JP7119838B2 - 非接触送電装置 - Google Patents

Description

本開示は、送電コイルと、送電コイル周辺の異物を検出するための異物検出用コイルとを備える非接触送電装置に関する。

米国特許出願公開第２０１３／００６９４４１号明細書（特許文献１）には、受電装置の受電コイルに非接触で送電するように構成された送電コイルと、送電コイル周辺の異物を検出するための異物検出用コイルとを備える非接触送電装置が開示されている。この装置においては、異物検出方法として、異物検出用コイルの出力波形の振幅および位相の少なくとも一方が前回値から相対的に変化した場合に異物があると判定する方法（相対検出方式）が採用されている。

米国特許出願公開第２０１３／００６９４４１号明細書 米国特許出願公開第２０１５／０３３１１３５号明細書

特許文献１に開示された異物検出方法（相対検出方式）は、送電装置の起動時に異物がないことを前提として、異物検出用コイルの出力が前回値（異物がない時の値）から変化したか否かによって異物の有無を判定している。

しかしながら、実際には、送電装置の起動時に既に異物がある場合も想定される。この場合、異物検出用コイルは、起動時から異物がある時の値を出力し続けることになる。その結果、異物検出用コイルの出力が前回値（異物がある時の値）から変化せず、異物を検出することができないという問題が生じる。

本開示は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、複数の異物検出用コイルを備える非接触送電装置において、起動時から異物がある場合であっても、異物の有無を精度よく判定することである。

（１） 本開示による非接触送電装置は、受電装置の受電コイルに非接触で送電するように構成された送電コイルと、送電コイルの上面に沿って配置される複数の異物検出用コイルと、複数の異物検出用コイルに接続され、複数の異物検出用コイルの出力を用いて送電コイルの上方に存在する異物を検出するように構成された制御装置とを備える。制御装置は、複数の異物検出用コイルのうちの、各異物検出用コイルと制御装置との間の配線の長さが同じである複数のコイルの出力の間に差が生じている場合に送電コイルの上方に異物があると判定する第１異物検出を行なう。

異物検出用コイルの出力は、異物検出用コイルと制御装置との間の配線の長さに依存するという特性がある。したがって、複数の異物検出用コイルのうちの配線の長さが同じである複数のコイルにおいて、いずれのコイルの上方にも異物がない場合にはコイルの出力の間に差が生じないが、一部のコイルの上方に異物がある場合にはその一部のコイルの出力と上方に異物がない残りのコイルの出力との間に差が生じることになる。

この点に鑑み、本開示による制御装置は、複数の異物検出用コイルのうちの配線の長さが同じである複数のコイルの出力の間に差が生じている場合に異物があると判定する第１異物検出を行なう。この第１異物検出によれば、異物検出用コイルの出力を前回値と比較することなく、異物の有無を精度よく判定することができる。その結果、起動時から異物がある場合であっても、異物の有無を精度よく判定することができる。

（２） ある形態においては、第１異物検出は、配線の長さが同じである複数のコイルの出力の平均値と各々の出力とを比較し、平均値と出力との差が所定値を超えるコイルの上方に異物があると判定する処理を含む。

上記形態によれば、配線の長さが同じである複数のコイルのうちの、いずれのコイルの上方に異物があるのかを判定することができる。

（３） ある形態においては、制御装置は、送電コイルから受電コイルへの送電の開始前には第１異物検出を行なう。制御装置は、送電コイルから受電コイルへの送電中には、第１異物検出に代えて、複数の異物検出用コイルの少なくとも１つの出力が変化した場合に、出力が変化したコイルの上方に異物があると判定する第２異物検出を行なう。

異物検出用コイルの出力は、配線の長さに加えて、異物検出用コイルの温度にも依存する。送電コイルによる送電開始前においては、いずれの異物検出用コイルの温度も外気温と同レベルであり複数の異物検出用コイルの間で温度差が生じていないと想定されるが、送電コイルによる送電中においては、送電コイル周辺の磁束密度の差の影響などによって複数の異物検出用コイルの間で温度差が生じ得る。したがって、送電中においては、配線の長さが同じである複数のコイルのいずれの上方にも異物がない場合であっても、複数のコイルの温度差によって複数のコイルの出力の間に差が生じてしまい、第１異物検出による異物検出の精度が低下してしまうことが懸念される。

この点に鑑み、上記形態による制御装置は、送電コイルによる送電開始前には第１異物検出を行なう一方、送電コイルによる送電中には、第１異物検出に代えて、複数の異物検出用コイルの少なくとも１つの出力が変化した場合に、出力が変化したコイルの上方に異物があると判定する第２異物検出を行なう。これにより、送電コイルによる送電開始前、および送電コイルによる送電中の双方において、異物の有無を精度よく判定することができる。

（４） ある形態においては、非接触送電装置は、送電コイルの上面に配置されたカメラをさらに備える。制御装置は、送電コイルの上面から所定距離よりも上方に離れた範囲に存在する異物をカメラによって検出するように構成される。

上記形態によれば、送電コイルの上面から所定距離よりも上方に離れた範囲に存在する異物については、カメラによって検出することができる。

本開示によれば、複数の異物検出用コイルを備える非接触送電装置において、起動時から異物がある場合であっても、異物の有無を精度よく判定することができる。

送電装置を含む電力伝送システムの外観図である。 送電装置および受電装置の全体構成図である。 送電装置の断面図である。 異物検出装置の内部構成の一例を示す図である。 コイルユニットの詳細構成の一例を模式的に示す図である。 異物検出用コイルの出力を用いて異物を検出するための制御回路の一例を示す図である。 異物検出方式の切替シーケンスを示す図である。 電源ＥＣＵがコイル異物検出を行なう際に実行する処理の概要の一例を示すフローチャートである。 絶対検出方式によるコイル異物検出処理の詳細を示すフローチャートである。 相対検出方式によるコイル異物検出処理の詳細を示すフローチャートである。 電源ＥＣＵがカメラ異物検出を行なう際に実行する処理の概要の一例を示すフローチャートである。

以下、本開示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、図中同一又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。

以下で用いられる図中の矢印Ｆ，Ｂ，Ｒ，Ｌ，Ｕ，Ｄは、車両を基準とする方向を示しており、矢印Ｆは「前方」、矢印Ｂは「後方」、矢印Ｒは「右」、矢印Ｌは「左」、矢印Ｕは「上」、矢印Ｄは「下」を示している。以下では、電子制御ユニット（Electronic Control Unit）を、「ＥＣＵ」とも記載する。以下で説明する具体的な数値は、あくまで例示であって適宜変更可能である。

＜電力伝送システムの構成＞
図１は、本実施の形態による送電装置１０を含む電力伝送システムの外観図である。電力伝送システムは、車両１と、送電装置１０とを備える。車両１は、受電装置２０を含む。受電装置２０は、車両１の底面に設けられ、たとえば、車両１の底面に設置された蓄電装置３５０の下面（路面側）に設けられる。車両１は、送電装置１０から供給され蓄電装置３５０に蓄えられた電力を用いて走行可能に構成される。

送電装置１０は、交流電源１００（たとえば商用系統電源）から電力の供給を受ける。送電装置１０は、地面に設置される。送電装置１０は、車両１の受電装置２０が送電装置１０に対向するように車両１の位置合せが行なわれた状態において、受電装置２０へ磁界を通じて非接触で送電するように構成される。

また、送電装置１０は、カメラ２８０を含む。カメラ２８０は、魚眼レンズを備えており、送電装置１０の上面の略中央部に設けられる。カメラ２８０は、魚眼レンズを備えることにより、車両１が送電装置１０に向けて移動する際の受電装置２０を含む広い空間を撮影可能に構成されている。カメラ２８０の撮影画像は、車両１が送電装置１０との位置合せを行なう際に、送電装置１０に対する車両１の受電装置２０の相対位置を示す情報として用いられる。

また、送電装置１０は、異物検出装置２９０を含む。異物検出装置２９０は、送電装置１０の上面に金属製の異物（たとえば飲料缶、コイン等）が存在している場合に、そのような異物を磁気的に検出するように構成される。

なお、後述するように、カメラ２８０の撮影画像も、送電装置１０の上方に存在する異物を検出するための情報としても用いられる。カメラ２８０で検出可能な異物は、金属に限定されず、たとえば動物なども含まれる。

図２は、送電装置１０および受電装置２０の全体構成図である。送電装置１０は、力率改善（ＰＦＣ（Power Factor Correction））回路２１０と、インバータ２２０と、フィルタ回路２３０と、送電部２４０と、電源ＥＣＵ（Electronic Control Unit）２５０と、通信部２６０と、上述のカメラ２８０および異物検出装置２９０とを含む。受電装置２０は、受電部３１０と、フィルタ回路３２０と、整流部３３０と、リレー回路３４０と、蓄電装置３５０と、充電ＥＣＵ３６０と、通信部３７０とを含む。

この電力伝送システムにおいては、送電装置１０において、商用系統電源等の交流電源１００から受ける電力がＰＦＣ回路２１０で整流および昇圧されてインバータ２２０へ供給される。インバータ２２０は、ＰＦＣ回路２１０で整流された電力を交流電力に変換して出力する。インバータ２２０から出力される交流電力は、フィルタ回路２３０を通じて送電部２４０へ供給される。送電部２４０および受電部３１０の各々は、共振回路を含み、送電電力の周波数において共振するように設計されている。

インバータ２２０からフィルタ回路２３０を通じて送電部２４０へ交流の電力が供給されると、送電部２４０の送電コイル２４２（図２参照）と、受電部３１０の受電コイル（図示せず）との間に形成される磁界を通じて、送電部２４０から受電部３１０へエネルギー（電力）が移動する。受電部３１０へ移動したエネルギー（電力）は、フィルタ回路３２０および整流部３３０を通じて蓄電装置３５０へ供給される。これにより、蓄電装置３５０が充電される。

蓄電装置３５０は、再充電可能な直流電源であり、たとえばリチウムイオン電池やニッケル水素電池などの二次電池を含んで構成される。リレー回路３４０は、整流部３３０と蓄電装置３５０との間に設けられる。リレー回路３４０は、送電装置１０による蓄電装置３５０の充電時にオン（導通状態）にされる。

電源ＥＣＵ２５０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、メモリ、各種信号を入出力するための入出力ポート等を含み（いずれも図示せず）、上述の各センサ等からの信号を受けるとともに、送電装置１０における各種機器の制御を実行する。たとえば、電源ＥＣＵ２５０は、送電装置１０から受電装置２０への電力伝送が行なわれるときに、ＰＦＣ回路２１０およびインバータ２２０のスイッチング制御を実行する。なお、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。

通信部２６０は、受電装置２０の通信部３７０と無線通信するように構成される。通信部２６０は、たとえば、カメラ２８０および異物検出装置２９０によって異物が検出された場合に異物検出信号を受電装置２０に出力したり、車両１の受電電力を示す情報などを受電装置２０から受信したりする。

充電ＥＣＵ３６０は、ＣＰＵ、メモリ、入出力ポート等を含み（いずれも図示せず）、上記の各センサ等からの信号を受けるとともに、受電装置２０における各種機器の制御を行なう。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。

通信部３７０は、たとえば、送電装置１０からの異物検出信号を受信したり、車両１の受電電力を示す情報などを送電装置１０へ送信したりする。

図３は、図１における送電装置１０のＩＩＩ－ＩＩＩ断面図である。送電装置１０の内部は、樹脂製のカバー２４４によって覆われている。そのカバー２４４の下面に沿うように、送電部２４０の送電コイル２４２がカメラ２８０を中心として環状に形成されている。送電コイル２４２から受電装置２０へ磁界を通じて非接触で送電される。

異物検出装置２９０は、送電コイル２４２とカバー２４４との間の空間に配置される。異物検出装置２９０は、送電コイル２４２の上面に沿って配置される、複数の異物検出用コイルを含む。異物検出装置２９０は、送電装置１０のカバー２４４の上面に存在する金属製の異物を磁気的に検出するように構成される。異物検出装置２９０の詳細構成については後述する（図４、図５参照）。

カバー２４４の中央部には開口部が設けられており、この開口部にカメラ２８０が設けられる。カメラ２８０は、カメラ部２８２と、カメラ部２８２を覆う透明のガラス部２８４とを含む。カメラ部２８２の上端部に設けられる魚眼レンズは、カバー２４４の外部に向けて突出する。これにより、カメラ部２８２は、送電装置１０の上面を含む広い空間を撮影することができる。

カバー２４４の周縁部には、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）などの発光体２４８の光をカメラ２８０に向けて発する導光部２４６が、カバー２４４の外周に沿って環状に設けられる。発光体２４８は、カメラ２８０による異物検出中に点灯する。

導光部２４６はカメラ２８０側が開口しており、この導光部２４６の開口部の高さｈ１が、発光体２４８からカメラ２８０に向けて発せられる光の高さとなる。カメラ２８０と発光体２４８との間に異物が存在する場合には、発光体２４８から発せられた光の一部が異物によって遮られる。このため、送電装置１０のカバー２４４上に異物が存在する場合と存在しない場合とでは、カメラ２８０の撮影画像に差が生じる。これにより、カメラ２８０による異物検出を行なうことができる。

本実施の形態においては、カバー２４４の上面に付着した雨滴を異物と誤検出することを防止するために、カメラ２８０による異物検出高さｈ３が、想定される雨滴高さｈ２よりも大きい値に設定されている。すなわち、本実施の形態においては、カバー２４４の上面に異物検出高さｈ３以上の異物が存在する場合に、カメラ２８０による異物検出によって異物ありと判定される。これにより、雨滴がカバー２４４の上面に付着している場合であっても、異物と誤検出されることが防止される。

なお、カバー２４４の上面に存在する異物検出高さｈ３未満の金属製の異物については、上述の異物検出装置２９０によって検出することができる。言い換えれば、異物検出用コイルを用いて異物検出を行なう異物検出装置２９０はカバー２４４の上面から高さｈ３以上離れた範囲に存在する異物の有無を精度よく検出することはできないが、本実施の形態においては、カバー２４４の上面から高さｈ３以上離れた範囲に存在する異物については、カメラ２８０によって検出することができる。

図４は、異物検出装置２９０の内部構成の一例を示す図である。異物検出装置２９０は、カバー２４４の上面の広い範囲に存在する異物を検出できるように、カバー２４４の下面全体（送電コイル２４２の上面全体）に亘って配置されている。異物検出装置２９０は、複数（４個）のコイルユニット２９０Ａ，２９０Ｂ，２９０Ｃ，２９０Ｄに分割されている。

コイルユニット２９０Ａは、カバー２４４の車両左前側の領域に配置される。コイルユニット２９０Ａは、複数（１２個）の異物検出用コイルＡ０１～Ａ１２と、コネクタＴａとを備える。コネクタＴａは、カバー２４４の中央部付近に配置され、電源ＥＣＵ２５０に接続される。複数の異物検出用コイルＡ０１～Ａ１２は、カバー２４４の車両左前側の領域に、６×２の行列状に配列される。

図５は、コイルユニット２９０Ａの詳細構成の一例を模式的に示す図である。コイルユニット２９０Ａは、上述したように、６×２の行列状に配列された複数の異物検出用コイルＡ０１～Ａ１２と、カバー２４４の中央部付近に配置されたコネクタＴａとを備える。複数の異物検出用コイルＡ０１～Ａ１２は、それぞれ異なる長さの複数の配線によって、コネクタＴａに接続される。

異物検出用コイルＡ０１～Ａ１２の各々は、一対の送信コイルＣ１および受信コイルＣ２を備える。送信コイルＣ１および受信コイルＣ２は、同一の大きさおよび形状を有し、互いに対向するように車両上下方向に並べて配置される。

送信コイルＣ１に異物検出用の交流電圧が印加されると、送信コイルＣ１は、検出用の磁界を形成する。そうすると、送信コイルＣ１に対向して配置された受信コイルＣ２に、検出用磁界によって誘導電圧が発生する。このとき、異物検出用コイルの上方に金属製の異物が存在すると、検出用磁界が異物により影響を受けて送信コイルＣ１と受信コイルＣ２との間の結合係数が異物が存在しない場合の値とは異なる値に変化し、受信コイルＣ２の検出電圧（誘導電圧）は異物が存在しない場合の値とは異なる値となる。この受信コイルＣ２の検出電圧の違いに基づいて異物を検出することができる。

図４に戻って、コイルユニット２９０Ｂは、カバー２４４の車両右前側の領域に配置される。コイルユニット２９０Ｂも、コイルユニット２９０Ａと同様の構成を備える。すなわち、コイルユニット２９０Ｂは、６×２の行列状に配列された複数の異物検出用コイルＢ０１～Ｂ１２と、カバー２４４の中央部付近に配置されたコネクタＴｂとを備える。異物検出用コイルＢ０１～Ｂ１２の各々は、一対の送信コイルＣ１および受信コイルＣ２を備える。複数の異物検出用コイルＢ０１～Ｂ１２は、それぞれ異なる長さの複数の配線によって、コネクタＴｂに接続される。

複数の異物検出用コイルＢ０１～Ｂ１２は、カバー２４４の車両左右方向の中央線ＣＬ１を対称軸として、複数の異物検出用コイルＡ０１～Ａ１２とそれぞれ線対称となる位置に配置されている。複数の異物検出用コイルＢ０１～Ｂ１２からコネクタＴｂまでの配線長は、それぞれ、複数の異物検出用コイルＡ０１～Ａ１２からコネクタＴａまでの配線長と同じ長さに設定されている。

コイルユニット２９０Ｃは、カバー２４４の車両右後ろ側の領域に配置される。コイルユニット２９０Ｃも、コイルユニット２９０Ａと同様の構成を備える。すなわち、コイルユニット２９０Ｃは、６×２の行列状に配列された複数の異物検出用コイルＣ０１～Ｃ１２と、カバー２４４の中央部付近に配置されたコネクタＴｃとを備える。異物検出用コイルＣ０１～Ｃ１２の各々は、一対の送信コイルＣ１および受信コイルＣ２を備える。複数の異物検出用コイルＣ０１～Ｃ１２は、それぞれ異なる長さの複数の配線によって、コネクタＴｃに接続される。

複数の異物検出用コイルＣ０１～Ｃ１２は、カバー２４４の中央点Ｏ１を対称点として、複数の異物検出用コイルＡ０１～Ａ１２とそれぞれ点対称となる位置に配置されている。複数の異物検出用コイルＣ０１～Ｃ１２からコネクタＴｃまでの配線長は、それぞれ、複数の異物検出用コイルＡ０１～Ａ１２からコネクタＴａまでの配線長と同じ長さに設定されている。

コイルユニット２９０Ｄは、カバー２４４の車両左後ろ側の領域に配置される。コイルユニット２９０Ｄも、コイルユニット２９０Ａと同様の構成を備える。すなわち、コイルユニット２９０Ｄは、６×２の行列状に配列された複数の異物検出用コイルＤ０１～Ｄ１２と、カバー２４４の中央部付近に配置されたコネクタＴｄとを備える。異物検出用コイルＤ０１～Ｄ１２の各々は、一対の送信コイルＣ１および受信コイルＣ２を備える。複数の異物検出用コイルＤ０１～Ｄ１２は、それぞれ異なる長さの複数の配線によって、コネクタＴｄに接続される。

複数の異物検出用コイルＤ０１～Ｄ１２は、カバー２４４の車両前後方向の中央線ＣＬ２を対称軸として、複数の異物検出用コイルＡ０１～Ａ１２とそれぞれ線対称となる位置に配置されている。複数の異物検出用コイルＤ０１～Ｄ１２からコネクタＴｄまでの配線長は、それぞれ、複数の異物検出用コイルＡ０１～Ａ１２からコネクタＴａまでの配線長と同じ長さに設定されている。以下では、各異物検出用コイルと対応するコネクタとの間の配線の長さを、単に「配線長」とも称する。

以上のような構成により、本実施の形態においては、全４８個の異物検出用コイルＡ０１～Ｄ１２のうち、４つの異物検出用コイルＡ０１，Ｂ０１，Ｃ０１，Ｄ０１の各々の配線長が同じ値となる。同様に、４つの異物検出用コイルＡ０２，Ｂ０２，Ｃ０２，Ｄ０２の各々の配線長が同じ値となる。本実施の形態において、同じ配線長を有する異物検出用コイルのグループとして、合計１２個（０１～１２）のグループが存在することになる。

以下では、異物検出用コイルＡ０１～Ａ１２のうちの第ｉ番目（ｉ＝００～１２）の異物検出用コイルの配線長と同じ長さの配線長を有する異物検出用コイルのグループを「第ｉグループ」とも記載する。各グループには、４つの異物検出用コイルが含まれることになる。たとえば、グループ番号ｉが「０７」である「第０７グループ」には、４つの異物検出用コイルＡ０７，Ｂ０７，Ｃ０７，Ｄ０７が含まれることになる。

図６は、異物検出用コイルＡ０１～Ｄ１２の出力を用いて異物を検出するための制御回路の一例を示す図である。以下では図６に示す制御回路が電源ＥＣＵ２５０に含まれるものとして説明するが、図６に示す制御回路は電源ＥＣＵ２５０とは別に設けられてもよい。

この制御回路は、マルチプレクサ２５１，２５８と、発振器２５２と、Ｄ／Ａコンバータ２５３と、マイコン２５４と、Ａ／Ｄコンバータ２５５と、検波器２５６と、バンドパスフィルタ２５７とを備える。

マルチプレクサ２５１は、異物検出装置２９０のコネクタＴａ～Ｔｄに接続され、コネクタＴａ～Ｔｄを介して複数の異物検出用コイルＡ０１～Ｄ１２のうちのいずれか１つの送信コイルＣ１に順次接続される。

発振器２５２は、Ｄ／Ａコンバータ２５３から入力されるマイコン２５４の指令に応じて、予め定められた周波数（たとえば数ＭＨｚ）の検出用信号（交流電圧）を発生し、マルチプレクサ２５１に出力する。マルチプレクサ２５１は、マイコン２５４からの切替指令に従って、複数の異物検出用コイルＡ０１～Ｄ１２のうちのいずれか１つの送信コイルＣ１に検出用信号を順次出力する。

送信コイルＣ１に検出用信号が印加された際、その送信コイルＣ１は検出用磁界を形成する。この送信コイルＣ１に対向して配置された受信コイルＣ２は、この送信コイルＣ１が形成した検出用磁界により誘導電圧を発生する。

マルチプレクサ２５８は、異物検出装置２９０のコネクタＴａ～Ｔｄに接続され、コネクタＴａ～Ｔｄを介して複数の異物検出用コイルＡ０１～Ｄ１２のうちの、マルチプレクサ２５１から検出信号が印加された送信コイルＣ１に対向する受信コイルＣ２に順次接続される。

マルチプレクサ２５８に入力された受信コイルＣ２の検出電圧は、バンドパスフィルタ２５７によってノイズ除去された後、検波器２５６によって整流されてＡ／Ｄコンバータ２５５に送られる。Ａ／Ｄコンバータ２５５は、検波器２５６によって整流された信号をデジタル値に変換してマイコン２５４に出力する。Ａ／Ｄコンバータ２５５からマイコン２５４に出力される信号は、受信コイルＣ２が出力する電圧波形の振幅を示す値である。

＜異物検出用コイルによる異物検出の方式＞
以下、異物検出用コイルＡ０１～Ｄ１２（以下、単に「異物検出用コイル」ともいう）による異物検出の方式について説明する。本実施の形態においては、異物検出用コイルによる異物検出の方式として、相対検出方式と、絶対検出方式（グループング方式）との２種類の方式が用いられる。

＜＜相対検出方式＞＞
相対検出方式は、異物検出用コイルの出力電圧（より詳しくは受信コイルＣ２の検出電圧）の振幅が前回値から変化したか否かによって異物の有無を判定する方法である。すなわち、上述したように、異物検出用コイルの送信コイルＣ１に異物検出用の交流電圧が印加されると、送信コイルＣ１は検出用の磁界を形成し、送信コイルＣ１に対向して配置された受信コイルＣ２に誘導電圧が発生する。この際、異物検出用コイルの付近に異物が存在していた場合には、送信コイルＣ１および受信コイルＣ２の周囲に形成される磁界がその異物に鎖交することによって、受信コイルＣ２の検出電圧の振幅が、異物が存在しない場合の値とは異なる値となる。この特性を利用し、相対検出方式では、マイコン２５４が、受信コイルＣ２の検出電圧の振幅を監視し、受信コイルＣ２の検出電圧の振幅が前回値（異物がない時の値）から変化した場合にその受信コイルＣ２の上方に異物があると判定する。

＜＜絶対検出方式（グルーピング方式）＞＞
上述の相対検出方式は、送電装置１０の起動時に送電装置１０の上面に異物がないことを前提として、異物検出用コイルの出力電圧の振幅が前回値（異物がない時の値）から変化したか否かによって異物の有無を判定している。

しかしながら、実際には、送電装置１０の起動時に送電装置１０の上面に既に異物がある場合も想定される。この場合、送電装置１０の起動時から異物検出用コイルが異物がある時の値を出力し続けることになる。その結果、異物検出用コイルの出力電圧の振幅が前回値（異物がある時の値）から変化せず異物を検出することができないという問題が生じる。

ここで、異物検出用コイルの出力は、配線長、温度によって異なるという特性がある。特に、異物検出用コイルの整合定数は、配線長によって異なるという特性がある。ここで、整合定数とは、予め定められた周波数（たとえば数ＭＨｚ）の検出用信号が送信コイルＣ１に入力されたときに、その送信コイルＣ１に対向する受信コイルＣ２の検出電圧の振幅がピークとなるときの容量（単位：ｐｆ）である。

異物検出用コイルの配線長が異なる場合には、異物検出用コイルの整合定数が異なるため、仮に同じ温度であっても、異物検出用コイルの出力電圧の振幅に差が生じる。言い換えれば、異物検出用コイルの配線長が同じである場合には、異物検出用コイルの整合定数が同じであり、他の条件（温度および異物の有無）が同じ場合には、異物検出用コイルの出力電圧の振幅も同じ値となる。したがって、複数の異物検出用コイルのうち、同じ配線長を有する複数のコイルにおいては、いずれのコイルの上方にも異物がない場合にはコイルの出力の間に差が生じないが、一部のコイルの上方に異物がある場合にはその一部のコイルの出力と上方に異物がない残りのコイルの出力との間に差が生じることになる。

上記の点に鑑み、本実施の形態においては、配線長が同じ異物検出用コイル同士をグルーピングし、同じグループ内の異物検出用コイルの出力の間に差が生じている場合に異物があると判定する「絶対検出方式」を行なうように構成されている。この「絶対検出方式」によれば、異物検出用コイルの出力を前回値と比較することなく、異物の有無を精度よく判定することができる。その結果、送電装置１０の起動時から異物がある場合であっても、異物の有無を精度よく判定することができる。

＜異物検出方式の切替＞
上述の絶対検出方式による異物検出を行なう場合、送電コイル２４２からの非接触送電中においては、送電コイル２４２周辺の磁束密度の差の影響などによって複数の異物検知用コイルの間で温度差が生じ得る。したがって、非接触送電中においては、たとえ同じ配線長を有する異物検知用コイル同士であっても、異物の有無だけでなく温度差によって出力差が生じてしまうため、絶対検出方式による異物検出の精度が低下してしまうことが懸念される。

この点に鑑み、本実施の形態によるマイコン２５４は、非接触送電の開始前には絶対検出方式での異物検出を行なう一方、非接触送電中には、絶対検出方式に代えて、相対検出方式による異物検出を行なう。これにより、非接触送電開始前、および非接触送電中の双方において、異物の有無を精度よく判定することができる。

さらに、そもそも異物検知用コイルでは各コイルから離れた異物を精度よく検出できないという特性があることに鑑み、本実施の形態においては、異物検知用コイルから離れた異物についてはカメラ２８０で検出する。

図７は、異物検出方式の切替シーケンスを示す図である。送電装置１０が待機状態（スタンバイ状態）である場合には、異物検出用コイルによる異物検出（以下「コイル異物検出」ともいう）、およびカメラ２８０による異物検出（以下「カメラ異物検出」ともいう）の双方がオフ（停止）される。

車両１と送電装置１０との無線接続が行なわれて車両１と送電装置１０との位置合せ（Fine Positioning）が開始されると、絶対検出方式によるコイル異物検出が開始される。これにより、コイル異物検出の開始前（送電装置１０の起動時）から送電装置１０の上面に異物があったとしても、異物が精度よく検出される。

車両１と送電装置１０との位置合せが完了した状態で車両１が停車すると、絶対検出方式によるコイル異物検出に加えて、カメラ異物検出も開始される。これにより、送電装置１０の上面に近い範囲にある金属製の異物だけでなく、送電装置１０の上面から離れた範囲にある異物についても検出することができる。

その後、送電コイル２４２からの非接触送電が開始されると、コイル異物検出の方式が、絶対検出方式から、相対検出方式に切り替えられる。これにより、非接触送電中において、非接触送電の影響で、同じ配線長を有する異物検知用コイル同士で温度差が生じて出力特性が異なるようになっても、異物検出用コイルによる異物検出を精度よく行なうことができる。なお、カメラ異物検出は、非接触送電中においても継続される。

非接触送電が終了すると、コイル異物検出およびカメラ異物検出の双方がオフ（停止）される。

＜コイル異物検出の処理フロー＞
図８は、電源ＥＣＵ２５０（マイコン２５４）がコイル異物検出を行なう際に実行する処理の概要の一例を示すフローチャートである。このフローチャートは、送電装置１０が待機状態（スタンバイ状態）である場合に開始される。なお、待機状態においては、上述のように、コイル異物検出は停止されている。

電源ＥＣＵ２５０は、車両１との無線接続が行なわれて車両１の位置合せが開始されたか否かを判定する（ステップＳ１０）。車両１の位置合せが開始されていない場合（ステップＳ１０においてＮＯ）、電源ＥＣＵ２５０は、ステップＳ１０の処理を繰り返し、位置合せ処理が開始されるのを待つ。

車両１の位置合せが開始された場合（ステップＳ１０においてＹＥＳ）、電源ＥＣＵ２５０は、絶対検出方式によるコイル異物検出を行なう（ステップＳ１２）。なお、絶対検出方式によるコイル異物検出の内容については、後述の図９を用いて詳しく説明する。

次いで、電源ＥＣＵ２５０は、車両１への非接触送電が開始されたか否かを判定する（ステップＳ１４）。車両１への非接触送電が開始されていない場合（ステップＳ１４においてＮＯ）、電源ＥＣＵ２５０は、処理をステップＳ１２に戻し、車両１への非接触送電が開始されるまで絶対検出方式によるコイル異物検出処理を継続する。

車両１への非接触送電が開始された場合（ステップＳ１４においてＹＥＳ）、電源ＥＣＵ２５０は、絶対検出方式によるコイル異物検出ではなく、相対検出方式によるコイル異物検出を行なう（ステップＳ１６）。相対検出方式によるコイル異物検出の内容については、後述の図１０を用いて詳しく説明する。

次いで、電源ＥＣＵ２５０は、車両１への非接触送電が終了したか否かを判定する（ステップＳ１８）。車両１への非接触送電が終了していない場合（ステップＳ１８においてＮＯ）、電源ＥＣＵ２５０は、処理をステップＳ１６に戻し、車両１への非接触送電が終了するまで相対検出方式によるコイル異物検出処理を継続する。

車両１への非接触送電が終了した場合（ステップＳ１８においてＹＥＳ）、電源ＥＣＵ２５０は、コイル異物検出を停止する（ステップＳ２０）。

図９は、絶対検出方式によるコイル異物検出処理（図８のステップＳ１２の処理）の詳細を示すフローチャートである。以下では、受信コイルＣ２の検出電圧の振幅を単に「コイル検出電圧」とも記載する。

電源ＥＣＵ２５０は、まず、異物検出用コイルのグループ番号ｉを初期値「０１」に設定する（ステップＳ１２ａ）。なお、グループ番号ｉとは、既に述べたように、異物検出用コイルＡ０１～Ａ１２のうちの第ｉ番目（ｉ＝０１～１２）の異物検出用コイルの配線長と同じ長さの配線長を有する異物検出用コイルのグループである。

電源ＥＣＵ２５０は、第ｉ番目のグループに含まれる４つのコイル検出電圧を取得する（ステップＳ１２ｂ）。

電源ＥＣＵ２５０は、ステップＳ１２ｂで取得された４つのコイル検出電圧の平均値を算出する（ステップＳ１２ｃ）。

電源ＥＣＵ２５０は、ステップＳ１２ｂで取得された４つのコイル検出電圧のうち、ステップＳ１２ｃで算出された平均値との差が閾値Ｖｔｈ１を超えるコイル検出電圧があるか否かを判定する（ステップＳ１２ｄ）。

平均値との差が閾値Ｖｔｈ１を超えるコイル検出電圧がない場合（ステップＳ１２ｄにおいてＮＯ）、電源ＥＣＵ２５０は、ステップＳ１２ｅの処理をスキップして、処理をステップＳ１２ｆに進める。

平均値との差が閾値Ｖｔｈ１を超えるコイル検出電圧がある場合（ステップＳ１２ｄにおいてＹＥＳ）、電源ＥＣＵ２５０は、平均値との差が閾値Ｖｔｈ１を超えるコイル検出電圧を出力した受信コイルＣ２の上方に異物があると判定し、その旨を示す異常信号を車両１に出力する（ステップＳ１２ｅ）。

次いで、電源ＥＣＵ２５０は、現在のグループ番号ｉがグループ番号の最大値Ｎ（本実施の形態においては「１２」）であるか否かを判定する（ステップＳ１２ｆ）。

現在のグループ番号ｉが最大値Ｎでない場合（ステップＳ１２ｆにおいてＮＯ）、電源ＥＣＵ２５０は、グループ番号ｉを現在の値よりも１つインクリメントする（ステップＳ１２ｇ）。その後、電源ＥＣＵ２５０は、処理をステップＳ１２ｂに戻し、グループ番号ｉが最大値ＮになるまでステップＳ１２ｂ以降の処理を繰り返す。

グループ番号ｉが最大値Ｎである場合（ステップＳ１２ｆにおいてＹＥＳ）、電源ＥＣＵ２５０は処理を終了する。その後、処理は図８のステップＳ１４に進められる。

図１０は、相対検出方式によるコイル異物検出処理（図８のステップＳ１６）の詳細を示すフローチャートである。

電源ＥＣＵ２５０は、各コイル検出電圧の今回値を取得する（ステップＳ１６ａ）。なお、ステップＳ１６ａで取得された各コイル検出電圧の今回値は、電源ＥＣＵ２５０のメモリに記憶され、次回の演算時に各コイル検出電圧の前回値として利用される。

次いで、電源ＥＣＵ２５０は、各コイル検出電圧の前回値をメモリから読み出す（ステップＳ１６ｂ）。

電源ＥＣＵ２５０は、前回値と今回値との差が閾値Ｖｔｈ２を超えるコイル検出電圧があるか否かを判定する（ステップＳ１６ｃ）。

前回値と今回値との差が閾値Ｖｔｈ２を超えるコイル検出電圧がある場合（ステップＳ１６ｃにおいてＹＥＳ）、電源ＥＣＵ２５０は、前回値と今回値との差が閾値Ｖｔｈ２を超える受信コイルＣ２の上方に異物があると判定し、その旨を示す異常信号を車両１に出力する（ステップＳ１６ｄ）。

前回値と今回値との差が閾値Ｖｔｈ２を超えるコイル検出電圧がない場合（ステップＳ１６ｃにおいてＮＯ）、電源ＥＣＵ２５０は処理を終了する。その後、処理は図８のステップＳ１８に進められる。

＜カメラ異物検出の処理フロー＞
図１１は、電源ＥＣＵ２５０がカメラ異物検出を行なう際に実行する処理の概要の一例を示すフローチャートである。このフローチャートは、送電装置１０が待機状態（スタンバイ状態）である場合に開始される。なお、待機状態においては、上述のように、カメラ異物検出は停止されている。

電源ＥＣＵ２５０は、車両１と送電装置１０との位置合せが完了した状態で車両１が停車したか否かを判定する（ステップＳ５０）。

位置合せが完了した状態で車両１が停車したと判定されない場合（ステップＳ５０においてＮＯ）、電源ＥＣＵ２５０は、処理をステップＳ５０に戻し、位置合せが完了状態で車両１が停車したと判定されるまで待つ。

位置合せが完了した状態で車両１が停車したと判定された場合（ステップＳ５０においてＹＥＳ）、電源ＥＣＵ２５０は、カメラ異物検出を行なう（ステップＳ５２）。なお、カメラ異物検出は、車両１への非接触送電が開始された後も継続される。

次いで、電源ＥＣＵ２５０は、車両１への非接触送電が終了したか否かを判定する（ステップＳ５４）。車両１への非接触送電が終了していない場合（ステップＳ５４においてＮＯ）、電源ＥＣＵ２５０は、処理をステップＳ５２に戻し、車両１への非接触送電が終了するまでカメラ異物検出を継続する。

車両１への非接触送電が終了した場合（ステップＳ５４においてＹＥＳ）、電源ＥＣＵ２５０は、カメラ異物検出を停止する（ステップＳ５６）。

以上のように、本実施の形態による電源ＥＣＵ２５０は、配線長が同じ異物検出用コイル同士をグルーピングし、同じグループ内の異物検出用コイルの出力の間に差が生じている場合に異物があると判定する、絶対検出方式によるコイル異物検出（第１異物検出）を行なう。この絶対検出方式によれば、異物検出用コイルの出力を前回値と比較することなく、異物の有無を精度よく判定することができる。その結果、送電装置１０の起動時から異物がある場合であっても、異物の有無を精度よく判定することができる。

特に、絶対検出方式によるコイル異物検出（第１異物検出）においては、配線の長さが同じである複数の異物検出用コイルの出力の平均値と各々の出力とが比較され、平均値と出力との差が所定値を超える異物検出用コイルの上方に異物があると判定される。これにより、配線の長さが同じである複数の異物検出用コイルのうちの、いずれのコイルの上方に異物があるのかを判定することができる。

さらに、本実施の形態による電源ＥＣＵ２５０は、送電コイル２４２からの非接触送電の開始前には絶対検出方式によるコイル異物検出（第１異物検出）を行なう一方、非接触送電中には、絶対検出方式に代えて、相対検出方式によるコイル異物検出（第２異物検出）を行なう。これにより、非接触送電開始前、および非接触送電中の双方において、異物の有無を精度よく判定することができる。

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。本開示の範囲は上記した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 車両、１０ 送電装置、２０ 受電装置、１００ 交流電源、２１０ ＰＦＣ回路、２２０ インバータ、２３０，３２０ フィルタ回路、２４０ 送電部、２４２ 送電コイル、２４４ カバー、２４６ 導光部、２４８ 発光体、２５０ 電源ＥＣＵ２５０、２５１，２５８ マルチプレクサ、２５２ 発振器、２５３ Ｄ／Ａコンバータ、２５４ マイコン、２５５ Ａ／Ｄコンバータ、２５６ 検波器、２５７ バンドパスフィルタ、２６０，３７０ 通信部、２８０ カメラ、２８２ カメラ部、２８４ ガラス部、２９０ 異物検出装置、２９０Ａ，２９０Ｂ，２９０Ｃ，２９０Ｄ コイルユニット、３１０ 受電部、３３０ 整流部、３４０ リレー回路、３５０ 蓄電装置、３６０ 充電ＥＣＵ、Ａ０１～Ｄ１２ 異物検出用コイル、Ｃ１ 送信コイル、Ｃ２ 受信コイル。

Claims (2)

1. 受電装置の受電コイルに非接触で送電するように構成された送電コイルと、
   前記送電コイルの上面に沿って配置される複数の異物検出用コイルと、
   前記複数の異物検出用コイルに接続され、前記複数の異物検出用コイルの出力を用いて前記送電コイルの上方に存在する異物を検出するように構成された制御装置とを備え、
   前記制御装置は、前記複数の異物検出用コイルのうちの、各前記異物検出用コイルと前記制御装置との間の配線の長さが同じである複数のコイルの出力の間に差が生じている場合に前記送電コイルの上方に異物があると判定する第１異物検出を行ない、
   前記第１異物検出は、前記配線の長さが同じである複数のコイルの出力の平均値と各々の出力とを比較し、前記平均値と前記出力との差が所定値を超えるコイルの上方に異物があると判定する処理を含み、
   前記制御装置は、
   前記送電コイルから前記受電コイルへの送電の開始前には前記第１異物検出を行ない、
   前記送電コイルから前記受電コイルへの送電中には、前記第１異物検出に代えて、前記複数の異物検出用コイルの少なくとも１つの出力が変化した場合に、前記出力が変化したコイルの上方に異物があると判定する第２異物検出を行なう、非接触送電装置。
2. 前記非接触送電装置は、前記送電コイルの上面に配置されたカメラをさらに備え、
   前記制御装置は、前記送電コイルの上面から所定距離よりも上方に離れた範囲に存在する異物を前記カメラによって検出するように構成される、請求項１に記載の非接触送電装置。

Images