JP2023041073A - 異物検出装置、送電装置、受電装置および電力伝送システム - Google Patents

Abstract

【課題】異物検出精度を高くかつ基板面積を小型化可能とすることを目的とする。【解決手段】異物検出装置２０は、検出コイル基板２２０と、検出コイル基板２２０の一面に形成され、Ｚ軸を中心に周回する導体パターンを有する複数のコイル２４２と、を備える検出コイルユニット２２、複数のコイル２４２に接続され、各コイル２４２が励磁されたときの振動信号から、異物の有無を検出する検出部２６と、を備える。複数のコイル２４２は、それぞれ開口部を有し、検出コイル基板２２０は、Ｚ軸方向に見て、開口部内に、検出コイル基板２２０を貫通する貫通穴２２８と、部品２４８または配線２５０が配設された配置スペースと、を有する。【選択図】図４

Description

本発明は、異物検出装置、送電装置、受電装置および電力伝送システムに関する。

送電コイルユニットから、車両に設けられた受電コイルユニットにワイヤレスで電力を供給する電力供給システムが提案されている。また、異物が送電コイルユニットと受電コイルユニットとの間に混入したことを検知するための異物検出装置も開発もされている。

例えば、特許文献１は、異物検出用のセンサを備える給電コイルユニットを備えるワイヤレス電力伝送装置を開示する。特許文献１に開示されている構成では、センサは、リング状コイルから構成される。センサの開口部分、すなわち、基板のリング状コイルに囲まれた部分には、貫通穴（開口）が形成され、荷重支持用のリブが配置されている。

特開２０１７－１８８６６２号公報

引用文献１に開示されている構成では、リブ配置用の貫通穴がセンサを構成するリング状コイルの開口部に対応して設けられている。このため、リング状コイルの開口部に、共振用のコンデンサ等の回路部品およびそれらを接続する配線を配置するスペースが設けられていない。

そのため、回路部品および配線をリング状コイルの間に配置しようとすると、リング状コイルの間隔が広がってしまい、異物検出性能に影響を及ぼす可能性がある。一方、回路部品および配線をリング状コイルの外側に配置しようとすると、基板サイズの増加につながることから改善の余地がある。

本開示は、上記事情に鑑みてなされたものであり、異物検出精度を高くかつ基板面積の大型化を抑制可能とすることを目的とする。

上記課題を解決するために、本開示にかかる異物検出装置は、
基板と、前記基板の第１面に形成され、前記第１面に直交する第１軸を中心に周回する第１導体パターンをそれぞれ有する複数のコイルと、を備える検出コイルユニット、
前記複数のコイルに接続され、各コイルが励磁されたときの振動信号に基づき、異物の有無を検出する検出部と、
を備える異物検出装置であって、
前記複数のコイルは、それぞれ開口部を有し、
前記基板は、前記第１軸方向に見て、前記開口部内に、当該基板を貫通する貫通穴と、部品または配線が配設された配置スペースと、を有する。

また、本開示にかかる送電装置は、
導線が巻回されて構成される送電コイルと、
上述の異物検出装置と、
を備える。

また、本開示にかかる受電装置は、
導線が巻回されて構成される受電コイルと、
上述の異物検出装置と、
を備える。

また、本開示にかかる電力伝送システムは、
上述の送電装置と、
上述の受電装置と、を備え、
前記貫通穴は、前記第１軸方向に見て、長方形状または楕円形状であり、
前記貫通穴の長辺方向または長軸方向と前記受電装置が搭載される移動体が直進する方向は、平行である。

また、本開示にかかる電力伝送システムは、
送電装置と、
上述の受電装置と、を備え、
前記貫通穴は、前記第１軸方向に見て、長方形状または楕円形状であり、
前記貫通穴の長辺方向または直軸方向と前記受電装置が搭載される移動体が直進する方向は、平行である。

上記構成によれば、コイルを密に配置することができ、高い異物検出精度を確保し、基板面積の大型化を抑制することが可能となる。

本開示にかかる異物検出装置が適用される電力伝送システムの構成を例示する図である。 図１に示す送電コイルユニットと異物検出装置の構成を示す断面図であり、図３のII－II線矢視断面図に相当する。 図１に示す送電コイルユニットと異物検出装置の構成を示す平面図である。 図１に示す異物検出装置の検出コイルユニットの平面図である。 図４に示すＶ－Ｖ線矢視断面図である。 図４に示すコイルとコンデンサとが構成する共振回路の等価回路とその付近の異物を例示する図である。 パルス状の電圧が印加されたときの、図６に示す共振回路の両端の電圧の過渡的変化を例示する図である。 図２および４に示す検出部の構成を示すブロック図である。 実施の形態に係る異物検出装置が実行する異物検出処理のフローチャートである。 （ａ）は、図４に示すループコイルのうちＹ方向に隣接する２つを拡大して示す平面図であり、（ｂ）と（ｃ）は、ループコイルの配置の比較例を示す図である。 図４に示すループコイルの変形例を示す図である。 図４に示すループコイルの変形例を示す図である。 図４に示すループコイルの変形例を示す図である。 図４に示すループコイルの変形例を示す図である。 図１２から図１４に示すループコイルを有する異物検出装置の配置例を示す図である。 図１２から図１４に示すループコイルを有する異物検出装置の配置例を示す図である。 図４に示すループコイルの配置の変形例を示す図である。

以下、本開示の実施の形態に係る異物検出装置、送電装置、受電装置、電力伝送システムを説明する。なお、以下の説明および各図において、同様な構成要素に同じ符号を付す。また、構成要素の方向を明示するために、互いに直行するＸ軸（第１方向）、Ｙ軸（第２方向）、およびＺ軸（第１軸）を含む座標系を図示する。各図に示す構成要素の数、形状、寸法および長さの比率などは例示的なものであり、また、本開示の技術的範囲を限定しない。

本実施の形態にかかる電力伝送システム１は、スマートフォンなどのモバイル機器、電気自動車、産業機器など様々な装置に利用できる。以下、電力伝送システム１が、電気自動車２の蓄電池（バッテリー）５の充電用である場合を例示する。

図１に示すように、本実施の形態の電力伝送システム１は、送電側から受電側にワイヤレスで電力を伝送するワイヤレス電力伝送システムであって、送電装置３と、受電装置４と、異物検出装置２０と、を備える。送電装置３は、交流電力を電気自動車２にワイヤレス送電するワイヤレス送電装置である。送電装置３は、電力供給装置１１と、送電コイルユニット１２と、を備える。

電力供給装置１１は、商用電源１５から、例えば、周波数７５ｋＨｚ～９０ｋＨｚの送電用の交流電力を生成し、送電コイルユニット１２に供給する。

送電コイルユニット１２は、図２に示すように、フェライトなどの磁性体から製造された磁性体板１２２と、磁性体板１２２上に導線が渦巻状に巻回され、電力供給装置１１から交流電力が供給され、交番磁束Φを誘起する送電コイル１２０と、を備える。

図１に示す受電装置４は、送電装置３が送電した電力をワイヤレスで受電して蓄電池５を充電するワイヤレス受電装置である。受電装置４は、受電コイルユニット１３と、整流回路１４と、を備える。図２に示すように、受電コイルユニット１３は、磁性体板１３２と、磁性体板１３２上に導線が渦巻状に巻回された受電コイル１３０とを備える。受電コイルユニット１３は、電気自動車２が予め設定された位置に停止した状態で、送電コイルユニット１２に対向する。電力供給装置１１からの電力を受けて送電コイル１２０が交番磁束Φを誘起すると、この交番磁束Φが受電コイル１３０に鎖交することにより、受電コイル１３０に誘導起電力が誘起される。

図１に示す整流回路１４は、受電コイル１３０に誘起された誘導起電力を整流および平滑化して、直流電力を蓄電池５に供給し、これを充電する。なお、整流回路１４と蓄電池５との間に、充電回路を備えてもよい。

異物検出装置２０は、送電コイルユニット１２と受電コイルユニット１３との間に位置する金属等の異物を検出する装置である。図２に示すように、異物検出装置２０は、検出コイルユニット２２と、パルス発生部２４と、検出部２６とを備える。

検出コイルユニット２２は、平板状に形成され、送電コイルユニット１２の上に配置される。検出コイルユニット２２と送電コイルユニット１２とは、駐車場の床面などに設置される。

検出コイルユニット２２は、検出コイル基板２２０と、ケース２２２と、複数のリブ２２４とを備える。

検出コイル基板２２０は、樹脂等の透磁性の材料から構成されている。図３にＺ軸方向から見た図（以下、平面視）で示すように、検出コイル基板２２０には、送電コイルユニット１２をほぼ覆ってＸ軸方向（第１方向）とＹ軸方向（第２方向）にマトリクス状に配置された２４個のループコイル２４０と、各ループコイル２４０およびパルス発生部２４および検出部２６とを接続する外部接続コネクタ２２６と、が配置されている。また、検出コイル基板２２０の各ループコイル２４０の中心位置には貫通穴２２８が形成され、各貫通穴２２８にリブ２２４が配置される。本実施の形態では、貫通穴２２８は、Ｚ軸方向に見て、矩形状に形成され、その中心は、ループコイル２４０の中心に一致する。貫通穴２２８は、大きすぎると、回路部品および配線等を配置するスペースが制限される。このため、リブ２２４を容易に挿入できる範囲で、できるだけ小さいことが望ましい。また、全てのループコイル２４０に貫通穴２２８を形成する必要はなく、リブ２２４を配置する箇所にのみ形成してもよい。

図２に示すケース２２２は、検出コイル基板２２０を収容する。
リブ２２４は、検出コイル基板２２０に形成された各貫通穴２２８に配置され、ケース２２２の上板と底板の間を荷重から支持する。

パルス発生部２４は、異物検出のためのパルス状電圧を発生し、ループコイル２４０を選択して印加する。検出部２６は、ループコイル２４０のパルス状電圧の印加により励磁されたときの応答の振動信号を処理して、異物が存在するか否かを検出する。

各ループコイル２４０の詳細を、検出コイル基板２２０上に形成された回路パターンを示す図４を参照して説明する。なお、図面を見やすくするため、図４では、図３に示すループコイル２４０のうちの１２個のみを示す。

図４に示すように、ループコイル２４０は、互いに実質的に同一の構成を有し、それぞれ、コイル２４２と、コンデンサ２４４と、スイッチ２４６，２４８と、配線パターン２５０とから構成される。なお、図面を見易くするため、１つのループコイル２４０についてのみ符号を付している。

コイル２４２は、例えば、検出コイル基板２２０の上面（第１の面）にＺ軸（第１の軸）を中心に１回または複数回巻かれた導線パターンを有し、導線パターンの両端に端子Ｔ１とＴ２を有する。

コイル２４２の一方の端子Ｔ１は第１接続配線２３０とスイッチ２４６の一方の端子とに接続される。コイル２４２の他方の端子Ｔ２はコンデンサ２４４一方の端子とスイッチ２４８の一方の端子とに接続される。スイッチ２４８の他方の端子は配線パターン２５０の一端に接続される。配線パターン２５０はビアを介して検出コイル基板２２０の下面（第２の面）に延在し、さらに下面を延在して第２接続配線２３２に接続される。コンデンサ２４４の他方の端子はスイッチ２４６の他方の端子に接続される。

スイッチ２４６，２４８は、図示せぬ制御線を介した検出部２６からの制御に従ってオン（導通状態）またはオフ（非導通状態）になる。スイッチ２４６は、コイル２４２とコンデンサ２４４との間の導通状態と非導通状態を切り替える機能を有し、スイッチ２４６がオンになると、コイル２４２とコンデンサ２４４とは共振回路を形成する。スイッチ２４８は、この共振回路とパルス発生部２４との間の導通状態と非導通状態を切り替える機能を有する。つまり、スイッチ２４６，２４８の両方がオンになると、コイル２４２とコンデンサ２４４とは共振回路を形成し、この共振回路に、外部接続コネクタ２２６、第１接続配線２３０と第２接続配線２３２、端子Ｔ１とＴ２とを介して、パルス発生部２４からパルス状電圧が印加される。一方、共振回路の両端電圧、すなわち、端子Ｔ１とＴ２との間の電圧は、第１接続配線２３０と第２接続配線２３２、外部接続コネクタ２２６を介して検出部２６に導かれる。

スイッチ２４６，２４８の両方がオフになると、コイル２４２とコンデンサ２４４とは共振回路を形成せず、第１接続配線２３０と第２接続配線２３２から電気的に切断され、パルス発生部２４および検出部２６からも切断される。

図５は、図４に示すＶ－Ｖ線矢視断面図を示す。第１接続配線２３０と第２接続配線２３２とは、検出コイル基板２２０の占有面積を抑えるため、少なくとも一部の領域で、検出コイル基板２２０の上面と下面を重なって延在し、外部接続コネクタ２２６に導かれる。本実施の形態では、図５に示すように、第１接続配線２３０と第２接続配線２３２が互いに重なっている。ただし、図４では、配線をわかり易くするため、第１接続配線２３０と第２接続配線２３２とを識別可能に描いている。

図６は、コイル２４２とコンデンサ２４４とが構成する共振回路の等価回路とその付近の異物（ＦＯ；Ｆｏｒｅｉｇｎ Ｏｂｊｅｃｔ）を例示する図である。図７は、パルス発生部２４から共振回路に単発のパルス状電圧が印加されたときに、共振回路に生じる電圧Ｖ（応答信号）の過渡的変化を例示する。

スイッチ２４６が閉じてコイル２４２とコンデンサ２４４とが共振回路を構成している状態で、スイッチ２４８が閉じてパルス発生部２４からパルス状電圧が印加されると、共振回路の両端電圧、すなわち、端子Ｔ１とＴ２の間の電圧Ｖは、時間ｔの経過につれて波高値が徐々に減衰する振動信号になる。

ここで、コイル２４２の付近に何らの異物ＦＯがないときの電圧Ｖが、図７に実線で示すような波形の振動信号であるとする。これに対し、コイル２４２の付近に金属あるいは磁性体の異物ＦＯがあるときには、コイル２４２のインダクタンスに変化が生じる。このため、コイル２４２の付近に異物ＦＯがあるときには、図７に点線で例示するように、共振回路の両端の電圧Ｖの振動信号の周波数が異物の無いときの振動信号の周波数から外れたり、減衰の程度がずれたり、波形が乱れたりする。このような共振回路の両端の電圧Ｖの振動信号の周波数の変位および波形の乱れなどを検出部２６により解析することにより、コイル２４２の付近に異物ＦＯがあるか否かを検出することができる。

図８は、検出部２６の構成例を示す図である。検出部２６は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、メモリ、アナログ／ディジタル（Ａ／Ｄ）変換装置など各種インターフェースを備えたコンピュータと動作プログラムにより実現される。

図８に示すように、検出部２６は、機能的には、検出制御部２６０、駆動部２６２、選択部２６４、変換部２６６、波形解析部２６８、結果記憶部２７０および結果出力部２７２から構成される。

検出部２６は、これらの構成要素により、２４個のループコイル２４０のいずれかを選択し、選択したループコイル２４０のスイッチ２４６，２４８をオンし、選択しなかったループコイル２４０のスイッチ２４６，２４８をオフにして、選択したループコイル２４０の近傍の異物ＦＯの有無を検出する。さらに、検出部２６は、このような異物の有無の検出を、２４個のループコイル２４０の全てについて順次行い、２４個のループコイル２４０それぞれの近傍の異物ＦＯの有無を検出し、検出の結果を出力する。

検出制御部２６０は、検出部２６の各構成要素の動作を制御し、２４個のループコイル２４０それぞれの近傍に異物があるか否かを検出させ、検出の結果を出力させる。

選択部２６４は、検出制御部２６０の制御に従って２４個のループコイル２４０のいずれかを選択し、選択したループコイル２４０のスイッチ２４６，２４８をオンにする。

駆動部２６２は、選択部２６４によるループコイル２４０の選択とスイッチ２４６、２４８をオンにする操作とが終了した後に、検出制御部２６０の制御に従ってパルス発生部２４を駆動する。パルス発生部２４は、単発のパルス状電圧を出力する。このパルス状電圧は、外部接続コネクタ２２６、第１接続配線２３０と第２接続配線２３２、端子Ｔ１とＴ２とを介して、オンしているスイッチ２４６，２４８を介して共振回路に印加される。並行して、共振回路の端子Ｔ１とＴ２の間の電圧Ｖは、第１接続配線２３０と第２接続配線２３２、外部接続コネクタ２２６を介して変換部２６６に導かれる。

変換部２６６は、検出制御部２６０の制御に従って、導かれてきたアナログの電圧波形をディジタル形式のデータに順次変換し、波形解析部２６８に出力する。

波形解析部２６８は、検出制御部２６０の制御に従って、入力された電圧波形のデータを解析し、電圧波形の周波数、減衰率、波形の乱れなどを求める。波形解析部２６８は、電圧波形の周波数と減衰率が予め決められた範囲から外れる場合、および電圧波形に異物があることを示す特徴が含まれる場合等に、選択されたループコイル２４０の近傍に異物が存在することを検出する。

波形解析部２６８は、２４個のループコイル２４０それぞれの近傍に異物があるか否かの検出結果を、結果記憶部２７０に記憶させる。

結果出力部２７２は、検出制御部２６０の制御に従って、結果記憶部２７０に記憶された検出結果を、ディスプレイ装置などの出力装置に出力し、ユーザに示す。

また、結果出力部２７２は、結果記憶部２７０に記憶された検出結果を電力供給装置１１にも出力する。結果出力部２７２は、異物が存在することを示す検出結果である場合、即座に電力供給装置１１に検出結果を出力する。電力供給装置１１は、ワイヤレス電力伝送の開始前においては、入力された検出結果が、異物が存在することを示す結果であった場合、ワイヤレス電力伝送の動作を開始せず、ワイヤレス電力伝送中においては、入力された検出結果が、異物が存在することを示す結果であった場合、ワイヤレス電力伝送の動作を即座に停止する処理を行う。一方、結果出力部２７２は、異物が存在しないことを示す検出結果である場合、定期的に電力供給装置１１に検出結果を出力する。電力供給装置１１は、ワイヤレス電力伝送の開始前においては、所定の期間中、定期的に入力された検出結果が、異物が存在しないことを示す結果であった場合、異物が存在しないと判断してワイヤレス電力伝送の動作を開始し、ワイヤレス電力伝送中においては、定期的に入力された検出結果が、異物が存在しないことを示す結果であった場合、ワイヤレス電力伝送の動作を継続する。

以下、異物検出装置２０が実行する異物検出処理を、図９のフローチャートを参照して説明する。
異物検出装置２０は、電力供給装置１１からの指示を受けて起動されると図９に示す異物検出処理を開始する。まず、ステップＳ１００において、検出部２６の検出制御部２６０は、選択部２６４を制御して、２４個のループコイル２４０全てのスイッチ２４６，２４８をオフさせるなどの初期設定を行う。

次に、ステップＳ１０２において、検出制御部２６０は、電力供給装置１１から、異物検出処理を終了する旨の指示を受信しているか否かを判別する。終了の指示を受信している場合（ステップＳ１０２：Ｙｅｓ）、今回の異物検出処理を終了する。

一方、終了の指示を受信していない場合（ステップＳ１０２：Ｎｏ）、ステップＳ１０４において、２４個のループコイル２４０について順次異物検出処理を行う１サイクルのなかで、未処理のループコイル２４０を１つ選択する。なお、未処理のループコイル２４０が存在しない場合には、新たな１サイクルを開始し、任意のループコイル２４０を１つ選択する。さらに、検出制御部２６０は、選択部２６４に、選択したループコイル２４０のスイッチ２４６，２４８をオンさせる。

ステップＳ１０６において、検出制御部２６０は、駆動部２６２を制御して、パルス発生部２４にパルス状電圧を出力させる。このパルス状電圧は、選択されたループコイル２４０のコイル２４２とコンデンサ２４４とが構成する共振回路に印加される。検出制御部２６０は、変換部２６６を制御し、第１接続配線２３０および第２接続配線２３２を介して導かれてきた電圧Ｖを、ディジタル形式のデータに変換させ、波形解析部２６８に出力させる。

ステップＳ１０８において、検出制御部２６０は、波形解析部２６８を制御し、電圧波形を示すデータを解析させ、選択されたループコイル２４０の近傍に異物が存在するか否かを判別させる。

ステップＳ１１０において、検出制御部２６０は、波形解析部２６８が、選択されたループコイル２４０の近傍に異物が存在すると判別したか否かを判断する。検出制御部２６０は、選択されたループコイル２４０の近傍に異物が存在することが検出されたとき（Ｓ１１０：Ｙｅｓ）、ステップＳ１１２の処理に進み、異物が存在することが検出されなかったとき（Ｓ１１０：Ｎｏ）、ステップＳ１１８の処理に進む。

ステップＳ１１２において、検出制御部２６０は、波形解析部２６８を制御して、選択されたループコイル２４０の近傍に異物ＦＯが存在することを結果記憶部２７０に記憶させる。

ステップＳ１１４において、検出制御部２６０は、結果出力部２７２を制御して、異物が検出されたことを電力供給装置１１に通知させる。電力供給装置１１は、通知に応答して、ワイヤレス電力伝送の開始前においては、ワイヤレス電力伝送の動作を開始せず、ワイヤレス電力伝送中においては、ワイヤレス電力伝送の動作を即座に停止する処理を行う。また、結果出力部２７２は、異物が検出されたことをディスプレイ装置などの出力装置に出力し、ユーザに示す。

ステップＳ１１６において、検出制御部２６０は、選択部２６４を制御して、ステップＳ１０４の処理において選択されたループコイル２４０のスイッチ２４６，２４８をオフさせ、ステップＳ１０２の処理に戻る。

ステップＳ１１８において、検出制御部２６０は、波形解析部２６８を制御して、選択されたループコイル２４０の近傍に異物ＦＯを検出できなかったことを、結果記憶部２７０に記憶させる。

ステップＳ１２０において、前回の検出結果の報知から所定の時間を経過したか否かを判別する。

前回の検出結果の報知から所定の時間を経過している場合（ステップＳ１２０：Ｙｅｓ）、検出制御部２６０は、結果出力部２７２を制御して、結果記憶部２７０に蓄積されている検出結果を電力供給装置１１に通知させる。電力供給装置１１は、ワイヤレス電力伝送の開始前においては、所定の期間、異物が存在しないことを示す検出結果のみが入力されたかを判定し、ワイヤレス電力伝送中においては、ワイヤレス電力伝送の処理を継続する。また、結果出力部２７２は、異物が検出されていないことをディスプレイ装置などの出力装置に出力し、ユーザに示す。その後、ステップＳ１２２で検出結果を送信し終わると、処理は前述のステップＳ１１６に進む。

ステップＳ１２０で、前回の検出結果の報知から所定の時間を経過していないと判別した場合（ステップＳ１２０：Ｎｏ）、処理は前述のステップＳ１１６に進む。

このようにして、異物検出装置２０は、電力伝送システム１内に異物ＦＯが存在することを検出することができる。

次に、上記構成を有する検出コイルユニット２２について、より詳細に説明する。
図１０（ａ）に拡大して示すように、本実施の形態においては、検出コイル基板２２０の各コイル２４２の開口部（網掛けで表す部分）に比較的小さな貫通穴２２８が形成され、リブ２２４が配置されている。そして、残りの領域（配置スペース）に共振回路にパルス状電圧を供給させるためのスイッチ２４８、配線パターン２５０等の部品や配線が形成されている。

また、第１接続配線２３０と第２接続配線２３２とを、平面視で、ループコイル２４０の列の左側に配置し、かつ、重ねて配置している。また、隣接する列方向のループコイル２４０を、平面視で、Ｘ方向にほぼ１／２ピッチずれて配置している。このため、Ｙ方向に隣接するループコイル２４０の間隔を小さく抑えることができ、これにより、基板面積の大型化を抑制可能となり、異物検知精度を比較的高く維持できる。

これに対し、図１０（ｂ）に示すように、回路部品および配線を、Ｙ方向に隣接するコイル２４２の間に配置しようとすると、ほぼ、その配置間隔Ｗ１の分だけ、コイル２４２の間隔が広がってしまい、異物検知性能が低下してしまう。

また、図１０（ｃ）に示すように、回路部品および配線を、Ｙ方向に隣接するコイル２４２の両外側に配置しようとすると、ほぼ、その配置間隔Ｗ２の２倍の分だけ、基板サイズが増加してしまう。

また、この構成では、全てのループコイル２４０の貫通穴２２８にリブ２２４を配置するので、異物検出装置２０のケース２２２の耐荷重強度を高く維持することができる。なお、リブ２２４は、一部のループコイル２４０の貫通穴２２８に配置される構成であってもよい。

［変形例］
上記実施の形態では、送電コイルユニット１２の上に重ねて異物検出装置２０（検出コイルユニット２２）を配置する例を示したが、受電コイルユニット１３の下に重ねて異物検出装置２０（検出コイルユニット２２）を配置して、異物を検出してもよい。

また、送電コイルユニット１２と異物検出装置２０とを組み合わせて共通の筐体に収容して一体化し、異物検出装置２０を備える送電コイルユニット１２としてもよい。その場合の、構造は、上記実施の形態と実質的に同一である。同様に、受電コイルユニット１３と異物検出装置２０とを組み合わせて共通の筐体に収容して一体化し、異物検出装置２０を備える受電コイルユニット１３としてもよい。

コイル２４２の開口部に形成する貫通穴２２８およびリブ２２４の位置・形状・サイズなどは、適宜変更可能である。例えば、図１１は、貫通穴２２８の中心をループコイル２４０の中心からずらした例を示す。図４および図１０（ａ）に示す構成では、コイル２４２の中心と貫通穴２２８の中心とが一致する。これに対し、図１１に示す構成では、貫通穴２２８の中心を、コイル２４２の中心から、第１接続配線２３０と第２接続配線２３２から離れる位置に設定している。

この構成によれば、貫通穴２２８の中心とコイル２４２の中心とが一致するときよりも、第１接続配線２３０および第２接続配線２３２が位置する側に開口部内に比較的広いエリアを確保でき、そのエリアに回路部品を集中して配置することができる。例えば、貫通穴２２８の中心を、コイル２４２の中心から、第１接続配線２３０と第２接続配線２３２から離れる位置にすると、スイッチ２４８をコイル２４２の中心寄りに配置することができる。これにより、コイル２４２のパターン長（端子Ｔ１から端子Ｔ２に至る長さ）が長くなり、パルス状電圧の印加によりコイル２４２が蓄えられるエネルギーを大きくすることができ、パルス状電圧の印加により励磁されたときの応答の振動信号も大きくできる。そのため、異物検出処理の際の変化がより顕著に現れ、検出性能が向上する。

また、貫通穴２２８は、正面視で、正方形に限られず、図１２，図１３に示すように長方形状であってよく、あるいは、図１４に示すように楕円形状であってもよい。これらの構造であっても、Ｙ方向に隣接するループコイル２４０の間隔を小さく抑えることができる。このため、異物検知精度を比較的高く維持できる。これらの場合には、貫通穴２２８の平面形状に対応平面形状、即ち、長方形、楕円形を有するリブ２２４が挿入されることが望ましい。また、異物検出装置２０に加わる力が均一で無い場合には、力の加わる方向にリブ２２４の長手方向を向けることにより、強度を高めることが可能となる。

検出コイルユニット２２に車両が乗り上げた場合、通常、車両の進行方向に強い力が加わり、車両の進行方向に直角方向には相対的に弱い力が加わる。このため、図１２～図１４の構成を採用する場合、例えば駐車スペースに設置する際には、図１５に模式的に示すように、貫通穴２２８の平面視の長手方向（長方形状の場合長辺方向、楕円の場合長軸方向：Ｘ軸方向）を、駐車スペースの長手方向（或いは、車両を主に移動する方向）に一致させることが望ましい。この構造により、異物検知精度を高く維持しつつ、異物検出装置２０の強度を高めることができ、電気自動車２が乗り上げた際の耐荷重性を向上できる。なお、ここで、一致とは、厳格な一致を意味せず、０～±１５°程度の誤差は許容されるものである。

また、図１２～図１４の構成を採用し、異物検出装置２０を受電コイルユニット１３と共に電気自動車２等の移動体に設置する際には、図１６に模式的に示すように、貫通穴２２８の平面視の長手方向（長方形状の場合長辺方向、楕円の場合長軸方向：Ｘ軸方向）を、電気自動車２の直進方向に一致させることが望ましい。この構造により、異物検知精度を高く維持しつつ、加速による力が加わるＸ軸方向の強度を高めることができる。なお、ここで、一致とは、厳格な一致を意味せず、０～±５°程度の誤差は許容されるものである。

なお、図１２では、貫通穴２２８の位置をコイル２４２の中心からＹ方向に移動し、図１３では、貫通穴２２８の位置をコイル２４２の中心からＹ方向と－Ｘ方向に移動した例を示す。図１４についても同様のシフトが可能である。なお、その他の方向への移動および移動量の変更も可能である。

また、図１７に示すように、列方向（Ｘ方向）に配列された複数のループコイル２４０の列の貫通穴２２８の中心ＣをＸ方向の位置に応じて変化するように構成してもよい。例えば、図１７に示す構成では、同一構成の検出コイル基板２２０－１と２２０－２を組み合わせることによりこのような構成を実現することができる。この構成では、第１検出コイル基板２２０－１のループコイル２４０の貫通穴２２８の列の中心線を結ぶ仮想線Ｃ１と第２検出コイル基板２２０－２のループコイル２４０の貫通穴２２８の列の中心線を結ぶ仮想線Ｃ２とは、Ｚ軸方向に見て重なり合わない。このような構成により、ループコイル２４０の配置密度を高くしつつ、各ループコイル２４０内の部品・回路の配置エリアを広く確保しつつ、さらに、相対的に小型の検出コイル基板２２０－１、２２０－２を組み合わせて、大面積の領域の異物を検出することが可能となる。なお、組み合わせる検出コイル基板の数は２枚に限定されず、３枚以上でもよい。

以上の構成では、ループコイル２４０として、開口部が矩形のものを例示したが、他の形状、例えば、長方形状、楕円形状、円形等でもよい。

また、異物を検出する手法および回路構成は適宜変更可能である。例えば、上記実施の形態では、パルス発生部２４から各ループコイル２４０にパルス状電圧を印加したが、印加電圧は、正弦は波信号等でもよい。また、送電コイルユニット１２の送電コイル１２０を励磁し、例えば、パルス状或いは正弦波状の磁界を印加してもよい。

以上の説明では、検出コイル基板２２０に形成された貫通穴２２８にリブ２２４を配置する例を示したが、例示であり、どのような機械的部材・電気素子を配置するかは任意である。

以上のように、本開示にかかる異物検出装置は、
基板と、上記基板の第１面に形成され、上記第１面に直交する第１軸を中心に周回する第１導体パターンをそれぞれ有する複数のコイルと、を備える検出コイルユニット、
上記複数のコイルに接続され、各コイルが励磁されたときの振動信号に基づき、異物の有無を検出する検出装置と、
を備える異物検出装置であって、
上記複数のコイルは、それぞれ開口部を有し、
上記基板は、上記第１軸方向に見て、上記開口部内に、当該基板を貫通する貫通穴と、部品または配線が配設された配置スペースと、を有する。

本開示にかかる異物検出装置においては、コイルを密に配置することができ、高い異物検出精度を確保し、基板面積の大型化を抑制することが可能となる。

また、例えば、上記貫通穴の中心は、上記開口部の中心とずれており、上記貫通穴は、上記配置スペースよりも上記コイルの両端から離れた位置にあってもよい。

また、例えば、上記複数のコイルは、上記第１軸と直交する第１方向に複数のコイルが並べて配置されるコイル列が上記第１軸および上記第１方向と直交する第２方向に複数配置されて構成されており、複数の上記コイル列のうちの上記第２方向に隣り合うコイル列は、コイル列を構成するコイル同士が上記第１方向にずれて配置されていてもよい。

また、例えば、上記基板は、上記第１方向に並べて配置される第１基板と第２基板を少なくとも含み、上記第１基板の上記コイル列における複数の上記貫通穴の中心を結ぶ仮想線と上記第２基板の前記コイル列における複数の上記貫通穴の中心を結ぶ仮想線とは、上記第１軸方向に見て、互いに重なり合わない構成を有してもよい。

本開示にかかる送電装置は、
例えば、導線が渦巻状に巻回されて構成される送電コイルと、
上述の異物検出装置と、
を備えていてもよい。

また、例えば、上記貫通穴は、上記第１軸方向に見て長方形状であり、上記貫通穴の長辺方向と上記送電装置が設置される駐車スペースの長手方向は、平行であってもよい。

また、例えば、上記貫通穴は、上記第１軸方向に見て、楕円形状であり、上記貫通穴の長軸方向と上記送電装置が設置される駐車スペースの長手方向は、平行であってもよい。

本開示にかかる受電装置は、
例えば、導線が巻回されて構成される受電コイルと、
上述の異物検出装置と、
を備えていてもよい。

また、例えば、上記貫通穴は、上記第１軸方向に見て、長方形状であり、上記貫通穴の長辺方向と上記受電装置が搭載される移動体が直進する方向は、平行であってもよい。

また、例えば、上記貫通穴は、上記第１軸から見て、楕円形状であり、上記貫通穴の長軸方向と上記受電装置が搭載される移動体が直進する方向は、平行であってもよい。

本開示にかかる電力伝送システムは、
例えば、上述の送電装置と、受電装置と、を備え、
上記貫通穴は、上記第１軸方向に見て、長方形状または楕円形状であり、
上記貫通穴の長辺方向または長軸方向と上記受電装置が搭載される移動体が直進する方向は、平行であってもよい。

本開示にかかる電力伝送システムは、
例えば、送電装置と、上述の受電装置と、を備え、
上記貫通穴は、上記第１軸から見て、長方形状または楕円形状であり、
上記貫通穴の長辺方向または直軸方向と上記受電装置が搭載される移動体が直進する方向は、平行であってもよい。

本開示にかかる電力伝送システムは、
例えば、送電装置と受電装置とを備え、
上記送電装置と上記受電装置の少なくとも一方は、上述の異物検出装置を備えていてもよい。

本開示のいくつかの実施の形態を説明したが、これらの実施の形態は、例として提示したものであり、開示の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施の形態は、その他の様々な形態で実施することが可能であり、開示の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施の形態やその変形は、開示の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載した開示とその均等の範囲に含まれる。

１ 電力伝送システム
２ 電気自動車
３ 送電装置
４ 受電装置
５ 蓄電池
１１ 電力供給装置
１２ 送電コイルユニット
１３ 受電コイルユニット
１４ 整流回路
１５ 商用電源
２０ 異物検出装置
２２ 検出コイルユニット
２４ パルス発生部
２６ 検出部
１２０ 送電コイル
１２２ 磁性体板
１３０ 受電コイル
１３２ 磁性体板
２２０ 検出コイル基板
２２２ ケース
２２４ リブ
２２６ 外部接続コネクタ
２２８ 貫通穴（開口）
２３０ 第１接続配線
２３２ 第２接続配線
２４０ ループコイル
２４２ コイル
２４４ コンデンサ
２４６、２４８ スイッチ
２５０ 配線パターン
２６０ 検出制御部
２６２ 駆動部
２６４ 選択部
２６６ 変換部
２６８ 波形解析部
２７０ 検出結果記憶部
２７２ 結果出力部

Claims (15)

1. 基板と、前記基板の第１面に形成され、前記第１面に直交する第１軸を中心に周回する第１導体パターンをそれぞれ有する複数のコイルと、を備える検出コイルユニットと、
   前記複数のコイルに接続され、各コイルが励磁されたときの振動信号に基づき、異物の有無を検出する検出部と、
   を備える異物検出装置であって、
   前記複数のコイルは、それぞれ開口部を有し、
   前記基板は、前記第１軸方向に見て、前記開口部内に、当該基板を貫通する貫通穴と、部品または配線が配設された配置スペースと、を有する、
   異物検出装置。
2. 前記貫通穴の中心は、前記第１軸方向に見て前記開口部の中心とずれており、
   前記貫通穴は、前記配置スペースよりも前記コイルの両端から離れた位置にある、
   請求項１に記載の異物検出装置。
3. 前記複数のコイルは、前記第１軸と直交する第１方向に複数のコイルが並べて配置されるコイル列が前記第１軸および前記第１方向と直交する第２方向に複数配置されて構成されており、
   複数の前記コイル列のうちの前記第２方向に隣り合うコイル列は、コイル列を構成するコイル同士が前記第１方向にずれて配置されている、
   請求項１または請求項２に記載の異物検出装置。
4. 前記基板は、前記第１方向に並べて配置される第１基板と第２基板を少なくとも含み、
   前記第１基板の前記コイル列における複数の前記貫通穴の中心を結ぶ仮想線と前記第２基板の前記コイル列における複数の前記貫通穴の中心を結ぶ仮想線とは、
   前記第１軸方向に見て、互いに重なり合わない、
   請求項３に記載の異物検出装置。
5. 導線が巻回されて構成される送電コイルと、
   請求項１から４のいずれか一項に記載の異物検出装置と、
   を備える送電装置。
6. 前記貫通穴は、前記第１軸方向に見て長方形状であり、
   前記貫通穴の長辺方向と前記送電装置が設置される駐車スペースの長手方向は、平行である、
   請求項５に記載の送電装置。
7. 前記貫通穴は、前記第１軸方向に見て、楕円形状であり、
   前記貫通穴の長軸方向と前記送電装置が設置される駐車スペースの長手方向は、平行である、
   請求項５に記載の送電装置。
8. 導線が巻回されて構成される受電コイルと、
   請求項１から４のいずれか一項に記載の異物検出装置と、
   を備える受電装置。
9. 前記貫通穴は、前記第１軸方向に見て、長方形状であり、
   前記貫通穴の長辺方向と前記受電装置が搭載される移動体が直進する方向は、平行である、
   請求項８に記載の受電装置。
10. 前記貫通穴は、前記第１軸方向に見て、楕円形状であり、
    前記貫通穴の長軸方向と前記受電装置が搭載される移動体が直進する方向は、平行である、
    請求項８に記載の受電装置。
11. 請求項５に記載の送電装置と、
    受電装置と、を備え、
    前記貫通穴は、前記第１軸方向に見て、長方形状であり、
    前記貫通穴の長辺方向と前記受電装置が搭載される移動体が直進する方向は、平行である、
    電力伝送システム。
12. 請求項５に記載の送電装置と、
    受電装置と、を備え、
    前記貫通穴は、前記第１軸方向に見て、楕円形状であり、
    前記貫通穴の長軸方向と前記受電装置が搭載される移動体が直進する方向は、平行である、
    電力伝送システム。
13. 送電装置と、
    請求項８に記載の受電装置と、を備え、
    前記貫通穴は、前記第１軸方向に見て、長方形状であり、
    前記貫通穴の長辺方向と前記受電装置が搭載される移動体が直進する方向は、平行である、
    電力伝送システム。
14. 送電装置と、
    請求項８に記載の受電装置と、を備え、
    前記貫通穴は、前記第１軸方向に見て、楕円形状であり、
    前記貫通穴の長軸方向と前記受電装置が搭載される移動体が直進する方向は、平行である、
    電力伝送システム。
15. 送電装置と受電装置とを備え、
    前記送電装置と前記受電装置の少なくとも一方は、請求項１から４のいずれか１項に記載の異物検出装置を備える、
    電力伝送システム。

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