JP7020563B2

JP7020563B2 - 異物検出装置及び送電装置

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Publication number: JP7020563B2
Application number: JP2020548146A
Authority: JP
Inventors: 栄一漆畑; 賢二西村; 英樹奈賀野
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2018-09-18
Filing date: 2019-08-19
Publication date: 2022-02-16
Anticipated expiration: 2039-08-19
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Description

本開示は、異物検出装置及び送電装置に関するものである。

駐車場等に設置された送電装置の送電部から自動車に搭載された受電装置の受電部への非接触給電に関する技術が知られている。送電部の上に空缶等の金属の異物が存在すると、異物の周囲の温度が上昇することがある。そこで、例えば、特許文献１には、赤外線センサ及びサーモカメラを備えた送電装置が開示されている。特許文献１の送電装置では、赤外線センサ及びサーモカメラのいずれかにより送電部の上の異物が検出された場合に送電が中止される。

特許第５６９１８６３号公報

ところで、上記技術では、送電部の異物を検出するために赤外線センサ及びサーモカメラの両方を設置する必要がある。したがって、送電装置において、赤外線センサ及びサーモカメラの両方を設置しなければならないという制約が生じる。そのため、より単純な構成によって、送電部の異物を検出することが望まれている。

そこで本開示は、より単純な構成によって、送電部の異物を検出することができる異物検出装置及び送電装置を説明する。

本開示の一側面に係る異物検出装置は、送電装置の送電部から受電装置の受電部への非接触給電における送電部の異物を検出する異物検出装置であって、送電部に配置され、温度の変化に伴い色が変化する感温体と、色の変化を検出することにより、異物を検出する検出部とを備える。

本開示の異物検出装置及び送電装置によれば、より単純な構成によって、送電部の異物を検出することができる。

第１実施形態に係る異物検出装置及び送電装置を示すブロック図である。（Ａ）は広角レンズを用いたカメラセンサユニットの例を示す図であり、（Ｂ）は標準レンズを用いたカメラユニットの例を示す図である。（Ａ）は第１実施形態に係る送電装置の送電中に送電部の上に異物が存在していない状態を示す平面図であり、（Ｂ）は第１実施形態に係る送電装置の送電中に送電部の上に発熱を生じさせる異物が存在している状態を示す平面図である。第２実施形態に係る異物検出装置及び送電装置を示すブロック図である。（Ａ）は第２実施形態に係る送電装置の送電中に送電部の上に発熱を生じさせる異物が存在している状態を示す平面図であり、（Ｂ）は第２実施形態に係る送電装置の送電中に送電部の上に発熱を生じさせない異物が存在している状態を示す平面図である。

この異物検出装置によれば、送電装置の送電部から受電装置の受電部への非接触給電における送電部の異物を検出する異物検出装置において、送電部に配置され、温度の変化に伴い色が変化する感温体と、感温体の色の変化を検出することにより、送電部の異物を検出する検出部とを備える異物検出装置が提供される。送電部に異物が存在すると、異物の周囲の温度が上昇し、感温体の色が変化する。検出部により、感温体の色の変化が検出されることにより、送電部の異物が検出される。このため、より単純な構成によって、送電部の異物を検出することができる。

いくつかの態様において、感温体では、温度の変化に伴い複数の色を含むパターンが出現し、検出部は、感温体のパターンの出現を検出することにより、送電部の異物を検出してもよい。

この構成によれば、感温体では、温度の変化に伴い複数の色を含むパターンが出現し、検出部は、パターンの出現を検出することにより、異物を検出する。このため、異物の色が感温体のパターンに含まれる一つの色と同じであったとしても、感温体のパターンに含まれる他の色を検出部により検出することによって、誤検出を防止しつつ送電部の発熱の原因となる異物を検出することができる。

いくつかの態様において、パターンは、市松模様であってもよい。

この構成によれば、パターンは市松模様であるため、パターンの出現を検出することがより容易である。

いくつかの態様において、感温体は、路面に設置された送電部の上に配置され、検出部は、路面に設置され、感温体から反射された光を受光するカメラと、光を集約するレンズと、レンズにより集約された光をカメラの方向に向けるミラーとを有してもよい。

この構成によれば、感温体は、路面に設置された送電部の上に配置され、検出部は、路面に設置され、感温体から反射された光を受光するカメラと、光を集約するレンズと、レンズにより集約された光をカメラの方向に向けるミラーとを有する。このため、例えば、駐車場等の路面に設置された送電部により自動車の下面に設置された受電部に非接触給電を行う場合において、施設の制約となり難いようにカメラを路面に設置することができる。また、レンズとミラーとにより、路面と自動車の下面との狭い隙間から、感温体の広い範囲を検出することができる。

レンズは、魚眼レンズ及び広角レンズのいずれかであってもよい。

この構成によれば、レンズが広角レンズ又は魚眼レンズであるため、検出範囲に対する検出部の高さを低くすることができる。

また、本開示の他側面に係る送電装置は、本開示の一側面の異物検出装置と、送電部とを備えた送電装置である。

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。

図１に示されるように、本開示の第１実施形態に係る送電装置１０Ａは、異物検出装置１Ａと送電部１５とを備える。送電装置１０Ａは、路面Ｓに設置された送電部１５から自動車３０に搭載された受電装置２０の受電部２１へ非接触給電により電力を供給する。送電装置１０Ａは、例えば駐車場等に設置されている。自動車３０は、例えば、電気自動車である。送電装置１０Ａは、駐車場等に到着した電気自動車等の自動車３０に搭載された受電装置２０に対し、磁界共鳴方式又は電磁誘導方式等のコイル間の磁気結合を利用して、電力を供給するように構成されている。なお、自動車３０は、電気自動車ではなく、プラグインハイブリッド車及び水中航走体などの各種移動体であってもよい。

図１に示されるように、送電装置１０Ａは、異物検出装置１Ａ、コンバータ１２、インバータ１３、送電制御部１４及び送電部１５を備える。送電装置１０Ａは、外部の電源１１から電力を供給される。電源１１は、自動車３０に送電すべき電力を生成するために必要となる電力を供給し、例えば商用交流電源のような単相交流電力を供給する。なお、この電源１１は、単相交流電源に限られることはなく、三相交流電力を供給する電源であってもよい。

コンバータ１２は、電源１１から供給される交流電力を整流して直流電力に変換するＡＣ／ＤＣコンバータである。コンバータ１２は、ＰＦＣ[Power Factor Correction]機能や昇降圧機能を有していてもよい。なお、電源１１としては燃料電池や太陽電池など直流電源を利用することも可能であり、その場合には、コンバータ１２を省略することができる。また、電源１１が直流電源である場合は、コンバータ１２の代わりにＤＣ／ＤＣコンバータを設けてもよい。

インバータ１３は、コンバータ１２からの直流電力を電源１１の交流電力よりも周波数が高い交流電力（高周波電力）に変換して送電部１５に供給する。送電制御部１４は、例えば、ＣＰＵ[Central Processing Unit]、ＲＯＭ[Read Only Memory]、ＲＡＭ[Random Access Memory]等を含む電子制御ユニットである。送電制御部１４は、送電装置１０Ａの送電部１５から受電装置２０の受電部２１への電力供給を制御する。送電制御部１４は、送電装置１０Ａの送電部１５から受電装置２０の受電部２１へ送電される電力の大きさを変更するように、コンバータ１２及びインバータ１３の動作を制御する。また、送電制御部１４は、後述するように、異物を検出した異物検出装置１Ａから送電を停止させる指令信号を受信したときは、送電装置１０Ａの送電部１５から受電装置２０の受電部２１への送電を中止する。

送電部１５は、駐車場等の路面Ｓに設置されたコイル装置である。受電装置２０の受電部２１は、自動車３０の下面に設置されたコイル装置である。送電部１５と受電部２１とが近接させられることで、電磁結合回路が形成される。この電磁結合回路は、送電部１５と受電部２１とが電磁気的に結合して送電部１５から受電部２１への非接触給電により送電が行われる回路を意味する。なお、送電部１５及び受電部２１は、電磁誘導方式により非接触給電を行ってもよく、磁界共鳴方式で非接触給電を行ってもよい。また、送電部１５及び受電部２１は、アンテナ装置であってもよい。

異物検出装置１Ａは、送電装置１０Ａの送電部１５から受電装置２０の受電部２１への非接触給電における送電部１５の異物Ｆを検出する。異物Ｆは、送電部１５と受電部２１との間で発熱の原因となる金属物である。異物Ｆは、例えば、空缶等である。

異物検出装置１Ａは、感温体２Ａと検出部３Ａとを備える。感温体２Ａは、送電部１５に配置され、温度の変化に伴いその色が変化する。感温体２Ａは、路面Ｓに設置された送電部１５の上に配置されている。感温体２Ａは、例えば、送電部１５の上面に塗布された感温塗料である。感温体２Ａは、送電部１５の温度が送電装置１０Ａによる受電装置２０への送電を中止すべき４０℃～８０℃の温度に達したときに、その色が変化する。感温体２Ａは、例えば、温度の変化に伴い可逆的にその色が変化する重金属のヨウ化物により形成されている。感温体２Ａは、例えば、Ｈｇ_２［ＨｇＩ_４］、Ａｇ_２［ＨｇＩ_４］及びＣｕ_２［ＨｇＩ_４］により形成される。

本実施形態では、感温体２Ａは、例えば、４０℃未満の温度ではその色が白、黒等の無彩色であるが、４０℃～８０℃の温度に達したときに赤、青及び緑等のいずれかの一種類の有彩色に変色する。本実施形態では、感温体２Ａは、送電部１５の上面の全面に塗布された一種類の感温塗料である。なお、感温体２Ａは、４０℃未満の温度ではその色が有彩色であり、４０℃～８０℃の温度に達したときに無彩色に変色するものであってもよい。また、感温体２Ａの４０℃～８０℃の温度に達したときの色は可視光線の色でよい。

検出部３Ａは、感温体２Ａの色の変化を検出することにより、送電部１５の異物Ｆを検出する。検出部３Ａは、カメラセンサユニット４Ａ、色変化検出部５及び送電停止部６を有する。図２（Ａ）に示すように、検出部３Ａのカメラセンサユニット４Ａは、路面Ｓに設置され、感温体２Ａから反射された光を受光するカメラ４１と、感温体２Ａから反射された光を集約するレンズ４２Ａと、レンズ４２Ａにより集約された光をカメラ４１の方向に向けるミラー４３とを有する。

カメラ４１は、送電部１５の上面に配置され、感温体２Ａから反射された光を受光する。カメラ４１は、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラである。カメラ４１は、可視光線を検出できればよい。レンズ４２Ａは、例えば、広角レンズ又は魚眼レンズである。ミラー４３は、カメラ４１の上方に配置され、レンズ４２Ａにより集約された光をミラー４３の下方に配置されたカメラ４１の方向に向ける。

本実施形態では、レンズ４２Ａが広角レンズ又は魚眼レンズであるため、検出範囲Ｒ１に対するカメラセンサユニット４Ａの高さｈ１を低くすることができる。検出範囲Ｒ１は、送電部１５の上面の全面に亘る。レンズ４２Ａに広角レンズ又は魚眼レンズを使用することによって、広範囲の光学データを取得できる。レンズ４２Ａで集約した光をミラー４３で反射させカメラ４１に送るという順の並びにすることで、小型のミラー４３が利用可能であり装置を小型化することもできる。なお、図２（Ｂ）に示すように、送電部１５の上面が小さいために検出範囲Ｒ２を大きくする必要が無く、カメラセンサユニット４Ｂの高さｈ２を低くする必要が無い場合には、レンズ４２Ｂとして、標準レンズが適用されてもよい。

図１に示される色変化検出部５は、カメラセンサユニット４Ａのカメラ４１により受光された光の波長を検出することにより、感温体２Ａの色の変化を検出する。送電停止部６は、色変化検出部５により感温体２Ａの色の変化が検出されたときに、送電制御部１４に送電を停止させる指令信号を送信し、送電装置１０Ａによる受電装置２０への送電を中止させる。

一方、自動車３０に搭載された受電装置２０は、受電部２１、整流器２２を備える。受電装置２０は、送電装置１０Ａの送電部１５から電力を受け取り、自動車３０のバッテリ２３等の負荷に電力を供給する装置である。受電部２１は、上記のように、自動車３０の下面の４つの車輪３１の間に取り付けられたコイル装置である。送電部１５で発生した磁束が受電部２１に鎖交することによって、受電部２１は誘導電流を発生させる。これにより、受電部２１は、非接触で送電部１５からの電力を受け取る。整流器２２は、受電部２１が送電部１５から受け取った交流電力を整流して直流電力に変換する。整流器２２により変換された直流電力は、自動車３０のバッテリ２３等の負荷に供給される。

以下、本実施形態の異物検出装置１Ａ及び送電装置１０Ａの動作について説明する。図３（Ａ）に示されるように、送電装置１０Ａの送電部１５から自動車３０に搭載された受電装置２０の受電部２１への送電が行われているときに、送電部１５の上面に異物が存在していない場合は、感温体２Ａの色は変化しない。検出部３Ａの色変化検出部５は、感温体２Ａの色の変化を検出しない。検出部３Ａの送電停止部６は送電制御部１４に送電を停止させる指令信号を送信しないため、送電装置１０Ａの送電制御部１４は送電を継続する。送電装置１０Ａの送電部１５から受電装置２０の受電部２１への送電が行われているときに、送電部１５の上面に落葉等の送電部１５と受電部２１との間で発熱の原因とならない異物が存在していても、感温体２Ａの色は変化しないため、送電装置１０Ａの送電制御部１４は送電を継続する。

図３（Ｂ）に示されるように、送電装置１０Ａの送電部１５から受電装置２０の受電部２１への送電が行われているときに、送電部１５の上面に空缶等の送電部１５と受電部２１との間で発熱の原因となる異物Ｆが存在する場合は、感温体２Ａの色が変化する。検出部３Ａの色変化検出部５は、感温体２Ａの色の変化を検出する。検出部３Ａの送電停止部６は送電制御部１４に送電を停止させる指令信号を送信し、送電装置１０Ａの送電制御部１４は送電を中止する。

本実施形態によれば、送電装置１０Ａの送電部１５から受電装置２０の受電部２１への非接触給電における送電部１５の異物Ｆを検出する異物検出装置１Ａにおいて、送電部１５に配置され、温度の変化に伴い色が変化する感温体２Ａと、感温体２Ａの色の変化を検出することにより、送電部１５の異物Ｆを検出する検出部３Ａとを備える。送電部１５に異物Ｆが存在すると、異物Ｆの周囲の温度が上昇し、感温体２Ａの色が変化する。検出部３Ａにより、感温体２Ａの色の変化が検出されることにより、送電部１５の異物Ｆが検出される。このため、より単純な構成によって、送電部１５の異物Ｆを検出することができる。

また、本実施形態によれば、例えば、送電部１５と受電部２１との間の磁界を計測することにより異物Ｆが検出される方法と異なり、発熱により生じた感温体２Ａの色の変化を検出することにより異物Ｆが検出される。つまり、発熱を直接に検出することにより異物Ｆが検出されるため、送電部１５の上面に落葉等の送電部１５と受電部２１との間で発熱の原因とならない異物が存在していても、発熱の原因となる異物Ｆとして検出されない。このため、誤検出を防止することにより、送電装置１０Ａの不要な送電の中断を防ぐことができる。また、本実施形態によれば、例えば、送電部１５と受電部２１との間の磁界を計測することにより異物Ｆが検出される方法に比べて、発熱を直接に検出することにより異物Ｆが検出されるため、より小さな異物Ｆを検出することができる。異物Ｆが、光学系（レンズ４２Ａとミラー４３又はレンズ４２Ｂとミラー４３）を通してカメラ４１の撮像面に結像するとき、異物Ｆの像が撮像素子の１又は複数の画素に投影されるように、十分小さい画素を有するカメラ４１、すなわち、画素数が多く分解能の高いカメラ４１を採用することにより、小さい異物Ｆを検出することができる。

また、本実施形態によれば、感温体２Ａは、路面Ｓに設置された送電部１５の上に配置され、検出部３Ａは、路面Ｓに設置され、感温体２Ａから反射された光を受光するカメラ４１と、光を集約するレンズ４２Ａと、レンズ４２Ａにより集約された光をカメラ４１の方向に向けるミラー４３とを有する。このため、例えば、駐車場等の路面Ｓに設置された送電部１５により自動車３０の下面に設置された受電部２１に非接触給電を行う場合において、施設の制約となり難いようにカメラ４１を路面Ｓに設置することができる。また、レンズ４２Ａとミラー４３とにより、路面Ｓと自動車３０の下面との狭い隙間から、感温体２Ａの広い範囲を検出することができる。

以下、本開示の第２実施形態について説明する。図４に示すように、本実施形態の異物検出装置１Ｂ及び送電装置１０Ｂは、感温体２Ｂを備えている。感温体２Ｂは、例えば、送電部１５の上面に塗布された感温塗料である。感温体２Ｂでは、温度の変化に伴い複数の色を含むパターンが出現する。複数の色を含むパターンとは、例えば、４０℃未満の温度では白あるいは黒等の一種類の無彩色であるが、４０℃～８０℃の温度に達したときに赤、青及び緑等のいずれかの二種類以上の有彩色を含む市松模様（チェッカードパターン）が出現することを意味する。

なお、感温体２Ｂは、４０℃未満の温度ではその色が一種類の有彩色であり、４０℃～８０℃の温度に達したときに白、黒及び灰色等の二種類以上の無彩色を含む市松模様が出現してもよい。また、パターンは市松模様に限らず、その他の図形、模様、色彩の組み合わせであってもよい。また、感温体２Ｂは、４０℃未満の温度では複数の色を含む何らかのパターンが出現し、４０℃～８０℃の温度に達したときに複数の色を含む何らかのパターンが出現してもよい。また、感温体２Ｂの４０℃～８０℃の温度に達したときの複数の色を含むパターンは可視光線の色を含むパターンでよい。

検出部３Ｂのパターン変化検出部７は、感温体２Ｂのパターンの出現を検出することにより、送電部１５の異物Ｆを検出する。パターン変化検出部７は、カメラセンサユニット４Ａのカメラ４１により受光された感温体２Ｂの画像と、異物検出装置１Ｂの不図示の記憶装置に記憶された感温体２Ｂの４０℃～８０℃の温度に達したときの複数の色を含むパターンとを照合する。パターン変化検出部７は、感温体２Ｂの画像と記憶されたパターンとが一致したときは、送電部１５の異物Ｆの存在を検出する。送電停止部６は、パターン変化検出部７により感温体２Ｂの複数の色を含むパターンの出現が検出されたときに、送電制御部１４に送電を停止させる指令信号を送信し、送電装置１０Ｂによる受電装置２０への送電を中止させる。

以下、本実施形態の異物検出装置１Ｂ及び送電装置１０Ｂの動作について説明する。図５（Ａ）に示されるように、送電装置１０Ｂの送電部１５から受電装置２０の受電部２１への送電が行われているときに、送電部１５の上面に空缶等の送電部１５と受電部２１との間で発熱の原因となる異物Ｆが存在する場合は、感温体２Ｂの複数の色を含むパターン２ｐが出現する。検出部３Ｂのパターン変化検出部７は、感温体２Ｂのパターン２ｐの出現を検出する。検出部３Ｂの送電停止部６は送電制御部１４に送電を停止させる指令信号を送信し、送電装置１０Ｂの送電制御部１４は送電を中止する。

一方、図５（Ｂ）に示されるように、送電装置１０Ｂの送電部１５から受電装置２０の受電部２１への送電が行われているときに、送電部１５の上面に落葉等の送電部１５と受電部２１との間で発熱の原因とならない異物ｆが存在している場合について説明する。異物ｆの色が感温体２Ｂのパターン２ｐに含まれている一つの色と同じである場合でも、感温体２Ｂのパターン２ｐは出現しない。そのため、検出部３Ｂのパターン変化検出部７は、感温体２Ｂのパターン２ｐの出現を検出しない。送電装置１０Ａの送電制御部１４は送電を継続する。

本実施形態によれば、感温体２Ｂでは、温度の変化に伴い複数の色を含むパターン２ｐが出現し、検出部３Ｂは、感温体２Ｂのパターン２ｐの出現を検出することにより、送電部１５の異物Ｆを検出する。このため、異物Ｆ，ｆの色が感温体２Ｂのパターン２ｐに含まれる一つの色と同じであったとしても、感温体２Ｂのパターン２ｐに含まれる他の色を検出部３Ｂにより検出することによって、誤検出を防止しつつ送電部１５の発熱の原因となる異物Ｆを検出することができる。また、誤検出を防止することにより、送電装置１０Ｂの不要な送電の中断を防ぐことができる。

以上、本開示の実施形態及び変形例について説明したが、本開示は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、感温体２Ａ，２Ｂは、送電部１５の上面に配置又は貼付され、温度の変化に伴い色が変化するシート状部材又は板状部材でもよい。また、異物検出装置１Ａ，１Ｂは、異物Ｆを検出したときに、送電装置１０Ａ，１０Ｂを停止させることなく、警報音及び信号光等により異物Ｆの存在を報知してもよい。また、異物検出装置１Ａ，１Ｂは、送電装置１０Ａ，１０Ｂに内蔵されておらず、既存の送電装置１０Ａ，１０Ｂに配置されてもよい。また、カメラセンサユニット４Ａ，４Ｂのカメラ４１の配置は、送電部１５及び受電部２１の表面を撮影可能な位置にあれば、いずれに配置されていてもよい。

１Ａ，１Ｂ異物検出装置
２Ａ，２Ｂ感温体
２ｐパターン
３Ａ，３Ｂ検出部
４Ａ，４Ｂカメラセンサユニット
５色変化検出部
６送電停止部
７パターン変化検出部
１０Ａ，１０Ｂ送電装置
１１電源
１２コンバータ
１３インバータ
１４送電制御部
１５送電部
２０受電装置
２１受電部
２２整流器
２３バッテリ
３０自動車
３１車輪
４１カメラ
４２Ａ，４２Ｂレンズ
４３ミラー
Ｓ路面
ｈ１，ｈ２高さ
Ｒ１，Ｒ２検出範囲
Ｆ，ｆ異物

Claims

送電装置の送電部から受電装置の受電部への非接触給電における前記送電部の異物を検出する異物検出装置であって、
前記送電部に配置され、温度の変化に伴い色が変化する感温体と、
前記色の変化を検出することにより、前記異物を検出する検出部と、
を備えた異物検出装置。
前記感温体では、温度の変化に伴い複数の前記色を含むパターンが出現し、
前記検出部は、前記パターンの出現を検出することにより、前記異物を検出する、請求項１に記載の異物検出装置。
前記パターンは、市松模様である、請求項２に記載の異物検出装置。
前記感温体は、路面に設置された前記送電部の上に配置され、
前記検出部は、
前記路面に設置され、前記感温体から反射された光を受光するカメラと、
前記光を集約するレンズと、
前記レンズにより集約された前記光を前記カメラの方向に向けるミラーと、
を有する、請求項１～３のいずれか１項に記載の異物検出装置。
前記レンズは、魚眼レンズ及び広角レンズのいずれかである、請求項４に記載の異物検出装置。
請求項１～５のいずれか１項に記載の異物検出装置と、前記送電部とを備えた送電装置。