JPWO2014013699A1 - 電力伝送コイル - Google Patents

Abstract

電力伝送コイルは、非巻回部を中心に巻回された巻線を有する平面コイルと、平面コイルを上方から覆うカバーと、非巻回部に設けられた異物検知部と、平面コイルと異物検知部と電気的に接続される電力制御回路とを備える。カバーの上面は異物検知部に向かって傾斜する傾斜部分を有する。電力制御回路は、異物検知部の出力により非巻回部において異物を検知しないと、平面コイルによる電力の伝送を行うように動作する。また、電力制御回路は、異物検知部の出力により非巻回部において異物を検知すると、平面コイルによる電力の伝送を停止するように動作する。この電力伝送コイルは、発熱する可能性がある小さい異物を検知することができる。

Description

本発明は、非接触で電力を伝送するための電力伝送コイルに関する。

近年、直接的な電気的接続によらずに、非接触で電力を伝送する非接触給電技術が開発されている。

図１１は特許文献１に記載されている従来の共鳴型非接触給電システム５００の構成図である。共鳴型非接触給電システム５００は非接触給電技術を適用して二次電池を充電する。共鳴型非接触給電システム５００は給電側設備１０１と移動体側設備１２３とを備える。給電側設備１０１は、高周波電源１１０から電力の供給を受ける１次側共鳴コイル１１３を備える。移動体側設備１２３は、１次側共鳴コイル１１３からの電力を受電する２次側共鳴コイル１２１と、バッテリ１２５の電圧を検出する電圧センサ１２７と、その検出信号に基づいて充電状態を検知する車両側コントローラ１２９を備える。

車両側コントローラ１２９は、充電状態からバッテリ１２５のインピーダンス値を推定し、インピーダンスの推定値と、現在のバッテリ１２５のインピーダンス値との差の絶対値が閾値より大きい場合に、異物が１次側共鳴コイル１１３と２次側共鳴コイル１２１との間に存在すると判断する。その結果、送電に悪影響を与える異物の存在を、専用のセンサを設けずに検出することができる。

特開２０１１−２４４５３１号公報

電力伝送コイルは、非巻回部を中心に巻回された巻線を有する平面コイルと、平面コイルを上方から覆うカバーと、非巻回部に設けられた異物検知部と、平面コイルと異物検知部と電気的に接続される電力制御回路とを備える。カバーの上面は異物検知部に向かって傾斜する傾斜部分を有する。電力制御回路は、異物検知部の出力により非巻回部において異物を検知しないと、平面コイルによる電力の伝送を行うように動作する。また、電力制御回路は、異物検知部の出力により非巻回部において異物を検知すると、平面コイルによる電力の伝送を停止するように動作する。

この電力伝送コイルは、発熱する可能性がある小さい異物を検知することができる。

図１は本発明の実施の形態１における電力伝送コイルの斜視図である。 図２Ａは実施の形態１における電力伝送コイルの分解斜視図である。 図２Ｂは実施の形態１における電力伝送コイルの異物検知部の分解斜視図である。 図３は図１に示す電力伝送コイルの線３−３における断面図である。 図４は実施の形態１における電力伝送コイルの斜視図である。 図５Ａは実施の形態１における電力伝送コイルの他のカバーの斜視図である。 図５Ｂは実施の形態１における電力伝送コイルのさらに他のカバーの斜視図である。 図６は実施の形態１における他の電力伝送コイルの断面図である。 図７Ａは本発明の実施の形態２における電力伝送コイルの斜視図である。 図７Ｂは実施の形態２における電力伝送コイルの異物検知部の分解斜視図である。 図７Ｃは図７Ｂに示す異物検知部の断面図である。 図８は本発明の実施の形態３における電力伝送コイルの斜視図である。 図９は本発明の実施の形態３における他の電力伝送コイルの斜視図である。 図１０は本発明の実施の形態４における電力伝送コイルの斜視図である。 図１１は従来の共鳴型非接触給電システムの構成図である。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における電力伝送コイル１１の分解斜視図である。図２Ａは電力伝送コイル１１の分解斜視図である。図３は図１に示す電力伝送コイル１１の線３−３における断面図である。

電力伝送コイル１１は、台座２５と、台座２５の上面２５Ａに設けられた平面コイル１５と、台座２５の上面２５Ａに設けられたカバー１７と、異物検知部１９と、平面コイル１５と異物検知部１９と電気的に接続される電力制御回路２１とを備える。平面コイル１５は中央部に設けられた非巻回部１３を中心に巻回された巻線１５Ｃよりなる。上方から見て、平面コイル１５は非巻回部１３を中心とする円環形状を有する。巻線１５Ｃは非巻回部１３には位置しない。カバー１７は非巻回部１３の少なくとも一部を露出するように平面コイル１５を上方から覆う。上方から見て、カバー１７は円環形状を有する。異物検知部１９は非巻回部１３に設けられている。カバー１７の上面１７Ａは、異物検知部１９に向かって傾斜する傾斜部分２３を有する。傾斜部分２３はカバー１７の円環形状の内周１７Ｄまで傾斜している。電力制御回路２１は、異物検知部１９の出力により異物を検知しないと平面コイル１５に電力を伝送させ、異物検知部１９の出力により異物を検知すると平面コイル１５による電力の伝送を停止する。

図１１に示す共鳴型非接触給電システム５００では、バッテリ１２５のインピーダンス値に基づいて異物の存在を判断する。共鳴型非接触給電システム５００は異物の存在を検出する専用のセンサを備えていないので、１次側共鳴コイル１１３と２次側共鳴コイル１２１の大きさや、供給する電力の大きさ等によっては、それらにより決まる大きさ以下の、小さい異物の検知が困難になる可能性がある。この小さい異物が存在した状態で電力供給を行うと、小さい異物の材質や熱容量に基づく、発熱と放熱との熱収支によっては、小さい異物が発熱する可能性がある。

図４は異物３１が落下した場合の実施の形態１における電力伝送コイル１１の斜視図である。平面コイル１５に向かって落下した異物３１は、カバー１７の傾斜部分２３により、平面コイル１５の非巻回部１３に設けた異物検知部１９へ導かれる。その結果、異物３１が落下後に平面コイル１５の巻線１５Ｃ上に留まる可能性を極めて低減できるので、平面コイル１５が磁界を発生しても、磁界による異物３１の発熱可能性を低減できる。さらに、落下した異物３１は異物検知部１９に当接し、載置される。これにより、異物検知部１９は、異物３１が小さくても、その存在を直接検知することができる。従って、異物検知部１９は発熱する可能性がある小さい異物３１を検知することが可能になるとともに、異物３１を検知すると電力制御回路２１は電力伝送を停止するので、異物３１の発熱可能性を低減することが可能な電力伝送コイル１１が得られる。

以下、より具体的に電力伝送コイル１１の構成、動作について説明する。

電力伝送コイル１１の一次側となる平面コイル１５の巻線１５Ｃは一平面（台座２５の上面２５Ａ）上で巻回され、例えばリッツ線である。実施の形態１では、平面コイル１５の巻線１５Ｃは一平面上で、一層のみらせん状に巻回されている。巻線１５Ｃは複数層に巻回されていてもよい。この場合、複数層の巻線１５Ｃ全体を平面コイル１５と呼ぶ。

巻線１５Ｃからなる平面コイル１５は樹脂材料からなる台座２５により固定されている。台座２５の上面２５Ａには巻線１５を収納する溝が設けられていてもよい。

台座２５に固定された平面コイル１５の上方にはカバー１７が設けられる。図１に示すように、カバー１７は平面コイル１５の非巻回部１３と取り出し線以外の全体を覆う大きさと形状を有する。

カバー１７は樹脂材料からなり、図２Ａに示すように、上方から見て円環形状を有し、図３に示すように、半円形状の断面を有する。すなわち、カバー１７は円形状の断面を有するリングを水平方向に二等分して得られた形状を有する。従って、カバー１７の上面１７Ａは円環形状の内周１７Ｄに向かって内周１７Ｄまで傾斜する傾斜部分２３を有する。カバー１７の上面１７Ａは円環形状の外周１７Ｅに向かって外周１７Ｅまで傾斜する傾斜部分２３Ａをさらに有する。

カバー１７は平面コイル１５の上方に設けられ、底を有さず空洞１７Ｃを有する中空構造を有する。カバー１７は空洞１７Ｃを有しない中実構造を有していてもよい。この場合、台座２５ではなく、カバー１７に平面コイル１５の巻線１５Ｃを固定する溝が設けられていてもよい。

台座２５の上面２５Ａには孔２７が設けられている。実施の形態１では孔２７は貫通孔である。孔２７は平面コイル１５の非巻回部１３と対向する位置に設けられている。孔２７には異物検知部１９が挿入されている。孔２７には台座２５の下面２５Ｂから異物検知部１９が挿入されて固定され、その結果、非巻回部１３に異物検知部１９が設けられる。

異物検知部１９は、落下した異物３１が当接すると信号を出力するように構成されている。カバー１７が円環形状を有するので、異物検知部１９は円形状を有する。実施の形態１では異物検知部１９は接触センサである。接触センサは２枚の対向電極からなり、異物の当接、載置により２枚の対向電極が電気的に接触することで、対向電極間の抵抗値が大きく変化する。接触センサは、この変化を信号として出力する。

異物検知部１９が孔２７に設けられた台座２５は基板２９に固定される。基板２９は磁性体からなり、平面コイル１５が発生する磁束の基板２９の下面２９Ｂの下方への漏洩を低減する。なお、電力伝送コイル１１の仕様により、平面コイル１５が基板２９の下方に発生する漏洩磁束が問題にならない場合は、基板２９は磁性体により形成しなくてもよい。

図２Ｂは接触センサである異物検知部１９の分解斜視図である。２枚の対向電極１９４、１９６は、リング状のスペーサ１９８を介して対向するように配置されている。対向電極１９４、１９６はスペーサ１９８以外の部分で空気を介して対向する。異物検知部１９上に異物が存在しなければ対向電極１９４、１９６間は電気的に開放状態であるので、対向電極１９４、１９６間の抵抗値は極めて大きい。異物検知部１９上のスペーサ１９８以外の場所に異物が存在すると、その部分で対向電極１９４、１９６が接触する。これにより、対向電極１９４、１９６間の抵抗値が大きく低下するように変化する。

平面コイル１５と異物検知部１９は電力制御回路２１と電気的に接続される。電力制御回路２１は、例えば商用電力を電力伝送用の周波数に変換して、平面コイル１５に供給するように構成されている。これにより、図３に示すように、平面コイル１５に近接させた二次側コイル２１５へ電力を非接触で供給することができる。また、電力制御回路２１には、異物検知部１９の出力を始めとする様々な制御パラメータに基づいて、電力伝送を制御するためのマイクロコンピュータが内蔵されている。

なお、二次側コイル２１５は非接触で電力供給を受ける機器２１１に搭載される。機器２１１は特定の機器に限定されるものではない。例えば、携帯電話の非接触充電機器は、一次側コイル（平面コイル１５）の上面に異物があることをユーザが容易に判断できる。このような機器よりも、ユーザによる異物検知が困難な電気自動車やロボットなどの移動体機器の方が実施の形態１における電力伝送コイル１１の効果が顕著に得られる。

図２Ａに示すように、平面コイル１５の巻線１５Ｃが巻回されている部分はカバー１７と台座２５により覆われる。ここで、カバー１７と台座２５はいずれも樹脂製であるので、平面コイル１５が発生する磁界を妨げることはほとんどなく、カバー１７と台座２５の電力伝送への影響は極めて小さい。

図２Ａに示すように電力伝送コイル１１では、カバー１７の円環形状の内径が異物検知部１９の円形状の外径と、形状誤差、および組み立て誤差の範囲内で実質的に等しい。従って、落下した異物３１がカバー１７の傾斜部分２３に沿って移動すると、異物３１の一部が必ず異物検知部１９に当接する。その結果、異物検知部１９は異物３１を高確度に検知することができる。

異物検知部１９の外径がカバー１７の内径よりも大きいと、異物検知部１９の対向電極１９４、１９６の一部が平面コイル１５と重なる可能性がある。その結果、対向電極１９４、１９６が平面コイル１５にとって異物となり、電力伝送に寄与する磁界に影響を及ぼす場合がある。逆に、異物検知部１９の外径がカバー１７の内径よりも小さいと、カバー１７の内周１７Ｄの直近に当接した異物３１の検知ができなくなる可能性がある。これらのことから、カバー１７の内径が異物検知部１９の外径と実質的に等しくなることが望ましい。

図３に示すように、異物検知部１９は平面コイル１５より下方にすなわち低い位置に配される。異物検知部１９が平面コイル１５より高い位置に配されると、平面コイル１５が発生する、電力伝送に寄与する磁界の一部が異物検知部１９の対向電極１９４、１９６にかかり、電力伝送に影響を及ぼす可能性がある。なお、異物検知部１９は、平面コイル１５より低い位置であるほど、磁界に対する影響が小さくなるものの、低すぎると、その分、台座２５が高くなる。さらに、磁性体からなる基板２９と平面コイル１５との距離が大きくなり、漏洩磁束が増える可能性もある。従って、磁界への影響、台座２５の高さ、漏洩磁束等を考慮して、平面コイル１５より低い最適な位置に平面コイル１５を配すればよい。

なお、電力伝送への影響が十分に小さい場合は、異物検知部１９と平面コイル１５を同じ高さに配してもよい。この場合、台座２５を薄くすることができ、漏洩磁束の低減も可能となる。

次に、電力伝送コイル１１の動作について図４を用いて説明する。

まず、電力伝送コイル１１の非使用時に、異物３１が、矢印に示すように、平面コイル１５の上方から落下した場合について説明する。異物３１は例えば硬貨である。異物３１はカバー１７に衝突し、傾斜部分２３に沿って異物検知部１９に当接する。そして、異物検知部１９上に異物３１が載置される。

異物検知部１９上に異物３１が載置された状態で、電力伝送を開始する際に電力制御回路２１の電源がオンになると、電力制御回路２１は、まず異物検知部１９の出力を取り込む。異物検知部１９は上記したように接触センサである。従って、異物検知部１９上に載置された異物３１により接触センサの対向電極１９４、１９６が接触しているので、対向電極１９４、１９６間の抵抗値が小さくなっている。ゆえに、電力制御回路２１は、異物検知部１９の出力を取り込むことで、異物検知部１９上に異物３１が載置されていると判断する。

異物検知部１９上に異物３１が載置されていると判断すると、電力制御回路２１は電力伝送を開始せずに停止し、ユーザへ異物３１の載置を報知する。異物検知部１９上に異物３１が載置されていないと判断すると、電力制御回路２１は電力伝送を開始する。これにより、ユーザは、電力伝送コイル１１を確認して異物３１を取り除くことができる。

このような動作により、次のような効果（１）〜（３）が得られる。

（１）カバー１７の傾斜部分２３により、異物検知部１９で検知できない平面コイル１５の巻回部分上に異物３１が載置される可能性を極めて低減できる。

（２）異物３１が異物検知部１９上に至るように導かれるので、異物３１を検知する確度が向上する。

（３）電力制御回路２１は、電力伝送前に異物３１の載置を報知するので、異物３１が載置されたまま電力伝送を行うことによる異物３１の発熱可能性を低減することができる。

次に、電力伝送中に異物３１が落下した場合の電力伝送コイル１１の動作について説明する。

電力の伝送中は平面コイル１５の上方に機器２１１の二次側コイル２１５が位置して平面コイル１５を覆う。したがって、電力の伝送中に落下する異物３１は、例えば機器２１１の底面に取り付けられるネジ類である可能性が高い。すなわち、機器２１１の動作により、ある程度ネジが緩み、電力の伝送中に落下することが想定される。

電力制御回路２１は、電力の伝送中も異物検知部１９の出力を監視している。電力の伝送中に、上記したようにネジ等の異物３１が落下すると、図４に示すように、異物３１はカバー１７の傾斜部分２３に沿って異物検知部１９に導かれて当接する。これにより、電力制御回路２１は異物３１が異物検知部１９に載置されたことを検知し、直ちに平面コイル１５による電力の伝送を停止する。その結果、異物３１が発熱する可能性を低減できる。そして、電力制御回路２１は、異物３１の検知により電力の伝送を停止したことをユーザに報知する。従って、ユーザが機器２１１を移動させて異物３１を除去する等の対策を取ることができる。

電力の伝送中の異物３１の落下時であっても、上記した効果（１）、（２）は得られる。

以上の構成、動作により、平面コイル１５に向かって落下した異物３１は、カバー１７の傾斜部分２３により、平面コイル１５の非巻回部１３に設けた異物検知部１９へ導かれる。その結果、異物３１が落下後に平面コイル１５の巻回部分上に留まる可能性を極めて低減できるので、平面コイル１５が磁界を発生しても、磁界による異物３１の発熱可能性を低減できる。さらに、落下した異物３１は異物検知部１９に当接し、載置される。これにより、異物検知部１９は、小さな異物３１であっても、その存在を直接検知することができる。従って、発熱する可能性がある小さい異物３１を検知することが可能になるとともに、異物３１を検知すると電力伝送を停止するので、異物３１の発熱可能性を低減することが可能な電力伝送コイル１１が得られる。

なお、実施の形態１では、カバー１７はリング形状を水平方向に二等分した半リング形状を有するが、この形状に限定されるものではない。

図５Ａは実施の形態１における電力伝送コイル１１の他のカバー２１７の斜視図である。図５Ａに示すように、カバー２１７は上方から見て円環形状を有し、三角形状の断面を有する。この場合もカバー２１７の上面２１７Ａは異物検知部１９に向ってカバー２１７の円環形状の内周２１７Ｄまで傾斜する傾斜部分２２３を有する。

図５Ｂは実施の形態１における電力伝送コイル１１のさらに他のカバー３１７の斜視図である。カバー３１７は、上方から見て円環形状を有する。カバー３１７の上面３１７Ａ全面が円環形状の内周３１７Ｄに向かって内周３１７Ｄまで傾斜する傾斜部分３２３を有する。この場合、平面コイル１５の外周付近に向かって落下した異物も異物検知部１９へ導かれる。従って、異物が平面コイル１５の外周より外側に至ることで電力伝送に影響を及ぼす可能性がある電力伝送コイル１１の仕様、環境の場合は、カバー３１７により異物の電力伝送への影響を低減することができる。

このように、カバー１７（２１７、３１７）の上面１７Ａ（２１７Ａ、３１７Ａ）の少なくとも一部に異物検知部１９に向かってカバー１７（２１７、３１７）の円環形状の内周１７Ｄ（２１７Ｄ、３１７Ｄ）まで傾斜する傾斜部分２３（２２３、３２３）が形成されていれば、上面１７Ａ（２１７Ａ、３１７Ａ）の曲率や形状が特に限定されるものではない。

また、実施の形態１では、異物検知部１９は接触センサであるが、抵抗値変化による接触センサに限定されるものではない。すなわち、異物検知部１９は、異物の当接、載置を検知できればよく、例えば静電容量、超音波、赤外光などの変化を検知するセンサでもよい。但し、これらの構成は回路が複雑になる可能性が高いため、異物検知部１９として接触センサが望ましい。

また、実施の形態１における異物検知部１９は、異物３１の材質（金属、樹脂、セラミックスなど）を区別することができない。従って、電力制御回路２１は、異物３１が電力伝送効率や発熱に影響しない、樹脂やセラミックスからなる場合でも、異物３１を検知して電力の伝送を停止させ、異物３１があることを報知する。これにより、ユーザが異物除去等の対策を行うことで、異物検知部１９の上面には異物３１が存在しない可能性が高まる。その結果、異物３１の検知精度が高くなる。

実施の形態１における電力伝送コイル１１では、図３に示すように、平面コイル１５の内周に沿ってカバー１７の内周１７Ｄが配される。非巻回部１３に設けられた異物検知部１９を構成する対向電極１９４、１９６などの金属部分で発生する渦電流損は小さい。

図６は実施の形態１における他の電力伝送コイル１１Ａの断面図である。図６において、図１から図４に示す電力伝送コイル１１と同じ部分には同じ参照番号を付す。電力伝送コイル１１Ａは、平面コイル１５の内周に沿って設けられたフェライト等の磁性材料よりなる磁性体２５１をさらに備える。磁性体２５１は平面コイル１５とカバー２３との間に配置されて円環形状を有する。平面コイル１５の内周の近傍に発生する磁束は磁性体２５１に集中するので、非巻回部１３に至る磁束が少なくなる。その結果、非巻回部１３に設けられた異物検知部１９を構成する対向電極１９４、１９６などの金属部分で発生する渦電流損をさらに低減することができる。

（実施の形態２）
図７Ａは本発明の実施の形態２における電力伝送コイル１１Ｂの斜視図である。図７Ａにおいて、図１から図４に示す実施の形態１における電力伝送コイル１１と同じ部分には同じ参照符号を付す。図７Ａは電力伝送コイル１１Ｂに異物３１が落下している状態を示す。

電力伝送コイル１１Ｂは、実施の形態１における電力伝送コイル１１の異物検知部１９と電力制御回路２１の代わりに、異物検知部１９Ｂと電力制御回路２１Ｂを備える。電力制御回路２１Ｂは、実施の形態１における電力制御回路２１の機能に加えて、異物検知部１９Ｂの出力より異物３１の大きさを求めることができ、異物３１の大きさが所定の大きさより小さい場合には、異物３１が異物検知部１９Ｂに当接していないと判断する。電力制御回路２１Ｂは、異物３１の大きさが所定の大きさ以上である場合には、異物３１が異物検知部１９Ｂに当接していると判断する。

これにより、実施の形態１の効果に加え、異物３１が小さくて、電力の伝送時に異物３１がほとんど発熱せず、結果として電力伝送効率にほとんど影響しない場合は、電力制御回路２１Ｂは、異物３１を検知していないと判断して平面コイル１５に電力を伝送させる。これにより、電力の伝送を行う機会が減る可能性を低減することができる。

以下、より具体的に本実施の形態２における電力伝送コイル１１Ｂの構成、動作について説明する。図７Ｂと図７Ｃはそれぞれ異物検知部１９Ｂの分解斜視図と断面図である。

図７Ａにおいて、異物検知部１９Ｂは、異物３１の大きさを検知できる接触センサである。具体的には、異物検知部１９Ｂは、図７Ｂに示すように、所定のＸ方向に延びる複数の電極線１９１Ｂと、Ｘ方向と異なるＹ方向に延びる複数の電極線１９２Ｂとを有する。なお、電極線１９１Ｂは柔軟性のあるフィルム基材１９０Ｂの表面に形成され、電極線１９２Ｂは柔軟性のあるフィルム基材１９４Ｂの表面に形成される。また、２つのフィルム基材１９０Ｂ、１９４Ｂの内フィルム基材１９０Ｂには、異物３１が載置されていない時に電極線１９１Ｂ、１９２Ｂが互いに接触しないよう、絶縁性のドットスペーサ１９３Ｂが形成されている。このような構成により、図７Ｃ（図７Ｂの一点鎖線における断面図）に示すように、上下のフィルム基材１９０Ｂ、１９４Ｂを重ねると電極線１９１Ｂ、１９２Ｂは互いに接触しないよう対向している。異物検知部１９に異物３１が載置されると、載置された部分の電極線１９１Ｂ、１９２Ｂが複数箇所で接触する。これらの接触箇所を電力制御回路２１Ｂが検出することで、異物３１の大きさを検知することができる。このように、複数の電極線１９１Ｂは、異物３１が異物検知部１９Ｂに載置されていない時に複数の電極線１９２Ｂに接触せず、異物３１が異物検知部１９Ｂに載置されている時に複数の電極線１９２Ｂに接触するように構成されている。

なお、図７Ａでは複数の電極線１９１Ｂ、１９２Ｂと、電力制御回路２１Ｂとの間の配線を簡略化して２本の配線のみで示す。

次に、実施の形態２における電力伝送コイル１１Ｂの動作について説明する。

電力制御回路２１Ｂは、異物３１が異物検知部１９Ｂに載置されると、異物３１の大きさを求める。求めた異物３１の大きさと、所定の大きさとを比較する。ここで、所定の大きさとは、電力を伝送する際に電力伝送効率や発熱が問題とならない上限の大きさであると定義する。従って、所定の大きさより小さな異物３１については、たとえ異物検知部１９上に載置されたままであっても、電力伝送を行うことができる。

なお、所定の大きさは、実際に様々な大きさの異物を異物検知部１９Ｂに載置した状態で、その電力伝送効率や発熱を求めることにより、電力伝送に影響しない大きさとして予め求め、電力制御回路２１Ｂのメモリに記憶しておく。この際、電力伝送効率や発熱に影響する異物３１の材質は主に金属であるので、種々の金属異物に対して所定の大きさを求める。所定の大きさは、電力伝送コイル１１の電力仕様や設置環境などに応じて変化するので、実際に使用する条件下で上記した方法で適宜決定すればよい。

電力制御回路２１Ｂは、図７Ａに示すように、異物検知部１９Ｂに載置された異物３１（金属製の円板状異物）が所定の大きさより小さいものであれば、異物３１を検知していないと判断する。その結果、異物検知部１９Ｂに所定の大きさより小さな異物３１が載置されている場合、電力制御回路２１Ｂは、そのまま平面コイル１５で電力を伝送する。

図７Ａに示すように、円板状の異物３１が平面コイル１５の直近に載置された場合、異物３１が平面コイル１５の発生する磁界への影響を最も及ぼしやすい位置となる。しかし、このような位置に異物３１が載置されても、上記したように、電力伝送効率や発熱が問題とならないことが確認されているので、電力の伝送を行うことができる。

すなわち、電力制御回路２１Ｂは、異物検知部１９Ｂの出力より異物３１の大きさを求めるように動作する。電力制御回路２１Ｂは、異物検知部１９Ｂの出力により非巻回部１３において異物３１を検知し、かつ異物３１の大きさが所定の大きさより小さければ異物３１を検知していないと判断し、平面コイル１５による電力の伝送を行うように動作する。電力制御回路２１Ｂは、異物検知部１９Ｂの出力により非巻回部１３において異物３１を検知し、かつ異物３１の大きさが所定の大きさ以上であれば平面コイル１５による電力の伝送を停止するように動作する。

但し、所定の大きさより小さい複数の異物３１が異物検知部１９に載置されている場合、複数の異物３１の大きさの合計が所定の大きさより大きくなった時点で、電力制御回路２１Ｂは電力の伝送を停止し、異物３１があることをユーザに報知する。

なお、電力制御回路２１Ｂは、電力伝送を開始する前、および、電力伝送中の両方で、所定の大きさより小さな異物３１を検知したとしても、異物３１は電力の伝送に影響しないので、異物３１を検知していないと判断する。

以上の構成、動作により、異物３１が小さくて、電力伝送時に、異物がほとんど発熱せず、結果として電力伝送効率にほとんど影響がない場合は、電力制御回路２１Ｂは異物３１を検知していないと判断するので、電力伝送を行う機会が減る可能性を低減することが可能な電力伝送コイル１１Ｂが得られる。

なお、実施の形態２における電力伝送コイル１１Ｂでは異物検知部１９Ｂは、異物３１の材質（金属、樹脂、セラミックスなど）を区別することができない。従って、異物３１が電力伝送効率や発熱の影響がほとんど無い樹脂やセラミックスからなる場合であっても、異物３１の大きさが所定の大きさ以上であれば、電力制御回路２１Ｂは異物３１を検知して電力の伝送を停止し、異物３１があることをユーザに報知する。これにより、ユーザが異物３１の除去等を行う可能性が増大するので、その分、異物３１の検知精度が高くなる。

（実施の形態３）
図８は本発明の実施の形態３における電力伝送コイル１１Ｃの斜視図である。図８において、図１から図４に示す実施の形態１における電力伝送コイル１１と同じ部分には同じ参照符号を付す。

電力伝送コイル１１Ｃは、実施の形態１における電力伝送コイル１１の異物検知部１９と電力制御回路２１の代わりに、異物検知部１９Ｃと電力制御回路２１Ｃを備える。電力制御回路２１Ｃは、実施の形態１における電力制御回路２１の機能に加えて、異物検知部１９Ｃの出力より、異物３１が平面コイル１５から所定距離ｄ０以上離れていれば異物３１を検知していないと判断し、異物３１が平面コイル１５から所定距離ｄ０以上離れていなければ異物３１を検知していると判断する。

これにより、実施の形態１の効果に加え、電力伝送時に、異物３１がほとんど発熱せず、結果として電力伝送効率にほとんど影響がない位置に異物３１が異物検知部１９Ｃに載置される場合は、電力制御回路２１Ｃは異物３１を検知していないと判断するので、電力の伝送を行う機会が減る可能性を低減することができる。

以下、より具体的に実施の形態３における電力伝送コイル１１Ｃの構成、動作について説明する。

異物検知部１９Ｃは、異物３１の位置を検知できる接触センサである。具体的な構成は、実施の形態２における異物検知部１９Ｂと同様に、異物検知部１９ＣのＸ方向、Ｙ方向に設けた複数の電極線１９１Ｃ、１９２Ｃが、異物が載置されていない時に接触しないよう、対向している。従って、電力制御回路２１Ｃは、異物検知部１９Ｃに異物３１が載置されると、複数の電極線１９１Ｃ、１９２Ｃの接触箇所を順次調べる。これにより、電力制御回路２１Ｃは異物３１の位置を検出することができる。

電力制御回路２１Ｃは、異物３１が異物検知部１９Ｃに載置されると、異物３１の位置を求める。そして、電力制御回路２１Ｃは、異物３１の全体が平面コイル１５の内周から所定距離ｄ０以上離れているか否かを判断する。ここで、所定距離ｄ０とは、異物３１が異物検知部１９Ｃに載置されていても、電力の伝送を行った際に電力伝送効率や発熱が問題とならない、異物３１と平面コイル１５との最短距離であると定義する。具体的には、図８に示す異物検知部１９Ｃの外周と同心円である太点線で囲まれた部分の内側に異物３１の全体が載置されたとき、電力制御回路２１Ｃは異物３１が平面コイル１５から所定距離ｄ０以上離れていると判断する。非巻回部１３を有する平面コイル１５では、電力伝送時に発生する磁界の大きさが非巻回部１３の中央ほど小さくなり、異物３１の影響も小さくなる。従って、平面コイル１５から所定距離ｄ０以上離れて位置する異物３１については、たとえ異物検知部１９Ｃ上に載置されたままであっても、電力の伝送を行うことができる。

電力制御回路２１Ｃは、異物検知部１９Ｃの出力より異物３１の位置を求めるように動作する。電力制御回路２１Ｃは、異物検知部１９Ｃの出力により非巻回部１３において異物３１を検知し、かつ異物３１が平面コイル１５から所定距離ｄ０以上離れていれば異物３１を検知していないと判断し、平面コイル１５による電力伝送を行うように動作する。電力制御回路２１Ｃは、異物検知部１９Ｃの出力により非巻回部１３において異物３１を検知し、かつ異物３１が平面コイル１５から所定距離ｄ０より近くに位置していれば平面コイル１５による電力の伝送を停止するように動作する。

なお、所定距離ｄ０は、実際に異物検知部１９Ｃ上の様々な位置に異物３１を載置した状態で、その電力伝送効率や発熱を求めることにより、電力伝送に影響しない位置から所定距離ｄ０を求め、予め電力制御回路２１Ｃのメモリに記憶しておく。電力伝送効率や発熱に影響する異物３１の材質は主に金属であるので、種々の金属材料に対してそれぞれ所定距離ｄ０の値を求め、その最大値を所定距離ｄ０として決定する。所定距離ｄ０は、電力伝送コイル１１Ｃの電力仕様や設置環境などに応じて変化するので、実際に使用する条件下で上記した方法で適宜決定すればよい。

以上のことより、電力制御回路２１Ｃは、異物検知部１９Ｃに載置された異物３１が平面コイル１５から所定距離ｄ０以上離れていれば、異物３１を検知していないと判断する。その結果、異物検知部１９Ｃ上で平面コイル１５から所定距離ｄ０以上離れた位置に異物３１が載置されていても、電力制御回路２１Ｃは、そのまま電力伝送を行う。

但し、複数の異物３１が異物検知部１９Ｃに載置されており、それらの内の少なくとも１つが平面コイル１５から所定距離ｄ０より近くに位置する場合、電力制御回路２１Ｃは電力の伝送を停止し、異物３１があることをユーザに報知する。

なお、電力制御回路２１Ｃは、電力伝送を開始する前、および、電力伝送中の両方で、平面コイル１５から所定距離ｄ０以上離れた位置に異物３１を検知したとしても、異物３１は電力伝送に影響しないため、異物３１を検知していないと判断する。

以上の構成、動作により、電力伝送時に、異物３１がほとんど発熱せず、結果として電力伝送効率にほとんど影響がない位置に、異物３１が異物検知部１９Ｃに載置される場合は、電力制御回路２１Ｃは、異物３１を検知していないと判断するので、電力伝送を行う機会が減る可能性を低減することが可能な電力伝送コイル１１Ｃが得られる。

なお、実施の形態３における異物検知部１９Ｃは、異物３１の材質（金属、樹脂、セラミックスなど）を区別することができない。従って、異物３１が電力伝送効率や発熱の影響がほとんど無い、樹脂やセラミックスからなっている場合であっても、異物３１が平面コイル１５から所定距離ｄ０より近くに位置すれば異物３１を検知して電力伝送を停止し、異物３１があることをユーザに報知する。これにより、ユーザが異物３１の除去を行う可能性が増大するので、その分、異物３１の検知精度が高くなる。

図９は実施の形態３における他の電力伝送コイル１１Ｄの斜視図である。図９において、図８に示す電力伝送コイル１１Ｃと同じ部分には同じ参照符号を付す。

電力伝送コイル１１Ｄは、図８に示す電力伝送コイル１１Ｃの異物検知部１９Ｃと電力制御回路２１Ｃの代わりに、異物検知部１９Ｄと電力制御回路２１Ｄを備える。電力制御回路２１Ｄは、異物検知部１９Ｄの出力より異物３１の大きさと、異物３１が平面コイル１５から所定距離ｄ０以上離れているか否かを判断できる。具体的には、異物３１の大きさが所定の大きさより小さいか、または、異物３１が平面コイル１５から所定距離ｄ０以上離れていれば、電力制御回路２１Ｄは異物３１を検知していないと判断し、平面コイル１５による電力の伝送を継続する。異物３１の大きさが所定の大きさ以上であり、かつ異物３１が平面コイル１５から所定距離ｄ０より近い場合には、電力制御回路２１Ｄは異物３１を検知していると判断し、平面コイル１５による電力の伝送を停止する。これにより、さらに電力伝送を行う機会が減る可能性を低減することができる。

（実施の形態４）
図１０は実施の形態４における電力伝送コイル１１Ｅの斜視図である。図１０において、図１に示す実施の形態１における電力伝送コイル１１と同じ部分には同じ参照符号を付す。

実施の形態１〜３における平面コイルでは、異物検知部１９は平面コイル１５の非巻回部１３にのみ配されている。実施の形態４における電力伝送コイル１１Ｅは平面コイル１５の外側にも配置されている異物検知部１９Ｅをさらに備える。実施の形態１〜３における平面コイルでは、平面コイル１５に対して二次側コイルがほとんど位置ずれしないことを前提としているので、平面コイル１５の外側における異物３１の、電力伝送に対して磁界の影響が比較的少ない。従って、実施の形態１〜３における電力伝送コイルでは異物検知部１９は平面コイル１５の外側には配されていない。

平面コイル１５に対して二次側コイルの位置ずれが発生する場合、平面コイル１５の外側にも電力伝送に有効な磁界が発生する場合がある。この際に、異物３１が存在すると電力伝送に影響する可能性がある。

この場合、実施の形態１における図１や図５Ａに示すカバー１７、２１７の上面１７Ａ、２１７Ａは異物検知部１９に向かう傾斜部分２３、２２３だけでなく、平面コイル１５の外側に配した異物検知部へ向かう傾斜部分２３Ａ、２２３Ａをさらに有するので、平面コイル１５の外周近傍に異物３１が位置する可能性を低減できる。実施の形態４における異物検知部１９Ｅの構造は、実施の形態１と同様に２枚の対向する平面状電極で構成される。これらの平面状電極は平面コイル１５の非巻回部１３と平面コイル１５の外周の近傍とに配される。

電力制御回路２１Ｅは、異物検知部１９Ｅの出力により平面コイル１５の外側において異物３１を検知しないと、平面コイル１５による電力の伝送を行うように動作する。電力制御回路２１Ｅは、異物検知部１９Ｅの出力により平面コイル１５の外側において異物３１を検知すると、平面コイル１５による電力の伝送を停止するように動作する。

実施の形態４における電力伝送コイル１１Ｅでは、平面コイル１５の外側へ傾斜する傾斜部分２３Ａ、２２３Ａによって異物３１が平面コイル１５の外周近傍に位置した場合は、平面コイル１５の外側に配された異物検知部１９Ｅにより、電力制御回路２１Ｅが異物３１を検知できる。従って、異物３１の発熱可能性を低減することが可能となる。

異物検知部１９Ｅは、実施の形態２、３における異物検知部と同様に、異物３１の大きさや位置を検出し、電力制御回路２１Ｅは平面コイル１５により電力を伝送するか否かを判断してもよい。この場合も電力伝送を行う機会が減る可能性を低減することが可能となる。

実施の形態１〜４における電力伝送コイルでは平面コイル１５が一次側（送電側）コイルであるが、平面コイル１５は二次側（受電側）コイルであってもよい。この場合も、実施の形態１〜４における電力伝送コイルと同様の効果が得られる。

実施の形態１〜３において、「上面」「上方」「下方」等の方向を示す用語は台座や平面コイル、カバー等の電力伝送コイルの構成部品の相対的な位置関係にのみ依存する相対的な方向を示し、鉛直方向等の絶対的な方向を示すものではない。

本発明にかかる電力伝送コイルは、発熱する可能性がある小さい異物を検知し、その発熱可能性を低減することができるので、特に非接触給電用の電力伝送コイル等として有用である。

１３ 非巻回部
１５ 平面コイル
１７ カバー
１７Ａ 上面
１９，１９Ａ〜１９Ｄ 異物検知部（第１の異物検知部）
１９Ｅ 異物検知部（第２の異物検知部）
２１，２１Ａ〜２１Ｅ 電力制御回路
２３ 傾斜部分（第１の傾斜部分）
２３Ａ 傾斜部分（第２の傾斜部分）
１９１Ｂ 電極線（第１の電極線）
１９２Ｂ 電極線（第２の電極線）

Claims (8)

1. 非巻回部を中心に巻回された巻線を有し、電力を伝送するように構成された平面コイルと、
   前記平面コイルを上方から覆うカバーと、
   前記非巻回部に設けられた第１の異物検知部と、
   前記平面コイルと前記第１の異物検知部と電気的に接続される電力制御回路と、
   を備え、
   前記カバーの上面は前記第１の異物検知部に向かって傾斜する第１の傾斜部分を有し、
   前記電力制御回路は、
   前記第１の異物検知部の出力により前記非巻回部において異物を検知しないと、前記平面コイルによる電力の伝送を行い、
   前記第１の異物検知部の出力により前記非巻回部において前記異物を検知すると、前記平面コイルによる電力の伝送を停止する、
   ように動作する、電力伝送コイル。
2. 前記第１の異物検知部は接触センサで構成される、請求項１に記載の電力伝送コイル。
3. 前記第１の異物検知部は、所定の方向に延びる複数の第１の電極線と、前記所定の方向と異なる方向に延びる複数の第２の電極線とを有し、
   前記複数の第１の電極線は、
   前記異物が前記第１の異物検知部に載置されていない時に前記複数の第２の電極線に接触せず、
   前記異物が前記第１の異物検知部に載置されていない時に前記複数の第２の電極線に接触する、
   ように構成されている、請求項１に記載の電力伝送コイル。
4. 前記第１の異物検知部は前記平面コイルより低い位置に設けられている、請求項１に記載の電力伝送コイル。
5. 前記電力制御回路は、
   前記第１の異物検知部の出力より前記異物の大きさを求め、
   前記第１の異物検知部の出力により前記非巻回部において前記異物を検知し、かつ前記異物の前記大きさが所定の大きさより小さければ前記異物を検知していないと判断し、前記平面コイルによる電力の伝送を行い、
   前記第１の異物検知部の出力により前記非巻回部において前記異物を検知し、かつ前記異物の前記大きさが所定の大きさ以上であれば前記平面コイルによる電力の伝送を停止する、
   ように動作する、請求項１に記載の電力伝送コイル。
6. 前記電力制御回路は、
   前記第１の異物検知部の出力より前記異物の位置を求め、
   前記第１の異物検知部の出力により前記非巻回部において前記異物を検知し、かつ前記異物が前記平面コイルから所定距離以上離れていれば前記異物を検知していないと判断し、前記平面コイルによる電力伝送を行い、
   前記第１の異物検知部の出力により前記非巻回部において前記異物を検知し、かつ前記異物が前記平面コイルから前記所定距離より近くに位置していれば前記平面コイルによる電力の伝送を停止する、
   ように動作する、請求項１に記載の電力伝送コイル。
7. 前記平面コイルの外側に設けられた第２の異物検知部をさらに備え、
   前記電力制御回路は、
   前記第２の異物検知部の出力により前記平面コイルの外側において前記異物を検知しないと、前記平面コイルによる電力の伝送を行い、
   前記第２の異物検知部の出力により前記平面コイルの外側において前記異物を検知すると、前記平面コイルによる電力の伝送を停止する、
   ように動作する、請求項１に記載の電力伝送コイル。
8. 前記カバーの前記上面は前記平面コイルの外側に向かって傾斜する第２の傾斜部分をさらに有する、請求項７に記載の電力伝送コイル。

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