化構造体３７が、複数個、図８の左右方向や上下方向に並べて配置されていてもよい。このように、複数個の高誘電化構造体３７が、各電圧印加電極Ｅ１及び各検知電極Ｅ２に対応するように配置されていてもかまわない。
図９（Ａ），（Ｂ）は、高誘電化構造体３７並びに電圧印加電極Ｅ１及び検知電極Ｅ２の配置の他の例を示した図であり、図７（Ａ）における領域Ｘの拡大図として示した図である。
図９（Ａ）では、高誘電化構造体３７は、磁束の方向において、電圧印加電極Ｅ１と検知電極Ｅ２との間の位置に配置されている。このような配置とすることにより、隣接する検知電極Ｅ２間に異物が載った場合における静電容量の検知が容易になる。すなわち、異物検知部２１によって異物３０の侵入を確実に検知することができる。
図９（Ｂ）では、磁束の方向において、隣接する電圧印加電極Ｅ１と検知電極Ｅ２とが含まれる領域と、高誘電化構造体３７とが、重なるように配置されている。このように、２つ以上の電極にわたる範囲で高誘電化構造体３７を配置してもかまわない。
なお、図９（Ａ）において、図８と同様に、複数個の高誘電化構造体３７が、電圧印加電極Ｅ１と検知電極Ｅ２との間の各位置に、対応するように配置されていてもかまわない。同様に、図９（Ｂ）において、複数個の高誘電化構造体３７が、電圧印加電極Ｅ１と検知電極Ｅ２とが含まれる各領域に対応するように配置されていてもかまわない。
図１０は高誘電化構造体３７及び電極３１の配置の他の例を示した図であり、給電装置１５のうちの一次コイル筐体２７を上方から見た平面図として示した図である。
図１０に示すように、高誘電化構造体３７は、平面視で一次コイル筐体２７の中心から外方に向かって、カバー３６の面に沿って放射状に設けられている。そして、電極３１は、高誘電化構造体３７と対応するように配置されている。より具体的には、電極３１は、高誘電化構造体３７の延伸方向に沿うように配置され、かつ磁束の方向（図１０で前後方向）において、高誘電化構造体３７と重なる範囲に配置されている。これにより、カバー３６上に異物３０が載った場合における静電容量Ｃ１の値を大きくすることができる。したがって、異物検知部２１による異物３０の検知が容易になる。すなわち、異物検知部２１によって異物３０の侵入を確実に検知することができる。なお、上記の実施例は、高誘電化構造体３７が設けられた位置に対応して電極３１を配置する例について説明したが、電極３１が設けられた位置に対応して高誘電化構造体３７を配置するようにしてもかまわない。
［非接触電力伝送によるバッテリーへの充電動作］
次に、図１１、図１２のフローチャートを参照しながら、本実施形態に係る非接触電力伝送制御について説明する。ここでは、図２に示すように、給電装置１５は地上に敷設され、受電装置１６は車両に搭載されているものとする。
まず、図１１のＳ１において、受電装置１６を搭載した車両が停止し、給電コイルユニット２０と受電コイルユニット２３とが対向して配置された後、給電制御部２２は、無線通信を介して受電制御部２６から電力伝送開始の指示及び電力指令値を受信する（Ｓ１）。なお、Ｓ１では給電制御部２２は受電制御部２６から電力伝送開始の指示を受けるものとしたが、これに限られるものではない。例えば、ユーザーから電力伝送開始の指示の入力を受けるものとしてもよい。
電力指令値が受信されると、Ｓ２において、異物検知部２１は、静電容量測定動作を開始し、測定した静電容量の値を給電制御部２２に出力する。給電制御部２２は、異物検知部２１から受けた静電容量値を初期値として記憶する。異物検知部２１の静電容量を測定する部分には、検知電極Ｅ２が用いられており、例えば、給電コイルユニット２０を覆うカバー３６上における電磁場領域を検知領域として静電容量を測定する。なお、給電制御部２２は、上記初期値として、異物検知部２１から受けた静電容量値に代えて、あらかじめ保持している所定の値を初期値として用いてもよい。
次に、給電制御部２２は、インバータ部１９に電力伝送開始を指示し、給電コイルユニット２０から受電コイルユニット２３への電力供給を開始する（Ｓ３）。
次に、給電制御部２２は、異物検知部２１の検知電極Ｅ２による静電容量の測定値（測定静電容量）と、初期値とを比較し、侵入してくる異物による静電容量の変化があるか否かを判定する（Ｓ４）。なお、給電制御部２２は上記の初期値として、例えば、「受電制御部２６から受けた初期値に、測定精度による変動などのばらつき要因に配慮した一定値を加えた値」を用いてもかまわない。これにより、異物侵入の判断に含まれるばらつき要因を排除することができる。
Ｓ４において測定された静電容量の値が初期値を超えている場合（Ｓ４で“ＹＥＳ”）、給電制御部２２は異物の侵入があると判定し、送電電力を制御するための異物処理（Ｓ５）にフローを移行する。これにより、異物の過熱による拡大被害を防止することができる。
一方、Ｓ４において測定された静電容量の値が初期値以下である場合（Ｓ４で“ＮＯ”）、給電制御部２２は異物の侵入がないと判定し、インバータ部１９に電力伝送を継続させる（Ｓ６）。
図１２は、異物処理（図１１のＳ５）の一例を示すフローチャートである。異物処理に移行すると、まず、給電装置１５は、異常検知部２１の異常を表示や音などの告知手段により告知する。例えば、図２に示す電源筐体２８にスピーカを設け、スピーカによって告知する（Ｓ２１）。
次に、給電制御部２２は、測定した静電容量と異物処理設定値とを比較して、経時変化要因の排除や、危険度を含めた詳細な判断をする（Ｓ２２）。
ここで、「経時変化要因」とは、機器の温度上昇や気候変動等の計測中における環境の変化によって静電容量が変動する場合があり、これらの変化要因のことを指すものとする。
また、「異物処理設定値」には、例えば、上記の経時変化要因に配慮した一定値を初期値に加えた値や、異物侵入時の静電容量を設計データから求めて、その求めた静電容量値に基づいて、危険を防止するための限度値を設定して用いる。
Ｓ２２において、測定した静電容量値が異物処理設定値を超えていると判定された場合（Ｓ２２で“ＹＥＳ”）、給電制御部２２は、給電コイルユニット２０から受電コイルユニット２３への伝送電力を所定量（例えば、１／２）落とす、あるいは電力伝送を停止するなどの伝送電力を抑制する制御を行う（Ｓ２３）。さらに、異物侵入により伝送電力を制御していることを表示や音などの告知手段により告知して（Ｓ２４）、異物処理を終了し、フローはＳ７に移行する。
一方、ステップＳ２２において測定静電容量が設定値を超えていないと判定された場合（Ｓ２２で“ＮＯ”）、給電制御部２２は、Ｓ２３及びＳ２４を迂回して異物処理を終了し、フローはＳ７に移行する。
図１１のＳ７では、人による異物排除や車の使用などの理由により、電力伝送を中断する指示があるか否かを確認する。電力伝送を中断する指示があった場合（Ｓ７で“ＹＥＳ”）、給電制御部２２は、インバータ部１９に電力伝送の終了を指示することによって給電コイルユニット２０から受電コイルユニット２３への電力供給を停止し、異物検知部２１は、静電容量の測定動作を終了する（Ｓ９）。
一方、Ｓ７において、電力伝送を中断する指示がない場合（Ｓ７で“ＹＥＳ”）、フローはステップＳ８に移行し、給電制御部２２は、充電が完了したかどうかを判定する。充電が完了していない場合（Ｓ８で“ＮＯ”）、フローがステップＳ４に戻る一方、充電が完了している場合（Ｓ８で“ＹＥＳ”）、給電制御部２２は電力供給を終了し、異物検知部２１は異物検知動作を終了する（Ｓ９）。
［給電装置の他の構成例］
図１３（Ａ）は給電装置１５の他の構成例を示す部分断面図である。図１３（Ａ）では、給電装置１５は、図４の構成に加えて、一端が筐体基礎板３５に固定され、他端が異物検知部２１（電極３１）の下面を支持する支持部材５０を備えている。
図１３（Ａ）に示すように、給電装置１５に支持部材５０を設けることによって、カバー３６の上方部３６１の裏面（一次コイル４０側の面）に電極３１の表面が接するように、異物検知部２１を支持することができる。これにより、例えば図１３（Ｂ）に示すように、上方部３６１の裏面から離れた位置に電極３１が設けられている場合と比較して、カバー３６上にある異物との距離を縮めることができる。すなわち、給電装置１５に支持部材５０を設けることによって、カバー周辺に侵入した異物を確実に検知することができる。より具体的には、カバー３６上に異物が侵入した際に、図１３（Ｂ）の構成は、図１３（Ａ）の構成と比較して、数式１で計算される静電容量に、カバー３６の上方部３６１と異物検知部２１との間の空隙部分（距離はｄ１）の静電容量が付加された構成となる。これにより、図１３（Ｂ）の構成は、図１３（Ａ）の構成と比較して、計算される静電容量の値が小さくなる。
このように、給電装置１５に支持部材５０を設けることにより、カバー３６の上方部３６１の裏面に電極３１の表面が接するため、カバー３６上に異物３０が侵入した際における、異物３０と検知電極Ｅ２との間の比誘電率を高めることができる。したがって、支持部材５０を設けることによって、支持部材５０を設けない場合と比較して、同じ異物３０がカバー３６上に載った場合の静電容量の値が大きくなる。すなわち、異物検知部２１による異物３０の検知が容易になる。
なお、図１３において、支持部材５０にカバー３６上から押付荷重が加わった場合において、押付荷重が解除されたとき、検知電極Ｅ２がカバー３６の上方部３６１の裏面の元の位置に接するように調整する位置調整部５１を有していてもよい。これにより、カバー３６上から押付荷重が加わった場合においても、押付荷重が解除された後には検知電極Ｅ２が上方部３６１の裏面の元の位置に接する。これにより、カバー３６上から押付荷重が加わった場合においても、押付荷重が解除された後にはカバー周辺に侵入した異物を確実に検知することができる。
上述の実施形態では、給電装置１５に異物検知部２１が設けられている例について説明したが、本開示はこれに限られるものではない。例えば、異物検知部２１は、受電装置１６に設けられていてもよい。さらに、給電装置１５及び受電装置１６に異物検知部がそれぞれ設けられていてもよい。
また、上述の実施形態においては、高誘電化構造体３７はカバー３６の厚み方向のほぼ中央に配置するものとしたが、その一部あるいは全部をカバー３６の外表面に露出させる構成としてもよい。
本発明では、異物の侵入を確実に検知することができる非接触電力伝送装置が得られる。したがって、例えば電気自動車の車載バッテリーに充電したり、電気自動車のバッテリーから充電電力を取り出したりする非接触電力伝送装置に対して有用である。
１４ 非接触電力伝送装置
１５ 給電装置
１６ 受電装置
２１ 異物検知部（静電容量センサ）
３５ 筐体基礎板（筐体基礎部材）
３６ カバー
３６１ 上方部
３６２ 側方部
３７ 高誘電化構造体（高誘電化部材）
４０ 一次コイル
４１ 二次コイル
５０ 支持部材
５１ 位置調整部
Ｅ２ 検知電極

Claims (11)

  1. 給電装置と受電装置との間で電磁誘導を用いた電力伝送を行う非接触電力伝送装置であって、
    前記給電装置は、
    筐体基礎部材と、
    前記筐体基礎部材上に配置され、磁束を発生する一次コイルと、
    前記筐体基礎部材に取り付けられ、前記一次コイルの上方を覆う上方部および前記一次コイルの側方を覆う側方部を有するカバーと、
    前記カバーの上方部と前記一次コイルとの間および前記カバーの側方部と前記一次コイルとの間に設けられた検知電極を有しており、前記検知電極を介して検知した静電容量の変化に基づいて前記カバー周辺の異物を検知する静電容量センサと、
    前記カバーの上方部および側方部に埋め込まれ、前記カバーの材質よりも高い誘電率を有する高誘電化部材と、
    を備える非接触電力伝送装置。
  2. 前記高誘電化部材は、前記磁束の方向において、対応する前記検知電極と重なる範囲に配置されている、
    請求項１に記載の非接触電力伝送装置。
  3. 前記検知電極は、複数個、所定のピッチで配置されており、
    前記高誘電化部材は、前記各検知電極とそれぞれ対応するように配置されている、
    請求項１に記載の非接触電力伝送装置。
  4. 前記高誘電化部材は、前記カバーの中心から外方に向かって、前記カバーの面に沿うように、放射状に配置されており、
    前記検知電極は、前記高誘電化部材と対応するように配置されている、
    請求項１に記載の非接触電力伝送装置。
  5. 前記カバーに埋め込まれた前記高誘電化部材の密度は、通過する磁束量が少ない位置に比べて、通過する磁束量が多い位置の方が高い、
    請求項１に記載の非接触電力伝送装置。
  6. 前記検知電極は、表面が前記カバーの裏面に接するように配置されている、
    請求項１に記載の非接触電力伝送装置。
  7. 前記検知電極を、前記カバーの裏面に接するように、支持する支持部材を備えている、
    請求項６に記載の非接触電力伝送装置。
  8. 前記支持部材は、前記カバーに外側から押付荷重が加わった場合において、当該押付荷重が解除されたとき、前記検知電極が前記カバーの裏面の元の位置に接するように調整する位置調整部を有している、
    請求項７に記載の非接触電力伝送装置。
  9. 給電装置と受電装置との間で電磁誘導を用いた電力伝送を行う非接触電力伝送装置であって、
    前記受電装置は、
    筐体基礎部材と、
    前記筐体基礎部材上に配置され、前記給電装置から受けた磁束に応じて起電力を発生する二次コイルと、
    前記筐体基礎部材に取り付けられ、前記二次コイルの上方を覆う上方部および前記二次コイルの側方を覆う側方部を有するカバーと、
    前記カバーの上方部と前記二次コイルとの間および前記カバーの側方部と前記二次コイルとの間に設けられた検知電極を有しており、前記検知電極を介して検知した静電容量の変化に基づいて前記カバー周辺の異物を検知する静電容量センサと、
    前記カバーの上方部および側方部に埋め込まれ、前記カバーよりも高い誘電率を有する高誘電化部材と、
    を備える非接触電力伝送装置。
  10. 対向して配置された非接触電力伝送装置の受電装置に対して、電磁誘導を用いた給電を行う給電装置であって、
    筐体基礎部材と、
    前記筐体基礎部材上に配置され、磁束を発生する一次コイルと、
    前記筐体基礎部材に取り付けられ、前記一次コイルの上方を覆う上方部および前記一次コイルの側方を覆う側方部を有するカバーと、
    前記カバーの上方部と前記一次コイルとの間および前記カバーの側方部と前記一次コイルとの間に設けられた検知電極を有しており、前記検知電極を介して検知した静電容量の変化に基づいて前記カバー周辺の異物を検知する静電容量センサと、
    前記カバーの上方部および側方部に埋め込まれ、前記カバーよりも高い誘電率を有する高誘電化部材と、
    を備える給電装置。
  11. 非接触電力伝送装置の給電装置から伝送された電力を受電する受電装置であって、
    筐体基礎部材と、
    前記筐体基礎部材上に配置され、前記給電装置から受けた磁束に応じて起電力を発生する二次コイルと、
    前記筐体基礎部材に取り付けられ、前記二次コイルの上方を覆う上方部および前記二次コイルの側方を覆う側方部を有するカバーと、
    前記カバーの上方部と前記二次コイルとの間および前記カバーの側方部と前記二次コイルとの間に設けられた検知電極を有しており、前記検知電極を介して検知した静電容量の変化に基づいて前記カバー周辺の異物を検知する静電容量センサと、
    前記カバーの上方部および側方部に埋め込まれ、前記カバーよりも高い誘電率を有する高誘電化部材と、
    を備える受電装置。
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