JP2019007737A

JP2019007737A - 異物検出装置

Info

Publication number: JP2019007737A
Application number: JP2017120415A
Authority: JP
Inventors: 秀郎長沼; Hideo Naganuma; 英樹奈賀野; Hideki Nagano
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2017-06-20
Filing date: 2017-06-20
Publication date: 2019-01-17
Also published as: WO2018235860A1

Abstract

【課題】不感帯を削減可能な異物検出装置を提供する。【解決手段】磁束の変化に基づいて異物を検出する異物検出装置Ｘは、第１コイル線ＬＡによって形成された第１コイル１０Ａと、第２コイル線ＬＢによって形成された第２コイル１０Ｂと、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電力供給部１１と、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と、アンテナ１２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１３と、を備え、アンテナ１２側から第１コイル１０Ａ及び第２コイル１０Ｂ側を見たときに、第１コイル線ＬＡの少なくとも一部は第２コイル線ＬＢと位置が異なっている。【選択図】図３

Description

本発明は、異物検出装置に関する。

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。

特許６０６７２１１号

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。

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。

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。

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。

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。

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。

本発明の一側面によれば、不感帯を削減できる。

実施形態に係る非接触給電システムの概略構成を示す図である。図１の非接触給電システムの内部の構成を示す断面図である。送電装置の内部構成を示すブロック図である。第１コイル及び第２コイルの配置を示す図である。図５（ａ）は第１電力及び第２電力の生成の元となる交流電力の電流波形を示す図である。図５（ｂ）〜図５（ｄ）は第１電力及び第２電力の電流波形を示す図である。変形例における第１コイル及び第２コイルの配置を示す図である。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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

Claims

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、
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。
前記第１コイルは環状に形成され、
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。