JP2022006922A - コイル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コイル装置の小型化を図る。【解決手段】コイル装置１０は、送電コイルＣＬ２と、送電コイルＣＬ２を覆うカバー２２と、送電コイルＣＬ２とカバー２２との間に配置されたセンサ部３０と、センサ部３０の出力信号に基づいて金属異物Ｍを検知する検知部４０とを備える。センサ部３０は、コイルセンサ３１と、コイルセンサ３１の両端にそれぞれ接続された一対のセンサ配線３３ａ，３３ｂを有し、コイルセンサ３１を検知部４０に接続する配線ユニット３３と、一方の端部がコイルセンサ３１に接続されると共に他方の端部がグランドライン３４に接続された温度センサ３２とを有する。検知部４０は、コイルセンサ３１の両端間の電圧に基づいて金属異物Ｍの有無を検知する第１検知部４１と、温度センサ３２の両端間の電圧に基づいて金属異物Ｍの有無を検知する第２検知部４２とを有する。【選択図】図６

Description

本発明は、コイル装置に関する。

例えば、特許文献１には、地上に設置された送電側のコイル装置から車両に搭載された受電側のコイル装置に対して非接触で送電するシステムが記載されている。このシステムには、送電側のコイル装置と受電側のコイル装置との間の金属異物を検知するため、２種類のセンサが設けられている。具体的には、送電側のコイル装置には、コイルセンサ（検知コイル７０４）と、温度センサ（温度センサ７０５）とが設けられている。コイルセンサは、磁場の変動に基づいて、金属異物の有無を検知するためのセンサである。温度センサは、送電時に金属異物が発熱することによって生じる温度変化に基づいて、金属異物の有無を検知するためのセンサである。

特開２０１５－２０４７０７号公報

特許文献１に記載された送電側のコイル装置のように、金属異物を検知するための２種類のセンサを設ける場合、センサの配線の数が多くなるためにコイル装置内において配線を設置するためのスペースが大きくなり、コイル装置の小型化を図ることが困難であった。

そこで、本発明は、小型化を図ることが可能なコイル装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係るコイル装置は、相手側コイルとの間で送電又は受電するコイルと、コイルを覆うカバーと、コイルとカバーとの間に配置されたセンサ部と、センサ部の出力信号に基づいて金属異物を検知する検知部と、を備え、センサ部は、磁場の変動を検知するコイルセンサと、コイルセンサの両端にそれぞれ接続された一対のセンサ配線を有し、コイルセンサを検知部に接続するための配線ユニットと、一方の端部がコイルセンサ又は配線ユニットに接続されると共に他方の端部がグランドラインに接続され、温度変化に伴って抵抗値が変化する温度センサと、を有し、検知部は、配線ユニットに接続され、コイルセンサの両端間の電圧に基づいて金属異物の有無を検知する第１検知部と、配線ユニットに接続され、温度センサの両端間の電圧に基づいて金属異物の有無を検知する第２検知部と、を有する。

このコイル装置では、温度センサの一方の端部がコイルセンサに接続されている。第２検知部は、コイルセンサに接続された配線ユニットに接続されている。すなわち、第２検知部は、コイルセンサ及び配線ユニットを介して温度センサの出力信号を取得できる。このように、このコイル装置では、コイルセンサ及び配線ユニットを、温度センサと検知部との間の信号線としても機能させることができる。または、このコイル装置では、温度センサの一方の端部が配線ユニットに接続されている。第２検知部は、コイルセンサに接続された配線ユニットに接続されている。すなわち、第２検知部は、配線ユニットを介して温度センサの出力信号を取得できる。このように、このコイル装置では、配線ユニットを、温度センサと検知部との間の信号線としても機能させることができる。これらにより、温度センサと検知部との間において、温度センサの出力信号を取得するための専用の信号線を削減できる。従って、このコイル装置によれば、小型化を図ることができる。

コイル装置において、検知部は、センサ部の出力信号を分離する周波数フィルタを更に備え、第１検知部は、周波数フィルタを介して入力されたコイルセンサの両端間の電圧に基づいて金属異物の有無を検知してもよい。この場合、第１検知部は、コイルセンサの両端間の所望の周波数の電圧変動に基づいて金属異物の有無を検知できる。すなわち、コイル装置は、第１検知部によって検知したい周波数の電圧変動のみを第１検知部に入力することができ、温度センサの出力信号等が第１検知部に影響を及ぼすことを抑制できる。これにより、コイル装置は、第１検知部によって金属異物の有無をより精度よく検知できる。

コイル装置は、グランドラインに対して所定の電位差を有するバイアス電圧を、配線ユニットを介して温度センサに印加するバイアス回路を更に含んでいてもよい。この場合、コイル装置は、配線ユニットを介してバイアス回路から温度センサへバイアス電圧を印加できる。

コイル装置において、温度センサは、カバーにおけるコイル側の面に当接していてもよい。この場合、温度センサは、カバー上の金属異物の発熱を、カバーを介して効率よく検知できる。

コイル装置は、カバーにおけるコイル側の面に当接する熱伝導体を更に備え、熱伝導体はカバーよりも熱伝導率が高く、温度センサは、熱伝導体に当接していてもよい。例えば、温度センサの位置と、カバー上において発熱する金属異物の位置とがカバーの上面又は下面の拡がり方向において互いに離れていても、金属異物からカバーを介して熱伝導体に伝達された熱は、熱伝導率の高い熱伝導体を介して温度センサまで伝達される。このように、コイル装置は、熱伝導体を用いて、金属異物の発熱を効率よく温度センサまで伝達することができ、温度センサによって金属異物をより効率よく検知できる。

コイル装置において、センサ部は、複数のコイルセンサと、複数の配線ユニットと、複数の温度センサとを有し、複数の配線ユニットのそれぞれは、複数のコイルセンサのそれぞれに対して設けられ、複数の温度センサのそれぞれの一方の端部は、複数のコイルセンサのそれぞれ又は複数の配線ユニットのそれぞれに接続されていてもよい。この場合、コイル装置は、金属異物の有無を、より確実に検知できる。

コイル装置において、センサ部は、回路基板を更に備え、コイルセンサ、配線ユニット、及び温度センサは、回路基板におけるカバー側の面に設けられ、グランドラインは、回路基板におけるコイル側の面に設けられていてもよい。この場合、コイル装置は、回路基板の両面に、コイルセンサ及び温度センサと、グランドラインとをそれぞれ設けることができる。これにより、コイル装置は、カバーとコイルとの対向方向に沿って見たときのセンサ部の大きさを小型化することができる。

コイル装置において、グランドラインは、コイルと相手側コイルとの対向方向において、コイルセンサ及び配線ユニットと対向する位置にのみ設けられていてもよい。この場合、コイル装置は、グランドラインがコイルによる送電又は受電に影響を与えることを抑制できる。

本発明の一態様によれば、コイル装置の小型化を図ることが可能となる。

図１は、実施形態に係るコイル装置を備える非接触給電システムを示す側面図である。 図２は、コイル装置の内部構成を示すブロック図である。 図３は、センサ部を上方から見た平面図である。 図４は、図３のＩＶ－ＩＶ線に沿ったセンサ部の断面図である。 図５（ａ）は、コイルセンサを上方から見た平面図である。図５（ｂ）は、グランドラインを上方から見た平面図である。 図６は、センサ部及び検知部の構成を示す回路図である。 図７は、金属異物の検知処理の流れを示すフローチャートである。 図８は、変形例に係るセンサ部を上方から見た平面図である。 図９は、図８のＩＸ－ＩＸ線に沿ったセンサ部及びカバーの断面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、各図において、同一又は相当する要素同士には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

図１に示されるように、コイル装置１０は、例えば、非接触給電システム１における受電装置１１又は送電装置１２に用いられる。非接触給電システム１は、例えば、車両又はドローン等の移動体Ｖに搭載されたバッテリを充電する。コイル装置１０は、受電装置１１及び送電装置１２の両方に用いられてもよい。

コイル装置１０が送電装置１２に用いられる場合、送電装置１２としてのコイル装置１０は、例えば屋外の路面Ｇに固定される。コイル装置１０の送電コイルＣＬ２には、図示しない高周波電源が接続される。一方、コイル装置１０が受電装置１１に用いられる場合、受電装置１１としてのコイル装置１０は、例えば車両のシャシー等に固定される。受電装置１１の受電コイルＣＬ１は、受電回路及び充電回路等を介して、バッテリに接続される。

送電装置１２と受電装置１１とが上下方向において対向し、送電コイルＣＬ２と受電コイルＣＬ１とが電磁気的に結合して電磁結合回路を形成することにより、送電コイルＣＬ２から受電コイルＣＬ１へと非接触給電が行われる。言い換えれば、受電コイルＣＬ１は、送電コイルＣＬ２との間で、送電コイルＣＬ２から非接触で受電する。送電コイルＣＬ２は、受電コイルＣＬ１との間で、受電コイルＣＬ１へ非接触で送電する。電磁結合回路は、「電磁誘導方式」で送電及び受電を行う回路であってもよく、「磁界共鳴方式」で送電及び受電を行う回路であってもよい。

以下、コイル装置１０を送電装置１２として利用する態様を例に、コイル装置１０について更に詳細に説明する。以下の説明において、送電装置１２と受電装置１１とが対向する上下方向をＺ方向といい、Ｚ方向と直交する面内方向の一方向をＸ方向といい、当該面内方向のうち当該一方向と直交する他方向をＹ方向という。なお、Ｘ方向及びＹ方向は、水平方向となる。

図２に示されるように、コイル装置１０は、筐体２０と、センサ部３０と、検知部４０と、送電コイルＣＬ２とを備えている。筐体２０は、例えば、扁平な箱状の部材であり、少なくとも、送電コイル（コイル）ＣＬ２及びセンサ部３０を収容している。筐体２０は、送電コイルＣＬ２を収容するための収容空間を規定する本体部２１及びカバー２２を有している。

本体部２１は、上部が開口した箱状の部材である。本体部２１は、路面Ｇに設置されている。本体部２１は、路面Ｇに固定されていてもよく、固定されていなくてもよい。本体部２１には、送電コイルＣＬ２及びセンサ部３０が収容されている。本実施形態において、本体部２１には、検知部４０も収容されている。本体部２１は、樹脂材料又は金属材料等の様々な材料で構成され得る。また、本体部２１の全体若しくは一部を、アルミニウム又は銅等の透磁率の低い金属材料で構成することにより、本体部２１が、漏えい磁界の外部流出を遮蔽できるようにしてもよい。

カバー２２は、本体部２１の上部の開口を覆うように本体部２１に取り付けられている。すなわち、カバー２２は、本体部２１内に収容された送電コイルＣＬ２等を覆っている。送電コイルＣＬ２と受電コイル（相手側コイル）ＣＬ１との電磁気的結合はカバー２２を透過して行われる。このため、非接触給電が高効率で行われるように、カバー２２は、電磁気的結合に影響しない、非磁性且つ非導電性の材料により形成されている。非磁性且つ非導電性の材料は、例えば、繊維強化樹脂（ＦＲＰ：Fiber Reinforced Plastics）等の樹脂材料である。カバー２２は、本体部２１に対して水密に取り付けられていてもよい。

送電コイルＣＬ２は、例えば、同一平面内で渦巻状に巻回された導線によって形成される。送電コイルＣＬ２は、例えばサーキュラー型のコイルである。サーキュラー型のコイルにおいて、導線は、巻軸（コイル軸）の周りを囲むように巻かれている。送電コイルＣＬ２は、高周波電源から例えば１００ｋＨｚの交流電力が供給されて給電磁場（交流磁場）を発生させる。送電コイルＣＬ２から発生し受電コイルＣＬ１へ向かう磁力線の方向は、概ねＺ方向を向いている。給電磁場が受電コイルＣＬ１に鎖交することにより、受電コイルＣＬ１は誘導電流を発生させる。これにより、受電装置１１は、非接触で送電装置１２から電力を受け取る。

送電コイルＣＬ２の下部には、送電コイルＣＬ２から発生した磁力線の方向付け及び集約を行うフェライトが配置されていてもよい。高周波電源は、コイル装置１０の一部であってもよく、コイル装置１０とは別体であってケーブル等によって交流電力を供給する構成であってもよい。

センサ部３０は、送電コイルＣＬ２とカバー２２との間に配置される。センサ部３０は、カバー２２上の金属異物Ｍを検知するためのセンサを有する。ここで、コイル装置１０は、カバー２２の上面がほぼ水平となるように設置される。このため、カバー２２の上面に、金属異物Ｍが載ることがある。送電コイルＣＬ２で発生した給電磁場は、カバー２２を通過して受電装置１１へ向かう。このためカバー２２上に金属異物Ｍが存在すると、給電磁場によって金属異物Ｍ内に誘導電流が生じ、非接触給電の効率が低下したり、金属異物Ｍが発熱したりする。センサ部３０は、金属異物Ｍの有無を検知するため、磁場の変化を検知するためのコイルセンサ３１（図３参照）と、温度の変化を検知するための温度センサ３２（図３参照）とを備える。

検知部４０は、センサ部３０の出力信号に基づいて、金属異物Ｍの有無を検知する。また、検知部４０は、金属異物Ｍが存在すると検知した場合、送電コイルＣＬ２への交流電力の供給を停止するように、例えば高周波電源に対して指示を行う。

次に、センサ部３０の詳細について説明する。図３は、センサ部３０をカバー２２側（上側）から見た平面図である。図３に示されるように、センサ部３０は、複数のコイルセンサ３１と、複数の温度センサ３２と、複数の配線ユニット３３と、グランドライン（ＧＮＤライン）３４と、回路基板３５とを備えている。

回路基板３５は、第１面３５ａと、第１面３５ａに対して反対側の第２面３５ｂ（図４参照）とを有する板状を呈している。回路基板３５は、第１面３５ａが上側（カバー２２側）を向き、第２面３５ｂが下側（送電コイルＣＬ２側）を向くように配置される。以下、第１面３５ａを上面３５ａと称し、第２面３５ｂを下面３５ｂと称する。図３及び図４に示されるように、コイルセンサ３１、温度センサ３２、及び配線ユニット３３は、回路基板３５の上面３５ａに設けられる。グランドライン３４は、回路基板３５の下面３５ｂに設けられる。

回路基板３５は、電磁気的結合に影響しない、非磁性且つ非導電性の材料により形成されている。これにより、回路基板３５は、送電コイルＣＬ２で発生した給電磁場への影響を抑制し、非接触給電の効率の低下を抑制できる。

図３及び図５（ａ）に示されるように、コイルセンサ３１は、磁場の変動を検知する磁場センサである。コイルセンサ３１は、導線性を有する材料によって形成され、環状を呈している。本実施形態において、コイルセンサ３１は、略四角枠状を呈している。複数のコイルセンサ３１は、回路基板３５の上面３５ａに設けられている。複数のコイルセンサ３１は、図３に示されるように、格子状に並べて配置されている。

コイルセンサ３１は、送電コイルＣＬ２が発生させた給電磁場が鎖交することにより、コイルセンサ３１に誘導電流を発生させる。これにより、コイルセンサ３１の両端間に電位差が生じる。コイルセンサ３１の両端間の電圧が、コイルセンサ３１の出力信号となる。また、カバー２２上に金属異物Ｍが存在する場合、送電コイルＣＬ２が発生させた給電磁場が金属異物Ｍの影響を受けて変化する。これにより、金属異物Ｍが存在する場合と存在しない場合とでは、給電磁場が変化していることによって、コイルセンサ３１の両端間に生じる電位差も異なる。

本実施形態において、コイルセンサ３１は、送電コイルＣＬ２が発生させた給電磁場が金属異物Ｍによって生じる変化を検知する。これに限定されず、コイル装置１０は、送電コイルＣＬ２とは別に、金属異物の検知のための高周波磁場を発生するコイル及び回路を備えていてもよい。そして、コイルセンサ３１は、金属異物の検知のためのコイルが発生させた高周波磁場に生じる変化に基づいて金属異物Ｍを検知してもよい。

複数の配線ユニット３３のそれぞれは、複数のコイルセンサ３１のそれぞれに対して設けられている。配線ユニット３３は、コイルセンサ３１の両端と検知部４０とを電気的に接続する。配線ユニット３３は、回路基板３５の上面３５ａに設けられている。また、配線ユニット３３における検知部４０に接続される側の端部は、回路基板３５外に延びて検知部４０に接続される。配線ユニット３３は、回路基板３５の上面３５ａにおいて、コイルセンサ３１と同一平面内に設けられている。ここで、配線ユニット３３は、一対のセンサ配線３３ａ，３３ｂを備えている。コイルセンサ３１の一方の端部はセンサ配線３３ａの端部に接続され、コイルセンサ３１の他方の端部はセンサ配線３３ｂに接続される。

対をなすセンサ配線３３ａとセンサ配線３３ｂとは、回路基板３５の上面３５ａにおいて互いに近接するように配置されている。これにより、配線ユニット３３は、送電コイルＣＬ２が発生させた給電磁場によるノイズを抑制できる。

図３及び図４に示されるように、温度センサ３２は、温度変化に伴って抵抗値が変化するセンサである。温度センサ３２は、例えば、サーミスタであってもよい。温度センサ３２にはバイアス電圧が印加され、温度センサ３２の両端間の電圧が温度センサ３２の出力信号となる。

温度センサ３２は、カバー２２上の金属異物Ｍの発熱を検知する。具体的には、温度センサ３２は、回路基板３５の上面３５ａに設けられている。温度センサ３２の上面は、カバー２２の下面（送電コイルＣＬ２側の面）に当接している。カバー２２上の金属異物Ｍが発熱すると、熱がカバー２２を介して温度センサ３２に伝わる。これにより、温度センサ３２の温度が上昇することによって温度センサ３２の抵抗値が変化し、電気信号として温度上昇が検知される。

ここで、温度センサ３２は、コイルセンサ３１及び配線ユニット３３よりも高さ（Ｚ方向の厚さ）が高い。このため、センサ部３０がカバー２２の下面に当接させられることにより、複数の温度センサ３２の上面がカバー２２の下面に当接した状態となる。金属異物Ｍの発熱は、カバー２２を介して、いずれかの温度センサ３２において検知される。なお、温度センサ３２の上面とセンサ部３０のカバー２２の下面とを適切に接触させるために、熱伝導率が高く且つ可塑性を有する素材（例えば、シリコーングリス等）が、温度センサ３２の上面とカバー２２の下面との間に設けられていてもよい。これにより、カバー２２から温度センサ３２へ良好に熱を伝達できる。

本実施形態において温度センサ３２は、環状のコイルセンサ３１の内側に配置されている。本実施形態では、一つのコイルセンサ３１に対して、一つの温度センサ３２が配置されている。温度センサ３２の一方の端部は、上面３５ａに設けられた配線Ｓ１によって、対応するコイルセンサ３１に電気的に接続される。詳しくは後述するが、コイルセンサ３１には、配線ユニット３３及びコイルセンサ３１を介してバイアス回路（図６参照）からバイアス電圧が入力される。

温度センサ３２の他方の端部は、Ｚ方向において回路基板３５を貫通する配線Ｓ２によって、グランドライン３４に電気的に接続される。なお、温度センサ３２の他端は、配線Ｓ２と、下面３５ｂに設けられると共に水平方向に延在する配線とを介してグランドライン３４に電気的に接続されてもよい。

本実施形態では、複数のコイルセンサ３１が格子状に等間隔に配置されている。また、温度センサ３２をコイルセンサ３１に取り付ける位置は、それぞれのコイルセンサ３１において互いに同じである。すなわち、複数の温度センサ３２は、所定の間隔で等間隔に並んでいる。但し、温度センサ３２は、等間隔に配置されていることに限定されない。例えば、カバー２２の上面の特定の位置にのみ金属異物Ｍが存在し得る場合、温度センサ３２は、金属異物Ｍが存在し得る位置の近くに配置されていてもよい。

グランドライン３４は、グランド（ＧＮＤ）となる部位に接続されたラインである。本実施形態において、グランドライン３４は、地面に接地されている。グランドライン３４は、電気伝導率の高い導体（例えば、銅、アルミニウム等）によって構成される。

図４に示されるように、グランドライン３４は、回路基板３５の下面３５ｂに設けられている。グランドライン３４と、コイルセンサ３１及び配線ユニット３３との間は、回路基板３５によって電気的に絶縁されている。グランドライン３４は、Ｚ方向（受電コイルＣＬ１と送電コイルＣＬ２との対向方向）において、コイルセンサ３１及び配線ユニット３３と対向する位置にのみ設けられている。Ｚ方向において、コイルセンサ３１及び配線ユニット３３と対向しない部分には、グランドライン３４が設けられていない。本実施形態において、グランドライン３４は、図５（ｂ）に示されるように、矩形状の複数の開口３４ａを有し、格子状を呈している。Ｚ方向において、開口３４ａの位置と、コイルセンサ３１の内側部分とが対応している。すなわち、Ｚ方向において、コイルセンサ３１と対向しないコイルセンサ３１の内側部分には、グランドライン３４が設けられていない。

ここで、例えば、グランドライン３４に開口３４ａが設けられておらず、回路基板３５の下面３５ｂの全域にグランドライン３４が設けられている場合、送電コイルＣＬ２で発生した給電磁場よってグランドライン３４に渦電流が誘導され、給電磁場を遮ることによって給電ができないことがある。これに対し、グランドライン３４が開口３４ａを有していることで、給電磁場による渦電流の発生する面積が限定され、非接触給電への影響（効率低下）を抑制できる。

また、温度センサ３２の一方の端部に接続された配線（コイルセンサ３１及び配線ユニット３３）と、温度センサ３２の他方の端部に接続された配線（グランドライン３４）とは、Ｚ方向において重なっている。上述したように、送電コイルＣＬ２から発生し受電コイルＣＬ１へ向かう磁力線の方向は、概ねＺ方向を向いている。このため、温度センサ３２の両端にそれぞれ接続された配線に誘導される起電力を抑制することができる。すなわち、給電磁場による温度センサ３２の出力信号への起電力（ノイズ）を抑制することができ、温度センサ３２による温度測定を精度よく行うことができる。

このように、温度センサ３２の一方の端部は、対応するコイルセンサ３１に接続される。温度センサ３２の他方の端部は、全ての温度センサ３２同士で共通のグランドライン３４に接続される。上述したように、複数の温度センサ３２は回路基板３５の上面３５ａに設けられ、グランドライン３４は回路基板３５の下面３５ｂに設けられる。すなわち、複数の温度センサ３２が設けられる面と、グランドライン３４が設けられる面とは互いに異なると共に、互いに平行となっている。このように、回路基板３５の上面３５ａ及び下面３５ｂの２つの面に、コイルセンサ３１、温度センサ３２、配線ユニット３３、及びグランドライン３４が設けられている。これにより、センサ部３０の厚さ（Ｚ方向の厚さ）を薄くすることができる。

センサ部３０は、例えば、プリント基板を用いて構成されていてもよい。具体的には、例えば、コイルセンサ３１、配線ユニット３３、及びグランドライン３４は回路パターンであってもよい。温度センサ３２とグランドライン３４とを接続するＺ方向の配線（図４の配線Ｓ２）はビアであってもよい。温度センサ３２は、回路パターンに設けられたランドにはんだ付けで固定及び電気的に接続されていてもよい。

次に、図６の回路図を用いて、センサ部３０及び検知部４０の詳細について説明する。なお、図６は、一つのコイルセンサ３１及び温度センサ３２に対する検知回路Ｓを示している。他のコイルセンサ３１及び温度センサ３２に対する検知回路Ｓは、図６に示される検知回路Ｓと同じであり、図示を省略する。

検知部４０は、複数の検知回路Ｓ、及び停止指示部４５を備えている。検知回路Ｓは、第１検知部４１、第２検知部４２、周波数フィルタ４３、及びバイアス回路４４を備えている。第１検知部４１は、検知部４０内の配線を介して配線ユニット３３に接続され、周波数フィルタ４３を介して入力されたコイルセンサ３１の両端間の電圧に基づいて金属異物Ｍの有無を検知する。第２検知部４２は、検知部４０内の配線を介して配線ユニット３３に接続され、温度センサ３２の両端間の電圧に基づいて金属異物Ｍの有無を検知する。

ここで、温度センサ３２の一端が配線ユニット３３に接続されている。このため、コイルセンサ３１及び温度センサ３２の出力信号は、配線ユニット３３を介して検知部４０に入力される。すなわち、一つのコイルセンサ３１の出力信号に、コイルセンサ３１に接続された温度センサ３２の出力信号が重畳されている。周波数フィルタ４３は、重畳された２つの出力信号（センサ部３０の出力信号）を分離する。

コイルセンサ３１に鎖交する給電磁場（交流磁場）の周波数は、ｋＨｚ～ＭＨｚオーダーであり、コイルセンサ３１の出力信号の周波数は、ｋＨｚ～ＭＨｚオーダーとなる。一方、給電磁場によって発熱する金属異物Ｍの温度変化は秒オーダーであり、温度センサ３２の出力信号の周波数は、Ｈｚオーダーとなる。このように、コイルセンサ３１の出力信号の周波数と温度センサ３２の出力信号の周波数とは互いに大きく異なっている。周波数フィルタ４３は、周波数の違いによって、２つの出力信号を分離できる。ここでは、周波数フィルタ４３は、直流・低周波成分と、高周波成分とを分離する。直流・低周波成分は、温度センサ３２の出力信号である。高周波成分は、コイルセンサ３１の出力信号である。

検知部４０に接続されるセンサ配線３３ａ及びセンサ配線３３ｂの端部は、検知部４０内に設けられた配線Ｌ1及びＬ２の一方の端部にそれぞれ接続されている。配線Ｌ１及びＬ２の他方の端部は、第１検知部４１に接続されている。周波数フィルタ４３は、配線Ｌ１及びＬ２の途中に設けられている。周波数フィルタ４３は、本実施形態においては、キャパシタＣ１及びＣ２を用いてＤＣ成分のカットを行うフィルタである。ここでは、キャパシタＣ１は配線Ｌ１に設けられ、キャパシタＣ２は配線Ｌ２に設けられている。周波数フィルタ４３は、重畳されている温度センサ３２の出力信号を分離し、コイルセンサ３１の出力信号のみを通過させるため、例えば、１０～１００Ｈｚ以上の周波数の信号のみを通過させる構成であってもよい。但し、２つの出力信号を分離できれば、周波数フィルタ４３の種類は限定されない。例えば、周波数フィルタ４３は、ＲＣフィルタであってもよい。

バイアス回路４４は、検知部４０内の配線Ｌ２において、周波数フィルタ４３よりもセンサ部３０側の位置に接続されている。ここでは、バイアス回路４４は、配線Ｌ１及びＬ２のうち、温度センサ３２が接続されている位置に近い側の配線Ｌ２に接続される。バイアス回路４４は、グランドライン３４に対して所定の電位差を有するバイアス電圧を、配線Ｌ２、配線ユニット３３（センサ配線３３ｂ）、及びコイルセンサ３１を介して温度センサ３２に印加する。

バイアス回路４４は、抵抗器Ｒ１、及び抵抗器Ｒ２を備えている。抵抗器Ｒ２の一方の端部は、配線Ｌ２に接続されている。抵抗器Ｒ２の他方の端部は、グランドとなる部分（本実施形態では地面に接地された配線）に接続されている。抵抗器Ｒ１の一方の端部は配線Ｌ２に接続されている。抵抗器Ｒ１の他方の端部には、電源が接続される。

コイルセンサ３１の出力信号に重畳されるバイアス電圧は、電源側に接続される抵抗器Ｒ１の抵抗値と、グランド側に接続される抵抗器Ｒ２の抵抗値とのバランスによって決定される。温度センサ３２はグランド側に接続される。このため、温度変化によって温度センサ３２の抵抗値が変化すると、グランド側の抵抗値が変化することとなり、結果、バイアス電圧が変化する。

ここで、温度センサ３２に印加されるバイアス電圧は直流であり、周波数フィルタ４３を通過しない。このため、検知回路Ｓは、バイアス電圧の影響を受けることなく、コイルセンサ３１の出力信号を、配線Ｌ１及びＬ２と、周波数フィルタ４３とを介して第１検知部４１に入力することができる。

検知部４０内には、配線Ｌ２と第２検知部４２とを接続する配線Ｌ３及びＬ４が設けられている。配線Ｌ３の一方の端部は、配線Ｌ２において、周波数フィルタ４３よりもセンサ部３０側の位置に接続されている。配線Ｌ３の他方の端部は、第２検知部４２に接続されている。配線Ｌ４の一方の端部は、配線Ｌ２において、周波数フィルタ４３よりも第１検知部４１側の位置に接続されている。配線Ｌ４の他方の端部は、第２検知部４２に接続されている。

第１検知部４１には、周波数フィルタ４３を介して、コイルセンサ３１の出力信号（コイルセンサ３１の両端間の電圧）が入力される。第１検知部４１は、カバー２２上に金属異物Ｍが存在しない状態で入力されたコイルセンサ３１の出力信号（以下「正常時の出力信号」という）と、今回入力されたコイルセンサ３１の出力信号とに基づいて、金属異物Ｍの有無を検知する。

具体的には、第１検知部４１は、差動回路４１ａ、Ａ／Ｄ変換器４１ｂ、及び第１演算部４１ｃを備えている。差動回路４１ａには、周波数フィルタ４３を介してコイルセンサ３１の出力信号（両端間の電圧）が入力される。差動回路４１ａにおいて出力信号の差分処理が行われる。そして、差分処理を行った値に対してシングルエンド変換が行われ、Ａ／Ｄ変換器（アナログ／デジタル変換器）４１ｂに入力される。Ａ／Ｄ変換器４１ｂは、入力された値をデジタル信号に変換し、変換した値を第１演算部４１ｃに入力する。なお、以下では、コイルセンサ３１の出力信号に対して、上述したデジタル信号への変換処理が行われた後の値を、「コイルセンサ３１のセンサ値」という。

第１演算部４１ｃは、物理的には、ＣＰＵ（Central Processing Unit）４６によって構成される。第１演算部４１ｃは、金属異物Ｍが存在しない状態における正常時の出力信号に対して上述した差分処理等が行われた値を、正常時のセンサ値として予め記憶している。第１演算部４１ｃは、予め記憶している正常時のセンサ値と、今回入力されたセンサ値との差分が、予め定めらされた閾値以上である場合、金属異物Ｍが存在すると判定する。

第２検知部４２は、既知である温度センサ３２の抵抗値と温度との関係に基づいて、温度センサ３２の出力信号を温度に変換する。第２検知部４２は、変換した温度が予め定められた閾値以上である場合に、カバー２２上に金属異物Ｍが存在すると判定する。

具体的には、第２検知部４２は、差動回路４２ａ、Ａ／Ｄ変換器４２ｂ、第２演算部４２ｃ、及びコンデンサＣ３を備えている。差動回路４２ａには、配線Ｌ３及び配線Ｌ４の信号が入力される。差動回路４２ａには、配線Ｌ３を介して、コイルセンサ３１の出力信号と温度センサ３２の出力信号とが重畳された信号が入力される。配線Ｌ４には、周波数フィルタ４３を通過した信号が入力される。上述したように、バイアス電圧は直流であり、周波数フィルタ４３を通過しない。このため、配線Ｌ４には、コイルセンサ３１の出力信号のみが入力される。従って、差動回路４２ａは、配線Ｌ３及びＬ４を介して入力された信号の差分処理を行うことにより、温度センサ３２の出力信号（温度に対応した電圧）のみを出力することができる。そして、差分処理を行うことで得られた温度センサ３２の出力信号に対してシングルエンド変換が行われ、コンデンサＣ３によって平滑化されて、Ａ／Ｄ変換器４２ｂに入力される。Ａ／Ｄ変換器４２ｂは、入力された値をデジタル信号に変換し、第２演算部４２ｃに入力する。以下では、温度センサ３２の出力信号に対して、上述したデジタル信号への変換処理が行われた後の値を、「温度センサ３２のセンサ値」という。

第２演算部４２ｃは、物理的には、ＣＰＵ４６によって構成される。第２演算部４２ｃは、入力された温度センサ３２のセンサ値を、上述したように既知である温度センサ３２の抵抗値と温度との関係に基づいて温度に変換する。第２演算部４２ｃは、得られた温度（温度センサ３２によって検出された温度）が、予め定められた温度閾値以上である場合、金属異物Ｍが存在すると判定する。なお、第２検知部４２は、コンデンサＣ３での平滑化の代わりに、ＣＰＵ４６内で実効値算出処理を実行してもよい。

停止指示部４５は、物理的には、ＣＰＵ４６によって構成される。停止指示部４５は、複数の検知回路Ｓのそれぞれに設けられた第１検知部４１及び第２検知部４２のいずれかによって、金属異物Ｍが存在すると判定された場合、送電コイルＣＬ２による送電（給電磁場の発生）を停止させるための停止指示を行う。例えば、停止指示部４５は、送電コイルＣＬ２に交流電力を供給する高周波電源に対して、有線通信を介して停止指示を行い、高周波電源による交流電力の供給を停止させてもよい。高周波電源による交流電力の供給が停止されることによって送電コイルＣＬ２における給電磁場の発生が停止される。

次に、検知部４０において行われる金属異物Ｍの検知処理の流れについて、図７のフローチャートを用いて説明する。なお、図７に示される処理は、予め定められた周期で繰り返し実行される。

図７に示されるように、ＣＰＵ４６は、配線ユニット３３を介して入力されたコイルセンサ３１及び温度センサ３２の出力信号に対して上述した差分処理等が行われたコイルセンサ３１及び温度センサ３２のセンサ値を取り込む（Ｓ１０１）。具体的には、第１演算部４１ｃは、配線ユニット３３を介して入力されたコイルセンサ３１の出力信号に対して上述した差分処理等が行われたコイルセンサ３１のセンサ値を取り込む。同様に、第２演算部４２ｃは、配線ユニット３３を介して入力された温度センサ３２の出力信号に対して上述した差分処理等が行われた温度センサ３２のセンサ値を取り込む。

次に、第１演算部４１ｃは、予め記憶しているコイルセンサ３１の正常時のセンサ値と、今回入力されたコイルセンサ３１のセンサ値との差分に基づいて金属異物Ｍの有無を判定する（Ｓ１０２）。また、第２演算部４２ｃは、入力された温度センサ３２のセンサ値を温度に変換し、得られた温度が予め定められた温度閾値以上であるか否かに基づいて、金属異物Ｍの有無を判定する（Ｓ１０３）。なお、Ｓ１０２及びＳ１０３の処理は、Ｓ１０３の処理が行われた後にＳ１０２の処理が行われてもよく、Ｓ１０２の処理とＳ１０３の処理とが同時に行われてもよい。

停止指示部４５は、第１演算部４１ｃ及び第２演算部４２ｃの判定結果に基づいて、カバー２２上に金属異物Ｍが存在するか否かを判定する（Ｓ１０４）。ここでは、停止指示部４５は、第１演算部４１ｃ及び第２演算部４２ｃの少なくともいずれかによって金属異物Ｍが存在すると判定されている場合、カバー２２上に金属異物Ｍが存在すると判定する。金属異物Ｍが存在する場合（Ｓ１０４：ＹＥＳ）、停止指示部４５は、送電コイルＣＬ２による送電を停止させるための停止指示を行う（Ｓ１０５）。これにより、送電コイルＣＬ２からの送電が停止する。停止指示の後、検知部４０は、予め定められた時間の経過後に再びＳ１０１から処理を開始する。一方、金属異物Ｍが存在しない場合（Ｓ１０４：ＮＯ）、検知部４０は、今回の処理を終了し、予め定められた時間の経過後に再びＳ１０１から処理を開始する。

以上のように、コイル装置１０では、温度センサ３２の一方の端部がコイルセンサ３１に接続されている。第２検知部４２は、コイルセンサ３１に接続された配線ユニット３３に接続されている。すなわち、第２検知部４２は、コイルセンサ３１及び配線ユニット３３を介してコイルセンサ３１の出力信号を取得できる。このように、このコイル装置１０では、コイルセンサ３１及び配線ユニット３３を、温度センサ３２と検知部４０との間の信号線としても機能させることができる。これにより、温度センサ３２と検知部４０との間において、温度センサ３２の出力信号を取得するための専用の信号線を削減できる。従って、このコイル装置１０によれば、小型化を図ることができる。

第１検知部４１は、周波数フィルタ４３を介して入力されたコイルセンサ３１の出力信号（コイルセンサ３１の両端間の電圧）に基づいて、金属異物Ｍの有無を検知する。この場合、第１検知部４１は、コイルセンサ３１の両端間の所望の周波数の電圧変動に基づいて金属異物Ｍの有無を検知できる。すなわち、コイル装置１０は、第１検知部４１によって検知したい周波数の電圧変動のみを第１検知部４１に入力することができ、温度センサ３２の出力信号等が第１検知部４１に影響を及ぼすことを抑制できる。これにより、コイル装置１０は、第１検知部４１によって金属異物Ｍの有無をより精度よく検知できる。

コイル装置１０は、配線Ｌ２に接続されたバイアス回路４４を備えている。この場合、コイル装置１０は、配線ユニット３３（センサ配線３３ｂ）及びコイルセンサ３１を介して、バイアス回路４４から温度センサ３２へバイアス電圧を印加できる。

温度センサ３２は、カバー２２の下面に当接している。この場合、温度センサ３２は、カバー２２上の金属異物Ｍの発熱を、カバー２２を介して効率よく検知できる。

センサ部３０は、コイルセンサ３１を複数備え、温度センサ３２を複数備えている。この場合、コイル装置１０は、金属異物Ｍの有無を、複数のコイルセンサ３１及び複数の温度センサ３２を用いてより確実に検知できる。

コイルセンサ３１、配線ユニット３３、及び温度センサ３２は、回路基板３５における上面３５ａ（カバー２２側の面）に設けられ、グランドライン３４は、回路基板３５における下面３５ｂ（送電コイルＣＬ２側の面）に設けられている。この場合、コイル装置１０は、回路基板３５の両面に、コイルセンサ３１及び温度センサ３２と、グランドライン３４とをそれぞれ設けることができる。これにより、コイル装置１０は、上下方向（カバー２２と送電コイルＣＬ２との対向方向）に沿って見たときのセンサ部３０の大きさを小型化することができる。

グランドライン３４は、上下方向において、コイルセンサ３１及び配線ユニット３３と対向する位置にのみ設けられている。この場合、コイル装置１０は、グランドライン３４が送電コイルＣＬ２による送電に影響を与えることを抑制できる。

次に、センサ部の変形例について説明する。本変形例におけるセンサ部は、上記実施形態におけるセンサ部３０に対し、カバー２２上の金属異物Ｍの熱を効率よく温度センサ３２に伝達させる構成を有している。具体的には、図８に示されるように変形例におけるセンサ部３０Ａは、上述したセンサ部３０の構成要素に加え、複数の熱伝導体３６を更に備えている。図９に示されるように、熱伝導体３６は、カバー２２の下面（送電コイルＣＬ２側の面）に当接している。

熱伝導体３６は、カバー２２よりも熱伝導率が高い材料によって構成されている。熱伝導体３６は、板状を呈している。例えば、熱伝導体３６は、カバー２２よりも熱伝導率が高い樹脂板であってもよい。熱伝導体３６の下面は、温度センサ３２の上面に当接している。一つの熱伝導体３６は、上下方向に沿って見たときに、一つの温度センサ３２がカバー２２の上面において金属異物Ｍの検出対象とする領域を覆うように設けられている。

熱伝導体３６が設けられていることにより、金属異物Ｍで発生した熱は、カバー２２の厚さ方向（上下方向）に伝わった後、熱伝導体３６によって水平方向に伝わり、温度センサ３２によって温度上昇が検出される。このように、センサ部３０Ａは、カバー２２の熱伝導率が低い場合であっても、金属異物Ｍで発生した熱を熱伝導体３６を介して効率よく温度センサ３２まで伝達できる。これにより、センサ部３０Ａは、金属異物Ｍと温度センサ３２との距離が離れていても、温度センサ３２によって金属異物Ｍを効率よく検知できる。また、熱伝導体３６が温度センサ３２の検出領域ごとに設けられていることにより、金属異物Ｍで発生した熱が複数の熱伝導体３６の全体に拡散することを抑制し、金属異物Ｍに近い温度センサ３２によって温度上昇を早期に検出することができる。

熱伝導体３６は、その上面がカバー２２によって覆われており、雨及び太陽光に晒されることが無く、移動体Ｖのタイヤによって踏まれることもない。このため、熱伝導体３６の材料として、耐環境性能及び機械的強度が高い材料を用いる必要が無い。

また、熱伝導体３６は、熱伝導率の高い可塑性の樹脂によって形成されていてもよい。可塑性の樹脂を用いることにより、熱伝導体３６と温度センサ３２との接触を良好とし、熱伝導体３６から温度センサ３２への熱伝導性を向上させてもよい。熱伝導体３６は弾性が低い材料によって形成されていてもよい。弾性が低い材料を用いることにより、熱伝導体３６と温度センサ３２との接触性を高めて、熱伝導性を向上させてもよい。

以上、本発明の実施形態及びセンサ部の変形例について説明したが、本発明は、上記実施形態及び変形例に限定されるものではない。例えば、回路基板３５は両面に素子が配置される両面基板であったが、回路基板３５として、両面基板よりも層数の多いプリント基板が用いられてもよい。この場合、センサ部３０は、回路基板３５において配線等を上下方向に重ねて配置できるため、水平方向における小型化を図ることができる。特に、一つのコイルセンサ３１の一端に接続されたセンサ配線３３ａと他端に接続されたセンサ配線３３ｂとを上下方向に重ねることにより、送電コイルＣＬ２からの給電磁場が鎖交する面積が小さくなる。これにより、コイルセンサ３１の出力信号に対するノイズを小さくすることができ、コイルセンサ３１によって金属異物Ｍを精度よく検出できる。

上記実施形態では、図２に示されるように、検知部４０がセンサ部３０の横に設けられているが、検知部４０の設置位置はこれに限定されない。例えば、検知部４０は、送電コイルＣＬ２の下に設けられていてもよい。また、検知部４０は、本体部２１の外に設けられていてもよい。

上記実施形態では、一つのコイルセンサ３１に対して、一つの温度センサ３２を設けたが、温度センサ３２を設ける数はこれに限定されない。一つのコイルセンサ３１に対して複数の温度センサ３２（例えば、ＮＴＣサーミスタ）が設けられていてもよい。この場合、複数の温度センサ３２は、コイルセンサ３１とグランドライン３４との間に並列に接続されていてもよい。これにより、一つの温度センサ３２の温度が上昇すると並列の抵抗値が減少し、図６に示される回路において第２検知部４２によって温度上昇が検出されて、金属異物Ｍの検知を行うことができる。

上記実施形態において、温度センサ３２の一端がコイルセンサ３１に接続されていたが、温度センサ３２の一端は配線ユニット３３を構成するセンサ配線３３ａ及びセンサ配線３３ｂのいずれか一方に接続されていてもよい。

また、移動体Ｖ側から地上側に送電されてもよい。具体的には、移動体Ｖに搭載された送電装置から地上に設置された受電装置に非接触で送電されてもよい。この場合であっても、コイル装置１０は、移動体Ｖに搭載された送電装置及び地上に設置された受電装置のいずれに用いられてもよく、両方に用いられてもよい。

１０ コイル装置
２２ カバー
３０、３０Ａ センサ部
３１ コイルセンサ
３２ 温度センサ
３３ 配線ユニット
３３ａ，３３ｂ センサ配線
３４ グランドライン
３５ 回路基板
３６ 熱伝導体
４０ 検知部
４１ 第１検知部
４２ 第２検知部
４３ 周波数フィルタ
４４ バイアス回路
ＣＬ１ 受電コイル（相手側コイル）
ＣＬ２ 送電コイル（コイル）
Ｍ 金属異物

Claims (8)

1. 相手側コイルとの間で送電又は受電するコイルと、
   前記コイルを覆うカバーと、
   前記コイルと前記カバーとの間に配置されたセンサ部と、
   前記センサ部の出力信号に基づいて金属異物を検知する検知部と、
   を備え、
   前記センサ部は、
   磁場の変動を検知するコイルセンサと、
   前記コイルセンサの両端にそれぞれ接続された一対のセンサ配線を有し、前記コイルセンサを前記検知部に接続するための配線ユニットと、
   一方の端部が前記コイルセンサ又は前記配線ユニットに接続されると共に他方の端部がグランドラインに接続され、温度変化に伴って抵抗値が変化する温度センサと、
   を有し、
   前記検知部は、
   前記配線ユニットに接続され、前記コイルセンサの両端間の電圧に基づいて前記金属異物の有無を検知する第１検知部と、
   前記配線ユニットに接続され、前記温度センサの両端間の電圧に基づいて前記金属異物の有無を検知する第２検知部と、
   を有する、コイル装置。
2. 前記検知部は、前記センサ部の出力信号を分離する周波数フィルタを更に備え、
   前記第１検知部は、前記周波数フィルタを介して入力された前記コイルセンサの両端間の電圧に基づいて前記金属異物の有無を検知する、請求項１に記載のコイル装置。
3. 前記グランドラインに対して所定の電位差を有するバイアス電圧を、前記配線ユニットを介して前記温度センサに印加するバイアス回路を更に含む、請求項１又は２に記載のコイル装置。
4. 前記温度センサは、前記カバーにおける前記コイル側の面に当接している、請求項１～３のいずれか一項に記載のコイル装置。
5. 前記カバーにおける前記コイル側の面に当接する熱伝導体を更に備え、
   前記熱伝導体は前記カバーよりも熱伝導率が高く、
   前記温度センサは、前記熱伝導体に当接している、請求項１～３のいずれか一項に記載のコイル装置。
6. 前記センサ部は、複数の前記コイルセンサと、複数の前記配線ユニットと、複数の前記温度センサとを有し、
   前記複数の配線ユニットのそれぞれは、前記複数のコイルセンサのそれぞれに対して設けられ、
   前記複数の温度センサのそれぞれの前記一方の端部は、複数の前記コイルセンサのそれぞれ又は前記複数の配線ユニットのそれぞれに接続されている、請求項１～５のいずれか一項に記載のコイル装置。
7. 前記センサ部は、回路基板を更に備え、
   前記コイルセンサ、前記配線ユニット、及び前記温度センサは、前記回路基板における前記カバー側の面に設けられ、
   前記グランドラインは、前記回路基板における前記コイル側の面に設けられている、請求項１～６のいずれか一項に記載のコイル装置。
8. 前記グランドラインは、前記コイルと前記相手側コイルとの対向方向において、前記コイルセンサ及び前記配線ユニットと対向する位置にのみ設けられている、請求項７に記載のコイル装置。

Images