JP2014113016A - Non-contact power supply device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、非接触給電装置に関する。 The present invention relates to a non-contact power feeding device.
従来より、一対のコイルの磁気的結合によって非接触で電力の供給を行う非接触給電装置が知られており、電気自動車といった電動車両への適用が進められている。例えば、給電スタンドなどの駐車スペースには交流電源に接続する一方のコイルが設置され、電動車両には、バッテリに接続する他方のコイルが設置されている。そして、駐車スペース側のコイルを一次コイル、電動車両側のコイルを二次コイルとして利用することにより、駐車スペース側の交流電源から車両側のバッテリへと、一方のコイル及び他方のコイルを経由して電力を供給することができる（例えば特許文献１参照）。 2. Description of the Related Art Conventionally, a non-contact power feeding device that supplies power in a non-contact manner by magnetic coupling of a pair of coils is known, and application to an electric vehicle such as an electric vehicle is being promoted. For example, one coil connected to an AC power source is installed in a parking space such as a power supply stand, and the other coil connected to a battery is installed in an electric vehicle. And by using the coil on the parking space side as the primary coil and the coil on the electric vehicle side as the secondary coil, the AC power source on the parking space side is transferred to the battery on the vehicle side via one coil and the other coil. Power can be supplied (see, for example, Patent Document 1).
ところで、このような非接触給電装置で使用される場合、コイルは筐体に収容した状態で目的箇所に配置されるが、屋外で使用されるものであるため、意図せずに、筐体の表面に鉄等の異物が存在してしまうことがある。このような状態で、電力の供給を行うと、コイルに発生する磁束によって当該異物が加熱されてしまうという事態が起こりえる。 By the way, when used in such a non-contact power feeding device, the coil is placed in a target location in a state of being housed in the housing, but since it is used outdoors, unintentionally, Foreign matter such as iron may be present on the surface. If power is supplied in such a state, the foreign matter may be heated by the magnetic flux generated in the coil.
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、非接触給電装置において、コイルを収容する筐体の表面に存在する異物を適切に検出することである。 This invention is made | formed in view of this situation, The objective is to detect appropriately the foreign material which exists on the surface of the housing | casing which accommodates a coil in a non-contact electric power feeder.
かかる課題を解決するために、本発明は、磁気的結合によって第１のコイルと第２のコイルとの間で非接触で電力の供給を行う非接触給電装置を提供する。この非接触給電装置は、コイルを収容する筐体の表面に存在する異物を検出する検出部を有している。ここで、検出部は、筐体の表面に離散的に配置された複数の熱電対で構成されており、熱電対のそれぞれは、コイルに発生した磁束に起因する自己昇温の幅が当該熱電対の検出特性から定まる検出誤差の範囲に収まるように、その大きさが設定されている。 In order to solve such a problem, the present invention provides a non-contact power feeding device that supplies power in a non-contact manner between a first coil and a second coil by magnetic coupling. This non-contact power feeding device has a detection unit that detects foreign matter present on the surface of a housing that houses a coil. Here, the detection unit is composed of a plurality of thermocouples arranged discretely on the surface of the housing, and each of the thermocouples has a self-temperature rise width due to the magnetic flux generated in the coil. The size is set so as to be within the detection error range determined from the paired detection characteristics.
本発明によれば、検出部を構成する各熱電対の大きさが適切に設定されているので、その熱電対の自己昇温が妨げとなることなく、異物の発熱を適切に検出することができる。これにより、筐体の表面に異物が存在する場合には、これを適切に検出することができる。 According to the present invention, since the size of each thermocouple constituting the detection unit is appropriately set, it is possible to appropriately detect the heat generation of the foreign matter without hindering the self-temperature increase of the thermocouple. it can. Thereby, when a foreign material exists in the surface of a housing | casing, this can be detected appropriately.
（第１の実施形態）
図１は、本実施形態に係る非接触給電システムの構成を模式的に示すブロック図である。非接触給電システムは、地上側ユニットである給電装置１００と、車両側ユニットを含む車両２００とを備え、給電装置１００から非接触で電力を供給し、車両２００に設けられるバッテリ２８を充電するシステムである。
(First embodiment)
FIG. 1 is a block diagram schematically showing the configuration of the non-contact power feeding system according to this embodiment. The non-contact power supply system includes a power supply device 100 that is a ground-side unit and a vehicle 200 that includes a vehicle-side unit, and supplies power from the power supply device 100 in a non-contact manner and charges a battery 28 provided in the vehicle 200. It is.
給電装置１００は、車両２００の駐車スペースを備える充電スタンドなどに設置されており、車両２００に対して電力を供給する。この給電装置１００は、電力制御部１１と、送電コイル１２と、無線通信部１４と、制御部１５とを主体に構成されている。 The power supply apparatus 100 is installed in a charging stand or the like provided with a parking space for the vehicle 200 and supplies power to the vehicle 200. The power supply apparatus 100 is mainly configured by a power control unit 11, a power transmission coil 12, a wireless communication unit 14, and a control unit 15.
電力制御部１１は、交流電源３００から送電される交流電力を、高周波の交流電力に変換し、送電コイル１２に送電するための回路である。この電力制御部１１は、整流部１１１と、ＰＦＣ（Ｐｏｗｅｒ Ｆａｃｔｏｒ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）回路１１２と、インバータ１１３と、センサ１１４とを備えている。 The power control unit 11 is a circuit for converting AC power transmitted from the AC power source 300 into high-frequency AC power and transmitting the power to the power transmission coil 12. The power control unit 11 includes a rectification unit 111, a PFC (Power Factor Correction) circuit 112, an inverter 113, and a sensor 114.
整流部１１１は、交流電源３００に電気的に接続され、交流電源からの出力交流電力を整流する。ＰＦＣ回路１１２は、整流部１１１からの出力波形を整形することで力率を改善するための回路であり、整流部１１１とインバータ１１３との間に接続されている。インバータ１１３は、平滑コンデンサやＩＧＢＴ等のスイッチング素子、ＰＷＭ制御回路等を含む電力変換装置であり、制御部１５からの制御信号に基づいて、直流電力を高周波の交流電力に変換し、送電コイル１２に供給する。センサ１１４は、ＰＦＣ回路１１２とインバータ１１３との間に接続され、電流や電圧を検出する。 The rectifying unit 111 is electrically connected to the AC power supply 300 and rectifies output AC power from the AC power supply. The PFC circuit 112 is a circuit for improving the power factor by shaping the output waveform from the rectifying unit 111, and is connected between the rectifying unit 111 and the inverter 113. The inverter 113 is a power conversion device including a switching element such as a smoothing capacitor and IGBT, a PWM control circuit, and the like. The inverter 113 converts DC power into high-frequency AC power based on a control signal from the control unit 15, and To supply. The sensor 114 is connected between the PFC circuit 112 and the inverter 113 and detects current and voltage.
送電コイル１２は、車両２００側の受電コイル２２に対して非接触で電力を供給するためのコイルであり、金属等の導電体からなる導線を巻回して構成されている。この送電コイル１２は、車両２００を駐車する駐車スペースといった目的箇所に設けられており、車両２００が駐車スペースの規定位置に駐車した場合、車両２００側の受電コイル２２の下方に対峙する。 The power transmission coil 12 is a coil for supplying power in a non-contact manner to the power reception coil 22 on the vehicle 200 side, and is configured by winding a conductive wire made of a conductor such as metal. The power transmission coil 12 is provided at a target location such as a parking space where the vehicle 200 is parked, and faces the lower side of the power receiving coil 22 on the vehicle 200 side when the vehicle 200 is parked at a specified position in the parking space.
無線通信部１４は、車両２００側に設けられた無線通信部２４と、双方向に通信を行う。無線通信部１４と無線通信部２４との間の通信周波数には、インテリジェンスキーなどの車両周辺機器で使用される周波数より高い周波数が設定されているため、無線通信部１４と無線通信部２４との間で通信を行っても、車両周辺機器は、当該通信による干渉を受けにくい。無線通信部１４及び無線通信部２４との間の通信には、例えば各種の無線ＬＡＮ方式が用いられ、遠距離に適した通信方式が用いられている。 The wireless communication unit 14 performs bidirectional communication with the wireless communication unit 24 provided on the vehicle 200 side. Since the communication frequency between the wireless communication unit 14 and the wireless communication unit 24 is set to a frequency higher than the frequency used in the vehicle peripheral device such as intelligence ski, the wireless communication unit 14 and the wireless communication unit 24 Even if it communicates between, vehicle peripheral devices are hard to receive the interference by the said communication. For communication between the wireless communication unit 14 and the wireless communication unit 24, for example, various wireless LAN methods are used, and communication methods suitable for long distances are used.
制御部１５は、給電装置１００を総括的に制御する機能を担っている。例えば、制御部１５は、電力制御部１１、送電コイル１２及び無線通信部１４を制御する。制御部１５は、無線通信部１４と無線通信部２４との間の通信により、電力供給を開始する旨の制御信号を車両２００側に送信したり、車両２００側からの電力を受給したい旨の制御信号を受信したりする。制御部１５は、センサ１１４の検出電流に基づいて、インバータ１１３のスイッチング制御を行い、送電コイル１２から供給される電力を制御する。この制御部１５としては、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏインターフェースを主体に構成されたマイクロコンピュータを用いることができる。 The control unit 15 has a function of comprehensively controlling the power supply apparatus 100. For example, the control unit 15 controls the power control unit 11, the power transmission coil 12, and the wireless communication unit 14. The control unit 15 transmits a control signal to start power supply to the vehicle 200 side or receives power from the vehicle 200 side through communication between the wireless communication unit 14 and the wireless communication unit 24. Receive control signals. The control unit 15 performs switching control of the inverter 113 based on the detection current of the sensor 114 and controls electric power supplied from the power transmission coil 12. As the control unit 15, a microcomputer mainly composed of a CPU, a ROM, a RAM, and an I / O interface can be used.
また、本実施形態との関係において、制御部１５は、これを機能的に捉えた場合、異物
検出部１５０を備えている。異物検出部１５０は、後述する異物センサ１６からの検出信号に基づいて、送電コイル１２と受電コイル２２との間に存在する異物の検出を行う。なお、異物センサ１６の詳細については後述する。
Moreover, in the relationship with this embodiment, the control part 15 is provided with the foreign material detection part 150, when this is caught functionally. The foreign object detection unit 150 detects a foreign object existing between the power transmission coil 12 and the power reception coil 22 based on a detection signal from the foreign object sensor 16 described later. Details of the foreign matter sensor 16 will be described later.
車両２００は、受電コイル２２と、無線通信部２４と、充電制御部２５と、整流部２６と、リレー部２７と、バッテリ２８と、インバータ２９と、モータ３０と、通知部３２とを備えている。 The vehicle 200 includes a power receiving coil 22, a wireless communication unit 24, a charging control unit 25, a rectifying unit 26, a relay unit 27, a battery 28, an inverter 29, a motor 30, and a notification unit 32. Yes.
受電コイル２２は、給電装置１００側の送電コイル１２から非接触で電力を受けるためのコイルであり、金属等の導電体からなる導線を巻回して構成されている。この受電コイル２２は、例えば、車両２００の底面（シャシ）等で後方の車輪の間といった目的箇所に設けられており、車両２００が駐車スペースの規定位置に駐車されると、給電装置１００側の送電コイル１２の上方に対峙する。 The power receiving coil 22 is a coil for receiving electric power in a non-contact manner from the power transmitting coil 12 on the power supply apparatus 100 side, and is configured by winding a conductive wire made of a conductor such as metal. The power receiving coil 22 is provided at a target location, for example, between the rear wheels on the bottom surface (chassis) or the like of the vehicle 200, and when the vehicle 200 is parked at a specified position in the parking space, It faces the upper side of the power transmission coil 12.
無線通信部２４は、給電装置１００側に設けられた無線通信部１４と、双方向に通信を行う。 The wireless communication unit 24 performs bidirectional communication with the wireless communication unit 14 provided on the power supply apparatus 100 side.
整流部２６は、受電コイル２２に接続され、受電コイル２２で受電された交流電力を直流に整流する整流回路により構成されている。 The rectifying unit 26 is connected to the power receiving coil 22 and is configured by a rectifying circuit that rectifies AC power received by the power receiving coil 22 into direct current.
リレー部２７は、充電制御部２５の制御によりオン及びオフが切り変わるリレースイッチを備えている。リレー部２７は、当該リレースイッチをオフにすることで、バッテリ２８を含む強電系と、充電の回路部となる受電コイル２２及び整流部２６の弱電系とを切り離すことできる。 The relay unit 27 includes a relay switch that is turned on and off under the control of the charging control unit 25. The relay unit 27 can disconnect the high-power system including the battery 28 from the low-power system of the power receiving coil 22 and the rectifying unit 26 serving as a charging circuit unit by turning off the relay switch.
バッテリ２８は、車両２００の電力源であり、例えば複数の二次電池を電気的に接続して構成されている。 The battery 28 is a power source of the vehicle 200 and is configured by electrically connecting a plurality of secondary batteries, for example.
インバータ２９は、ＩＧＢＴ等のスイッチング素子、ＰＷＭ制御回路等を含む電力変換装置であり、制御信号に基づいて、バッテリ２８から出力される直流電力を交流電力に変換し、当該交流電力をモータ３０に供給する。モータ３０は、例えば三相の交流電動機により構成され、車両２００を駆動させるための駆動源である。 The inverter 29 is a power conversion device that includes a switching element such as an IGBT, a PWM control circuit, and the like. The inverter 29 converts the DC power output from the battery 28 into AC power based on the control signal, and converts the AC power to the motor 30. Supply. The motor 30 is composed of, for example, a three-phase AC motor, and is a drive source for driving the vehicle 200.
通知部３２は、警告ランプ、ナビゲーションシステムのディスプレイ又はスピーカ等により構成され、車室内のインストルメントパネル等に配置されている。この通知部３２は、充電制御部２５による制御に基づいて、ユーザに対して光、画像又は音等を出力する。 The notification unit 32 includes a warning lamp, a display of a navigation system, a speaker, and the like, and is arranged on an instrument panel or the like in the vehicle interior. The notification unit 32 outputs light, an image, sound, or the like to the user based on the control by the charging control unit 25.
充電制御部２５は、バッテリ２８の充電を制御する機能を担っている。例えば、充電制御部２５は、無線通信部２４及び通知部３２を制御する。充電制御部２５は、無線通信部２４及び無線通信部１４の通信により、電力供給を開始する旨の制御信号を給電装置１００側から受信したり、電力を受給したい旨の制御信号を車両２００側に送信したりする。 The charging control unit 25 has a function of controlling charging of the battery 28. For example, the charging control unit 25 controls the wireless communication unit 24 and the notification unit 32. The charging control unit 25 receives a control signal for starting power supply from the power supply apparatus 100 side through communication of the wireless communication unit 24 and the wireless communication unit 14, or receives a control signal for receiving power from the vehicle 200 side. Or send to.
また、図示を省略しているが、充電制御部２５は、車両２００全体を制御するコントローラとＣＡＮ通信網で接続されている。当該コントローラは、インバータ２９のスイッチング制御や、バッテリ２８の充電状態（ＳＯＣ）を管理している。充電制御部２５は、コントローラから得られるバッテリ２８のＳＯＣに基づいて満充電を判断した場合に、充電を終了する旨の制御信号を給電装置１００側に送信する。 Although not shown, the charging control unit 25 is connected to a controller that controls the entire vehicle 200 via a CAN communication network. The controller manages the switching control of the inverter 29 and the state of charge (SOC) of the battery 28. When the charging control unit 25 determines full charging based on the SOC of the battery 28 obtained from the controller, the charging control unit 25 transmits a control signal to the power supply apparatus 100 to end charging.
本実施形態に係る非接触給電システムでは、送電コイル１２と受電コイル２２との間で、電磁誘導作用により非接触状態で高周波電力の送電を行う。言い換えると、送電コイル
１２に電圧が加わると、送電コイル１２と受電コイル２２との間に磁気的な結合が生じ、送電コイル１２から受電コイル２２へ電力が供給される。
In the non-contact power feeding system according to the present embodiment, high-frequency power is transmitted between the power transmission coil 12 and the power receiving coil 22 in a non-contact state by electromagnetic induction. In other words, when a voltage is applied to the power transmission coil 12, magnetic coupling occurs between the power transmission coil 12 and the power reception coil 22, and power is supplied from the power transmission coil 12 to the power reception coil 22.
このような非接触給電システムにおいて、給電装置１００側の送電コイル１２又は車両２００側の受電コイル２２は、目的箇所へ設置される際には、コイルの保護や保安上の観点から、筐体の内部に収容されている。 In such a non-contact power supply system, when the power transmission coil 12 on the power supply device 100 side or the power reception coil 22 on the vehicle 200 side is installed at a target location, from the viewpoint of coil protection and security, Housed inside.
図２は、駐車スペースに設置された送電コイル１２及び異物センサ１６の構成を模式的に示す上面図である。給電装置１００側の送電コイル１２は、筐体１２０の内部に収容された状態で駐車スペースに固定的に配置されている。送電コイル１２は、筐体１２０の表面、具体的にはその上面１２１（ｘｙ平面）と平行する面内において渦巻き状に巻回された構造を有しており、給電時には、筐体１２０の上面１２１に相手方のコイルである受電コイル２２が向き合うことになる。そのことから、駐車スペースに設置される筐体１２０の上面１２１には、当該上面１２１に存在する異物を検出する異物センサ１６が配置されている。 FIG. 2 is a top view schematically showing the configuration of the power transmission coil 12 and the foreign matter sensor 16 installed in the parking space. The power transmission coil 12 on the power feeding apparatus 100 side is fixedly arranged in the parking space in a state of being housed in the housing 120. The power transmission coil 12 has a structure wound in a spiral shape on the surface of the casing 120, specifically, in a plane parallel to the upper surface 121 (xy plane) thereof. The power receiving coil 22 which is a coil of the other party faces 121. For this reason, the foreign matter sensor 16 that detects foreign matter existing on the upper surface 121 is disposed on the upper surface 121 of the housing 120 installed in the parking space.
異物センサ１６は、複数の熱電対１６０で構成されている。個々の熱電対１６０は、温度の変化に応じて電気的な特性が変化する検出素子であり、筐体１２０の上面１２１に均等に分布するように離散的に配置されている。筐体１２０の上面１２１に異物が存在する場合には、送電コイル１２に発生する磁束に応じて当該異物が加熱され昇温することになるので、熱電対１６０は、当該異物の発熱を検出することにより、筐体１２０の上面１２１における異物を検出するものである。 The foreign matter sensor 16 is composed of a plurality of thermocouples 160. The individual thermocouples 160 are detection elements whose electrical characteristics change according to changes in temperature, and are discretely arranged so as to be evenly distributed on the upper surface 121 of the housing 120. When a foreign object is present on the upper surface 121 of the housing 120, the foreign object is heated and heated in accordance with the magnetic flux generated in the power transmission coil 12, so the thermocouple 160 detects the heat generation of the foreign object. Thus, foreign matter on the upper surface 121 of the housing 120 is detected.
ところで、送電コイル１２に発生する磁束を受けて、熱電対１６０それ自体も昇温することとなるので、本実施形態では、熱電対１６０は、送電コイル１２に発生した磁束に起因する自己昇温を極力さけるような配慮がなされている。 By the way, since the thermocouple 160 itself is heated by receiving the magnetic flux generated in the power transmission coil 12, in this embodiment, the thermocouple 160 is self-heating due to the magnetic flux generated in the power transmission coil 12. Consideration is made to avoid as much as possible.
具体的には、熱電対１６０として、薄膜熱電対を用いることとしている。ここで、図３は、薄膜熱電対としての熱電対１６０の構成を模式的に示す説明図である。薄膜熱電対１６０は、細い線状の異なる金属の薄膜からなる、一対の導電性薄膜１６１ａ，１６１ｂによって構成されている。この一対の導電性薄膜１６１ａ，１６１ｂは、先端領域が互いに交差するように配線されており、当該先端領域が温度検出部Ｔａとしての機能を担っている。そして、この温度検出部Ｔａの大きさは、送電コイル１２に発生した磁束に起因する自己昇温の幅が薄膜熱電対１６１の検出特性から定まる検出誤差の範囲に収まるように、設定されている。 Specifically, a thin film thermocouple is used as the thermocouple 160. Here, FIG. 3 is an explanatory view schematically showing a configuration of a thermocouple 160 as a thin film thermocouple. The thin film thermocouple 160 is composed of a pair of conductive thin films 161a and 161b made of thin thin metal thin films. The pair of conductive thin films 161a and 161b are wired so that the tip regions intersect each other, and the tip regions serve as the temperature detection unit Ta. The size of the temperature detection unit Ta is set so that the width of self-temperature rise caused by the magnetic flux generated in the power transmission coil 12 is within the detection error range determined from the detection characteristics of the thin film thermocouple 161. .
具体的には、熱電対（薄膜熱電対）１６０のそれぞれは、自己昇温を規定する加熱エネルギーと、熱電対１６０の大きさとの間に以下に示す数式で現される関係が成立する。
同数式において、Ｐｗは単位面積あたりの加熱エネルギーであり、Ｌ，Ｄは熱電対（薄膜熱電対）１６０の大きさ（磁束方向の投影面積を規定する縦（Ｌ）横（Ｄ）寸法）、μは透磁率、σは導電率、Ｂは磁束密度の最大値、δは表皮深さである。 In the equation, Pw is the heating energy per unit area, L and D are the size of the thermocouple (thin film thermocouple) 160 (vertical (L) horizontal (D) dimension defining the projected area in the magnetic flux direction), μ is the magnetic permeability, σ is the conductivity, B is the maximum value of the magnetic flux density, and δ is the skin depth.
例えば、熱電対（薄膜熱電対）１６０が、通常０．２℃程度の検出誤差を含むものであるとする。この場合、送電コイル１２に発生した磁束に伴う昇温の幅は、上記の加熱エネルギーＰｗにより特定される。そして、送電コイル１２の出力特性（例えば、最大磁束密
度：２．３ｍＴ）、熱電対１６０の材質（透磁率等）を考慮すれば、自己昇温が０．２℃の範囲に収まるような温度検出部Ｔａの大きさは、１ｍｍ四方として設定されるといった如くである。
For example, it is assumed that the thermocouple (thin film thermocouple) 160 normally includes a detection error of about 0.2 ° C. In this case, the range of the temperature rise accompanying the magnetic flux generated in the power transmission coil 12 is specified by the heating energy Pw. Then, considering the output characteristics of the power transmission coil 12 (for example, maximum magnetic flux density: 2.3 mT) and the material of the thermocouple 160 (such as permeability), the temperature at which the self-temperature rise falls within the range of 0.2 ° C. The size of the detection unit Ta is set as 1 mm square.
そして、非接触給電システムにおいて、制御部１５における異物検出部１５０は、車両２００のバッテリ２８の充電に伴う給電装置１００から車両２００への給電時その給電動作に先駆けてあるいは定期的に、異物検出を行う。具体的には、異物検出部１５０は、検出動作に併せて、送電コイル１２を試験的に動作させ、異物を検出するために送電コイル１２に磁束を発生させる。そして、異物検出部１５０は、熱電対１６０の出力信号に基づいて、熱電対１６０が規定温度以上上昇したことを判断した場合には、異物が存在していると判断する。異物検出部１５０は、異物の存在を判断した場合には、充電の開始を禁止したり、送電コイル１２からの出力を制限したり、無線通信部１４と無線通信部２４との間で通信を行い、車両２００の通知部３２を動作させたりする。 In the non-contact power supply system, the foreign object detection unit 150 in the control unit 15 detects foreign objects prior to or periodically at the time of power supply from the power supply apparatus 100 to the vehicle 200 when the battery 28 of the vehicle 200 is charged. I do. Specifically, the foreign object detection unit 150 operates the power transmission coil 12 on a trial basis in conjunction with the detection operation, and generates a magnetic flux in the power transmission coil 12 in order to detect the foreign object. When the foreign matter detection unit 150 determines that the thermocouple 160 has risen above the specified temperature based on the output signal of the thermocouple 160, the foreign matter detection unit 150 determines that a foreign matter is present. When the foreign object detection unit 150 determines the presence of a foreign object, the foreign object detection unit 150 prohibits the start of charging, restricts the output from the power transmission coil 12, and communicates between the wireless communication unit 14 and the wireless communication unit 24. The notification unit 32 of the vehicle 200 is operated.
このように本実施形態において、磁気的結合によって送電コイル１２と受電コイル２２との間で非接触で電力の供給を行う非接触給電システムは、筐体の表面に存在する異物を検出する異物センサ１６（検出部）を有している。ここで、異物センサ１６は、筐体１２０の上面１２１に離散的に配置された複数の熱電対１６０で構成されており、熱電対１６１のそれぞれは、送電コイル１２に発生した磁束に起因する自己昇温の幅が当該熱電対１６０の検出特性から定まる検出誤差の範囲に収まるように、その大きさが設定されている。 As described above, in the present embodiment, the non-contact power feeding system that performs non-contact power supply between the power transmission coil 12 and the power receiving coil 22 by magnetic coupling is a foreign matter sensor that detects foreign matter existing on the surface of the housing. 16 (detection unit). Here, the foreign matter sensor 16 is composed of a plurality of thermocouples 160 that are discretely arranged on the upper surface 121 of the housing 120, and each of the thermocouples 161 is self-caused due to the magnetic flux generated in the power transmission coil 12. The magnitude of the temperature rise is set so that it falls within the detection error range determined from the detection characteristics of the thermocouple 160.
かかる構成によれば、異物センサ１６を構成する各熱電対１６０の大きさが適切に設定されているので、熱電対１６０の自己昇温が妨げとなることなく、異物の発熱を適切に検出することができる。これにより、筐体１２０の上面１２１に異物が存在する場合には、これを適切に検出することができる。 According to such a configuration, since the size of each thermocouple 160 constituting the foreign matter sensor 16 is appropriately set, the heat generation of the foreign matter is appropriately detected without hindering the self-temperature increase of the thermocouple 160. be able to. Thereby, when the foreign material exists in the upper surface 121 of the housing | casing 120, this can be detected appropriately.
また、個々の熱電対１６０の大きさを上記の数式の関係を満たすように設計することで、磁束に起因する自己昇温の幅が熱電対１６０の検出誤差の範囲に収まるように、適切に熱電対１６０の大きさを設定することができる。これにより、自己昇温が妨げとなることなく、異物の発熱を適切に検出することができる。 In addition, by designing the size of each thermocouple 160 so as to satisfy the relationship of the above formula, the width of the self-temperature rise caused by the magnetic flux is appropriately adjusted so as to be within the detection error range of the thermocouple 160. The size of the thermocouple 160 can be set. Thereby, the heat generation of the foreign matter can be appropriately detected without hindering self-temperature rise.
また、個々の熱電対１６０を薄膜熱電対で実現することにより、磁束に起因する自己昇温の幅を熱電対１６０の検出誤差の範囲に収める範囲で、熱電対１６０を構成することができる。これにより、自己昇温が妨げとなることなく、異物の発熱を適切に検出することができる。 Further, by realizing each thermocouple 160 with a thin film thermocouple, the thermocouple 160 can be configured within a range in which the range of self-temperature rise caused by the magnetic flux falls within the detection error range of the thermocouple 160. Thereby, the heat generation of the foreign matter can be appropriately detected without hindering self-temperature rise.
（第２の実施形態）
図４は、第２の実施形態に係る異物センサ１６による構成態様を模式的に示す説明図である。第２の実施形態に係る異物センサ１６が、第１の実施形態のそれと相違する点は、筐体１２０の表面に対する熱電対１６０の配置形態である。以下、第１の実施形態と共通する構成については説明を省略することとし、相違点を中心に説明を行う。なお、同図（ｂ）は、同図（ａ）に示す（Ａ）領域のみを拡大して示すものであるが、残余の（Ｂ）〜（Ｄ）領域も（Ａ）領域と対応する形態に各熱電対１６０が構成されている。
(Second Embodiment)
FIG. 4 is an explanatory diagram schematically showing a configuration aspect of the foreign matter sensor 16 according to the second embodiment. The foreign matter sensor 16 according to the second embodiment is different from that of the first embodiment in the arrangement form of the thermocouple 160 with respect to the surface of the housing 120. Hereinafter, description of the configuration common to the first embodiment will be omitted, and description will be made focusing on differences. FIG. 2B shows only the (A) region shown in FIG. 1A in an enlarged manner, but the remaining (B) to (D) regions also correspond to the (A) region. Each thermocouple 160 is configured.
本実施形態において、熱電対１６０のそれぞれは、送電コイル１２に発生する磁束のうち半径方向に着目した磁束密度に基づいて、筐体１２０の上面１２１における分布が設定されている。 In the present embodiment, each thermocouple 160 has a distribution set on the upper surface 121 of the housing 120 based on the magnetic flux density focused on the radial direction among the magnetic fluxes generated in the power transmission coil 12.
図５は、コイル中心から半径方向外側に向かった距離と磁束密度との関係を示す説明図
である。同図において、Ｃｉｎは、コイルの最内周に相当する距離Ｌを示し、Ｃｏｕｔは、コイルの最外周に相当する距離Ｌを示している。同図に示すように、コイルの面上ほど磁束密度が大きく、また、コイルの面上では、コイルの内周側から外周側にかけて、増加し極大を経て減少するという上に凸となる傾向を有している。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing the relationship between the distance from the coil center to the outside in the radial direction and the magnetic flux density. In the drawing, Cin represents a distance L corresponding to the innermost circumference of the coil, and Cout represents a distance L corresponding to the outermost circumference of the coil. As shown in the figure, the magnetic flux density is larger on the surface of the coil, and on the surface of the coil, it increases from the inner peripheral side to the outer peripheral side of the coil and decreases through a maximum. Have.
本実施形態では、異物の発熱が大きいと想定される位置に応じて異物の検出能力（分解能）を高く設定するとの観点から、熱電対１６０の配置は、送電コイル１２に発生する磁束の磁束密度に基づいて設定されている。具体的には、送電コイル１２に発生する磁束の磁束密度が大きい位置では、熱電対１６０の分布が密となるように設定され、また、送電コイル１２に発生する磁束の磁束密度が小さい位置では、熱電対１６０の分布が疎となるように設定されている。これにより、送電コイル１２の面上では、送電コイル１２の内周側から外周側にかけて、その分布が疎、密、疎となるように、個々の熱電対１６０が配置されている。ここで、内周側の磁束密度は、外周側の磁束密度よりも小さいため、内周側に配置される熱電対１６０の分布の方が、外周側に配置される熱電対の分布よりも相対的に疎となるように設定されている。 In the present embodiment, from the viewpoint of setting the foreign matter detection capability (resolution) high according to the position where the heat generation of the foreign matter is assumed to be large, the arrangement of the thermocouple 160 is the magnetic flux density of the magnetic flux generated in the power transmission coil 12. It is set based on. Specifically, at a position where the magnetic flux density of the magnetic flux generated in the power transmission coil 12 is large, the thermocouple 160 is set to be densely distributed, and at a position where the magnetic flux density of the magnetic flux generated in the power transmission coil 12 is small. The distribution of the thermocouple 160 is set so as to be sparse. Thereby, on the surface of the power transmission coil 12, each thermocouple 160 is arrange | positioned so that the distribution may become sparse, dense, and sparse from the inner peripheral side of the power transmission coil 12 to an outer peripheral side. Here, since the magnetic flux density on the inner peripheral side is smaller than the magnetic flux density on the outer peripheral side, the distribution of the thermocouples 160 arranged on the inner peripheral side is relative to the distribution of the thermocouples arranged on the outer peripheral side. Is set to be sparse.
このように本実施形態によれば、熱電対１６０のそれぞれは、送電コイル１２に発生する磁束のうち半径方向に着目した磁束密度に基づいて、その分布が設定されている。これにより、磁束密度の高い領域では、磁束密度の低い領域と比較して、そこに存在する異物が高い温度にまで昇温することが懸念されるので、そのような異物を応答性よく検出することができる。 Thus, according to the present embodiment, the distribution of each of the thermocouples 160 is set based on the magnetic flux density focused on the radial direction among the magnetic fluxes generated in the power transmission coil 12. As a result, in a region where the magnetic flux density is high, compared with a region where the magnetic flux density is low, there is a concern that the foreign matter existing there rises to a high temperature, so such foreign matter is detected with high responsiveness. be able to.
なお、熱電対１６０のそれぞれは、図６に示すように、送電コイル１２の中心から放射状に配置することもできる。このように配置することでも、異物を応答性よく検出することができる。また、かかる構成によれば、複数の熱電対１６０を直線状に配列した複数のパターンを放射状に配設することで、筐体１２０の上面１２１の全面を覆うことができるので、異物センサ１６の設置時における生産性及び作業性の向上を図ることができる。 Each of the thermocouples 160 can also be arranged radially from the center of the power transmission coil 12 as shown in FIG. By arranging in this way, the foreign matter can be detected with high responsiveness. In addition, according to such a configuration, the entire surface of the upper surface 121 of the housing 120 can be covered by arranging a plurality of patterns in which a plurality of thermocouples 160 are linearly arranged in a radial pattern. Productivity and workability at the time of installation can be improved.
なお、上述の各実施形態では、地上側に配置される送電コイル１２を収容する筐体１２０に異物センサ１６を適用している。例えば、受電コイル２２が車両２００の天井に配置され、これに対峙するように送電コイル１２が配置されるような形態であれば、受電コイル２２を収容する筐体に異物センサ１６を適用してもよい。もっとも、異物を検出する点に観点に鑑みれば、異物センサ１６は、互いに対峙する一対のコイルについて、個々のコイルを収容する筐体のそれぞれに適用してもよい。 In each of the above-described embodiments, the foreign matter sensor 16 is applied to the housing 120 that houses the power transmission coil 12 disposed on the ground side. For example, if the power receiving coil 22 is disposed on the ceiling of the vehicle 200 and the power transmitting coil 12 is disposed so as to face the power receiving coil 22, the foreign object sensor 16 is applied to the housing that houses the power receiving coil 22. Also good. However, from the viewpoint of detecting foreign matter, the foreign matter sensor 16 may be applied to each of the housings that accommodate individual coils, with respect to the pair of coils facing each other.
また、非接触給電システムの車両２００側のユニットは電気自動車に搭載されるが、ハイブリッド車両等の車両でもよい。 The unit on the vehicle 200 side of the non-contact power feeding system is mounted on an electric vehicle, but may be a vehicle such as a hybrid vehicle.
以上、本発明の非接触充電装置を適用した非接触充電システムについて説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、その発明の範囲内において種々の変形が可能であることはいうまでもない。 The contactless charging system to which the contactless charging apparatus of the present invention is applied has been described above, but the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made within the scope of the invention. Needless to say.
１００ 給電装置
１１ 電力制御部
１２ 送電コイル
１２０ 筐体
１２１ 上面
１４ 無線通信部
１５ 制御部
１６ 異物センサ
１６０ 熱電対
１６１ａ 導電性薄膜
１６１ｂ 導電性薄膜
２００ 車両
２２ 受電コイル
２４ 無線通信部
２５ 充電制御部
２６ 整流部
２７ リレー部
２８ バッテリ
２９ インバータ
３０ モータ
３２ 通知部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Electric power feeder 11 Power control part 12 Power transmission coil 120 Case 121 Upper surface 14 Wireless communication part 15 Control part 16 Foreign substance sensor 160 Thermocouple 161a Conductive thin film 161b Conductive thin film 200 Vehicle 22 Power receiving coil 24 Wireless communication part 25 Charge control part 26 Rectification unit 27 Relay unit 28 Battery 29 Inverter 30 Motor 32 Notification unit
Claims (6)
前記第１のコイル又は第２のコイルを内部に収容して、所定の設置箇所に配置される筐体と、
前記筐体の表面に存在する異物を検出する検出部と、を有し、
前記検出部は、前記筐体の表面に離散的に配置された複数の熱電対で構成されており、
前記熱電対のそれぞれは、前記コイルに発生した磁束に起因する自己昇温の幅が当該熱電対の検出特性から定まる検出誤差の範囲に収まるように、大きさが設定されていることを特徴とする非接触給電装置。 In a non-contact power feeding device that performs non-contact power supply between the first coil and the second coil by magnetic coupling,
A housing that houses the first coil or the second coil and is disposed at a predetermined installation location;
A detection unit for detecting foreign matter present on the surface of the housing,
The detection unit is composed of a plurality of thermocouples arranged discretely on the surface of the housing,
Each of the thermocouples is sized so that the width of self-heating caused by the magnetic flux generated in the coil falls within a detection error range determined from the detection characteristics of the thermocouple. A non-contact power feeding device.
（同数式において、Ｐｗは単位面積あたりの加熱エネルギーであり、Ｌ，Ｄは熱電対の大きさ（磁束方向の投影面積を規定する縦（Ｌ）横（Ｄ）寸法）、μは透磁率、σは導電率、Ｂは磁束密度の最大値、δは表皮深さである。） Each of the thermocouples has a relationship expressed by the following mathematical formula between the heating energy defining self-temperature rise and the size of the thermocouple. Contact power supply device.
(In the equation, Pw is the heating energy per unit area, L and D are the sizes of the thermocouples (longitudinal (L) transverse (D) dimensions defining the projected area in the magnetic flux direction), μ is the magnetic permeability, (sigma is electrical conductivity, B is the maximum value of magnetic flux density, and (delta) is skin depth.)
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