WO2017130688A1

WO2017130688A1 - 非接触給電システム

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Publication number: WO2017130688A1
Application number: PCT/JP2017/000534
Authority: WO
Inventors: 洋介井澤; 田村　秀樹; 伸吾岡浦; 貴大大堀
Original assignee: パナソニックＩｐマネジメント株式会社
Priority date: 2016-01-27
Filing date: 2017-01-11
Publication date: 2017-08-03
Also published as: JP2017135838A

Abstract

本発明の課題は、異物の種類を判別することにある。非接触給電システム（１）は、コイルユニット（３）と、撮像装置（５１）と、温度検知装置（５２）と、判断部（２３）とを備える。撮像装置（５１）は、コイルユニット（３）の少なくとも一部を含む検知領域を撮像する。温度検知装置（５２）は、検知領域の温度を検知する。判断部（２３）は、コイルユニット（３）が給電していない停止期間において、第１判断処理と、第２判断処理とを組み合わせて検知領域における異物の有無を判断する。第１判断処理は、撮像装置（５１）で撮像された画像に基づいて異物の有無を判断する。第２判断処理は、第１判断処理の結果を受けて、温度検知装置（５２）で検知された温度に基づいて異物の有無を判断する。

Description

非接触給電システム

　本発明は、非接触給電システムに関する。

　従来、非接触で電力の伝送を行う非接触電力伝送システム（非接触給電システム）が知られている。このようなシステムでは、送電部からの電力の受信の妨げになるか、又は安全性上の懸念のある異物を検出可能な異物検出装置が用いられており、たとえば特許文献１に開示されている。

　特許文献１に記載の異物検出装置は、異物検出部と、電力制御信号生成部とを備えている。異物検出部は、送電部と、送電部からの電力を非接触で受電する受電部との間に配置され、受電部が送電部からの電力を受電する際の異物を検出する。電力制御信号生成部は、異物検出部により異物が検出されたときに、送電部から送電される電力を制御するための電力制御信号を生成する。

　しかしながら、上記従来例では、異物検出部により異物の有無を検知することはできるが、異物の種類を判別することができないという問題があった。

特開２０１４－２３０２９９号公報

　本発明は、上記の点に鑑みてなされており、異物の種類を判別することのできる非接触給電システムを提供することを目的とする。

　本発明の一態様に係る非接触給電システムは、コイルユニットと、撮像装置と、温度検知装置と、判断部とを備える。前記コイルユニットは、給電コイルを含み、前記給電コイルに電磁結合される受電コイルへ前記給電コイルから電力を供給する。前記撮像装置は、前記コイルユニットの少なくとも一部を含む検知領域を撮像する。前記温度検知装置は、前記検知領域の温度を検知する。前記判断部は、前記検知領域における異物の有無を判断する。前記判断部は、前記コイルユニットが給電していない停止期間において、第１判断処理と、第２判断処理とを組み合わせて前記異物の有無を判断する。前記第１判断処理は、前記撮像装置で撮像された画像に基づいて前記異物の有無を判断する処理である。前記第２判断処理は、前記第１判断処理の結果を受けて、前記温度検知装置で検知された温度に基づいて前記異物の有無を判断する処理である。

図１は、本発明の一実施形態に係る非接触給電システムを示すブロック図である。図２は、上記実施形態に係る非接触給電システムの動作の一例を示すフローチャートである。図３は、上記実施形態に係る非接触給電システムを示す概略図である。図４は、上記実施形態に係る非接触給電システムの配置の一例を示す斜視図である。図５Ａ、図５Ｂは、それぞれ上記実施形態に係る非接触給電システムにおける異物検知処理の説明図である。図６は、上記実施形態に係る非接触給電システムにおける生体判断処理を示すフローチャートである。図７は、上記実施形態に係る非接触給電システムにおける金属判断処理を示すフローチャートである。図８は、上記実施形態に係る非接触給電システムにおける、温度検知装置で測定された異物の温度と、実際の異物の温度との相関図である。

　本実施形態は、非接触給電システム１に関し、より詳細には、給電コイル３１を含む検知領域Ａ１における異物Ｂ１の有無を検知する機能を有する非接触給電システム１に関する。

　本実施形態の非接触給電システム１は、図１に示すように、コイルユニット３と、撮像装置５１と、温度検知装置５２と、判断部２３とを備えている。コイルユニット３は、給電コイル３１を含み、給電コイル３１に電磁結合される受電コイル４１へ給電コイル３１から電力を供給する。撮像装置５１は、コイルユニット３の少なくとも一部を含む検知領域Ａ１（図４参照）を撮像する。温度検知装置５２は、検知領域Ａ１の温度を検知する。判断部２３は、検知領域Ａ１における異物Ｂ１（図５Ｂ参照）の有無を判断する。

　判断部２３は、図２に示すように、コイルユニット３が給電していない停止期間において、第１判断処理と、第２判断処理とを組み合わせて異物Ｂ１の有無を判断する。第１判断処理は、撮像装置５１で撮像された画像に基づいて異物Ｂ１の有無を判断する。第２判断処理は、第１判断処理の結果を受けて、温度検知装置５２で検知された温度に基づいて異物Ｂ１の有無を判断する。

　以下、本実施形態の非接触給電システム１について詳しく説明する。ただし、以下に説明する構成は、本発明の一例に過ぎず、本発明は、下記の実施形態に限定されることはなく、この実施形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。

　まず、本実施形態の非接触給電システム１の概要について図１、図３、図４を用いて説明する。非接触給電システム１は、本体ユニット２と、給電コイル３１を有するコイルユニット３と、受電コイル４１を有する受電ユニット４と、検知ユニット５とを備えている。受電ユニット４は、本体ユニット２から非接触で出力電力が供給されるように構成されている。出力電力は、本体ユニット２から給電コイル３１に交流電圧が印加されることにより、給電コイル３１から受電コイル４１に非接触で供給される電力である。

　本実施形態では、受電ユニット４が車両１００に搭載されている場合を例に説明する。また、車両１００に搭載されている充電装置２０１及び蓄電池（バッテリ）２０２が負荷２００である場合を例にして説明する。ここで、車両１００は、たとえば蓄電池２０２に蓄積された電気エネルギーを用いて走行する電動車両である。なお、ここでは、電動機で生じる駆動力によって走行する電気自動車を電動車両の例として説明するが、電動車両は電気自動車に限らず、たとえばハイブリッド電気自動車や二輪車（電動バイク）、電動自転車などであってもよい。

　本体ユニット２は、商用電源（系統電源）や、太陽光発電設備などの発電設備から供給される電力を受けて、出力電力を受電ユニット４に非接触で供給する。本実施形態では、本体ユニット２に商用電源ＡＣ１から交流電力が供給される場合を例に説明する。なお、本体ユニット２には、直流電源から直流電力が供給されてもよい。

　本体ユニット２は、図４に示すように、たとえば商業施設や公共施設、あるいは集合住宅などの駐車場に設置される充電スタンドである。コイルユニット３は、駐車場の床あるいは地面などの設置面３００に設置される。ここで、図４における一対の「３０１」は、それぞれ車両１００の車止めである。図４における一対の「３０２」は、それぞれ車両１００の駐車スペースを規定する白線である。また、本体ユニット２は、地中に配線されたケーブル６により、コイルユニット３に電気的に接続されている。

　本体ユニット２は、コイルユニット３上に駐車された車両１００の受電ユニット４に対して非接触で出力電力を供給する。このとき、受電ユニット４の受電コイル４１は、給電コイル３１の上方に位置することで、給電コイル３１と電磁結合（電界結合と磁界結合との少なくとも一方）されている。なお、給電コイル３１は、設置面３００から露出するように設置される構成に限らず、設置面３００に埋め込まれるように設置されていてもよい。つまり、コイルユニット３は、設置面３００に埋め込まれるように設置されていてもよい。

　本体ユニット２は、図１に示すように、たとえば筐体に、電力変換部２１と、制御部２２と、判断部２３と、通信部２４とを収納して構成されている。

　電力変換部２１は、たとえばＡＣ／ＤＣコンバータ回路と、インバータ回路とを備えて構成されている。電力変換部２１は、商用電源ＡＣ１から供給される交流電力を受けて、制御部２２の制御に応じて、給電コイル３１に交流電圧（又は直流電圧）を印加する。つまり、電力変換部２１は、コイルユニット３（給電コイル３１）に電力を供給する給電部である。また、本実施形態では、ＡＣ／ＤＣコンバータ回路は、ＰＦＣ（Power Factor Correction）回路としても機能する。

　制御部２２及び判断部２３は、それぞれたとえばマイコン（マイクロコンピュータ）を主構成として備えている。マイコンは、そのメモリに記録されているプログラムをＣＰＵ（Central Processing Unit）で実行することにより、制御部２２及び判断部２３としての機能を実現する。プログラムは、予めマイコンのメモリに記録されていてもよいし、メモリカードのような記録媒体に記録されて提供されたり、電気通信回線を通して提供されたりしてもよい。

　制御部２２は、給電コイル３１に交流電圧が印加される（交流電流が流れる）ように電力変換部２１を制御することで、給電コイル３１から受電コイル４１に非接触で給電させる。また、制御部２２は、給電コイル３１に直流電圧が印加される（直流電流が流れる）ように電力変換部２１を制御する機能を有する。つまり、制御部２２は、電力変換部（給電部）２１を制御する。

　判断部２３は、検知領域Ａ１における異物Ｂ１（図５Ｂ参照）の有無を判断するように構成されている。ここで、検知領域Ａ１は、コイルユニット３の少なくとも一部を含む領域を含んでいる。検知領域Ａ１は、コイルユニット３の全体を含む領域を含んでいるのが好ましい。本実施形態では、検知領域Ａ１は、コイルユニット３の第１筐体３４１（後述する）の上面である。判断部２３における異物Ｂ１の有無を判断する処理については、後述する。

　通信部２４は、たとえばＣＡＮ（Controller Area Network）などの通信手段により、受電ユニット４の通信部４５との間で通信を行うように構成されている。本体ユニット２の通信部２４と、受電ユニット４の通信部４５との間の通信は、無線通信であってもよい。

　コイルユニット３は、本体ユニット２とは異なる筐体３４に、給電コイル３１と、一対のコンデンサ３２，３３とを収納して構成されている。筐体３４は、第１筐体３４１と、第２筐体３４２とで構成されている。第１筐体３４１は、扁平な箱状に形成されており、少なくとも給電コイル３１を収納する。第２筐体３４２は、箱状であって、第１筐体３４１と一体に形成されている。第２筐体３４２は、鉛直方向において、第１筐体３４１よりも上向きに突出している。

　給電コイル３１は、平面視において導線が渦巻き状に巻かれたスパイラル型のコイルである。本実施形態では、給電コイル３１は、平面視において外形が長方形状になるように形成されている。給電コイル３１は、一対のコンデンサ３２，３３と共に共振回路を構成している。

　受電ユニット４は、給電コイル３１に電磁結合される受電コイル４１と、一対のコンデンサ４２，４３と、整流平滑回路４４と、通信部４５とを備えている。受電ユニット４の出力端には、負荷２００（ここでは、充電装置２０１及び蓄電池２０２）が電気的に接続されている。

　受電コイル４１は、たとえば給電コイル３１と同様にスパイラル型のコイルである。受電コイル４１は、一対のコンデンサ４２，４３と共に共振回路を構成している。整流平滑回路４４は、受電コイル４１の両端間に発生する交流電圧を整流・平滑する。そして、整流平滑回路４４は、整流・平滑して得られる直流電圧を負荷２００に出力する。

　本実施形態の非接触給電システム１は、給電コイル３１を含む共振回路と、受電コイル４１を含む共振回路とを共鳴させることにより電力の伝送を行う磁界共鳴方式（磁気共鳴方式）を採用している。このため、本実施形態の非接触給電システム１は、給電コイル３１と受電コイル４１が比較的離れた状態でも、本体ユニット２の出力電力を受電ユニット４に対して高効率で伝送可能である。本体ユニット２から受電ユニット４への出力電力の伝送方式は、磁界共鳴方式に限らず、たとえば電磁誘導方式、マイクロ波伝送方式などであってもよい。たとえば電磁誘導方式を採用する場合、コイルユニット３の一対のコンデンサ３２，３３、及び受電ユニット４の一対のコンデンサ４２，４３は不要である。

　検知ユニット５は、撮像装置５１と、温度検知装置５２と、温度センサ５３とを備えている。検知ユニット５は、コイルユニット３の第２筐体３４２に取り付けられている。また、検知ユニット５は、ケーブル６により本体ユニット２に電気的に接続されている。

　撮像装置５１は、たとえばＣＣＤ（Charge-Coupled Device）センサやＣＭＯＳ（Complementary MOS）センサ等を備えて構成されている。撮像装置５１は、検知領域Ａ１を撮像することで画像信号を生成し、ケーブル６を通して生成した画像信号を判断部２３に送信する。判断部２３は、画像信号を受信し、受信した画像信号を処理することで、検知領域Ａ１を表す画像のデータを生成する。本実施形態では、撮像装置５１は、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサを備えた構成であるが、この構成に限定されない。つまり、撮像装置５１は、検知領域Ａ１を撮像できる構成であればよい。

　温度検知装置５２は、たとえば熱画像センサ（サーモグラフィ）で構成されている。温度検知装置５２は、検知領域Ａ１を撮像することで熱画像信号を生成し、ケーブル６を通して生成した熱画像信号を判断部２３に送信する。判断部２３は、熱画像信号を受信し、受信した熱画像信号を処理する。この処理により、判断部２３は、検知領域Ａ１の温度分布を、二次元配置された複数の画素にて表す熱画像のデータを生成する。本実施形態では、温度検知装置５２は熱画像センサであるが、この構成に限定されない。つまり、温度検知装置５２は、検知領域Ａ１の温度を検知できる構成であればよい。

　温度センサ５３は、たとえば熱電対で構成されている。温度センサ５３は、コイルユニット３の周囲温度を検知し、ケーブル６を通して検知結果を含む温度信号を判断部２３に送信する。判断部２３は、温度信号を受信する。判断部２３が受信した温度信号は、後述する生体判断処理で用いられる。温度センサ５３は、給電コイル３１に電流を流していない状態において温度検知装置５２で検知される温度を、周囲温度として検知できるように配置されているのが好ましい。本実施形態では、温度センサ５３は熱電対であるが、この構成に限定されない。つまり、温度センサ５３は、コイルユニット３の周囲温度を検知できる構成であればよい。

　また、本実施形態では、撮像装置５１、温度検知装置５２、及び温度センサ５３は、それぞれケーブル６を通して信号を判断部２３に送信しているが、他の構成であってもよい。たとえば、撮像装置５１、温度検知装置５２、及び温度センサ５３は、それぞれ無線通信により信号を判断部２３に送信する構成であってもよい。

　以下、本実施形態の非接触給電システム１の動作について説明する。本実施形態では、判断部２３は、図２に示すように、コイルユニット３が給電していない停止期間において、第１判断処理と第２判断処理とを組み合わせて、検知領域Ａ１における異物Ｂ１の有無を判断する。ここで、判断部２３が停止期間の全体にわたって異物Ｂ１の有無を判断するのは非効率的である。したがって、判断部２３は、たとえばコイルユニット３からの給電を開始する前に異物Ｂ１の有無を判断するのが好ましい。本実施形態では、判断部２３は、給電の開始を指示する指令を車両１００から受けたときに、異物Ｂ１の有無を判断する。その他、判断部２３は、本体ユニット２において給電の開始を指示する操作がなされたときに、異物Ｂ１の有無を判断してもよい。

　まず、判断部２３は、検知領域Ａ１における異物Ｂ１の有無を判断する第１判断処理を実行する（Ｓ１）。第１判断処理において、検知領域Ａ１に異物Ｂ１が存在すると判断された場合、判断部２３は、次に第２判断処理を実行する。検知領域Ａ１に異物Ｂ１が存在しないと判断された場合、判断部２３は、制御部２２に指令を与えることで、コイルユニット３からの給電を開始させる（Ｓ６）。

　第２判断処理は、異物Ｂ１が生体（たとえば猫や人間の子供など）であるか否かを判断する生体判断処理と、異物Ｂ１が金属であるか否かを判断する金属判断処理とに分けられる。つまり、第２判断処理は、異物Ｂ１の種類を判別する処理である。判断部２３は、第２判断処理として、まず生体判断処理を実行する（Ｓ２）。

　生体判断処理において、異物Ｂ１が生体でないと判断された場合、判断部２３は、次に第２判断処理として金属判断処理を実行する（Ｓ３）。異物Ｂ１が生体であると判断された場合、判断部２３は、制御部２２に指令を与えることで、コイルユニット３からの給電を開始させない（Ｓ４）。

　金属判断処理において、異物Ｂ１が金属でないと判断された場合、判断部２３は、制御部２２に指令を与えることで、コイルユニット３からの給電を開始させる（Ｓ６）。異物Ｂ１が金属であると判断された場合、判断部２３は、制御部２２に指令を与えることで、コイルユニット３からの給電を開始させない（Ｓ５）。

　コイルユニット３からの給電の開始後、コイルユニット３が給電する給電期間において、判断部２３は、検知領域Ａ１への異物Ｂ１の侵入の有無を判断する侵入判断処理を実行する（Ｓ７）。侵入判断処理において、検知領域Ａ１への異物Ｂ１の侵入があると判断された場合、判断部２３は、制御部２２に指令を与えることで、コイルユニット３からの給電を停止させる（Ｓ８）。そして、判断部２３は、第２判断処理を実行することで、侵入した異物Ｂ１の種類を再度判断する。侵入した異物Ｂ１が生体でも金属でもなければ、又は侵入した異物Ｂ１が第２判断処理の途中で検知領域Ａ１の外に出たと判断されれば、判断部２３は、制御部２２に指令を与えることで、コイルユニット３からの給電を再開させる（Ｓ６）。また、検知領域Ａ１への異物Ｂ１の侵入がない場合は、コイルユニット３からの給電は継続される。

　以下、第１判断処理、第２判断処理、及び侵入判断処理について詳細に説明する。第１判断処理では、判断部２３は、撮像装置５１に検知領域Ａ１を撮像させる。そして、判断部２３は、撮像装置５１で撮像された画像に基づいて異物Ｂ１の有無を判断する。

　具体的には、判断部２３は、検知領域Ａ１に異物Ｂ１が存在しない状態で予め撮像された画像（背景画像）のデータ（図５Ａ参照）と、第１判断処理において撮像した画像のデータ（図５Ｂ参照）とで、画素の差分を検出する。差分は、たとえば輝度や色度である。なお、判断部２３は、画素ごとに差分を検出してもよいし、複数の画素で構成されるセグメントごとに差分を検出してもよい。そして、判断部２３は、たとえば差分画像において画素値（たとえば輝度値）が閾値（以下、「第１閾値」という）を超えている画素数が規定数以上であれば、検知領域Ａ１に異物Ｂ１が存在すると判断する。また、判断部２３は、差分画像において画素値が第１閾値を超えている画素数が規定数未満であれば、検知領域Ａ１に異物Ｂ１が存在しないと判断する。

　第１判断処理において異物Ｂ１が存在しないと判断された場合、判断部２３は、給電の開始を指示する指令を制御部２２に与える。指令を受けた制御部２２は、電力変換部２１を制御することで給電コイル３１から受電コイル４１への給電を開始する（Ｓ６）。第１判断処理において異物Ｂ１が存在すると判断された場合、判断部２３は、第２判断処理を実行する（Ｓ２）。

　次に、第２判断処理における生体判断処理について図６を用いて説明する。生体判断処理では、判断部２３は、まず温度センサ５３にコイルユニット３の周囲温度を測定させる（Ｓ２１）。そして、判断部２３は、測定により得られたコイルユニット３の周囲温度と基準範囲とを比較する（Ｓ２２）。ここで、生体判断処理に用いる基準範囲は、生体の表面温度に相当する温度（たとえば３７度）を含む範囲である。つまり、基準範囲はある程度の幅を持って設定されてもよく、所定の下限値（たとえば３５度）と上限値（たとえば３８度）との間を基準範囲としてもよい。もちろん、上述の下限値及び上限値は一例であり、下限値を３５度、上限値を３８度に限定する趣旨ではない。

　コイルユニット３の周囲温度が基準範囲外にある場合は、判断部２３は、次に温度検知装置５２に異物Ｂ１の温度を測定させる（Ｓ２３）。コイルユニット３の周囲温度が基準範囲内にある場合は、判断部２３は、直流電流の供給を指示する指令を制御部２２に与える。指令を受けた制御部２２は、給電コイル３１に直流電流が流れるように電力変換部２１を制御する（Ｓ２４）。給電コイル３１に直流電流が流れることにより、コイルユニット３が加熱される。

　判断部２３は、温度センサ５３にコイルユニット３の周囲温度を監視させる。そして、コイルユニット３の周囲温度が基準範囲を超える程度に上昇すると、判断部２３は、直流電流の供給の停止を指示する指令を制御部２２に与え、次に温度検知装置５２に異物Ｂ１の温度を測定させる（Ｓ２３）。指令を受けた制御部２２は、直流電流の供給を停止するように電力変換部２１を制御する。

　次に、判断部２３は、温度検知装置５２に異物Ｂ１の温度を測定させ、測定により得られた異物Ｂ１の温度と基準範囲とを比較する（Ｓ２５）。本実施形態では、第１判断処理において、異物Ｂ１の位置を画像によりある程度特定できる。そこで、判断部２３は、画像における異物Ｂ１の位置を温度検知装置５２で撮像された熱画像に反映し、熱画像における異物Ｂ１の位置での温度を異物Ｂ１の温度と見做して基準範囲と比較する。

　異物Ｂ１の温度が基準範囲内にある場合、判断部２３は、異物Ｂ１が生体であると判断する。そして、判断部２３は、給電の停止を指示する指令を制御部２２に与える。指令を受けた制御部２２は、給電コイル３１から受電コイル４１への給電を開始しない（Ｓ４）。異物Ｂ１の温度が基準範囲外にある場合、判断部２３は、異物Ｂ１が生体ではないと判断する。そして、判断部２３は、金属判断処理を実行する（Ｓ３）。

　次に、第２判断処理における金属判断処理について図７を用いて説明する。金属判断処理では、判断部２３は、まず温度検知装置５２に異物Ｂ１の温度を測定させる（Ｓ３１）。そして、判断部２３は、測定により得られた異物Ｂ１の温度を初期温度として記憶する。次に、判断部２３は、予備給電の開始を指示する指令を制御部２２に与える。指令を受けた制御部２２は、電力変換部２１を制御することで予備給電を開始する（Ｓ３２）。ここで、予備給電とは、コイルユニット３が給電する給電期間中よりも小さな電流を給電コイル３１に供給することをいう。なお、予備給電中に給電コイル３１に供給する電流は、異物Ｂ１が金属であっても高温（たとえば、８０度）にならない程度であるのが好ましい。

　判断部２３は、予備給電中において、温度検知装置５２に異物Ｂ１の温度を再度測定させる（Ｓ３３）。そして、判断部２３は、予備給電中における異物Ｂ１の温度と、記憶してある初期温度とを比較する（Ｓ３４）。初期温度に対して異物Ｂ１の温度が上昇している場合、判断部２３は、異物Ｂ１が金属であると判断する。そして、判断部２３は、給電の停止を指示する指令を制御部２２に与える。指令を受けた制御部２２は、予備給電を停止し、給電コイル３１から受電コイル４１への給電を開始しない（Ｓ５）。

　初期温度に対して異物Ｂ１の温度が上昇していない、又は殆ど上昇していない場合、判断部２３は、異物Ｂ１が金属ではないと判断する。そして、判断部２３は、給電の開始を指示する指令を制御部２２に与える。指令を受けた制御部２２は、給電コイル３１から受電コイル４１への給電を開始する（Ｓ６）。

　次に、侵入判断処理について説明する。侵入判断処理では、判断部２３は、撮像装置５１に検知領域Ａ１を撮像させる。そして、判断部２３は、撮像装置５１で撮像された画像のデータと、直前に撮像装置５１で撮像された画像のデータとで、画素の差分を検出することにより、検知領域Ａ１への異物Ｂ１の侵入の有無を判断する。ここで、侵入判断処理では、判断部２３は、撮像装置５１に検知領域Ａ１を撮像させる処理と、異物Ｂ１の侵入の有無を判断する処理とを一処理として、所定の間隔を空けて定期的に実行する。侵入判断処理では、検知領域Ａ１への異物Ｂ１の侵入をいち早く判断する即応性が求められるため、所定の間隔は可能な限り短い方が好ましい。たとえば、所定の間隔は、１秒以下であるのが好ましい。

　上述のように、本実施形態の非接触給電システム１では、判断部２３は、コイルユニット３が給電していない停止期間において、第１判断処理と第２判断処理とを組み合わせて異物Ｂ１の有無を判断している。このため、本実施形態の非接触給電システム１は、第１判断処理により、検知領域Ａ１における異物Ｂ１の有無を迅速に判断することができる。また、本実施形態の非接触給電システム１は、第２判断処理により、異物Ｂ１の種類を判別することができる。このため、本実施形態の非接触給電システム１は、生体や金属といった給電を停止すべき異物Ｂ１と、プラスチック等の給電に支障のない異物Ｂ１とを判別することができる。したがって、本実施形態の非接触給電システム１は、異物Ｂ１の種類を問わず異物Ｂ１が存在すれば給電を停止するシステムと比較して、給電効率を向上させることが可能である。

　また、本実施形態の非接触給電システム１では、第２判断処理は、温度検知装置５２で検知された温度と基準範囲とを比較することで、異物Ｂ１が生体であるか否かを判断する生体判断処理を含んでいる。つまり、本実施形態の非接触給電システム１は、生体の表面温度が周囲の温度に依らず一定の温度から殆ど変化しないことに着目することで、異物Ｂ１が生体であるか否かを判断している。このため、本実施形態の非接触給電システム１は、画像のみで判断する場合と比較して、異物Ｂ１が生体であるか否かを判断する精度を向上させることができる。なお、当該構成を採用するか否かは任意である。

　また、本実施形態の非接触給電システム１は、コイルユニット３に電力を供給する給電部（電力変換部）２１を制御する制御部２２をさらに備えている。そして、第２判断処理は、金属判断処理を含んでいる。金属判断処理は、給電期間の前に予備給電を制御部２２に実行させ、予備給電中における検知領域Ａ１の温度の変化率に基づいて異物Ｂ１が金属であるか否かを判断する処理である。ここで、金属は、一般的に生体に比べて放射率が小さいことが知られている。このため、温度検知装置５２で温度を検知するだけでは異物Ｂ１が金属であるか否かを判断し難い。

　そこで、本実施形態の非接触給電システム１は、予備給電中に給電コイル３１に電流を流すことで異物Ｂ１を意図的に加熱し、電流を流す前後での異物Ｂ１の温度の変化を見ている。つまり、本実施形態の非接触給電システム１は、金属が他の異物と比較して加熱による温度変化が大きいことに着目することで、異物Ｂ１が金属であるか否かを判断している。このため、本実施形態の非接触給電システム１は、単に温度のみを検知する場合と比較して、異物Ｂ１が金属であるか否かを判断する精度を向上させることができる。なお、当該構成を採用するか否かは任意である。

　ところで、本実施形態の非接触給電システム１は、コイルユニット３の周囲温度を検知する温度センサ５３をさらに備えている。そして、判断部２３は、金属判断処理を実行する前に、温度検知装置５２で検知された異物Ｂ１の温度が周囲温度と一致するように、温度検知装置５２に放射率を設定させてもよい。以下、この構成について説明する。上述のように、判断部２３は、金属判断処理において異物Ｂ１の温度の変化を見ている。具体的には、判断部２３は、予備給電による異物Ｂ１の温度上昇分が、閾値（以下、「第２閾値」という）を超えれば異物Ｂ１が金属であり、第２閾値を超えなければ異物Ｂ１が金属以外の異物であると判断する。

　ここで、温度検知装置５２は、予め設定された放射率に基づいて検知領域Ａ１の温度を検知する。しかしながら、図８に示すように、温度検知装置５２で測定される異物Ｂ１の温度は、予め設定された放射率に対して異物Ｂ１の放射率が低い場合（図８の実線）、放射率が適切に設定された場合（図８の破線）よりも低くなる。

　このため、放射率が適切に設定されていない場合、予備給電による異物Ｂ１の温度上昇分Δ１が、放射率が適切に設定されている場合の異物Ｂ１の温度上昇分Δ２よりも低くなり、判断部２３による第２閾値との比較の精度が低くなる可能性がある。図８において、「Ｔ１」は予備給電前の温度、「Ｔ２」は予備給電後の温度を示す。なお、図８では、予備給電による異物Ｂ１の温度変化を直線で表しているが、異物Ｂ１の温度変化は線形に限られない。つまり、予備給電による異物Ｂ１の温度変化は、非線形の場合もある。

　そこで、判断部２３は、金属判断処理を実行する前に、温度検知装置５２で測定された異物Ｂ１の温度が周囲温度と一致するように、温度検知装置５２に放射率を設定させるのが好ましい。たとえば、温度検知装置５２で測定された異物Ｂ１の温度が２０度であり、温度センサ５３で測定された周囲温度が３０度であると仮定する。この場合、判断部２３は、温度検知装置５２に周囲温度のデータを含む制御信号を送信し、温度検知装置５２で測定される異物Ｂ１の温度が３０度となるように、温度検知装置５２に放射率を設定させる。これにより、放射率を異物Ｂ１の放射率に近付けることができるので、判断部２３による第２閾値との比較の精度を向上させることができる。つまり、この構成では、判断部２３による異物Ｂ１が金属であるか否かの判断の精度を向上させることができる。なお、上記構成を採用するか否かは任意である。

　また、本実施形態の非接触給電システム１では、判断部２３は、給電期間において、画像に基づいて異物Ｂ１の検知領域Ａ１への侵入の有無を判断する侵入判断処理を実行している。このため、本実施形態の非接触給電システム１は、給電期間中に検知領域Ａ１に異物Ｂ１が侵入した場合に、対策（たとえば、給電の停止）を講じることができる。ここで、温度検知装置５２での温度の検知により異物Ｂ１の検知領域Ａ１への侵入の有無を判断することも可能である。ただし、給電期間における異物Ｂ１の侵入の有無の判断には即応性が求められるため、撮像装置５１で撮像した画像により異物Ｂ１の侵入の有無を判断する方が好ましい。なお、当該構成を採用するか否かは任意である。

　また、本実施形態の非接触給電システム１は、コイルユニット３の周囲温度を検知する温度センサ５３と、コイルユニット３に電力を供給する給電部（電力変換部）２１を制御する制御部２２とをさらに備えている。そして、判断部２３は、生体判断処理を実行する前に、周囲温度が基準範囲内にある場合、給電コイル３１に電流を流す制御を制御部２２に実行させている。つまり、本実施形態の非接触給電システム１は、コイルユニット３の周囲温度が生体の表面温度と殆ど同じとなり、異物Ｂ１が生体であるか否かの判断をし難くなる場合を想定して、生体判断処理の実行前に給電コイル３１に電流を流している。このため、本実施形態の非接触給電システム１では、コイルユニット３の周囲温度が上昇することで、生体判断処理の実行時においてコイルユニット３の周囲温度と生体の表面温度とが互いに異なり易いため、異物Ｂ１が生体であるか否かの判断をし易い。なお、生体判断処理において当該構成を採用するか否かは任意である。

　また、本実施形態の非接触給電システム１では、上記の構成において、給電コイル３１に流す電流は、直流電流である。このため、本実施形態の非接触給電システム１では、異物Ｂ１が生体であっても、給電コイル３１に交流電流を流す場合と比較して、生体に電磁的な影響を与え難い。なお、当該構成を採用するか否かは任意である。

　また、本実施形態の非接触給電システム１では、温度検知装置５２は、検知領域Ａ１の温度分布を、二次元配置された複数の画素にて表す熱画像を撮像する熱画像センサで構成されている。そして、撮像装置５１及び温度検知装置５２は、画像の撮像範囲と、熱画像の撮像範囲とが一致するように構成されているのが好ましい。この構成では、検知領域Ａ１に異物Ｂ１が存在する場合、画像で特定された異物Ｂ１の位置を熱画像に反映することができる。したがって、この構成では、熱画像の全画素の温度を監視する必要がなく、異物Ｂ１の位置する画素の温度のみを監視することが可能となる。なお、当該構成を採用するか否かは任意である。

　また、本実施形態の非接触給電システム１は、受電コイル４１をさらに備えているが、受電コイル４１を備えるか否かは任意である。

　ところで、本実施形態では、判断部２３は、異物Ｂ１が生体や金属であれば、制御部２２にコイルユニット３からの給電を停止させる。この場合、判断部２３は、取り除くべき異物Ｂ１が検知領域Ａ１に存在する旨を音声やブザー、ディスプレイでの表示等により利用者（ここでは、車両１００の運転手）に報知するように構成されていてもよい。

　また、本実施形態では、判断部２３は、検知領域Ａ１に異物Ｂ１が存在しない場合、又は異物Ｂ１が給電に支障のない異物である場合、制御部２２にコイルユニット３からの給電を開始（又は再開）させる。この場合、判断部２３は、給電を開始（又は再開）する旨を音声やブザー、ディスプレイでの表示等により利用者に報知するように構成されていてもよい。

　また、本実施形態では、判断部２３は、侵入判断処理において、撮像装置５１で撮像された画像のデータと、直前に撮像装置５１で撮像された画像のデータとで、画素の差分を検出することにより、検知領域Ａ１への異物Ｂ１の侵入の有無を判断する。このとき、侵入した異物Ｂ１が給電に支障のない異物である場合、コイルユニット３からの給電が再開される。しかしながら、異物Ｂ１が風などにより動くと、判断部２３は、この動き（揺らぎ）を差分として検出してしまい、検知領域Ａ１に異物Ｂ１が侵入したと判断する可能性がある。この場合、検知領域Ａ１への異物Ｂ１の侵入を判断する度に給電が停止されるため、好ましくない。

　そこで、判断部２３は、撮像装置５１で撮像した時点の画像データの画素と、当該時点よりも前の数フレーム～数十フレームの画像データの画素の平均値とを比較することで、異物Ｂ１の揺らぎを検知しないように構成されることが好ましい。この構成では、異物Ｂ１の揺らぎによって検知領域Ａ１に異物Ｂ１が侵入したと何度も判断してしまうのを回避することができる。

　ところで、本実施形態では、撮像装置５１及び温度検知装置５２の筐体３４の上面に対する光軸の傾斜角度（仰角又は俯角）は、撮像装置５１及び温度検知装置５２の配置される場所により異なる可能性がある。そこで、判断部２３は、撮像装置５１及び温度検知装置５２の光軸の傾斜角度と、歪み補正パラメータとを対応付けた補正テーブルを記憶するように構成されていてもよい。この構成では、判断部２３は、補正テーブルを参照して、撮像装置５１及び温度検知装置５２の光軸の傾斜角度に応じた歪み補正パラメータを用いて、得られた画像データや熱画像データの歪みを補正することが可能である。

　本実施形態の非接触給電システム１は、受電ユニット４を備えているが、受電ユニット４を備えるか否かは任意である。つまり、本実施形態の非接触給電システム１は、コイルユニット３と、撮像装置５１と、温度検知装置５２と、判断部２３とを備えていればよい。また、本実施形態では、判断部２３は、本体ユニット２に備えられているが、他の構成であってもよい。たとえば、判断部２３は、コイルユニット３に備えられていてもよい。

　また、本実施形態では、撮像装置５１及び温度検知装置５２は、検知ユニット５に一体に備えられているが、他の構成であってもよい。たとえば、撮像装置５１及び温度検知装置５２は、それぞれ別体に構成されていてもよい。また、撮像装置５１及び温度検知装置５２は、たとえば画像と熱画像との両方を撮像可能なカメラで一体に構成されていてもよい。

　また、本実施形態では、検知ユニット５は、コイルユニット３の第２筐体３４２に配置されているが、他の構成であってもよい。たとえば、検知ユニット５は、車止め３０１に配置されていてもよい。また、検知ユニット５は、たとえば本体ユニット２に配置されていてもよい。また、検知ユニット５は、車両１００の後方ではなく、車両１００の側方に配置されていてもよい。つまり、検知ユニット５のうち撮像装置５１は、検知領域Ａ１を撮像できる位置に配置されていればよい。同様に、検知ユニット５のうち温度検知装置５２は、検知領域Ａ１の温度を検知できる位置に配置されていればよい。

　その他、撮像装置５１及び温度検知装置５２は、それぞれたとえば全方位ミラーや全方位レンズと組み合わせて構成されていてもよい。この構成では、撮像装置５１及び温度検知装置５２の各々の視野角を全方位に広げることが可能である。この場合、給電コイル３１はスパイラル型コイルであるのが好ましい。そして、給電コイル３１の中空部に撮像装置５１及び温度検知装置５２を配置すれば、給電コイル３１の全体を検知領域Ａ１に含めることが容易になる。

　また、非接触給電システム１にて非接触で出力電力が供給される負荷は、電動車両に限らず、たとえば、蓄電池を備えた電気機器（携帯電話機及びスマートフォンなど）、又は蓄電池を備えない電気機器（照明器具など）であってもよい。

　以上述べた実施形態から明らかなように、本発明の第１の態様に係る非接触給電システム（１）は、コイルユニット（３）と、撮像装置（５１）と、温度検知装置（５２）と、判断部（２３）とを備える。コイルユニット（３）は、給電コイル（３１）を含み、給電コイル（３１）に電磁結合される受電コイル（４１）へ給電コイル（３１）から電力を供給する。撮像装置（５１）は、コイルユニット（３）の少なくとも一部を含む検知領域（Ａ１）を撮像する。温度検知装置（５２）は、検知領域（Ａ１）の温度を検知する。判断部（２３）は、検知領域（Ａ１）における異物（Ｂ１）の有無を判断する。判断部（２３）は、コイルユニット（３）が給電していない停止期間において、第１判断処理と、第２判断処理とを組み合わせて異物（Ｂ１）の有無を判断する。第１判断処理は、撮像装置（５１）で撮像された画像に基づいて異物（Ｂ１）の有無を判断する処理である。第２判断処理は、第１判断処理の結果を受けて、温度検知装置（５２）で検知された温度に基づいて異物（Ｂ１）の有無を判断する処理である。

　また、本発明の第２の態様に係る非接触給電システム（１）では、第１の態様において、第２判断処理は、温度検知装置（５２）で検知された温度と基準範囲とを比較することで、異物（Ｂ１）が生体であるか否かを判断する生体判断処理を含む。

　また、本発明の第３の態様に係る非接触給電システム（１）は、第１又は第２の態様において、コイルユニット（３）に電力を供給する給電部（電力変換部）（２１）を制御する制御部（２２）をさらに備える。第２判断処理は、金属判断処理を含む。金属判断処理は、給電期間の前に予備給電を制御部（２２）に実行させ、予備給電中における検知領域（Ａ１）の温度の変化率に基づいて異物（Ｂ１）が金属であるか否かを判断する処理である。

　また、本発明の第４の態様に係る非接触給電システム（１）は、第３の態様において、コイルユニット（３）の周囲温度を検知する温度センサ（５３）をさらに備える。判断部（２３）は、金属判断処理を実行する前に、温度検知装置（５２）で検知された異物（Ｂ１）の温度が周囲温度と一致するように、温度検知装置（５２）に放射率を設定させる。

　また、本発明の第５の態様に係る非接触給電システム（１）では、第１～第４のいずれかの態様において、判断部（２３）は、給電期間において、画像に基づいて異物（Ｂ１）の検知領域（Ａ１）への侵入の有無を判断する侵入判断処理を実行する。

　また、本発明の第６の態様に係る非接触給電システム（１）は、第２の態様において、温度センサ（５３）と、制御部（２２）とをさらに備える。温度センサ（５３）は、コイルユニット（３）の周囲温度を検知する。制御部（２２）は、コイルユニット（３）に電力を供給する給電部（電力変換部）（２１）を制御する。判断部（２３）は、生体判断処理を実行する前に、周囲温度が基準範囲内にある場合、給電コイル（３１）に電流を流す制御を制御部（２２）に実行させる。

　また、本発明の第７の態様に係る非接触給電システム（１）では、第６の態様において、給電コイル（３１）に流す電流は、直流電流である。

　また、本発明の第８の態様に係る非接触給電システム（１）では、第１～第７のいずれかの態様において、温度検知装置（５２）は、検知領域（Ａ１９の温度分布を、二次元配置された複数の画素にて表す熱画像を撮像する熱画像センサで構成されている。撮像装置（５１）及び温度検知装置（５２）は、画像の撮像範囲と、熱画像の撮像範囲とが一致するように構成されている。

　また、本発明の第９の態様に係る非接触給電システム（１）は、第１～第８のいずれかの態様において、受電コイル（４１）をさらに備えている。

　非接触給電システム（１）は、異物（Ｂ１）の種類を判別することができる。

　１　非接触給電システム
　２１　電力変換部（給電部）
　２２　制御部
　２３　判断部
　３　コイルユニット
　３１　給電コイル
　４１　受電コイル
　５１　撮像装置
　５２　温度検知装置
　５３　温度センサ
　Ａ１　検知領域
　Ｂ１　異物

Claims

　給電コイルを含み、前記給電コイルに電磁結合される受電コイルへ前記給電コイルから電力を供給するコイルユニットと、
　前記コイルユニットの少なくとも一部を含む検知領域を撮像する撮像装置と、
　前記検知領域の温度を検知する温度検知装置と、
　前記検知領域における異物の有無を判断する判断部とを備え、
　前記判断部は、前記コイルユニットが給電していない停止期間において、
　前記撮像装置で撮像された画像に基づいて前記異物の有無を判断する第１判断処理と、
　前記第１判断処理の結果を受けて、前記温度検知装置で検知された温度に基づいて前記異物の有無を判断する第２判断処理とを組み合わせて前記異物の有無を判断することを特徴とする非接触給電システム。
　前記第２判断処理は、前記温度検知装置で検知された温度と基準範囲とを比較することで、前記異物が生体であるか否かを判断する生体判断処理を含むことを特徴とする請求項１記載の非接触給電システム。
　前記コイルユニットに電力を供給する給電部を制御する制御部をさらに備え、
　前記第２判断処理は、前記コイルユニットが給電する給電期間中よりも小さな電流を前記給電コイルに供給する予備給電を前記制御部に実行させ、前記予備給電中における前記検知領域の温度の変化率に基づいて前記異物が金属であるか否かを判断する金属判断処理を含むことを特徴とする請求項１又は２記載の非接触給電システム。
　前記コイルユニットの周囲温度を検知する温度センサをさらに備え、
　前記判断部は、前記金属判断処理を実行する前に、前記温度検知装置で検知された前記異物の温度が前記周囲温度と一致するように、前記温度検知装置に放射率を設定させることを特徴とする請求項３記載の非接触給電システム。
　前記判断部は、前記コイルユニットが給電する給電期間において、前記画像に基づいて前記異物の前記検知領域への侵入の有無を判断する侵入判断処理を実行することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の非接触給電システム。
　前記コイルユニットの周囲温度を検知する温度センサと、
　前記コイルユニットに電力を供給する給電部を制御する制御部とをさらに備え、
　前記判断部は、前記生体判断処理を実行する前に、前記周囲温度が前記基準範囲内にある場合、前記給電コイルに電流を流す制御を前記制御部に実行させることを特徴とする請求項２記載の非接触給電システム。
　前記給電コイルに流す電流は、直流電流であることを特徴とする請求項６記載の非接触給電システム。
　前記温度検知装置は、前記検知領域の温度分布を、二次元配置された複数の画素にて表す熱画像を撮像する熱画像センサで構成され、
　前記撮像装置及び前記温度検知装置は、前記画像の撮像範囲と、前記熱画像の撮像範囲とが一致するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の非接触給電システム。
　前記受電コイルをさらに備えていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の非接触給電システム。