JP5928307B2 - Power receiving device and power transmitting device - Google Patents
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Description
本発明は、受電装置および送電装置に関する。 The present invention relates to a power reception device and a power transmission device.
従来から非接触で電力を送電する送電装置や電力を受電する受電装置が知られている。たとえば、特開2010−252498号公報に記載された無線電力伝送装置は、各種センサから取得された所定のパラメータ、または時間による所定のパラメータの変化の内容を、プロファイル情報と比較し、所定のパラメータまたは変化の内容とプロファイル情報との比較結果に応じて、侵入が発生したと判定する。 2. Description of the Related Art Conventionally, a power transmission device that transmits power without contact and a power reception device that receives power are known. For example, a wireless power transmission device described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-252498 compares a predetermined parameter acquired from various sensors or a content of a predetermined parameter change with time with profile information, Alternatively, it is determined that an intrusion has occurred according to the comparison result between the content of the change and the profile information.
しかし、上記の無線電力伝送装置は、電力伝送前には、異物の検知がなされていない。このため、異物がある状態で電力伝送が開始される場合が考えられる。さらに、センサには各種の特性を有しており、採用するセンサによっては異物を正確に検知することができない。 However, the wireless power transmission device described above does not detect foreign matter before power transmission. For this reason, the case where electric power transmission is started in the state with a foreign material is considered. Furthermore, the sensor has various characteristics, and foreign matter cannot be accurately detected depending on the sensor employed.
本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、高精度に異物を検知することができると共に、異物がある状態で電力伝送がされることを抑制することができる受電装置および送電装置を提供することである。 The present invention has been made in view of the problems as described above, and an object of the present invention is to detect foreign matter with high accuracy and to suppress power transmission in the presence of foreign matter. It is providing the power receiving apparatus and power transmission apparatus which can do.
本発明に係る受電装置は、外部に設けられた送電部から非接触で電力を受電する受電部と、送電部と、送電部に対向する受電部との間に位置する異物を検知する第1検知部と、送電部と受電部との間に侵入する異物を検知する第2検知部と、第1検知部と第2検知部とを制御する制御部とを備える。上記第1検知部は、第1検知部が検知する検知領域内における物理量を検知するセンサであり、第2検知部は、第2検知部が検知する検知領域内における物理量の変化を検知するセンサである。上記制御部は、送電部から受電部への電力送電が開始される前に、送電部と受電部との間に位置する異物を第1検知部に検知させる。上記送電部から受電部への電力送電中に送電部と受電部との間に侵入する異物を第2検知部に検知させる。充電開始後前において、第1センサで静止物を検知するので、静止する異物がないことを確認した状態で電力送電を開始することができる。また、電力送電開始後は、第2センサで侵入物を検知するので、第1センサを停止することができる。 A power receiving device according to the present invention detects a foreign object positioned between a power receiving unit that receives power in a non-contact manner from a power transmitting unit provided outside, a power transmitting unit, and a power receiving unit facing the power transmitting unit. A detection unit; a second detection unit that detects a foreign object that enters between the power transmission unit and the power reception unit; and a control unit that controls the first detection unit and the second detection unit. The first detection unit is a sensor that detects a physical quantity in a detection region detected by the first detection unit, and the second detection unit is a sensor that detects a change in physical quantity in the detection region detected by the second detection unit. It is. The control unit causes the first detection unit to detect a foreign object positioned between the power transmission unit and the power reception unit before power transmission from the power transmission unit to the power reception unit is started. During the power transmission from the power transmission unit to the power reception unit, the second detection unit is caused to detect foreign matter that enters between the power transmission unit and the power reception unit. Since the first sensor detects a stationary object before the start of charging, power transmission can be started in a state in which it is confirmed that there is no foreign object to be stationary. Moreover, since an intruding object is detected by the second sensor after the start of power transmission, the first sensor can be stopped.
好ましくは、上記第2検知部は、送電部と受電部との間に位置する領域の周囲に位置する領域を通る異物を検知可能に構成される。 Preferably, the second detection unit is configured to be able to detect a foreign substance passing through a region located around a region located between the power transmission unit and the power reception unit.
好ましくは、受電装置は、報知部をさらに備える。上記制御部は、第1検知部が異物を検知した場合には、報知部を用いて、異物が検知された旨を使用者に報知する。 Preferably, the power receiving device further includes a notification unit. When the first detection unit detects a foreign object, the control unit uses a notification unit to notify the user that a foreign object has been detected.
好ましくは、上記制御部は、第2検知部が異物を検知した場合には、送電部による電力送電を停止させる。 Preferably, the control unit stops power transmission by the power transmission unit when the second detection unit detects a foreign object.
好ましくは、上記受電部は、車両に搭載される。上記制御部は、受電部と送電部とが対向するように位置する際に、第1検知部に送電部上の異物を検知させる。 Preferably, the power reception unit is mounted on a vehicle. The control unit causes the first detection unit to detect a foreign object on the power transmission unit when the power reception unit and the power transmission unit are positioned to face each other.
好ましくは、上記第1検知部は、複数設けられる。上記制御部には、送電部が高温であるときにおける複数の第1検知部による検知結果を示す温度分布データが格納される。上記制御部は、複数の第1検知部によって検知された検知結果と、温度分布データとを比較した結果に基づいて、複数の第1検知部が異物を検知したか否かを判断する。 Preferably, a plurality of the first detection units are provided. The control unit stores temperature distribution data indicating detection results by the plurality of first detection units when the power transmission unit is at a high temperature. The said control part judges whether the some 1st detection part detected the foreign material based on the result of having compared the detection result detected by the some 1st detection part, and temperature distribution data.
好ましくは、上記制御部は、電力送電中において、第1検知部を停止させる。好ましくは、上記送電部の固有周波数と受電部の固有周波数との差は、受電部の固有周波数の10%以下である。好ましくは、上記受電部と送電部との結合係数は、0.3以下である。 Preferably, the control unit stops the first detection unit during power transmission. Preferably, the difference between the natural frequency of the power transmission unit and the natural frequency of the power reception unit is 10% or less of the natural frequency of the power reception unit. Preferably, the coupling coefficient between the power reception unit and the power transmission unit is 0.3 or less.
好ましくは、上記受電部は、送電部は、受電部と送電部の間に形成され、かつ特定の周波数で振動する磁界と、受電部と送電部の間に形成され、かつ特定の周波数で振動する電界との少なくとも一方を通じて送電部から電力を受電する。 Preferably, the power reception unit is formed between the power reception unit and the power transmission unit, and is formed between the power reception unit and the power transmission unit, and is vibrated at a specific frequency. The power is received from the power transmission unit through at least one of the electric field to be transmitted.
本発明に係る送電装置は、車両に搭載された受電部に非接触で電力を送電する送電部と、送電部と、送電部と対向する受電部との間に位置する異物を検知する第3検知部と、送電部と受電部との間に侵入する異物を検知する第4検知部と、第3検知部と第4検知部とを制御する制御部とを備える。上記第3検知部は、第3検知部が検知する検知領域内における物理量を検知するセンサである。第4検知部は、第4検知部が検知する検知領域内における物理量の変化を検知するセンサである。上記制御部は、送電部から受電部への電力送電が開始される前に、送電部と受電部との間に位置する異物を第3検知部に検知させる。上記送電部から受電部への電力伝送中に送電部と受電部との間に侵入する異物を第4検知部に検知させる。 A power transmission device according to the present invention detects a foreign object positioned between a power transmission unit that transmits power in a non-contact manner to a power reception unit mounted on a vehicle, a power transmission unit, and a power reception unit facing the power transmission unit. A detection unit; a fourth detection unit that detects a foreign object that enters between the power transmission unit and the power reception unit; and a control unit that controls the third detection unit and the fourth detection unit. The third detection unit is a sensor that detects a physical quantity in a detection region detected by the third detection unit. A 4th detection part is a sensor which detects the change of the physical quantity in the detection area | region which a 4th detection part detects. The control unit causes the third detection unit to detect a foreign object positioned between the power transmission unit and the power reception unit before power transmission from the power transmission unit to the power reception unit is started. During the power transmission from the power transmission unit to the power reception unit, the fourth detection unit detects foreign matter that enters between the power transmission unit and the power reception unit.
好ましくは、上記第4検知部は、送電部と受電部との間に位置する領域の周囲に位置する領域を通る異物を検知可能に構成される。 Preferably, the fourth detection unit is configured to be able to detect a foreign object passing through a region located around a region located between the power transmission unit and the power reception unit.
好ましくは、上記車両は報知部をさらに備える。上記制御部は、第3検知部が異物を検知した場合には、報知部を用いて、異物が検知された旨を使用者に報知する。 Preferably, the vehicle further includes a notification unit. When the third detection unit detects a foreign object, the control unit uses a notification unit to notify the user that a foreign object has been detected.
好ましくは、上記制御部は、第4検知部が異物を検知した場合には、送電部による送電を停止させる。 Preferably, the control unit stops power transmission by the power transmission unit when the fourth detection unit detects a foreign object.
好ましくは、上記第3検知部は、複数設けられる。上記制御部には、送電部が高温であるときの複数の第3検知部による検知結果を示す温度分布データが格納される。上記制御部は、複数の第3検知部によって検知された検知結果と、温度分布データとを比較した結果に基づいて、複数の第3検知部が異物を検知したか否かを判断する。 Preferably, a plurality of the third detection units are provided. The control unit stores temperature distribution data indicating detection results by the plurality of third detection units when the power transmission unit is at a high temperature. The said control part judges whether the some 3rd detection part detected the foreign material based on the result of having compared the detection result detected by the some 3rd detection part, and temperature distribution data.
好ましくは、上記制御部は、送電部から受電部への電力送電中において、第3検知部を停止させる。好ましくは、上記送電部の固有周波数と受電部の固有周波数との差は、受電部の固有周波数の10%以下である。好ましくは、上記受電部と送電部との結合係数は、0.3以下である。 Preferably, the control unit stops the third detection unit during power transmission from the power transmission unit to the power reception unit. Preferably, the difference between the natural frequency of the power transmission unit and the natural frequency of the power reception unit is 10% or less of the natural frequency of the power reception unit. Preferably, the coupling coefficient between the power reception unit and the power transmission unit is 0.3 or less.
好ましくは、上記送電部は、受電部と送電部の間に形成され、かつ特定の周波数で振動する磁界と、受電部と送電部の間に形成され、かつ特定の周波数で振動する電界との少なくとも一方を通じて送電部から電力を受電する。 Preferably, the power transmission unit includes a magnetic field that is formed between the power reception unit and the power transmission unit and vibrates at a specific frequency, and an electric field that is formed between the power reception unit and the power transmission unit and vibrates at a specific frequency. Power is received from the power transmission unit through at least one of them.
本発明に係る受電装置および送電装置によれば、高精度に異物を検知することができると共に、異物がある状態で電力伝送がされることを抑制することができる。 According to the power reception device and the power transmission device according to the present invention, it is possible to detect foreign matter with high accuracy and to suppress power transmission in the presence of foreign matter.
図1から図20を用いて、実施の形態に係る電力伝送システム、車両、受電装置、受電用コイルユニット、送電装置および送電用コイルユニットについて説明する。なお、同一または実質的に同一の構成については、同一の符号を付してその説明を省略する場合がある。 The power transmission system, the vehicle, the power receiving device, the power receiving coil unit, the power transmitting device, and the power transmitting coil unit according to the embodiment will be described with reference to FIGS. In addition, about the same or substantially the same structure, the same code | symbol may be attached | subjected and the description may be abbreviate | omitted.
(実施の形態1)
図1は、実施の形態1に係る電力伝送システム、車両および送電装置などを模式的に示す模式図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic diagram schematically showing the power transmission system, the vehicle, the power transmission device, and the like according to the first embodiment.
本実施の形態1に係る電力伝送システムは、受電装置11を含む電動車両10と、送電装置50を含む外部給電装置51とを有する。電動車両10の受電装置11は、主に、送電装置50から電力を受電する。
The power transmission system according to the first embodiment includes an
駐車スペース52には、電動車両10を所定の位置に停車させるように、輪止や駐車位置および駐車範囲を示すラインが設けられている。
The
外部給電装置51は、交流電源53に接続された高周波電力ドライバ54と、高周波電力ドライバ54などの駆動を制御する制御部55と、この高周波電力ドライバ54に接続された送電装置50と、車両10と情報の授受を行うアンテナ61とを含む。
The external
送電装置50は、送電部56を含み、送電部56は、コイルユニット60と、このコイルユニット60に接続されたキャパシタ59とを含む。コイルユニット60は、フェライトコア57と、このフェライトコア57に巻回された一次コイル(第1コイル)58とを含む。一次コイル58は、高周波電力ドライバ54に接続されている。なお、一次コイルとは、本実施の形態1においては、一次コイル58である。
The
図1において、電動車両10は、車両本体10Aと、車両本体10Aに設けられた受電装置11と、受電装置11に接続された整流器13と、この整流器13に接続されたDC/DCコンバータ14とを備える。車両10は、DC/DCコンバータ14に接続されたバッテリ15と、パワーコントロールユニット(PCU(Power Control Unit))16と、このパワーコントロールユニット16に接続されたモータユニット17と、DC/DCコンバータ14やパワーコントロールユニット16などの駆動を制御する車両ECU(Electronic Control Unit)12とを備える。車両10は、異物検知装置18と、使用者に異物の検知を報知する報知部48と、外部給電装置51との間で情報の授受を行うアンテナ49とを備える。車両本体10Aは、エンジンコンパートメントや乗員収容室が内部に形成されたボディと、このボディに設けられたフェンダなどの外装部品とを備える。車両10は、前輪19Fと、後輪19Bと備える。
In FIG. 1, an
なお、本実施の形態1においては、エンジン47を備えたハイブリッド車両について説明するが、当該車両に限られない。たとえば、エンジンを備えていない電気自動車やエンジンに替えて燃料電池を備えた燃料電池車両などにも適用することができる。 In addition, in this Embodiment 1, although the hybrid vehicle provided with the engine 47 is demonstrated, it is not restricted to the said vehicle. For example, the present invention can be applied to an electric vehicle that does not include an engine, a fuel cell vehicle that includes a fuel cell instead of the engine, and the like.
整流器13は、受電装置11に接続されており、受電装置11から供給される交流電流を直流電流に変換して、DC/DCコンバータ14に供給する。
The
DC/DCコンバータ14は、整流器13から供給された直流電流の電圧を調整して、バッテリ15に供給する。なお、DC/DCコンバータ14は必須の構成ではなく省略してもよい。この場合には、外部給電装置51にインピーダンスを整合するための整合器を送電装置50と高周波電力ドライバ54との間に設けることで、DC/DCコンバータ14の代用をすることができる。
The DC /
パワーコントロールユニット16は、バッテリ15に接続されたコンバータと、このコンバータに接続されたインバータとを含み、コンバータは、バッテリ15から供給される直流電流を調整(昇圧)して、インバータに供給する。インバータは、コンバータから供給される直流電流を交流電流に変換して、モータユニット17に供給する。
The
モータユニット17は、たとえば、三相交流モータなどが採用されており、パワーコントロールユニット16のインバータから供給される交流電流によって駆動する。
The
受電装置11は、受電部20を含む。受電部20は、コイルユニット24と、このコイルユニット24に接続されたキャパシタ23とを含む。コイルユニット24は、フェライトコア21と、フェライトコア21に巻回された二次コイル(第2コイル)22とを含む。なお、受電部20においても、キャパシタ23は、必須の構成ではない。二次コイル22は、整流器13に接続されている。なお、二次コイルとは、本実施の形態においては、二次コイル22である。
The
図2は、図1に示した電力伝送システムにおいて非接触電力伝送を実現する電気回路図である。なお、この図2に示される回路構成は一例であって、非接触電力伝送を実現するための構成が図2の構成に限定されるものではない。 FIG. 2 is an electric circuit diagram for realizing contactless power transmission in the power transmission system shown in FIG. The circuit configuration shown in FIG. 2 is an example, and the configuration for realizing non-contact power transmission is not limited to the configuration in FIG.
二次コイル22は、キャパシタ23とともに共振回路を形成し、外部給電装置51の送電部56から送出される電力を非接触で受電する。なお、特に図示しないが、二次コイル22およびキャパシタ23によって閉ループを形成し、二次コイル22により受電された交流電力を電磁誘導により二次コイル22から取出して整流器13へ出力するコイルを別途設けてもよい。
The
一方、1次コイル58は、キャパシタ59とともに共振回路を形成し、交流電源53から供給される交流電力を受電部20へ非接触で送電する。なお、特に図示しないが、1次コイル58およびキャパシタ59によって閉ループを形成し、交流電源53から出力される交流電力を電磁誘導により1次コイル58へ供給するコイルを別途設けてもよい。
On the other hand, the
なお、キャパシタ23,59は、共振回路の固有周波数を調整するために設けられるものであり、1次コイル58および二次コイル22の浮遊容量を利用して所望の固有周波数が得られる場合には、キャパシタ23,59を設けない構成としてもよい。
The
図3は、車両10の底面25を示す底面図である。この図3において、「D」は、鉛直方向下方Dを示す。「L」は、車両左方向Lを示す。「R」は、車両右方向Rを示す。「F」は、車両前方向Fを示す。「B」は、車両後方向Bを示す。車両10(車両本体10A)の底面25とは、車両10のタイヤが地面と接地された状態において、車両10に対して鉛直方向下方に離れた位置から車両10を見たときに見える面である。受電装置11、受電部20、および二次コイル22は、底面25に設けられている。
FIG. 3 is a bottom view showing the
ここで、底面25の中央部を中央部P1とする。中央部P1は、車両10の前後方向の中央に位置すると共に、車両10の幅方向の中央に位置する。
Here, the central portion of the
車両本体10Aは、車両10の底面に設けられたフロアパネル26を含む。フロアパネル26は、車両の内部と車両の外部とを区画する板状の部材である。
The vehicle
なお、受電装置11が底面25に設けられているとは、フロアパネル26に直付けされている場合や、フロアパネル26やサイドメンバやクロスメンバーなどから懸架されている場合などを含む。
Note that the
受電部20や二次コイル22が、底面25に設けられているとは、受電装置11が底面25に設けられている状態において、後述する受電装置11の筐体内に収容されていることを意味する。
That the
前輪19Fは、中央部P1よりも車両前方向F側に設けられている。前輪19Fは、車両10の幅方向に配列する右前輪19FRと左前輪19FLとを含む。後輪19Bは、幅方向に配列する右後輪19BRと左後輪19BLとを含む。
The
底面25の周縁部は、前縁部30と、後縁部31と、右側縁部32と、左側縁部33とを含む。前縁部30は、底面25の周縁部のうち、右前輪19FRおよび左前輪19FLよりも車両前方向F側に位置する部分である。
The peripheral edge portion of the
後縁部31は、底面25の外周縁部のうち、右後輪19BRおよび左後輪19BLよりも車両後方向B側に位置する部分である。
The
後縁部31は、車両10の幅方向に延びる後辺部65と、後辺部65の一方の端部に接続された後側辺部66Rと、後辺部65の他方の端部に接続された後側辺部66Lとを含む。後側辺部66Rは、後辺部65の一方の端部から右後輪19BRに向けて延び、後側辺部66Lは後辺部65の他方の端部から左後輪19BLに向けて延びる。
The
右側縁部32および左側縁部33は、車両10の幅方向に配列する。右側縁部32および左側縁部33は、底面25の外周縁部のうち、前縁部30および後縁部31の間に位置する。
The
図4は、受電装置11を示す分解斜視図である。受電装置11は、受電部20と、受電部20を内部に収容する筐体27とを備える。筐体27は、開口部を有する有底状のシールド28と、シールド28の開口部を閉塞するように配置された蓋部29とを備える。シールド28は、フロアパネル26と対向する天板部と、天板部から鉛直方向下方Dに垂れ下がる環状の周壁部とを含む。シールド28は、たとえば、銅などの金属材料から形成されている。
FIG. 4 is an exploded perspective view showing the
蓋部29は、シールド28の開口部を閉塞するように形成されており、たとえば、樹脂材料などから形成されている。フェライトコア21は、板状に形成されている。このフェライトコア21の周面に二次コイル22が巻回されている。なお、フェライトコア21を樹脂性の固定部材内に収容し、二次コイル22をこの固定部材の周面に巻きつけることで、二次コイル22をフェライトコア21に装着するようにしてもよい。
The
図5は、二次コイル22を模式的に示す斜視図である。この図5に示すように、二次コイル22は、第1端部34と第2端部35とを含む。二次コイル22は、第1端部34から第2端部35に向かうにつれて、巻回軸線O1の周囲を取り囲むと共に、巻回軸線O1の延びる方向に変位するようにコイル線を巻回して形成されている。
FIG. 5 is a perspective view schematically showing the
巻回軸線O1とは、コイル線を微小区間に区分した時に、各微小区間における曲率中心点またはその近傍を通るように近似された仮想線である。 The winding axis O1 is a virtual line approximated so as to pass through or near the center of curvature in each minute section when the coil wire is divided into minute sections.
本実施の形態1において、二次コイル22の中心部P2とは、巻回軸線O1上に位置する仮想点であり、巻回軸線O1が延びる方向において二次コイル22の中央部に位置する。
In the first embodiment, the central portion P2 of the
このように構成された受電部20(受電装置11)は、図3に示すように、巻回軸線O1が車両10の前後方向に延びるように配置されており、巻回軸線O1は、前縁部30と後縁部31とを通る。
As shown in FIG. 3, the power receiving unit 20 (the power receiving device 11) configured as described above is disposed such that the winding axis O <b> 1 extends in the front-rear direction of the
受電部20(受電装置11)は、中央部P1よりも車両後方向B側に配置されている。具体的には、中央部P1よりも後縁部31に近い位置に設けられている。そして、中央部P2は、前縁部30と後縁部31と右側縁部32と左側縁部33とのうち、後縁部31に最も近接するように配置されている。
The power reception unit 20 (power reception device 11) is disposed on the vehicle rear direction B side with respect to the center portion P1. Specifically, it is provided at a position closer to the
異物検知装置18は第1検知ユニット71と、第2検知ユニット72,73,74とを含む。
The foreign
第1検知ユニット71は、複数の検知部75,76,77を含み、各検知部75,76,77としては、たとえば、温度センサやソナーセンサなどを採用することができる。
The
検知部75,76,77は、検知部75,76,77の各検知領域における物理量を測定するセンサである。
The
たとえば、赤外線センサなどの温度センサは、検知領域における赤外線という物理量を検知する。また、検知部75,76,77としてソナーセンサを採用した場合には、音の反射時間という物理量を検知する。そして、各検知部75,76,77は、検知した結果を図1に示す車両ECU12(制御部)に送る。
For example, a temperature sensor such as an infrared sensor detects a physical quantity called infrared in the detection region. Further, when a sonar sensor is employed as the
車両ECU12は、各検知部75,76,77からの入力に基づいて、各検知部75,76,77が検知した検知領域における温度を算出する。
The
検知部75,76,77は、後辺部65の近傍に設けられると共に、後辺部65の延びる方向に間隔をあけて設けられており、各検知部75,76,77は、互いに車両10の幅方向に間隔をあけて配置されている。このように、検知部75,76,77は、受電装置11に対して、車両後方向B側に配置されている。
The
なお、この図3に示す例においては、検知部75が車両10の幅方向の中央部に配置されており、検知部76は、検知部75に対して車両右方向R側に配置されている。検知部77は、検知部75に対して車両左方向L側に配置されている。
In the example shown in FIG. 3, the
第2検知ユニット72は、第1検知ユニット71よりも、後側辺部66R側に配置されている。第2検知ユニット72は、検知部80と、検知部81とを含む。
The
第2検知ユニット73は、第1検知ユニット71よりも後側辺部66L側に配置されている。第2検知ユニット73は、検知部82と、検知部83とを含む。
The
第2検知ユニット74は、受電部20よりも車両前方向F側に配置されている。第2検知ユニット74は、検知部84と検知部85とを含む。検知部80,81,82,83,84,85は、各検知部80,81,82,83,84,85が検知する検知領域の物理量の変化を検知する。たとえば、検知部80,81,82,83,84,85としては、焦電センサを採用する。焦電センサは、検知領域内における熱変化を高精度に検知することができ、これにより、検知部80,81,82,83,84,85は、熱を有する物体の移動を高精度に検知することができる。検知部80,81,82,83,84,85は、検知結果を車両ECU12に送る。車両ECU12は、各検知部80,81,82,83,84,85からの入力に基づいて、各検知部80,81,82,83,84,85の検知領域内に異物が侵入したかを判断する。
The
図6は、検知部80などを模式的に示す模式図である。この図6に示すように、検知部80は、焦電素子86と、抵抗87と、電圧センサ88とを含む。焦電素子86は、侵入物(図示せず)から放出される赤外線を検知することによって侵入物の有無を検出するためのセンサである。なお、侵入物とは、焦電センサの検出範囲に本来存在しないものであり、たとえば、所定間隔を空けて非接触で電力伝送を行なう電力伝送システムの送電部と受電部との間に存在し、小動物(猫やネズミ)などが想定される。
FIG. 6 is a schematic diagram schematically showing the
焦電素子86は、赤外線が照射されていない状態、すなわち温度が変化していない状態でも自発分極により表面電荷を有する。焦電素子86は、通常は表面に周囲の浮遊電荷を引き寄せて中性状態となっている。赤外線が照射されることによる温度変化に伴い自発分極の状態が変化すると、表面電荷を生じる。この表面電荷の変化を表面電極および背面電極から取り出し、出力信号としている。
The
また、焦電素子86に照射されていた赤外線が遮断されるときも、分極電荷の状態が元の状態に戻ろうとして変化し、それに応じて焦電素子86の出力が変化する。このような焦電素子86の出力変化を検出することによって、侵入物の有無を検出することができる。
Also, when the infrared ray irradiated to the
そして、検知領域に侵入物が侵入すると、検知領域内における温度変化に基づく分極電化の状態変化が大きいので、侵入物の侵入などを高精度に検知することができる。 When an intruder enters the detection area, the change in state of polarization electrification based on the temperature change in the detection area is large, so that the intrusion of the intruder can be detected with high accuracy.
なお、焦電素子86には、赤外線集光レンズが設けられており、この赤外線集光レンズの形状などを変更することで、焦電素子86の検知領域を適宜変更することができる。
The
図1において、報知部48は、たとえば、警告音を発する音源部と、異物が検知されたことを表示する表示部と、使用者によって操作され、音源部の駆動と表示部の警告表示を解除する操作部とを含む。
In FIG. 1, for example, a
図7は、受電部20および受電装置11を示す斜視図である。図7に示すように、受電装置11は、送電部56と、この送電部56を内部に収容する筐体62とを備える。筐体62は、鉛直方向上方Uに向けて開口する開口部が形成されたシールド63と、このシールド63の開口部を閉塞するように配置された図示しない蓋部とを含む。
FIG. 7 is a perspective view showing the
そして、送電部56は、コイルユニット60と、このコイルユニット60に接続されたキャパシタ59とを含み、コイルユニット60は、板状のフェライトコア57と、フェライトコア57の周面に巻回された一次コイル58とを含む。
The
一次コイル58は、一端部から他端部に向かうにつれて、巻回軸線O10の周囲を取り囲むと共に巻回軸線O10の延びる方向に変位するようにコイル線を巻回して形成されている。
The
そして、受電部20と送電部56との間で電力伝送する際には、受電部20と送電部56とが鉛直方向に対向する。なお、本実施の形態において、受電部20との大きさと送電部56の大きさとは、実質的に同じ大きさとされているが、送電部56を受電部20よりも大きく形成してもよい。
When power is transmitted between the
図8は、送電部56と受電部20とが対向するように車両10が停車した状態を示す斜視図であり、図9は、送電部56と受電部20とが対向した状態における車両10の一部を示す側面図である。
FIG. 8 is a perspective view showing a state where the
この図9に示すように、受電部20は、送電部56の上方に配置され、受電部20と56とは対向する。
As shown in FIG. 9, the
なお、本実施の形態においては、受電部20が送電部56の上方に位置するように、車両10が進む進入方向D1は、車両後方向Bである。
In the present embodiment, the approach direction D1 in which the
図10は、受電部20と送電部56とが対向した状態で停車した後における車両ECU12の制御フローを示すフロー図である。
FIG. 10 is a flowchart showing a control flow of the
送電部56から受電部20が受電可能な位置で車両10が停車すると、車両ECU12は、第1検知ユニット71を起動する。そして、車両ECU12は、第1検知ユニット71が異物を検知したか否かを判断する(STEP1)。
When the
なお、当該STEP1は、第1検知ユニット71が、受電部20と送電部56との間に位置する検知領域内の物理量を検知するステップと、第1検知ユニット71が検知した物理量を異物検知装置18に出力するステップと、異物検知装置18が第1検知ユニット71からの入力に基づいて、異物の有無を判断するステップとを含む。このように、STEP1においては、異物検知装置18が第1検知ユニット71を用いて、受電部20と送電部56との間に異物があるか否かを判断する。
In STEP 1, the
図11は、第1検知ユニット71が異物検知を行うときの様子を模式的に示す平面図である。この図11において、検知部75,76,77として、赤外線センサが採用された場合には、検知部75,76,77は、検知領域R1,R2,R3から放射される赤外線量を検知する。検知部75,76,77の検知領域R1,R2,R3は、検知部75,76,77から下方に離れるにつれて広がるように分布しており、各検知領域R1,R2,R3は、略円錐形状である。そして、検知領域R1と検知領域R2と検知領域R3とが、送電部56の上面の全体を覆うように、検知部75,76,77が配置されている。
FIG. 11 is a plan view schematically showing a state when the
このため、検知部75,76,77は、受電部20と送電部56との間の赤外線などの物理量を検知することができる。検知部75,76,77は、検知した物理量を異物検知装置18に入力する。
For this reason, the
そして、車両ECU12は、各検知部75,76,77からの出力に基づいて、各検知領域R1,R2,R3における温度や温度分布を算出する。
And vehicle ECU12 calculates the temperature and temperature distribution in each detection area | region R1, R2, R3 based on the output from each
このように、送電部56から受電部20への電力送電の開始前において、検知領域の物理量を検知する検知部75,76,77を用いて、受電部20と送電部56との間に位置する異物を検知することで、たとえば、小動物が初めから送電部56上におり、当該書動物が動かない場合でも、当該小動物を検知することができる。
Thus, before the start of power transmission from the
その一方で、焦電センサなどのように、検知領域の物理量の変動を検知するセンサでは、当初から受電部20と送電部56との間に小動物などの異物があり、当該異物が動かない場合には、当該小動物を検知することが困難である。
On the other hand, in a sensor that detects a change in a physical quantity in a detection area, such as a pyroelectric sensor, there is a foreign object such as a small animal between the
車両ECU12が第1検知ユニット71から入力された入力値に基づいて、各検知領域R1,R2,R3内に異物があるか否かを判断するステップについて説明する。
A step in which the
車両ECU12の記憶部には、予め、送電部56が高温であるときに第1検知ユニット71が検知したときの温度分布データが格納されている。
The storage unit of the
そして、車両ECU12は、格納された温度分布データと、第1検知ユニット71が検知した検知結果とを比較した結果に基づいて、受電部20と送電部56との間に異物があるか否かを判断する。
Then, the
たとえば、温度分布データの温度分布の偏差と、第1検知ユニット71が検知した温度分布の偏差とが、予め定められた閾値を超える場合には、車両ECU12は、異物が受電部20と送電部56との間にあると判断する。
For example, when the deviation of the temperature distribution of the temperature distribution data and the deviation of the temperature distribution detected by the
これにより、他の車両が充電を行った直後である場合には、送電部56自体の温度が常温おりも高温である場合が想定されるが、このような場合であっても、受電部20と送電部56と間に異物が存在するか否かを判断することができる。なお、「常温」とは、送電部56が、たとえば、数時間使用されたいない状態のときの温度である。さらに、第1検知ユニット71の各検知部として、ソナーセンサが採用された場合には、異物検知装置18には、予め、異物がない状態での検知結果が格納されている。そして、異物検知装置18は、実際に、電力送電前に第1検知ユニット71を駆動した結果と、格納された検知結果とを比較することで、受電部20と送電部56との間の異物の有無を判断する。
As a result, when the other vehicle has just been charged, it is assumed that the temperature of the
車両ECU12は、第1検知ユニット71からの出力に基づいて、第1検知ユニット71が異物を検知したと判断すると(STEP1にて「YES」)、車両ECU12は、報知部48を駆動する(STEP9)。これにより、使用者に受電部20と送電部56との間に異物があることを報知することができる。
When the
次に、車両ECU12は、使用者によって警告解除されたかを判断する(STEP3)。使用者が受電部20と送電部56との間を確認した結果、小動物などの異物が確認できない場合や、受電部20と送電部56との間に位置する異物を排除したには、使用者は報知部48に設けられた操作部を操作することで報知部48の警告を解除することができる。
Next, the
車両ECU12は、報知部48の警告が解除されていないと判断すると(STEP3において「NO」)、車両ECU12は、再度、第1検知ユニット71が受電部20と送電部56との間に異物を検知したか否かを判断する(STEP1)。
If the
車両ECU12は、異物が受電部20と送電部56との間にないと判断すると、(STEP1において「NO」)、車両ECU12は、報知部48の警告を停止させる(STEP4)。
When
次に、異物検知装置18は、第2検知ユニット72,73,74を起動する(STEP5)。なお、上記「STEP3」において、使用者によって、報知部48の警告が解除された場合(STEP3において「YES」)にも、車両ECU12は、第2検知ユニット72,73,74を起動させる(STEP5)。
Next, the foreign
次に、車両ECU12は、第1検知ユニット71を停止させる(STEP6)。第1検知ユニット71の駆動を停止することで、消費電力を抑制することができる。なお、この図11に示すフローにおいては、第2検知ユニット72,73,74を起動した後、第1検知ユニット71を停止させているが、第1検知ユニット71を駆動し続けるようにしてもよい。
Next, the
次に、受電部20と送電部56と間で電力伝送を開始する(STEP7)。なお、受電部20と送電部56との間で電力伝送を行うときの伝送原理などについては後述する。
Next, power transmission is started between the
次に、異物検知装置18は、第2検知ユニット72,73,74が異物を検知したか否かを判断する(STEP8)。すなわち、当該STEP8は、異物検知装置18が第2検知ユニット72,73,74を用いて、受電部20と送電部56との間に異物が外部から侵入したか否かを判断するステップである。具体的には、第2検知ユニット72,73,74が各検知領域の物理量の変動を検知するステップと、第2検知ユニット72,73,74が検知した物理量の変動を異物検知装置18に入力するステップと、異物検知装置18が入力された入力値に基づいて、検知領域を異物が通ったか否かを判断するステップとを含む。
Next, the foreign
図12は、第2検知ユニット72,73,74が異物検知を行っている状態を模式的に示す平面図である。この図12に示すように、検知部81と、検知部82とが協働して、検知領域R4内の物理量の変化を検知する。車両ECU12は、検知部81,82が検知した物理量の変動に基づいて、検知領域R4内に小動物などの異物が入り込んだか否かを判断する。
FIG. 12 is a plan view schematically showing a state in which the
検知部80と検知部84とが協働して、検知領域R5内の物理量の変化を検知する。車両ECU12は、検知部80,84が検知した物理量の変動に基づいて、検知領域R5内に小動物などの異物が入り込んだか否かを判断する。
The
たとえば、小動物が検知領域R5内を通過すると、検知部80,84の少なくとも一方は、小動物の侵入による温度変化を検知して、検知結果を車両ECU12に送信する。車両ECU12は、検知部80,84から入力された検知結果に基づいて、検知領域R5内に小動物などの異物が侵入したか否かを判断する。
For example, when the small animal passes through the detection region R5, at least one of the
検知部83と検知部85とが協働して、検知領域R6内の物理量の変化を検知する。車両ECU12は、検知部83,85が検知した物理量の変動に基づいて、検知領域R6内に小動物などの異物が入り込んだか否かを判断する。
The
ここで、検知領域R4と、検知領域R5と、検知領域R6との物理量の変動を検知する
検知部80〜85は、検知部75〜77よりも、物理量の変動を精度よく検知することができる。
Here, the
検知領域R4と、検知領域R5と、検知領域R6とは、受電部20と送電部56との間に位置する領域の周囲を取り囲むように配置されている。なお、この図12に示す例においては、検知領域R4,R5,R6は、送電部56および受電部20の間に位置する領域の一部を含むと共に、受電部20と送電部56との間に位置する領域の周囲を取り囲むように配置されている。
The detection region R4, the detection region R5, and the detection region R6 are arranged so as to surround the periphery of the region located between the
当然のことながら、検知領域R4,R5,R6は、受電部20と送電部56との間に位置する領域全体を含むようにしてもよい。
As a matter of course, the detection regions R4, R5, and R6 may include the entire region located between the
ここで、検知領域R5,R6,R7内に小動物などが入り込んだ場合には、当該異物が検知領域R5,R6,R7を通過して、受電部20と送電部56との間に入り込む場合と、検知領域R5,R6,R7内であって、送電部56上から離れた領域に入り込む場合とが考えられる。
Here, when a small animal or the like enters the detection regions R5, R6, and R7, the foreign matter passes through the detection regions R5, R6, and R7 and enters between the
仮に、小動物が検知領域R5,R6,R7内であって、送電部56上から離れた位置に入り込んだとしても、当該異物が受電部20と送電部56との間に入り込む可能性が高い。
Even if the small animal enters the detection region R5, R6, R7 and is located away from the
そこで、異物検知装置18は、送電部56から受電部20への電力伝送中に、検知領域R5,R6,R7内に小動物などが入り込んだ場合には、「異物が送電部から受電部への電力伝送中に送電部と受電部との間に侵入した」と判断する。
Therefore, when a small animal or the like enters the detection areas R5, R6, and R7 during power transmission from the
そこで、車両ECU12は、第2検知ユニット72,73,74が異物を検知したと判断すると(STEP7において「YES」)、送電部56の電力送電を停止させる(STEP9)。
Therefore, when the
具体的には、車両ECU12は、図1に示す通信部として機能するアンテナ49から通信部として機能するアンテナ61に、高周波電力ドライバ54の駆動を停止させる信号を送信する。
Specifically, the
高周波電力ドライバ54の駆動が停止することで、送電部56からの送電が停止する。これにより、受電部20と送電部56との間に小動物などの異物がある状態で、送電部56から受電部20に電力が送電されることを抑制することができる。次に、車両ECU12は、第2検知ユニット72,73,74の駆動を停止させる(STEP10)。
When the driving of the high-
上記STEP8において、異物を検知できなかった場合には、バッテリ15の充電が完了したか否かを判断する(STEP11)。車両ECU12は、バッテリ15が満充電状態ではないと判断すると(STEP11において「NO」)、第2検知ユニット72,73,74が異物を検知したか否かを判断する(STEP8)。
If no foreign object is detected in
そして、車両ECU12は、上記のSTEP8およびSTEP11の制御を繰り返し、バッテリ15が満充電となったことを検知すると(STEP11において「YES」)、送電部56からの電力送電を停止させる(STEP9)。次に、第2検知ユニット72,73,74の駆動を停止させる(STEP10)。
And vehicle ECU12 repeats control of said STEP8 and STEP11, and if it detects that the
上記のように、車両ECU12は、送電部56から受電部20への電力送電がなされる前に、検知領域R1,R2,R3の物理量を検知する複数の検知部75,76,77を用いて、受電部20と送電部56との間に位置する小動物などの異物を検知する。そして、送電部56から受電部20への電力送電中においては、車両ECU12は、検知領域R4,R5,R6の物理量の変化を検知する検知部80〜85を用いて、受電部20と送電部56との間に侵入する小動物などの異物を検知する。
As described above, the
このように車両ECU12が各検知部を制御することで、受電部20と送電部56との間に入り込んだ状態で、送電部56から受電部20に電力が送電されることを抑制することができる。
As described above, the
なお、本実施の形態1においては、受電部20と送電部56とが対向して、車両10が停車した状態で、図11に示す第1検知ユニット71による検知が開始されているが、第1検知ユニット71が駆動するタイミングとしては、上記のタイミングに限られない。
In the first embodiment, detection by the
図8において、受電部20と送電部56とが上下方向に対向するように車両10が車両後方向Bに進む過程において、第1検知ユニット71は、送電部56の上方を通過する。このように、第1検知ユニット71が送電部56の上方を通過する際に、送電部56上に異物があるか否かを検知するようにしてもよい。
In FIG. 8, the
このように、第1検知ユニット71が送電部56の上方を通過する際に、送電部56上の異物を検知することで、車両10が停車すると、直ぐに、第2検知ユニット72,73,74による異物検知を開始することができる。
As described above, when the
図13から図16を用いて、受電部20と送電部56との間の電力伝送の原理について説明する。
The principle of power transmission between the
本実施の形態に係る電力伝送システムにおいては、送電部56の固有周波数と、受電部20の固有周波数との差は、受電部20または送電部56の固有周波数の10%以下である。このような範囲に各送電部56および受電部20の固有周波数を設定することで、電力伝送効率を高めることができる。その一方で、固有周波数の差が受電部20または送電部56の固有周波数の10%よりも大きくなると、電力伝送効率が10%より小さくなり、バッテリ15の充電時間が長くなるなどの弊害が生じる。
In the power transmission system according to the present embodiment, the difference between the natural frequency of
ここで、送電部56の固有周波数とは、キャパシタ59が設けられていない場合には、一次コイル58のインダクタンスと、一次コイル58のキャパシタンスとから形成された電気回路が自由振動する場合の振動周波数を意味する。キャパシタ59が設けられた場合には、送電部56の固有周波数とは、一次コイル58およびキャパシタ59のキャパシタンスと、一次コイル58のインダクタンスとによって形成された電気回路が自由振動する場合の振動周波数を意味する。上記電気回路において、制動力および電気抵抗をゼロもしくは実質的にゼロとしたときの固有周波数は、送電部56の共振周波数とも呼ばれる。
Here, the natural frequency of the
同様に、受電部20の固有周波数とは、キャパシタ23が設けられていない場合には、二次コイル22のインダクタンスと、二次コイル22のキャパシタンスとから形成された電気回路が自由振動する場合の振動周波数を意味する。キャパシタ23が設けられた場合には、受電部20の固有周波数とは、二次コイル22およびキャパシタ23のキャパシタンスと、二次コイル22のインダクタンスとによって形成された電気回路が自由振動する場合の振動周波数を意味する。上記電気回路において、制動力および電気抵抗をゼロもしくは実質的にゼロとしたときの固有周波数は、受電部20の共振周波数とも呼ばれる。
Similarly, the natural frequency of the
図13および図14を用いて、固有周波数の差と電力伝送効率との関係とを解析したシミュレーション結果について説明する。図13は、電力伝送システムのシミュレーションモデルを示す図である。電力伝送システムは、送電装置190と、受電装置191とを備え、送電装置190は、コイル192(電磁誘導コイル)と、送電部193とを含む。送電部193は、コイル194(1次コイル)と、コイル194に設けられたキャパシタ195とを含む。
A simulation result obtained by analyzing the relationship between the natural frequency difference and the power transmission efficiency will be described with reference to FIGS. 13 and 14. FIG. 13 is a diagram illustrating a simulation model of the power transmission system. The power transmission system includes a
受電装置191は、受電部196と、コイル197(電磁誘導コイル)とを備える。受電部196は、コイル199とこのコイル199(2次コイル)に接続されたキャパシタ198とを含む。
The
コイル194のインダクタンスをインダクタンスLtとし、キャパシタ195のキャパシタンスをキャパシタンスC1とする。コイル199のインダクタンスをインダクタンスLrとし、キャパシタ198のキャパシタンスをキャパシタンスC2とする。このように各パラメータを設定すると、送電部193の固有周波数f1は、下記の式(1)によって示され、受電部196の固有周波数f2は、下記の式(2)によって示される。
The inductance of the
f1=1/{2π(Lt×C1)1/2}・・・(1)
f2=1/{2π(Lr×C2)1/2}・・・(2)
ここで、インダクタンスLrおよびキャパシタンスC1,C2を固定して、インダクタンスLtのみを変化させた場合において、送電部193および受電部196の固有周波数のズレと、電力伝送効率との関係を図14に示す。なお、このシミュレーションにおいては、コイル194およびコイル199の相対的な位置関係は固定した状態であって、さらに、送電部193に供給される電流の周波数は一定である。
f1 = 1 / {2π (Lt × C1) 1/2 } (1)
f2 = 1 / {2π (Lr × C2) 1/2 } (2)
Here, when the inductance Lr and the capacitances C1 and C2 are fixed and only the inductance Lt is changed, the relationship between the deviation of the natural frequency of the
図14に示すグラフのうち、横軸は、固有周波数のズレ(%)を示し、縦軸は、一定周波数での伝送効率(%)を示す。固有周波数のズレ(%)は、下記式(3)によって示される。 In the graph shown in FIG. 14, the horizontal axis indicates the deviation (%) of the natural frequency, and the vertical axis indicates the transmission efficiency (%) at a constant frequency. The deviation (%) in the natural frequency is expressed by the following equation (3).
(固有周波数のズレ)={(f1−f2)/f2}×100(%)・・・(3)
図14からも明らかなように、固有周波数のズレ(%)が±0%の場合には、電力伝送効率は、100%近くとなる。固有周波数のズレ(%)が±5%の場合には、電力伝送効率は、40%となる。固有周波数のズレ(%)が±10%の場合には、電力伝送効率は、10%となる。固有周波数のズレ(%)が±15%の場合には、電力伝送効率は、5%となる。すなわち、固有周波数のズレ(%)の絶対値(固有周波数の差)が、受電部196の固有周波数の10%以下の範囲となるように各送電部および受電部の固有周波数を設定することで電力伝送効率を高めることができることがわかる。さらに、固有周波数のズレ(%)の絶対値が受電部196の固有周波数の5%以下となるように、各送電部および受電部の固有周波数を設定することで電力伝送効率をより高めることができることがわかる。なお、シミュレーションソフトしては、電磁界解析ソフトウェア(JMAG(登録商標):株式会社JSOL製)を採用している。
(Deviation of natural frequency) = {(f1-f2) / f2} × 100 (%) (3)
As is clear from FIG. 14, when the deviation (%) in natural frequency is ± 0%, the power transmission efficiency is close to 100%. When the deviation (%) in natural frequency is ± 5%, the power transmission efficiency is 40%. When the deviation (%) of the natural frequency is ± 10%, the power transmission efficiency is 10%. When the deviation (%) in natural frequency is ± 15%, the power transmission efficiency is 5%. That is, by setting the natural frequency of each power transmission unit and the power reception unit so that the absolute value (difference in natural frequency) of the deviation (%) of the natural frequency is within a range of 10% or less of the natural frequency of the
次に、本実施の形態に係る電力伝送システムの動作について説明する。
図1において、一次コイル58には、高周波電力ドライバ54から交流電力が供給される。この際、一次コイル58を流れる交流電流の周波数が特定の周波数となるように電力が供給されている。
Next, the operation of the power transmission system according to the present embodiment will be described.
In FIG. 1, AC power is supplied to the
一次コイル58に特定の周波数の電流が流れると、一次コイル58の周囲には特定の周波数で振動する電磁界が形成される。
When a current having a specific frequency flows through the
二次コイル22は、一次コイル58から所定範囲内に配置されており、二次コイル22は一次コイル58の周囲に形成された電磁界から電力を受け取る。
The
本実施の形態においては、二次コイル22および一次コイル58は、所謂、ヘリカルコイルが採用されている。このため、一次コイル58の周囲には、特定の周波数で振動する磁界および電界が形成され、二次コイル22は主に当該磁界から電力を受け取る。
In the present embodiment, so-called helical coils are employed for the
ここで、一次コイル58の周囲に形成される特定の周波数の磁界について説明する。「特定の周波数の磁界」は、典型的には、電力伝送効率と一次コイル58に供給される電流の周波数と関連性を有する。そこで、まず、電力伝送効率と、一次コイル58に供給される電流の周波数との関係について説明する。一次コイル58から二次コイル22に電力を伝送するときの電力伝送効率は、一次コイル58および二次コイル22の間の距離などの様々な要因よって変化する。たとえば、送電部56および受電部20の固有周波数(共振周波数)を固有周波数f0とし、一次コイル58に供給される電流の周波数を周波数f3とし、二次コイル22および一次コイル58の間のエアギャップをエアギャップAGとする。
Here, a magnetic field having a specific frequency formed around the
図15は、固有周波数f0を固定した状態で、エアギャップAGを変化させたときの電力伝送効率と、一次コイル58に供給される電流の周波数f3との関係を示すグラフである。
FIG. 15 is a graph showing the relationship between the power transmission efficiency and the frequency f3 of the current supplied to the
図15に示すグラフにおいて、横軸は、一次コイル58に供給する電流の周波数f3を示し、縦軸は、電力伝送効率(%)を示す。効率曲線L1は、エアギャップAGが小さいときの電力伝送効率と、一次コイル58に供給する電流の周波数f3との関係を模式的に示す。この効率曲線L1に示すように、エアギャップAGが小さい場合には、電力伝送効率のピークは周波数f4,f5(f4<f5)において生じる。エアギャップAGを大きくすると、電力伝送効率が高くなるときの2つのピークは、互いに近づくように変化する。そして、効率曲線L2に示すように、エアギャップAGを所定距離よりも大きくすると、電力伝送効率のピークは1つとなり、一次コイル58に供給する電流の周波数が周波数f6のときに電力伝送効率がピークとなる。エアギャップAGを効率曲線L2の状態よりもさらに大きくすると、効率曲線L3に示すように電力伝送効率のピークが小さくなる。
In the graph shown in FIG. 15, the horizontal axis indicates the frequency f3 of the current supplied to the
たとえば、電力伝送効率の向上を図るため手法として次のような第1の手法が考えられる。第1の手法としては、図1に示す一次コイル58に供給する電流の周波数を一定として、エアギャップAGにあわせて、キャパシタ59やキャパシタ23のキャパシタンスを変化させることで、送電部56と受電部20との間での電力伝送効率の特性を変化させる手法が挙げられる。具体的には、一次コイル58に供給される電流の周波数を一定とした状態で、電力伝送効率がピークとなるように、キャパシタ59およびキャパシタ23のキャパシタンスを調整する。この手法では、エアギャップAGの大きさに関係なく、一次コイル58および二次コイル22に流れる電流の周波数は一定である。なお、電力伝送効率の特性を変化させる手法としては、送電装置50と高周波電力ドライバ54との間に設けられた整合器を利用する手法や、コンバータ14を利用する手法などを採用することもできる。
For example, the following first method can be considered as a method for improving the power transmission efficiency. As a first technique, the frequency of the current supplied to the
また、第2の手法としては、エアギャップAGの大きさに基づいて、一次コイル58に供給する電流の周波数を調整する手法である。たとえば、図15において、電力伝送特性が効率曲線L1となる場合には、一次コイル58には周波数が周波数f4または周波数f5の電流を一次コイル58に供給する。そして、周波数特性が効率曲線L2,L3となる場合には、周波数が周波数f6の電流を一次コイル58に供給する。この場合では、エアギャップAGの大きさに合わせて一次コイル58および二次コイル22に流れる電流の周波数を変化させることになる。
The second method is a method of adjusting the frequency of the current supplied to the
第1の手法では、一次コイル58を流れる電流の周波数は、固定された一定の周波数となり、第2の手法では、一次コイル58を流れる周波数は、エアギャップAGによって適宜変化する周波数となる。第1の手法や第2の手法などによって、電力伝送効率が高くなるように設定された特定の周波数の電流が一次コイル58に供給される。一次コイル58に特定の周波数の電流が流れることで、一次コイル58の周囲には、特定の周波数で振動する磁界(電磁界)が形成される。受電部20は、受電部20と送電部56の間に形成され、かつ特定の周波数で振動する磁界を通じて送電部56から電力を受電している。したがって、「特定の周波数で振動する磁界」とは、必ずしも固定された周波数の磁界とは限らない。なお、上記の例では、エアギャップAGに着目して、一次コイル58に供給する電流の周波数を設定するようにしているが、電力伝送効率は、一次コイル58および二次コイル22の水平方向のずれ等のように他の要因によっても変化するものであり、当該他の要因に基づいて、一次コイル58に供給する電流の周波数を調整する場合がある。
In the first method, the frequency of the current flowing through the
なお共鳴コイルとしてヘリカルコイルを採用した例について説明したが、共鳴コイルとして、メアンダラインなどのアンテナなどを採用した場合には、一次コイル58に特定の周波数の電流が流れることで、特定の周波数の電界が一次コイル58の周囲に形成される。そして、この電界をとおして、送電部56と受電部20との間で電力伝送が行われる。
In addition, although the example which employ | adopted the helical coil as a resonance coil was demonstrated, when antennas, such as a meander line, are employ | adopted as a resonance coil, the electric current of a specific frequency flows into the
本実施の形態に係る電力伝送システムにおいては、電磁界の「静電磁界」が支配的な近接場(エバネッセント場)を利用することで、送電および受電効率の向上が図られている。図16は、電流源または磁流源からの距離と電磁界の強度との関係を示した図である。図16を参照して、電磁界は3つの成分から成る。曲線k1は、波源からの距離に反比例した成分であり、「輻射電磁界」と称される。曲線k2は、波源からの距離の2乗に反比例した成分であり、「誘導電磁界」と称される。また、曲線k3は、波源からの距離の3乗に反比例した成分であり、「静電磁界」と称される。なお、電磁界の波長を「λ」とすると、「輻射電磁界」と「誘導電磁界」と「静電磁界」との強さが略等しくなる距離は、λ/2πとあらわすことができる。 In the power transmission system according to the present embodiment, the efficiency of power transmission and power reception is improved by using a near field (evanescent field) in which the “electrostatic magnetic field” of the electromagnetic field is dominant. FIG. 16 is a diagram showing the relationship between the distance from the current source or the magnetic current source and the strength of the electromagnetic field. Referring to FIG. 16, the electromagnetic field is composed of three components. The curve k1 is a component that is inversely proportional to the distance from the wave source, and is referred to as a “radiated electromagnetic field”. A curve k2 is a component inversely proportional to the square of the distance from the wave source, and is referred to as an “induction electromagnetic field”. The curve k3 is a component inversely proportional to the cube of the distance from the wave source, and is referred to as an “electrostatic magnetic field”. When the wavelength of the electromagnetic field is “λ”, the distance at which the strengths of the “radiant electromagnetic field”, the “induction electromagnetic field”, and the “electrostatic magnetic field” are approximately equal can be expressed as λ / 2π.
「静電磁界」は、波源からの距離とともに急激に電磁波の強度が減少する領域であり、本実施の形態に係る電力伝送システムでは、この「静電磁界」が支配的な近接場(エバネッセント場)を利用してエネルギー(電力)の伝送が行なわれる。すなわち、「静電磁界」が支配的な近接場において、近接する固有周波数を有する送電部56および受電部20(たとえば一対のLC共振コイル)を共鳴させることにより、送電部56から他方の受電部20へエネルギー(電力)を伝送する。この「静電磁界」は遠方にエネルギーを伝播しないので、遠方までエネルギーを伝播する「輻射電磁界」によってエネルギー(電力)を伝送する電磁波に比べて、共鳴法は、より少ないエネルギー損失で送電することができる。
The “electrostatic magnetic field” is a region where the intensity of electromagnetic waves suddenly decreases with the distance from the wave source. In the power transmission system according to the present embodiment, this “electrostatic magnetic field” is a dominant near field (evanescent field). ) Is used to transmit energy (electric power). That is, in the near field where the “electrostatic magnetic field” is dominant, by resonating the
このように、この電力伝送システムにおいては、送電部と受電部とを電磁界によって共振(共鳴)させることで送電部と受電部との間で非接触で電力が送電される。このような受電部と送電部との間に形成される電磁場は、たとえば、近接場共振(共鳴)結合場という場合がある。 Thus, in this power transmission system, power is transmitted in a non-contact manner between the power transmission unit and the power reception unit by causing the power transmission unit and the power reception unit to resonate (resonate) with each other by an electromagnetic field. Such an electromagnetic field formed between the power reception unit and the power transmission unit may be referred to as a near-field resonance (resonance) coupling field, for example.
本実施の形態の電力伝送における送電部56と受電部20との結合を、たとえば、「磁気共鳴結合」、「磁界(磁場)共鳴結合」、「磁場共振(共鳴)結合」、「近接場共振(共鳴)結合」、「電磁界(電磁場)共振結合」または「電界(電場)共振結合」という。
For example, “magnetic resonance coupling”, “magnetic field (magnetic field) resonance coupling”, “magnetic field resonance (resonance) coupling”, “near-field resonance” may be used as the coupling between the
「電磁界(電磁場)共振結合」は、「磁気共鳴結合」、「磁界(磁場)共鳴結合」、「電界(電場)共振結合」のいずれも含む結合を意味する。 The “electromagnetic field (electromagnetic field) resonance coupling” means a coupling including any of “magnetic resonance coupling”, “magnetic field (magnetic field) resonance coupling”, and “electric field (electric field) resonance coupling”.
本明細書中で説明した送電部56の一次コイル58と受電部20の二次コイル22とは、コイル形状のアンテナが採用されているため、送電部56と受電部20とは主に、磁界によって結合しており、送電部56と受電部20とは、「磁気共鳴結合」または「磁界(磁場)共鳴結合」している。
Since the coil-shaped antenna is adopted for the
なお、一次コイル58および二次コイル22として、たとえば、メアンダラインなどのアンテナを採用することも可能であり、この場合には、送電部56と受電部20とは主に、電界によって結合している。このときには、送電部56と受電部20とは、「電界(電場)共振結合」している。このように、本実施の形態においては、受電部20と送電部56との間で非接触で電力伝送をしている。このように、非接触で電力伝送する際には、受電部20と送電部56との間には、主に、磁界が形成される。
For example, an antenna such as a meander line can be used as the
(実施の形態2)
図17から図19を用いて、本実施の形態に係る外部給電装置51などについて説明する。
(Embodiment 2)
The external
本実施の形態2に係る外部給電装置51は、送電部56と受電部20とが対向配置された状態において、受電部20と送電部56との間に位置する異物を検知する第3検知ユニット90と、受電部20と送電部56との間に侵入する異物を検知する第4検知ユニット93などを含む。
The external
図18は、送電部56およびその周囲に位置する各種検知ユニットを示す平面図である。この図18に示すように、外部給電装置51は、第3検知ユニット90と、第4検知ユニット91,92,93とを含む。
FIG. 18 is a plan view showing the
第3検知ユニット90は、送電部56に対して進入方向D1前方側に配置されている。第3検知ユニット90は、検知部94,95,96を含む。
The
検知部94は、検知領域R10の物理量を検知する。検知部95は、検知領域R11の物理量を検知する。検知部96は、検知領域R12の物理量を検知する。なお、検知領域R10,R11,R12は、送電部56の上面を覆う。
The
このため、第3検知ユニット90によって、受電部20と送電部56とが対向した状態において、受電部20と送電部56との間に位置する異物を検知することができる。
For this reason, the
第4検知ユニット91は、第3検知ユニット90に対して停車する車両10の幅方向に間隔をあけて配置されている。また、第4検知ユニット92は、第3検知ユニット90に対して第4検知ユニット91と反対方向に配置されている。第4検知ユニット93は、送電部56に対して、進入方向D1後方側に配置されている。
The fourth detection unit 91 is disposed with an interval in the width direction of the
第4検知ユニット91は、検知部100,101を含む。第4検知ユニット92は、検知部103,104を含み、第4検知ユニット93は、検知部104,105を含む。
The fourth detection unit 91 includes
検知部100〜105は、検知領域の物理量の変化を検知する。検知部100〜105としては、たとえば、焦電センサなどを採用する。
The
図19に示すように、第4検知ユニット91,92,93が駆動すると、送電部56と受電部20との間に位置する領域の周囲に位置すると共に、送電部56と受電部20との間に位置する領域を取り囲むように配置された検知領域R13,R14,R15内の物理量の変動を検知する。
As shown in FIG. 19, when the
具体的には、検知部101と、検知部102とが協働して、検知領域R13内の物理量の変動を検知する。検知領域R13は、送電部56に対して進入方向D1前方側に位置する。
Specifically, the detection unit 101 and the
検知部100と検知部104とが協働して、検知領域R14内の物理量の変動を検知する。検知領域R14は、送電部56に対して、停車する車両10の幅方向側にずれている。検知部103と検知部105とが協働して、検知領域R15内の物理量の変動を検知する。検知領域R14は、送電部56に対して、検知領域R14と反対側に位置している。
The
上記のように構成された外部給電装置51を用いて、受電部20に電力伝送するときの外部給電装置51の駆動について説明する。
The driving of the external
図20は、外部給電装置51の制御フローを示すフロー図である。まず、車両10は、受電部20と送電部56とが対向した状態で停車すると、アンテナ49からアンテナ61に車両10が停車した旨を送信する。
FIG. 20 is a flowchart showing a control flow of the external
外部給電装置51は、車両10から車両10が停車したことを受信すると、外部給電装置51の制御を開始する。
When the external
まず、制御部55は、第3検知ユニット90が異物を検知したか否かを判断する(STEP1)。ここで、制御部55の記憶部には、送電部56が高温であるときに第3検知ユニット90が検知したとき検知結果を示す温度分布データが予め格納されている。
First, the
そして、制御部55は、第3検知ユニット90が検知した検知結果と、格納された温度分布データとを比較した結果に基づいて、受電部20と送電部56との間に異物があるか否かを判断する。
Then, the
なお、上記のような判断手法は、一例であって、他の手法を採用して、異物の有無を判断するようにしてもよい。 Note that the above-described determination method is an example, and other methods may be adopted to determine the presence or absence of a foreign object.
たとえば、第3検知ユニット90の各検知部として、ソナーセンサを採用した場合には、予め、異物がない状態で第3検知ユニット90が検知した検知結果を異物検知装置18の記憶部に格納する。そして、実際に、第3検知ユニット90を駆動した結果と、格納された検知結果とを比較して、異物検知装置18が異物の有無を判断するようにしてもよい。
For example, when a sonar sensor is employed as each detection unit of the
このように、制御部55は、第3検知ユニット90を用いて、受電部20と送電部56との間に小動物などの異物があるか検知する。制御部55は、第3検知ユニット90が異物を検知したと判断すると(STEP21において「YES」)、アンテナ61から車両10に異物を検知した旨の信号を送信する(STEP22)。
As described above, the
図17において、車両ECU12は、異物を検知した旨の信号を受信すると、報知部48を駆動する。報知部48が駆動された後、使用者によって報知部48の操作部が操作され、報知部48の警告状態が解除されると、車両ECU12は、アンテナ49からアンテナ61に警告状態が解除された旨の信号を送信する。
In FIG. 17, when the
その一方で、制御部55は、車両10から警告解除された旨の信号を受信していない場合には、使用者によって警告が解除されていないと判断して(STEP23)、上記のSTEP21に戻る。
On the other hand, if the
そして、制御部55は、車両10から警告解除された旨の信号を受信した場合には、使用者によって警告が解除されたとして(STEP23において「YES」)、第4検知ユニット91,92,93を起動する(STEP24)。
Then, when the
次に、第3検知ユニット90を停止する(STEP25)。第3検知ユニット90の駆動を停止することで、消費電力の低減を図ることができる。
Next, the
次に、電力送電を開始する(STEP26)。具体的には、制御部55は高周波電力ドライバ54を駆動して、送電部56から電力を受電部20に送電する。
Next, power transmission is started (STEP 26). Specifically, the
次に、制御部55は、第4検知ユニット91,92,93が異物を検知したか否かを判断する(STEP27)。ここで、制御部55は、第4検知ユニット91,92,93の少なくとも1つが異物の侵入を検知したと判断すると(STEP27において「YES」)、電力送電を停止させる(STEP28)。具体的には、制御部55は、高周波電力ドライバ54の駆動を停止させる。
Next, the
これにより、受電部20と送電部56との間に異物が入り込んだ状態で送電部56から受電部20に電力が送電されることを抑制することができる。
Thereby, it is possible to prevent power from being transmitted from the
次に、制御部55は、第4検知ユニット91,92,93の駆動を停止させる(STEP29)。その一方で、上記STEP27において、制御部55は、異物が侵入していないと判断すると(STEP27において「NO」)、制御部55は、車両10からバッテリ15の充電が完了した旨の信号を受信したか否かを判断する(STEP30)。
Next, the
具体的には、車両10の車両ECU12は、送電部56から受電部20への電力送電が開始されると、バッテリ15の充電状態をセンシングする。
Specifically, the
車両ECU12は、バッテリ15の充電が完了したと判断すると、アンテナ49からアンテナ61にバッテリ15の充電が完了した旨の信号を送信する。
When the
そして、上記のSTEP30において、制御部55は、車両10から、バッテリ15の充電が完了した旨の信号を受信した、または、既に、受信していると判断すると(STEP30において「YES」)、受電部20への電力送電を停止する(STEP28)。
When the
そして、制御部55は、第4検知ユニット91,92,93を停止させる(STEP29)。
And the
このように、本実施の形態2に係る外部給電装置51においても、受電部20への電力送電前に、制御部55は、第3検知ユニット90を用いて、検知領域R10,R11,R12内の異物を検知する。第3検知ユニット90は、検知領域内の物理量を検知するため、受電部20と送電部56とが対向した際に、既に、小動物などの異物が受電部20と
送電部56との間にある場合には、当該異物を検知することができる。
As described above, also in the external
そして、受電部20への電力送電中においては、制御部55は、第4検知ユニット91,92,93を用いて、受電部20と送電部56との間に異物が侵入したか否かを判断する。第4検知ユニット91,92,93は、検知領域の物理量の変動を高精度に検知することができるため、検知領域を通過する小動物を精度よく検知することができる。
During power transmission to the
このため、本実施の形態2に係る外部給電装置51によれば、受電部20と送電部56との間に小動物などの異物がある状態で、送電部56から受電部20に電力送電されることを抑制することができる。
For this reason, according to the external
なお、上記実施の形態1,2においては、送電部56から受電部20に電力を送電する場合について説明したが、受電部20から送電部56に電力を送電する場合においても、同様に、受電部20と送電部56との間に異物がある状態で電力送電されることを抑制することができる。
In the first and second embodiments, the case where power is transmitted from the
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。さらに、上記数値などは、例示であり、上記数値および範囲にかぎられない。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims. Furthermore, the above numerical values are examples, and are not limited to the above numerical values and ranges.
10 車両、10A 車両本体、11,191 受電装置、13 整流器、14 コンバータ、15 バッテリ、16 パワーコントロールユニット、17 モータユニット、18 異物検知装置、20,196 受電部、21,57 フェライトコア、22 二次コイル、23,59,195,198 キャパシタ、24,60 コイルユニット、25 底面、26 フロアパネル、27,62 筐体、28,63 シールド、29 蓋部、30 前縁部、31 後縁部、32 右側縁部、33 左側縁部、34 第1端部、35 第2端部、47 エンジン、48 報知部、49,61 アンテナ、50,190 送電装置、51 外部給電装置、52 駐車スペース、53 交流電源、54 高周波電力ドライバ、55 制御部、56,193 送電部、58 一次コイル、65 後辺部、66L 後側辺部、71 第1検知ユニット、72,73,74 第2検知ユニット、75〜77,80〜85,94〜96,100〜105 検知部、86 焦電素子、87 抵抗、88 電圧センサ、90 第3検知ユニット、91,92,93 第4検知ユニット。
DESCRIPTION OF
Claims (17)
前記送電部と、前記送電部に対向する前記受電部との間に位置する異物を検知する複数の第1検知部と、
前記送電部と前記受電部との間に侵入する異物を検知する第2検知部と、
前記第1検知部と前記第2検知部とを制御する制御部と
を備え、
前記第1検知部は、前記第1検知部が検知する検知領域内における物理量を検知するセンサであり、前記第2検知部は、前記第2検知部が検知する検知領域内における物理量の変化を検知するセンサであり、
前記制御部は、前記送電部から前記受電部への電力送電が開始される前に、前記送電部と前記受電部との間に位置する異物を前記第1検知部に検知させ、前記送電部から前記受電部への電力送電中に前記送電部と前記受電部との間に侵入する異物を前記第2検知部に検知させ、
前記制御部には、前記送電部が高温であるときにおける前記複数の第1検知部による検知結果を示す温度分布データが格納され、
前記制御部は、前記複数の第1検知部によって検知された検知結果と、前記温度分布データとを比較した結果に基づいて、前記複数の第1検知部が異物を検知したか否かを判断する、受電装置。 A power receiving unit that receives power in a non-contact manner from a power transmitting unit provided outside;
A plurality of first detection units for detecting foreign matter positioned between the power transmission unit and the power reception unit facing the power transmission unit;
A second detection unit for detecting a foreign substance entering between the power transmission unit and the power reception unit;
A control unit for controlling the first detection unit and the second detection unit;
The first detection unit is a sensor that detects a physical quantity in a detection region detected by the first detection unit, and the second detection unit detects a change in the physical quantity in a detection region detected by the second detection unit. A sensor to detect,
The control unit causes the first detection unit to detect a foreign object positioned between the power transmission unit and the power reception unit before power transmission from the power transmission unit to the power reception unit is started. During the power transmission from the power receiving unit to the power receiving unit, let the second detection unit detect foreign matter that enters between the power transmission unit and the power receiving unit ,
The control unit stores temperature distribution data indicating detection results by the plurality of first detection units when the power transmission unit is at a high temperature,
The control unit determines whether or not the plurality of first detection units have detected a foreign object based on a result of comparing the detection results detected by the plurality of first detection units and the temperature distribution data. The power receiving device.
前記制御部は、前記第1検知部が異物を検知した場合には、前記報知部を用いて、異物が検知された旨を使用者に報知する、請求項1または請求項2に記載の受電装置。 Further comprising a notification unit,
3. The power receiving according to claim 1, wherein when the first detection unit detects a foreign object, the control unit notifies the user that the foreign object has been detected using the notification unit. apparatus.
前記制御部は、前記受電部と前記送電部とが対向するように位置する際に、前記第1検知部に前記送電部上の異物を検知させる、請求項1から請求項4のいずれかに記載の受電装置。 The power receiving unit is mounted on a vehicle,
The control unit causes the first detection unit to detect a foreign object on the power transmission unit when the power reception unit and the power transmission unit are positioned to face each other. The power receiving apparatus described.
前記送電部と、前記送電部と対向する前記受電部との間に位置する異物を検知する複数の第3検知部と、
前記送電部と前記受電部との間に侵入する異物を検知する第4検知部と、
前記第3検知部と前記第4検知部とを制御する制御部と
を備え、
前記第3検知部は、前記第3検知部が検知する検知領域内における物理量を検知するセンサであり、前記第4検知部は、前記第4検知部が検知する検知領域内における物理量の変化を検知するセンサであり、
前記制御部は、前記送電部から前記受電部への電力送電が開始される前に、前記送電部と前記受電部との間に位置する異物を前記第3検知部に検知させ、
前記送電部から前記受電部への電力伝送中に前記送電部と前記受電部との間に侵入する異物を前記第4検知部に検知させ、
前記制御部には、前記送電部が高温であるときの前記複数の第3検知部による検知結果を示す温度分布データが格納され、
前記制御部は、前記複数の第3検知部によって検知された検知結果と、前記温度分布データとを比較した結果に基づいて、前記複数の第3検知部が異物を検知したか否かを判断する、送電装置。 A power transmission unit that transmits power in a contactless manner to a power reception unit mounted on the vehicle;
A plurality of third detection units for detecting foreign matter positioned between the power transmission unit and the power reception unit facing the power transmission unit;
A fourth detection unit for detecting a foreign substance entering between the power transmission unit and the power reception unit;
A control unit for controlling the third detection unit and the fourth detection unit;
The third detection unit is a sensor that detects a physical quantity in a detection region detected by the third detection unit, and the fourth detection unit detects a change in the physical quantity in a detection region detected by the fourth detection unit. A sensor to detect,
The control unit causes the third detection unit to detect a foreign object positioned between the power transmission unit and the power reception unit before power transmission from the power transmission unit to the power reception unit is started.
During the power transmission from the power transmission unit to the power reception unit, let the fourth detection unit detect foreign matter that enters between the power transmission unit and the power reception unit ,
The control unit stores temperature distribution data indicating detection results by the plurality of third detection units when the power transmission unit is at a high temperature,
The control unit determines whether the plurality of third detection units have detected a foreign object based on a result of comparison between the detection results detected by the plurality of third detection units and the temperature distribution data. A power transmission device.
前記制御部は、前記第3検知部が異物を検知した場合には、前記報知部を用いて、異物が検知された旨を使用者に報知する、請求項10または請求項11に記載の送電装置。 The vehicle further includes a notification unit,
The power transmission according to claim 10 or 11 , wherein when the third detection unit detects a foreign object, the control unit notifies the user that the foreign object has been detected using the notification unit. apparatus.
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