WO2014030294A1

WO2014030294A1 - 非接触電力伝送システムと非接触送電装置

Info

Publication number: WO2014030294A1
Application number: PCT/JP2013/004499
Authority: WO
Inventors: シュテフェンヴェルナー; 岩宮　裕樹; 弘治東山; 三宅　英司
Original assignee: パナソニック株式会社
Priority date: 2012-08-23
Filing date: 2013-07-24
Publication date: 2014-02-27
Also published as: JP2015195633A

Abstract

　非接触電力伝送システムは第１コイルと、第２コイルと、非金属の熱伝導体と、非接触温度検出器と、制御部とを有する。第２コイルは第１コイルの上側に対向して配置されている。熱伝導体は第１コイルの上面に形成されている。非接触温度検出器は第１コイルと第２コイルの少なくとも一方の端部に配置され、熱伝導体の温度を検出する。制御部は第１コイルと第２コイルと非接触温度検出器と電気的に接続され、第１コイルと第２コイルとの間で電力を伝送している際に、非接触温度検出器が既定温度を超える温度を検出すると、第１コイル上に金属異物が存在すると判断する。

Description

非接触電力伝送システムと非接触送電装置

　本発明は、非接触で電力を伝送する非接触電力伝送システムと非接触送電装置に関する。

　近年、直接的な電気的接続を持たず、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。この非接触給電技術を適用して、クレードルに載置するだけで携帯電話機を充電することができる非接触充電装置が、例えば特許文献１に提案されている。

　この非接触充電装置においては、クレードルに内蔵された平面コイルの上部に硬貨等の金属異物が載置されると、金属異物の異常な温度上昇が発生する。そこで、特許文献１の非接触充電装置では、温度検知素子により異常温度上昇を検知している。

　この詳細構造を図１０に示す。図１０は従来の非接触充電装置の温度検出素子の設置位置を示す図である。クレードル１０１に対して、一次側伝送コイル１０３の中心から５ｍｍ離れた位置に温度検知素子１０５の中心が位置するように、温度検知素子１０５が、クレードル１０１と一次側伝送コイル１０３との接触面側に設けられる。そして、クレードル１０１上に載置された金属異物１０９が存在すると、その温度上昇を正確に検知して一次側伝送コイル１０３に対する電力の供給を即座に停止制御することができる。このような構成により、非接触充電装置における安全性を向上することができる。

特開２００８－１７２８７４号公報

　本発明は、金属異物を高精度に検知できると共に高効率に電力を伝送可能な非接触電力伝送システムおよび非接触送電装置である。本発明の非接触電力伝送システムは第１コイルと、第２コイルと、非金属の熱伝導体と、非接触温度検出器と、制御部とを有する。第２コイルは第１コイルの上側に対向して配置されている。熱伝導体は第１コイルの上面に形成されている。非接触温度検出器は第１コイルと第２コイルの少なくとも一方の端部に配置され、熱伝導体の温度を検出する。制御部は第１コイルと第２コイルと非接触温度検出器と電気的に接続され、第１コイルと第２コイルとの間で電力を伝送している際に、非接触温度検出器が既定温度を超える温度を検出すると、第１コイル上に金属異物が存在すると判断する。

　また本発明の非接触送電装置は、受電コイルを有する機器に対し、電磁誘導によって交流電力を伝送する。この非接触送電装置は、送電コイルと、非金属の熱伝導体と、非接触温度検出器と、制御部とを有する。熱伝導体は送電コイルの上面に形成されている。非接触温度検出器は送電コイルの端部に配置され、熱伝導体の温度を検出する。制御部は送電コイルと非接触温度検出器とに電気的に接続され、送電コイルから電力を伝送している際に、非接触温度検出器が既定温度を超える温度を検出すると、送電コイル上に金属異物が存在すると判断する。

　本発明の非接触電力伝送システムおよび非接触送電装置では、第１コイルや送電コイルの上に位置する金属異物が発生する熱は、非金属の熱伝導体により拡散されるので、温度上昇が起こる面積を広くすることができる。この広範囲な温度上昇によって非接触温度検出器は高精度に温度を検出することができるので、金属異物の位置や大きさによらず、高精度に金属異物を検知することができる。また、非接触温度検出器をコイルの端部に配置することで、従来の温度検知素子に起因した電力伝送効率の低下を抑制することができる。そのため、非接触電力伝送システムおよび非接触送電装置は金属異物を高精度に検知できると共に高効率に電力を伝送できる。

図１は本発明の実施の形態１における非接触電力伝送システムの斜視図である。図２は図１に示す非接触電力伝送システムの第１コイル上に金属異物が載置された状態を示す上面図である。図３は本発明の実施の形態１における他の非接触電力伝送システムの斜視図である。図４は本発明の実施の形態２における非接触電力伝送システムの斜視図である。図５は本発明の実施の形態３における非接触電力伝送システムの斜視図である。図６は本発明の実施の形態４における非接触電力伝送システムの斜視図である。図７Ａは本発明の実施の形態５における非接触電力伝送システムの斜視図である。図７Ｂは本発明の実施の形態５における他の非接触電力伝送システムの斜視図である。図８は本発明の実施の形態６における非接触電力伝送システムの斜視図である。図９Ａは本発明の実施の形態７における非接触電力伝送システムの斜視図である。図９Ｂは本発明の実施の形態７における他の非接触電力伝送システムの斜視図である。図１０は従来の非接触充電装置の断面図である。

　図１０に示す非接触充電装置では、金属異物１０９が温度検知素子１０５の近傍になければ、金属異物１０９の温度上昇を十分に検知できない可能性がある。特許文献１に開示された非接触充電装置は、携帯電話端末に設けられたバッテリに充電する用途に用いられる。そのため、クレードル１０１の大きさは携帯電話の大きさと同程度であり、金属異物１０９が温度検知素子１０５の近傍に位置しない場合でも、比較的早期に金属異物１０９の温度上昇が温度検知素子１０５に伝わる。しかしながら、携帯電話の充電よりも大電力を扱う非接触給電においては、この装置で用いられる一次側伝送コイル１０３よりも大きなコイルが必要となる。この場合、温度検知素子１０５に対し金属異物１０９が遠い位置にあれば、温度検知素子１０５が温度上昇を検知しにくく、金属異物１０９の検知精度が不十分となる可能性がある。

　さらに、図１０の非接触充電装置の構成で大電力を扱う場合は、温度検知素子１０５自体が電力伝送の効率を低下させる可能性がある。

　以下、本発明を実施するための種々の形態について図面を参照しながら説明する。なお各実施の形態において、先行する実施の形態と同様の構成をなすものには同じ符号を付し、詳細な説明を省略する場合がある。

　（実施の形態１）
　図１は、本発明の実施の形態１における非接触電力伝送システム１１０の斜視図である。図２は非接触電力伝送システム１１０の第１コイル１３上に形成された熱伝導体１７の上に金属異物２７が載置された状態を示す上面図である。

　図１に示すように、非接触電力伝送システム１１０は、第１コイル１３と、第２コイル１５と、非金属の熱伝導体１７と、非接触温度検出器である第１非接触温度検出器（以下、検出器）１９と、制御部２１とを有する。第２コイル１５は第１コイル１３の上側に、第１コイル１３と対向して配置されている。熱伝導体１７は第１コイル１３の上面に形成されている。検出器１９は第１コイル１３の端部に配置され、熱伝導体１７の温度Ｔを検出する。第１コイル１３と、第２コイル１５と、検出器１９とは、制御部２１に電気的に接続されている。そして、制御部２１は、第１コイル１３と第２コイル１５との間で電力を伝送している際に、検出器１９で検出される温度Ｔが既定温度Ｔｋを超えれば、第１コイル１３に金属異物２７が存在すると判断する。

　この構成において、第１コイル１３上（厳密には、熱伝導体１７上）に位置する金属異物２７が発生する熱は、非金属の熱伝導体１７により拡散される。そのため、温度上昇が起こる面積が広がる。検出器１９はこの温度上昇を第１コイル１３の上面の一部分に対する温度変化として検出できる。したがって、金属異物２７の位置によらず、制御部２１は高精度に金属異物２７を検知することができる。さらに、検出器１９を用いることで、第１コイル１３と第２コイル１５との間に温度検知素子を配する必要がない。したがって、温度検知素子に起因した電力伝送効率の低下を抑制できる。このように、非接触電力伝送システム１１０は金属異物２７を高精度に検知できると共に、高効率に電力を伝送できる。

　以下、より具体的に非接触電力伝送システム１１０の構成、動作について説明する。第１コイル１３は送電用であり、樹脂製の保持体にらせん状の溝を設け、この溝の中にリッツ線を挿入することで形成されたらせんコイル部１３Ａを有する。

　第１コイル１３の上面には、熱伝導体１７が形成されている。熱伝導体１７は少なくともらせんコイル部１３Ａを覆うように形成されていることが望ましい。熱伝導体１７は、第１コイル１３の保持体である樹脂よりも高い熱伝導性を有する非金属で形成されている。熱伝導体１７は、例えば、セラミックス製のフィラを含有した樹脂で構成される。なお、熱伝導体１７はフィラ含有樹脂に限定されるものではなく、フィラを含まない高熱伝導性の樹脂でもよい。なお、熱伝導体１７は、金属製であれば渦電流が発生し発熱してしまうので非金属製とする必要がある。また、熱伝導体１７を非磁性体で構成することにより、送電の際の磁界を遮る可能性が低減され、効率低下を抑制することができるため、好ましい。

　第１コイル１３の端部には、検出器１９が配置されている。本実施の形態では、第１コイル１３の端部として、図１に示すように、第１コイル１３の右上隅に検出器１９が配置されている。検出器１９は、熱伝導体１７の上面に向いている。したがって、検出器１９は、熱伝導体１７の温度Ｔを非接触で検出することができる。このような検出器１９としては、例えば焦電センサを適用することができる。

　第１コイル１３と検出器１９とは送電回路２３と電気的に接続されている。送電回路２３は、第１コイル１３から第２コイル１５へ伝送する電力を生成する。そのために、例えば、系統電源を、電力伝送するための交流波形に変換する機能を有する。また、送電回路２３は、検出器１９で検出された温度Ｔを読み込む機能も有する。

　なお、第１コイル１３は第２コイル１５に対して、図１に示すように下側となるように配置される。したがって、第１コイル１３は、例えば床の上に設置される。この場合、第１コイル１３は電磁誘導により交流電力を第２コイル１５へ伝送する送電コイルである。

　次に、第２コイル１５について説明する。第２コイル１５は、第１コイル１３と基本的な構成は同じである。第２コイル１５は第１コイル１３に対して上側になるように配置される。したがって、第２コイル１５の第１コイル１３と対向する面、すなわち電力伝送面は、図１において、第２コイル１５の下側になる。したがって、第２コイル１５の電力伝送面には異物が落下することはない。そのため、第２コイル１５には熱伝導体１７が配置されていない。

　第２コイル１５は受電回路２５と電気的に接続されている。受電回路２５は、第１コイル１３から第２コイル１５へ伝送された電力を、負荷（図示せず）へ供給する。本実施の形態では、受電回路２５は受電した交流電力を直流変換する機能を有する。

　なお、送電回路２３と受電回路２５は、互いの間で無線または有線で情報を授受する機能を有する。これにより、例えば受電回路２５が送電回路２３へ、送電要求や受電回路２５の電圧、電流などのパラメータの出力を行ったり、送電回路２３が受電回路２５へ送電の開始や停止を知らせたりすることができる。

　送電回路２３と受電回路２５は制御部２１を構成している。すなわち、制御部２１は、第１コイル１３、第２コイル１５、および検出器１９と電気的に接続されている。

　次に、このような非接触電力伝送システム１１０の動作について説明する。上述のように、第１コイル１３は床の上に固定されている。この状態で、第２コイル１５が第１コイル１３と対面するように配置されると、受電回路２５は送電回路２３に送電要求を送信する。ここで、第２コイル１５は、負荷（例えば自ら移動することができる電池内蔵のロボット）に搭載されており、負荷を第１コイル１３上に配することで、第１コイル１３と第２コイル１５とが対向する。なお、第２コイル１５を第１コイル１３の上面へ対向させるには、負荷を手動で配するようにしてもよいし、負荷が自動的に第１コイル１３と第２コイル１５とが対向するように移動してもよい。

　送電回路２３は、受電回路２５からの送電要求の信号を受信すると、第１コイル１３へ交流電力を出力する。これにより、第１コイル１３は磁界を発生し、第２コイル１５はこの磁界を交流電力に変換することで、電力が伝送される。そして第２コイル１５は受電回路２５を経由して負荷に電力を供給する。この電力により、負荷の各種回路へ電力が供給される。あるいは、この電力を受電回路２５が整流することで負荷に内蔵された電池が充電される。

　このように、制御部２１が負荷へ給電を行っている間、送電回路２３は、検出器１９からの信号により温度Ｔを監視する。検出器１９は、上述のように熱伝導体１７の温度Ｔを非接触で検出することができる。したがって、電力伝送前、または電力伝送中に、第１コイル１３の上面に例えば硬貨のような金属異物２７が落下、または載置されると、第１コイル１３から発生する磁界により、金属異物２７に渦電流が流れ、金属異物２７が発熱する。ここで、金属異物２７とは、金属そのものだけでなく、金属を含有し、渦電流が流れる材料で構成された異物も含むと定義される。

　金属異物２７が発熱した際の様子を図２に示す。第１コイル１３の上面には熱伝導体１７が全面に形成されている。そのため、金属異物２７で発生した熱は熱伝導体１７により拡散し、発熱領域が広がる。ここで、熱伝導体１７において、金属異物２７の載置された部分から、金属異物２７からの発熱と熱伝導体１７からの放熱とが均衡し、熱伝導体１７における温度変化がほとんど発生しない部分までを熱伝導体１７の温度拡大範囲２９と呼ぶ。温度拡大範囲２９は、例えば金属異物２７を中心とした略同心円状となる。このように、第１コイル１３の上面に熱伝導体１７を形成したことで、金属異物２７で発生した熱は、熱伝導体１７により、温度拡大範囲２９まで伝わる。その結果、熱伝導体１７を形成しなかった場合に比べ、第１コイル１３の上面で金属異物２７の温度Ｔが変化する輪郭の面積を大きくすることができる。

　一方、熱伝導体１７の温度Ｔを非接触で検出することができる検出器１９は、上述のように焦電センサから構成される。このような非接触の検出器１９は、温度検出対象面積の赤外線値を積分して検出している。しかしながら、金属異物２７のみでは温度Ｔが変化する面積が小さい。そのため、高精度に温度Ｔを、ひいては金属異物２７を検出することができない。

　さらに、金属は赤外線を反射するため、金属異物２７自体の赤外線を十分に検知することができない。

　これらのことから、熱伝導体１７により発熱部分の輪郭の面積を拡大することにより、検出器１９は、十分な量の赤外線を受けて、金属異物２７を検出することができる。また、第１コイル１３上のどこに金属異物２７があっても、検出器１９は十分高精度に金属異物２７の存在を検出することができる。

　なお、図２に示すように、検出器１９は、第１コイル１３において、少なくともリッツ線で構成されたらせんコイル部１３Ａが存在する部分を含む第１温度検出範囲３１で温度Ｔを検出可能である。

　次に、送電回路２３は、検出器１９で検出される温度Ｔが既定温度Ｔｋを超えているか否かを判断する。なお、既定温度Ｔｋは、第１コイル１３などの構成部材に熱損傷を与えない温度として予め決定され、送電回路２３に内蔵されるメモリ（図示せず）に記憶されている。本実施の形態では既定温度Ｔｋを１００℃としている。

　送電回路２３は、温度Ｔが既定温度Ｔｋを超えていれば、金属異物２７が第１コイル１３上に存在すると判断する。さらに、ユーザに報知するとともに、直ちに電力伝送を停止することが好ましい。そして、金属異物２７の存在により電力伝送を停止したことを、送電回路２３は受電回路２５に伝えることが好ましい。これを受け、受電回路２５は、例えば、電池の充電を安全に停止する。

　以上のように、熱伝導体１７で金属異物２７の発熱が拡散され、温度拡大範囲２９が生成されるので、送電回路２３は高精度に異常発熱を検出できる。

　さらに、金属異物２７の表面が光沢を有していれば、周囲の他の物体からの赤外線を反射してしまうことがある。その場合は、金属異物２７の温度を正確に検出できない可能性がある。しかし、非接触電力伝送システム１１０では、金属異物２７の熱は熱伝導体１７により拡散される。そのため、検出器１９は熱伝導体１７の温度を検出することで、金属異物２７の温度に近い温度を検出することができる。この点からも、送電回路２３は高精度に金属異物２７の異常発熱を検出できる。

　また送電回路２３は、送電を停止するとともにユーザに報知すれば、ユーザが自ら金属異物２７を取り除くことができる。その後、電力伝送を再開することが可能となる。

　なお、本実施の形態では、電力を伝送する際に、受電回路２５が送電回路２３へ送電要求をしているが、この動作に限定されるものではない。例えば送電回路２３が第２コイル１５の存在を監視し、第２コイル１５が第１コイル１３と対向したことを検出すれば、送電を開始するようにしてもよい。また、この際に、第２コイル１５へ送電してもよいか否かを送電回路２３が受電回路２５に問い合わせ、許可信号を受電回路２５から受信した後に、送電回路２３が送電を開始するようにしてもよい。

　また、図２に示すように、本実施の形態では、検出器１９が第１コイル１３の右上隅の端部に配置されているが、第１コイル１３の配置はこの位置に限定されるものではない。第１温度検出範囲３１が第１コイル１３の少なくともらせんコイル部１３Ａを含むように検出器１９を配置できる端部であれば、第１コイル１３の四隅や輪郭線上に配置してもよい。

　なお第１コイル１３を送電用、第２コイル１５を受電用として説明したが、逆の構成でもよい。すなわち、第１コイル１３が受電用、第２コイル１５が送電用になるような構成であってもよい。図３は本実施の形態における他の非接触電力伝送システム１１０Ｒの斜視図である。

　非接触電力伝送システム１１０Ｒでは、第２コイル１５は第１コイル１３の上側に、第１コイル１３と対向して配置されている。熱伝導体１７は第１コイル１３の上面に形成されている。検出器１９は第１コイル１３の端部に配置され、熱伝導体１７の温度Ｔを検出する。第１コイル１３と、第２コイル１５と、検出器１９とは、制御部２１に電気的に接続されている。具体的には、第１コイル１３と検出器１９とは受電回路２５に接続され、第２コイル１５は送電回路２３に接続されている。そして、制御部２１は、第１コイル１３と第２コイル１５との間で電力伝送を行っている際に、検出器１９で検出される温度Ｔが既定温度Ｔｋを超えれば、第１コイル１３に金属異物２７が存在すると判断する。

　この場合も、非接触電力伝送システム１１０と同様の効果を奏する。なお、以下に説明する実施の形態２～８についても同様に、第１コイル１３が受電用、第２コイル１５が送電用になるような構成であってもよい。

　（実施の形態２）
　図４は、本発明の実施の形態２における非接触電力伝送システム１１１の斜視図である。本実施の形態が実施の形態１と異なるのは、第１非接触温度検出器１９に代えて、第２コイル１５の、第１コイル１３に対向する面の端部に配置された第２非接触温度検出器（以下、検出器）３３を有している点である。これにより、第１コイル１３の上方から温度Ｔを検出できるので、第２非接触温度検出器３３の第２温度検出範囲３５の角度（視野角）が小さくても、高精度に金属異物２７の存在を判断することができる。

　以下、より具体的に非接触電力伝送システム１１１の構成、動作について、特徴となる部分を説明する。検出器３３は、第２コイル１５の端部（図４では左手前）に配置されている。そして、検出器３３は、制御部２１における受電回路２５と電気的に接続されている。この構成では、受電回路２５が温度Ｔを検出、監視する。検出器３３は、第１非接触温度検出器１９と同様に、焦電センサで構成されている。また、図４に示す検出器３３の位置は一例である。検出器３３の温度検出範囲である第２温度検出範囲３５が第１コイル１３の少なくともらせんコイル部１３Ａを含むように、検出器３３が配置されていればよい。すなわち、第２コイル１５の端部である四隅や輪郭線上に配置してもよい。上記以外の構成は、実施の形態１と同じである。

　次に、非接触電力伝送システム１１１の動作を説明する。まず、第１コイル１３に対向して第２コイル１５が位置すると、受電回路２５が送電回路２３へ送電要求を送信する。その結果、送電回路２３は第１コイル１３から第２コイル１５へ電力を伝送する。この一連の動作は実施の形態１と同様である。

　電力伝送前、または電力伝送中に、第１コイル１３上に金属異物２７が落下、載置されると、電力伝送中に金属異物２７は発熱する。この際、実施の形態１の図２に示したように、金属異物２７の熱は熱伝導体１７により温度拡大範囲２９まで拡散する。検出器３３は、発熱した金属異物２７の温度Ｔを受電回路２５へ出力する。非接触電力伝送システム１１１では、検出器３３は、第２コイル１５から第１コイル１３を見下ろすように配置されている。そのため、第２温度検出範囲３５が第１コイル１３の少なくともらせんコイル部１３Ａが配置される部分を包含するための視野角は、実施の形態１で述べた第１非接触温度検出器１９の視野角より小さくても、高精度に温度Ｔを検出できる。

　受電回路２５は、検出器３３からの信号により温度Ｔが既定温度Ｔｋを超えていると判断すれば、ユーザに報知するとともに、送電回路２３に対し、直ちに送電を停止するよう指示する。これを受け、送電回路２３は送電を停止する。同時に、受電回路２５は、温度Ｔが既定温度Ｔｋを超えていると判断すれば、直ちに電池への充電を安全に停止する。したがって、実施の形態１と同様に、安全性を向上することができる。なお、既定温度Ｔｋは実施の形態１と同様、１００℃としている。

　以上のように、非接触電力伝送システム１１１も非接触電力伝送システム１１０と同様の効果を奏する。

　（実施の形態３）
　図５は、本発明の実施の形態３における非接触電力伝送システム１１２の斜視図である。非接触電力伝送システム１１２では第１非接触温度検出器（以下、検出器）１９が第１コイル１３の端部に、第２非接触温度検出器（以下、検出器）３３が第２コイル１５の端部に、それぞれ配置されている。これにより、第１温度検出範囲３１と第２温度検出範囲３５により、熱伝導体１７のほぼ全面に対して温度検出が可能となり、死角が少なくなる。その結果、さらに高精度に金属異物２７の存在を判断することができる。

　以下、より具体的に本実施の形態３の構成、動作について、特徴となる部分を説明する。検出器１９は、第１コイル１３の端部に配置されている。検出器１９は、実施の形態１と同様に、図５において第１コイル１３の右上の端部に配置されている。また、検出器３３は、第２コイル１５の端部に配置されている。検出器３３は、実施の形態２と同様に、図５において第２コイル１５の左手前の端部に配置されている。

　このように、非接触電力伝送システム１１２は、実施の形態１における検出器１９を配した第１コイル１３と、実施の形態２における検出器３３を配した第２コイル１５とを組み合わせた構成を有する。検出器１９から出力される温度Ｔは送電回路２３で読み込まれる。また、検出器３３から出力される温度Ｔは受電回路２５で読み込まれる。

　なお、検出器１９と検出器３３の配置は図５に示した位置に限定されるものではなく、第１コイル１３や第２コイル１５の端部であれば、それぞれどこに配してもよい。但し、検出器１９と検出器３３が接近しすぎると、温度検出の死角が残る可能性があるので、図５に示すように、両者は互いにできるだけ遠い位置に配する方が望ましい。上記以外の構成は、実施の形態１、２と同じである。

　次に、非接触電力伝送システム１１２の動作を説明する。まず、第１コイル１３から第２コイル１５へ電力を伝送する前、または電力を伝送している間に、第１コイル１３上に金属異物２７が落下、載置されると、電力伝送中に金属異物２７が発熱し、実施の形態１の図２に示したように、金属異物２７の熱は熱伝導体１７により温度拡大範囲２９まで拡散する。その結果、検出器１９と検出器３３は、それぞれ、発熱した金属異物２７の温度Ｔを、送電回路２３、受電回路２５へ出力する。この際、図５に破線で示すように、第１温度検出範囲３１と第２温度検出範囲３５により、熱伝導体１７のほぼ全面に対して温度検出が可能となり、死角が少なくなる。したがって、熱伝導体１７の上面のどこに金属異物２７が載置されても、第１コイル１３から発生する磁界（漏洩磁界も含む）により金属異物２７が発熱すれば、その温度Ｔを検出器１９、３３により検出できる可能性が極めて高まる。すなわち、換言すれば、第１コイル１３の上面におけるどの位置に金属異物２７が載置されても、その温度Ｔを検出できる。その結果、例えば第１コイル１３の端部近傍に金属異物２７が載置され、漏洩磁界により発熱したとしても、検出器１９、３３の少なくともいずれか一方が温度Ｔを検出することができる。そのため、高精度に金属異物２７を検出することができる。

　送電回路２３と受電回路２５は、それぞれが読み込んだ温度Ｔの情報を無線で交信し、読み込まれた２つの温度Ｔの少なくともいずれか一方が、既定温度Ｔｋを超えていると判断すれば、ユーザに報知するとともに、送電回路２３は、直ちに送電を停止する。同時に、受電回路２５は、直ちに電池への充電を安全に停止する。したがって、上記動作を即時的に実行できるので、さらに安全性を向上することができる。なお、既定温度Ｔｋは実施の形態１と同様、１００℃としている。

　以上の構成、動作により、第１温度検出範囲３１と第２温度検出範囲３５により、熱伝導体１７のほぼ全面に対して温度検出が可能となり、死角が少なくなる。したがって、非接触電力伝送システム１１２は金属異物２７をより高精度に検知できる。

　（実施の形態４）
　図６は、本発明の実施の形態４における非接触電力伝送システム１１３の斜視図である。非接触電力伝送システム１１３が実施の形態２の非接触電力伝送システム１１１と異なるのは、第２非接触温度検出器（以下、検出器）３３が第２コイル１５の端部に、複数個配置されている点である。図６では一例として４つの検出器３３が配置されている。これにより、４つの第２温度検出範囲３５により、熱伝導体１７のほぼ全面に対して温度検出が可能となり、死角が少なくなる。その結果、さらに高精度に金属異物２７の存在を判断することができる。

　以下、より具体的に非接触電力伝送システム１１３の構成、動作について、特徴となる部分を説明する。複数の検出器３３は、第２コイル１５の四隅の端部にそれぞれ配置されている。それぞれの検出器３３は、第１コイル１３の上面における、１／４より広い第２温度検出範囲３５を有するように、その方向が調整されている。したがって、図６の破線に示すように、それぞれの第２温度検出範囲３５は、隣り合う第２温度検出範囲３５と一部重複する。

　なお、４つの検出器３３の位置は、上記に限定されるものではなく、第２コイル１５の端部（四隅と輪郭線上）であれば、どこに配しても構わない。但し、４つの第２温度検出範囲３５が、隣り合う第２温度検出範囲３５と一部重複するように配置しないと死角が発生する。そのため、図６に示すように、らせんコイル部１３Ａの中心に対して等角度に配置することが望ましい。

　また、検出器３３の数は４つに限定されるものではなく、複数であれば３つ以下でも５つ以上でもよい。但し、第１コイル１３が大きいサイズの場合は、検出器３３が３つ以下であれば死角が発生する可能性がある。また、５つ以上の場合は、温度Ｔの検出精度は向上するものの、非接触電力伝送システム１１３の構成が複雑になる。したがって、第１コイル１３の大きさや必要な温度Ｔの精度に応じて、適宜最適な検出器３３の数を決定すればよい。

　４つの検出器３３は、受電回路２５と電気的に接続されている。したがって、４つの検出器３３が検出する温度Ｔの値は、全て受電回路２５により読み込まれる。上記以外の構成は実施の形態２と同様である。

　次に、非接触電力伝送システム１１３の動作を説明する。まず、第１コイル１３から第２コイル１５へ電力を伝送する前、または電力を伝送している間に、第１コイル１３上に金属異物２７が落下、載置されると、電力伝送中に金属異物２７が発熱する。図２に示したように、金属異物２７の熱は熱伝導体１７により温度拡大範囲２９まで拡散する。４つの検出器３３は、それぞれが検出した温度Ｔを受電回路２５へ出力する。

　図６に示す例では金属異物２７は第２温度検出範囲３５Ａ、３５Ｂに含まれている。それらに対応する検出器３３Ａ、３３Ｂは、発熱した金属異物２７に対する温度Ｔを出力する。一方、検出器３３Ｃ、３３Ｄの第２温度検出範囲３５Ｃ、３５Ｄは、金属異物２７の熱が伝わらない部分に位置する。そのため、検出器３３Ｃ、３３Ｄは、ほぼ周囲温度に近い熱伝導体１７の表面温度を温度Ｔとして出力する。

　受電回路２５は、このような４つの温度Ｔを読み込む。そして、４つの温度Ｔの少なくともいずれか１つが既定温度Ｔｋを超えていれば、第１コイル１３上に金属異物２７が存在すると判断する。

　さらに、受電回路２５は４つの温度Ｔから、金属異物２７の大体の位置を求めることができる。すなわち、図６の場合では検出器３３Ａ、３３Ｂから出力される温度Ｔが金属異物２７の発熱に基づき、検出器３３Ｃ、３３Ｄから出力される温度Ｔが熱伝導体１７の表面温度（周囲温度）に基づく。そのため、受電回路２５は金属異物２７が第１コイル１３の手前側に存在すると判断する。この際、検出器３３Ａ、３３Ｂから出力される温度Ｔの両方ともが、金属異物２７の発熱に基づく出力であることから、第２温度検出範囲３５Ａ、３５Ｂが重なる部分、すなわち、第１コイル１３の手前側の中央に金属異物２７が存在すると判断する。

　このようにして、受電回路２５は金属異物２７の、大体の位置を検出することができる。その情報をユーザに報知することによって、ユーザは、より容易に金属異物２７を除去することができる。

　なお、受電回路２５が金属異物２７の存在を判断した後の動作は実施の形態２と同様である。

　以上の構成、動作により、複数の第２温度検出範囲３５Ａ～３５Ｄにより、熱伝導体１７のほぼ全面に対して温度検出が可能となり、死角が少なくなる。したがって、非接触電力伝送システム１１３は金属異物２７をより高精度に検知できる。また金属異物２７の大体の位置を検出することができる。

　なお、本実施の形態では、第２コイル１５側の端部に複数の検出器３３を配する構成について説明したが、実施の形態１で述べた第１非接触温度検出器１９を第１コイル１３側の端部に複数配する構成としてもよい。

　（実施の形態５）
　図７Ａは、本発明の実施の形態５における非接触電力伝送システム１１４の斜視図である。図７Ａでは、図６に示した第２温度検出範囲３５は省略されている。非接触電力伝送システム１１４が実施の形態５による非接触電力伝送システム１１３と異なるのは、第２コイル１５を移動可能な移動機構４１が設けられている点である。制御部２１は、複数の検出器３３から金属異物２７の位置を判断し、金属異物２７の上部に第２コイル１５が対向しないように、第２コイル１５の位置をずらすように移動機構４１を制御する。それ以外の構成は実施の形態４と同様である。

　非接触電力伝送システム１１４においては、非接触電力伝送システム１１３と同様に、制御部２１が複数の検出器３３から出力される温度Ｔにより、金属異物２７の大体の位置も検出できる。そのため、第１コイル１３と第２コイル１５は、金属異物２７を避けるようにずれて電力供給をすることができる。したがって、制御部２１は、金属異物２７の第１コイル１３への落下、載置により電力伝送を停止する可能性が低くなり、効率は低下するものの、連続的な電力伝送が可能となる。

　以下、より具体的に非接触電力伝送システム１１４の構成、動作について、特徴となる部分を説明する。第１コイル１３は、実施の形態１で述べたように、床に固定されており、第２コイル１５は、移動機構４１を含み自ら動くことができる例えばロボットからなる負荷に搭載されている。したがって、第２コイル１５は、移動機構４１によって、第１コイル１３に対し、その位置をずらすことができる。

　次に、非接触電力伝送システム１１４の動作を説明する。まず、第１コイル１３から第２コイル１５へ電力を伝送する前、または電力を伝送している間に、第１コイル１３上に金属異物２７が落下、載置されると、電力伝送中に金属異物２７が発熱する。これにより、受電回路２５は、４つの検出器３３からの温度Ｔを読み込み、実施の形態４で述べたように、４つの温度Ｔと既定温度Ｔｋとを比較する。

　次に、受電回路２５は、４つの温度Ｔの少なくとも１つが既定温度Ｔｋを超えていれば、第１コイル１３上に金属異物２７が存在すると判断する。そして、受電回路２５は、４つの検出器３３からの温度Ｔに基づいて、実施の形態４で述べた方法で、金属異物２７の、大体の位置を求める。

　次に、制御部２１は、第２コイル１５の内、少なくともらせんコイル部１５Ａが、金属異物２７と対向しない位置まで、第２コイル１５を移動するよう移動機構４１を制御する。具体的には、図７Ａの場合、第１コイル１３の手前側に金属異物２７が存在するので、受電回路２５からの金属異物２７の位置情報に基づいて、第２コイル１５を図７Ａの太矢印に示す方向（奥側）に移動する。これにより、金属異物２７は第１コイル１３と第２コイル１５との間に存在しなくなるので、金属異物２７の発熱は低減される。したがって、制御部２１は電力伝送を継続することができる。この際、第１コイル１３と第２コイル１５とが位置ずれを起こした状態で電力伝送されるので、効率は低下する。しかし、金属異物２７の存在により電力伝送が完全に停止するわけではないので、時間はかかっても負荷（ロボット）に搭載された電池の充電を継続することができる。この際に、制御部２１は、ユーザに対して、金属異物２７が存在するが、位置ずれ状態で電力を伝送していることを報知してもよい。

　その後、受電回路２５は、第１コイル１３と第２コイル１５との位置がずれた状態での電力伝送中も、４つの検出器３３からの温度Ｔの監視を継続する。そして、電力伝送中に、さらに別の金属異物が第１コイル１３の上面に落下、載置されると、その金属異物の存在を判断する。この場合、制御部２１は、この金属異物を避けるように第２コイル１５を移動し、電力伝送をできるだけ継続できるように制御する。しかし、第１コイル１３と第２コイル１５の位置ずれがさらに拡大し、十分な電力を受けられないと受電回路２５が判断すれば、受電回路２５は送電回路２３に対して電力伝送を停止するように指示する。これを受け、受電回路２５は電力伝送を停止するとともに、ユーザに対して金属異物２７により電力伝送を停止している旨を報知する。

　以上の構成、動作により、制御部２１は複数の検出器３３から出力される温度Ｔにより、金属異物２７の存在を高精度に判断できるとともに、大体の位置も検出できる。そのため、第１コイル１３と第２コイル１５は金属異物２７を避けるようにずれて電力供給をすることができる。したがって、制御部２１は、金属異物２７の第１コイル１３への落下、載置により電力伝送を停止する可能性が低くなる。このように非接触電力伝送システム１１４は、効率は低下するものの、連続的な電力伝送が可能である。

　なお、本実施の形態では、第１コイル１３の上面に金属異物２７が存在すると、それを避けるように第２コイル１５が動いて電力伝送を継続している。しかしながら、金属異物２７が例えば第１コイル１３の中央付近に存在し、第２コイル１５をどのように動かしても、受電回路２５へ十分な電力伝送ができない場合は、実施の形態４と同様に、直ちに電力伝送を停止し、ユーザに報知すればよい。

　次に本実施の形態による他の非接触電力伝送システムについて図７Ｂを参照しながら説明する。図７Ｂは本実施の形態における非接触電力伝送システム１１５の斜視図である。非接触電力伝送システム１１５では第１コイル１３が動く点が非接触電力伝送システム１１４と異なる。すなわち、移動機構４１に代えて、第１コイル１３を移動可能な移動機構４２が設けられている。

　非接触電力伝送システム１１４では、第２コイル１５が動いて金属異物２７を避ける動作を行っているが、非接触電力伝送システム１１５では第１コイル１３が動く。この場合、受電回路２５は、検出した金属異物２７の位置を送電回路２３に送り、送電回路２３が移動機構４２を制御して第１コイル１３を移動させる。この構成でも非接触電力伝送システム１１４と同様の効果を奏する。但し、第１コイル１３を床設置する場合、第１コイル１３自体を動かすための機械的な構造部分が必要となるため、第１コイル１３の大きさ（特に厚さ）が増す可能性が高まる。したがって、第１コイル１３を床設置する場合は、第２コイル１５のみが動く構成とする方が望ましい。

　また第１コイル１３と第２コイル１５の両方が動く構成であってもよい。すなわち、移動機構４１、４２を両方とも設けてもよい。この場合は、金属異物２７を避ける位置までの移動期間を短くできる。

　（実施の形態６）
　図８は、本発明の実施の形態６における非接触電力伝送システム１１６の斜視図である。非接触電力伝送システム１１６が実施の形態１による非接触電力伝送システム１１０と異なるのは、第１非接触温度検出器（以下、検出器）１９が複数個設けられ、それぞれが熱伝導体１７の上面に対する温度検出方向を変えることができる点である。図８は２つの検出器１９が設けられている例を示している。これにより、金属異物２７が発熱している場合、制御部２１は複数の検出器１９から出力される温度Ｔにより、金属異物２７の存在を高精度に判断できる。しかも、制御部２１は複数の検出器１９が発熱部分へ向いた方向に基づき、第１コイル１３上の金属異物２７の位置を、より正確に検出することができる。

　以下、具体的に非接触電力伝送システム１１６の構成、動作について、特徴となる部分を説明する。検出器１９Ａは、奥行き方向（以下、Ｙ方向という）の輪郭線上の中央部分に配置され、検出器１９Ｂは、第１コイル１３における幅方向（以下、Ｘ方向という）の輪郭線上の中央部分に配置されている。したがって、第１コイル１３のＸ方向とＹ方向に、それぞれ検出器１９が１つずつ配置される。

　検出器１９は電動で左右に温度検出方向を変えることができる機構を有している。したがって、検出器１９は、第１温度検出範囲３１を、第１コイル１３に設けられた熱伝導体１７の上面に対し、スキャンすることができる。この際、第１温度検出範囲３１が狭くなるように検出器１９が構成されている。これにより、少数の検出器１９であっても高精度に金属異物２７の発熱を検出することができる。

　検出器１９Ａ、１９Ｂは送電回路２３と電気的に接続されている。送電回路２３は、検出器１９Ａ、１９Ｂに対し、それぞれの温度検出方向を変えるための信号を出力するとともに、現在のそれぞれの温度Ｔと温度検出方向（以下、角度という）の情報を読み込む。したがって、送電回路２３と検出器１９Ａ、１９Ｂとは、双方向の通信機能を有する。この両者間の信号を制御信号ｃｏｎｔと呼ぶ。

　次に、非接触電力伝送システム１１６の動作を説明する。まず、制御部２１は、電力伝送を開始すると同時に、検出器１９Ａ、１９Ｂが、第１温度検出範囲３１Ａ、３１Ｂを、熱伝導体１７の上面に対し、スキャンするように制御信号ｃｏｎｔを出力する。これにより、検出器１９Ａ、１９Ｂは、太矢印に示すように、左右にその方向を変える。

　次に、第１コイル１３から第２コイル１５へ電力を伝送する前、または電力伝送中に、第１コイル１３上に金属異物２７が落下、載置されると、電力伝送中に金属異物２７が発熱する。送電回路２３は、検出器１９Ａ、１９Ｂからの温度Ｔと角度の情報を読み込み、現在の各温度Ｔが既定温度Ｔｋを超えているか否かを判断する。そして、各温度Ｔの内、いずれかが既定温度Ｔｋを超えていれば、既定温度Ｔｋを超えた方の検出器１９、例えば、検出器１９Ａの角度を送電回路２３に内蔵されたメモリ（図示せず）に記憶する。

　その後、もう一方の検出器１９である検出器１９Ｂにおいても、第１温度検出範囲３１が金属異物２７を含むと、その温度Ｔは既定温度Ｔｋを超える。送電回路２３はその際の検出器１９Ｂの角度も上記メモリに記憶する。

　次に、制御部２１は、金属異物２７が存在すると判断し、電力伝送を停止するとともに、ユーザに金属異物２７の存在を報知する。この際、制御部２１は、送電回路２３のメモリに２つの検出器１９の角度が記憶されているので、これらの角度から、第１コイル１３上のＸ方向、およびＹ方向の位置を求め、金属異物２７の位置情報をユーザに知らせる。これにより、特に第１コイル１３が大型である場合、ユーザはどの位置に金属異物２７があるのかを素早く正確に知ることができる。そのため、ユーザによる金属異物２７の除去が容易になる。

　なお、受電回路２５が金属異物２７の存在を判断した後の動作は実施の形態１と同様である。

　以上の構成、動作により、金属異物２７が発熱している場合、制御部２１は複数の検出器１９から出力される温度Ｔにより、金属異物２７の存在を高精度に判断できる。さらに、複数の検出器１９における発熱部分への方向（角度）から、第１コイル１３上の金属異物２７の位置を、より正確に検出することができる。そのため、ユーザは金属異物２７を容易に取り除くことができる。

　また、図８では、２つの検出器１９が配置されているが、検出器１９は２つより多くてもよい。特に大型の第１コイル１３の場合、さらに正確な金属異物２７の位置情報が得られる。しかしながら、検出器１９の数が多すぎると構成、制御が複雑になるため、必要十分な位置情報が得られる数を予め決定すればよい。

　また、本実施の形態では、検出器１９の温度検出方向が変えられる。同様に、実施の形態４のように第２コイル１５側に複数の第２非接触温度検出器３３を配置し、温度検出方向が変えられるようにしてもよい。

　また、本実施の形態では、検出器１９Ａを第１コイル１３におけるＹ方向の輪郭線上の中央部分とに設け、検出器１９ＢをＸ方向の輪郭線上の中央部分に設けたが、複数の検出器１９の配置はこれに限定されるものではない。第１コイル１３の端部（四隅や輪郭線上）で、Ｘ方向とＹ方向の位置が求められる部分に配置すればよい。

　（実施の形態７）
　図９Ａは、本発明の実施の形態７における非接触電力伝送システム１１７の斜視図である。非接触電力伝送システム１１７が実施の形態６による非接触電力伝送システム１１６と異なるのは、第２コイル１５を移動可能な移動機構４１が設けられている点である。制御部２１の送電回路２３は、複数の検出器１９から金属異物２７の位置を判断する。そして送電回路２３は金属異物２７の位置情報を受電回路２５に送信する。受電回路２５は金属異物２７の上部に第２コイル１５が対向しないように、第２コイル１５の位置をずらすように移動機構４１を制御する。それ以外の構成は実施の形態６と同様である。

　この構成でも実施の形態５における非接触電力伝送システム１１４と同様の効果を奏する。しかしながら非接触電力伝送システム１１７は、非接触電力伝送システム１１４よりも正確に位置を検出できるので、制御部２１は、移動機構４１により、第１コイル１３と第２コイル１５の位置ずれができるだけ小さくなるように、第２コイル１５の位置をずらすことができる。

　また、実施の形態５における非接触電力伝送システム１１５と同様に、第１コイル１３を移動させてもよい。図９Ｂは、本実施の形態における非接触電力伝送システム１１８の斜視図である。非接触電力伝送システム１１８が非接触電力伝送システム１１６と異なるのは、第１コイル１３を移動可能な移動機構４２が設けられている点である。制御部２１の送電回路２３は、複数の検出器１９から金属異物２７の位置を判断する。そして送電回路２３は金属異物２７の上部に第２コイル１５が対向しないように、第１コイル１３の位置をずらすように移動機構４２を制御する。

　この構成でも実施の形態５における非接触電力伝送システム１１５と同様の効果を奏する。しかしながら非接触電力伝送システム１１８は、非接触電力伝送システム１１５よりも正確に位置を検出できるので、制御部２１は、移動機構４２により、第１コイル１３と第２コイル１５の位置ずれができるだけ小さくなるように、第１コイル１３の位置をずらすことができる。

　なお第１コイル１３と第２コイル１５の両方が動く構成であってもよい。すなわち、移動機構４１、４２を両方とも設けてもよい。この場合は、金属異物２７を避ける位置までの移動期間を短くできる。

　なお、図１、図８に示す第１コイル１３、熱伝導体１７、第１非接触温度検出器１９、送電回路２３で構成されたユニットにおいては、送電回路２３は受電回路２５と通信しなくてもよい。この場合、このユニットは、受電コイルである第２コイル１５を有する機器に対し、電磁誘導によって交流電力を伝送する非接触送電装置である。同様に、図９Ｂに示す第１コイル１３、熱伝導体１７、第１非接触温度検出器１９、送電回路２３、移動機構４２で構成されたユニットにおいても、送電回路２３は受電回路２５と通信しなくてもよい。この場合、このユニットは、受電コイルである第２コイル１５を有する機器に対し、電磁誘導によって交流電力を伝送する非接触送電装置である。これらの場合、送電回路２３が単独で制御部２１として機能する。

　本発明にかかる非接触電力伝送システムおよび非接触送電装置は、金属異物を高精度に検出することができるので、特に非接触で電力を伝送するために有用である。

１３　　第１コイル
１３Ａ，１５Ａ　　らせんコイル部
１５　　第２コイル
１７　　熱伝導体
１９，１９Ａ，１９Ｂ　　第１非接触温度検出器（検出器）
２１　　制御部
２３　　送電回路
２５　　受電回路
２７　　金属異物
２９　　温度拡大範囲
３１，３１Ａ，３１Ｂ　　第１温度検出範囲
３３，３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃ，３３Ｄ　　第２非接触温度検出器（検出器）
３５，３５Ａ，３５Ｂ，３５Ｃ，３５Ｄ　　第２温度検出範囲
４１，４２　　移動機構
１１０，１１０Ｒ，１１１，１１２，１１３，１１４，１１５，１１６，１１７，１１８　　非接触電力伝送システム

Claims

第１コイルと、
前記第１コイルの上側に対向して配置された第２コイルと、
前記第１コイルの上面に形成された非金属の熱伝導体と、
前記第１コイルと前記第２コイルの少なくとも一方の端部に配置され、前記熱伝導体の温度を検出する非接触温度検出器と、
前記第１コイル、前記第２コイル、前記非接触温度検出器と電気的に接続された制御部と、を備え、
前記制御部は、前記第１コイルと前記第２コイルとの間で電力を伝送している際に、前記非接触温度検出器が既定温度を超える温度を検出すると、前記第１コイル上に金属異物が存在すると判断する、
非接触電力伝送システム。
前記熱伝導体は非磁性体で形成されている、
請求項１記載の非接触電力伝送システム。
前記制御部は、前記金属異物の存在を判断すれば、前記第１コイルと前記第２コイルとの間で電力を伝送することを停止する、
請求項１記載の非接触電力伝送システム。
前記非接触温度検出器は複数の非接触温度検出器の１つであり、前記第１コイルと前記第２コイルの少なくとも一方の端部は前記第１コイルと前記第２コイルの少なくとも一方の複数の端部の１つであり、前記複数の非接触温度検出器は前記複数の端部に配置された、
請求項１記載の非接触電力伝送システム。
前記第１コイルと前記第２コイルの少なくとも一方を移動可能な移動機構をさらに備え、
前記制御部は、前記複数の非接触温度検出器から前記金属異物の位置を判断し、
前記金属異物の上部に前記第２コイルが対向しないように、前記第１コイルと前記第２コイルの少なくとも一方の位置をずらすように前記移動機構を制御する請求項４記載の非接触電力伝送システム。
前記複数の非接触温度検出器は、前記熱伝導体の上面に対する温度検出方向を変えることが可能に構成された、
請求項４記載の非接触電力伝送システム。
受電コイルを有する機器に対し、電磁誘導によって交流電力を伝送する非接触送電装置であって、
送電コイルと、
前記送電コイルの上面に形成された非金属の熱伝導体と、
前記送電コイルの端部に配置され、前記熱伝導体の温度を検出する非接触温度検出器と、
前記送電コイルと前記非接触温度検出器とに電気的に接続された制御部と、を備え、
前記制御部は、前記送電コイルから電力を伝送している際に、前記非接触温度検出器が既定温度を超える温度を検出すると、前記送電コイル上に金属異物が存在すると判断する、
非接触送電装置。
前記熱伝導体は非磁性体で形成されている、
請求項７記載の非接触送電装置。
前記制御部は、前記金属異物の存在を判断すれば、前記送電コイルから電力を伝送することを停止する、
請求項７記載の非接触送電装置。
前記非接触温度検出器は複数の非接触温度検出器の１つであり、前記送電コイルの端部は前記送電コイルの複数の端部の１つであり、前記複数の非接触温度検出器は前記複数の端部に配置された、
請求項７記載の非接触送電装置。
前記送電コイルを移動可能な移動機構をさらに備え、
前記制御部は、前記複数の非接触温度検出器から前記金属異物の位置を判断し、
前記金属異物の上部に前記受電コイルが対向しないように、前記送電コイルの位置をずらすように前記移動機構を制御する、
請求項１０記載の非接触送電装置。
前記複数の非接触温度検出器は、前記熱伝導体の上面に対する温度検出方向を変えることが可能に構成された、
請求項１０記載の非接触送電装置。