WO2013122052A1

WO2013122052A1 - 非接触電力伝送装置

Info

Publication number: WO2013122052A1
Application number: PCT/JP2013/053270
Authority: WO
Inventors: 田口　雄一; 山口　敦
Original assignee: 株式会社豊田自動織機
Priority date: 2012-02-13
Filing date: 2013-02-12
Publication date: 2013-08-22
Also published as: JP2013165616A; JP5699960B2

Abstract

　非接触電力伝送装置は、交流電源と送電器と受電器と負荷と温度検出部と送電電流検出部と受電電流検出部と第１の判定部と第２の判定部とを備える。送電電流検出部は交流電源から送電器へ供給される電力の電流値である送電電流値を検出する。受電電流検出部は受電器から負荷へ供給される電力の電流値である受電電流値を検出する。第１の判定部は、送電電流値が受電電流値よりも大きく、且つ送電器の温度が第１の閾値を越える場合に、送電器が過熱したと判定する。第２の判定部は、受電電流値が送電電流値よりも大きく、且つ送電器の温度が第１の閾値よりも小さい第２の閾値を越える場合に、受電器が過熱したと判定する。

Description

非接触電力伝送装置

　本発明は、非接触電力伝送装置に関するものである。

　無線で電力を送る技術として、電磁誘導方式や共鳴方式等が挙げられる。共鳴方式については例えば特許文献１に開示されている。

国際公開第２００７／００８６４６号

　ところで、非接触電力伝送装置では１次コイルと２次コイルとの距離の変動等により両コイルに流れる電流が変動するため、条件によってはコイルの過熱が発生する虞がある。そのために、１次コイルと２次コイルとにそれぞれ温度センサを設けて各コイルの異常を検出する。このような装置においてはコイル毎に温度センサが必要となり、装置の規模が大きくなってしまう。

　本発明の目的は、簡素な構成にて送電器や受電器の過熱を判定することができる非接触電力伝送装置を提供することにある。

　上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る非接触電力伝送装置は、交流電源と送電器と受電器と負荷と温度検出部と送電電流検出部と受電電流検出部と第１の判定部と第２の判定部とを備える。前記送電器は、前記交流電源から供給された電力を送電する。前記受電器は、前記送電器から送電された電力を受電する。前記負荷には、前記受電器により受電された電力が供給される。前記温度検出部は、前記送電器の温度を検出する。前記送電電流検出部は、前記交流電源から前記送電器へ供給される電力の電流値である送電電流値を検出する。前記受電電流検出部は、前記受電器から前記負荷へ供給される電力の電流値である受電電流値を検出する。前記第１の判定部は、前記送電電流値が前記受電電流値よりも大きく、且つ前記送電器の温度が第１の閾値を越える場合に、前記送電器が過熱したと判定する。前記第２の判定部は、前記受電電流値が前記送電電流値よりも大きく、且つ前記送電器の温度が前記第１の閾値よりも小さい第２の閾値を越える場合に、前記受電器が過熱したと判定する。

　本発明の更なる態様に係る非接触電力伝送装置は、交流電源と送電器と受電器と負荷と温度検出部と送電電流検出部と受電電流検出部と第１の判定部と第２の判定部とを備える。前記送電器は、前記交流電源から供給された電力を送電する。前記受電器は、前記送電器から送電された電力を受電する。前記負荷には、前記受電器により受電された電力が供給される。前記温度検出部は、前記受電器の温度を検出する。前記送電電流検出部は、前記交流電源から前記送電器へ供給される電力の電流値である送電電流値を検出する。前記受電電流検出部は、前記受電器から前記負荷へ供給される電力の電流値である受電電流値を検出する。前記第１の判定部は、前記受電電流値が前記送電電流値よりも大きく、且つ前記受電器の温度が第１の閾値を越える場合に、前記受電器が過熱したと判定する。前記第２の判定部は、前記送電電流値が前記受電電流値よりも大きく、且つ前記受電器の温度が前記第１の閾値よりも小さい第２の閾値を越える場合に、前記送電器が過熱したと判定する。

本発明の第１の実施形態に係る非接触電力伝送装置の構成を模式的に示す構成図。本発明の第２の実施形態に係る非接触電力伝送装置の構成を模式的に示す構成図。

（第１の実施形態）
　以下、本発明を具体化した第１の実施形態を図面に従って説明する。
　図１に示すように、共鳴型の非接触電力伝送装置１０は、交流電源１１と、交流電源１１に接続された１次コイル１３と、２次コイル２１と、２次コイル２１に接続された整流器２２と、整流器２２に接続された負荷としてのバッテリ２３とを備えている。さらに、非接触電力伝送装置１０は、送電電流検出部１４と、温度センサ１５と、電源側コントローラ１６と、警報器１７と、受電電流検出部２４と、車両側コントローラ２５とを備えている。

　１次コイル１３、２次コイル２１、整流器２２、及びバッテリ２３は共鳴系を構成する。
　交流電源１１は、高周波電力（交流電力）を出力する電源であり、電圧電源でも、電力電源でもよい。

　送電器としての１次コイル１３および受電器としての２次コイル２１は電線により形成されている。コイルを構成する電線には、例えば、絶縁ビニル被覆線が使用される。コイルの巻径や巻数は、伝送しようとする電力の大きさ等に対応して適宜設定される。

　送電器および受電器の各々は、並列に接続されたコイルおよびコンデンサからなる共振回路で構成されていてもよい。なお、コンデンサは寄生容量でもよい。
　整流器２２は、２次コイル２１とバッテリ２３との間に設けられている。

　送電電流検出部１４は、交流電源１１から１次コイル１３へ供給される電力の電流値である送電電流値Ｉ１を検出する。温度検出部としての温度センサ１５は、１次コイル１３に装着され、１次コイル１３の温度Ｔｃ１を検出する。

　受電電流検出部２４は、２次コイル２１からバッテリ２３へ供給される電力の電流値である受電電流値Ｉ２を検出する。
　送電電流検出部１４と温度センサ１５とには電源側コントローラ１６が接続されている。そして、電源側コントローラ１６に、送電電流検出部１４の測定結果（送電電流値Ｉ１）、および、温度センサ１５の測定結果（温度Ｔｃ１）が送られる。

　受電電流検出部２４には車両側コントローラ２５が接続されている。そして、車両側コントローラ２５に、受電電流検出部２４の測定結果（受電電流値Ｉ２）が送られる。
　また、電源側コントローラ１６と車両側コントローラ２５とは、無線通信にてデータのやり取りを行うことができるようになっている。そして、車両側コントローラ２５から電源側コントローラ１６に対し受電電流検出部２４の測定結果（受電電流値Ｉ２）が送られる。これにより、電源側コントローラ１６は受電電流検出部２４により検出された受電電流値Ｉ２を検知することができる。

　また、電源側コントローラ１６には警報器１７が接続され、警報器１７により１次コイル１３の過熱や２次コイル２１の過熱が警報される。
　バッテリ２３は車両に搭載され、非接触充電が行われる。具体的には、２次コイル２１、整流器２２、バッテリ２３、受電電流検出部２４および車両側コントローラ２５が車両に搭載されている。一方、交流電源１１、１次コイル１３、送電電流検出部１４、温度センサ１５、電源側コントローラ１６および警報器１７が、バッテリ２３に非接触状態で充電を行う充電装置に装備され、この充電装置は地上側設備（充電ステーション）に設けられる。

　次に、このように構成した非接触電力伝送装置１０の作用を説明する。
　バッテリ２３への電力伝送時には、例えば、車両が給電（充電）装置の近くの所定位置に停止した状態でバッテリ２３への給電が行われる。

　交流電源１１から１次コイル１３に共鳴系の共鳴周波数で高周波電力が出力されて１次コイル１３は交流電源１１から供給された電力を受ける。さらに、２次コイル２１は１次コイル１３から送電された電力を磁場共鳴により受電する。そして、２次コイル２１により受電された電力が整流器２２において整流された後にバッテリ２３に直流電力として供給される。

　また、電源側コントローラ１６は、送電電流検出部１４により検出した送電電流値Ｉ１、受電電流検出部２４により検出した受電電流値Ｉ２、および、温度センサ１５により検出した温度Ｔｃ１を検知する。

　そして、第１の判定部としての電源側コントローラ１６は、送電電流検出部１４により検出した送電電流値Ｉ１が受電電流検出部２４により検出した受電電流値Ｉ２よりも大きく、且つ温度センサ１５により検出した１次コイル１３の温度Ｔｃ１が第１の閾値ＳＨ１を越えると１次コイル１３が過熱したと判定する。

　このようにして１次コイル１３が過熱したと判定されると、電源側コントローラ１６は警報器１７を作動して警報を行わせる。これにより、１次コイル１３の過熱を未然に防止することが可能となる。

　また、第２の判定部としての電源側コントローラ１６は、受電電流検出部２４により検出した受電電流値Ｉ２が送電電流検出部１４により検出した送電電流値Ｉ１よりも大きい場合において次のような判定を行う。電源側コントローラ１６は、温度センサ１５により検出した１次コイル１３の温度Ｔｃ１が第１の閾値ＳＨ１よりも小さい第２の閾値ＳＨ２（ＳＨ２＜ＳＨ１）を越えると２次コイル２１が過熱したと判定する。

　このようにして２次コイル２１が過熱したと判定すると、電源側コントローラ１６は警報器１７を作動して警報を行わせる。これにより、２次コイル２１の過熱を未然に防止することが可能となる。

　以上のごとく、本実施形態によれば、以下のような利点を得ることができる。
　（１）送電電流検出部１４で検出した送電電流値Ｉ１と受電電流検出部２４で検出した受電電流値Ｉ２とを利用することにより温度センサを１次側のみに設けることで異常検知できるシステムを構築することができる。

　具体的には、検知方法としては、温度センサ１５により検出した温度Ｔｃ１が第１の閾値ＳＨ１もしくは第２の閾値ＳＨ２（ＳＨ２＜ＳＨ１）を越えた場合に異常と判断する。
　ここで、電源側コントローラ１６は送電電流検出部１４で検出した送電電流値Ｉ１と受電電流検出部２４で検出した受電電流値Ｉ２とを比較する。送電電流値Ｉ１が受電電流値Ｉ２よりも大きい場合は１次コイル１３の方が温度が高いと考えられるため、送電電流値Ｉ１が第１の閾値ＳＨ１を越えた場合に電源側コントローラ１６は１次コイル１３の過熱と判定する。また、受電電流値Ｉ２が送電電流値Ｉ１よりも大きい場合は２次コイル２１の方が温度が高いと考えられるため、受電電流値Ｉ２が第１の閾値ＳＨ１よりも小さい第２の閾値ＳＨ２を越えた場合に電源側コントローラ１６は２次コイル２１の過熱と判定する。

　このようにして、１次コイル１３と２次コイル２１との距離の変動等によりコイル（１次コイル１３、２次コイル２１）に流れる電流が変動しても、温度センサを１つのみ用いた簡素な構成にてコイルの過熱を判定（検知）することができる。

　（２）地上側設備（充電ステーション）に温度センサ１５を設けているので、設置スペースを確保する上で好ましい。
　（３）電源側コントローラ１６にてコイルの過熱の有無を判定しているので、車両側コントローラ２５で判定を行う場合に比べて無線通信にてデータを送ることなく容易に判定を行うことができる。
（第２の実施形態）
　次に、第２の実施形態を、第１の実施形態との相違点を中心に説明する。

　第１の実施形態においては１次コイル１３の温度を温度センサ１５により検出した。これに対し本実施形態においては図２に示すように２次コイル２１の温度を温度センサ２６により検出している。

　車両側コントローラ２５は、受電電流検出部２４により検出した受電電流値Ｉ２を検知するとともに、温度センサ２６により検出した２次コイル２１の温度Ｔｃ２を検知する。さらに、車両側コントローラ２５は、電源側コントローラ１６を介して送電電流検出部１４により検出した送電電流値Ｉ１を検知する。

　そして、第１の判定部としての車両側コントローラ２５は、受電電流検出部２４により検出した受電電流値Ｉ２が送電電流検出部１４により検出した送電電流値Ｉ１よりも大きい場合に、次のように判定をおこなう。２次コイル２１の方が温度が高いので、車両側コントローラ２５は、温度検出部としての温度センサ２６により検出した２次コイル２１の温度Ｔｃ２が第１の閾値ＳＨ１を越えると２次コイル２１が過熱したと判定する。

　このようにして２次コイル２１が過熱したと判定すると、車両側コントローラ２５は警報器２７を作動して警報を行わせる。
　また、第２の判定部としての車両側コントローラ２５は、送電電流検出部１４により検出した送電電流値Ｉ１が受電電流検出部２４により検出した受電電流値Ｉ２よりも大きい場合に、次のように判定を行う。１次コイル１３の方が温度が高いので、車両側コントローラ２５は、温度センサ２６により検出した２次コイル２１の温度Ｔｃ２が第１の閾値ＳＨ１１よりも小さい第２の閾値ＳＨ１２を越えると１次コイル１３が過熱したと判定する。

　このようにして１次コイル１３が過熱したと判定すると、車両側コントローラ２５は警報器２７を作動して警報を行わせる。
　以上のごとく、温度センサを１つのみ用いた簡素な構成にてコイルの過熱を判定（検知）することができる。

　実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
　第１の実施形態における送電器の温度を検出する温度検出部は、送電器としての１次コイル１３の温度を直接測定する温度センサ１５であったが、次のように変更してもよい。並列接続されたコイルおよびコンデンサを含む共振回路から送電器を構成した場合において、温度検出部は、送電器全体の温度、コンデンサの温度等（雰囲気温度から推定するものも含む）を測定するものであってもよい。要は、温度検出部は直接的あるいは間接的に送電器の温度を検出するものであればよい。

　同様に、第２の実施形態において、受電器の温度を検出する温度検出部は、受電器としての２次コイル２１の温度を直接測定する温度センサであっても次のようにしてもよい。並列接続されたコイルおよびコンデンサを含む共振回路から受電器を構成した場合において、温度検出部は、受電器全体の温度、コンデンサの温度等（雰囲気温度から推定するものも含む）を測定するものであってもよい。要は、温度検出部は直接的あるいは間接的に受電器の温度を検出するものであればよい。

　コイルの過熱を検知したとき、警報器１７，２７による警報が行われるが、これに限らない。例えば交流電源１１の駆動が停止、すなわち発振動作が停止されてもよい。
　コイルの過熱の検知は車両側に搭載した機器によって行われても地上側設備によって行われてもよい。具体的には例えば図２において無線通信にて電源側コントローラ１６にデータを送り、電源側コントローラ１６がコイルの過熱の判定を行ってもよい。

　１次コイルおよび２次コイルは、１次誘導コイル、１次共鳴コイル、２次共鳴コイル、２次誘導コイルを有してもよい。また、本発明を電磁誘導による非接触電力伝送装置、即ち、１次コイルが２次コイルと磁気的に結合可能な位置に配置され、１次コイルから電磁誘導により電力が供給されるような非接触電力伝送装置に適用してもよい。要は、１次側コイルと２次側コイルとを有する構成であれば本発明を適用することができる。

Claims

　交流電源と、
　前記交流電源から供給された電力を送電する送電器と、
　前記送電器から送電された電力を受電する受電器と、
　前記受電器により受電された電力が供給される負荷と、
　前記送電器の温度を検出する温度検出部と、
　前記交流電源から前記送電器へ供給される電力の電流値である送電電流値を検出する送電電流検出部と、
　前記受電器から前記負荷へ供給される電力の電流値である受電電流値を検出する受電電流検出部と、
　前記送電電流値が前記受電電流値よりも大きく、且つ前記送電器の温度が第１の閾値を越える場合に、前記送電器が過熱したと判定する第１の判定部と、
　前記受電電流値が前記送電電流値よりも大きく、且つ前記送電器の温度が前記第１の閾値よりも小さい第２の閾値を越える場合に、前記受電器が過熱したと判定する第２の判定部と、
を備える非接触電力伝送装置。
　地上に設けられた電源側コントローラをさらに備え、該電源側コントローラは前記第１の判定部及び前記第２の判定部を備える、請求項１に記載の非接触電力伝送装置。
　前記受電電流検出部によって検出された前記受電電流値は無線通信によって前記電源側コントローラに送信される、請求項２に記載の非接触電力伝送装置。
　交流電源と、
　前記交流電源から供給された電力を送電する送電器と、
　前記送電器から送電された電力を受電する受電器と、
　前記受電器により受電された電力が供給される負荷と、
　前記受電器の温度を検出する温度検出部と、
　前記交流電源から前記送電器へ供給される電力の電流値である送電電流値を検出する送電電流検出部と、
　前記受電器から前記負荷へ供給される電力の電流値である受電電流値を検出する受電電流検出部と、
　前記受電電流値が前記送電電流値よりも大きく、且つ前記受電器の温度が第１の閾値を越える場合に、前記受電器が過熱したと判定する第１の判定部と、
　前記送電電流値が前記受電電流値よりも大きく、且つ前記受電器の温度が前記第１の閾値よりも小さい第２の閾値を越える場合に、前記送電器が過熱したと判定する第２の判定部と、
を備える非接触電力伝送装置。
　車両に設けられた車両側コントローラをさらに備え、該車両側コントローラは前記第１の判定部及び前記第２の判定部を備える、請求項４に記載の非接触電力伝送装置。
　前記送電電流検出部によって検出された前記送電電流値は無線通信によって前記車両側コントローラに送信される、請求項５に記載の非接触電力伝送装置。