JP7152947B2 - 充電システム - Google Patents

Description

本発明は、車両のバッテリを充電する充電システムに関する。

電気自動車では、車外から充電コネクタ（充電ガン）が接続され、充電コネクタを通じて車載バッテリの充電が行われる。

特許文献１には、充電コネクタに送電コイルを設け、車両に設けられた受電コイルに送電コイルを対向配置させ、電磁誘導によって車両に電力を供給する技術が開示されている。また、特許文献１には、受電コイルの周囲および送電コイルの周囲に磁石を設け、磁石同士の吸引力によって充電コネクタを車両に固定する技術が開示されている。

特開平１０－１１２３５４号公報

特許文献１では、充電コネクタを車両側の磁石に近づけると、磁石の吸引力によって充電コネクタが引き付けられて即座に車両に固定される。このため、特許文献１では、受電コイルに対する送電コイルの位置が十分に合っていない状態で、充電コネクタが車両に固定されることがある。

そこで、本発明は、充電コネクタの固定時の位置ずれを抑制することが可能な充電システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の充電システムは、送電装置において車両に電力を送電する送電コイルと、送電装置に設けられ、通電により磁石として機能する第１電磁石コイルと、第１電磁石コイルの端面または端面近傍に設けられ、磁束密度を測定する第１磁気センサと、第１電磁石コイルへの通電の制御を行う第１制御部と、を有し、第１制御部は、所定の第１電流値の電流を第１電磁石コイルに流し、第１磁気センサで測定された磁束密度に基づいて、送電コイルと車両に搭載される受電装置において非接触で送電コイルから電力を受電する受電コイルとの第１ラップ率を導出し、第１ラップ率が所定ラップ率以上となった場合に、第１電流値よりも大きな第２電流値の電流を第１電磁石コイルに流す。

また、受電装置に設けられ、通電により磁石として機能する第２電磁石コイルと、第２電磁石コイルの端面または端面近傍に設けられ、磁束密度を測定する第２磁気センサと、第２電磁石コイルへの通電の制御を行う第２制御部と、を有し、第２制御部は、第１電流値の電流を第２電磁石コイルに流し、第２磁気センサで測定された磁束密度に基づいて、送電コイルと受電コイルとの第２ラップ率を導出し、第１制御部は、第１ラップ率と第２ラップ率との両方が所定ラップ率以上となった場合に、第２電流値の電流を第１電磁石コイルに流し、第２制御部は、第１ラップ率と第２ラップ率との両方が所定ラップ率以上となった場合に、第２電流値の電流を第２電磁石コイルに流してもよい。

また、第２制御部は、第２磁気センサの測定可能範囲の少なくとも一部において磁束密度が所定磁束密度以上となった場合に、第２電磁石コイルに第１電流値の電流を流してもよい。

また、第１磁気センサと第２磁気センサとがラップした範囲内において、第１磁気センサで測定された磁束密度および第２磁気センサで測定された磁束密度の一方または双方が所定磁束密度以下となる部分が所定範囲以上ある場合、第１制御部および第２制御部は、第１電磁石コイルおよび第２電磁石コイルの電流値を第２電流値に切り替えなくてもよい。

上記課題を解決するために、本発明の充電システムは、車両に搭載される受電装置において非接触で受電する受電コイルと、受電装置に設けられ、通電により磁石として機能する第２電磁石コイルと、第２電磁石コイルの端面または端面近傍に設けられ、磁束密度を測定する第２磁気センサと、第２電磁石コイルへの通電の制御を行う第２制御部と、を有し、第２制御部は、所定の第１電流値の電流を第２電磁石コイルに流し、第２磁気センサで測定された磁束密度に基づいて、送電装置において車両に電力を送電する送電コイルと受電コイルとの第２ラップ率を導出し、第２ラップ率が所定ラップ率以上となった場合に、第１電流値よりも大きな第２電流値の電流を第２電磁石コイルに流す。

上記課題を解決するために、本発明の充電システムは、送電装置において車両に電力を送電する送電コイルと、送電装置に設けられ、通電により磁石として機能する第１電磁石コイルと、第１電磁石コイルの端面または端面近傍に設けられ、磁束密度を測定する第１磁気センサと、第１電磁石コイルへの通電の制御を行う第１制御部と、車両に搭載される受電装置において非接触で受電する受電コイルと、受電装置に設けられ、通電により磁石として機能する第２電磁石コイルと、第２電磁石コイルの端面または端面近傍に設けられ、磁束密度を測定する第２磁気センサと、第２電磁石コイルへの通電の制御を行う第２制御部と、を有し、第１制御部は、所定の第１電流値の電流を第１電磁石コイルに流し、第１磁気センサで測定された磁束密度に基づいて、送電コイルと受電コイルとの第１ラップ率を導出し、第１ラップ率が所定ラップ率以上となった場合に、第１電流値よりも大きな第２電流値の電流を第１電磁石コイルに流し、第２制御部は、所定の第１電流値の電流を第２電磁石コイルに流し、第２磁気センサで測定された磁束密度に基づいて、送電コイルと受電コイルとの第２ラップ率を導出し、第２ラップ率が所定ラップ率以上となった場合に、第１電流値よりも大きな第２電流値の電流を第２電磁石コイルに流す。

本発明によれば、充電コネクタの固定時の位置ずれを抑制することが可能となる。

本実施形態の充電システムの構成を示す概略図である。 第１磁気センサの構成を示す平面図である。 第１磁気センサによる磁束密度の検出について説明する説明図である。 充電開始時の第１制御部の動作を説明するフローチャートである。 充電開始時の第２制御部の動作を説明するフローチャートである。 充電終了時の第１制御部の動作を説明するフローチャートである。 充電終了時の第２制御部の動作を説明するフローチャートである。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易にするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

図１は、本実施形態の充電システム１の構成を示す概略図である。図１では、電力の流れを実線の矢印で示し、制御信号の流れを破線の矢印で示している。

充電システム１では、電気自動車やハイブリッド電気自動車などの車両２に搭載されたバッテリ４の充電が行われる。バッテリ４は、リチウムイオン電池等の二次電池である。充電システム１は、充電スタンド６、充電コネクタ（充電ガン）８、送電装置１０、受電装置１２を含んで構成される。充電スタンド６は、商用電源１４に接続された設備であり、車両２のバッテリ４の充電に利用される。充電コネクタ８は、充電スタンド６にケーブルで接続されている。

送電装置１０は、例えば、充電コネクタ８に対して着脱可能となっている。送電装置１０は、充電コネクタ８に装着されると、充電コネクタ８と一体として機能する。このため、充電システム１では、既存の充電コネクタ８および充電スタンド６を利用することができ、充電システム１の導入コストを抑えることができる。また、充電システム１では、送電装置１０が故障した場合には、充電コネクタ８まで交換する必要がなく、修理コストを抑えることができる。一方、受電装置１２は、車両２に搭載され、例えば、車両２における一方の側面の後方に設けられる。

送電装置１０は、バッテリ４の充電の際に、受電装置１２に対向配置される。送電装置１０は、充電スタンド６を通じて供給される商用電源１４の電力を車両２に送電する。受電装置１２は、送電装置１０から送電される電力を、電気的に非接触で受電する。バッテリ４は、受電された電力によって充電される。

送電装置１０は、コア２０、第１電磁石コイル２２、送電コイル２４、第１磁気センサ２６、保護シート２８、ケーシング３０を含んで構成される。

コア２０は、例えば、フェライトで構成されており、略円柱状に形成されている。コア２０には、中心軸に沿った円筒状の収容部３２と、収容部３２と同心の円環状の収容部３４とが形成されている。コア２０の表面には、合成樹脂などから構成される防水膜３６が形成されている。このため、コア２０が雨などで濡れたとしても、漏電などを防止することができる。また、コア２０における中心軸方向の一方の側面（第１磁気センサ２６とは反対側面）は、ケーシング３０に固定されている。

収容部３２には、第１電磁石コイル２２が収容されている。第１電磁石コイル２２は、その中心軸方向がコア２０の中心軸方向に一致するように収容されている。第１電磁石コイル２２は、通電により磁石として機能する。第１電磁石コイル２２は、例えば、ケーシング３０とは反対側端（第１磁気センサ２６側端）がＮ極となる。なお、図１では、第１電磁石コイル２２の側面が示されている。

収容部３４には、送電コイル２４が収容されている。送電コイル２４は、その中心軸方向がコア２０の中心軸方向に一致するように収容されている。つまり、送電コイル２４は、第１電磁石コイル２２の周囲に巻回されている。なお、図１では、送電コイル２４の断面が示されている。

第１磁気センサ２６は、第１電磁石コイル２２および送電コイル２４におけるケーシング３０とは反対側の端面に設けられている。第１磁気センサ２６は、略シート状に形成されており、第１電磁石コイル２２および送電コイル２４の端面を覆っている。第１磁気センサ２６は、磁束密度を測定する。第１磁気センサ２６については、後に詳述する。

なお、第１磁気センサ２６は、第１電磁石コイル２２の端面に設けられる態様に限らず、第１電磁石コイル２２の端面近傍に設けられてもよい。例えば、第１磁気センサ２６は、第１電磁石コイル２２の端面近傍の側面に設けられてもよいし、端面近傍において第１電磁石コイル２２内に設けられてもよい。

保護シート２８は、第１磁気センサ２６における第１電磁石コイル２２とは反対側に設けられている。保護シート２８は、非導電性で磁気を通し易い材料で構成されている。例えば、保護シート２８は、ゴムや合成樹脂などで構成されている。保護シート２８は、コア２０の端部まで延在しており、第１磁気センサ２６を覆っている。このため、充電システム１では、送電装置１０を車両２に固定させる際に、送電装置１０で車両２を傷付けてしまうことを防止できる。

ケーシング３０は、充電コネクタ８に取り付けられる。ケーシング３０には、電力変換装置４０、ＡＣ／ＤＣコンバータ４２、第１制御部４４、第１通信部４６が収容されている。

電力変換装置４０は、例えば、インバータであり、充電スタンド６を介して供給される電力の周波数を所定周波数に変換して送電コイル２４に供給する。所定周波数は、例えば、商用周波数よりも高い周波数（例えば、数十ｋＨｚ）である。充電システム１では、送電コイル２４に供給する電力の周波数を所定周波数に変換することで、効率よく電力を送電することができる。

ＡＣ／ＤＣコンバータ４２は、充電スタンド６を介して供給される交流電力を直流電力に変換して第１電磁石コイル２２に供給する。第１電磁石コイル２２に電力が供給されると、第１電磁石コイル２２の周囲に磁界が発生し、第１電磁石コイル２２が磁石として機能する。

第１制御部４４は、電力変換装置４０を介した送電コイル２４への電力の供給の制御を行う。また、第１制御部４４は、第１磁気センサ２６で測定された磁束密度に基づいて、ＡＣ／ＤＣコンバータ４２を介した第１電磁石コイル２２への通電の制御を行う。

第１通信部４６は、受電装置１２と無線通信（例えば、Ｗｉ－Ｆｉ（登録商標）など）を行う。第１制御部４４は、第１通信部４６を通じた通信によって、受電装置１２側から各種の情報を取得する。

また、充電コネクタ８には、レバー４８が設けられている。レバー４８は、例えば、充電完了後にユーザによって操作される。

受電装置１２は、コア５０、第２電磁石コイル５２、受電コイル５４、第２磁気センサ５６、車載充電器８０、ＤＣ／ＤＣコンバータ８２、第２制御部８４、第２通信部８６を含んで構成される。

コア５０は、例えば、フェライトで構成されており、略円柱状に形成されている。コア５０には、中心軸に沿った円筒状の収容部６２と、収容部６２と同心の円環状の収容部６４とが形成されている。コア５０の表面には、合成樹脂などから構成される防水膜６６が形成されている。このため、コア５０が雨などで濡れたとしても、漏電などを防止することができる。

コア５０における中心軸方向の一方の側面（第２磁気センサ５６側面）は、絶縁プレート６８の内側面に固定されている。絶縁プレート６８は、非導電性で磁気を通し易い材料で構成されている。例えば、絶縁プレート６８は、ＦＲＰなどで構成されている。絶縁プレート６８は、車両２のボディ７０に固定されている。ボディ７０は、例えば、車両２の側面の板金である。

収容部６２には、第２電磁石コイル５２が収容されている。第２電磁石コイル５２は、その中心軸方向がコア５０の中心軸方向に一致するように収容されている。第２電磁石コイル５２は、通電により磁石として機能する。第２電磁石コイル５２は、例えば、絶縁プレート６８側がＳ極となる。なお、図１では、第２電磁石コイル５２の側面が示されている。

収容部６４には、受電コイル５４が収容されている。受電コイル５４は、その中心軸方向がコア５０の中心軸方向に一致するように収容されている。つまり、受電コイル５４は、第２電磁石コイル５２の周囲に巻回されている。なお、図１では、受電コイル５４の断面が示されている。

第２磁気センサ５６は、第２電磁石コイル５２および受電コイル５４における絶縁プレート６８側の端面に設けられている。第２磁気センサ５６は、略シート状に形成されており、第２電磁石コイル５２および受電コイル５４の端面を覆っている。また、第２磁気センサ５６は、絶縁プレート６８によって覆われている。第２磁気センサ５６は、磁束密度を測定する。第２磁気センサ５６については、後述する。

なお、第２磁気センサ５６は、第２電磁石コイル５２の端面に設けられる態様に限らず、第２電磁石コイル５２の端面近傍に設けられてもよい。例えば、第２磁気センサ５６は、第２電磁石コイル５２の端面近傍の側面に設けられてもよいし、端面近傍において第２電磁石コイル５２内に設けられてもよい。

ここで、送電コイル２４が受電コイル５４に対向配置された状態で、送電コイル２４に交流電力が供給されると、送電コイル２４と受電コイル５４との間の電磁誘導によって、受電コイル５４に交流電力が発生する。つまり、充電システム１では、電力を送電する導電性の送電コイル２４と、導電性の受電コイル５４とが電気的に接触せずに、受電コイル５４が電力を受電することとなる。

車載充電器８０は、受電コイル５４によって受電された交流電力を直流電力に変換してバッテリ４に供給する。

ＤＣ／ＤＣコンバータ８２は、バッテリ４から供給される直流電力の電圧を変換して第２電磁石コイル５２に供給する。第２電磁石コイル５２に電力が供給されると、第２電磁石コイル５２の周囲に磁界が発生し、第２電磁石コイル５２が磁石として機能する。

第２制御部８４は、第２磁気センサ５６で測定された磁束密度に基づいて、ＤＣ／ＤＣコンバータ８２を介した第２電磁石コイル５２への通電の制御を行う。

第２通信部８６は、送電装置１０と無線通信（例えば、Ｗｉ－Ｆｉ（登録商標）など）を行う。第２制御部８４は、第２通信部８６を通じた通信によって、送電装置１０側から各種の情報を取得する。

図２は、第１磁気センサ２６の構成を示す平面図である。第１磁気センサ２６と第２磁気センサ５６とは、ほぼ同様の構成となっている。このため、ここでは、第１磁気センサ２６の構成について説明し、第２磁気センサ５６の構成の説明については省略する。

第１磁気センサ２６は、概ね円形状に構成されている。第１磁気センサ２６は、複数の第１検出線９０および複数の第２検出線９２を含んで構成される。複数の第１検出線９０は、所定方向（図２の縦方向）に互いに平行して延在している。複数の第２検出線９２は、第１検出線９０と直交する方向（図２の横方向）に、互いに平行して延在している。したがって、第１磁気センサ２６の垂直方向から観察すると、第１検出線９０と第２検出線９２とが格子状に配されているように見える。

図３は、第１磁気センサ２６による磁束密度の検出について説明する説明図である。図３では、第１磁気センサ２６に対する第２磁気センサ５６の相対位置を併せて示している。なお、第２磁気センサ５６における第１検出線９０および第２検出線９２の表記については省略している。

位置合わせ時には、送電装置１０がユーザによって支持されて動かされるため、第１磁気センサ２６が受ける第２電磁石コイル５２の磁束密度（第２磁気センサ５６が受ける第１電磁石コイル２２の磁束密度）は、相対的に時間変化することとなる。このため、第１検出線９０および第２検出線９２には、時間変化する磁束密度が作用することとなり、第１検出線９０および第２検出線９２に電流が流れる。例えば、第１検出線９０および第２検出線９２に作用する磁束密度が大きくなるほど、第１検出線９０および第２検出線９２に流れる電流が大きくなる。また、例えば、第１磁気センサ２６では、複数の第１検出線９０のうち電流が流れた第１検出線９０と、複数の第２検出線９２のうち電流が流れた第２検出線９２との交点において、磁束密度が作用したこととなる。

このため、第１磁気センサ２６では、電流が流れた第１検出線９０および第２検出線９２の交点の位置、および、流れた電流の大きさに基づいて、磁束密度の検出位置および大きさを測定することができる。これは、第２磁気センサ５６についても、同様である。以下、第１検出線９０と第２検出線９２との交点を測定点と呼ぶことがある。なお、第１磁気センサ２６および第２磁気センサ５６の具体的な構成はこの例に限らない。

ここで、第１電磁石コイル２２および第２電磁石コイル５２が磁石として機能しており、図３（ａ）に示すように、第２磁気センサ５６の一部が、第１磁気センサ２６上に重なるように配されたとする。このとき、第１磁気センサ２６上における第２磁気センサ５６が重なっていない部分（図３（ａ）におけるハッチングエリアＡ１）では、第１磁気センサ２６によって測定される第２電磁石コイル５２の磁束密度が小さい。一方、第１磁気センサ２６上における第２磁気センサ５６が重なっている部分（図３（ａ）におけるハッチングエリアＡ２）では、第１磁気センサ２６によって測定される第２電磁石コイル５２の磁束密度が大きくなる。

そこで、第１制御部４４は、第１磁気センサ２６における測定点の総数に対する磁束密度が大きくなった（第１検出線９０および第２検出線９２の電流値が大きくなった）測定点の割合（以下、第１ラップ率という）を導出する。第１ラップ率は、第１磁気センサ２６に対して第２磁気センサ５６の重なる範囲が広くなるほど、すなわち、送電コイル２４に対する受電コイル５４の位置が一致するほど、大きくなる。そして、第１制御部４４は、第１ラップ率が所定ラップ率以上であるか否かを判定する。所定ラップ率は、例えば、９０％～９５％に設定される。なお、所定ラップ率は、例示した値に限らない。

また、第２制御部８４は、第２磁気センサ５６における測定点の総数に対する磁束密度が大きくなった測定点の割合（以下、第２ラップ率という）を導出する。第２ラップ率は、第２磁気センサ５６に対して第１磁気センサ２６の重なる範囲が広くなるほど、すなわち、受電コイル５４に対する送電コイル２４の位置が一致するほど、大きくなる。そして、第２制御部８４は、第２ラップ率が所定ラップ率以上であるか否かを判定する。

図３（ｂ）では、破線で囲まれた領域Ａ１０で示すように、第１磁気センサ２６上に異物（例えば、金属片など）がある場合を示している。この場合、異物が存在する測定点において測定される磁束密度が小さくなる。

そこで、第１制御部４４は、第１磁気センサ２６と第２磁気センサ５６とが重なった（ラップした）範囲内において、第１磁気センサ２６で測定された磁束密度が所定磁束密度以下となる部分が所定範囲以上あるか否かを判定する。所定磁束密度は、第１磁気センサ２６と第２磁気センサ５６とが重なったときに測定される磁束密度よりも小さな値に設定される。所定範囲は、検知したい異物の大きさによって設定される。磁束密度が所定磁束密度以下となる部分が所定範囲以上ある場合には、第１磁気センサ２６上に異物があるとみなすことができる。

また、第２制御部８４は、第１磁気センサ２６と第２磁気センサ５６とが重なった（ラップした）範囲内において、第２磁気センサ５６で測定された磁束密度が所定磁束密度以下となる部分が所定範囲以上あるか否かを判定する。

第１制御部４４は、第１電磁石コイル２２の電流値を２段階で切り替える。第１制御部４４は、例えば、送電装置１０が充電コネクタ８に装着されると、第１電磁石コイル２２に所定の第１電流値の電流を流す。所定の第１電流値は、例えば、第１電流値の電流を第１電磁石コイル２２に流したときに発生する吸引力が数ｋＮ程度となる電流値である。このような吸引力が発生したとき、ユーザは、吸引力に反して、第１電磁石コイル２２を車両２から引き離したり、移動させて位置合わせをすることが可能である。

その後、第１制御部４４は、第１ラップ率が所定ラップ率以上であり、異物がないとみなされ、かつ、受電側においても、第２ラップ率が所定ラップ率以上であり、異物がないとみなされた場合に、第１電磁石コイル２２の電流値を第１電流値よりも大きな第２電流値に切り替える。第２電流値は、例えば、第２電流値の電流を第１電磁石コイル２２に流したときに発生する吸引力が、第１電流値の電流を第１電磁石コイル２２に流したときに発生する吸引力の１０倍以上（例えば、数十ｋＮ程度）となる電流値である。このような吸引力が発生したとき、第１電磁石コイル２２は、ユーザによって移動されない程度に車両２に強固に固定されることとなる。

また、第２制御部８４は、第２電磁石コイル５２の電流値を２段階で切り替える。第２制御部８４は、例えば、第２磁気センサ５６の測定可能範囲の少なくとも一部において磁束密度が所定磁束密度以上となった場合（第１電磁石コイル２２の磁束密度を検出した場合）、第２電磁石コイル５２に第１電流値の電流を流す。

その後、第２制御部８４は、第２ラップ率が所定ラップ率以上であり、異物がないとみなされ、かつ、送電側においても、第１ラップ率が所定ラップ率以上であり、異物がないとみなされた場合に、第２電磁石コイル５２の電流値を第２電流値に切り替える。これにより、第２電磁石コイル５２は、送電装置１０（充電コネクタ８）を車両２に強固に固定させることとなる。

このように、充電システム１では、第１ラップ率および第２ラップ率が所定ラップ率以上となり（受電コイル５４に対する送電コイル２４の位置がほぼ一致し）、かつ、異物が検出されない場合に、送電コイル２４が車両２に強固に固定される。換言すると、充電システム１では、第１ラップ率および第２ラップ率が所定ラップ率以上となったとしても、異物が検出された場合には、送電コイル２４を車両２に強固に固定させない。

なお、第１ラップ率と第２ラップ率は、基本的には、同じ値になる。しかし、例えば、第１磁気センサ２６および第２磁気センサ５６のいずれか一方が故障した場合などでは、第１ラップ率と第２ラップ率とが異なることがある。そこで、第１制御部４４および第２制御部８４は、それぞれ相手側におけるラップ率が所定ラップ率以上であることを確認している。このように、ラップ率に関して冗長な構成としているため、充電システム１では、受電コイル５４に対する送電コイル２４の位置の一致を、より正確に判定することができる。また、異物の検出に関しても冗長な構成としているため、充電システム１では、より正確に異物を検出できる。

なお、第１ラップ率と第２ラップ率とが異なる状況（異物の検出結果が異なる状況）は、第１磁気センサ２６および第２磁気センサ５６のいずれか一方が故障した場合に限らない。例えば、第１通信部４６および第２通信部８６を介した通信異常が生じた場合や、電磁ノイズなどによって第１磁気センサ２６および第２磁気センサ５６が磁束密度を誤検出してしまった場合においても、第１ラップ率と第２ラップ率とが異なる（異物の検出結果が異なる）ことがある。

また、第１制御部４４および第２制御部８４は、レバー４８がオンされると、第１電磁石コイル２２および第２電磁石コイル５２の電流値を第２電流値から第１電流値に切り替える。これにより、強固に固定されていた送電装置１０（充電コネクタ８）を車両２から引き離すことが可能となる。

図４は、充電開始時の第１制御部４４の動作を説明するフローチャートである。初期状態において、第１電磁石コイル２２には、電流が流れておらず、送電コイル２４には、電力が供給されていない。

第１制御部４４は、まず、起動要求があるか否かを判定する（Ｓ１００）。例えば、第１制御部４４は、充電コネクタ８に送電装置１０が装着されたときに、起動要求があったと判定する。また、例えば、第１制御部４４は、送電装置１０を装着済の充電コネクタ８が充電スタンド６から取り外されたときに、起動要求があったと判定する。

起動要求がない場合（Ｓ１００におけるＮＯ）、第１制御部４４は、起動要求があるまで待機する。起動要求があった場合（Ｓ１００におけるＹＥＳ）、第１制御部４４は、ＡＣ／ＤＣコンバータ４２を制御して第１電磁石コイル２２に第１電流値の電流を流す（Ｓ１１０）。

次に、第１制御部４４は、第１磁気センサ２６で磁束密度の測定を行う（Ｓ１２０）。次に、第１制御部４４は、測定された磁束密度に基づいて、第１ラップ率を導出する（Ｓ１３０）。次に、第１制御部４４は、第１ラップ率が所定ラップ率以上であるか否かを判定する（Ｓ１４０）。

第１ラップ率が所定ラップ率以上ではない場合（Ｓ１４０におけるＮＯ）、第１制御部４４は、送電コイル２４の端面が受電コイル５４の端面に一致していないとみなし、第１電磁石コイル２２に第１電流値の電流を流し始めてから所定時間が経過したか否かを判定する（Ｓ１５０）。所定時間は、例えば、ユーザが送電装置１０の位置合わせに費やす時間を考慮して設定される。

所定時間が経過していない場合（Ｓ１５０におけるＮＯ）、第１制御部４４は、ステップＳ１２０に戻り、磁束密度の測定以降の処理を繰り返す。つまり、ユーザが送電装置１０の位置が合う場所を探している間、磁束密度の測定から、第１ラップ率が所定ラップ率以上となるか否かの判定までが繰り返されることとなる。所定時間が経過した場合（Ｓ１５０におけるＹＥＳ）、第１制御部４４は、ＡＣ／ＤＣコンバータ４２に第１電磁石コイル２２の電流を停止させ（Ｓ１６０）、一連の処理を終了する。

一方、第１ラップ率が所定ラップ率以上である場合（Ｓ１４０におけるＹＥＳ）、第１制御部４４は、送電コイル２４の端面が受電コイル５４の端面に概ね一致したとみなし、磁束密度が所定磁束密度以下となる部分が所定範囲以上あるか否かを判定する（Ｓ１７０）。

磁束密度が所定磁束密度以下となる部分が所定範囲以上ある場合（Ｓ１７０におけるＹＥＳ）、第１制御部４４は、送電コイル２４と受電コイル５４との間に異物があるとみなし、所定時間が経過したか否かを判定する（Ｓ１５０）。そして、第１制御部４４は、所定時間が経過していない場合（Ｓ１５０におけるＮＯ）には、ステップＳ１２０に戻り、所定時間が経過した場合（Ｓ１５０におけるＹＥＳ）には、ステップＳ１６０に処理を移す。

一方、磁束密度が所定磁束密度以下となる部分が所定範囲以上ない場合（Ｓ１７０におけるＮＯ）、第１制御部４４は、送電コイル２４と受電コイル５４との間に異物がないとみなし、受電側から送信された結果が、条件を満たす結果であるか否かを判定する（Ｓ１８０）。具体的には、受電側においても送電側と同様に、第２ラップ率が所定ラップ率以上であるか否かの判定と、磁束密度が所定磁束密度以下となる部分が所定範囲以上あるか否かの判定とが行われる。第１制御部４４は、受電側におけるそれらの判定結果を、第１通信部４６を介して取得する。第１制御部４４は、受電側から送信された結果が、第２ラップ率が所定ラップ率以上であり、かつ、磁束密度が所定磁束密度以下となる部分が所定範囲以上ないものである場合、条件を満たす結果であると判定する。

受電側から送信された結果が、条件を満たす結果ではない場合（Ｓ１８０におけるＮＯ）、第１制御部４４は、ステップＳ１５０に処理を移し、所定時間が経過したか否かを判定する。例えば、受電側の第２磁気センサ５６が故障して第２ラップ率が所定ラップ率以上とならない場合などでは、所定時間が経過して第１電磁石コイル２２の電流が停止されることとなる。

一方、受電側から送信された結果が、条件を満たす結果である場合（Ｓ１８０におけるＹＥＳ）、第１制御部４４は、ＡＣ／ＤＣコンバータ４２を制御して第１電磁石コイル２２に第２電流値の電流を流す（Ｓ１９０）。つまり、第１制御部４４は、第１電磁石コイル２２の電流値を、所定の第１電流値から、第１電流値よりも大きな第２電流値に切り替える。これにより、第１電磁石コイル２２の吸引力が増大し、受電コイル５４に対して送電コイル２４が対向した状態で、送電装置１０（充電コネクタ８）が車両２に固定される。

その後、第１制御部４４は、電力変換装置４０を制御して、送電コイル２４から受電コイル５４に送電を開始し（Ｓ２００）、一連の処理を終了する。

図５は、充電開始時の第２制御部８４の動作を説明するフローチャートである。初期状態において、第２電磁石コイル５２には、電流が流れておらず、受電コイル５４は、電力を受電していない。

第２制御部８４は、まず、第２磁気センサ５６で磁束密度が検出されたか否かを判定する（Ｓ３００）。具体的には、第２制御部８４は、第２磁気センサ５６の測定可能範囲の少なくとも一部において、磁束密度が所定磁束密度以上となったか否かを判定する。

磁束密度が検出されない場合（Ｓ３００におけるＮＯ）、第２制御部８４は、磁束密度が検出されるまで待機する。一方、磁束密度が検出された場合（Ｓ３００におけるＹＥＳ）、第２制御部８４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ８２を制御して第２電磁石コイル５２に第１電流値の電流を流す（Ｓ３１０）。

次に、第２制御部８４は、第２磁気センサ５６で磁束密度の測定を行う（Ｓ３２０）。次に、第２制御部８４は、測定された磁束密度に基づいて、第２ラップ率を導出する（Ｓ３３０）。次に、第２制御部８４は、第２ラップ率が所定ラップ率以上であるか否かを判定する（Ｓ３４０）。

第２ラップ率が所定ラップ率以上ではない場合（Ｓ３４０におけるＮＯ）、第２制御部８４は、送電コイル２４の端面が受電コイル５４の端面に一致していないとみなし、第２電磁石コイル５２に第１電流値の電流を流し始めてから所定時間が経過したか否かを判定する（Ｓ３５０）。所定時間は、例えば、ユーザが送電装置１０の位置合わせに費やす時間を考慮して設定される。

所定時間が経過していない場合（Ｓ３５０におけるＮＯ）、第２制御部８４は、ステップＳ３２０に戻り、磁束密度の測定以降を繰り返す。つまり、ユーザが送電装置１０の位置が合う場所を探している間、磁束密度の測定から、第２ラップ率が所定ラップ率以上となるか否かの判定までが繰り返されることとなる。所定時間が経過した場合（Ｓ３５０におけるＹＥＳ）、第２制御部８４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ８２に第２電磁石コイル５２の電流を停止させ（Ｓ３６０）、一連の処理を終了する。

一方、第２ラップ率が所定ラップ率以上である場合（Ｓ３４０におけるＹＥＳ）、第２制御部８４は、送電コイル２４の端面が受電コイル５４の端面に概ね一致したとみなし、磁束密度が所定磁束密度以下となる部分が所定範囲以上あるか否かを判定する（Ｓ３７０）。

磁束密度が所定磁束密度以下となる部分が所定範囲以上ある場合（Ｓ３７０におけるＹＥＳ）、第２制御部８４は、送電コイル２４と受電コイル５４との間に異物があるとみなし、所定時間が経過したか否かを判定する（Ｓ３５０）。そして、第２制御部８４は、所定時間が経過していない場合（Ｓ３５０におけるＮＯ）には、ステップＳ３２０に戻り、所定時間が経過した場合（Ｓ３５０におけるＹＥＳ）には、ステップＳ３６０に処理を移す。

一方、磁束密度が所定磁束密度以下となる部分が所定範囲以上ない場合（Ｓ３７０におけるＮＯ）、第２制御部８４は、送電コイル２４と受電コイル５４との間に異物がないとみなし、送電側から送信された結果が、条件を満たす結果であるか否かを判定する（Ｓ３８０）。具体的には、上述のように、送電側においても、第１ラップ率が所定ラップ率以上であるか否かの判定と、磁束密度が所定磁束密度以下となる部分が所定範囲以上あるか否かの判定とが行われる。第２制御部８４は、送電側におけるそれらの判定結果を、第２通信部８６を介して取得する。第２制御部８４は、送電側から送信された結果が、第１ラップ率が所定ラップ率以上であり、かつ、磁束密度が所定磁束密度以下となる部分が所定範囲以上ないものである場合、条件を満たす結果であると判定する。

送電側から送信された結果が、条件を満たす結果ではない場合（Ｓ３８０におけるＮＯ）、第２制御部８４は、ステップＳ３５０に処理を移し、所定時間が経過したか否かを判定する。例えば、送電側の第１磁気センサ２６が故障して第１ラップ率が所定ラップ率以上とならない場合などでは、所定時間が経過して第２電磁石コイル５２の電流が停止されることとなる。

一方、送電側から送信された結果が、条件を満たす結果である場合（Ｓ３８０におけるＹＥＳ）、第２制御部８４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ８２を制御して第２電磁石コイル５２に第２電流値の電流を流し（Ｓ３９０）、一連の処理を終了する。つまり、第２制御部８４は、第２電磁石コイル５２の電流値を、所定の第１電流値から、第１電流値よりも大きな第２電流値に切り替える。これにより、第２電磁石コイル５２の吸引力が増大し、受電コイル５４に対して送電コイル２４が対向した状態で、送電装置１０（充電コネクタ８）が車両２に固定される。

その後、送電コイル２４から受電コイル５４に電力の送電が開始されると、受電コイル５４で受電した電力によってバッテリ４の充電が開始される。

図６は、充電終了時の第１制御部４４の動作を説明するフローチャートである。送電コイル２４から電力の送電を行っている状態において、第１制御部４４は、送電終了要求があったか否かを判定する（Ｓ５００）。例えば、第１制御部４４は、第１通信部４６を介して、受電装置１２から充電完了信号を受信した場合、送電終了要求があったと判定する。また、例えば、所定料金分だけ充電する場合などにおいて、第１制御部４４は、所定料金に対応する電力の送電完了信号を充電スタンド６から受信した場合、送電終了要求があったと判定する。

送電終了要求がない場合（Ｓ５００におけるＮＯ）、第１制御部４４は、送電終了要求があるまで送電を継続する。送電終了要求があった場合（Ｓ５００におけるＹＥＳ）、第１制御部４４は、電力変換装置４０を制御して送電コイル２４を通じた送電を停止させる（Ｓ５１０）。これにより、充電が終了される。

充電が終了されると、ユーザは、送電装置１０（充電コネクタ８）を車両２から取り外すべく、充電コネクタ８を持ってレバー４８をオンする。レバー４８がオンされると、その旨を示す制御信号が、第１制御部４４に送信されるとともに、第１通信部４６を通じて受電装置１２に送信される。

そこで、第１制御部４４は、レバー４８がオンされたか否かを判定する（Ｓ５２０）。レバー４８がオンされていない場合（Ｓ５２０におけるＮＯ）、第１制御部４４は、レバー４８がオンされるまで待機する。

一方、レバー４８がオンされた場合（Ｓ５２０におけるＹＥＳ）、第１制御部４４は、ユーザによる取り外し操作が行われたとみなし、ＡＣ／ＤＣコンバータ４２を制御して第１電磁石コイル２２に第１電流値の電流を流す（Ｓ５３０）。つまり、第１制御部４４は、第１電磁石コイル２２の電流値を第２電流値から第１電流値に切り替える。これにより、第１電磁石コイル２２の吸引力が減少し、小さな力で送電装置１０（充電コネクタ８）を受電装置１２（車両２）から引き離すことが可能となる。

次に、第１制御部４４は、第１磁気センサ２６で磁束密度が検出されたか否かを判定する（Ｓ５４０）。具体的には、第１制御部４４は、第１磁気センサ２６の測定可能範囲の少なくとも一部において、磁束密度が所定磁束密度以上となったか否かを判定する。磁束密度が検出された場合（Ｓ５４０におけるＹＥＳ）、第１制御部４４は、まだ送電装置１０（充電コネクタ８）が受電装置１２（車両２）の近傍にあるとみなし、磁束密度が検出されなくなるまでステップＳ５４０を繰り返す。

一方、磁束密度が検出されなくなった場合（Ｓ５４０におけるＮＯ）、第１制御部４４は、送電装置１０（充電コネクタ８）が受電装置１２（車両２）から十分に離れたとみなし、ＡＣ／ＤＣコンバータ４２に第１電磁石コイル２２の電流を停止させ（Ｓ５５０）、一連の処理を終了する。

図７は、充電終了時の第２制御部８４の動作を説明するフローチャートである。現在、送電コイル２４から電力の送電が行われている状態であるとする。例えば、所定料金分だけ充電する場合などでは、満充電となる前に送電が停止されることがある。そこで、第２制御部８４は、まず、受電コイル５４を通じた受電が停止されたか否かを判定する（Ｓ６００）。これは、例えば、受電コイル５４に設けられた電流センサの測定結果に基づいて判定される。

受電が停止されていない場合（Ｓ６００におけるＮＯ）、第２制御部８４は、充電が完了したか否かを判定する（Ｓ６１０）。具体的には、第２制御部８４は、車載充電器８０で測定されるバッテリ４のＳＯＣが所定値（例えば、満充電を示す値）以上となった場合、充電が完了したと判定する。

充電が完了していない場合（Ｓ６１０におけるＮＯ）、第２制御部８４は、ステップＳ６００に戻る。一方、充電が完了した場合（Ｓ６１０におけるＹＥＳ）、第２制御部８４は、第２通信部８６を通じて送電終了要求を送電装置１０に送信し（Ｓ６２０）、ステップＳ６００に戻る。送電終了要求を受信した送電装置１０は、送電コイル２４を通じた送電を終了する。このため、送電終了要求の送信後、受電コイル５４を通じた受電が停止されることとなる。

受電が停止された場合（Ｓ６００におけるＹＥＳ）、第２制御部８４は、レバー４８がオンされたか否かを判定する（Ｓ６３０）。レバー４８がオンされていない場合（Ｓ６３０におけるＮＯ）、第２制御部８４は、レバー４８がオンされるまで待機する。

レバー４８がオンされた場合（Ｓ６３０におけるＹＥＳ）、第２制御部８４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ８２を制御して第２電磁石コイル５２に第１電流値の電流を流す（Ｓ６４０）。つまり、第２制御部８４は、第２電磁石コイル５２の電流値を第２電流値から第１電流値に切り替える。これにより、第２電磁石コイル５２の吸引力が減少し、小さな力で送電装置１０（充電コネクタ８）を受電装置１２（車両２）から引き離すことが可能となる。

次に、第２制御部８４は、第２磁気センサ５６で磁束密度が検出されたか否かを判定する（Ｓ６５０）。具体的には、第２制御部８４は、第２磁気センサ５６の測定可能範囲の少なくとも一部において、磁束密度が所定磁束密度以上となったか否かを判定する。磁束密度が検出された場合（Ｓ６５０におけるＹＥＳ）、第２制御部８４は、まだ送電装置１０（充電コネクタ８）が受電装置１２（車両２）の近傍にあるとみなし、磁束密度が検出されなくなるまでステップＳ６５０を繰り返す。

一方、磁束密度が検出されなくなった場合（Ｓ６５０におけるＮＯ）、第２制御部８４は、送電装置１０（充電コネクタ８）が受電装置１２（車両２）から十分に離れたとみなし、ＤＣ／ＤＣコンバータ８２に第２電磁石コイル５２の電流を停止させ（Ｓ６６０）、一連の処理を終了する。

以上のように、本実施形態の充電システム１では、第１電流値の電流を第１電磁石コイル２２に流し、第１磁気センサ２６で測定された磁束密度に基づいて第１ラップ率を導出し、第１ラップ率が所定ラップ率以上となった場合に、第１電流値よりも大きな第２電流値の電流を第１電磁石コイル２２に流す。このため、本実施形態の充電システム１では、受電コイル５４に対する送電コイル２４の位置がほぼ一致してから固定されることとなる。

したがって、本実施形態の充電システム１によれば、充電コネクタ８の固定時の位置ずれを抑制することが可能となる。

また、本実施形態の充電システム１において、第１制御部４４は、第１ラップ率と第２ラップ率の両方が所定ラップ率以上となった場合に、第２電流値の電流を第１電磁石コイル２２に流す。また、第２制御部８４は、第１ラップ率と第２ラップ率の両方が所定ラップ率以上となった場合に、第２電流値の電流を第２電磁石コイル５２に流す。このため、本実施形態の充電システム１では、受電コイル５４に対する送電コイル２４の位置が合ったことを、より正確に検知することができる。

また、本実施形態の充電システム１において、第１磁気センサ２６で測定された磁束密度および第２磁気センサ５６で測定された磁束密度の一方または双方が所定磁束密度以下となる部分が所定範囲以上ある場合、第１制御部４４および第２制御部８４は、第１電磁石コイル２２および第２電磁石コイル５２の電流値を第２電流値に切り替えない。このため、本実施形態の充電システム１では、受電コイル５４と送電コイル２４との間に異物がある状態で送電コイル２４が固定されることを防止できる。

また、本実施形態の充電システム１において、第２制御部８４は、第２磁気センサ５６の測定可能範囲の少なくとも一部において磁束密度が所定磁束密度以上となった場合に、第２電磁石コイル５２に第１電流値の電流を流す。このため、本実施形態の充電システム１では、第２電磁石コイル５２を通電させる操作をユーザに行わせることなく、送電装置１０の位置合わせを行うことができる。

なお、上記実施形態において、第２制御部８４は、車室内などに設けられる操作ボタンがユーザによってオンされた場合に、第２電磁石コイル５２に第１電流値の電流を流してもよい。

また、上記実施形態において、第１制御部４４は、受電側から送信された結果が条件を満たす結果であるか否かに拘らず、送電側の条件を満たした場合に、第１電磁石コイル２２の電流値の切り替えを行ってもよい。また、第２制御部８４は、送電側から送信された結果が条件を満たす結果であるか否かに拘らず、受電側の条件を満たした場合に、第２電磁石コイル５２の電流値の切り替えを行ってもよい。

また、上記実施形態において、第１制御部４４および第２制御部８４は、磁束密度が所定磁束密度以下となる部分が所定範囲以上あるか否かの判定を省略してもよい。ただし、この場合、異物が検出されないため、その判定を行う方がより好ましい。

また、上記実施形態において、第１制御部４４は、第１電磁石コイル２２に流す電流を制御することで、第１電磁石コイル２２で発生する磁束密度に各種の情報を付加して送信してもよい。この場合、第２制御部８４は、第２磁気センサ５６によって送電装置１０からの各種の情報を受信することができる。また、第２制御部８４は、第２電磁石コイル５２に流す電流を制御することで、第２電磁石コイル５２で発生する磁束密度に各種の情報を付加して送信してもよい。この場合、第１制御部４４は、第１磁気センサ２６によって受電装置１２からの各種の情報を受信することができる。

また、上記実施形態では、第１電磁石コイル２２の周囲に送電コイル２４が巻回されており、第２電磁石コイル５２の周囲に受電コイル５４が巻回されていた。しかし、第１電磁石コイル２２と送電コイル２４との位置関係、および、第２電磁石コイル５２と受電コイル５４との位置関係は、この例に限らない。例えば、送電コイル２４の外側に１または複数の第１電磁石コイル２２が設けられ、第１電磁石コイル２２に対向配置されるように、受電コイル５４の外側に１または複数の第２電磁石コイル５２が設けられてもよい。

以上、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は、車両のバッテリを充電する充電システムに利用できる。

１ 充電システム
２ 車両
４ バッテリ
１０ 送電装置
１２ 受電装置
２２ 第１電磁石コイル
２４ 送電コイル
２６ 第１磁気センサ
４０ 電力変換装置
４４ 第１制御部
５２ 第２電磁石コイル
５４ 受電コイル
５６ 第２磁気センサ
８４ 第２制御部

Claims (6)

1. 送電装置において車両に電力を送電する送電コイルと、
   前記送電装置に設けられ、通電により磁石として機能する第１電磁石コイルと、
   前記第１電磁石コイルの端面または端面近傍に設けられ、磁束密度を測定する第１磁気センサと、
   前記第１電磁石コイルへの通電の制御を行う第１制御部と、
   を有し、
   前記第１制御部は、所定の第１電流値の電流を前記第１電磁石コイルに流し、前記第１磁気センサで測定された磁束密度に基づいて、前記送電コイルと前記車両に搭載される受電装置において非接触で前記送電コイルから電力を受電する受電コイルとの第１ラップ率を導出し、前記第１ラップ率が所定ラップ率以上となった場合に、前記第１電流値よりも大きな第２電流値の電流を前記第１電磁石コイルに流す充電システム。
2. 前記受電装置に設けられ、通電により磁石として機能する第２電磁石コイルと、
   前記第２電磁石コイルの端面または端面近傍に設けられ、磁束密度を測定する第２磁気センサと、
   前記第２電磁石コイルへの通電の制御を行う第２制御部と、
   を有し、
   前記第２制御部は、前記第１電流値の電流を前記第２電磁石コイルに流し、前記第２磁気センサで測定された磁束密度に基づいて、前記送電コイルと前記受電コイルとの第２ラップ率を導出し、
   前記第１制御部は、前記第１ラップ率と前記第２ラップ率との両方が所定ラップ率以上となった場合に、前記第２電流値の電流を前記第１電磁石コイルに流し、
   前記第２制御部は、前記第１ラップ率と前記第２ラップ率との両方が所定ラップ率以上となった場合に、前記第２電流値の電流を前記第２電磁石コイルに流す請求項１に記載の充電システム。
3. 前記第２制御部は、前記第２磁気センサの測定可能範囲の少なくとも一部において磁束密度が所定磁束密度以上となった場合に、前記第２電磁石コイルに前記第１電流値の電流を流す請求項２に記載の充電システム。
4. 前記第１磁気センサと前記第２磁気センサとがラップした範囲内において、前記第１磁気センサで測定された磁束密度および前記第２磁気センサで測定された磁束密度の一方または双方が所定磁束密度以下となる部分が所定範囲以上ある場合、前記第１制御部および前記第２制御部は、前記第１電磁石コイルおよび前記第２電磁石コイルの電流値を前記第２電流値に切り替えない請求項２または３に記載の充電システム。
5. 車両に搭載される受電装置において非接触で受電する受電コイルと、
   前記受電装置に設けられ、通電により磁石として機能する第２電磁石コイルと、
   前記第２電磁石コイルの端面または端面近傍に設けられ、磁束密度を測定する第２磁気センサと、
   前記第２電磁石コイルへの通電の制御を行う第２制御部と、
   を有し、
   前記第２制御部は、所定の第１電流値の電流を前記第２電磁石コイルに流し、前記第２磁気センサで測定された磁束密度に基づいて、送電装置において車両に電力を送電する送電コイルと前記受電コイルとの第２ラップ率を導出し、前記第２ラップ率が所定ラップ率以上となった場合に、前記第１電流値よりも大きな第２電流値の電流を前記第２電磁石コイルに流す充電システム。
6. 送電装置において車両に電力を送電する送電コイルと、
   前記送電装置に設けられ、通電により磁石として機能する第１電磁石コイルと、
   前記第１電磁石コイルの端面または端面近傍に設けられ、磁束密度を測定する第１磁気センサと、
   前記第１電磁石コイルへの通電の制御を行う第１制御部と、
   前記車両に搭載される受電装置において非接触で受電する受電コイルと、
   前記受電装置に設けられ、通電により磁石として機能する第２電磁石コイルと、
   前記第２電磁石コイルの端面または端面近傍に設けられ、磁束密度を測定する第２磁気センサと、
   前記第２電磁石コイルへの通電の制御を行う第２制御部と、
   を有し、
   前記第１制御部は、所定の第１電流値の電流を前記第１電磁石コイルに流し、前記第１磁気センサで測定された磁束密度に基づいて、前記送電コイルと前記受電コイルとの第１ラップ率を導出し、前記第１ラップ率が所定ラップ率以上となった場合に、前記第１電流値よりも大きな第２電流値の電流を前記第１電磁石コイルに流し、
   前記第２制御部は、所定の第１電流値の電流を前記第２電磁石コイルに流し、前記第２磁気センサで測定された磁束密度に基づいて、前記送電コイルと前記受電コイルとの第２ラップ率を導出し、前記第２ラップ率が所定ラップ率以上となった場合に、前記第１電流値よりも大きな第２電流値の電流を前記第２電磁石コイルに流す充電システム。

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