特許 7259428 受電装置の制御装置、受電装置及び移動体

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-04-10

(45)【発行日】2023-04-18

(54)【発明の名称】受電装置の制御装置、受電装置及び移動体

(51)【国際特許分類】

   H02J 50/12 20160101AFI20230411BHJP

   H02J 7/00 20060101ALI20230411BHJP

   H01M 10/46 20060101ALI20230411BHJP

   B60L 53/12 20190101ALI20230411BHJP

   B60L 3/00 20190101ALI20230411BHJP

   B60L 5/00 20060101ALI20230411BHJP

   H02J 50/80 20160101ALI20230411BHJP

【ＦＩ】

H02J50/12

H02J7/00 301D

H01M10/46

B60L53/12

B60L3/00 J

B60L5/00 B

H02J50/80

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2019046827

(22)【出願日】2019-03-14

(65)【公開番号】P2020150699

(43)【公開日】2020-09-17

【審査請求日】2021-11-11

(73)【特許権者】

【識別番号】000000099

【氏名又は名称】株式会社ＩＨＩ

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100170818

【弁理士】

【氏名又は名称】小松 秀輝

(74)【代理人】

【識別番号】100133064

【弁理士】

【氏名又は名称】大野 新

(72)【発明者】

【氏名】野武 幸輝

【審査官】高野 誠治

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１４／０５４２４５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１１－１１４９１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１７５７０３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ６０Ｌ １／００－１３／００

Ｂ６０Ｌ １５／００－５８／４０

Ｈ０１Ｍ １０／４２－１０／４８

Ｈ０２Ｊ ７／００－７／１２

Ｈ０２Ｊ ７／３４－７／３６

Ｈ０２Ｊ ５０／００－５０／９０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

送電装置から受電装置への非接触給電における受電装置の制御装置であって、
前記送電装置から前記受電装置に供給された前記非接触給電の電力の一対の伝送路の間に設けられ、一方の前記伝送路に接続された第１端子、及び他方の前記伝送路に接続された第２端子を有する蓄電素子と、
前記第１端子と一方の前記伝送路との間に接続され、前記第１端子と一方の前記伝送路との接続を開閉する第１スイッチと、
一対の前記伝送路の間において前記蓄電素子と並列に接続され、前記第１スイッチの開閉を制御する制御部と、
前記蓄電素子と前記制御部とを接続する接続線に接続され、前記接続線を介して前記制御部の動作のための電力を前記制御部へ供給する電源と、
前記電源と前記制御部との間に接続され、前記電源から前記制御部への前記電力の電圧を検出する第１検出部と、
を備え、
前記制御部は、前記第１検出部により検出された前記電圧が第１閾値以下となったときに、前記第１スイッチを閉じる、受電装置の制御装置。

【請求項2】

前記第１スイッチは、一対の前記伝送路の内のマイナス極の側の前記伝送路に接続されている、請求項１に記載の受電装置の制御装置。

【請求項3】

前記蓄電素子のマイナス極は、前記電源のグランドに接続されている、請求項１に記載の受電装置の制御装置。

【請求項4】

前記制御部は、コンバータを介して前記蓄電素子に接続され、
前記コンバータは、前記蓄電素子の電圧を前記制御部が動作する電圧に変換する、請求項１～３のいずれか１項に記載の受電装置の制御装置。

【請求項5】

前記制御部は、ダイオードを介して前記蓄電素子に接続されている、請求項１～４のいずれか１項に記載の受電装置の制御装置。

【請求項6】

前記制御部は、ダイオードを介して前記電源に接続されている、請求項１～５のいずれか１項に記載の受電装置の制御装置。

【請求項7】

前記制御部は、前記蓄電素子との接続とは別に一対の前記伝送路の間に並列に接続されている、請求項１～６のいずれか１項に記載の受電装置の制御装置。

【請求項8】

一対の前記伝送路の間に接続され、一対の前記伝送路により伝送される前記非接触給電の電力の電圧を検出する第２検出部を更に備え、
前記制御部は、前記第１検出部により検出された前記電圧が第１閾値以下となったときに、或いは、前記第２検出部により検出された前記電圧が第２閾値以上となったときに、前記第１スイッチを閉じる、請求項１～７のいずれか１項に記載の受電装置の制御装置。

【請求項9】

一対の前記伝送路と、一対の前記伝送路を介して前記受電装置からの前記非接触給電の電力が供給される負荷と、の間に接続された第２スイッチと、
前記第２スイッチに接続され、前記負荷の異常の発生の有無に応じて前記第２スイッチの開閉を制御する負荷監視システムと、を更に備え、
前記負荷監視システムは、前記負荷に異常が発生したときに、前記第２スイッチを開く、請求項１～８のいずれか１項に記載の受電装置の制御装置。

【請求項10】

請求項１～９のいずれか１項に記載の受電装置の制御装置を備えた受電装置。

【請求項11】

請求項１０に記載の受電装置を備えた移動体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、受電装置の制御装置、受電装置及び移動体に関するものである。

【背景技術】

【0002】

送電装置から電子機器及び自動車等に搭載された受電装置への非接触給電に関する技術が知られている。非接触給電中に何らかの原因で、非接触給電により送電装置から受電装置に供給された電力に余剰の電力が生じることがある。余剰の電力が生じると受電装置の機器に影響を及ぼす可能性がある。そこで、例えば、特許文献１には、余剰の電力が生じた際に、送電装置から受電装置に供給された非接触給電の電力の一対の伝送路の間に並列に抵抗を接続し、当該抵抗により余剰の電力を消費する電子機器が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特許第６４２８８３２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、上記技術では、余剰の電力が大きい場合には、大きな電力を消費できる抵抗は大型になる。また、上記技術では、余剰の電力を抵抗で熱に変えて放熱する必要がある。短時間に発生する熱を放熱するためには、冷却機構が必要であり、装置及びシステム等が大型化し、コストが増大する。

【0005】

そこで本発明は、大型の抵抗を用いずに余剰の電力を処理することができる受電装置の制御装置、受電装置及び移動体を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一側面は、送電装置から受電装置への非接触給電における受電装置の制御装置であって、送電装置から受電装置に供給された非接触給電の電力の一対の伝送路の間に並列に接続された蓄電素子と、蓄電素子と伝送路との接続を開閉するスイッチと、スイッチの開閉を制御し、蓄電素子に並列に接続された制御部と、制御部の電源の電圧を検出する検出部とを備え、制御部は、検出部により検出された電圧が閾値以下となったときに、スイッチを閉じる受電装置の制御装置である。

【0007】

この構成によれば、送電装置から受電装置への非接触給電における受電装置の制御装置において、送電装置から受電装置に供給された非接触給電の電力の一対の伝送路に並列に接続された蓄電素子と、蓄電素子と伝送路との接続を開閉するスイッチと、スイッチの開閉を制御し、蓄電素子に並列に接続された制御部と、制御部の電源の電圧を検出する検出部とを備え、制御部によって、検出部により検出された電圧が閾値以下となったときにスイッチが閉じられ、蓄電素子に非接触給電の電力の伝送路からの電力が蓄電される。蓄電素子に蓄電された電力は、蓄電素子に接続された制御部の動作のために使用されるため、大型の抵抗を用いずに余剰の電力を処理することができる。

【0008】

また、本発明の他の側面は、上記本発明の一側面の受電装置の制御装置を備えた受電装置である。

【0009】

また、本発明の他の側面は、上記本発明の他の側面の受電装置を備えた移動体である。

【発明の効果】

【0010】

本発明の一側面の受電装置の制御装置、本発明の他側面の受電装置及び移動体によれば、大型の抵抗を用いずに余剰の電力を処理することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】第１実施形態に係る受電装置の制御装置、受電装置及び移動体を含む非接触給電システムを示す図である。

【図2】第１実施形態に係る受電装置の制御装置を示す図である。

【図3】従来の受電装置の制御装置を示す図である。

【図4】第２実施形態に係る受電装置の制御装置を示す図である。

【図5】第３実施形態に係る受電装置の制御装置を示す図である。

【図6】第４実施形態に係る受電装置の制御装置を示す図である。

【図7】第５実施形態に係る受電装置の制御装置を示す図である。

【図8】実験例及び比較例の諸元を示す表である。

【図9】実験例及び比較例の諸元を示す表である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。図１に示されるように、非接触給電システム１は、送電装置２と受電装置３とを備えており、送電装置２から受電装置３に電力を供給するためのシステムである。送電装置２及び受電装置３は、例えば上下方向に離間している。送電装置２は、例えば駐車場等に設置されている。受電装置３は、移動体Ｍに搭載されている。移動体Ｍは、例えば電気自動車である。非接触給電システム１は、駐車場等に到着した電気自動車等の移動体Ｍに対し、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、電力を供給するように構成されている。

【0013】

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。また、移動体Ｍは、プラグインハイブリッド車、電動フォークリフト及び無人搬送車（ＡＧＶ：Automated guided vehicle）等でもよい。また、移動体Ｍは、ドローン等の無人航空機（ＵＡＶ：Unmanned aerial vehicle）及び水中航走体（ＵＵＶ：Unmannedunderwater vehicle）でもよい。

【0014】

送電装置２は、受電装置３に非接触で電力を供給するための装置である。送電装置２は、不図示の電源によって供給された電力から所望の交流電力を生成し、受電装置３に送る。送電装置２は、例えば駐車場等の路面Ｒに設置される。送電装置２は、例えば駐車場等の路面Ｒから上方に突出するように設けられた第１コイル装置４を備えている。第１コイル装置４は、例えば、扁平な錘台状又は直方体状をなしている。送電装置２は、電源から所望の交流電力を生成する。生成された交流電力が第１コイル装置４に送られることによって、第１コイル装置４は磁束を発生させる。

【0015】

受電装置３は、送電装置２から電力を受け取り、後述する移動体Ｍの負荷に電力を供給する装置である。受電装置３は移動体Ｍに搭載され、移動体Ｍは受電装置３を備える。受電装置３は、例えば、電気自動車の車体（シャーシ等）の底面に取り付けられた第２コイル装置５を備えている。第２コイル装置５は、電力供給時において第１コイル装置４と上下方向に離間して対向する。

【0016】

第２コイル装置５は、例えば扁平な錘台状又は直方体状をなしている。第１コイル装置４で発生した磁束が第２コイル装置５に鎖交することによって、第２コイル装置５は誘導電流を発生させる。これにより、第２コイル装置５は、非接触（ワイヤレス）で第１コイル装置４からの電力を受け取る。第２コイル装置５が受け取った電力は、移動体Ｍの負荷に供給される。受電装置３は、送電装置２から受電装置３への非接触給電における受電装置３の制御装置１０Ａを備える。

【0017】

図２に示すように、受電装置３は、送電装置２から受電装置３に供給された非接触給電の電力の一対の伝送路３２，３３を備える。伝送路３２，３３は、第２コイル装置５と整流器３１を介して接続されている。整流器３１は、第２コイル装置５が第１コイル装置４から受け取った交流電力を直流電力に変換する。伝送路３２，３３は、スイッチＳ１を介して負荷Ｌに接続され、負荷Ｌに電力を供給する。負荷Ｌは、例えば、移動体Ｍが電気自動車である場合には、電気自動車の駆動用バッテリである。

【0018】

負荷Ｌには、負荷監視システム３４が接続されている。負荷監視システム３４は電源３５から供給された電力により動作する。負荷監視システム３４は、スイッチＳ１の開閉を制御することにより、伝送路３２，３３と負荷Ｌとの接続を開閉する。何らかの原因により、電源３５がＯＦＦとなったときには、負荷監視システム３４及びスイッチＳ１は電源３５から供給された電力により動作しているため、スイッチＳ１は開く。また、負荷監視システム３４は、負荷Ｌに何らかの異常が発生したときには、スイッチＳ１を開く。負荷Ｌの異常とは、例えば、負荷Ｌが電気自動車の駆動用バッテリである場合には、駆動用バッテリの過電圧、過電流及び過温度等である。負荷監視システム３４は、移動体Ｍの側の設備であり、制御装置１０Ａの動作には何ら影響されずに動作する。

【0019】

受電装置３の制御装置１０Ａは、送電装置２から受電装置３に供給された非接触給電の電力の一対の伝送路３２，３３の間に並列に接続された蓄電素子Ｃ１を備える。蓄電素子Ｃ１には、例えば、キャパシタを適用できる。蓄電素子Ｃ１は、数千［Ｗ］×数百［ｍｓ］の電力量を蓄電できる容量を有する。数千［Ｗ］とは、整流器３１から負荷Ｌに対して給電されている電力の大きさである。数百［ｍｓ］とは、後述するように制御部１１が無線通信で送電装置２に送電中止指令を送信してから実際に送電が中止されるまでの時間である。蓄電素子Ｃ１が最大に充電されたときに到達する電圧は、受電装置３の耐電圧よりも低くなるように蓄電素子Ｃ１の蓄電容量を設計する必要がある。なお、蓄電素子Ｃ１には、例えば、バッテリ等の他の蓄電可能な素子を適用できる。

【0020】

蓄電素子Ｃ１は、蓄電素子Ｃ１に直列に接続された抵抗Ｒ１を介して伝送路３２に接続されている。抵抗Ｒ１は、蓄電素子Ｃ１への突入電流を防止するために接続されている。制御装置１０Ａは、蓄電素子Ｃ１と伝送路３２，３３との接続を開閉するスイッチＳ２を備える。スイッチＳ２には、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ：Field effect transistor）及び継電器等を適用できる。本実施形態では、一対の伝送路３２，３３の内のマイナス極の側の伝送路３３に接続され、整流器３１のマイナス極に至る方向に抵抗Ｒ１、蓄電素子Ｃ１及びスイッチＳ２の順序で、抵抗Ｒ１、蓄電素子Ｃ１及びスイッチＳ２が直列に接続されている。

【0021】

制御装置１０Ａは、スイッチＳ２の開閉を制御し、蓄電素子Ｃ１に並列に接続された制御部１１を備える。制御部１１は、例えば、ＣＰＵ[Central Processing Unit：中央処理装置]等の任意の好適なプロセッサである。また、制御部１１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ[Read Only Memory]、ＲＡＭ[Random Access Memory]等を含む電子制御ユニットである。制御部１１は電源３５から供給された電力により動作する。制御装置１０Ａは、伝送路３２，３３により伝送される非接触給電の電力の電圧ｖ１を検出する検出部Ｖ１を備える。検出部Ｖ１は、電圧ｖ１を検出する検出器である。また、検出部Ｖ１は、電圧ｖ１を検出する電圧センサである。制御装置１０Ａは、制御部１１の電源３５の電圧ｖ２を検出する検出部Ｖ２を備える。検出部Ｖ２は、電圧ｖ２を検出する検出器である。また、検出部Ｖ２は、電圧ｖ２を検出する電圧センサである。制御装置１０Ａは、送電装置２との無線通信が可能な無線通信機を備える。無線通信は、例えば、無線ＬＡＮのＩＥＥＥ８０２．１１規格に従って５ＧＨｚ帯及び２．４ＧＨｚ帯で行われる。

【0022】

制御部１１は、検出部Ｖ１により検出された電圧ｖ１が閾値以上のときに、スイッチＳ２を閉じる。また、制御部１１は、検出部Ｖ２により検出された電圧ｖ２が閾値以下となったときに、スイッチＳ２を閉じる。また、制御部１１は、検出部Ｖ１により検出された電圧ｖ１が閾値以上のときに、無線通信によって、送電装置２に非接触給電による電力の供給を中止させるための送電中止指令を送信する。また、制御部１１は、検出部Ｖ２により検出された電圧ｖ２が閾値以下となったときに、無線通信によって、送電装置２に非接触給電による電力の供給を中止させるための送電中止指令を送信する。なお、負荷監視システム３４及びスイッチＳ１は、移動体Ｍの側の設備であり、制御装置１０Ａの制御部１１から制御することはできない。

【0023】

本実施形態では、スイッチＳ２は、一対の伝送路３２，３３の内のマイナス極の側の伝送路３３に接続され、整流器３１のマイナス極に接続されている。制御部１１は、ＤＣ－ＤＣコンバータ１２を介して蓄電素子Ｃ１に接続され、ＤＣ－ＤＣコンバータ１２は、蓄電素子Ｃ１の電圧を制御部１１が動作する電圧に変換する。また、ＤＣ－ＤＣコンバータ１２は絶縁型であり、蓄電素子Ｃ１のマイナス極の電位を電源３５のグランドＧの電位に変換する。

【0024】

電圧ｖ１は、整流器３１から負荷Ｌに対して給電される電圧及び蓄電素子Ｃ１の最大電圧の範囲であり、例えば、直流３００Ｖ～６００Ｖ程度が想定される。電圧ｖ２は、制御部１１が動作する電圧範囲であり、例えば、直流９Ｖ～３６Ｖ程度が想定される。制御部１１及びスイッチＳ２の消費電力は、合計数十［Ｗ］程度である。ＤＣ－ＤＣコンバータ１２は、制御部１１及びスイッチＳ２の動作に十分な出力能力を有する。

【0025】

制御部１１は、ダイオードＤ１を介して電源３５に接続されている。ダイオードＤ１は、電源３５の側に蓄電素子Ｃ１からの電流が流れてしまうことを防止するために設けられる。制御部１１は、ダイオードＤ２を介して蓄電素子Ｃ２及びＤＣ－ＤＣコンバータ１２に接続されている。ダイオードＤ２は、電源３５から逆流した電流で蓄電素子Ｃ１が充電されることを防止するために設けられる。電源３５の出力と、ＤＣ－ＤＣコンバータ１２の出力とは、それぞれダイオードＤ１，Ｄ２を介して制御部１１の電源入力に接続され、制御部１１は、電源３５の出力及びＤＣ－ＤＣコンバータ１２の出力のいずれか電圧が高い方から電力を供給されて動作する。

【0026】

制御装置１０Ａは、電源３５から制御部１１に電力を供給する伝送路、蓄電素子Ｃ１、ＤＣ－ＤＣコンバータ１２及び制御部１１と並列に接続された蓄電素子Ｃ２を備える。蓄電素子Ｃ２には、例えば、キャパシタを適用できる。蓄電素子Ｃ２は、電源３５の電圧ｖ２が閾値以下になり、スイッチＳ２が閉じられ、蓄電素子Ｃ１に蓄電された電力を供給されるまでの短時間に、それまで電源３５により蓄電素子Ｃ２に充電された電力を制御部１１の動作のために使用するために設けられる。蓄電素子Ｃ２の容量は数十［Ｗ］×数十［ｍｓ］の電力を蓄電できる容量である。数十［ｍｓ］とは、制御部１１が検出部Ｖ２により電源３５の電圧ｖ２の低下を検知してからスイッチＳ２を閉じ、ＤＣ－ＤＣコンバータ１２が蓄電素子Ｃ１の電力を変換して制御部１１の電源入力に入力するまでの時間である。なお、蓄電素子Ｃ２には、例えば、バッテリ等の他の蓄電可能な素子を適用できる。

【0027】

後述するように、従来の受電装置３の制御装置では、電源３５がＯＦＦになってしまった場合に備えて電源３５と並列に蓄電素子が接続され、電源３５がＯＦＦになった後も数百［ｍｓ］だけ制御部１１とスイッチＳ２との動作を継続できるようにしている。このような従来の制御装置における蓄電素子の容量が数十［Ｗ］×数百［ｍｓ］の電力量を蓄電できる容量が必要であることと比較して、本実施形態における蓄電素子Ｃ２の容量は、制御部１１に電力を供給する必要のある時間が大幅に短いので、数十［Ｗ］×数十［ｍｓ］の電力量が蓄電できる容量で十分である。そのことからも本発明であれば大型のキャパシタを用いずに余剰の電力を処理することができる受電装置の制御装置、受電装置及び移動体を提供可能であろうことが期待される。

【0028】

以下、本実施形態の受電装置３の制御装置１０Ａの動作について説明する。上述したように、何らかの原因により、電源３５がＯＦＦとなったときに、スイッチＳ１は開く。また、負荷監視システム３４は、負荷Ｌに何らかの異常が発生した場合には、スイッチＳ１を開く。制御部１１は、検出部Ｖ１により検出された電圧ｖ１が閾値以上のときに、スイッチＳ２を閉じる。また、制御部１１は、検出部Ｖ２により検出された電圧ｖ２が閾値以下となったときに、スイッチＳ２を閉じる。つまり、制御部１１は、電源３５の電圧ｖ２を監視し、電源３５の電圧ｖ２が低下したら、非接触給電を中止させる動作を開始する。

【0029】

具体的には、検出部Ｖ１により検出された電圧ｖ１の閾値は、例えば、受電装置３の耐電圧である。また、検出部Ｖ２により検出された電圧ｖ２の閾値は、例えば、制御部１１の動作可能電圧の最低値である。制御部１１は、電圧ｖ１が受電装置３の耐電圧以上まで上昇したこと、又は電圧ｖ２が制御部１１の動作可能電圧の最低値以下に低下したことを条件としてスイッチＳ２を閉じる。なお、電圧ｖ１の閾値である受電装置３の耐電圧と、電圧ｖ２の閾値である制御部１１の動作可能電圧の最低値とは、実際の限界電圧よりはマージンを含んで設定される。

【0030】

整流器３１の出力が無負荷になって行き場が無くなった電力は、大型の抵抗で消費されて熱にされるのではなく、抵抗Ｒ１を介して蓄電素子Ｃ１に蓄電される。蓄電素子Ｃ１に蓄電された電力は、ＤＣ－ＤＣコンバータ１２により電圧変換され、制御部１１とスイッチＳ２の動作継続のために使用される。スイッチＳ２が閉じられ、蓄電素子Ｃ１に蓄電された電力を供給されるまでの間は、それまで電源３５により蓄電素子Ｃ２に充電されていた電力が制御部１１の動作のために使用される。制御部１１は、ＤＣ－ＤＣコンバータ１２の出力電圧によって動作を継続しつつ、無線通信で送電装置２に送電中止指令を送信する。

【0031】

制御部１１は、実際に送電装置２からの送電が停止されたことを無線通信および検出部Ｖ１の電圧ｖ１の低下によって判断し、スイッチＳ２を開く。つまり、蓄電素子Ｃ１の電荷が制御部１１により消費されることで蓄電素子Ｃ１の電圧が低下し、蓄電素子Ｃ１の電圧が感電の危険が無い低電圧に低下すると同時に、再び、スイッチＳ２を閉じなければならない事態が発生したときに備えて、制御部１１は蓄電素子Ｃ１の空き容量を増やす。なお、一般的に１２Ｖの電源で動作する電気回路の最低動作電圧は９Ｖ程度であるため、制御部１１が動作不可能な最低電圧まで蓄電素子Ｃ１の電荷を消費した場合に電圧は９Ｖ以下になると想定される。

【0032】

電源３５がＯＦＦになり、さらに送電装置２が非接触給電を中止した後に、制御装置１Ａは蓄電素子Ｃ１に蓄えられた電力でしばらく動作を継続して以下のような処理を実行できる。例えば、制御部１１は、検出部Ｖ１の計測結果から、実際に電圧ｖ１が耐電圧を超えたので装置が故障した可能性が有るか、又は電圧ｖ１が耐電圧を超えなかったので故障の可能性が無いかの自己診断を行うことが出来る。また、制御部１１は、上記の自己診断結果や検出部Ｖ１による電圧ｖ１の計測結果を送電装置２に無線通信を介して送信することにより、受電装置３のシステムの状態を外部に伝えることが出来る。また、制御部１１は、上記の自己診断結果や検出部Ｖ１の計測結果をメモリ等に記録し、次回の起動時に参照できる。

【0033】

本実施形態では、送電装置２から受電装置３への非接触給電における受電装置３の制御装置１０Ａにおいて、送電装置２から受電装置３に供給された非接触給電の電力の一対の伝送路３２，３３に並列に接続された蓄電素子Ｃ１と、蓄電素子Ｃ１と伝送路３２，３３との接続を開閉するスイッチＳ２と、スイッチＳ２の開閉を制御し、蓄電素子Ｃ１に並列に接続された制御部１１と、制御部１１の電源の電圧を検出する検出部Ｖ２とを備え、制御部１１によって、検出部Ｖ２により検出された電圧が閾値以下となったときにスイッチＳ２が閉じられ、蓄電素子Ｃ１に非接触給電の電力の伝送路３２，３３からの電力が蓄電される。蓄電素子Ｃ１に蓄電された電力は、蓄電素子Ｃ１に接続された制御部１１の動作のために使用されるため、大型の抵抗を用いずに余剰の電力を処理することができる。

【0034】

非接触給電中に何らかの故障によって電源３５がＯＦＦになった場合、スイッチＳ１が電源を失って開いてしまう。例えば、電源３５とは車両の１２Ｖ又は２４Ｖの鉛バッテリであり、一般的な車両では車内の全ての電気機器が単一の鉛バッテリを電源３５として動作するので、全システムが一斉に電源を喪失する事が想定される。また、負荷Ｌに何らかの異常が発生した場合は負荷Ｌを保護するために負荷監視システム３４によってスイッチＳ１が開かれる場合がある。例えば、負荷Ｌは、電源３５の鉛バッテリとは異なる電気自動車の駆動用バッテリであり、車両のバッテリマネジメントシステムはバッテリの過電圧、過電流及び過温度を防ぐためにスイッチＳ１を強制的に開くことが想定される。

【0035】

スイッチＳ１が開いた場合は整流器３１の出力が無負荷になり、第１コイル装置４から給電されてくる電力の行き場が無くなって電圧ｖ１が異常に上昇し、整流器３１と整流器３１の出力に接続された機器の耐電圧を超えて装置が故障する可能性がある。電圧ｖ１の上昇は物理現象なので数［ｍｓ］から［μs］オーダーの極めて短時間で上昇する。

【0036】

故障を防止するため、制御部１１は、検出部Ｖ１により電圧ｖ１の上昇が検知されたときに、無線通信により送電装置２に送電中止指令を送信し、電圧ｖ１が耐電圧に達する前に給電を中止する必要がある。しかし通信遅延やシステムの処理を考慮すると送電中止まで数１００［ｍｓ］程度の時間を要するので、電圧ｖ１が耐電圧に達する前に給電を中止することは不可能である。また、電源３５がＯＦＦになってしまった場合には、制御部１１が無線通信を行うための電源が確保できないので、給電中止を指令する事も不可能である。

【0037】

図３に示すように、従来の受電装置３の制御装置１００では、検出部Ｖ１により電圧ｖ１の上昇を検知したときに、整流器３１の出力に接続された抵抗Ｒ２と直列に接続されたスイッチＳ２を閉じることで、第１コイル装置４から送電される電力を抵抗Ｒ１で消費し、電圧ｖ１が上昇する事を一時的に数百［ｍｓ］程度だけ防ぐ。その間に制御部１１が送電装置２に送電中止指令を無線送信し、送電が中止する。また、電源３５がＯＦＦになってしまった場合に備えて電源３５と並列に蓄電素子Ｃ３が接続され、電源３５がＯＦＦになった後も数百［ｍｓ］だけ制御部１１とスイッチＳ２との動作を継続できるようにしている。

【0038】

しかしながら、抵抗Ｒ２は数千［Ｗ］×数百［ｍｓ］の電力量を熱に変えて放熱する必要がある。数千［Ｗ］とは、非接触給電によって負荷Ｌに対して給電されている電力の大きさである。数百［ｍｓ］とは、制御部１１が無線通信で送電装置２に送電中止指令を送信してから、実際に送電が中止されるまでの時間である。一般的にこの電力量を消費できる抵抗Ｒ２は大型であり、また短時間に発生する熱を放熱するための冷却機構が必要であり、システム全体が大型化および高コスト化してしまう。

【0039】

また、蓄電素子Ｃ３は数十［Ｗ］×数百［ｍｓ］の電力量を蓄える容量を持つ必要がある。数十［Ｗ］とは、制御部１１とスイッチＳ２との消費電力の合計である。数百［ｍｓ］とは、上述したように、制御部１１が無線通信で送電装置２に送電中止指令を送信してから、実際に送電が中止されるまでの時間である。一般的にこの容量の蓄電素子は大型であり、システム全体が大型化および高コスト化してしまう。

【0040】

一方、本実施形態の制御装置１０Ａによれば、従来の制御装置１００における抵抗Ｒ２及び蓄電素子Ｃ３の機能を蓄電素子Ｃ１だけに集約することでシステム全体が小型化および低コスト化できる。従来の制御装置１００における蓄電素子Ｃ３よりも本実施形態の制御装置１０Ａの蓄電素子Ｃ１は大きな電力量を蓄電する必要が生じる可能性がある。しかし、一般的に、車両の１２Ｖ又は２４Ｖの鉛バッテリ等の電源３５に接続された蓄電素子Ｃ３よりも、電気自動車の駆動用バッテリ等への非接触給電の電力を供給される蓄電素子Ｃ１の電圧が高いため、蓄電素子Ｃ１の容量は蓄電素子Ｃ３の容量よりも小さくできる。

【0041】

また、本実施形態の制御装置１０Ａでは、蓄電素子Ｃ２は、電源３５がＯＦＦしてからスイッチＳ２が閉じるまでの短時間だけ制御部１１とスイッチＳ２との動作を継続すればいいため、従来の蓄電素子Ｃ３よりも小容量で小型にできる。また、本実施形態の制御装置１０Ａでは、蓄電素子Ｃ１への突入電流を防止するために設けられた抵抗Ｒ２に流れる電流は指数関数的に減少するため、従来の制御装置１００の抵抗Ｒ２よりも発熱は小さく、部品は小型である。

【0042】

また、本実施形態によれば、スイッチＳ２は、一対の伝送路３２，３３の内のマイナス極の側の伝送路３３に接続され、整流器３１のマイナス極に接続されているため、スイッチＳ２にＦＥＴ等を適用し易く、スイッチＳ２に適用する素子の自由度が高い。また、本実施形態によれば、制御部１１はＤＣ－ＤＣコンバータ１２を介して蓄電素子Ｃ１に接続され、ＤＣ－ＤＣコンバータ１２により、制御部１１が動作する電圧に蓄電素子Ｃ１の電圧が変換されるため、蓄電素子Ｃ１に蓄電された非接触給電の電圧と制御部１１が動作する電圧とが異なる場合に対応することができる。

【0043】

また、本実施形態によれば、制御部１１はダイオードＤ２を介して蓄電素子Ｃ２に接続されているため、電源３５から逆流した電流で蓄電素子Ｃ１が充電されることを防止することができる。また、本実施形態によれば、制御部１１はダイオードＤ２を介して電源３５に接続されているため、電源３５の側に蓄電素子Ｃ１からの電流が流れてしまうことを防止することができる。

【0044】

以下、本発明の他の実施形態について説明する。例えば、上記第１実施形態の制御装置１０Ａにおける抵抗Ｒ１、蓄電素子Ｃ１及びスイッチＳ２が直列に接続される順序は相互に入れ替えられてもよい。例えば、図４に示す本発明の第２実施形態に係る制御装置１０Ｂでは、電源３５のグランドＧに至る方向にスイッチＳ２、抵抗Ｒ１及び蓄電素子Ｃ１の順序で、スイッチＳ２、抵抗Ｒ１及び蓄電素子Ｃ１が直列に接続されている。蓄電素子Ｃ１のマイナス極は、電源３５のグランドＧに接続されている。スイッチＳ２には、例えば、接続された位置に影響されない継電器を適用できる。蓄電素子Ｃ１が最もマイナス極の側に配置される場合は、整流器３１の出力電圧のマイナス極の電位と電源３５のグランドＧの電位とが等しくなるため、ＤＣ－ＤＣコンバータ１３は非絶縁型でよい。その他の点については、上記第１実施形態と同様である。

【0045】

本実施形態によれば、蓄電素子Ｃ１のマイナス極は電源３５のグランドＧに接続されているため、蓄電素子Ｃ１と制御部１１との間に基準グランドの電位の変換のための構成が不要となる。

【0046】

以下、本発明の第３実施形態について説明する。図５に示すように、本実施形態の制御装置１０Ｃでは、上記第２実施形態の制御装置１０Ｂと同様の構成を備えるが、制御部１１は、蓄電素子Ｃ１との接続とは別の伝送路１４により一対の伝送路３２，３３の間に並列に接続されている。なお、蓄電素子Ｃ１との接続とは別に一対の伝送路３２，３３の間に並列に接続されているとは、蓄電素子Ｃ１のマイナス極の電位と電源３５のグランドＧの電位が等しいことを含む。伝送路１４はＤＣ－ＤＣコンバータ１３に接続され、制御部１１はＤＣ－ＤＣコンバータ１３を介して蓄電素子Ｃ１との接続とは別に一対の伝送路３２，３３の間に並列に接続されている。

【0047】

ＤＣ－ＤＣコンバータ１３と蓄電素子Ｃ１との間にはダイオードＤ３が直列に接続されている。ＤＣ－ＤＣコンバータ１３と伝送路３２との間の伝送路１４にはダイオードＤ４が直列に接続されている。ダイオードＤ３は、伝送路３２，３３から逆流した電流で蓄電素子Ｃ１が充電されることを防止するために設けられる。ダイオードＤ４は、伝送路１４を介して伝送路３２，３３の側に蓄電素子Ｃ１からの電流が流れてしまうことを防止するために設けられる。ＤＣ－ＤＣコンバータ１３の入力はダイオードＤ４を介して整流器３１の出力に接続されている。ＤＣ－ＤＣコンバータ１３及び制御部１１は、整流器３１の出力及び蓄電素子Ｃ１のいずれか電圧が高い方から電力を供給されて動作する。上記の第１実施形態及び第２実施形態の蓄電素子Ｃ２は、省略されている。その他の点については、上記第２実施形態と同様である。

【0048】

本実施形態によれば、制御部１１は、蓄電素子Ｃ１との接続とは別に一対の伝送路３２，３３の間に並列に接続されているため、電源３５の電圧ｖ２が閾値以下になり、スイッチＳ２が閉じられ、蓄電素子Ｃ１に蓄電された電力を供給されるまでの間も、伝送路３２，３３からの非接触給電の電力を制御部１１の動作のために使用することができる。つまり、本実施形態では、非接触給電中は常にＤＣ－ＤＣコンバータ１３が動作しているため、電源３５がＯＦＦしてからスイッチＳ２が閉じるまでの期間も制御部１１は常に伝送路３２，３３から電力を供給される。このため、上記の第１実施形態及び第２実施形態の蓄電素子Ｃ２を省略することができる。

【0049】

以下、本発明の第４実施形態について説明する。図６に示すように、本実施形態の制御装置１０Ｄでは、上記第２実施形態の制御装置１０Ｂと同様の構成を備えるが、ＤＣ－ＤＣコンバータ１３が省略されている。移動体Ｍが電動フォークリフト及び無人搬送車である場合のように、非接触給電で電力を供給される移動体Ｍの駆動用バッテリと電源３５のバッテリとが同じ物である場合又は移動体Ｍの駆動用バッテリと電源３５のバッテリとは異なる物であるが電圧範囲が同じである場合であって、かつ整流器３１の出力電圧のマイナス極の電位と電源３５のグランドＧの電位が等しい場合には、電圧を変換するＤＣ－ＤＣコンバータ１３は不要となる。その他の点については、上記第２実施形態と同様である。

【0050】

なお、整流器３１の出力電圧のマイナス極の電位と電源３５のグランドＧの電位が等しくない場合には、蓄電素子Ｃ１と制御部１１との間に基準グランドの変換のためのＤＣ－ＤＣコンバータ１２等の構成が必要となる。また、上記第２実施形態と同様に、ダイオードＤ２は、電源３５から逆流した電流で蓄電素子Ｃ１が充電されることを防止するために設けられる。本実施形態では、電圧及び基準グランドの電位を変換するための構成を省略し、装置を簡略化できる。

【0051】

以下、本発明の第５実施形態について説明する。図７に示すように、本実施形態の制御装置１０Ｅでは、上記第１実施形態の制御装置１０Ａと同様の構成を備えるが、制御部１１と電源３５との間に接続されたダイオードＤ１が省略されている。本実施形態では、蓄電素子Ｃ１及びＤＣ－ＤＣコンバータ１２は、制御部１１に供給する電力に加えて十分に余裕がある容量を有する。本実施形態では、検出部Ｖ２により検出された電源３５の電圧が低下したときに、蓄電素子Ｃ１及びＤＣ－ＤＣコンバータ１２の余剰の容量を使用して、受電装置３の外部の移動体Ｍの側のシステムに電力を供給することができる。その他の点については、上記第１実施形態と同様である。

【0052】

なお、蓄電素子Ｃ１及びＤＣ－ＤＣコンバータ１２の容量には限界があるため、受電装置３の外部で使用される電力の制限等のユーザに対する使用の制限が必要となる可能性がある。本実施形態では、ダイオードＤ１を省略し、装置を簡略化できる。また、本実施形態では、受電装置３の外部での蓄電素子Ｃ１の電力の用途を拡大することができる。

【0053】

（設計例）
以下、本発明の実験例について説明する。図２に示す第１実施形態の受電装置３の制御装置１０Ａについて、図８及び図９に示すように、消費電力：１１．５［Ｗ］、電源３５の初期電圧Ｖａを１４［Ｖ］、制御部１１が動作可能な最低電圧Ｖｂを９［Ｖ］、制御部１１が蓄電素子Ｃ２により動作を継続する時間ｔを５０［ｍｓ］、非接触給電による電力Ｐ：７７００［Ｗ］、給電中止するまでの時間Ｔ：５００［ｍｓ］及び検出部Ｖ１の上限値Ｖｍａｘ：６００［Ｖ］として、必要な蓄電素子Ｃ１，Ｃ２の容量及び抵抗Ｒ１の抵抗値を計算した。

【0054】

比較例として、図３に示す従来の受電装置３の制御装置１００について、必要な蓄電素子Ｃ３の容量及び抵抗Ｒ２の抵抗値を計算した。図８に示すように、制御部１１が蓄電素子Ｃ３により動作を継続する時間を５００［ｍｓ］とした。なお、図８中において、比較例の制御装置１００は蓄電素子Ｃ１を備えておらず、蓄電素子Ｃ１の容量の計算は不要であるため、非接触給電による電力Ｐ、給電中止までの時間Ｔ、電圧ｖ１の上限値Ｖｍａｘ及び電圧ｖ１をＶｍａｘに抑えるための蓄電素子の欄は空欄とした。

【0055】

図８に示すように、比較例の制御装置１００の蓄電素子Ｃ３の容量に対して、実験例の制御装置１０Ａの蓄電素子Ｃ２の容量は１０％になり、９０％の容量が削減された。比較例の制御装置１００の蓄電素子Ｃ３の容量に対して、実験例の制御装置１０Ａの蓄電素子Ｃ１と蓄電素子Ｃ２との容量の合計は４０％になり、６０％の容量が削減される効果が見込まれる。

【0056】

図９に示すように、実験例の制御装置１０Ａの抵抗Ｒ１は蓄電素子Ｃ１への突入電流を防止する目的であり、抵抗Ｒ１に流れる電流は指数関数的に減少するため、比較例の制御装置１００の抵抗Ｒ２よりも発熱は小さく、部品は小型である。比較例の制御装置１００の抵抗Ｒ２の発熱量に対して、実験例の制御装置１０Ａの抵抗Ｒ１の発熱量は約７０％になり、３０％の発熱量が削減された。また、比較例の制御装置１００の抵抗Ｒ２に対して、実験例の制御装置１０Ａの抵抗Ｒ１では、寸法又は冷却機構の大きさが３０％削減された。

【0057】

以上、本発明の実施形態及び変形例について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。

【符号の説明】

【0058】

１ 非接触給電システム
２ 送電装置
３ 受電装置
４ 第１コイル装置
５ 第２コイル装置
１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ 制御装置
１１ 制御部
１２，１３ ＤＣ－ＤＣコンバータ
１４ 伝送路
３１ 整流器
３２，３３ 伝送路
３４ 負荷監視システム
３５ 電源
１００ 制御装置
Ｒ１，Ｒ２ 抵抗
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３ 蓄電素子
Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４ ダイオード
Ｖ１，Ｖ２ 検出部
Ｓ１，Ｓ２ スイッチ
Ｇ グランド
Ｌ 負荷
ｖ１，ｖ２ 電圧
Ｍ 移動体
Ｒ 路面

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】