JP2012213270A - 非接触給電システム - Google Patents

Abstract

【課題】給電機器と負荷機器との間に通信手段を設けることなく、給電機器と負荷機器との間に存在する金属を検出可能な非接触給電システムを提供する。
【解決手段】電力供給用の一次コイル２３、二次コイル３３と、給電機器２に設けられ、負荷機器３と対向配置される第１電極２４１と、負荷機器３に設けられ、第１電極２４１と対向配置される第２電極３４と、第２電極３４の電極に、第１電極２４１と第２電極３４とが対向配置されることにより生じる静電容量Ｃ１を検出するための検出用電圧を供給する交流電源３７と、第１電極２４１に接続され、静電容量Ｃ１を検出するＩＶ変換回路２７１と、ＩＶ変換回路２７１によって検出された静電容量Ｃ１に基づいて、第１電極２４１と第２電極３４との間における金属の有無を判定する判定部２８とを備えた。
【選択図】図６

Description

本発明は、給電機器と、電磁誘電現象を利用して給電機器より電力が供給される負荷機器とを備えた非接触給電システムに関する。

従来から、電磁誘導現象を利用することで、給電機器の給電用コイルから、負荷機器の受電用コイルへ電力を供給する非接触給電システムが知られている。このような非接触給電システムにおいては、給電機器と負荷機器との間に金属の異物（以下、金属異物と称する）が挟まると、金属が発熱するおそれがある。

そこで、給電機器と、負荷機器とに、それぞれコイルに流れる電流検知手段を設け、負荷機器で検出された電流値を通信手段によって給電機器へ送信し、給電機器において、給電用コイルに流れた電流値と通信手段によって受信された電流値とを比較することで、その比較結果から、給電機器と負荷機器との間における金属異物を検出する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００１−２７５２８０号公報

しかしながら、上述の技術では、給電機器と負荷機器との間でコイル電流値を送受信する通信手段を備える必要があるため、コストが増大するという不都合があった。

本発明の目的は、給電機器と負荷機器との間に通信手段を設けることなく、給電機器と負荷機器との間に存在する金属を検出可能な非接触給電システムを提供することを目的とする。

本発明に係る非接触給電システムは、給電機器と、電磁誘電現象を利用して前記給電機器より電力が供給される負荷機器とを備えた非接触給電システムにおいて、前記給電機器に設けられ、前記負荷機器へ電力供給する一次コイルと、前記負荷機器に設けられ、前記一次コイルから電力を受電する二次コイルと、前記給電機器に設けられ、前記負荷機器と対向配置される第１電極と、前記負荷機器に設けられ、前記第１電極と対向配置される第２電極と、前記第１及び第２電極のうちいずれか一方の電極に、前記第１電極と前記第２電極とが対向配置されることにより生じる静電容量を検出するための検出用電圧を供給する電源部と、前記第１及び第２電極のうち他方の電極に接続され、前記静電容量を検出する容量検出部と、前記容量検出部によって検出された静電容量に基づいて、前記第１電極と前記第２電極との間における金属の有無を判定する判定部とを備える。

また、前記他方の電極は複数設けられ、前記各他方の電極は前記一方の電極より小さく、前記容量検出部は、前記一方の電極と前記各他方の電極とが対向配置されることにより生じた静電容量をそれぞれ検出することが好ましい。

また、前記判定部は、前記容量検出部によって検出された各静電容量相互間のばらつきの程度が予め設定された判定値よりも大きいとき、前記金属が有ると判定することが好ましい。

また、前記ばらつきの程度は、前記各静電容量のうちの最大値と最小値との差であることが好ましい。

また、前記容量検出部によって検出された静電容量が、予め設定された判定値よりも大きいとき、前記金属が有ると判定するようにしてもよい。

また、前記検出用電圧は、直流電圧であってもよい。

また、前記容量検出部は、前記静電容量を電圧に変換するＣＶ変換回路であることが好ましい。

また、前記検出用電圧は、交流電圧であることが好ましい。

また、前記容量検出部は、前記第１電極と前記第２電極との間を流れる電流を前記静電容量を示す情報として電圧に変換するＩＶ変換回路であることが好ましい。

また、前記第１電極は、前記一次コイルの周囲を取り囲むように配設されており、前記第２電極は、前記二次コイルの周囲を取り囲むように配設されていることが好ましい。

また、前記給電機器は、前記負荷機器と対向する表面に配設された第１接触電極を備え、前記負荷機器は、前記第１接触電極と接触する第２接触電極を備え、前記電源部は、前記第１接触電極、及び前記第２接触電極を介して、前記第１電極と前記第２電極との間に前記検出用電圧を供給することが好ましい。

また、前記給電機器は、前記負荷機器と対向する表面に凹部及び凸部のいずれか一方を備え、当該一方に前記第１接触電極が設けられ、前記負荷機器は、前記給電機器と対向する表面に前記凹部及び凸部のうち他方を備え、当該他方に前記第２接触電極が設けられていることが好ましい。

また、前記一方の電極は、前記第２電極であり、前記他方の電極は、前記第１電極であり、前記容量検出部及び前記判定部は、前記給電機器に設けられ、前記判定部は、前記金属が有ると判定したとき、前記一次コイルによる電力供給を停止させることが好ましい。

また、前記一方の電極は、前記第１電極であり、前記他方の電極は、前記第２電極であり、前記容量検出部及び前記判定部は、前記負荷機器に設けられ、前記負荷機器は、前記判定部によって前記金属が有ると判定されたとき、異常を報知する報知部をさらに備えるようにしてもよい。

このような構成の非接触給電システムは、第１電極と第２電極との間に金属が存在すると、第１電極と第２電極との間の静電容量が変化する。そこで、判定部は、容量検出部によって検出された静電容量に基づいて、第１電極と前記第２電極との間における金属の有無を判定する。これにより、給電機器と負荷機器との間に通信手段を設けることなく、給電機器と負荷機器との間に存在する金属を検出することができる。

本発明の一実施形態に係る非接触給電システムの構成の一例を説明するための説明図である。 一次コイル、二次コイル、第１電極、及び第２電極の配置の一例を示す説明図である。 第１電極、及び第２電極の配置の他の一例を示す説明図である。 一次コイル、二次コイル、第１電極、及び第２電極の配置の他の一例を示す説明図である。 一次コイル、二次コイル、第１電極、及び第２電極の配置の他の一例を示す説明図である。 図１に示す非接触給電システムの電気的構成の一例を示す説明図である。 金属異物の有無による静電容量の変化を説明するための説明図である。 金属異物の有無による静電容量の変化を説明するための説明図である。 ＩＶ変換回路から出力される電圧と、金属片の大きさとの関係を示したグラフである。 図６に示す非接触給電システムの変形例を示す説明図である。 電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４のばらつきの一例を示す説明図である。 本発明の第２実施形態に係る非接触給電システムの構成の一例を示す説明図である。

以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の一実施形態に係る非接触給電システムの構成の一例を説明するための説明図である。図１に示す非接触給電システム１は、給電機器２と、負荷機器３とが組み合わされて、構成されている。給電機器２と、負荷機器３とは離間可能に構成されている。

給電機器２は略箱状の筐体２１を備え、負荷機器３は略箱状の筐体３１を備えている。図１において、給電機器２の筐体２１の上面は負荷機器３と対向、接触させるための対向面２２とされており、負荷機器３の筐体３１の下面は、対向面２２と対向、接触させるための対向面３２とされている。

給電機器２には、対向面２２の内側（直下）に、平面状に巻き回された一次コイル２３が対向面２２と略平行に配設されている。また、対向面２２の内側（直下）には、一次コイル２３の周囲を取り囲むように、平面状（シート状）の４個の第１電極２４１，２４２，２４３，２４４が、対向面２２と略平行に配設されている。また、対向面２２には、第１接触電極２６が設けられている。第１接触電極２６は、例えば矩形、凸状にされている。

負荷機器３には、対向面３２の内側（直上）に、平面状に巻き回された二次コイル３３が対向面３２と略平行に配設されている。また、対向面３２の内側（直上）には、二次コイル３３を取り囲むように環状にされた第２電極３４が、対向面３２と略平行に配設されている。また、対向面３２には、第２接触電極３６が設けられている。第２接触電極３６は、例えば矩形、凹状にされている。第２接触電極３６の凹部は、ユーザが凸状の第１接触電極２６をはめ込みやすいように、第１接触電極２６より大きめに形成されている。

そして、凹状の第２接触電極３６に、凸状の第１接触電極２６が嵌り込むようにユーザが給電機器２と負荷機器３とを組み合わせると、第１接触電極２６と第２接触電極３６とが接触して電気的に接続されるようになっている。

また、凹状の第２接触電極３６に、凸状の第１接触電極２６が嵌り込むことで、図２に示すように、給電機器２に対して、一次コイル２３と二次コイル３３とが対向する給電位置に、負荷機器３が位置決めされるようになっている。そして、負荷機器３が給電位置に位置決めされると、第２電極３４と第１電極２４１，２４２，２４３，２４４とが対向するように、第１接触電極２６、第２接触電極３６、一次コイル２３、二次コイル３３、第１電極２４１，２４２，２４３，２４４、及び第２電極３４の位置関係が決められる。

なお、図３に示すように、第１電極２４１，２４２，２４３，２４４とそれぞれ対向するように第２電極３４を設けてもよい。しかしながら、図１に示すように、一つの大きな第２電極３４に、複数の第１電極２４１，２４２，２４３，２４４を対向させた方が、図３に示した例と比較して、給電機器２と負荷機器３との位置ずれにより第１電極と第２電極とを対向させやすくなる。

また、必ずしも第１接触電極２６及び第２接触電極３６を凹凸にして位置決めする構成に限らない。例えば、第１接触電極２６及び第２接触電極３６は平面状のフラットな電極とし、例えば給電機器２と負荷機器３とに永久磁石を設けて磁石の磁力によって、負荷機器３を給電位置に位置決めするようにしてもよい。

また、図４に示すように、給電機器２が一次コイル２３を取り囲むように環状にされた第１電極２４を備え、負荷機器３が二次コイル３３の周囲を取り囲むように、平面状の４個の第２電極３４を備える構成としてもよい。

また、第１電極２４１，２４２，２４３，２４４、（２４）及び第２電極３４は、必ずしも一次コイル２３及び二次コイル３３の周囲を取り囲むように配設されている必要はない。例えば、図５に示すように、第１電極２４１，２４２，２４３，２４４、（２４）と隣接して一次コイル２３が配設され、第２電極３４と隣接して二次コイル３３が配設されていてもよい。

しかしながら、図１、図２、図４に示すように、第１電極及び第２電極が一次コイル２３及び二次コイル３３の周囲を取り囲むように配設されている方が、金属異物が一次コイル２３及び二次コイル３３のどの位置に存在していても、検出しやすくなる点でより望ましい。

図６は、図１に示す非接触給電システム１の電気的構成の一例を示す説明図である。図１に示す非接触給電システム１は、給電機器２と負荷機器３とが組み合わされて、対向面２２と対向面３２とが接触した状態で、負荷機器３が給電位置に位置決めされている。

そして、一次コイル２３と二次コイル３３とが対向配置され、第１電極２４１，２４２，２４３，２４４と第２電極３４とが対向配置され、第１接触電極２６と第２接触電極３６とが接続されている。

給電機器２は、一次コイル２３、第１電極２４１，２４２，２４３，２４４、第１接触電極２６、ＩＶ変換回路２７１，２７２，２７３，２７４（容量検出部）、判定部２８、及び電力供給回路２９を備えている。

負荷機器３は、二次コイル３３、第２電極３４、第２接触電極３６、交流電源３７（電源部）、及び受電回路３８を備えている。

そして、第１電極２４１と第２電極３４とが対向配置されることによってキャパシタＣ１が構成され、第１電極２４２と第２電極３４とが対向配置されることによってキャパシタＣ２が構成され、第１電極２４３と第２電極３４とが対向配置されることによってキャパシタＣ３が構成され、第１電極２４４と第２電極３４とが対向配置されることによってキャパシタＣ４が構成されている。

なお、第１電極が複数、第２電極が一つとなる構成例を示したが、第１電極及び第２電極が一つずつであってもよく、第１電極及び第２電極が共に複数であってもよく、第１電極が一つ、第２電極が複数であってもよい。また、複数の場合の電極数も、４個に限らない。

電力供給回路２９は、高周波電流を一次コイル２３に供給することで、電磁誘導現象により二次コイル３３へ電力を供給する。受電回路３８は、二次コイル３３によって受電された電力から、負荷機器３の動作用電源電圧を生成する電源回路である。

交流電源３７の正極端子は第２電極３４に接続され、交流電源３７の負極端子は第２接触電極３６及び第１接触電極２６を介して給電機器２の回路グラウンドに接続される。交流電源３７は、周波数ｆの交流電圧を検査用電圧として第２電極３４へ印加する。

ＩＶ変換回路２７１，２７２，２７３，２７４は、キャパシタＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４に流れる電流を、それぞれ電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４に変換して判定部２８へ出力する電流−電圧変換回路である。

ここで、交流電源３７は、検査用電圧として交流電圧を出力するから、電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４も正弦波状に変化する。従って、キャパシタＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４の静電容量が増大するほど、電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４の電圧振幅（ピークtoピーク電圧）が増大することになる。従って、電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４の電圧振幅は、キャパシタＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４の静電容量に応じた値を示している。すなわち、電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４の電圧振幅は、キャパシタＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４の静電容量を示す情報となる。

ＩＶ変換回路２７１は、オペアンプＯＰ１の出力端子と反転入力端子とが抵抗Ｒ１によって接続され、オペアンプＯＰ１の非反転入力端子が回路グラウンドに接続されて、構成されている。ＩＶ変換回路２７２は、オペアンプＯＰ２の出力端子と反転入力端子とが抵抗Ｒ２によって接続され、オペアンプＯＰ２の非反転入力端子が回路グラウンドに接続されて、構成されている。ＩＶ変換回路２７３は、オペアンプＯＰ３の出力端子と反転入力端子とが抵抗Ｒ３によって接続され、オペアンプＯＰ３の非反転入力端子が回路グラウンドに接続されて、構成されている。ＩＶ変換回路２７４は、オペアンプＯＰ４の出力端子と反転入力端子とが抵抗Ｒ４によって接続され、オペアンプＯＰ４の非反転入力端子が回路グラウンドに接続されて、構成されている。

そして、第１電極２４１がオペアンプＯＰ１の反転入力端子に接続され、第１電極２４２がオペアンプＯＰ２の反転入力端子に接続され、第１電極２４３がオペアンプＯＰ３の反転入力端子に接続され、第１電極２４４がオペアンプＯＰ４の反転入力端子に接続されている。

そうすると、オペアンプＯＰ１，ＯＰ２，ＯＰ３，ＯＰ４の反転入力端子は、仮想接地されて回路グラウンドと同電位になるから、交流電源３７は、第２電極３４と第１電極２４１，２４２，２４３，２４４との間に検査用電圧を供給することになる。

また、検査用電圧として交流電圧を用いると、検査用電圧の周波数ｆを増大させることによって、キャパシタＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４に流れる電流を増大させて、すなわち信号成分を増大させて、電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４のＳ／Ｎ比を増大させることが容易であるという、メリットがある。

また、周囲のノイズ環境に合わせて周波数ｆを設定することによって、ノイズの影響を低減することが容易である。例えば日本では、無線通信の周波数帯として９００ＭＨｚが用いられているため、９００ＭＨｚの周波数帯を避けて周波数ｆを設定し、ヨーロッパでは無線通信の周波数帯として８００ＭＨｚが用いられているため、８００ＭＨｚの周波数帯を避けて周波数ｆを設定することで、ノイズの影響を低減することが可能である。

判定部２８は、例えば所定の演算処理を実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）と、所定の制御プログラムが記憶されたＲＯＭ（Read Only Memory）と、データを一時的に記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）と、アナログデジタルコンバータと、これらの周辺回路等とを備えて構成されている。

判定部２８は、電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４の電圧振幅を、予め設定された判定電圧Ｖｔｈと比較し、電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４の電圧振幅のいずれかが判定電圧Ｖｔｈを超えると、給電機器２と負荷機器３との間に金属異物が有ると判定し、電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４の電圧振幅のすべてが判定電圧Ｖｔｈ以下の場合、給電機器２と負荷機器３との間には金属異物が無いと判定する。

これにより、判定部２８は、キャパシタＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４の静電容量のいずれかが、判定電圧Ｖｔｈに対応する静電容量より大きいとき、給電機器２と負荷機器３との間に金属異物が有ると判定することになる。

また、判定部２８は、金属異物が有ると判定した場合、制御信号を電力供給回路２９へ出力し、電力供給回路２９による一次コイル２３への高周波電流の供給を停止させることで、一次コイル２３による二次コイル３３への電力供給を停止させる。

図７、図８は、金属異物の有無によるキャパシタＣ１の静電容量の変化を説明するための説明図である。なお、キャパシタＣ２，Ｃ３，Ｃ４の静電容量が変化するメカニズムはキャパシタＣ１と同様であるからその説明を省略する。

まず、金属異物が存在せず、給電機器２と負荷機器３とが密着しているときは、図７に示すように、第２電極３４と第１電極２４１との対向距離Ｌ１が、キャパシタＣ１の電極間距離となる。

一方、図８（ａ）に示すように、給電機器２と負荷機器３との間に金属異物が存在するとき、図８（ｂ）に示すように、第２電極３４と第１電極２４１との間に金属異物が挟まると、第２電極３４と金属異物とでキャパシタＣ１１が形成され、金属異物と第１電極２４１とでキャパシタＣ１２が形成される結果、キャパシタＣ１はキャパシタＣ１１とキャパシタＣ１２との直列回路と等価となる。

このとき、キャパシタＣ１１，Ｃ１２の電極間距離は図７に示す対向距離Ｌ１より短いから、キャパシタＣ１１，Ｃ１２の静電容量は、それぞれ図７に示すキャパシタＣ１より大きい。すなわち、第２電極３４と第１電極２４１との間に金属異物が挟まると、金属異物が存在しないときよりキャパシタＣ１の静電容量は増大する。

他方、図８（ａ）に示すように、給電機器２と負荷機器３との間に金属異物が挟まると、金属異物が存在しない箇所においても給電機器２と負荷機器３との間隔が開く。このようにして第２電極３４と第１電極２４１との間隔が広がると、図８（ｃ）に示すようにキャパシタＣ１の電極間距離が大きくなったことになるから、金属異物が存在せず、給電機器２と負荷機器３とが密着しているときよりキャパシタＣ１の静電容量は減少する。

そこで、金属異物が存在せず給電機器２と負荷機器３とが密着しているときにＩＶ変換回路２７１から出力される電圧Ｖ１より高く、かつ第２電極３４と第１電極２４１との間に金属異物が挟まっているときにＩＶ変換回路２７１から出力される電圧Ｖ１より低い電圧を、例えば実験的に求めて判定電圧Ｖｔｈとすることで、判定部２８は、電圧Ｖ１に基づき金属異物の有無を判定することが可能となる。

図９は、第２電極３４と第１電極２４１との間隔を１ｍｍとし、その間に正方形の金属片を挟んだ場合に、ＩＶ変換回路２７１から出力される電圧Ｖ１の電圧振幅と、金属片の大きさとの関係を示したグラフである。縦軸は金属片が無い状態で得られる電圧Ｖ１の電圧振幅を基準振幅とし、基準振幅からの増加量を検出電圧として示している。

なお、後述するＣＶ変換回路２７１ａを用いた場合には、図９の縦軸に示す検出電圧は、金属片が無い状態で得られる電圧Ｖ１を基準電圧とし、基準電圧からの増加量を検出電圧として示すことになる。

図９に示すように、金属片が大きくなるほど検出電圧が増大し、すなわち電圧Ｖ１の振幅値が増大するから、判定部２８は、電圧Ｖ１に基づいて金属異物の有無を判定することが可能である。

なお、必ずしも容量検出部としてＩＶ変換回路を用いる必要はなく、電源部として交流電源を用いる必要はない。例えば図１０に示す非接触給電システム１ａのように、図１におけるＩＶ変換回路２７１，２７２，２７３，２７４の代わりに容量検出部としてＣＶ変換回路２７１ａ，２７２ａ，２７３ａ，２７４ａを用い、交流電源３７の代わりに電源部として直流電源３７ａを用い、判定部２８の代わりに判定部２８ａを用いてもよい。

ＣＶ変換回路２７１ａ，２７２ａ，２７３ａ，２７４ａは、ＩＶ変換回路２７１，２７２，２７３，２７４における抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４の代わりに、キャパシタＣ７１，Ｃ７２，Ｃ７３，Ｃ７４が接続されている。

このようにして構成されたＣＶ変換回路２７１ａ，２７２ａ，２７３ａ，２７４ａは、キャパシタＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４の静電容量が大きくなるほど電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４の絶対値を増大させる。すなわち、ＣＶ変換回路２７１ａ，２７２ａ，２７３ａ，２７４ａは、キャパシタＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４の静電容量を直接的に電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４へ変換することができる。

判定部２８ａは、電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４の絶対値を、予め設定された判定電圧Ｖｔｈと比較し、電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４の絶対値のいずれかが判定電圧Ｖｔｈを超えると、給電機器２と負荷機器３との間に金属異物が有ると判定し、電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４の絶対値のすべてが判定電圧Ｖｔｈ以下の場合、給電機器２と負荷機器３との間には金属異物が無いと判定する。

なお、図１０に示す非接触給電システム１ａにおいて、直流電源３７ａの代わりに電源部として交流電源３７を用いてもよい。

また、判定部２８は、電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４の電圧振幅のうちいずれかが判定電圧Ｖｔｈを超えると、給電機器２と負荷機器３との間に金属異物が有ると判定する例を示したが、判定部２８は、キャパシタＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４の静電容量のばらつきの程度、すなわち電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４の電圧振幅のばらつきの程度が、予め設定された判定値より大きいときに金属異物が有ると判定するようにしてもよい。

また、判定部２８ａは、電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４の絶対値うちいずれかが判定電圧Ｖｔｈを超えると、給電機器２と負荷機器３との間に金属異物が有ると判定する例を示したが、判定部２８は、キャパシタＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４の静電容量のばらつきの程度、すなわち電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４のばらつきの程度が、予め設定された判定値より大きいときに金属異物が有ると判定するようにしてもよい。

具体的には、判定部２８は、例えば電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４の電圧振幅の最小値と最大値との差が、所定の判定値より大きいときに金属異物が有ると判定するようにしてもよく、例えば統計的に電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４の電圧振幅のばらつきの程度を判断し、そのばらつきの程度を示す値、例えば分散が所定の判定値より大きいときに金属異物が有ると判定するようにしてもよい。

また、判定部２８は、例えば電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４の絶対値の最小値と最大値との差が、所定の判定値より大きいときに金属異物が有ると判定するようにしてもよく、例えば統計的に電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４のばらつきの程度を判断し、そのばらつきの程度を示す値、例えば分散が所定の判定値より大きいときに金属異物が有ると判定するようにしてもよい。

図１１は、電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４のばらつきの一例を示す説明図である。図１１の縦軸に示す電圧は、ＩＶ変換回路２７１，２７２，２７３，２７４が用いられた場合は電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４の電圧振幅を示し、ＣＶ変換回路２７１ａ，２７２ａ，２７３ａ，２７４ａが用いられた場合は電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４の絶対値を示している。

上図は第１電極２４１，２４２，２４３，２４４と第２電極３４との間に金属異物が存在しない場合の電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４の電圧振幅又は絶対値を示し、下図は第１電極２４４と第２電極３４との間に金属異物が存在する場合の電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４の電圧振幅又は絶対値を示している。縦軸は電圧を示している。

図１１に示すように、金属異物がないときは、電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４の電圧振幅又は絶対値は、製造ばらつきやオペアンプの特性ばらつき等の影響により、多少のばらつきはあるものの、すべて一定の範囲Ｗの範囲内に入っている。一方、第１電極２４４と第２電極３４との間に金属異物が存在する場合、電圧Ｖ４の電圧振幅又は絶対値が上昇し、範囲Ｗの範囲外になっている。

電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４は、金属異物が存在しない場合であっても製造ばらつきやオペアンプの特性ばらつき等により変動する。そのため、例えば工場における非接触給電システム１の製造時に、個別の非接触給電システム１毎に金属異物が存在しない場合の電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４を測定し、その測定結果に基づいて、個別の非接触給電システム１毎に判定電圧Ｖｔｈを設定しなければならなくなるおそれがある。

しかしながら、電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４相互間のばらつきは、電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４の個々のばらつきより小さい。そこで、判定部２８は、電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４の電圧振幅又は絶対値のばらつきの程度が、例えば予め実験的に求められた判定値より大きいときに金属異物が有ると判定することで、製造された各非接触給電システム１に共通する同じ判定値を用いることが容易となる。これにより、製造時に、電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４を測定したり判定電圧Ｖｔｈを設定したりする工数を減少させることが可能となる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る非接触給電システム１ｂについて説明する。図１２は、本発明の第２実施形態に係る非接触給電システム１ｂの構成の一例を示す説明図である。

図１２に示す非接触給電システム１ｂは、図６に示す非接触給電システム１とは、給電機器２が第１電極２４を一つしか備えない点、負荷機器３が複数（４個）の第２電極３４を備える点、交流電源３７が給電機器２に設けられ、第１電極２４と回路グラウンドとの間に接続されている点、判定部２８ｂ及びＩＶ変換回路２７１，２７２，２７３，２７４が負荷機器３ｂに設けられている点、４個の第２電極３４が、それぞれオペアンプＯＰ１，ＯＰ２，ＯＰ３，ＯＰ４の反転入力端子に接続され、オペアンプＯＰ１，ＯＰ２，ＯＰ３，ＯＰ４の非反転入力端子が第２接触電極３６及び第１接触電極２６を介して回路グラウンドに接続されている点、及び負荷機器３ｂがＬＥＤ３９（報知部）を備える点で異なる。

図１２に示す非接触給電システム１ｂは、図６に示す非接触給電システム１とは、交流電源３７、判定部２８ｂ、及びＩＶ変換回路２７１，２７２，２７３，２７４の配置が給電機器２ｂと負荷機器３ｂとで入れ替わっていることを除き、非接触給電システム１と同様であるのでその説明の詳細を省略する。

そして、判定部２８ｂは、判定部２８と同様にして金属異物の有無を判定する。判定部２８ｂは、金属異物有りと判定した場合は、電力供給回路２９を停止させる代わりにＬＥＤ３９（報知部）を点灯させる点で、判定部２８と異なる。なお、報知部は、ＬＥＤに限らず、例えばブザーや液晶表示器等であってもよい。

なお、第１電極が一つ、第２電極が複数となる構成例を示したが、第１電極及び第２電極が一つずつであってもよく、第１電極及び第２電極が共に複数であってもよく、第１電極が複数、第２電極が一つであってもよい。また、複数の場合の電極数も、４個に限らない。また、ＩＶ変換回路２７１，２７２，２７３，２７４の代わりにＣＶ変換回路２７１ａ，２７２ａ，２７３ａ，２７４ａを用いてもよい。

その他の構成は図６に示す非接触給電システム１と同様であるのでその説明を省略する。

すなわち、本発明に係る非接触給電システムは、給電機器と、電磁誘電現象を利用して前記給電機器より電力が供給される負荷機器とを備えた非接触給電システムにおいて、前記給電機器に設けられ、前記負荷機器へ電力供給する一次コイルと、前記負荷機器に設けられ、前記一次コイルから電力を受電する二次コイルと、前記給電機器に設けられ、前記負荷機器と対向配置される第１電極と、前記負荷機器に設けられ、前記第１電極と対向配置される第２電極と、前記第１及び第２電極のうちいずれか一方の電極に、前記第１電極と前記第２電極とが対向配置されることにより生じる静電容量を検出するための検出用電圧を供給する電源部と、前記第１及び第２電極のうち他方の電極に接続され、前記静電容量を検出する容量検出部と、前記容量検出部によって検出された静電容量に基づいて、前記第１電極と前記第２電極との間における金属の有無を判定する判定部とを備える。

この構成によれば、給電機器と負荷機器とが組み合わされ、一次コイルと二次コイルとが対向配置されることで、給電機器から負荷機器へ電力供給が行われ、第１電極と第２電極とが対向配置される。そうすると、第１電極と第２電極とによって、キャパシタが構成されて、静電容量が生じる。そして、電源部によって、第１及び第２電極のうちいずれか一方の電極に、静電容量を検出するための検出用電圧が供給され、容量検出部によって、その静電容量が検出される。このとき、第１電極と第２電極との間に金属が存在すると、第１電極と第２電極との間の静電容量が変化する。そこで、判定部は、容量検出部によって検出された静電容量に基づいて、第１電極と前記第２電極との間における金属の有無を判定する。これにより、給電機器と負荷機器との間に通信手段を設けることなく、給電機器と負荷機器との間に存在する金属を検出することができる。

また、前記他方の電極は複数設けられ、前記各他方の電極は前記一方の電極より小さく、前記容量検出部は、前記一方の電極と前記各他方の電極とが対向配置されることにより生じた静電容量をそれぞれ検出することが好ましい。

この構成によれば、一つの大きな一方の電極と、他方の複数の小さな電極が対向配置される。そうすると、一方の電極と他方の電極とをそれぞれ複数の小さな電極により構成し、それぞれ対向配置する場合よりも、給電機器と負荷機器との位置ずれにより一方の電極と他方の電極との間に静電容量が生じなくなるおそれが低減される。その結果、判定部による金属の有無の判定の確実性が向上する。

また、前記判定部は、前記容量検出部によって検出された各静電容量相互間のばらつきの程度が予め設定された判定値よりも大きいとき、前記金属が有ると判定することが好ましい。

この構成によれば、一方の電極と複数の他方の電極とが対向配置されているから、金属が存在する位置の他方の電極から得られる静電容量と、金属が存在しない位置の他方の電極から得られる静電容量との間には差が生じる。従って、給電機器と負荷機器との間に金属片があるときは、容量検出部によって検出された各静電容量相互間のばらつきの程度が増大する可能性が高い。そこで、判定部は、容量検出部によって検出された各静電容量相互間のばらつきの程度が予め設定された判定値よりも大きいとき、前記金属が有ると判定する。ここで、一方の電極と他方の電極とが対向配置されることによって得られる個々の静電容量は、給電機器と負荷機器との製造ばらつき等の影響を受けて、変動し易い。しかしながら、各静電容量相互間のばらつきは、個々の静電容量そのものと比べて上記製造ばらつき等の影響を受けにくい。従って、判定部が、各静電容量相互間のばらつきの程度に基づき金属の有無を判定することで、判定精度が向上する。

また、前記ばらつきの程度は、前記各静電容量のうちの最大値と最小値との差であることが好ましい。

この構成によれば、複数の他方の電極のうちいずれかと一方の電極との間に金属があった場合、各静電容量相互間の差は、各静電容量のうちの最大値と最小値との差として、最も大きな差が現れるから、各静電容量のうちの最大値と最小値との差が判定値よりも大きいとき、金属が有ると判定することで、判定精度が向上する。

また、前記容量検出部によって検出された静電容量が、予め設定された判定値よりも大きいとき、前記金属が有ると判定するようにしてもよい。

この構成によれば、複数の他方の電極をすべて覆うような大きな金属が存在した場合であっても、金属の存在を検出することが容易である。

また、前記検出用電圧は、直流電圧であってもよい。

また、前記容量検出部は、前記静電容量を電圧に変換するＣＶ変換回路であることが好ましい。

この構成によれば、金属の有無に伴う静電容量の変化を、電圧信号として検出することができる。

また、前記検出用電圧は、交流電圧であることが好ましい。

この構成によれば、第１電極と第２電極とによって構成されるキャパシタに、交流電圧が印加される。そうすると、キャパシタに流れる電流は、キャパシタの静電容量が増大するほど増大するから、キャパシタに流れる電流に基づき第１電極と第２電極との間の静電容量を検出することが可能となるので、容量検出部によって、静電容量を検出することが容易となる。

また、前記容量検出部は、前記第１電極と前記第２電極との間を流れる電流を前記静電容量を示す情報として電圧に変換するＩＶ変換回路であることが好ましい。

この構成によれば、金属の有無に伴う電流の変化を、電圧信号として検出することができる。

また、前記第１電極は、前記一次コイルの周囲を取り囲むように配設されており、前記第２電極は、前記二次コイルの周囲を取り囲むように配設されていることが好ましい。

この構成によれば、一次コイルと二次コイルとの周囲における、どの位置に金属があった場合であっても、金属を検出することが容易となる。従って、一次コイルと二次コイルとの間で給電される電力によって、発熱が生じるおそれのある位置に存在する金属を検出できる確実性が向上する。

また、前記給電機器は、前記負荷機器と対向する表面に配設された第１接触電極を備え、前記負荷機器は、前記第１接触電極と接触する第２接触電極を備え、前記電源部は、前記第１接触電極、及び前記第２接触電極を介して、前記第１電極と前記第２電極との間に前記検出用電圧を供給することが好ましい。

この構成によれば、第１接触電極と第２接触電極とが接続されることで、第１電極と第２電極とから構成されるキャパシタと、電源部とを含む閉回路が構成されるので、容量検出部によって、検出用電圧に基づき第１電極と第２電極とから構成されるキャパシタの静電容量を検出することが容易となる。

また、前記給電機器は、前記負荷機器と対向する表面に凹部及び凸部のいずれか一方を備え、当該一方に前記第１接触電極が設けられ、前記負荷機器は、前記給電機器と対向する表面に前記凹部及び凸部のうち他方を備え、当該他方に前記第２接触電極が設けられていることが好ましい。

この構成によれば、凹部に凸部を嵌め込むように、給電機器と負荷機器とを組み合わせることで、負荷機器を給電機器に対して位置決めすることができるので、ユーザの利便性が向上する。また、凹部に凸部を嵌め込むことで、第１接触電極と第２接触電極とが接触するので、第１接触電極と第２接触電極とを接触させる確実性が向上する。

また、前記一方の電極は、前記第２電極であり、前記他方の電極は、前記第１電極であり、前記容量検出部及び前記判定部は、前記給電機器に設けられ、前記判定部は、前記金属が有ると判定したとき、前記一次コイルによる電力供給を停止させることが好ましい。

この構成によれば、容量検出部及び判定部が、給電機器に設けられるので、判定部によって、金属が有ると判定されたとき、一次コイルによる電力供給を停止させることができる。

また、前記一方の電極は、前記第１電極であり、前記他方の電極は、前記第２電極であり、前記容量検出部及び前記判定部は、前記負荷機器に設けられ、前記負荷機器は、前記判定部によって前記金属が有ると判定されたとき、異常を報知する報知部をさらに備えるようにしてもよい。

この構成によれば、負荷機器は、異常を報知する報知部を備えている。そして、容量検出部及び判定部が、負荷機器に設けられるので、判定部によって金属が有ると判定されたとき、報知部により異常を報知することができる。

１，１ａ，１ｂ 非接触給電システム
２，２ａ，２ｂ 給電機器
３，３ａ，３ｂ 負荷機器
２１，３１ 筐体
２２，３２ 対向面
２３ 一次コイル
２４，２４１，２４２，２４３，２４４ 第１電極
２６ 第１接触電極
２８，２８ｂ 判定部
２９ 電力供給回路
３３ 二次コイル
３４ 第２電極
３６ 第２接触電極
３７ 交流電源
３７ａ 直流電源
３８ 受電回路
３９ ＬＥＤ
２７１，２７２，２７３，２７４ ＩＶ変換回路
２７１ａ，２７２ａ，２７３ａ，２７４ａ ＣＶ変換回路
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｃ１１，Ｃ１２ キャパシタ
Ｃ７１，Ｃ７２，Ｃ７３，Ｃ７４ キャパシタ
ｆ 周波数
Ｌ１ 対向距離
ＯＰ１，ＯＰ２，ＯＰ３，ＯＰ４ オペアンプ
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４ 抵抗
Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４ 電圧
Ｖｔｈ 判定電圧

Claims (14)

1. 給電機器と、電磁誘電現象を利用して前記給電機器より電力が供給される負荷機器とを備えた非接触給電システムにおいて、
   前記給電機器に設けられ、前記負荷機器へ電力供給する一次コイルと、
   前記負荷機器に設けられ、前記一次コイルから電力を受電する二次コイルと、
   前記給電機器に設けられ、前記負荷機器と対向配置される第１電極と、
   前記負荷機器に設けられ、前記第１電極と対向配置される第２電極と、
   前記第１及び第２電極のうちいずれか一方の電極に、前記第１電極と前記第２電極とが対向配置されることにより生じる静電容量を検出するための検出用電圧を供給する電源部と、
   前記第１及び第２電極のうち他方の電極に接続され、前記静電容量を検出する容量検出部と、
   前記容量検出部によって検出された静電容量に基づいて、前記第１電極と前記第２電極との間における金属の有無を判定する判定部と
   を備える非接触給電システム。
2. 前記他方の電極は複数設けられ、前記各他方の電極は前記一方の電極より小さく、
   前記容量検出部は、前記一方の電極と前記各他方の電極とが対向配置されることにより生じた静電容量をそれぞれ検出する請求項１記載の非接触給電システム。
3. 前記判定部は、
   前記容量検出部によって検出された各静電容量相互間のばらつきの程度が予め設定された判定値よりも大きいとき、前記金属が有ると判定する請求項２記載の非接触給電システム。
4. 前記ばらつきの程度は、前記各静電容量のうちの最大値と最小値との差である請求項３記載の非接触給電システム。
5. 前記容量検出部によって検出された静電容量が、予め設定された判定値よりも大きいとき、前記金属が有ると判定する請求項１又は２記載の非接触給電システム。
6. 前記検出用電圧は、直流電圧である請求項１〜５のいずれか１項に記載の非接触給電システム。
7. 前記容量検出部は、
   前記静電容量を電圧に変換するＣＶ変換回路である請求項１〜６のいずれか１項に記載の非接触給電システム。
8. 前記検出用電圧は、交流電圧である請求項１〜５のいずれか１項に記載の非接触給電システム。
9. 前記容量検出部は、
   前記第１電極と前記第２電極との間を流れる電流を前記静電容量を示す情報として電圧に変換するＩＶ変換回路である請求項８に記載の非接触給電システム。
10. 前記第１電極は、前記一次コイルの周囲を取り囲むように配設されており、
    前記第２電極は、前記二次コイルの周囲を取り囲むように配設されている請求項１〜９のいずれか１項に記載の非接触給電システム。
11. 前記給電機器は、前記負荷機器と対向する表面に配設された第１接触電極を備え、
    前記負荷機器は、前記第１接触電極と接触する第２接触電極を備え、
    前記電源部は、前記第１接触電極、及び前記第２接触電極を介して、前記第１電極と前記第２電極との間に前記検出用電圧を供給する請求項１〜１０のいずれか１項に記載の非接触給電システム。
12. 前記給電機器は、前記負荷機器と対向する表面に凹部及び凸部のいずれか一方を備え、当該一方に前記第１接触電極が設けられ、
    前記負荷機器は、前記給電機器と対向する表面に前記凹部及び凸部のうち他方を備え、当該他方に前記第２接触電極が設けられている請求項１１記載の非接触給電システム。
13. 前記一方の電極は、前記第２電極であり、
    前記他方の電極は、前記第１電極であり、
    前記容量検出部及び前記判定部は、前記給電機器に設けられ、
    前記判定部は、
    前記金属が有ると判定したとき、前記一次コイルによる電力供給を停止させる請求項１〜１２のいずれか１項に記載の非接触給電システム。
14. 前記一方の電極は、前記第１電極であり、
    前記他方の電極は、前記第２電極であり、
    前記容量検出部及び前記判定部は、前記負荷機器に設けられ、
    前記負荷機器は、
    前記判定部によって前記金属が有ると判定されたとき、異常を報知する報知部をさらに備える請求項１〜１２のいずれか１項に記載の非接触給電システム。

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