(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともコイル及びキャパシタを含む共振回路と、
非給電時に前記共振回路のＱ値を測定する検知部と、
給電時とＱ値測定時とで前記共振回路の回路構成を切り替える回路切替部と、
前記回路切替部による切り替えを制御する制御部と、を備える
検知装置。
【請求項２】
前記検知部は、前記共振回路のＱ値を測定して前記コイルと外部との電磁結合状態を検知する
請求項１に記載の検知装置。
【請求項３】
前記回路切替部は、給電時とＱ値測定時とで前記共振回路の回路構成を切り替え、前記共振回路の共振周波数を変更する
請求項２に記載の検知装置。
【請求項４】
前記回路切替部は、給電時とＱ値測定時とで前記共振回路の回路構成を切り替え、前記共振回路の共振周波数を変更し、かつ前記共振回路の共振周波数におけるインピーダンスを大きくする
請求項２に記載の検知装置。
【請求項５】
前記回路切替部は、給電時とＱ値測定時とで前記共振回路の回路構成を切り替え、前記共振回路の共振周波数におけるインピーダンスを大きくする
請求項２に記載の検知装置。
【請求項６】
前記回路切替部は、Ｑ値測定時に前記共振回路の静電容量成分の静電容量値を変更する
請求項３に記載の検知装置。
【請求項７】
前記回路切替部は、Ｑ値測定時に前記共振回路の前記コイルと並列及び直列の静電容量成分の静電容量値を変更する
請求項６に記載の検知装置。
【請求項８】
前記回路切替部は、Ｑ値測定時に前記共振回路の前記コイルと並列の静電容量成分の静電容量値を変更する
請求項６に記載の検知装置。
【請求項９】
前記回路切替部は、Ｑ値測定時に前記共振回路の前記コイルと直列の静電容量成分の静電容量値を変更する
請求項６に記載の検知装置。
【請求項１０】
前記回路切替部は、Ｑ値測定時に前記コイルと並列の静電容量成分の静電容量値を大きくする
請求項７に記載の検知装置。
【請求項１１】
前記回路切替部は、Ｑ値測定時に前記コイルと直列の静電容量成分の静電容量値を小さくする
請求項７に記載の検知装置。
【請求項１２】
前記回路切替部は、Ｑ値測定時に前記共振回路の前記コイルの自己インダクタンスを切り替える
請求項６に記載の検知装置。
【請求項１３】
前記コイルはタップ付きコイルであり、
前記回路切替部は、前記タップ付きコイルのタップを切り替える
請求項１２に記載の検知装置。
【請求項１４】
前記共振回路は、前記コイルに対してキャパシタが直列に接続している構成である
請求項６に記載の検知装置。
【請求項１５】
前記共振回路は、前記コイルに対してキャパシタが並列に接続している構成である
請求項６に記載の検知装置。
【請求項１６】
前記共振回路は、前記コイルに対して一のキャパシタが並列に接続した上で他のキャパシタが直列に接続している構成である
請求項６に記載の検知装置。
【請求項１７】
前記共振回路の前記コイルが受電した電力から、前記Ｑ値の測定時に消費する電力を充電する蓄電部、を更に備える
請求項１乃至１６のいずれかに記載の検知装置。
【請求項１８】
受電を行うコイルと、
少なくとも前記コイル及びキャパシタを含む共振回路と、
非給電時に前記共振回路のＱ値を測定する検知部と、
給電時とＱ値測定時とで前記共振回路の回路構成を切り替える回路切替部と、
前記回路切替部による切り替えを制御する制御部と、を備える
受電装置。
【請求項１９】
送電を行うコイルと、
少なくとも前記コイル及びキャパシタを含む共振回路と、
非給電時に前記共振回路のＱ値を測定する検知部と、
給電時とＱ値測定時とで前記共振回路の回路構成を切り替える回路切替部と、
前記回路切替部による切り替えを制御する制御部と、を備える
送電装置。
【請求項２０】
電力を無線により送電する送電装置と、該送電装置からの電力を受電する受電装置を含んで構成され、
前記送電装置又は前記受電装置のいずれかは、
送電又は受電に使用するコイル及びキャパシタを少なくとも含む共振回路と、
非給電時に前記共振回路のＱ値を測定する検知部と、
給電時とＱ値測定時とで前記共振回路の回路構成を切り替える回路切替部と、
前記回路切替部による切り替えを制御する制御部と、を備える
非接触電力伝送システム。
【請求項２１】
非接触電力伝送システムを構成する送電装置又は受電装置が備える少なくともコイル及びキャパシタを含む共振回路に対し、給電を停止した状態におけるＱ値測定時に、前記共振回路の回路構成を給電時の回路構成から切り替えること、
前記共振回路の回路構成を切り替えた後に前記共振回路のＱ値を測定すること、
を含む検知方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、金属等の導体の存在を検知する検知装置、受電装置、送電装置、非接触電力伝送システム及び検知方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、非接触で電力を供給（ワイヤレス給電）する非接触電力伝送システムの開発が盛んに行われている。ワイヤレス給電を実現する方式としては大きく２種類の手法が存在する。
【０００３】
一つは既に広く知られている電磁誘導方式であり、電磁誘導方式では、送電側と受電側の結合度が非常に高く、高効率での給電が可能である。しかし、送電側と受電側との間の結合係数を高く保つ必要があるため、送電側と受電側の距離を離した場合や位置ずれがある場合には、送電側と受電側のコイル間の電力伝送効率（以下、「コイル間効率」という。）が大きく劣化してしまう。
【０００４】
もう一つは磁界共鳴方式と呼ばれる手法であり、積極的に共振現象を利用することで給電元と給電先とで共有する磁束が少なくてもよいという特徴を持つ。磁界共鳴方式は、結合係数が小さくてもＱ値(Quality factor)が高ければコイル間効率が劣化しない。Ｑ値は、送電側又は受電側のコイルを有する回路の、エネルギーの保持と損失の関係を表す（共振回路の共振の強さを示す）指標である。すなわち送電側コイルと受電側コイルの軸合わせが不要で、送電側と受電側の位置や距離の自由度が高いというメリットがある。
【０００５】
非接触電力伝送システムにおいて重要な要素の一つが、金属異物の発熱対策である。電磁誘導方式又は磁界共鳴方式に限らず非接触で給電を行う際、送電側と受電側の間に金属が存在する場合に渦電流が発生し、金属が発熱してしまう恐れがある。この発熱を抑えるために、金属異物を検知する数多くの手法が提案されている。例えば光センサあるいは温度センサを用いる手法が知られている。しかしながら、センサを用いた検知方法では、磁界共鳴方式のように給電範囲が広い場合にコストがかかる。また例えば温度センサであれば、温度センサの出力結果がその周囲の熱伝導率に依存するため、送信側及び受信側の機器にデザイン制約を加えることにもなる。
【０００６】
そこで、送電側と受電側の間に金属異物が入ったときのパラメータ（電流、電圧等）の変化を見て、金属異物の有無を判断する手法が提案されている。このような手法であれば、デザイン制約等を課す必要がなくコストを抑えることができる。例えば、特許文献１では送電側と受電側の通信の際の変調度合いによって金属異物を検出する方法、特許文献２では渦電流損によって金属異物を検出する方法（ＤＣ−ＤＣ効率による異物検知）が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−２０６２３１号公報
【特許文献２】特開２００１−２７５２８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１，２により提案された手法は、受電側の金属筺体の影響が加味されていない。一般的な携帯機器への充電を考えた場合、携帯機器に何らかの金属（金属筐体、金属部品等）が使われている可能性が高く、パラメータの変化が「金属筺体等の影響によるもの」か、あるいは「金属異物が混入したことによるもの」なのかの切り分けが困難である。特許文献２を例に挙げると、渦電流損が携帯機器の金属筺体で発生しているのか、それとも送電側と受電側との間に金属異物が混入して発生しているのかがわからない。このように、特許文献１，２で提案された手法は、金属異物を精度よく検知できているとは言えない。
【０００９】
本開示は、上記の状況を考慮してなされたものであり、送電側と受電側との間に存在する金属異物の検出精度を向上させる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本開示の一側面は、非接触電力伝送システムを構成する送電装置又は受電装置が備える少なくともコイル及びキャパシタを含む共振回路に対し、Ｑ値測定時に、当該共振回路の回路構成を給電時の回路構成から切り替えて上記コイルと並列な静電容量成分の静電容量値を増加させる。そして、回路構成を切り替えた後で共振回路のＱ値を測定する。
【００１１】
上記本開示の一側面によれば、コイルに並列な静電容量成分の静電容量値が増加し、共振回路のインピーダンスが大きくなる。それにより、Ｑ値測定時に共振回路から検出する電圧の振幅レベルが大きくなり、共振回路のＱ値のＳＮ比が向上する。
【発明の効果】
【００１２】
本開示によれば、給電時の共振回路の構成とＱ値測定による金属異物検出時の共振回路の構成とを各々で最適な構成にすることによって、給電性能を損なうことなく、金属異物の検出精度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】コイルにおける周波数とＱ値の関係例を示すグラフである。
【図２】コイルに金属異物が混入した場合と混入しない場合とで、周波数ごとにＱ値を比較したグラフである。
【図３】金属異物が混入した場合と混入しない場合における周波数とＱ値の変化量との関係を示すグラフである。
【図４】非接触電力伝送システムに用いられる送電装置の概要を示す回路図である。
【図５】非接触電力伝送システムに用いられる送電装置（１次側）の内部構成例を示すブロック図である。
【図６】非接触電力伝送システムに用いられるバッテリーレスの受電装置（２次側）の内部構成例を示すブロック図である。
【図７】直列共振回路を想定した等価回路における分圧の概念の説明図である。
【図８】図７に示した等価回路の指定した地点で観測される電圧信号の一例を示す波形図である。
【図９】Ａ，Ｂ，Ｃは、それぞれ異なる共振回路の構成を示す回路図である。
【図１０】図９Ａに示した共振回路のインピーダンスの周波数特性を示すグラフである。
【図１１】図９Ｂに示した共振回路のインピーダンスの周波数特性を示すグラフである。
【図１２】図９Ｃに示した共振回路のインピーダンスの周波数特性を示すグラフである。
【図１３】伝達関数を用いて共振回路のインピーダンス値を計算する方法を示す説明図である。
【図１４】結合係数とインピーダンスとの関係を示すグラフの例である。
【図１５】Ａ，Ｂ，Ｃは、共振回路のコイルに対するキャパシタの接続例を示す回路図である。
【図１６】本開示の第１の実施形態例に係る、受電装置（２次側）の内部構成例の要部を示すブロック図である。
【図１７】本開示の第１の実施形態例に係る、非接触電力伝送システムの給電時における処理を示すフローチャートである。
【図１８】１次側（送電装置）において周波数スイープを反映したＱ値計算を行う場合の処理を示すフローチャートである。
【図１９】本開示の第１の実施形態例に係る、非接触電力伝送システムにおける動作タイミングチャートである。
【図２０】共振回路における複数の周波数とＱ値との関係の一例を示すグラフである。
【図２１】１次側（送電装置）においてＱ値計算を行う場合の処理を示すフローチャートである。
【図２２】本開示の第２の実施形態例に係る、送電装置（１次側）の内部構成例の要部を示すブロック図である。
【図２３】図２２に示した送電装置（１次側）の第３スイッチをオンしたとき及びオフしたときの共振回路の構成を示す等価回路図である。
【図２４】直列共振回路におけるインピーダンスの周波数特性を示すグラフである。
【図２５】並列共振回路におけるインピーダンスの周波数特性を示すグラフである。
【図２６】本開示の第３の実施形態例に係る、インピーダンスの実部成分と虚部成分の比からＱ値を計算するための回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に添付図面を参照しながら、本開示を実施するための形態の例について説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能又は構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複する説明を省略する。
【００１５】
なお、説明は以下の順序で行うものとする。
１．第１の実施形態（回路切替部：受電側において給電時とＱ値測定時とでキャパシタの静電容量値を切り替えた例）
２．第２の実施形態（回路切替部：送電側において給電時とＱ値測定時とでキャパシタの静電容量値を切り替えた例）
３．その他（Ｑ値測定回路：Ｑ値測定処理の変形例）
【００１６】
＜１．第１の実施形態＞
［導入説明］
本開示における金属異物検出の技術は、前述のＱ値の変化を用いて金属異物を検出する手法である。Ｑ値は、エネルギーの保持と損失の関係を表す指標であり、一般的に共振回路の共振のピークの鋭さ（共振の強さ）を表す値として用いられる。金属異物には、送電側（１次側）と受電側（２次側）の間に存在する金属などの導体を指し、導体には、広義の導体すなわち半導体も含まれる。
【００１７】
ただし、この手法は、ある程度のＱ値を持ったところで共振点（共振周波数）の調整がなされている必要がある。そのため、一般的な電磁誘導方式のようにＱ値が低い周波数の交流信号で給電している場合は、Ｑ値の絶対値が低いため検出精度が劣化するのでその点において注意を要する。
【００１８】
図１に、コイルにおける周波数とＱ値の関係例を示す。
測定に使用したコイルの構成は、外形３０×４０ｍｍ、内径２０×３０ｍｍの８ターンである。図１に示すように、Ｑ値周波数特性曲線１が示すＱ値は、周波数によって大きく異なる。仮にこのコイルを１００ｋＨｚで給電に使用した場合（キャパシタで共振をとる）には、Ｑ値の絶対値は約５０となり、最大値となる周波数と比べてＱ値が半分以下程度になってしまう。
【００１９】
図２は、コイルに金属異物が混入した場合と混入しない場合とで、周波数ごとにＱ値を比較したグラフである。
この例では、金属異物として１５ｍｍ角の鉄をコイル中央に置いたときのＱ値を測定している。図２よりＱ値の高いときの周波数ほど、金属異物が混入したときのＱ値周波数特性曲線２と混入していないときのＱ値周波数特性曲線１との差分も大きくなっていることがわかる。
【００２０】
図３は、金属異物が混入した場合と混入しない場合における周波数とＱ値の変化量との関係を示すグラフである。これは、図２に示した周波数ごとのＱ値の差分を相対値として図示したものである。
図３より周波数によってＱ値の変化量が大きく変化すること、及び図２と図３よりＱ値の絶対値が大きい周波数ほどＱ値の変化量が大きいことがわかる。すなわちＱ値の絶対値が大きい周波数を利用して金属異物の検出を行うことにより、金属異物の検出精度が向上する。
【００２１】
［Ｑ値測定の原理］
ここで、Ｑ値測定の原理について、図４を参照して説明する。
図４は、非接触電力伝送システムに用いられる送電装置の概要を示す回路図である。
この図４に示した送電装置１０の回路は、Ｑ値の測定原理を表した最も基本的な回路構成（磁界結合の場合）の一例である。直列共振回路を備える回路を示したものであるが、共振回路の機能を備えていれば詳細な構成は種々の形態が考えられる。この共振回路のＱ値測定は、測定器（ＬＣＲメータ）でも用いられている手法である。なお、送電装置（１次側）の共振回路の例を示したが、この測定原理は受電装置（２次側）の共振回路にも同様に適用できる。
【００２２】
送電装置１０の１次側コイル１５の近くに金属異物として例えば金属片があると、磁力線が金属片を通過して金属片に渦電流が発生する。これは１次側コイル１５からみると、金属片と１次側コイル１５が電磁的に結合して、１次側コイル１５に実抵抗負荷がついたように見え、１次側のＱ値を変化させる。このＱ値を測定することで、１次側コイル１５の近くにある金属異物（電磁結合している状態）の検知につなげる。
【００２３】
送電装置１０は、交流信号（正弦波）を発生させる交流電源１２及び抵抗素子１３を含む信号源１１と、キャパシタ（コンデンサとも呼ばれる）１４と、１次側コイル１５（送電コイル、コイルの一例）を備える。抵抗素子１３は、交流電源１２の内部抵抗（出力インピーダンス）を図示化したものである。信号源１１に対しキャパシタ１４と１次側コイル１５が直列共振回路（共振回路の一例）を形成するように接続されている。そして、測定したい周波数において共振するように、キャパシタ１４のキャパシタンスの値（Ｃ値）、及び１次側コイル１５のインダクタンスの値（Ｌ値）が調整されている。信号源１１とキャパシタ１４を含む送電部は、負荷変調方式などを利用して１次側コイル１５を通じて外部へ非接触で電力を伝送する。
【００２４】
直列共振回路を構成する１次側コイル１５とキャパシタ１４間の電圧をＶ１（共振回路に掛かる電圧の一例）、１次側コイル１５両端の電圧をＶ２とすると、直列共振回路のＱ値は、式（１）で表される。
【数１】
0005840886.tif 000002
ｒｓ：周波数ｆにおける実効抵抗値
【００２５】
電圧Ｖ１がＱ倍されて電圧Ｖ２が得られる。１次側コイル１５に金属片が近づくと実効抵抗値ｒｓが大きくなり、Ｑ値が下がる。このように金属片が１次側コイル１５に近づくと、測定されるＱ値（電磁結合している状態）が変化するので、この変化を検知することにより、１次側コイル１５の近くにある金属片を検知できる。
【００２６】
［非接触電力伝送システムの構成例］
（送電装置の構成例）
図５は、非接触電力伝送システムに用いられる送電装置（１次側）の内部構成例を示すブロック図である。
図５に示したブロック図は、図４に示した送電装置のより具体的な構成を示しており、この図５に示されるＱ値測定回路２０（検知部の一例）により、金属異物を検知する。Ｑ値測定回路２０が設けられた送電装置は、検知装置の一例である。
【００２７】
本例では、Ｑ値測定回路２０を構成する要素の一例として、整流部２１Ａ，２１Ｂと、アナログ−デジタル変換器（以下、「ＡＤＣ」という）２２Ａ，２２Ｂと、メイン制御部２３を備えている。Ｑ値測定回路２０内のブロックを含む送電装置１０を構成する各ブロックは、信号源１１もしくは図示しないバッテリーから供給される電力により動作する。
【００２８】
整流部２１Ａは、１次側コイル１５とキャパシタ１４との間から入力される交流信号（交流電圧）を直流信号（直流電圧）に変換して出力する。同様に整流部２１Ｂは、信号源１１とキャパシタ５の間から入力される交流信号（交流電圧）を直流信号（直流電圧）に変換する。変換された各直流信号はそれぞれ、ＡＤＣ２２Ａ，２２Ｂへ入力される。
【００２９】
ＡＤＣ２２Ａ，２２Ｂの各々は、整流部２１Ａ，２１Ｂから入力されるアナログの直流信号をデジタルの直流信号に変換して、メイン制御部２３へ出力する。
【００３０】
メイン制御部２３は、制御部の一例であり、例えばＭＰＵ（Micro-Processing Unit）から構成され送電装置１０全体の制御を行う。このメイン制御部２３は、演算処理部２３Ａと判定部２３Ｂとしての機能を備える。
【００３１】
演算処理部２３Ａは、所定の演算処理を行うブロックであり、本例では、ＡＤＣ２２Ａ，２２Ｂより入力される直流信号から電圧Ｖ１と電圧Ｖ２の比、すなわちＱ値を計算し、計算の結果を判定部２３Ｂへ出力する。また、演算処理部２３Ａは、受電側（２次側）より金属異物の検知に係わる情報（電圧値などの物理量）を取得し、該情報に基づいて２次側のＱ値を計算することもできる。
【００３２】
判定部２３Ｂは、演算処理部２３Ａから入力される計算の結果を、不揮発性のメモリ２４に保存されている閾値と比較し、比較の結果に基づいて金属異物が近くにあるか否かを判定する。また、判定部２３Ｂは、上記受電側のＱ値と閾値を比較し、金属異物が近くにあるか否かを判定することもできる。
【００３３】
メモリ２４は、２次側コイルの近傍に何もない又は２次側コイルに何も置かれていない状態で予め測定された１次側Ｑ値の閾値（Ｒｅｆ_Ｑ１）を保存している。また、メモリ２４は、受電側（２次側）より取得した２次側Ｑ値の閾値（Ｑ_Ｍａｘ）も保存する。
【００３４】
通信制御部２５は、１次側通信部の一例であり、後述する受電装置の通信制御部との間で通信を行う。例えば受電装置の２次側コイルを含む共振回路のＱ値や電圧Ｖ１、電圧Ｖ２等を受信するなど、金属異物の検知に係わる情報の送受信を行う。また、メイン制御部２３の制御に従い信号源１１に交流電圧の発生及び停止を指示したりする。受電装置との通信における通信規格としては、例えばＩＥＥＥ８０２．１１規格の無線ＬＡＮやＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）等を使用することができる。なお、１次側コイル１５と受電装置の２次側コイルを介して情報を伝送する構成としてもよい。また、通信制御部２５を介さず、メイン制御部２３から信号源１１へ直接指示を出すようにしてもよい。
【００３５】
入力部２６は、ユーザ操作に応じた入力信号を生成し、メイン制御部２３に出力する。
【００３６】
なお、本例では、送電装置１０にＱ値測定回路２０を内蔵し、１次側のＱ値に基づく金属異物の検知と、２次側のＱ値に基づく金属異物の検知が可能な構成として説明している。これに限らず、送電装置１０が、少なくとも演算処理及び判定処理を行うメイン制御部２３と、通信制御部２５を備え、受電装置のＱ値から電磁結合状態を判定して金属異物を検知する機能を備えるものであればよい。
【００３７】
前述したとおり、上記測定原理を受電装置（２次側）に適用することにより、受電装置においてもＱ値の測定を行うことができる。しかしながら、Ｑ値測定の際に給電が行われていると、送電側から出た磁界で受電装置のコイルに大電力が発生してしまい、電圧Ｖ２が正常に測定されなくなる。そのため、正確なＱ値が得られなくなり、精度よく金属異物を検知できなくなる恐れがある。
【００３８】
上記の不都合を解消するには測定時に給電を止める必要があるが、給電を止めてしまうと２次側のＱ値を測定するための回路を稼働させる大型のバッテリーが不可欠となる。受電装置にバッテリーを積むことになると、製品寿命への悪影響や、例えば携帯機器のバッテリーの充電容量が空になったときすぐに充電したい場合などに金属異物検出を実施できないという事態が生じる。
【００３９】
そこで、本発明者らは、１次側から供給された電力を利用して２次側でＱ値測定を行う場合に、まず１次側から受電している時には２次側でＱ値測定を行わないバッテリーレスの電磁結合状態検知技術を考えた。
【００４０】
（受電装置の構成例）
以下、非接触電力伝送システムに用いられるバッテリーレスの受電装置（２次側）の構成例を説明する。
図６は、携帯機器等に適用される、受電装置の内部構成例を示すブロック図である。給電時とＱ値測定時の回路をスイッチングにより切り替える構成としている。Ｑ値測定時にはＱ値測定回路６０（検知部の一例）により、金属異物を検知する。Ｑ値測定回路６０が設けられた受電装置は、検知装置の一例である。
【００４１】
本例の受電装置３０は、２次側コイル３１と、該２次側コイル３１と並列に接続されたキャパシタ３２を備え、並列接続した２次側コイル３１とキャパシタ３２の一端がキャパシタ３３の一端に接続し、キャパシタ３３の他端が整流部３４の一の入力端に接続している。また、並列接続した２次側コイル３１とキャパシタ３２の他端が整流部３４の他の入力端に接続している。
また、整流部３４の一の出力端が第２スイッチ３９を介して第１レギュレータ３６の入力端に接続し、第１レギュレータ３６の出力端は負荷に接続し、整流部３４の他の出力端がグラウンド端子に接続している。整流部３４の一の出力端には、第２レギュレータ３７も接続している。
さらに、キャパシタ３５と第１スイッチ３８が直列に接続され、キャパシタ３５の一端が整流部３４の一の出力端に接続し、第１スイッチ３８の一端が整流部３４の他の出力端に接続している。
【００４２】
第１レギュレータ３６は、出力する電圧や電流を常に一定に保つように制御しており、一例として５Ｖの電圧を負荷へ供給する。同様に第２レギュレータ３７は、各スイッチを含む各ブロックへ一例として３Ｖの電圧を供給する。
【００４３】
キャパシタ３３の他端には、第３スイッチ４０が接続しており、該第３スイッチ４０、抵抗素子５２及び増幅器５１を介して、交流電源５０（発振回路）と接続している。また、キャパシタ３３の他端には、第３スイッチ４１を介して増幅器４４Ａの入力端が接続している。一方、キャパシタ３３の一端には、第３スイッチ４２を介して増幅器４４Ｂの入力端が接続している。また並列接続した２次側コイル３１とキャパシタ３２の他端が、第３スイッチ４３を介してグラウンド端子に接続している。
【００４４】
第１スイッチ３８（第１切替部の一例），第２スイッチ３９（第２切替部の一例），第３スイッチ４０〜４３（第３切替部の一例）は、トランジスタやＭＯＳＦＥＴ等のスイッチング素子が適用される。本例ではＭＯＳＦＥＴを用いている。
【００４５】
本例では、Ｑ値測定回路６０を構成する要素の一例として、増幅器４４Ａ，４４Ｂと、その後段のエンベロープ検出部４５Ａ，４５Ｂと、アナログ−デジタル変換器（以下、「ＡＤＣ」という）４６Ａ，４６Ｂと、メイン制御部４７（演算処理部４７Ａ，判定部４７Ｂ）を備えている。
【００４６】
増幅器４４Ａの出力端は、エンベロープ検出部４５Ａと接続している。エンベロープ検出部４５Ａは、キャパシタ３３の他端から第３スイッチ４１及び増幅器４４Ａを経由して入力される交流信号（電圧Ｖ１に対応）の包絡線を検波し、検波信号をＡＤＣ４６Ａに供給する。
【００４７】
一方、増幅器４４Ｂの出力端は、エンベロープ検出部４５Ｂと接続している。エンベロープ検出部４５Ｂは、キャパシタ３３の一端から第３スイッチ４２及び増幅器４４Ｂを経由して入力される交流信号（電圧Ｖ２に対応）の包絡線を検波し、検波信号をＡＤＣ４６Ｂに供給する。
【００４８】
ＡＤＣ４６Ａ，４６Ｂの各々は、エンベロープ検出部４５Ａ，４５Ｂから入力されるアナログの検波信号をデジタルの検波信号に変換して、メイン制御部４７へ出力する。
【００４９】
メイン制御部４７は、制御部の一例であり、例えばＭＰＵ（Micro-Processing Unit）から構成され受電装置３０全体の制御を行う。このメイン制御部４７は、演算処理部４７Ａと判定部４７Ｂとしての機能を備える。メイン制御部４７は、第２レギュレータ３７から供給される電力を利用して各スイッチ（ＭＯＳＦＥＴのゲート端子）に駆動信号を供給し、オン／オフを制御する（スイッチ切替え機能）。
【００５０】
演算処理部４７Ａは、所定の演算処理を行うブロックであり、ＡＤＣ４６Ａ，４６Ｂより入力される検波信号から電圧Ｖ１と電圧Ｖ２の比、すなわちＱ値を計算し、計算の結果を判定部４７Ｂへ出力する。また、演算処理部４７Ａは、設定に応じて、入力された検波信号の情報（電圧値など）を送電側（１次側）へ送信することもできる。また、金属異物の検知処理のときに周波数スイープ処理を実施する（スイープ処理機能）。
【００５１】
判定部４７Ｂは、演算処理部４７Ａから入力されるＱ値を、不揮発性のメモリ４８に保存されている閾値と比較し、比較の結果に基づいて金属異物が近くにあるか否かを判定する。後述するように、測定した情報を送電装置１０へ送信し、送電装置１０で２次側Ｑ値の計算及び金属異物の有無を判定することも可能である。
【００５２】
メモリ４８は、２次側コイル３１の近傍に何もない又は２次側コイル３１に何も置かれていない状態で予め測定された、Ｑ値と比較する閾値を保存する。
【００５３】
通信制御部４９は、２次側通信部の一例であり、送電装置１０の通信制御部２５との間で通信を行う。例えば受電装置３０の２次側コイル３１を含む共振回路のＱ値や電圧Ｖ１、電圧Ｖ２等を送信するなど、金属異物の検知に係わる情報の送受信を行う。通信制御部４９に適用される通信規格は、送電装置１０の通信制御部２５に適用される通信規格と同様である。なお、２次側コイル３１と送電装置１０の１次側コイル１５を介して情報を伝送する構成としてもよい。
【００５４】
交流電源５０は、メイン制御部４７の制御信号に基づいてＱ値測定時に交流電圧（正弦波）を発生させ、増幅器５１及び抵抗素子５２を介してキャパシタ３３の他端に供給する。
【００５５】
入力部５３は、ユーザ操作に応じた入力信号を生成し、メイン制御部４７に出力する。
【００５６】
上述のように構成された受電装置３０のＱ値測定回路６０は、３つのスイッチ群、すなわち第１スイッチ３８、第２スイッチ３９、第３スイッチ４０〜４３のオン／オフが切り替えられることにより制御される。以下、各スイッチの切り替えに注目して受電装置３０の動作を説明する。
【００５７】
まず２次側コイル３１により送電装置１０から受電した電力を、整流部３４の後段に設けられたキャパシタ３５（蓄電部の一例）に充電する。キャパシタに充電された電力で動作できる電流値及び時間は、ＣＶ＝ｉｔで決まる。
ここで、Ｃはキャパシタの静電容量、Ｖはキャパシタの電圧値、ｉはキャパシタの電流値、ｔは時間を表す。すなわち１０μＦのキャパシタにチャージした電圧値が例えば９Ｖから４Ｖに変化するとき、５０ｍＡの電流を１ｍｓｅｃ流すことが可能である。キャパシタの静電容量値が大きければより大きな電流を流すか、または電流を流す時間を延ばすことが可能である。
【００５８】
ただし、整流部３４の後段に静電容量値の大きなキャパシタ３５を入れると、受電装置３０と外部装置との通信の際に不具合が発生することも考えられるため、第１スイッチ３８で制御することが望ましい。すなわちＱ値測定の際にのみ第１スイッチ３８のドレイン−ソース間を導通し、キャパシタ３５を接続することによってその悪影響を無くすようにする。
【００５９】
Ｑ値測定回路６０の消費電流がある程度小さい、かつＱ値測定の時間が短ければ、送電装置１０からキャリア信号を止めている間にＱ値を測定することは可能である。なお、送電装置１０から出力するキャリア信号を止める際（Ｑ値測定時）には、確実にＱ値測定回路６０から負荷を電気的に切り離す必要がある。例えば第２スイッチ３９にＰチャネルＭＯＳＦＥＴを用い、受電装置３０にキャリア信号が入力するとオフになる制御や、第１レギュレータ３６のイネーブル機能を用いて制御すればよい。それ以外のキャパシタ３５に充電しているときや、通信制御部４９を通じて通信を行っているときは、Ｑ値測定回路６０から負荷を切り離さなくても問題ない。
【００６０】
Ｑ値測定の際には、上述した測定器（ＬＣＲメータ）の手法と同じくキャパシタ３３の両端の電圧値を測定する。具体的にはキャリア信号を止めたタイミングで第３スイッチ４０〜４３をオンし、交流電源５０から出力された正弦波を整流したキャパシタ３３の一端及び他端に検出される２つの電圧波形よりＱ値を算出する。算出したＱ値と予め設定した閾値を比較することにより、金属異物の検知を行う。
【００６１】
［Ｑ値測定時におけるＳＮ比の劣化について］
ところで、Ｑ値測定の精度は、共振回路の共振点（共振周波数）でのインピーダンス値によっても大きく影響する。上述したとおり、図６に示した受電装置３０の構成では、給電時とＱ値測定時の回路をスイッチングにより切り替えている。すなわちキャパシタ３３の両端電圧は、第３スイッチ４１のオン抵抗分と２次側コイル３１の共振点でのインピーダンスで分圧され、電圧の振幅が小さくなる。そのため２次側コイル３１の共振点でのインピーダンス次第では分圧比が大きくなり、Ｑ値測定時におけるＳＮ比が劣化する可能性がある。
【００６２】
図７に、直列共振回路を想定した等価回路における分圧の概念を示す。また図８に、図７の等価回路の各地点における電圧波形の試算結果を示す。
図７において、破線で表されたＺ１がスイッチング素子のオン抵抗分（オン抵抗成分Ｒ１）を示したものである。また、破線で表されたＺ２が直列共振回路を、コイルＬ１とキャパシタＣ１と交流電源Ｅの交流電圧の周波数ｆにおける実効抵抗分（実効抵抗成分ｒ１）からなる等化回路を示したものである。
【００６３】
直列共振回路においては共振点でのインピーダンスはコイルＬ１の純抵抗分だけになるため、図７で示すＶ１−１の地点とＶ１−２（図６のＶ１相当）の地点では分圧され、交流電圧の振幅が小さくなってしまう。
実際にＶ１−１の地点とＶ１−２の地点での交流電圧の振幅をシミュレーションにより計算した結果が、図８に示す波形図である。試算に用いた諸条件は、交流電圧の周波数が９０ｋＨｚで振幅が０．１Ｖ、直列共振回路のコイルＬ１の自己インダクタンスが１４．３μＨ、実効抵抗成分ｒ１の抵抗値が０．６Ω、キャパシタＣ１の静電容量値が２２７ｎＦ、オン抵抗成分Ｒ１の抵抗値が３Ωである。
図８において、大きな振幅の波形がＶ１−１の地点のレベルであり、小さな振幅の波形がＶ１−２の地点のレベルを示したものである。この電圧波形より、確かに交流電圧の振幅が小さくなることがわかる。
【００６４】
次に、共振回路の共振点でのインピーダンスは、その共振回路の構成によって異なることを説明する。
図９Ａ，Ｂ，Ｃは、それぞれ異なる共振回路の構成を示す回路図である。
図９Ａの共振回路は直列共振回路である。これに対し、図９Ｂと図９Ｃの共振回路はそれぞれ、コイルＬ１に対して直列接続のキャパシタＣ１´又はＣ１´´、コイルＬ１に対して並列接続のキャパシタＣ２´又はＣ２´´を有する。
【００６５】
図９Ａ〜図９Ｃの共振回路では、図８の場合と同様に、交流電圧の周波数が９０ｋＨｚで振幅が０．１Ｖ、コイルＬ１の自己インダクタンスが１４．３μＨ、実効抵抗成分ｒ１の抵抗値が０．６Ω、オン抵抗成分Ｒ１の抵抗値が３Ωである。ただし、図９ＡのキャパシタＣ１の静電容量値が２２７ｎＦ、図９ＢのキャパシタＣ１´，Ｃ２´の静電容量値がそれぞれ１６８ｎＦ，５９ｎＦ、図９ＣのキャパシタＣ１´´，Ｃ２´´の静電容量値がそれぞれ１１３ｎＦ，１１３ｎＦである。
【００６６】
図１０は、図９Ａに示した共振回路のインピーダンスの周波数特性を示すグラフである。
図１１は、図９Ｂに示した共振回路のインピーダンスの周波数特性を示すグラフである。
図１２は、図９Ｃに示した共振回路のインピーダンスの周波数特性を示すグラフである。
図１０〜図１２より、共振回路の定数によって、共振周波数（この例では９０ｋＨｚ）は同じでも共振回路のインピーダンス値は異なることがわかる。図１０では約０．６Ω、図１１では約１．１Ω、図１２では約２．４Ωであり、コイルＬ１に並列接続したキャパシタの静電容量値が大きいほど共振点でのインピーダンス値が大きくなっている。
【００６７】
図１３は、コンピュータにより伝達関数を用いて共振回路のインピーダンス値を計算する方法を説明する回路図である。図１３に示した回路例は、図９Ａ，図９Ｂに示した共振回路の等価回路と同じ回路構成である。
【００６８】
図１３より、破線で示されたＺ１〜Ｚ３までのインピーダンスは、
【数２】
0005840886.tif 000003
【数３】
0005840886.tif 000004
【数４】
0005840886.tif 000005
となる。
【００６９】
ここで、Ｚ４は、
【数５】
0005840886.tif 000006
なので、
【数６】
0005840886.tif 000007
となる。
【００７０】
よって、全体のインピーダンスＺ５は、Ｚ５＝Ｚ１＋Ｚ４であるから、
【数７】
0005840886.tif 000008
となり、これを簡単化すると、
【数８】
0005840886.tif 000009
となる。
【００７１】
式（８）より、虚数部が０となる点(共振点)のインピーダンスを求めることによって、図１３の共振回路のシミュレーション結果を得ることができる。
【００７２】
しかしながら、給電時においては共振回路のコイルに並列接続したキャパシタの静電容量値が高くなると、給電時における２次側のインピーダンス値が高くなり、２次側負荷の両端にかかる電圧が高くなってしまうという問題がある。
【００７３】
給電時における１次側コイルと２次側コイル間の効率に対する最適なインピーダンス値は、コイルの自己インダクタンスやＱ値、結合係数などで決まる。一例として、図１４に結合係数とインピーダンスの関係例を示す。
上記を考慮すると、コイルサイズや、１次側と２次側のコイル間距離がある程度決まり、さらに目標とする２次側のインピーダンス値も決まると、キャパシタの接続形態すなわち共振回路の構成と定数も自動的に決まってしまう。
【００７４】
図１５Ａ，Ｂ，Ｃは、共振回路のコイルに対するキャパシタの接続形態例を示す回路図である。
共振回路のコイルに対するキャパシタの接続形態は、
（１）コイルに対して直列接続（図１５Ａ）、
（２）コイルに対して並列接続してから直列接続（図１５Ｂ）、
（３）コイルに対して並列接続（図１５Ｃ）
の３種類あり、場合によってはどの回路構成にもなり得る。
【００７５】
Ｑ値検知時の共振点でのインピーダンスは、図１２に示したグラフの結合係数が０のときと同じ値となり、上記（１）のときは最小値、上記（３）のときは最大値となり、上記（２）のときはその間の値となる。
よって、給電時における共振回路の最適構成とＱ値測定時における共振回路の最適構成が必ずしも一致しないという問題がある。
【００７６】
［第１の実施形態に係る構成例］
（キャパシタ及びスイッチの構成例）
そこで、給電時とＱ値測定による異物検出時で共振回路の構成(定数)を切り替える手法を提案する。
【００７７】
図１６は、本開示の第１の実施形態例に係る、給電時とＱ値測定時で共振回路の構成（定数）の切り替えを行う受電装置（２次側）の内部構成例の要部を示すブロック図である。
本実施形態に係る受電装置３０Ａは、図６に示した受電装置３０と比較して、共振回路にキャパシタ３２´とキャパシタ３３´が追加され、また第３スイッチ４３´が追加されている点が異なり、その他は同じである。なお、給電時には第３スイッチ４０〜４３，４３´はオフの状態であり、オープンに見えるため給電時に悪影響を与える心配はない。
【００７８】
キャパシタ３２´はキャパシタ３２と並列に接続されている。キャパシタ３３´は第３スイッチ４０，４１がオンしたときにキャパシタ３３と直列になるよう接続されている。トランジスタやＭＯＳＦＥＴ等が適用される第３スイッチ４３´は、キャパシタ３２´とグラウンド端子の間に接続されている。第３スイッチ４１，４３´は、回路切替部の一例である。
【００７９】
第３スイッチの各スイッチはＱ値測定時に一斉にオンになる。キャパシタ３２´はキャパシタ３２と並列になっており、Ｑ値測定時に第３スイッチ４３をオンすることによって２次側コイル３１と並列のキャパシタの静電容量値を大きくし、共振回路の共振点でのインピーダンスを上げる役割を担う。前述のとおり共振点でのインピーダンスを上げることによって、Ｑ値測定時に検出される交流電圧の振幅レベルを高く保つことが可能になり、ＳＮ比の向上につながる。
なお、キャパシタ３２については、あってもなくても(給電時に直列共振回路であっても)構わない。
【００８０】
また、キャパシタ３３´はキャパシタ３３と直列に接続しており、給電時に２次側コイル３１と直列に接続しているキャパシタの静電容量値を小さくする役割がある。Ｑ値測定時に２次側コイル３１と直列のキャパシタの静電容量値を小さくすることによって、共振点での周波数を高くすることができる。
これにより、Ｑ値測定時に２次側コイル３１と並列のキャパシタの静電容量値を大きくすることによって低くなってしまった共振周波数を戻すことも可能である。さらに、前述したとおり、給電時の周波数においてＱ値が低い周波数の場合は、Ｑ値測定時の周波数を上げることも可能である。
【００８１】
受電装置３０ＡのＱ値測定回路には、図６に示したＱ値測定回路６０の構成を利用できる。Ｑ値測定回路６０は、直列接続しているキャパシタ３３，３３´の両端の地点、すなわち共振回路のＶ１´の地点の電圧（電圧Ｖ１´）とＶ２の地点の電圧（電圧Ｖ２）を測定する。
【００８２】
このように、第３スイッチ４０〜４３，４３´を適宜切り替えることにより、Ｑ値測定に使用する２次側の交流電源が出力する測定用信号（正弦波信号）と、１次側から給電された給電信号とが干渉することを防止して、精度の高いＱ値を計算することができる。
その上でさらに、給電時の共振回路の構成とＱ値測定による金属異物検出時の共振回路の構成を各々で最適な構成（定数：静電容量値）にすることによって、給電性能を損なうことなく、金属異物の検出精度を向上させることができる。
また、送電側から受電側に給電が行われないときでも、送電側と受電側との間に存在する金属異物の検出を行い、かつＱ値測定による金属異物検出時に共振回路の構成を切り替えて検出精度を向上させる。それゆえ、Ｑ値測定による金属異物検出時に給電時と異なる周波数を選んで共振回路へ供給し、コイルの径、及び電磁誘導方式や磁界共鳴方式といったワイヤレス給電方式(結合係数の大小)に依存することなく、Ｑ値測定による金属異物の検出が可能である。
【００８３】
なお、図１６の例では、給電からＱ値測定に移行する際、共振回路の回路構成を切り替えて共振周波数を上げる場合を説明しているが、図１〜図３から理解されるように、共振周波数が高い場合、Ｑ値が最大となる周波数まで下げてＱ値測定を行うようにしてもよい。
【００８４】
また、図１６の例では、給電からＱ値測定に移行する際、共振回路のコイルと並列及び直列のキャパシタンス（静電容量成分）の値を変更する場合を説明している。しかし、コイルに並列のキャパシタンスのみを変更（一例として増加）又はコイルに直列のキャパシタンスのみを変更（一例として減少）してもよい。キャシタンスを変更するのに、キャパシタを他のキャパシタに切り替えてキャパシタンスを変更する構成としてもよい。
【００８５】
また、本実施形態は、共振回路のコイルに対するキャパシタの接続形態が、
（１）コイルに対して直列接続
（２）コイルに対して並列接続してから直列接続
（３）コイルに対して並列接続
のいずれの場合にも適用できる。
なお、Ｑ値測定時でないときの共振回路のキャパシタが上記（３）のコイルに対して並列接続のみである場合、例えば図１６の２次側コイル３１に対してキャパシタ３３がなく並列のキャパシタ３２だけが接続されている場合、第３スイッチがオンしたとき共振回路の２次側コイル３１とキャパシタとの並列接続に対してキャパシタ３３´のみが直列に接続される。
【００８６】
［非接触電力伝送システムの全体制御］
ここで、本開示の第１の実施形態に係る非接触電力伝送システムの全体制御処理を説明しておく。
【００８７】
図１７は、送電装置１０（図５参照）と受電装置３０Ａ（図１６参照）を備えて構成される非接触電力伝送システムの給電時における処理を示すフローチャートである。
まず送電装置１０（１次側）を起動し、受電装置３０Ａ（２次側）を送電装置１０の近くに置くと、送電装置１０と受電装置３０Ａの間でネゴシエーションを行う。送電装置１０と受電装置３０Ａが相互に認識した後に給電を開始する。送電装置１０又は受電装置３０Ａは、給電開始に際してＱ値測定を行うが、そのＱ値測定の回数が初回であるか否かを判定する（ステップＳ１）。
【００８８】
一例として、送電装置１０又は受電装置３０Ａの電源が入った直後であれば、各々の装置は、初回のＱ値測定であると判定する。あるいは、ネゴシエーションの結果、送電装置１０は、受電装置３０ＡのＩＤ情報（識別情報）から当該受電装置３０Ａが初めての通信相手であるとき、初回のＱ値測定であると判定する。または、送電装置１０は、ネゴシエーション時に、受電装置３０Ａが計算したＱ値測定回数の結果を当該受電装置３０Ａから受信し、Ｑ値測定の回数を把握するようにしてもよい。
【００８９】
さらに他の例として、前回のＱ値測定からの経過時間により判断するようにしてもよい。送電装置１０（及び受電装置３０Ａ）は、図示しない時計部を有し、Ｑ値測定を行ったとき、測定したＱ値を測定時刻と対応づけてメモリ２４（及びメモリ４８）へ記憶する。そして、前回のＱ値測定時刻と今回のＱ値測定時刻を比較して、所定値を超える時間差があれば初回のＱ値測定であると判断する。Ｑ値測定回数は、例えば周波数スイープを伴うＱ値測定を初回とし、これを基準に回数を計算する。なお、前回のＱ値測定時に時計部のタイマー機能を起動し、タイマーの経過時間を元に判断するようにしてもよい。
【００９０】
そして、初回のＱ値測定である場合は、受電装置３０Ａは、交流電源５０が出力する測定用のテスト信号（正弦波）に複数の周波数を用い（スイープ測定）、得られた複数の２次側Ｑ値のうち最も大きいＱ値を得る（ステップＳ２）。Ｑ値が最も大きいときのテスト信号の周波数をメモリ４８に保存しておく。ステップＳ２の処理の詳細については後述する。
【００９１】
Ｑ値を測定するためには共振周波数の正弦波を受電装置３０Ａへ入力する必要がある。しかし、受電装置３０Ａの部品品質のばらつきや、実装時のコイルと装置内金属（例えば筐体）との位置関係のばらつき、２次側コイル３１の周りの環境、金属異物の混入等によっても共振周波数は変化する。そのため共振周波数のずれを考慮し、ある程度の適切なレンジ（測定範囲）で異なる複数の周波数を用いて測定（周波数スイープ）することにより、共振周波数を探す必要がある。
【００９２】
この周波数スイープに関しては、非接触電力伝送システム全体で考えると、初回のＱ値測定では必ず必要であるが、２回目以降は省くことも可能である。２回目以降のＱ値測定において周波数スイープを省略できる例としては、送電装置１０と受電装置３０Ａの位置関係が、初回のＱ値測定時と大きく変化していない場合がある。
【００９３】
一方、ステップＳ１の判定処理において初回のＱ値測定ではない場合、受電装置３０Ａは、１回目のＱ値測定で求められた周波数のテスト信号を用いてＱ値を得る（ステップＳ３）。ステップＳ３の処理の詳細については後述する。
【００９４】
送電装置１０又は受電装置３０Ａは、２次側Ｑ値に基づいて金属異物が存在する可能性があるか否かを判定する（ステップＳ４）。金属異物が存在する可能性がない場合はステップＳ６へ進む。
【００９５】
一方、ステップＳ４の判定処理で金属異物が存在する可能性がある場合は、ステップＳ２へ進み、受電装置３０Ａは、テスト信号の周波数スイープを行い、複数の２次側Ｑ値のうち最も大きなＱ値を得る。
【００９６】
ステップＳ２の処理が終了後、送電装置１０又は受電装置３０Ａは、計算により得られた２次側Ｑ値に基づいて金属異物の有無を判定する（ステップＳ５）。金属異物がある場合は、終了処理ということで給電の強制終了やユーザへの警告を行う。給電の強制処理としては、送電装置１０が送電を停止するか、あるいは送電装置が送電を行ったとしても受電装置３０Ａが受電を停止する方法がある。
【００９７】
上述したステップＳ２〜Ｓ５におけるＱ値測定は、蓄電部（キャパシタ３５）に充電した電力を利用して行う。例えば周波数スイープの場合、一周波数のテスト信号についてＱ値（すなわち電圧Ｖ１´，Ｖ２）を測定できるだけの電荷をキャパシタ３５に充電した後に、Ｑ値測定を行い、再度充電を行い、次の周波数のテスト信号についてＱ値を測定することを繰り返す。
【００９８】
そして、ステップＳ５において金属異物がない場合は、送電装置１０から受電装置３０Ａへ所定の時間の給電を行う（ステップＳ６）。
【００９９】
最後に、受電装置３０Ａは、図示しないバッテリー等（負荷）が満充電されたか否かを判定し、その結果を送電装置１０へ通信する（ステップＳ７）。満充電された場合は、充電処理を終了し、満充電されていない場合は、ステップＳ１へ移行して上記処理を繰り返す。なお、満充電か否かの判定及び通信は、給電中に行ってもよい。
【０１００】
このように、初回のＱ値測定のみ周波数スイープを行い、２回目以降は初回で最適とされた周波数のテスト信号のみでＱ値測定を行えばよい。ただし、２回目以降で金属異物が存在する可能性があるという判定がなされた場合に、１次側コイルと２次側コイルの位置関係が変化したことによる周波数ずれの可能性があるため、再度周波数をスイープして判定を行う。周波数をスイープしても金属異物があると判定された場合は、給電の強制終了やユーザへの警告を行う。この手法によりＱ値測定の時間を大幅に減らすことができる。
【０１０１】
［１次側で周波数スイープを伴うＱ値計算を行う例］
次に、１次側でステップ２の周波数スイープを伴うＱ値計算を行う場合の処理を説明する。
周波数スイープを行うので、初回のＱ値測定であると判定されていることが前提である。本処理は、送電装置１０が初回のＱ値測定であると判定した場合、あるいは受電装置３０Ａが初回のＱ値測定であると判定してその結果を送電装置１０へ送信した場合などが考えられる。
【０１０２】
図１８は、１次側（送電装置１０）において周波数スイープを反映したＱ値計算を行う場合の処理を示すフローチャートである。
まず、送電装置１０のメイン制御部２３は、受電装置３０Ａのメイン制御部４７とのネゴシエーションが終了後、１次側コイル１５から電磁波を出力させて受電装置３０Ａへの送電処理（キャリア信号の送信）を開始する（ステップＳ１１）。受電装置３０Ａのメイン制御部４７は、送電装置１０が出力する電磁波を２次側コイル３１より受信して受電処理を開始する（ステップＳ１２）。
【０１０３】
送電処理を開始すると、送電装置１０のメイン制御部２３は、通信制御部２５を通じて第１回Ｑ値測定コマンドを受電装置３０Ａへ送信する（ステップＳ１３）。受電装置３０Ａのメイン制御部４７は、通信制御部４９を通じて第１回Ｑ値測定コマンドを送電装置１０から受信する（ステップＳ１４）。
【０１０４】
図１９は、本開示の第１の実施形態例に係る、非接触電力伝送システムにおける動作タイミングチャートである。
本実施形態では、Ｑ値測定処理を行うための「Ｑ値測定期間（６１−１，６１−２，６１−３）」と、電力供給など（Ｑ値測定以外）の処理を行うための「電力供給期間（６２）」が交互に設定されている。送電装置１０と受電装置３０Ａの通信が確立したときに、送電装置１０のメイン制御部２３が、上記ステップＳ１３における第１回Ｑ値測定コマンドを発行する。第１回Ｑ値測定コマンドは、一例として第１回Ｑ値測定期間６１−１の先頭で送信される。第１回Ｑ値測定期間は、「充電」、「周波数ｆ１でＱ値測定」、「充電」、「周波数ｆ２でＱ値測定」、・・・、「周波数ｆｎ−１でＱ値測定」、「充電」、「周波数ｆｎでＱ値測定」、「充電」、「１次側に通信」の複数の期間に分けられている。
【０１０５】
受電装置３０Ａのメイン制御部４７は、これらの複数の期間に対応して、第１スイッチ３８、第２スイッチ３９及び第３スイッチ４０〜４３，４３´のオン／オフを切り替える。以下は、第１スイッチ３８、第２スイッチ３９及び第３スイッチ４０〜４３，４３´の主な切り替えタイミングである。
１）第１スイッチ３８は、Ｑ値測定期間にオンし（キャパシタ３５を充電）、それ以外の期間（電力供給期間）ではオフする。
２）第２スイッチ３９は、Ｑ値測定期間にオフし、それ以外の期間（電力供給期間）ではオンする。
３）第３スイッチ４０〜４３，４３´は、Ｑ値測定期間（特に電圧Ｖ１´，Ｖ２検出時）にオンし、それ以外の期間ではオフする。
【０１０６】
受電装置３０Ａのメイン制御部４７は、第１回Ｑ値測定コマンドを受信すると、第１スイッチ３８をオンし、整流部３４とキャパシタ３５を電気的に接続して１次側から受電した電力を充電する。このとき、第２スイッチ３９をオフし、キャパシタ３５から第１レギュレータ３６すなわち負荷を切り離す（ステップＳ１５）。
【０１０７】
続いて、受電装置３０Ａの交流電源５０は、メイン制御部４７の制御により測定用のテスト信号（正弦波）を出力する。このときのテスト信号の周波数Ｆｒｅｑは初期値（ｆ１）に設定する（ステップＳ１６）。
【０１０８】
送電装置１０のメイン制御部２３は、受電装置３０Ａへの送電（キャリア信号の送信）を停止する（ステップＳ１７）。ステップＳ１３の送電開始からステップＳ１７の送電停止までの待ち時間は、少なくともキャパシタ３５に所要の電力（一周波数でのＱ値測定に必要な電力）が充電されるのに要する時間と同じかそれ以上である。
【０１０９】
受電装置３０Ａのメイン制御部４７は、送電装置１０から送電が停止されたことにより、受電を停止する（ステップＳ１８）。
【０１１０】
ここで、メイン制御部４７は、第３スイッチ４０〜４３，４３´をオンする（ステップＳ１９）。第３スイッチ４０がオンすることにより、交流電源５０で発生した周波数ｆ１のテスト信号を、第３スイッチ４０を通じてキャパシタ３３´の他端に供給する。また、第３スイッチ４１をオンすることによりキャパシタ３３´の他端と増幅器４４Ａの入力端を導通し、第３スイッチ４２をオンすることによりキャパシタ３３の一端と増幅器４４Ｂの入力端を導通させる。
【０１１１】
そして、メイン制御部４７は、増幅器４４Ａ、エンベロープ検出部４５Ａ及びＡＤＣ４６Ａにより、キャパシタ３３´の他端の電圧Ｖ１´を検出し、メモリ４８に記録する。同様に、増幅器４４Ｂ、エンベロープ検出部４５Ｂ及びＡＤＣ４６Ｂにより、キャパシタ３３の一端の電圧Ｖ２を検出し、メモリ４８に記録する（ステップＳ２０）。
【０１１２】
テスト信号の周波数がｆ１のときの電圧Ｖ１´，Ｖ２を取得した後、メイン制御部４７は、第３スイッチ４０〜４３，４３´をオフする（ステップＳ２１）。
【０１１３】
ここで、送電装置１０のメイン制御部２３は、受電装置３０Ａへの送電を再び開始する（ステップＳ２２）。ステップＳ１７の送電停止からステップＳ２２の送電開始までの待ち時間は、少なくとも電圧Ｖ１´，Ｖ２を検出及び記録するのに要する時間と同じかそれ以上である。そして、送電装置１０のメイン制御部２３は、ステップＳ２２で受電装置３０Ａへの送電を再開した後、キャパシタ３５の充電の待ち時間が経過した後にステップＳ１７へ移行し、送電を再び停止する。ステップＳ２２の送電開始からステップＳ１７の送電停止までの待ち時間は、少なくともキャパシタ３５に所要の電力が充電されるのに要する時間と同じかそれ以上である。
【０１１４】
受電装置３０Ａのメイン制御部４７は、送電装置１０の送電が再開されたことを受けて送電装置１０からの受電を開始し、キャパシタ３５を充電する（ステップＳ２３）。キャパシタ３５の充電の待ち時間に、受電装置３０Ａの交流電源５０は、メイン制御部４７の制御に従って次の周波数Ｆｒｅｑのテスト信号を出力する（ステップＳ２４）。このときのテスト信号の周波数Ｆｒｅｑをｆ２とする。
【０１１５】
受電装置３０Ａのメイン制御部４７は、ステップＳ２４の処理が終了後、キャパシタ３５の充電の待ち時間が経過した後にステップＳ１８へ移行し、送電装置１０から送電が停止されたことにより、受電を停止する。そして、ステップＳ１９以降の処理を継続し、周波数ｆ２のテスト信号でＱ値測定を行い、電圧Ｖ１´，Ｖ２を取得する。
【０１１６】
ステップＳ１８の受電停止からステップＳ２３の受電開始までの間（ステップＳ１９〜Ｓ２１）では、検知回路の各ブロックはキャパシタ３５に充電された電力だけで動作する。
【０１１７】
受電装置３０Ａのメイン制御部４７は、複数の周波数のテスト信号ごとに電圧Ｖ１´，Ｖ２を取得する処理（周波数スイープ）が終了したら、第１スイッチ３８をオフし、キャパシタ３５を検知回路から切り離す（ステップＳ２５）。続いて、受電装置３０Ａのメイン制御部４７は、交流電源５０を制御してテスト信号の出力を停止する（ステップＳ２６）。
【０１１８】
そして、受電装置３０Ａのメイン制御部４７は、送電装置１０からの第１回Ｑ値測定コマンドに対する応答を行う。応答として、メモリ４８に保存されている金属異物の判定に使用する閾値、複数の周波数のテスト信号を用いて得た測定データ群（Ｆｒｅｑ、Ｖ１，Ｖ２）を、通信制御部４９を通じて送電装置１０へ返信する（ステップＳ２７）。
【０１１９】
なお、図１８に示すフローチャートでは、キャパシタ３５を充電中に第２スイッチ３９をオフし、キャパシタ３５から第１レギュレータ３６（負荷）を切り離す（ステップＳ１５参照）ようにしたが、キャパシタ３５を充電中に負荷に給電を行ってもよい。給電（キャパシタ３５への充電）を停止するのは少なくともＱ値測定時（特に電圧Ｖ１´，Ｖ２検出時）であればよく、通信及びキャパシタ３５に充電している間は、給電を継続しても停止してもいずれでもよい。このことは、以下に説明する図２１のフローチャートでも同様である。
【０１２０】
ステップＳ２７の処理後、送電装置１０は、受電装置３０Ａから閾値と測定データ群（Ｆｒｅｑ、Ｖ１´，Ｖ２）を受信し、メモリ２４に保存する（ステップＳ２８）。
【０１２１】
そして、送電装置１０の演算処理部２３Ａが、式（１）に基づいて、受電装置３０Ａから受信したテスト信号の周波数Ｆｒｅｑごとの電圧Ｖ１´，Ｖ２より２次側のＱ値を計算し、周波数とＱ値のテーブルを作成してメモリ２４へ保存する。テスト信号の周波数とＱ値の関係をグラフ化すると、図２０のように表すことができる。最も大きい２次側のＱ値（Ｑ_Ｍａｘ）を決定する（ステップＳ２９）。図１１の例では、Ｑ値の周波数特性曲線の極大値付近における、周波数ｆ０のときのＱ値がＱ_Ｍａｘになる。
【０１２２】
次に、送電装置１０の判定部２３Ｂは、Ｑ_Ｍａｘとメモリ２４に保存してある閾値を比較し、Ｑ_Ｍａｘが閾値より低いか否かを判定する（ステップＳ３０）。
【０１２３】
ステップＳ３０の判定処理において、Ｑ_Ｍａｘが閾値より低い場合は、判定部２３Ｂは、金属異物が有ると判定し（図１７のステップＳ５）、終了処理を行う。一方、Ｑ_Ｍａｘが閾値より低くはない場合は、判定部２３Ｂは、金属異物は無いと判定し（図１７のステップＳ５）、ステップＳ６へ移行する。
【０１２４】
例えば、金属異物が無いときと有るときで少なくとも２５％のＱ値の変化量があるという測定結果が得られている場合には、一例として異物金属があるときのＱ値から２５％差し引いた値を閾値としてもよい。この閾値は、受電装置の構造、環境、検知対象の金属異物の大きさや種類などによりＱ値の変化量は異なるので、測定対象に応じて適宜設定することが望ましい。
【０１２５】
［１次側で２回目以降のＱ値計算を行う例］
次に、１次側で２回目以降のＱ値計算（ステップＳ３の処理）を行う場合の処理を説明する。この例では、周波数スイープを行った後の２回目のＱ値測定を行う場合について説明するが、３回目以降のＱ値測定においても同様である。
【０１２６】
図２１は、１次側（送電装置）においてＱ値計算を行う場合の処理を示すフローチャートである。
図２１のステップＳ４１〜Ｓ５５の処理は、図１８のステップＳ１１〜Ｓ２６（ステップＳ２４を除く）の処理に対応しており、以下では図１８と図２１の間で異なる点を中心に説明する。
【０１２７】
ステップＳ４１，Ｓ４２により送電処理を開始すると、送電装置１０のメイン制御部２３は、通信制御部２５を通じて第２回Ｑ値測定コマンドを受電装置３０Ａへ送信する（ステップＳ４３）。受電装置３０Ａのメイン制御部４７は、通信制御部４９を通じて第２回Ｑ値測定コマンドを送電装置１０から受信する（ステップＳ４４）。
【０１２８】
第２回Ｑ値測定コマンドは、一例として第２回Ｑ値測定期間６１−２（図１９参照）の先頭で送信される。第２回Ｑ値測定期間は、「充電」、「周波数ｆ０でＱ値測定」、「充電」、「１次側に通信」の４つの期間に分けられている。受電装置３０Ａのメイン制御部４７は、これらの４つの期間に対応して、第１スイッチ３８、第２スイッチ３９及び第３スイッチ４０〜４３，４３のオン／オフを切り替える。
【０１２９】
受電装置３０Ａのメイン制御部４７は、第２回Ｑ値測定コマンドを受信すると、第１スイッチ３８をオンし、検知回路にキャパシタ３５を接続して充電する。このとき、第２スイッチ３９をオフし、第１レギュレータ３６すなわち負荷をキャパシタ３５から切り離す（ステップＳ４５）。
【０１３０】
続いて、受電装置３０Ａの交流電源５０は、メイン制御部４７の制御により測定用のテスト信号（正弦波）を出力する。このときのテスト信号の周波数Ｆｒｅｑは、前回の周波数スイープ処理で最も大きなＱ値（Ｑ_Ｍａｘ）が得られたときの周波数ｆ０（≒共振周波数）に設定する（ステップＳ４６）。
【０１３１】
送電装置１０のメイン制御部２３は、受電装置３０Ａへの送電（キャリア信号の送信）を停止する（ステップＳ４７）。ステップＳ４３の送電開始からステップＳ４７の送電停止までの待ち時間は、少なくともキャパシタ３５に所要の電力（一周波数でのＱ値測定に必要な電力）が充電されるのに要する時間と同じかそれ以上である。
【０１３２】
受電装置３０Ａのメイン制御部４７は、送電装置１０から送電が停止されたことにより、受電を停止する（ステップＳ４８）。
【０１３３】
ここで、メイン制御部４７は、第３スイッチ４０〜４３をオンする（ステップＳ４９）。そして、メイン制御部４７は、キャパシタ３３´の他端の電圧Ｖ１´を検出し、メモリ４８に記録し、同様に、キャパシタ３３の一端の電圧Ｖ２を検出し、メモリ４８に記録する（ステップＳ５０）。テスト信号の周波数がｆ０のときの電圧Ｖ１´，Ｖ２を取得した後、メイン制御部４７は、第３スイッチ４０〜４３，４３´をオフする（ステップＳ５１）。
【０１３４】
ここで、送電装置１０のメイン制御部２３は、受電装置３０Ａへの送電を再び開始する（ステップＳ５２）。ステップＳ４７の送電停止からステップＳ５２の送電開始までの待ち時間は、少なくとも電圧Ｖ１´，Ｖ２を検出及び記録するのに要する時間と同じかそれ以上である。図１８では、受電装置３０Ａへの送電を再開した後、キャパシタ３５の充電の待ち時間が経過した後に再び送電を停止するが、本例は、テスト信号の周波数がｆ０のときの測定データが取得できればよいので、再度の送電停止はしない。
【０１３５】
受電装置３０Ａのメイン制御部４７は、送電装置１０の送電が再開されたことを受けて送電装置１０からの受電を開始し、キャパシタ３５を充電する（ステップＳ５３）。
図９では、キャパシタ３５の充電の待ち時間に、次の周波数Ｆｒｅｑ（ｆ２）のテスト信号を出力（ステップＳ２４参照）するが、本例では行わない。
【０１３６】
受電装置３０Ａのメイン制御部４７は、テスト信号の周波数がｆ０のときの電圧Ｖ１´，Ｖ２を取得する処理が終了したら、第１スイッチ３８をオフし、キャパシタ３５を検知回路から切り離す（ステップＳ５４）。続いて、受電装置３０Ａのメイン制御部４７は、交流電源５０を制御してテスト信号の出力を停止する（ステップＳ５５）。
【０１３７】
そして、受電装置３０Ａのメイン制御部４７は、送電装置１０からの第２回Ｑ値測定コマンドに対する応答を行う。応答として、メモリ４８に保存されている金属異物の判定に使用する閾値、テスト信号の周波数がｆ０のときの測定データ群（ｆ０、Ｖ１´，Ｖ２）を、通信制御部４９を通じて送電装置１０へ返信する（ステップＳ５６）。
【０１３８】
送電装置１０は、受電装置３０Ａから閾値と測定データ群（ｆ０、Ｖ１´，Ｖ２）を受信し、メモリ２４に保存する（ステップＳ５７）。
【０１３９】
そして、送電装置１０の演算処理部２３Ａが、式（１）に基づいて、受電装置３０Ａから受信した周波数ｆ０のテスト信号のときに得られた電圧Ｖ１´，Ｖ２より２次側のＱ値を計算する（ステップＳ５８）。
【０１４０】
次に、送電装置１０の判定部２３Ｂは、計算した２次側のＱ値とメモリ２４に保存してある周波数スイープ時のＱ_Ｍａｘを比較し、Ｑ値がＱ_Ｍａｘの所定の範囲内にあるかどうかを判定する。具体例としては、Ｑ値がＱ_ＭａｘよりＸ％低いか否かを判定する（ステップＳ５９）。つまり、前回の周波数スイープ時のＱ_Ｍａｘを標準Ｑ値として利用し、金属異物の検知を行う。
【０１４１】
ステップＳ５９の判定処理において、Ｑ値がＱ_ＭａｘよりＸ％以上低い場合は、判定部２３Ｂは、金属異物の可能性が有ると判定し（図１７のステップＳ４）、ステップＳ２へ移行する。一方、Ｑ値がＱ_ＭａｘよりＸ％低くはない場合は、判定部２３Ｂは、金属異物は無いと判定し（図１７のステップＳ４）、ステップＳ６へ移行する。
【０１４２】
上記判定処理において、Ｑ値がＱ_ＭａｘよりＸ％以上低い場合に、金属異物の“可能性”が有ると判定する理由は、既述したように、１次側コイルと２次側コイルの位置関係が変化したことによる周波数ずれの可能性があるからである。つまり、２回目のＱ値測定の際に、１回目のＱ値測定（周波数スイープ）により求めた共振周波数ｆ０とずれている可能性がある。したがって、１回目Ｑ値測定（周波数スイープ）で得られた共振周波数ｆ０のときのＱ値（Ｑ_Ｍａｘ）と、当該共振周波数ｆ０を用いた２回目Ｑ値測定では、Ｑ値の値が大きく異なる可能性もある。
よって、２回目Ｑ値測定においてＱ値がＱ_ＭａｘよりＸ％以上低い場合には、金属異物の“可能性”が有ると判定して、ステップＳ２へ移行して再度周波数スイープ処理を行い、より確実な金属異物の判定を行う。
【０１４３】
［変形例］
（２次側でＱ値計算を行う例）
図１８及び図２１の例では、金属異物の判定に使用する閾値、テスト信号の周波数がｆ０のときの測定データ群（ｆ０、Ｖ１´，Ｖ２）を、受電装置３０Ａ（２次側）ら送電装置（１次側）１０へ送信している。そして、送電装置１０において、測定データ群の電圧Ｖ１´，Ｖ２からＱ値を計算し、そのＱ値と閾値を比較して金属異物の判定を行っている。
しかし、テスト信号の周波数がｆ０のときの測定データ群（ｆ０、Ｖ１´，Ｖ２）から受電装置３０ＡにおいてＱ値を測定し、そのＱ値と閾値を比較して金属異物の判定を行うようにしてもよい。つまり、送電装置１０に対しては、受電装置３０Ａから金属異物の判定結果だけを送信する。
【０１４４】
図１８に示したように送電装置１０（１次側）でＱ値の計算及び金属異物の判定を行う場合は、受電装置３０Ａ（２次側）に演算処理部と判定部のハードウェアを持つ必要がないという利点がある。例えば、受電装置３０Ａとして用いられる携帯機器の小型化や軽量化、コスト削減が期待できる。
一方、受電装置３０ＡでＱ値の計算及び金属異物の判定を行う場合は、受電装置３０Ａに演算処理部と判定部のハードウェアを持つ必要がある。ただし、金属異物有り又は金属異物無しという判定結果の情報を送電装置１０へ送るだけなので、情報量が少なく、通信時間の短縮が期待できる。
【０１４５】
＜２．第２の実施形態＞
図２２は、本開示の第２の実施形態例に係る、給電時とＱ値測定時で共振回路の構成（定数）の切り替えを行う送電装置（１次側）の内部構成例の要部を示すブロック図である。
【０１４６】
本実施形態に係る送電装置１０Ａでは、図５に示した送電装置１０に対し、受電装置３０Ａ（図６参照）の共振回路と同じ構成を適用している。すなわち、送電装置１０Ａの共振回路を構成するキャパシタ７２，７２´，７３，７３´は、受電装置３０Ａの共振回路を構成するキャパシタ３２，３２´，３３，３３´に対応する。
この共振回路に、受電装置３０Ａに用いられている第３スイッチ４０〜４３，４３´を接続するとともに、第３スイッチ４０〜４２をＱ値測定回路２０´と接続する。
【０１４７】
Ｑ値測定回路２０´は、Ｑ値測定回路２０に対して、図６に示したような交流電源（発振回路）、抵抗素子及び増幅器（いずれも図示略）を備え、第３スイッチ４０を介してキャパシタ７３の一端に交流信号（正弦波）を供給する。第３スイッチ４１，４２は、Ｑ値測定回路２０´の整流部２１Ａ，２１Ｂとそれぞれ接続している。
【０１４８】
Ｑ値測定回路２０´（メイン制御部２３）が、第３スイッチ４０〜４３，４３´のオン／オフを制御することにより、給電時とＱ値測定時で共振回路の構成の切り替えを行い、給電時の電圧Ｖ１´と電圧Ｖ２をＱ値測定回路２０´で測定する。
【０１４９】
信号源１１は、交流信号の発生を制御するための制御信号を出力する送電制御部２１と、送電制御部２１の制御信号に基づいて任意の周波数の交流信号を生成して出力する送電ドライバ２２を備える。送電制御部２１と送電ドライバ２２によって、少なくともＱ値測定時ではないタイミングで、共振回路の１次側コイル７１を通じて外部へ交流信号を出力する。
【０１５０】
なお、送電装置に設けた第３スイッチ及びＱ検知測定回路を動作させる場合、その電源は信号源１１が出力する交流信号や、あるいは送電装置が備える図示しないバッテリーの蓄電された電力などを使用できる。
【０１５１】
図２３は、送電装置１０Ａの第３スイッチをオンしたとき及びオフしたときの共振回路の構成を示す等価回路図である。
本実施形態例では、給電時は第３スイッチをオフし、１次側コイル７１と、キャパシタ７２，７３により共振回路を構成する（図２３上）。
一方、Ｑ値測定時は第３スイッチをオンし、１次側コイル７１に並列なキャパシタ７２に対して更にキャパシタ７２´が並列に接続し、１次側コイル７１に直列なキャパシタ７３に対して更にキャパシタ７３´が直列に接続する（図２３下）。
【０１５２】
１次側コイル７１に前述の８ターンコイルを用いたと想定して、第３スイッチ４０〜４３，４３´がオンのときとオフのときで共振回路の定数を計算した。
第３スイッチ４０〜４３，４３´がオフのとき、共振回路の共振周波数が１２１．６ｋＨｚ、共振点での共振回路のインピーダンスが０．７Ω、Ｑ値が５０という結果が得られた。試算に用いた諸条件は、交流電圧の振幅が０．１Ｖ、共振回路の１次側コイル７１の自己インダクタンスが１４．３μＨ、実効抵抗成分ｒ１の抵抗値が０．６Ω、キャパシタ７２，７３の静電容量値がそれぞれ１０ｎＦ，１１０ｎＦである。
【０１５３】
一方、第３スイッチ４０〜４３，４３´がオンのとき、共振回路の共振周波数が２２７．５ｋＨｚ、共振点での共振回路のインピーダンスが８．３Ω、Ｑ値が８２という結果が得られた。
キャパシタ７２´，７３´の静電容量値はそれぞれ１５ｎＦ，１０ｎＦであり、その他の条件は、上記と同様である。
【０１５４】
本実施形態は、第１実施形態と同様に、第３スイッチ４０〜４３，４３´を適宜切り替えることにより、Ｑ値測定に使用する２次側の交流電源が出力する測定用信号（正弦波信号）と、１次側から給電された給電信号とが干渉することを防止して、精度の高いＱ値を計算することができる。
その上でさらに、給電時の共振回路の構成とＱ値測定による金属異物検出時の共振回路の構成を各々で最適な構成（定数：静電容量値）にすることによって、給電性能を損なうことなく、金属異物の検出精度を向上させることができる。
また、第１の実施形態と同様、磁界共鳴方式に限定されるものではなく、結合係数ｋを高くしてＱ値を低く抑えた電磁誘導方式にも適用可能である。
【０１５５】
本実施形態においても、共振回路のコイルに対するキャパシタの接続形態が、（１）コイルに対して直列接続、（２）コイルに対して並列接続してから直列接続、（３）コイルに対して並列接続のいずれの場合にも適用できる。
【０１５６】
なお、図１６及び図２２，２３の例では、共振回路の回路構成を切り替えることにより、共振回路の共振周波数を大きくし、かつインピーダンスも大きくしている。これに対し、図９〜図１２のように、共振回路の共振周波数を変更することなく共振回路のインピーダンスだけを変更するようにしてもよい。
【０１５７】
さらに、図１６及び図２２，２３の例では、共振回路を構成するキャパシタのキャパシタンスを変更する場合を説明したが、共振回路を構成するコイルの自己インダクタンスを変更してもよい。
その場合、例えばコイルにタップ付きのコイルを適用し、メイン制御部２３の制御の下、回路切替部により給電時とＱ値測定時とでタップを切り替え、実質的に共振回路を構成するコイルを変更することで、共振回路のコイルの自己インダクタンスを変更する。あるいは、コイルそのものを他のコイルに切り替える構成としてもよい。
【０１５８】
＜３．その他＞
（第１例）
上述の第１及び第２の実施形態例では、Ｑ値測定回路６０（演算処理部４７Ａ）及びＱ値測定回路２０´（演算処理部２３Ａ）は、共振回路のコイルとキャパシタ間の電圧Ｖ１´、コイル両端の電圧Ｖ２からＱ値を求めているが、本実施形態例では、半値幅法によりＱ値を求める。
【０１５９】
半値幅法では、直列共振回路を構成した場合において、図２４のグラフに示すように共振周波数ｆ０でのインピーダンス（Ｚpeak）の絶対値に対して√２倍のインピーダンスとなる帯域（周波数ｆ１〜ｆ２）より、下記の式（９）で求められる。
【数９】
0005840886.tif 000010
【０１６０】
また、並列共振回路を構成した場合では、図２５のグラフに示すように共振周波数ｆ０でのインピーダンス（Ｚpeak）の絶対値に対して１／√２倍のインピーダンスとなる帯域（周波数ｆ１〜ｆ２）より、式（９）で求められる。
【０１６１】
（第２例）
本実施形態例は、第１及び第２の実施形態例と異なり、演算処理部４７Ａ，２３Ａが、共振回路のインピーダンスの実部成分と虚部成分の比からＱ値を計算する例である。本例では、自動平衡ブリッジ回路及びベクトル比検出器を用いてインピーダンスの実部成分と虚部成分を求める。
【０１６２】
図２６は、インピーダンスの実部成分と虚部成分の比からＱ値を計算するための自動平衡ブリッジの回路図である。
図２６に示す自動平衡ブリッジ回路９０は一般によく知られた反転増幅回路と同様の構成である。反転増幅器９３の反転入力端子（−）にコイル９２を接続し、非反転入力端子（＋）をグラウンドに接続する。そして帰還抵抗素子９４によって反転増幅器９３の出力端子より反転入力端子（−）に負帰還をかける。また、コイル９２に交流信号を入力する交流電源９１の出力（電圧Ｖ１´）と、反転増幅器９３の出力（電圧Ｖ２）をベクトル比検出器９５に入力する。コイル９２は、図１６の２次側コイル３１又は図２２の１次側コイル７１に対応する。
【０１６３】
この自動平衡ブリッジ回路９０は、負帰還の作用によって常に反転入力端子（−）の電圧がゼロになるように動作する。また、交流電源９１にからコイル９２に流れた電流は、反転増幅器９３の入力インピーダンスが大きいことから、ほぼ全てが帰還抵抗素子９４に流れ込む。その結果、コイル９２にかかる電圧は交流電源９１の電圧Ｖ１´と同じになると共に、反転増幅器９３の出力電圧はコイル９２を流れる電流Ｉと帰還抵抗値Ｒｓの積になる。この帰還抵抗値Ｒｓは、既知のリファレンス抵抗値である。したがって、電圧Ｖ１´と電圧Ｖ２を検出してその比をとればインピーダンスが求まる。ベクトル比検出器９５は、電圧Ｖ１´と電圧Ｖ２を複素数として求めるため、交流電源９１の位相情報（一点鎖線）を利用する。
【０１６４】
本例では、このような自動平衡ブリッジ回路９０及びベクトル比検出器９５などを用いて共振回路のインピーダンスＺＬの実部成分ＲＬ、虚部成分ＸＬを求め、その比からＱ値を求める。下記の式（１０）及び式（１１）は、Ｑ値を求める過程を表した計算式である。
【数１０】
0005840886.tif 000011
【数１１】
0005840886.tif 000012
【０１６５】
なお、第１〜第２の実施形態例では、磁界共鳴方式の非接触電力伝送システムを想定して説明をした。しかし、既述したように、本開示は、磁界共鳴方式に限定されるものではなく、結合係数ｋを高くしてＱ値を低く抑えた電磁誘導方式にも適用可能である。
【０１６６】
また、受電装置が送電部を有し、２次側コイルを介して送電装置へ非接触で電力を伝送するようにしてもよいし、送電装置が負荷を備え、送電コイルを介して受電装置から非接触で電力の供給を受けるようにしてもよい。
【０１６７】
また、第１の実施形態では、受電装置３０Ａのキャパシタ３５に充電した小電力を使用してＱ値測定を行う例としているが、給電時とＱ値測定時の間で共振回路の構成が切り替えられればよいから、バッテリーの電力を使用してＱ値測定を行う構成としてもよい。この場合はキャパシタ３５が必要なくなる。
【０１６８】
また、第１〜第２の実施形態例では、共振周波数におけるＱ値を測定しているが、Ｑ値を測定する周波数は共振周波数と必ずしも一致していなくてもよい。共振周波数から許容できる範囲にずれた周波数を用いてＱ値を測定した場合でも、本開示の技術を利用することにより、送電側と受電側との間に存在する金属異物の検出精度を向上させることは可能である。
【０１６９】
また、１次側コイル又は２次側コイルに、金属などの導体が近づくことでＱ値だけでなく、Ｌ値が変化し共振周波数がずれることになるが、そのＬ値の変化による共振周波数のずれ量とＱ値を併用して、電磁結合している状態を検知してもよい。
【０１７０】
また、１次側コイルと２次側コイル間に金属異物が挟まれたときに結合係数ｋ値も変化するが、電磁結合している状態を検知するのに、結合係数ｋ値とＱ値の変化を併用してもよい。
【０１７１】
また、本開示の第１〜第２の実施形態例では、１次側コイル及び２次側コイルとしてコアを有していないコイルの例を説明したが、磁性体を有したコアに巻きつけられた構造のコイルを採用してもよい。
【０１７２】
さらにまた、本開示の第１〜第２の実施形態例では、２次側の携帯機器に携帯電話機を適用した例を説明したが、この例に限定されることなく、携帯音楽プレーヤ、デジタルスチルカメラ等、電力を必要とする種々の携帯機器に適用できる。
【０１７３】
なお、本開示は以下のような構成も取ることができる。
（１）
少なくともコイル及びキャパシタを含む共振回路と、
前記共振回路のＱ値を測定する検知部と、
給電時とＱ値測定時とで前記共振回路の回路構成を切り替える回路切替部と、
前記回路切替部による切り替えを制御する制御部と、を備える
検知装置。
（２）
前記検知部は、前記共振回路のＱ値を測定して前記コイルと外部との電磁結合状態を検知する
前記（１）に記載の検知装置。
（３）
前記回路切替部は、給電時とＱ値測定時とで前記共振回路の回路構成を切り替え、前記共振回路の共振周波数を変更する
前記（２）に記載の検知装置。
（４）
前記回路切替部は、給電時とＱ値測定時とで前記共振回路の回路構成を切り替え、前記共振回路の共振周波数を変更し、かつ前記共振回路の共振周波数におけるインピーダンスを大きくする
前記（２）〜（３）に記載の検知装置。
（５）
前記回路切替部は、給電時とＱ値測定時とで前記共振回路の回路構成を切り替え、前記共振回路の共振周波数におけるインピーダンスを大きくする
前記（２）〜（４）に記載の検知装置。
（６）
前記回路切替部は、Ｑ値測定時に前記共振回路の静電容量成分の静電容量値を変更する
前記（３）〜（５）に記載の検知装置。
（７）
前記回路切替部は、Ｑ値測定時に前記共振回路の前記コイルと並列及び直列の静電容量成分の静電容量値を変更する
前記（３）〜（６）に記載の検知装置。
（８）
前記回路切替部は、Ｑ値測定時に前記共振回路の前記コイルと並列の静電容量成分の静電容量値を変更する
前記（３）〜（６）に記載の検知装置。
（９）
前記回路切替部は、Ｑ値測定時に前記共振回路の前記コイルと直列の静電容量成分の静電容量値を変更する
前記（３）〜（６）に記載の検知装置。
（１０）
前記回路切替部は、Ｑ値測定時に前記コイルと並列の静電容量成分の静電容量値を増加させる
前記（７），（８）に記載の検知装置。
（１１）
前記回路切替部は、Ｑ値測定時に前記コイルと直列の静電容量成分の静電容量値を減少させる
前記（７），（９）に記載の検知装置。
（１２）
前記回路切替部は、Ｑ値測定時に前記共振回路の前記コイルの自己インダクタンスを切り替える
前記（３）〜（１１）に記載の検知装置。
（１３）
前記コイルはタップ付きコイルであり、
前記回路切替部は、前記タップ付きコイルのタップを切り替える
前記（１２）に記載の検知装置。
（１４）
前記共振回路は、前記コイルに対してキャパシタが直列に接続している構成である
前記（１）〜（１３）に記載の検知装置。
（１５）
前記共振回路は、前記コイルに対してキャパシタが並列に接続している構成である
前記（１）〜（１３）に記載の検知装置。
（１６）
前記共振回路は、前記コイルに対して一のキャパシタが並列に接続した上で他のキャパシタが直列に接続している構成である
前記（１）〜（１３）に記載の検知装置。
（１７）
受電を行うコイルと、
少なくとも前記コイル及びキャパシタを含む共振回路と、
前記共振回路のＱ値を測定する検知部と、
給電時とＱ値測定時とで前記共振回路の回路構成を切り替える回路切替部と、
前記回路切替部による切り替えを制御する制御部と、を備える
受電装置。
（１８）
送電を行うコイルと、
少なくとも前記コイル及びキャパシタを含む共振回路と、
前記共振回路のＱ値を測定する検知部と、
給電時とＱ値測定時とで前記共振回路の回路構成を切り替える回路切替部と、
前記回路切替部による切り替えを制御する制御部と、を備える
送電装置。
（１９）
電力を無線により送電する送電装置と、該送電装置からの電力を受電する受電装置を含んで構成され、
前記送電装置又は前記受電装置のいずれかは、
送電又は受電に使用するコイル及びキャパシタを少なくとも含む共振回路と、
前記共振回路のＱ値を測定する検知部と、
給電時とＱ値測定時とで前記共振回路の回路構成を切り替える回路切替部と、
前記回路切替部による切り替えを制御する制御部と、を備える
非接触電力伝送システム。
（２０）
非接触電力伝送システムを構成する送電装置又は受電装置が備える少なくともコイル及びキャパシタを含む共振回路に対し、Ｑ値測定時に、前記共振回路の回路構成を給電時の回路構成から切り替えること、
前記共振回路の回路構成を切り替えた後の前記共振回路のＱ値を測定すること、
を含む検知方法。
【０１７４】
上述した一実施の形態例における一連の処理は、ハードウェアにより実行することができるが、ソフトウェアにより実行させることもできる。一連の処理をソフトウェアにより実行させる場合には、そのソフトウェアを構成するプログラムが専用のハードウェアに組み込まれているコンピュータ、または、各種の機能を実行するためのプログラムをインストールしたコンピュータにより、実行可能である。例えば汎用のパーソナルコンピュータなどに所望のソフトウェアを構成するプログラムをインストールして実行させればよい。
【０１７５】
また、上述した実施の形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記録した記録媒体を、システムあるいは装置に供給してもよい。また、そのシステムあるいは装置のコンピュータ（またはＣＰＵ等の制御装置）が記録媒体に格納されたプログラムコードを読み出し実行することによっても、機能が実現されることは言うまでもない。
【０１７６】
この場合のプログラムコードを供給するための記録媒体としては、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭなどを用いることができる。
【０１７７】
また、コンピュータが読み出したプログラムコードを実行することにより、上述した実施の形態の機能が実現される。加えて、そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼動しているＯＳなどが実際の処理の一部又は全部を行う。その処理によって上述した実施の形態の機能が実現される場合も含まれる。
【０１７８】
また、本明細書において、時系列的な処理を記述する処理ステップは、記載された順序に沿って時系列的に行われる処理はもちろん、必ずしも時系列的に処理されなくとも、並列的あるいは個別に実行される処理（例えば、並列処理あるいはオブジェクトによる処理）をも含むものである。
【０１７９】
以上、本開示は上述した各実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された要旨を逸脱しない限りにおいて、その他種々の変形例、応用例を取り得ることは勿論である。
すなわち、上述した各実施形態の例は、本開示の好適な具体例であるため、技術的に好ましい種々の限定が付されている。しかしながら、本開示の技術範囲は、各説明において特に本開示を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。例えば、以下の説明で挙げる使用材料とその使用量、処理時間、処理順序および各パラメータの数値的条件等は好適例に過ぎず、また説明に用いた各図における寸法、形状および配置関係も概略的なものである。
【符号の説明】
【０１８０】
１０…送電装置、１４…キャパシタ、１５…１次側コイル、２０…Ｑ値測定回路、２３…メイン制御部、２３Ａ…演算処理部、２３Ｂ…判定部、２４…メモリ、３１…２次側コイル、３２，３２´，３３，３３´…キャパシタ、３４…整流部、３５…キャパシタ、３７…第２レギュレータ、３８…第１スイッチ、３９…第２スイッチ、４０〜４３，４３´…第３スイッチ、４５Ａ，４５Ｂ…エンベロープ検出部、４７…メイン制御部、４７Ａ…演算処理部、４７Ｂ…判定部、４８…メモリ、６０…Ｑ値測定回路、７１…１次側コイル、７２，７２´，７３，７３´…キャパシタ
【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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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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