专利名称：电压检测器、异常检测装置、非接触输电装置、非接触受电装置以及车辆的制作方法
技术领域：
本发明涉及电压检测器、异常检测装置、非接触输电装置、非接触受电装置以及车辆，尤其涉及利用共振法的非接触供电中所使用的谐振线圈的异常检测。
背景技术：
作为有益于环境的车辆，电动汽车、混合动力车等车辆备受注目。这些车辆搭载产生行驶驱动力的电动机和蓄积向该电动机供给的电力的可再充电的蓄电装置。另外，混合动力车包括搭载了电动机并且进而搭载了内燃机作为动力源的车辆、作为车辆驱动用的直流电源搭载了蓄电装置并且进而搭载了燃料电池的车辆等。
在混合动力车中，与电动汽车同样，也已知有能够从车辆外部的电源对车载的蓄电装置充电的车辆。例如，已知有能够通过充电电缆将设置于家庭的电源插座与设置于车辆的充电口连接、从而从一般家庭的电源对蓄电装置充电的所谓的“插电式混合动力车”。另一方面，作为输电方法，不使用电源线和输电电缆的无线输电近年来受到注目。作为该无线输电技术，作为有影响力的技术已知如下三种使用了电磁感应的输电、使用了电磁波的输电以及利用共振法的输电。其中，共振法是使一对共振器(例如一对谐振线圈)在电磁场(临近场)中进行共振、经由电磁场输电的非接触的输电技术，也能够对数kW (千瓦)的大电力进行较长距离(例如数米)输电。并且，在共振法中，由于在谐振线圈产生大电力，为了防止发热等导致的系统故障，希望进行谐振线圈的异常检测。日本特开平11-164497号公报(专利文献I)公开了如下技术在使用了电磁感应的非接触供电装置中，通过温度传感器检测拾取式线圈的温度，在检测温度超过一定值的情况下，识别为异常并停止向电路的电源供给。现有技术文献专利文献I :日本特开平11-164497号公报专利文献2 :日本特开2009-106136号公报
发明内容
发明要解决的问题在利用共振法的非接触供电中，通过使输电装置和受电装置所包含的谐振线圈共振来传输电力。并且，为了提高电力的传输效率，需要使输电装置以及受电装置的谐振线圈的Q值增大。在为了谐振线圈的异常检测而使用了电热调节器或热电偶等接触型的温度传感器的情况下，由于温度传感器与谐振线圈接触，经由谐振线圈与温度传感器之间的寄生电容流动有电流，因此恐怕共振的Q值会恶化，使传输效率降低。另外，也可以采用使用了光纤和/或激光等的非接触方式的温度检测技术，但这种温度传感器通常比较昂贵，可能会导致成本提高。本发明是为了解决这样的问题而完成的，其目的在于，在利用共振法的非接触供电系统中，在抑制对谐振线圈的共振状态的影响以及抑制成本提高的同时，检测谐振线圈的异常。用于解决问题的技术方案本发明的电压检测器，是用于检测在相对配置的第I谐振线圈和第2谐振线圈所产生的电压的电压检测器，所述第2谐振线圈通过电磁共振以非接触方式进行电力的输电以及受电中的至少任一方，所述电压检测器具有第I以及第2高阻抗元件、低阻抗元件和输出端子。第I高阻抗元件的一端连接于第2谐振线圈的一端。第2高阻抗元件的一端连接于第2谐振线圈的另一端。低阻抗元件连接在第I高阻抗元件的另一端与第2高阻抗元件的另一端之间，阻抗比第I以及第2高阻抗元件各自的阻抗小。并且，输出端子输出与施加于低阻抗元件的两端的电压相关联的信号。 优选，第I高阻抗元件包括第I电容器，第2高阻抗元件包括第2电容器。优选，第I以及第2电容器各自包括电极，其用于与第2谐振线圈连接；和电介质，其电场方向上的长度比与电场方向垂直的方向上的电极的长度长。优选，电介质在电场方向上的长度，是比预先确定的值更大的长度，所述预先确定的值是使由于将第I以及第2电容器连接于第2谐振线圈而产生的电压检测器的阻抗不会对第I谐振线圈与第2谐振线圈之间的共振状态产生影响的足够大的值。优选，第I以及第2电容器的各静电容量被设定成大致相等的容量。优选，低阻抗元件是绝缘变压器。并且，绝缘变压器包括一次线圈，其连接在第I以及第2高阻抗元件各自的另一端之间；二次线圈，其连接于输出端子；以及环形芯，其卷绕着一次线圈以及二次线圈。优选，电压检测器还具有屏蔽箱，该屏蔽箱用于对从第2谐振线圈产生的电磁场进行屏蔽。并且，绝缘变压器配置在屏蔽箱内。优选，第I以及第2高阻抗元件各自包括用于与第2谐振线圈连接的电极。并且，第I以及第2高阻抗元件以及低阻抗元件配置成使与各电极连接的阻抗对称。本发明的异常检测装置具有上述任一方的电压检测器；和异常判定部，其构成为基于与从电压检测器输出的电压相关联的信号，对第2谐振线圈的异常进行判定。优选，异常判定部，在与电压相关联的信号比基准值大的情况下，判定为第2谐振线圈处于高温。优选，异常判定部基于与电压相关联的信号和向第2谐振线圈供给的供电电压的比较，对第2谐振线圈损失是否增加进行判定。优选，异常检测装置还包括警报输出部，该警报输出部用于在第2谐振线圈的异常被检测出的情况下，对操作者输出警报。本发明的非接触输电装置具备用于与受电装置进行电磁共振的谐振线圈、电磁感应线圈、电压检测器和异常判定部，通过电磁共振以非接触方式向受电装置传输来自电源的电力。电磁感应线圈通过电磁感应将来自电源的电力传输到谐振线圈。电压检测器检测在谐振线圈所产生的电压。异常判定部基于与从电压检测器输出的电压相关联的信号，对谐振线圈的异常进行检测。电压检测器包括第I以及第2高阻抗元件、低阻抗元件和输出端子。第I高阻抗元件的一端连接于谐振线圈的一端。第2高阻抗元件的一端连接于谐振线圈的另一端。低阻抗元件连接在第I高阻抗元件的另一端与第2高阻抗元件的另一端之间，阻抗比第I以及第2高阻抗元件各自的阻抗小。并且，输出端子输出与施加于低阻抗元件的两端的电压相关联的信号。本发明的非接触受电装置具备用于与输电装置进行电磁共振的谐振线圈、电磁感应线圈、电压检测器和异常判定部，通过电磁共振以非接触方式接受来自输电装置的电力。电磁感应线圈通过电磁感应将由谐振线圈接受的电力取出。电压检测器检测在谐振线圈所产生的电压。异常判定部基于与从电压检测器输出的电压相关联的信号，对谐振线圈的异常进行检测。电压检测器包括第I以及第2高阻抗元件、低阻抗元件和输出端子。第I高阻抗元件的一端连接于谐振线圈的一端。第2高阻抗元件的一端连接于谐振线圈的另一端。低阻抗元件连接在第I高阻抗元件的另一端与第2高阻抗元件的另一端之间，阻抗比第I以及第2高阻抗元件各自的阻抗小。并且，输出端子输出与施加于低阻抗元件的两端的电压相关联的信号。
本发明的车辆具有非接触受电装置、蓄电装置和驱动装置。非接触受电装置通过电磁共振以非接触方式接受来自输电装置的电力。蓄电装置能够使用由非接触受电装置接受的电力进行充电。驱动装置使用来自蓄电装置的电力产生用于使车辆行驶的的驱动力。非接触受电装置包括与输电装置进行电磁共振的谐振线圈、电磁感应线圈、电压检测器和异常判定部。电磁感应线圈通过电磁感应将由谐振线圈接受的电力取出。电压检测器检测在谐振线圈所产生的电压。异常判定部基于与从电压检测器输出的电压相关联的信号，对谐振线圈的异常进行检测。电压检测器包括第I以及第2高阻抗元件、低阻抗元件和输出端子。第I高阻抗元件的一端连接于谐振线圈的一端。第2高阻抗元件的一端连接于谐振线圈的另一端。低阻抗元件连接在第I高阻抗元件的另一端与第2高阻抗元件的另一端之间，阻抗比第I以及第2高阻抗元件各自的阻抗小。并且，输出端子输出与施加于低阻抗元件的两端的电压相关联的信号。发明的效果根据本发明，在利用共振法的非接触供电系统中，能够在抑制对谐振线圈的共振状态的影响以及抑制成本提高的同时，检测谐振线圈的异常。
图I是本发明实施方式的非接触供电系统的整体结构图。图2是用于说明利用共振法的输电的原理的图。图3是表示距电流源(磁流源)的距离与电磁场的强度的关系的图。图4是线圈单元的概略图。图5是用于说明本实施方式中的谐振线圈的异常检测的结构的图。图6是本实施方式的电压检测器的概略图。图7是用于说明本实施方式中的谐振线圈的异常检测控制的功能框图。图8是表示谐振线圈的异常检测电路的一例的图。图9是用于说明本实施方式中的谐振线圈的异常检测控制处理的详细内容的流程图。
具体实施例方式下面，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。另外，对图中相同或者相当的部分标注相同的附图标记，不重复进行其说明。图I是本发明实施方式的非接触供电系统的整体结构图。参照图1，非接触供电系统具备车辆100和供电装置200。车辆100包括二次谐振线圈110、二次电磁感应线圈120、整流器130、DC/DC转换器140、蓄电装置150、动力控制单元(下面也称为“PCU (Power Control Unit)”。)160、马达170、车辆EQJ (Electronic Control Unit :电子控制单元)180、电压传感器190、警告装置195、温度传感器196。另外，车辆100的结构，只要是由马达驱动的车辆，不限于图I所示的结构。例如，车辆100包括具备马达和内燃机的混合动力车辆、具备燃料电池的燃料电池汽车、电动汽
本坐
寸O二次谐振线圈110设置在例如车体下部。二次谐振线圈110是两端开路(非连接)的LC谐振线圈，通过经由电磁场与供电装置200的一次谐振线圈240进行共振而从供电装置200接受电力。另外，二次谐振线圈110的电容分量为线圈的寄生电容，但也可以为了获得预定的静电电容而另外将电容器(未图示)连接于线圈的两端。二次谐振线圈110基于与供电装置200的一次谐振线圈240的距离、和/或一次谐振线圈240和二次谐振线圈110的谐振频率等，适当设定其匝数以使表示一次谐振线圈240与二次谐振线圈110的共振强度的Q值(例如，Q > 100)以及表示其结合度(耦合度)的K等增大。二次电磁感应线圈120设置在与二次谐振线圈110同轴上，能够通过电磁感应与二次谐振线圈110磁稱合。该二次电磁感应线圈120通过电磁感应将由二次谐振线圈110接受来的电力取出并向整流器130输出。整流器130对由二次电磁感应线圈120取出的交流电力进行整流并将直流电力向DC/DC转换器140输出。DC/DC转换器140基于来自车辆E⑶180的控制信号，将由整流器130整流后的电力变换成蓄电装置150的电压电平并向蓄电装置150输出。另外，当在车辆行驶中从供电装置200接受电力的情况下，DC/DC转换器140也可以将由整流器130整流后的电力变换成系统电压并向PCU160直接供给。另外，DC/DC转换器140并不是必须的，也可以在由整流器130对由二次电磁感应线圈120取出的交流电力进行整流之后将其直接提供给蓄电装置150。蓄电装置150是可再充电的直流电源，包括例如锂离子电池、镍氢电池等二次电池。蓄电装置150除了蓄积从DC/DC转换器140供给的电力以外，还蓄积由马达170发电产生的再生电力。而且，蓄电装置150将其蓄积的电力向P⑶160供给。另外，作为蓄电装置150也可以采用大容量的电容器，只要是能够暂时蓄积从供电装置200供给的电力和/或来自马达170的再生电力、并将其蓄积的电力向PCU160供给的电力缓冲器，可以是任何
>J-U装直。 P⑶160通过从蓄电装置150输出的电力或者从DC/DC转换器140直接供给的电力来驱动马达170。另外，P⑶160对由马达170发电产生的再生电力(交流电力)变换成直流电力并向蓄电装置150输出，对蓄电装置150充电。马达170由P⑶160驱动，产生用于车辆行驶的驱动力并向驱动轮输出。另外，马达170通过从驱动轮和/或在混合动力车辆的情况下从未图示的发动机接受的动能来发电，将其发电产生的再生电力向PCU160输出。电压检测器190连接于二次谐振线圈110。电压检测器190检测在二次谐振线圈110所产生的电压，并将其检测值输出到车辆ECU180。电压检测器190的详细结构以图6稍后叙述。车辆ECU180包括均未在图I中图不的CPU (Central Processing Unit :中央处理单元)、存储装置以及输入输出缓冲器，进行从各传感器等接收信号和/或向各设备输出控制信号，并且进行车辆100以及各设备的控制。另外，车辆ECU180构成为能够通过无线方式等与后述的供电装置200内的输电ECU260进行通信。此外，关于这些控制，并不限于利用软件的处理，也能够以专用的硬件(电子电路)进行处理。此外，图I中，车辆ECU180构成为进行车辆100的行驶控制以及从供电装置200接受电力的受电控制这两方，但控制装 置的结构并不限于此。即，车辆100也可以设为具备按设备或者按功能对应的不同的控制装置的结构。例如，可以设为具备用于主要进行受电控制的受电ECU。车辆E⑶180在从供电装置200向车辆100供电时，控制DC/DC转换器140。车辆E⑶180例如通过控制DC/DC转换器140来将整流器130与DC/DC转换器140之间的电压控制为预定的目标电压。另外，车辆ECU180在车辆行驶时基于车辆的行驶状况和/或蓄电装置150的充电状态(也称为“SOC (State OfCharge)”。)来控制PCU160。另外，车辆E⑶180接受由电压检测器190检测出的二次谐振线圈110的电压。车辆ECU180基于该检测电压判断二次谐振线圈110有无异常。并且，车辆ECU180对警告装置195输出表示二次谐振线圈110有无异常的控制信号。车辆E⑶180，在判定为二次谐振线圈110有异常的情况下，例如通过通信对供电装置200输出制限供电电力和/或停止供电的指示。车辆ECU180，取代此或者除此以外，通过使DC/DC转换器140停止，或者由设置于二次谐振线圈110的未图示的阻抗调整器改变二次谐振线圈的谐振频率，从而停止受电工作。警告装置195基于来自车辆E⑶180的控制信号，将二次谐振线圈110有无异常通知给操作者。作为警告装置195，例如包括蜂鸣器、定时器等以听觉方式通知有无异常的装置和灯、显示灯、液晶显示器等以视觉方式通知有无异常的装置等。温度传感器196检测车辆外部的外部气温，将其检测结果向车辆ECU180输出。另一方面，供电装置200包括交流电源210、高频电力驱动器220、一次电磁感应线圈230、一次谐振线圈240、电压传感器250、输电ECU260、警告装置270。交流电源210是车辆外部的电源,例如是商用电源。高频电力驱动器220将从交流电源210接受的电力变换为高频的电力，将该变换后的高频电力向一次电磁感应线圈230供给。另外，高频电力驱动器220生成的高频电力的频率例如为IMHz 数十MHz。—次电磁感应线圈230设置在与一次谐振线圈240同轴上,能够通过电磁感应与一次谐振线圈240磁耦合。而且，一次电磁感应线圈230通过电磁感应将从高频电力驱动器220供给的高频电力向一次谐振线圈240供电。一次谐振线圈240设置在例如地面附近。一次谐振线圈240，与二次谐振线圈110同样，也是两端开路(非连接)的LC谐振线圈，通过经由电磁场与车辆100的二次谐振线圈110进行共振来向车辆100输送电力。另外，一次谐振线圈240的电容分量也为线圈的寄生电容，但也可以与二次谐振线圈110同样地另外将电容器连接于线圈的两端。该一次谐振线圈240也基于与车辆100的二次谐振线圈110的距离、和/或一次谐振线圈240和二次谐振线圈110的谐振频率等，适当设定其匝数以使Q值(例如，Q > 100)以及结合度K等增大。电压检测器250连接于一次谐振线圈240。电压检测器250检测在一次谐振线圈240所产生的电压，将其检测值输出到输电ECU260。电压检测器250的详细结构以图6稍后叙述。输电ECU260包括均未在图I中图不的CPU (Central Processing Unit)、存储装置以及输入输出缓冲器，进行供电装置200的控制。另外，输电ECU260构成为能够通过无线方式等与车辆100的车辆E⑶180进行通信。此外，关于这些控制，并不限于利用软件的处理，也可以以专用的硬件(电子电路)进行处理。 输电E⑶260基于车辆100的种类和/或充电状态等，控制从高频电力驱动器220向车辆100的供电电力。另外，输电E⑶260接受由电压检测器250检测出的一次谐振线圈240的电压。输电ECU260基于该检测电压判断一次谐振线圈240有无异常。并且，输电ECU260对警告装置270输出表示一次谐振线圈240有无异常的控制信号。输电ECU260，在判定为一次谐振线圈240有异常的情况下，例如控制高频电力驱动器220，进行供电电力的制限或停止供电。警告装置270是用于基于来自输电E⑶260的控制信号，将一次谐振线圈240有无异常通知给操作者的装置。作为警告装置270，例如包括蜂鸣器、定时器等以听觉方式通知有无异常的装置和灯、显示灯、液晶显示器等以视觉方式通知有无异常的装置等。温度传感器280检测外部气温，将其检测结果向输电E⑶260输出。此外，在图I的非接触供电系统中，示出了在车辆100以及供电装置200这两方都具备用于检测谐振线圈的电压的电压传感器以及用于通知谐振线圈的异常的警告装置的结构，但也可以设为仅在车辆100以及供电装置200的任一方设置电压传感器以及警告装置的结构。图2是用于说明利用共振法的输电的原理的图。参照图2，在该共振法中，与两个音叉进行共振同样，通过使具有相同固有振动频率的两个LC谐振线圈在电磁场(临近场)中进行共振，经由电磁场从一方的线圈向另一方的线圈传输电力。具体地说，在高频电源310连接一次电磁感应线圈320，向通过电磁感应与一次电磁感应线圈320磁耦合的一次谐振线圈330供给IMHz 数十MHz的高频电力。一次谐振线圈330是由线圈自身的阻抗和寄生电容(在线圈连接有电容器的情况下，包括电容器的电容)构成的LC谐振器，经由电磁场(临近场)与具有与一次谐振线圈330相同的谐振频率的二次谐振线圈340进行共振。于是，能量(电力)经由电磁场从一次谐振线圈330向二次谐振线圈340移动。移动至二次谐振线圈340的能量(电力)由通过电磁感应与二次谐振线圈340磁稱合的二次电磁感应线圈350取出，向负载360供给。另外，利用共振法的输电在表示一次谐振线圈330与二次谐振线圈340的共振强度的Q值大于例如100时可实现。另外，对与图I的对应关系进行说明，图I的交流电源210以及高频电力驱动器220相当于图2的高频电源310。另外，图I的一次电磁感应线圈230以及一次谐振线圈240分别相当于图2的一次电磁感应线圈320以及一次谐振线圈330，图I的二次谐振线圈110以及二次电磁感应线圈120分别相当于图2的二次谐振线圈340以及二次电磁感应线圈350。而且，图I的从整流器130到马达170被概括表示为负载360。图3是表示距电流源(磁流源)的距离与电磁场的强度的关系的图。参照图3，电磁场包括三个分量。曲线kl是与距波源的距离成反比例的分量，被称为“辐射电测场”。曲线k2是与距波源的距离的平方成反比例的分量，被称为“感应电测场”。另外，曲线k3是与距波源的距离的立方成反比例的分量，被称为“静电磁场”。“静电磁场”是电磁场的强度随着距波源的距离增大而急剧减小的区域，在共振法中，利用该“静电磁场”占绝对优势的临近场(渐逝场)进行能量(电力)的传送。即，在“静电磁场”占绝对优势的临近场中，通过使具有相同固有振动频率的一对共振器(例如一对LC谐振线圈)共振，从一方的共振器(一次谐振线圈)向另一方的共振器(二次谐振线圈)传送能量(电力)。因为该“静电磁场”不会将能量传播到远方，所以与通过会将能量传播到远方 的“辐射电场”来传送能量(电力)的电磁场相比，共振法能够以更少的能量损失进行输电。图4表示本实施方式中的线圈单元400的一例的概略图。参照图4，线圈单元400包括电磁感应线圈410、谐振线圈420、卷轴430、电容器440。电磁感应线圈410与图I中的一次电磁感应线圈230以及二次电磁感应线圈120对应。另外，谐振线圈420与图I中的一次谐振线圈240以及二次谐振线圈110对应。电磁感应线圈410，线圈材料卷绕于圆筒状且绝缘性的卷轴430周围。并且，电磁感应线圈410被配置在与谐振线圈420同轴上。电磁感应线圈410的两端，被从容纳线圈单元400的线圈壳体(未图示)的外部引出而连接于外部电源或负载。并且，电磁感应线圈410通过电磁感应与谐振线圈420进行电力的输电或受电。谐振线圈420被安装成线圈材料卷绕于卷轴430周围。并且，谐振线圈420的线圈两端，通过连接于在卷轴430的内部设置的电容器440，构成LC谐振电路。此外，电容器440并不是必须的，在通过谐振线圈420的寄生电容可实现所希望的电容分量的情况下，谐振线圈420的两端被设为非连接(开路)。 并且，谐振线圈420通过与相对的其他谐振线圈进行电磁共振来传送电力。另外，谐振线圈420通过电磁感应来与电磁感应线圈410交接电力。如上所述，利用共振法的电力传输，与利用电磁感应的情况相比，能够将大电力(例如数kW)以非接触方式传输到更远方。然而，由于在谐振线圈产生这样的大电力，恐怕会发生由于谐振线圈的发热等引起的系统故障。因此，为了防止这样的故障，认为需要进行谐振线圈的异常检测。一般而言，在检测线圈的温度的情况下，例如，有时采用使用电热调节器或热电偶等接触式的温度传感器来直接检测线圈的温度的方法。然而，在共振法中，当使这样的温度传感器与谐振线圈接触或者使其配置在谐振线圈附近时，由于谐振线圈与温度传感器之间的寄生电容使谐振线圈的谐振频率发生变化，或者由于该寄生电容而在温度传感器中流动电流从而使Q值恶化等，恐怕会对共振状态产生影响。另外，使用光纤和/或激光的非接触式的温度传感器也众所周知，也可以采用这样的温度传感器。然而，这些传感器比较昂贵，因此有可能导致成本提高。
因此，在本实施方式中，采用如下方法使用对共振状态的影响小的电压检测器来检测施加于谐振线圈的电压，基于该检测电压判定谐振线圈的异常。以下，对详细内容进行说明。图5是用于说明本实施方式中的用于谐振线圈的异常检测的概要的图。此外，不重复与图I相同的元件的说明。参照图5，与图I的交流电源210以及高频电力驱动器220对应的高频电源205连接于一次电磁感应线圈230。在一次谐振线圈240的两端，根据需要连接用于调整谐振频率的电容器245。电压检测器250连接于电容器245的两端,检测施加于电容器245的电压、即施加于一次谐振线圈240的电压。并且，电压检测器250将与施加于一次谐振线圈240的电压相关联的信号VCl向输电E⑶260输出。
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输电E⑶260通过对上述的信号VCl与基准电压进行比较，如后述那样判定一次谐振线圈240的温度是否大于容许温度。另外，输电E⑶260通过对上述的信号VCl和与由高频电源205供给的输电电压相关联的信号VS进行比较，判定一次谐振线圈240与二次谐振线圈110之间的Q值是否降低。并且，输电E⑶260，在判断为发生了这些异常中的至少任一方的情况下，将异常信号ALMl向警告装置270输出来对操作者通知发生异常。另一方面，在车辆100侧的二次谐振线圈110的两端，根据需要连接用于调整谐振频率的电容器115。电压检测器190连接于电容器115的两端，检测施加于电容器115的电压、即施加于二次谐振线圈110的电压。并且，电压检测器190将与施加于二次谐振线圈110的电压相关联的信号VC2向车辆E⑶180输出。车辆E⑶180通过对上述的信号VC2与基准电压进行比较，判定二次谐振线圈110的温度是否大于容许温度。另外，车辆ECU180通过对上述的信号VC2和与从输电ECU260传送的输电电压相关联的信号VS进行比较，判定一次谐振线圈240与二次谐振线圈110之间的Q值是否降低。并且，车辆E⑶180，在判断为发生了这些异常中的至少任一方的情况下，将异常信号ALM2向警告装置195输出来对操作者通知发生异常。接着，对电压检测器190、250的详细结构进行说明。图6是本实施方式的电压检测器190、250的概略图。此外，在图6中，以车辆100侧的电压检测器190为例进行说明，但关于供电装置200侧的电压检测器250，由于基本结构与以下的电压检测器190的说明同样，因此不重复其说明。参照图5以及图6，电压检测器190具有电容器510、520、绝缘变压器550、作为输出端子的一例的同轴连接器560、容纳绝缘变压器550的屏蔽箱540。电容器510、520的各一端分别连接于二次谐振线圈110的两端。二次谐振线圈110，如图5所示，在连接于调整谐振频率用的电容器115的情况下，电容器510、520分别连接于电容器115的两端。另外，电容器510、520的各另一端连接于绝缘变压器550的一次侧(输入侧)。电容器510包括用于与二次谐振线圈110连接的电极511、用于与绝缘变压器550连接的电极512，设置在电极511和512之间的电介质513。电容器520也同样，包括用于与二次谐振线圈110连接的电极521、用于与绝缘变压器550连接的电极522、设置在电极521和522之间的电介质523。电容器510、520对在二次谐振线圈110所产生高电压进行分压，作为用于降低施加于绝缘变压器550的电压的衰减器发挥作用。因此，电容器510、520的静电电容，优选在降低绝缘变压器550的耐电压并且能够检测电压变化的程度的电压的范围内充分小(即设为高阻抗)。此外，绝缘变压器550整体的阻抗被设定成比电容器510、520的阻抗小，但相对于电容器510、520的阻抗的绝缘变压器550整体的阻抗，基于连接于作为输出端子的同轴连接器560的后续的电子电路所需要的衰减比来设定。另外，电容器510、520，优选形成为电介质513、523的电场方向的长度(即电极间的距离)比各电极的宽度(即电极的与上述电场方向垂直的长度)长。换言之，优选设为各电 极的面积小而电介质的长度长的细长形状。这是因为通过使电压检测器190的绝缘变压器550与二次谐振线圈110之间的距离尽可能增大，使由于电容器510、520连接于二次谐振线圈110而在电容器510、520以及绝缘变压器550的连接点与屏蔽箱540之间产生的寄生电容以及在二次谐振线圈110的两端与屏蔽箱540之间产生的寄生电容尽可能减小(SP提高阻抗)，降低二次谐振线圈110对Q值的影响。进而，也起到防止沿着电介质513、523的表面放电的沿面放电的效果。电容器510、520的绝缘变压器550侧的电极512、522固定于端子板530。端子板530是绝缘体，形成后述的容纳绝缘变压器550的屏蔽箱540的一部分。或者，端子板530，也能够为了抑制二次谐振线圈110对电磁场的影响而设为电磁屏蔽材料，该情况下，为了防止电极512、522间的短路，优选设为具有高电阻率且高导磁率的材料。绝缘变压器550包括一次线圈551、二次线圈552和环形芯553。一次线圈551卷绕于环形芯553，并且其两端分别连接于电容器510、520的电极512、522。二次线圈552卷绕于环形芯553，并且其两端分别连接于作为固定于屏蔽箱540的输出端子的同轴连接器560的各端子。通过设为这样的结构，同轴连接器560与二次谐振线圈110电绝缘。另外，也可以通过根据需要来改变一次线圈551与二次线圈552的匝数比，将从一次线圈551输入的输入电压转换成所希望的电压。此外，构成电压检测器190的各元件，如图6所示，优选配置成相对于与二次谐振线圈Iio连接的电极511、521使寄生电容呈对称。也就是说，各元件配置成在电容器510、520以及绝缘变压器550的连接点与屏蔽箱540间产生的寄生电容呈对称，并且在二次谐振线圈110的两端与屏蔽箱540之间产生的寄生电容呈对称。通过如此配置，能够输出平衡的差动电压，因此可得到能够简化车辆E⑶180中的处理的效果。因此，电容器510、520的静电电容优选设计成大致相等的电容值。另外，构成电压检测器190的各元件，为了抑制从二次谐振线圈110产生的电磁场的影响而被收容在屏蔽箱540内。同轴连接器560通过同轴电缆(未图示)与车辆E⑶180连接，将由二次线圈552检测出的与施加于二次谐振线圈110的电压相关的信号向车辆ECU180输出。此外，作为电压检测器190，只要是具有对施加于二次谐振线圈110的电压进行分压的功能(相当于电容器510、520)和使二次谐振线圈110与车辆E⑶180电绝缘的功能(相当于绝缘变压器)的结构，基本上可以是任何的结构。
例如，也可以取代电容器510、520，通过使用高电阻且长度长的电缆来进行分压。然而，在这样结构的情况下，存在如下可能性由于与二次谐振线圈110串联连接的电阻成分的增加和/或电感的增加，进而因长电缆使电缆与二次谐振线圈110之间的寄生电容的增加，对二次谐振线圈110的共振状态产生影响，或者为了应对由于电阻成分产生的发热而需要增大检测器的规模。另外，也考虑将降压比大的变压器直接连接于二次谐振线圈110的结构，但这样的情况下，由于难以拉低电压检测电路整体的输入电阻，因此有时要抑制变压器的绕组间的部分放电的发生，担心需要另行采取应对这些的对策等。因此，通过设为图6中所说明的电压检测器的结构，能够降低对作为电压的测定对象的谐振线圈的共振状态产生的影响。另外，通过使用电容器，能够抑制发热且使电压降低，因此能够实现电压检测器自身的小型化并抑制成本提高。另外，因为电压检测电路的寄生电容被降低，所以能够降低电压检测电路的共模噪声以及常模噪声。接着，对使用了该电压检测器的谐振线圈的异常检测进行说明。 图7是用于说明本实施方式中的谐振线圈的异常检测控制的功能框图。图7中说明的功能框图所记载的各功能框单元，在车辆E⑶180以及输电E⑶260中，可以通过硬件或者软件的处理来实现。此外，在图7以及以后说明的图8、图9中，以车辆100侧的车辆E⑶180中的控制为例进行说明，但关于供电装置200侧的输电E⑶260基本上也可以设为同样的结构，因此不重复其说明。参照图5以及图7，车辆E⑶180包括电压检测部600、基准电压设定部610、异常判定部620、警报输出部630、指令生成部640。电压检测部600接收表示与由电压检测器190检测出的施加于二次谐振线圈110的电压对应的电压的信号VC2 (交流信号)以及与从供电装置200接受的来自供电装置200的输电电压相关的信号VS (交流信号)。电压检测部600对这些信号进行整流并且根据需要调整增益来生成电压信号VC2d、VSd (直流信号)，并向异常判定部620输出。基准电压设定部610接受由温度传感器196检测出的外部气温TMP。并且，基准电压设定部610基于该外部气温TMP，设定二次谐振线圈110所允许的基准电压Vref，并向异常判定部620输出。在此，对基准电压设定部610中的基准电压Vref的设定的概要进行说明。一般而言，谐振线圈的发热与谐振线圈的电阻成分和在谐振线圈中流动的电流的平方成比例，在该谐振线圈中流动的电流与施加于谐振线圈的电压成比例。并且，谐振线圈的温度的稳定值可以基于周围温度(g卩外部气温)和由谐振线圈的发热导致的温度上升来推定。并且，例如在外部气温高的情况下，与外部气温低的情况相比，需要将直到线圈的容许温度的的温度上升量抑制地较小。因此，例如，使用预先通过实验等确定的、表示施加于二次谐振线圈的电压和此时的二次谐振线圈的温度的关系的映射等，能够设定在当前的外部气温下所容许的与谐振线圈的发热量相当的基准电压Vref。异常判定部620接受来自电压检测部600的直流电压VC2d、VSd以及来自基准电压设定部610的基准电压Vref的输入。异常判定部620对电压VC2d与基准电压Vref进行比较。异常判定部620，在电压VC2d比基准电压Vref大的情况下，判断为二次谐振线圈110为容许温度以上。然后，异常判定部620生成表示谐振线圈变得高温的高温信号HTMP，并向警报输出部630以及指令生成部640输出。由基准电压设定部610设定的基准电压Vref，并不限于通过上述的二次谐振线圈110的容许温度来设定，也可以取代此，或者在此基础上设定用于检测共振用电容器115的耐电压和/或二次谐振线圈110的绝缘耐压等的其他的基准电压。此外，在该异常检测的方法中，对谐振线圈的电压降低这种异常进行检测是很难的。进而，异常判定部620对电压VC2d与电压VSd进行比较。异常判定部620，在电压VC2d比电压VSd小的情况下，判断为由于由二次谐振线圈110和电容器115构成的谐振电路的绝缘不良和/或谐振电路以外的其他设备等(或者电介质、磁性体等)的接近等引起Q值降低、即判断为由谐振电路产生的损失增加。然后，异常判定部620生成表示Q值降低的Q值降低信号LQ，并向警报输出部630以及指令生成部640输出。警报输出部630从异常判定部620接收高温信号HTMP、Q值降低信号LQ等表示异常的信号。然后，警报输出部630，在发生了异常的情况下，向警告装置195输出警告信号ALM2，从而对操作者通知发生异常。指令生成部640从异常判定部620接收高温信号HTMP、Q值降低信号LQ等表示异 常的信号。并且，根据异常的状态，对供电装置200指示来自供电装置200的供电电力的变更(增加或减少)或供电停止，或者，生成用于使车辆100的DC/DC转换器140停止的控制信号CRL，并输出到供电装置200以及DC/DC转换器140等。图8是表示将图7中说明的功能框图中的电压检测部600以及异常判定部620用模拟电路构成的一例的图。参照图7以及图8，车辆E⑶180包括整流电路710、720、增益调整部730、比较器740、750。其中，整流电路710、720以及增益调整部730为图7中的电压检测部600的一例，比较器740、750为图7中的异常判定部620的一例。整流电路710将作为从电压检测器190接收的交流信号的电压VC2整流成直流信号的VC2d。然后，整流电路710将信号VC2d向比较器740、750的正侧的输入端子输出。比较器740对由整流电路710整流后的信号VC2d和输入比较器740的负侧的输入端子的基准电压Vref进行比较，在信号VC2d比基准电压Vref大的情况下，将高温信号HTMP向警报输出部630以及指令生成部640输出。整流电路720将作为从输电ECU260传送的交流信号的电压VS整流成直流信号的VSd'增益调整部730，对来自整流电路720的直流信号VScT乘以预定的增益而生成信号VSd，并输出到比较器750的负侧的输入端子。比较器750对由整流电路710整流后的信号VC2d和来自增益调整部730的信号VSd进行比较，在信号VC2d比信号VSd小的情况下，将Q值降低信号LQ向警报输出部630以及指令生成部640输出。此外，图8的电路，对由模拟电路构成的例子进行了说明，但也可以将上述的功能的至少一部分由数字信号处理(包括硬件、软件)来实现。图9是用于说明本实施方式中的谐振线圈的异常检测控制处理的详细内容的流程图。关于图9所示的流程图中的各步骤，通过将预先存储在车辆ECU180中的程序按预定周期从主程序中调出并执行来实现。或者，关于一部分步骤，也可以构建专用的硬件(电子电路)来实现处理。参照图9，车辆E⑶180，在步骤(以下，将步骤简称S。)100中，取得与二次谐振线圈110的电压相关的信号VC2以及与来自供电装置200的输电电压相关的信号VS和外部气温TMP。然后，车辆E⑶180根据交流信号的信号VC2、VS分别算出直流信号的信号VC2d、VSd。接着，车辆E⑶180，在SllO中，基于外部气温TMP计算基准电压Vref。然后，车辆ECU180在S120中判定信号VC2d是否比基准电压Vref大。在信号VC2d比基准电压Vref大的情况(S120中“是”)下，ECU180将处理推进到S130，判定为二次谐振线圈110发生了高温异常。然后，车辆E⑶180在S140中，进行与线圈高温异常对应的异常处理。具体而言，对供电装置200输出指令来使供电电力降低或者停止，或者使DC/DC转换器140停止来停止受电动作。或者，在具有用于冷却二次谐振线圈110的冷却装置(未图示)的情况下，可以使冷却装置工作同时继续供电动作。然后，车辆E⑶180在S150中输出警报，对操作者通知发生了线圈高温异常，将处理推进到S160。
另一方面，在信号VC2d为基准电压Vref以下的情况(S120中“否”)下，车辆E⑶180判定为二次谐振线圈110没有变得高温，跳过S13(TS150的处理，将处理推进到S160。S160中，车辆ECU180判定信号VC2d是否比信号VSd大。在信号VC2d比信号VSd小的情况(S160中“是”)下，ECU180将处理推进到S170，判定为发生了 Q值的降低异常。然后，车辆ECU180在S180中进行与Q值降低异常对应的异常处理。具体而言，对供电装置200输出指令，为了增加所希望的电力而增加供电电力，或者为了抑制对其他设备等的影响而停止供电。然后，车辆E⑶180在S190中输出警报，对操作者通知发生了 Q值降低异常。另一方面，在信号VC2d为信号VSd以上的情况(S160中“否”)下，车辆ECU180判定为没有发生Q值降低，跳过S17(TS190的处理，返回主程序的处理。通过使用具有上述结构的电压检测器来按照以上的处理进行控制，在利用共振法的非接触供电系统中，能够在抑制对谐振线圈的共振状态的影响以及抑制成本提高的同时，检测谐振线圈的异常。此外，本实施方式中的“电容器510、520”分别为本发明的“第I高阻抗元件”以及“第2高阻抗元件”的一例。本实施方式的“绝缘变压器550”为本发明的“低阻抗元件”的一例。应该认为，本次所公开的实施方式在所有的方面都是例示而不是限制性的内容。本发明的范围不是由上述的说明而是由权利要求表示，包括与权利要求等同的意思以及范围内的所有的变更。附图标记的说明100 车辆;110、340 二次谐振线圈；115、245、440、510、520 电容器;120、350 二次电磁感应线圈；130整流器；140DC/DC转换器；150蓄电装置；160PCU ; 170马达；180车辆ECU ;190,250电压检测器；195、270警告装置；196、280温度传感器；200供电装置；205、310高频电源；210交流电源；220高频电力驱动器；230、320 —次电磁感应线圈；240、330 —次谐振线圈；260输电ECU;360负载；400线圈单元；410电磁感应线圈；420谐振线圈；430卷轴;511、512、521、522电极;513、523电介质；530端子板；540屏蔽箱；550绝缘变压器；551一次线圈；552 二次线圈；553环形芯；560同轴连接器；600电压检测部；610基准电压设定部；620异常判定部；630警报输出部；640指令生成部；710、720整流电路；730增益调整部;740 、750比较器。
权利要求
1.一种电压检测器，用于检测在相对配置的第I谐振线圈(240 ;110)和第2谐振线圈(110 ;240)所产生的电压，所述第2谐振线圈通过电磁共振以非接触方式进行电力的输电以及受电中的至少任一方，所述电压检测器具有 第I高阻抗元件(510)，其一端连接于所述第2谐振线圈(110 ；240)的一端； 第2高阻抗元件(520)，其一端连接于所述第2谐振线圈(110 ；240)的另一端； 低阻抗元件(550)，其连接在所述第I高阻抗元件(510)的另一端与所述第2高阻抗元件(520)的另一端之间，阻抗比所述第I以及第2高阻抗元件(520)各自的阻抗小；以及输出端子(560),其用于输出与施加于所述低阻抗兀件(550 )的两端的电压相关联的信号。
2.根据权利要求I所述的电压检测器， 所述第I高阻抗元件包括第I电容器(510)， 所述第2高阻抗元件包括第2电容器(520)。
3.根据权利要求2所述的电压检测器， 所述第I以及第2电容器(510、520)各自包括 电极(511、521)，其用于与所述第2谐振线圈(110、240)连接；和电介质(513、523),其电场方向上的长度比与所述电场方向垂直的方向上的所述电极(511,521)的长度长。
4.根据权利要求3所述的电压检测器， 所述电介质(513、523)在所述电场方向上的长度，是比预先确定的值更大的长度，所述预先确定的值是使由于将所述第I以及第2电容器(510、520)连接于所述第2谐振线圈(110,240)而产生的所述电压检测器的阻抗不会对所述第I谐振线圈与所述第2谐振线圈(110、240 )之间的共振状态产生影响的足够大的值。
5.根据权利要求2所述的电压检测器， 所述第I以及第2电容器(510、520)的各静电容量被设定成大致相等的容量。
6.根据权利要求I所述的电压检测器， 所述低阻抗元件是绝缘变压器(550 )， 所述绝缘变压器(550)包括 一次线圈(551)，其连接在所述第I以及第2高阻抗元件(510、520)各自的另一端之间； 二次线圈(552)，其连接于所述输出端子(560);以及 环形芯(553)，其卷绕着所述一次线圈(551)以及所述二次线圈(552)。
7.根据权利要求6所述的电压检测器， 还具有屏蔽箱(540)，该屏蔽箱用于对从所述第2谐振线圈(110、240)产生的电磁场进行屏蔽， 所述绝缘变压器(550)配置在所述屏蔽箱(540)内。
8.根据权利要求I所述的电压检测器， 所述第I以及第2高阻抗元件(510、520)各自包括用于与所述第2谐振线圈(110、240)连接的电极(511、521)， 所述第I以及第2高阻抗元件(510、520)以及所述低阻抗元件(550)，配置成使与各所述电极(511、521)连接的阻抗对称。
9.一种异常检测装置，具有 权利要求I 8中任一项所述的电压检测器(190、250);和 异常判定部(620)，其构成为基于与从所述电压检测器(190、250)输出的电压相关联的信号，对所述第2谐振线圈(110、240)的异常进行判定。
10.根据权利要求9所述的异常检测装置， 所述异常判定部(620)，在与所述电压相关联的信号比基准值大的情况下，判定为所述第2谐振线圈(110、240)处于高温。
11.根据权利要求9所述的异常检测装置， 所述异常判定部(620)，基于与所述电压相关联的信号和向所述第2谐振线圈(110、240)供给的供电电压的比较，对所述第2谐振线圈(110、240)的损失是否增加进行判定。
12.根据权利要求9所述的异常检测装置， 还包括警报输出部(630)，该警报输出部用于在所述第2谐振线圈(110、240)的异常被检测出的情况下，对操作者输出警报。
13.一种非接触输电装置，用于通过电磁共振以非接触方式向受电装置(100)传输来自电源的电力，具有 谐振线圈(240 )，其用于与所述受电装置(100 )进行电磁共振； 电磁感应线圈(230)，其构成为通过电磁感应将来自所述电源的电力传输到所述谐振线圈(240)； 电压检测器(250 )，其用于检测在所述谐振线圈(240 )所产生的电压；和异常判定部(620)，其构成为基于与从所述电压检测器(250)输出的电压相关联的信号，对所述谐振线圈(240)的异常进行检测， 所述电压检测器(250)包括 第I高阻抗元件(510)，其一端连接于所述谐振线圈(240)的一端； 第2高阻抗元件(520)，其一端连接于所述谐振线圈(240)的另一端； 低阻抗元件(550)，其连接在所述第I高阻抗元件(510)的另一端与所述第2高阻抗元件(520)的另一端之间，阻抗比所述第I以及第2高阻抗元件(510、520)各自的阻抗小；以及 输出端子(560 ),其用于输出与施加于所述低阻抗兀件(550 )的两端的电压相关联的信号。
14.一种非接触受电装置，用于通过电磁共振以非接触方式接受来自输电装置(200)的电力，具有 谐振线圈(110 )，其用于与所述输电装置(200 )进行电磁共振； 电磁感应线圈(120)，其构成为通过电磁感应将由所述谐振线圈(110)接受的电力取出； 电压检测器(190)，其检测在所述谐振线圈(110)所产生的电压；和异常判定部(620)，其构成为基于与从所述电压检测器(190)输出的电压相关联的信号，对所述谐振线圈(110)的异常进行检测， 所述电压检测器(190)包括第I高阻抗元件(510)，其一端连接于所述谐振线圈(110)的一端； 第2高阻抗元件(520)，其一端连接于所述谐振线圈(110)的另一端； 低阻抗元件(550)，其连接在所述第I高阻抗元件(510)的另一端与所述第2高阻抗元件(520)的另一端之间，阻抗比所述第I以及第2高阻抗元件(510、520)各自的阻抗小；以及 输出端子(560 ),其用于输出与施加于所述低阻抗兀件(550 )的两端的电压相关联的信号。
15.—种车辆，具有 非接触受电装置，其用于通过电磁共振以非接触方式接受来自输电装置(200)的电力； 蓄电装置(150)，其能够使用由所述非接触受电装置接受的电力进行充电；以及驱动装置(160、170)，其用于使用来自所述蓄电装置(150)的电力产生用于使所述车辆(100)行驶的的驱动力， 所述非接触受电装置包括 谐振线圈(110 )，其用于与所述输电装置(200 )进行电磁共振； 电磁感应线圈(120)，其构成为通过电磁感应将由所述谐振线圈(110)接受的电力取出； 电压检测器(190)，其检测在所述谐振线圈(110)所产生的电压；和异常判定部(620)，其构成为基于与从所述电压检测器(190)输出的电压相关联的信号，对所述谐振线圈(110)的异常进行检测， 所述电压检测器(190)包括 第I高阻抗元件(510)，其一端连接于所述谐振线圈(110)的一端； 第2高阻抗元件(520)，其一端连接于所述谐振线圈(110)的另一端； 低阻抗元件(550)，其连接在所述第I高阻抗元件(510)的另一端与所述第2高阻抗元件(520)的另一端之间，阻抗比所述第I以及第2高阻抗元件(510、520)各自的阻抗小；以及 输出端子(560 ),其用于输出与施加于所述低阻抗兀件(550 )的两端的电压相关联的信号。
全文摘要
一种电压检测器，用于检测在相对配置的第1谐振线圈(240；110)和第2谐振线圈(110；240)所产生的电压，所述第2谐振线圈通过电磁共振以非接触方式进行电力的输电以及受电中的至少任一方，该电压检测器具有第1高阻抗元件(510)，其一端连接于第2谐振线圈(110；240)的一端；第2高阻抗元件(520)，其一端连接于第2谐振线圈(110；240)的另一端；低阻抗元件(550)，其连接在第1高阻抗元件(510)的另一端与第2高阻抗元件(520)的另一端之间，阻抗比第1以及第2高阻抗元件(510、520)各自的阻抗小；输出端子(560)，其用于输出与施加于低阻抗元件(550)的两端的电压相关联的信号。由此，在利用共振法的非接触供电系统中，在抑制对谐振线圈的共振状态的影响以及抑制成本提高的同时，检测谐振线圈的异常。
文档编号H02J17/00GK102971939SQ20108006593
公开日2013年3月13日 申请日期2010年5月27日 优先权日2010年3月30日
发明者榊原启之, 市川真士 申请人:丰田自动车株式会社