JP7234850B2 - 異物除去装置及びコイル装置 - Google Patents

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Description

本開示は、異物除去装置及びコイル装置に関する。
コイル装置は、例えば、非接触給電システムに用いられる。非接触給電システムは、送電コイルと受電コイルとを備えている。これらコイル同士は、電磁誘導又は磁界共鳴といった原理に基づき磁気的に互いに結合する。これらコイル同士の磁気的結合を利用して、非接触による送電が実現されている。非接触給電システムは、例えば、自動車などの地上の移動体、或いは水中航走体などの水中移動体に用いられる。
特許文献1は、水中移動体に用いられる非接触給電システムを開示する。この非接触給電システムでは、受電コイルは、水中移動体(無人水中航走体)に設置され、送電コイルは、水中移動体が帰還するプラットフォーム(水上の船舶又は水中の基地)に設置される。受電コイルは、水中移動体に設けられたカバー部材によって覆われ、このカバー部材の外面にはスクレーパ部材が取り付けられている。送電コイルは、プラットフォームに設けられたカバー部材によって覆われ、このカバー部材の外面には別のスクレーパ部材が取り付けられている。これらスクレーパ部材は、水中移動体とプラットフォームとの相対移動に伴って、各カバー部材に付着した異物を除去する。
特開2015-231307号公報
送電コイルと受電コイルとの間に異物が存在すると、次のような問題が生じ得る。例えば水中移動体の充電設備として非接触給電システムを利用する場合など、送電コイルが水中に設置されるような場合、送電コイル上には、例えば、貝類などの生物、又は導電性を有する浮遊物といった異物が付着し得る。送電コイル上に異物が付着して堆積物を形成すると、その堆積物が妨げとなって、受電コイルを送電コイルに十分に接近させることができなくなり、給電効率が低下するという問題が生じ得る。また、その異物が導電性を有する場合、受電時及び送電時に、送電コイルの磁束が異物に錯交することによって異物の内部に大きな渦電流が生じ、ジュール損失による給電効率の低下の問題を招き得る。
このような問題に対し、特許文献1のように、受電コイル側のカバー部材に、生物を物理的に除去するためのスクレーパ部材を取り付けると共に、送電コイル側のカバー部材にも、当該スクレーパ部材を取り付ける構成が考えられる。しかし、スクレーパ部材にも異物が付着してしまうと、スクレーパ部材によるカバー部材上の異物の除去を行い難くなり、異物の除去を確実に行うことが難しくなる可能性がある。
本開示は、異物の除去をより確実に行うことができる異物除去装置及びコイル装置を説明する。
本開示の異物除去装置は、非接触給電のためのコイル装置に用いられる異物除去装置であって、コイル装置が含むコイルを覆う露出面、及び、露出面の互いに異なる位置に設けられた複数の流体噴出孔を含む本体と、複数の流体噴出孔に接続されており、流体噴出孔から噴出される流体によって露出面に付着した異物を除去する除去部と、を備え、除去部は、流体噴出孔に接続された流路に設けられており、流路を流れる流体の流量又は圧力を、露出面上に異物が存在するか否かを判定するための検出値としてそれぞれ検出する複数のセンサを有する。
この異物除去装置は、本体の露出面の互いに異なる位置にそれぞれ設けられた複数の流体噴出孔から流体を噴出させることにより、露出面上から異物を除去する。更に、流体噴出孔に接続された流路上にセンサが設けられており、センサは、流路を流れる流体の流量又は圧力を検出値として検出する。異物が流体噴出孔上に存在する場合、当該流体噴出孔に対応する検出値が変動して異常な値となる。したがって、この検出値を監視することによって、当該流体噴出孔上に異物が存在するか否かを判定できる。つまり、流体の噴出による異物の除去を行うことができたか否かを確認できる。その結果、露出面上からの異物の除去をより確実に行うことができる。
いくつかの態様において、除去部は、流路に接続されて、流路を介して流体を流体噴出孔に提供する流体供給部と、検出値に基づいて流体供給部の出力を制御する制御部と、を有してもよい。この場合、制御部は、異物が流体噴出孔上に存在する場合に、当該流体噴出孔に対応する流体供給部の出力が大きくなるように制御することができる。これにより、当該流体噴出孔から噴出する流体の流速を大きくすることができる。その結果、流体噴出孔上からの異物の除去をより確実に行うことができる。
いくつかの態様において、制御部は、検出値が所定の条件を満たすか否かを判定することによって、露出面上に異物が存在するか否かを判定する判定部と、判定部による判定結果に基づいて、流体供給部の出力を調整する調整部と、を含み、調整部は、複数のセンサから得た全ての検出値が所定の条件を満たすことにより、露出面上に異物が存在しないと判定された場合には、各流体供給部の出力を第1の出力に設定し、複数のセンサから得た少なくとも一つの検出値が所定の条件を満たさないことにより、露出面上に異物が存在すると判定された場合には、所定の条件を満たさない検出値を出力したセンサに対応する流体噴出孔を特定し、特定された流体噴出孔に対応する流体供給部の出力を第1の出力よりも大きい第2の出力に設定してもよい。このように、調整部が、露出面上に異物が存在すると判定された場合に、特定された流体噴出孔に対応する流体供給部の出力を大きくすることによって、特定された流体噴出孔から噴出する流体の流速を大きくすることができる。これにより、特定された流体噴出孔上からの異物の除去をより確実に行うことができる。また、上記の構成によれば、露出面上から異物を除去するために全ての流体供給部の出力を大きくする必要が無いので、露出面上からの異物の除去を効率良く行うことができる。
いくつかの態様において、調整部は、露出面上に異物が存在すると判定された場合に、特定された流体噴出孔に対応する流体供給部の出力を第2の出力に設定すると共に、特定されなかった流体噴出孔に対応する流体供給部の出力を、第2の出力よりも小さい第3の出力に設定してもよい。この場合、特定された流体噴出孔の開口から噴出する流体の流速を最も大きくすることができ、特定されなかった流体噴出孔の開口から噴出する流体の流速を、特定されなかった流体噴出孔が特定された流体噴出孔から遠ざかるにつれて小さくすることができる。このように、流体噴出孔の開口から噴出する流体の流速に勾配を持たせることによって、露出面の外側(縁部側)に異物を移動させやすくすることができる。これにより、露出面上に異物が留まる事態を抑制できる。その結果、露出面上からの異物の除去をより確実に行うことができる。
いくつかの態様において、複数の流体噴出孔は、1個の第1流体噴出孔と、第1流体噴出孔を囲む複数の第2流体噴出孔と、を含み、第2流体噴出孔の内径は、第1流体噴出孔の内径よりも大きく、且つ、第2流体噴出孔が第1流体噴出孔から遠ざかるにつれて大きくなってもよい。この場合、第1流体噴出孔の開口から噴出する流体の流速を最も大きくすることができ、第2流体噴出孔の開口から噴出する流体の流速を、第2流体噴出孔が第1流体噴出孔から遠ざかるにつれて小さくすることができる。このように、第1及び第2流体噴出孔の開口から噴出する流体の流速に勾配を持たせることによって、露出面の外側(縁部側)に異物を移動させやすくすることができる。これにより、露出面上に異物が留まる事態を抑制できる。その結果、露出面上からの異物の除去をより確実に行うことができる。
本開示のコイル装置は、上述したいずれかの異物除去装置と、コイルと、を備える。
このコイル装置は、上述したいずれかの異物除去装置を備えるので、上述したように、露出面上からの異物の除去をより確実に行うことができる。これにより、露出面への異物の付着を抑制でき、当該露出面に異物の堆積物が形成される事態を抑制できる。その結果、受電及び送電時に、コイル装置に相手方コイル装置を十分に接近させることができるので、コイル装置と相手方コイル装置との給電効率の低下を抑制できる。
本開示のいくつかの態様によれば、異物の除去をより確実に行うことができる異物除去装置及びコイル装置が提供される。
図1は、一実施形態に係るコイル装置を備える非接触給電システムを示す正面図である。 図2は、図1に示すコイル装置を示す断面図である。 図3は、図1に示すコイル装置を示す平面図である。 図4は、図2に示す制御部の構成を示すブロック図である。 図5は、図4に示す制御部による制御方法を示すフローチャートである。
以下、添付図面を参照しながら本発明を実施するための形態を詳細に説明する。図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。以下の説明において、「上」及び「下」との語は、鉛直方向を基準として用いられる。
図1及び図2を参照して、本実施形態に係るコイル装置10を備えた非接触給電システム1について説明する。コイル装置10は、例えば、非接触給電システム1における送電装置12として用いられる。非接触給電システム1は、受電装置11と送電装置12との間の磁気的結合を利用して送電装置12から受電装置11へ電力を供給する。非接触給電システム1は、例えば、地上又は水中を移動する移動体に搭載されるバッテリを充電する。
本実施形態では、海中を移動する移動体2に非接触給電システム1を適用した場合を例示する。この場合、受電装置11は、海中を移動する移動体2に設けられている。移動体2は、例えば自律型の無人潜水艇などの水中航走体である。移動体2は、例えば、前後方向に延びる円筒状をなす筐体2aを有する。受電装置11は、例えば、筐体2aの内部に配置されている。受電装置11は、例えば、筐体2aの内周面2bに取り付けられている。受電装置11は、受電回路及び充電回路などを介して筐体2aの内部に配置されたバッテリに電気的に接続されている。なお、受電装置11は、筐体2aの内部に配置されていなくてもよい。受電装置11は、例えば、筐体2aの外周面2cから露出していてもよく、外周面2cから突出していてもよい。
一方、送電装置12は、海中に設置されたプラットフォーム3に設けられている。プラットフォーム3は、移動体2のバッテリを充電するための施設である。プラットフォーム3は、例えば、平坦な壁部3aを有する。送電装置12は、壁部3a上に設けられている。送電装置12は、例えば、壁部3aから突出しており、壁部3aから露出している。送電装置12は、壁部3aから突出せずに壁部3aに埋め込まれていてもよい。送電装置12は、送電回路及び整流回路などを介して外部電源に電気的に接続されている。
図1に示すように、送電時には、プラットフォーム3の壁部3a上に移動体2が移動し、移動体2の内周面2bに取り付けられた受電装置11と、壁部3a上に設けられた送電装置12とが、上下方向において所定の間隔で互いに対面する。受電装置11と送電装置12とが上下方向に対面すると、受電装置11の内部の受電コイルC1と送電装置12の内部の送電コイルC2とが、電磁気的に互いに結合して電磁結合回路を形成する。これにより、送電コイルC2から受電コイルC1への送電が行われる。言い換えれば、受電装置11は、送電装置12から非接触で電力を受け取る。「電磁誘導方式」で送電及び受電を行う回路であってもよく、「磁界共鳴方式」で送電及び受電を行う回路であってもよい。
以下、コイル装置10を送電装置12として利用する態様を例に、コイル装置10について更に詳細に説明する。
上述したように、移動体2の充電設備として非接触給電システム1を利用するとき、コイル装置10は、海中に設置されたプラットフォーム3に設置される。したがって、コイル装置10上には、意図しない異物Mが存在することがあり得る。異物Mとしては、例えば、貝類などの生物、又は、金属片などの導電性を有する浮遊物が挙げられる。コイル装置10上に貝類などの生物が付着して堆積物を形成すると、その堆積物が妨げとなって、受電コイルC1を送電コイルC2に十分に接近させることができなくなり、給電効率が低下することがあり得る。また、電力の供給が行われるとき、受電コイルC1と送電コイルC2との間には磁束が発生する。このとき、受電コイルC1と送電コイルC2との間に金属片などの導電性を有する浮遊物が存在すると、送電コイルC2の磁束が当該浮遊物に錯交することによって当該浮遊物の内部に大きな渦電流が生じ、ジュール損失によって給電効率が低下することがあり得る。したがって、異物Mの存在によって所望の給電効率が得られない場合が生じ得る。
そこで、図2に示すように、コイル装置10は、送電コイルC2上に存在する異物Mを除去する異物除去装置20を備える。異物除去装置20は、送電コイルC2を収容する筐体25(本体)と、筐体25に接続される除去部30とを備える。本実施形態では、筐体25は、コイル装置10の筐体を構成している。つまり、筐体25は、コイル装置10の筐体と一体化している。しかし、筐体25は、コイル装置10の筐体とは別体であってもよい。この場合、筐体25は、コイル装置10の筐体を覆うように取り付けられてもよい。筐体25は、例えば扁平な円筒形状をなしている。筐体25は、カバー26とベース27とを含む。カバー26は、送電コイルC2の表面側に配置された箱体である。送電コイルC2の表面とは、コイル装置10に対面する受電装置11に近い面を指す。
カバー26は、送電コイルC2を含む内装部品を覆っている。カバー26は、例えば、非磁性且つ非導電性の材料により形成される。カバー26の材料として、例えばガラス繊維強化樹脂(GFRP:Carbon Fiber Reinforced Plastics)を採用してもよい。カバー26は、上下方向において互いに対面する表面26a及び裏面26bを含んでいる。表面26aは、カバー26の外側に露出する露出面(外面)である。表面26aは、送電コイルC2上に配置されている。つまり、表面26aは、上下方向において送電コイルC2と対向する位置に配置されており、送電コイルC2とは反対側を向いている。表面26aは、上下方向において受電装置11と対面する。表面26aには、異物Mが付着している。裏面26bは、カバー26の内面であり、送電コイルC2側を向いている。また、カバー26には、複数の流体噴出孔Hが設けられている。複数の流体噴出孔Hの具体的な構成については後述する。
ベース27は、送電コイルC2の裏面側に配置された板状部材である。送電コイルC2の裏面とは、受電装置11から遠い面、すなわち上下方向において表面とは反対側の面を指す。ベース27は、コイル装置10の全体としての剛性を確保する。ベース27は、例えば、非磁性材料であって導電性を有する材料により形成される。ベース27の材料として、比較的剛性の高い材料を採用してもよい。また、ベース27の材料として、例えば透磁率の低い金属材料であるアルミニウムを採用してもよい。このようなベース27の材料の選択によれば、ベース27は、漏えい磁束の外部流出を遮蔽することができる。換言すると、ベース27は、磁気シールド特性を有する。これらのカバー26及びベース27によって、送電コイルC2などを収容する収容空間が形成されている。
送電コイルC2は、受電コイルC1(図1参照)への送電のための磁束を発生させる。送電コイルC2は、例えば、同一平面内で渦巻状に巻回された導線15によって形成される。送電コイルC2は、例えばサーキュラー型のコイルである。サーキュラー型のコイルにおいて、導線15は、巻軸(コイル軸)の周りを囲むように巻線方向に巻かれている。この場合、導線15の巻線方向は、巻軸に垂直な平面において渦巻状に延びる方向である。送電コイルC2は、導線15が渦巻状に巻回された態様であればよく、一層であっても多層であってもよい。
巻軸方向から見た送電コイルC2の形状は、例えば矩形、円形、又は楕円形等の種々の形状を採り得る。導線15としては、例えば、互いに絶縁された複数の導体素線が撚り合わされたリッツ線が用いられてもよく、表皮効果による高周波抵抗を抑えたリッツ線が用いられてもよい。導線15は、例えば、銅又はアルミニウムの単線であってもよい。
送電コイルC2は、例えば、平板状の部材であるボビン(不図示)の溝にはめ込まれている。ボビンは、非磁性且つ非導電性の材料(例えばシリコーン又はポリフェニレンサルファイド樹脂など)によって形成される。そして、ボビンがベース27に固定されることにより、筐体25の収容空間の内部における送電コイルC2の位置が定まる。なお、必要に応じて、ボビンとベース27との間に、フェライト板が設けられてもよい。換言すると、フェライト板は、送電コイルC2とベース27との間に配置されてもよい。
ここで、複数の流体噴出孔Hの構成について具体的に説明する。複数の流体噴出孔Hのそれぞれは、例えば、表面26aから裏面26bまでカバー26を上下方向に貫通している。流体噴出孔Hの内径は、例えば、裏面26bから表面26aに近づくにつれて徐々に大きくなっている。したがって、表面26aにおける流体噴出孔Hの開口Haは、裏面26bにおける流体噴出孔Hの開口よりも大きい。
図3に示すように、複数の流体噴出孔Hの開口Haは、表面26aの互いに異なる位置にそれぞれ設けられている。流体噴出孔Hの開口Haは、例えば円形状をなしているが、他の形状をなしていてもよい。図3に示す例では、各流体噴出孔Hの開口Haは、表面26aの中心点を中心として放射状に並ぶように設けられている。言い換えると、各流体噴出孔Hは、表面26aの中心点を中心とする周方向に沿って所定の間隔を空けて並ぶと共に、当該中心点を中心とする径方向に沿って所定の間隔を空けて並んでいる。なお、表面26aの法線方向から見て、表面26aの中心点が導線15の巻軸上に位置する場合、当該中心点は、表面26aと導線15の巻軸との交点に一致する。
図3において、複数の流体噴出孔Hのうち1つの流体噴出孔H1の開口Haは、表面26aにおける中心に配置されている。複数の流体噴出孔Hのうち流体噴出孔H1を除く複数の流体噴出孔H2及びH3の開口Haは、流体噴出孔H1の開口Haを取り囲むように配置されている。各流体噴出孔H2の開口Haは、表面26aの中心点を中心とする径方向において流体噴出孔H1から一定距離離れており、当該中心点を中心とする周方向において等間隔で並んでいる。
各流体噴出孔H3の開口Haは、各流体噴出孔H2の開口Haを取り囲んでいる。具体的には、各流体噴出孔H3の開口Haは、上記中心点を中心とする径方向において各流体噴出孔H2の開口Haよりも遠い位置に配置されており、当該中心点を中心とする周方向において等間隔で並んでいる。なお、各流体噴出孔Hの開口Haの配置は、図3に示す例に限られない。例えば、各流体噴出孔Hの開口Haは、表面26aの中心点以外の点を中心として放射状に並んでもよいし、放射状に並ばずに不規則に並んでいてもよい。以下の説明において、流体噴出孔H1,H2及びH3のそれぞれを特に区別して説明しない場合には、流体噴出孔H1,H2及びH3のそれぞれを単に流体噴出孔Hと呼ぶ。
また、図3は、表面26aの中心点付近に異物Mが付着した例を示している。図3に示す例では、異物Mは、流体噴出孔H1の開口Haの一部を塞いでいる。異物Mが表面26aに付着する箇所は図3に示す例に限られず、異物Mは、表面26aのあらゆる位置に付着することが想定される。例えば、異物Mは、流体噴出孔H1の開口Haの一部のみではなく流体噴出孔H1の開口Haの全部を塞ぐ場合もあり得るし、流体噴出孔H1の開口Haではなく流体噴出孔H2及び/又はH3の開口Haを塞ぐ場合もあり得る。
図2に示すように、除去部30は、各流体噴出孔Hに接続されている。除去部30は、各流体噴出孔Hに流体Fを供給し、各流体噴出孔Hの開口Haから流体Fを噴出させる。流体Fは、例えば海水である。しかし、流体Fは、河川水又は湖水などの海水以外の水であってもよいし、水以外の物質を含んでもよい。或いは、流体Fは、空気などの気体であってもよい。なお、図2に示す例では、流体噴出孔H1の開口Haから噴出する流体Fを流体F1として示し、各流体噴出孔H2の開口Haから噴出する流体Fを流体F2として示し、各流体噴出孔H3の開口Haから噴出する流体Fを流体F3として示している。以下の説明において、流体F1,F2及びF3のそれぞれを特に区別して説明しない場合には、流体F1,F2及びF3のそれぞれを単に流体Fと呼ぶ。
除去部30は、例えば、ポンプ31と、複数の配管32と、複数のバルブ33と、複数のセンサ34と、制御部35と、を含んでいる。ポンプ31及び複数のバルブ33は、流体供給部36を構成する。ポンプ31は、制御部35と電気的に接続されている。ポンプ31は、制御部35から入力される制御信号S1に従って、コイル装置10の外部の流体Fを吸い上げ、吸い上げた流体Fを各配管32に供給する。ポンプ31は、流体Fを各配管32に供給可能なものであれば、どのような構成を有してもよい。
各配管32は、ポンプ31を各流体噴出孔Hに接続している。配管32の一端はバルブ33に接続されており、配管32の他端は、裏面26bにおける各流体噴出孔Hの開口に接続されている。配管32の一端側の部分は、コイル装置10の外部に設けられており、配管32の他端側の部分は、コイル装置10の内部に設けられている。配管32は、例えば、その全体が樹脂などの非磁性且つ非導電性の材料によって構成されている。しかし、コイル装置10の外部に設けられる配管32の一端側の部分と、コイル装置10の内部に設けられる配管32の他端側の部分とが、互いに異なる材料によって構成されてもよい。例えば、配管32の他端側の部分のみが、送電コイルC2が発生する磁束に影響を与えないよう非磁性且つ非導電性の材料によって構成される一方、配管32の一端側の部分は、導電性及び/又は磁性を有する材料であってもよい。
複数のバルブ33は、複数の配管32にそれぞれ設けられている。すなわち、各バルブ33は、ポンプ31と各流体噴出孔Hとの間の各流路上に設けられている。バルブ33は、ポンプ31と流体噴出孔Hとの間の流路を開閉する自動弁であり、例えば電磁弁である。バルブ33は、制御部35により開閉制御される。バルブ33の出力は、制御部35から入力される制御信号S2に従って制御される。本実施形態において、バルブ33の「出力」とは、バルブ33の「開度」を意味する。バルブ33は、その開度を変更することにより、流体噴出孔Hに供給される流体Fの流量又は圧力を調整することができる。したがって、バルブ33の「出力」をバルブ33から流体噴出孔Hに供給される流体Fの「流量」又は「圧力」と置き換えてもよい。
複数のセンサ34は、複数の配管32にそれぞれ設けられている。具体的には、各センサ34は、各バルブ33と各流体噴出孔Hとの間の各流路上に設けられている。センサ34は、バルブ33から配管32に供給される流体Fの流量又は圧力を検出値として検出し、当該検出値を示すデータDを制御部35に出力する。本実施形態では、センサ34として、流体Fの流量を検出する流量センサ(フローメータ)が用いられる場合を例示する。したがって、本実施形態では、センサ34は、バルブ33から流体噴出孔Hに供給される流体Fの流量を示すデータDを制御部35に出力する。各センサ34は、各バルブ33から流体噴出孔Hに供給される流体Fの流量を示す各データDをまとめて制御部35に出力してもよいし、各データDを制御部35に順次出力してもよい。なお、センサ34は、流体Fの圧力を検出する圧力センサであってもよい。この場合、センサ34は、バルブ33から流体噴出孔Hに供給される流体Fの圧力を示すデータDを制御部35に出力する。
制御部35は、例えば、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、及びRAM(Random Access Memory)等のハードウェアと、ROMに記憶されたプログラムなどのソフトウェアとより構成されたコンピュータである。制御部35は、ポンプ31、各バルブ33、及び各センサ34と電気的に接続されている。制御部35は、ポンプ31の動作を制御すると共に、各センサ34から出力される各データDに基づいて各バルブ33の開度を制御する。
図4に示すように、制御部35は、例えば、設定部40と、判定部41と、調整部42とを含んでいる。設定部40は、ポンプ31の動作条件を設定する。具体的には、設定部40は、ポンプ31が吸い上げる流体Fの流量又は圧力、ポンプ31が吸い上げるタイミング、及びポンプ31が吸い上げる時間などを指定する制御信号S1をポンプ31に出力する。また、調整部42は、各バルブ33の開度を指定する制御信号S2を各バルブ33に出力する。調整部42は、制御信号S2によって、各バルブ33の開度を第1の開度(第1の出力)に設定する。
設定部40がポンプ31の動作条件を設定し、調整部42が各バルブ33の開度を調整することによって、各流体噴出孔Hから噴出する流体Fの流量又は圧力、各流体噴出孔Hから流体Fが噴出するタイミング、及び、各流体噴出孔Hから流体Fが噴出する時間などが設定される。これに従って、一定の流量の流体Fが各流体噴出孔Hから連続的又は間欠的に噴出する。調整部42が各バルブ33の開度を上記の第1の開度に設定するとき、第1の開度に応じた流量又は圧力の流体Fが各流体噴出孔Hの開口Haから噴出する。第1の開度は、表面26a上の異物Mの有無を確認するために必要な流量又は圧力の流体Fを送出できる開度であればよい。
判定部41は、センサ34からのデータDが示す検出値が所定の条件を満たすか否かを判定することによって、表面26a上に異物Mが存在するか否かを判定する。本実施形態のように検出値が流体Fの流量を示す場合、「所定の条件」は、流体Fの流量が所定の閾値以上であることである。「所定の閾値」とは、バルブ33の開度が第1の開度であるときに、異物Mによって塞がれていない状態の流体噴出孔Hに供給される流体Fの流量値である。「所定の閾値」は、異物Mによって塞がれていない状態の流体噴出孔Hに供給される流体Fの流量値のばらつき範囲の下限値としてもよい。本実施形態では、判定部41は、各流体噴出孔Hに供給される流体Fの流量が所定の閾値以上であるか否かを判定する。判定部41は、各流体噴出孔Hに供給される流体Fの流量を各流体噴出孔Hごとに1つずつ順次判定してもよいし、各流体噴出孔Hに供給される流体Fの流量をまとめて一度に判定してもよい。
なお、検出値が流体Fの圧力を示す場合、「所定の条件」は、流体Fの圧力が所定の閾値以下であることである。この場合、「所定の閾値」とは、バルブ33の開度が第1の開度であるときに、異物Mによって塞がれていない状態の流体噴出孔Hに供給される流体Fの圧力値である。「所定の閾値」は、異物Mによって塞がれていない状態の流体噴出孔Hに供給される流体Fの圧力値のばらつき範囲の上限値としてもよい。
判定部41が、流体噴出孔Hに供給される流体Fの流量が所定の閾値以上であると判定した場合、つまり検出値が所定の条件を満たすと判定した場合、調整部42は、各バルブ33の開度を第1の開度に保持する。一方、判定部41が、流体噴出孔Hに供給される流体Fの流量が所定の閾値以上でないと判定した場合、つまり、検出値が所定の条件を満たさないと判定した場合、調整部42は、複数の流体噴出孔Hのうち、所定の閾値以上でないと判定された流量の流体Fが供給される対象流体噴出孔を特定する。
図2及び図3に示す例では、表面26aの中心に位置する流体噴出孔H1の開口Haのみが異物Mによって塞がれているので、判定部41は、流体噴出孔H1に供給される流体Fの流量のみが所定の閾値以上でないと判定する。この場合、調整部42は、複数の流体噴出孔Hのうち流体噴出孔H1のみを対象流体噴出孔として特定する。調整部42が対象流体噴出孔を特定することによって、表面26aにおける異物Mの位置を把握することができる。所定の閾値以上でないと判定された流量の流体Fが供給される流体噴出孔Hが複数存在する場合には、調整部42は、その複数の流体噴出孔Hのそれぞれを対象流体噴出孔として特定する。この場合、調整部42が各対象流体噴出孔を特定することによって、表面26a上に存在する異物Mの大きさ、或いは異物Mが付着している領域を把握することができる。
調整部42が流体噴出孔H1を対象流体噴出孔として特定すると、調整部42は、流体噴出孔H1に対応するバルブ33の開度を変更する。具体的には、調整部42は、流体噴出孔H1に対応するバルブ33の開度を、第1の開度から第1の開度よりも大きい第2の開度(第2の出力)に変更する。第2の開度は、第1の開度よりも大きければよく、バルブの開度が最も大きい全開開度であってもよいし、全開開度よりも小さい開度であってもよい。このように、流体噴出孔H1に対応するバルブ33の開度を大きくすることによって、流体噴出孔H1の開口Haから噴出する流体F1の流速を大きくすることができる。これにより、流体噴出孔H1の開口Haを塞いでいた異物Mを引き剥しやすくすることができる。
更に、調整部42は、流体噴出孔H1を取り囲む各流体噴出孔H2及びH3に対応する各バルブ33の開度も変更する。具体的には、調整部42は、各流体噴出孔H2及びH3に対応する各バルブ33の開度を、各流体噴出孔H2及びH3が流体噴出孔H1から遠ざかるにつれて小さくなるように調整する。より具体的には、調整部42は、各流体噴出孔H2に対応する各バルブ33の開度を第1の開度から第2の開度よりも小さい第3の開度(第3の出力)に変更し、各流体噴出孔H3に対応する各バルブ33の開度を第1の開度から第3の開度よりも更に小さい第4の開度(第3の出力)に変更する。
その結果、図2に示すように、流体噴出孔H1の開口Haから噴出する流体F1の流速が最大となり、各流体噴出孔H2の開口Haから噴出する流体F2の流速が流体F1の流速よりも小さくなり、各流体噴出孔H3の開口Haから噴出する流体F3の流速が流体F2の流速よりも更に小さくなる。つまり、各流体噴出孔Hから噴出する流体Fの流速は、流体噴出孔Hが流体噴出孔H1から遠ざかるにつれて徐々に小さくなる。このように、流体噴出孔H1から遠い流体噴出孔Hほど流体Fの流速が小さくなることによって、流体噴出孔H1から引き剥した異物Mを、流体噴出孔H1の外方、すなわち表面26aの中心から周縁に向かう方向に移動させやすくすることができる。これにより、引き剥した異物Mが再度表面26aに付着して別の流体噴出孔H2及びH3を塞いでしまうような事態を抑制できる。なお、調整部42は、必ずしも、各流体噴出孔H2及びH3に対応する各バルブ33の開度を変更する必要は無く、流体噴出孔H1に対応するバルブ33の開度のみを変更してもよい。
上記のように、調整部42がバルブの開度を調整することによって、各流体噴出孔Hから噴出する流体Fの流速を調整することが可能であるが、各流体噴出孔Hの開口Haの内径を調整することによって、各流体噴出孔Hの開口Haから噴出する流体Fの流速を調整することも可能である。例えば、各流体噴出孔Hの開口Haの内径を、流体噴出孔Hが流体噴出孔H1(第1流体噴出孔)から遠ざかるにつれて大きくする。具体的には、流体噴出孔H2(第2流体噴出孔)の開口Haの内径を、流体噴出孔H1の開口Haの内径よりも大きくし、流体噴出孔H3(第2流体噴出孔)の開口Haの内径を、流体噴出孔H2の開口Haの内径よりも更に大きくする。流体噴出孔Hの開口Haの内径が大きくするほど、流体噴出孔Hの開口Haから噴出する流体Fの流速を小さくすることができる。
したがって、上記のように各流体噴出孔Hの開口Haの内径を調整すると、流体噴出孔H1の開口Haから噴出する流体F1の流速が最大となり、各流体噴出孔H2の開口Haから噴出する流体F2の流速が流体F1の流速よりも小さくなり、各流体噴出孔H3の開口Haから噴出する流体F3の流速が流体F2の流速よりも更に小さくなる。つまり、各流体噴出孔Hから噴出する流体Fの流速は、流体噴出孔Hが流体噴出孔H1から遠ざかるにつれて徐々に小さくなる。よって、このような構成であっても、流体噴出孔H1から遠い流体噴出孔Hほど流体Fの流速を小さくする態様を実現できる。
続いて、制御部35による制御方法を説明する。まず、図5に示すように、制御部35は、ポンプ31の動作条件を設定すると共に、各バルブ33の開度を第1の開度に設定する(手順P1)。ポンプ31は、設定部40からの制御信号S1に従って、コイル装置10の外部から一定の流量の流体Fを吸い上げ、吸い上げた流体Fを各バルブ33を介して各流体噴出孔Hに供給する。各流体噴出孔Hに供給される流体Fの流量又は圧力は、制御信号S2に従って設定された各バルブ33の開度に応じた流量となる。このようにして、制御部35は、各流体噴出孔Hの開口Haから一定の流量の流体Fを連続的又は間欠的に噴出させ、表面26a上に異物Mが存在するか否かの点検を行う(手順P2)。
次に、センサ34が、流体噴出孔Hに供給された流体Fの流量を検出値として検出し、当該検出値を示すデータDを制御部35に出力する(手順P3)。例えば、各センサ34は、各流体噴出孔Hに対する検出値を流体噴出孔Hごとに検出し、各検出値を示す各データDをまとめて制御部35に出力する。
次に、制御部35の判定部41が、各検出値に基づいて異物Mが表面26a上に存在するか否かを判定し、これにより、各流体噴出孔Hに供給される流体Fの流量が所定の閾値以上か否かを判定する(手順P4)。例えば、判定部41は、各流体噴出孔Hに供給される流体Fの流量をまとめて判定する。そして、判定部41は、各流体噴出孔Hに供給される流体Fの流量が全て所定の閾値以上であると判定した場合(手順P4においてYes)、異物Mが表面26a上に存在しないと判定する。この場合、調整部42は、各バルブ33の開度を第1の開度に維持する。その後、手順P1、手順P2及び手順P3が再度繰り返される。
一方、判定部41は、所定の閾値以上でないと判定された流量の流体Fが供給される流体噴出孔Hが1つでもあった場合(手順P4においてNo)、異物Mが表面26a上に存在すると判定する。この場合、調整部42は、複数の流体噴出孔Hのうち、所定の閾値以上でないと判定された流量の流体Fが供給される対象流体噴出孔を特定する(手順P5)。本実施形態では、調整部42は、流体噴出孔H1を対象流体噴出孔として特定する。その後、調整部42は、流体噴出孔H1に対応するバルブ33の開度を第1の開度から第2の開度に変更する(手順P6)。このとき、調整部42は、各流体噴出孔H2に流体Fを供給する各バルブ33の開度を第3の開度に変更し、各流体噴出孔H3に流体Fを供給する各バルブ33の開度を第4の開度に変更する。
その後、手順P2に再度戻り、手順P2,P3及びP4が再度繰り返される。そして、手順P4において流体Fの流量が所定の閾値以上であると判定された場合、表面26aに付着していた異物Mが除去されたと判断できる。この場合、手順P1に戻り、各バルブ33の開度が第1の開度に再度設定され、手順P2,P3及びP4が再度繰り返される。一方、手順P4において流体Fの流量が所定の閾値以上でないと判定された場合は、表面26aに付着していた異物Mを引き剥すことができていないか、或いは、引き剥した異物Mが表面26aの別の位置に移動して再度付着したと判断できる。この場合、手順P5及びP6が再度繰り返される。なお、手順P5及びP6が繰り返される度に、手順P6において、流体噴出孔H1に対応するバルブ33の第2の開度の大きさを徐々に大きくしてもよい。これにより、表面26a上からの異物Mの除去をより確実に行なうことができる。
図5の示す例では、手順P3において、各センサ34が、各検出値を示す各データDをまとめて制御部35に出力し、手順P4において、判定部41が、各流体噴出孔Hに供給される流体Fの流量をまとめて判定している。しかし、各センサ34は、各データDを流体噴出孔Hごとに順次出力してもよく、判定部41は、流体Fの流量の判定を流体噴出孔Hごとに順次行ってもよい。つまり、判定部41は、いずれか1つの流体噴出孔Hに供給される流体Fの流量の判定を行った後、次の流体噴出孔Hに供給される流体Fの流量の判定を行い、これを繰り返してもよい。このように、判定部41が流体Fの流量の判定を各流体噴出孔Hに対して1つずつ行う場合、調整部42は、対象流体噴出孔の特定を行う必要が無いので、上記の手順P5を省略できる。
以上説明した、本実施形態に係る異物除去装置20及びコイル装置10の作用・効果について説明する。異物除去装置20では、表面26aの互いに異なる位置に開口Haがそれぞれ設けられた複数の流体噴出孔Hに除去部30が接続されている。除去部30は、各流体噴出孔Hの開口Haから流体Fを噴出させる。これにより、表面26a上に異物Mが存在する場合に、表面26a上から異物Mを除去することが可能となる。更に、流体噴出孔Hの開口Haにバルブ33を接続する流路上にセンサ34が設けられており、センサ34は、流路を流れる流体Fの流量を検出値として検出する。異物Mが流体噴出孔H上に存在する場合、流体噴出孔Hに対応する検出値が変動して異常な値となる。したがって、この検出値を監視することによって、流体噴出孔H上に異物Mが存在するか否かを判定できる。つまり、流体Fの噴出による異物Mの除去を行うことができたか否かを確認できる。その結果、流体噴出孔H上からの異物Mの除去をより確実に行うことができる。
除去部30は、検出値に基づいてバルブ33の出力を制御する制御部35を含んでいる。制御部35は、異物Mが流体噴出孔H上に存在する場合に、流体噴出孔Hに対応するバルブ33の出力を大きくなるように制御することができる。これにより、流体噴出孔Hから噴出する流体Fの流速を大きくすることができる。その結果、流体噴出孔H上からの異物Mの除去をより確実に行うことができる。
制御部35は、検出値が所定の条件を満たすか否かを判定することによって、表面26a上に異物Mが存在するか否かを判定する判定部41と、判定部41による判定結果に基づいて、バルブ33の開度を調整する調整部42と、を含み、調整部42は、表面26a上に異物Mが存在しないと判定された場合には、各バルブ33の開度を第1の開度に設定し、表面26a上に異物Mが存在すると判定された場合には、複数の流体噴出孔Hのうち、検出値が所定の条件を満たさないと判定された流体噴出孔H1を特定し、流体噴出孔H1に対応するバルブ33の開度を第1の開度よりも大きい第2の開度に設定する。このように、調整部42が、表面26a上に異物Mが存在すると判定された場合に、流体噴出孔H1に対応するバルブ33の開度を大きくすることによって、流体噴出孔H1から噴出する流体Fの流速を大きくすることができる。これにより、流体噴出孔H1上からの異物Mの除去をより確実に行うことができる。また、上記の構成によれば、表面26a上から異物Mを除去するために全てのバルブ33の開度を大きくする必要が無いので、表面26a上からの異物Mの除去を効率良く行うことができる。
調整部42は、表面26a上に異物Mが存在すると判定された場合に、複数の流体噴出孔Hのうち流体噴出孔H1を除く各流体噴出孔H2及びH3に対応する各バルブ33の開度を、第2の開度よりも小さく、且つ、各流体噴出孔H2及びH3の開口Haが流体噴出孔H1の開口Haから遠ざかるにつれて小さくなるように調整している。これにより、上述したように、流体噴出孔H1の開口Haから噴出する流体F1の流速を最も大きくすると共に、各流体噴出孔H2の開口Haから噴出する流体F2の流速を流体F1の流速よりも小さくし、更に、各流体噴出孔H3の開口Haから噴出する流体F3の流速を流体F2の流速よりも小さくすることができる。このように、各流体噴出孔Hの開口Haから噴出する流体Fの流速に勾配を持たせることによって、表面26aの外側(縁部側)に異物Mを移動させやすくすることができる。これにより、表面26a上に異物Mが留まる事態を抑制できる。その結果、表面26a上からの異物Mの除去をより確実に行うことができる。
また、複数の流体噴出孔Hのうちの1つである流体噴出孔H1は、複数の流体噴出孔Hのうち流体噴出孔H1を除く複数の流体噴出孔H2及びH3によって取り囲まれており、複数の流体噴出孔H2及びH3の開口Haの内径は、流体噴出孔H1の開口Haの内径よりも小さく、且つ、複数の流体噴出孔H2及びH3の開口Haが流体噴出孔H1の開口Haから遠ざかるにつれて小さくしてもよい。このような形態であっても、上述したように、各流体噴出孔Hの開口Haから噴出する流体Fの流速に勾配を持たせることができる。これにより、表面26aの外側(縁部側)に異物Mを移動させやすくすることができ、表面26a上に異物Mが留まる事態を抑制できる。その結果、表面26a上からの異物Mの除去をより確実に行うことができる。
コイル装置10は、異物除去装置20を備えるので、上述したように、表面26a上からの異物Mの除去をより確実に行うことができる。これにより、表面26aへの異物Mの付着を抑制でき、表面26aに異物Mの堆積物が形成される事態を抑制できる。その結果、受電及び送電時に、コイル装置10に相手方コイル装置を十分に接近させることができるので、コイル装置10と相手方コイル装置との給電効率の低下を抑制できる。
上記実施形態及び変形例では、海中に設置されたプラットフォームに設けられた送電装置を例にコイル装置について説明した。しかし、コイル装置は、海中を移動する移動体に設けられた受電装置に採用してもよく、送電装置及び受電装置の両方に採用してもよい。上記実施形態及び変形例では、海中を移動する移動体のバッテリに給電するための非接触給電システムに用いられる送電装置を例に説明したが、本発明はこの態様に限定されない。コイル装置は、海以外の水中を移動する移動体のバッテリに給電するための非接触給電システムに用いられてもよく、水上を移動する移動体のバッテリに給電するための非接触給電システムに用いられてもよい。
異物除去装置及びコイル装置の構成は、上記実施形態に限られず、特許請求の範囲の記載の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、上記実施形態では、カバー26に設けられた流体噴出孔Hは、その内径がカバー26の表面26aに近づくにつれて徐々に広がっている。しかし、流体噴出孔の内径は一定(定径)であってもよい。また、上記実施形態では、ポンプ31と各流体噴出孔Hとの間の流路上に各バルブ33が設けられているが、各バルブ33が設けられず、複数の流体噴出孔Hのそれぞれに対応して複数のポンプが直接設けられてもよい。また、コイル装置の送電コイルは、サーキュラー型に限られず、ソレノイド型のコイルなど他の形状を有するコイルであってもよい。
上記実施形態では、制御部35は、表面26aの中心に位置する流体噴出孔H1に対応するバルブ33のみを第2の開度に設定している。しかし、制御部は、流体噴出孔H2又はH3に異物が付着している場合は、流体噴出孔H2又はH3に対応するバルブのみを第2の開度に設定することもあるし、例えば、流体噴出孔H1に加えてH2にも異物が付着している場合は、流体噴出孔H1及びH2に対応するバルブのみを第2の開度に設定することもある。
1 非接触給電システム
10 コイル装置
11 受電装置
12 送電装置
20 異物除去装置
25 筐体(本体)
26 カバー
26a 表面
30 除去部
31 ポンプ
32 配管
33 バルブ
34 センサ
35 制御部
36 流体供給部
40 設定部
41 判定部
42 調整部
C1 受電コイル
C2 送電コイル
F,F1,F2,F3 流体
H 流体噴出孔
H1 流体噴出孔(第1流体噴出孔)
H2,H3 流体噴出孔(第2流体噴出孔)
Ha 開口
M 異物

Claims (6)

  1. 非接触給電のためのコイル装置に用いられる異物除去装置であって、
    前記コイル装置が含むコイルを覆う露出面、及び、前記露出面の互いに異なる位置に設けられた複数の流体噴出孔を含む本体と、
    前記複数の流体噴出孔に接続されており、前記流体噴出孔から噴出される流体によって前記露出面に付着した異物を除去する除去部と、を備え、
    前記除去部は、前記流体噴出孔に接続された流路に設けられており、前記流路を流れる前記流体の流量又は圧力を、前記露出面上に前記異物が存在するか否かを判定するための検出値としてそれぞれ検出する複数のセンサを有する、異物除去装置。
  2. 前記除去部は、
    前記流路に接続されて、前記流路を介して前記流体を前記流体噴出孔に提供する流体供給部と、
    前記検出値に基づいて前記流体供給部の出力を制御する制御部と、を有する、請求項1に記載の異物除去装置。
  3. 前記制御部は、
    前記検出値が所定の条件を満たすか否かを判定することによって、前記露出面上に前記異物が存在するか否かを判定する判定部と、
    前記判定部による判定結果に基づいて、前記流体供給部の出力を調整する調整部と、を含み、
    前記調整部は、
    前記複数のセンサから得た全ての前記検出値が前記所定の条件を満たすことにより、前記露出面上に前記異物が存在しないと判定された場合には、各前記流体供給部の出力を第1の出力に設定し、
    前記複数のセンサから得た少なくとも一つの前記検出値が前記所定の条件を満たさないことにより、前記露出面上に前記異物が存在すると判定された場合には、前記所定の条件を満たさない前記検出値を出力した前記センサに対応する前記流体噴出孔を特定し、特定された前記流体噴出孔に対応する前記流体供給部の出力を前記第1の出力よりも大きい第2の出力に設定する、請求項2に記載の異物除去装置。
  4. 前記調整部は、
    前記露出面上に前記異物が存在すると判定された場合に、特定された前記流体噴出孔に対応する前記流体供給部の出力を前記第2の出力に設定すると共に、特定されなかった前記流体噴出孔に対応する前記流体供給部の出力を、前記第2の出力よりも小さい第3の出力に設定する、請求項3に記載の異物除去装置。
  5. 前記複数の流体噴出孔は、1個の第1流体噴出孔と、前記第1流体噴出孔を囲む複数の第2流体噴出孔と、を含み、
    前記第2流体噴出孔の内径は、前記第1流体噴出孔の内径よりも大きく、且つ、前記第2流体噴出孔が前記第1流体噴出孔から遠ざかるにつれて大きくなっている、請求項1に記載の異物除去装置。
  6. 請求項1~5のいずれか一項に記載の異物除去装置と、
    前記コイルと、
    を備える、コイル装置。
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