JP6834799B2 - 金属異物検出装置、ワイヤレス給電装置、ワイヤレス受電装置、及びワイヤレス電力伝送システム - Google Patents

Description

本発明は、金属異物検出装置、ワイヤレス給電装置、ワイヤレス受電装置、及びワイヤレス電力伝送システムに関する。

電源ケーブルを用いることなく、給電コイルから受電コイルにワイヤレスにて電力を伝送するワイヤレス電力伝送システムが注目されている。

ワイヤレス電力伝送システムにおいて、磁気的に結合した給電コイルと受電コイルとの間に金属異物が混入すると、磁束により金属異物に渦電流が流れて発熱する虞がある。そのため、給電コイルと受電コイルとの間に存在する金属異物を検知するための仕組みが必要となる。

そのような仕組みの一つとして、検知コイルを用いる方式が知られている。例えば特許文献１には、Ｑ値測定用コイルにパルスを印加し、その応答波形の振幅値と時間情報からＱ値を求めることによって、金属異物を検知する検知装置が開示されている。

特開２０１３−１３２１３３号公報

しかしながら、上記のような検知コイルにおいては、印加したパルスだけではなく、給電コイルから生ずる磁束に重畳する高周波成分（具体的には、給電装置のスイッチングノイズ）によっても共振が発生する場合がある。印加パルスによって検知コイルに生じた振動信号に高周波成分によって生じた振動信号が重なると、応答波形に歪みが生じ、金属異物の有無を正確に判定することが困難になるので、改善が必要とされていた。

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、電力伝送中であっても、給電コイルと受電コイルとの間に存在する金属異物を精度よく検出することを目的とする。

本発明による金属異物検出装置は、給電コイルから受電コイルにワイヤレスにて電力伝送するワイヤレス電力伝送システムに用いられる金属異物検出装置であって、アンテナコイルと、前記アンテナコイルとともに共振回路を形成するキャパシタと、前記共振回路における振動信号の発生を検出可能に構成された振動検出回路と、前記振動信号に基づいて金属異物の有無を検出する判定回路と、を備え、前記振動検出回路は、前記振動信号の発生の検出状態を示す検出状態信号を出力するよう構成され、前記判定回路は、前記検出状態信号に応じて、金属異物の有無の検出動作を実行するよう構成される、金属異物検出装置である。

本発明によれば、給電コイルから生ずる磁束に重畳する高周波成分などにより意図せずして共振回路に振動信号が発生した場合に、意図的に振動信号を生じさせるためのパルスの印加を中止し、生じた振動信号を利用して金属異物を検出することが可能になる。したがって、印加パルスによって検知コイルに生じた振動信号に高周波成分によって生じた振動信号が重なることを避けられるので、電力伝送中であっても、給電コイルと受電コイルとの間に存在する金属異物を精度よく検出することが可能になる。

上記金属異物検出装置において、前記振動検出回路は、前記共振回路に現れる電圧が第１の閾値を超えた場合に前記検出状態信号を活性化するよう構成され、前記判定回路は、前記検出状態信号の活性化に応じて、金属異物の有無の検出動作を実行するよう構成される、こととしてもよい。これによれば、金属異物の検出を行うために十分な振幅を有する振動信号が発生した場合に限り、判定回路に、その振動信号を利用して金属異物を検出させることが可能になる。

上記各金属異物検出装置において、前記検出状態信号は、前記共振回路に現れる電圧が第２の閾値を超えた回数によって表される前記振動信号の波数を示す信号であり、前記判定回路は、前記検出状態信号により示される前記波数が第３の閾値以上となった場合に、金属異物の有無の検出動作を実行するよう構成される、こととしてもよい。これによれば、金属異物の検出を行うために十分な波数を有する振動信号が発生した場合に限り、判定回路に、その振動信号を利用して金属異物を検出させることが可能になる。

上記各金属異物検出装置において、前記共振回路に電圧を印加することにより、前記共振回路に前記振動信号を発生させる駆動回路をさらに備える、こととしてもよい。これによれば、金属異物の検出を行うために十分な振動信号が発生していない場合にも、金属異物の検出を行うことが可能になる。

上記金属異物検出装置において、前記駆動回路と前記共振回路との間に挿入されたスイッチ、をさらに備え、前記判定回路は、前記スイッチの開閉状態を制御するためのスイッチ駆動信号を生成する駆動制御部を含み、前記駆動制御部は、前記検出状態信号により前記振動検出回路が前記振動信号の発生を検出したことが示される場合に、前記スイッチが開状態を維持するよう前記スイッチ駆動信号を制御する、こととしてもよい。これによれば、共振回路に意図的に電圧を印加しなくても異物検出を行える場合に、共振回路への電圧の印加を中止することが可能になる。

上記金属異物検出装置において、前記給電コイルに電圧を印加するスイッチング回路の出力電圧の周波数に対応する周期で計時結果信号を活性化するタイマー回路をさらに備え、前記駆動制御部は、前記検出状態信号により、前回の前記計時結果信号の活性化後、前記振動検出回路が前記振動信号の発生を検出していないことが示される場合に、前記計時結果信号が活性化したことに応じて、前記スイッチが閉状態となるよう前記スイッチ駆動信号を制御する、こととしてもよい。これによれば、金属異物の検出を行うために十分な振動信号が発生していない場合に、駆動回路によって意図的に振動信号を生じさせることが可能になる。

上記金属異物検出装置において、前記駆動制御部は、前記ワイヤレス電力伝送システムが動作を停止している場合あるいは小電力による電力伝送を行っている場合に、前記スイッチが閉状態となるよう前記スイッチ駆動信号を制御する、こととしてもよい。これによれば、ワイヤレス電力伝送システムが動作を停止していることあるいは小電力による電力伝送を行っていることにより、給電コイルから生ずる磁束に重畳する高周波成分などによっては十分な振動信号が発生しない場合に、駆動回路によって意図的に振動信号を生じさせることが可能になる。

上記金属異物検出装置において、前記駆動回路と前記共振回路との間に挿入されたスイッチと、前記給電コイルに電圧を印加するスイッチング回路の出力電圧の周波数に対応する周期で計時結果信号を活性化するタイマー回路と、をさらに備え、前記判定回路は、前記スイッチの開閉状態を制御するためのスイッチ駆動信号を生成する駆動制御部を含み、前記駆動制御部は、前記検出状態信号により、前回の前記計時結果信号の活性化後、前記振動検出回路が前記振動信号の発生を検出していないことが示される場合に、前記計時結果信号が活性化したことに応じて、前記スイッチが閉状態となるよう前記スイッチ駆動信号を制御する、こととしてもよい。これによれば、金属異物の検出を行うために十分な振動信号が発生していない場合に、駆動回路によって意図的に振動信号を生じさせることが可能になる。

上記金属異物検出装置において、前記駆動回路と前記共振回路との間に挿入されたスイッチ、をさらに備え、前記判定回路は、前記スイッチの開閉状態を制御するためのスイッチ駆動信号を生成する駆動制御部を含み、前記駆動制御部は、前記ワイヤレス電力伝送システムが動作を停止している場合あるいは小電力による電力伝送を行っている場合に、前記スイッチが閉状態となるよう前記スイッチ駆動信号を制御する、こととしてもよい。これによれば、前記ワイヤレス電力伝送システムが動作を停止していることあるいは小電力による電力伝送を行っていることにより、給電コイルから生ずる磁束に重畳する高周波成分などによっては十分な振動信号が発生しない場合に、駆動回路によって意図的に振動信号を生じさせることが可能になる。

上記各金属異物検出装置において、前記判定回路は、前記振動信号の１より大きい所定波数分の振動に要する時間の長さを示す振動時間長の変化に基づいて、金属異物の有無を検出するよう構成される、こととしてもよい。これによれば、給電コイルから生ずる磁束に重畳する高周波成分などにより意図せずして共振回路に発生する振動信号のような振幅の定まらない振動信号を用いる場合であっても、好適に金属異物の検出を実行することが可能になる。

本発明によるワイヤレス給電装置は、前記給電コイルと、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の金属異物検出装置と、を備えるワイヤレス給電装置である。これによれば、電力伝送中であっても、給電コイルと受電コイルとの間に存在する金属異物を精度よく検出することができるワイヤレス給電装置を得ることが可能になる。

本発明によるワイヤレス受電装置は、前記受電コイルと、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の金属異物検出装置と、を備えるワイヤレス受電装置である。これによれば、電力伝送中であっても、給電コイルと受電コイルとの間に存在する金属異物を精度よく検出することができるワイヤレス受電装置を得ることが可能になる。

本発明によるワイヤレス電力伝送システムは、前記給電コイルを有するワイヤレス給電装置と、前記受電コイルを有するワイヤレス受電装置と、を備え、前記ワイヤレス給電装置及び前記ワイヤレス受電装置の少なくとも一方は、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の金属異物検出装置を備える、ワイヤレス電力伝送システムである。これによれば、電力伝送中であっても、給電コイルと受電コイルとの間に存在する金属異物を精度よく検出することができるワイヤレス電力伝送システムを得ることが可能になる。

本発明によれば、電力伝送中であっても、給電コイルと受電コイルとの間に存在する金属異物を精度よく検出することが可能になる。

本発明の第１の実施の形態に係るワイヤレス電力伝送システム１の概略構成と、このワイヤレス電力伝送システム１に接続される負荷２とを示す図である。 図１に示したワイヤレス給電装置１０及びワイヤレス受電装置２０それぞれの内部回路構成を示す図である。 （ａ）は、図２に示した金属異物検出装置１４が複数のアンテナコイルＬ３を有する場合における給電コイルＬ１とアンテナコイルＬ３の位置関係を示す平面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線に対応する給電コイルＬ１及びアンテナコイルＬ３の断面図である。 （ａ）は、本発明の第１の実施の形態による金属異物検出装置１４に含まれる検出部１４０の機能ブロックを示す略ブロック図であり、（ｂ）は、（ａ）に示した振動検出回路１４５ａの内部回路を示す図である。 本発明の第１の実施の形態における、計時結果信号ＴＲ、スイッチ駆動信号ＳＤ、出力電圧ＶＯ、及び検出状態信号ＤＳの時間変化を示す図である。 図４（ａ）に示した駆動制御部１５１ａが行う処理を示すフロー図である。 図４（ａ）に示した異物検出部１５０が行う処理を示すフロー図である。 （ａ）は、本発明の第２の実施の形態による金属異物検出装置１４に含まれる検出部１４０の機能ブロックを示す略ブロック図であり、（ｂ）は、（ａ）に示した振動検出回路１４５ｂの内部回路を示す図である。 本発明の第２の実施の形態における、計時結果信号ＴＲ、スイッチ駆動信号ＳＤ、出力電圧ＶＯ、及び検出状態信号ＤＳの時間変化を示す図である。 図８（ａ）に示した駆動制御部１５１ｂが行う処理を示すフロー図である。 本発明の背景技術による金属異物検出装置１４に含まれる検出部１４０の機能ブロックを示す略ブロック図である。 本発明の背景技術による金属異物検出装置１４の動作に関わる複数の信号の時間変化を示す図である。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、以下で説明する内容により、本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、説明において同一要素または同一機能を有する要素には同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。

図１は、本発明の第１の実施の形態に係るワイヤレス電力伝送システム１の概略構成と、このワイヤレス電力伝送システム１に接続される負荷２とを示す図である。同図に示すように、ワイヤレス電力伝送システム１は、ワイヤレス給電装置１０と、ワイヤレス受電装置２０とを有して構成される。負荷２は、ワイヤレス受電装置２０に接続される。

ワイヤレス電力伝送システム１は、例えば、二次電池の電力を利用する電気自動車(EV: Electric Vehicle)やハイブリッド自動車(HV: Hybrid Vehicle)などの移動体への給電用に用いられるシステムである。この場合、ワイヤレス給電装置１０は地上に配設される給電設備内に搭載され、ワイヤレス受電装置２０は車両に搭載されることになる。以下では、ワイヤレス電力伝送システム１が電気自動車への給電用のものであるとして説明を続ける。

図２は、ワイヤレス給電装置１０及びワイヤレス受電装置２０それぞれの内部回路構成を示す図である。以下、図１に加えてこの図２も適宜参照しながら、初めにワイヤレス電力伝送システム１の構成の概略を説明し、その後、本発明に特徴的な構成について詳しく説明する。

ワイヤレス給電装置１０は、図１及び図２に示すように、直流電源１１、電力変換器１２、給電コイル部１３、及び金属異物検出装置１４を有して構成される。なお、本実施の形態では、ワイヤレス給電装置１０内に金属異物検出装置１４を設けることとして説明するが、ワイヤレス受電装置２０内に金属異物検出装置１４を設けることとしてもよい。

直流電源１１は、電力変換器１２に直流電力を供給する役割を果たす。直流電源１１の具体的な種類は、直流電力を供給できるものであれば特に限定されない。例えば、商用交流電源を整流・平滑した直流電源、二次電池、太陽光発電した直流電源、又はスイッチングコンバータなどのスイッチング電源を、直流電源１１として好適に用いることが可能である。

電力変換器１２は、直流電源１１から供給された直流電力を交流電力に変換し、それによって給電コイル部１３に、図２に示す交流電流Ｉ１を供給するインバータである。具体的には、図２に示すように、複数のスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４がブリッジ接続されてなるスイッチング回路（フルブリッジ回路）と、スイッチ駆動回路１２０とを有して構成される。なお、ここでは電力変換器１２内のスイッチング回路をフルブリッジ回路により構成する例を示しているが、他の種類のスイッチング回路を用いることも可能である。

スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４は、スイッチ駆動回路１２０からそれぞれのゲートに供給される制御信号ＳＧ１〜ＳＧ４によって、互いに独立してオンオフ動作を行うよう構成される。スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４の具体的な種類としては、ＭＯＳＦＥＴ(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)又はＩＧＢＴ(Insulated Gate Bipolar Transistor)を用いることが好適である。

スイッチ駆動回路１２０は、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４からなるスイッチング回路の出力電圧が所定周波数の交流電圧となるよう、制御信号ＳＧ１〜ＳＧ４の生成を行う信号生成部である。したがって、後述する給電コイルＬ１には、この所定周波数の交流電圧が供給されることになる。以下では、この所定周波数を電力伝送周波数ｆｐと称する。電力伝送周波数ｆｐの具体的な値は、例えば２０〔ｋＨｚ〕〜２００〔ｋＨｚ〕に設定される。

給電コイル部１３は、図２に示すように、直列に接続された給電側コンデンサＣ１及び給電コイルＬ１によって構成される共振回路であり、電力変換器１２から供給される交流電圧に基づいて交番磁界を生成する役割を果たす。給電コイル部１３を構成する共振回路の共振周波数は、上述した電力伝送周波数ｆｐと同一又はそれに近い周波数に設定される。なお、給電側コンデンサＣ１は、給電コイルＬ１と並列に接続してもよい。

給電コイルＬ１は、例えばφ０．１（ｍｍ）の絶縁された銅線を２千本程度撚り合わせたリッツ線を数ターンから数十ターン程度、平面状に巻回することによって形成されたスパイラル構造のコイルであり、例えば地中または地面近傍に配置される。電力変換器１２から給電コイルＬ１に交流電圧が供給されると、給電コイルＬ１に図２に示す交流電流Ｉ１が流れ、それによって交番磁界が発生する。この交番磁界は、給電コイルＬ１と後述する受電コイルＬ２との間の相互インダクタンスＭ１２によって受電コイルＬ２内に起電力を発生させ、それによって電力の伝送が実現される。

金属異物検出装置１４は、給電コイルＬ１に接近する金属異物の有無を検出する機能を有する装置であり、図２に示すように、アンテナコイルＬ３及びコンデンサＣ３からなる共振回路（後述する図４に示す共振回路ＲＣ）と、この共振回路に接続された検出部１４０とを有して構成される。アンテナコイルＬ３及びコンデンサＣ３それぞれの一端は接地端に接続され、他端は検出部１４０に共通に接続される。

金属異物検出装置１４を設置する目的は、給電コイルＬ１と受電コイルＬ２との間にある金属異物を検出することにある。そこで金属異物検出装置１４の少なくとも一部（より具体的にはアンテナコイルＬ３）は、図１に示すように、給電コイルＬ１と受電コイルＬ２の間に配置される。なお、金属異物検出装置１４と給電コイルＬ１とは、一体のユニットとして構成してもよいし、別々のユニットとして構成してもよい。

ここで、金属異物検出装置１４は、複数のアンテナコイルＬ３を有して構成されてもよい。この場合、アンテナコイルＬ３ごとにコンデンサＣ３を設けることとしてもよい。

図３（ａ）は、金属異物検出装置１４が複数のアンテナコイルＬ３を有する場合における給電コイルＬ１と各アンテナコイルＬ３の位置関係を示す平面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＡ−Ａ線に対応する給電コイルＬ１及び各アンテナコイルＬ３の断面図である。これらの図に示すように、複数のアンテナコイルＬ３は、平面的に見て給電コイルＬ１の内側に相当する領域内にマトリクス状に並べて配置される。このようなアンテナコイルＬ３の配置は、表面に導電性のコイルパターンが形成されたプリント基板（図示せず）を給電コイルＬ１上に設置することによって、実現できる。

図２に戻り、検出部１４０は、アンテナコイルＬ３及びコンデンサＣ３からなる共振回路に現れる振動信号の変化に基づいて金属異物の有無を検出し、その結果に基づいて、スイッチ駆動回路１２０の動作を制御するための制御信号ＤＲを生成するよう構成される。検出部１４０により生成された制御信号ＤＲは、図２に示すように、スイッチ駆動回路１２０に供給される。

制御信号ＤＲにより示される制御の内容は、金属異物を検出した場合には停止指示となり、金属異物を検出していない場合には続行指示となる。スイッチ駆動回路１２０は、停止指示を示す制御信号ＤＲが供給された場合、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４のすべてをオフとすることにより、上述した交番磁界が生成されないようにする。これにより、金属異物による異常発熱等の発生が防止される。一方、続行指示を示す制御信号ＤＲが供給された場合、スイッチ駆動回路１２０は、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４からなるスイッチング回路の出力電圧を電力伝送周波数ｆｐの交流電圧とするための制御信号ＳＧ１〜ＳＧ４の生成を続行する。したがって、交番磁界の生成も続行される。

次に、ワイヤレス受電装置２０は、図１及び図２に示すように、受電コイル部２１と、整流器２２とを有して構成される。

受電コイル部２１は、図２に示すように、直列に接続された受電側コンデンサＣ２と受電コイルＬ２とによって構成される共振回路を有して構成され、給電コイルＬ１から伝送された交流電力をワイヤレスにて受電する受電部としての役割を果たす。受電コイル部２１を構成する共振回路の共振周波数も、上述した電力伝送周波数ｆｐと同一又はそれに近い周波数に設定される。なお、受電側コンデンサＣ２は、受電コイルＬ２と並列に接続してもよい。

受電コイルＬ２は、給電コイルＬ１と同様に、例えばφ０．１（ｍｍ）の絶縁された銅線を２千本程度撚り合わせたリッツ線を数ターンから数十ターン程度、平面状に巻回することによって形成されたスパイラル構造のコイルである。一方、受電コイルＬ２の設置位置は、給電コイルＬ１とは異なり、例えば電気自動車の車両下部となる。給電コイルＬ１によって生成される磁束が受電コイルＬ２に鎖交すると、電磁誘導作用による起電力が受電コイルＬ２に生じ、図２に示す交流電流Ｉ２が流れる。この交流電流Ｉ２は、整流器２２により直流電流に変換されたうえで、負荷２に供給される。これにより、負荷２に対して直流電力を供給することが実現される。

整流器２２は、受電コイル部２１から出力された交流電流を直流電流に整流することにより、負荷２に対して直流電力を供給する機能を有する回路である。具体的には、図２に示すように、４つのダイオードＤ１〜Ｄ４がブリッジ接続されてなるブリッジ回路と、このブリッジ回路と並列に接続された平滑用キャパシタＣ０とによって構成される。

負荷２は、図示しない充電器及びバッテリーを含んで構成される。このうち充電器は、整流器２２から出力された直流電力に基づいてバッテリーを充電する機能を有する回路である。この充電は、例えば定電圧定電流充電（ＣＶＣＣ充電）により実行される。バッテリーの具体的な種類は、電力を蓄える機能を有するものであれば特に限定されない。例えば、二次電池（リチウムイオン電池、リチウムポリマー電池、ニッケル電池など）や容量素子（電気二重層キャパシタなど）を、負荷２を構成するバッテリーとして好適に用いることが可能である。

次に、金属異物検出装置１４について詳細に説明する。以下では、初めに図１１及び図１２を参照しながら本発明の背景技術による金属異物検出装置１４について説明し、その後、図４〜図７を参照しながら本実施の形態による金属異物検出装置１４についての説明を行う。なお、以下で説明する背景技術自体、本願の発明者らが発明したもので、本願の出願時点で公知になっているものではない。

図１１は、本発明の背景技術による金属異物検出装置１４に含まれる検出部１４０の機能ブロックを示す略ブロック図である。同図に示すように、本発明の背景技術による検出部１４０は、駆動回路１４１と、スイッチ１４２と、判定回路１４４とを有して構成される。

駆動回路１４１は、アンテナコイルＬ３及びコンデンサＣ３からなる共振回路ＲＣに電圧Ｖｐｐを印加することにより、共振回路ＲＣ内に振動信号を誘起する回路である。具体的には、図１１に示すように、電圧Ｖｐｐの電源回路によって構成される。

スイッチ１４２は、駆動回路１４１と共振回路ＲＣとの間に挿入されたスイッチであり、判定回路１４４から供給されるスイッチ駆動信号ＳＤに応じて、開又は閉のいずれかの状態をとるよう構成される。スイッチ１４２が閉状態となっている場合、駆動回路１４１から共振回路ＲＣに対して電圧Ｖｐｐが供給され、その結果として、共振回路ＲＣの出力電圧ＶＯ（アンテナコイルＬ３とコンデンサＣ３の接続点に現れる電圧）が電圧Ｖｐｐに等しくなる。その後、スイッチ１４２が開状態に変化すると、共振回路ＲＣへの電圧Ｖｐｐの供給がストップし、共振回路ＲＣ内に振動信号が発生する。この振動信号の周波数は、共振回路ＲＣの共振周波数に等しい値となる。

判定回路１４４は、共振回路ＲＣの出力電圧ＶＯに現れる振動信号に基づいて金属異物の検出動作を実行する回路であり、機能的に、異物検出部１５０と、駆動制御部１５１とを有して構成される。判定回路１４４は、例えばＭＣＵ(Micro Control Unit)として構成される。

図１２は、本発明の背景技術による金属異物検出装置１４の動作に関わる複数の信号の時間変化を示す図である。以下、この図１２も参照しながら、判定回路１４４を構成する異物検出部１５０及び駆動制御部１５１の機能について説明する。

駆動制御部１５１は、スイッチ１４２の開閉状態を制御するためのスイッチ駆動信号ＳＤを生成する回路である。スイッチ駆動信号ＳＤは、ハイ又はローのいずれかの値を取る２値信号であり、スイッチ１４２は、スイッチ駆動信号ＳＤがローである場合に開状態となり、スイッチ駆動信号ＳＤがハイである場合に閉状態となるよう構成される。

図１２に示すように、スイッチ駆動信号ＳＤの初期状態はローである。駆動制御部１５１が時刻ｔ_１でスイッチ駆動信号ＳＤをハイに制御し、その後所定時間Ｔが経過した時刻ｔ_２でスイッチ駆動信号ＳＤをローに制御すると、時刻ｔ_１から時刻ｔ_２までの所定時間Ｔにわたってスイッチ１４２が閉状態となり、駆動回路１４１から共振回路ＲＣに電圧Ｖｐｐが供給される。これは、共振回路ＲＣへのパルスの印加に相当する。

時刻ｔ_２において駆動回路１４１から共振回路ＲＣへの電圧Ｖｐｐの供給がストップすると、それまでに印加されていた電圧Ｖｐｐのエネルギーにより、図１２に示すような振動信号が出力電圧ＶＯに現れる。駆動制御部１５１は、パルスの印加を終了する時刻ｔ_２で金属異物の有無の検出動作を開始するよう、異物検出部１５０を制御する。異物検出部１５０は、この制御に応じて、振動信号を利用する金属異物の有無の検出動作を開始する。これにより、印加パルスによって生じた振動信号を利用する金属異物の有無の検出が実現される。異物検出部１５０の動作のさらなる詳細については、後述する。

ここで、出力電圧ＶＯには、図１２に示すように、パルスを印加しなくとも振動信号が発生する場合がある。これは主として、電力変換器１２内のスイッチング回路のスイッチングノイズによるものである。より詳しく言えば、給電コイルＬ１と受電コイルＬ２の間に発生する交番磁界には電力変換器１２内のスイッチング回路のスイッチングノイズによる高周波成分が含まれるが、この高周波成分は、アンテナコイルＬ３と給電コイルＬ１及び受電コイルＬ２それぞれとの間の相互インダクタンスＭ１３，Ｍ２３（図２を参照）を通じて、アンテナコイルＬ３に起電力を発生させる。この起電力により、出力電圧ＶＯに振動信号が発生する。

このようなノイズ由来の振動信号が印加パルスによって生じた振動信号に重なると、上述したように、応答波形に歪みが生じ、金属異物の有無の正確な判定が困難となる。本実施の形態による金属異物検出装置１４は、ノイズ由来の振動信号の振幅が十分に大きい場合には、金属異物の有無の検出のために、印加パルスに代えてこのノイズ由来の振動信号を利用することにより、このような課題を解決するものである。以下、本実施の形態による金属異物検出装置１４の構成及び動作について、詳しく説明する。

図４（ａ）は、本実施の形態による金属異物検出装置１４に含まれる検出部１４０の機能ブロックを示す略ブロック図である。同図に示すように、本実施の形態による検出部１４０は、駆動回路１４１と、スイッチ１４２と、タイマー回路１４３と、判定回路１４４ａと、振動検出回路１４５ａとを有して構成される。このうち駆動回路１４１及びスイッチ１４２については、図１１を参照して説明したものと同様であるので、重複する説明は割愛する。

タイマー回路１４３は、上述した電力伝送周波数ｆｐ（電力変換器１２内のスイッチング回路の出力電圧の周波数）に対応した回路であり、パルス信号である計時結果信号ＴＲを電力伝送周波数ｆｐの周期（＝１／ｆｐ）で活性化するように構成される。タイマー回路１４３から出力される計時結果信号ＴＲは、判定回路１４４ａ及び振動検出回路１４５ａに供給される。

振動検出回路１４５ａは、共振回路ＲＣにおける振動信号の発生を検出可能に構成された回路であり、該振動信号の発生の検出状態を示す検出状態信号ＤＳを出力するよう構成される。本実施の形態における検出状態信号ＤＳは、ハイ又はローのいずれかの値を取る２値信号である。振動検出回路１４５ａは、共振回路ＲＣの出力電圧ＶＯが所定の閾値（後述する第１の閾値ＴＨ１）を超えた場合に、検出状態信号ＤＳをハイに活性化するよう構成される。

図４（ｂ）は、振動検出回路１４５ａの内部回路を示す図である。同図に示すように、振動検出回路１４５ａは、リセット回路１６０と、ピークホールド回路１６１とを有して構成される。

ピークホールド回路１６１は、出力電圧ＶＯから検出状態信号ＤＳを生成する回路である。具体的には、出力電圧ＶＯの値が第１の閾値ＴＨ１を超えた場合に検出状態信号ＤＳをハイに活性化してその状態を維持する一方、リセット回路１６０の制御を受けて検出状態信号ＤＳをローとするよう構成される。第１の閾値ＴＨ１は固定値であり、ピークホールド回路１６１内に予め設定される。

リセット回路１６０は、タイマー回路１４３から供給される計時結果信号ＴＲに応じて、検出状態信号ＤＳをローにリセットする回路である。具体的には、計時結果信号ＴＲがハイに活性化した場合に、検出状態信号ＤＳをローとするよう、ピークホールド回路１６１を制御する。

図４（ａ）に戻る。判定回路１４４ａは、図１１に示した駆動制御部１５１に代えて駆動制御部１５１ａを有する点、及び、振動検出回路１４５ｂが出力した検出状態信号ＤＳに応じて金属異物の有無の検出動作を実行する点で、図１１に示した判定回路１４４と相違する。その他の点では判定回路１４４と同様であるので、以下では、判定回路１４４との相違点に着目して説明する。

駆動制御部１５１ａは、スイッチ１４２の開閉状態を制御するためのスイッチ駆動信号ＳＤを生成する点では駆動制御部１５１と同様であるが、その具体的な生成方法の点で駆動制御部１５１と異なる。

具体的に説明すると、駆動制御部１５１ａは、検出状態信号ＤＳにより振動検出回路１４５ａが振動信号の発生を検出したことが示される場合には、スイッチ１４２が開状態を維持するようスイッチ駆動信号ＳＤを制御する一方、検出状態信号ＤＳにより、周期的に活性化する計時結果信号ＴＲの前回の活性化後、振動検出回路１４５ａが振動信号の発生を検出していないことが示される場合には、計時結果信号ＴＲが活性化したことに応じて、スイッチ１４２が閉状態となるようスイッチ駆動信号ＳＤを制御する。なお、「検出状態信号ＤＳにより振動検出回路１４５ａが振動信号の発生を検出したことが示される場合」とは、本実施の形態においては検出状態信号ＤＳが活性化した場合である。

また、駆動制御部１５１ａは、パルスの印加を終了するタイミングだけでなく、検出状態信号ＤＳが活性化したタイミングにおいても、異物検出部１５０に金属異物の有無の検出動作を開始させるよう構成される。

図５は、本実施の形態における、計時結果信号ＴＲ、スイッチ駆動信号ＳＤ、出力電圧ＶＯ、及び検出状態信号ＤＳの時間変化を示す図である。図５（ａ）は、電力変換器１２内のスイッチング回路のスイッチングノイズによって出力電圧ＶＯに大きな振動信号が発生している場合を示し、図５（ｂ）は、出力電圧ＶＯにそのような大きな振動信号が発生していない場合を示している。以下、この図５を参照しながら、駆動制御部１５１ａの動作について、より詳しく説明する。

時刻ｔ_１で計時結果信号ＴＲが活性化した後、駆動制御部１５１ａは、振動検出回路１４５ａから供給される検出状態信号ＤＳの監視を開始する。その後、図５（ａ）の例では、次に計時結果信号ＴＲが活性化する時刻ｔ_４（＝ｔ_１＋１／ｆｐ）の前の時刻ｔ_３において、出力電圧ＶＯの値が第１の閾値ＴＨ１を上回る。これを受けて振動検出回路１４５ａは、時刻ｔ_３で検出状態信号ＤＳをハイに活性化する。駆動制御部１５１ａは、こうして検出状態信号ＤＳがハイになったことを受けて、金属異物の有無の検出動作を開始するよう異物検出部１５０を制御する。異物検出部１５０は、この制御を受けて金属異物の有無の検出動作を開始する。この検出動作で利用される振動信号は、駆動回路１４１から共振回路ＲＣに供給される電圧Ｖｐｐ（すなわち、印加パルス）ではなく、電力変換器１２内のスイッチング回路のスイッチングノイズによって生じたものとなる。

一方、図５（ｂ）の例では、時刻ｔ_１から時刻ｔ_４までの間に出力電圧ＶＯの値が第１の閾値ＴＨ１を上回ることはない。この場合の駆動制御部１５１ａは、時刻ｔ_４で計時結果信号ＴＲが活性化したことに応じて、スイッチ１４２が閉状態となるようスイッチ駆動信号ＳＤをハイに制御する。そして、その後所定時間Ｔが経過した時刻ｔ_５で、スイッチ１４２が開状態となるようスイッチ駆動信号ＳＤをローに制御する。これにより、時刻ｔ_４から時刻ｔ_５までの所定時間Ｔにわたり、駆動回路１４１から共振回路ＲＣに電圧Ｖｐｐが供給される。これは、共振回路ＲＣへのパルスの印加に相当する。駆動制御部１５１ａはまた、パルスの印加を終了する時刻ｔ_５で金属異物の有無の検出動作を開始するよう、異物検出部１５０を制御する。異物検出部１５０は、この制御を受けて金属異物の有無の検出動作を開始する。この検出動作で利用される振動信号は、背景技術と同様、駆動回路１４１から共振回路ＲＣに供給される電圧Ｖｐｐ（すなわち、印加パルス）によって生じたものとなる。

図６は、駆動制御部１５１ａが行う処理を示すフロー図である。以下、この図６を参照しながら、駆動制御部１５１ａの動作について、さらに詳しく説明する。

図６に示すように、駆動制御部１５１ａは、ステップＳ１１〜Ｓ２１の処理を繰り返し実行するよう構成される（ステップＳ１０）。

繰り返し処理の中において、駆動制御部１５１ａはまず、計時結果信号ＴＲがハイであるか否かを判定する（ステップＳ１１）。そして、ハイでなければ、次に検出状態信号ＤＳがハイであるか否かを判定する（ステップＳ１２）。その結果、検出状態信号ＤＳもハイでなければ、ステップＳ１１に戻って計時結果信号ＴＲの判定を繰り返す。

ステップＳ１２でハイであると判定した場合の駆動制御部１５１ａは、内部フラグＦＧにＴ（真）を設定する（ステップＳ１３）とともに、異物検出部１５０を起動する（ステップＳ１４）。これにより異物検出部１５０は、電力変換器１２内のスイッチング回路のスイッチングノイズなどによって生じた振動信号に基づく金属異物の検出動作を実行することになる。ステップＳ１４で異物検出部１５０を起動した後の駆動制御部１５１ａは、ステップＳ１１に処理を戻す。

ステップＳ１１でハイであると判定した場合の駆動制御部１５１ａは、まず内部フラグＦＧがＴ（真）であるか否かを判定する（ステップＳ１５）。その結果、内部フラグＦＧがＴ（真）であると判定した場合、駆動制御部１５１ａは、内部フラグＦＧにＦ（偽）を設定し、ステップＳ１１に処理を戻す。これは、パルスの印加をキャンセルする処理に相当する。

一方、ステップＳ１５で内部フラグＦＧがＴ（真）でないと判定した場合の駆動制御部１５１ａは、スイッチ駆動信号ＳＤを用いてスイッチ１４２を閉状態とすることによって駆動回路１４１を有効にする（ステップＳ１７）とともに、計時を開始する（ステップＳ１８）。そして、所定時間Ｔが経過したか否かの判定を繰り返し行い（ステップＳ１９）、経過したと判定した場合に、スイッチ駆動信号ＳＤを用いてスイッチ１４２を開状態とすることによって駆動回路１４１を無効とし（ステップＳ２０）、さらに、異物検出部１５０を起動する（ステップＳ２１）。これにより異物検出部１５０は、電圧Ｖｐｐの印加によって生じた振動信号に基づく金属異物の検出動作を実行することになる。ステップＳ２１で異物検出部１５０を起動した後の駆動制御部１５１ａは、ステップＳ１１に処理を戻す。

以上、駆動制御部１５１ａの動作について、詳細に説明した。次に、異物検出部１５０の動作について、図７を参照しながら詳細に説明する。

図７は、異物検出部１５０が行う処理を示すフロー図である。同図に示すように、異物検出部１５０は、駆動制御部１５１ａによって起動されるとまず、出力電圧ＶＯのｎ周期時間（出力電圧ＶＯがｎ回振動するのに要する時間。振動信号の１より大きい所定波数分の振動に要する時間の長さを示す振動時間長）を計測し、計測結果を電圧に変換して取り込む（ステップＳ３０）。続いて、取り込んだｎ周期時間が予め記憶している第４の閾値ＴＨ４より大きいか否かを判定し（ステップＳ３１）、大きければ金属異物を検出したことを示す情報を出力し（ステップＳ３２）、大きくなければ金属異物を検出していないことを示す情報を出力する（ステップＳ３３）。

こうして出力された情報は、図２を参照して説明した制御信号ＤＲを生成するために使用される。具体的に説明すると、検出部１４０は、異物検出部１５０が金属異物を検出したことを示す情報を出力した場合に、停止指示を示す制御信号ＤＲを生成し、スイッチ駆動回路１２０に供給する。一方、異物検出部１５０が金属異物を検出していないことを示す情報を出力した場合に、続行指示を示す制御信号ＤＲを生成し、スイッチ駆動回路１２０に供給する。これらの制御信号ＤＲを受けたスイッチ駆動回路１２０の動作は、上述したとおりである。

以上説明したように、本実施の形態による金属異物検出装置１４によれば、給電コイルＬ１から生ずる磁束に重畳する高周波成分などにより意図せずして共振回路ＲＣに振動信号が発生した場合に、意図的に振動信号を生じさせるためのパルスの印加を中止し、生じた振動信号を利用して金属異物を検出することが可能になる。したがって、印加パルスによってアンテナコイルＬ３に生じた振動信号に高周波成分によって生じた振動信号が重なることを避けられるので、電力伝送中であっても、給電コイルＬ１と受電コイルＬ２との間に存在する金属異物を精度よく検出することが可能になる。

また、出力電圧ＶＯが第１の閾値ＴＨ１を超えた場合に検出状態信号ＤＳを活性化するよう振動検出回路１４５ａを構成し、検出状態信号ＤＳの活性化に応じて金属異物の有無の検出動作を実行するよう判定回路１４４ａを構成したので、金属異物の検出を行うために十分な振幅を有する振動信号が発生した場合に限り、判定回路１４４ａに、その振動信号を利用して金属異物を検出させることが可能になる。

また、電圧Ｖｐｐの印加によって共振回路ＲＣに振動信号を発生させる駆動回路１４１を設けたので、電力変換器１２内のスイッチング回路のスイッチングノイズなどによって発生する振動信号が金属異物の検出を行うために十分でない場合にも、金属異物の検出を行うことが可能になる。

また、振動検出回路１４５ａが振動信号の発生を検出した場合（すなわち、図６に示したステップＳ１５の判定結果が肯定である場合）に、次の計時結果信号ＴＲの活性化までスイッチ１４２が開状態を維持するように駆動制御部１５１ａを構成したので、共振回路ＲＣに意図的に電圧Ｖｐｐを印加しなくても異物検出を行える場合に、共振回路ＲＣへの電圧Ｖｐｐの印加を中止することが可能になる。

また、前回の計時結果信号ＴＲの活性化後、振動検出回路１４５ａが振動信号の発生を検出していない場合（すなわち、図６に示したステップＳ１５の判定結果が否定である場合）に、計時結果信号ＴＲが活性化したことに応じてスイッチ１４２を閉状態とするよう駆動制御部１５１ａを構成したので、金属異物の検出を行うために十分な振動信号が発生していない場合に、駆動回路１４１によって出力電圧ＶＯに意図的に振動信号を生じさせることが可能になる。

また、出力電圧ＶＯのｎ周期時間の変化に基づいて金属異物の有無を検出するよう異物検出部１５０を構成したので、電力変換器１２内のスイッチング回路のスイッチングノイズなどにより意図せずして共振回路ＲＣに発生する振動信号のような振幅の定まらない振動信号を用いる場合であっても、好適に金属異物の検出を実行することが可能になる。

図８（ａ）は、本発明の第２の実施の形態による金属異物検出装置１４に含まれる検出部１４０の機能ブロックを示す略ブロック図である。同図に示すように、本実施の形態による検出部１４０は、判定回路１４４ａに代えて判定回路１４４ｂを、振動検出回路１４５ａに代えて振動検出回路１４５ｂを、それぞれ有して構成される。その他の点では、本実施の形態によるワイヤレス電力伝送システム１は第１の実施の形態によるワイヤレス電力伝送システム１と同様であるので、同一の構成には同一の符号を付し、以下では、相違点に着目して説明を行う。

振動検出回路１４５ｂは、第１の実施の形態で説明した振動検出回路１４５ａと同様、共振回路ＲＣにおける振動信号の発生を検出可能に構成された回路であり、該振動信号の発生の検出状態を示す検出状態信号ＤＳを出力するよう構成されるが、出力する検出状態信号ＤＳの内容の点で、振動検出回路１４５ａと異なっている。振動検出回路１４５ｂが出力する検出状態信号ＤＳは、出力電圧ＶＯが所定の閾値（後述する第２の閾値ＴＨ２）を超えた回数によって表される振動信号の波数を示す信号となる。

図８（ｂ）は、振動検出回路１４５ｂの内部回路を示す図である。同図に示すように、振動検出回路１４５ｂは、閾値生成回路１６５と、比較器１６６と、カウンタ回路１６７とを有して構成される。

閾値生成回路１６５は、出力電圧ＶＯに基づいて、動的に第２の閾値ＴＨ２を生成する回路である。ただし、第２の閾値ＴＨ２を固定値としてもよく、以下では、上述した第１の閾値ＴＨ１と同じ値の固定値であるとして説明を続ける。

比較器１６６は、閾値生成回路１６５によって生成された第２の閾値ＴＨ２と、出力電圧ＶＯとを比較し、出力電圧ＶＯが第２の閾値ＴＨ２を上回っている場合にハイを、それ以外の場合にローを出力する回路である。

カウンタ回路１６７は、ハイが入力される都度、カウントアップを行う機能を有する回路である。カウンタ回路１６７には、比較器１６６の出力が入力される。したがって、カウンタ回路１６７のカウント結果は、出力電圧ＶＯが第２の閾値を超えた回数を表している。カウンタ回路１６７のカウント結果は、検出状態信号ＤＳとして判定回路１４４ｂに供給される。カウンタ回路１６７は、入力がローである状態が所定時間以上継続した場合に、カウント結果をゼロに戻すよう構成される。

図８（ａ）に戻る。判定回路１４４ｂは、駆動制御部１５１ａに代えて駆動制御部１５１ｂを有する点で、第１の実施の形態による判定回路１４４ａと相違する。その他の点では判定回路１４４ａと同様であるので、以下では、判定回路１４４ａとの相違点に着目して説明する。

駆動制御部１５１ｂは、第１の実施の形態による駆動制御部１５１ａと同様、検出状態信号ＤＳにより振動検出回路１４５ａが振動信号の発生を検出したことが示される場合には、スイッチ１４２が開状態を維持するようスイッチ駆動信号ＳＤを制御する一方、検出状態信号ＤＳにより、周期的に活性化する計時結果信号ＴＲの前回の活性化後、振動検出回路１４５ａが振動信号の発生を検出していないことが示される場合には、計時結果信号ＴＲが活性化したことに応じて、スイッチ１４２が閉状態となるようスイッチ駆動信号ＳＤを制御する。ただし、本実施の形態において「検出状態信号ＤＳにより振動検出回路１４５ａが振動信号の発生を検出したことが示される場合」とは、第１の実施の形態とは異なり、検出状態信号ＤＳにより示される波数が所定の閾値（後述する第３の閾値ＴＨ３）以上となった場合である。

また、駆動制御部１５１ｂは、第１の実施の形態による駆動制御部１５１ａとは異なり、パルスの印加を終了するタイミングに加え、検出状態信号ＤＳにより示される波数が第３の閾値ＴＨ３以上となったタイミングで、異物検出部１５０に金属異物の有無の検出動作を開始させるよう構成される。

図９は、本実施の形態における、計時結果信号ＴＲ、スイッチ駆動信号ＳＤ、出力電圧ＶＯ、及び検出状態信号ＤＳの時間変化を示す図である。同図は、電力変換器１２内のスイッチング回路のスイッチングノイズによって出力電圧ＶＯに大きな振動信号が発生している場合を示している。出力電圧ＶＯにそのような大きな振動信号が発生していない場合の各信号の時間変化は、図５（ｂ）に示したものと同様である。以下、この図９を参照しながら、駆動制御部１５１ｂの動作について、より詳しく説明する。

時刻ｔ_１で計時結果信号ＴＲが活性化した後、駆動制御部１５１ａは、振動検出回路１４５ａから供給される検出状態信号ＤＳの監視を開始する。その後、図９の例では、次に計時結果信号ＴＲが活性化する予定の時刻ｔ_４（＝ｔ_１＋１／ｆｐ）の前の時刻ｔ_６において、出力電圧ＶＯに振幅が第２の閾値ＴＨ２を上回る振動信号が発生し、振動検出回路１４５ｂの処理により検出状態信号ＤＳの値が１つずつ上昇する。ここでは上記した第３の閾値ＴＨ３が「４」であるとすると、駆動制御部１５１ａは、検出状態信号ＤＳの値が時刻ｔ_７で４に達したことに応じて、内部フラグＦＧをハイにするとともに、以後、振動信号発生のタイミングで計時結果信号ＴＲが活性化することとなるよう、タイマー回路１４３をリセットする。より具体的に言えば、時刻ｔ_６から１／ｆｐの周期で計時結果信号ＴＲが活性化することとなるよう、タイマー回路１４３をリセットする。振動信号の発生原因が電力変換器１２内のスイッチング回路のスイッチングノイズであれば、１／ｆｐの周期で振動信号が発生することになるので、このリセットにより、計時結果信号ＴＲの活性化タイミングと振動信号の発生タイミングとを合わせることができる。

その後、時刻ｔ_６から１／ｆｐ後の時刻ｔ_８で計時結果信号ＴＲが活性化すると、駆動制御部１５１ａは、内部フラグＦＧを参照することによって意図しない振動信号が発生していることを把握し、金属異物の有無の検出動作を開始するよう異物検出部１５０を制御する。異物検出部１５０は、この制御を受けて金属異物の有無の検出動作を開始する。この検出動作で利用される振動信号は、駆動回路１４１から共振回路ＲＣに供給される電圧Ｖｐｐ（すなわち、印加パルス）ではなく、電力変換器１２内のスイッチング回路のスイッチングノイズによって生じたものとなる。

図１０は、駆動制御部１５１ｂが行う処理を示すフロー図である。以下、この図１０を参照しながら、駆動制御部１５１ｂの動作について、さらに詳しく説明する。

図１０に示すように、駆動制御部１５１ｂは、ステップＳ４１〜Ｓ５１の処理を繰り返し実行するよう構成される（ステップＳ４０）。

繰り返し処理の中において、駆動制御部１５１ｂはまず、計時結果信号ＴＲがハイであるか否かを判定する（ステップＳ４１）。そして、ハイでなければ、次に検出状態信号ＤＳが第３の閾値ＴＨ３以上であるか否かを判定する（ステップＳ４２）。その結果、検出状態信号ＤＳが第３の閾値ＴＨ３以上でなければ、ステップＳ４１に戻って計時結果信号ＴＲの判定を繰り返す。

ステップＳ４２で第３の閾値ＴＨ３以上であると判定した場合の駆動制御部１５１ｂは、内部フラグＦＧにＴ（真）を設定する（ステップＳ４３）とともに、振動信号発生のタイミングで計時結果信号ＴＲが活性化することとなるようタイマー回路１４３をリセットする（ステップＳ４４）。リセット処理の詳細は、上述したとおりである。ステップＳ４４でタイマー回路１４３をリセットした後の駆動制御部１５１ｂは、ステップＳ４１に処理を戻す。

ステップＳ４１でハイであると判定した場合の駆動制御部１５１ａは、まず内部フラグＦＧがＴ（真）であるか否かを判定する（ステップＳ４５）。その結果、内部フラグＦＧがＴ（真）であると判定した場合、駆動制御部１５１ａは、内部フラグＦＧにＦ（偽）を設定したうえで（ステップＳ４６）、異物検出部１５０を起動する（ステップＳ５１）。これにより異物検出部１５０は、電力変換器１２内のスイッチング回路のスイッチングノイズなどによって生じた振動信号に基づく金属異物の検出動作を実行することになる。ステップＳ５１で異物検出部１５０を起動した後の駆動制御部１５１ｂは、ステップＳ４１に処理を戻す。

一方、ステップＳ４５で内部フラグＦＧがＴ（真）でないと判定した場合の駆動制御部１５１ｂは、スイッチ駆動信号ＳＤを用いてスイッチ１４２を閉状態とすることによって駆動回路１４１を有効にする（ステップＳ４７）とともに、計時を開始する（ステップＳ４８）。そして、所定時間Ｔが経過したか否かの判定を繰り返し行い（ステップＳ４９）、経過したと判定した場合に、スイッチ駆動信号ＳＤを用いてスイッチ１４２を開状態とすることによって駆動回路１４１を無効とし（ステップＳ５０）、さらに、異物検出部１５０を起動する（ステップＳ５１）。これにより異物検出部１５０は、電圧Ｖｐｐの印加によって生じた振動信号に基づく金属異物の検出動作を実行することになる。ステップＳ５１で異物検出部１５０を起動した後の駆動制御部１５１ｂは、ステップＳ４１に処理を戻す。

以上説明したように、本実施の形態による金属異物検出装置１４によっても、給電コイルＬ１から生ずる磁束に重畳する高周波成分などにより意図せずして共振回路ＲＣに振動信号が発生した場合に、意図的に振動信号を生じさせるためのパルスの印加を中止し、生じた振動信号を利用して金属異物を検出することが可能になる。したがって、印加パルスによってアンテナコイルＬ３に生じた振動信号に高周波成分によって生じた振動信号が重なることを避けられるので、電力伝送中であっても、給電コイルＬ１と受電コイルＬ２との間に存在する金属異物を精度よく検出することが可能になる。

また、本実施の形態によれば、検出状態信号ＤＳを、共振回路ＲＣに現れる電圧が第２の閾値ＴＨ２を超えた回数によって表される振動信号の波数を示す信号とし、この検出状態信号ＤＳにより示される波数が第３の閾値ＴＨ３以上となった場合に、金属異物の有無の検出動作を実行するよう判定回路１４４ｂを構成したので、金属異物の検出を行うために十分な波数を有する振動信号が発生した場合に限り、判定回路１４４ｂに、その振動信号を利用して金属異物を検出させることが可能になる。

以上、本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明はこうした実施の形態に何等限定されるものではなく、本発明が、その要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施され得ることは勿論である。

例えば、上記実施の形態では、計時結果信号ＴＲの活性化に応じて駆動制御部１５１ａ，１５１ｂがスイッチ駆動信号ＳＤをハイに制御する（すなわち、共振回路ＲＣに電圧Ｖｐｐを印加する）のは、前回の計時結果信号ＴＲの活性化後、振動検出回路１４５ａ，１４５ｂが振動信号の発生を検出していない場合のみとしていたが、ワイヤレス電力伝送システム１が動作を停止している場合あるいは小電力による電力伝送を行っている場合には、駆動制御部１５１ａ，１５１ｂは、振動検出回路１４５ａ，１４５ｂが振動信号の発生を検出しているか否かにかかわらず、計時結果信号ＴＲの活性化に応じてスイッチ駆動信号ＳＤをハイに制御することとしてもよい。なお、この処理を行う場合における駆動制御部１５１ａ，１５１ｂは、図２に示したスイッチ駆動回路１２０からワイヤレス電力伝送システム１の動作状況を示す情報を受信し、この情報に基づいて、ワイヤレス電力伝送システム１が動作を停止しているか否か、あるいは小電力による電力伝送を行っているか否かを判定することとしてもよい。こうすることで、駆動制御部１５１ａ，１５１ｂは、ワイヤレス電力伝送システム１が動作を停止していることあるいは小電力による電力伝送を行っていることにより、給電コイルＬ１から生ずる磁束に重畳する高周波成分などによっては十分な振動信号が発生しない場合に、駆動回路１４１によって意図的に振動信号を生じさせることが可能になる。

１ ワイヤレス電力伝送システム
２ 負荷
１０ ワイヤレス給電装置
１１ 直流電源
１２ 電力変換器
１３ 給電コイル部
１４ 金属異物検出装置
２０ ワイヤレス受電装置
２１ 受電コイル部
２２ 整流器
１２０ スイッチ駆動回路
１４０ 検出部
１４１ 駆動回路
１４２ スイッチ
１４３ タイマー回路
１４４ａ，１４４ｂ 判定回路
１４５ａ，１４５ｂ 振動検出回路
１５０ 異物検出部
１５１ａ，１５１ｂ 駆動制御部
１６０ リセット回路
１６１ ピークホールド回路
１６５ 閾値生成回路
１６６ 比較器
１６７ カウンタ回路
Ｃ０ 平滑用キャパシタ
Ｃ１ 給電側コンデンサ
Ｃ２ 非受電側コンデンサ
Ｃ３ コンデンサ
Ｄ１〜Ｄ４ ダイオード
ＤＲ 制御信号
ＤＳ 検出状態信号
ＦＧ 内部フラグ
Ｌ１ 給電コイル
Ｌ２ 受電コイル
Ｌ３ アンテナコイル
Ｍ１２ 相互インダクタンス
ＲＣ 共振回路
ＳＤ スイッチ駆動信号
ＳＧ１〜ＳＧ４ 制御信号
ＳＷ１〜ＳＷ４ スイッチング素子
ＴＲ 計時結果信号
ＶＯ 出力電圧

Claims (17)

1. 給電コイルから受電コイルにワイヤレスにて電力伝送するワイヤレス電力伝送システムに用いられる金属異物検出装置であって、
   アンテナコイルと、
   前記アンテナコイルとともに共振回路を形成するキャパシタと、
   前記共振回路に電圧を印加することにより、前記共振回路に振動信号を発生させる駆動回路と、
   前記駆動回路と前記共振回路との間に挿入されたスイッチと、
   前記共振回路における前記振動信号の発生を検出可能に構成された振動検出回路と、
   前記振動信号に基づいて金属異物の有無を検出する判定回路と、を備え、
   前記振動検出回路は、前記振動信号の発生の検出状態を示す検出状態信号を出力するよう構成され、
   前記判定回路は、前記スイッチの開閉状態を制御するためのスイッチ駆動信号を生成する駆動制御部を含み、
   前記駆動制御部は、前記検出状態信号により前記振動検出回路が前記振動信号の発生を検出したことが示される場合に、前記スイッチが開状態を維持するよう前記スイッチ駆動信号を制御し、
   前記判定回路は、前記検出状態信号に応じて、金属異物の有無の検出動作を実行するよう構成される、
   金属異物検出装置。
2. 前記振動検出回路は、前記共振回路に現れる電圧が第１の閾値を超えた場合に前記検出状態信号を活性化するよう構成され、
   前記判定回路は、前記検出状態信号の活性化に応じて、金属異物の有無の検出動作を実行するよう構成される、
   請求項１に記載の金属異物検出装置。
3. 前記検出状態信号は、前記共振回路に現れる電圧が第２の閾値を超えた回数によって表される前記振動信号の波数を示す信号であり、
   前記判定回路は、前記検出状態信号により示される前記波数が第３の閾値以上となった場合に、金属異物の有無の検出動作を実行するよう構成される、
   請求項１又は２に記載の金属異物検出装置。
4. 前記給電コイルに電圧を印加するスイッチング回路の出力電圧の周波数に対応する周期で計時結果信号を活性化するタイマー回路をさらに備え、
   前記駆動制御部は、前記検出状態信号により、前回の前記計時結果信号の活性化後、前記振動検出回路が前記振動信号の発生を検出していないことが示される場合に、前記計時結果信号が活性化したことに応じて、前記スイッチが閉状態となるよう前記スイッチ駆動信号を制御する、
   請求項１乃至３のいずれか一項に記載の金属異物検出装置。
5. 前記駆動制御部は、前記ワイヤレス電力伝送システムが動作を停止している場合あるいは小電力による電力伝送を行っている場合に、前記スイッチが閉状態となるよう前記スイッチ駆動信号を制御する、
   請求項１乃至３のいずれか一項に記載の金属異物検出装置。
6. 前記判定回路は、前記振動信号の１より大きい所定波数分の振動に要する時間の長さを示す振動時間長の変化に基づいて、金属異物の有無を検出するよう構成される、
   請求項１乃至５のいずれか一項に記載の金属異物検出装置。
7. 給電コイルから受電コイルにワイヤレスにて電力伝送するワイヤレス電力伝送システムに用いられる金属異物検出装置であって、
   アンテナコイルと、
   前記アンテナコイルとともに共振回路を形成するキャパシタと、
   前記共振回路に電圧を印加することにより、前記共振回路に振動信号を発生させる駆動回路と、
   前記駆動回路と前記共振回路との間に挿入されたスイッチと、
   前記給電コイルに電圧を印加するスイッチング回路の出力電圧の周波数に対応する周期で計時結果信号を活性化するタイマー回路と、
   前記共振回路における前記振動信号の発生を検出可能に構成された振動検出回路と、
   前記振動信号に基づいて金属異物の有無を検出する判定回路と、を備え、
   前記振動検出回路は、前記振動信号の発生の検出状態を示す検出状態信号を出力するよう構成され、
   前記判定回路は、前記スイッチの開閉状態を制御するためのスイッチ駆動信号を生成する駆動制御部を含み、
   前記駆動制御部は、前記検出状態信号により、前回の前記計時結果信号の活性化後、前記振動検出回路が前記振動信号の発生を検出していないことが示される場合に、前記計時結果信号が活性化したことに応じて、前記スイッチが閉状態となるよう前記スイッチ駆動信号を制御し、
   前記判定回路は、前記検出状態信号に応じて、金属異物の有無の検出動作を実行するよう構成される、
   金属異物検出装置。
8. 前記振動検出回路は、前記共振回路に現れる電圧が第１の閾値を超えた場合に前記検出状態信号を活性化するよう構成され、
   前記判定回路は、前記検出状態信号の活性化に応じて、金属異物の有無の検出動作を実行するよう構成される、
   請求項７に記載の金属異物検出装置。
9. 前記検出状態信号は、前記共振回路に現れる電圧が第２の閾値を超えた回数によって表される前記振動信号の波数を示す信号であり、
   前記判定回路は、前記検出状態信号により示される前記波数が第３の閾値以上となった場合に、金属異物の有無の検出動作を実行するよう構成される、
   請求項７又は８に記載の金属異物検出装置。
10. 前記判定回路は、前記振動信号の１より大きい所定波数分の振動に要する時間の長さを示す振動時間長の変化に基づいて、金属異物の有無を検出するよう構成される、
    請求項７乃至９のいずれか一項に記載の金属異物検出装置。
11. 給電コイルから受電コイルにワイヤレスにて電力伝送するワイヤレス電力伝送システムに用いられる金属異物検出装置であって、
    アンテナコイルと、
    前記アンテナコイルとともに共振回路を形成するキャパシタと、
    前記共振回路に電圧を印加することにより、前記共振回路に振動信号を発生させる駆動回路と、
    前記駆動回路と前記共振回路との間に挿入されたスイッチと、
    前記共振回路における前記振動信号の発生を検出可能に構成された振動検出回路と、
    前記振動信号に基づいて金属異物の有無を検出する判定回路と、を備え、
    前記振動検出回路は、前記振動信号の発生の検出状態を示す検出状態信号を出力するよう構成され、
    前記判定回路は、前記スイッチの開閉状態を制御するためのスイッチ駆動信号を生成する駆動制御部を含み、
    前記駆動制御部は、前記ワイヤレス電力伝送システムが動作を停止している場合あるいは小電力による電力伝送を行っている場合に、前記スイッチが閉状態となるよう前記スイッチ駆動信号を制御し、
    前記判定回路は、前記検出状態信号に応じて、金属異物の有無の検出動作を実行するよう構成される、
    金属異物検出装置。
12. 前記振動検出回路は、前記共振回路に現れる電圧が第１の閾値を超えた場合に前記検出状態信号を活性化するよう構成され、
    前記判定回路は、前記検出状態信号の活性化に応じて、金属異物の有無の検出動作を実行するよう構成される、
    請求項１１に記載の金属異物検出装置。
13. 前記検出状態信号は、前記共振回路に現れる電圧が第２の閾値を超えた回数によって表される前記振動信号の波数を示す信号であり、
    前記判定回路は、前記検出状態信号により示される前記波数が第３の閾値以上となった場合に、金属異物の有無の検出動作を実行するよう構成される、
    請求項１１又は１２に記載の金属異物検出装置。
14. 前記判定回路は、前記振動信号の１より大きい所定波数分の振動に要する時間の長さを示す振動時間長の変化に基づいて、金属異物の有無を検出するよう構成される、
    請求項１１乃至１３のいずれか一項に記載の金属異物検出装置。
15. 前記給電コイルと、
    請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の金属異物検出装置と、
    を備えるワイヤレス給電装置。
16. 前記受電コイルと、
    請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の金属異物検出装置と、
    を備えるワイヤレス受電装置。
17. 前記給電コイルを有するワイヤレス給電装置と、
    前記受電コイルを有するワイヤレス受電装置と、を備え、
    前記ワイヤレス給電装置及び前記ワイヤレス受電装置の少なくとも一方は、請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の金属異物検出装置を備える、
    ワイヤレス電力伝送システム。

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