JPWO2020026868A1 - 送電装置、受電装置、無線電力伝送システムおよび送電装置の駆動方法 - Google Patents

Abstract

送電装置は、送電コイルと、前記送電コイルの外側に配置される送電側キャンセルコイルにより生成される防磁空間と、金属異物を移動可能な移動部材と、前記防磁空間外から前記防磁空間内に、前記移動部材の上面の一部、又は、全部を移動可能な移動機構と、を備える。

Description

本開示は、無線で電力を伝送する送電装置、無線で電力を受電する受電装置、送電装置および受電装置の両方を備えた無線電力伝送システムに関する。

無線電力伝送システムにおいて、送電コイルと受電コイルとの間に金属異物が存在する状態で、非接触で電力を伝送すると、金属異物が発熱し危険であるという課題がある。そこで、図１７に示すように、特許文献１では、送電装置の表面上の金属異物Ａをワイパーで、送電装置の表面上から送電装置の周辺部へ落下させ、送電コイル（不示図）と受電コイル（不示図）の間から除去している。

特開２０１６−５９２３６号公報

しかし、近年、非接触かつ短時間で電気自動車（ＥＶ）を充電させたい要望が高まり、非接触で高出力の電力伝送が望まれている（例えば、１２０ｋＷ以上）。このような場合、送電コイルによる漏れ磁束が大きくなり、金属異物をワイパーで落下、又は、移動させた送電装置の周辺部（送電コイルの外側）においても、金属異物が発熱する虞がある。

上記課題を解決するために、本開示の一態様に係る送電装置は、送電コイルと、前記送電コイルの外側に配置される送電側キャンセルコイルにより生成される防磁空間と、金属異物を移動可能な移動部材と、前記防磁空間外から前記防磁空間内に、前記移動部材の上面の一部、又は、全部を移動可能な移動機構と、を備える。

これらの包括的又は具体的な態様は、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラム、又は、記録媒体で実現されてもよい。あるいは、システム、装置、方法、集積回路、コンピュータプログラム及び記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。

本開示の一態様によれば、非接触で高出力の電力伝送を行っても、上記送電装置の周辺部に存在する金属異物の発熱を抑えることができる。

本開示の実施形態１における無線電力伝送システムの概略構成図である。 本開示の実施形態１における無線電力伝送システムの側面図である。 本開示の実施形態１における送電装置の概略図である。 本開示の実施形態１における移動部材の変形例を示す図である。 本開示の実施形態１における送電装置の動作を示すフローチャートである。 本開示の実施形態２における送電装置の概略側面図である。 本開示の実施形態２の動作を示すフローチャートである。 本開示の実施形態２における送電装置の変形例を示す概略側面図である。 本開示の実施形態３における無線電力伝送システムの概略側面図である。 本開示の実施形態３における無線電力伝送システムの構成の例を示すブロック図である。 本開示の実施形態３における無線電力伝送システムの変形例の概略側面図である。 本開示の実施形態４における送電装置の概略側面図である。 本開示の実施形態４の動作を示すフローチャートである。 本開示の実施形態５における送電側キャンセルコイルの概略構成図である。 本開示の実施形態５における送電側キャンセルコイルの回路図である。 本開示の実施形態５における負性抵抗回路の一例を示す図である。 本開示の実施形態６における防磁空間の一例を示す図である。 従来技術を示す送電装置の概略構成図である。

（本開示の基礎となった知見）
本開示の実施形態を説明する前に、本開示の基礎となった知見を説明する。

図１は、移動体２００に無線で電力を供給する無線電力伝送システム１１の一例を模式的に示す図である。この無線電力伝送システム１１では、路面に沿って配置された送電コイル１１０が、移動体２００の底面に配置された受電コイル２１５に、無線で電力を伝送する。移動体２００は、この例では電気モータによって駆動される車両である。移動体２００は、例えば、バス、自動車、電車、無人搬送車（ＡＧＶ）などの車両であり得るが、車両以外の可動物体でもよい。

図１には、互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚ方向を示すＸＹＺ座標が示されている。以下の説明では、図示されているＸＹＺ座標を用いる。移動体２００の進行方向をＹ方向、路面に垂直な方向をＺ方向、Ｙ方向およびＺ方向の両方に垂直な方向をＸ方向とする。なお、本願の図面に示される構造物の向きは、説明のわかりやすさを考慮して設定されており、本開示の実施形態が現実に実施されるときの向きをなんら制限するものではない。また、図面に示されている構造物の全体または一部分の形状および大きさも、現実の形状および大きさを制限するものではない。

無線電力伝送システム１１は、送電装置１０１と、受電装置２１０とを備える。送電装置１０１は、外部の電源３００から供給された電力を、送電コイル１１０から受電コイル２１５に出力する。受電装置２１０は、移動体２００に設けられている。受電装置２１０は、受電コイル２１５に加え、図示されていない整流回路、および受電制御回路などの構成要素を備える。

このようなシステムにおいて、送電コイル１１０の直上またはその近傍に金属異物４００が存在すると、送電時に金属異物４００が加熱され、安全上問題が生じる虞がある。そこで、このような金属異物を電力伝送時に検知し、金属異物を除去する技術がこれまでに提案されている。

例えば、特許文献１は、異物除去板またはブラシのような部材を用いて、送電装置の上面に存在する金属異物を除去する装置を開示している。異物除去板は、自動車のワイパーに類似する部材である。参考のため、特許文献１の図１の一部を図１７として引用する。

特許文献１に開示された方法では、確かに送電装置の上面に存在する異物を除去し得るが、異物によっては除去できない場合がある。送電コイルの上面に侵入する異物には、例えば、銅、亜鉛、もしくはニッケル等の金属を含む硬貨、またはスチール缶もしくはアルミニウム缶などの金属異物に加えて、土もしくは泥などの非金属異物、または昆虫もしくは猫などの動物が含まれ得る。異物によっては、送電装置の上面（すなわち、平面的な表面）と異物除去部材との間をすり抜け、除去されずに残ってしまうことがあり得る。このように、何らかの手段で金属異物を除去するという方法では、金属異物を確実に取り除くことは困難である。

また、雨が降った後、晴れた場合、例えば、土と金属異物とが混じり、土が乾燥する。このような場合、送電装置の上面において、金属異物が土で固着され、金属異物を確実に取り除くことは困難である。

本発明者らは、以上の課題を見出し、この課題を解決するための構成を検討した。本発明者らは、金属異物を除去するのではなく、金属異物を載置した移動部材を送電側キャンセルコイルの外側に移動させることにより、金属異物の発熱を防止できることに想到した。

また、本発明者らは、上記に記載したように、送電装置から非接触で高出力の伝送（例えば、１２０ｋＷ以上）を行っても、移動部材と送電側キャンセルコイルとの相対位置を変化させることで、送電装置の周辺部に存在する金属異物の発熱を防止できることに想到した。

本開示の一態様に係る送電装置は、送電コイルと、前記送電コイルの外側に配置される送電側キャンセルコイルにより生成される防磁空間と、金属異物を移動可能な移動部材と、前記防磁空間外から前記防磁空間内に、前記移動部材の上面の一部、又は、全部を移動可能な移動機構と、を備える。

上記態様により、非接触で高出力の電力伝送を行っても、上記送電装置の周辺部に存在する金属異物の発熱を抑えることができる。

本開示の他の態様に係る送電装置は、送電コイルと、前記送電コイルの外側に配置され、前記送電コイルが生成する磁界とは逆向きの磁界を生成する送電側キャンセルコイルと、前記送電コイルと前記送電側キャンセルコイルとを内部に備える筐体と、前記送電コイルの上方で、前記筐体の表面に設けられた開口部と、前記開口部を覆い、金属異物を載置可能な移動部材と、前記送電側キャンセルコイルの外側に、前記移動部材の上面の一部、又は、全部を移動させる移動機構と、前記筐体内に配置され、前記送電側キャンセルコイルの外側に、前記開口部より侵入した前記金属異物を搬送するベルトと、を備える。

上記態様により、非接触で電力伝送している間に金属異物が侵入しても、継続して安全に動作をさせることができる。

本開示の他の態様に係る受電装置は、送電コイルと、前記送電コイルの外側に、金属異物を載置可能な移動部材の上面の一部、又は、全部を移動させる移動機構と、を有する送電装置と対向して配置される受電装置である。受電装置は、前記送電コイルが生成する磁界と結合する受電コイルと、前記受電コイルの外側に配置され、前記受電コイルが生成する磁界とは逆向きの磁界を生成する受電側キャンセルコイルと、を備える。

上記態様により、非接触で高出力の電力伝送を行っても、上記送電装置の周辺部に存在する金属異物の発熱を抑えることができる。

（実施形態１）
以下、本開示のより具体的な実施形態を説明する。ただし、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。なお、発明者らは、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供するのであって、これらによって請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。以下の説明において、同一または類似する構成要素については、同じ参照符号を付している。

［基本構成］
図１に示すように、送電装置１０１は、外部の電源３００にケーブル等を介して電気的に接続される。送電装置１０１は、筐体５８０の内部に送電コイル１１０を備えている。送電装置１０１における送電コイル１１０の上には、金属異物４００、非金属異物４１０の異物が存在し得る。

図２は、送電コイル１１０と受電コイル２１５とが対向して、送電コイル１１０から受電コイル２１５へ電力を非接触で伝送している状況を示す模式図である。

図２に示すように、送電コイル１１０は、受電コイル２１５と電磁的（あるいは磁気的）に結合して、電力を受電コイル２１５に出力する。受電コイル２１５は、送電コイル１１０から生じた磁界によって送電コイル１１０と磁気的に結合し、伝送された電力（すなわちエネルギー）の少なくとも一部を受け取る。受電コイル２１５は、受け取った電力を、図示されていない整流回路を介して移動体２００内の負荷（二次電池など）に供給する。これにより、移動体２００への充給電が行われる。

図３は、送電装置１０１を模式的に示す図である。図３の（ａ）は送電装置１０１のＹＺ断面（移動部材５１０の移動前）を示し、図３の（ｂ）は送電装置１０１の平面図（移動部材５１０の移動後）を示し、図３の（ｃ）は送電装置１０１のＹＺ断面（移動部材５１０の移動後）を示している。この送電装置１０１は、筐体５８０と、移動部材５１０と、筐体５８０内部に配置された送電コイル１１０、送電回路１２０、及び送電側キャンセルコイル１３０とを備える。

送電側キャンセルコイル１３０は、送電コイル１１０より外側に配置され、誘導起電力により、送電コイル１１０が生成する磁界とは逆向きの磁界を生成するものである。

送電側キャンセルコイル１３０の内側に磁界を発生させる送電コイル１１０が存在する場合、防磁空間とは、送電側キャンセルコイルの外側の磁界強度が内側の磁界強度より小さくなる空間のことである。実施形態１では、図３に示すように、送電側キャンセルコイル１３０は、送電コイル１１０よりも半径が大きい同心円状に形成され、送電コイル１１０の径方向における外側に配置されているが、防磁空間が形成できれば、厳密に同心円でなくてもよいし、厳密に径方向の外側でなくてもよい。

送電側キャンセルコイル１３０は、図３の（ｂ）に示すように、円形、楕円、矩形などの送電コイル１１０を囲むような形状が好ましい。送電側キャンセルコイル１３０は、例えば、銅、アルミ、エナメルなどの線、板状などの導体で、両端が短絡しているループコイルであるのが好ましい。線の場合は、１回または複数回、巻回した形状でもよい。板状の場合は、複数層に重なっていてもよい。

図３の（ａ）に示すように、移動部材５１０は、筐体５８０の表面上に配置され、金属異物４００が載置可能である。移動部材５１０の進行方向（右方向）と逆側に、金属異物４００が滑り落ちないように、ストッパー６１０を配置するのが好ましい。

金属異物４００は、筐体５８０の表面上に侵入してくるので、金属異物４００が筐体５８０に載置しないように、移動部材５１０は、送電側キャンセルコイル１３０及び筐体５８０より、表面の大きさが大きい方が好ましい。図４に示すように、移動部材５１０の両端部が折り返している部分（折り返し部５１１）がある場合、金属異物４００は、折り返している部分には侵入できない場合がある。この場合、金属異物４００が載置できるのは、移動部材５１０の上面の一部となる。金属異物４００は、移動部材５１０の上面の一部、又は、全部において、載置可能である。

図３の（ｃ）に示すように、図１０に記載の移動機構５３０により、送電側キャンセルコイル１３０の外側（防磁空間）に、金属異物４００が載置可能な移動部材５１０の上面の一部、又は、全部を移動させる。よって、移動機構５３０により、移動部材５１０に載置した金属異物４００を防磁空間に移動させ、金属異物４００の発熱を防止できる。

尚、図３の（ｃ）において、移動部材５１０を右側に移動させたが、左側に移動させてもよい。また、移動部材５１０をほぼ中央で２つに分け、中央部から左右両開き（観音開き）で移動させてもよい。

［動作］
図５は、送電装置の基本動作を示すフロー図である。

まず、移動機構５３０を動作させて、送電側キャンセルコイル１３０の外側に、移動部材５１０の上面の一部、又は、全部を移動させる（Ｓ１０１）。尚、移動部材５１０が移動する前（図３の（ａ）に示す状態）に、図２に示すように移動体２００が送電装置１０１を覆っているのが好ましい。

次に、送電コイル１１０から送電コイル外（例えば、受電コイル２１５）へ電力を出力させる（Ｓ１０２）。

ステップＳ１０２の詳細について、説明する。図３に示すように、送電回路１２０は、外部の電源３００から供給された電力を、電力伝送に適した周波数および電圧の交流電力に変換して出力する。送電コイル１１０は、送電回路１２０に接続され、送電回路１２０から供給された交流電力を受電コイル２１５に伝送する。送電回路１２０は、図３には示されていないインバータ回路および送電制御回路などの構成要素を備える。その結果、移動部材５１０の上面の一部、又は、全部に載置された金属異物４００の発熱を防止でき、安全に、非接触で電力を出力することができる。

（実施形態２）
実施形態１と異なるのは、図６に示すように、移動部材５１０が移動した後（金属異物が防磁空間に侵入した後）、移動部材５１０が、金属異物４００を移動させながら、移動方向と反対側の送電側キャンセルコイル１３０の外側に金属異物４００を移動させ、除去する点である。

図６の（ａ）は、図３の（ｃ）に対応する図である。図６の（ｂ）は、送電コイル１１０から非接触で電力を出力している時に、送電側キャンセルコイル１３０の内側で、筐体５８０上に金属異物４００が侵入した場合の図である。この場合、金属異物４００に渦電流が発生し、発熱する。

そこで、図６の（ｃ）に示すように、移動部材５１０を戻すことにより、移動方向と反対側の送電側キャンセルコイル１３０の外側に、金属異物４００を移動させる。移動部材５１０を戻すタイミングは、定期的な間隔で戻してもよい。あるいは、カメラ、温度センサーなどのセンサーにより、金属異物４００を検知して、移動部材５１０を戻してもよい。また、金属異物４００を検知した後、送電コイル１１０から送電コイル外（例えば、受電コイル２１５）へ電力の出力を減少、または、停止した後、移動部材５１０を戻してもよい。その結果、金属異物４００の発熱を防止できる。

尚、図６に示すように、金属異物４００は、送電装置１０２の側面などに配置された収容容器６００に収容されるのが好ましい。

再び、非接触で電力を出力するために、図６の（ａ）に示すように、送電側キャンセルコイル１３０の外側に、移動部材５１０の上面の一部、又は、全部を移動させ、送電コイル１１０から非接触で電力を出力させる。図６の（ａ）〜（ｃ）を繰りかえすことで、継続して、安全に、送電コイル１１０から非接触で電力を出力することができる。

［動作］
図７は、図６に示す送電装置の動作を示すフロー図である。

まず、図３には示されていない移動機構（図１０）を動作させて、送電側キャンセルコイルの外側に、移動部材の上面の一部、又は、全部を移動させる（Ｓ２０１）。尚、移動部材が移動する前に、移動体２００が送電装置を覆っているのが好ましい。

次に、送電コイルから送電コイル外（例えば、受電コイル）へ電力を出力させる（Ｓ２０２）。

次に、金属異物が筐体上面に侵入すると、送電コイルから出力される電力を減少、又は、停止させる（Ｓ２０３）。

次に、移動部材を戻すと共に、移動方向と反対側の送電側キャンセルコイルの外側に、金属異物を移動させる（Ｓ２０４）。

送電コイルから出力される電力を継続するかを判断する（Ｓ２０５）。継続する（Ｙｅｓ）の場合は、ステップＳ２０１に戻る。継続しない（Ｎｏ）の場合は、処理を終了する。

尚、図８に示すように、送電装置１０２は、移動方向と反対側の移動部材の端部が、前記筐体５８０の表面と接触している金属異物４００の除去部材６２０を備えていてもよい。その場合、筐体５８０の表面と移動部材５１０との間に隙間が存在していてもよい。その結果、筐体５８０の表面と移動部材５１０との接触面積が減少するので、移動機構の負荷を軽減することができる。

除去部材６２０は、板状、ブラシ状の形態が好ましく、材質は、ステンレス、アルミなどの金属、樹脂、木、ゴム、布、糸などが好ましい。

尚、ストッパー６１０は、移動部材５１０の両端部に配置されていてもよい。

（実施形態３）
実施形態１および２と異なるのは、図９に示すように、送電装置１０３に対向するように受電装置２１０を配置している点である。

図９は、送電装置から非接触で電力を受電装置２１０に出力する無線電力伝送システム１３である。図９に示す送電装置１０３は送電側キャンセルコイル１３０を有しない点で、実施形態１の送電装置１０１と異なる。図９の（ａ）は移動部材５１０の移動前の状態を示し、図９の（ｂ）は移動部材５１０の移動後状態を示している。図９に示すように、送電装置１０３に含まれる送電コイル１１０と受電装置２１０に含まれる受電コイル２１５とが対向し、送電コイル１１０と受電コイル２１５とが電磁的に結合している。

図９に示すように、受電側キャンセルコイル２２０は、受電コイル２１５の外側に配置され、誘導起電力により、受電コイル２１５が生成する磁界とは逆向きの磁界を生成するものであればよい。

受電側キャンセルコイル２２０は、受電側キャンセルコイル２２０より外側の空間において、受電コイル２１５が発生する磁場を弱めることができ、防磁空間を生成する。実施形態３では、受電側キャンセルコイル２２０は、受電コイル２１５よりも半径が大きい同心円状に形成され、受電コイル２１５の径方向における外側に配置されているが、防磁空間が形成できれば、厳密に同心円でなくてもよいし、厳密に径方向の外側でなくてもよい。

送電装置１０３は、受電側キャンセルコイル２２０の外側に、金属異物４００が載置可能な移動部材５１０の上面の一部、又は、全部が位置するように、移動部材５１０を移動させて調整する。その結果、移動部材５１０に載置された金属異物４００の発熱を防止できる。尚、上記実施形態２で説明した金属異物の除去方法も適用可能である。

図１０は、図９の無線電力伝送システム１３の構成の例を示すブロック図である。送電装置１０３は、前述の送電コイル１１０、送電回路１２０、位置センサー１４０、移動部材５１０、移動機構５３０、通信回路１７０を備えている。送電回路１２０は、インバータ回路１６０と、送電制御回路１５０とを備えている。インバータ回路１６０は、外部の電源３００と送電コイル１１０との間に接続されている。

インバータ回路１６０は、電源３００から供給された直流電力を交流電力に変換して送電コイル１１０に供給する。送電制御回路１５０は、インバータ回路１６０、通信回路１７０、位置センサー１４０、および移動機構５３０を制御する。送電制御回路１５０は、例えばインバータ回路１６０における複数のスイッチング素子の導通／非導通を制御して所望の周波数および電圧の交流電力を出力させる。送電制御回路１５０はさらに、移動機構５３０を制御して移動部材５１０の位置を変化させる。通信回路１７０は、移動体２００における通信回路２７０との間で信号の送受信を行う。位置センサー１４０は、受電装置２１０（移動体２００）と送電装置１０３との相対的位置を計測する役割を果たす。

移動機構５３０は、筐体５８０と移動部材５１０との相対位置を変化させるものであればよい。移動機構５３０は、例えば、移動体２００の一部が接触して移動部材５１０を押すなどの機械式、リニアモータなどの電気式、電気モータと複数のギア（例えばラックアンドピニオンを含む）とを備える直動機構などの機械式と電気式との組合せなどが用いられてもよい。

移動体２００（受電装置２１０）は、受電コイル２１５と、受電側キャンセルコイル２２０と、整流回路２２５と、受電制御回路２３０と、二次電池２４０と、通信回路２７０と、電気モータ２６０と、モータインバータ２５０とを備えている。整流回路２２５は、受電コイル２１５に接続され、受電コイル２１５から出力された交流電力を直流電力に変換して出力する。

電気モータ２６０は、移動体２００の駆動用のモータであり、例えば三相交流電力によって駆動される。モータインバータ２５０は、供給された直流電力を三相交流電力に変換して電気モータ２６０に供給する。受電制御回路２３０は、整流回路２２５から出力された直流電力によって二次電池２４０を充電する制御、およびモータインバータ２５０および通信回路２７０の制御を行う。

本実施形態における移動体２００は、例えば、二次電池２４０の蓄電量が少なくなると、充電のために送電装置１０３に接近する。

送電制御回路１５０は、インバータ回路１６０を駆動して送電を開始する。送電コイル１１０と受電コイル２１５との間の磁界結合によって伝送された電力は、二次電池２４０に蓄えられる。二次電池２４０の充電が完了すると、移動体２００は、二次電池２４０に蓄えられた電力によって電気モータ２６０を駆動し、走行を再開する。

位置センサー１４０は、例えば光、電波、圧力、音波などを利用して、送電装置１０３と移動体２００との相対的な位置を計測する。位置センサー１４０は、例えば、通常のイメージセンサー、またはＴＯＦ（Time of Flight）センサーなどの測距装置であってもよい。位置センサー１４０は、送電装置１０３に対する移動体２００の位置を検出する。位置センサー１４０から出力される情報に基づき、送電制御回路１５０は、移動体２００と送電装置１０３との相対的な位置関係（例えば両者の距離）を把握することができる。移動体２００が移動部材５１０を覆っているときには、移動体２００が障壁となるので、金属異物４００が移動部材５１０に接触する可能性が低い。このため、移動体２００が移動部材５１０を覆っているときには、送電制御回路が移動部材５１０の移動を開始するという動作は好ましい。

図１１は、図９の変形例である無線電力伝送システム１１を示す。図９に示す送電装置１０３は、図３に示すような送電側キャンセルコイル１３０を配置させてない場合である。図１１に示す送電装置１０１は、図３の送電装置１０１と同じであり、送電側キャンセルコイル１３０を配置させている。

（実施形態４）
図１２は、実施形態４における送電装置の構成を模式的に示す断面図である。本実施形態における送電装置１０４は、筐体５８０内にベルトコンベアを備えている点で、実施形態１における送電装置１０１と異なっている。それ以外の構成は、実施形態１における送電装置１０１の構成と基本的に同じである。

本実施形態における送電装置１０４は、移動部材５１０を初期位置（移動部材５１０が開口部５１５を覆っている状態）から移動させた後、給電中に異物（例えば金属異物４００）が開口部５１５を通過して筐体５８０内に侵入した場合に、その異物をベルトコンベアによって除去する。

ベルトコンベアは、ベルト５７０と、ローラ５４０と、駆動ローラ５２０と、駆動モータ５２５と、ブレード５６０とを備えている。

送電回路ケース１８０は、送電コイル１１０を保護するケースである。送電回路ケース１８０は、送電回路１２０を備えていてもよい。尚、送電コイル１１０を保護する必要がない場合は、送電回路ケース１８０を備えなくてもよい。

ベルト５７０は、可撓性を有する帯状の部材であり、送電回路ケース１８０の周囲を囲むように配置されている。ベルト５７０は、送電回路ケース１８０の両側に配置されたローラ５４０および駆動ローラ５２０によって保持される。駆動ローラ５２０は、駆動モータ５２０に接続されている。本実施形態において、ベルト５７０の回転方向は、時計回りである。駆動モータ５２５は、送電制御回路１５０の指示に応じて駆動ローラ５２０を回転させる。

ブレード５６０は、駆動ローラ５２０の外周に近接して配置されている。ブレード５６０は、例えば筐体５８０に固定されている。ブレード５６０と駆動ローラ５２０の外周部のベルト５７０とは接触していることが好ましい。異物を除去できるのであれば、ブレード５６０とベルト５７０との間には、僅かな隙間があってもよい。ブレード５６０は、ベルト５７０の回転に伴って移動してくる異物を落下させるように設置されている。ブレード５６０によって落下した異物は、送電装置１０４が備える収容容器５９０に格納される。

ベルト５７０は、筐体５８０内に配置され、回転することにより、送電側キャンセルコイル１３０の外側に、開口部５１５より侵入した金属異物４００を搬送させるものである。ベルト５７０は、例えば送電コイル１１０から出力される電力によって発熱しにくい材料で構成され得る。例えば、樹脂、ゴム、布などの非金属、又は、非磁性材料を含む材料などでベルト５７０を構成することが望ましい。ベルト５７０は、駆動ローラ５２０とローラ５４０との間で保持され、駆動モータ５２５によって回転する。ベルト５７０は、移動部材５１０が開口部５１５から移動し開口部５１５が開いた状態のときに開口部５１５を通って侵入した異物を収容容器５９０の位置まで移動させ、格納する。

ブレード５６０は、ベルト５７０から金属異物４００を除去する機能を有していればよく、材料および形状は特に限定されない。ブレード５６０は、例えばアルミニウム製もしくはスレンレス製の板、または自動車のフロントガラスで使用されるワイパーのようなゴム製の部材であり得る。図１２に示す断面図において、駆動ローラ５２０の回転軸の位置を原点とする座標平面を考えたとき、ブレード５６０は、その座標平面の第４象限に取付けられることが好ましい。駆動ローラ５２０の回転方向（ベルト５７０の移動方向）が図１２に示す方向とは逆である場合、ブレード５６０は、ローラ５４０の回転軸の位置を原点とする座標平面における第３象限に取り付けられることが好ましい。つまり、ブレード５６０は、駆動ローラ５２０またはローラ５４０に接触しているベルト５７０の部分のうち、各ローラの回転軸よりも下方に位置する部分の近傍に設けられることが好ましい。

本実施形態における移動部材５１０は、開口部５１５を塞ぐように配置され、金属異物４００が筐体５８０内に侵入することを阻止する構造を備えていればよく、材料は特に限定されない。

収容容器５９０の下には、重量センサーが配置されていてもよい。重量センサーを設けることにより、収容容器５９０に格納された異物の重量を計測することができる。送電制御回路１５０は、重量センサーによって計測された異物の総重量が閾値を超えた場合に、通信回路１７０を介して他の装置（例えばスマートフォンまたはサーバーコンピュータ）にその旨を示す信号を送信してもよい。これにより、例えば管理者が、清掃員を派遣して収容容器５９０内の異物を除去したり、新しい収容容器５９０に交換したりすることができる。

図１２に示すように、ブラシ５５０は送電コイル１１０の上流に配置され、ベルト５７０の回転方向とは逆の反時計回りの方向から侵入する異物を防止するものである。

尚、図１２において、移動部材５１０を右側に移動させたが、左側に移動させてもよい。また、移動部材５１０をほぼ中央で２つに分け、中央部から左右両開き（観音開き）で移動させてもよい。

［動作］
図１３は、図１２の動作を示すフロー図である。

まず、移動部材５１０が開口部５１５を開ける前に、ベルト５７０を回転させる（Ｓ３０１）。

次に、図１２には示されていない移動機構５３０を動作させて、送電側キャンセルコイル１３０の外側に、移動部材５１０の上面の一部、又は、全部を移動させる（Ｓ３０２）。尚、移動部材５１０が移動する前に、移動体２００が送電装置１０４を覆っているのが好ましい。

次に、送電コイル１１０から送電コイル外（例えば、受電コイル２１５）へ電力を出力させる（Ｓ３０３）。

次に、金属異物４００が筐体内に侵入する場合、ベルト５７０で搬送し、ブレード５６０により、金属異物４００を除去させる（Ｓ３０４）。

次に、二次電池の充電が完了した場合など、電力を停止する信号を受信すると、電力を停止させ、移動部材５１０を元の位置に戻す（Ｓ３０５）。

次に、ベルト５７０を停止させる（Ｓ３０６）。

尚、ステップＳ３０１において、ベルト５７０の回転は、移動部材５１０が開口部５１５を開けた後でもよい。

上記動作により、送電コイル１１０から送電コイル外へ電力を出力させている間、ベルト５７０を回転させることで、金属異物４００を検知しないで、金属異物４００を除去できる。

尚、実施形態１〜３における解決手段および方法は、矛盾しない限り、本実施形態に適用可能である。

（実施形態５）
実施形態１〜４と異なるのは、図１４Ａに示すように、送電側キャンセルコイル７３０が電源回路７１０に接続される点である。

この実施形態の動作を説明するために、まず、実施形態１，２，４で実施しているような、両端が短絡しているループコイルで構成される送電側キャンセルコイル１３０の動作を説明する。図１４Ｂは、送電側キャンセルコイル１３０の両端が短絡している時の等価回路を示す図である。尚、ここで説明する送電側キャンセルコイル１３０の動作と、受電側キャンセルコイル２２０の動作は原理的にはまったく同じであるので、以下共通の動作を説明する場合には、送電側キャンセルコイル１３０を例に説明する。図１４Ｂのように送電側キャンセルコイル１３０は、等価的にはインダクタンスＬ１と直流の内部抵抗Ｒ４の直列回路で構成される。

送電側キャンセルコイル１３０には、送電コイル１１０又は／及び受電コイル２１５との相互誘導により誘導起電圧Ｖｃ７４０が発生する。すると、誘導起電圧Ｖｃ７４０に起因して電流Ｉｃが流れるが、直流回路には、インピーダンスとしてインダクタンスＬ１と、内部抵抗Ｒ４が存在するので、自己誘導起電圧Ｖｓ＝Ｌ１×ｄＩｃ／ｄｔ＋Ｒ４×Ｉｃの電圧が発生する。送電側キャンセルコイル１３０が理想的に動作し、送電側キャンセルコイル１３０の内部及び外部に発生する総磁束が０になるためには、外部磁界による相互誘導起電圧Ｖｃと送電側キャンセルコイル１３０に流れる電流Ｉｃによる自己誘導起電圧Ｖｓが逆位相で同じ大きさになって釣り合う必要がある。即ち、図１４Ｂにおいて、インダクタンスＬ１と内部抵抗Ｒ４の間に仮想電圧測定ポイント７６０を設けると、送電側キャンセルコイル１３０の第１の端点７７０と仮想電圧測定ポイント７６０の間の電位差が０となることが求められる。

しかしながら、この２点間には並列して内部抵抗Ｒ４が存在し、送電側キャンセルコイル１３０に自己誘導起電力が発生する限りには、０にはならない電流Ｉｃが流れるので、送電側キャンセルコイル１３０の第１の端点７７０と仮想電圧測定ポイント７６０の間にはＲ４×Ｉｃに相当する電位差が必ず生じる。従って、送電側キャンセルコイル１３０が良好に動作するためには、内部抵抗Ｒ４の値を出来るだけ小さくし、仮想電圧測定ポイント７６０の電位を出来る限り０に近づけるほうがよい。このために、両端が短絡しているループコイルを用いた送電側キャンセルコイル１３０では、コイルの材質の電気伝導度を出来る限り大きく（理想的には超伝導材料を用いて無限大に）し、出来る限り大きなコイル断面積を確保することが好適である。

しかし、送電側キャンセルコイル１３０の材料として有限の電気伝導度を有する材料を用いる場合には、内部抵抗Ｒ４を０には出来ないので、実施形態５では、送電側キャンセルコイル７３０に対して、外部にある電源回路７１０から所定の電流を供給し、仮想電圧測定ポイント７６０の電位を能動的に０にコントロールすることを考える。送電側キャンセルコイル７３０は、直流又は／及び交流電流を供給可能な電源回路７１０に接続されたループコイルを少なくとも含む。具体的には図１５の一点鎖線の矩形の箇所に示すような、負性抵抗回路７５０を用いることにより、仮想電圧測定ポイント７６０の電位を能動的に０にコントロールすることができる。

図１５の点線の矩形の箇所は、送電側キャンセルコイル７３０の等価回路である。内部抵抗Ｒ４、インダクタンスＬ１と相互誘導起電力を示す交流電源７４０が、直列接続されている。

この場合、電源回路７１０は、負性抵抗回路７５０を含んでいる。負性抵抗回路７５０は、たとえばオペアンプのような増幅率の大きな増幅回路７２０を中心に、抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３が配置されている。この回路を用いると送電側キャンセルコイル７３０の第１の端点７７０とは異なる第２の端点７８０が接続される端子から見た負性抵抗回路７５０の見かけの抵抗Ｒｉｎは、
Ｒｉｎ＝−Ｒ３×Ｒ１／Ｒ２ ・・・ （式１）
となるので、この負性抵抗Ｒｉｎを送電側キャンセルコイル７３０に直列でつなぐと、内部抵抗Ｒ４に発生する電位差に相当する逆位相電位を送電側キャンセルコイル７３０の第２の端点７８０に発生させることが出来る。そのためには使用する送電側キャンセルコイル７３０の内部抵抗Ｒ４にあわせて、次の式２を満たすように、抵抗Ｒ１〜抵抗Ｒ３の抵抗値を調整するのが好ましい。

Ｒ２／Ｒ１＝Ｒ３／Ｒ４ ・・・ （式２）
上記態様により、仮想電圧測定ポイント７６０の電位を０にする又は０に近づけることができ、好適には、外部磁界による相互誘導起電圧Ｖｃと、送電側キャンセルコイル７３０に流れる電流Ｉｃによる自己誘導起電圧Ｖｓが逆位相で同じ大きさになって釣り合うように調整できるので、送電側キャンセルコイル７３０が理想的に動作し、送電側キャンセルコイル７３０の内部及び外部に発生する総磁束を０にする又は０に近づけることができる。

尚、電源回路７１０は、図１５では、動作説明に必要な負性抵抗回路７５０のみを図示したが、これに限るものではなく、たとえば増幅回路の電源供給回路、電流ブースター回路、送電側キャンセルコイル７３０のインピーダンス検出回路、発信防止の位相補償回路、抵抗Ｒ１〜抵抗Ｒ３の抵抗値を調整する回路など、付随する他の回路を含んでよい。また、負性抵抗回路７５０も、図１５に示した回路に限られるものではなく、所定端子に流入する電流の増加に対して所定端子電位が減少する傾向を示す他の回路でもよい。また、送電側キャンセルコイル７３０の第１の端点７７０と第２の端点７８０は入れ替わってもよい。また、受電側キャンセルコイル２２０を送電側キャンセルコイル７３０と同様に、電源回路７１０に接続されるキャンセルコイルとして構成することもできる。

尚、実施形態１〜４における解決手段および方法は、矛盾しない限り、本実施形態に適用可能である。

（実施形態６）
実施形態１〜５と異なるのは、図１６に示すように、移動部材５１０により、金属異物４００を防磁空間８００に入れる点である。

送電側キャンセルコイル１３０の外側に送電コイル１１０が配置されている場合、送電側キャンセルコイル１３０の内側の磁界強度は、送電側キャンセルコイル１３０の外側の磁界強度より弱くなる。つまり、送電側キャンセルコイル１３０の内側は防磁空間８００である。実施形態６では、図１６に示すように、送電側キャンセルコイル１３０は角を丸く形成した矩形状を有し、送電側キャンセルコイル１３０の平面方向における外側に中心軸を有するように送電コイル１１０が円形状に形成されている。但し、送電側キャンセルコイル１３０の内側に防磁空間を形成できれば、送電側キャンセルコイル１３０および送電コイル１１０の形状は図１６に示す形状に限定されない。

移動部材５１０により、金属異物４００を防磁空間８００に入れることで、金属異物４００の発熱を抑制することができる。

尚、防磁空間外から防磁空間内に、移動部材の上面の一部、又は、全部を移動可能な移動機構を備えていてもよい。

以上のように、非接触で電力を送電または受電する送電装置、受電装置、無線電力伝送装置等の用途に適用できる。

１１，１３ 無線電力伝送システム
１０１，１０２，１０３，１０４ 送電装置
１１０ 送電コイル
１２０ 送電回路
１３０，７３０ 送電側キャンセルコイル
５１０ 移動部材
２００ 移動体
２１０ 受電装置
２１５ 受電コイル
２２０ 受電側キャンセルコイル
２３０ 受電制御回路
３００ 電源
４００ 金属異物
５１５ 開口部
５３０ 移動機構
５７０ ベルト
５８０ 筐体
５９０，６００ 収容容器
７１０ 電源回路
７５０ 負性抵抗回路
８００ 防磁空間

ベルト５７０は、可撓性を有する帯状の部材であり、送電回路ケース１８０の周囲を囲むように配置されている。ベルト５７０は、送電回路ケース１８０の両側に配置されたローラ５４０および駆動ローラ５２０によって保持される。駆動ローラ５２０は、駆動モータ５２５に接続されている。本実施形態において、ベルト５７０の回転方向は、時計回りである。駆動モータ５２５は、送電制御回路１５０の指示に応じて駆動ローラ５２０を回転させる。

ブレード５６０は、ベルト５７０から金属異物４００を除去する機能を有していればよく、材料および形状は特に限定されない。ブレード５６０は、例えばアルミニウム製もしくはステンレス製の板、または自動車のフロントガラスで使用されるワイパーのようなゴム製の部材であり得る。図１２に示す断面図において、駆動ローラ５２０の回転軸の位置を原点とする座標平面を考えたとき、ブレード５６０は、その座標平面の第４象限に取付けられることが好ましい。駆動ローラ５２０の回転方向（ベルト５７０の移動方向）が図１２に示す方向とは逆である場合、ブレード５６０は、ローラ５４０の回転軸の位置を原点とする座標平面における第３象限に取り付けられることが好ましい。つまり、ブレード５６０は、駆動ローラ５２０またはローラ５４０に接触しているベルト５７０の部分のうち、各ローラの回転軸よりも下方に位置する部分の近傍に設けられることが好ましい。

Claims (26)

1. 送電コイルと、
   前記送電コイルの外側に配置される送電側キャンセルコイルにより生成される防磁空間と、
   金属異物を移動可能な移動部材と、
   前記防磁空間外から前記防磁空間内に、前記移動部材の上面の一部、又は、全部を移動可能な移動機構と、を備える、
   送電装置。
2. 前記送電コイルと前記送電側キャンセルコイルとを内部に備える筐体を、さらに備え、
   前記移動部材は、前記金属異物を移動可能でかつ載置可能で、前記筐体の表面上に配置され、
   前記移動機構は、前記送電側キャンセルコイルの外側の前記防磁空間内に、前記移動部材の上面の一部、又は、全部を移動させる、
   請求項１に記載の送電装置。
3. 前記移動機構は、
   前記移動部材の上面の一部、又は、全部を移動させる移動動作と、
   前記移動部材を前記移動動作の実施前の位置に戻す復帰動作を実施可能であって、前記移動動作により露出した筐体表面に侵入した金属異物を、前記復帰動作により前記送電側キャンセルコイルの外側に移動させる、
   請求項２に記載の送電装置。
4. 前記移動動作により前記筐体が露出する側の前記移動部材の端部が、前記筐体表面と接触している、
   請求項２又は３に記載の送電装置。
5. 前記移動部材の大きさが、前記送電側キャンセルコイルの大きさより大きい、
   請求項２〜４のいずれか１項に記載の送電装置。
6. 前記移動部材の大きさが、前記筐体の大きさより大きい、
   請求項２〜５のいずれか１項に記載の送電装置。
7. 前記金属異物を移動させた後、前記金属異物を収容容器に移動させる、
   請求項３〜６のいずれか１項に記載の送電装置。
8. 前記送電側キャンセルコイルは、短絡されたループコイルを少なくとも含む、
   請求項１〜７のいずれか１項に記載の送電装置。
9. 前記送電側キャンセルコイルは、直流電流及び交流電流の少なくとも一方を供給可能な電源回路に接続されたループコイルを少なくとも含む、
   請求項１〜８のいずれか１項に記載の送電装置。
10. 前記電源回路は、負性抵抗回路を含む、
    請求項９の送電装置。
11. 送電コイルと、
    前記送電コイルの外側に配置され、前記送電コイルが生成する磁界とは逆向きの磁界を生成する送電側キャンセルコイルと、
    前記送電コイルと前記送電側キャンセルコイルとを内部に備える筐体と、
    前記送電コイルの上方で、前記筐体の表面に設けられた開口部と、
    前記開口部を覆い、金属異物を載置可能な移動部材と、
    前記送電側キャンセルコイルの外側に、前記移動部材の上面の一部、又は、全部を移動させる移動機構と、
    前記筐体内に配置され、前記送電側キャンセルコイルの外側に、前記開口部より侵入した前記金属異物を搬送するベルトと、を備える、
    送電装置。
12. 前記移動部材が移動することにより前記開口部が開く前に、前記ベルトが回転する、請求項１１に記載の送電装置。
13. 前記移動部材の大きさが、前記送電側キャンセルコイルの大きさより大きい、
    請求項１１又は１２に記載の送電装置。
14. 前記移動部材の大きさが、前記筐体の大きさより大きい、
    請求項１１〜１３のいずれか１項に記載の送電装置。
15. 前記送電側キャンセルコイルは、短絡されたループコイルを少なくとも含む、
    請求項１１〜１４のいずれか１項に記載の送電装置。
16. 前記送電側キャンセルコイルは、直流又は／及び交流電流を供給可能な電源回路に接続されたループコイルを少なくとも含む、
    請求項１１〜１５のいずれか１項に記載の送電装置。
17. 前記電源回路は、負性抵抗回路を含む、
    請求項１６に記載の送電装置。
18. 送電コイルと、前記送電コイルの外側に、金属異物を載置可能な移動部材の上面の一部、又は、全部を移動させる移動機構と、を有する送電装置と対向して配置される受電装置であって、
    前記受電装置は、
    前記送電コイルが生成する磁界と結合する受電コイルと、
    前記受電コイルの外側に配置され、前記受電コイルが生成する磁界とは逆向きの磁界を生成する受電側キャンセルコイルと、を備える、
    受電装置。
19. 前記送電装置は、さらに、前記送電コイルの外側に配置され、前記送電コイルが生成する磁界とは逆向きの磁界を生成する送電側キャンセルコイルを備える、
    請求項１８記載に記載の受電装置。
20. 前記送電側キャンセルコイルは、短絡されたループコイルを少なくとも含む、
    請求項１８又は１９に記載の受電装置。
21. 前記送電側キャンセルコイルは、直流電流及び交流電流の少なくとも一方を供給可能な電源回路に接続されたループコイルを少なくとも含む、
    請求項１８〜２０のいずれか１項に記載の受電装置。
22. 前記電源回路は、
    負性抵抗回路を含む、
    請求項２１に記載の受電装置。
23. 請求項１〜１７のいずれか１項に記載の送電装置と、
    請求項１８〜２２のいずれか１項に記載の受電装置と、を備えた、
    無線電力伝送システム。
24. 送電コイルの外側に配置され、前記送電コイルが生成する磁界とは逆向きの磁界を生成する送電側キャンセルコイルと、前記送電コイルと前記送電側キャンセルコイルとを内部に備える筐体と、前記筐体の表面上に配置され、金属異物を載置可能な移動部材と、を備えた送電装置の駆動方法であって、
    移動機構により、前記送電側キャンセルコイルの外側に、前記移動部材の上面の一部、又は、全部が移動する、
    送電装置の駆動方法。
25. 前記送電側キャンセルコイルの外側に、前記移動部材の上面の一部、又は、全部を移動させた後、
    前記移動部材を戻すと共に、前記移動部材の移動方向と反対側の前記送電側キャンセルコイルの外側に、前記金属異物を移動させる、
    請求項２４に記載の送電装置の駆動方法。
26. 送電コイルの外側に配置され、前記送電コイルが生成する磁界とは逆向きの磁界を生成する送電側キャンセルコイルと、前記送電コイルと前記送電側キャンセルコイルとを内部に備える筐体と、前記送電コイルの上方で、前記筐体の表面に設けられた開口部と、前記開口部を覆い、金属異物を載置可能な移動部材と、前記筐体内に配置されたベルトと、を備えた送電装置の駆動方法であって、
    前記移動部材が前記開口部を開ける前または後に、前記送電側キャンセルコイルの外側に、前記開口部より侵入した前記金属異物を搬送する、
    送電装置の駆動方法。

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