JP2023041074A - 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

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 Download PDF

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Abstract

【課題】ワイヤレスで電力を伝送する装置に存在しうる異物の有無を正確に検出する。【解決手段】異物検出装置２０は、配置面に相互に隣接して配列され、励磁されたことに応答して振動信号を発生する複数のコイル２４２と、複数のコイル２４２に接続され、各コイル２４２の応答信号から、異物の有無を検出する検出部２６とを備える。配置面は、少なくとも２つのコイル２４２を含む複数の第１コイル組に区分けする第１領域を有する。検出部２６は、複数の第１コイル組を構成するコイル２４２それぞれの振動信号に基づき異物の有無を検出する。第１コイル組は、各第１コイル組を構成するコイル２４２の組み合わせは異なっており、少なくとも１つの第１コイル組を構成する１つのコイル２４２と他の１つの第１コイル組を構成する１つのコイル２４２とが共通している。【選択図】図１

Description

本開示は、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。
電源ケーブルを用いずに電力を伝送するワイヤレス電力伝送技術が注目されている。ワイヤレス電力伝送技術は、送電装置から受電装置にワイヤレスで電力を送電できるので、電車、電気自動車等の輸送機器、家電製品、電子機器および無線通信機器といった様々な製品への応用が期待される。
ワイヤレス電力伝送技術においては、送電のために、磁気的に結合した送電コイルと受電コイルが用いられる。しかしながら、送電コイルおよび受電コイルの付近に、金属片など、本来存在すべきではない異物が存在することがあり、このような異物は、送電コイルから受電コイルへの送電に悪影響を与える可能性がある。従って、送電コイルおよび受電コイルの付近に存在する異物を適切に検出する必要がある。
特許文献１は、ワイヤレスで電力を伝送する装置において、異物検出用の複数のコイルに電圧を印加し、物理量を測定して、基準値との変化量を検出することにより、そのコイルの付近に異物が存在するか否かを検出する異物検出装置を開示する。この異物検出装置は、コイルに電圧を印加して得られた物理量の基準値からの変動分に基づいて異物の有無を判別する。しかし、この検出手法では、基準値が固定であるため、環境の変化により、コイルのインピーダンスが変化した場合等に、異物を誤検出してしまうおそれがある。例えば、温度の変化、外部から印加された磁化の有無等の外的要因により、コイルのインピーダンスが変動してしまった場合に、異物が存在しないにもかかわらず、異物を誤検出してしまうおそれがある。
このような問題に対処するため、特許文献２では、８の字状のループアンテナを用いて２つのループの検出信号を比較することにより、異物を検出している。
特開２０１７－０３４９７２号公報 特開２０１９－０１７１６８号公報
しかし、特許文献２の手法の場合、８の字を構成する２つのループの間に跨がって異物が存在する場合、８の字を構成する２つのループ部にそれぞれ異物が入り込んだ場合に、２つのループ部のそれぞれで検出される磁束の変化が互いに相殺され、異物を検出できないことがある。
本開示は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、電力を伝送する送電コイルと受電コイルとの間に存在する異物をより正確に検出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、
配置面に相互に隣接して配列され、それぞれ、励磁されて振動信号を発生する複数のコイルと、
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から、異物の有無を検出する検出部と、
を備え、
前記配置面は、前記複数のコイルのうち、少なくとも２つのコイルを含む複数の第１コイル組に区分けする第１領域を有し、前記検出部は、前記複数の第１コイル組を構成するコイルそれぞれの振動信号に基づき異物の有無を検出し、
前記複数の第１コイル組は、各第１コイル組を構成するコイルの組み合わせは異なっており、少なくとも１つの第１コイル組を構成する１つのコイルと他の１つの第１コイル組を構成する１つのコイルとが共通している。
この開示の送電装置は、上述の異物検出装置を備えてもよい。
この開示の受電装置は、上述の異物検出装置を備えてもよい。
この開示の電力伝送システムは、
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、上述の異物検出装置を備える。
上記構成の異物検出装置によれば、異物の有無を正確に検出できる。
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受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に示すループコイルの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。 （ａ）は、パルス状電圧が印加されたときの、図５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り、（ｂ）は、（ａ）とは外部環境が異なる状態で、パルス状電圧が印加されたときの、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３に示すループコイルの組分けを説明するための図である。 図１に示す検出部の構成図である。 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）、（ｂ）は、図９の異物検出処理により検出される異物の例を示す図である。 図３に示すループコイルの組分けの他の例を説明するための平面図である。 図３に示すループコイルの組分けの他の例を説明するための平面図である。 図３に示すループコイルの組分けの他の例を説明するための平面図である。 図３に示す検出コイル基板の変形例とループコイルの組分けの他の例を説明するための平面図である。 図９に示す異物検出処理の変形例のフローチャートである。
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、Ｙ軸およびＺ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、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た送電コイル１２０と、を備える。送電コイル１２０には、電力供給装置１１から交流電力が供給され、これにより、送電コイル１２０は、交番磁束Φを誘起する。
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充電装置である。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。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り、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、この上に空き缶などの異物が進入するおそれがある。
図３にＺ軸方向から見た図（以下、平面視）で示すように、検出コイルユニット２２は、検出コイル基板２２２を備える。検出コイル基板２２２は、樹脂等の透磁性の材料から構成されている。本実施の形態では、検出コイル基板２２２は、ループコイル２２０を相互に隣接して配置するための配置面として機能し、全面が第１領域として機能する。第１領域は、後述するように、複数のコイル２４２を、複数の第１コイル組に区分けする領域である。検出コイル基板２２２のループコイル２２０の配置面は平坦な面である必要はなく、凹凸があってもよい。
検出コイル基板２２２には、送電コイルユニット１２をほぼ覆ってＸ軸方向とＹ軸方向にマトリクス状に相互に隣接して配置された２４個のループコイル２２０Ａ～２２０Ｘと、各ループコイル２２０Ａ～２２０Ｘ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２２４と、が配置されている。以下、ループコイルを特に区別しない場合いは、ループコイル２２０と総称する。Ｘ軸方向に並んでいるループコイル２２０の列は、隣接する列と約１／２ピッチＸ軸方向にずれて配列されている。ループコイル２２０の構成の詳細については後述する。
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２２０を選択して印加する。
検出部２６は、ループコイル２２０のパルス状電圧の印加により励磁されたときの応答信号である振動信号を処理して、付近に異物が存在するか否かを検出する。検出部２６の詳細については、図８を参照して後述する。
各ループコイル２２０の詳細を、検出コイル基板２２２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２２０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２２０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２２０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２２２の上面にＺ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２２２の下面に延在し、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導通状態（オン）または非導通状態（オフ）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、この共振回路には、外部接続コネクタ２２４、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２２４を介して検出部２６に導かれる。
スイッチ２４６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しない。また、スイッチ２４８がオフになると、ループコイル２２０は、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から電気的に切断される。
２４個のループコイル２２０は、互いに同一の物理的特性を有する。これを実現するため、２４個のループコイル２２０のコンデンサ２４４は相互に同一の構成を有し、スイッチ２４６は相互に同一の構成を有し、スイッチ２４８は相互に同一の構成を有し、配線パターン２５０は相互に同一の構成を有する。このため、温度の変化、湿度の変化、外部磁場の変化等の環境条件が変化した場合、２４個のループコイル２２０の物理的特性は、互い同一の傾向で変化する。
図５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６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の付近に異物ＦＯが無く、環境が基準状態のときに、電圧Ｖが、図６（ａ）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が存在すると、コイル２４２のインピーダ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６（ａ）に点線で例示するように、振動信号の周波数Ｆ、１周期目のピーク電圧Ｖｐ、ピーク電圧Ｖｐが約半分に減るまでの時間ｔｄ等の物理量である特徴量が変化してしまう。
また、振動信号の波形は、温度の変化、外部磁場の有無等の環境の変化により、コイル２４２およびコンデンサ２４４の特性が変動することにより変化する。従って、振動信号の物理量を測定し、測定した物理量を固定の基準値と単純に比較するだけでは、異物ＦＯの有無を誤判別するおそれがある。
振動信号の物理量の環境の変化による変動は、異物ＦＯが存在する場合でも、存在しない場合でも同様の傾向を示す。例えば、図６（ｂ）に実線で例示するように、環境の変化により、異物ＦＯが存在しない場合に、振動信号の周波数Ｆが大きくなり、ピーク電圧Ｖｐと時間ｔｄがそれぞれ小さくなったとする。この場合、図６（ｂ）に破線で例示するように、異物ＦＯが存在する場合も、周波数Ｆ大きくなり、ピーク電圧Ｖｐと時間ｔｄがそれぞれ小さくなる傾向を示す。
そこで、本開示では、複数のループコイル２２０の共振回路の振動信号の物理量を互いに比較することにより、異物の有無を判別する。ただし、単純な比較では、２つのループコイル２２０の両方の近傍に異物ＦＯが存在する場合には、異物の存在を判別できない。
そこで、本開示では、一のループコイル２２０の振動信号の物理量と、他の２つのループコイル２２０の振動信号の物理量とを比較することにより、異物が存在するか否かを判別する。
物理量を比較する対象の一対のループコイル２２０を組（コイル組：グループ）と呼ぶこととする。本実施の形態においては、組は、１）隣接する２つのループコイル２２０から構成され、２)異なる組を構成するループコイル２２０の組み合わせは異なり、３）ある組を構成するループコイル２２０は、他のいずれかの組を構成する。なお、ループコイル２２０の組は、換言すれば、それを構成するコイル２４２の組にも相当する。
図７を参照して、ループコイル２２０Ａ～２２０Ｘの組分けの具体例を説明する。なお、以下の説明は組分けの一例を示すものであり、適宜変更可能である。
ループコイル２２０Ａを例にとると、ループコイル２２０Ａと２２０Ｂ、２２０Ａと２２０Ｅを、それぞれ、組とする。また、ループコイル２２０Ｂについては、ループコイル２２０Ｂと２２０Ａ、ループコイル２２０Ｂと２２０Ｆを、それぞれ、組とする。また、ループコイル２２０Ｃについては、ループコイル２２０Ｃと２２０Ｄ、２２０Ｃと２２０Ｇを、それぞれ、組とする。また、ループコイル２２０Ｄについては、２２０Ｄと２２０Ｃ、２２０Ｄと２２０Ｈを、それぞれ、組とする。以下、同様にして、あるループコイル２２０について、隣接する２つのループコイル２２０と組を構成する。
従って、例えば、ループコイル２２０Ａから得られた物理量とループコイル２２０Ｂから得られた物理量とが比較され、ループコイル２２０Ａから得られた物理量とループコイル２２０Ｅから得られた物理量とが比較される。例えば、図１０（ａ）に示すように、ループコイル２２０Ａの検知エリアに異物ＦＯが存在すると仮定すると、ループコイル２２０Ａから得られた物理量が標準の物理量からずれ、組を構成するループコイル２２０Ｂから得られた物理量との差が大きく、且つ、ループコイル２２０Ｅから得られた物理量とも差が大きくなる。これにより、異物ＦＯの存在を判別できる。
また、例えば、図１０（ｂ）に示すように、ループコイル２２０Ａと２２０Ｂの検出エリアに跨がって異物ＦＯが存在すると仮定する。この場合に、ループコイル２２０Ａから得られた物理量とループコイル２２０Ｂから得られた物理量は標準の物理量から同様にずれてしまい、ほぼ同じ値となる。一方、ループコイル２２０Ａのもう１つの組みを構成するループコイル２２０Ｅから得られた物理量は標準の物理量であり、ループコイル２２０Ａから得られた物理量との差が大きくなる。これにより、異物ＦＯの存在を判別できる。
図１に示す検出部２６は、ループコイル２２０Ａ～２２０Ｘのいずれか１つを選択し、その共振回路にパルス状電圧を印加する。検出部２６は、共振回路の共振信号に相当する振動信号を検出し、その特徴量を検出する。検出部２６は、特徴量の検出を、ループコイル２２０の全てについて順次実行する。検出部２６は、特徴量の検出が終了すると、図７に示すテーブルに従って、各ループコイル２２０について、組を構成するループコイル２２０との間で特徴量の差の絶対値を求め、差の絶対値が基準値より大きいときに、その組に異常ありと判定する。しかも、上述したように、ある組を構成する１つのコイル２４２と他の組を構成する１つのコイル２４２が共通しているため、仮に、ある組を構成する複数のコイル２４２に跨って異物が混入し、ある組を構成するコイル２４２の間で特徴量の差が発生せず、異常ありと判定できない場合であっても、ある組を構成する１つのコイル２４２を、組を構成する１つのコイル２４２として構成する他の組のコイル２４２の間で特徴量の差が発生し、異常ありと判定できるため、異物が複数のコイル２４２に跨って混入した場合であっても誤検出することなく、正確に異物を検出することができる。
この動作を可能とするため、検出部２６は、図８に示すように、機能的に、検出制御部２６０、駆動部２６２、選択部２６４、変換部２６６、波形解析部２６８、記憶部２７０、異常判別部２７２および結果出力部２７４を備える。
検出制御部２６０は、検出部２６の各構成要素の動作を制御し、ループコイル２２０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、ループコイル２２０のいずれかを選択し、選択したループコイル２２０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２２０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２２４、第１接続配線２３０と第２接続配線２３２、端子Ｔ１とＴ２と、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２２４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、ピーク電圧Ｖｐ、時間ｔｄ、周波数Ｆ等の特徴量を求め、これを記憶部２７０に記憶させる。
異常判別部２７２は、検出制御部２６０の制御に従って、図７に示す各組を構成するループコイル２２０から得られたピーク電圧Ｖｐ、時間ｔｄ、周波数Ｆ同士の差を求め、差の絶対値が基準値よりも大きいものが１つでもあれば、その組を異常と特定する。
異常判別部２７２は、各ループコイル２２０について、そのループコイル２２０が属す組が１つでも異常と判別されたか否かを判別し、異物検出結果を結果出力部２７４に出力する。
結果出力部２７４は、検出制御部２６０の制御に従って、異物検出結果を、ディスプレイ装置などの出力装置に出力し、ユーザに提示する。
また、結果出力部２７４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。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、異物が存在しないことを示す検出結果の場合、電力供給装置１１は、ワイヤレス電力伝送の動作を開始し、或いは、ワイヤレス電力伝送の動作を継続する。
検出部２６は、ハードウエア上は、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。
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。
検出部２６の検出制御部２６０は、例えば、電力供給装置１１からの指示に応答して、異物検出処理を開始する。まず、検出制御部２６０は、選択部２６４等を制御して、データの初期化、すべてのスイッチ２４６と２４８をオフにするなどの初期設定処理を行う（ステップＳ１００）。
続いて、検出制御部２６０は、今回の検出サイクルで、ループコイル２２０Ａ～２２０Ｘの全てについて特徴量が得られたか否かを判断する。
検出制御部２６０は、全てのループコイル２２０から特徴量が既に得られたとき（ステップＳ１０２：Ｙｅｓ）にはステップＳ１１２に進み、特徴量が得られていないループコイル２２０が残っているとき（ステップＳ１０２：Ｎｏ）、ステップＳ１０４に進む。
ステップＳ１０４において、検出制御部２６０は、選択部２６４を制御して、その時点でステップＳ１０４～Ｓ１１０の処理が終了していないいずれか１個のループコイル２２０を選択させる。
続いて、検出制御部２６０は、駆動部２６２を制御して、パルス発生部２４にパルス状電圧を発生させる（ステップＳ１０６）。パルス状電圧は、外部接続コネクタ２２４，配線２３０，２３２を介して、選択したループコイル２２０の共振回路の両端Ｔ１，Ｔ２に印加される。
変換部２６６は、選択部２６４が選択したループコイル２２０の共振回路の両端間の電圧Ｖの振動信号を受信し、これをディジタル形式のデータに変換する（ステップＳ１０８）。
波形解析部２６８は、ディジタル形式の振動信号から、その特徴量を抽出し、記憶部２７０に記憶する（ステップＳ１１０）。その後処理は、ステップＳ１０２の処理に戻る。
全てのループコイル２２０について特徴量が得られると、ステップＳ１０２において、Ｙｅｓと判別され、処理はステップＳ１１２に進む。
異常判別部２７２は、各ループコイル２２０について、そのループコイル２２０が属す各組を構成する一方のループコイル２２０について取得されたピーク電圧Ｖｐ１と、時間ｔｄ１と、周波数Ｆ１と、他方のループコイル２２０について取得されたピーク電圧Ｖｐ２と、時間ｔｄ２と、周波数Ｆ２と、の差の絶対値、即ち、|Ｖｐ１－Ｖｐ２|、|Ｔｄ１－Ｔｄ２|、|Ｆ１－Ｆ２|を求める（ステップＳ１１２）。
異常判別部２７２は、求めた各絶対値とそれぞれの基準値ＴｈＶｐ，ＴｈＴｄ、ＴｈＦとを比較し、いずれかが基準値以上であるとき、即ち、|Ｖｐ１－Ｖｐ２|≧ＴｈＶｐ、または、|Ｔｄ１－Ｔｄ２|≧ＴｈＴｄ、または、|Ｆ１－Ｆ２|≧ＴｈＦであるときにその組が異常であると判定する（ステップＳ１１４）。なお、以下の説明では、説明をわかりやすくするため、|Ｖｐ１－Ｖｐ２|≧ＴｈＶｐ、または、|Ｔｄ１－Ｔｄ２|≧ＴｈＴｄ、または、|Ｆ１－Ｆ２|≧ＴｈＦであることを、単に「特徴量の差の絶対値が基準値以上」と表現する。
異常判別部２７２は、ステップＳ１１４で、異常と判別された組が存在するか否かを判別する（ステップＳ１１６）。異常な組が存在すると検出された場合（ステップＳ１１６：Ｙｅｓ）、異常判別部２７２は、異物検出を出力する。すなわち、異常と判別された組が存在する判定結果を結果出力部２７４を介して電力供給装置１１に出力する（ステップＳ１１８）。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、ステップＳ１１６で、異常と判別された組が存在しないと判別された場合（ステップＳ１１６：Ｎｏ）、その旨を結果出力部２７４を介して電力供給装置１１に通知させる（ステップＳ１２０）。電力供給装置１１は、ワイヤレス電力伝送の動作を開始し、或いは、ワイヤレス電力伝送の動作を継続する。また、結果出力部２７４は、異物が検出されたことおよび異物の位置を特定する情報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。
次に、ステップＳ１２２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Ｓ１２２：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Ｓ１２２：Ｎｏ）、ステップＳ１０２に戻り、上述の動作を再度実行する。
上述の動作を具体例に基づいて説明する。一例として、図１０（ａ）に示すように、ループコイル２２０Ａの検出エリアに、コイル２４２のインピーダンスに影響を与える異物ＦＯが存在すると仮定する。
検出部２６は、ループコイル２２０Ａ～２２０Ｘのそれぞれについて、パルス発生部２４からパルス電圧を印加して、各共振回路の振動信号の特徴量を求める（ステップＳ１０２～Ｓ１１０）。
全てのループコイル２２０について特徴量を求め終わると、検出部２６は、図７に示す各組を構成する２つのループコイル２２０について、特徴量の差の絶対値を求める（ステップＳ１１２）。本例では、ループコイル２２０Ａの近傍にのみ異物が存在するので、ループコイル２２０Ａを含む組、すなわち、ループコイル２２０Ａと２２０Ｂの組と２２０Ａと２２０Ｅの組では、特徴量の差の絶対値が比較的大きくなり異常と判別される。一方、その他の組では、組を構成する２つのループコイル２２０の特徴量がほぼ等しくなり差の絶対値はほぼ０となる。
次に、検出部２６は、各組について、特徴量の差の絶対値が基準値以上であるか否かを判別する（ステップＳ１１４）。この例では、ループコイル２２０Ａと２２０Ｂの組と２２０Ａと２２０Ｅの組では、特徴量の差が比較的大きく、基準値以上となり、異常と判別される。具体的には、ループコイル２２０Ａと２２０Ｂの組と２２０Ａと２２０Ｅの組に関しては、ピーク電圧Ｖｐの差の絶対値と、時間ｔｄの差の絶対値と、周波数Ｆの差の絶対値のいずれかが基準値以上となり、異常と判別される。一方、他の組については、基準値未満となる。
このようにして、本実施の形態によれば、異物の存在を検出することができる。
さらに、組を構成する２つのループコイル２２０の共振回路の振動信号の物理量を比較するので、環境の変化による影響分をキャンセルして正確に異物を検出することができる。
また、１つのループコイルについて、２つの組の比較結果から異物の有無を検出するので、異物を正確に検出することができる。
なお、上述したループコイル２２０の組分けは例示であって、図７に示した組み合わせ以外の隣接する２個のループコイル２２０を１組としてもよい。
また、図７では、隣接して配置された２個のループコイル２２０で組を構成する例を示したが、組を構成する２個のループコイル２２０を、間を開けて選択するようにしてもよい。例えば、図１１は、組を構成する２個のループコイル２２０の間に１つのループコイルを配置する例を示す。この例では、ループコイル２２０Ａと２２０Ｃを１つの組、２２０Ａと２２０Ｉを１つの組とする。ループコイル２２０Ａと２２０Ｃの間には、ループコイル２２０の列が位置し、ループコイル２２０Ａと２２０Ｉの間には、ループコイル２２０Ｅが位置する。
また、組を構成するループコイル２２０をランダム的、不規則的、一見しただけでは規則性を見いだせないように選択してもよい。この場合、複数の組のそれぞれを構成するループコイル２２０の配置パターンは、少なくとも一部が互いに異なるものとなる。
また、組を構成する２個のループコイル２２０を、２個以上のループコイル２２０を間に挟んで選択するようにしてもよい。例えば、図１２は、ループコイル２２０Ａと２２０Ｈを１つの組、２２０Ａと２２０Ｍを１つの組とする例を示す。この例では、ループコイル２２０Ａと２２０Ｈの間には、２列のループコイル２２０が位置し、ループコイル２２０Ａと２２０Ｍの間には、２行のループコイル２２０が位置する。
上記実施の形態においては、１つの組を２個のループコイル２２０で構成する例を示したが、３個以上のループコイル２２０で１個の組を構成してもよい。例えば、図１３は、３個のループコイル２２０Ａ，２２０Ｂ，２２０Ｈから１つの組を構成し、３個のループコイル２２０Ａ，２２０Ｍ，２２０Ｎから１つの組を構成する例を示す。さらに、４個以上のループコイル２２０で１個の組を構成してもよい。
なお、３個以上のループコイル２２０で１個の組を構成する場合には、図９に示したステップＳ１１２の処理において、各組に含まれるループコイルのうちの各２個のループコイル２２０の組み合わせの全てについて、ピーク電圧Ｖｐの差の絶対値、時間ｔｄの差の絶対値、周波数Ｆの差の絶対値を求める。そして、ステップＳ１１４において、各絶対値と基準値とを比較し、１つでも基準値以上のものがあれば、その組を異常と判別すればよい。
上記実施の形態においては、１つのループコイル２２０について２つの組を設定し、少なくとも１つの組が異常と判別されたときに、ループコイル２２０の近傍に異物が存在すると判別した。
上記実施の形態においては、検出コイル基板２２２を１枚の基板から構成する例を示したが、複数の基板を組み合わせて検出コイル基板２２２を構成してもよい。
図１４は、第１基板２２２－１と第２基板２２２－２を組み合わせて１枚の検出コイル基板２２２を構成する例を示す。第１基板２２２－１と第２基板２２２－２は同一の構成を有し、背中合わせに組み合わされている。このような場合には、第１基板２２２－１上を第１領域とし、第２基板２２２－２上を第２領域とし、第１組を第１領域内のループコイル２２０のみで構成し、第２組（第２コイル組）を第２領域内のループコイル２２０でのみで構成してもよい。第２組でも、１）異なる組を構成するループコイル２２０の組み合わせは異なり、２）ある組を構成するループコイル２２０は、他の組を構成しない。なお、ループコイル２２０の組は、換言すれば、それを構成するコイル２４２の組にも相当する。なお、組を構成するループコイル２２０の配置パターンは、第１領域と同様に適宜選択可能である。また、第１基板２２２－１上を第１領域と第２領域とし、第１組を第１領域内のループコイル２２０のみで構成し、第２組（第２コイル組）を第２領域内のループコイル２２０でのみで構成してもよく、第２基板２２２－２上を第１領域と第２領域とし、第１組を第１領域内のループコイル２２０のみで構成し、第２組（第２コイル組）を第２領域内のループコイル２２０でのみで構成してもよい。
第２組を備えることにより、第１組だけで構成した場合に比べて、組の数を減らすことができるため、異物検出速度を向上させることができる。
ただし、各組を構成するループコイル２２０を、領域に係わらず選定してもよい。すなわち、第１領域のループコイル２２０と第２領域のループコイル２２０を含む組を形成してもよい。
図９に示すフローチャートにおいては、全てのループコイル２２０について、特徴量を求めてから、異物が存在するか否かの判別を行った。この開示はこれに限定されない。例えば、ある組を構成するループコイル２２０について、異物が存在するか否かを判別するために必要な特徴量のみを取得して、異物検出処理を行い、その後、別の組を構成するループコイル２２０についての処理を行ようにしてもよい。
このような動作を実行する場合の、異物検出処理のフローチャートの一例を図１５に示す。この処理では、検出部２６は、まず、異物検出対象のループコイル２２０を選択し（ステップＳ２００）、選択したループコイル２２０にパルス発生部２４からパルス状電圧を印加し、振動信号の特徴量を取得する。続いて、選択したループコイル２２０と組を構成するループコイル２２０に、パルス発生部２４からパルス状電圧を印加し、振動信号の特徴量を取得する（ステップＳ２０２）。つまり、選択したループコイル２２０と、そのループコイル２２０と組を構成するループコイル２２０に、パルス発生部２４からパルス状電圧を順次印加し、振動信号の特徴量を取得する。この際、選択したループコイル２２０と組を構成しないループコイル２２０には、パルス状電圧を印加しない。
続いて、選択したループコイル２２０と組を構成するループコイル２２０について、特徴量の差の絶対値を求める（ステップＳ２０４）。
続いて、特徴量の差の絶対値≧基準値となるか否かを判別し（ステップＳ２０６）、判別結果を出力する（ステップＳ２０８）。
続いて、処理が終了しているか否かを判別し（ステップＳ２１０）、終了していなければ（ステップＳ２１０：Ｎｏ）、ステップＳ２００にリターンして、他のループコイル２２０について同様の処理を実行する。このような構成によっても、環境の変化にかかわらず正確に、異物を検出することが可能となる。なお、上述の動作は、第１コイル組と第２コイル組の両方に適用可能であるが、第２コイル組を対象に適用する方が好ましい。
上記実施の形態では、振動信号の特徴量として、周波数Ｆ、１周期目のピーク電圧Ｖｐ、ピーク電圧Ｖｐが約半分に減るまでの時間ｔｄ等の物理量を採用しが、他の物理量を採用することも可能である。また、周波数Ｆのみ、ピーク電圧Ｖｐのみ、或いは、時間ｔｄのみを特徴量として採用してもよい。
上記実施の形態では、環境の変化の影響を相殺するため、組を構成するループコイル２２０から得られた振動信号の特徴量の差の絶対値を求めたが、環境の影響を相殺できるならば他の手法を採用してもよい。例えば、２つのループコイル２２０から得られた振動信号の特徴量の比を求め、１：１と認められる基準範囲にあるときには、その組は正常、基準範囲から外れるときには、その組は異常というように処理してもよい。
以上の構成では、コイル２４２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、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２２０にパルス状電圧を印加したが、印加電圧は、正弦波信号等でもよい。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。
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の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の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。
上記実施の形態においては、全てのループコイル２２０が第１領域または第２領域に含まれた。この発明はこれに限定されない。例えば、検出コイル基板２２２上に、組を構成しないループコイルと、第１組または第２組を構成するループコイル２２０とが混在する形態でもよい。
以上のように、本開示にかかる異物検出装置は、
配置面に相互に隣接して配列され、それぞれ、励磁されて振動信号を発生する複数のコイルと、
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部と、
を備え、
上記配置面は、上記複数のコイルのうち、少なくとも２つのコイルを含む複数の第１コイル組に区分けする第１領域を有し、上記検出部は、上記複数の第１コイル組を構成するコイルそれぞれの振動信号に基づき異物の有無を検出し、
上記複数の第１コイル組は、各第１コイル組を構成するコイルの組み合わせは異なっており、少なくとも１つの第１コイル組を構成する１つのコイルと他の１つの第１コイル組を構成する１つのコイルとが共通している。
本開示にかかる異物検出装置においては、異物の有無を、正確に検出できる。
また、例えば、上記複数の第１コイル組の少なくとも一部は、第１コイル組を構成するコイルの組み合わせが、間に少なくとも１つのコイルを介して隣り合う２つのコイルを含んでもよい。
また、例えば、上記複数のコイルは、上記配置面の上記第１領域のみに配列されていてもよい。
また、例えば、上記複数の第１コイル組は、各第１コイル組を構成するコイルの配置パターンとして異なる配置パターンを含んでもよい。
また、例えば、上記配置面は、上記複数のコイルのうち、少なくとも２つのコイルを含む複数の第２コイル組に区分けする第２領域を有し、上記検出部は、上記複数の第２コイル組を構成するコイルそれぞれの振動信号に基づき異物の有無を検出し、上記複数の第２コイル組は、各第２コイル組を構成するコイルが互いに異なるように配置してもよい。
また、例えば、上記複数の第２コイル組は、例えば、各第２コイル組を構成するコイルの配置パターンとして異なる配置パターンを含んでもよい。
また、例えば、上記検出部は、例えば、一の第１コイル組を構成する上記複数のコイルが発生する上記振動信号に基づき、異物の有無を検出した後、他の第１コイル組を構成する上記複数のコイルが発生する上記振動信号に基づき、異物の有無を検出してもよい。
また、例えば、上記検出部は、例えば、一の第２コイル組を構成する上記複数のコイルが発生する上記振動信号に基づき、異物の有無を検出した後、他の第２コイル組を構成する上記複数のコイルが発生する上記振動信号に基づき、異物の有無を検出してもよい。
本開示の送電装置は、上述の異物検出装置を備えてもよい。
本開示の受電装置は、上述の異物検出装置を備えてもよい。
本開示の電力伝送システムは、
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、発明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、発明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、発明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発明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 ループコイル
２２２ 検出コイル基板
２２４ 外部接続コネクタ
２３０ 第１接続配線
２３２ 第２接続配線
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 記憶部
２７２ 異常判別部
２７４ 結果出力部

Claims (11)

  1. 配置面に相互に隣接して配列され、それぞれ、励磁されて振動信号を発生する複数のコイルと、
    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、
    前記配置面は、前記複数のコイルのうち、少なくとも２つのコイルを含む複数の第１コイル組に区分けする第１領域を有し、前記検出部は、前記複数の第１コイル組を構成するコイルそれぞれの振動信号に基づき異物の有無を検出し、
    前記複数の第１コイル組は、各第１コイル組を構成するコイルの組み合わせは異なっており、少なくとも１つの第１コイル組を構成する１つのコイルと他の１つの第１コイル組を構成する１つのコイルとが共通している、
    異物検出装置。
  2. 前記複数の第１コイル組の少なくとも一部は、第１コイル組を構成するコイルの組み合わせが、間に少なくとも１つのコイルを介して隣り合う２つのコイルを含む、
    請求項１に記載の異物検出装置。
  3. 前記複数のコイルは、前記配置面の前記第１領域のみに配列されている、
    請求項１または２に記載の異物検出装置。
  4. 前記複数の第１コイル組は、各第１コイル組を構成するコイルの配置パターンとして異なる配置パターンを含む、
    請求項１から３のいずれか一項に記載の異物検出装置。
  5. 前記配置面は、前記複数のコイルのうち、少なくとも２つのコイルを含む複数の第２コイル組に区分けする第２領域を有し、前記検出部は、前記複数の第２コイル組を構成するコイルそれぞれの振動信号に基づき異物の有無を検出し、
    前記複数の第２コイル組は、各第２コイル組を構成するコイルが互いに異なる、
    請求項１または２に記載の異物検出装置。
  6. 前記複数の第２コイル組は、各第２コイル組を構成するコイルの配置パターンとして異なる配置パターンを含む、
    請求項５に記載の異物検出装置。
  7. 前記検出部は、一の第１コイル組を構成する前記複数のコイルが発生する前記振動信号に基づき、異物の有無を検出した後、他の第１コイル組を構成する前記複数のコイルが発生する前記振動信号に基づき、異物の有無を検出する、
    請求項１から６のいずれか一項に記載の異物検出装置。
  8. 前記検出部は、一の第２コイル組を構成する前記複数のコイルが発生する前記振動信号に基づき、異物の有無を検出した後、他の第２コイル組を構成する前記複数のコイルが発生する前記振動信号に基づき、異物の有無を検出する、
    請求項５または６に記載の異物検出装置。
  9. 請求項１から８のいずれか一項に記載の異物検出装置を備える送電装置。
  10. 請求項１から８のいずれか一項に記載の異物検出装置を備える受電装置。
  11. 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８のいずれか一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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