JP2019007737A - Foreign object detection device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、異物検出装置に関する。 The present invention relates to a foreign object detection device.
磁束を発生させるコイルと、コイルが発生させた磁束を検出するアンテナとを備え、アンテナによって検出された磁束の変化に基づいて異物の有無を検出する異物検出装置がある。このような磁束の変化に基づいて異物を検出する装置が、例えば、特許文献1に記載されている。
There is a foreign object detection device that includes a coil that generates a magnetic flux and an antenna that detects the magnetic flux generated by the coil, and detects the presence or absence of a foreign object based on a change in the magnetic flux detected by the antenna. An apparatus for detecting a foreign object based on such a change in magnetic flux is described in
コイルに通電することで発生する磁束は、コイル自身やその周辺部材の形状、あるいは送電コイルと受電コイルの相対位置関係によって分布が決まり、磁束密度に粗密が生じている。磁束密度が低いエリアに異物がある場合、あるいは磁束に直交する方向の異物断面積が小さい場合、異物内で誘起される渦電流による磁束の変化が小さいため、アンテナで誘起電圧の変化が検出できず異物を認識できないことがある。このように、磁束の変化を利用して異物を検出する方式では、異物の検出が困難なエリア(不感帯)が存在する。 The magnetic flux generated by energizing the coil has a distribution determined by the shape of the coil itself and its peripheral members, or the relative positional relationship between the power transmitting coil and the power receiving coil, and the magnetic flux density is coarse and dense. If there is a foreign object in an area where the magnetic flux density is low, or if the cross-sectional area of the foreign object in the direction perpendicular to the magnetic flux is small, the change in the induced voltage can be detected by the antenna because the change in magnetic flux due to the eddy current induced in the foreign object is small. Sometimes foreign objects cannot be recognized. As described above, in the method of detecting a foreign object using a change in magnetic flux, there is an area (dead zone) where it is difficult to detect the foreign object.
そこで、本発明は、不感帯を削減可能な異物検出装置を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a foreign object detection device capable of reducing the dead zone.
本発明の一側面は、磁束の変化に基づいて異物を検出する異物検出装置であって、第1コイル線によって形成された第1コイルと、第2コイル線によって形成された第2コイルと、第1コイル及び第2コイルに対し、互いに異なるタイミングで電力を供給する電力供給部と、第1コイル及び第2コイルが発生させた磁束を検出するアンテナと、アンテナで検出された磁束の変化に基づいて異物の有無を検出する検出部と、を備え、アンテナ側から第1コイル及び第2コイル側を見たときに、第1コイル線の少なくとも一部は第2コイル線と位置が異なっている。 One aspect of the present invention is a foreign object detection device that detects a foreign object based on a change in magnetic flux, and includes a first coil formed by a first coil wire, a second coil formed by a second coil wire, A power supply unit that supplies power to the first coil and the second coil at different timings, an antenna that detects the magnetic flux generated by the first coil and the second coil, and changes in the magnetic flux detected by the antenna A detection unit that detects the presence or absence of foreign matter based on the first coil wire and the second coil side when viewed from the antenna side, the position of at least a part of the first coil wire is different from that of the second coil wire. Yes.
この異物検出装置においては、第1コイル線の少なくとも一部は、第2コイル線と位置が異なっている。すなわち、第1コイルにおける不感帯の位置は、第2コイルにおける不感帯の位置とずれている。これにより、例えば、第1コイルにおける不感帯の位置に異物が存在する場合であっても、この異物を第2コイルによって検出できる。 In this foreign object detection device, at least a part of the first coil wire is different in position from the second coil wire. That is, the position of the dead band in the first coil is shifted from the position of the dead band in the second coil. Thereby, for example, even if a foreign object exists at the position of the dead zone in the first coil, the foreign object can be detected by the second coil.
具体的には、第1コイル線の少なくとも一部は第2コイル線と位置が異なっているため、第1コイルと第2コイルとでは、磁束の分布が互いに異なっている。このため、第1コイルが発生させた磁束の磁束密度が低いエリアに異物がある場合、あるいは磁束に直交する方向の異物断面積が小さい場合であっても、第2コイルが発生させた磁束によって異物を検出できる。以上のように、異物検出装置は、不感帯を削減できる。 Specifically, since the position of at least a part of the first coil wire is different from that of the second coil wire, the distribution of magnetic flux is different between the first coil and the second coil. For this reason, even if there is a foreign object in an area where the magnetic flux density of the magnetic flux generated by the first coil is low, or even when the cross-sectional area of the foreign object in the direction orthogonal to the magnetic flux is small, the magnetic flux generated by the second coil Foreign matter can be detected. As described above, the foreign object detection device can reduce the dead zone.
第1コイルは環状に形成され、第2コイルは第1コイルの内側に配置されていてもよい。この場合、第2コイルは、第1コイルの内側に生じる磁束の密度が低いエリアに磁束を発生させることができる。このように、異物検出装置は、異物の検出対象となるエリアに対してより均一に磁束を発生させることができる。 The first coil may be formed in an annular shape, and the second coil may be disposed inside the first coil. In this case, the second coil can generate a magnetic flux in an area where the density of the magnetic flux generated inside the first coil is low. As described above, the foreign object detection device can generate the magnetic flux more uniformly with respect to the area that is a detection target of the foreign object.
本発明の一側面によれば、不感帯を削減できる。 According to one aspect of the present invention, dead zones can be reduced.
以下、本発明の異物検出装置を適用した非接触給電システムの実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。 Hereinafter, an embodiment of a non-contact power feeding system to which a foreign object detection device of the present invention is applied will be described with reference to the drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
図1に示されるように、非接触給電システム100は、送電装置1と、受電装置2とを備えている。送電装置1は、車両Vが走行する路面W上に設置される。送電装置1は、受電装置2に対して非接触で送電する。受電装置2は、例えば電気自動車である車両Vに搭載されている。送電装置1は、電力供給位置に到着した車両Vの受電装置2に対し、例えば、磁界共鳴方式又は電磁誘導方式等のコイル間の磁気結合を利用して、電力を供給する。なお、非接触給電方式は、磁気結合を利用したものに限らず、例えば、電界共鳴方式であってもよい。
As shown in FIG. 1, the non-contact
図2及び図3に示されるように、送電装置1は、送電コイルユニット10、電力供給部11、アンテナ12、検出部13、及び筐体14を備えている。送電コイルユニット10、電力供給部11、アンテナ12、及び検出部13は、筐体14内に収容されている。
As illustrated in FIGS. 2 and 3, the
送電コイルユニット10は、電力供給部11から供給された交流電力によって磁場を発生させる。具体的には、本実施形態において、送電コイルユニット10は、第1コイル10A、及び第2コイル10Bを備えている。第1コイル10A及び第2コイル10Bは、図4に示されるように、それぞれ環状に形成されている。なお、環状とは、厳密に円形状であることに限定されない。本実施形態では、第1コイル10A及び第2コイル10Bは、四角枠状に形成されている。なお、図4は、アンテナ12側から送電コイルユニット10を見たときの図である。
The power
第1コイル10Aは、第1コイル線LAによって形成されている。第1コイル10Aは、第1コイル線LAを複数回巻くことによって形成されていてもよい。同様に、第2コイル10Bは、第2コイル線LBによって形成されている。第2コイル10Bは、第2コイル線LBを複数回巻くことによって形成されていてもよい。
The
第1コイル10Aの大きさは、第2コイル10Bよりも大きい。第2コイル10Bは、第1コイル10Aの内側に配置されている。すなわち、アンテナ12側から第1コイル10A及び第2コイル10Bを見たときに、第1コイル線LAは、第2コイル線LBとは異なる位置に配置されている。
The size of the
電力供給部11は、図示しない電源から供給された交流電力又は直流電力を所望の交流電力に変換し、第1コイル10A及び第2コイル10Bにそれぞれ供給する。電力供給部11は、例えばインバータ回路を含む。電力供給部11は、電源からの電力が直流か交流かに応じて、整流回路やDC/DCコンバータを適宜含むこともできる。電力供給部11は、第1コイル10A及び第2コイル10Bに対し、互いに異なるタイミングで電力を供給する。本実施形態において、電力供給部11は、第1コイル10A及び第2コイル10Bに対して交互に電力を供給する。これにより、第1コイル10A及び第2コイル10Bは、交互に磁場を発生させる。
The
ここで、第1コイル10A及び第2コイル10Bにそれぞれ供給される電力の生成方法の例について説明する。電力供給部11は、図5(a)に示される電流波形(サイン波)の交流電力から、第1コイル10Aに供給する第1電力SAと、第2コイル10Bに供給する第2電力SBとを生成する。以下、第1電力SA及び第2電力SBの生成の元となる交流電力を「元の交流電力」という。
Here, an example of a method for generating electric power supplied to each of the
例えば、電力供給部11は、元の交流電力を、図5(b)に示されるように、プラス成分とマイナス成分とに分離する。電力供給部11は、分離した一方の電力を第1電力SAとし、他方を第2電力SBとする。例えば、電力供給部11は、ダイオード等を用いて元の交流電力を2つに分離することができる。
For example, the
他の例として、電力供給部11は、図5(c)に示されるように、元の交流電力に対して矩形波振幅変調を行なうことによって、第1電力SAと第2電力SBとを生成してもよい。更に他の例として、電力供給部11は、図5(d)に示されるように、元の交流電力に対してサイン波振幅変調を行なうことによって、第1電力SAと第2電力SBとを生成してもよい。このように、電力供給部11は、第1コイル10A及び第2コイル10Bに対して互いに異なるタイミングで供給するための電力を、種々の方法によって生成することができる。
As another example, the
車両Vが電力供給位置で停止した状態(図1及び図2に示される状態)で、車両Vに搭載された受電装置2に設けられた受電コイル20は、送電装置1の送電コイルユニット10の上面に対向する。電力供給部11から電力が供給されることによって、第1コイル10A及び第2コイル10Bは、受電装置2の受電コイル20に対して磁場を介して送電する。
In a state where the vehicle V is stopped at the power supply position (the state shown in FIGS. 1 and 2), the
アンテナ12は、第1コイル10A及び第2コイル10Bが発生させた磁束を検出する。アンテナ12は、送電装置1と受電装置2との間に入り込んだ異物を検出する。アンテナ12は、送電コイルユニット10の上面側(受電装置2側)に配置されている。アンテナ12は、ループ状のアンテナ線を有している。アンテナ12は、2つのループ部を有する8の字状のループアンテナであってもよく、ループ部を一つのみ有するループアンテナであってもよい。
The
検出部13は、アンテナ12で検出された磁束の変化に基づいて異物を検出する。検出部13は、MPU(MicroProcessing Unit)やCPU(Central Processing Unit)等の各種プロセッサ(制御器)である。具体的には、検出部13は、第1コイル10Aが磁場を発生させたときにアンテナ12で検出された磁束の検出結果を逐次監視する。検出部13は、第1コイル10Aが発生させた磁場の磁束の変化に基づいて、異物の有無を検出する。また、検出部13は、第2コイル10Bが磁場を発生させたときにアンテナ12で検出された磁束の検出結果を逐次監視する。検出部13は、第2コイル10Bが発生させた磁場の磁束の変化に基づいて、異物の有無を検出する。例えば、検出部13は、第1コイル10A及び第2コイル10Bのいずれが磁場を発生させているかの情報を、電力供給部11から取得してもよい。
The
このように、第1コイル10A及び第2コイル10Bは、受電装置2に対して送電を行う機能に加え、アンテナ12によって異物を検出するための磁束(磁場)を発生させる機能を有している。すなわち、図3に示されるように、第1コイル10A、第2コイル10B、電力供給部11、アンテナ12、及び検出部13は、磁束の変化に基づいて異物を検出する異物検出装置Xとしても機能する。
As described above, the
以上のように異物検出装置Xは、アンテナ12側から送電コイルユニット10側を見たときに、第1コイル10Aの第1コイル線LAは、第2コイル10Bの第2コイル線LBと位置が異なっている。すなわち、第1コイル10Aにおける不感帯の位置は、第2コイル10Bにおける不感帯の位置とずれている。これにより、例えば、第1コイル10Aにおける不感帯の位置に異物が存在する場合であっても、この異物を第2コイル10Bが発生させた磁場によって検出できる。
As described above, when the foreign object detection device X looks at the power
具体的には、第1コイル線LAは第2コイル線LBと位置が異なっているため、第1コイル10Aと第2コイル10Bとでは、磁束の分布が互いに異なっている。このため、例えば、第1コイル10Aが発生させた磁束の磁束密度が低いエリアに異物がある場合、あるいは磁束に直交する方向の異物断面積が小さい場合であっても、第2コイル10Bが発生させた磁束によって異物を検出できる。以上のように、異物検出装置Xは、異物の検出が困難な不感帯を削減できる。
Specifically, since the position of the first coil wire LA is different from that of the second coil wire LB, the
第2コイル10Bは、第1コイル10Aの内側に配置されている。この場合、第2コイル10Bは、第1コイル10Aの内側に生じる磁束の密度が低いエリアに磁束を発生させることができる。このように、異物検出装置Xは、異物の検出対象となるエリアに対してより均一に磁束を発生させることができる。
The
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されない。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to the said embodiment.
送電コイルユニット10は、第1コイル10A及び第2コイル10Bを備えていたが、3以上のコイルを備えていてもよい。この場合、アンテナ12側から見たときに、これらのコイルを形成するコイル線の少なくとも一部の位置が、互いに異なっていればよい。そして、電力供給部11は、複数のコイルに対して互いに異なるタイミングで電力を供給すればよい。
The power
第2コイル10Bは、第1コイル10Aの内側に配置されていなくてもよい。アンテナ12側から送電コイルユニット10側を見たときに、第1コイル10Aの第1コイル線LAの少なくとも一部が、第2コイル10Bの第2コイル線LBと位置が異なっていればよい。
The
また、第1コイル10A及び第2コイル10Bは、環状でなくてもよい。例えば、送電コイルユニット10に代えて、図6に示される送電コイルユニット15が用いられてもよい。送電コイルユニット15は、渦巻き状の第1コイル線LA1によって形成された第1コイル15A、及び渦巻き状の第2コイル線LB1によって形成された第2コイル15Bを備えている。なお、図6では、第1コイル線LA1と第2コイル線LB1とを区別し易くするため、図示の都合上、第2コイル線LB1については破線で示している。アンテナ12側から送電コイルユニット15側を見たときに、第1コイル線LA1の少なくとも一部が第2コイル線LB1と位置が異なっていればよい。
Further, the
アンテナ12は、受電装置2に対して送電する第1コイル10A及び第2コイル10Bが発生させた磁束を検出したが、第1コイル10A及び第2コイル10Bが発生させた磁束を検出することに限定されない。例えば、送電装置1が、第1コイル10A及び第2コイル10B以外に、異物検出専用の磁束を発生させる2つの補助コイルを備えていてもよい。この場合、アンテナ12は、第1コイル10A及び第2コイル10Bと同様に、2つの補助コイルが互いに異なるタイミングで発生させた磁束を検出してもよい。
The
アンテナ12及び検出部13は、送電装置1の筐体14内に設けられていることに限定されない。例えば、アンテナ12及び検出部13は、車両Vに搭載された受電装置2側に設けられていてもよい。
The
異物検出装置Xは、受電装置2に対して送電する送電装置1に組み込まれていることに限定されない。上述した異物検出装置Xは、送電装置1等に組み込まれることなく、単独で用いられてもよい。
The foreign object detection device X is not limited to being incorporated in the
10A,15A 第1コイル
10B,15B 第2コイル
11 電力供給部
12 アンテナ
13 検出部
LA,LA1 第1コイル線
LB,LB1 第2コイル線
X 異物検出装置
10A,
Claims (2)
第1コイル線によって形成された第1コイルと、
第2コイル線によって形成された第2コイルと、
前記第1コイル及び前記第2コイルに対し、互いに異なるタイミングで電力を供給する電力供給部と、
前記第1コイル及び前記第2コイルが発生させた磁束を検出するアンテナと、
前記アンテナで検出された磁束の変化に基づいて異物の有無を検出する検出部と、
を備え、
前記アンテナ側から前記第1コイル及び前記第2コイル側を見たときに、前記第1コイル線の少なくとも一部は前記第2コイル線と位置が異なっている、異物検出装置。 A foreign matter detection device that detects foreign matter based on a change in magnetic flux,
A first coil formed by a first coil wire;
A second coil formed by a second coil wire;
A power supply unit that supplies power to the first coil and the second coil at different timings;
An antenna for detecting a magnetic flux generated by the first coil and the second coil;
A detection unit for detecting the presence or absence of foreign matter based on a change in magnetic flux detected by the antenna;
With
The foreign object detection device, wherein when viewed from the antenna side, the first coil and the second coil side, at least a part of the first coil wire is different in position from the second coil wire.
前記第2コイルは、前記第1コイルの内側に配置されている、請求項1に記載の異物検出装置。 The first coil is formed in an annular shape,
The foreign object detection device according to claim 1, wherein the second coil is disposed inside the first coil.
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