CN110114697A - 金属异物检测装置、无线供电装置、无线受电装置、及无线电力传输系统 - Google Patents

Abstract

本发明的课题在于，提高金属异物的检测精度。金属异物检测装置(14A)具备：具有接受磁场或电流而产生振动信号(Vb)的至少一个天线线圈(L3)的传感器部(S)；得到与振动信号(Vb)对应的信号(Vd)的波形的积分值(IV)的积分电路(144)；基于该积分值(IV)和没有接近的金属异物时的积分值(IV)即基准积分值(CIV)，判定与天线线圈(L3)接近的金属异物的有无的判定电路(145)。积分值(IV)和基准积分值(CIV)通过将相同波数的量的波形进行积分而得到。

Description

金属异物检测装置、无线供电装置、无线受电装置、及无线电 力传输系统

技术领域

本发明涉及金属异物检测装置、无线供电装置、无线受电装置、及无线电力传输系统。

背景技术

近年来，积极进行着通过无线供给电力的无线供电的研究。作为这种无线供电的具体的方式，具有各种方式，但作为其之一，已知有利用磁场的方式。利用该磁场的方式更仔细地观察时，分成电磁感应方式和磁场谐振方式两种。

电磁感应方式是已经广泛已知的方式，具有如下特征：供给电力的供电装置与受电电力的受电装置的耦合度非常高，以高效率可进行供电，另一方面，供电装置与受电装置的距离不近时不能供电。与之相对，磁场谐振方式是积极地利用谐振(共振)现象的方式，具有如下特征：供电装置与受电装置的耦合度也可以较低，即使供电装置和受电装置离开某个程度也能够供电。

电磁感应方式和磁场谐振方式均是利用磁力进行供电的方式。因此，在任意方式中，供电装置均具有用于利用磁场供给电力的线圈即供电线圈，受电装置具有用于利用磁场受电电力的线圈即受电线圈。而且通过供电线圈与受电线圈进行磁耦合，进行从供电装置向受电装置的供电。

但是，当金属异物进入磁耦合的供电线圈与受电线圈之间时，由于通过磁通向金属异物流通涡电流而进行发热等，供电效率降低。因此，需要检测混入供电装置与受电装置之间的金属异物。

专利文献1中公开有能够检测金属异物的接近的电路(负载检测电路30)。负载检测电路30以如下方式构成，根据将负载传感器31接受的振荡信号(振动信号)的波高值利用波高值检测电路32a检测，且利用积分电路32b进行积分，并由波形成形电路32c成形的信号，利用第二开关电路13SS将1次谐振电路12的谐振线圈L12(供电线圈)的驱动进行ON/OFF。当金属异物接近时，上述波高值上升，因此，根据负载检测电路30，在金属异物接近的情况下，可使1次谐振电路12的谐振线圈L12(供电线圈)的驱动进行OFF。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2000-134830号公报

发明内容

发明所要解决的课题

但是，专利文献1所公开的技术中，整流振荡信号(振动信号)的波高值之后进行积分，因此，积分值中包含振荡信号(振动信号)的振幅和频率双方的信息。其结果，存在一定区间的波数由于金属异物的有无而变化，且积分值相对于振荡信号(振动信号)的振幅的变化不单调变化的问题。作为结果，专利文献1中，难以高精度地检测金属异物。

本发明是鉴于所述问题而研发的，其目的在于，提高金属异物的检测精度。

用于解决课题的方案

本发明提供一种金属异物检测装置，其特征在于，具备：传感器部，其具有接受磁场或电流而产生振动信号的至少1个天线线圈；积分电路，其得到与所述振动信号对应的信号的波形的积分值；判定电路，其基于所述积分值和没有接近的金属异物时的所述积分值即基准积分值，判定与所述天线线圈接近的金属异物的有无，所述积分值和所述基准积分值通过将相同波数的量的波形进行积分而得到。

根据本发明，在金属异物向天线线圈接近的情况下，得到基准积分值和将相同波数的量的波形进行积分的积分值。因此，由于金属异物的接近，产生于天线线圈的信号的振幅和频率的变化中，振幅的变化在积分值显著地出现。因此，积分值相对于振动信号的振幅的变化大致单调地变化，因此，金属异物的检测精度提高。

所述金属异物检测装置中，还具备整流电路，该整流电路对所述传感器部的输出信号进行整流，与所述振动信号对应的信号也可以是所述整流电路的输出信号。据此，可将由整流电路整流之后的信号设为积分的对象。

所述各金属异物检测装置中，得到所述积分值和所述基准积分值的波形的积分开始点也可以能够任意地调整，另外，得到所述积分值和所述基准积分值的波形的波数也可以能够任意地调整。

所述各金属异物检测装置中，也可以还具备：驱动电路，其向所述天线线圈供给所述电流；波数检测电路，其检测所述振动信号或与所述振动信号对应的信号的波数；控制电路，其使所述波数检测电路开始波数的检测，并且使所述积分电路开始积分，且在由所述波数检测电路检测到的波数达到规定值的情况下，使所述积分电路结束积分，所述控制电路对应于开始由所述驱动电路进行的所述电流向所述天线线圈的供给后经过了规定时间，而使所述波数检测电路开始波数的检测，并且使所述积分电路开始积分。据此，可使积分开始点延迟，以在从传感器部输出的振动信号的振幅成分较大但积分值变化较小的期间(例如，驱动电路进行的电流向天线线圈的供给开始之后的规定期间)不进行积分。因此，能够在从传感器部输出的振动信号的积分值变化较大的范围内设定积分区间，因此，金属异物的检测精度进一步提高。

所述各金属异物检测装置中，也可以还具备：波数检测电路，其检测所述振动信号或与所述振动信号对应的信号的波数；控制电路，其使所述波数检测电路开始波数的检测，并且使所述积分电路开始积分，且在由所述波数检测电路检测到的波数达到规定值的情况下，使所述积分电路结束积分，通过所述规定值能够任意地调整，从而得到所述积分值和所述基准积分值的波形的波数能够任意地调整。据此，可将得到基准积分值的波形的波数设定成自然数，因此，即使积分开始点与波形的位置关系有偏差，也能够抑制对积分值造成的影响。另外，通过根据情况增大得到基准积分值的波形的波数，可进一步增大金属异物存在时的积分值与基准积分值的差，因此，可进一步提高金属异物的检测精度。

本发明提供一种无线供电装置，无线地从供电线圈向受电线圈进行电力传输，其特征在于，具备所述供电线圈和所述各金属异物检测装置的任一种。根据本发明，能够得到具备提高金属异物的检测精度的金属异物检测装置的无线供电装置。

本发明提供一种无线受电装置，无线地从供电线圈向受电线圈进行电力传输，其特征在于，具备所述受电线圈和所述各金属异物检测装置的任一种。根据本发明，能够得到具备提高金属异物的检测精度的金属异物检测装置的无线受电装置。

本发明提供一种无线电力传输系统，无线地从供电线圈向受电线圈进行电力传输，其特征在于，具备：无线供电装置，其具有所述供电线圈；无线受电装置，其具有所述受电线圈，所述无线供电装置及所述无线受电装置的至少一方具备所述各金属异物检测装置的任一种。根据本发明，能够得到在无线供电装置及无线受电装置的至少一方具备提高金属异物的检测精度的金属异物检测装置的无线电力传输系统。

发明效果

根据本发明，能够提高金属异物的检测精度。

附图说明

图1是表示本发明第一实施方式的无线电力传输系统1的概略结构和连接于该无线电力传输系统1的负载2的图；

图2是表示图1所示的无线供电装置10及无线受电装置20各自内部电路结构的图；

图3是表示图2所示的金属异物检测装置14A的功能块的大致方框图；

图4是表示与图2所示的金属异物检测装置14A相关的各种信号等的波形的图；

图5(a)是表示图2所示的供电线圈L1与天线线圈L3的位置关系的平面图，(b)是与(a)的A-A线对应的供电线圈L1及天线线圈L3的剖面图；

图6是图3所示的判定电路145进行的判定处理的说明图；

图7(a)是表示没有金属异物时的信号Vd即信号Vd1(虚线)和具有金属异物时的信号Vd即信号Vd2(实线)的图，(b)是表示没有金属异物时的积分值IV即积分值IV1(虚线)和具有金属异物时的积分值IV即积分值IV2(实线)的图；

图8是表示本发明第二实施方式的金属异物检测装置14B的功能块的大致方框图；

图9是表示本发明第二实施方式的振幅信号Vc的波形的图；

图10是表示本发明第三实施方式的金属异物检测装置14C的功能块的大致方框图；

图11是表示与图10所示的金属异物检测装置14C相关的各种信号等的波形的图；

图12是表示本发明第四实施方式的金属异物检测装置14D的功能块的大致方框图。

具体实施方式

以下，参照附图详细地说明本发明的实施方式。此外，不是通过以下说明的内容限定本发明。另外，以下所记载的构成要素中包含本领域技术人员能够容易假定的要素、实际上相同的要素。另外，说明中对相同要素或具有相同功能的要素使用相同符号，并省略重复的说明。

(第一实施方式)

图1是表示本发明第一实施方式的无线电力传输系统1的概略结构和连接于该无线电力传输系统1的负载2的图。如同图所示，无线电力传输系统1构成为具有无线供电装置10和无线受电装置20。负载2连接于无线受电装置20。

无线电力传输系统1是例如利用二次电池的电力的电动汽车(EV：ElectricVehicle)及混合动力汽车(HV：Hybrid Vehicle)等的用于向移动体的供电用的系统。在该情况下，无线供电装置10搭载于在地上配设的供电设备内，无线受电装置20搭载于车辆。以下，设为无线电力传输系统1是向电动汽车的供电用的系统继续说明。

图2是表示无线供电装置10及无线受电装置20各自内部电路结构的图。以下，不仅参照图1，还适宜参照该图2，同时首先说明无线电力传输系统1的结构的概略，然后，对本发明中特征性的结构进行详细地说明。

如图1及图2所示，无线供电装置10构成为具有：直流电源11、电力转换器12、供电线圈部13、金属异物检测装置14A、及噪声检测部15。此外，本实施方式中，设为在无线供电装置10内设置金属异物检测装置14A进行说明，但也可以在无线受电装置20内设置金属异物检测装置14A。

直流电源11发挥向电力转换器12供给直流电力的作用。直流电源11的具体的种类如果能够供给直流电力，则没有特别限定。例如，可将对商用交流电源进行了整流·平滑的直流电源、二次电池、太阳光发电的直流电源或开关变换器等的开关电源适当用作直流电源11。

电力转换器12是将从直流电源11供给的直流电力转换成交流电力，由此，向供电线圈部13供给图2所示的交流电流I1的逆变器。具体而言，如图2所示，构成为具有多个开关元件SW1～SW4桥接而成的开关电路(全桥电路)和开关驱动部120。此外，在此表示将电力转换器12内的开关电路通过全桥电路构成的例子，但也可使用其它种类的开关电路。

开关元件SW1～SW4以如下方式构成，根据从开关驱动部120向各个栅极供给的控制信号SG1～SG4，相互独立地进行接通切断动作。作为开关元件SW1～SW4的具体的种类，适当使用MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)或IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)。

开关驱动部120是以由开关元件SW1～SW4构成的开关电路的输出电压成为规定频率的交流电压的方式，进行控制信号SG1～SG4的生成的信号生成部。因此，向后述的供电线圈L1供给该规定频率的交流电压。以下，将该规定频率称为电力传输频率fp。电力传输频率fp的具体的值设定成例如20〔kHz〕～200〔kHz〕。

如图2所示，供电线圈部13是由串联地连接的供电侧电容器C1及供电线圈L1构成的谐振电路(供电侧谐振电路)，发挥基于从电力转换器12供给的交流电压生成交变磁场的作用。构成供电线圈部13的供电侧谐振电路的谐振频率设定成与上述的电力传输频率fp相同或与其接近的频率。此外，供电侧电容器C1也可以与供电线圈L1并联地连接。

供电线圈L1是通过将例如绞合2千根左右的的绝缘的铜线的绞合线以数匝～数十匝左右卷绕成平面状而形成的螺旋结构的线圈，例如配置于地下或地面附近。当从电力转换器12向供电线圈L1供给交流电压时，向供电线圈L1流通图2所示的交流电流I1，由此，产生交变磁场。该交变磁场通过供电线圈L1与后述的受电线圈L2之间的互感M12在受电线圈L2内产生电动势，由此，实现电力的传输。

金属异物检测装置14A是具有检测向供电线圈L1接近的金属异物的有无的功能的装置，如图2所示，构成为具有分别包含天线线圈L3及金属异物检测装置用电容器C3的多个谐振电路RC、和连接于各谐振电路的检测部140。此外，图2所示的电阻R3明示了天线线圈L3的串联电阻。

设置金属异物检测装置14A的目的在于，检测处于供电线圈L1与受电线圈L2之间的金属异物。因此，如图1所示，金属异物检测装置14A的至少一部分(更具体而言各天线线圈L3)配置于供电线圈L1的与受电线圈L2的对置面上即供电线圈L1与受电线圈L2之间。此外，金属异物检测装置14A和供电线圈L1也可以作为一体的单元构成，也可以作为分开的单元构成。对金属异物检测装置14A的详情进行后述。

噪声检测部15构成为可检测比电力传输频率fp高的频率的噪声。噪声检测部15的具体的结构没有特别限定，但优选利用例如检测流通于供电线圈L1的电流波形的电流检测电路、从该输出信号仅取出高频数成分的高通滤波器、在高通滤波器的输出信号的振幅超过规定值的情况即高频成分的产生期间发出同步信号的同步信号生成部，构成噪声检测部15。也可以代替电流检测电路，而使用电阻分压电路等的电压检测电路。另外，优选高通滤波器的截止频率设定成比电力传输频率fp高的频率。另外，通过在供电线圈L1与受电线圈L2之间配置霍尔元件或磁阻效应元件等的磁传感器，也可构成噪声检测部15。

接着，如图1及图2所示，无线受电装置20构成为具有受电线圈部21和整流器22。

如图2所示，受电线圈部21构成为具有由串联地连接的受电侧电容器C2和受电线圈L2构成的谐振电路(受电侧谐振电路)，发挥作为将从供电线圈L1传输的交流电力通过无线进行受电的受电部的作用。构成受电线圈部21的受电侧谐振电路的谐振频率也设定成与上述的电力传输频率fp相同或与其接近的频率。此外，受电侧电容器C2也可以与受电线圈L2并联地连接。

与供电线圈L1一样，受电线圈L2是通过将例如绞合2千根左右的的绝缘的铜线的绞合线以数匝～数十匝左右卷绕成平面状而形成的螺旋结构的线圈。另一方面，受电线圈L2的设置位置与供电线圈L1不同，例如成为电动汽车的车辆下部。当由供电线圈L1生成的磁通与受电线圈L2交链时，电磁感应作用的电动势产生于受电线圈L2，而流通图2所示的交流电流I2。该交流电流I2通过整流器22转换成直流电流之后，供给至负载2。由此，实现对负载2供给直流电力。

整流器22是具有通过将从受电线圈部21输出的交流电流整流成直流电流，而对负载2供给直流电力的功能的电路。具体而言，如图2所示，利用4个二极管D1～D4桥接而成的桥电路、和与该桥电路并联地连接的平滑用电容器C0构成。

负载2包含未图示的充电器及电池而构成。其中，充电器是具有基于从整流器22输出的直流电力对电池进行充电的功能的电路。该充电通过例如定电压定电流充电(CVCC充电)执行。电池的具体的种类如果具有储存电力的功能则没有特别限定。例如，可将二次电池(锂离子电池，锂聚合物电池，镍电池等)或容量元件(双电层电容器等)作为构成负载2的电池适当使用。

接着，参照图3～图5说明金属异物检测装置14A的详情。图3是表示金属异物检测装置14A的功能块的大致方框图，图4(a)～图4(f)是表示与金属异物检测装置14A相关的各种信号等的波形的图，图5(a)是表示供电线圈L1与天线线圈L3的位置关系的平面图，图5(b)是与图5(a)的A-A线对应的供电线圈L1及天线线圈L3的剖面图。

首先，参照图5(a)及图5(b)时，以平面看，上述的多个谐振电路RC在相当于供电线圈L1的内侧的区域内排列配置成矩阵状。这种谐振电路RC的配置通过将在表面形成有导电性的线圈图案的印刷基板(未图示)设置于供电线圈L1上而能够实现。

通过该配置，供电线圈L1中产生上述的交变磁场(以电力传输频率fp振动的磁场)时，通过图2所示的供电线圈L1与各天线线圈L3之间的互感M13、及受电线圈L2与各天线线圈L3之间的互感M23，在各天线线圈L3感应电动势。该电动势使各天线线圈L3产生振动信号。也就是，本实施方式的天线线圈L3接受磁场并产生振动信号。

产生于各天线线圈L3的振动信号成为不仅包含交变磁场的频率即电力传输频率fp的成分，而且包含各谐振电路RC的谐振频率fr的成分的信号。谐振频率fr的具体的值通过调整天线线圈L3的电感和电容器C3的电容，而设定成比电力传输频率fp高且不同数量级的单一值。具体的例子中，优选设为fr＝3000〔kHz〕。此外，电容器C3的电容优选设为数百～数千〔pF〕左右的值。

图4(a)中表示以电力传输频率fp振动的信号Va，图4(b)中表示各谐振电路RC中产生的振动信号Vb。如根据这些图可理解，振动信号Vb成为谐振频率fr的成分重叠于以电力传输频率fp振动的信号Va的信号。详情在以下说明，但金属异物检测装置14A的检测部140从振动信号Vb仅取出该谐振频率fr的成分，利用其变化，进行存在于供电线圈L1与受电线圈L2之间的金属异物的检测。

在此，本实施方式中，通过与各天线线圈L3串联或并联地设置电容器C3，而形成谐振电路RC，但也可以不设置电容器C3而未形成谐振电路RC。在该情况下，不是图4(b)所示的振动信号Vb，而是图4(a)所示的信号Va输入检测部140，因此，检测部140为了进行金属异物的检测而不能利用谐振频率fr的成分的变化。因此，该情况下的检测部140利用电力传输频率fp的成分的变化，进行存在于供电线圈L1与受电线圈L2之间的金属异物的检测。

接着，参照图3时，检测部140在功能上构成为具有：检测切换开关141、滤波器电路142、整流电路143、积分电路144、判定电路145、波数检测电路146、及控制电路147A。其中，波数检测电路146构成为具有波形整形电路146a及计数器电路146b。另外，检测切换开关141及滤波器电路142与各谐振电路RC一起构成传感器部S。

检测切换开关141是具有连接于滤波器电路142的共用端子和连接于各谐振电路RC的多个选择端子的1回路多接点的开关，以根据控制电路147A的控制将任一个选择端子连接于共用端子的方式构成。作为检测切换开关141，具体而言，优选使用半导体开关及多路转换器。

控制电路147A作为以相等的时间间隔逐一依次选择各天线线圈L3的天线线圈选择部发挥功能。控制电路147A还以如下方式构成，选择了最后的天线线圈L3之后，返回最初的天线线圈L3并重复进行选择动作。检测切换开关141发挥将与由控制电路147A选择的天线线圈L3对应的选择端子连接于共用端子的作用。由此，各天线线圈L3逐一依次连接于滤波器电路142。

此外，控制电路147A也可以以如下方式构成，根据用户的设定等，将多个天线线圈L3中的一些从上述选择的对象除去。这样，可限定成为金属异物的检测对象的区域，并且与使用所有的天线线圈L3的情况相比，能够延长一个接一个的天线线圈L3的金属异物的检测时间。

另外，本实施方式中，对每个天线线圈L3设置电容器C3，但也可以整体仅设置一个电容器C3，且仅利用检测切换开关141连接于滤波器电路142的天线线圈L3与该电容器C3构成谐振电路RC。这样，能够减少电容器C3的数，因此，可减少金属异物检测装置14A的零件数量。此外，也可以以如下方式构成，在对每个天线线圈L3设置电容器C3的情况下，对各个谐振电路RC均设置切换天线线圈L3与电容器C3的连接的开关，在金属异物的检测时，将利用检测切换开关141连接于滤波器电路142的天线线圈L3以外的天线线圈L3与电容器C3的连接进行断开。这样，在金属异物的检测动作时，抑制利用检测切换开关141连接于滤波器电路142的天线线圈L3与其它天线线圈L3的磁耦合，可进一步提高金属异物的检测精度。

控制电路147A利用选择的天线线圈L3进行金属异物的检测动作。具体而言，如以下说明，通过控制积分电路144、判定电路145、及波数检测电路146，进行金属异物的检测动作。该检测动作在选择1个天线线圈L3的期间，利用控制电路147A重复执行一次以上。

滤波器电路142是通过从经由检测切换开关141连接的天线线圈L3中产生的振动信号Vb去除电力传输频率fp的成分，生成图4(c)所示的振动信号Vc的电路。具体而言，优选利用取出与谐振频率fr相同的频带的频率的带通滤波器，构成滤波器电路142。另一方面，在不设置电容器C3而未形成谐振电路RC的情况下，优选利用取出与电力传输频率fp相同的频带的频率的带通滤波器，构成滤波器电路142。

整流电路143是通过整流从传感器部S(滤波器电路142)输出的振动信号Vc，生成图4(d)所示的脉冲状的信号Vd的电路。作为整流电路143，具体而言，优选使用二极管、二极管桥电路、或半导体开关等的开关元件。图4(d)所示的信号Vd是将整流电路143利用半波整流电路构成时的例子，但也可以将整流电路143利用全波整流电路或其它整流电路构成。

积分电路144是得到整流电路143生成的信号Vd的波形的积分值IV的电路。如上述，信号Vd是脉冲状的信号，因此，产生信号Vd的期间，积分电路144的积分值IV如图4(e)所示台阶状地上升。积分电路144的积分的开始及结束由控制电路147A控制。

波数检测电路146是检测整流电路143生成的信号Vd的波数的电路。具体地说明时，首先，利用波形整形电路146a，根据信号Vd生成图4(f)所示的二值信号CK，接着，利用计数器电路146b计数该二值信号CK的波数，由此，检测整流电路143生成的信号Vd的波数。以下，对各个电路的动作进行详细地说明。

波形整形电路146a通过进行整流电路143生成的信号Vd的阈值判定，生成二值信号CK。作为该阈值判定中使用的阈值，优选使用预先设定的基准电压值。基准电压值的具体的值设定成例如没有金属异物时的信号Vd的振幅中心电压。二值信号CK是在阈值判定的结果为阈值以上的情况下成为高，在阈值判定的结果低于阈值的情况下成为低的信号。因此，二值信号CK的周期与谐振电路RC的谐振频率的倒数一致。此外，本实施方式中，通过整流电路143生成的信号Vd的阈值判定生成二值信号CK，但波形整形电路146a通过进行从传感器部S(滤波器电路142)输出的振动信号Vc的阈值判定，也可以生成二值信号。在该情况下，作为阈值判定中使用的阈值，优选为0V。另外，在不设置电容器C3而未形成谐振电路RC的情况下，波形整形电路146a通过进行产生于天线线圈L3的振动信号Vb的阈值判定，也可以生成二值信号。

计数器电路146b是以由波形整形电路146a生成的二值信号CK为时钟进行计数动作，并生成表示该结果的数字值(计数值)的电路。计数器电路146b进行的计数的开始及结束的定时由控制电路147A控制。由计数器电路146b生成的计数值与信号Vd的波数相等，因此，波数检测电路146以将该计数值作为信号Vd的波数的检测结果进行输出的方式构成。由计数器电路146b生成的计数值与整流电路143生成的信号Vd的波数相等，因此，波数检测电路146以如下方式构成，将该计数值作为整流电路143生成的信号Vd的波数的检测结果进行输出。

如上述，控制电路147A是除了天线线圈L3的选择之外，还进行积分电路144及计数器电路146b的控制的电路。具体而言，通过每次切换天线线圈L3的选择，供给规定的波数检测开始信号，使波数检测电路146开始波数的检测(具体而言，使计数器电路146b开始计数)，并且通过供给规定的积分开始信号，使积分电路144开始积分。然后，监视波数检测电路146的波数的检测结果(具体而言，计数器电路146b输出的计数值)，在该检测结果达到规定值(以下，称为“积分对象波数”)的情况下，供给规定的积分结束信号，由此，使积分电路144结束积分，并且通过供给规定的波数检测结束信号，使波数检测电路146结束波数的检测。(具体而言，使计数器电路146b结束计数)。积分电路144以将这样在积分结束的时点的积分值IV供给至判定电路145的方式构成。

在此，控制电路147A使波数检测电路146开始波数的检测的定时和使积分电路144开始积分的定时也可以相同，也可以不同。作为后者的情况的例子，可举出首先使波数检测电路146开始波数的检测，在检测的波数达到规定值的情况下，使积分电路144开始积分。从以积分值IV和后述的基准积分值CIV对相同波数的量的波形进行积分的观点来看，该例的积分的开始的方式适合。

另外，控制电路147A以还进行用于得到成为积分值IV的基准的基准积分值CIV的动作的方式构成。基准积分值CIV是在供电线圈L1与受电线圈L2之间不存在金属异物时的积分值IV，控制电路147A通过在保证金属异物不存在于供电线圈L1与受电线圈L2之间的状态下执行上述控制，取得基准积分值CIV。此时，对于上述的积分对象波数，控制电路147A使用与通过通常动作取得积分值IV时相同的值。因此，积分值IV和基准积分值CIV成为对相同波数的量的波形进行积分的值。控制电路147A将取得的基准积分值CIV输出至判定电路145并存储。

判定电路145是基于从积分电路144供给的积分值IV和从控制电路147A预先供给并存储的基准积分值CIV，检测供电线圈L1与受电线圈L2之间的金属异物的有无的电路。具体而言，如果积分值IV与基准积分值CIV的差的绝对值为规定值以内，则判定为没有金属异物，如果不是这样，则判定为具有金属异物。

图6是判定电路145进行的判定处理的说明图。图6(a)表示具有金属异物的情况，图6(b)表示没有金属异物的情况。一边参照这些附图一边对判定电路145进行的判定处理更详细地说明时，判定电路145首先算出积分值IV与基准积分值CIV的差的绝对值(差分绝对值)。然后，在该差分绝对值如图6(a)所示超过规定的阈值的情况下，判定为在供电线圈L1与受电线圈L2之间具有金属异物(具有接近于供电线圈L1的金属异物)。另一方面，在差分绝对值如图6(b)所示为规定的阈值以下的情况下，判定为在供电线圈L1与受电线圈L2之间没有金属异物(没有接近于供电线圈L1的金属异物)。

返回图3，判定电路145的判定的结果供给至控制电路147A。控制电路147A以如下方式指示，在供给检测到金属异物的判定结果的情况下，相对于图2所示的开关驱动部120，停止电力转换器12的电力的转换。接收到该指示的开关驱动部120以不从电力转换器12输出交流电力的方式，调整图2所示的控制信号SG1～SG4。由此，无线供电装置10的供电动作停止，因此，由于产生于供电线圈L1与受电线圈L2之间的交变磁场，在金属异物中产生涡电流，由此，可防止金属异物发热。

如以上说明，根据本实施方式的金属异物检测装置14A，积分值IV和基准积分值CIV通过将相同波数的量的波形进行积分而得到，因此，通过金属异物的接近产生于供电线圈L1的振动信号的振幅和频率的变化中、振幅的变化在积分值中显著出现。因此，相对于从传感器部S输出的振动信号Vc的振幅的变化，积分值IV大致单调地变化，因此，金属异物的检测精度提高。

图7(a)是表示没有金属异物时的信号Vd即信号Vd1(虚线)和具有金属异物时的信号Vd即信号Vd2(实线)的图。另外，图7(b)中是表示没有金属异物时的积分值IV即积分值IV1(虚线)和具有金属异物时的积分值IV即积分值IV2(实线)的图。以下，一边参照这些图，一边详细地说明本实施方式的金属异物检测装置14A实现的上述效果。

如图7(a)所示，在供电线圈L1与受电线圈L2之间具有金属异物的情况和没有金属异物的情况下，信号Vd的振幅及频率不同。这是由于，由于金属异物的存在，供电线圈L1与受电线圈L2之间的互感M12(参照图2)变化。作为信号Vd的振幅及频率不同的结果，如图7(b)所示，积分值IV在供电线圈L1与受电线圈L2之间具有金属异物的情况和没有金属异物的情况下不同。因此，可以说，为了进行金属异物的检测，只要取得积分值IV，并预先与没有金属异物的情况下取得的基准积分值CIV比较即可。

但是，即使比较积分值IV和基准积分值CIV，当这些值是暂时将信号Vd积分至相同时间的结果时，有时得不到适当的检测结果。例如，当在图7(a)(b)所示的期间T取得积分值IV1、IV2时，实际上如图7(a)所示，在信号Vd1和信号Vd2中，尽管振幅及频率大幅不同，积分值IV1、IV2的值也大致相同。比较对象的积分值IV和基准积分值CIV成为这种关系时，判定电路145尽管实际上存在金属异物，且信号Vd也大幅变化，也会错误判定为没有金属异物。

产生这种错误判定是由于，积分值IV中包含振动信号Vb的振幅和频率双方的信息，其结果，由于金属异物的有无，一定区间的波数变化，积分值IV相对于金属异物的有无不会单调变化。根据本实施方式的金属异物检测装置14A进行的处理，在金属异物接近天线线圈L3的情况下，得到基准积分值CIV和对相同波数的量的波形进行了积分的积分值IV。因此，通过金属异物的接近产生于天线线圈L3的振动信号Vb的振幅和频率的变化中、振幅的变化在积分值IV中显著出现。因此，相对于从传感器部S输出的振动信号Vb的振幅的变化，积分值IV大致单调地变化，因此，可提高金属异物的检测精度。

(第二实施方式)

接着，对本发明的第二实施方式的无线电力传输系统1进行说明。本实施方式的无线电力传输系统1在使用金属异物检测装置14B代替金属异物检测装置14A的点上，与第一实施方式的无线电力传输系统1不同。其它点与第一实施方式的无线电力传输系统1一样，因此，以下，对与第一实施方式一样的结构标注相同的符号，并仅着眼于与第一实施方式的不同点进行说明。

图8是表示本实施方式的金属异物检测装置14B的功能块的大致方框图。如同图所示，金属异物检测装置14B对第一实施方式的金属异物检测装置14A的检测部140追加驱动电路148，并且将控制电路147A置换成控制电路147B。驱动电路148是向各天线线圈L3供给电流的电路，各天线线圈L3以接受从驱动电路148供给的电流，而产生振动信号Vb的方式构成。

对驱动电路148进行更详细地说明。如图8所示，驱动电路148具有开关电路148a及电源148b而构成。

开关电路148a是具有连接于电源148b的端子和连接于检测切换开关141的共用端子的端子的1回路1接点的开关，以根据控制电路147B的控制进行开闭动作的方式构成。作为开关电路148a，具体而言，优选使用双极型晶体管或MOSFET。

电源148b是用于向天线线圈L3流通电流的电源，也可以是直流电源、交流电源的任一种。以下，设为电源148b为直流电源继续说明。电源148b的一端连接于开关电路148a，另一端进行接地。

本实施方式的控制电路147B进行检测切换开关141的控制，并且还进行开关电路148a的控制。具体地说明时，通过选择一天线线圈L3，该天线线圈L3通过检测切换开关141的动作连接于滤波器电路142之后，将开关电路148a设为闭状态，且经过规定时间后将开关电路148a恢复成开状态。由此，从电源148b相对于天线线圈L3供给电流。通过该电流在天线线圈L3中产生振动信号Vb，且供给至滤波器电路142。

对供给电流时的谐振电路RC的动作进行详细地说明。通过在开关电路148a成为闭状态的期间从电源148b供给的直流电流，磁能量蓄积于天线线圈L3。当开关电路148a成为开状态时，通过该磁能量产生衰减振动。因此，本实施方式的振动信号Vb成为包含以各谐振电路RC的谐振频率fr振动且衰减的成分的信号。

此外，本实施方式中，为了金属异物检测装置14B进行动作而在供电线圈L1中产生的交变磁场不是必须的，但在产生该交变磁场的情况(供电中)的振动信号Vb成为不仅包含上述成分还包含电力传输频率fp的成分的信号。滤波器电路142在本实施方式中，也发挥从振动信号Vb取出与谐振频率fr相同的频带的频率的作用。

图9是表示本实施方式的振幅信号Vc(滤波器电路142的输出信号)的波形的图。如同图所示，本实施方式的振幅信号Vc成为从开关电路148a成为开状态的瞬间开始衰减的衰减振动信号。振幅信号Vc的频率与第一实施方式的振幅信号Vc一样，与谐振电路RC的谐振频率fr一致。此外，谐振频率fr也如第一实施方式中说明，是比电力传输频率fp高且不同数量级的频率。

控制电路147B除了进行上述的动作之外，还进行与第一实施方式的控制电路147A一样的动作。因此，本实施方式中，判定电路145也基于积分值IV和基准积分值CIV判定与天线线圈L3接近的金属异物的有无，积分值IV和基准积分值CIV通过将相同波数的量的波形进行积分而得到。因此，本实施方式中，也与第一实施方式一样，得到金属异物的检测精度的提高的效果。

另外，根据本实施方式，即使没有供电线圈L1中产生的交变磁场，也能够使天线线圈L3产生振幅信号Vb，因此，这是无线供电装置10不进行电力传输的期间(供电停止中)，也可检测混入供电线圈L1与受电线圈L2之间的金属异物。

另外，根据本实施方式，与第一实施方式相比，也可得到能够提高天线线圈L3的Q值的效果。更详细地说明时，如图5所示，多个谐振电路RC以覆盖与供电线圈L1产生的磁通交链的区域的方式配置，但此时，同时驱动相邻的各谐振电路RC时，相邻的各谐振电路RC的天线线圈L3彼此相互磁耦合。其结果，谐振电路RC间的互感中产生变化，根据情况不同，各天线线圈L3的Q值显著地降低。根据本实施方式，如果是无线供电装置10不进行电力传输的期间(供电停止中)，则仅驱动包含由检测切换开关141选择的天线线圈L3的谐振电路RC，因此，能够抑制上述那样的天线线圈L3的Q值的降低。因此，可以说与第一实施方式相比，提高天线线圈L3的Q值。

此外，本实施方式中，电源148b为直流电源，但如上述，电源148b也可以是交流电源。该情况的控制电路147B也可以以在将开关电路148a设为闭状态的状态下进行积分值IV的取得的方式控制各电路，该情况下的振动信号Vb的频率与电源148b生成的交流电流的频率一致。

(第三实施方式)

接着，说明本发明的第三实施方式的无线电力传输系统的结构。本实施方式的无线电力传输系统1在使用金属异物检测装置14C代替金属异物检测装置14A的点，与第一实施方式的无线电力传输系统1不同。其它点与第一实施方式的无线电力传输系统1一样，因此，以下，对与第一实施方式一样的结构标注相同的符号，并仅着眼于与第一实施方式的不同点进行说明。

图10是表示本实施方式的金属异物检测装置14C的功能块的大致方框图。如同图所示，金属异物检测装置14C将第一实施方式的金属异物检测装置14A的检测部140中、控制电路147A置换成控制电路147C。

控制电路147C构成为不仅具有控制电路147A的功能，还具有任意地调整波数检测开始信号及积分开始信号的输出定时的功能。具体地说明时，控制电路147C在内部具有计时器功能，测定切换检测切换开关141后的经过时刻。然后，以如下方式构成，对应于从切换检测切换开关141经过了规定时间，向波数检测电路146供给波数检测开始信号，并且向积分电路144供给积分开始信号。规定时间可由用户任意地设定。使波数检测电路146开始波数的检测的定时和使积分电路144开始积分的定时也如第一实施方式中说明那样，也可以相同，也可以不同。

图11(a)(b)是表示与金属异物检测装置14C相关的各种信号等的波形的图。这些图中，将时间轴(t)的左端设为时刻0，在该时刻0切换检测切换开关141。另外，控制电路147C在时刻0切换检测切换开关141后，在经过了规定时间t₀的时点，同时输出波数检测开始信号及积分开始信号。在该情况下，时刻t₀成为得到积分值IV的波形的积分开始点。然后，与第一实施方式一样，在波数检测电路146的波数的检测结果达到上述的积分对象波数(图11的例子中设为“6”)的情况下，使积分电路144结束积分。由此，控制电路147C能够得到从任意的积分开始点将信号Vd的波形以积分对象波数进行积分而成的积分值IV。基准积分值CIV也一样。

根据本实施方式的金属异物检测装置14C，可从成为积分值IV及基准积分值CIV的算出对象的波形，除去切换检测切换开关141之后的振动信号Vb不稳定的时期的波形。因此，与第一实施方式的金属异物检测装置14C相比，可进一步提高金属异物的检测精度。

此外，本实施方式中，说明了对第一实施方式的金属异物检测装置14A追加积分开始点的调整的结构的例子，但也可以对第二实施方式的金属异物检测装置14B追加同样的结构。该情况的控制电路147C以如下方式构成，对应于开始由驱动电路148进行的电流向天线线圈L3的供给后经过了规定时间，向波数检测电路146供给波数检测开始信号，并且向积分电路144供给积分开始信号。通过这样，可从成为积分值IV及基准积分值CIV的算出对象的波形，除去驱动电路148的驱动开始之后的、振动信号Vb的振幅较大但积分值变化较小的期间的波形。

(第四实施方式)

接着，对本发明的第四实施方式的无线电力传输系统的结构进行说明。本实施方式的无线电力传输系统1在使用金属异物检测装置14D代替金属异物检测装置14A的点与第一实施方式的无线电力传输系统1不同。其它点与第一实施方式的无线电力传输系统1一样，因此，以下，对与第一实施方式一样的结构标注相同的符号，并仅着眼于与第一实施方式的不同点进行说明。

图12是表示本实施方式的金属异物检测装置14D的功能块的大致方框图。如同图所示，金属异物检测装置14D将第一实施方式的金属异物检测装置14A的检测部140中、控制电路147A置换成控制电路147D。

控制电路147D在用户可调整上述的积分对象波数的点与控制电路147A不同，其它点与控制电路147A相同。积分对象波数预先存储于控制电路147D内，用户利用未图示的输入装置等，更新存储于控制电路147D内的积分对象波数，由此，进行积分对象波数的调整。此外，作为积分对象波数存储于控制电路147D的值优选设为自然数。这样设定的积分对象波数也用于控制电路147D取得基准积分值CIV时，因此，本实施方式中，积分值IV和基准积分值CIV也通过将相同波数的量的波形进行积分而得到。

根据本实施方式的金属异物检测装置14D，可将得到基准积分值CIV的波形的波数设定成自然数，因此，即使积分开始点和信号Vd的波形的位置关系有偏差(例如，有时以信号Vd的波形的峰值开始积分，有时信号Vd为零时开始积分等)，也能够抑制对积分值造成的影响。另外，通过根据情况而增大积分对象波数，可进一步增大金属异物存在时的积分值IV与基准积分值CIV的差，因此，可进一步提高金属异物的检测精度。

以上，对本发明优选的实施方式进行了说明，但本发明不丝毫限定于这样的实施方式，当然本发明可在不脱离其宗旨的范围内以各种方式实施。

例如，上述各实施方式中，将从整流电路143输出的信号Vd利用积分电路144进行积分，但也可以将从传感器部S输出的振动信号Vc设为积分电路144的积分的对象。在该情况下，积分电路144也可以以振动信号Vc的最小值成为零以上的方式施加偏置电压后进行积分。

符号说明

1 无线电力传输系统

2 负载

10 无线供电装置

11 直流电源

12 电力转换器

13 供电线圈部

14A～14D 金属异物检测装置

15 噪声检测部

20 无线受电装置

21 受电线圈部

22 整流器

120 开关驱动部

140 检测部

141 检测切换开关

142 滤波器电路

143 整流电路

144 积分电路

145 判定电路

146 波数检测电路

146a 波形整形电路

146b 计数器电路

147A～147D 控制电路

148 驱动电路

148a 开关电路

148b 电源

C0 平滑用电容器

C1 供电侧电容器

C2 受电侧电容器

C3 金属异物检测装置用电容器

CIV 基准积分值

D1～D4 二极管

IV 积分值

L1 供电线圈

L2 受电线圈

L3 天线线圈

R3 天线线圈L3的串联电阻

RC 谐振电路

S 传感器部

SG1～SG4 控制信号

SW1～SW4 开关元件

Claims (9)

1.一种金属异物检测装置，其特征在于，

具备：

传感器部，其具有接受磁场或电流而产生振动信号的至少1个天线线圈；

积分电路，其得到与所述振动信号对应的信号的波形的积分值；以及

判定电路，其基于所述积分值和作为没有接近的金属异物时的所述积分值的基准积分值，判定与所述天线线圈接近的金属异物的有无，

所述积分值和所述基准积分值通过对相同波数的量的波形进行积分而得到。

2.根据权利要求1所述的金属异物检测装置，其特征在于，

还具备整流电路，其对所述传感器部的输出信号进行整流，

与所述振动信号对应的信号是所述整流电路的输出信号。

3.根据权利要求1或2所述的金属异物检测装置，其特征在于，

得到所述积分值和所述基准积分值的波形的积分开始点能够任意地调整。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的金属异物检测装置，其特征在于，

得到所述积分值和所述基准积分值的波形的波数能够任意地调整。

5.根据权利要求3或4所述的金属异物检测装置，其特征在于，

还具备：

驱动电路，其向所述天线线圈供给所述电流；

波数检测电路，其检测所述振动信号或与所述振动信号对应的信号的波数；

控制电路，其使所述波数检测电路开始波数的检测，并且使所述积分电路开始积分，且在由所述波数检测电路检测到的波数达到规定值的情况下，使所述积分电路结束积分，

所述控制电路对应于开始由所述驱动电路进行的所述电流向所述天线线圈的供给后经过了规定时间，而使所述波数检测电路开始波数的检测，并且使所述积分电路开始积分。

6.根据权利要求3或4所述的金属异物检测装置，其特征在于，

还具备：

波数检测电路，其检测所述振动信号或与所述振动信号对应的信号的波数；

控制电路，其使所述波数检测电路开始波数的检测，并且使所述积分电路开始积分，且在由所述波数检测电路检测到的波数达到规定值的情况下，使所述积分电路结束积分，

通过所述规定值能够任意地调整，从而得到所述积分值和所述基准积分值的波形的波数能够任意地调整。

7.一种无线供电装置，其特征在于，

是从供电线圈向受电线圈无线地进行电力传输的无线供电装置，

其具备：

所述供电线圈；以及

权利要求1～6中任一项所述的金属异物检测装置。

8.一种无线受电装置，其特征在于，

是从供电线圈向受电线圈无线地进行电力传输的无线受电装置，

其具备：

所述受电线圈；以及

权利要求1～6中任一项所述的金属异物检测装置。

9.一种无线电力传输系统，其特征在于，

是从供电线圈向受电线圈无线地进行电力传输的无线电力传输系统，

其具备：

无线供电装置，其具有所述供电线圈；以及

无线受电装置，其具有所述受电线圈，

所述无线供电装置及所述无线受电装置的至少一方具备权利要求1～6中任一项所述的金属异物检测装置。