JP2015122815A - 非接触電力伝送装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電力伝送開始前に給電装置と受電装置との間に存在する異物を除去し得る非接触電力伝送装置を提供する。
【解決手段】給電装置１１は、磁束を発生する一次コイル１６と、一次コイル１６を覆うコイルケース２２と、コイルケース２２を受電装置１２へと近づけるよう上昇させるケース上下動部２４とを有し、ケース上下動部２４はコイルケース２２上に乗った異物２７の除去動作を行うことにより、異物２７の除去のため新たな装置を設けることなく、一次コイル１６と二次コイル１８との間の異物２７を除去でき、一次コイル１６と二次コイル１８を近づけて安全に高効率で電力供給を行うことができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、例えば、電気自動車やプラグインハイブリッド車のような電気推進車両等の充電に用いられる非接触電力伝送装置に関する。

図５は、従来の非接触電力伝送システム１の構成を示す模式図である。図５において、地上には送電のための電源に接続された給電装置２が配置され、電気推進車両には受電装置３が搭載されている。給電装置２の内部には給電のための一次コイル４が設けられており、受電装置３には受電のための二次コイル５が設けられている。給電装置２には可動手段６が設けられており、一次コイル４を給電前の「第１の配置」から給電時の「第２の配置」へ移動させる。給電時には、給電装置２の一次コイル４に交流電流を供給することにより磁束が形成されると、受電装置３の二次コイル５に誘導起電力が生じ、これにより、一次コイル４から二次コイル５へと電力が非接触で伝達される。

受電装置３は、例えば車載バッテリー（図示せず）に接続され、上述したように給電装置２から伝達された電力が車載バッテリーに充電される。この車載バッテリーに蓄積された電力により車載のモータ（図示せず）が駆動される。なお、給電装置２と受電装置３との間では、非接触給電を行っている間、例えば無線通信装置（図示せず）により必要な情報交換が行われる。

特開２０１０−１８３８０４号公報

給電装置２は、車庫内等に設置されるが、給電装置２上に異物が載っていることに気づかず、給電装置２上に車両を停車することが想定される。給電装置２は、電力伝送効率を向上するために可動手段６によって受電装置３に近づけられるが、異物が載った状態では異物が給電装置２と受電装置３に挟まれ、給電装置２を受電装置３に近づけることができず、給電装置２及び受電装置３が破損する虞がある。

また、特に、異物として金属物が給電装置２上に存在した状態で、電力伝送を行った場合、金属物が過熱される。また、特に、一次コイル４と二次コイル５の間に、磁束が鎖交可能なループ状の導電体であるような異物が挿入されると、導電体両端に起電力が発生してしまう。侵入した異物が過剰に昇温すると、給電装置２や受電装置３に故障などの被害をもたらす可能性がある。以上のことから、電力伝送を行う際には一次コイル４と二次コイル５との間に異物が存在しないことが求められる。

本発明は、上記問題を解決するもので、電力伝送の開始前に一次コイルと二次コイルとの間に入った異物を除去することができる給電装置の提供を目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の一態様によれば、受電装置と、受電装置に非接触で電力を供給する給電装置とを備える非接触電力伝送装置であって、給電装置は、磁束を発生する一次コイルと、一次コイルを覆うコイルケースと、コイルケースを受電装置へと近づけるよう上昇させるケース上下動部とを有し、ケース上下動部は、コイルケース上に乗
った異物の除去動作を行う構成としたものである。

本発明によれば、ケース上下動部は、コイルケース上に乗った異物の除去動作を行うため、異物の除去のため新たな装置を設けることなく、一次コイルと二次コイルとの間の異物を除去でき、一次コイルと二次コイルを近づけ安全に高効率で電力供給を行うことができる。

本発明に係る非接触充電装置のブロック図 電力供給時の非接触電力伝送装置の外観図 異物除去動作中のコイルケース詳細図 ケース上下動部の動作と伝送電力制御を示すフローチャート 従来の非接触電力伝送システムの構成を示す模式図

第１の発明は、受電装置と、前記受電装置に非接触で電力を供給する給電装置とを備える非接触電力伝送装置であって、前記給電装置は、磁束を発生する一次コイルと、前記一次コイルを覆うコイルケースと、前記コイルケースを受電装置へと近づけるよう上昇させるケース上下動部とを有し、ケース上下動部は、前記コイルケース上に乗った異物の除去動作を行う構成としたものである。

ケース上下動部は、コイルケース上の異物の除去動作を行うため、異物除去のための装置を設けることなく、一次コイルと二次コイルとの間の異物を除去できると共に、一次コイルと二次コイルを近接させることにより電力供給中の異物の侵入も防ぐことができる。また、一次コイルと二次コイルを近接させることにより、安全に高効率で電力供給を行うことができる。

第２の発明は、第１の発明において、ケース上下動部は、コイルケースを支持して独立して伸縮動作する複数の支持アームによって構成され、支持アームの伸長速度を異ならせることによりコイルケースを傾斜させて異物の除去動作を行う構成としたものである。

第３の発明は、第２の発明において、コイルケースの重心を中央部から偏心させることにより、支持アームの伸長速度を異ならせるものである。

第４の発明は、第３の発明において、一次コイルをコイルケースの側方に位置させることによりコイルケースの重心を偏心させるものである。

第５の発明は、第２の発明において、支持アームはコイルケースが傾斜した状態でコイルケースに振動を与えるよう動作する構成としたものであり、より確実にコイルケース上の異物を除去することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明に係る非接触充電装置のブロック図である。図１に示されるように、非接触電力伝送装置１０は、例えば駐車スペースに設置される給電装置１１と、例えば電気推進車両に搭載される受電装置１２とで構成される。

給電装置１１は、商用電源１３に接続される電源部１４と、インバータ部１５と、一次コイル１６と、給電装置側制御部（例えば、マイコン）１７とを備える。一方、受電装置１２は、二次コイル１８と、整流部１９と、負荷（バッテリー）２０と、受電側制御部（例えば、マイコン）２１とを備えている。

給電装置１１において、商用電源１３は、低周波交流電源である２００Ｖ商用電源であり、電源部１４の入力端に接続され、電源部１４の出力端はインバータ部１５の入力端に接続され、インバータ部１５の出力端は一次コイル１６に接続されている。一方、受電装置１２においては、二次コイル１８の出力端は整流部１９の入力端に接続され、整流部１９の出力端は負荷２０に接続されている。一次コイル１６と二次コイル１８は非接触の状態で磁界によって接続され、一次コイル１６から二次コイル１８に対し電力供給が行われる。

給電装置側制御部１７は、受電装置側制御部２１と無線通信を行い、受電装置側制御部２１は、検知した負荷２０の残電圧に応じて電力指令値を決定し、決定した電力指令値を給電装置側制御部１７に送信する。給電装置側制御部１７は、一次コイル１６で検知した給電電力と、受信した電力指令値とを比較し、電力指令値が得られるようにインバータ部１５を駆動する。

給電中、受電装置側制御部２１は、二次コイル１８の受電電力を検知し、負荷２０に過電流や過電圧がかからないように、給電装置側制御部１７への電力指令値を変更する。

図２は電力供給状態を示す非接触電力伝送装置の外観図である。図２に示すように給電装置１１の一次コイル１６はコイルケース２２に収納されている。コイルケース２２は複数の支持アーム２３によって支持されており、地面上に下降した待機状態（図示せず）と二次コイルケース２６に接触状態となる図２に示される給電状態との間を上下動するようになっている。複数の支持アーム２３は、夫々が独立して伸縮動作し、上昇途中で複数の支持アーム２３のそれぞれの伸長速度を異ならせることで、コイルケース２２を傾斜させる構成となっており、コイルケース２２を傾斜させることにより異物の除去動作を行っている。複数の支持アーム２３によりケース上下動部２４を構成している。

また、電源部１４、インバータ部１５、給電装置側制御部１７は、電源筺体（図示せず）に収納される。一方、二次コイル１８は、二次コイルケース２６に収納され、例えば車体底部（例えば、シャーシ）に取り付けられる。

給電装置１１から受電装置１２に電力伝送するに際し、車両を適宜移動させて受電装置１２が給電装置１１の上方に位置するように停車させる。車両はタイヤ下の状態や積載荷物の重量に応じて車高が変化したり、傾斜する場合があり、受電装置１２も車両の車高変化や傾斜に応じて位置が変動する。

コイルケース２２はケース上下動部２４によって上昇される。ケース上下動部２４は、夫々独立して伸縮する複数の支持アーム２３により構成されるため、車両の車高が変化したり、傾斜した場合であっても、コイルケース２２と二次コイルケース２６の表面を密着させ、一次コイル１６と二次コイル１８を最も近接させることができる。

この状態において、給電装置側制御部１７がインバータ部１５を駆動制御することにより、一次コイル１６と二次コイル１８との間に高周波の電磁場が形成される。受電装置１２は、高周波の電磁場から電力を取り出し、取り出した電力で負荷２０であるバッテリーを充電する。

図３は異物除去動作中のコイルケース詳細図である。

ケース上下動部２４は、コイルケース２２を二次コイルケース２６との接触状態に上昇させる際、上昇途中で複数の支持アーム２３の伸長速度を異ならせることにより、コイルケース２２を図３に示すように大きく傾斜させる。コイルケース２２上に異物２７が存在した場合でも、コイルケース２２が傾斜するため、異物２７はコイルケース２２上から落下し除去される。

支持アーム２３にはそれぞれバネが設けられており、コイルケース２２を二次コイルケース２６に接触させた状態で、例えば車両に人が乗るなどにより車高が低下した場合にも、コイルケース２２と二次コイルケース２６とが軽い接触状態を維持できるように、コイルケース２２に加わる荷重によって伸縮状態が変化する構成となっている。

一次コイル１６は、コイルケース２２の内部において中央から側方にずれた位置に配置されており、コイルケース２２の重心が中央から偏心しているため、コイルケース２２から各支持アーム２３に加わる荷重が異なる。複数の支持アーム２３は、同じ駆動力でコイルケース２２を上昇させるよう構成しているが、コイルケース２２の重心のズレにより、コイルケース２２の重い側を上昇させる支持アーム２３の伸長速度が遅くなり、コイルケース２２が傾斜する。コイルケース２２上に異物が載っていた場合には、コイルケース２２の傾斜により異物２７が落下し除去される。

コイルケース２２が傾斜した状態で、さらに支持アーム２３を伸長させると、コイルケース２２の上方側に位置する端部が二次コイルケース２６に接触する。二次コイルケース２６に接触した端部側を支持する支持アーム２３は、コイルケース２２と二次コイルケース２６との接触圧力が所定圧力以上に強まらないように伸長を停止するが、その他の支持アーム２３は、伸長を継続する。

コイルケース２２の二次コイルケース２６への接触とコイルケース２２を上昇させる各支持アーム２３の伸長速度の変化によって、コイルケース２２に急激な揺れが発生する。コイルケース２２は傾斜した状態で急激に揺れるため、コイルケース２２が傾斜しただけではコイルケース２２から落下しなかった異物２７を確実に落下させることができる。

各支持アーム２３は、図２に示すようにコイルケース２２上面が二次コイルケース２６に全体的に接触した状態で伸長を停止する。

次に、図４のフローチャートを参照しながら、非接触電力伝送装置の制御について説明する。

図４に示すフローチャートのステップＳ１において、使用者が受電装置１２を搭載した車両を、受電装置１２の二次コイルケース２６がコイルケース２２に対向する位置に停止させて車両から負荷２０であるバッテリーへの充電を指示すると、受電装置側制御部２１が給電装置側制御部１７に電力指令値を送信する。

ステップ２において、給電装置側制御部１７は、受電装置側制御部２１からの電力指令値を受信すると、ケース上下動部２４を起動させ、支持アーム２３を伸長させる。各支持アーム２３を伸長させる駆動力は均等に設定しているが、コイルケース２２の重心が偏っているため、コイルケース２２の重い側を支持する支持アーム２３の伸長速度が他の支持アーム２３の伸長速度より遅くなり、コイルケース２２は徐々に傾斜角度を拡大させつつ上昇する。コイルケース２２上に異物２７が存在していたとしても、コイルケース２２が傾斜することにより落下し除去される。

コイルケース２２が傾斜した状態で、支持アーム２３はさらに伸長を継続し、コイルケース２２の上方側に位置する端部が二次コイルケース２６に接触する。二次コイルケース２６に接触した端部側を支持する支持アーム２３は、二次コイルケース２６へのコイルケース２２の接触圧力が所定圧力以上に強まらないように伸長を停止するが、その他の支持アーム２３は、伸長を継続する。

コイルケース２２の二次コイルケース２６への接触とコイルケース２２を上昇させる各支持アーム２３の伸長速度の変化によって、コイルケース２２に急激な揺れが発生する。コイルケース２２が傾斜した状態で急激に揺れるため、コイルケース２２が傾斜しただけではコイルケース２２から落下しなかった異物２７を確実に落下させることができる。

ステップＳ４において、コイルケース２２が二次コイルケース２６に密着した状態になると、給電装置側制御部１７がケース上下動部２４を停止させる。

ステップＳ５において、給電装置側制御部１７は、インバータ部１５に電力伝送開始を指示し、一次コイル１６から二次コイル１８への電力供給を開始する。

ステップＳ７において、電力伝送の中断指示がない場合、ステップＳ８に移行し、受電装置側制御部２１は充電が完了したかどうかを判定し、充電が完了していない場合には、ステップＳ５に戻って充電を継続させ、充電が完了している場合には、ステップＳ９において、受電装置側制御部２１が給電装置側制御部１７に電力伝送を終了する信号を送信して電力供給を終了する。

ステップ１０において、給電装置側制御部１７は受電装置側制御部２１からの電力伝送終了信号の受信により、ケース上下動部２４を起動し、コイルケース２２を下降させる。支持アーム２３は、収縮する際にも、コイルケース２２の重い側を支持する支持アーム２３の収縮速度が他の支持アーム２３の収縮速度より速くなるため、コイルケース２２は、傾斜した状態で下降する。二次コイルケース２６に付着した汚れや水滴等がコイルケース２２に付着する場合があるが、コイルケース２２が傾斜することにより落下する。

コイルケース２２は、重い側から接地して重い側を支持する支持アーム２３が収縮動作を停止し、他の支持アーム２３は収縮動作を継続する。コイルケース２２の一端側の接地と支持アーム２３の収縮動作の変化によりコイルケース２２に激しい揺れが生じ、この揺れによりコイルケース２２上面に付着した汚れや水滴等が除去される。

ステップ１１において、コイルケース２２の下降が完了し、ケース上下動部２４の動作が停止すると、非接触電力伝送装置１０の動作は完了する。

本実施の形態によれば、給電装置１１は、コイルケース２２が二次コイルケース２６に密着する前にコイルケース２２上に存在する異物２７を除去することができる。さらに電力伝送中は、コイルケース２２が二次コイルケース２６に密着するため、一次コイル１６と二次コイル１８の間に異物２７が侵入することはなく、異物２７による弊害を防止することができる。

以上、上述の実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上述の実施の形態に限らない。

以上のように、本発明は、給電装置から受電装置への給電中に電磁場領域への異物の存
在を阻止することができるため、例えば人や物が不注意にあるいは誤って近づく可能性がある電気推進車両の受電装置への給電等に有用である。

１０ 非接触電力伝送装置
１１ 給電装置
１２ 受電装置
１３ 商用電源
１４ 電源部
１５ インバータ部
１６ 一次コイル
１７ 給電装置側制御部
１８ 二次コイル
１９ 整流部
２０ 負荷
２１ 受電装置側制御部
２２ コイルケース
２３ 支持アーム
２４ ケース上下動部
２６ 二次コイルケース
２７ 異物

Claims (5)

1. 受電装置と、前記受電装置に非接触で電力を供給する給電装置とを備える非接触電力伝送装置であって、
   前記給電装置は、磁束を発生する一次コイルと、前記一次コイルを覆うコイルケースと、前記コイルケースを受電装置へと近づけるよう上昇させるケース上下動部とを有し、
   ケース上下動部は、前記コイルケース上に乗った異物の除去動作を行う構成とした非接触電力伝送装置。
2. 前記ケース上下動部は、前記コイルケースを支持して独立して伸縮動作する複数の支持アームによって構成され、前記支持アームの伸長速度を異ならせることにより前記コイルケースを傾斜させて異物の除去動作を行う構成とした請求項１に記載の非接触電力伝送装置。
3. 前記コイルケースの重心を中央部から偏心させることにより、前記支持アームの伸長速度を異ならせる請求項２に記載の非接触電力伝送装置。
4. 前記一次コイルを前記コイルケースの側方に位置させることにより前記コイルケースの重心を偏心させる請求項３に記載の非接触電力伝送装置。
5. 支持アームはコイルケースが傾斜した状態でコイルケースに振動を与えるよう動作する構成とした請求項２に記載の非接触電力伝送装置。