JP6248610B2 - 非接触給電装置 - Google Patents

Description

本発明は、非接触給電装置に関するものである。

複数のセンサ素子がマトリクス状に配置されてなり、各センサ素子はそれと検知対象物間に形成される静電容量を検知し、その検知した静電容量に基いて検知対象物の凹凸形状を検出する凹凸検出センサにおいて、各センサ素子は、出力信号線に接続され、検知対象物との間で静電容量を形成する第１のセンサプレートと、検知対象物との間で静電容量を形成する第２のセンサプレートと、異物が存在すると判定されたときに第１のセンサプレートを第２のセンサプレートと並列になるように出力信号線に接続する切替回路とを備える。そして、検知対象となる指の表面とセンサプレートとの間に形成される静電容量を検知することで、指の凹凸を検出する凹凸検出センサが開示されている（特許文献１）。

特開２００２−２５７５０８号公報

しかしながら、上記の凹凸検出センサは、指の凹凸を検出できるように、指表面と対向するセンサプレートの表面を広くしている。そのため、当該凹凸検出センサを、非接触給電装置の異物検知用のセンサに適用した場合には、コイルから発生する磁束がセンサプレートの広い対向面を貫通し、センサプレートに大きな渦電流が発生する、という問題があった。

本発明が解決しようとする課題は、コイル間の異物検知用の電極で発生する渦電流を抑制した非接触給電装置を提供することである。

本発明は、互いに所定の間隔を空けて配置された複数の電極と、複数の電極間の静電容量に基づき、受電コイルと送電コイルとの間の異物を検出する異物検出手段とを備え、当該複数の電極は第１電極及び第２電極を有し、第１電極は、送電コイルのコイル面と平行な平行面に沿って、互いに所定の第１間隔を空けて配置された板状の複数の第１導体と、複数の第１導体の一端を連結する第１連結部とを有し、第２電極は、送電コイルのコイル面と平行な平行面に沿って、互いに所定の第２間隔を空けて配置された板状の複数の第２導体と、複数の第２導体の一端を連結する第２連結部とを有することによって上記課題を解決する。

本発明は、対極となる互いの電極間を所定の間隔としつつ、それぞれの電極を、板状の複数の導体を所定の間隔を空けた状態で配置しているため、コイル間の磁界に対して、導体で発生する渦電流を小さくし、電極で発生する発生する渦電流を抑制できる。

本発明の実施形態に係る非接触給電装置のブロック図である。 図１の電極の平面図である。 静電容量を測定する回路の回路図である。 静電容量を測定する回路の回路図である。 本発明の第１例に係る電極の平面図である。 本発明の第２例に係る電極の平面図である。 電極の幅に対する静電容量の特性、及び、電極の幅に対する損失の特性を示すグラフである。 本発明の第３例に係る電極の平面図である。 電極に含まれる導体の一部の構成を示す平面図である。 電極の幅に対する静電容量の特性、及び、電極の幅に対する損失の特性を示すグラフである。 本発明の他の実施形態に係る非接触給電装置において、電極の平面図である。 図１１の電極の一部を分解した状態の平面図である。 本発明の他の実施形態に係る非接触給電装置において、電極の平面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

《第１実施形態》
図１は、本発明の実施形態に係る非接触給電装置のブロック図である。本例の非接触給電装置は、例えば地上側に設けられた給電装置から車両のバッテリに対して電力を供給する装置である。なお、以下では、送電側の装置に相当する送電部１を地上側に、受電側の装置に相当する受電部を車両に設けた場合を、一例として説明するが、送電部１が車両側であってもよく、受電部２が地上側であってもよい。また、受電部２は必ずしも車両等の移動体に限らず、バッテリを備えた装置に搭載されればよい。

図１に示すように、本例の非接触給電装置は、送電部１と受電部２とを備えている。送電部１は、受電部２に対して非接触で電力を供給するための送電装置（給電装置）である。受電部２は、送電部１からの電力を非接触で受電する受電装置である。

送電部１は、電極部１０と、１次コイル（送電コイル）１１と、１次コンデンサ１２と、駆動部１３と、高圧電源１４と、制御部１５とを備えている。電極１０は１次コイル１１と２次コイル２１との間に設けられ、１次コイル１１と２次コイル２１との間に存在する異物を検出するための電極である。電極１０は、１次コイル１１のコイル面及び２次コイル面と平行な面に沿うように、曲線状の導体及び直線上の導体が延在している。

１次コイル１１のコイル面及び２次コイル２１のコイル面をｘｙ平面とすると、電極１０を構成する導体のうち、曲線部分の導体では曲線に沿う方向、及び、直線部分の導体では長手方向が、ｘｙ平面に沿う方向となる。また、電極１０は、１次コイル１１に対して、ｚ方向に所定の距離を空けて配置されている。電極１０を構成する導体（導電体）は、非磁性体のものであればよく、例えば銅、アルミ、導電性プラスチックなどである。なお、電極１０の詳細な構成は後述する。

１次コイル１１は、２次コイル２１との間で電磁結合して、電力伝送用のトランスを形成し、少なくとも磁気的な結合により２次コイル２１に対して非接触で電力を供給する。なお、本例では、共鳴型の非接触給電を例に説明する。１次コイル１１は、絶縁された平板状の単線（又は撚り線）を、同一平面内で渦巻き状に巻いた平面コイルにより形成されている。１次コイル１１のコイル面は、駐車場あるいは道路の表面と平行になるように配置されている。

１次コンデンサ１２は、１次コイル１１と共振回路を形成しつつ、１次コイル１１と駆動部１２との間に接続されている。そして、１次コイル１１と１次コンデンサ１２で形成される共振回路は、駆動部１３から出力される電圧に基づき共振を起こす。１次側の共振回路の共振周波数は、２次側の共振回路に対して、効率よく電力を供給するように設計されている。

駆動部１３は、高圧電源１４から供給される交流電力を変換して、１次コイル１１と１次コンデンサ１２との共振回路に、高周波の交流電力を供給する。駆動部１３は１次コンデンサ１２と高圧電源１４との間に接続されている。駆動部１３は、トランジスタ等のスイッチング素子をブリッジ状に接続したコンバータ回路及び整流用のフィルタ回路等で構成されている。高圧電源１４は例えば三相交流電源であり、本例の非接触給電装置の電力源となる。

制御部１５は、駆動部１３に含まれるスイッチング素子のオン、オフの切り替えることで駆動部１３を制御し、送電部１から受電部２に対して電力を供給させる。また制御部１５は、１次コイル１１と２次コイル２１との間の異物を検出する。制御部１５は、駆動制御部１５１と異物検出部１５２とを有している。

駆動制御部１５１は、制御部１５の外部から指令値を取得し、指令値に応じた電力を、１次コイル１１から２次コイル２１に供給するように、スイッチング信号を生成し、駆動部１３に含まれるスイッチング素子に当該スイッチング信号を出力する。制御部１５の外部から入力される指令値は、例えば、車両のバッテリ２４の充電するために、送電部１に対して要求する電力の指令値である。なお、１次コイル１１から２次コイル２１への電力が固定値である場合には、外部からの指令値は必ずしも必要ない。

また、駆動制御部１５１は、異物検出部１５２により異物が検出された場合には、送電部１から受電部２への電力の供給を停止しつつ、ランプ等により異物の混入をユーザに通知する。

異物検出部１５２は、１次コイル１１と２次コイル２１との間に存在する異物を検出するために、静電容量検出部１５２ａと判定部１５２ｂとを有している。静電容量検出部１５２ａは、電極部１０に含まれる複数の電極にそれぞれ配線等で接続され、複数の電極により形成される静電容量を検出する。なお、静電容量の測定方法は、既に公知となっている方法であればよい。判定部１５２ｂは、静電容量の検出値と、異物を判定するための判定閾値とを比較し、その比較結果に基づいて、異物の有無を判定する。判定閾値は、予め設定されている静電容量の閾値である。そして、判定部１５２ｂは、判定結果を異物の検知結果として、「１」、「０」の２値データで駆動制御部１５１に出力する。

受電部２は、２次コイル（受電コイル）２１と、２次コンデンサ２２と、充電部２３と、バッテリ２４とを備えている。

２次コイル２１は、１次コイル１１との間で磁気的に結合可能なコイルである。２次コイル２１は、１次コイル１１と同様の平面コイルで形成されている。２次コイル２１は、例えば車両のシャシに設けられている。そして、２次コイル２１を備えた車両が、本例の非接触給電装置による給電に適した位置を走行又は停車した場合には、１次コイル１１のコイル面と２次コイル２１のコイル面が、互いに所定の距離を空けた状態で、向き合った状態になる。

２次コンデンサ２２は、２次コイル２１と共振回路を形成し、２次コイル１１と充電部２３との間に接続されている。充電部２３は、受電部２で受電した交流電力を整流しつつ、バッテリ２４の充電に適した電力に変換する充電回路である。充電部２３は、整流回路、インバータ回路等を有している。バッテリ２４は、車両のモータ等に対して電力を供給する二次電池である。

次に、電極１０の構成を、図２を用いて説明する。図２は、電極１０の平面図である。なお、図２において、ｘ方向及びｙ方向は、１次コイル１１のコイル面と平行な面であり、ｚ方向は、１次コイル１１のコイル面の法線方向である。

電極１０は、１次コイルのコイル面と平行な平行面に沿って、互いに所定の間隔を空けた配置された第１電極１１０と第２電極１２０を有している。第１電極１１０と第２電極１２０との間には、所定の間隔に相当する隙間が設けられている。第１電極１１０は及び第２電極１２０は互いに対極の関係にある。

第１電極１１０は、導体１１１ａ〜１１１ｔと、導体１１２ａ〜１１２ｔと、導体１１３ａ〜１１３ｄとを有している。各導体１１１ａ〜１１１ｔの厚み、導体１１２ａ〜１１２ｔの厚み、導体１１３ａ〜１１３ｄの厚みは同じ大きさである。厚みは、ｚ方向に沿った長さである。

導体１１３ａ〜１１３ｄは、板状の導体であって、ｙ方向を長手方向とする。導体１１３ａ〜１１３ｄの幅（ｘ方向の大きさ）は、長手方向の長さよりも短くなっている。また、導体１１３ａ〜１１３ｄは同じ形状である。導体１１３ａ〜１１３ｄは、長手方向に沿って平行に並べられており、各導体１１３ａ〜１１３ｄの間には隙間が設けられている。導体１１３ａ〜１１３ｄの両端のうち、一端は配線を介して制御部１５に接続されている。導体１１３ａ〜１１３ｄは、配線に接続されている一端から、第１電極１１０の中心点Ａに向かって延在している。４本の導体１１３ａ〜１１３ｄが集まって、１つの束状の導体部１３０が形成されている。

導体１１１ａ〜１１１ｓは、板を湾曲させた形状（半円形状）の導体（薄膜導体）である。導体１１１ａ〜１１１ｓは、ｘｙ平面において、中心点Ａを中心とした半円形状であって、曲線に沿う方向がｘｙ平面上になる。また、ｘｙ平面において、半径の大きさ（中心点Ａから各導体１１１ａ〜１１１ｔまでの距離）は、導体１１１ａから導体１１１ｓの順に大きくなっている。なお、図２では、導体１１１ａ〜１１１ｓまでの符号は、中心点Ａからの半径が小さい順に、ａからｓまで付されている。また、導体１１２ａ〜１１２ｔ、１２１ａ〜１２１ｓ、１２２ａ〜１２２ｓについても同様である。

４枚の導体１１１ａ〜１１１ｄは、中心点Ａから半径方向（ｚ方向に対して垂直な方向）に隙間を設け、互いに間隔（Ｌ_１）を空けた状態で並べられている。また導体１１１ａ〜１１１ｄ間の各間隔は、Ｌ_１で同じである。そして、４本の導体１１１ａ〜１１１ｄが集まって、１つの束状の導体部１１１Ａが形成されている。また、他の導体１１１ｅ〜１１１ｓについても、同様に、４枚ずつ束状になっており、４枚の導体１１１ｅ〜１１１ｈが１つの束状の導体部１１１Ｂを、４枚の導体１１１ｉ〜１１１ｌが１つの束状の導体部１１１Ｃを、４枚の導体１１１ｍ〜１１１ｐが１つの束状の導体部１１１Ｄを、４枚の導体１１１ｑ〜１１１ｔが１つの束状の導体部１１１Ｅを、それぞれ形成している。

さらに、各導体部１１１Ａ〜１１１Ｅは、中心点Ａからの半径方向に隙間を設けつつ、互いに間隔を空けた状態で並べられている。導体部１１１Ａから導体部１１１Ｂ間の間隔は、中心点Ａからの半径方向において、導体１１１ｄから１１１ｅまでの距離に相当し、間隔（Ｌ_１）より広い。また、他の導体部１１１Ｂ〜１１１Ｅ間の間隔も、導体部１１１Ａと導体部１１１Ｂとの間の間隔と同じである。

導体１１１ａ〜１１１ｔの一端は導体部１１３に接続されており、導体１１１ａ〜１１１ｔの他端は開放端になっている。すなわち、導体部１１３は、導体１１１ａ〜１１１ｔの一端及び導体１１２ａ〜１１２ｔの一端を連結している。これにより、導体１１１ａ〜１１１ｔ、１１２ａ〜１１２ｔの一端と導体部１１３との間は電気的に接続されて同電位になっている。

導体１１２ａ〜１１２ｔは、導体１１１ａ〜１１１ｔとそれぞれ同様の構成である。ただし、ｘｙ平面において、導体１１１ａ〜１１１ｔは中心点Ａに対して右半分（図２の紙面上で右半分）の位置に配置され、導体１１２ａ〜１１２ｔは、左半分の位置に配置されている。

導体１１１ａ〜１１１ｔの開放端と、導体１１２ａ〜１１２ｔの開放端との間には、第２電極１２０の導体１２３ａ〜１２３ｄを通過させるために、隙間が形成されている。すなわち、導体１１１ａ〜１１１ｔ及び導体１１２ａ〜１１２ｔは、ｘｙ平面において、それぞれ異なる大きさの円で中心点Ａを囲いつつ、円の一部を切り欠いた形状に形成されている。

第２電極１２０は、導体１２１ａ〜１２１ｐと、導体１２２ａ〜１２２ｐと、導体１２３ａ〜１２３ｄとを有している。各導体１２１ａ〜１２１ｐの厚み、導体１２２ａ〜１２２ｐの厚み、導体１２３ａ〜１２３ｄの厚みは同じ大きさである。厚みは、ｚ方向に沿った長さである。また導体１２１ａ〜１２１ｐ、１２２ａ〜１２２ｐ、１２３ａ〜１２３ｄの厚みは、導体１１１ａ〜１１１ｔ、１１２ａ〜１１２ｔ、１１３ａ〜１１３ｄの厚みと同じ大きさである。

導体１２３ａ〜１２３ｄの構成は、導体１１３ａ〜１１３ｄと同様に、板状の導体であって、ｙ方向を長手方向としつつ、各導体間で隙間を空けつつ、ｙ方向に沿って平行に並べられている。導体１２３ａ〜１２３ｄの両端のうち、一端は配線を介して制御部１５に接続され、他端は中心点Ａの位置に配置されている。また導体１２３ａ〜１２３ｄの端は、所定の隙間を空けた状態で、湾曲状の導体１１１ａ、１１２ａに囲まれている。

導体１２１ａ〜１２１ｐは、導体１１１ａ〜１１１ｔと同様に、板を湾曲させた形状で、ｘｙ平面において、中心点Ａを中心とした半円形状である。また、ｘｙ平面において、中心点Ａからの半径の大きさは、導体１２１ａから導体１２１ｐの順に大きくなっている。

４枚の導体１２１ａ〜１２１ｄは、導体１１１ａ〜１１１ｄと同様に、中心点Ａから半径方向で互いに間隔（Ｌ_１）を空けた状態で並べられている。また、４本の導体１２１ａ〜１２１ｄにより、１つの束状の導体部１２１Ａが形成されている。また、他の導体１２１ｅ〜１２１ｐについても、同様に、４枚ずつ束状になっており、４枚の導体１２１ｅ〜１２１ｈが１つの束状の導体部１２１Ｂを、４枚の導体１２１ｉ〜１２１ｌが１つの束状の導体部１２１Ｃを、４枚の導体１２１ｍ〜１２１ｐが１つの束状の導体部１２１Ｄを、それぞれ形成している。

さらに、各導体部１２１Ａ〜１２１Ｄは、導体部１１１Ａ〜１１１Ｅと同様に、中心点Ａからの半径方向に隙間を設けつつ、互いに間隔を空けた状態で並べられている。

導体１２１ａ〜１２１ｐの一端は導体部１２３に接続されており、導体１２１ａ〜１２１ｐの他端は開放端になっている。すなわち、導体部１２３は、導体１２１ａ〜１２１ｐの一端及び導体１２２ａ〜１２２ｐの一端を連結している。これにより、導体１２１ａ〜１２１ｓ、１２２ａ〜１２２ｓの一端と導体部１２３との間は電気的に接続されて同電位になっている。

導体部１２１Ａは、導体部１１１Ａと導体部１１１Ｂとの間に配置され、導体部１２１Ｂは、導体部１１１Ｂと導体部１１１Ｃとの間に配置され、導体部１２１Ｃは、導体部１１１Ｃと導体部１１１Ｄとの間に配置され、導体部１２１Ｄは、導体部１２１Ｄと導体部１２１Ｅとの間に配置されている。導体部１２１Ａと導体部１１１Ａとの間隔、すなわち導体１１１ｄと導体１２１ａとの間の間隔（ｘｙ平面において、半径方向で導体１１１ｄから導体１２１ａまでの距離）は、Ｌ_２（＞Ｌ_１）であり、導体１１１ａ〜１１１ｔの導体間の間隔及び導体１２１ａ〜１２１ｐの導体間の間隔より広い。また、導体部１２１Ａと導体部１１１Ｂとの間隔、すなわち導体１１１ｅと導体１２１ｄとの間の間隔もＬ_２である。他の導体部１２１Ｂ〜Ｄと、他の導体部１１１Ｂ〜１１１Ｅとの間の間隔もＬ_２である。間隔（Ｌ_２）の大きさは、検出対象とする異物の大きさに応じて設定される。

導体１２２ａ〜１２２ｐは、導体１２１ａ〜１２１ｐとそれぞれ同様の構成である。ただし、ｘｙ平面において、導体１２１ａ〜１２１ｐは中心点Ａに対して右半分の位置に配置され、導体１２２ａ〜１２２ｐは、左半分の位置に配置されている。

導体１２１ａ〜１２１ｐの開放端と、導体１２２ａ〜１２２ｐの開放端との間には、第１電極１１０の導体１１３ａ〜１１３ｄを通過させるために、隙間が形成されている。すなわち、導体１２１ａ〜１２１ｐ及び導体１２２ａ〜１２２ｐは、ｘｙ平面において、それぞれ異なる大きさの円で中心点Ａを囲いつつ、円の一部を切り欠いた形状に形成されている。

そして、導体１１１ａ〜１１１ｔ、１１２ａ〜１１２ｔの切り欠き部分は、ｙ方向で、中心点Ａよりも一方の側に配置され、導体１２１ａ〜１２１ｐ、１２２ａ〜１２２ｐの切り欠き部分は、ｙ方向で、中心点Ａよりも他方の側に配置されている。さらに、導体１１１ａ〜１１１ｔ、１１２ａ〜１１２ｔの切り欠き部分、及び、導体１２１ａ〜１２１ｐ、１２２ａ〜１２２ｐの切り欠き部分は、ｙ軸に沿った直線上に並べられている。なお、導体１１１ａ〜１１１ｔ、１１２ａ〜１１２ｔの切り欠き部分は、導体１１１ａ〜１１１ｔの開放端と導体１１２ａ〜１１２ｔの開放端との間の部分に相当する。

これにより、導体１１３ａ〜１１３ｄは、中心点Ａから外方（ｙ軸の正方向）に向かって、かつ、導体１２１ａ〜１２１ｐ、１２２ａ〜１２２ｐの切り欠き部分を通って延在している。また、導体１２３ａ〜１２３ｄは、中心点Ａから外方（ｙ軸の負方向）に向かって、かつ、導体１１１ａ〜１１１ｔ、１１２ａ〜１１２ｔの切り欠き部分を通って延在している。

次に、電極１０を用いた異物検知について、図３及び図４を用いて説明する。図３は、異物が１次コイル１１と２次コイル２１との間に存在しない場合に、第１電極１１０と第２電極１２０との間に形成される静電容量を説明するための回路図である。また図４は、異物が１次コイル１１と２次コイル２１との間に存在する場合に、第１電極１１０と第２電極１２０との間に形成される静電容量を説明するための回路図である。なお、図３及び図４に示す回路は、第１電極１１０と第２電極１２０との間の静電容量を測定するための測定回路である。

図３及び図４に示すように、静電容量を測定するための信号源１５２ｃが第２電極１２０に接続され、既知のコンデンサ（静電容量：Ｃｓ）１５２ｄが第１電極１１０に接続されている。そして、静電容量検出部１５２ａは、第１電極１１０とコンデンサ１５２との間の電圧（Ｖｃ）を測定することで、第１電極１１０と第２電極１２０との間の静電容量を測定している。

図３に示すように、異物が１次コイル１１と２次コイル２１との間に存在しない場合には、第１電極１１０と第２電極１２０との間で、測定対象の静電容量はＣ_１となる。

対向した二つの電極がある場合に、静電容量は、面積／距離 に比例した値となる。そのため、第１電極１１０、第２電極１２０と対向する位置に、金属等の異物がある場合には、異物と電極が対向することで、新たな静電容量が形成される。そのため、コイル間に異物がないときの静電容量（Ｃ_１）に対する静電容量の変化量を検出することで、異物を検出できる。また、検知対象とする異物の大きさに応じて、第１電極１１０と第２電極１２０を設計すればよく、例えば小さな異物を検出する場合には、第１電極１１０と第２電極との間隔（図２に示すＬ_２に相当）を狭くすればよい。

図４に示すように、異物が１次コイル１１と２次コイル２１との間に存在する場合には、電極１２０と異物との間には新たな静電容量Ｃ_ａが形成され、電極１１０と異物との間には新たな静電容量Ｃ_ｂが形成される。そのため、第１電極１１０と第２電極１２０との間の静電容量（Ｃ_ｔ）は、Ｃ_１、Ｃ_ａ、Ｃ_ｂを合成した静電容量となり、以下の式（１）で表される。

そして、以下の式（２）を満たすように、判定閾値（Ｃ_ｔｈ）が設定される。

測定された静電容量（Ｃ_ｔ）が判定閾値（Ｃ_ｔｈ）より大きい場合には、判定部１５２ｂが、異物が有ると判定する。

また、式（２）で示されるように、異物の検出精度を高めるには、静電容量（Ｃ_１）は小さい方がよく、静電容量（Ｃ_ａ）及び静電容量（Ｃ_ｂ）は大きい方がよい。そのため、静電容量（Ｃ_ａ）及び静電容量（Ｃ_ｂ）を形成する第１電極１１０及び第２電極１２０の面積（図２のｘｙ平面に沿う電極面の面積）は、大きくするとよい。また、静電容量（Ｃ_１）を形成する第１電極１１０及び第２電極１２０の間隔（図２のＬ_２に相当）を広げるとよい。

一方、電極１０は、１次コイル１０と２次コイル２０との間に配置されている。そのため、コイル間の磁界により、電極１０には誘導電流が発生する。この誘導電流は、渦電流として損失になるため、極力小さくしなければならい。渦電流は、磁界に直交する導電体（第１電極１１０及び第２電極１２０に相当）の幅の二乗に比例する。そのため、損失を抑えるためには、図２のｚ方向の磁界に対して、第１電極１１０及び第２電極１２０の幅（図２のｘｙ平面のおける半径方向）が小さい方がよい。また、ｘｙ平面に沿う方向の磁界に対して、第１電極１１０及び第２電極１２０の厚さ（図２のｚ方向に沿う長さ）が薄い方がよい。

以下、第１電極１１０及び第２電極１２０の形状について、３つのパターンを例に挙げた上で、異物の検出精度と損失との関係について説明する。図５は１つ目のパターン（第１例）を示す図であり、図６は２つ目のパターン（第２例）を示す図であり、図５、６は第１電極１１０及び第２電極１２０の平面図である。なお、図５及び図６では、簡略化するために、導体の数を少なくした上で図示している。

図５に示すように、第１例では、第１電極１１０は、導体１１１ａ、１１１ｂと、導体１１２ａ、１１２ｂと、導体１１１ａ、１１１ｂ、１１２ａ、１１２ｂの一端を連結する導体１１３とを有している。第２電極１２０は、導体１２１ａ、導体１２２と、導体１２１ａ、１２２ａの一端を連結する導体１２３とを有している。導体１１１ａ、１１１ｂと導体１２１ａ、１２１ｂ（図５では図示していない）は、ｘｙ平面において、間隔（Ｌ_２）を空けつつ、交互に配置されている。すなわち、例えば、導体１２１ａは導体１１１ａと導体１１１ｂとの間に配置されている。導体１１２ａ、１１２ｂ及び導体１２２ａ、１２２ｂ（図５では図示していない）についても、同様である。また他の導体１１１ｃ等についても、同様に、第１電極１１０を構成する導体と、第２電極を構成する導体が、間隔（Ｌ_２）を空けつつ、交互に配置されている。

また、ｘｙ平面において、導体１１１ａの半径方向への幅は、図２示す導体１１ａから導体１１１ｄまでの４本分の導体の幅と同程度である。すなわち、図２に示す導体１１１ａから導体１１１ｄまでの４本分の導体（ただし、導体間で隙間を設けない形状とする）が、図５に示す導体１１１ａに相当する。

図６に示すように、第２例では、第１電極１１０は導体１１１ａ〜１１１ｈと、導体１１２ａ〜１１２ｈと、導体１１１ａ〜１１１ｈの一端と導体１１２ａ〜１１２ｈの一端を連結する導体１１３とを有している。第２電極１２０は、導体１２１ａ〜１２１ｈと、導体１２２ａ〜１２２ｈと、導体１２１ａ〜１２１ｈの一端と導体１２２ａ〜１２２ｈの一端を連結する導体１２３とを有している。

導体１１１ａ〜１１１ｈと、導体１２１ａ〜１２１ｈは、ｘｙ平面において、等間隔を空けつつ、交互に配置されている。また、導体１１２ａ〜１１２ｈと、導体１２２ａ〜１２２ｈも、等間隔を空けつつ、交互に配置されている。そして、ｘｙ平面において、導体１２１ｈ及び導体１２２ｈにより形成される円の外形は、図５に示す導体１１１ｂ及び導体１１２ｂにより形成される円の外形と同じ大きさである。そのため、図６に示す、導体１１１ａ〜１１１ｈと導体１２１ａ〜１２１ｈとの間の間隔、及び、導体１１２ａ〜１１２ｈと導体１２２ａ〜１２２ｈとの間の間隔は、図５に示した間隔（Ｌ_２）より狭い。また、導体１１１ａ〜１１１ｈ、１２１ａ〜１２１ｈ、１２１ａ〜１２１ｈ、１２２ａ〜１２２ｈの半径方向の各幅（ｗ_ｂ）は、図５に示す導体１１１ａ、１１１ｂ、１１２ａ、１１２ｂ、１２１ａ、１２１ｂ、１２２ａ、１２２ｂの半径方向の各幅（ｗ_ａ）よりも狭い。

第１例の電極１０及び第２例の電極１０において、図５及び図６に示すように、所定の大きさの異物Ｘが、コイル間に存在したとする。この場合において、異物の感度（検出精度）と損失を説明する。なお、説明を容易にするために、異物Ｘと電極１０との対向する面の面積は、第１例と第２例で同じ大きさとする。図７に、導体の幅（ｗ）に対する静電容量（Ｃ_１）の特性と、導体の幅（ｗ）に対する損失の特性を示す。

図７に示すように、第１例の電極１０（幅（ｗ_ａ））では、第１電極１１０と第２電極１２０との間の間隔が広いため、静電容量（Ｃ_１）は低い値（Ｃ_１ａ＜Ｃ_１ｂ）になり、異物の感度が高くなる。一方、第１例の電極１０を構成する導体の幅（ｗ_ａ）は、第２例よりも広くなっているため、渦電流が発生し易くなり、損失（Ｐ）は高い値（Ｐ_ａ＞Ｐ_ｂ）となる。

また、第２例の電極１０（幅（ｗ_ｂ））では、第１電極１１０と第２電極１２０との間の間隔が狭いため、静電容量（Ｃ_１）は高い値（Ｃ_１ｂ＞Ｃ_１ａ）になり、異物の感度が低くなる。一方、第２例の電極１０を構成する導体の幅（ｗ_ｂ）は、第１例よりも狭くなっているため、渦電流が発生しにくく、損失（Ｐ）は低い値（Ｐ_ｂ＜Ｐ_ａ）となる。

すなわち、第１例に示す電極１０において、損失を低くするためには、１電極１１０と第２電極１２０との間の間隔を狭くする必要がある。また第１例における検出感度を維持するためには、少なくとも、異物との対向する電極面の面積を小さくしてはならない。電極間の間隔を狭める方法として、第２例に示すように、導体の数を増やすことが考えられる。しかしながら、図６に示すように、円形状の導体の本数を増やすことによって、導体間の間隔が狭くなり、静電容量（Ｃ_１）が高くなってしまう。すなわち、静電容量（Ｃ_ａ、Ｃ_ｂ）が維持されたとしても、静電容量（Ｃ_１）が高くなるため、結果として異物の検出感度が低くなってしまう。

図８に、第３例の電極１０の平面図を示す。第３例の電極１０は、図２に示した電極１０と同じである。ただし図８では、図２に示す電極１０のうち中心点Ａの付近の電極１０を示している。なお、ｘｙ平面において、導体１１１ｈ及び導体１１２ｈにより形成される円の外形は、図５に示す導体１１１ｂ、１１２ｂにより形成される円の外形、及び、図６に示す導体１１１ｈ、１１２ｈにより形成される円の外形と同じである。そして、第１コイル１１と第２コイル２１との間に異物Ｘが存在したとする。

第１例の電極１０の導体１１１ａに対して、第３例の電極１０では導体１１１ａ〜導体１１１ｄ間には隙間（Ｌ_１）が設けられている。そのため、第３例の電極は、幅（ｗ_ａ）をもつ導体にスリットを入れて、電極を細かく分割したような構成になっている。

ここで、図９を用いて、第３例の導体１１１ａ〜１１１ｄで発生する渦電流について説明する。図９は、導体１１１ａ〜１１１ｄ及び導体１１３の一部の平面図である。なお、ｘｙ平面において、導体１１１ａ〜１１１ｄは曲線状に形成されているが、図９では説明を容易にするために直線で示している。図９の矢印は、導体１１１ａ〜１１１ｄ、１１３内を流れる渦電流の向きを示している。コイル間で発生する磁界の向きはｚ方向である。また、ｘｙ平面において、図８に示す導体１１１ａ〜１１１ｄの表面積は図５に示す導体１１１ａの表面積と同じであり、導体１１１ｅ〜１１１ｈの表面積は図５に示す導体１１１ｂの表面積と同じである。また、図８に示す他の導体の表面積は、対応する図５の他の導体の表面積と同じである。図８に示す導体１１１ａの幅（ｘｙ平面において、半径方向の長さ）は、図６に示す導体１１１ａの幅（ｗ_ｂ）と同じ大きさである。

渦電流の性質として、渦電流はｚ方向の磁界を中心に環状に流れる。本例では、導体１１１ａ〜１１１ｄの先端部分は開放端になっているため、渦電流が抑制される。また、渦電流は導体の幅（図９ではｙ方向の長さ）の二乗に比例する。図９に示すように、第３例の電極１０では、導体１１１ａ〜１１１ｄ間に隙間（Ｌ_１）が形成されており、導体１１１ａ〜１１１ｄの幅は図５に示す導体１１１ａの幅（ｗ_１）より狭くなる。そのため、渦電流が小さくなり、コイル間の磁界に対する損失が小さくなる。

また、第３例の電極１０では、幅の細い導体１１１ｅ〜１１１ｈが、１つの束状の導体部１１１Ｂを形成している。そして、異物Ｘが存在する場合に、第３例において、異物Ｘと対向する導体１１１ｅ〜１１１ｈの表面積は、第１例の電極１０の導体１１１ｂと同じ面積である。そのため、第３例の電極１０の静電容量（Ｃ_ａ、Ｃ_ｂ）は、第１例の電極１０の静電容量（Ｃ_ａ、Ｃ_ｂ）と同じになる。また、幅の細い導体１１１ｅ〜１１１ｈは同電位であるため、導体１１１ｅ〜１１１ｈ間に隙間（Ｌ_１）が設けられても、異物の感度に影響を及ぼす程度に、新たな静電容量が形成されない

さらに、第３例の電極１０では、導体１１１ｅと導体１２１ｄとの間には、隙間（Ｌ_２）が形成されており、隙間（Ｌ_２）は、第２例の電極１０における導体間の隙間（例えば、図６において、導体１１１ａと導体１２１ａとの間の隙間）より広くなっている。そのため、第３例の電極１０の静電容量（Ｃ_１）は、第２例の電極１０の静電容量（Ｃ_１）より低くなり、第１例の電極１０の静電容量（Ｃ_１）とほぼ同じになる。

図１０に、導体の幅（ｗ）に対する静電容量（Ｃ_１）の特性と、導体の幅（ｗ）に対する損失の特性を示す。図１０に示すように、第３例の電極１０（幅（ｗ_ｂ））では、第１電極１１０と第２電極１２０との間隔（Ｌ_２）が広いため、静電容量（Ｃ_１）は低い値（Ｃ_１ａ＜Ｃ_１ｂ）になり、異物の感度が高くなる。また、第１電極１１０及び第２電極１２０を構成する導体の幅（ｗ_ｂ）が狭くなっているため、渦電流が発生しにくく、損失（Ｐ）は低い値（Ｐ_ｂ＜Ｐ_ａ）となる。すなわち、第３例の電極１０は、第１例の電極１０及び第２例の電極１０と比較した場合に、コイル間の磁界による損失の抑制と、異物の検知感度の向上を両立できる。

上記のように、本例は、コイル間の異物を検出するために、コイル面と平行な平行面にそって、互いに所定の間隔を空けた配置された複数の電極１１０及び電極１２０を備えている。そして、電極１１０は、当該平行面にそって、互いに所定の間隔（例えば、図２又は図６に示す導体１１１ａと導体１１１ｂとの間の間隔、又は、図５に示す導体１１１ａと導体１１１ｂとの間の間隔）を空けて配置された板状の導体１１１ａ〜１１１ｈ、１１２ａ〜１１２ｈと、導体１１３を有する。また、電極１２０は、当該平行面にそって、互いに所定の間隔（例えば、図２又は図６に示す導体１２１ａと導体１２１ｂとの間の間隔、又は、図５に示す導体１２１ａと導体１２１ｂとの間の間隔）を空けて配置された板状の導体１２１ａ〜１２１ｈ、１２２ａ〜１２２ｈと、導体１２３を有する。

これにより、例えば、導体１１１ａと導体１１１ｂとの間には、隙間が形成されるため、コイル間の磁界による渦電流の発生を抑制できる。また、コイル間に異物が存在する場合には、異物と電極１１０、１２０と間で静電容量が新たに形成されるため、当該静電容量を検出することで、異物を検知できる。

また、本例において、電極１１０に含まれる導体１１１ｂは、導体１２１ａと導体１２１ｂとの間に配置され、電極１２０に含まれる導体１２１ｂは、導体１１１ａと導体１１１ｂとの間に配置されている。他の導体についても、当該他の導体とは対極の導体の間に配置されている。これにより、送電コイル１０のコイル面の大きさに対して、小さな異物がコイル間に存在する場合でも、当該異物と、対極関係にある導体との間で静電容量を発生させることができる。その結果として、本例は、小さな異物でも検出できる。

また本例において、複数の導体１１１ａ〜１１１ｔ、１１２ａ〜１１２ｔは、平行面上で、中心点Ａを異なる大きさで囲いつつ、囲った部分の一部を切り欠いた形状で形成されている。また、複数の導体１２１ａ〜１２１ｐ、１２２ａ〜１２２ｐは、平行面上で、中心点Ａを異なる大きさで囲いつつ、囲った部分の一部を切り欠いた形状で形成されている。導体１１３は、中心点Ａから外方に向かう方向で、導体１２１ａ〜１２１ｓ、１２２ａ〜１２２ｓの一部を切り欠いた部分を通って延在し、導体１１３は、中心点Ａから外方に向かう方向で、導体１１１ａ〜１１１ｔ、１１２ａ〜１１２ｔの一部を切り欠いた部分を通って延在する。これにより、本例は、コイル間の磁界による損失を抑制しつつ、異物の検知感度を向上できる。また、電極１１０、１２０は、円形を切り欠いた形状に形成されているため、渦電流が環状に流れにくく、電流路抵抗が高まるため、渦電流を抑制し損失を小さくすることができる。

また、本例において、電極１１０は、複数の導体１１１ａ〜１１１ｔ、１１２ａ〜１１２ｔを束にした導体部１１１Ａ〜１１１Ｅ、１１２Ａ〜１１２Ｅを複数有し、電極１２０は、複数の導体１２１ａ〜１２１ｐ、１２２ａ〜１２２ｐを束にした導体部１２１Ａ〜１２１Ｄ、１２２Ａ〜１２２Ｄを複数有する。これにより、コイル間で磁界が発生した場合に、導体部内の渦電流を抑制できるため、磁界による損失を小さくできる。また、異物と対向する電極の表面積を確保しつつ、対極する電極間では隙間を確保できる。その結果として、異物の検知感度を高めることができる。

また、本例において、導体部１１１Ｂは導体部１２１Ａと導体部１２１Ｂとの間に配置され、導体部１２１Ｂは、導体部１１１Ａと導体部１１１Ｂとの間に配置されている。他の導体部についても、当該他の導体部と対極の導体部の間に、配置されている。これにより、小さい異物を検知することができる。

なお、本例において、電極１１０に含まれる導体１１１ａ及び導体１１２ａは、ｘｙ平面において円形に形成されているが、導体１１１の形状は必ずしも円形にする必要はなく、矩形（方形）等の多角形の形状でもよい。電極１１０、１２０に含まれる他の導体の形状も円形には限らない。また、電極１１０、１２０の形状は、ｘｙ平面において必ずしも中心点Ａを囲う必要はなく、電極１１０、１２０は例えば複数の直線状の導体を並べることで形成されてもよい。また導体間又は導体部間の間隔は、全て同じ間隔にする必要はなく、異なる間隔でもよい。

上記の異物検出部１５２が本発明の異物検出手段に相当する。

《第２実施形態》
図１１は発明の他の実施形態に係る非接触給電装置の電極の平面図である。図１２は、図１１に示す電極１１０を分解した状態の電極の平面図である。本例では上述した第１実施形態に対して、電極１１０の構成が異なる。これ以外の構成は上述した第１実施形態と同じであり、その記載を援用する。

図１１及び図１２に示すように、電極１１０は、電極部１１０Ａ、電極部１１０Ｂ、及び電極部１１０Ｃを有している。異物を検知する際に、検出範囲は、ｘｙ平面に沿う、電極１１０、１２０の表面である。本例は、この検出範囲を、３つに分割して、３つの分割された領域のうち、異物がどの領域内にあるか検出する。

電極部１１０Ａ〜１１０Ｃは、分割された検出範囲に対応している。電極部１１０Ａに相当する検出範囲は、電極１０の表面において、中心点Ａを中心としつつ、電極１０の表面に対応する円よりも小さな円で設定されている。電極部１１０Ａに相当する検出範囲を示す円の半径は、電極１０の表面に対応する円の半径よりも小さい。電極部Ｂに相当する検出範囲は、電極１００の表面において、電極部１１０Ａに相当する検出範囲よりも外側に位置し、かつ、中心点Ａの円に対して右半分の位置に設定されている。電極部１１０Ｃに相当する検出範囲は、電極１００の表面において、電極部Ａに相当する検出範囲よりも外側に位置し、かつ、中心点Ａの円に対して左半分の位置に設定されている。

そして、電極部１１０Ａ〜１１０Ｃは、以下に説明するように、上記の複数の検出範囲毎に独立した導体で形成されている。まず、電極部１１０Ａは、導体１１１ａ〜１１１ｈ、１１２ａ〜１１２ｈ、１２１ａ〜１２１ｈ、１２２ａ〜１２２ｈ、１３１ａ〜１３１ｄを有している。電極部１１０Ａは、図８に示す電極１１０と同様の構成である。

電極部１１０Ｂは、導体１１１ｉ〜１１１ｔ、１３１ｅ〜１３１ｈを有している。第１実施形態において、導体１１１ｉ〜１１１ｔは、図２に示した導体１１１ｉ〜１１１ｔと同様の形状であるが、導体１１１ｉ〜１１１ｔの一端は導体１３１ｅ〜１３１ｈに接続されている。そして、導体１３１ｅ〜１３１ｈの束は、ｘｙ平面において、導体１３１ａ〜１３１ｄの束と隣り合うように配置されている。また、ｘｙ平面において、導体１３１ａ〜１３１ｄ及び導体１３１ｅ〜１３１ｈの長手方向は平行になっている。

電極部１１０Ｃは、導体１１２ｉ〜１１２ｔ、１３１ｉ〜１３１ｌを有している。電極部１１０Ｃの形状は、電極部１１０Ｂと同形状である。電極部１１０Ｂ及び電極部Ｃは、ｘｙ平面において、電極部Ａを挟むように配置されている。

異物検出部１５２は、電極部１１０Ａ〜１１０Ｃと、電極１２０との間で、各検出領域毎に、静電容量を検出する。例えば、異物が電極部１１０Ａの検出範囲内に存在する場合には、異物検出部１５２は、電極部１１０Ａ、電極１２０と、異物との間に生成される静電容量を検出し、電極部１１０Ｂ、１１０Ｃと電極１２０との間の静電容量を測定することで、異物と電極部１１０Ｂ、１１０Ｃとの間で静電容量が生成されていないことを検知する。これにより、異物検出部１５２は、複数の検出領域のうち、異物がどの検出領域に存在するか、すなわち異物の位置を検出する。

上記のように、本例において電極１１０は、複数の検出範囲毎に独立した導体で形成された電極部１１０Ａ〜１１０Ｃを有する。また異物検出部１５２は、電極１２０と電極部１１０Ａ〜１１０Ｃとの間で、それぞれ静電容量を検出し、検出された静電容量に基づき、異物の位置を検出する。これにより、本例は、異物の検出精度を高めつつ、異物の位置も検出できる。

なお、本例は、複数の検出範囲に対応するよう、電極１１０を複数の電極部で構成したが、電極１２０を複数の電極部で構成してもよい。

また、異物検出部１５２の判定部１５２ｂに設定されている判定閾値は、検出範囲毎に要求される検出レベル（測定される静電容量の値）に応じて、検出範囲毎で異なる値に設定されてもよい。

《第３実施形態》
図１３は発明の他の実施形態に係る非接触給電装置の電極の平面図である。本例では上述した第１実施形態に対して、電極１１０の構成が異なる。これ以外の構成は上述した第１実施形態と同じであり、第１、第２実施形態の記載を適宜、援用する。間隔が徐々に

図１３に示すように、ｘｙ平面において、導体１１１ｄと導体１２１ａとの間の間隔等、対極の関係にある導体同士の間隔が、電極表面の中心部（中心点Ａ）から離れるほど、広くなっている。

ｘｙ平面において、１次コイル１１の直径は、コイル面の外周（外縁）に近いほど、大きくなる。同様に、電極１０の直径も、電極表面の外周に近いほど、大きくなるため、外周に近い導体の長さが長くなる。そのため、対極の関係で対向している導体の表面積は外周に近いほど広くなり、対局する導体間の隙間が一定であれば、静電容量（Ｃ_１）が外周の部分で高くなる。

本例では、外周の部分に相当する電極間の間隔が広くなっているため、静電容量（Ｃ_１）の増加が抑制され、検出精度の低下が抑制される。

なお、１次コイル１１から発生する磁力線は、ｘｙ平面において、コイルの中心ほど集中し、磁束密度が高くなる。そして、小さな異物が、１次コイル１１の中心部の上に存在する場合には、異物が小さくても異物の発熱量が大きくなる。そのため、電極１０の表面上で中心部の範囲では、異物の検知精度を高めた方がよく、電極１０の表面上で外周部の範囲では、当該中心部と比較して、異物の検知精度を低くしてもよい。検知精度を調整するには、上記のとおり、対極の関係にある導体同士の間隔を設定してもよい。

１０…電極
１１０…第１電極
１１１ａ〜１１１ｔ…導体
１１２ａ〜１１２ｔ…導体
１１３ａ〜１１３ｄ…導体
１２０…第２電極
１２１ａ〜１１１ｐ…導体
１２２ａ〜１２２ｐ…導体
１２３ａ〜１２３ｄ…導体
１１…１次コイル
１５…制御部
１５１…駆動制御部
１５２…異物検出部
２１…２次コイル

Claims (6)

1. 少なくとも磁気的結合により送電コイルと受電コイルとの間で電力を非接触で供給する非接触給電装置において、
   前記送電コイルと前記受電コイルとの間に設けられ、前記送電コイルのコイル面と平行な平行面に沿って、互いに所定の間隔を空けて配置された複数の電極と、
   前記複数の電極間の静電容量を検出し、検出された前記静電容量に基づき、前記送電コイルと前記受電コイルとの間に存在する異物を検出する異物検出手段とを備え、
   前記複数の電極のうち第１電極は、
   前記平行面に沿って、互いに所定の第１間隔を空けて配置された板状の複数の第１導体と、
   前記複数の第１導体の一端を連結する第１連結部とを有し、
   前記複数の電極のうち第２電極は、
   前記平行面に沿って、互いに所定の第２間隔を空けて配置された板状の複数の第２導体と、
   前記複数の第２導体の一端を連結する第２連結部とを有し、
   前記複数の第１導体のうち少なくとも１つの第１導体は、前記複数の第２導体の間に配置され、
   前記複数の第２導体のうち少なくとも１つの第２導体は、前記複数の第１導体の間に配置されている
   ことを特徴とする非接触給電装置。
2. 少なくとも磁気的結合により送電コイルと受電コイルとの間で電力を非接触で供給する非接触給電装置において、
   前記送電コイルと前記受電コイルとの間に設けられ、前記送電コイルのコイル面と平行な平行面に沿って、互いに所定の間隔を空けて配置された複数の電極と、
   前記複数の電極間の静電容量を検出し、検出された前記静電容量に基づき、前記送電コイルと前記受電コイルとの間に存在する異物を検出する異物検出手段とを備え、
   前記複数の電極のうち第１電極は、
   前記平行面に沿って、互いに所定の第１間隔を空けて配置された板状の複数の第１導体と、
   前記複数の第１導体の一端を連結する第１連結部とを有し、
   前記複数の電極のうち第２電極は、
   前記平行面に沿って、互いに所定の第２間隔を空けて配置された板状の複数の第２導体と、
   前記複数の第２導体の一端を連結する第２連結部とを有し、
   前記複数の第１導体の形状は、前記平行面上で、中心点をそれぞれ異なる大きさで囲いつつ、かつ、一部を切り欠いた形状であり、
   前記複数の第２導体の形状は、前記平行面上で、前記中心点をそれぞれ異なる大きさで囲いつつ、かつ、一部を切り欠いた形状であり、
   前記第１連結部は、前記平行面に沿って、前記中心点から外方に向かう方向で、前記第２導体の前記一部を切り欠いた部分を通って延在し、
   前記第２連結部は、前記平行面に沿って、前記中心点から外方に向かう方向で、前記第１導体の前記一部を切り欠いた部分を通って延在する
   ことを特徴とする非接触給電装置。
3. 請求項１又は２に記載の非接触給電装置において、
   前記第１電極又は前記第２電極のうち一方の電極は、複数の範囲毎に独立した導体で形成された電極部をそれぞれ有し、
   前記異物検出手段は、
   前記第１電極又は前記第２電極のうち他方の電極と、前記複数の範囲毎に配置された複数の前記電極部との間で、それぞれ静電容量を検出し、検出された静電容量に基づき、前記異物の位置を検出し、
   前記複数の範囲は、前記平行面に沿う前記異物の検出範囲を複数に分割した範囲である
   ことを特徴とする非接触給電装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の非接触給電装置において、
   前記第１電極は、前記複数の第１導体を束にした束状の第１導体部を複数有し、
   前記第２電極は、前記複数の第２導体部を束にした束状の第２導体部を複数有する
   ことを特徴とする非接触給電装置。
5. 請求項４に記載の非接触給電装置において、
   前記第１電極又は前記第２電極の少なくとも一方に含まれる複数の前記束状の導体部の間隔は、前記平行面において、前記複数の電極の表面の中心部から離れるほど広くなる
   ことを特徴とする非接触給電装置。
6. 請求項４又は５に記載の非接触給電装置において、
   前記第１導体部は、前記複数の第２導体部の間に配置され、
   前記第２導体部は、前記複数の第１導体部の間に配置されている
   ことを特徴とする非接触給電装置。

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