JP2014225962A - 検知装置、給電システム、および、検知装置の制御方法 - Google Patents

検知装置、給電システム、および、検知装置の制御方法 Download PDF

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Abstract

【課題】磁界内の異物を正確に検知する。【解決手段】検知装置は、測定コイル、測定部および異物検知部を備える。測定コイルは、電力を受電する受電コイルに対して供給される磁界により特定の向きの電流が誘導される第１の部分コイルと特定の向きに対して逆向きの電流が前記磁界により誘導される第２の部分コイルとからなる。測定部は、測定コイルの電圧を測定コイル電圧として測定する。異物検知部は、測定コイル電圧に基づいて磁界内の異物を検知する。【選択図】図４

Description

本技術は、検知装置、給電システム、および、検知装置の制御方法に関する。詳しくは、磁界内の異物を検知する検知装置、給電システム、および、検知装置の制御方法に関する。
近年、携帯電話機や携帯音楽プレーヤー等のＣＥ（Consumer Electronics）機器に対し、電気的に非接触で電力供給を行う給電システムが注目を集めている。この給電システムは、非接触給電システム、非接触電力伝送システム、または、ワイヤレス給電システムなどと呼ばれている。このシステムにより、電子機器などの２次側機器を、給電機器などの１次側機器の上に置く等の簡易な方法で２次側機器の充電を行うことができる。すなわち、電子機器と給電機器と間で端子接続が不要となる。
このようにして非接触で電力供給を行う方式としては、電磁誘導方式がよく知られている。また、最近では、共鳴現象を利用した磁界共鳴方式（または磁気共鳴方式）と呼ばれる方式を用いた非接触給電システムも注目されている。
磁界共鳴方式を用いた非接触給電システムでは、共鳴現象という原理を利用して電磁誘導方式よりも距離を離した機器間で電力伝送することができるという利点がある。また、給電元の給電コイルと給電先の受電コイルとの間で多少軸合わせが悪くても電力の伝送効率（すなわち、給電効率）があまり落ちないという利点がある。
ただし、これらの磁界共鳴方式及び電磁誘導方式のいずれも、給電元の給電コイルと給電先の受電コイルとの磁気結合を利用した非接触給電システムであることには変わりない。
ところで、非接触給電システムにおいて重要な要素の一つに、磁力線によって発熱しうる金属、磁性体および磁石などの異物の発熱対策がある。電磁誘導方式や磁界共鳴方式の非接触給電システムにおいて、給電コイルと受電コイルとの間隙内に異物が混入すると、その異物を通過する磁力線によって異物が発熱するおそれがある。この異物の発熱は、金属異物を磁力線が通過することで金属異物に発生する渦電流損や、異物磁性体や異物磁石を磁力線が通過することで異物磁性体等に生じるヒステリシス損などに起因している。
異物の発熱は給電機器や電子機器の誤動作や損傷などに繋がりうるため、異物の発熱の防止は、非接触給電システムの大きな課題と言える。
この発熱対策として温度センサを追加し、異物の発熱を検知する手法があるが、この手法では、既に高温となった異物を検知することになるので異物発熱の抜本的な対策方法とは言い難い。つまり、磁力線によって発熱しうる異物を検知する方法としては、異物が大きく発熱する前に検知できる方法が望ましい。
そこで、給電側と受電側の間に金属異物が入ったときの電気パラメータ（電流や電圧等）の変化を見て、金属異物の有無を判断する手法が提案されている。このような手法であれば、異物が大きく発熱する前に、その存在を検知可能である。具体的には、給電側と受電側の通信の際の振幅および位相の変化によって金属異物を検出する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。また、渦電流損によって金属異物を検出する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
特開２００８−２０６２３１号公報 特開２００１−２７５２８０号公報
しかしながら、上述の従来技術では、異物を正確に検知することができないおそれがある。上述のシステムでは、受電側の金属筺体の影響が加味されていない。一般的な電子機器への充電を考えた場合、電子機器に何らかの金属（金属筐体や金属部品など）が使われている可能性が高い。このため、パラメータの変化が「金属筺体等の影響によるもの」であるか、あるいは「金属異物が混入したことによるもの」であるのかの切り分けが困難である。例えば、渦電流損の変化により異物を検知する場合、渦電流損が電子機器の金属筺体で発生しているのか、それとも給電側と受電側との間に金属異物が混入して発生しているのかを判断することができない。振幅および位相の変化により異物を検知する場合も同様である。
本技術はこのような状況に鑑みて生み出されたものであり、磁界内の異物を正確に検知することを目的とする。
本技術は、上述の問題点を解消するためになされたものであり、その第１の側面は、電力を受電する受電コイルに対して供給される磁界により特定の向きの電流が誘導される第１の部分コイルと上記特定の向きに対して逆向きの電流が上記磁界により誘導される第２の部分コイルとからなる測定コイルと、上記測定コイルの電圧を測定コイル電圧として測定する測定部と、上記測定コイル電圧に基づいて上記磁界内の異物を検知する異物検知部とを具備する検知装置、および、その制御方法である。これにより、測定コイル電圧に基づいて異物が検知されるという作用をもたらす。
また、この第１の側面において、上記測定部は、上記受電コイルの電圧および電流をさらに測定し、上記異物検知部は、上記測定コイル電圧と上記受電コイルの電圧および電流とから上記受電コイルのインピーダンスを取得して当該インピーダンスに基づいて上記異物を検知してもよい。これにより、インピーダンスに基づいて異物が検知されるという作用をもたらす。
また、この第１の側面において、上記測定部は、上記受電コイルの電圧を受電コイル電圧としてさらに測定し、上記異物検知部は、上記測定コイル電圧と上記受電コイル電圧との電圧比を取得して当該電圧比に基づいて上記異物を検知してもよい。これにより、電圧比に基づいて異物が検知されるという作用をもたらす。
また、この第１の側面において、上記受電コイルは、電力量の異なる第１および第２の電力を順に受電し、上記異物検知部は、上記第１の電力が受電された場合に取得した上記電圧比と上記第２の電力が受電された場合に取得した上記電圧比との差に基づいて上記異物を検知してもよい。これにより、電圧比の差に基づいて異物が検知されるという作用をもたらす。
また、この第１の側面において、上記測定コイルは、直列に接続された上記第１および第２の部分コイルからなるものであってもよい。これにより、直列に接続された部分コイルからなる測定コイルの電圧に基づいて異物が検知されるという作用をもたらす。
また、この第１の側面において、上記第１および第２の部分コイルは、コイル面の面積が異なっていてもよい。これにより、コイル面の面積の異なる部分コイルからなる測定コイルの電圧に基づいて異物が検知されるという作用をもたらす。
また、この第１の側面において、上記第１および第２の部分コイルは、上記受電コイルの最外縁と最内縁との中間を挟む位置に配置されてもよい。これにより、２つの部分コイルが受電コイルの最外縁と最内縁との中間を挟む位置に配置された測定コイルの電圧に基づいて異物が検知されるという作用をもたらす。
また、この第１の側面において、上記第１および第２の部分コイルの一方は、上記受電コイルの最外縁より外側に配置されてもよい。これにより、一方の部分コイルが受電コイルの最外縁より外側に配置された測定コイルの電圧に基づいて異物が検知されるという作用をもたらす。
また、この第１の側面において、上記第１および第２の部分コイルの一方は、上記受電コイルの最内縁より内側に配置されてもよい。これにより、一方の部分コイルが受電コイルの最内縁より内側に配置された測定コイルの電圧に基づいて異物が検知されるという作用をもたらす。
また、この第１の側面において、上記第１および第２の部分コイルは、略同一平面上に配置されてもよい。これにより、略同一平面上に配置された部分コイルからなる測定コイルの電圧に基づいて異物が検知されるという作用をもたらす。
また、この第１の側面において、上記第１および第２の部分コイルは、コイル面の中心が略一致する位置に配置されてもよい。これにより、コイル面の中心が略一致する位置に配置された部分コイルからなる測定コイルの電圧に基づいて異物が検知されるという作用をもたらす。
また、この第１の側面において、上記電力は、給電装置により給電された電力であり、上記異物が検知された場合には上記電力の電力量の低減を要求する制御信号を上記給電装置へ送信する送信部をさらに具備してもよい。これにより、異物が検知された場合には電力の電力量の低減を要求する制御信号が送信されるという作用をもたらす。
また、本技術の第２の側面は、電力を供給する給電コイルが受電コイルに対して供給する磁界により特定の向きの電流が誘導される第１の部分コイルと前記特定の向きに対して逆向きの電流が前記磁界により誘導される第２の部分コイルとからなる測定コイルと、上記測定コイルの電圧を測定コイル電圧として測定する測定部と、上記測定コイル電圧に基づいて上記磁界内の異物を検知する異物検知部とを具備する検知装置である。これにより、測定コイル電圧に基づいて異物が検知されるという作用をもたらす。
また、本技術の第３の側面は、磁界を介して電力を供給する給電コイルと、前記電力を受電する受電コイルと、前記磁界により特定の向きの電流が誘導される第１の部分コイルと前記特定の向きに対して逆向きの電流が前記磁界により誘導される第２の部分コイルとからなる測定コイルと、前記測定コイルの電圧を測定コイル電圧として測定する測定部と、前記測定コイル電圧に基づいて前記磁界内の異物を検知する異物検知部とを具備する給電システムである。これにより、測定コイル電圧に基づいて異物が検知されるという作用をもたらす。
本技術によれば、磁界内の異物を正確に検知することができるという優れた効果を奏し得る。
第１の実施の形態における非接触給電システムの一構成例を示す斜視図である。 第１の実施の形態における給電装置の一構成例を示すブロック図である。 第１の実施の形態における受電装置の一構成例を示すブロック図である。 第１の実施の形態における受電コイルおよび検知コイルの一例を示す図である。 第１の実施の形態における検知コイルが発生する磁界の分布の一例を示す図である。 第１の実施の形態における異物検知部の一構成例を示すブロック図である。 第１の実施の形態における給電装置の動作の一例を示すフローチャートである。 第１の実施の形態における受電装置の動作の一例を示すフローチャートである。 第１の実施の形態における異物の温度変化の一例を示すグラフである。 第１の実施の形態における受電コイルのインピーダンスの変化の一例を示すグラフである。 第２の実施の形態におけるΔＫの変化の一例を示すグラフである。 第３の実施の形態における電圧比の変化の一例を示すグラフである。 第４の実施の形態における検知コイルの電圧の変化の一例を示すグラフである。 変形例における受電コイルおよび検知コイルの配置例を示す断面図である。
以下、本技術を実施するための形態（以下、実施の形態と称する）について説明する。説明は以下の順序により行う。
１．第１の実施の形態（インピーダンスに基づいて異物を検知する例）
２．第２の実施の形態（ΔＫに基づいて異物を検知する例）
３．第３の実施の形態（電圧比に基づいて異物を検知する例）
４．第４の実施の形態（検知コイル電圧に基づいて異物を検知する例）
５．変形例
＜１．第１の実施の形態＞
［非接触給電システムの構成例］
図１は、実施の形態における非接触給電システムの一構成例を示す斜視図である。この非接触給電システムは、磁界を介して電気的に非接触で電力を供給するためのシステムである。非接触給電システムは、給電装置１００と、受電装置４００および４０１とを備える。なお、受電装置の個数は２つに限定されず、１つや３つ以上であってもよい。
給電装置１００は、磁力により受電装置４００および４０１に対して、電気的に非接触で電力を供給するものである。非接触給電により、ユーザは、ＡＣ（Alternating Current）アダプタ等への端子接続を行わなくとも、給電装置１００に受電装置４００や４０１を置くなどの容易な操作で充電を行うことができる。このような充電方式は、ユーザの負担を軽減させる。
給電装置１００は、例えば、一定面積の平面を備える形状に形成される。具体的には、給電装置１００は、浅い箱型の形状（いわゆる、トレー状）、敷物のような形状（いわゆる、マット状）、または、小高くて上部が平らな形状（いわゆる、台状）に形成される。この平面（以下、「給電面」と称する。）の下部や表面には、磁界を発生する給電コイルが配置される。
給電面の平面は、受電装置４００および４０１などの受電装置を複数置くことができるように、それらの装置の受電面の面積より十分に大きいことが望ましい。ここで、受電面は、磁界を介して供給された電源を受電する受電コイルが下部や表面に配置された平面である。給電面上に、複数の受電装置を置くことにより、非接触給電システムは、これらの装置を同時または順に充電することができる。
なお、給電面の面積を受電面の面積より大きくする構成としているが、この構成に限定されない。それらの面積が同程度であってもよいし、給電面の面積の方が受電面より小さくてもよい。また、受電装置４００等を近接させるだけでも充電することができるため、給電装置１００の形状は、平面を備える形状に限定されない。例えば、給電装置１００は、卓上ホルダやクレードルといったスタンド型の形状であってもよい。
また、給電装置１００は充電のみを行う構成としているが、充電とともに、受電装置４００との間で、双方向のデータ転送を行ってもよい。
受電装置４００は、給電装置１００から磁界を介して供給された電力を受電するものである。例えば、携帯電話端末や電子スチルカメラなどの電子機器が、受電装置４００として用いられる。この受電装置４００は、磁界内の異物の有無を検知し、異物があると給電装置１００に対して給電量の低減を要求する。給電装置１００は、その要求に応じて給電量を低減する。これにより、異物の発熱が防止される。受電装置４０１の構成は、受電装置４００と同様である。
なお、受電装置４００は、電気自動車などの電子機器以外の機器であってもよい。電気自動車である場合、受電装置４００は、例えば、泥等に混じって車体に付着した金属異物を検知することができる。
［給電装置の構成例］
図２は、第１の実施の形態における給電装置１００の一構成例を示すブロック図である。この給電装置１００は、電力変換回路１１０、給電制御部１２０、復調回路１３０、インピーダンス整合回路１４０、キャパシタ１５０および給電コイル１６０を備える。
電力変換回路１１０は、給電装置１００の外部の電力供給源から供給される電力の電圧や周波数を変換して、電力伝送を行うための交流電力を生成する回路である。また、電力変換回路１１０は、給電制御部１２０により周波数の変更が指示されると、生成する交流電力の周波数を変更する。ここで、外部の電力供給原は、例えば、プラグソケット（いわゆるコンセント）を介して供給される商用電源である。
給電制御部１２０は、受電装置４００に供給する電力量を制御するものである。この給電制御部１２０は、給電装置１００の電源が投入されると、電力変換回路１１０を制御して受電装置４００に所定の電力量Ｗ１の供給を開始させる。ここで、電力量Ｗ１は、例えば、受電装置４００が動作可能な最小限の電力量に設定される。
そして、給電制御部１２０は、受電装置４００から復調回路１３０を介して、給電量を制御するための給電制御信号を受信する。給電制御部１２０は、その給電制御信号に従って給電量を制御する。この給電制御信号には、例えば、給電量の増大を要求する信号と、給電量の減少を要求する信号とが含まれる。
給電量の増大が要求されると、給電制御部１２０は、電力変換回路１１０を制御して受電装置４００に電力量Ｗ１より高い電力量Ｗ２を供給させる。ここで、電力量Ｗ２は、例えば、受電装置４００が二次電池の充電等を行うのに十分な電力量に設定される。
そして、電力量がＷ２であるときに給電量の減少が要求されると、給電制御部１２０は、電力変換回路１１０を制御して電力量をＷ１に戻す。なお、給電制御部１２０は、電力量をＷ１およびＷ２の２段階に制御しているが、３段階以上に制御してもよいし、給電の開始および停止を制御してもよい。
給電量の制御は、例えば、給電制御部１２０が電力変換回路１１０を制御して交流周波数を変更させることにより実現される。具体的には、給電制御部１２０は、給電量を増大させる場合には交流周波数を特定の周波数（例えば、共振周波数）に略一致させ、給電量を減少させる場合には交流周波数を特定の周波数と異なる値に制御する。
なお、給電量の制御は、交流周波数の変更に限定されない。例えば、給電制御部１２０は、電力変換回路１１０に交流電圧を降圧または昇圧させることにより給電量を制御してもよい。また、電力変換回路１１０がスイッチング電源などによりパルス信号を生成して給電コイル１６０に供給する構成の場合、給電制御部１２０が、そのパルス信号のデューティ比を変更させることにより給電量を制御してもよい。
復調回路１３０は、受電装置４００からの交流信号を復調して、その交流信号に重畳された給電制御信号を取り出すものである。復調回路１３０は、その給電制御信号を給電制御部１２０に供給する。
インピーダンス整合回路１４０は、給電側の回路のインピーンダンスを制御して、受電側の回路のインピーダンスと整合させる回路である。インピーダンス整合を行うことにより、電力の伝送効率が向上する。なお、伝送効率が十分に高い場合や、受電側のインピーダンス整合のみにより伝送効率が十分に向上する場合などには、インピーダンス整合回路１４０を設けない構成としてもよい。
キャパシタ１５０は、電気エネルギーを蓄積または放出する素子である。このキャパシタ１５０は、給電コイル１６０に、例えば直列に接続され、給電コイル１６０とともにＬＣ共振回路を構成する。このＬＣ共振回路の共振周波数ｆ１が、受電側のＬＣ共振回路の共振周波数ｆ２と略一致するように、もしくは共振周波数ｆ２の近傍の周波数となるようにキャパシタ１５０の容量値が設定される。
なお、給電コイル１６０内における線間容量や、給電コイル１６０と後述する受電コイルとの間の容量等から構成される寄生容量成分により、共振周波数ｆ１が得られるのであれば、キャパシタ１５０を設けない構成としてもよい。また、電力の伝送効率が十分に高い場合などには、キャパシタ１５０を設けない構成としてもよい。
また、キャパシタ１５０は容量可変キャパシタであってもよい。その場合には、給電制御部１２０が、その容量を制御して共振周波数を調整する。
給電コイル１６０は、電力変換回路１１０から交流電力が供給されると、アンペールの法則に従って電磁波を発生するものである。この電磁波を介して受電装置４００に電源が供給される。
なお、給電装置１００は、給電コイル１６０を１つ備える構成としているが、給電コイル１６０を複数備える構成としてもよい。
［受電装置の構成例］
図３は、第１の実施の形態における受電装置４００の一構成例を示すブロック図である。受電装置４００は、検知コイル４１０と、キャパシタ４２０と、受電コイル４３０と、キャパシタ４４０および４４１と、受電制御部４５０とを備える。また、受電装置４００は、充電制御部４８０、二次電池４８１および負荷回路４８２を備える。
検知コイル４１０は、受電コイル４３０の近傍に配置され、異物を検知するために電圧が測定されるコイルである。なお、検知コイル４１０は、特許請求の範囲に記載の測定コイルの一例である。
キャパシタ４２０は、電気エネルギーを蓄積または放出する素子である。このキャパシタ４２０は、検知コイル４１０に、例えば直列に接続される。キャパシタ４２０は、共振用途やフィルタ用途、カップリング用途などで使われる。特に、共振用途の場合には、検知コイル４１０とともにＬＣ共振回路を構成する。そして、このＬＣ共振回路は、その共振周波数がｆ３となるように、キャパシタ４２０の容量値が設定される。また、この共振周波数ｆ３は、給電側に起因する電磁気的な干渉を低減させたい場合には、給電側の共振周波数ｆ１と一致しないように設定することが望ましい。逆に、給電側に起因する電磁気的な干渉を積極的に利用したい場合には、給電側の共振周波数ｆ１と略一致させる場合もある。もちろん、共振用途やフィルタ用途、カップリング用途などが必要のない状況であれば、キャパシタ４２０を必ずしも設ける必要はない。
受電コイル４３０は、給電装置１００から供給された電源を受電するものである。具体的には、受電コイル４３０は、給電装置１００から電磁波が供給されると、電磁誘導の法則に従って、その電磁波の磁束の変化に応じた誘導電圧を発生する。
なお、受電装置４００は、受電コイル４３０を１つ備える構成としているが、受電コイル４３０を複数備える構成としてもよい。また、受電コイル４３０を複数備える場合には、それらの受電コイル４３０の少なくとも１つの近傍に検知コイル４１０が配置される。
キャパシタ４４０および４４１は、電気エネルギーを蓄積または放出する素子である。キャパシタ４４０は、受電コイル４３０に直列に接続され、キャパシタ４４１は、受電コイル４３０に並列に接続される。これらのキャパシタ４４０および４４１は、受電コイル４３０とともにＬＣ共振回路を構成する。このＬＣ共振回路の共振周波数ｆ２が、給電側の共振周波数ｆ１と略一致するように、もしくは共振周波数ｆ１の近傍の周波数となるようにキャパシタ４４０等の容量値が設定される。
なお、キャパシタ４２０および４４０の少なくとも一方は容量可変キャパシタであってもよい。その場合には、受電制御部４５０が、その容量を制御して共振周波数を調整する。一方、受電コイル４３０内における線間容量や、前述した給電コイル１６０と受電コイル４３０との間の容量等から構成される寄生容量成分により、共振周波数ｆ２が得られるのであれば、キャパシタ４２０やキャパシタ４４０を設けない構成としてもよい。また、電力の伝送効率が十分に高い場合などには、キャパシタ４２０やキャパシタ４４０を設けない構成としてもよい。
また、受電装置４００は、検知コイル４１０を含む共振回路や受電コイル４３０を含む共振回路の他に、さらに共振回路を備えてもよい。
受電制御部４５０は、受電装置４００全体を制御するものである。この受電制御部４５０は、測定部４５１、異物検知部４６０、変調回路４５２、受電制御回路４５３、インピーダンス整合回路４５４、整流回路４５５、電圧安定化回路４５６および負荷接続回路４５７を備える。
また、受電制御部４５０は、端子４７１、４７２、４７３および４７４を備える。端子４７１には、キャパシタ４２０を介して検知コイル４１０の一端が接続される。端子４７２および４７３には、受電コイル４３０を含むＬＣ共振回路が接続される。端子４７４には、充電制御部４８０が接続される。
測定部４５１は、受電コイル４３０の電圧Ｖ２および電流Ｉ２と、検知コイル４１０の電圧Ｖ３とを測定するものである。電圧は、計器用変圧器などにより測定される。電流は、例えば、シャント抵抗を受電コイルに直列に接続して、その両端の電位差から求められる。測定においては電圧の単位として、例えば、ボルト（Ｖ）が用いられ、電流の単位として、例えば、アンペア（Ａ）が用いられる。
なお、電流は、電流トランスにより求めてもよい。また、測定部４５１は、交流信号を増幅する増幅回路を備え、その増幅回路により増幅された電圧等を測定してもよい。交流信号の増幅により、測定部４５１は、電圧等を高精度で測定することができる。
受電コイル４３０の電圧Ｖ２を以下、「受電コイル電圧」と称し、受電コイル４３０の電流Ｉ２を以下、「受電コイル電流」と称する。また、検知コイルの電圧Ｖ３を以下、「検知コイル電圧」と称する。測定部４５１は、それらの測定値を異物検知部４６０に供給する。
ここで、測定される受電コイル電圧および受電コイル電流は、整流回路４５５により整流される前の電圧および電流であるものとする。なお、測定部４５１が整流後の受電コイル電圧および受電コイル電流を測定する構成としてもよい。
異物検知部４６０は、測定部４５１により測定された測定値に基づいて、給電装置１００からの磁界内の異物を検知するものである。この異物検知部４６０は、受電制御部４５０からの接続制御信号に基づいて、負荷が接続されているか否かを判断する。そして、異物検知部４６０は、負荷が接続されているときと負荷が非接続のときとのそれぞれにおける測定値を取得し、それらの測定値に基づいて異物を検知する。検知方法の詳細については後述する。異物検知部４６０は、異物の検知結果を受電制御部４５０に供給する。
なお、検知コイル４１０、測定部４５１および異物検知部４６０を備える装置は、特許請求の範囲に記載の異物検知装置の一例である。また、この異物検知装置を受電装置４００に内蔵する構成としているが、異物検知装置を受電装置４００の外部に設ける構成としてもよい。
変調回路４５２は、給電装置１００への交流信号の振幅などを変調することにより給電制御信号を重畳するものである。この変調回路４５２は、受電制御回路４５３から給電制御信号を受け取ると、その給電制御信号を交流信号に重畳する。これにより、給電装置１００へ給電制御信号が送信される。
なお、変調回路４５２は負荷変調を行っているが、負荷変調以外の変調方式により変調を行ってもよい。また、受電装置４００は、負荷変調により給電制御信号を送信しているが、他の方式で送信してもよい。例えば、受電装置４００は、通信コイルやアンテナをさらに備え、それらを使用して給電制御信号を送信してもよい。
受電制御回路４５３は、異物の検知結果に基づいて給電量を制御するものである。この受電制御回路４５３は、給電装置１００から電力量Ｗ１の電力が供給されると、負荷の非接続を指示する接続制御信号を負荷接続回路４５７に供給する。
そして、異物検知部４６０から測定終了通知を受け取ると、受電制御回路４５３は、負荷の接続を指示する接続制御信号を負荷接続回路４５７に供給し、給電量の増大を要求する給電制御信号を変調回路４５２に供給する。これにより、給電量がＷ１からＷ２に増大する。
電力量Ｗ２が供給された後に、異物が検知されたことを示す検知結果を受け取ると、受電制御回路４５３は、負荷の非接続を指示する接続制御信号を負荷接続回路４５７に供給し、給電量の低減を要求する給電制御信号を変調回路４５２に供給する。これにより、給電量がＷ２からＷ１に減少し、異物の発熱が抑制される。
なお、受電制御回路４５３は異物検知時に給電量を初期のＷ１に戻すように要求しているが、異物検知時には給電量をＷ１よりさらに低くするように要求する構成であってもよい。また、受電制御回路４５３は異物検知時に、Ｗ２より低いが、Ｗ１より高い給電量を要求してもよい。あるいは、受電制御回路４５３は異物検知時に給電の停止を要求する構成であってもよい。もしくは、受電制御回路４５３は、異物検知時に負荷の非接続のみを指示し、給電量の低減を要求しない構成であってもよい。給電量の低減を要求しない場合、変調回路４５２を設ける必要はない。また、受電制御回路４５３は、異物検知時に負荷を非接続にしているが、異物検知時に負荷を接続させたままで給電量の低減を要求する構成であってもよい。
また、受電制御回路４５３は、給電制御信号のみを送信しているが、給電制御信号と別個に、異物の検知結果をさらに送信してもよい。この場合、給電装置１００は、異物の検知時に給電量を低減すればよい。
また、受電制御回路４５３は、整流回路４５５および電圧安定化回路４５６を制御する。例えば、受電制御回路４５３は、電力量Ｗ２が供給されると整流回路４５５および電圧安定化回路４５６を動作させ、異物が検知されると、それらを停止させる。
インピーダンス整合回路４５４は、受電側の回路のインピーンダンスを制御して、給電側の回路のインピーダンスと整合させる回路である。インピーダンス整合を行うことにより、電力の伝送効率が向上する。なお、伝送効率が十分に高い場合や、給電側のインピーダンス整合のみにより伝送効率が十分に向上する場合などには、インピーダンス整合回路４５４を設けない構成としてもよい。
整流回路４５５は、給電装置１００から供給された交流電力を整流して直流電力を生成するものである。この整流回路４５５は、生成した直流電力を電圧安定化回路４５６および負荷接続回路４５７を介して充電制御部４８０に供給する。電圧安定化回路４５６は、直流電力の電圧を一定に制御するものである。
なお、整流回路４５５による整流後の電力をそのまま、電圧安定化回路４５６に供給する構成としているが、この構成に限定されない。例えば、整流後の電力を平滑化する平滑化回路を整流回路４５５と電圧安定化回路４５６との間に設ける構成であってもよい。
負荷接続回路４５７は、受電制御回路４５３の制御に従って、負荷が接続された状態と負荷が非接続の状態とのいずれかに制御するものである。具体的には、負荷接続回路４５７は、負荷の非接続が指示されると、整流回路４５５と充電制御部４８０との間の電路を開状態にして直流電力の供給を遮断する。一方、負荷の接続が指示されると、負荷接続回路４５７は、整流回路４５５と充電制御部４８０との間の電路を閉状態にする。
充電制御部４８０は、直流電力の電圧や電流を制御して、二次電池４８１を充電するものである。また、充電制御部４８０は、二次電池４８１の充電中において、その充電電力の一部を負荷回路４８２に供給する。二次電池４８１は、充電制御部４８０により充電された電力を蓄えるものである。例えば、リチウムイオン電池などが二次電池４８１として用いられる。負荷回路４８２は、二次電池４８１または充電制御部４８０からの電力を使用して動作する回路である。
なお、充電制御部４８０を受電制御部４５０の外部に設ける構成としているが、充電制御部４８０を受電制御部４５０に内蔵する構成としてもよい。これにより、受電制御部４５０は、二次電池４８１や負荷回路４８２への電力供給を効果的に制限ないし停止することができる。その場合、充電制御部４８０を受電制御回路４５３に内蔵する構成としてもよい。一方、充電制御部４８０を受電制御部４５０の外部に設ける構成としたまま、充電制御部４８０が受電制御部４５０の少なくとも一部を制御できるようにしてもよい。
また、異物検知装置を受電側に設ける構成としているが、この異物検知装置を受電側でなく給電側に設ける構成としてもよい。この場合には、検知コイル４１０が給電コイル１６０の近傍に配置され、異物検知部４６０は、その給電コイル１６０が発生する磁界内の異物を検知する。また、異物検知装置は、給電装置１００の内部または外部に設けられる。また、異物検知装置を給電側と受電側の両方に設けてもよい。
また、給電装置１００および受電装置４００は、図２および図３に例示した構成のほかに、必要に応じて、さらに回路等を備えてもよい。例えば、給電装置１００および受電装置４００の少なくとも一方は、異物の検知結果などを表示する表示部、双方向の通信を行う通信部、および、給電装置１００に受電装置４００が置かれたか否かを検出する検出部などをさらに備えてもよい。
図４は、第１の実施の形態における受電コイル４３０および検知コイル４１０の一例を示す図である。図４におけるａは、受電コイル４３０および検知コイル４１０の平面図の一例である。
検知コイル４１０は、２つの部分コイル４１１および４１２を備える。これらのコイルは、受電コイル４３０の近傍に配置される。例えば、受電コイル４３０に電力を供給する磁界内に、検知コイル４１０が配置される。
検知コイル４１０内において部分コイル４１１および４１２は、隣り合う部分コイルの間に一定の隙間が生じるように同心円状に配置されている。部分コイル４１１は外側に配置され、部分コイル４１２は内側に配置される。つまり、部分コイル４１１のコイル面の面積は、部分コイル４１２のコイル面の面積より大きい。
部分コイルの間の隙間は、例えば、空隙とされている。なお、隙間を空隙とせずに、樹脂、ガラスまたは磁性体などの磁力線を大きく阻害しない材料を隙間に配設ないし充填してもよい。また、部分コイルの間に受電コイル４３０の少なくとも一部の巻線を配置してもよい。
また、部分コイル４１１は、給電装置４００からの磁界により部分コイル４１１に誘導される誘導電流の向きが、その磁界により部分コイル４１２に誘導される誘導電流と逆方向となるコイルである。例えば、部分コイル４１１には、磁界により、受電コイル４３０のコイル面に垂直な垂直軸に対して時計回りに誘導電流が流れる。一方、部分コイル４１２には、磁界により、その垂直軸に対して反時計回りに誘導電流が流れる。
このように配置された部分コイル４１１および４１２は、例えば、直列に電気的に接続される。なお、実装面や量産性の観点から直列接続が望ましい場合が多いが、これらの部分コイルを並列に接続する構成であってもよい。
これらの部分コイル４１１および４１２は、それぞれの中心が略一致するように配置することが望ましい。また、これらの部分コイルは、それらの中心が受電コイル４３０の中心と略一致するように配置することが望ましい。
また、半径が大きい方の部分コイル４１１の最外部分は、受電コイル４３０のトラック中央部分（受電コイルの最外縁と最内縁の中間）よりも外側に位置していることが望ましい。また、半径が小さい方の部分コイル４１２の最内部分が受電コイル４３０のトラック中央部分よりも内側に位置していることが望ましい。
また、半径が大きい方の部分コイル４１１の最内部分が受電コイル４３０の最外部分よりも外側に位置していることが望ましい。また、半径が小さい方の部分コイル４１２の最外部分が、受電コイル４３０の最内部分よりも内側に位置していることがさらに望ましい。なお。この場合には、検知コイル４１０と、受電コイル４３０とを略同一平面上で構成することができる。
図４におけるｂは、図４のａのＡ−Ｂ線における受電コイル４３０および検知コイル４１０の断面図の一例である。同図におけるｂに例示するように、検知コイル４１０全体の厚みを薄くするため、また、実装性および量産性の観点から、部分コイル４１１および４１２は略同一平面上に配置することが望ましい。
なお、図４におけるｂでは、検知コイル４１０は受電コイル４３０と異なる平面上に配置されているが、これらを同一平面上に配置してもよい。
これらの受電コイル４３０および検知コイル４１０と給電コイル１６０とは、例えば、導電性の線材を巻くことにより形成され、それぞれの巻き数は、任意である。なお、これらのコイルは、導電性の線材を巻く方法以外の方法により形成してもよい。例えば、プリント配線板やフレキシブルプリント基板などに導電性のパターンにより形成してもよい。このようなコイルは、パターンコイルやパターンループと呼ばれる。パターンコイルは、導電性材料を基板に印刷ないし蒸着したものや導電性の板金やシート等を加工することによっても形成することができる。
また、これらのコイルは、導電性の素線を複数本束ねた線材を巻く巻き方により構成してもよい。具体的には、導電性の素線を２本束ねた線材を巻く巻き方や、その素線を３本束ねた巻線を巻く巻き方などにより構成される。前者はバイファイラ巻きと呼ばれ、後者はトリファイラ巻きと呼ばれる。また、各コイルの巻線は、導電性の素線を複数本束ねて撚った線材（すなわち、リッツ線）であってもよい。
また、これらのコイルとして、スパイラル形状もしくは厚み方向に巻線が巻回しているヘリカル形状のコイルを用いてもよい。また、スパイラル形状のコイルを２層で折り返すように配置するα巻き形状や、更なる多層のスパイラル形状などによって、各コイルを形成してもよい。
また、これらのコイルの周辺には、磁束漏れを防ぐことや伝送効率を向上させることなどを目的として、磁性体、磁石、導電体、または、金属などによるシールドを設けてもよい。
また、受電コイル４３０の巻線が巻かれている個所（すなわち、トラック）の内部に検知コイル４１０を設けてもよい。さらに、誘導加熱用コイルや無線通信用コイルなどの、非接触給電以外の用途に使われるコイルを検知コイル４１０として併用してもよい。加えて、非接触給電システムの構成次第では、受電コイル４３０を検知コイル４１０として併用してもよい。なお、これらの併用は、全く同じコイルを併用して使う場合に加えて、スイッチングなどを用いてコイルの一部を併用する場合なども想定される。
図５は、第１の実施の形態における検知コイル４１０が発生する磁界の分布の一例を示す図である。外側の部分コイル４１１と、その内側の部分コイル４１２とには、互いに向きの異なる電流が磁界により誘導される。このため、これらのコイルの間の領域６０２において、部分コイル４１１の誘導電流により発生する磁力線と、部分コイル４１２の誘導電流により発生する磁力線とが打ち消しあうことがなくなる。これにより、部分コイル４１１の外側の領域６０１と、領域６０２と、部分コイル４１２の内側の領域６０３とのそれぞれにおいて磁力線が略均一に分布する。
このような磁界内に金属などの導電性の異物があると、異物において電磁誘導効果により渦電流が発生する。この渦電流によるジュール熱により異物は発熱する。また、その渦電流が発生した磁界が、検知コイル４１０や受電コイル４３０に作用し、それらの等価回路におけるインピーダンスなどの電気特性を変化させる。したがって、受電装置４００は、それらのコイルの電圧等に基づいて異物を検知することができる。
これに対して、部分コイル４１１および４１２の巻き方を同一にすると、それらのコイルにおいて同じ方向に誘導電流が流れる。このため、それらの部分コイルが発生する磁界が、部分コイルの間において互いに打ち消しあってしまい、異物の検知が困難となってしまう。
［異物検知部の構成例］
図６は、第１の実施の形態における異物検知部４６０の一構成例を示すブロック図である。この異物検知部４６０は、信号処理部４６１、測定値保持部４６２、電気特性取得部４６３および比較部４６４を備える。
信号処理部４６１は、測定値に対して、所定の信号処理を施すものである。具体的には、交流信号の実数成分と虚数成分との分離が信号処理として行われる。信号処理部４６１は、負荷が非接続のときに測定された受電コイル電流Ｉ２ｏｆｆを測定値保持部４６２に保持させる。また、信号処理部４６１は、負荷が非接続のときに測定された受電コイル電圧Ｖ２ｏｆｆおよび検知コイル電圧Ｖ３ｏｆｆのそれぞれの実数成分を測定値保持部４６２に保持させる。信号処理部４６１は、負荷が接続されていないときの測定値の各々を保持させると、測定終了通知を生成して受電制御回路４５３に供給する。
そして負荷が接続されると、信号処理部４６１は、そのときに測定された受電コイル電流Ｉ２ｏｎを測定値保持部４６２に保持させる。また、信号処理部４６１は、負荷が接続されたときに測定された受電コイル電圧Ｖ２ｏｎおよび検知コイル電圧Ｖ３ｏｎのそれぞれの実数成分を測定値保持部４６２に保持させる。測定値保持部４６２は、測定値を保持するものである。
なお、信号処理部４６１は、基本波成分と高調波成分やノイズ成分とを分離して基本成分のみを抽出する処理を信号処理として、さらに実行してもよい。また、信号処理部４６１は、搬送波周波数に関する情報や、搬送波のデューティ比に関する情報を取得して受電制御回路４５３に通知する処理などをさらに実行してもよい。また、測定部４５１が直流電圧等を測定する構成の場合、信号処理部４６１が実数成分と虚数成分との分離を実行する必要はない。
電気特性取得部４６３は、測定値から、受電コイル４３０および検知コイル４１０の少なくとも一方の電気特性を示すパラメータを取得するものである。この電気特性取得部４６３は、パラメータとして、例えば、等価回路上の受電コイル４３０のインピーダンスを取得する。具体的には、電気特性取得部４６３は、測定値保持部４６２から、受電コイル電流Ｉ２ｏｎおよびＩ２ｏｆｆと、受電コイル電圧Ｖ２ｏｎおよびＶ２ｏｆｆと、検知コイル電圧Ｖ３ｏｎおよびＶ３ｏｆｆとを読み出す。そして、電気特性取得部４６３は、それらの測定値から次の式１乃至式４を使用して受電コイル４３０のインピーダンスとして抵抗Ｒ２を求める。電気特性取得部４６３は、求めた抵抗Ｒ２を比較部４６４へ供給する。
Figure 2014225962
Figure 2014225962
Figure 2014225962
Figure 2014225962
ここで、式１は、（Ｒ２＋Ｒｏｎ）×Ｉ２ｏｎ≒ｒｅａｌ（Ｖ２ｏｎ）と（Ｒ２＋Ｒｏｆｆ）×Ｉ２ｏｆｆ≒ｒｅａｌ（Ｖ２ｏｆｆ）とから導出される。これらの式において、Ｒｏｎは、負荷が接続時の受電コイル４３０に実質的に繋がる回路のインピーダンスの実部であり、Ｒｏｆｆは、負荷が非接続時の受電コイル４３０に実質的に繋がる回路のインピーダンスの実部である。また、式１、式３および式４においてｒｅａｌ（Ａ）は、Ａの実数成分を返す関数である。
なお、式３および式４において、実数成分の比を求めているが、実数成分の比の代わりに虚数成分の比や絶対値の比を求めてもよい。
また、電気特性取得部４６３は、受電コイル４３０のインピーダンスとして抵抗Ｒ２を求めているが、抵抗の代わりに受電コイル４３０のリアクタンスを求めてもよい。
加えて電気特性取得部４６３は、インピーダンスの代わりに、例えば次式を使って計算した受電コイル４３０のＱ値を異物検知用のパラメータとして用いてもよい。同様に、式１乃至式４に示したパラメータを少なくとも一部に用いたパラメータを、異物検知用のパラメータとして用いてもよい。
Figure 2014225962
 上式において、Ｑ２は、受電コイル４３０のＱ値であり、Ｌ２は、受電コイル４３０のインダクタンスである。インダクタンスの単位は、例えば、ヘンリー（Ｈ）である。また、Ｃ２は、受電コイル４３０に接続されたキャパシタ４４０の容量である。容量の単位は、例えば、ファラッド（Ｆ）である。
また、電気特性取得部４６３は、次式を使用して、パラメータとしてインピーダンスの代わりに検知コイル４１０のＱ値を求めてもよい。この場合には、測定部４５１は、キャパシタ４２０の両端のうち、検知コイル４１０側の電圧Ｖ３'をさらに測定する。
Figure 2014225962
 上式においてＱ３は、検知コイル４１０のＱ値である。異物検知部４６０は、このＱ３を異物検知用のパラメータとして用いてもよい。
また、電気特性取得部４６３は、次式を使用して、パラメータとして受電コイル４３０のインピーダンスの代わりに検知コイル４１０のインピーダンスの値を求めてもよい。
Figure 2014225962
 上式において、Ｌ３は、検知コイル４１０のインダクタンスである。インダクタンスの単位は、例えば、ヘンリー（Ｈ）である。また、Ｃ３は、検知コイル４１０に接続されたキャパシタ４２０の容量である。容量の単位は、例えば、ファラッド（Ｆ）である。なお、異物検知部４６０は、式１乃至式７に例示したインピーダンス等の逆数を、異物検知用のパラメータとして用いてもよい。
比較部４６４は、電気特性取得部４６３が取得したパラメータと所定の閾値とを比較して、その比較結果を検知結果として受電制御回路４５３へ供給するものである。例えば、比較部４６４は、抵抗Ｒ２が所定の閾値より高い場合に異物を検知する。ここで、閾値は、例えば、異物がない場合に求められた抵抗Ｒ２の値を基準値として、その基準値よりも高い値に設定される。
このように検知コイル電圧Ｖ３により異物を検知するには、電圧を高精度に取得する必要があることから、前述したように測定部４５１で交流信号の増幅を行うことが望ましいが、増幅する場合には増幅回路の利得設計が重要になる。ただし、この増幅回路も含めて受電装置４００内の受電制御回路４５３等をＩＣ（Integrated Circuit）化する際には、回路の仕様により設定可能な利得の範囲が限定される。したがって、その制約の下で検知コイル４１０を設計する必要がある。しかるに、図４に例示したように、検知コイル４１０は、検知コイル電圧Ｖ３を低減可能な部分コイルを一部に含んでいるため、部分コイルが１つのみの場合よりも利得の設計の自由度が高くなる。また、この自由度の高さにより、適切な利得により測定値を高い精度で取得することができるため、異物を高精度で検知することができる。
なお、異物検知部４６０は、負荷を接続するときの給電量と非接続のときの給電量とのそれぞれの測定値を取得しているが、この構成に限定されない。例えば、受電装置４００が負荷を接続したまま、あるいは、負荷を非接続のままで異なる２つの電力量を順に供給させ、異物検知部４６０が、それらの給電量のときの測定値を順に取得してもよい。この場合、受電装置４００は、測定において負荷接続回路４５７を必要としないが、運用面や安全面の観点からは、受電装置４００に負荷接続回路４５７を設けることが望ましい。
［給電装置の動作例］
図７は、第１の実施の形態における給電装置１００の動作の一例を示すフローチャートである。この動作は、例えば、給電装置１００に外部電源が投入されたときに開始する。給電装置１００は、磁界を介して最小の電力量Ｗ１を供給する（ステップＳ９０１）。
そして、給電装置１００は、給電制御信号により給電量の増大が要求されたか否かを判断する（ステップＳ９０２）。給電量の増大が要求されていなければ（ステップＳ９０２：Ｎｏ）、給電装置１００は、ステップＳ９０２に戻る。
給電量の増大が要求されたのであれば（ステップＳ９０２：Ｙｅｓ）、給電装置１００は、給電量をＷ２に増大する（ステップＳ９０３）。そして、給電装置１００は、給電制御信号により給電量の低減が要求されたか否かを判断する（ステップＳ９０４）。給電量の低減求されていなければ（ステップＳ９０４：Ｎｏ）、給電装置１００は、ステップＳ９０４に戻る。
給電量の低減が要求されたのであれば（ステップＳ９０４：Ｙｅｓ）、給電装置１００は、給電量をＷ１に低減し（ステップＳ９０５）、ステップＳ９０２に戻る。
［受電装置の動作例］
図８は、第１の実施の形態における受電装置４００の動作の一例を示すフローチャートである。この動作は、例えば、給電装置１００から電力が供給されたときに開始する。受電装置４００は、接続制御信号により負荷が非接続の状態にする（ステップＳ９５１）。受電装置４００は、受電コイル電流Ｉ２ｏｆｆ、受電コイル電圧Ｖ２ｏｆｆ、および、検知コイル電圧Ｖ３ｏｆｆを測定する（ステップＳ９５２）。
そして、受電装置４００は、接続制御信号により負荷が接続された状態にし、給電制御信号により給電量を増大させる（ステップＳ９５３）。受電装置４００は、受電コイル電流Ｉ２ｏｎ、受電コイル電圧Ｖ２ｏｎ、および、検知コイル電圧Ｖ３ｏｎを測定する（ステップＳ９５４）。受電装置４００は、式１などを使用して、測定値から電気特性のパラメータを取得する（ステップＳ９５６）。受電装置４００は、そのパラメータが閾値より高いか否かを判断する（ステップＳ９５７）。
パラメータが閾値より高いのであれば（ステップＳ９５７：Ｙｅｓ）、受電装置４００は、異物を検知する（ステップＳ９５８）。そして、受電装置４００は、給電制御信号により給電量を低減させる（ステップＳ９５９）。パラメータが閾値以下の場合（ステップＳ９５７：Ｎｏ）、または、ステップＳ９５９の後、受電装置４００は、異物を検知するための動作を終了する。
なお、受電装置４００は、パラメータが閾値より高い場合に異物を検知しているが、この構成に限定されない。例えば、式１乃至式４や式７に示したインピーダンス等の逆数をパラメータとして用いる場合には、受電装置４００は、そのパラメータが閾値未満の場合に異物を検知する。また、式５および式６に例示したＱ値をパラメータとして用いる場合にも、受電装置４００は、パラメータが閾値未満の場合に異物を検知する。
また、受電装置４００は、図８に例示した検知処理を、受電時に１回だけ実行する構成としているが、この検知処理を定期的に実行してもよい。
図９は、第１の実施の形態における異物の温度変化の一例を示すグラフである。同図の縦軸は、給電装置１００からの磁力線により発熱した金属異物の温度であり、横軸は、その異物の中心と受電コイル４３０との中心とのズレ量である。温度の単位は、例えば、℃であり、ズレ量の単位は、ミリメートル（ｍｍ）である。受電コイル４３０の巻線は、受電コイル４３０の中心から１３ｍｍ前後の位置に配置されているものとする。ズレ量が大きくなるほど異物の温度が上昇し、１３ｍｍ前後で最も高くなる。また、ズレ量が１３ｍｍより大きくなるほど、異物の温度が低下する。このことから、受電コイル４３０の巻線が巻かれている個所（トラック）の近傍に異物があるときに、異物の温度が特に高くなることが分かる。このため、このトラック付近において特に異物を検知する必要性が高くなる。そこで、例えば、受電装置４００が損傷しない温度の許容値を定めておき、その温度以上で異物が発熱する範囲（１０乃至１６ｍｍなど）を、異物を検知すべき範囲とし、その検知範囲で異物を検知できるように受電装置４００の設計が行われる。
図１０は、第１の実施の形態における受電コイル４３０のインピーダンスの変化の一例を示すグラフである。同図の縦軸は、受電コイル４３０のインピーダンスであり、横軸は、異物の中心と受電コイル４３０との中心とのズレ量である。図１０において、異物の寸法や材質、給電量などの測定条件は図９と同一であるものとする。
図１０に示すように、受電コイル４３０のインピーダンスのピークが現れる位置は、異物の温度のピークが現れる位置と略一致する。このため、閾値Ｔｈ_Ｒ２を適切な値に設定することにより、許容値以上の温度で異物が発熱する範囲（１３ｍｍ付近など）において、受電装置４００は異物を正確に検知することができる。
このように、本技術の第１の実施の形態によれば、部分コイル４１１および４１２の誘導電流の向きが異なるため、それらのコイル間の磁界の打消しを抑制して異物の検知精度を高くすることができる。
＜２．第２の実施の形態＞
第１の実施の形態では受電装置４００は、受電コイル４３０のインピーダンスから異物を検知していたが、ΔＫから異物を検知してもよい。第２の実施の形態の受電装置４００は、ΔＫから異物を検知する点において第１の実施の形態と異なる。
第２の実施の形態の測定部４５１は、受電コイル電流Ｉ２を測定しない。このため、測定部４５１において電流計等が不要になる。
また、第２の実施の形態の異物検知部４６０は、式２乃至式４を使用してΔＫを求め、そのΔＫと閾値とを比較することにより異物を検知する。
図１１は、第２の実施の形態におけるΔＫの変化の一例を示すグラフである。同図の縦軸は、ΔＫであり、横軸は、異物の中心と受電コイル４３０との中心とのズレ量である。図１１において、異物の寸法や材質、給電量などの測定条件は図９と同一であるものとする。
図１１に示すように、ΔＫのピークが現れる位置は、異物の温度のピークが現れる位置と略一致する。このため、閾値Ｔｈ_ΔＫを適切な値に設定することにより、許容値以上の温度で異物が発熱する範囲（１３ｍｍ付近など）において、受電装置４００は異物を正確に検知することができる。
このように、第２の実施の形態によれば、ΔＫに基づいて異物を正確に検知することができる。
＜３．第３の実施の形態＞
第１の実施の形態では受電装置４００は、受電コイル４３０のインピーダンスから異物を検知していたが、受電コイル４３０と検知コイル４１０との電圧比から異物を検知してもよい。第３の実施の形態の受電装置４００は、電圧比から異物を検知する点において第１の実施の形態と異なる。
第３の実施の形態の測定部４５１は、受電コイル電流Ｉ２を測定しない。このため、測定部４５１において電流計等が不要になる。また、測定部４５１は、負荷が非接続時の受電コイル電圧Ｖ２ｏｆｆおよび検知コイル電圧Ｖ３ｏｆｆを測定しない。これらを測定しなくてよいため、測定値の測定開始から異物の検知終了までのレイテンシが短くなる。
また、第３の実施の形態の異物検知部４６０は、式４を使用して電圧比を求め、その電圧比と閾値とを比較することにより異物を検知する。なお、負荷が接続時の受電コイル電圧Ｖ２ｏｎおよび検知コイル電圧Ｖ３ｏｎの代わりに、負荷が非接続時の受電コイル電圧Ｖ２ｏｆｆおよび検知コイル電圧Ｖ３ｏｆｆを測定し、式３を使用して求めた電圧比から異物を検知してもよい。さらに、式３や式４では実数成分の電圧比を利用しているが、虚数成分の電圧比や絶対値の電圧比から異物を検知してもよい。
図１２は、第３の実施の形態における電圧比の変化の一例を示すグラフである。同図の縦軸は、式４から求められた電圧比であり、横軸は、異物の中心と受電コイル４３０との中心とのズレ量である。図１２において、異物の寸法や材質、給電量などの測定条件は図９と同一であるものとする。
図１２に示すように、電圧比のピークが現れる位置は、異物の温度のピークが現れる位置と略一致する。このため、閾値Ｔｈ_Ｒを適切な値に設定することにより、許容値以上の温度で異物が発熱する範囲（１３ｍｍ付近など）において、受電装置４００は異物を正確に検知することができる。
このように、第３の実施の形態によれば、電圧比に基づいて異物を正確に検知することができる。
＜４．第４の実施の形態＞
第１の実施の形態では受電装置４００は、受電コイル４３０のインピーダンスから異物を検知していたが、検知コイル電圧から異物を検知してもよい。第４の実施の形態の受電装置４００は、検知コイル電圧Ｖ３ｏｎから異物を検知する点において第１の実施の形態と異なる。
第４の実施の形態の測定部４５１は、検知コイル電圧Ｖ３ｏｎのみを測定する。また、受電コイル電圧および電流を測定しなくてよいため、測定部４５１の構成が簡易となる。
また、第３の実施の形態の異物検知部４６０は、検知コイル電圧Ｖ３ｏｎの実数成分と閾値とを比較することにより異物を検知する。
なお、異物検知部４６０は検知コイル電圧Ｖ３ｏｎの実数成分から異物を検知しているが、この構成に限定されない。例えば、異物検知部４６０は、検知コイル電圧Ｖ３ｏｎの虚数成分や検知コイル電圧Ｖ３ｏｎの絶対値から異物を検知してもよい。もしくは、異物検知部４６０は、負荷が接続時の検知コイル電圧Ｖ３ｏｎの代わりに、負荷が非接続時の検知コイル電圧Ｖ３ｏｆｆを測定して、この検知コイル電圧Ｖ３ｏｆｆから異物を検知してもよい。
図１３は、第４の実施の形態における検知コイル電圧Ｖ３ｏｎの変化の一例を示すグラフである。同図の縦軸は、検知コイル電圧Ｖ３ｏｎの実数成分であり、横軸は、異物の中心と受電コイル４３０との中心とのズレ量である。図１３において、異物の寸法や材質、給電量などの測定条件は図９と同一であるものとする。
図１３に示すように、検知コイル電圧Ｖ３ｏｎのピークが現れる位置は、異物の温度のピークが現れる位置と略一致する。このため、閾値Ｔｈ_Ｖ３を適切な値に設定することにより、許容値以上の温度で異物が発熱する範囲（１３ｍｍ付近など）において、受電装置４００は異物を正確に検知することができる。
このように、第４の実施の形態によれば、検知コイル電圧に基づいて異物を正確に検知することができる。
［変形例］
第１の実施の形態では、図４に例示したレイアウトで検知コイル４１０を配置したが、図４と異なるレイアウトで検知コイル４１０を配置してもよい。変形例の受電装置４００は、検知コイル４１０の配置が図４と異なる点において第１の実施の形態と異なる。
図１４は、変形例における受電コイルおよび検知コイルの配置例を示す断面図である。
図１４におけるａは、受電コイル４３０の外側に部分コイル４１１を配置し、受電コイル４３０の内側に部分コイル４１２を配置し、それらの部分コイルの配置面が異なる例である。図１４におけるｂは、図１４のａにおいて、検知コイル４１０を受電コイル４３０と略同一平面に配置した例である。図１４におけるｃは、図１４のｂにおいて、部分コイル４１１を受電コイル４３０の最外縁に隣接して配置し、部分コイル４１２を受電コイル４３０の最内縁に隣接して配置した例である。
図１４におけるｄは、部分コイル４１１および４１２を、受電コイル４３０のトラック上において、トラック中央を挟む位置に配置した例である。
図１４におけるｅは、受電コイル４３０のトラックの内部に部分コイル４１１および４１２を配置した例である。
図１４におけるｆは、受電コイル４３０の外側に部分コイル４１１を配置し、受電コイル４３０の内側に部分コイル４１２を配置し、それらの部分コイルの巻き数を増加した例である。図１４におけるｇは、図１４のｆにおいて、部分コイル４１２の巻き数を少なくした例である。図１４におけるｈは、図１４のｆにおいて、部分コイルのそれぞれの巻線の隙間を大きくし、部分コイルのそれぞれの一部を受電コイル４３０の上に配置した例である。
図１４におけるｉは、検知コイル４１０を受電コイル４３０の外側に配置した例である。図１４におけるｊは、検知コイル４１０を受電コイル４３０の内側に配置した例である。
なお、上述の実施の形態は本技術を具現化するための一例を示したものであり、実施の形態における事項と、特許請求の範囲における発明特定事項とはそれぞれ対応関係を有する。同様に、特許請求の範囲における発明特定事項と、これと同一名称を付した本技術の実施の形態における事項とはそれぞれ対応関係を有する。ただし、本技術は実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において実施の形態に種々の変形を施すことにより具現化することができる。
また、上述の実施の形態において説明した処理手順は、これら一連の手順を有する方法として捉えてもよく、また、これら一連の手順をコンピュータに実行させるためのプログラム乃至そのプログラムを記憶する記録媒体として捉えてもよい。この記録媒体として、例えば、ＣＤ（Compact Disc）、ＭＤ（MiniDisc）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、メモリカード、ブルーレイディスク（Blu-ray（登録商標）Disc）等を用いることができる。
なお、本技術は以下のような構成もとることができる。
（１）電力を受電する受電コイルに対して供給される磁界により特定の向きの電流が誘導される第１の部分コイルと前記特定の向きに対して逆向きの電流が前記磁界により誘導される第２の部分コイルとからなる測定コイルと、
前記測定コイルの電圧を測定コイル電圧として測定する測定部と、
前記測定コイル電圧に基づいて前記磁界内の異物を検知する異物検知部と
を具備する検知装置。
（２）前記測定部は、前記受電コイルの電圧および電流をさらに測定し、
前記異物検知部は、前記測定コイル電圧と前記受電コイルの電圧および電流とから前記受電コイルのインピーダンスを取得して当該インピーダンスに基づいて前記異物を検知する前記（１）記載の検知装置。
（３）前記測定部は、前記受電コイルの電圧を受電コイル電圧としてさらに測定し、
前記異物検知部は、前記測定コイル電圧と前記受電コイル電圧との電圧比を取得して当該電圧比に基づいて前記異物を検知する前記（１）または（２）記載の検知装置。
（４）前記受電コイルは、電力量の異なる第１および第２の電力を順に受電し、
前記異物検知部は、前記第１の電力が受電された場合に取得した前記電圧比と前記第２の電力が受電された場合に取得した前記電圧比との差に基づいて前記異物を検知する前記（３）記載の検知装置。
（５）前記測定コイルは、直列に接続された前記第１および第２の部分コイルからなる前記（１）から（４）のいずれかに記載の検知装置。
（６）前記第１および第２の部分コイルは、コイル面の面積が異なる前記（１）から（５）のいずれかに記載の検知装置。
（７）前記第１および第２の部分コイルは、前記受電コイルの最外縁と最内縁との中間を挟む位置に配置される前記（６）記載の検知装置。
（８）前記第１および第２の部分コイルの一方は、前記受電コイルの最外縁より外側に配置される前記（７）記載の検知装置。
（９）前記第１および第２の部分コイルの一方は、前記受電コイルの最内縁より内側に配置される前記（７）または（８）記載の検知装置。
（１０）前記第１および第２の部分コイルは、略同一平面上に配置される前記（１）から（９）のいずれかに記載の検知装置。
（１１）前記第１および第２の部分コイルは、コイル面の中心が略一致する位置に配置される前記（１）から（１０）のいずれかに記載の検知装置。
（１２）前記電力は、給電装置により給電された電力であり、
前記異物が検知された場合には前記電力の電力量の低減を要求する制御信号を前記給電装置へ送信する送信部をさらに具備する前記（１）から（１１）のいずれかに記載の検知装置。
（１３）電力を供給する給電コイルが受電コイルに対して供給する磁界により特定の向きの電流が誘導される第１の部分コイルと前記特定の向きに対して逆向きの電流が前記磁界により誘導される第２の部分コイルとからなる測定コイルと、
前記測定コイルの電圧を測定コイル電圧として測定する測定部と、
前記測定コイル電圧に基づいて前記磁界内の異物を検知する異物検知部と
を具備する検知装置。
（１４）磁界を介して電力を供給する給電コイルと、
前記電力を受電する受電コイルと、
前記磁界により特定の向きの電流が誘導される第１の部分コイルと前記特定の向きに対して逆向きの電流が前記磁界により誘導される第２の部分コイルとからなる測定コイルと、
前記測定コイルの電圧を測定コイル電圧として測定する測定部と、
前記測定コイル電圧に基づいて前記磁界内の異物を検知する異物検知部と
を具備する給電システム。
（１５）測定部が、電力を受電する受電コイルに対して供給される磁界により特定の向きの電流が誘導される第１の部分コイルと前記特定の向きに対して逆向きの電流が前記磁界により誘導される第２の部分コイルとからなる測定コイルの電圧を測定コイル電圧として測定する測定手順と、
異物検知部が、前記測定コイル電圧に基づいて前記磁界内の異物を検知する異物検知手順と
を具備する検知装置の制御方法。
１００ 給電装置
１１０ 電力変換回路
１２０ 給電制御部
１３０ 復調回路
１４０、４５４ インピーダンス整合回路
１５０、４２０、４４０、４４１ キャパシタ
１６０ 給電コイル
４００、４０１ 受電装置
４１０ 検知コイル
４１１、４１２ 部分コイル
４３０ 受電コイル
４５０ 受電制御部
４５１ 測定部
４５２ 変調回路
４５３ 受電制御回路
４５５ 整流回路
４５６ 電圧安定化回路
４５７ 負荷接続回路
４６０ 異物検知部
４６１ 信号処理部
４６２ 測定値保持部
４６３ 電気特性取得部
４６４ 比較部
４７１、４７２、４７３、４７４ 端子
４８０ 充電制御部
４８１ 二次電池
４８２ 負荷回路

Claims (15)

  1. 電力を受電する受電コイルに対して供給される磁界により特定の向きの電流が誘導される第１の部分コイルと前記特定の向きに対して逆向きの電流が前記磁界により誘導される第２の部分コイルとからなる測定コイルと、
    前記測定コイルの電圧を測定コイル電圧として測定する測定部と、
    前記測定コイル電圧に基づいて前記磁界内の異物を検知する異物検知部と
    を具備する検知装置。
  2. 前記測定部は、前記受電コイルの電圧および電流をさらに測定し、
    前記異物検知部は、前記測定コイル電圧と前記受電コイルの電圧および電流とから前記受電コイルのインピーダンスを取得して当該インピーダンスに基づいて前記異物を検知する請求項１記載の検知装置。
  3. 前記測定部は、前記受電コイルの電圧を受電コイル電圧としてさらに測定し、
    前記異物検知部は、前記測定コイル電圧と前記受電コイル電圧との電圧比を取得して当該電圧比に基づいて前記異物を検知する請求項１記載の検知装置。
  4. 前記受電コイルは、電力量の異なる第１および第２の電力を順に受電し、
    前記異物検知部は、前記第１の電力が受電された場合に取得した前記電圧比と前記第２の電力が受電された場合に取得した前記電圧比との差に基づいて前記異物を検知する請求項３記載の検知装置。
  5. 前記測定コイルは、直列に接続された前記第１および第２の部分コイルからなる請求項１記載の検知装置。
  6. 前記第１および第２の部分コイルは、コイル面の面積が異なる請求項１記載の検知装置。
  7. 前記第１および第２の部分コイルは、前記受電コイルの最外縁と最内縁との中間を挟む位置に配置される請求項６記載の検知装置。
  8. 前記第１および第２の部分コイルの一方は、前記受電コイルの最外縁より外側に配置される請求項７記載の検知装置。
  9. 前記第１および第２の部分コイルの一方は、前記受電コイルの最内縁より内側に配置される請求項７記載の検知装置。
  10. 前記第１および第２の部分コイルは、略同一平面上に配置される請求項１記載の検知装置。
  11. 前記第１および第２の部分コイルは、コイル面の中心が略一致する位置に配置される請求項１記載の検知装置。
  12. 前記電力は、給電装置により給電された電力であり、
    前記異物が検知された場合には前記電力の電力量の低減を要求する制御信号を前記給電装置へ送信する送信部をさらに具備する請求項１記載の検知装置。
  13. 電力を供給する給電コイルが受電コイルに対して供給する磁界により特定の向きの電流が誘導される第１の部分コイルと前記特定の向きに対して逆向きの電流が前記磁界により誘導される第２の部分コイルとからなる測定コイルと、
    前記測定コイルの電圧を測定コイル電圧として測定する測定部と、
    前記測定コイル電圧に基づいて前記磁界内の異物を検知する異物検知部と
    を具備する検知装置。
  14. 磁界を介して電力を供給する給電コイルと、
    前記電力を受電する受電コイルと、
    前記磁界により特定の向きの電流が誘導される第１の部分コイルと前記特定の向きに対して逆向きの電流が前記磁界により誘導される第２の部分コイルとからなる測定コイルと、
    前記測定コイルの電圧を測定コイル電圧として測定する測定部と、
    前記測定コイル電圧に基づいて前記磁界内の異物を検知する異物検知部と
    を具備する給電システム。
  15. 測定部が、電力を受電する受電コイルに対して供給される磁界により特定の向きの電流が誘導される第１の部分コイルと前記特定の向きに対して逆向きの電流が前記磁界により誘導される第２の部分コイルとからなる測定コイルの電圧を測定コイル電圧として測定する測定手順と、
    異物検知部が、前記測定コイル電圧に基づいて前記磁界内の異物を検知する異物検知手順と
    を具備する検知装置の制御方法。
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