JP2013059239A - 移動体用非接触給電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】送電コイル上に存在する金物異物を高精度に検出し、且つ、除去することができる移動体用非接触給電装置を提供する。
【解決手段】送電コイル３１と、この送電コイルにギャップを介して対向する受電コイル３２とを備え、送電コイルが地上側に設置され、受電コイルが移動体側に設置され、送電コイルから受電コイルに電磁誘導により給電が行われる移動体用非接触給電装置であって、送電コイルに異物検出用電力を供給して求めた給電損失の測定値と標準値との差分に基づいて送電コイル３１上の金物異物１００の有無を検出し、金物異物１００を検出したとき、異物検出信号を出力する異物検出手段５０と、金物異物１００が検出されたことを受けて、送電コイル３１の上から金物異物１００を除去する異物除去手段７０とを備える。異物検出手段が送電コイル上の金物異物を検出し、異物除去手段がその金物異物を除去する。
【選択図】図１

Description

本発明は、地上側の送電コイルから、受電コイルを備える電気自動車などの移動体に非接触給電を行う移動体用非接触給電装置に関し、送電コイル上に存在する金物異物を検出し、除去できるようにしたものである。

非接触給電装置は、非接触給電トランスを構成する送電コイル（一次コイル）と受電コイル（二次コイル）との間の電磁誘導を利用して送電コイルから受電コイルに電力を供給する。この非接触給電装置を利用して電気自動車やプラグインハイブリッド車に搭載された二次電池の充電を行う移動体用非接触給電装置は、図１２に示すように、地上側に、商用電源５の交流を直流に変換する高力率整流器１０と、直流から高周波交流を生成するインバータ２０と、非接触給電トランスの一方である送電コイル３１と、送電コイルに直列接続された一次側直列コンデンサ３３とを備えている。

一方、車両側がプラグインハイブリッド車の場合は、エンジン１とともにモータ２を駆動源として搭載し、モータ用の電源である二次電池４と、二次電池４の直流を交流に変換してモータ２に供給するインバータ３と、二次電池４への給電機構とを具備し、その給電機構として、非接触給電トランスの他方である受電コイル３２と、二次電池４のために交流を直流に変換する整流器４０と、受電コイル３３と整流器４０との間に並列接続された二次側並列共振コンデンサ３４とを備えている。

ここで、（送電コイル３１＋受電コイル３３）を非接触給電トランスと呼び、（非接触給電トランス＋一次側直列コンデンサ３３＋二次側並列共振コンデンサ３４）を非接触給電装置と呼び、（高周波電源＋非接触給電装置＋二次側整流器４０）を非接触給電システムと呼ぶことにする。

図１３は、非接触給電システムの回路図を示している。
図１３（ａ）は、単相１００Ｖ〜２２０Ｖの商用電源５に適した主回路であり、一次側整流器にブリッジレス高力率昇圧型整流器１１を使用し、インバータにハーフブリッジインバータ２１を使用し、非接触給電装置３０の出力を整流する二次側整流器に倍電圧整流器４１を使用している。
また、図１３（ｂ）は、三相２００Ｖ〜４４０Ｖの電源に適した主回路であり、一次側整流器に三相高力率ＰＷＭ整流器１２を使用し、インバータにフルブリッジインバータ２２を使用し、非接触給電装置３０の出力を整流する二次側整流器に全波整流器４２を使用している。

送電コイル３１は、上面が円形あるいは長方形の扁平な形状を有している。自動車への給電時には、受電コイル３２が送電コイル３１のほぼ真上に位置するように自動車を駐車し、送電コイル３１と受電コイル３２との間に５０ｍｍ〜２００ｍｍの空隙を隔てて非接触給電が行われる。
この給電時に、送電コイル３１と受電コイル３２との空隙に缶、釘、硬貨などの金物異物が存在すると、空隙の交流磁界で金物異物が熱せられて高温になる。

図１４は、移動体用非接触給電装置の送電コイル及び受電コイルを模した図１５の実験装置を用いて、送電コイルと受電コイルとの間にスチール缶が介在したとき（図１４（ａ））及び各種の硬貨が介在したとき（図１４（ｂ））の温度変化を測定した結果について示している。この実験では、５０ｋＨｚで１．５ｋＷ給電を行っている。スチール缶は、約１８秒で１００℃に昇温し、最終的に１２０℃にまで達した。硬貨は、その種類により昇温傾向に違いがあり、最も昇温が速い１００円玉では、約１０分で６５℃に達した。
非接触給電装置は電磁調理器と同じ原理（電磁誘導）でエネルギーを伝送するため、スチール缶などの金属類は極めて短時間で高温になり、近くに可燃物があると発火や発煙の危険性がある。
金物異物が発熱することは、非接触給電では給電損失（＝送電電力−受電電力）が増大することを意味する。

非接触給電は、携帯電話や電動髭剃りなどの充電にも利用されており、この場合も、送電コイルと受電コイルとの間に硬貨やピンなどの金物異物が介在すると、それが発熱し、製品の安全性が脅かされる。
こうした事故を防ぐため、下記特許文献１には、二次電池を有する受電側が、充電時の電池電圧と充電電流とを積算した電力値の情報を送電側に送り、送電側が、その値を送信した電力値と比較して、電力値の差が規定値内であれば電力の送信を続け、規定値外であれば電力の送信を停止する非接触充電器が提案されている。

特開２０１１−８３０９４号公報

しかし、移動体用非接触給電装置の給電電力量は、携帯機器などの非接触給電装置に比べて桁違いに多く、そのため、金物異物に起因する給電損失の割合は相対的に小さい。それ故、移動体用非接触給電装置では、金物異物に起因する給電損失を高精度に検出することが難しい。
また、移動体用非接触給電装置の場合は、送電コイル上に金物異物が存在することを検知できたとしても、送電コイルの上に車両が駐車しているため、金物異物を取り除くことが容易でない。

本発明は、こうした事情を考慮して創案したものであり、送電コイル上に存在する金物異物を高精度に検出し、且つ、除去することができる移動体用非接触給電装置を提供することを目的としている。

本発明は、送電コイルと、この送電コイルにギャップを介して対向する受電コイルとを備え、送電コイルが地上側に設置され、受電コイルが移動体側に設置され、送電コイルから受電コイルに電磁誘導により給電が行われる移動体用非接触給電装置であって、送電コイル上に金物異物が存在しない状態で送電コイルに異物検出用電力を供給して給電損失の標準値を求め、送電コイルに異物検出用電力を供給して求めた給電損失の測定値と標準値との差分に基づいて送電コイル上の金物異物の有無を検出し、金物異物を検出したとき、異物検出信号を出力する異物検出手段を備えることを特徴とする。
この装置では、異物検出手段が送電コイル上の金物異物を検出して異物検出信号を出力する。

また、本発明の移動体用非接触給電装置では、異物検出用電力が受電コイルに対向する送電コイルに供給され、異物検出手段が、送電コイルの入力電力Ｐ_IN0と、受電コイルの出力電力Ｐ_L0と、送電コイルの銅損Ｐ_c1と、受電コイルの銅損Ｐ_c2とを求め、（Ｐ_IN0−Ｐ_L0−Ｐ_c1−Ｐ_c2）の値の測定値と標準値との差分に基づいて金物異物の有無を検出する。
このように、送電コイルの入力電力Ｐ_IN0と受電コイルの出力電力Ｐ_L0との差分から銅損による損失分を引き去ることで、金物異物に起因する給電損失の検出感度を高めることができる。

また、本発明の移動体用非接触給電装置では、異物検出手段が、さらに、送電コイルの鉄損Ｐ_f1と、受電コイルの鉄損Ｐ_f2とを求め、（Ｐ_IN0−Ｐ_L0−Ｐ_c1−Ｐ_c2−Ｐ_f1−Ｐ_f2）の値の測定値と標準値との差分に基づいて金物異物の有無を検出するようにしても良い。
このように、送電コイルの入力電力Ｐ_IN0と受電コイルの出力電力Ｐ_L0との差分から銅損及び鉄損による損失分を引き去ることで、金物異物に起因する給電損失の検出感度をさらに高めることができる。

また、本発明の移動体用非接触給電装置では、異物検出用電力を、定格給電電力の２０％以下に設定することが望ましい。
このように、異物検出用電力を下げることで、異物検出時の発火や発煙の危険性を減らすことができる。

また、本発明の移動体用非接触給電装置では、送電コイルに異物検出用電力を供給するとき、受電コイルと、後続する整流器との接続を遮断することが望ましい。
このように、受電コイルを、整流器及び二次電池から切り離すことで、整流器及び二次電池が関与する損失分を除くことができるから、金物異物に起因する給電損失の検出感度を高めることができる。

また、本発明の移動体用非接触給電装置では、異物検出用電力を受電コイルに対向していない送電コイルに供給し、異物検出手段が、送電コイルの入力電力Ｐ_IN0と、送電コイルの銅損Ｐ_c1とを求め、（Ｐ_IN0−Ｐ_c1）の値の測定値と標準値との差分に基づいて金物異物の有無を検出するようにしても良い。
この場合、車両を送電コイル上に駐車する前に、送電コイルの上に金物異物が有るか無いかを調べることができる。このように、送電コイルのみを用いて異物検出を行う場合は、送電コイルと受電コイルとの位置ずれに起因する測定誤差が排除できる、と言う利点がある。

また、本発明の移動体用非接触給電装置では、異物検出手段が、さらに、送電コイルの鉄損Ｐ_f1を求め、（Ｐ_IN0−Ｐ_c1−Ｐ_f1）の値の測定値と標準値との差分に基づいて金物異物の有無を検出するようにしても良い。
このように、送電コイルの入力電力Ｐ_IN0から銅損及び鉄損による損失分を引き去ることで、金物異物に起因する給電損失の検出感度をさらに高めることができる。

また、本発明の移動体用非接触給電装置では、異物検出用電力を受電コイルに対向していない送電コイルに供給し、異物検出手段が、送電コイルの入力電力Ｐ_IN0を求め、Ｐ_IN0の値の測定値と標準値との差分に基づいて金物異物の有無を検出するようにしても良い。
この場合、金物異物の検出が簡単に実施できる。

また、本発明の移動体用非接触給電装置では、さらに、異物検出手段が金物異物を検出したことを受けて、送電コイルの上から金物異物を除去する異物除去手段を備える。
この装置では、異物検出手段が送電コイル上の金物異物を検出し、異物除去手段が、その金物異物を除去する。

また、本発明の移動体用非接触給電装置では、異物除去手段が、送電コイルの上面を覆う非磁性且つ非導電性のカバー部材と、このカバー部材を、送電コイルの側縁位置で送電コイルの上面に平行な軸線を中心に所定角度回転できるように枢支する枢支手段と、金物異物が検出されたことを受けて、カバー部材を、前記軸線を中心に所定角度回転する回転駆動手段と、を備える。
この異物除去手段は、送電コイルのカバー部材を斜めに傾斜させて、カバー部材上の金物異物を排除する。

また、本発明の移動体用非接触給電装置では、カバー部材を、送電コイルの上面を分割して覆う複数の分割カバー部材で構成し、枢支手段を分割カバー部材のそれぞれに設け、金物異物が検出されたことを受けて、回転駆動手段が、分割カバー部材の全てを回転するようにしても良い。
この場合、カバー部材を分割することで、傾斜したときのカバー部材の最高位置の高さを、分割しないときよりも低くすることができる。

また、本発明の移動体用非接触給電装置では、異物除去手段が、金物異物が検出されたことを受けて、送電コイルと受電コイルとの空隙に高速の空気を吹き付けるエアコンプレッサーを備えるようにしても良い。
この異物除去手段は、金物異物に高速の空気を吹き付けて送電コイル上から除去する。

また、本発明の移動体用非接触給電装置では、異物除去手段が、樹脂製のベルトコンベアーと、ベルトコンベアーを巡回可能に支持する駆動ローラ及び従動ローラのローラ対と、を備え、ローラ対は、巡回するベルトコンベアーの一面が送電コイルの上面を覆うようにベルトコンベアーを支持し、金物異物が検出されたことを受けて、駆動ローラが、ベルトコンベアーを巡回させて、送電コイルの上面を覆うベルトコンベアーの面を更新する。
この異物除去手段では、送電コイルの上面を覆うベルトコンベアーが移動して、ベルトコンベアー上の金物異物を除去する。

また、本発明の移動体用非接触給電装置では、異物除去手段が、送電コイルの上面を拭うワイパー部材と、ワイパー部材を駆動するワイパー駆動手段とを備え、金物異物が検出されたことを受けて、ワイパー駆動手段がワイパー部材を駆動し、送電コイルの上面がワイパー部材によって拭われる。
この異物除去手段では、送電コイル上をワイパー部材が動いて、送電コイル上の金物異物を除去する。
また、本発明の移動体用非接触給電装置では、

また、本発明の移動体用非接触給電装置では、異物検出手段が出力した異物検出信号に基づいて、送信コイルへの異物検出用電力の供給を停止し、異物検出警報を表示するようにしても良い。
こうすることで、異物除去手段を持たない移動体用非接触給電装置でも、金物異物の介在による事故を回避できる。

また、本発明の移動体用非接触給電装置では、異物検出用電力の供給を停止した送信コイルに、予め設定された時間が経過するごとに異物検出用電力を供給して、異物検出手段が送電コイル上の金物異物の検出を繰り返し、異物検出手段により金物異物が検出されなかったとき、送信コイルに給電用電力を供給するようにしても良い。
こうすることで、異物除去手段を持たない移動体用非接触給電装置でも、安全を確認して非接触給電を開始することができる。

また、本発明の移動体用非接触給電装置では、送電コイルの上面から金物異物を除去した異物除去手段が、異物検出手段にその旨を通知し、通知を受けた異物検出手段が、送電コイル上の金物異物を検出し、金物異物が検出されなかったとき、送信コイルに給電用電力を供給することが望ましい。
異物検出手段が異物を除去した場合でも、安全を確認して非接触給電を開始することができる。

本発明の移動体用非接触給電装置は、送電コイル上に存在する金物異物を高精度に検出することができ、また、検出した金物異物を除去することができる。
そのため、送電コイル上に金物異物が存在する場合でも、その異物を迅速に除去して、移動体への非接触給電を安全に、且つ、滞り無く続けることができる。

本発明の第１の実施形態に係る移動体用非接触給電装置を示す模式図 図１の異物検出器の構成を示すブロック図 図２の異物検出器の動作を示すフロー図 図１の移動体用非接触給電装置の変形例を示す図 本発明の第２の実施形態に係る移動体用非接触給電装置を示す模式図 図５の異物検出器の動作を示すフロー図 カバー部材の傾斜構造を有する異物除去装置を示す図 分割カバー部材の傾斜構造を有する異物除去装置を示す図 エアコンプレッサーを備える異物除去装置を示す図 ベルトコンベアーを備える異物除去装置を示す図 ワイパー機構を備える異物除去装置を示す図 従来の移動体用非接触給電装置を示す模式図 移動体用非接触給電システムの回路図 金物異物による発熱実験の測定結果を示す図 図１４の実験に用いた装置を示す図

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る移動体用非接触給電装置を模式的に示している。
この装置は、非接触給電装置の送電コイル３１と受電コイル３２との間に存在する金物異物１００を検出する異物検出器５０（特許請求の範囲で言う“異物検出手段”）と、異物検出器５０が金物異物を検出したとき、その金物異物１００を送電コイル３１上から除去する異物除去装置７０（特許請求の範囲で言う“異物除去手段”）とを備えている。
異物検出器５０は、金物異物を検出するために、地上側から、非接触給電装置の入力電圧及び入力電流に相当するインバータ２０の出力電圧Ｖ_IN及び出力電流Ｉ_INの情報を取得し、車両側から、非接触給電装置の出力電圧及び出力電流に対応する整流器４０の出力直流電圧Ｖ_L及び出力直流電流Ｉ_Lの情報を取得する。

この異物検出器５０は、図２に示すように、車両側と無線通信で情報を交換する際のインタフェースである対車両交信部５１と、地上側装置と情報を交換する際のインタフェースである対地上装置交信部５２と、異物検出動作を制御する異物検出動作制御部５３と、送電コイル３１に入力する電力を算出する送電コイル入力電力算出部５４と、受電コイル３２から出力する電力を算出する受電コイル出力電力算出部５５と、送電コイル３１及び受電コイル３２の鉄損を算出する鉄損算出部５８と、送電コイル３１及び受電コイル３２の銅損を算出する銅損算出部５９と、送電コイル３１上に金物異物が存在するか否かを判定する異物判定部５６と、各種演算作業に必要な情報を記憶する記憶部５７とを備えている。

この異物検出動作制御部５３、送電コイル入力電力算出部５４、受電コイル出力電力算出部５５、鉄損算出部５８、銅損算出部５９及び異物判定部５６は、コンピュータがプログラムで規定された動作を実行することにより実現される。

送電コイル入力電力算出部５４は、インバータ２０から送られた出力電圧Ｖ_INと出力電流Ｉ_INとの情報からインバータ２０の出力電力Ｐ_IN（＝Ｖ_IN×Ｉ_IN）を算出し、その電力Ｐ_INの一定時間の平均を計算して、送電コイル３１の一定時間の平均入力電力Ｐ_IN0を得る。
受電コイル出力電力算出部５５は、車両側から送られた整流器４０の出力直流電圧Ｖ_Lと出力直流電流Ｉ_Lとの情報から整流器４０の出力電力Ｐ_L（＝Ｖ_L×Ｉ_L）を算出し、その電力Ｐ_Lの一定時間の平均を計算して、受電コイル３２の一定時間の平均出力電力Ｐ_L0を得る。

銅損算出部５９は、送電コイル３１の巻線抵抗（ｒ₁）と電流（Ｉ_IN）とから送電コイル３１の銅損Ｐ_c1（＝ｒ₁×Ｉ_IN ²）を算出し、受電コイル３２の巻線抵抗（ｒ₂）と電流（Ｉ_L）とから受電コイル３２の銅損Ｐ_c2（＝ｒ₂×Ｉ_L ²）を算出する。なお、送電コイル３１の巻線抵抗（ｒ₁）や受電コイル３２の巻線抵抗（ｒ₂）の情報は、対地上装置交信部５２及び対車両交信部５１を通じて地上側装置及び車両側から事前に取得し、記憶部５７の銅損パラメータ領域５７２で保持する。

鉄損算出部５８は、送電コイル３１及び受電コイル３２の鉄損の推定値を算出する。鉄損は、送電コイル３１及び受電コイル３２の鉄心（フェライトコア）が交流で磁化されるときに失われる電気エネルギーであり、ヒステリシス損と渦電流損との和で表される。鉄損は電圧の関数であり、地上側装置から、Ｖ_INを代入すれば送電コイル３１の鉄損が算出できる鉄損パラメータを予め取得し、また、車両側から、Ｖ_Lを代入すれば受電コイル３２の鉄損が算出できる鉄損パラメータを予め取得して、記憶部５７の鉄損パラメータ領域５７１で保持することにより、鉄損算出部５８は、Ｖ_INから送電コイル３１の鉄損の推定値（Ｐ_f1）を算出することができ、また、Ｖ_Lから受電コイル３２の鉄損の推定値（Ｐ_f2）を算出することができる。

異物判定部５６は、送電コイル入力電力算出部５４、受電コイル出力電力算出部５５、銅損算出部５９、及び、鉄損算出部５８が算出した値を用いて、送電コイル３１上に金物異物が存在するか否かを判定する。
この判定に先立ち、送電コイル３１上に金物異物が存在しない状態で送電コイル入力電力算出部５４、受電コイル出力電力算出部５５、銅損算出部５９、及び、鉄損算出部５８が算出した値Ｐ_IN0、Ｐ_L0、Ｐ_c1、Ｐ_c2、Ｐ_f1、Ｐ_f2から給電損失Ｐ_s（＝Ｐ_IN0−Ｐ_L0−Ｐ_c1−Ｐ_c2−Ｐ_f1−Ｐ_f2）を算出し、この値Ｐ_sを標準値として記憶部５７に記録する。なお、車両側の非接触給電装置の構成が幾つかの種別に分かれる場合は、各種別の非接触給電装置を搭載した車両を金物異物が存在しない送電コイル３１上に駐車させて、各種別に応じた標準値を測定し、記憶部５７に記録する。

さて、送電コイル３１上に金物異物が存在するかしないか分からない状態で非接触給電を行う車両が送電コイル３１上に停車すると、異物判定部５６は、送電コイル入力電力算出部５４、受電コイル出力電力算出部５５、銅損算出部５９、及び、鉄損算出部５８の各々が算出した値Ｐ’_IN0、Ｐ’_L0、Ｐ’_c1、Ｐ’_c2、Ｐ’_f1、Ｐ’_f2から給電損失Ｐ’_s（＝Ｐ’_IN0−Ｐ’_L0−Ｐ’_c1−Ｐ’_c2−Ｐ’_f1−Ｐ’_f2）を算出する。
そして、この車両から得た非接触給電装置の種別に応じた標準値Ｐ_sを記憶部５７から読み出し、給電損失の測定値Ｐ’_sと標準値Ｐ_sとの差分（Ｐ’_s−Ｐ_s）を算出する。
この差分（Ｐ’_s−Ｐ_s）の絶対値が大きい場合は、送電コイル３１と受電コイル３２との間に金物異物が存在し、この金物異物が発熱しているために給電損失が増大していると考えられる。

異物判定部５６は、この差分（Ｐ’_s−Ｐ_s）を予め定めた閾値と比較し、差分（Ｐ’_s−Ｐ_s）が閾値を超えていれば、送電コイル３１上に金物異物が存在すると判定し、差分（Ｐ’_s−Ｐ_s）が閾値以下であれば、送電コイル３１上に金物異物が存在しないと判定する。なお、この閾値は、金物異物検出試験を繰り返して適切な値に設定する。
また、閾値との比較は、差分（Ｐ’_s−Ｐ_s）を標準値Ｐ_sで除した値（＝（Ｐ’_s−Ｐ_s）／Ｐ_s）について行うようにしても良い。
異物判定部５６が送電コイル３１上に金物異物が在ると判定したときは、異物検出動作制御部５３が、異物除去装置７０に異物検出信号を送出する。
異物除去装置７０の動作については後述する。

図３は、異物検出器５０の動作フローを示している。
前以て、各種非接触給電装置を搭載した車両ごとの標準値Ｐ_sを測定し、記憶部５７に記録する（ステップ１）。
送電コイル３１上に駐車した車両を検知すると（ステップ２）、車両から鉄損パラメータ、銅損パラメータ及び非接触給電装置の種別情報を取得し（ステップ３）、地上側装置に対して異物検出用電力の供給開始を指示する（ステップ４）。
異物検出用電力は、送電コイル３１上に金物異物が存在しても、この検出中に発火や発煙が生じないように、定格給電電力の２０％以下に設定することが望ましい。

インバータ２０の出力電圧と出力電流とを取得して、送電コイル３１の入力電力を算出し（ステップ５）、整流器４０の出力直流電圧と出力直流電流とを取得して、受電コイル３２の出力電力を算出する（ステップ６）。これを一定時間続けて送電コイル３１の平均入力電力Ｐ_IN0と受電コイル３２の平均出力電力Ｐ_L0とを算出する（ステップ８）。
また、送電コイル３１の銅損Ｐ_c1及び受電コイル３２の銅損Ｐ_c1を算出し（ステップ９）、送電コイル３１の鉄損Ｐ_f1及び受電コイル３２の鉄損Ｐ_f1を算出する（ステップ１０）。

次に、給電損失（Ｐ_IN0−Ｐ_L0−Ｐ_c1−Ｐ_c2−Ｐ_f1−Ｐ_f2）を求め、その値と標準値Ｐ_sとの差分を算出する（ステップ１１）。差分の絶対値が閾値を超えていれば（ステップ１２でＹｅｓ）、異物除去装置７０に異物検出信号を送出する（ステップ１３）。異物除去装置７０から異物除去完了の情報を受けると（ステップ１４）、地上側装置に対して給電用電力の供給開始を指示する（ステップ１５）。また、ステップ１２で差分の絶対値が閾値以下であれば（ステップ１２でＮｏ）、ステップ１５に移行し、地上側装置に対して給電用電力の供給開始を指示する。
なお、ステップ１２では、差分を閾値と比較する代わりに、（差分／Ｐ_s）を閾値と比較しても良い。

このように、この移動体用非接触給電装置では、給電損失の算出に当たり、銅損や鉄損による損失分を除いているので、給電損失に占める“金物異物に起因する給電損失分”が相対的に大きくなる。そのため、金物異物に起因する給電損失の検出感度が向上し、金物異物の有無を的確に判別することができる。
なお、ここでは、給電損失から銅損及び鉄損を除いているが、算出が容易な銅損だけを除くようにしても良い。

また、送電コイル３１及び受電コイル３２に異物検出用電力を供給して送電コイル３１上の金物異物を検出する際に、図４に示すように、受電コイル３２と整流器４０との電気接続を遮断する（受電コイル３２の出力端子を開放、または、受電コイル３２に並列コンデンサ３４だけを接続し、整流器４０や負荷を接続しない）ようにしても良い。
こうすることで、受電コイル３２が整流器４０及び二次電池４から切り離され、整流器４０及び二次電池４が関与する損失分が給電損失から除かれるため、給電損失に占める“金物異物に起因する給電損失分”が相対的に大きくなり、金物異物に起因する給電損失の検出感度が向上する。
この場合、異物検出器５０の異物検出動作制御部５３は、地上側装置への異物検出用電力の供給開始指示（図３のステップ４）に先立ち、車両側に対して受電コイル３２の出力端の開放を指示する。異物検出用電力の供給が開始された後は、車両側から受電コイル３２の出力電圧Ｖ₂及び出力電流Ｉ₂を取得して、受電コイル出力電力算出部５５に、受電コイル３２の出力電力を計算させる（図３のステップ６）。

（第２の実施形態）
図５は、本発明の第２の実施形態に係る移動体用非接触給電装置を模式的に示している。この装置では、送信コイル３１の上に車両が駐車する前に、異物検出器５０により送信コイル３１上の金物異物１００が検出され、異物除去装置７０により除去される。
異物検出器５０の構成は、第１の実施形態（図２）と同様であるが、受電コイル出力電力算出部５５の作業が行われない点だけが違っている。

図６は、この異物検出器５０の動作フローを示している。
前以て、送電コイル３１の上に金物異物が存在しない状態での標準値Ｐ_sが測定され、記憶部５７に記録される（ステップ２１）。
非接触給電を行う車両が接近すると、地上側装置に対して異物検出用電力の供給開始を指示する（ステップ２２）。
インバータ２０の出力電圧Ｖ_INと出力電流Ｉ_INとを取得して、送電コイル３１の入力電力Ｐ_IN（＝Ｖ_IN×Ｉ_IN）を算出し（ステップ２３）、これを一定時間続けて（ステップ２４）、送電コイル３１の平均入力電力Ｐ_IN0を算出する（ステップ２５）。
また、予め取得した送電コイル３１の巻線抵抗（ｒ₁）とＩ_INとから送電コイル３１の銅損Ｐ_c1（＝ｒ₁×Ｉ_IN ²）を算出し（ステップ２６）、予め取得した送電コイル３１の鉄損パラメータとＶ_INとから送電コイル３１の鉄損の推定値（Ｐ_f1）を算出する（ステップ２７）。

次に、給電損失（Ｐ_IN0−Ｐ_c1−Ｐ_f1）を求め、その値と標準値Ｐ_sとの差分を算出する（ステップ２８）。差分の絶対値が閾値を超えていれば（ステップ２９でＹｅｓ）、異物除去装置７０に異物検出信号を送出する（ステップ３０）。異物除去装置７０から異物除去完了の情報を受けた後（ステップ３１）、車両が送電コイル３１の上に駐車したことを確認すると（ステップ３２）、地上側装置に対して給電用電力の供給開始を指示する（ステップ３３）。また、ステップ２９で差分の絶対値が閾値以下であれば（ステップ２９でＮｏ）、ステップ３２に移行し、車両の送電コイル３１上への駐車を確認して、地上側装置に給電用電力の供給開始を指示する。
なお、ステップ２９では、差分を閾値と比較する代わりに、（差分／Ｐ_s）を閾値と比較しても良い。

このように、この移動体用非接触給電装置では、給電損失の算出に当たり、銅損や鉄損による損失分を除いているため、給電損失に占める“金物異物に起因する給電損失分”が相対的に大きくなり、金物異物に起因する給電損失の検出感度が向上する。
また、この移動体用非接触給電装置では、車両が送電コイル３１上に乗り入れる前に金物異物が検出され、除去されるため、異物検出時に発火や発煙が発生したとしても、車両に及ぶ影響は殆ど無い。
また、第１の実施形態に比べて、異物検出に到る処理手順が少ないため、その実施が容易である。
また、この移動体用非接触給電装置では、送電コイルのみを用いて異物検出を行うため、
第１の実施形態の装置に比べて、送電コイルと受電コイルとの位置ずれに起因する測定誤差が排除できる、と言う利点がある。
なお、ここでは、給電損失から銅損及び鉄損を除いているが、算出が容易な銅損だけを除くようにしても良い。
また、給電損失から銅損及び鉄損を除かずに、送信コイル３１の平均入力電力Ｐ_IN0と、その標準値との差分から金物異物を検出することもできる。

（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態では、異物除去装置７０の構成について説明する。
図７に示す異物除去装置は、送電コイル３１の上面を覆う一枚のカバー部材８１と、送電コイル３１の側縁位置でカバー部材８１を枢支する枢支機構８２と、異物検出器５０から異物検出信号が入力すると、枢支されたカバー部材８１を所定角度回転する回転駆動装置８３とを備えている。
枢支機構８２は、送電コイル３１上面に平行な軸線を中心にカバー部材８１が回転できるように、カバー部材８１を枢支している。
カバー部材８１は、非磁性且つ非導電性で機械的強度が強い強化樹脂などの材料で形成されている。通常状態のカバー部材８１は、送電コイル３１の上面と平行する状態で送電コイル３１の上面を覆っている。
カバー部材８１の上の金物異物１００を検出した異物検出器５０から異物検出信号が入力すると、回転駆動装置８３は、カバー部材８１を、送電コイル３１上面に平行な軸線を中心に回転する。カバー部材８１の最大回転角度は約３０°に設定されている。
この回転でカバー部材８１が傾斜すると、金物異物１００は、重力の作用でカバー部材８１から滑り落ちる。
回転駆動装置８３は、金物異物１００が無くなったカバー部材８１を、送電コイル３１を覆う通常の状態に戻し、異物検出器５０に異物除去完了を伝える。

この異物除去装置は、傾斜したカバー部材８１の最高位置が比較的高くなる。それ故、送電コイル３１の上に車両が駐車していると、傾斜したカバー部材８１の先端が車両の底面に当接する虞がある。そのため、この異物除去装置は、車両が非接触給電位置に進入する前に異物検出が行われる第２の実施形態の移動体用非接触給電装置（図５）で使用する方が適している。

図８は、カバー部材を２枚の分割カバー部材８１１、８１２で構成し、枢支機構８２を分割カバー部材８１１、８１２のそれぞれに設けた異物除去装置を示している。
異物検出器５０から異物検出信号が入力すると、回転駆動装置８３は、２枚の分割カバー部材８１１、８１２の各々を送電コイル３１上面に平行な軸線を中心に回転する。
この装置では、カバー部材８１１、８１２が分割されているので、傾斜した分割カバー部材８１１、８１２の最高位置が高くならない。そのため、車両が非接触給電位置に進入して異物検出が行われる第１の実施形態の移動体用非接触給電装置（図１）でも使用することができる。
なお、ここでは、２枚の分割カバーを用いているが、カバー部材の分割数は、３以上でも良い。

図９は、エアコンプレッサー８４を備える異物除去装置を示している。エアコンプレッサー８４は、異物検出器５０から異物検出信号が入力すると、送電コイル３１と受電コイル３２との空隙に高速の空気を吹き付けて、送電コイル３１上の金物異物１００を吹き飛ばす。

図１０は、樹脂製のベルトコンベアー８５を利用した異物除去装置を示している。このベルトコンベアー８５は、その一面が送電コイル３１の上面を覆って巡回するように、駆動ローラ８６及び従動ローラ８７のローラ対で支持されている。ベルトコンベアー８５の上に載る金物異物を検出した異物検出器５０から異物検出信号が入力すると、駆動ローラ８６は、送電コイル３１の上面を覆うベルトコンベアー８５の面が一新されるまで回転してベルトコンベアー８５を巡回させる。この巡回で、ベルトコンベアー８５上の金物異物は、除去される。

図１１は、送電コイル３１の上面を拭う二本のワイパー部材８８を備えた異物除去装置を示している。各ワイパー部材８８の一端は、送電コイル３１が収容されたケース３１０の対角位置に配置された駆動軸８９に固定されており、図１１（ｂ）の断面図に示すように、この駆動軸８９を回転するモータ９０が、ケース３１０内の遮蔽板３１２（フェライトコア３１１に電線を巻回して構成した送電コイル３１の漏洩磁束が下方に回り込むのを防いでいる。）より下方の空間に配置されている。
送電コイル３１のケース３１０上の金物異物１００（図１１（ａ））を検出した異物検出器５０から異物検出信号が入力すると、モータ９０は、図１１（ｃ）に示すように、二本のワイパー部材８８を、それぞれ、９０°回転させる。二本のワイパー部材８８の回転で送電コイル３１上のケース３１０面は、余す所無く拭われ、送電コイル３１の上の金物異物１００は、除去される。

このように、異物除去装置７０は、異物検出器５０から異物検出信号が入力すると、種々の方式で金物異物１００を除去した後、異物除去が完了したことを異物検出器５０に伝える。
なお、ここでは、異物検出器５０の異物検出信号が異物除去装置７０に直接入力して異物除去装置７０が動作する場合について説明したが、異物検出器５０の異物検出信号に基づいて、表示器などに注意を促す情報が表示され、その情報に接した地上装置の管理者、あるいは、車両の運転者が異物除去装置７０を操作するような形態でも良い。
また、異物を検出した異物検出器５０の異物検出信号に基づいて、地上側装置に送電コイルへの電力供給を停止させ、異物検出警報（ランプ表示や警報音）を継続して表示するようにしても良い。

また、異物検出器５０が異物を検出して送電コイルへの電力供給を停止した場合に、一定時間が経過するごとに、送電コイルに異物検出用電力を供給して、異物検出器５０による異物検出動作を繰り返し、異物が検出されなかった時点で、送電コイルへの電力供給を給電用電力に切り換えるようにしても良い。こうすることで、異物が無くなったことを確認した上で移動体への非接触給電を行うことができる。
また、異物除去装置７０が異物を除去して異物除去の完了を異物検出器５０に伝えた場合に、異物検出器５０が異物検出動作を行い、異物が検出されないことを確認した上で送電コイルへの給電用電力の供給を行うようにしても良い。

以上のように、本発明の移動体用非接触給電装置は、送電コイル上に存在する金物異物を高精度に検出し、それを除去することができる。そのため、移動体に非接触給電を行う際の、金物異物による事故や給電動作の停滞を回避することができ、安全で安定した非接触給電を行うことができる。

本発明の移動体用非接触給電装置は、金物異物による事故を回避して、安全で安定した非接触給電を可能にするものであり、電気自動車やプラグインハイブリッド車、搬送車、移動ロボットなど、多くの移動体の非接触給電に広く利用することができる。

１ エンジン
２ モータ
３ インバータ
４ 二次電池
５ 商用電源
１０ 高力率整流器
２０ インバータ
３１ 送電コイル
３２ 受電コイル
３３ 一次側直列コンデンサ
３４ 二次側並列共振コンデンサ
４０ 整流器
５０ 異物検出器
５１ 対車両交信部
５２ 対地上装置交信部
５３ 異物検出動作制御部
５４ 送電コイル入力電力算出部
５５ 受電コイル出力電力算出部
５６ 異物判定部
５７ 記憶部
５８ 鉄損算出部
５９ 銅損算出部
７０ 異物除去装置
８１ カバー部材
８２ 枢支機構
８３ 回転駆動装置
８４ エアコンプレッサー
８５ ベルトコンベアー
８６ 駆動ローラ
８７ 従動ローラ
８８ ワイパー部材
８９ 駆動軸
９０ モータ
１００ 金物異物
３１０ ケース
３１１ フェライトコア
３１２ 遮蔽板
５７１ 鉄損パラメータ記憶領域
５７２ 銅損パラメータ記憶領域
８１１ 分割カバー部材
８１２ 分割カバー部材

Claims (17)

1. 送電コイルと、該送電コイルにギャップを介して対向する受電コイルとを備え、前記送電コイルが地上側に設置され、前記受電コイルが移動体側に設置され、前記送電コイルから前記受電コイルに電磁誘導により給電が行われる移動体用非接触給電装置であって、
   前記送電コイル上に金物異物が存在しない状態で前記送電コイルに異物検出用電力を供給して給電損失の標準値を求め、前記送電コイルに前記異物検出用電力を供給して求めた給電損失の測定値と前記標準値との差分に基づいて前記送電コイル上の金物異物の有無を検出し、前記金物異物を検出したとき、異物検出信号を出力する異物検出手段を備えることを特徴とする移動体用非接触給電装置。
2. 請求項１に記載の移動体用非接触給電装置であって、前記異物検出用電力が前記受電コイルに対向する前記送電コイルに供給され、前記異物検出手段が、前記送電コイルの入力電力Ｐ_IN0と、前記受電コイルの出力電力Ｐ_L0と、前記送電コイルの銅損Ｐ_c1と、前記受電コイルの銅損Ｐ_c2とを求め、（Ｐ_IN0−Ｐ_L0−Ｐ_c1−Ｐ_c2）の値の前記測定値と前記標準値との差分に基づいて前記金物異物の有無を検出することを特徴とする移動体用非接触給電装置。
3. 請求項２に記載の移動体用非接触給電装置であって、前記異物検出手段が、さらに、前記送電コイルの鉄損Ｐ_f1と、前記受電コイルの鉄損Ｐ_f2とを求め、（Ｐ_IN0−Ｐ_L0−Ｐ_c1−Ｐ_c2−Ｐ_f1−Ｐ_f2）の値の前記測定値と前記標準値との差分に基づいて前記金物異物の有無を検出することを特徴とする移動体用非接触給電装置。
4. 請求項１に記載の移動体用非接触給電装置であって、前記異物検出用電力が、定格給電電力の２０％以下であることを特徴とする移動体用非接触給電装置。
5. 請求項２または３に記載の移動体用非接触給電装置であって、前記送電コイルに前記異物検出用電力を供給するとき、前記受電コイルと、後続する整流器との接続が遮断されることを特徴とする移動体用非接触給電装置。
6. 請求項１に記載の移動体用非接触給電装置であって、前記異物検出用電力が前記受電コイルに対向していない前記送電コイルに供給され、前記異物検出手段は、前記送電コイルの入力電力Ｐ_IN0と、前記送電コイルの銅損Ｐ_c1とを求め、（Ｐ_IN0−Ｐ_c1）の値の前記測定値と前記標準値との差分に基づいて前記金物異物の有無を検出することを特徴とする移動体用非接触給電装置。
7. 請求項６に記載の移動体用非接触給電装置であって、前記異物検出手段が、さらに、前記送電コイルの鉄損Ｐ_f1を求め、（Ｐ_IN0−Ｐ_c1−Ｐ_f1）の値の前記測定値と前記標準値との差分に基づいて前記金物異物の有無を検出することを特徴とする移動体用非接触給電装置。
8. 請求項１に記載の移動体用非接触給電装置であって、前記異物検出用電力が前記受電コイルに対向していない前記送電コイルに供給され、前記異物検出手段は、前記送電コイルの入力電力Ｐ_IN0を求め、Ｐ_IN0の値の前記測定値と前記標準値との差分に基づいて前記金物異物の有無を検出することを特徴とする移動体用非接触給電装置。
9. 請求項１から請求項８のいずれかに記載の移動体用非接触給電装置であって、さらに、前記異物検出手段が金物異物を検出したことを受けて、前記送電コイルの上から前記金物異物を除去する異物除去手段を備えることを特徴とする移動体用非接触給電装置。
10. 請求項９に記載の移動体用非接触給電装置であって、前記異物除去手段が、前記送電コイルの上面を覆う非磁性且つ非導電性のカバー部材と、前記カバー部材を、前記送電コイルの側縁位置で前記送電コイルの上面に平行な軸線を中心に所定角度回転できるように枢支する枢支手段と、金物異物が検出されたことを受けて、前記カバー部材を、前記軸線を中心に所定角度回転する回転駆動手段と、を備えることを特徴とする移動体用非接触給電装置。
11. 請求項９に記載の移動体用非接触給電装置であって、前記カバー部材が、前記送電コイルの上面を分割して覆う複数の分割カバー部材から成り、前記枢支手段が前記分割カバー部材のそれぞれに設けられ、金物異物が検出されたことを受けて、前記回転駆動手段が、前記分割カバー部材の全てを回転することを特徴とする移動体用非接触給電装置。
12. 請求項９に記載の移動体用非接触給電装置であって、前記異物除去手段が、金物異物が検出されたことを受けて、前記送電コイルと前記受電コイルとの空隙に高速の空気を吹き付けるエアコンプレッサーを備えることを特徴とする移動体用非接触給電装置。
13. 請求項９に記載の移動体用非接触給電装置であって、前記異物除去手段が、樹脂製のベルトコンベアーと、該ベルトコンベアーを巡回可能に支持する駆動ローラ及び従動ローラのローラ対と、を備え、前記ローラ対は、巡回する前記ベルトコンベアーの一面が前記送電コイルの上面を覆うように該ベルトコンベアーを支持し、金物異物が検出されたことを受けて、前記駆動ローラが、前記ベルトコンベアーを巡回させて、前記送電コイルの上面を覆う前記ベルトコンベアーの面を更新することを特徴とする移動体用非接触給電装置。
14. 請求項９に記載の移動体用非接触給電装置であって、前記異物除去手段が、前記送電コイルの上面を拭うワイパー部材と、前記ワイパー部材を駆動するワイパー駆動手段とを備え、前記ワイパー駆動手段が、金物異物が検出されたことを受けて、前記ワイパー部材を駆動し、前記送電コイルの上面が前記ワイパー部材によって拭われることを特徴とする移動体用非接触給電装置。
15. 
    請求項１から請求項８のいずれかに記載の移動体用非接触給電装置であって、前記異物検出手段が出力した前記異物検出信号に基づいて、前記送信コイルへの前記異物検出用電力の供給が停止され、異物検出警報が表示されることを特徴とする移動体用非接触給電装置。
16. 請求項１５に記載の移動体用非接触給電装置であって、前記異物検出用電力の供給が停止された前記送信コイルに、予め設定された時間が経過するごとに前記異物検出用電力が供給されて、前記異物検出手段が前記送電コイル上の金物異物の検出を繰り返し、前記異物検出手段が金物異物を検出しなかったとき、前記送信コイルに給電用電力が供給されることを特徴とする移動体用非接触給電装置。
17. 請求項９から請求項１４のいずれかに記載の移動体用非接触給電装置であって、前記送電コイルの上面から金物異物を除去した前記異物除去手段が、前記異物検出手段にその旨を通知し、通知を受けた前記異物検出手段が、前記送電コイル上の金物異物を検出し、金物異物が検出されなかったとき、前記送信コイルに給電用電力が供給されることを特徴とする移動体用非接触給電装置。