(57)【要約】【課題】送電コイルまたは受電コイルに対向する位置に置かれた異物のサイズが小さくとも、異物を高精度に検出することが可能な電力伝送装置、電子機器、並びにワイヤレス電力伝送システムを提供すること。【解決手段】他の電子機器を載置する電子機器載置面を有し、前記電子機器にワイヤレス電力伝送を行う電力伝送装置において、前記電子機器載置面に載置された前記電子機器に電力を伝送する磁界を発生させる送電コイルと、前記送電コイルに対向し、互いに間隔を置いて配置される複数の第１電極と、前記複数の第１電極のうち、いずれかとコンデンサを形成する複数の第２電極と、前記複数の第１電極に順次所定の信号を印加して駆動する駆動部と、前記第１電極と前記第２電極との間の容量を計測する計測部と、を備え、前記計測部は計測された前記容量に基づいて、前記電子機器載置面上における異物を検出する。【選択図】図４
2014096956.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
他の電子機器を載置する電子機器載置面を有し、前記電子機器にワイヤレス電力伝送を行う電力伝送装置において、
前記電子機器載置面に載置された前記電子機器に電力を伝送する磁界を発生させる送電コイルと、
前記送電コイルに対向し、互いに間隔を置いて配置される複数の第１電極と、
前記複数の第１電極のうち、いずれかとコンデンサを形成する複数の第２電極と、
前記複数の第１電極に順次所定の信号を印加して駆動する駆動部と、
前記第１電極と前記第２電極との間の容量を計測する計測部と、を備え、
前記計測部は計測された前記容量に基づいて、前記電子機器載置面上における異物を検出することを特徴とする電力伝送装置。
【請求項２】
前記複数の第１電極と前記複数の第２電極とは交差するように配置され、
前記計測部は、前記第１電極と前記第２電極の交点の容量に基づいて、異物の位置を特定することを特徴とする請求項１記載の電力伝送装置。
【請求項３】
前記複数の第１電極は前記複数の第２電極と交互に配置され、
前記計測部は、隣り合う前記第１電極および前記第２電極間の容量に基づいて、異物の位置を特定することを特徴とする請求項１記載の電力伝送装置。
【請求項４】
前記送電コイルと、前記第１電極及び第２電極を備える電極シートとを収納するとともに、前記電子機器載置面を備えるハウジングと、を更に有し、
前記ハウジング内において、前記電子機器載置面から近い順に前記電極シートと前記送電コイルを重畳して配置したことを特徴とする請求項１乃至請求項３いずれか１項記載の電力伝送装置。
【請求項５】
前記送電コイルを収納するハウジングと、
前記第１電極及び第２電極を備えると共に、前記電子機器載置面を形成する電極シートと、を更に有し、
前記電極シートは、前記ハウジングを介して前記送電コイルに重畳して配置されることを特徴とする請求項１乃至請求項３いずれか１項記載の電力伝送装置。
【請求項６】
前記電極シートは、前記第１または第２電極がＬ１ｗの間隔で配置される第２領域と、前記第１または第２電極が前記Ｌ１ｗよりも小さいＬ１ｎの間隔で配置される第１領域と、を有し、
前記第１領域の少なくとも一部は、前記送電コイルと対向しないことを特徴とする請求項４または請求項５記載の電力伝送装置。
【請求項７】
前記電極シートは、前記第１または第２電極の幅がＬ２ｗで形成される第２領域と、
前記第１または第２電極の幅が前記Ｌ１ｗよりも小さいＬ２ｎで形成される第１領域と、を有し、
前記第１領域の少なくとも一部は、前記送電コイルと対向しないことを特徴とする請求項４または請求項５記載の電力伝送装置。
【請求項８】
映像を表示するとともに、前記電子機器載置面を形成する表示面と、
前記表示面の周囲に設けられ前記送電コイルを備える額縁領域と、を更に備え、
前記電極シートは、前記第１および第２電極の個々の電極を導電性の細線を編んで構成されることを特徴とする請求項４または請求項５記載の電力伝送装置。
【請求項９】
前記導電性の細線を編んで構成した電極を、前記第１電極及び第２電極の延伸方向における電気的導通を保ちつつ、部分的に切除したことを特徴とする請求項８記載の電力伝送装置。
【請求項１０】
映像を表示するとともに、前記電子機器載置面を形成する表示面と、
前記表示面の周囲に設けられ前記送電コイルを備える額縁領域と、を更に備え、
前記電極シートは、前記第１または第２電極の個々の電極を複数の導電性の細線で構成されるとともに、前記導電性の細線の少なくとも一部が、前記第１および第２電極の延伸方向に対して所定の角度を有するように構成されることを特徴とする請求項４または請求項５記載の電力伝送装置。
【請求項１１】
前記計測部は、前記駆動部によって前記第１電極に印加された信号に応じて前記第２電極で発生する充放電電流を計測し、前記充放電電流値に基づいて前記第１電極と第２電極間の電極交点の容量を計測し、
更に、前記計測部は、計測した前記容量の変化に基づいて異物の有無または異物の存在する位置を検出することを特徴とする請求項１乃至請求項３いずれか１項記載の電力伝送装置。
【請求項１２】
前記電子機器載置面に前記電子機器が載置されたか否かを検出する電子機器検知部と、
電力伝送の実行を制御する送電制御部と、を更に備え、
前記電子機器検知部において、前記電子機器が載置された状態を検出した場合、前記計測部は電力伝送を開始する前に異物の有無を検出し、
前記計測部が異物を検出しなかった場合、前記送電制御部は電力伝送を実行し、
前記計測部が異物を検出した場合、前記送電制御部は電力伝送を保留することを特徴とする請求項１記載の電力伝送装置。
【請求項１３】
前記電子機器載置面に前記電子機器が載置されたか否かを検出する電子機器検知部を更に備え、
前記電子機器検知部において、前記電子機器が載置されていない状態を検出した場合、前記計測部は所定の周期で異物の有無を検出し、
前記電子機器検知部で前記電子機器が載置された状態を検出した場合、前記計測部は、一度異物の有無を検出した後は、次に前記電子機器が載置されていない状態を検出するまで、異物の検出を保留することを特徴とする請求項１記載の電力伝送装置。
【請求項１４】
電子機器に電力を伝送する磁界を発生する送電コイルと、
前記電子機器に設けられた受電コイルと、
前記送電コイルと前記受電コイルの間に、互いに間隔を置いて配置される複数の第１電極と、
前記第１電極のうち、いずれかとコンデンサを形成する複数の第２電極と、
前記複数の第１電極に順次所定の信号を印加して駆動する駆動部と、
前記第１電極と前記第２電極との間の容量を計測する計測部と、を備え、
前記計測部は計測された前記容量に基づいて前記送電コイルと前記受電コイルの間における異物を検出することを特徴とするワイヤレス電力伝送システム。
【請求項１５】
他の電力伝送装置に載置される被載置面を有し、前記電力伝送装置からワイヤレス電力伝送を受ける電子機器において、
前記電力伝送装置から発せられた磁界を電力に変換する受電コイルと、
前記受電コイルの前記被載置面側に対向し、互いに間隔を置いて配置される複数の第１電極と、
前記第１電極のうち、いずれかとコンデンサを形成する複数の第２電極と、
前記複数の第１電極に順次所定の信号を印加して駆動する駆動部と、
前記第１電極と前記第２電極との間の容量を計測する計測部と、を備え、
前記計測部は計測された前記容量に基づいて前記受電コイルの前記被載置面上における異物を検出することを特徴とする電子機器。
【請求項１６】
他の電子機器を載置する電子機器載置面を画定し、前記電子機器にワイヤレス電力伝送を行う電力伝送装置において、
前記電子機器載置面に載置された前記電子機器に電力を伝送する磁界を発生させる送電コイルと、
前記送電コイルの前記電子機器載置面側に対向して配置され、互いに間隔を置いて平行に延伸する複数の第１電極と、
前記第１電極と絶縁して配置され、前記第１電極の間に前記第１電極と互いに間隔を置いて並進するように配置された複数の第２電極と、
前記複数の第１電極に一括して所定の信号を印加して駆動する駆動部と、
前記複数の第２電極を走査して、隣接する前記第１電極と前記第２電極の間の容量を計測する計測部と、を備え、
前記計測部は計測された前記静電容量に基づいて、前記送電コイルの前記電子機器載置面上における異物の有無を判定することを特徴とする電力伝送装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子機器に搭載された二次電池を充電するなどの用途で、電子機器とワイヤレスないし非接触の状態で給電を行う電力伝送装置、この電力伝送装置によって電力供給を受ける電子機器、ならびに電力伝送装置と電子機器によって構成されるワイヤレス電力伝送システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話などの二次電池を備えた電子機器では、二次電池の充電を行うために、電子機器と充電器とを各々の端子を介して電気的に接続して、充電器から電子機器に電力を供給するようにしたものが一般的であるが、電力伝送装置と電子機器とにそれぞれ送電用と受電用のコイルを設けて、電磁誘導方式により電力伝送装置から電子機器にワイヤレスで電力伝送を行う技術が知られている（特許文献１〜３）。これによると、電気的な接続のための端子が露出しないため、防水性の確保が容易であり、また、接触不良や劣化の問題に配慮する必要がなく、また、電力伝送装置と電子機器の着脱を容易に行うことができるなどの利点が得られる。
【０００３】
ワイヤレス電力伝送は送電コイルを実装したトレイやドック状等の電力伝送装置に、受電コイルを備えた電子機器を載置、装着することで行われるが、このとき送電コイルを実装したトレイに異物が置かれたり、受電コイルを実装した電子機器に異物が付着したり、電力伝送装置と電子機器の間に異物が入り込むことがある。このような異物としては、例えばステープラの針といった金属（導体）や、欠け落ちた消しゴム片といった樹脂（絶縁体）など様々なものが考えられる。そして、このような異物が送電コイルに対向する位置に存在することにより、例えば異物が導体であれば異物が発熱するおそれがある。また、異物が絶縁体であっても、異物が電力伝送装置と電子機器の間に介在することで送電コイルと受電コイルの間隔が開き、電磁誘導の結合係数が低下することで、結果として電力伝送効率が低下する場合がある。
【０００４】
このようにワイヤレス電力伝送における異物の存在は、発熱や電力伝送効率の低下をもたらすことから、異物を的確に検出して、これをユーザに通知する技術が求められている。電力伝送装置の送電コイル近傍に存在する異物を検出するものとして、例えば、電力伝送装置を構成するトレイに異物が置かれた際の静電容量変化を検出して、異物の有無を判定する技術が知られている（特許文献４）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−４２５１９号公報
【特許文献２】特開２０１０−１６２３５号公報
【特許文献３】特開２００８−１７２８７３号公報
【特許文献４】特開２０１２−９０３７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献４に開示された構成では、静電容量を計測する電極はトレイ全体に分散配置されているものの、これらの電極は２つの群として構成され、この２群の電極に交流を印加してトレイ全体の静電容量を検出している。このとき、例えばステープラの針のような微小な異物がトレイに置かれたとすると、これによって変化する静電容量は、トレイ全体の静電容量と比較してごく僅かであるため、実質的に異物の検出が困難になるという課題があった。
【０００７】
本発明は、このような従来技術の課題を解決するべく案出されたものであり、その主な目的は、送電コイルまたは受電コイルに対向する位置に置かれた異物のサイズが小さくとも高精度に検出することが可能な電力伝送装置、電子機器、並びにワイヤレス電力伝送システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の電力伝送装置は、他の電子機器を載置する電子機器載置面を有し、前記電子機器にワイヤレス電力伝送を行う電力伝送装置において、前記電子機器載置面に載置された前記電子機器に電力を伝送する磁界を発生させる送電コイルと、前記送電コイルに対向し、互いに間隔を置いて配置される複数の第１電極と、前記複数の第１電極のうち、いずれかとコンデンサを形成する複数の第２電極と、前記複数の第１電極に順次所定の信号を印加して駆動する駆動部と、前記第１電極と前記第２電極との間の容量を計測する計測部と、を備え、前記計測部は計測された前記容量に基づいて、前記電子機器載置面上における異物を検出する構成としたものである。
【０００９】
また、本発明のワイヤレス電力伝送システムは、電子機器に電力を伝送する磁界を発生する送電コイルと、前記電子機器に設けられた受電コイルと、前記送電コイルと前記受電コイルの間に、互いに間隔を置いて配置される複数の第１電極と、前記第１電極のうち、いずれかとコンデンサを形成する複数の第２電極と、前記複数の第１電極に順次所定の信号を印加して駆動する駆動部と、前記第１電極と前記第２電極との間の容量を計測する計測部と、を備え、前記計測部は計測された前記容量に基づいて前記送電コイルと前記受電コイルの間における異物を検出する構成としたものである。
【００１０】
また、本発明の電子機器は、他の電力伝送装置に載置される被載置面を有し、前記電力伝送装置からワイヤレス電力伝送を受ける電子機器において、前記電力伝送装置から発せられた磁界を電力に変換する受電コイルと、前記受電コイルの前記被載置面側に対向し、互いに間隔を置いて配置される複数の第１電極と、前記第１電極のうち、いずれかとコンデンサを形成する複数の第２電極と、前記複数の第１電極に順次所定の信号を印加して駆動する駆動部と、前記第１電極と前記第２電極との間の容量を計測する計測部と、を備え、前記計測部は計測された前記容量に基づいて前記受電コイルの前記被載置面上における異物を検出する構成としたものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、他の電子機器を載置する電子機器載置面を有し、前記電子機器にワイヤレス電力伝送を行う電力伝送装置において、前記電子機器載置面に載置された前記電子機器に電力を伝送する磁界を発生させる送電コイルと、前記送電コイルに対向し、互いに間隔を置いて配置される複数の第１電極と、前記複数の第１電極のうち、いずれかとコンデンサを形成する複数の第２電極と、前記複数の第１電極に順次所定の信号を印加して駆動する駆動部と、前記第１電極と前記第２電極との間の容量を計測する計測部と、を備え、前記計測部は計測された前記容量に基づいて、前記電子機器載置面上における異物を検出する構成としたため、第１電極と第２電極との間に形成される全てのコンデンサの静電容量が、個々に正確に計測されることから、異物のサイズが小さくとも異物を高精度に検出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムの全体構成図
【図２】（ａ），（ｂ）は第１実施形態に係る電力伝送装置と電子機器の断面図
【図３】第１実施形態に係る異物検出部の全体構成図
【図４】第１実施形態に係る異物検出部における電極部と計測部の概略構成図
【図５】第１実施形態に係る計測部における送信電極駆動部の概略構成図
【図６】第１実施形態に係る計測部における受信部の概略構成図
【図７】第１実施形態に係る計測部における受信信号処理部の構成を示す構成図
【図８】（ａ）は第１実施形態において異物が存在しない場合の電極交点近傍の平面図、同（ｂ）は異物が存在しない場合の電極交点近傍の断面図、同（ｃ）は電力伝送装置１のハウジング上に異物（導体）が存在する場合の電極交点近傍の断面図、同（ｄ）は異物（導体）が存在する場合の電極交点の等価回路
【図９】（ａ）は第１実施形態において電力伝送装置のハウジング上に異物（絶縁体）が存在する場合の電極交点近傍の断面図、同（ｂ）は異物（絶縁体）の有無と電気力線の関係を示す説明図
【図１０】（ａ），（ｂ），（ｃ）は第１実施形態において異物の有無による複数の送信，受信電極の交点の静電容量変化を示す説明図
【図１１】（ａ），（ｂ），（ｃ）は第１実施形態において給電を受ける電子機器の側に異物が付着していた場合の、異物検出過程を説明する説明図
【図１２】第１実施形態に係る送信電極と受信電極の構成の変形例１の説明図
【図１３】第１実施形態に係る送信電極と受信電極の構成の変形例２の説明図
【図１４】第１実施形態に係る送信電極と受信電極の構成の変形例３の説明図
【図１５】第２実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムの概略斜視図
【図１６】第２実施形態に係る電力伝送装置機能を備えたディスプレイ装置の概略構成図
【図１７】第２実施形態における送信電極の構成図
【図１８】（ａ），（ｂ）は第２実施形態における送信電極の他の構成図
【図１９】第３実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムの断面図
【図２０】第４実施形態に係る電力伝送装置における異物検出部の概略構成図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
前記課題を解決するためになされた第１の発明は、他の電子機器を載置する電子機器載置面を有し、前記電子機器にワイヤレス電力伝送を行う電力伝送装置において、前記電子機器載置面に載置された前記電子機器に電力を伝送する磁界を発生させる送電コイルと、前記送電コイルに対向し、互いに間隔を置いて配置される複数の第１電極と、前記複数の第１電極のうち、いずれかとコンデンサを形成する複数の第２電極と、前記複数の第１電極に順次所定の信号を印加して駆動する駆動部と、前記第１電極と前記第２電極との間の容量を計測する計測部と、を備え、前記計測部は計測された前記容量に基づいて、前記電子機器載置面上における異物を検出する構成とした電力伝送装置である。
【００１４】
これによって、第１電極と第２電極との間に形成される全てのコンデンサの静電容量が、個々に正確に計測されることから、異物のサイズが小さくとも異物を高精度に検出することが可能となる。
【００１５】
また、第２の発明は、前記複数の第１電極と前記複数の第２電極とは交差するように配置され、前記計測部は、前記第１電極と前記第２電極の交点の容量に基づいて、異物の位置を特定するようにしたものである。
【００１６】
これによって、電極マトリクスを構成する個々の電極交点の静電容量に基づいて重み付け演算をすることで、単に異物の有無だけでなく、異物の位置をも特定できるようになり、特に電力伝送装置が大型化した際に、異物の位置をユーザに通知することが可能となる。
【００１７】
また、第３の発明は、前記複数の第１電極は前記複数の第２電極と交互に配置され、前記計測部は、隣り合う前記第１電極および前記第２電極間の容量に基づいて、異物の位置を特定するようにしたものである。
【００１８】
これによって、同一の方向に間隔を置いて第１電極と第２電極を交互に配列した構成において、隣接する第１電極と第２電極の間の静電容量を個々に計測できるため、電力伝送装置の送電コイルに対向する位置に微小な異物が置かれたり、付着した場合であっても、高精度に当該異物を検出することができる。
【００１９】
また、第４の発明は、前記送電コイルと、前記第１電極及び第２電極を備える電極シートとを収納するとともに、前記電子機器載置面を備えるハウジングと、を更に有し、前記ハウジング内において、前記電子機器載置面から近い順に前記電極シートと前記送電コイルを重畳して配置するようにしたものである。
【００２０】
これによって、電子機器載置面に電子機器が載置された場合のみならず、電子機器が載置されていない場合であっても、電子機器載置面上の異物を検出することができる。
【００２１】
また、第５の発明は、前記送電コイルを収納するハウジングと、前記第１電極及び第２電極を備えると共に、前記電子機器載置面を形成する電極シートと、を更に有し、前記電極シートは、前記ハウジングを介して前記送電コイルに重畳して配置するようにしたものである。
【００２２】
これによって、電子機器載置面に電子機器が載置された場合のみならず、電子機器が載置されていない場合であっても、電子機器載置面上の異物を検出することができる。
【００２３】
また、第６の発明は、前記電極シートは、前記第１または第２電極がＬ１ｗの間隔で配置される第２領域と、前記第１または第２電極が前記Ｌ１ｗよりも小さいＬ１ｎの間隔で配置される第１領域と、を有し、前記第１領域の少なくとも一部は、前記送電コイルと対向しないように構成したものである。
【００２４】
これによって、ユーザの使用頻度が高い領域の電極の配置間隔を小さくし、この領域における位置検出の分解能が高く設定することで、小さな異物も高精度で検出できる。
【００２５】
また、第７の発明は、前記電極シートは、前記第１または第２電極の幅がＬ２ｗで形成される第２領域と、前記第１または第２電極の幅が前記Ｌ１ｗよりも小さいＬ２ｎで形成される第１領域と、を有し、前記第１領域の少なくとも一部は、前記送電コイルと対向しないように構成したものである。
【００２６】
これによって、ユーザの使用頻度が高い領域の電極の幅を小さくし、この領域における電極交点の静電容量を小さくしたため、微小な異物が置かれた際の静電容量変化が小さくても、当初の電極交点の静電容量からの変化率は大きくなるため異物の検出精度を高めることができる。
【００２７】
また、第８の発明は、映像を表示するとともに、前記電子機器載置面を形成する表示面と、前記表示面の周囲に設けられ前記送電コイルを備える額縁領域と、を更に備え、前記電極シートを、前記第１および第２電極の個々の電極を導電性の細線を編んで構成したものである。
【００２８】
これによって、ディスプレイ装置に本発明のワイヤレス電力伝送システム又は電力伝送装置を応用した際に、第１電極及び第２電極とディスプレイ装置の画素マトリクスが干渉して発生する表示画面のモアレを抑制することができる。
【００２９】
また、第９の発明は、前記導電性の細線を編んで構成した電極を、前記第１電極及び第２電極の延伸方向における電気的導通を保ちつつ、部分的に切除して構成したものである。
【００３０】
これによって、ディスプレイ装置の表示面の額縁に送電コイルを設けて構成したワイヤレス電力伝送システム又は電力伝送装置において、第１電極及び第２電極とディスプレイ装置の画素マトリクスが干渉して発生する表示画面のモアレを抑制しつつ、電極内で発生する渦電流を抑制して高効率なワイヤレス電力伝送を実現することができる。
【００３１】
また、第１０の発明は、映像を表示するとともに、前記電子機器載置面を形成する表示面と、前記表示面の周囲に設けられ前記送電コイルを備える額縁領域と、を更に備え、前記電極シートは、前記第１または第２電極の個々の電極を複数の導電性の細線で構成されるとともに、前記導電性の細線の少なくとも一部が、前記第１および第２電極の延伸方向に対して所定の角度を有するように構成したものである。
【００３２】
これによって、ディスプレイ装置に本発明のワイヤレス電力伝送システム又は電力伝送装置を応用した際に、ディスプレイ装置において、第１電極及び第２電極とディスプレイ装置の画素マトリクスが干渉して発生する表示画面のモアレを抑制することができる。
【００３３】
また、第１１の発明は、前記計測部は、前記駆動部によって前記第１電極に印加された信号に応じて前記第２電極で発生する充放電電流を計測し、前記充放電電流値に基づいて前記第１電極と第２電極間の電極交点の容量を計測し、更に、前記計測部は、計測した前記容量の変化に基づいて異物の有無または異物の存在する位置を検出するようにしたものである。
【００３４】
これによって、静電容量は充放電電流と精度よく対応することから、計測した充放電電流値に基づいて送信電極、受信電極間の電極交点の静電容量を正確に計測でき、異物の有無または異物の存在する位置を高精度に特定することができる。
【００３５】
また、第１２の発明は、前記電子機器載置面に前記電子機器が載置されたか否かを検出する電子機器検知部と、電力伝送の実行を制御する送電制御部とを更に備え、前記電子機器検知部において、前記電子機器が載置された状態を検出した場合、前記計測部は電力伝送を開始する前に異物の有無を検出し、前記計測部が異物を検出しなかった場合、前記送電制御部は電力伝送を実行し、前記計測部が異物を検出した場合、前記送電制御部は電力伝送を保留するように構成したものである。
【００３６】
これによって、電力伝送装置と電子機器の間に異物が存在しない場合は電力伝送を行い、一方、異物が存在して発熱や伝送効率低下をもたらすおそれがある場合は、電力伝送を保留することができる。
【００３７】
また、第１３の発明は、前記電子機器載置面に前記電子機器が載置されたか否かを検出する電子機器検知部を更に備え、前記電子機器検知部において、前記電子機器が載置されていない状態を検出した場合、前記計測部は所定の周期で異物の有無を検出し、前記電子機器検知部で前記電子機器が載置された状態を検出した場合、前記計測部は、一度異物の有無を検出した後は、次に前記電子機器が載置されていない状態を検出するまで、異物の検出を保留するように構成したものである。
【００３８】
これによって、電力伝送装置と電子機器の状態に応じて異物検出を的確に実行し、無駄な電力消費を抑えることができる。
【００３９】
また、第１４の発明は、電子機器に電力を伝送する磁界を発生する送電コイルと、前記電子機器に設けられた受電コイルと、前記送電コイルと前記受電コイルの間に、互いに間隔を置いて配置される複数の第１電極と、前記第１電極のうち、いずれかとコンデンサを形成する複数の第２電極と、前記複数の第１電極に順次所定の信号を印加して駆動する駆動部と、前記第１電極と前記第２電極との間の容量を計測する計測部と、を備え、前記計測部は計測された前記容量に基づいて前記送電コイルと前記受電コイルの間における異物を検出するように構成したワイヤレス電力伝送システムである。
【００４０】
これによって、第１電極と第２電極との間に形成される全てのコンデンサの静電容量が、個々に正確に計測されることから、ワイヤレス電力伝送システム、即ち電力伝送装置とこれから給電を受ける電子機器の間に微小な異物が置かれたり、逆に電子機器の側に微小な異物が付着した状態で、電力伝送装置の電力伝送用のトレイ等に電子機器を載置した場合であっても、高精度に当該異物を検出することができる。
【００４１】
また、第１５の発明は、他の電力伝送装置に載置される被載置面を有し、前記電力伝送装置からワイヤレス電力伝送を受ける電子機器において、前記電力伝送装置から発せられた磁界を電力に変換する受電コイルと、前記受電コイルの前記被載置面側に対向し、互いに間隔を置いて配置される複数の第１電極と、前記第１電極のうち、いずれかとコンデンサを形成する複数の第２電極と、前記複数の第１電極に順次所定の信号を印加して駆動する駆動部と、前記第１電極と前記第２電極との間の容量を計測する計測部と、を備え、前記計測部は計測された前記容量に基づいて前記受電コイルの前記被載置面上における異物を検出するよう構成した電子機器である。
【００４２】
これによって、第１電極と第２電極との間に形成される全てのコンデンサの静電容量が、個々に正確に計測されることから、電子機器の受電コイルに対向する位置（被載置面上）に微小な異物が置かれたり、逆に電力伝送装置の側に微小な異物が付着した状態で、電力伝送装置の電力伝送用のトレイ等に電子機器を載置した場合であっても、高精度に当該異物を検出することができる。
【００４３】
また、第１６の発明は、他の電子機器を載置する電子機器載置面を画定し、前記電子機器にワイヤレス電力伝送を行う電力伝送装置において、前記電子機器載置面に載置された前記電子機器に電力を伝送する磁界を発生させる送電コイルと、前記送電コイルの前記電子機器載置面側に対向して配置され、互いに間隔を置いて平行に延伸する複数の第１電極と、前記第１電極と絶縁して配置され、前記第１電極の間に前記第１電極と互いに間隔を置いて並進するように配置された複数の第２電極と、前記複数の第１電極に一括して所定の信号を印加して駆動する駆動部と、前記複数の第２電極を走査して、隣接する前記第１電極と前記第２電極の間の静電容量を計測する計測部と、を備え、前記計測部は計測された前記静電容量に基づいて、前記送電コイルの前記電子機器載置面上における異物の有無を判定するよう構成した電力伝送装置である。
【００４４】
これによって、同一の方向に間隔を置いて第１電極と第２電極を交互に配列した構成において、一括して駆動した第１電極と、各第２電極の間の静電容量を、個々に計測できるため、電力伝送装置の送電コイルに対向する位置に微小な異物が置かれたり、付着した場合であっても、高精度に当該異物を検出することができる。
（第１実施形態）
【００４５】
以下、本発明の第１実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００４６】
図１は、第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム２００の全体構成図である。
【００４７】
このワイヤレス電力伝送システム２００は、電力伝送装置１から携帯電話、タブレット型端末、パーソナルコンピュータなどの受電機器としての電子機器２にワイヤレス（無接点）で電力伝送を行うものであり、電子機器２は、搭載された図示しない部品を動作させるための電力を供給する二次電池３を備え、電力伝送装置１から送られる電力で二次電池３の充電が行われる。
【００４８】
このワイヤレス電力伝送システム２００では、電磁誘導により電力伝送を行うために、電力伝送装置１が送電コイル５を備え、電子機器２が受電コイル６を備えている。電力伝送装置１の送電コイル５に交流電力が供給されると、この送電コイル５が電子機器２の受電コイル６と磁気結合して、受電コイル６に交流電圧が誘起され、これにより交流電力が送電コイル５から受電コイル６に伝送される。
【００４９】
電力伝送装置１は、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１と、送電制御部１２と、送電回路部１３と、を有している。ＡＣ／ＤＣコンバータ１１では、電源（商用電源）８から供給される交流電力を直流電力に変換する。送電制御部１２は、送電回路部１３の動作を制御する。送電回路部１３は、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１から送電制御部１２を介して送られる直流電力を所定の周波数の交流電圧に変換して送電コイル５に供給する。
【００５０】
送電制御部１２は、制御回路１４と、電圧監視部１５と、温度監視部１６と、を有している。制御回路１４は、送電回路部１３の動作を制御する。電圧監視部１５は、送電回路部１３から送電コイル５に供給される交流電力の電圧を監視する。温度監視部１６は、送電コイル５の温度を監視する。この電圧監視部１５および温度監視部１６で電圧および温度の異常が検知されると、送電コイル５への給電が停止される。なお、後に詳細に説明するが、第１実施形態の電力伝送装置１は異物検出部５０を備えており、異物検出部５０で異物を検出したときも、送電制御部１２は送電コイル５への給電を停止する。
【００５１】
送電回路部１３は、ドライバ１７と、共振回路１８と、を有している。ドライバ１７は、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１から送電制御部１２を介して送られる直流電力を所定の周波数の交流電圧に変換する。共振回路１８は、内部のコンデンサと送電コイル５とにより共振回路を構成し、ドライバ１７から印加される交流電圧に応じて１１０ｋ〜２０５ｋ［Ｈｚ］程度の共振周波数で送電コイル５を発振させる。これによって、送電コイル５は交流磁界を発生する。
【００５２】
電子機器２は、受電回路部２１と、受電制御部２２と、充電制御回路２３と、を有している。受電回路部２１は、電力伝送装置１の送電コイル５との間での電磁誘導により受電コイル６に誘起された交流電流を所定の電圧の直流電力に変換する。受電制御部２２は、受電回路部２１の動作を制御する。充電制御回路２３は、受電回路部２１から受電制御部２２を介して送られる電力を二次電池３に供給して二次電池３の充電を行う。
【００５３】
受電回路部２１は、整流回路２４と、レギュレータ２５と、を有している。整流回路２４は、受電コイル６に誘起された交流電力を直流電力に変換する。レギュレータ２５は、整流回路２４から送られる直流電力を、二次電池３の充電に適合する所定の電圧に変換する。
【００５４】
受電制御部２２は、制御回路２６と、電圧監視部２７と、を有している。制御回路２６は、受電回路部２１の動作を制御する。制御回路２６は、受電回路部２１の動作を制御する。電圧監視部２７は、受電コイル６に誘起される交流電力の電圧を監視する。この他、受電制御部２２は、電子機器２に搭載された機器の状態、例えば、受電コイル６の温度や、二次電池３の充電状態等を監視し、異常が検知されると、受電動作を停止する。
【００５５】
また、第１実施形態では、電力伝送装置１に、その電子機器載置面上に電子機器２が載置されたことを検知する電子機器検知部３１が設けられている。この電子機器検知部３１の検知結果に基づいて、電力伝送装置１の送電動作が制御される。すなわち、電子機器載置面上に電子機器２が載置されると、送電コイル５への交流電力の供給を開始し、電子機器２が電力伝送装置１から離れると、送電コイル５への交流電力の供給を停止する。
【００５６】
この電子機器検知部３１では、電子機器２の受電コイル６が電力伝送装置１の送電コイル５に近接することで負荷インピーダンスが変化することにより送電コイル５に生じる電圧値（または電流値）の変動に基づいて、電子機器２が電子機器載置面上に載置されたことを検知する。このとき、送電コイル５の電圧値（または電流値）の変動量を予め設定されたしきい値と比較して、電子機器２が電子機器載置面上に載置されたか否かの判定を行えばよい。
【００５７】
また、第１実施形態では、電子機器２にも、自身が電力伝送装置１の電子機器載置面上に載置されたことを検知する電力伝送装置検知部４１が設けられている。この電力伝送装置検知部４１の検知結果に基づいて、電子機器２の受電動作が制御される。
【００５８】
この電力伝送装置検知部４１では、電子機器２の受電コイル６が電力伝送装置１の送電コイル５に近接することで負荷インピーダンスが変化することにより受電コイル６に生じる電圧値（または電流値）の変動に基づいて、電子機器２が電子機器載置面上に載置されたことを検知する。このとき、受電コイル６の電圧値（または電流値）の変動量を予め設定されたしきい値と比較して、電子機器２が電子機器載置面上に載置されたか否かの判定を行えばよい。
【００５９】
また、第１実施形態では、電力伝送装置１および電子機器２がそれぞれ情報送受信部３２，４２を備えており、電力伝送装置１と電子機器２との間で送電コイル５および受電コイル６を介して所要の情報を送受信する情報伝送ができるようになっている。なお、この情報伝送は、単純なビット通信でもあってもよいし、コード化通信であってもよい。
【００６０】
電力伝送装置１および電子機器２の各情報送受信部３２，４２はそれぞれ、情報を含む信号の変復調を行う変復調回路３３，４３を有している。この変復調回路３３，４３では、送信元の変復調回路３３，４３で生成した変調信号が、送電コイル５および受電コイル６を介して送信先に送られ、送信先では、送電コイル５または受電コイル６の出力から取り出された変調信号を変復調回路３３，４３で復調して送信情報を取得する。
【００６１】
ここで、電力伝送装置１から電子機器２に情報を送信する場合、情報送受信部３２から出力される変調信号を送電回路部１３で電力伝送用の交流信号に重畳することで、電力伝送と同時に情報送信を行うことができる。また、電力伝送が行われていないときに情報伝送を行うようにしてもよい。なお、電子機器２の受電回路部２１は、図示しない情報伝送用のドライバおよび共振回路を備えており、これらを駆動して情報送受信部４２から出力される変調信号を電力伝送装置１に向けて送信する。
【００６２】
ここで電力伝送装置１と電子機器２との間でやりとりされる情報としては、電力伝送装置１および電子機器２の各々の状態に関する状態情報である。状態情報として、例えば二次電池３の充電中に、二次電池３の充電状態に関する情報を電子機器２から電力伝送装置１に送信し、二次電池３の充電が必要な場合は電力伝送を継続し、二次電池３の充電が完了すると電力伝送を停止する。また、状態情報として、温度や電圧などの情報を電力伝送装置１と電子機器２との間でやりとりし、状態情報が異常を示しているときにも電力伝送を停止する制御を行う。なお、この状態情報には、後に詳細に説明する異物検出部５０による異物有無の判定結果が含まれる。これによって、電力伝送装置１の異物検出部５０によって、電力伝送装置１の電子機器載置面６７（図２参照）に異物が存在する旨を検出した場合は、この状態情報を電子機器２に送信し、電子機器２（例えばタブレット端末）の画面に表示することができる。
【００６３】
また、第１実施形態では、電力伝送装置１および電子機器２がそれぞれ認証部３４，４４を備えており、電力伝送装置１と電子機器２との間で相互認証が行われる。電力伝送装置１および電子機器２では、各々が備える情報送受信部３２，４２により、相互認証に用いられる電力伝送装置１および電子機器２の各識別情報などの認証情報がやりとりされ、この認証情報に基づいて認証部３４，４４において互いに相手方の認証を行う。
【００６４】
この相互認証は、電力伝送装置１から電子機器２への電力伝送を開始する際に行われる。すなわち、電力伝送装置１および電子機器２がそれぞれ、電力伝送装置１の電子機器載置面上に電子機器２が載置されたことを検知すると、電力伝送装置１と電子機器２と間で識別情報をやりとりして、互いに相手方の認証を行う。この相互認証が成功すると、電力伝送装置１から電子機器２への電力伝送が開始される。相互認証が失敗したときは電力伝送が行われない。
【００６５】
さて、第１実施形態では、ワイヤレス電力伝送が行われる空間、より具体的には電力伝送装置１において送電コイル５と対向する部位（具体的には電子機器載置面６７（図２参照））に、異物が存在するか否かを検出する異物検出部５０が設けられている。
【００６６】
ここでいう異物には、例えばステープラの針やクリップのように主に金属（導体）で構成されるものや、消しゴムの消しかすのように主に樹脂（絶縁体）で構成されるものが含まれる。このような異物が電力伝送装置１と電子機器２の間に介在すると、異物が導体であれば、渦電流が発生していわゆるインダクションヒーティング（ＩＨ）によって発熱のおそれがある。異物が絶縁体であったとしても、電磁誘導による電力伝送は距離の依存度が大きいため、異物が介在することで伝送効率が劣化するおそれがある。
【００６７】
異物検出部５０は、電極部５１と計測部５２とを含み、計測部５２によって異物ありと判断された場合は、その旨が表示部５３に表示される。もっとも、表示部５３は文字を表示する必要はなく、例えばＬＥＤ等を点灯させるようにしてもよい。
【００６８】
さて、上述したように第１実施形態の電力伝送装置１は、電子機器検知部３１を備えており、電子機器２の受電コイル６が電力伝送装置１の送電コイル５に近接すること、即ち電子機器２が電力伝送装置１の電子機器載置面６７（図２参照）に載置されたか否かを検出できる。更に、第１実施形態の電力伝送装置１は、電力伝送の実行を制御する送電制御部１２を備える。電子機器検知部３１は、電子機器２が載置された状態を検出した場合、計測部５２は電力伝送を開始する前に異物の有無を検出する。更に、計測部５２が異物を検出しなかった場合、送電制御部１２は電力伝送を実行し、計測部５２が異物を検出した場合、送電制御部１２は電力伝送の実行を保留するとともに、計測部５２はユーザに異物の存在を、例えば表示部５３を用いて報知するようにしてもよい。
【００６９】
また、電子機器検知部３１は、電子機器載置面６７に電子機器２が載置されていない状態を検出した（載置された状態を検出しない）場合、計測部５２は所定の周期で異物の有無を検出する。その後、電子機器検知部３１で電子機器２が載置された状態を検出した場合、計測部５２は、一度異物の有無を検出した後は、次に電子機器２が載置されていない状態を検出するまで、異物の検出を保留するようにしてもよい。このようにすることで、電力伝送装置１と電子機器２の状態に応じて異物検出を的確に実行し、無駄な電力消費を抑えることができる。
【００７０】
図２（ａ），（ｂ）は、第１実施形態に係る電力伝送装置１と電子機器２の断面図である。
【００７１】
図２（ａ）では、電力伝送装置１と対向する位置に電子機器２が配置され、ワイヤレス電力伝送が可能な状態が示されている。電力伝送装置１から給電を受ける電子機器２は、電力伝送装置１のハウジング６３の外面に設けられた電子機器載置面（載置面）６７上に載置される。電力伝送装置１のハウジング６３内においては、少なくとも異物検出部５０を構成する電極部５１と送電コイル５が収納され、電子機器載置面６７から近い順に電極部５１と送電コイル５が重畳して配置されている。換言すると、電極部５１は電子機器載置面６７と送電コイル５との間に配置される。更に、電極部５１は電子機器載置面６７と対向してハウジング６３の内面に接するように、表現を変えれば、送電コイル５に対して電子機器載置面６７の側に対向して配置される。
【００７２】
また、図２（ｂ）では、電極部５１は電力伝送装置１のハウジング６３の外面に接するように配置されており、結果的に電極部５１によって電子機器載置面６７を画定するとともに、ハウジング６３を介して電極部５１と送電コイル５を重畳して配置されている。後に説明するように、電極部５１は３層構造を有しており（図３参照）、その表面は絶縁体で被覆されているから、図２（ｂ）で示すようにハウジング６３の外面に直接配置することができる。
【００７３】
なお、図２（ａ），（ｂ）に開示する異物検出部５０を電力伝送の実行の有無にかかわらず、単独で動作させてもよい。これにより、電子機器載置面６７に電子機器２が載置された場合のみならず、電子機器２が載置されていない場合であっても、電子機器載置面６７上の異物を検出することができる。なお、後に詳細に説明するように、第１実施形態の電力伝送装置１は、異物検出部５０における静電容量の変化に基づき異物の有無を判定するから、異物が電子機器載置面６７と接して置かれた場合に限らず、電子機器載置面６７と対向する空間領域（図２によれば、電子機器載置面６７の上方）に存在していても検出することが可能である。
【００７４】
電力伝送装置１の送電コイル５は、線状導体に絶縁層を被覆してなる絶縁電線を複数本集合させた集合電線６１を略円形の渦巻状に巻回して形成された平面コイルである（図１参照）。送電コイル５の両端は送電回路部１３（図１参照）に電気的に接続される。送電コイル５は、電極部５１を挟んで送電装置１のハウジング６３の内面に対向して配置され、送電コイル５におけるハウジング６３に対向する面と相反する側には送電コイル５の全面を覆うように磁性シート６４が設けられている。
【００７５】
電子機器２の受電コイル６は、送電コイル５と同様に、線状導体に絶縁層を被覆してなる絶縁電線を複数本集合させた集合電線６１を略円形の渦巻状に巻回して形成された平面コイルである。受電コイル６の両端は受電回路部２１（図１参照）に電気的に接続される。この受電コイル６は、電子機器２のハウジング６５の内面に接するように配置され、受電コイル６におけるハウジング６５に接する面と相反する側には受電コイル６の全面を覆うように磁性シート６６が設けられている。
【００７６】
このような構成では、送電装置１のハウジング６３に設けられた電子機器載置面６７に電子機器２を載置することで、送電コイル５と受電コイル６とが異物検出部５０、ハウジング６３，６５を介して近接するため、送電コイル５から発生する磁束が受電コイル６に鎖交し、送電コイル５と受電コイル６とが磁気結合して、交流電力が送電コイル５から受電コイル６に伝送される。
【００７７】
なお、図２においては送電コイル５を電子機器載置面６７にほぼ平行に配置しているが、ワイヤレス電力伝送では結果的に、送電コイル５と給電を受ける電子機器２の受電コイル６との間に磁気結合が存在すれば給電が可能であり、送電コイル５と電子機器載置面６７の位置関係は磁気結合の存在を前提として任意に変形しうる。例えば、送電コイル５を電子機器載置面６７に対して傾斜して設けてもよく、また電子機器載置面６７の表面に凹凸を設けてもよい。また、送電コイル５および受電コイル６の形状は円形でも多角形でもよく、特に限定するものではない。
【００７８】
図３は、第１実施形態に係る異物検出部５０の全体構成図、図４は、第１実施形態に係る異物検出部５０における電極部５１と計測部５２の概略構成図である。
【００７９】
図３および図４に示すように、異物検出部５０は電極部５１と計測部５２から構成されている。以降、図３と図４を用いて、異物検出部５０の電極部５１について詳細に説明する。
【００８０】
電極部５１は、所定の方向（ｘ方向）に互いに間隔を置いて平行に延伸する複数の送信電極（第１電極）７１と、送信電極７１と交差する方向（ｙ方向）に互いに間隔を置いて平行に延伸する複数の受信電極（第２電極）７２を備える。送信電極７１と受信電極７２は、例えばＰＥＴ（Polyethylene terephthalate）シート上に形成され、それぞれ送信電極シート７３ａと受信電極シート７３ｂを構成する。これら送電電極シート７３ａと受信電極シート７３ｂは合成樹脂材料で形成された支持シート７５の表裏各面にそれぞれ接着されており、この支持シート７５と送信電極シート７３ａ及び受信電極シート７３ｂとが一体化されて電極部（電極シート）５１を構成している。なお、電極シート５１の構造としては、上述した構成の他に、例えば支持シート７５の両面に送信電極７１と受信電極７２を直接形成し、この電極形成面を絶縁材料で被覆してもよい。
【００８１】
送信電極７１及び受信電極７２は例えば０．２ｍｍの幅（Ｌ２）で、２ｍｍ間隔（Ｌ１）で電極シート７３ａと受信電極シート７３ｂ上に形成される。従って２本の電極間には１．８ｍｍの間隔が設けられている。このように送信電極７１及び受信電極７２を細線化することで、電極内における渦電流の発生が抑制され、ワイヤレス電力伝送の効率低下が防止される。また、送信電極７１と受信電極７２が構成する電極マトリクスには複数の開口部７６が形成されるが、上述した電極の幅（Ｌ２）と間隔（Ｌ１）によれば、ｘ，ｙ方向において電極の空間占有率は０．２／２＝０．１であるから、ｘｙ面では０．９×０．９＝０．８１の開口率を有している。送電コイル５（図２参照）によって発生される磁界は、この開口部を抜けて受電コイル６に到達する。従って、これら送信電極７１及び受信電極７２を細線化することは、電力伝送効率の向上に有効である。なお、図４では送信電極７１、受信電極７２の本数は５本ずつとして描かれているが、電力伝送装置に要求されるサイズに応じて適宜変更してよく、また、電極幅や電極の配置間隔も変更しても構わない。
【００８２】
さて、この送信電極７１及び受信電極７２は、電極形成材料を所定のパターンで送信電極シート７３ａと受信電極シート７３ｂに付着させて、電極形成材料の硬化を促進するベイク処理を施すことで形成される。電極形成材料を送信電極シート７３ａと受信電極シート７３ｂに付着させるには例えばスクリーン印刷法を用いるとよいが、この他に、インクジェット工法やノズルプリンティング工法も可能である。
【００８３】
なお、送信電極７１及び受信電極７２を形成する電極形成材料は、いわゆる導電性インクであり、金属パウダなどの導電性を付与する導電性フィラー、これを均一に分散させるためのバインダ樹脂、スクリーン印刷に適した流動性を得るための有機溶剤、付着状態を確認するための顔料などからなる。この電極形成材料には、導電性フィラーにＡｇを用いたＡｇペースト等を用いることができる。
【００８４】
ここで、支持シート７５は、送信電極７１と受信電極７２との間に介在して両者を絶縁する絶縁層として機能し、絶縁性の高い合成樹脂材料にて形成される。この支持シート７５の合成樹脂材料としてはＰＥＴ（Polyethylene terephthalate）が好適である。また、支持シート７５の厚さで、電極交点１００に形成される容量成分の静電容量を管理することができる。支持シート７５の厚さは例えば０．１〜０．２ｍｍ程度とすると良い。
【００８５】
以降、計測部５２の構成と動作について詳細に説明する。
【００８６】
計測部５２は、複数の送信電極７１のうちから１つを選択して、個別に駆動可能にする送信電極選択部８１と、選択された送信電極７１に対して印加する駆動信号（パルス信号）を発生する送信パルス発生部８２と、複数の受信電極７２のうちから１つを選択し、選択された受信電極７２から送信電極２に印加された駆動信号に応答した充放電電流信号を取り出す受信電極選択部８３と、取り出された充放電電流信号を信号処理して静電容量を計測する受信信号処理部８４と、送信パルス発生部８２及び受信信号処理部８４を制御する制御部８５と、制御部８５に含まれ、受信信号処理部８４が計測した静電容量に基づいて、電力伝送装置１（送信コイル５）と対向する位置、あるいは電力伝送装置１と給電を受ける電子機器２の間の空間に異物が存在するか否かを判定する異物有無判定部８６を備えている。なお、以降、送信電極選択部８１と送信パルス発生部８２を併せて送信電極駆動部（駆動部）８７と、受信電極選択部８３と受信信号処理部８４を併せて受信部８８と呼称する。
【００８７】
上述したように、送信電極７１と受信電極７２は、絶縁体である支持シート７５（図３参照）を挟んでｘ，ｙ方向に交差し、いわゆるマトリクス電極を構成している。この送信電極７１と受信電極７２とが交差する電極交点１００にはコンデンサが形成され、対向する位置に異物が置かれると、これに応じて電極交点１００の静電容量が増加することで、異物の有無を検出することができる。
【００８８】
特に第１実施形態では、相互容量方式が採用されている。相互容量方式では、送信電極７１に駆動信号を印加すると、これに応答して受信電極７２に充放電電流が流れる。このとき、異物の存在に応じて電極交点１００の静電容量が変化すると、受信電極７２の充放電電流が変化し、この充放電電流の変化量を受信信号処理部８４で電極交点１００ごとのレベル信号（ディジタル信号）に変換して制御部８５に出力する。静電容量は充放電電流値と精度よく対応することから、送信電極駆動部８７によって送信電極７１に印加された信号に応じて受信電極７２で発生する充放電電流を計測し、この充放電電流値に基づいて送信電極７１、受信電極７２間の電極交点の静電容量を計測することができる。
【００８９】
そして制御部８５では、電極交点１００ごとのレベル信号の変化に基づいて異物の存在有無が検出される。このように静電容量は個々の電極交点１００単位に計測されており、電極交点１００の静電容量はもともと小さいため、異物が置かれた場合の静電容量変化がたとえ小さくても、精度よく異物を検出することができる。即ち、微小な異物が置かれた場合であっても検出が可能となる。
【００９０】
更に制御部８５は、受信信号処理部８４から出力される電極交点１００毎のレベル信号から所定の演算処理によって異物の位置（異物が存在する領域の中心座標）を求める。この異物の位置の演算では、ｘ方向（送信電極７１の延在方向）とｙ方向（受信電極７２の延在方向）とでそれぞれ隣接する複数（例えば４×４）の電極交点１００毎のレベル信号から所要の補間法（例えば重心法）を用いて異物の位置を求める。これにより、送信電極７１及び受信電極７２の配置ピッチより高い分解能で異物の位置を検出することができる。
【００９１】
このように、相互容量方式では、各電極交点１００に対して周期的に走査が行われることから、電極交点１００毎に異物の存在有無が検出可能で、しかも信号処理によって電極間隔より細かい精度で異物の位置が検出できる。即ち、結果的に異物検出部５０と対向する空間の静電容量分布を精密に計測することができる。
【００９２】
このように複数の異物の位置を実質的に同時に計測できるため、例えば電力伝送装置１を大型化し、給電を受ける電子機器２よりも電子機器載置面６７（図２参照）のサイズが大きく、電子機器載置面６７の任意の領域で電力伝送が可能とした構成において、電力伝送装置１は電子機器載置面６７上の異物が存在する位置（座標）を特定できる。このため、ユーザは、例えば異物を取り去るか、又は異物が付着等しておらず電力伝送効率が高い（即ち、短時間で電子機器に充電できる）領域を選んで電子機器２の充電ができることになる。なお、上述したように、電力伝送装置１は電子機器２に状態情報を送信することが可能であるから、電力伝送装置１は電子機器載置面６７上において異物を検出した座標を電子機器２に送信し、電子機器２で当該座標情報を電子機器載置面６７のグラフィックイメージ（予め準備しておけばよい）と重ねて表示すれば、ユーザは電子機器２の充電に際して、異物が存在する位置を確実に回避できる。
【００９３】
さて、計測部５２は送電制御部１２とも接続されており、これによって例えば異物が検出された場合、送電制御部１２は電力伝送を停止する等の措置をとることができる。また、異物有無判定部８６の判定結果は表示部５３に出力され、判定結果に応じた表示が行われる。
【００９４】
図５は、第１実施形態に係る計測部５２における送信電極駆動部８７の概略構成図である。
【００９５】
送信電極駆動部８７は送信パルス発生部８２と送信電極選択部８１とを備えている。送信パルス発生部８２では、制御部８５から出力されるタイミング信号に同期してパルス信号（駆動信号）を生成する。送信電極選択部７１では、送信電極７１ごとにスイッチング素子が接続されており、送信電極７１を１本ずつ選択して、送信パルス発生部８２から出力されるパルス信号を送信電極７１に順次印加する。この送信電極の選択動作は、例えば全ての送信電極７２の走査が２００ｍｓで一巡するタイミングで連続して（サイクリックに）行われる。
【００９６】
送信電極選択部８１によって選択された１つの送信電極７１に対して、パルス信号として例えば５〜１０発程度の方形波が連続して出力される。このパルス信号の周波数は３Ｍ〜５Ｍ［Ｈｚ］に設定されている。上述したように、電力伝送装置１の送信コイル５（図１参照）の駆動周波数は１１０ｋ〜２０５ｋ［Ｈｚ］とされているから、相互の干渉が防止される。即ち、ワイヤレス電力伝送を行うことにより、異物検出の精度が損なわれることはなく、逆に、異物検出を行うことでワイヤレス電力伝送の効率が低下しないようにされている。
【００９７】
図６は、第１実施形態に係る計測部５２における受信部８８の概略構成図である。
【００９８】
受信部８８は、受信電極選択部８３と受信信号処理部８４とを備えている。受信電極選択部８３では、受信電極７２ごとにスイッチング素子が接続されており、送信電極７１（図５参照）の１本にパルス信号を印加した後、制御部８５は受信電極７２を１本のみ選択して、受信電極７２からの充放電電流信号を受信信号処理部８４に順次入力させる。即ち、制御部８５は全ての受信電極７２について周期的に走査を行う。送信電極７１と受信電極７２の全ての組み合わせ（電極マトリクスを構成する全ての電極交点）についてこれを繰り返すことで、全ての電極交点１００ごとの充放電電流信号を取り出すことができる。
【００９９】
受信電極７２及び受信電極選択部８３のスイッチング素子ＳＷは、所定数（例えば２４本）ごとにグループ化され、各グループに属するスイッチング素子ＳＷの互いに対応するもの同士が並行してオン／オフ制御される。また、グループごとに受信信号処理部８４が設けられている。各グループではスイッチング素子ＳＷが１つずつ順にオンとなるように制御され、残りのスイッチング素子ＳＷはオフに制御されており、スイッチング素子ＳＷをオンとすることで選択された１本の受信電極７２の充放電電流信号が受信信号処理部８３に入力される。
【０１００】
このように、スイッチング素子ＳＷのスイッチング動作が複数のグループ間で並行して行われるため、全ての受信電極７２の充放電電流信号を受信するのに要する時間を短縮することができる。また、受信部８８での充放電電流信号の処理をグループごとに分割して行うことができるため、ハードウェア構成の大型化を抑えることができる。
【０１０１】
もっとも、電力伝送装置１のサイズが小さく、受信電極７２の本数が少ない場合は、上述したような並列処理は不要であり、受信電極７２のグループを１つとし、受信信号処理部８４も１つとして構成すればよい。
【０１０２】
図７は、第１実施形態に係る受信信号処理部８４の概略構成図である。
【０１０３】
受信信号処理部８４は、ＩＶ変換部９１と、バンドパスフィルタ９２と、絶対値検出部９３と、積分部９４と、サンプルホールド部９５と、ＡＤ変換部９６とを備えている。
【０１０４】
ＩＶ変換部９１では、受信電極選択部８３のスイッチング素子ＳＷを介して入力される受信電極７２の充放電電流信号（アナログ信号）が電圧信号に変換される。バンドパスフィルタ９２では、ＩＶ変換部９１の出力信号に対して、送信電極７１に印加される連続したパルス信号の周波数以外の周波数成分を有する信号を除去する処理が行われる。絶対値検出部（整流部）３３では、バンドパスフィルタ９２の出力信号に対して全波整流が行われる。積分部９４では、絶対値検出部９３の出力信号を時間軸方向に積分する処理が行われる。サンプルホールド部９５では、積分部９４の出力信号を所定のタイミングでサンプリングする処理が行われる。ＡＤ変換部９６では、サンプルホールド部９５の出力信号をＡＤ変換してレベル信号（ディジタル信号）を出力する。このレベル信号は実質的に電極交点１００の静電容量を反映したものであり、レベル信号は制御部８５の異物有無判定部８６に出力され、異物有無判定部８６では複数の電極交点１００について得たレベル信号と所定の閾値と比較することで、電極交点１００毎に異物の存在の有無を判定する。
【０１０５】
このように第１実施形態の電力伝送装置１は、送電コイル５に対向し、互いに間隔を置いて配置される複数の送信電極７１（第１電極）と、この複数の送信電極７１のうち、いずれかとコンデンサ（電極交点１００）を形成する複数の受信電極７２（第２電極）と、複数の送信電極７１に順次所定の信号を印加して駆動する送信電極駆動部８７（駆動部）と、送信電極７１と受信電極７２との間の容量を計測する計測部５２と、を備え、計測部５２は計測された容量に基づいて、電子機器載置面６７上における異物を検出している。
【０１０６】
図８（ａ）は第１実施形態において異物が存在しない場合の電極交点１００近傍の平面図、同（ｂ）は異物が存在しない場合の電極交点１００近傍の断面図、同（ｃ）は電力伝送装置１のハウジング６３（図２参照）上に異物（導体）１０１が存在する場合の電極交点１００近傍の断面図、同（ｄ）は異物（導体）１０１が存在する場合の電極交点１００の等価回路を示している。
【０１０７】
以降、図８（ａ）〜（ｄ）を用いて、金属等の導体からなる異物１０１が電極交点１００近傍に存在する場合の電極交点１００の静電容量Ｃ０の変化について説明する。なお、図８では説明の便宜のため、図４に対してｘ，ｙ軸を入れ替えて表示している。
【０１０８】
まず、図８（ａ）に示すように、電極交点１００の近傍に異物が存在しない場合、図８（ｂ）に示すように、ハウジング６３（厳密には送信電極シート７３ａが含まれる。図２及び図３参照）側に配置された送信電極７１と、これと交差しかつ絶縁して配置された受信電極７２の電極交点１００には、静電容量Ｃ０を有するコンデンサが形成される（以降、交点静電容量Ｃ０と呼称する）。
【０１０９】
一方、図８（ｃ）に示すように、電力伝送装置１のハウジング６３上に異物（導体）１０１が置かれると、送信電極７１と異物（導体）１０１の間にＣ１、異物（導体）１０１と受信電極７２の間にＣ２の寄生容量が新たに発生する。一方、送信電極７１と受信電極７２の間に直接的に形成される容量Ｃ３は、電気力線が異物側に回り込むことによって、もとのＣ０よりも小さい値となる（即ち、Ｃ３＜Ｃ０となる）。
【０１１０】
結果的に、このとき送信電極７１と受信電極７２の間には、図８（ｄ）に示すように、交点静電容量Ｃ３に、直列接続されたＣ１＋Ｃ２が並列接続されたものと等価の静電容量が発生し、交点静電容量自体はＣ０からＣ３に減少するものの、送信電極７１と受信電極７２間のトータルの静電容量は増加する。
【０１１１】
図９（ａ）は第１実施形態において電力伝送装置１のハウジング６３（図２参照）上に異物（絶縁体）１０２が存在する場合の電極交点１００近傍の断面図、同（ｂ）は異物（絶縁体）１０２の有無と電気力線の関係を示す説明図である。
【０１１２】
以降、図９（ａ），（ｂ）を用いて、樹脂等の絶縁体からなら異物１０２が電極交点１００近傍に存在する場合の交点静電容量Ｃ０の変化について説明する。なお、ハウジング６３上に異物が置かれていない状態は図８（ａ），（ｂ）と同様であるため、説明を省略する。
【０１１３】
図９（ａ）に示すように、電力伝送装置１のハウジング６３上に異物（絶縁体）１０２が置かれると、図９（ｂ）に示すように、これまで誘電率ε＝１の空気であった部分に、誘電率ε＞１である物質、絶縁体の樹脂等（例えば、プラスチック消しゴムの原材料である塩化ビニル樹脂では、誘電率ε＝5.8〜6.4程度と非常に大きい）が置かれると、電気力線１０３は異物（絶縁体）１０２の側にも回り込むようになり、全体としての静電容量は増加してＣ３となる。
【０１１４】
このように、電力伝送装置１のハウジング６３上に異物が置かれた場合、金属等の導体、樹脂等の絶縁体のいずれかにかかわらず、電極交点１００の静電容量は増大する。従って、異物検出部５０（図１参照）における異物有無判定部８６（図４，図７参照）は、異物が置かれていない状態での電極交点１００の静電容量をデフォルト値として記憶しておき（予め不揮発性のメモリに記憶しておいてもよいし、追加的にキャリブレーションする機能を持たせてもよい）、これと実際の各交点静電容量Ｃ０を計測し、その差分が所定の閾値を超えるか否かにより異物の存在有無を判定することができる。
【０１１５】
図１０（ａ），（ｂ），（ｃ）は、第１実施形態において異物の位置に応じた異物検出過程を説明する説明図である。図１０（ａ）では、３本の送信電極７１（Ｓｅ１，Ｓｅ２，Ｓｅ３）と３本の受信電極７２（Ｒｅ１，Ｒｅ２，Ｒｅ３）で構成される電極マトリクスにおいて、電極マトリクスの各電極交点にＣ１１〜Ｃ３３の静電容量が発生していることを示している。図１０（ａ）の態様では、まず送信電極７１のうちＳｅ１が選択され、駆動信号としてのパルス信号を入力する毎にＲｅ１，Ｒｅ２，Ｒｅ３の順に受信電極７２が選択される（この例では、受信電極７２について３回走査される）。この結果、Ｃ１１，Ｃ２１，Ｃ３１の順に電極交点の静電容量が取得される。次に送信電極７１のうちＳｅ２が選択され、同様にＲｅ１，Ｒｅ２，Ｒｅ３の順に受信電極７２が選択されてＣ１２，Ｃ２２，Ｃ３２の順に静電容量が取得される。同様にしてＣ１３，Ｃ２３，Ｃ３３の順で静電容量が取得され、合計９つの静電容量が取得される。
【０１１６】
ここで、図１０（ａ）における位置Ｐ１に異物が存在している場合は、図１０（ｂ）に示すように、位置Ｐ１に対応した電極交点の静電容量Ｃ２２が特に高い値を示す。このように異物が存在しないときの静電容量値よりも高い値を示す電極交点が単独で存在すれば、異物はほぼ対応する電極交点上にあると判定してよい。
【０１１７】
一方、図１０（ａ）における位置Ｐ２（４つの電極交点の中間位置）に異物が存在している場合は、図１０（ｃ）に示すように、Ｃ１１，Ｃ２１，Ｃ２１，Ｃ２２の４つの静電容量が高い値を示す。上述したように各電極交点に対する静電容量の計測順序は決まっているから、これを電極マトリクスの物理的位置にプロットすることで、ｘ，ｙ平面としての電子機器載置面６７（図２参照）のどの位置に異物が存在するかを特定できる。もちろん、図１０（ｃ）のように異物が４つの電極交点の中間位置にある場合でなくとも、得られた静電容量の大きさに基づいて、静電容量が大きく計測された電極交点ほど異物に近接しているという前提で重み付演算を行うことで、異物の位置を高精度に特定することができる。
【０１１８】
図１１（ａ），（ｂ），（ｃ）は、第１実施形態において給電を受ける電子機器２の側に異物が付着していた場合の、異物検出過程を説明する説明図である。図１１（ａ）は、電力伝送装置１のハウジング６３（図２参照）上に異物が存在しない場合、同（ｂ）は、異物が存在しない状態で電力伝送装置１のトレイ等に電子機器２を置いた場合、同（ｃ）は異物が存在している状態で電力伝送装置１のトレイ等に電子機器２を置いた、又は電力伝送装置１に異物が付着した電子機器２を置いた場合（（ｂ），（ｃ）はいずれも給電の有無は問わない）における静電容量の取得結果を示したものである。
【０１１９】
図１１（ｂ）に示すように、給電の対象となる電子機器２が電力伝送装置１のトレイ等に置かれると、電子機器２が置かれた位置に対応する各電極交点の静電容量は全体的に大きく観測される。これは、ワイヤレス電力伝送を受ける電子機器２のハウジング６５（図２参照）は、一般に樹脂（絶縁体）で構成されており、樹脂は空気よりも誘電率εが大きいため、既に図９を用いて説明したように電極交点の静電容量が大きくなるためである。このように各電極交点の計測値が全体的に大きくなっている場合、既に説明した異物有無判定部８６（図７参照）は、単に給電対象である電子機器２が置かれたとして、異物が存在するとは判定しない。
【０１２０】
一方、給電の対象となる電子機器２のうち、電力伝送装置１に対向する位置に異物が付着しているような場合、図１１（ｃ）に示すように、静電容量は全体的に大きく観測されるものの、異物が付着している場所に対応した電極交点は、その異物が金属等の導体であるか樹脂等の絶縁体であるかにかかわらず、更に大きな静電容量が観測される。従って、異物有無判定部８６は、電力伝送装置１に電子機器２を置いたことによる静電容量の増加をオフセットとして一括して減じ、減じた後に各電極交点について計測された静電容量値を評価すればよい。また、既に図１を用いて説明したように、第１実施形態の電力伝送システムでは、電力伝送装置１に搭載された電子機器検知部３１（図１参照）によって、電力伝送装置１のトレイ等に電子機器２が置かれたことを検出できるから、電子機器２が置かれたと検出された場合は、各電極交点の計測値から一律にオフセットを減ずる処理を行ってもよい。
【０１２１】
図１２は、第１実施形態に係る送信電極７１と受信電極７２の構成の変形例１の説明図である。
【０１２２】
これまでの説明では、送信電極７１と受信電極７２の配置間隔は全て同一（Ｌ１（図４参照））としているが、図１２に示す変形例１では、送電コイル５が形成するループの内側に送信電極７１及び受信電極７２の配置間隔を狭めた領域Ａ１（第１領域）を設けている。一方で、この領域Ａ１以外（領域Ａ２（第２領域））では、送信電極７１と受信電極７２の配置間隔のいずれか一方、または両方が領域Ａ１の配置間隔よりも広くなっている。つまり、変形例１においては、電極部５１（図４等参照）において、送信電極７１及び受信電極７２はＬ１ｗの間隔で配置された領域とＬ１ｎ（但しＬ１ｗ＞Ｌ１ｎ）の間隔で配置された領域を有し、送電コイル５が形成するループの内側に、送信電極７１および受信電極７２の配置間隔をいずれもＬ１ｎとする領域を設けている。ここで、例えばＬ１ｗは２ｍｍ、Ｌ１ｎは０．５ｍｍとすればよい。
【０１２３】
一般に、送電コイル５が形成するループの内側は発生する磁気が大きく最も電力伝送効率が良好であるから、この領域では微小な異物であっても検出して、ユーザに排除するよう通知することが望ましい。このために領域Ａ１では、送信電極７１、受信電極７２の配置間隔Ｌ１ｎに狭めて、位置検出の分解能を向上させ、微小な異物に対する検出精度を更に向上させている。一方、送電コイル５が形成するループの外側は電力伝送効率が低く、一般的には利用されない領域である。このような領域では、高精度に異物を検出する必要性はそれほど高くない。また、ここに異物（導体）が置かれたとしても、もともと出力する磁気が弱い領域なので、よほど大きな異物（導体）でなければ、発熱のおそれも少ない。従って、電極間隔をＬ１ｗのように大きくしても特に弊害は発生しない。
【０１２４】
このように、送電コイル５が形成するループの内側に限定して、送信電極７１と受信電極７２の配置間隔を狭くすることで、計測部５０（図４参照）のハードウェア資源はそのままで、ユーザの利用頻度が高い領域の異物検出精度を大幅に高めることができる。
【０１２５】
なお、領域Ａ１および領域Ａ２において、送信電極７１または受信電極７２の配置間隔は必ずしも全て同一でなくてもよい。領域Ａ１における少なくとも一部の送信電極７１または受信電極７２がＬ１ｎの間隔で配置され、領域Ａ２における少なくとも一部の送信電極７１または受信電極７２がＬ１ｗの間隔で配置されればよい。
【０１２６】
図１３は、第１実施形態に係る送信電極７１と受信電極７２の構成の変形例２の説明図である。
【０１２７】
これまでの説明では、送信電極７１と受信電極７２の幅は全て同一（Ｌ２（図４参照））としているが、図１３に示す変形例２では、送電コイル５が形成するループの内側に送信電極７１及び受信電極７２の幅を狭めた領域Ａ１（第１領域）を設けている。更に変形例２では、先に説明した変形例１と同様に、領域Ａ１において送信電極７１と受信電極７２の配置間隔を狭くしている。つまり、変形例２は、電極部５１（図４等参照）において、送信電極７１及び受信電極７２はＬ２ｗの幅で形成された領域と、Ｌ２ｎ（但しＬ２ｗ＞Ｌ２ｎ）の幅で形成された領域を有し、送電コイル５が形成するループの内側に、送信電極７１及び受信電極７２の幅をいずれもＬ２ｎとする領域を設けている。ここで、例えばＬ２ｗは０．２ｍｍ、Ｌ２ｎは０．１ｍｍとすればよい。
【０１２８】
一方、この領域Ａ１以外（領域Ａ２（第２領域））では、送信電極７１と受信電極７２の配置間隔のいずれか一方、または両方が領域Ａ１の配置間隔よりも広く、かつ送信電極７１と受信電極７２の幅のいずれか一方、または両方が領域Ａ１の幅よりも広くなっている。
【０１２９】
このように、変形例１と変形例２の差異は、領域Ａ１で電極の細線化が図られていることである。電極を細線化することで電極交点１００の静電容量は小さくなるため、ここに異物が付着した際の静電容量の変化率は大きくなる。従って、変形例２の構成では、変形例１よりも更に異物の検出精度を向上することができ、微細な異物の検出が可能となる。このように、変形例２は変形例１に加えて、送電コイル５のループの内側に配線幅が狭い領域を設けたものであるが、もちろん、変形例２を独立して適用、即ち、送信電極７１と受信電極７２の配置間隔は等間隔にして、送電コイル５のループの内側に配線幅が狭い領域を設けるように構成してもよい。
【０１３０】
なお、領域Ａ１および領域Ａ２において、送信電極７１または受信電極７２の幅は必ずしも全て同一でなくてもよい。領域Ａ１における少なくとも一部の送信電極７１または受信電極７２の幅がＬ２ｎであり、領域Ａ２における少なくとも一部の送信電極７１または受信電極７２の幅がＬ２ｗであればよい。
【０１３１】
図１４は、第１実施形態に係る送信電極７１と受信電極７２の構成の変形例２の説明図である。
【０１３２】
これまでの説明では、一本の送信電極７１、受信電極７２については延伸する方向に同一の幅を有するものとしていたが、図１４に示す変形例３では、送信電極７１の幅は延伸するｘ方向にテーパー状に狭まっていき、ｘ方向において送電コイル５が構成するループの中心を通過する中心線であるＣｘで極小となり、その後テーパー状に広がる構成としている。また受信電極７２の幅は延伸するｙ方向にテーパー状に狭まっていき、ｙ方向において送電コイル５が構成するループの中心を通過する中心線であるＣｙで極小となり、その語テーパー状に広がる構成としている。
【０１３３】
この構成によって、電力伝送効率がよく電子機器２が置かれる頻度が高くなる領域Ａ１（第１領域）内において、異物の検出精度を向上するとともに、電極部５１の端部において電極幅を大きくすることで、電極部５１と計測部５２（図４参照）の電気的接続の簡素化が図られる。一般に電子回路（ここでは、計測部５２）とセンサー等（ここでは、電極部５１）を接続する際には、いわゆるフレキシブルケーブルが用いられるが、このケーブルの形状はシンプルであるほどコスト的に有利となる。電力伝送装置１が比較的小型である場合は電極部５１も小さくなり、単純な方形形状となることも多いと考えられる。このような状況では、電極部５１の端部に露出した送信電極７１、受信電極７２に対して、汎用のフレキシブルケーブルをＡＣＦ（異方性導電膜，Anisotropic Conductive Film）で接続する方がコスト的に有利な場合があり得る。そこで、電極部５１の端部で電極幅を広げて構成すると、低コストでかつＡＣＦの接合強度や接合位置ずれの影響を小さくすることができる。
【０１３４】
また、製品の開発段階では、露出した端子を銀ペースト等で回路に接続することも多く、本構成はこれが容易となって加工性が改善される。
【０１３５】
また、この変形例３の更なる変形例として、送信電極７１と受信電極７２の幅を受信部５１の端部の露出領域のみ広く（例えば０．５ｍｍ）、その他の領域は狭く（例えば０．１ｍｍ）構成しても同様の効果を得ることができる。
【０１３６】
なお、上述の変化例１〜３で説明した領域Ａ１および領域Ａ２（領域Ａ１以外）について補足する。領域Ａ１は、電極部５１の一部分であり、送電コイル５が形成するループの内側（中空部）の上方、または、受電コイル６が形成するループの内側（中空部）の下方に位置する。即ち、領域Ａ１の少なくとも一部は、送電コイル５または受電コイル６のループの内側（または磁性シート６４、６６）と対向（重畳）する。換言すると、領域Ａ１の少なくとも一部は送電コイル５または受電コイル６（の導体部）と対向（重畳）しない。同様に、領域Ａ２は、電極部５１の一部分であり、送電コイルまたは送電コイル５が形成するループの外側の上方、もしくは、受電コイルまたは受電コイル６が形成するループの外側の下方に位置する。
【０１３７】
以下、図２（ａ）を併用して説明を続ける。一般的に送電／受電効率は送電コイル５が形成するループ内部が最も高くなる。このため、電力伝送装置１と電子機器２の位置関係が電力伝送の高効化要件を満たすようユーザを誘導するため、電力伝送装置１のハウジング６３に送電コイル５が形成するループの外延が線として描かれることがある。
【０１３８】
ここで、通常のユーザ心理では、給電を受ける電子機器２をなるべく描かれた線の内側に置こうとするから、実際に高精度に異物を検出すべき部位は、送電コイル５の外延よりも内側となる場合が殆どである。従って、異物を高精度に検出可能な領域Ａ１（第１領域）の少なくとも一部を送電コイル５または受電コイル６と非対向に（重畳しない、即ちクロスオーバしないように）しても実質的な検出精度は低下せず、送信電極７１や受信電極７２の配置ピッチや幅を狭小化することに伴う電極数の増加等を効果的に抑制することができる。または、送電コイル５が形成するループの中心近傍の異物検出精度を集中的に向上させることができる。以上、電力伝送装置１と送電コイル５との関係について説明したが、電子機器２と受電コイル６の関係についても同様にしてよい。
（第２実施形態）
【０１３９】
以下、本発明の第２実施形態について図面を参照しながら説明する。
【０１４０】
図２５は、第２実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム２００の概略斜視図である。
【０１４１】
このワイヤレス電力伝送システム２００は、例えば液晶パネルを備えた電力伝送装置としてのディスプレイ装置２０１の映像の表示面２０２上に、例えば携帯電話、スマートフォン、タブレット端末等の電子機器２０５を置くことで、電子機器２０５にワイヤレス（無接点）で充電ができるようにしたものである。つまり、第２実施形態では、ディスプレイ装置２０１の表示面２０２が第１実施形態で説明した電子機器載置面６７として機能する。この構成では、ディスプレイ装置２０１は表示面２０２を上に向けて載置され、ユーザは情報をやり取りするテーブルとしてディスプレイ装置２０１を利用する。
【０１４２】
先に第１実施形態で図２を用いて説明したように、本発明に係る電力伝送装置は、電子機器載置面６７（図２参照）に電子機器２が載置された場合のみならず、電子機器２が載置されていない場合であっても、電子機器載置面上６７の異物を検出することができる。即ち、第２実施形態では、電子機器載置面６７を兼ねた表示面２０２に電子機器２が載置されていなくても、表示面２０２上の異物を検出できることになる。そして、ディスプレイ装置２０１は異物の検出結果に基づき、その表示面２０２に矢印等のアイコンとともに「この部分に充電を妨げる異物があります。ここでは充電しないでください」や「この部分を清掃してください」等のガイダンスを表示することが可能となり、ユーザの利便性が更に向上する。
【０１４３】
図１６は、第２実施形態に係る電力伝送装置機能を備えたディスプレイ装置２０１の概略構成図である。
【０１４４】
ディスプレイ装置２０１は、表示面２０２の周辺に額縁領域２０７（以降、単に額縁と呼称する）を有し、この額縁２０７の内部に送電コイル５が表示面２０２を取り巻くように配置されている。この構成によって、ディスプレイ装置２０１では表示面２０２（表示面２０２の前面に保護ガラス等を配置している場合は、この保護ガラス等も含む）の任意の位置で電子機器２０５を充電することができ、また充電用の周波数に他の特定の周波数を重畳することで、ディスプレイ装置２０１と電子機器２０５の間でワイヤレスのデータ通信を行うことができる。
【０１４５】
第２実施形態では、表示面２０２の裏側に送信電極７１と受信電極７２が設けられている。送信電極７１と受信電極７２を始め、異物を検出するための構成や過程は、第１実施形態で説明したものとほぼ同様であるため、詳細な説明は省略する。ただし、第２実施形態はディスプレイ装置２０１において画像を表示することから、電極の構成が第１実施形態とは異なっている。
【０１４６】
図１７は、第２実施形態における送信電極７１の構成図である。
【０１４７】
図１７に示すように、個々の送信電極７１は導電性の細線を編んで構成され、目視上はメッシュ状の形態を備える。これが方向Ｄ１に延伸して形成されるとともに、方向Ｄ１と直行する方向に均等な間隔で配列されている。なお、図１７では、説明を簡単にするために３つの送信電極７１のみを示している。
【０１４８】
そして送信電極７１は、方向Ｄ１に対して時計方向および反時計方向に所定角度θだけ傾いた複数の導体線が所定の間隔で配置されることで、導体線によって構成された頂角２θの菱形格子が連続する形状をなしている。
【０１４９】
ここで、送信電極７１を構成する細線の形成には導電性材料が適用され、例えば、金属材である銀、金、銅、アルミニウム、白金、パラジウム等、もしくはこれらの金属粒子が含まれる導電性インクを適用することができる。送信電極７１は、第１実施形態で説明した送信電極シート７３ａ（図３参照）上に導体線を印刷成形等によって形成することができ、例えば、グラビア印刷、スクリーン印刷、インクジェットやフォトリソグラフィー等の手段を適用することができる。このようにな手段を適用した場合、電極は厚みが略均一なメッシュ状の導体となるが、これも上記導電性の細線を編んだ構成に含まれる。
【０１５０】
以上、送信電極７１の構成について説明してきたが、受信電極７２は上述してきた送信電極７１を９０゜回転させたものであって、送信電極７１が並進するｘ方向と直交するｙ方向に並進して設けられ、既に第１実施形態で説明したように、支持シート７５（図３参照）を挟んで互いに絶縁するように構成される。このように頂角２θの菱形格子が連続する形状をなす送信電極７１と、これに対して９０゜回転させた受信電極７２を重畳した電極部５１をディスプレイ装置２０１の表示面２０２に対向して配置することで、ディスプレイ装置２０１の画素マトリクスのパターン（通常は格子形状）と電極パターンが干渉して発生するモアレを大幅に低減することができる。なお、モアレの発生程度は、上述した角度θに大きく依存しており、角度θは、２０度以上３５度未満とすることが望ましい。
【０１５１】
図１８（ａ），（ｂ）は、第２実施形態における送信電極７１の他の構成図である。
【０１５２】
図１８（ａ），（ｂ）に示す送信電極７１は、図１７を用いて説明した単純なメッシュ状ではなく、図１８（ａ）では一本の送信電極７１は複数の導体線の束として構成され、各導体線は延伸方向Ｄ１と直交する方向で鋸歯状の形状を呈し、これが互いに非接触となるように構成されている。更に、図１８（ａ）の構成では、個々の導体線の少なくとも一部が、送信電極７１の延伸方向Ｄ１に対して所定の角度θ１を有するよう形成されている。この角度は図１７を用いて説明した角度θと同様に設定すればよく、その目視上の効果も同様である。また、図１８（ｂ）に示す送信電極７１は、導電性の細線を編んで構成した電極（メッシュ状電極）の一部を除去したものである。図１８（ａ）と同様に送信電極７１の延伸方向Ｄ１には導通が図られているが、これと直交するｙ方向には相互に近接と分離を繰り返すパターンとしている。
【０１５３】
これらの構成に共通することは、メッシュ状に構成した電極が電極内部で電気的なループ（閉回路）を形成しないように、メッシュ状の電極を部分的に切除したこと（製造プロセスの観点では、メッシュ状の電極が部分的に切除された形状になるように電極を形成したこと）である。このようにすることで、モアレ防止の効果を備えたうえで、送電コイル５（図１，図２を参照）が発生する磁気によって、閉回路が存在する場合に生じる渦電流をなくして発熱を防止し、電力伝送効率を高めることができる。
【０１５４】
なお、図１８（ａ），（ｂ）では送信電極７１について説明したが、受信電極７２も同様の構成を採用できることは言うまでもない。
（第３実施形態）
【０１５５】
以下、本発明の第３実施形態について図面を参照しながら説明する。
【０１５６】
図１９は、第３実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム２００の断面図である。
【０１５７】
このワイヤレス電力伝送システム２００は、第１実施形態で説明したものと同様に、電力伝送装置１から電子機器２にワイヤレスで電力伝送を行うものであり、電子機器２は、搭載された図示しない部品を動作させるための電力を供給する二次電池（図示せず）を備え、電力伝送装置１から送られる電力で二次電池の充電が行われる。
【０１５８】
第３実施形態においては、送信電極７１と受信電極７２（共に図示せず）が形成された電極部５１が、電力伝送装置１ではなく電子機器２の側に搭載されていることが第１実施形態と大きく異なる。即ち第１実施形態では、電力伝送装置１の側で電子機器載置面６７上の異物の存在を検出したが、第３実施形態では、電子機器２の側で受電コイル６に対向する位置（電子機器２が電力伝送装置１の電子機器載置面６７に載置される面、即ち、被載置面６８）における異物の存在を検出する。このため、第３実施形態では、第１実施形態１で詳細に説明した計測部５２（図４参照）、即ち、電極部５１と計測部５２で構成される異物検出部５０も電子機器２の側に設けられている。
【０１５９】
図１９に即して説明すれば、第３実施形態の電子機器２は、他の電力伝送装置１に載置される被載置面６８を画定し、電力伝送装置１からワイヤレス電力伝送を受ける電子機器２であり、電力伝送装置１から発せられた交流磁界を電力に変換する受電コイル６と、受電コイル６の被載置面６８側に対向して配置され、互いに間隔を置いて平行に延伸する複数の送信電極７１（図示せず、図４参照）と、送信電極７１と絶縁して配置され、送信電極７１と交差する方向に互いに間隔を置いて平行に延伸する複数の受信電極（図示せず、図４参照）と、複数の送信電極７１に順次所定の信号を印加して駆動する駆動部（図示せず、図４参照）と、複数の受信電極７２を走査して送信電極７１と受信電極７２の交点の静電容量を計測する計測部（図示せず、図４参照）とを備え、計測部はこのときに計測された静電容量に基づいて受電コイル５の被載置面６８上における異物の有無を判定している。
【０１６０】
さて、電力伝送装置１から電力を供給される電子機器２は、通常は可搬性を有する携帯端末であることが多く、これらの機器は一般に高精細な表示デバイスを備える。このような携帯端末が異物検出部５０（図示せず）を備えることで、ワイヤレスで給電を受ける際に異物が検出された場合、電子機器２が備える表示デバイスや音声デバイス（共に図示せず）を用いて、異物が存在する旨をユーザに的確に伝えることができる。
【０１６１】
このように、第３実施形態は電極部５１と計測部５２から構成される異物検出部５０が電子機器２の側に存在することを除いて、他の構成は第１実施形態と共通であり、その他の構成の詳細な説明は省略する。
（第４実施形態）
【０１６２】
以下、本発明の第４実施形態について図面を参照しながら説明する。
【０１６３】
図２０は、第４実施形態に係る電力伝送装置における異物検出部５０の概略構成図である。以降、図２０を用いて、第４実施形態の異物検出部５０の構成、特に電極部５１について説明する。
【０１６４】
第４実施形態における電極部５１は、ｙ方向に互いに間隔を置いて平行に延伸する複数の送信電極（第１電極）７１と、送信電極７１と互いに間隔を置いて平行な方向（ｙ方向）に並進する複数の受信電極（第２電極）７２を備える。図示するように送信電極７１と受信電極７２はｘ方向に交互に配置されており、本構成では一本の送信電極７１に着目すると、その両側の２本の受信電極７２の間にコンデンサＣｄが形成される。
【０１６５】
即ち、第１実施形態の送信電極７１と受信電極７２が電極マトリクスを構成していたのに対し、第４実施形態の送信電極７１と受信電極は同一面に交互に間隔を置いて配置されている。また、第１実施形態では、送信電極駆動部８７は送信電極選択部８１を備えており、送信電極７１は個々独立に駆動可能とされていたが（図５参照）、第４実施形態の送信電極駆動部８７は送信パルス発生部８２のみで構成される。そして、送信パルス発生部８２からみたとき送信電極７１は並列接続されており、送信パルス発生部８２から出力された送信パルスは全ての送信電極７１に伝達される。送信パルスを出力した後、受信部８８では受信電極選択部８３によって受信電極７２が個々に選択（走査）される。送信パルス発生部８２から送信パルスを送信する毎に選択される受信電極７２を切り替えることで、既に第１実施形態で説明したのと同じ原理により、異物の有無が検出され、更にｘ方向における異物の位置が特定される。
【０１６６】
もちろん、第１実施形態のように電極駆動部８７を送信パルス発生部８２と送信電極選択部８２とで構成して（図４参照）、受信電極７２だけでなく送信電極７１側を順次走査するようにしても構わない。このように構成すると、送信電極７１と受信電極７２の双方が順次走査されることになる。
【０１６７】
さて、第４実施形態の構成では、ｙ方向には複数の電極が配列されていないため分解能が発生せず、もっぱらｘ方向の一次元について異物の存在と位置を検出することができる。実際のワイヤレス電力伝送システムでは、給電を受ける電子機器２の受電部分が小さく、この受電部分を電力伝送装置に置いて（形態としては、電子機器２を小さな底面により立てた状態で）充電するような態様がありえる。このような場合には、一つの軸方向について異物の存在を検出すれば十分な精度が発現でき、ｘ，ｙの２次元の電極マトリクスを設けるまでもない。そして、送信電極７１と受信電極７２を、１次元配列する構成では、そもそも電極間の絶縁を図るために支持シート７５（図３参照）を設ける必要がないため、電極部５１をより簡易に製造することが可能となる。そして、そのような構成としても、異物の検出は選択された送信電極７１と受信電極７２間の静電容量を計測することによって行われるため、第１実施形態と同様に、微小な異物であっても高精度に検出することができる。また、送電電極７１と受電電極７２とを重ねるように構成しなくてもよいため、即ち、送電電極７１と受電電極７２とを同一平面上に配置可能であるため、電極部５１の厚さを低減することができる。従って、より簡易に電極部５１を電力伝送装置１または電子機器２に収納することができる。
【０１６８】
なお、第４実施形態では、送信電極７１と受信電極７２の配列以外の構成は、上述した送信電極の構成と送信電極の走査過程を除き第１実施形態の説明を援用できるため、他の構成要素についての詳細な説明は省略する。第１実施形態の説明に用いた、図１、図２を援用すると、第４実施形態の電力伝送装置１は、送電コイル５に対向し、互いに間隔を置いて配置される複数の送信電極７１（第１電極）と、この複数の送信電極７１のうち、いずれかとコンデンサＣｄを形成する複数の受信電極７２（第２電極）と、複数の送信電極７１に所定の信号を印加して駆動する送信パルス発生部８７（駆動部）と、送信電極７１と受信電極７２との間の容量を計測する計測部５２と、を備え、計測部５２は計測された容量に基づいて、電子機器載置面６７上における異物を検出している。
【０１６９】
以上、第１実施形態〜第４実施形態を詳細に説明してきたが、これらの実施形態において電極マトリクスを構成する送信電極と受信電極を入れ替えてもよく、特に第４実施形態では送信電極を共通電極として説明したが、送信電極を選択可能として、受信電極側を共通電極とする構成としてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１７０】
本発明にかかる電力伝送装置、電子機器、ならびにワイヤレス電力伝送システムは、送電コイルまたは受電コイルに対向する位置に置かれた異物のサイズが小さくとも高精度に検出することが可能であることから、電力伝送装置、及び電力伝送装置からワイヤレス電力伝送を受ける携帯電話、タブレット型端末、パーソナルコンピュータなどに好適に利用することができる。
【符号の説明】
【０１７１】
１  電力伝送装置
２  電子機器
３  二次電池
５  送電コイル
６  受電コイル
１２  送電制御部
３１  電子機器検知部
５０  異物検出部
５１  電極部（電極シート）
５２  計測部
５３  表示部
６３  ハウジング
６５  ハウジング
６７  電子機器載置面
６８  被載置面
７１  送信電極（第１電極）
７２  受信電極（第２電極）
７３ａ  送信電極シート
７３ｂ  受信電極シート
７５  支持シート
７６  開口部
８１  送信電極選択部
８２  送信パルス発生部
８３  受信電極選択部
８４  受信信号処理部
８５  制御部
８６  異物有無判定部
８７  送信電極駆動部
８８  受信部
１００  電極交点
１０１  異物（導体）
１０２  異物（絶縁体）
２００  ワイヤレス電力伝送システム
２０１  ディスプレイ装置（電力伝送装置）
２０２  表示面
２０５  電子機器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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