JP2017126596A

JP2017126596A - 送電装置

Info

Publication number: JP2017126596A
Application number: JP2016003306A
Authority: JP
Inventors: 達中村; Toru Nakamura; 宜久山口; Yoshihisa Yamaguchi; 古池　剛; Takeshi Furuike; 剛古池; 竜也安久; Tatsuya Aku
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-01-12
Filing date: 2016-01-12
Publication date: 2017-07-20

Abstract

【課題】フェライト板に割れなどが生じる程度の外力が加えられたことを検知することができる送電装置を提供する。【解決手段】送電装置は、板状に形成されたフェライト板と、フェライト板に設けられると共に、外部に設けられた受電装置に非接触で電力を送電する送電コイルと、送電コイルおよびフェライト板よりも上方に配置されており、溝部４７，４８が形成されている基板と、溝部４７，４８と交差するように基板に形成されているコイル４６，４５と、コイル４６，４５の断線を検知する検知部とを備える。【選択図】図７

Description

本発明は送電装置に関する。

従来から、車両に搭載された受電装置と、受電装置に非接触で電力を送電する送電装置とを備えた非接触充電システムについて各種提案されている（特許文献１〜５参照）。

たとえば、特開２０１５−２１１５３６号公報に記載された非接触充電システムにおいて、送電装置は、板状のフェライト板と、このフェライト板に巻回された送電コイルとを含む。

特開２０１３−１５４８１５号公報特開２０１３−１４６１５４号公報特開２０１３−１４６１４８号公報特開２０１３−１１０８２２号公報特開２０１３−１２６３２７号公報特開２０１５−２１１５３６号公報

特開２０１５−２１１５３６号公報に記載された送電装置が受電装置に電力を送電する際には、送電コイルに電流が供給される。送電コイルに電流が流れると、磁束がフェライト板内を流れる。そして、送電装置からの磁束が受電コイルと鎖交することで、受電コイルに電流が流れる。

送電装置は地面に配置されているため、車両の車輪が送電装置上を通り、送電装置に大きな荷重が加えられる場合がある。送電装置に大きな荷重が加えられると、送電装置に設けられたフェライト板にも大きな荷重が加えられ、フェライト板が割れるおそれがある。

フェライト板の割れ部分においては、割れたフェライト板の割れ片同士が接触している場合が多く、割れ片部分の接触部分の面積が小さくなる。その結果、割れ部分の磁気抵抗は、割れが生じていない部分の磁気抵抗よりも高くなる。そして、磁気抵抗の高い部分を磁束が通ると大きな磁気損失が生し、当該割れ部分の温度が高くなる。

しかし、特開２０１５−２１１５３６号公報に記載された送電装置においては、フェライト板に割れが生じる程度の外力が加えられたことを検知する手段がない。

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、フェライト板に割れなどが生じる程度の外力が加えられたことを検知することができる送電装置を提供することである。

本発明に係る送電装置は、板状に形成されたフェライト板と、前記フェライト板に設けられると共に、外部に設けられた受電装置に非接触で電力を送電する送電コイルと、前記送電コイルおよび前記フェライト板よりも上方に配置されており、溝部が形成されている基板と、前記溝部と交差するように前記基板に形成されている配線と、前記配線の断線を検知する検知部とを備える。

上記の送電装置によれば、送電装置に所定以上の外力が加えられると、溝部において基板に割れが生じる。基板が溝部の部分で割れると、溝部と交差するように設けられた配線が断線する。この断線を検知することで、送電装置に所定値以上の荷重が加えられることを検知することができる。

本発明に係る送電装置によれば、フェライト板に割れなどが生じる程度の外力が加えられたことを検知することができる。

非接触充電システム１を模式的に示す模式図である。非接触充電システム１を模式的に示す電気回路図である。送電装置３を示す分解斜視図である。ベース板３０を示す平面図である。ボビン２２の下面２５を示す底面図である。送電コイル１７およびフェライト板３３を示す平面図である。異物検知板２６を示す斜視図である。検知コイル対４０を示す斜視図である。異物検知板２６を示す電気回路図である。送電装置３の一部を断面視した断面図である。

図１は、非接触充電システム１を模式的に示す模式図であり、図２は、非接触充電システム１を模式的に示す電気回路図である。図１に示すように、非接触充電システム１は、受電装置４が設けられた車両２と、車両２の外部に設けられた送電装置３とを備える。

車両２は、送電装置３から非接触で電力を受電する受電装置４と、制御部５と、受電装置４が受電した電力を蓄電するバッテリ６と、アンテナ７とを含む。送電装置３は、電源１０に接続されている。

図２に示すように、受電装置４は、受電部８と、受電部８に接続された整流器９とを含む。受電部８は、受電コイル１１と受電コイル１１に直列に接続されたコンデンサ１２とを含む。整流器９は、受電部８が受電した交流電力を直流電力に変換して、バッテリ６に供給する。

送電装置３は、送電部１５と、送電部１５に接続された変換器１６とを含む。送電部１５は、送電コイル１７と、送電コイル１７に直列に接続されたコンデンサ１８とを含む。変換器１６は、電源１０から供給される交流電力の周波数や電圧を調節して、送電部１５に供給する。送電装置３は、図１に示すように、アンテナ１９および制御部２０を含む。

図３は、送電装置３を示す分解斜視図である。この図３に示すように、送電装置３は、筐体２１を含み、筐体２１は、アルミニウムなどの金属材料によって形成されたベース板３０と、このベース板３０を上方から覆うように設けられた樹脂蓋３１とを含む。

送電装置３は、ベース板３０の上面上に配置された支持板３２と、支持板３２の上面上に配置されたフェライト板３３と、フェライト板３３の上面上に配置されたボビン２２と、ボビン２２のコイル溝２３内に装着された送電コイル１７と、ボビン２２の上面上に配置された異物検知板２６と、異物検知板２６の上面に配置された樹脂蓋３１とを含む。

図４は、ベース板３０を示す平面図である。この図４に示すように、ベース板３０の上面には、底板３６と、底板３６の上面に形成された支持壁３５とを含む。

図３に示すように、支持板３２は、支持壁３５によって支持されている。支持板３２とベース板３０との間には、隙間が形成されており、支持板３２およびベース板３０の間にコンデンサ１８および変換器１６が収容されている。なお、支持板３２もアルミニウムなどの金属から形成されている。

フェライト板３３は、複数の分割フェライト３７を含む。ボビン２２は、板状に形成されており、樹脂などの絶縁材料によって形成されている。ボビン２２の上面２４にはコイル溝２３が形成されており、このコイル溝２３に送電コイル１７が配置されている。図５は、ボビン２２の下面２５を示す底面図である。この図５に示すように、ボビン２２の下面２５には、下方に向けて突出する支持壁２７が形成されている。

図６は、送電コイル１７およびフェライト板３３を示す平面図である。なお、この図６においては、ボビン２２などの部材は図示していない。この図６に示すように、送電コイル１７は、フェライト板３３の上面に配置されている。送電コイル１７は、上下方向に延びる巻回軸線Ｏ１の周囲を取り囲むように形成されている。そして、送電コイル１７の中央部には、中空部３４が形成されている。

フェライト板３３は、複数の分割フェライト３７を含み、各分割フェライト３７間には空隙が形成されている。当該空隙は、中空部３４から径方向に延びるように形成されている。

図７は、異物検知板２６を示す斜視図である。この図７に示すように、異物検知板２６は、積層絶縁板４１と、積層絶縁板４１に形成された複数の検知コイル対４０とを含む。

積層絶縁板４１は、絶縁板４２と、絶縁板４２の上面に設けられた絶縁板４３とを含む。絶縁板４２，４３は、樹脂などの絶縁材料によって形成されている。

検知コイル対４０は、絶縁板４２の上面に設けられた送信コイル４５と、絶縁板４３の上面に設けられた受信コイル４６とを含む。

そして、絶縁板４３の上面４９には、格子状の溝部４７が形成されている。複数の受信コイル４６のうち、少なくとも１つの受信コイル４６は、溝部４７と交差するように形成されている。

絶縁板４２の上面にも、溝部４７と同様に格子状の溝部４８が形成されており、送信コイル４５は、溝部４８と交差するように形成されている。

図８は、検知コイル対４０を示す斜視図である。この図８に示すように、送信コイル４５および受信コイル４６は、上下方向に配列するように設けられている。

図９は、異物検知板２６を示す電気回路図である。この図９に示すように、異物検知板２６は、電源１０に接続されたパワーアンプ５０と、パワーアンプ５０に接続されたコンデンサ５１と、コンデンサ５１に接続されたマルチプレクサ５２と、複数の送信コイル４５と、マルチプレクサ５４とを含む。

マルチプレクサ５２には、複数の共通配線５３が接続されている。各共通配線５３には、複数の送信コイル４５の一方の端部が接続されている。マルチプレクサ５４には、複数の共通配線５５が接続されている。各共通配線５５には、複数の送信コイル４５の他方の端部が接続されている。

異物検知板２６は、信号処理回路６０と、信号処理回路６０に接続されたコンデンサ６１および抵抗６２と、コンデンサ６１に接続されたマルチプレクサ６３と、複数の受信コイル４６と、マルチプレクサ６５とを含む。

マルチプレクサ６３には、複数の共通配線６４が接続されており、各共通配線６４には、複数の受信コイル４６の一方の端部が接続されている。マルチプレクサ６５には、複数の共通配線６６が接続されており、各共通配線６６には複数の受信コイル４６の他方の端部が接続されている。図１０は、送電装置３の一部を断面視した断面図である。この図１０に示すように、各分割フェライト３７の間の空隙に、ボビン２２の下面に形成された支持壁２７が入り込んでいる。そして、ベース板３０の支持壁３５が支持板３２を挟んで、支持壁２７の下端部を支持している。

そして、ボビン２２の上面には、異物検知板２６の積層絶縁板４１が配置されている。そして、絶縁板４２の上面に溝部４８が形成されており、この溝部４８を跨るように送信コイル４５が形成されている。

絶縁板４２の上面に絶縁板４３が配置されている。絶縁板４３の上面には、溝部４７が形成されており、この溝部４７を跨るように、受信コイル４６が形成されている。ここで、溝部４７および溝部４８は、分割フェライト３７の中央部の上方に設けられている。

上記のように構成された非接触充電システム１の作用について説明する。送電装置３から受電装置４に電力を送電する前に、送電装置３の上方に受電装置４が位置するように車両２を移動させる。この際、送電装置３の上面などに金属異物などがある場合には、当該金属異物が高温となるおそれがあるため、異物検知板２６を用いて、金属異物の有無を検知する。

金属異物の有無を検知する際には、図９において、制御部２０は、複数の共通配線５３のうち、１つの共通配線５３がコンデンサ５１に接続されるように、マルチプレクサ５２を制御する。そして、複数の共通配線５５のうち１つの共通配線５５が接地されるように、制御部２０はマルチプレクサ５４を制御する。このようにして、１つの送信コイル４５に交流電流が供給される。このようにして、複数の送信コイル４５のから１つの送信コイル４５から選択される。

次に、選択された送信コイル４５の上方に位置する受信コイル４６が、コンデンサ６１に接続されると共に接地されるように、制御部２０は、マルチプレクサ６３，６５を制御する。

そして、図８において、選択された送信コイル４５に交流電流が流れると、当該送信コイル４５の周囲に磁束が形成される。この磁束が受信コイル４６と鎖交することで、受信コイル４６に誘導起電圧が生じる。この受信コイル４６の周囲に金属異物がある場合には、当該金属異物にも送信コイル４５からの磁束が入射し、金属異物に渦電流が流れる。

その結果、受信コイル４６の実効抵抗が大きくなり、受信コイル４６に生じる誘導起電圧が変動する。

図９に示す信号処理回路６０は、選択された受信コイル４６に生じる電圧を検知して、制御部２０に送信する。制御部２０は、信号処理回路６０からの検知電圧に基づいて金属異物の有無を判断する。

そして、制御部２０は、選択する送信コイル４５および受信コイル４６を順次切り替えることで、送電装置の上面の金属異物の有無を判断する。

上記のように、車両２が位置合わせしている過程において、異物検知板２６が金属異物の有無を検知している。その一方で、車両２が移動している過程において、車両２の車輪が送電装置３に乗り上げる場合がある。

図１０において、樹脂蓋３１上に車輪６７が乗り上げると、樹脂蓋３１および積層絶縁板４１が撓む。

積層絶縁板４１に加えられる荷重が所定値以上になり、積層絶縁板４１の撓み量が所定値よりも大きくなると、絶縁板４３の溝部４７や絶縁板４２の溝部４８において割れが発生する。

ここで、送電装置３に加えられる外力によって、分割フェライト３７が割れる前に、絶縁板４２，４３が割れるように、溝部４７，４８の溝深さ、溝幅などが設定される。

溝部４７で割れが発生すると、絶縁板４３の割れ部分に隙間が生じやすく、当該隙間が生じると、溝部４７と交差するように受信コイル４６が配置されているため、受信コイル４６が断線する。同様に、送信コイル４５は、溝部４８と交差するように形成されているため、溝部４８で割れが発生すると、送信コイル４５が断線する。

図９において、送信コイル４５が断線すると、送信コイル４５に交流電流が流れなくなる。その結果、断線した送信コイル４５に対応する受信コイル４６に誘導起電圧が生じなくなる。また、特定の受信コイル４６が断線すると、受信コイル４６に誘導起電圧が大きく変動する。

このため、制御部２０は、信号処理回路６０からの出力値に基づいて、送信コイル４５および受信コイル４６の断線を検知することができる。

制御部２０は、送信コイル４５または受信コイル４６の断線を検知すると、送電コイル１７への電力供給を停止する。

このように、本実施の形態に係る送電装置３においては、分割フェライト３７が割れる前に、送電コイル１７への送電が停止されるため、仮に、分割フェライト３７に割れが発生したとしても、割れた分割フェライト３７に磁束が流れ、分割フェライト３７が高温となることを抑制することができる。

なお、本実施の形態においては、溝部４７と、受信コイル４６とが交差するように形成されているが、共通配線６４，６６が交差するようにしてもよい。同様に、送信コイル４５が溝部４８と交差するように設けられているが、共通配線５３，５５が溝部４８と交差するようにしてもよい。

なお、上記の実施の形態においては、異物検知板２６の各種配線が断線することを検知して、送電装置３に所定値以上の荷重が加えられていることを検知しているが、異物検知板２６を用いることは必須ではない。

すなわち、送電装置３は、送電コイル１７および分割フェライト３７よりも上方に配置されると共に溝部が形成された基板と、溝部と交差するように基板に形成された配線と、配線の断線を検知する検知部とを備えておればよい。

なお、今回開示された実施の形態は全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。本発明の範囲は上記した説明ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

本願発明は、送電装置に適用することができる。

１非接触充電システム、２車両、３送電装置、４受電装置、５，２０制御部、６バッテリ、７，１９アンテナ、８受電部、９整流器、１０電源、１１受電コイル、１２，１８，５１，６１コンデンサ、１５送電部、１６変換器、１７送電コイル、２１筐体、２２ボビン、２３コイル溝、２４，４９上面、２５下面、２６異物検知板、２７，３５支持壁、３０ベース板、３１樹脂蓋、３２支持板、３３フェライト板、３４中空部、３６底板、３７分割フェライト、４０検知コイル対、４１積層絶縁板、４２，４３絶縁板、４５送信コイル、４６受信コイル、４７，４８溝部、５０パワーアンプ、５２，５４，６３，６５マルチプレクサ、５３，５５，６４，６６共通配線、６０信号処理回路、６２抵抗、６７車輪。

Claims

板状に形成されたフェライト板と、
前記フェライト板に設けられると共に、外部に設けられた受電装置に非接触で電力を送電する送電コイルと、
前記送電コイルおよび前記フェライト板よりも上方に配置されており、溝部が形成されている基板と、
前記溝部と交差するように前記基板に形成されている配線と、
前記配線の断線を検知する検知部とを備えた、送電装置。