WO2013088514A1

WO2013088514A1 - 検査装置

Info

Publication number: WO2013088514A1
Application number: PCT/JP2011/078785
Authority: WO
Inventors: 雅美鈴木; 晃司柴田
Original assignee: パイオニア株式会社
Priority date: 2011-12-13
Filing date: 2011-12-13
Publication date: 2013-06-20

Abstract

　検査装置は、第１のアンテナ（１２０、２２０）と第２のアンテナ（２２０、１２０）と、を電磁界によって結合させて電力を伝送する無線電力伝送システム（１）における第１のアンテナの劣化を判定する検査装置である。該検査装置は、第１のアンテナに電力を供給可能な電力供給手段（１１０、２１０）と、該電力供給手段により第１のアンテナに電力が供給されている際における第１のアンテナの抵抗値を検出する抵抗値検出手段（１５０、２５０）と、検出された抵抗値に基づいて、第１のアンテナの劣化を判定する判定手段（１５０、２５０）と、を備える。当該検査装置によれば、電力伝送システムにおけるアンテナの経年劣化を適切に検査することができる。

Description

検査装置

　本発明は、非接触により電力を授受可能な電力伝送システムの検査装置に関し、特に、電力伝送システムが備えるアンテナの劣化を検査する検査装置の技術分野に関する。

　この種の電力伝送システムとして、例えば、磁気共鳴を利用した電力伝送システムが提案されている（特許文献１）。

特表２００９－５０１５１０号公報

　ところで、電力伝送システムにおけるアンテナ（特許文献１では、共振器構造：導電性ワイヤ・ループ）の経年劣化に起因して電力伝送効率が低下する可能性があるという技術的問題点がある。

　本発明は、例えば上記問題点に鑑みてなされたものであり、電力伝送システムにおけるアンテナの経年劣化を適切に検査することができる検査装置を提供することを課題とする。

　本発明の検査装置は、上記課題を解決するために、第１のアンテナと第２のアンテナと、を電磁界によって結合させて電力を伝送する無線電力伝送システムにおける前記第１のアンテナの劣化を判定する検査装置であって、前記第１のアンテナに電力を供給可能な電力供給手段と、前記電力供給手段により前記第１のアンテナに電力が供給されている際における前記第１のアンテナの抵抗値を検出する抵抗値検出手段と、前記検出された抵抗値に基づいて、前記第１のアンテナの劣化を判定する判定手段と、を備える。

　本発明の検査装置によれば、当該検査装置は、第１のアンテナと第２のアンテナと、を電磁界によって結合させて電力を伝送する無線電力伝送システムにおける該第１のアンテナの劣化を判定する。尚、無線電力伝送システムでは、第１のアンテナ及び第２のアンテナの一方が送電用のアンテナとして用いられ、第１のアンテナ及び第２のアンテナの他方が受電用のアンテナとして用いられる。受電用のアンテナには、例えばバッテリ等が電気的に接続されることが多い。

　電源供給手段は、第１のアンテナに電力を供給可能に構成されている。尚、第１のアンテナがショート型アンテナである場合には、電源供給手段は、第１のアンテナに、直流電力を供給してもよいし、交流電力を供給してもよい。

　例えばメモリ、プロセッサ等を備えてなる抵抗値検出手段は、電力供給手段により第１のアンテナに電力が供給されている際における該第１のアンテナの抵抗値を検出する。具体的には例えば、抵抗値検出手段は、第１のアンテナに電力が供給されている際における電流値及び電圧値に基づいて、第１のアンテナの抵抗値を検出すればよい。

　例えばメモリ、プロセッサ、コンパレータ等を備えてなる判定手段は、検出された抵抗値に基づいて、第１のアンテナの劣化を判定する。

　本願発明者の研究によれば、以下の事項が判明している。即ち、無線電力伝送システムにおける第１のアンテナ及び第２のアンテナは、長い年月にわたって使用されると、例えばアンテナ表面にできた傷に起因して、アンテナを構成する導体に錆が生じ、電力伝送効率が低下する可能性が高い。特に、無線電力伝送システムが、例えば電気自動車等の車両に搭載されるバッテリの充電システムとして用いられる場合、車両に搭載される受電用のアンテナは、例えば車両が縁石に乗り上げる等により、比較的、傷がついたり変形したりしやすい。そして、アンテナが錆等により劣化すると、該アンテナの抵抗値が増加する。

　そこで本発明では、上述の如く、判定手段により、抵抗値検出手段により検出された抵抗値に基づいて、第１のアンテナの劣化が判定される。このため、本発明の検査装置によれば、第１のアンテナの劣化を適切に検査することができる。

　本発明の検査装置の一態様では、前記電力供給手段は、前記第１のアンテナに電力を供給する際、前記第１のアンテナに対して交流電力を供給する。

　この態様によれば、比較的容易にして第１のアンテナの劣化を判定することができる。

　ここで、本願発明者の研究によれば、以下の事項が判明している。即ち、第１のアンテナを構成する導体は、例えばエナメル等の樹脂によって覆われていることが多い。経年変化により導体を覆っている樹脂が劣化し、例えば導体表面が空気中に曝された場合、第１のアンテナを構成する導体は、その表面から劣化が進行することとなる。ところで、高周波電流が導体を流れる場合、導体表面で電流密度が高くなる表皮効果が知られている。

　そこで、電力供給手段により、例えば数１０ｋＨｚ（キロヘルツ）～数１０ＭＨｚ（メガヘルツ）の比較的高周波の交流電力が第１のアンテナに供給されれば、比較的容易にして第１のアンテナの劣化を判定することができる。

　本発明の検査装置の他の態様では、前記電力供給手段は、前記第１のアンテナに電力を供給する際、前記第１のアンテナに対応する共振周波数を有する交流電力を供給する。

　この態様によれば、比較的精度良く第１のアンテナの劣化を判定することができる。尚、「第１のアンテナに対応する共振周波数」は、第１のアンテナ（又は無線電力伝送システム）の製造時における共振周波数を意味する（つまり、経年劣化後の共振周波数ではない）。

　第１のアンテナに対応する共振周波数では、第１のアンテナの劣化の影響が、他の周波数に比べて大きくでること、が本願発明者の研究により判明している。このため、電力供給手段により、第１のアンテナに対応する共振周波数を有する交流電力が供給されれば、比較的精度良く第１のアンテナの劣化を判定することができる。

　本発明の検査装置の他の態様では、前記第１のアンテナの抵抗値の初期値を記憶する記憶手段を更に備え、前記判定手段は、前記初期値と、前記検出された抵抗値と、を比較することにより前記第１のアンテナの劣化を判定する。

　この態様によれば、比較的容易にして、第１のアンテナの劣化を判定することができ、実用上非常に有利である。尚、「初期値」は、例えば、無線電力伝送システムの製造者が予め定めた設計値や特性値等であってもよいし、無線電力伝送システムを初めて作動させた際の実際の抵抗値であってもよい。

　本発明の検査装置の他の態様では、前記判定手段により前記第１のアンテナが劣化していると判定された場合に、前記第１のアンテナの劣化を、ユーザに対して報知する報知手段を更に備える。

　この態様によれば、比較的容易にして、ユーザが第１のアンテナの劣化を知ることができ、実用上非常に有利である。

　本発明の検査装置の他の態様では、前記判定手段により前記第１のアンテナが劣化していると判定された場合に、前記第１のアンテナ及び前記第２のアンテナ間における電力伝送の停止指示を出力する指示手段を更に備える。

　この態様によれば、第１のアンテナが劣化したことに起因して電力伝送効率が低下した状態での電力伝送を停止（又は禁止）することができる。この結果、ユーザが不利益（例えば、電気代の増加、充電時間の増加等）を被ることを防止することができる。

　本発明の作用及び他の利得は次に説明する実施するための形態から明らかにされる。

実施形態に係る無線電力伝送システムの構成を示すブロック図である。製造当初の電力伝送効率の一例である。経年劣化後の電力伝送効率の一例である。実施形態に係る劣化検査処理を示すフローチャートである。実施形態の変形例に係る劣化検査処理を示すフローチャートである。

　以下、本発明の検査装置に係る実施形態について、図面を参照して説明する。

　（無線電力伝送システムの構成）
　先ず、実施形態に係る無線電力伝送システムの構成について、図１を参照して説明する。図１は、実施形態に係る無線電力伝送システムの構成を示すブロック図である。

　無線電力伝送システム１は、送電側回路１０と、受電側回路２０とを備えて構成されている。

　送電側回路１０は、電源１１１及び増幅部１１２を有する送電回路１１０と、送電用アンテナ１２０と、電圧値検出部１３０と、電流値検出部１４０と、例えばメモリ、プロセッサ等を備えてなる制御部１５０と、例えば液晶ディスプレイ等である表示部１６０と、を備えて構成されている。

　受電側回路２０は、微小電力発生部２１０と、受電用アンテナ２２０と、電圧値検出部２３０と、電流値検出部２４０と、例えばメモリ、プロセッサ等を備えてなる制御部２５０と、例えば液晶ディスプレイ等である表示部２６０と、整流部２７０と、例えばバッテリ等である負荷２８０と、スイッチ部ＳＷと、を備えて構成されている。

　送電側回路１０と受電側回路２０との間で電力が授受される際には、送電用アンテナ１２０と受電用アンテナ２２０とが電磁界によって結合される。この際、送電側回路１０では、送電用アンテナ１２０に対して、該送電用アンテナ１２０に対応する共振周波数を有する交流電力が供給される。他方で、受電側回路２０では、スイッチ部ＳＷが端子Ａに電気的に接続され、受電用アンテナ２２０を介して受電された電力が、整流部２７０を介して、負荷２８０に供給される。

　ところで、送電用アンテナ１２０及び受電用アンテナ２２０は、例えばエナメル等の樹脂により覆われている。無線電力伝送システム１が長い年月にわたって使用されると、例えば被覆樹脂が剥がれる等により、アンテナを構成している、例えば銅等の導体が直接空気に触れる可能性がある。すると、導体表面が酸化し徐々に錆を生じることとなる。このため、アンテナの電気的な抵抗が増加し、送電用アンテナ１２０及び受電用アンテナ２２０間における電力の伝送効率が低下する。

　具体的には例えば、製造当初は、図２に示すように、共振周波数（ここでは、１２．９４７ＭＨｚ）での電力伝送効率が９５％であるのに対して、経年劣化後は、導体表面の錆等に起因して、図３に示すように、共振周波数での電力伝送効率が７９％まで低下してしまう。特に、送電用アンテナ１２０が駆動される共振周波数が約１３ＭＨｚと比較的高いので、導体表面に生じた錆等の影響を大きく受ける。

　図２は、製造当初の電力伝送効率の一例であり、図３は、経年劣化後の電力伝送効率の一例である。尚、図２及び図３は、送電用アンテナ１２０及び受電用アンテナ２２０間の距離（即ち、ギャップ）を２０ｃｍとした場合の電力伝送効率を示している。

　（送電用アンテナの劣化検査）
　上述の如く構成された無線電力伝送システム１において、送電側回路１０の制御部１５０は、送電用アンテナ１２０の劣化検査をするために、増幅部１１２に係るゲインを比較的小さくして微小電力を送電用アンテナ１２０に供給する。該送電用アンテナ１２０に供給される電力は、送電用アンテナ１２０に対応する共振周波数を有する交流電力が望ましいが、該共振周波数以外の周波数を有する交流電力や直流電力であってもよい。

　制御部１５０は、送電用アンテナ１２０に微小電力が供給されている際に、電圧値検出部１３０及び電流値検出部１４０各々により検出された電圧値及び電流値に基づいて、送電用アンテナ１２０に係る抵抗値を算出する。そして、制御部１５０は、該算出された抵抗値と、予めメモリ等に格納されている初期値（初期抵抗値）とを比較して、送電用アンテナ１２０が劣化しているか否かを判定する。送電用アンテナ１２０が劣化していると判定された場合、制御部１５０は、例えば表示部１６０に、送電用アンテナ１２０が劣化している旨のメッセージを表示する。

　送電側回路１０の制御部１５０が実施する劣化検査処理を、図４のフローチャートを参照して説明する。

　図４において、制御部１５０は、先ず、送電用アンテナ１２０の劣化検査を行うタイミングであるか否かを判定する（ステップＳ１０１）。送電用アンテナ１２０の劣化検査を行うタイミングでないと判定された場合（ステップＳ１０１：Ｎｏ）、制御部１５０は、ステップＳ１０１の処理を行う。つまり、制御部１５０は、送電用アンテナ１２０の劣化検査を行うタイミングになるまで待機する。

　他方、送電用アンテナ１２０の劣化検査を行うタイミングであると判定された場合（ステップＳ１０１：Ｙｅｓ）、制御部１５０は、増幅部１１２に係るゲインを比較的小さくして、微小電力を送電用アンテナ１２０に対して出力するように送電回路１１０を制御する（ステップＳ１０２）。

　続いて、制御部１５０は、電圧値検出部１３０からの出力信号に基づいて電圧値を取得する（ステップＳ１０３）。電圧値の取得と相前後して、制御部１５０は、電流値検出部１４０からの出力信号に基づいて電流値を取得する（ステップＳ１０４）。次に、制御部１５０は、取得された電圧値及び電流値に基づいて、送電用アンテナ１２０に係る抵抗値Ｒを算出する（ステップＳ１０５）。

　次に、制御部１５０は、算出された抵抗値Ｒと、無線電力伝送システム１の製造者が予め定めた初期値Ｒ_０と、の比（Ｒ／Ｒ_０）を算出する（ステップＳ１０６）。続いて、制御部１５０は、算出された比が閾値（Ｒａｔｉｏ＿ｔｈｒ）より大きいか否かを判定する（ステップＳ１０７）。

　算出された比が閾値より小さいと判定された場合（ステップＳ１０７：Ｎｏ）、制御部１５０は、送電用アンテナ１２０は劣化していないと判定し、ステップＳ１０１の処理を行う。他方、算出された比が閾値より大きいと判定された場合（ステップＳ１０７：Ｙｅｓ）、制御部１５０は、送電用アンテナ１２０が劣化していると判定し、送電用アンテナ１２０が劣化している旨を表示部１６０に表示する（ステップＳ１０８）。制御部１５０は、更に、送電用アンテナ１２０及び受電用アンテナ２２０間における送電を停止（禁止）する（例えば、制御部１５０は、送電停止を示す信号を受電側回路２０に送信する）。

　ここで、「閾値」は、送電用アンテナ１２０が劣化しているか否かを決定する値であり、予め固定値として、又は何らかの物理量若しくはパラメータに応じた可変値として設定されている。このような閾値は、実験又はシミュレーションによって、例えば、アンテナの抵抗値と電力伝送効率との関係を求め、該求められた関係に基づいて、電力伝送効率の許容範囲の下限値となる抵抗値として設定すればよい。

　尚、ステップＳ１０８の処理において、制御部１５０は、表示部１６０へのメッセージの表示に代えて又は加えて、音声により送電用アンテナ１２０の劣化を、ユーザに報知してもよい。また、ステップＳ１０７の処理において、算出された比と閾値とが「等しい」場合には、どちらかの場合に含めて扱えばよい。

　（受電用アンテナの劣化検査）
　上述の如く構成された無線電力伝送システム１において、受電側回路２０の制御部２５０は、受電用アンテナ２２０の劣化検査をするために、スイッチＳＷを端子Ｂに電気的に接続すると共に、微小電力発生部２１０から出力される微小電力を受電用アンテナ２２０に供給する。該受電用アンテナ２２０に供給される電力は、受電用アンテナ２２０に対応する共振周波数を有する交流電力が望ましいが、該共振周波数以外の周波数を有する交流電力や直流電力であってもよい。

　制御部２５０は、受電用アンテナ２２０に微小電力が供給されている際に、電圧値検出部２３０及び電流値検出部２４０各々により検出された電圧値及び電流値に基づいて、受電用アンテナ２２０に係る抵抗値を算出する。そして、制御部２５０は、該算出された抵抗値と、予めメモリ等に格納されている初期値とを比較して、受電用アンテナ２２０が劣化しているか否かを判定する。受電用アンテナ２２０が劣化していると判定された場合、制御部２５０は、例えば表示部２６０に、受電用アンテナ２２０が劣化している旨のメッセージを表示する。

　受電側回路２０の制御部２５０が実施する劣化検査処理を、図４のフローチャートを参照して説明する。

　図４において、制御部２５０は、先ず、受電用アンテナ２２０の劣化検査を行うタイミングであるか否かを判定する（ステップＳ１０１）。受電用アンテナ２２０の劣化検査を行うタイミングでないと判定された場合（ステップＳ１０１：Ｎｏ）、制御部２５０は、ステップＳ１０１の処理を行う。つまり、制御部２５０は、受電用アンテナ２２０の劣化検査を行うタイミングになるまで待機する。

　他方、受電用アンテナ２２０の劣化検査を行うタイミングであると判定された場合（ステップＳ１０１：Ｙｅｓ）、制御部２５０は、スイッチＳＷを端子Ｂに電気的に接続すると共に、微小電力を受電用アンテナ２２０に対して出力するように微小電力発生部２１０を制御する（ステップＳ１０２）。

　続いて、制御部２５０は、電圧値検出部２３０からの出力信号に基づいて電圧値を取得する（ステップＳ１０３）。電圧値の取得と相前後して、制御部２５０は、電流値検出部２４０からの出力信号に基づいて電流値を取得する（ステップＳ１０４）。次に、制御部２５０は、取得された電圧値及び電流値に基づいて、受電用アンテナ２２０に係る抵抗値Ｒを算出する（ステップＳ１０５）。

　次に、制御部２５０は、算出された抵抗値Ｒと、無線電力伝送システム１の製造者が予め定めた初期値Ｒ_０と、の比（Ｒ／Ｒ_０）を算出する（ステップＳ１０６）。続いて、制御部２５０は、算出された比が閾値（Ｒａｔｉｏ＿ｔｈｒ）より大きいか否かを判定する（ステップＳ１０７）。尚、閾値は、送電用アンテナ１２０の劣化判定に係る閾値と同様に設定すればよい。

　算出された比が閾値より小さいと判定された場合（ステップＳ１０７：Ｎｏ）、制御部２５０は、受電用アンテナ１２０は劣化していないと判定し、ステップＳ１０１の処理を行う。他方、算出された比が閾値より大きいと判定された場合（ステップＳ１０７：Ｙｅｓ）、制御部２５０は、受電用アンテナ２２０が劣化していると判定し、受電用アンテナ２２０が劣化している旨を表示部２６０に表示する（ステップＳ１０８）。制御部２５０は、更に、送電用アンテナ１２０及び受電用アンテナ２２０間における送電を停止（禁止）する（例えば、制御部２５０は、送電停止を示す信号を送電側回路１０に送信する）。

　尚、送電側回路１０の制御部１５０及び受電側回路２０の制御部２５０各々は、例えば所定充電回数毎や毎充電時等、定期的又は不定期的に、送電用アンテナ１２０又は受電用アンテナ２２０の劣化検査を実施する。

　尚、ステップＳ１０７の処理において、算出された抵抗値Ｒと初期値Ｒ_０との差分が算出され、ステップＳ１０８の処理において、該算出された差分と閾値とが比較されてもよい。

　本実施形態に係る「送電用アンテナ１２０」及び「受電用アンテナ２２０」は、夫々、本発明に係る「第１のアンテナ」及び「第２のアンテナ」の一例である。また、本実施形態に係る「送電用アンテナ１２０」及び「受電用アンテナ２２０」は、夫々、本発明に係る「第２のアンテナ」及び「第１のアンテナ」の他の例である。本実施形態に係る「送電回路１１０」及び「微小電力発生部２１０」は、本発明に係る「電力供給手段」の一例である。本実施形態に係る「制御部１５０」及び「制御部２５０」は、本発明に係る「抵抗値検出手段」、「判定手段」、「記憶手段」及び「指示手段」の一例である。本実施形態に係る「表示部１６０」及び「表示部２６０」は、本発明に係る「報知手段」の一例である。

　＜変形例＞
　次に、本実施形態の変形例として、初期値Ｒ_０に無線電力伝送システム１を初めて動作させた際の実際に抵抗値を用いる場合について、図５のフローチャートを参照して説明する。

　（送電用アンテナの劣化検査）
　送電側回路１０の制御部１５０は、上述したステップＳ１０５の処理（図４参照）の後、送電用アンテナ１２０に係る抵抗値Ｒが初めて算出されたか否かを判定する（ステップＳ２０１）。送電用アンテナ１２０に係る抵抗値Ｒが初めて算出されたと判定された場合（ステップＳ２０１：Ｙｅｓ）、制御部１５０は、算出された抵抗値Ｒを、送電用アンテナ１２０に係る抵抗値の初期値Ｒ_０として、制御部１５０が有するメモリ（図示せず）に格納し（ステップＳ２０２）、ステップＳ１０１の処理（図４参照）を行う。

　他方、送電用アンテナ１２０に係る抵抗値Ｒの算出が２回目以降であると判定された場合（ステップＳ２０１：Ｎｏ）、制御部１５０は、ステップＳ１０６の処理（図４参照）を行う。

　（受電用アンテナの劣化検査）
　受電側回路２０の制御部２５０は、上述したステップＳ１０５の処理（図４参照）の後、受電用アンテナ２２０に係る抵抗値Ｒが初めて算出されたか否かを判定する（ステップＳ２０１）。受電用アンテナ２２０に係る抵抗値Ｒが初めて算出されたと判定された場合（ステップＳ２０１：Ｙｅｓ）、制御部２５０は、算出された抵抗値Ｒを、受電用アンテナ１２０に係る抵抗値の初期値Ｒ_０として、制御部２５０が有するメモリ（図示せず）に格納し（ステップＳ２０２）、ステップＳ１０１の処理（図４参照）を行う。

　他方、受電用アンテナ１２０に係る抵抗値Ｒの算出が２回目以降であると判定された場合（ステップＳ２０１：Ｎｏ）、制御部２５０は、ステップＳ１０６の処理（図４参照）を行う。

　本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う検査装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。

　１…無線電力伝送システム、１０…送電側回路、２０…受電側回路、１１０…送電回路、１１１…電源、１１２…増幅部、１２０…送電用アンテナ、１３０、２３０…電圧値検出部、１４０、２４０…電流値検出部、１５０、２５０…制御部、１６０、２６０…表示部、２１０…微小電力発生部、２２０…受電用アンテナ、２７０…整流部、２８０…負荷、ＳＷ…スイッチ

Claims

　第１のアンテナと第２のアンテナと、を電磁界によって結合させて電力を伝送する無線電力伝送システムにおける前記第１のアンテナの劣化を判定する検査装置であって、
　前記第１のアンテナに電力を供給可能な電力供給手段と、
　前記電力供給手段により前記第１のアンテナに電力が供給されている際における前記第１のアンテナの抵抗値を検出する抵抗値検出手段と、
　前記検出された抵抗値に基づいて、前記第１のアンテナの劣化を判定する判定手段と、
　を備えることを特徴とする検査装置。
　前記電力供給手段は、前記第１のアンテナに電力を供給する際、前記第１のアンテナに対して交流電力を供給することを特徴とする請求項１に記載の検査装置。
　前記電力供給手段は、前記第１のアンテナに電力を供給する際、前記第１のアンテナに対応する共振周波数を有する交流電力を供給することを特徴とする請求項１に記載の検査装置。
　前記第１のアンテナの抵抗値の初期値を記憶する記憶手段を更に備え、
　前記判定手段は、前記初期値と、前記検出された抵抗値と、を比較することにより前記第１のアンテナの劣化を判定する
　ことを特徴とする請求項１に記載の検査装置。
　前記判定手段により前記第１のアンテナが劣化していると判定された場合に、前記第１のアンテナの劣化を、ユーザに対して報知する報知手段を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の検査装置。
　前記判定手段により前記第１のアンテナが劣化していると判定された場合に、前記第１のアンテナ及び前記第２のアンテナ間における電力伝送の停止指示を出力する指示手段を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の検査装置。