JP6372458B2

JP6372458B2 - 送電装置、受電装置、及び非接触電力伝送システム

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Publication number: JP6372458B2
Application number: JP2015176816A
Authority: JP
Inventors: 崇弘三澤
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2015-09-08
Filing date: 2015-09-08
Publication date: 2018-08-15
Anticipated expiration: 2035-09-08
Also published as: JP2017055529A

Description

この発明は送電装置、受電装置、及び非接触電力伝送システムに関し、特に、送電装置と受電装置との間に存在する異物を検知する送電装置、受電装置、及び非接触電力伝送システムに関する。

従来から送電装置から受電装置に非接触で電力伝送を行う非接触電力伝送システムが知られている（特許文献１〜６参照）。このような非接触電力伝送システムにおいては、送電装置と受電装置との間に異物（存在すべきでない物）が侵入することが想定され、異物を適切に検知することが必要である。たとえば、特開２０１３−２７１７１号公報（特許文献６）は、送電装置から受電装置への送電中でも精度よく金属異物を検知可能な検知装置を開示する。この検知装置は、送電装置と受電装置との間に存在する金属異物を、コイルを含む共振回路のＱ値の変化を用いて検知する。

特開２０１３−１５４８１５号公報特開２０１３−１４６１５４号公報特開２０１３−１４６１４８号公報特開２０１３−１１０８２２号公報特開２０１３−１２６３２７号公報特開２０１３−２７１７１号公報

特許文献６に開示される検知装置においては、Ｑ値測定用コイルは、給電用コイルを用いてもよいとされ、給電用コイルとは別に設けられる場合についても、給電用コイルと同等の大きさになるものと想定される。この場合には、給電用コイル（送電コイル）よりも小さい異物については精度良く検知されない可能性がある。

送電コイルより小さい異物を精度良く検知するために、送電コイルよりも小さい異物検知用コイルを複数設けることが考えられる。送電コイルと受電コイルとの間の異物の有無により、複数の異物検知用コイルの少なくとも何れかの受電状態が変化する。したがって、たとえば、複数の異物検知用コイルの各々における受電状態の時間的な変化を監視することにより異物検知を行うことができる。

しかしながら、異物検知用コイルの受電状態の時間的な変化を監視することにより異物検知を行うとすると、送電コイルによる送電電力の大きさが急激に変化した場合に、異物検知用コイルの受電状態が変化し、異物を誤検知する恐れがある。上記特許文献１〜６は、このような異物誤検知の問題及びその解決手段について何ら開示していない。

この発明は、このような問題を解決するためになされたものであって、その目的は、送電コイルと受電コイルとの間に存在する異物の検知精度をなるべく高く維持しつつ、送電電力の変化による異物の誤検知を抑制することができる送電装置、受電装置、及び非接触電力伝送システムを提供することである。

この発明のある局面に従う送電装置は、送電コイルと、異物検知用コイルと、制御装置とを備える。送電コイルは、受電装置の受電コイルに非接触で送電するように構成される。複数の異物検知用コイルは、送電コイルの上方に位置する受電コイルに送電コイルが送電するものとして、送電コイルの上方において、送電コイルの上面に沿って配設される。制御装置は、第１の判定処理と第２の判定処理とを実行する。第１の判定処理は、複数の異物検知用コイルのうち２つの異物検知用コイルにそれぞれ生じる第１及び第２の誘導電圧の差が第１の所定値以上である場合に、異物が存在と判定する処理である。第２の判定処理は、複数の異物検知用コイルの何れかに生じる誘導電圧を示す値の変化量が第２の所定値以上である場合に、異物が存在すると判定する処理である。制御装置は、送電コイルから受電コイルに伝送される電力の安定状態を判定するための条件が不安定を示す場合に第１の判定処理を実行し、上記条件が安定を示す場合に第２の判定処理を実行する。

また、この発明の別の局面に従う受電装置は、受電コイルと、複数の異物検知用コイルと、制御装置とを備える。受電コイルは、送電装置の送電コイルから非接触で受電するように構成される。複数の異物検知用コイルは、受電コイルの下方に位置する送電コイルから受電コイルが受電するものとして、受電コイルの下方において、受電コイルの下面に沿って配設される。制御装置は、第１の判定処理と第２の判定処理とを実行する。第１の判定処理は、複数の異物検知用コイルのうち２つの異物検知用コイルにそれぞれ生じる第１及び第２の誘導電圧の差が第１の所定値以上である場合に、異物が存在すると判定する処理である。第２の判定処理は、複数の異物検知用コイルの何れかに生じる誘導電圧を示す値の変化量が第２の所定値以上である場合に、異物が存在すると判定する処理である。制御装置は、送電コイルから受電コイルに伝送される電力の安定状態を判定するための条件が不安定を示す場合に第１の判定処理を実行し、上記条件が安定を示す場合に第２の判定処理を実行する。

また、この発明の別の局面に従う非接触電力伝送システムは、送電装置と受電装置とを備える。この非接触電力伝送システムは、受電コイルと、送電コイルと、複数の異物検知用コイルと、制御装置とを備える。受電コイルは、送電装置から非接触で受電するように構成される。送電コイルは、受電コイルに非接触で送電するように構成される。複数の異物検知用コイルは、送電コイルの上方に位置する受電コイルに送電コイルが送電するものとして、送電コイルの上方において送電コイルの上面に沿って、又は受電コイルの下方において受電コイルの下面に沿って配設される。制御装置は、第１の判定処理と第２の判定処理とを実行する。第１の判定処理は、複数の異物検知用コイルのうち２つの異物検知用コイルにそれぞれ生じる第１及び第２の誘導電圧の差が第１の所定値以上である場合に、異物が存在すると判定する処理である。第２の判定処理は、複数の異物検知用コイルの何れかに生じる誘導電圧を示す値の変化量が第２の所定値以上である場合に、異物が存在すると判定する処理である。制御装置は、送電コイルから受電コイルに伝送される電力の安定状態を判定するための条件が不安定を示す場合に第１の判定処理を実行し、上記条件が安定を示す場合に第２の判定処理を実行する。

異なる２つの異物検知用コイルの各々の受電状態を示す値を検知する間隔は、同一の異物検知用コイルの受電状態を示す値を検知する間隔よりも短い。したがって、第１の判定処理の方が第２の判定処理よりも送電電力の変化の影響を受けにくい。一方、異物検知用コイルの配置場所等により、たとえば、送電電力の磁束密度が異なるため、異物検知用コイルの受電状態を示す値は微妙に変化する。したがって、同一の異物検知用コイルの受電状態を比較する第２の判定処理の方が第１の判定処理よりも異物検知の精度が高い。上記の各発明においては、送電コイルから受電コイルに伝送される電力が不安定である場合には第１の判定処理が実行され、電力が安定している場合には第２の判定処理が実行される。すなわち、電力が不安定である場合には送電電力の変化の影響を受けにくい第１の判定処理が実行され、電力が安定している場合には精度の高い第２の判定処理が実行される。その結果、上記の各発明によれば、送電コイルと受電コイルとの間に存在する異物の検知精度をなるべく高く維持しつつ、送電電力の変化による異物の誤検知を抑制することができる。

この発明によれば、送電コイルと受電コイルとの間に存在する異物の検知精度をなるべく高く維持しつつ、送電電力の変化による異物の誤検知を抑制することができる送電装置、受電装置、及び非接触電力伝送システムを提供することができる。

実施の形態１の非接触電力伝送システムの概略構成図である。送電ユニットの分解斜視図である。第１コイルと第２コイルとにより構成されるコイルペアの斜視図である。異物検知器の電気的な構成を示した図である。異物検知器の各第１コイルに交流電圧が印加される順序を説明するための図である。異物検知処理の具体的手順を示すフローチャートである。実施の形態２における受電ユニットの分解斜視図である。異物検知器の電気的な構成を示した図である。他の実施の形態における八の字形状の第１コイル及び第２コイルを示す図である。

以下、この発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。以下では、複数の実施の形態について説明するが、各実施の形態で説明された構成を適宜組み合わせることは出願当初から予定されている。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

（実施の形態１）
＜非接触電力伝送システムの構成＞
図１は、この発明の実施の形態１に従う送電装置が適用される非接触電力伝送システムの概略構成図である。なお、図中、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す。これらについては、図２，３，７，９においても共通する。

図１を参照して、非接触電力伝送システム１０００は、車両１００と送電装置３００とを備える。車両１００は、受電ユニット２００を含み、受電ユニット２００は、不図示の受電コイルを含む。受電ユニット２００の受電コイルは、送電装置３００から非接触で受電するように構成される。車両１００においては、受電ユニット２００により受電された電力が不図示の蓄電装置に供給される。車両１００は、蓄電装置の電力により走行駆動力を生じ、走行することができる。

送電装置３００は、交流電源３３０と、送電ユニット４００と、制御装置４８５とを含む。交流電源３３０は、送電ユニット４００に接続されており、送電ユニット４００に交流電力を供給する。送電ユニット４００は不図示の送電コイルを含み、送電コイルは、交流電源３３０から交流電力の供給を受けることにより磁界を形成し、形成された磁界を介して受電ユニット２００の受電コイルへ非接触で送電する。なお、送電コイルにおける導線の巻き数は、送電コイルと受電コイルとの間の距離、並びにＱ値（たとえばＱ≧１００）及び結合係数κが大きくなるように適宜設計される。制御装置４８５については、後ほど図４において説明する。

＜送電ユニットの構成＞
図２は、図１に示した送電ユニット４００の分解斜視図である。図２を参照して、送電ユニット４００は、送電コイル４１０と、筐体４３０と、異物検知器４６０と、送電コイル４１０に対して矢印Ｄ方向に配置される不図示の共振コンデンサとを含む。送電コイル４１０は、コア４４０と、コア４４０の周囲に巻回された導線４５０とを含む。一例として、コア４４０はフェライト製である。送電コイル４１０及び不図示の共振コンデンサは、筐体４３０内に収容される。筐体４３０は、シールド４３２と、蓋部材４３４とを含む。

送電ユニット４００と受電ユニット２００（図１）との間に異物（存在すべきでない物）が存在すると、送電コイル４１０から受電ユニット２００の受電コイルへの電力伝送時に、異物が発熱したり、電力伝送効率が低下したりする。異物検知器４６０は、送電ユニット４００と受電ユニット２００（図１）との間に異物が存在している場合に、そのような異物を検知する。異物としては、たとえば、飲料缶やお金等の金属片や、動物が想定される。

異物検知器４６０は、複数の第１コイル４６８と、複数の第２コイル４７８とを含む。複数の第１コイル４６８及び複数の第２コイル４７８は、送電コイル４１０の上方（矢印Ｕ方向）に設けられ、この実施の形態１では、蓋部材４３４の内面上に配設されている。複数の第２コイル４７８は、複数の第１コイル４６８に対応して設けられ、各第１コイル４６８及び各第２コイル４７８は、同一の大きさ及び形状を有する。各第２コイル４７８は、対応の第１コイル４６８に対向して配置され、対応の第１コイル４６８とともにコイルペアを構成する。そして、複数の第１コイル４６８（複数の第２コイル４７８）の数に相当する複数組のコイルペアが、蓋部材４３４の内面上に行列状に配設される。このような送電コイル４１０よりも外形の小さいコイルペアによって、受電ユニット２００の受電状態の変化では検知できないような小さい異物も検知することができる。

なお、異物は、コイルペアを構成する第１コイル４６８と第２コイル４７８との間ではなく、コイルペアの上方に存在し得ることになるが、そのような場合でも、異物の存在によって第１コイル４６８と第２コイル４７８との間の結合係数が変化する。その結果、第２コイル４７８の受電状態が変化する。したがって、第２コイル４７８の受電状態に基づいて異物を検知することができる。なお、第２コイル４７８の受電状態とは、代表的には、第２コイル４７８に生じる誘導電圧であるが、第２コイル４７８に生じる誘導電流や誘導電力等であってもよい。

図３は、第１コイル４６８と第２コイル４７８とにより構成されるコイルペアの斜視図である。図３を参照して、第１コイル４６８及び第２コイル４７８の各々は、矩形状の形状を有する。第２コイル４７８は、対応の第１コイル４６８と対向して配置される。

第１コイル４６８に検知用の交流電圧が印加されると、第１コイル４６８は、検知用の磁界ＡＲ１を形成する。そうすると、第１コイル４６８に対向して配置された第２コイル４７８に、検知用磁界ＡＲ１によって誘導電圧が発生する。このとき、コイルペアの近傍に異物が存在すると、検知用磁界ＡＲ１が異物により影響を受けて第１コイル４６８と４７８との間の結合係数が変化し、第２コイル４７８の受電状態が変化する。

図４は、図２に示した異物検知器４６０の電気的な構成を示した図である。図４を参照して、異物検知器４６０は、複数の第１コイル４６８及び複数の第２コイル４７８に加えて、発振器４６１と、パワーアンプ４６２と、共振コンデンサ４６３と、マルチプレクサ４６４，４６５と、複数の共通配線４６６，４６７とを含む。また、異物検知器４６０は、信号処理回路４７１と、共振コンデンサ４７２と、共振抵抗４７３と、マルチプレクサ４７４，４７５と、複数の共通配線４７６，４７７とをさらに含む。

なお、説明上の便宜のため、複数の第１コイル４６８と複数の第２コイル４７８とは、離れて図示されているが、実際には、図２で説明したように、各第２コイル４７８は、対応の第１コイル４６８と対向して配置され、対応の第１コイル４６８とコイルペアを構成している。また、この実施の形態１では、一例としてコイルペアが１６組設けられる構成が示されているが、コイルペアの数はこれに限定されるものではない。

本実施の形態１に従う送電装置においては、マルチプレクサ４６４，４６５，４７４，４７５によって、複数の第１コイル４６８のうち検知用の交流電圧が印加される１つの第１コイル４６８と、その検知用交流電圧が印加される第１コイル４６８に対応する１つの第２コイル４７８とのペア（コイルペア）が順次切替えられる。以下、具体的に説明する。

発振器４６１は、任意の周波数（たとえば１３．５６ＭＨｚ）を有する信号を発生し、その信号はパワーアンプ４６２によって増幅される。パワーアンプ４６２から出力される異物検知用の交流電圧は、共振コンデンサ４６３を通じてマルチプレクサ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及び４本の共通配線４６６に接続される。一方、マルチプレクサ４６５は、接地線、制御装置４８５及び４本の共通配線４６７に接続される。

各共通配線４６６は、４つの第１コイル４６８の一方の端子に接続される。各共通配線４６７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は、制御装置４８５からの切替指令に従って、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は、制御装置４８５からの切替指令に従って、４本のうちのいずれか１本の共通配線４６７を接地線と導通させる。

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及びマルチプレクサ４６５によって、あるタイミングでは、１６個の第１コイル４６８のいずれかにマルチプレクサ４６４からの交流電圧が印加される。どの第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４６４，４６５に与えられる切替指令に従って決定される。そして、各第１コイル４６８は、検知用交流電圧を印加された際に、検知用磁界を形成する。

一方、複数の第２コイル４７８も、４×４の行列状に配列される。マルチプレクサ４７４は、共振コンデンサ４７２、制御装置４８５及び４本の共通配線４７６に接続される。マルチプレクサ４７５は、接地線、制御装置４８５及び４本の共通配線４７７に接続される。各共通配線４７６は、４つの第２コイル４７８の一方の端子に接続される。各共通配線４７７は、４つの第２コイル４７８の他方の端子に接続される。信号処理回路４７１は、共振コンデンサ４７２及び共振抵抗４７３に接続される。なお、共振抵抗４７３は、周波数のずれに対してロバストな電力伝送を実現するために設けられている。

１６個の第１コイル４６８のいずれか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に対向して配置された第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。この第２コイル４７８は、制御装置４８５からマルチプレクサ４７４，４７５に送出される切替指令に応じて予め特定される。

検知用の交流電圧が印加された第１コイル４６８に対応する第２コイル４７８に生じた誘導電圧は、マルチプレクサ４７４、共振コンデンサ４７２及び共振抵抗４７３を介して信号処理回路４７１（たとえばＡＣ／ＤＣ回路）に伝達される。信号処理回路４７１は、共振コンデンサ４７２から受ける電圧を、制御装置４８５が受信できるのに適した信号に変換して制御装置４８５へ出力する。

第１コイル４６８及び第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及び第２コイル４７８の周囲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の受電状態が変化する。

この実施の形態１における送電ユニット４００は、異物検知のための判定処理として２種類の判定処理を実行することができる。具体的には、送電ユニット４００は、第１の判定処理と第２の判定処理とを実行することができる。なお、この実施の形態１においては、各第２コイル４７８に生じる誘導電圧は順に検知され、全ての第２コイル４７８に生じる誘導電圧が検知されることを１サイクルとし、このサイクルが繰り返される。

第１の判定処理は、同一サイクル内において、２つの第２コイル４７８に生じる誘導電圧の差が第２の所定値以上である場合に異物が存在すると判定する判定処理である。たとえば、第１の判定処理においては、隣接する２つの第２コイル４７８に生じる誘導電圧の差が各第２コイル４７８に関して順次算出されることで実行される。

第２の判定処理は、第２コイル４７８に生じる誘導電圧と、１サイクル前の同一の第２コイル４７８に生じた誘導電圧との差が第１の所定値以上である場合に異物が存在すると判定する判定処理である。第２の判定処理は、各第２コイル４７８において、１サイクル前の誘導電圧との差が順次算出されることで実行される。

＜異物検知における送電電力変化の影響の抑制＞
以上のような構成の送電ユニット４００によれば、複数の第２コイル４７８の各々における受電状態の時間的な変化を監視することにより異物の侵入を判定することができる（第２の判定処理）。しかしながら、常に第２コイル４７８の受電状態の時間的な変化を監視することにより異物の侵入を判定するとすれば、送電コイル４１０による送電電力の大きさが急激に変化した場合に、第２コイル４７８の受電状態が変化し、異物を誤検知する恐れがある。

この実施の形態１に従う送電装置３００において、制御装置４８５は、第１の判定処理と第２の判定処理とを使い分ける。第１の判定処理は、複数の第２コイル４７８のうち２つの第２コイル４７８の受電状態（誘導電圧）を示す値の差が第１の所定値以上である場合に、異物が存在すると判定する処理である。第２の判定処理は、複数の第２コイル４７８の何れかの受電状態を示す値の変化量が第２の所定値以上である場合に、異物が存在すると判定する処理である。そして、制御装置は、送電コイルによる送電電力の安定状態を判定するための条件が不安定を示す場合に第１の判定処理を実行し、上記条件が安定を示す場合に第２の判定処理を実行する。

異なる２つの第２コイル４７８の各々の受電状態を示す値を検知する間隔は、同一の第２コイル４７８の受電状態を示す値を検知する間隔よりも短い。したがって、第１の判定処理の方が第２の判定処理よりも送電電力の変化の影響を受けにくい。一方、第２コイル４７８の配置場所等により、たとえば、送電電力の磁束密度が異なるため、第２コイル４７８の受電状態を示す値は微妙に変化する。したがって、同一の第２コイル４７８の受電状態を比較する第２の判定処理の方が第１の判定処理よりも異物検知の精度が高い。この実施の形態１に従う送電装置３００においては、送電電力が不安定である場合には第１の判定処理が実行され、送電電力が安定している場合には第２の判定処理が実行される。すなわち、送電電力が不安定である場合には送電電力の変化の影響を受けにくい判定処理が実行され、送電電力が安定している場合には精度の高い判定処理が実行される。その結果、この実施の形態１に従う送電装置３００によれば、送電ユニット４００と受電ユニット２００との間に存在する異物の検知精度をなるべく高く維持しつつ、送電電力の変化による異物の誤検知を抑制することができる。

次に、制御装置４８５が、送電電力の変動幅が大きい場合には第１の判定処理を実行し、送電電力の変動幅が小さい場合には第２の判定処理を実行する理由についてより詳細に説明する。

図５は、異物検知器４６０の各第１コイル４６８に交流電圧が印加される順序を説明するための図である。図５を参照して、この実施の形態１において、制御装置４８５は、マルチプレクサ４６４，４６５を制御することにより、第１コイル４６８（Ａ）〜４６８（Ｐ）の順に交流電圧を印加する。そして、第１コイル４６８（Ｐ）に交流電圧が印加されると、制御装置４８５は、再び、第１コイル４６８（Ａ）から順に交流電圧を印加するようにマルチプレクサ４６４，４６５を制御する。

このような制御がなされるので、この実施の形態１においては、同一の第２コイル４７８における受電電圧を比較するために、１サイクル経過するまで待つことになる。その結果、同一の第２コイル４７８における１サイクル後の受電電圧が検知されるまでに、送電電力が急激に上昇した場合に、１サイクル後の受電電圧も急激に上昇してしまい異物を誤検知してしまう事態が生じ得る。すなわち、同一の第２コイル４７８の受電電圧を比較する第２の判定処理は、送電電力の急激な変化の影響を受けやすいといえる。

一方、たとえば、第２コイル４７８（Ａ）の受電電圧と第２コイル４７８（Ｂ）の受電電圧とを比較するとすれば（第１の判定処理）、受電電圧の検知におけるタイムラグは、１サイクルに要する時間よりも短く、第２の判定処理よりも短いこととなる。したがって、第１の判定処理は、第２の判定処理と比較して、送電電力の急激な変化の影響を受けにくいといえる。ここで、第１の判定処理においては、必ずしも隣接する２つの第２コイル４７８の受電電圧が比較される必要はない。たとえば、マルチプレクサ４７４，４７５の各々からの配線長の和が同一となる２つの第２コイル４７８の受電電圧を比較するようにしてもよい。たとえば、第２コイル４７８（Ｂ）と第２コイル４７８（Ｅ）とを比較してもよいし、第２コイル４７８（Ｈ）と第２コイル４７８（Ｎ）とを比較するようにしてもよい。マルチプレクサ４７４，４７５の各々からの配線長の和が近い方が、共通配線４７６、４７７に起因する抵抗値も近くなり、同一の磁束を受けた場合に近い受電電圧が生じると考えられるからである。

ただし、第１の判定処理においては、第２の判定処理のように同一の第２コイル４７８の受電電圧を比較するわけではないので、第２の判定処理と比較して異物検知の精度は低下する。たとえば、比較対象の２つの第２コイル４７８の配置場所の違いによって、２つの第２コイル４７８が送電コイル４１０から受ける磁界の磁束密度の大きさがそれぞれ異なる。したがって、この磁束密度の差により２つの第２コイル４７８のそれぞれに生じる受電電圧に差が生じ得る。また、共通配線４７６，４７７に起因する抵抗値の差により２つの第２コイル４７８のそれぞれに生じる受電電圧に差が生じ得る。このような異物以外の原因により生じる受電電圧の差により異物が誤検知され得るので、第１の判定処理は、第２の判定処理と比較して異物検知の精度は低い。

そこで、この実施の形態１に従う送電装置３００において制御装置４８５は、送電電力の安定状態を判定するための条件が不安定を示す場合に第１の判定処理を実行し、上記条件が安定を示す場合に第２の判定処理を実行する。したがって、この実施の形態１に従う送電装置３００によれば、送電ユニット４００と受電ユニット２００との間に存在する異物の検知精度をなるべく高く維持しつつ、送電電力の変化による異物の誤検知を抑制することができる。次に、この実施の形態１における異物検知処理の具体的手順について説明する。

＜異物検知処理＞
図６は、この実施の形態１における異物検知処理の具体的手順を示すフローチャートである。図６を参照して、制御装置４８５は、送電コイル４１０による送電電力が安定しているか否かを判定する（ステップＳ１００）。

たとえば、送電開始から所定時間以内であるか否かを、送電電力の安定状態を判定するための条件としてもよい。この場合には、制御装置４８５は、送電装置３００の送電開始時には送電電力が安定しないため送電電力が不安定であると判定し、所定時間の経過後には送電電力が安定するため送電電力が安定していると判定する。また、たとえば、送電電力の目標値を所定値以下に制限する機能を有効にしたか否かを上記条件としてもよい。この場合には、制御装置４８５は、該機能を有効とした場合には送電電力が急激に低下する恐れがあるため送電電力が不安定であると判定し、該機能が無効である場合には送電電力が急激に変化することがないと考えられるため送電電力が安定していると判定する。また、たとえば、送電電力の実効値の変動幅が所定値以上となったか否かを上記条件としてもよい。この場合には、制御装置４８５は、送電電力の実効値の変動幅を監視し、送電電力の実効値の変動幅が所定値以上となった場合に送電電力が不安定であると判定し、送電電力の変動幅が所定値未満である場合に送電電力が安定していると判定する。

送電電力が安定していると判定されると（ステップＳ１００においてＹＥＳ）、異物検知の精度を優先することができるので、制御装置４８５は、複数の第２コイル４７８の各々の受電電圧の変化量（時間的な微分値）に従って、送電ユニット４００と受電ユニット２００との間に異物が存在するか否かを判定する。具体的には、制御装置４８５は、受電電圧の変化量が第１の所定値以上である場合に、送電ユニット４００と受電ユニット２００との間に異物が存在すると判定する（ステップＳ１１０）。

送電電力が安定していないと判定されると（ステップＳ１００においてＮＯ）、送電電力変化の影響を抑制する必要があるので、制御装置４８５は、複数の第２コイル４７８のうち２つの第２コイル４７８の受電電圧の差（空間的な微分値）に従って、送電ユニット４００と受電ユニット２００との間に異物が存在するか否かを判定する。具体的には、制御装置４８５は、複数の第２コイル４７８のうち隣接する２つの第２コイル４７８の受電電圧を順次比較し、その差が第２の所定値以上である場合に、送電ユニット４００と受電ユニット２００との間に異物が存在すると判定する（ステップＳ１２０）。

このように、この実施の形態１に従う送電装置３００において制御装置４８５は、送電電力の安定状態を判定するための条件が不安定を示す場合に第１の判定処理を実行し、上記条件が安定を示す場合に第２の判定処理を実行する。したがって、この実施の形態１に従う送電装置３００によれば、送電ユニット４００と受電ユニット２００との間に存在する異物の検知精度をなるべく高く維持しつつ、送電電力の変化による異物の誤検知を抑制することができる。

（実施の形態２）
実施の形態１においては、異物検知器４６０は、送電ユニット４００側に設けられた。この実施の形態２においては、異物検知器は、受電ユニット側に設けられる。以下、この実施の形態２における受電ユニットの構成について説明する。

＜受電ユニットの構成＞
図７は、この実施の形態２における受電ユニット２００Ａの分解斜視図である。図７を参照して、受電ユニット２００Ａは、受電コイル２１０と、筐体２３０と、異物検知器５６０と、受電コイル２１０に対して矢印Ｕ方向に配置される不図示の共振コンデンサとを含む。受電コイル２１０は、コア２４０と、コア２４０の周囲に巻回された導線２５０を含む。筐体２３０は、シールド２３２と、蓋部材２３４とを含む。

異物検知器５６０は、複数の第１コイル５６８と、複数の第２コイル５７８とを含む。複数の第１コイル５６８及び複数の第２コイル５７８は、受電コイル２１０の下方（矢印Ｄ方向）に設けられ、この実施の形態２では、蓋部材２３４の内面上に配設されている。

図８は、図７に示した異物検知器５６０の電気的な構成を示した図である。図８を参照して、異物検知器５６０〜制御装置５８５は、それぞれ、異物検知器４６０〜制御装置４８５（図４）に対応し、同等の機能を有する。

すなわち、この実施の形態２において、第１の判定処理は、複数の第２コイル５７８のうち少なくとも２つの第２コイル５７８に生じる誘導電圧を示す値の差が第１の所定値以上である場合に、異物が存在と判定する処理である。第２の判定処理は、複数の第２コイル５７８の何れかに生じる誘導電圧を示す値の変化量が第２の所定値以上である場合に、異物が存在すると判定する処理である。そして、制御装置５８５は、受電電力の安定状態を判定するための条件が不安定を示す場合に第１の判定処理を実行し、上記条件が安定を示す場合に第２の判定処理を実行する。この実施の形態２に従う車両１００によれば、送電ユニットと受電ユニット２００Ａとの間に存在する異物の検知精度をなるべく高く維持しつつ、送電電力の変化による異物の誤検知を抑制することができる。

（他の実施の形態）
以上のように、この発明の実施の形態として実施の形態１〜２を説明した。しかしながら、この発明は必ずしもこれらの実施の形態に限定されない。ここでは、他の実施の形態の一例について説明する。

実施の形態１，２においては、第１コイル（４６８，５６８）及び第２コイル（４７８，５７８）として矩形状のコイルが用いられた。しかしながら、第１コイル及び第２コイルの形状は、必ずしもこのような例には限定されない。たとえば、第１コイル及び第２コイルは、八の字形状に構成されてもよい。図９は、送電ユニット側に異物検知器を設けた場合の、八の字形状の第１コイル及び第２コイルを示す図である。なお、この場合であっても異物検知器は、受電ユニット側に設けられてもよい。図９を参照して、第１コイル４６８ａは、第１コイル４６８（図３）に対応し、第２コイル４７８ａは、第２コイル４７８（図３）に対応する。

第１コイル４６８ａに検知用の交流電圧が印加されると、第１コイル４６８ａは、検知用磁界ＡＲ２を形成する。そうすると、第１コイル４６８ａに対向して配置された第２コイル４７８ａに、検知用磁界ＡＲ２によって誘導電圧が発生する。ここで、送電ユニット４００と受電ユニット２００との間で電力伝送が行なわれている最中には、各コイルは、同一方向の磁束（矢印ＡＲ３）を受ける。この磁束ＡＲ３によって各コイルには誘導電圧が発生し得るところ、第１コイル４６８ｂに発生する誘導電圧は、第１コイル４６８ｃに発生する誘導電圧によってキャンセルされる。したがって、第１コイル４６８ａにはトータルで誘導電圧は発生しない。第２コイル４７８ａについても同様であり、第２コイル４７８ａが磁束ＡＲ３を受けても、第２コイル４７８ａにはトータルで誘導電圧は発生しない。よって、このようなコイル形状とすることにより、送電ユニット４００から受電ユニット２００への電力伝送時に送電コイル４１０により形成される磁界の異物検知器への影響を抑制することができる。

また、実施の形態１，２においては、異物を検知するために第１コイルと第２コイルとを用いることとした。しかしながら、異物を検知するための構成は、必ずしもこのような構成に限定されない。たとえば、第１コイル（４６８，５６８）を用いず、第２コイル（４７８，５７８）のみを用いるような構成であってもよい。この場合には、送電電力に起因して生じる、複数の第２コイルの受電電圧を基に第１の判定処理と第２の判定処理とを実行する。これにより、送電電力の変化による影響を抑制した異物検知を少ない部材で実現することができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく、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、２００，２００Ａ受電ユニット、２１０受電コイル、２３０，４３０筐体、２３２，４３２シールド、２３４，４３４蓋部材、２４０，４４０コア、２５０，４５０導線、３００送電装置、３３０交流電源、４００送電ユニット、４１０送電コイル、４６０異物検知器、４６１発振器、４６２パワーアンプ、４６３，４７２共振コンデンサ、４６４，４６５，４７４，４７５マルチプレクサ、４６６，４６７，４７６，４７７共通配線、４６８，４６８Ａ〜４６８Ｐ第１コイル、４７１信号処理回路、４７３共振抵抗、４７８，４７８Ａ〜４７８Ｐ第２コイル、４８５制御装置、１０００非接触電力伝送システム。

Claims

受電装置の受電コイルに非接触で送電するように構成された送電コイルと、
前記送電コイルの上方に位置する前記受電コイルに前記送電コイルが送電するものとして、前記送電コイルの上方において、前記送電コイルの上面に沿って配設される複数の異物検知用コイルと、
第１の判定処理と第２の判定処理とを実行する制御装置とを備え、
前記第１の判定処理は、前記複数の異物検知用コイルのうち２つの異物検知用コイルにそれぞれ生じる第１及び第２の誘導電圧の差が第１の所定値以上である場合に、異物が存在すると判定する処理であり、
前記第２の判定処理は、前記複数の異物検知用コイルの何れかに生じる誘導電圧を示す値の変化量が第２の所定値以上である場合に、異物が存在すると判定する処理であり、
前記制御装置は、前記送電コイルから前記受電コイルに伝送される電力の安定状態を判定するための条件が不安定を示す場合に前記第１の判定処理を実行し、前記条件が安定を示す場合に前記第２の判定処理を実行する、送電装置。
送電装置の送電コイルから非接触で受電するように構成された受電コイルと、
前記受電コイルの下方に位置する前記送電コイルから前記受電コイルが受電するものとして、前記受電コイルの下方において、前記受電コイルの下面に沿って配設される複数の異物検知用コイルと、
第１の判定処理と第２の判定処理とを実行する制御装置とを備え、
前記第１の判定処理は、前記複数の異物検知用コイルのうち２つの異物検知用コイルにそれぞれ生じる第１及び第２の誘導電圧の差が第１の所定値以上である場合に、異物が存在すると判定する処理であり、
前記第２の判定処理は、前記複数の異物検知用コイルの何れかに生じる誘導電圧を示す値の変化量が第２の所定値以上である場合に、異物が存在すると判定する処理であり、
前記制御装置は、前記送電コイルから前記受電コイルに伝送される電力の安定状態を判定するための条件が不安定を示す場合に前記第１の判定処理を実行し、前記条件が安定を示す場合に前記第２の判定処理を実行する、受電装置。
送電装置と受電装置とを備える非接触電力伝送システムであって、
前記送電装置から非接触で受電するように構成された受電コイルと、
前記受電コイルに非接触で送電するように構成された送電コイルと、
前記送電コイルの上方に位置する前記受電コイルに前記送電コイルが送電するものとして、前記送電コイルの上方において前記送電コイルの上面に沿って、又は前記受電コイルの下方において前記受電コイルの下面に沿って配設される複数の異物検知用コイルと、
第１の判定処理と第２の判定処理とを実行する制御装置とを備え、
前記第１の判定処理は、前記複数の異物検知用コイルのうち２つの異物検知用コイルにそれぞれ生じる第１及び第２の誘導電圧の差が第１の所定値以上である場合に、異物が存在すると判定する処理であり、
前記第２の判定処理は、前記複数の異物検知用コイルの何れかに生じる誘導電圧を示す値の変化量が第２の所定値以上である場合に、異物が存在すると判定する処理であり、
前記制御装置は、前記送電コイルから前記受電コイルに伝送される電力の安定状態を判定するための条件が不安定を示す場合に前記第１の判定処理を実行し、前記条件が安定を示す場合に前記第２の判定処理を実行する、非接触電力伝送システム。