JP2015195633A

JP2015195633A - 非接触給電装置

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Publication number: JP2015195633A
Application number: JP2012183962A
Authority: JP
Inventors: ヴェルナーシュテフェン; Werner Steffen; 岩宮　裕樹; Hiroki Iwamiya; 裕樹岩宮; 弘治東山; Koji Higashiyama; 三宅　英司; Eiji Miyake; 英司三宅
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2012-08-23
Filing date: 2012-08-23
Publication date: 2015-11-05
Also published as: WO2014030294A1

Abstract

【課題】金属異物を高精度に検知できる高効率な非接触給電装置の提供。【解決手段】非接触給電装置１１は、第１コイル１３と、第１コイル１３の上側に対向して配される第２コイル１５と、第１コイル１３の上面に形成される熱伝導体１７と、第１コイル１３、または第２コイル１５の少なくとも一方の端部に配され、熱伝導体１７の温度Ｔを検出する非接触温度検出器である、第１非接触温度検出器１９と、第１コイル１３、第２コイル１５、および第１非接触温度検出器１９と電気的に接続される電力制御部２１と、を備える。そして、電力制御部２１は、第１コイル１３と第２コイル１５との間で電力伝送を行っている際に、第１非接触温度検出器１９で検出される温度Ｔが既定温度Ｔｋを超えれば、第１コイル１３に金属異物が存在すると判断する。【選択図】図１

Description

本発明は、非接触で電力を伝送する非接触給電装置に関するものである。

近年、直接的な電気的接続を持たず、非接触で電力を伝送する非接触給電技術が開発されている。この非接触給電技術を適用して、クレードルに載置するだけで携帯電話機を充電することができる非接触充電装置が、例えば特許文献１に提案されている。

この非接触充電装置においては、クレードルに内蔵された平面コイルの上部に硬貨等の金属異物が載置されると、金属異物の異常な温度上昇が発生する。そこで、特許文献１の非接触充電装置では、温度検知素子により異常温度上昇を検知している。

この詳細構造を図８に示す。図８は従来の非接触充電装置の温度検出素子の設置位置を示す図である。

図８において、クレードル１０１に対して、一次側伝送コイル１０３の中心から５ｍｍ離れた位置に温度検知素子１０５の中心が位置するように、温度検知素子１０５が、クレードル１０１と一次側伝送コイル１０３との接触面側に設けられる。そして、クレードル１０１上に載置された金属異物１０９が存在すると、その温度上昇を正確に検知して一次側伝送コイル１０３に対する電力の供給を即座に停止制御することができる。このような構成により、非接触充電装置における安全性の向上を図ることができる。

特開２００８−１７２８７４号公報

上記した図８の非接触充電装置によると、金属異物１０９の温度上昇が正確に検知できると記載されているのであるが、金属異物１０９が温度検知素子１０５の近傍に位置しなければ、金属異物１０９を十分に検知できない可能性がある。これに対し、特許文献１の非接触充電装置は、携帯電話端末に設けられたバッテリに対する充電を行うものであるので、クレードル１０１の大きさは携帯電話の大きさ程度となり、金属異物１０９が温度検知素子１０５の近傍に位置しない場合でも、比較的早期に金属異物１０９の温度上昇が温度検知素子１０５に伝わる。しかし、携帯電話の充電よりも大電力を扱う非接触給電においては、一次側伝送コイル１０３よりも大きなコイルが必要となる。この場合、温度検知素子１０５に対し金属異物１０９が遠い位置にあれば、温度検知素子１０５が検知する温度上昇が少なく、金属異物１０９の検知精度が不十分となる可能性があるという課題があった。

さらに、上記した図８の非接触充電装置の構成で大電力を扱う場合は、温度検知素子１０５自体が異物となり、電力伝送の効率が低下する可能性があるという課題があった。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、金属異物を高精度に検知できる高効率な非接触給電装置を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の非接触給電装置は、第１コイルと、前記第１コイルの上側に対向して配される第２コイルと、前記第１コイルの上面に形成される熱伝導体と、前記第１コイル、または前記第２コイルの少なくとも一方の端部に配され、前記熱伝導体の温度（Ｔ）を検出する非接触温度検出器と、前記第１コイル、第２コイル、および非接触温度検出器と電気的に接続される電力制御部と、を備え、前記電力制御部は、前記第１コイルと前記第２コイルとの間で電力伝送を行っている際に、前記非接触温度検出器で検出される温度（Ｔ）が既定温度（Ｔｋ）を超えれば、前記第１コイルに金属異物が存在すると判断するようにしたものである。

本発明の非接触給電装置によれば、第１コイル上に位置する金属異物が発生する熱は、熱伝導体により拡散されるので、温度上昇が起こる面積を広くすることができる。この温度上昇を非接触温度検出器により検出することで、第１コイルの上面の一部分に対する温度変化として検出できるので、前記金属異物の位置によらず、高精度に前記金属異物を検知することができる。さらに、非接触温度検出器を用いることで、電力伝送が行われる第１コイルと第２コイルとの間に従来の温度検知素子１０５を配する必要がないため、温度検知素子１０５に起因した電力伝送効率の低下を抑制することができる。これらのことから、金属異物を高精度に検知できる高効率な非接触給電装置が得られるという効果を奏する。

本発明の実施の形態１における非接触給電装置の斜視図本発明の実施の形態１における非接触給電装置の金属異物が載置された第１コイルの上面図本発明の実施の形態２における非接触給電装置の斜視図本発明の実施の形態３における非接触給電装置の斜視図本発明の実施の形態４における非接触給電装置の斜視図本発明の実施の形態５における非接触給電装置の斜視図本発明の実施の形態６における非接触給電装置の斜視図従来の非接触充電装置の断面図

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における非接触給電装置の斜視図である。図２は、本発明の実施の形態１における非接触給電装置の金属異物が載置された第１コイルの上面図である。

図１において、非接触給電装置１１は、第１コイル１３と、第１コイル１３の上側に対向して配される第２コイル１５と、第１コイル１３の上面に形成される熱伝導体１７と、第１コイル１３、または第２コイル１５の少なくとも一方の端部に配され、熱伝導体１７の温度Ｔを検出する非接触温度検出器である、第１非接触温度検出器１９と、第１コイル１３、第２コイル１５、および第１非接触温度検出器１９と電気的に接続される電力制御部２１と、を備える。そして、電力制御部２１は、第１コイル１３と第２コイル１５との間で電力伝送を行っている際に、第１非接触温度検出器１９で検出される温度Ｔが既定温度Ｔｋを超えれば、第１コイル１３に金属異物が存在すると判断する。

これにより、第１コイル１３上に位置する金属異物が発生する熱は、熱伝導体１７により拡散されるので、温度上昇が起こる面積が広がる。この温度上昇を第１非接触温度検出器１９により検出することで、第１コイル１３の上面の一部分に対する温度変化として検出できる。従って、前記金属異物の位置によらず、高精度に前記金属異物を検知することができる。さらに、第１非接触温度検出器１９を用いることで、第１コイル１３と第２コイル１５との間に何ら温度検知素子を配する必要がない。従って、前記温度検知素子に起因した電力伝送効率の低下を抑制できる。これらのことから、金属異物を高精度に検知できる高効率な非接触給電装置１１が得られる。

以下、より具体的に本実施の形態１の構成、動作について説明する。

図１において、非接触給電装置１１の第１コイル１３は送電用であり、樹脂製の保持体にらせん状の溝を設け、前記溝の中にリッツ線を挿入することで、らせんコイルを形成する構成としている。この第１コイル１３の上面には、熱伝導体１７が形成される。熱伝導体１７は、第１コイル１３の前記保持体である樹脂よりも高い熱伝導性を有する非磁性体で、本実施の形態１ではセラミックス製のフィラを含有した樹脂から構成される。なお、熱伝導体１７はフィラ含有樹脂に限定されるものではなく、フィラを含まない高熱伝導性の樹脂でもよい。

第１コイル１３の端部には、第１非接触温度検出器１９が配される。本実施の形態１では、第１コイル１３の端部として、図１に示すように、第１コイル１３の右上に第１非接触温度検出器１９を配している。第１非接触温度検出器１９は、熱伝導体１７の方向を向くように配される。従って、第１非接触温度検出器１９は、熱伝導体１７の温度Ｔを非接触で検出することができる。このような第１非接触温度検出器１９としては、例えば焦電センサを適用することができる。

第１コイル１３と第１非接触温度検出器１９とは送電回路２３と電気的に接続される。送電回路２３は、第１コイル１３から後述する第２コイル１５へ伝送する電力を生成するためのもので、本実施の形態１では系統電源から電力伝送を行うための交流波形に変換する機能を有する。また、送電回路２３は、第１非接触温度検出器１９で検出された温度Ｔを読み込む機能も有する。

なお、第１コイル１３は第２コイル１５に対して、図１に示すように下側となるように配される。従って、第１コイル１３は、例えば床の上に設置される。

次に、第２コイル１５について説明する。第２コイル１５は、第１コイル１３と基本的な構成は同じであるが、図１に示すように、第２コイル１５は第１コイル１３に対して上側になるように配される。従って、第２コイル１５の第１コイル１３と対向する面、すなわち電力伝送面は、図１において、第２コイル１５の下側になるので、第２コイル１５の前記電力伝送面には異物が落下することはない。従って、第２コイル１５には熱伝導体１７が配されない。

第２コイル１５は受電回路２５と電気的に接続される。受電回路２５は、第１コイル１３から第２コイル１５へ伝送された電力を、負荷（図示せず）へ供給するためのもので、本実施の形態１では受電した交流電力を直流変換する機能を有する。

なお、送電回路２３と受電回路２５との間は無線で情報を授受する機能を備える。これにより、例えば受電回路２５が送電回路２３へ、送電要求や受電回路２５の電圧、電流などのパラメータの出力を行ったり、送電回路２３が受電回路２５へ送電の開始や停止を知らせたりする。

ここで、送電回路２３と受電回路２５を併せて、電力制御部２１という。従って、電力制御部２１は、第１コイル１３、第２コイル１５、および第１非接触温度検出器１９と電気的に接続される。

次に、このような非接触給電装置１１の動作について説明する。

上記したように、第１コイル１３は床の上に固定されている。この状態で、第２コイル１５が第１コイル１３と対面するように配されると、受電回路２５は送電回路２３に送電要求を送信する。ここで、第２コイル１５は、前記負荷（例えば自ら移動することができる電池内蔵のロボット）に搭載さており、前記負荷を第１コイル１３上に配することで、第１コイル１３と第２コイル１５とが対向するような構成としている。なお、第２コイル１５を第１コイル１３の上面へ対向させる手段は、前記ロボットを手動で配するようにしてもよいし、前記ロボットが自動的に第１コイル１３と第２コイル１５とが対向するように移動してもよい。

送電回路２３は、受電回路２５からの送電要求の信号を受信すると、第１コイル１３へ電力を出力する。これにより、第２コイル１５へ電力が伝送され、第２コイル１５から受電回路２５を経由して前記負荷に電力が供給される。この電力により、前記負荷の各種回路へ電力が供給され、また、前記負荷に内蔵した電池の充電を行う。

このように、電力制御部２１が前記負荷へ給電を行っている間、送電回路２３は、第１非接触温度検出器１９からの信号により温度Ｔを監視する。第１非接触温度検出器１９は、上記したように熱伝導体１７の温度Ｔを非接触で検出することができる。従って、電力伝送前、または電力伝送中に、第１コイル１３の上面に例えば硬貨のような金属異物が落下、または載置されると、第１コイル１３から発生する磁界により、前記金属異物に渦電流が流れ、前記金属異物が発熱する。ここで、前記金属異物とは、金属そのものだけでなく、金属を含有し、渦電流が流れる材料からなる異物も含むものとして定義する。

前記金属異物が発熱した際の様子を図２に示す。図２は電力伝送中の第１コイル１３のみを上面から見た図である。

第１コイル１３の上面には熱伝導体１７が全面に形成されているので、金属異物２７で発生した熱は熱伝導体１７により拡散し、発熱領域が広がる。ここで、熱伝導体１７において、金属異物２７の載置された部分から、金属異物２７からの発熱と熱伝導体１７からの放熱とが均衡し、熱伝導体１７における温度変化がほとんど発生しない部分までを、熱伝導体１７の温度拡大範囲２９と呼ぶ。温度拡大範囲２９は、図２に示すように、例えば金属異物２７を中心とした略同心円状となる。このように、第１コイル１３の上面に熱伝導体１７を形成したことで、金属異物２７で発生した熱は、熱伝導体１７により、温度拡大範囲２９までの部分まで熱が伝わる。その結果、熱伝導体１７を形成しなかった場合に比べ、第１コイル１３の上面で温度Ｔが変化する面積を大きくすることができる。ゆえに、たとえ小さな金属異物２７であっても、また、第１コイル１３上のどこにあっても、発熱が発生すれば、第１非接触温度検出器１９により十分高精度に金属異物２７の存在を検出することが可能となる。

なお、図２に示すように、第１非接触温度検出器１９の第１温度検出範囲３１（図２の破線で示す）は、第１コイル１３において、少なくとも前記リッツ線が存在する部分を含む範囲としている。

次に、送電回路２３は、第１非接触温度検出器１９で検出される温度Ｔが既定温度Ｔｋを超えているか否かを判断する。なお、既定温度Ｔｋは、第１コイル１３などの構成部材に熱損傷を与えない温度として予め決定され、送電回路２３に内蔵されるメモリ（図示せず）に記憶される。本実施の形態１では既定温度Ｔｋを１００℃とした。

送電回路２３は、温度Ｔが既定温度Ｔｋを超えていれば、金属異物２７が第１コイル１３上に存在すると判断し、ユーザに警告するとともに、直ちに電力伝送を停止する。そして、金属異物２７の存在により電力伝送を停止したことを、送電回路２３は受電回路２５に無線で伝える。これを受け、受電回路２５は、特に前記電池の充電を安全に停止する動作を行う。

このような動作により、熱伝導体１７で金属異物２７の発熱が拡散され、温度拡大範囲２９が生成されるので、送電回路２３は高精度に異常発熱を検出できる。

さらに、金属異物２７の表面が光沢を有していれば、周囲の他の物体からの赤外線を反射してしまうことがあり、その場合は、金属異物２７の温度を正確に検出できない可能性がある。しかし、本実施の形態１の構成であれば、金属異物２７の熱は熱伝導体１７により拡散されるので、第１非接触温度検出器１９は熱伝導体１７の温度を検出することで、金属異物２７の温度に近い温度を検出することができる。この点からも、送電回路２３は高精度に金属異物２７の異常発熱を検出できる。

これにより、送電回路２３は、送電を停止するとともにユーザに警告を発するので、ユーザが自ら金属異物２７を取り除くことができる。その後、電力伝送を再開することが可能となる。

以上の構成、動作により、第１コイル１３上に位置する金属異物２７が発生する熱は、熱伝導体１７により拡散されるので、温度上昇が起こる面積が広がる。この温度上昇を第１非接触温度検出器１９により検出することで、第１コイル１３の上面の一部分に対する温度変化として検出できる。従って、金属異物２７の位置によらず、高精度に金属異物２７を検知することができる。

さらに、第１非接触温度検出器１９は非接触に温度Ｔを検出できるので、第１コイル１３と第２コイル１５との間に何ら温度検知素子を配する必要がない。従って、前記温度検知素子に起因した電力伝送効率の低下を抑制することも可能となる。

これらのことから、金属異物２７を高精度に検知できる高効率な非接触給電装置１１が得られる。

なお、本実施の形態１では、電力伝送を行う際に、受電回路２５が送電回路２３へ送電要求をしているが、この動作に限定されるものではなく、例えば送電回路２３が第２コイル１５の存在を監視し、第２コイル１５が第１コイル１３と対向したことを検出すれば、送電を開始するようにしてもよい。また、この際に、第２コイル１５へ送電してもよいか否かを送電回路２３が受電回路２５に問い合わせ、許可信号を受電回路２５から受信した後に、送電回路２３が送電を開始するようにしてもよい。

また、本実施の形態１では、第１非接触温度検出器１９を、図２に示すように、第１コイル１３の右上の端部に配置しているが、これは、右上の端部に限定されるものではなく、第１温度検出範囲３１が第１コイル１３の少なくとも前記リッツ線を含むように第１非接触温度検出器１９を配置できる端部であれば、第１コイル１３の四隅や輪郭線上に配置してもよい。

（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２における非接触給電装置の斜視図である。

なお、本実施の形態２において、実施の形態１と同じ構成には同じ符号を付して、詳細な説明を省略する。

図３において、第２非接触温度検出器３３は、第２コイル１５の端部に配される。

これにより、第１コイル１３の上部から温度Ｔを検出できるので、第２非接触温度検出器３３の第２温度検出範囲３５の角度（視野角）が小さくても、高精度に金属異物２７の存在を判断することができる。

以下、より具体的に本実施の形態２の構成、動作について、特徴となる部分を説明する。

図３において、第２非接触温度検出器３３は、第２コイル１５の端部（図３では左手前）に配される。従って、第２非接触温度検出器３３は、電力制御部２１における受電回路２５と電気的に接続される。この結果、温度Ｔの検出、監視は受電回路２５が行うことになる。なお、実施の形態１において配していた第１非接触温度検出器１９は、本実施の形態２では配されない。また、第２非接触温度検出器３３の構成は、第１非接触温度検出器１９と同様に、焦電センサからなる。また、第２非接触温度検出器３３における図３の位置は一例であり、第２温度検出範囲３５が第１コイル１３の少なくとも前記リッツ線を含むように第２非接触温度検出器３３を配置できる端部であれば、第２コイル１５の四隅や輪郭線上に配置してもよい。

上記以外の構成は、実施の形態１と同じである。

次に、このような非接触給電装置１１の動作を説明する。

まず、第１コイル１３に対向して第２コイル１５が位置すると、受電回路２５が送電回路２３へ送電要求を行う。その結果、送電回路２３は第１コイル１３から第２コイル１５へ電力伝送を行う。この一連の動作は実施の形態１と同じである。

ここで、電力伝送前、または電力伝送中に、第１コイル１３上に金属異物２７が落下、載置されると、金属異物２７は発熱するが、実施の形態１の図２に示したように、金属異物２７の熱は熱伝導体１７により温度拡大範囲２９まで拡散する。その結果、第２非接触温度検出器３３は、発熱した金属異物２７の温度Ｔを受電回路２５へ出力する。この際、第２非接触温度検出器３３は、第２コイル１５から第１コイル１３を見下ろすように配置されているので、第２温度検出範囲３５が第１コイル１３の少なくとも前記リッツ線が配される部分を包含するための視野角は、実施の形態１で述べた第１非接触温度検出器１９の視野角より小さくても、高精度に温度Ｔを検出できる。

次に、受電回路２５は第２非接触温度検出器３３からの信号により温度Ｔが既定温度Ｔｋを超えていると判断すれば、ユーザに警告を発するとともに、送電回路２３に対し、直ちに送電を停止するよう指示する。これを受け、送電回路２３は送電を停止する。同時に、受電回路２５は、温度Ｔが既定温度Ｔｋを超えていると判断すれば、直ちに前記電池への充電を安全に停止するように制御できる。従って、さらに安全性を向上することができる。なお、既定温度Ｔｋは実施の形態１と同様、１００℃とした。

このような動作により、熱伝導体１７で金属異物２７の発熱が拡散され、温度拡大範囲２９が生成されるので、送電回路２３は高精度に異常発熱を検出できる。これにより、送電回路２３は、送電を停止するとともにユーザに警告を発するので、ユーザが自ら金属異物２７を取り除くことができる。その後、電力伝送を再開することが可能となる。

なお、実施の形態１と同様に、非接触に温度Ｔを検出できる第２非接触温度検出器３３を用いているので、第１コイル１３と第２コイル１５との間に何ら温度検知素子を配する必要がない。従って、前記温度検知素子に起因した電力伝送効率の低下を抑制することが可能となる。

以上の構成、動作により、第１コイル１３の上部から温度Ｔを検出できるので、第２非接触温度検出器３３の第２温度検出範囲３５の角度（視野角）が小さくても、金属異物２７を高精度に検知できる高効率な非接触給電装置１１が得られる。

（実施の形態３）
図４は、本発明の実施の形態３における非接触給電装置の斜視図である。

なお、本実施の形態３において、実施の形態１、２と同じ構成には同じ符号を付して、詳細な説明を省略する。

図４において、第１非接触温度検出器１９は、第１コイル１３の端部に、第２非接触温度検出器３３は、第２コイル１５の端部に、それぞれ配される。

これにより、図４に示すように、第１温度検出範囲３１と第２温度検出範囲３５により、熱伝導体１７のほぼ全面に対して温度検出が可能となり、死角が少なくなる。その結果、さらに高精度に金属異物２７の存在を判断することができる。

以下、より具体的に本実施の形態３の構成、動作について、特徴となる部分を説明する。

図４において、第１非接触温度検出器１９は、第１コイル１３の端部に配される。ここで、第１非接触温度検出器１９の位置は、実施の形態１と同様に、図４において第１コイル１３の右上の端部としている。

また、第２非接触温度検出器３３は、第２コイル１５の端部に配される。ここで、第２非接触温度検出器３３の位置は、実施の形態２と同様に、図４において第２コイル１５の左手前の端部としている。

これらのことから、本実施の形態３における非接触給電装置１１は、実施の形態１における第１非接触温度検出器１９を配した第１コイル１３と、実施の形態２における第２非接触温度検出器３３を配した第２コイル１５とを組み合わせた構成となる。ゆえに、第１非接触温度検出器１９から出力される温度Ｔは送電回路２３で読み込まれる。また、第２非接触温度検出器３３から出力される温度Ｔは受電回路２５で読み込まれる。

なお、第１非接触温度検出器１９と第２非接触温度検出器３３の位置は図４のものに限定されるものではなく、第１コイル１３や第２コイル１５の端部であれば、それぞれどこに配してもよい。但し、第１非接触温度検出器１９と第２非接触温度検出器３３が接近しすぎると、温度検出の死角が残る可能性があるので、図４に示すように、両者は互いにできるだけ遠い位置に配する方が望ましい。

上記以外の構成は、実施の形態１、２と同じである。

次に、このような非接触給電装置１１の動作を説明する。

まず、第１コイル１３から第２コイル１５へ電力伝送を行う前、または電力伝送を行っている間に、第１コイル１３上に金属異物２７が落下、載置されると、電力伝送により金属異物２７が発熱し、実施の形態１の図２に示したように、金属異物２７の熱は熱伝導体１７により温度拡大範囲２９まで拡散する。その結果、第１非接触温度検出器１９と第２非接触温度検出器３３は、それぞれ、発熱した金属異物２７の温度Ｔを、送電回路２３、および受電回路２５へ出力する。この際、図４の破線で示すように、第１温度検出範囲３１と第２温度検出範囲３５により、熱伝導体１７のほぼ全面に対して温度検出が可能となり、死角が少なくなる。従って、熱伝導体１７の上面のどこに金属異物２７が載置されても、すなわち、換言すれば、第１コイル１３の上面におけるどの位置に金属異物２７が載置されても、第１コイル１３から発生する磁界（漏洩磁界も含む）により金属異物２７が発熱すれば、その温度Ｔを２つの温度検出器により検出できる可能性が極めて高まる。その結果、例えば第１コイル１３の端部近傍に金属異物２７が載置され、漏洩磁界により発熱したとしても、２つの温度検出器の少なくともいずれか一方が温度Ｔを検出することができるので、高精度な金属異物２７の検出が可能となる。

送電回路２３と受電回路２５は、それぞれが読み込んだ温度Ｔの情報を無線で交信し、読み込まれた２つの温度Ｔの少なくともいずれか一方が、既定温度Ｔｋを超えていると判断すれば、ユーザに警告を発するとともに、送電回路２３は、直ちに送電を停止する。同時に、受電回路２５は、直ちに前記電池への充電を安全に停止するように制御する。従って、上記動作を即時的に実行できるので、さらに安全性を向上することができる。なお、既定温度Ｔｋは実施の形態１と同様、１００℃とした。

なお、実施の形態１と同様に、第１コイル１３と第２コイル１５との間に温度検知素子を配していないので、前記温度検知素子に起因した電力伝送効率の低下を抑制することが可能となる。

以上の構成、動作により、第１温度検出範囲３１と第２温度検出範囲３５により、熱伝導体１７のほぼ全面に対して温度検出が可能となり、死角が少なくなる。従って、金属異物２７を高精度に検知できる高効率な非接触給電装置１１が得られる。

（実施の形態４）
図５は、本発明の実施の形態４における非接触給電装置の斜視図である。

なお、本実施の形態４において、実施の形態１、２と同じ構成には同じ符号を付して、詳細な説明を省略する。

図５において、第２非接触温度検出器３３は、第２コイル１５の端部に、複数（図５では４つ）配される。

これにより、図５に示すように、４つの第２温度検出範囲３５により、熱伝導体１７のほぼ全面に対して温度検出が可能となり、死角が少なくなる。その結果、さらに高精度に金属異物２７の存在を判断することができる。

以下、より具体的に本実施の形態４の構成、動作について、特徴となる部分を説明する。

図５において、第２非接触温度検出器３３は、第２コイル１５の四隅の端部にそれぞれ配される。それぞれの第２非接触温度検出器３３は、第１コイル１３の上面における、１／４より広い面積（第２温度検出範囲３５）を有するように、その方向が調整されている。従って、図５の破線に示すように、それぞれの第２温度検出範囲３５は、隣り合う第２温度検出範囲３５と一部重複する。

なお、４つの第２非接触温度検出器３３の位置は、上記に限定されるものではなく、第２コイル１５の端部（四隅と輪郭線上）であれば、どこに配しても構わない。但し、４つの第２温度検出範囲３５が、隣り合う第２温度検出範囲３５と一部重複するように配しないと、死角が発生するため、図５の配置が望ましい。

また、第２非接触温度検出器３３の数は４つに限定されるものではなく、複数であれば３つ以下でも５つ以上でもよい。但し、第１コイル１３が大きいサイズの場合は、第２非接触温度検出器３３が３つ以下であれば死角が発生する可能性がある。また、５つ以上の場合は、温度Ｔの検出精度は向上するものの、非接触給電装置１１の構成が複雑になる。従って、第１コイル１３の大きさや必要な温度Ｔの精度に応じて、適宜最適な第２非接触温度検出器３３の数を決定すればよい。

４つの第２非接触温度検出器３３の出力は、受電回路２５と電気的に接続される。従って、４つの温度Ｔは、全て受電回路２５により読み込まれる。

上記以外の構成は実施の形態１、２と同じである。

次に、このような非接触給電装置１１の動作を説明する。

まず、第１コイル１３から第２コイル１５へ電力伝送を行う前、または電力伝送を行っている間に、第１コイル１３上に金属異物２７が落下、載置されると、電力伝送により金属異物２７が発熱し、実施の形態１の図２に示したように、金属異物２７の熱は熱伝導体１７により温度拡大範囲２９まで拡散する。４つの第２非接触温度検出器３３は、それぞれが検出した温度Ｔを受電回路２５へ出力するが、図５に示すように、金属異物２７が第２温度検出範囲３５に含まれる第２非接触温度検出器３３は、図５における左右手前の２つである。従って、左右手前２つの第２非接触温度検出器３３は、発熱した金属異物２７に対する温度Ｔを出力する。一方、左右奥の２つの第２非接触温度検出器３３は、金属異物２７の熱が伝わらない部分に第２温度検出範囲３５が位置するため、熱伝導体１７の表面温度（ほぼ周囲温度に近い）を温度Ｔとして出力する。

受電回路２５は、このような４つの温度Ｔを読み込む。そして、４つの温度Ｔの少なくともいずれか１つが既定温度Ｔｋ（ここでは実施の形態１と同様、１００℃とした）を超えていれば、第１コイル１３に金属異物２７が存在すると判断する。

さらに、受電回路２５は４つの温度Ｔから、金属異物２７のおよその位置を求める。すなわち、図５の場合では左右手前２つの第２非接触温度検出器３３から出力される温度Ｔが金属異物２７の発熱に基づき、左右奥２つの第２非接触温度検出器３３から出力される温度Ｔが熱伝導体１７の表面温度（周囲温度）に基づくことから、受電回路２５は金属異物２７が第１コイル１３の手前側に存在すると判断する。この際、左右手前２つの第２非接触温度検出器３３から出力される温度Ｔの両方ともが、金属異物２７の発熱に基づく出力であることから、両者の第２温度検出範囲３５が重なる部分、すなわち、第１コイル１３の手前側の中央に金属異物２７が存在すると判断する。

このようにして、受電回路２５は金属異物２７の、およその位置を検出することができるので、その情報をユーザに報知することによって、ユーザは、より容易に金属異物２７を除去することができる。

なお、受電回路２５が金属異物２７の存在を判断した後の動作は実施の形態２と同じである。

以上の構成、動作により、複数の第２温度検出範囲３５により、熱伝導体１７のほぼ全面に対して温度検出が可能となり、死角が少なくなる。従って、金属異物２７を高精度に検知できる高効率な非接触給電装置１１が得られる。

なお、本実施の形態４では、第２コイル１５側の端部に複数の第２非接触温度検出器３３を配する構成について説明したが、これは、実施の形態１で述べた第１非接触温度検出器１９を第１コイル１３側の端部に複数配する構成としてもよい。

（実施の形態５）
図６は、本発明の実施の形態５における非接触給電装置の斜視図である。

なお、本実施の形態５において、実施の形態１、２、４と同じ構成には同じ符号を付して、詳細な説明を省略する。また、図６において、図５に示した第２温度検出範囲３５は省略されている。

図６において、第１コイル１３、または第２コイル１５の少なくとも一方は移動できる構成を備える。そして、電力制御部２１は、複数の第２非接触温度検出器３３から金属異物２７の位置を判断し、金属異物２７の上部に第２コイル１５が対向しないように、第１コイル１３、または第２コイル１５の少なくとも一方の位置をずらすように制御する。

これにより、電力制御部２１は複数の第２非接触温度検出器３３から出力される温度Ｔにより、金属異物２７の存在を高精度に判断できるとともに、およその位置も検出できるので、第１コイル１３と第２コイル１５は金属異物２７を避けるようにずれて電力供給をすることができる。従って、電力制御部２１は、金属異物２７の第１コイル１３への落下、載置により電力伝送を停止する可能性が低くなり、効率は低下するものの、連続的な電力伝送が可能となる。

以下、より具体的に本実施の形態５の構成、動作について、特徴となる部分を説明する。

図６において、第１コイル１３は、実施の形態１で述べたように、床に固定されており、第２コイル１５は、例えば自ら動くことができるロボットからなる前記負荷に搭載されている。従って、第２コイル１５は、第１コイル１３に対し、その位置をずらすことができる構成となる。また、第２コイル１５の四隅に４つの第２非接触温度検出器３３が設けられる。ゆえに、本実施の形態５の構成は、実施の形態４と同じである。

次に、このような非接触給電装置１１の動作を説明する。

まず、第１コイル１３から第２コイル１５へ電力伝送を行う前、または電力伝送を行っている間に、第１コイル１３上に金属異物２７が落下、載置されると、電力伝送により金属異物２７が発熱する。これにより、受電回路２５は、４つの第２非接触温度検出器３３からの温度Ｔを読み込み、実施の形態４で述べたように、４つの温度Ｔと既定温度Ｔｋとの比較を行う。

次に、受電回路２５は、４つの温度Ｔの少なくとも１つが既定温度Ｔｋを超えていれば、金属異物２７が存在すると判断する。そして、受電回路２５は、４つの第２非接触温度検出器３３からの温度Ｔに基づいて、実施の形態４で述べた方法で、金属異物２７の、およその位置を求める。

次に、電力制御部２１は、第２コイル１５の内、少なくとも前記リッツ線が、金属異物２７と対向しない位置まで、第２コイル１５を搭載した前記負荷（ロボット）を動かすよう制御する。具体的には、図６の場合、第１コイル１３の手前側に金属異物２７が存在するので、受電回路２５からの金属異物２７の位置情報に基づいて、前記負荷が図６の太矢印に示す方向（奥側）に動く。これにより、金属異物２７は第１コイル１３と第２コイル１５との間に存在しなくなるので、金属異物２７の発熱は低減される。従って、電力制御部２１は電力伝送を継続することができる。この際、第１コイル１３と第２コイル１５とが位置ずれを起こした状態で電力伝送されるので、効率は低下する。しかし、金属異物２７の存在により電力伝送が完全に停止するわけではないので、時間はかかっても前記負荷（ロボット）に搭載された前記電池の充電を継続することができる。この際に、電力制御部２１は、ユーザに対して、金属異物２７が存在するが、位置ずれ状態で電力伝送を行っていることを報知してもよい。

その後、受電回路２５は、第１コイル１３と第２コイル１５との位置がずれた状態での電力伝送中も、４つの第２非接触温度検出器３３からの温度Ｔの監視を継続する。そして、電力伝送中に、さらに別の金属異物２７が第１コイル１３の上面に落下、載置されると、その金属異物２７の存在を判断する。この場合、電力制御部２１は、さらに別の金属異物２７を避けるように第２コイル１５を動かし、電力伝送をできるだけ継続できるように制御する。しかし、第１コイル１３と第２コイル１５の位置ずれがさらに拡大し、十分な電力を受けられないと受電回路２５が判断すれば、受電回路２５は送電回路２３に対して電力伝送を停止するように指示する。これを受け、受電回路２５は電力伝送を停止するとともに、ユーザに対して金属異物２７により電力伝送を停止している旨を警告する。

このような動作により、まず、熱伝導体１７で金属異物２７の発熱が拡散され、温度拡大範囲２９が生成されるので、送電回路２３は高精度に異常発熱を検出できる。次に、受電回路２５は金属異物２７の、およその位置を検出できるので、電力制御部２１は、金属異物２７を避ける位置まで第２コイル１５を動かすよう制御し、金属異物２７の発熱を低減することができる。さらに、位置がずれた状態でも電力伝送を継続するので、電力伝送効率は低下するものの、受電回路２５に接続される前記負荷へ電力を供給し続けられる。

また、送電回路２３は、送電を停止した場合、ユーザに警告を発するので、ユーザが自ら金属異物２７を取り除くことができる。その後、電力伝送を再開することが可能となる。

以上の構成、動作により、電力制御部２１は複数の第２非接触温度検出器３３から出力される温度Ｔにより、金属異物２７の存在を高精度に判断できるとともに、およその位置も検出できるので、第１コイル１３と第２コイル１５は金属異物２７を避けるようにずれて電力供給をすることができる。従って、電力制御部２１は、金属異物２７の第１コイル１３への落下、載置により電力伝送を停止する可能性が低くなり、効率は低下するものの、連続的な電力伝送が可能となる非接触給電装置１１が得られる。

なお、本実施の形態５では、第１コイル１３の上面に金属異物２７が存在すると、それを避けるように第２コイル１５が動いて電力伝送を継続しているが、金属異物２７が例えば第１コイル１３の中央付近に存在し、第２コイル１５をどのように動かしても、受電回路２５へ十分な電力伝送ができない場合は、実施の形態４と同様に、直ちに電力伝送を停止し、ユーザに警告すればよい。

また、本実施の形態５では、第２コイル１５が動いて金属異物２７を避ける動作を行っているが、これは第１コイル１３が動く構成であってもよいし、第１コイル１３と第２コイル１５の両方が動く構成であってもよい。両方が動く構成の場合は、金属異物２７を避ける位置までの移動期間を短くできる効果が得られる。但し、第１コイル１３を床設置する場合、第１コイル１３自体を動かすための機械的な構造部分が必要となるため、第１コイル１３の大きさ（特に厚さ）が増す可能性が高まる。従って、第１コイル１３を床設置する場合は、第２コイル１５のみが動く構成とする方が望ましい。

（実施の形態６）
図７は、本発明の実施の形態６における非接触給電装置の斜視図である。

なお、本実施の形態６において、実施の形態１と同じ構成には同じ符号を付して、詳細な説明を省略する。

図７において、複数（ここでは２つ）の第１非接触温度検出器１９は、熱伝導体１７の上面に対する温度検出方向を変えることができる構成を備える。

これにより、金属異物２７が発熱している場合、電力制御部２１は複数（２つ）の第１非接触温度検出器１９から出力される温度Ｔにより、金属異物２７の存在を高精度に判断できるとともに、２つの第１非接触温度検出器１９における発熱部分への方向から、第１コイル１３上の金属異物２７の位置を、より正確に検出することができる。

以下、より具体的に本実施の形態６の構成、動作について、特徴となる部分を説明する。

図７において、２つの第１非接触温度検出器１９は、第１コイル１３における幅方向（以下、Ｘ方向という）の輪郭線上の中央部分と、奥行き方向（以下、Ｙ方向という）の輪郭線上の中央部分にそれぞれ配される。従って、第１コイル１３のＸ方向とＹ方向に、それぞれ第１非接触温度検出器１９が１つずつ配される。

第１非接触温度検出器１９は電動で左右に温度検出方向を変えることができる構成を備えている。従って、第１非接触温度検出器１９は、第１温度検出範囲３１を、第１コイル１３に設けた熱伝導体１７の上面に対し、スキャンすることができる。この際、図７に示すように、第１温度検出範囲３１が狭くなるように第１非接触温度検出器１９が構成されている。これにより、少数の第１非接触温度検出器１９であっても高精度に金属異物２７の発熱を検出することができる。

２つの第１非接触温度検出器１９は送電回路２３と電気的に接続される。送電回路２３は、２つの第１非接触温度検出器１９に対し、それぞれの温度検出方向を変えるための信号を出力するとともに、現在のそれぞれの温度Ｔと温度検出方向（以下、角度という）の情報を読み込む。従って、送電回路２３と各第１非接触温度検出器１９とは、双方向の通信機能を備える。この両者間の信号を制御信号ｃｏｎｔと呼ぶ。

次に、このような非接触給電装置１１の動作を説明する。

まず、電力制御部２１は、電力伝送を開始すると同時に、２つの第１非接触温度検出器１９が、それぞれの第１温度検出範囲３１を、熱伝導体１７の上面に対し、スキャンするように制御信号ｃｏｎｔを出力する。これにより、２つの第１非接触温度検出器１９は、図７の太矢印に示すように、左右にその方向を変える。

次に、第１コイル１３から第２コイル１５へ電力伝送を行う前、または電力伝送を行っている間に、第１コイル１３上に金属異物２７が落下、載置されると、電力伝送により金属異物２７が発熱する。送電回路２３は、２つの第１非接触温度検出器１９からの温度Ｔと角度の情報を読み込み、現在の各温度Ｔが既定温度Ｔｋを超えているか否かを判断する。そして、各温度Ｔの内、いずれかが既定温度Ｔｋを超えていれば、既定温度Ｔｋを超えた方の第１非接触温度検出器１９の角度を送電回路２３に内蔵されたメモリ（図示せず）に記憶する。

その後、もう一方の第１非接触温度検出器１９においても、その第１温度検出範囲３１が金属異物２７を含むと、その温度Ｔは既定温度Ｔｋを超えることになるので、その際の第１非接触温度検出器１９の角度も前記メモリに記憶する。

次に、電力制御部２１は、金属異物２７が存在すると判断し、電力伝送を停止するとともに、ユーザに金属異物２７の存在を警告する。この際、電力制御部２１は、送電回路２３の前記メモリに２つの第１非接触温度検出器１９の角度が記憶されているので、これらの角度から、第１コイル１３上のＸ方向、およびＹ方向の位置を求め、金属異物２７の位置情報をユーザに知らせる。これにより、特に大型の第１コイル１３であった場合、ユーザはどの位置に金属異物２７があるのかを素早く正確に知ることができるので、ユーザによる金属異物２７の除去が容易になる。

このような動作により、熱伝導体１７で金属異物２７の発熱が拡散され、温度拡大範囲２９が生成されるので、送電回路２３は高精度に異常発熱を検出できる。さらに、金属異物２７の正確な位置も検出できる。これらにより、送電回路２３は、送電を停止するとともにユーザに金属異物２７の位置情報を含む警告を発するので、ユーザが自ら金属異物２７を容易に取り除くことができる。その後、電力伝送を再開することが可能となる。

以上の構成、動作により、金属異物２７が発熱している場合、電力制御部２１は複数の第１非接触温度検出器１９から出力される温度Ｔにより、金属異物２７の存在を高精度に判断できる。さらに、複数の第１非接触温度検出器１９における発熱部分への方向（角度）から、第１コイル１３上の金属異物２７の位置を、より正確に検出することができるので、ユーザが金属異物２７を容易に取り除くことができる。

なお、本実施の形態６では、金属異物２７の位置をユーザに知らせる構成としているが、これは、実施の形態５と同様に、第２コイル１５が金属異物２７と対向しないように、電力制御部２１が、第１コイル１３、または第２コイル１５の少なくとも一方の位置をずらすように制御してもよい。この場合、本実施の形態６は、実施の形態５よりも正確に位置を検出できるので、電力制御部２１は、第１コイル１３と第２コイル１５の位置ずれができるだけ小さくなるように、第１コイル１３、または第２コイル１５の少なくとも一方の位置をずらす制御が可能となる。

また、本実施の形態６では、第１非接触温度検出器１９を２つ配する構成としたが、これは２つより多くてもよい。この場合、特に大型の第１コイル１３の場合、さらに正確な金属異物２７の位置情報が得られるが、数が多すぎると構成、制御が複雑になるため、必要十分な位置情報が得られる数を予め決定すればよい。

また、本実施の形態６では、第１非接触温度検出器１９の温度検出方向が変えられる構成について述べたが、これは、第２コイル１５側に配される第２非接触温度検出器３３の温度検出方向が変えられる構成としてもよい。

また、本実施の形態６では、２つの第１非接触温度検出器１９を、それぞれ第１コイル１３におけるＸ方向の輪郭線上の中央部分と、Ｙ方向の輪郭線上の中央部分とに設けたが、これに限定されるものではなく、第１コイル１３の端部（四隅や輪郭線上）で、Ｘ方向とＹ方向の位置が求められる部分であればよい。

また、実施の形態１〜６では、第１コイル１３を送電用、第２コイル１５を受電用として説明したが、これは逆の構成、すなわち、第１コイル１３が受電用、第２コイル１５が送電用になるような構成であってもよい。この場合も、実施の形態１〜６と同様の効果が得られる。

本発明にかかる非接触給電装置は、金属異物を高精度に検出することができるので、特に非接触で電力を伝送する非接触給電装置等として有用である。

１１非接触給電装置
１３第１コイル
１５第２コイル
１７熱伝導体
１９第１非接触温度検出器
２１電力制御部
２７金属異物
３３第２非接触温度検出器

Claims

第１コイルと、
前記第１コイルの上側に対向して配される第２コイルと、
前記第１コイルの上面に形成される熱伝導体と、
前記第１コイル、または前記第２コイルの少なくとも一方の端部に配され、前記熱伝導体の温度（Ｔ）を検出する非接触温度検出器と、
前記第１コイル、第２コイル、および非接触温度検出器と電気的に接続される電力制御部と、を備え、
前記電力制御部は、前記第１コイルと前記第２コイルとの間で電力伝送を行っている際に、前記非接触温度検出器で検出される温度（Ｔ）が既定温度（Ｔｋ）を超えれば、前記第１コイルに金属異物が存在すると判断するようにした非接触給電装置。
前記電力制御部は、前記金属異物の存在を判断すれば、前記電力伝送を停止するようにした請求項１に記載の非接触給電装置。
前記非接触温度検出器を前記端部に複数配した請求項１に記載の非接触給電装置。
前記第１コイル、または前記第２コイルの少なくとも一方は移動できる構成を備え、
前記電力制御部は、複数の前記非接触温度検出器から前記金属異物の位置を判断し、前記金属異物の上部に前記第２コイルが対向しないように、前記第１コイル、または前記第２コイルの少なくとも一方の位置をずらすように制御する請求項３に記載の非接触給電装置。
複数の前記非接触温度検出器は、前記熱伝導体の上面に対する温度検出方向を変えることができる構成を備える請求項３に記載の非接触給電装置。