JP2015211536A - 送電装置および受電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電力伝送が実施されている最中に異物の有無を検知する。【解決手段】送電装置は、交流電圧が印加されることにより磁界を形成し磁界を介して受電コイルに非接触で電力を送電する送電コイルと、異物検知器および磁界検知器と、異物検知器による異物の検知結果に関する情報および磁界検知器による磁界の検知結果に関する情報とを受け取る制御装置と、を備える。制御装置は、磁界の強度が所定値（Ｖｔｈ）以下となるタイミング（Ｔ１）に異物検知器によって行なわれた異物検知の結果に基づいて、異物が存在しているか否かを判断する。【選択図】図６

Description

本発明は、非接触で電力を送受電する送電装置および受電装置に関する。

下記の特許文献１〜６は、非接触で電力を送受電する送電装置および受電装置を開示している。特許文献１は、金属検知方法に関する発明も開示している。この方法は、金属検知コイルに流れる発振電流における基本周波数の変動の有無に基づいて、金属の有無を検知する。

特開２０１３−１８８０７２号公報 特開２０１３−１５４８１５号公報 特開２０１３−１４６１５４号公報 特開２０１３−１４６１４８号公報 特開２０１３−１２６３２７号公報 特開２０１３−１１０８２２号公報

金属検知コイルなどの異物検知器は、異物を検知する際に活用される。送電装置と受電装置との間で電力伝送が実施される前であれば、異物検知器は異物の有無を正確に検知できる。しかしながら、電力伝送が実施されている最中には、異物検知器が磁界からの影響を受けることに起因して、異物検知器を用いて異物の有無を正確に検知することが難しい場合があった。

外部に設けられた受電装置に非接触で電力を送電する送電装置であって、交流電圧が印加されることにより磁界を形成し、上記磁界を介して上記受電装置の受電コイルに非接触で電力を送電する送電コイルと、上記送電装置上または上記送電装置の近傍に位置する異物を検知する異物検知器と、上記磁界を検知する磁界検知器と、上記異物検知器による異物の検知結果に関する情報と、上記磁界検知器による上記磁界の検知結果に関する情報とを受け取る制御装置と、を備え、上記制御装置は、上記磁界の強度が所定値以下となるタイミングに上記異物検知器によって行なわれた異物検知の結果に基づいて、異物が存在しているか否かを判断する。

磁界の強度が所定値以下となるタイミングでは、異物検知器がその磁界から受ける影響が小さいため、一定の信頼性を有する異物検知結果が得られると言える。

好ましくは、上記磁界検知器は、上記磁界により誘導電圧が発生するコイルを含み、上記磁界の強度が上記所定値以下となる上記タイミングとは、上記磁界により上記コイルに発生している誘導電圧の絶対値が所定値以下となるタイミングである。

コイルに発生している誘導電圧によってコイル周囲の磁界の強度を容易に検知することができ、ひいては磁界の強度が所定値以下となるタイミングを容易に検知することができる。

好ましくは、上記異物検知器は、検知用の交流電圧が印加されることにより検知用磁界を形成する第１コイルと、上記第１コイルに対向するように配置され上記第１コイルが形成した上記検知用磁界により誘導電圧を発生する第２コイルとを有し、上記制御装置は、上記検知用磁界により上記第２コイルに発生した誘導電圧の値から算出される上記第２コイルの受電状態に基づいて、異物が存在しているか否かを判断する。

第１コイルおよび第２コイルからなるペアコイルの構成が採用される場合であっても、磁界により磁界検知器に発生している誘導電圧の絶対値が所定値以下となるタイミングでは、異物検知器がその磁界から受ける影響が小さいため、一定の信頼性を有する異物検知結果が得られると言える。

好ましくは、上記第１コイルと上記第２コイルとによってペアコイルが形成され、上記異物検知器は、複数の上記ペアコイルを含み、複数のうちから選択する上記ペアコイルを切り換える切換装置をさらに備え、上記切換装置は、上記タイミングの度に、選択する上記ペアコイルを順次切り換えることにより、検知用の交流電圧が印加される上記第１コイルと、誘導電圧が算出される上記第２コイルとを順次切り換える。

たとえば、第１コイルおよび第２コイルからなる複数組のペアコイルを広く配列した場合には、異物の位置を特定することも可能となる。

好ましくは、上記切換装置は、複数の上記第１コイルの一方の端子に第１共通配線を介して接続された第１マルチプレクサと、複数の上記第１コイルの他方の端子に第２共通配線を介して接続された第２マルチプレクサと、複数の上記第２コイルの一方の端子に第３共通配線を介して接続された第３マルチプレクサと、複数の上記第２コイルの他方の端子に第４共通配線を介して接続された第４マルチプレクサと、を有する。

共通配線の採用によって、配線の総量を減らすことができ、ひいては磁界に鎖交する配線も減らせる。磁界から受ける影響を低減できるため、一定の信頼性を有する異物検知が可能となる。

好ましくは、上記第１コイルおよび上記第２コイルは、巻き数が同じで且つ巻き方向を逆にした一対のコイル要素を同一平面上に配置して一対の上記コイル要素を互いに直列に接続した形状を有している。

一対のコイル要素同士は、誘導電圧の発生を低減するため、磁界による影響をより一層低減できる。

外部に設けられた送電装置から非接触で電力を受電する受電装置であって、上記送電装置の送電コイルに交流電圧が印加されることによって上記送電コイルが形成した磁界を介して上記送電コイルから非接触で電力を受電する受電コイルと、上記受電装置の下または上記受電装置の近傍に位置する異物を検知する異物検知器と、上記磁界を検知する磁界検知器と、上記異物検知器による異物の検知結果に関する情報と、上記磁界検知器による上記磁界の検知結果に関する情報とを受け取る制御装置と、を備え、上記制御装置は、上記磁界の強度が所定値以下となるタイミングに上記異物検知器によって行なわれた異物検知の結果に基づいて、異物が存在しているか否かを判断する。

送電装置の場合と同様に、磁界の強度が所定値以下となるタイミングでは、異物検知器がその磁界から受ける影響が小さいため、一定の信頼性を有する異物検知結果が得られると言える。

好ましくは、上記磁界検知器は、上記磁界により誘導電圧が発生するコイルを含み、上記磁界の強度が上記所定値以下となる上記タイミングとは、上記磁界により上記コイルに発生している誘導電圧の絶対値が所定値以下となるタイミングである。

送電装置の場合と同様に、コイルに発生している誘導電圧によってコイル周囲の磁界の強度を容易に検知することができ、ひいては磁界の強度が所定値以下となるタイミングを容易に検知することができる。

電力伝送が実施されている最中であっても、異物検知器を用いて異物の有無を検知できる。

実施の形態１における電力伝送システムを示す図である。 実施の形態１における送電装置を示す斜視図である。 実施の形態１における送電装置に備えられる異物検知器、磁界検知器および制御装置の電気的な構成を示す図である。 実施の形態１における送電装置に備えられる異物検知器の第１コイルおよび第２コイルを示す斜視図である。 実施の形態１における送電装置に備えられる異物検知器、磁界検知器および制御装置の電気的な構成（作動している様子）を示す図である。 実施の形態１に関し、（ａ）は磁界検知器によって検知された磁界の波形を示しており、（ｂ）は異物検知器が作動されるタイミングを示すチャートであり、（ｃ）は異物検知器によって検知された値を示す図である。 実施の形態２における送電装置に備えられる異物検知器の第１コイルおよび第２コイルを示す斜視図である。 実施の形態３における送電装置に備えられる異物検知器、磁界検知器および制御装置の電気的な構成を示す図である。 実施の形態４における送電装置に備えられる異物検知器、磁界検知器および制御装置の電気的な構成を示す図である。 実施の形態５における送電装置に備えられる異物検知器、磁界検知器および制御装置の電気的な構成を示す図である。 実施の形態６における送電装置に備えられる異物検知器、磁界検知器および制御装置の電気的な構成を示す図である。 実施の形態７に関し、（ａ）は磁界検知器によって検知された磁界の波形を示しており、（ｂ）は異物検知器が作動されるタイミングを示すチャートであり、（ｃ）は異物検知器によって検知された値を示す図である。 実施の形態８における送電装置に備えられる異物検知器の第１コイルおよび第２コイルを模式的に示す平面図である。 実施の形態８の第１変形例における送電装置に備えられる異物検知器の第１コイルおよび第２コイルを模式的に示す平面図である。 実施の形態８の第２変形例における送電装置に備えられる異物検知器の第１コイルおよび第２コイルを模式的に示す平面図である。 実施の形態９における電力伝送システムを示す図である。

実施の形態について、以下、図面を参照しながら説明する。個数および量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本発明の範囲は必ずしもその個数および量などに限定されない。同一の部品および相当部品には同一の参照番号を付し、重複する説明は繰り返さない場合がある。

［実施の形態１］
（非接触電力伝送システム１０００）
図１を参照して、実施の形態１における非接触電力伝送システム１０００について説明する。非接触電力伝送システム１０００は、車両１００および外部給電装置３００を備える。車両１００は、車両本体１１０および受電装置２００を含む。車両本体１１０は、車両ＥＣＵ１２０、整流器１３０、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４０、バッテリ１５０、パワーコントロールユニット１６０、モータユニット１７０、および通信部１８０等を有する。

受電装置２００は、外部給電装置３００の送電装置４００に対向した状態で、送電装置４００から非接触で電力を受電する。受電装置２００は、受電部２１０およびコンデンサ２２０を備え、この受電部２１０は、コア２４０と、このコア２４０の周囲に巻回された受電コイル２５０とを含む。受電コイル２５０は、受電コイル２５０のコイル巻回軸Ｏ１が車両前後方向に延びるように配置される。受電コイル２５０の巻数は、受電コイル２５０と送電装置４００の送電コイル４５０との間の距離、ならびに受電コイル２５０と送電コイル４５０との共鳴強度を示すＱ値（たとえばＱ≧１００）およびその結合度を示す結合係数κなどが大きくなるように適宜設定される。

外部給電装置３００は、送電装置４００、高周波電力装置３１０、送電ＥＣＵ３２０、および通信部３２２を備える。高周波電力装置３１０は、交流電源３３０および送電装置４００に接続される。送電装置４００は、送電部４１０およびコンデンサ４２０を備え、この送電部４１０は、コア４４０と、このコア４４０の周囲に巻回された送電コイル４５０とを含む。車両１００が電力伝送可能な位置に駐車した際に、受電コイル２５０のコイル巻回軸Ｏ１と送電コイル４５０のコイル巻回軸Ｏ２とは互いに平行になることが企図される。送電コイル４５０は、高周波電力装置３１０から高周波電力（交流電圧）を印加されることにより磁界を形成する。送電コイル４５０は、磁界を介して受電部２１０の受電コイル２５０へ、電磁誘導により非接触で電力を送電する。

（異物検知器４６０、磁界検知器４８０、制御装置４８５）
送電装置４００は、異物検知器４６０、磁界検知器４８０および制御装置４８５をさらに備える。受電部２１０と送電部４１０との間に金属などの異物が存在している場合、電力の伝送効率（受電部２１０の受電効率）が低下したり、異物が発熱したりする。異物とは、たとえば受電部２１０と送電部４１０との間に存在する金属片（飲料缶やお金等）、および動物等が想定される。異物検知器４６０、磁界検知器４８０および制御装置４８５を用いることによって、このような異物を検知することができる。詳細は後述されるが、異物検知器４６０は、複数の第１コイル（図３における第１コイル４６８を参照）および複数の第２コイル（図３における第２コイル４７８を参照）を含む。

磁界検知器４８０は、コイル（図３参照）を内蔵する。電力伝送の際には、受電部２１０（図１）と送電部４１０との間に磁界が形成される。磁界検知器４８０のコイルは、この磁界が及ぶ位置に配置される。磁界検知器４８０は、このコイルが磁界からの影響を受けることによってこのコイルに発生した誘導電圧（誘起電圧）に関する情報を、電気信号として制御装置４８５に送出する。本実施の形態では、制御装置４８５に送出された情報は、異物検知器４６０を作動させるタイミングを制御する際に活用される（図６を参照して後述する）。

図２は、送電装置４００の分解した状態を示す斜視図である。矢印Ｄは鉛直方向下方を示し、矢印Ｕは鉛直方向上方を示し、矢印Ｌは車両左方向を示し、矢印Ｒは車両右方向を示し、矢印Ｆは車両前進方向を示し、矢印Ｂは車両後退方向を示す。これらについては、後述する図４，７，１７においても共通する。

一例として、送電装置４００に用いられるコア４４０は、フェライト製であり、平面視で４００ｍｍ×４００ｍｍの大きさを有する。送電装置４００の送電部４１０（コア４４０および送電コイル４５０）、コンデンサ４２０、異物検知器４６０および磁界検知器４８０は、筺体４３０の中に収容される。筺体４３０は、シールド４３２および蓋部材４３４を有する。

異物検知器４６０を構成する複数の第１コイル４６８および複数の第２コイル４７８は、同一の大きさおよび形状を有する（図４参照）。１つの第１コイル４６８および１つの第２コイル４７８は、互いに対向するように配置され、１組のペアコイルを構成する。複数の第１コイル４６８および複数の第２コイル４７８は、複数組のペアコイルのそれぞれが行列状に配列されるように、蓋部材４３４の内面上に貼り付けられる（図２参照）。

電力伝送の際に受電部２１０（図１）と送電部４１０との間に形成された磁界は、異物検知器４６０（複数の第１コイル４６８および複数の第２コイル４７８）に及ぶ。換言すると、異物検知器４６０の複数の第１コイル４６８および複数の第２コイル４７８は、この磁界が及ぶ位置に配置されている。磁界検知器４８０は、シールド４３２の底面上に配置される。上述のとおり、電力伝送の際には、受電部２１０（図１）と送電部４１０との間に磁界が形成される。磁界検知器４８０のコイル（図３参照）も、この磁界が及ぶ位置に配置されている。

（異物検知器４６０などの電気的な構成）
図３は、異物検知器４６０、磁界検知器４８０および制御装置４８５の電気的な構成を示す図である（図１も参照）。異物検知器４６０は、複数の第１コイル４６８および複数の第２コイル４７８に加えて、発振器４６１、パワーアンプ４６２、共振コンデンサ４６３、マルチプレクサ４６４，４６５および共通配線４６６，４６７、ならびに、信号処理回路４７１、共振コンデンサ４７２、共振抵抗４７３、マルチプレクサ４７４，４７５および共通配線４７６，４７７を含む。

図３の中では、説明上の便宜のため、複数の第１コイル４６８および複数の第２コイル４７８は左右方向に離れて配置されているように図示されている。実際には、１つの第１コイル４６８および１つの第２コイル４７８は、互いに対向するように配置され、１組のペアコイルを構成する（図４参照）。本実施の形態では、計１６組のペアコイルが蓋部材４３４（図２）の内面上に貼り付けられる。

図４は、第１コイル４６８および第２コイル４７８を示す斜視図である。第１コイル４６８および第２コイル４７８は、いずれも矩形状の形状を有するコイル部分を有する。このコイル部分の大きさは、たとえば、長さＬ１が２０ｍｍであり、長さＬ２が２０ｍｍである。第１コイル４６８および第２コイル４７８の間の間隔Ｌ３は、たとえば数ｍｍである。このようなペアコイルの構成は、たとえば、プリント基板の両面に金属配線をパターニングすることで容易に作製できる。

図４に示すように、１つの第１コイル４６８に検知用の交流電圧が印加されることによって、この第１コイル４６８は検知用磁界を形成する（図４中の矢印ＡＲ１参照）。この第１コイル４６８に対向するように配置された第２コイル４７８は、この第１コイル４６８が形成した検知用磁界により誘導電圧を発生する。制御装置４８５は、検知用磁界により第２コイル４７８に発生した誘導電圧を計測して第２コイル４７８の受電状態（たとえば受電効率）を算出し、第２コイル４７８の受電状態に基づいて検知用磁界内に異物が存在しているか否かを判断する。

本実施の形態では（図３参照）、マルチプレクサ４６４，４６５，４７４，４７５が「切換装置」として機能する。この切換装置によって、選択されるペアコイルが順次切り替えられる。これにより、複数の第１コイル４６８のうちの検知用の交流電圧を印加すべき１つの第１コイル４６８と、複数の第２コイル４７８のうちの誘導電圧を計測すべき１つの第２コイル４７８との組合せが順次切り換えられる。以下、より具体的に説明する。

図３を参照して、発振器４６１は、任意の周波数（たとえば１３．５６ＭＨｚ）からなる信号を生成し、その信号はパワーアンプ４６２によって増幅される。増幅により生成された異物検知用の交流電圧は、共振コンデンサ４６３を通してマルチプレクサ４６４に入力される。マルチプレクサ４６４は、共振コンデンサ４６３、制御装置４８５および４本の共通配線４６６に接続される。一方で、マルチプレクサ４６５は、接地線、制御装置４８５および４本の共通配線４６７に接続される。

１本の共通配線４６６（第１共通配線）は、４つの第１コイル４６８の一方の端子に接続される。１本の共通配線４６７（第２共通配線）は、４つの第１コイル４６８の他方の端子に接続される。マルチプレクサ４６４（第１マルチプレクサ）は、制御装置４８５からの選択制御入力の値に従って、４本のうちのいずれか１本の共通配線４６６に交流電圧を出力する。マルチプレクサ４６５（第２マルチプレクサ）は、制御装置４８５からの選択制御入力の値に従って、４本のうちのいずれか１本の共通配線４６７と接地線とを導通させる。

複数の第１コイル４６８は、４×４の行列状に配列される。マルチプレクサ４６４およびマルチプレクサ４６５によって、あるタイミングでは、１６個のうちのいずれか１個の第１コイル４６８にマルチプレクサ４６４からの交流電圧が印加される。１６個のうちのいずれの第１コイル４６８に交流電圧が印加されるかについては、制御装置４８５からマルチプレクサ４６４およびマルチプレクサ４６５に送出される選択制御入力に応じて決定される。複数の第１コイル４６８のそれぞれは、検知用の交流電圧を印加された際に、検知用磁界を形成する。

一方で、複数の第２コイル４７８も、４×４の行列状に配列される。制御装置４８５は、信号処理回路４７１、マルチプレクサ４７４およびマルチプレクサ４７５に接続される。信号処理回路４７１は、共振コンデンサ４７２および共振抵抗４７３に接続される。マルチプレクサ４７４（第３マルチプレクサ）は、共振コンデンサ４７２、制御装置４８５および４本の共通配線４７６に接続される。マルチプレクサ４７５（第４マルチプレクサ）は、接地線、制御装置４８５および４本の共通配線４７７に接続される。１本の共通配線４７６（第３共通配線）は、４つの第２コイル４７８の一方の端子に接続される。１本の共通配線４７７（第４共通配線）は、４つの第２コイル４７８の他方の端子に接続される。

１６個のうちのいずれか１個の第１コイル４６８に交流電圧が印加された際、その第１コイル４６８は検知用磁界を形成する。この第１コイル４６８に対向するように配置された第２コイル４７８は、この第１コイル４６８が形成した検知用磁界により誘導電圧を発生する。誘導電圧を発生したこの第２コイル４７８は、制御装置４８５からマルチプレクサ４７４およびマルチプレクサ４７５に送出される選択制御入力に応じて予め特定される。換言すると、誘導電圧を発生したこの第２コイル４７８は、誘導電圧を計測すべき１つの第２コイル４７８として予め特定される。

ここで、共振コンデンサ４６３と複数の第１コイル４６８の１つ１つとの間に共振周波数ｆ＝１／（２π×（Ｌ×Ｃ）^１／２）の式が満足するように回路定数が予め定められている。同様に、共振コンデンサ４７２と複数の第２コイル４７８の１つ１つとの間にも共振周波数ｆ＝１／（２π×（Ｌ×Ｃ）^１／２）の式を満足するように回路定数が予め定められている。これらの式において、ｆは発振器４６１の共振周波数［Ｈｚ］であり、Ｌは各コイルのインダクタンス［Ｈ］であり、Ｃは各コンデンサの容量［Ｆ］である。第１コイル４６８および第２コイル４７８は、所定の結合係数で電磁気的に結合している。共振周波数ｆは、受電部２１０と送電部４１０との間で行なわれる電力伝送の周波数よりも十分に高い（たとえま１０倍以上である）ことが好ましい。たとえば、電力伝送の周波数が８５ｋＨｚである場合には、共振周波数ｆは１３．６５ＭＨｚとすることができる。

第２コイル４７８に発生した誘導電圧の値は、マルチプレクサ４７４、共振コンデンサ４７２および共振抵抗４７３を介して信号処理回路４７１（たとえばＡＣ／ＤＣ回路）に送出される。信号処理回路４７１は、受け取った第２コイル４７８の誘導電圧に関する情報（すなわち異物検知の結果に関する情報）を、制御装置４８５が受信できるのに適した信号に変換する。制御装置４８５は、信号処理回路４７１から受け取った値に基づいて第２コイル４７８の受電状態（たとえば受電効率）を算出し、第２コイル４７８の受電状態に基づいて検知用磁界内に異物が存在しているか否かを判断する。

たとえば、第１コイル４６８および第２コイル４７８の付近に異物が存在していた場合には、第１コイル４６８と第２コイル４７８との間に形成される磁界がその異物に鎖交することによって、第２コイル４７８に発生する誘導電圧の値が変化する。制御装置４８５は、異物が存在していない場合に第２コイル４７８に発生する誘導電圧を比較値として予め有している。制御装置４８５は、信号処理回路４７１から受け取った値がこの比較値よりも低い場合には、検知用磁界内に異物が存在していると判断する。

検知用磁界内に異物が存在しているか否かについては、第１コイル４６８と第２コイル４７８との間の受電効率（電力の伝送効率）に限られず、これらコイル同士の間の結合係数の変化に基づいて判断されることもできる。異物が検知された場合には、制御装置４８５は、受電部２１０と送電部４１０との間の電力伝送を停止する信号を送電ＥＣＵ３２０（図１）に送出するとともに、図示しない報知装置によってその旨を使用者に伝える。

冒頭で述べたように、電力伝送が実施される前であれば、異物検知器４６０および制御装置４８５は、異物の有無を正確に検知できる。しかしながら、電力伝送が実施されている最中には、第１コイル４６８および第２コイル４７８の周囲に磁界が形成される（図４中の矢印ＡＲ参照）。磁界（磁束）は、第１コイル４６８および第２コイル４７８に鎖交するため、磁界からの影響を受けた第１コイル４６８および第２コイル４７８には誘導電圧が発生する。特に、第１コイル４６８および第２コイル４７８の周囲に形成される磁界の強度が大きくなればなるほど、その磁界が第２コイル４７８の出力に与える影響は大きくなる。このような状態の下では、第１コイル４６８が検知用磁界を形成して第２コイル４７８が受電したとしても、第２コイル４７８から出力される誘導電圧の値にはノイズが多く含まれることになる。したがって、電力伝送が実施されている最中に異物検知器４６０を用いて異物の有無を正確に検知することは容易ではない。

そこで本実施の形態では、電力伝送中においては、受電コイル２５０と送電コイル４５０との間に形成される磁界の強度が所定値よりも小さくなるタイミングに、送電装置４００の上面若しくは上方や、送電装置４００の近傍（周囲）に異物があるか否かを検知ないし判断する。これにより、電力伝送時に形成される磁界の影響を殆ど受けずに、異物検知を実施することができる。具体的な内容については後述する。

図５を参照して、本実施の形態では、電力伝送が実施されている最中に形成される磁界は、次のような影響をも及ぼす。すなわち、異物検知器４６０が異物を検知する範囲内には、より多くのペアコイル（一対の第１コイル４６８および第２コイル４７８）が配置されている方が好ましい。その方が、異物検知器４６０の検知感度を高くできる。この理由は、パワーアンプ４６２から出力される交流電圧を受けて第１コイル４６８は検知用磁界を形成するが、パワーアンプ４６２から出力される交流電圧を、より小さな面積を有する検知用磁界の形成に集中的に用いることで、第２コイル４７８に発生する誘導電圧が高くなるからである。

また、第１コイル４６８の大きさを小さくし、第１コイル４６８の配置位置を細分化することで、より小さな異物を検知することも可能となる。つまり、異物検知器４６０の検知範囲内では、単位面積あたりにより多くのペアコイル（一対の第１コイル４６８および第２コイル４７８）が配置されている方が好ましい。このような観点から、本実施の形態では複数の第１コイル４６８を行列状に配置するという構成が採用されている。

上述のとおり、本実施の形態では、マルチプレクサ４６４，４６５および共通配線４６６，４６７によって、複数のうちの１つの第１コイル４６８に選択的に交流電圧が印加される。マルチプレクサ４６４，４６５および共通配線４６６，４６７を採用することによって、配線の一部が共通化され、配線量が増大することを抑制できる。

配線は、金属シールドとして機能しやすい部材であり、受電部２１０と送電部４１０との間で実施される電力伝送の効率を低下させる要因となり得る。したがって、マルチプレクサ４６４，４６５および共通配線４６６，４６７を採用するという構成によれば、第１コイル４６８の配置数を多くしたとしても、配線の共通化がなされていることによって、異物検知器４６０内で配線の占有率が高くなることは抑制され、電力伝送の効率が低下することも抑制できるというメリットが得られる。配線量が増大しない分だけ、各々の第１コイル４６８の大きさを大きくすることも可能である。

一方で、マルチプレクサ４６４，４６５および共通配線４６６，４６７を採用した場合には、１つの第１コイル４６８に交流電圧が印加される際に、図５中の破線で示すような電気的な１つのループが形成される。図５中の破線で示すこのループは、あるタイミングにおいて、図５中の左から２番目で且つ上から２番目の第１コイル４６８に交流電圧が印加されている様子を示している。このループは、この第１コイル４６８と、発振器４６１と、ＧＮＤとを通過する経路から構成される。

受電部２１０と送電部４１０との間で電力伝送が実施されている最中には、このループの周囲にも磁界が形成される。磁界（磁束）は、このループに鎖交するため、磁界からの影響を受けたループにも誘導電圧が発生する。このような状態の下では、第１コイル４６８が検知用磁界を形成して第２コイル４７８が受電したとしても、第２コイル４７８から出力される誘導電圧の値にはノイズが含まれることになる。

図６を参照して、本実施の形態では、第２コイル４７８から出力される誘導電圧の値に上述のようなノイズが含まれることを軽減するために、制御装置４８５が次のような動作を行なう。上述のとおり、磁界検知器４８０のコイルは、このコイルが磁界からの影響を受けることによってこのコイルに発生した誘導電圧（誘起電圧）に関する情報を、電気信号として制御装置４８５に送出する。この情報は、たとえば図６（ａ）中の波形Ｓ１として表される。

波形Ｓ１として表されるこの情報は、受電部２１０と送電部４１０との間に形成されている磁界の強度に対応する。図６（ａ）中の点Ｐ１は、磁界検知器４８０に発生する誘導電圧が０Ｖとなる、いわゆるゼロクロスのタイミングである。磁界検知器４８０のコイルに発生している誘導電圧の絶対値が高い程、受電部２１０と送電部４１０との間に形成されている磁界の強度も高いことを意味する。

すなわち、本実施の形態においては、磁界検知器４８０のコイルに生じる誘導電圧が所定値以下となるタイミングを、受電部２１０と送電部４１０との間に形成される磁界の強度が所定値以下となるタイミングであるとしている。なお、磁界検知器４８０に生じる誘導電流を測定し、誘導電流が所定値以下となるタイミングを、磁界の強度が所定値以下となるタイミングとしてもよい。

制御装置４８５は、磁界検知器４８０からの情報に基づいて、磁界検知器４８０のコイルに発生している誘導電圧の絶対値が所定値（Ｖｔｈ）以下となるタイミングＴ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４にのみマルチプレクサ４６４，４６５，４７４，４７５に選択制御入力を送信する。磁界検知器４８０のコイルに発生している誘導電圧の絶対値が所定値（Ｖｔｈ）以下となるタイミングの始点は、図６中の時間ＴＳで現わされ、その終点は時間ＴＥで現わされる。

すなわち制御装置４８５は、このタイミングＴ１（時間ＴＳから時間ＴＥまでの間）およびタイミングＴ２，Ｔ３，Ｔ４の間にのみ異物検知器４６０が異物の有無を検知するように異物検知器４６０の駆動を制御する（図６（ｂ）中の線Ｓ２を参照）。所定値（Ｖｔｈ）は、たとえば数１０ｍＶである。タイミングＴ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４の時間は、たとえば、電力伝送の周波数が８５ｋＨｚである場合には、その約１／１００に対応する時間である。

図６（ｂ）のタイミングチャートは、異物検知器４６０が異物の有無を検知していること（検知動作を実施している状態）をＯＮ状態とし、異物検知器４６０が異物の有無を検知していないこと（検知動作を実施していない状態）をＯＦＦ状態として示すものである。図６（ｃ）に示す波形Ｓ３は、異物検知器４６０からの出力値（第２コイル４７８に発生した誘導電圧の値）を模式的に示している。異物が存在している場合には、この誘導電圧の値（波形Ｓ３）に変化が生じる。

時間ＴＳから時間ＴＥまでの間は、第１コイル４６８および第２コイル４７８の周囲に発生している磁界強度、ならびに上記のループ（図５中の破線）の周囲に発生している磁界強度は、比較的に弱い（具体的には、時間ＴＳから時間ＴＥまでの間の時間帯以外に比べて弱い）。磁界から受ける影響が比較的小さいタイミングでのみ異物検知器４６０は異物の検知を実施するため、受電部２１０と送電部４１０との間で電力伝送が行なわれている最中であっても、異物の有無をある程度の精度で検知していることを期待できる。

磁界検知器４８０に発生している誘導電圧の絶対値が所定値（Ｖｔｈ）よりも大きい場合には、制御装置４８５は、マルチプレクサ４６４，４６５，４７４，４７５に、図示しないＮＣピンを選択させる。これにより、第１コイル４６８および第２コイル４７８に発生する誘導電圧が、共振コンデンサ４６３，４７２に印加されることはなくなる。

時間ＴＳから時間ＴＥまでの間であれば、その間の終始にわたって異物検知器４６０が検知動作を行なってもよいし、そのような構成に限られず、点Ｐ１（ゼロクロス）を制御装置４８５が検知した時点から時間ＴＥまでの間に異物検知器４６０が検知動作を行なってもよい。これらのタイミングは、制御装置４８５がタイマー機能を有している場合には、そのタイマー機能を活用することによって最適な検知タイミング（検知動作のための周期）が算出および決定されるとよい。

以上のような構成によれば、第１コイル４６８および第２コイル４７８ならびに上記のループ（図５中の破線）に発生する誘導電圧の影響を低減できることから、第２コイル４７８のインダクタンスを増加させることも可能となる。第２コイル４７８のインダクタンスを増加させた場合、第２コイル４７８に発生する誘導電圧も増加することとなり、異物検知の感度を向上させることができる。

上述のとおり、本実施の形態では、マルチプレクサ４６４，４６５，４７４，４７５が「切換装置」として機能する。この切換装置は、磁界検知器４８０に発生している誘導電圧の絶対値が所定値以下となるタイミングの度に、検知用の交流電圧を印加すべき１つの第１コイル４６８と、誘導電圧を算出すべき１つの第２コイル４７８との組合せを順次切り換えていく。たとえば、図６中のタイミングＴ１では、図５中の第１コイル４６８ｐおよびそれに対応する第２コイル４７８ｐを用いて検知動作が行なわれる。

同様に、図６中のタイミングＴ２では、図５中の第１コイル４６８ｑおよびそれに対応する第２コイル４７８ｑを用いて検知動作が行なわれ、タイミングＴ３では、図５中の第１コイル４６８ｒおよびそれに対応する第２コイル４７８ｒを用いて検知動作が行なわれ、タイミングＴ４では、図５中の第１コイル４６８ｓおよびそれに対応する第２コイル４７８ｓを用いて検知動作が行なわれる。１６個のペアコイルは、順次異物検知を行なう。なお、送電部４１０に供給される電流の周波数は数十ｋＨｚであるため、短時間のうちに、全てペアコイルを一巡させることができる。

制御装置４８５は、上記タイミングで行なわれた異物検知の結果に基づいて異物が存在しているか否かを判断するため、一定の信頼性を有する異物検知結果が得られると言える。また、行列状に並べられたペアコイルによれば、どのペアコイルが異物を検知したかという情報に基づいて、異物の位置を特定ないし推定することも可能である。

［実施の形態２］
図７を参照して、上述の実施の形態１では、異物検知器に、図４に示すペアコイル（一対の第１コイル４６８および第２コイル４７８）が用いられる。このペアコイルの代わりに、図７に示すペアコイル（一対の第１コイル４６８Ａおよび第２コイル４７８Ａ）が用いられてもよい。

第１コイル４６８Ａは、巻き数が同じで且つ巻き方向を逆にした一対のコイル要素４６８Ｂ，４６８Ｃを同一平面上に配置して、一対のコイル要素４６８Ｂ，４６８Ｃを互いに直列に接続した形状を有している。コイル要素４６８Ｂ，４６８Ｃは、車幅方向（矢印ＬＲ方向）に沿って並んでいる。

同様に、第２コイル４７８Ａは、巻き数が同じで且つ巻き方向を逆にした一対のコイル要素４７８Ｂ，４７８Ｃを同一平面上に配置して、一対のコイル要素４７８Ｂ，４７８Ｃを互いに直列に接続した形状を有している。コイル要素４７８Ｂ，４７８Ｃも、車幅方向（矢印ＬＲ方向）に沿って並んでいる。

受電部２１０と送電部４１０（いずれも図示せず）との間で電力伝送が行なわれている最中には、電力伝送による磁界（矢印ＡＲ３）の影響は、図７に示すペアコイル（一対の第１コイル４６８Ａおよび第２コイル４７８Ａ）にも及ぶ。このペアコイルに及ぶ磁界の影響は、コイル要素４６８Ｂの側とコイル要素４６８Ｃの側とで逆向きとなる（矢印ＡＲ２参照）。コイル要素４７８Ｂ，４７８Ｃについても同様である。

したがって、これらのコイル要素４６８Ｂ，４６８Ｃ，４７８Ｂ，４７８Ｃが電力伝送による磁界から受ける影響（すなわち誘導電圧の発生）を抑制できる。電力伝送のための磁界による誘導電圧の発生が抑制されることによって、第２コイル４７８Ａから出力される検知用磁界による誘導電圧の値にノイズが入り込むことが抑制され、ひいては検知感度を向上させることが可能となる。

［実施の形態３］
図８は、実施の形態３における異物検知器４６０Ａの電気的な構成を示す図である。図８は、実施の形態１の図３に対応している。異物検知器４６０Ａは、共振コンデンサ４６３に並列接続された共振コンデンサ４６３Ａと、共振コンデンサ４７２に直列接続された共振コンデンサ４７２Ａとをさらに備えている。共振コンデンサ４６３Ａ，４７２Ａの採用によって、高電圧となる部位を減らすことができる。

［実施の形態４］
図９は、実施の形態４における異物検知器４６０Ｂの電気的な構成を示す図である。図９は、実施の形態１の図３に対応している。異物検知器４６０Ｂでは、実施の形態１のマルチプレクサ４６４，４６５（図３参照）の代わりに切換装置４６４Ａが用いられ、マルチプレクサ４７４，４７５（図３参照）の代わりに切換装置４７４Ａが用いられる。すなわち、実施の形態１におけるマルチプレクサおよび共通配線は、必須の構成ではない。

切換装置４６４Ａ，４７４Ａは、スイッチング素子を含み、第１コイル４６８および第２コイル４７８の１つ１つにそれぞれ接続されている。切換装置４６４Ａ，４７４Ａは、実施の形態１の場合とは異なり配線の共通化といった構成は備えていないが、切換装置４６４Ａ，４７４Ａによっても、複数の第１コイル４６８のうちの検知用の交流電圧を印加すべき１つの第１コイル４６８と、複数の第２コイル４７８のうちの誘導電圧を計測すべき１つの第２コイル４７８との組合せを順次切り換えることが可能である。

本実施の形態のような異物検知器４６０Ｂが用いられる場合であっても、制御装置４８５が、上記の所定のタイミング（図６におけるタイミングＴ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４参照）で行なわれた異物検知の結果に基づいて異物が存在しているか否かを判断することにより、一定の信頼性を有する異物検知結果が得られる。

［実施の形態５］
図１０は、実施の形態５における異物検知器４６０Ｃの電気的な構成を示す図である。図１０は、実施の形態１の図３に対応している。異物検知器４６０Ｃでは、１つの第１コイル４６８と１つの第２コイル４７８とが用いられる。実施の形態１の場合に比べて、これらのコイルの大きさは大きい。検知範囲の細分化は図られていないものの、当該構成によっても、制御装置４８５が、上記の所定のタイミング（図６におけるタイミングＴ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４参照）で行なわれた異物検知の結果に基づいて異物が存在しているか否かを判断することにより、一定の信頼性を有する異物検知結果が得られる。

［実施の形態６］
図１１は、実施の形態６における異物検知器４６０Ｄの電気的な構成を示す図である。図１１は、実施の形態１の図３に対応している。異物検知器４６０Ｄでは、複数組のペアコイルを用いるという構成が採用されていない。異物検知器４６０Ｄとしては、シングルコイル、温度センサ、ソナーセンサ、および焦土センサなどの任意の検知手段を採用することができる。

シングルコイルの近傍に金属異物があると、シングルコイルのインダクタンス値（Ｌ値）が変化する。その結果、電力伝送時にシングルコイルに生じる誘導電圧、電流などが、金属異物がないときとは異なる（変化する）。この変化を利用することにより、金属異物を検知することができる。赤外線センサなどの温度センサは、検知領域における赤外線という物理量を検知する。ソナーセンサを採用した場合には、音の反射時間という物理量を検知する。焦電センサは、検知領域内における熱変化を高精度に検知することができ、これにより、熱を有する物体の移動を高精度に検知することができる。

いずれの検知手段が採用される場合であっても、制御装置４８５が、上記の所定のタイミング（図６におけるタイミングＴ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４参照）で行なわれた異物検知の結果に基づいて異物が存在しているか否かを判断することにより、一定の信頼性を有する異物検知結果が得られる。

［実施の形態７］
図１２を参照して、上述の実施の形態１（図６）の制御装置４８５は、タイミングＴ１（時間ＴＳから時間ＴＥまでの間）およびタイミングＴ２，Ｔ３，Ｔ４にのみ異物検知器４６０が異物の有無を検知するように異物検知器４６０の駆動を制御する。このような構成に限られず、図１２に示すように、検知動作は、少なくともタイミングＴ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４に行なわれるようなものであればよく、タイミングＴ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４以外の時間帯に検知動作が実施されていても構わない。

具体的に説明すると、タイミングＴ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４以外の時間帯で行なわれた検知動作の結果は、電力伝送の磁界の影響を受けているため、異物の有無の判断には用いられない。一方で、たとえばソフトウェア処理によって、タイミングＴ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４の時間帯で行なわれた検知動作の結果のみに基づいて、制御装置４８５が異物の有無を判断する。当該構成によっても、結果として、制御装置４８５は、上記タイミングで行なわれた異物検知の結果に基づいて異物が存在しているか否かを判断することになるため、一定の信頼性を有する異物検知結果が得られると言える。

［実施の形態８］
図１３を参照して、上述の実施の形態１（図４参照）では、矩形形状のコイル部分を有する第１コイル４６８および第２コイル４７８が用いられる。図１３に示すように、第１コイル４６８および第２コイル４７８のコイル部分の形状は、三角形状であってもよい。図１４に示すように、第１コイル４６８および第２コイル４７８のコイル部分の形状は、六角形状などの他の多角形形状であってもよい。多角形形状のコイルによれば、大きさおよび形状を揃えることによって、検知感度の均一化を図ることも可能となる。

図１５に示すように、外形が円形状のコイル部分を有する第１コイル４６８および第２コイル４７８が採用されてもよい。図１５では、第１コイル４６８および第２コイル４７８からなる複数組のペアコイルが同心円状に配置されている。

［実施の形態９］
図１６を参照して、上述の各実施の形態は、送電装置４００の側に搭載される異物検知器４６０などに基づいて説明した。上述で開示した思想は、車両１００に搭載される受電装置２００にも略同一のものが適用可能である。

図１６に示す非接触電力伝送システム１０００Ａでは、受電装置２００が、異物検知器２６０、磁界検知器２８０および制御装置２８５をさらに備える。異物検知器２６０、磁界検知器２８０および制御装置２８５は、上述の各実施の形態における異物検知器４６０、磁界検知器４８０および制御装置４８５に対応し、これらと同様の動作を行なう。すなわち、制御装置２８５が、上記の所定のタイミング（図６におけるタイミングＴ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４参照）で行なわれた異物検知の結果に基づいて異物が存在しているか否かを判断することにより、一定の信頼性を有する異物検知結果が得られる。

すなわち、この図１６に示す例においても、磁界検知器４８０（図３参照）のコイルに生じる誘導電圧が所定値以下となるタイミングを、受電部２１０と送電部４１０との間に形成される磁界の強度が所定値以下となるタイミングであるとしている。そして、磁界検知器４８０が検知した磁界の強度（若しくはコイルに発生した誘導電圧）が所定値以下となるタイミングで異物検知が実施される。これにより、受電装置２００の下方若しくは下面や、受電装置２００の近傍（周囲）に異物があるか否かを一定の精度で検知および判断できる。

以上、本発明に基づいた各実施の形態について説明したが、上記の開示内容はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の技術的範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１００ 車両、１１０ 車両本体、１２０ 車両ＥＣＵ、１３０ 整流器、１４０ コンバータ、１５０ バッテリ、１６０ パワーコントロールユニット、１７０ モータユニット、２００ 受電装置、２１０ 受電部、２２０，４２０ コンデンサ、２４０，４４０ コア、２５０ 受電コイル、２６０，４６０，４６０Ａ，４６０Ｂ，４６０Ｃ，４６０Ｄ 異物検知器、２８０，４８０ 磁界検知器、２８５，４８５ 制御装置、３００ 外部給電装置、３１０ 高周波電力装置、３２０ 送電ＥＣＵ、３２２ 通信部、３３０ 交流電源、４００ 送電装置、４１０ 送電部、４３０ 筺体、４３０ 筺体、４３２ シールド、４３４ 蓋部材、４５０ 送電コイル、４６１ 発振器、４６２ パワーアンプ、４６３，４６３Ａ，４７２，４７２Ａ 共振コンデンサ、４６４，４６５，４７４，４７５ マルチプレクサ、４６４Ａ，４７４Ａ 切換装置、４６６，４６７，４７６，４７７ 共通配線、４６８，４６８Ａ，４６８ｐ，４６８ｑ，４６８ｒ，４６８ｓ 第１コイル、４６８Ｂ，４６８Ｃ，４７８Ｂ，４７８Ｃ コイル要素、４７１ 信号処理回路、４７３ 共振抵抗、４７８，４７８Ａ，４７８ｐ，４７８ｑ，４７８ｒ，４７８ｓ 第２コイル、１０００，１０００Ａ 非接触電力伝送システム、Ｌ１，Ｌ２ 長さ、Ｌ３ 間隔、Ｏ１，Ｏ２ コイル巻回軸、Ｐ１ 点、Ｓ１，Ｓ３ 波形、Ｓ２ 線、Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４ タイミング、ＴＥ，ＴＳ 時間。

Claims (8)

1. 外部に設けられた受電装置に非接触で電力を送電する送電装置であって、
   交流電圧が印加されることにより磁界を形成し、前記磁界を介して前記受電装置の受電コイルに非接触で電力を送電する送電コイルと、
   前記送電装置上または前記送電装置の近傍に位置する異物を検知する異物検知器と、
   前記磁界を検知する磁界検知器と、
   前記異物検知器による異物の検知結果に関する情報と、前記磁界検知器による前記磁界の検知結果に関する情報とを受け取る制御装置と、を備え、
   前記制御装置は、前記磁界の強度が所定値以下となるタイミングに前記異物検知器によって行なわれた異物検知の結果に基づいて、異物が存在しているか否かを判断する、
   送電装置。
2. 前記磁界検知器は、前記磁界により誘導電圧が発生するコイルを含み、
   前記磁界の強度が前記所定値以下となる前記タイミングとは、前記磁界により前記コイルに発生している誘導電圧の絶対値が所定値以下となるタイミングである、
   請求項１に記載の送電装置。
3. 前記異物検知器は、検知用の交流電圧が印加されることにより検知用磁界を形成する第１コイルと、前記第１コイルに対向するように配置され前記第１コイルが形成した前記検知用磁界により誘導電圧を発生する第２コイルとを有し、
   前記制御装置は、前記検知用磁界により前記第２コイルに発生した誘導電圧の値から算出される前記第２コイルの受電状態に基づいて、異物が存在しているか否かを判断する、
   請求項１または請求項２に記載の送電装置。
4. 前記第１コイルと前記第２コイルとによってペアコイルが形成され、
   前記異物検知器は、複数の前記ペアコイルを含み、
   複数のうちから選択する前記ペアコイルを切り換える切換装置をさらに備え、
   前記切換装置は、前記タイミングの度に、選択する前記ペアコイルを順次切り換えることにより、検知用の交流電圧が印加される前記第１コイルと、誘導電圧が算出される前記第２コイルとを順次切り換える、
   請求項３に記載の送電装置。
5. 前記切換装置は、
   複数の前記第１コイルの一方の端子に第１共通配線を介して接続された第１マルチプレクサと、
   複数の前記第１コイルの他方の端子に第２共通配線を介して接続された第２マルチプレクサと、
   複数の前記第２コイルの一方の端子に第３共通配線を介して接続された第３マルチプレクサと、
   複数の前記第２コイルの他方の端子に第４共通配線を介して接続された第４マルチプレクサと、を有する、
   請求項４に記載の送電装置。
6. 前記第１コイルおよび前記第２コイルは、巻き数が同じで且つ巻き方向を逆にした一対のコイル要素を同一平面上に配置して一対の前記コイル要素を互いに直列に接続した形状を有している、
   請求項３から請求項５のいずれか１項に記載の送電装置。
7. 外部に設けられた送電装置から非接触で電力を受電する受電装置であって、
   前記送電装置の送電コイルに交流電圧が印加されることによって前記送電コイルが形成した磁界を介して前記送電コイルから非接触で電力を受電する受電コイルと、
   前記受電装置の下または前記受電装置の近傍に位置する異物を検知する異物検知器と、
   前記磁界を検知する磁界検知器と、
   前記異物検知器による異物の検知結果に関する情報と、前記磁界検知器による前記磁界の検知結果に関する情報とを受け取る制御装置と、を備え、
   前記制御装置は、前記磁界の強度が所定値以下となるタイミングに前記異物検知器によって行なわれた異物検知の結果に基づいて、異物が存在しているか否かを判断する、
   受電装置。
8. 前記磁界検知器は、前記磁界により誘導電圧が発生するコイルを含み、
   前記磁界の強度が前記所定値以下となる前記タイミングとは、前記磁界により前記コイルに発生している誘導電圧の絶対値が所定値以下となるタイミングである、
   請求項７に記載の受電装置。

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