(57)【要約】【課題】金属異物の検出に失敗する可能性を低減する。【解決手段】金属異物検出装置１４Ａは、磁界または電流を受けて振動信号Ｖｂを発生する少なくとも１つのアンテナコイルＬ３を有するセンサ部Ｓと、１より大きい所定波数分のセンサ部Ｓから出力される振動信号Ｖｃの振動に要する時間の長さを示す振動時間長ＴＬを計測する振動時間長計測回路１４５と、振動時間長ＴＬと接近する金属異物が無いときの振動時間長ＴＬである基準時間長ＣＴＬとに基づいて、アンテナコイルＬ３に接近する金属異物の有無を判定する判定回路１４６と、を備えることを特徴とする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁界または電流を受けて振動信号を発生する少なくとも１つのアンテナコイルを有するセンサ部と、
１より大きい所定波数分の前記センサ部から出力される振動信号の振動に要する時間の長さを示す振動時間長を計測する振動時間長計測回路と、
前記振動時間長と接近する金属異物が無いときの前記振動時間長である基準時間長とに基づいて、前記アンテナコイルに接近する金属異物の有無を判定する判定回路と、
を備えることを特徴とする金属異物検出装置。
【請求項２】
前記振動時間長計測回路による振動時間長の計測開始点は、任意に調整可能であることを特徴とする請求項１に記載の金属異物検出装置。
【請求項３】
前記所定波数は、任意に調整可能であることを特徴とする請求項１又は２に記載の金属異物検出装置。
【請求項４】
給電コイルから受電コイルにワイヤレスにて電力伝送を行うワイヤレス給電装置であって、
前記給電コイルと、
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の金属異物検出装置と、
を備えることを特徴とするワイヤレス給電装置。
【請求項５】
前記電力伝送の周波数よりも高い周波数で振動するノイズを検出するノイズ検出部、をさらに備え、
前記金属異物検出装置は、前記ノイズ検出部によるノイズの検出結果に基づいて前記振動時間長の計測開始点及び前記所定波数の少なくとも一方を決定し、前記振動時間長計測回路に設定する制御回路、をさらに備えることを特徴とする請求項４に記載のワイヤレス給電装置。
【請求項６】
前記金属異物検出装置は、
前記少なくとも１つのアンテナコイルに電圧を印加する駆動回路と、
前記電力伝送の周波数を測定するとともに、前記電力伝送により前記少なくとも１つのアンテナコイルに発生する電圧の位相を検出する検出回路と、
前記検出回路により測定された周波数と前記検出回路により検出された前記位相とに基づいて、前記駆動回路による電圧印加タイミングを制御する制御回路と、をさらに備えることを特徴とする請求項４に記載のワイヤレス給電装置。
【請求項７】
給電コイルから受電コイルにワイヤレスにて電力伝送を行うワイヤレス受電装置であって、
前記受電コイルと、
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の金属異物検出装置と、
を備えることを特徴とするワイヤレス受電装置。
【請求項８】
前記電力伝送の周波数よりも高い周波数で振動するノイズを検出するノイズ検出部、をさらに備え、
前記金属異物検出装置は、前記ノイズ検出部によるノイズの検出結果に基づいて前記振動時間長の計測開始点及び前記所定波数の少なくとも一方を決定し、前記振動時間長計測回路に設定する制御回路、をさらに備えることを特徴とする請求項７に記載のワイヤレス受電装置。
【請求項９】
前記金属異物検出装置は、
前記少なくとも１つのアンテナコイルに電圧を印加する駆動回路と、
前記電力伝送の周波数を測定するとともに、前記電力伝送により前記少なくとも１つのアンテナコイルに発生する電圧の位相を検出する検出回路と、
前記検出回路により測定された周波数と前記検出回路により検出された前記位相とに基づいて、前記駆動回路による電圧印加タイミングを制御する制御回路と、をさらに備えることを特徴とする請求項７に記載のワイヤレス受電装置。
【請求項１０】
給電コイルから受電コイルにワイヤレスにて電力伝送を行うワイヤレス電力伝送システムであって、
前記給電コイルを有するワイヤレス給電装置と、
前記受電コイルを有するワイヤレス受電装置と、を備え、
前記ワイヤレス給電装置および前記ワイヤレス受電装置の少なくとも一方は、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の金属異物検出装置を備え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１１】
前記電力伝送の周波数よりも高い周波数で振動するノイズを検出するノイズ検出部、をさらに備え、
前記金属異物検出装置は、前記ノイズ検出部によるノイズの検出結果に基づいて前記振動時間長の計測開始点及び前記所定波数の少なくとも一方を決定し、前記振動時間長計測回路に設定する制御回路、をさらに備えることを特徴とする請求項１０に記載のワイヤレス電力伝送システム。
【請求項１２】
前記金属異物検出装置は、
前記少なくとも１つのアンテナコイルに電圧を印加する駆動回路と、
前記電力伝送の周波数を測定するとともに、前記電力伝送により前記少なくとも１つのアンテナコイルに発生する電圧の位相を検出する検出回路と、
前記検出回路により測定された周波数と前記検出回路により検出された前記位相とに基づいて、前記駆動回路による電圧印加タイミングを制御する制御回路と、をさらに備えることを特徴とする請求項１０に記載のワイヤレス電力伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属異物検出装置、ワイヤレス給電装置、ワイヤレス受電装置、及びワイヤレス電力伝送システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ワイヤレスで電力を供給するワイヤレス給電の検討が盛んに行われている。そのようなワイヤレス給電の具体的な方式としては各種のものがあるが、その一つとして、磁界を利用する方式が知られている。この磁界を利用する方式は、より細かく見ると、電磁誘導方式と磁界共鳴方式の２種類に分けられる。
【０００３】
電磁誘導方式は、既に広く知られている方式であり、電力を供給する給電装置と、電力を受電する受電装置との結合度が非常に高く、高効率での給電が可能であるという特徴がある。一方、磁界共鳴方式は積極的に共振（共鳴）現象を利用する方式であり、給電装置と受電装置との結合度が低くてもよいという特徴を有する。
【０００４】
電磁誘導方式と磁界共鳴方式は、いずれも磁気を利用して給電を行う方式である。したがっていずれの方式においても、給電装置は、磁界を利用して電力を供給するためのコイルである給電コイルを有し、受電装置は、磁界を利用して電力を受電するためのコイルである受電コイルを有する。そして、給電コイルと受電コイルが磁気的に結合することによって、給電装置から受電装置への給電が行われる。
【０００５】
ところで、磁気的に結合した給電コイルと受電コイルとの間に金属異物が入ると、磁束により金属異物に渦電流が流れて発熱すること等により、給電効率が低下する。そのため、給電装置と受電装置との間に混入した金属異物を検出する必要がある。
【０００６】
特許文献１には、パルスが印加されるＱ値測定用コイルと、コンデンサを含む共振回路とを備え、共振回路が出力する応答波形から共振回路のＱ値を測定することにより、金属異物の有無を検出する検出装置が開示されている。
【０００７】
特許文献２には、センスループと、このセンスループとともに共振回路を構成するカップリング回路とを備え、共振回路の特性（共振周波数、Ｑ値、又は、それからセンスループが共振する周波数が決定されるその他の特性）の変化の検出に応じて異物を検出する装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１３−１３２１３３号公報
【特許文献１】米国特許公開第２０１４／００１５５２２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、特許文献２のように共振回路の特性変化から異物を検出するために参照する特性のひとつとして、応答波形の周期が考えられる。周期は、立ち上がりから次の立ち上がりまでの時間を測定するだけで求められるため、測定を簡易に行うという点で有利である。
【００１０】
しかしながら、異物による応答波形の周期の変化はごくわずかであるため、上記のように応答波形の周期を参照する方法によれば、給電コイルと受電コイルとの間に金属異物が実際に存在するにもかかわらず周期の変化を検出することができず、その金属異物の検出に失敗する場合があった。
【００１１】
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、金属異物の検出に失敗する可能性を低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明による金属異物検出装置は、磁界または電流を受けて振動信号を発生する少なくとも１つのアンテナコイルを有するセンサ部と、１より大きい所定波数分の前記センサ部から出力される振動信号の振動に要する時間の長さを示す振動時間長を計測する振動時間長計測回路と、前記振動時間長と接近する金属異物が無いときの前記振動時間長である基準時間長とに基づいて、前記アンテナコイルに接近する金属異物の有無を判定する判定回路と、を備えることを特徴とする。
【００１３】
本発明によれば、給電コイルと受電コイルとの間の金属異物による変化量が周期に比べて大きくなる振動時間長に基づいて金属異物の有無を判定しているので、金属異物の検出に失敗する可能性を低減することが可能になる。
【００１４】
上記金属異物検出装置において、前記振動時間長計測回路による振動時間長の計測開始点は、任意に調整可能であることとしてもよく、また、前記所定波数は、任意に調整可能であることとしてもよい。これらによれば、金属異物の検出精度が向上する。
【００１５】
本発明によるワイヤレス給電装置は、給電コイルから受電コイルにワイヤレスにて電力伝送を行うワイヤレス給電装置であって、前記給電コイルと、上記各金属異物検出装置のいずれかと、を備えることを特徴とする。本発明によれば、金属異物の検出に失敗する可能性を低減させた金属異物検出装置を備えるワイヤレス給電装置を得ることができる。
【００１６】
上記ワイヤレス給電装置において、前記電力伝送の周波数よりも高い周波数で振動するノイズを検出するノイズ検出部、をさらに備え、前記金属異物検出装置は、前記ノイズ検出部によるノイズの検出結果に基づいて前記振動時間長の計測開始点及び前記所定波数の少なくとも一方を決定し、前記振動時間長計測回路に設定する制御回路、をさらに備えることとしてもよい。これによれば、ノイズの影響を受けずに金属異物の有無を判定することが可能になる。
【００１７】
上記ワイヤレス給電装置において、前記金属異物検出装置は、前記少なくとも１つのアンテナコイルに電圧を印加する駆動回路と、前記電力伝送の周波数を測定するとともに、前記電力伝送により前記少なくとも１つのアンテナコイルに発生する電圧の位相を検出する検出回路と、前記検出回路により測定された周波数と前記検出回路により検出された前記位相とに基づいて、前記駆動回路による電圧印加タイミングを制御する制御回路と、をさらに備えることとしてもよい。これによれば、電力伝送によりアンテナコイルに発生する電圧の位相と駆動回路による電圧印加タイミングとを同期させることができるので、電力伝送中の検出精度が向上する。
【００１８】
本発明によるワイヤレス受電装置は、給電コイルから受電コイルにワイヤレスにて電力伝送を行うワイヤレス受電装置であって、前記受電コイルと、上記各金属異物検出装置のいずれかと、を備えることを特徴とする。本発明によれば、金属異物の検出に失敗する可能性を低減させた金属異物検出装置を備えるワイヤレス受電装置を得ることができる。
【００１９】
上記ワイヤレス受電装置において、前記電力伝送の周波数よりも高い周波数で振動するノイズを検出するノイズ検出部、をさらに備え、前記金属異物検出装置は、前記ノイズ検出部によるノイズの検出結果に基づいて前記振動時間長の計測開始点及び前記所定波数の少なくとも一方を決定し、前記振動時間長計測回路に設定する制御回路、をさらに備えることとしてもよい。これによれば、ノイズの影響を受けずに金属異物の有無を判定することが可能になる。
【００２０】
上記ワイヤレス受電装置において、前記金属異物検出装置は、前記少なくとも１つのアンテナコイルに電圧を印加する駆動回路と、前記電力伝送の周波数を測定するとともに、前記電力伝送により前記少なくとも１つのアンテナコイルに発生する電圧の位相を検出する検出回路と、前記検出回路により測定された周波数と前記検出回路により検出された前記位相とに基づいて、前記駆動回路による電圧印加タイミングを制御する制御回路と、をさらに備えることとしてもよい。これによれば、電力伝送によりアンテナコイルに発生する電圧の位相と駆動回路による電圧印加タイミングとを同期させることができるので、電力伝送中の検出精度が向上する。
【００２１】
本発明によるワイヤレス電力伝送システムは、給電コイルから受電コイルにワイヤレスにて電力伝送を行うワイヤレス電力伝送システムであって、前記給電コイルを有するワイヤレス給電装置と、前記受電コイルを有するワイヤレス受電装置と、を備え、前記ワイヤレス給電装置および前記ワイヤレス受電装置の少なくとも一方は、上記各金属異物検出装置のいずれかを備えることを特徴とする。本発明によれば、金属異物の検出に失敗する可能性を低減させた金属異物検出装置をワイヤレス給電装置およびワイヤレス受電装置の少なくとも一方に備えるワイヤレス電力伝送システムを得ることができる。
【００２２】
上記ワイヤレス電力伝送システムにおいて、前記電力伝送の周波数よりも高い周波数で振動するノイズを検出するノイズ検出部、をさらに備え、前記金属異物検出装置は、前記ノイズ検出部によるノイズの検出結果に基づいて前記振動時間長の計測開始点及び前記所定波数の少なくとも一方を決定し、前記振動時間長計測回路に設定する制御回路、をさらに備えることとしてもよい。これによれば、ノイズの影響を受けずに金属異物の有無を判定することが可能になる。
【００２３】
上記ワイヤレス電力伝送システムにおいて、前記金属異物検出装置は、前記少なくとも１つのアンテナコイルに電圧を印加する駆動回路と、前記電力伝送の周波数を測定するとともに、前記電力伝送により前記少なくとも１つのアンテナコイルに発生する電圧の位相を検出する検出回路と、前記検出回路により測定された周波数と前記検出回路により検出された前記位相とに基づいて、前記駆動回路による電圧印加タイミングを制御する制御回路と、をさらに備えることとしてもよい。これによれば、電力伝送によりアンテナコイルに発生する電圧の位相と駆動回路による電圧印加タイミングとを同期させることができるので、電力伝送中の検出精度が向上する。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、金属異物の検出に失敗する可能性が低減される。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１の実施の形態によるワイヤレス電力伝送システム１の概略構成と、このワイヤレス電力伝送システム１に接続される負荷２とを示す図である。
【図２】図１に示したワイヤレス給電装置１０及びワイヤレス受電装置２０それぞれの内部回路構成を示す図である。
【図３】図２に示した金属異物検出装置１４Ａの機能ブロックを示す略ブロック図である。
【図４】図２に示した金属異物検出装置１４Ａに関わる各種信号等の波形を示す図である。
【図５】（ａ）は、図２に示した給電コイルＬ１とアンテナコイルＬ３の位置関係を示す平面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線に対応する給電コイルＬ１及びアンテナコイルＬ３の断面図である。
【図６】図２に示した制御信号ＳＧ１〜ＳＧ４、出力電圧Ｏ１、電圧Ｖ１，Ｖ２、及び電流Ｉ１，Ｉ２の波形を示す図である。
【図７】図２に示した電圧Ｖ１，Ｖ２及び電流Ｉ１，Ｉ２、並びに、図３に示した振動信号Ｖｂの波形を示す図である。
【図８】図３に示した判定回路１４６が行う判定処理の説明図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態による金属異物検出装置１４Ｂの機能ブロックを示す略ブロック図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態による振動信号Ｖｃの波形を示す図である。
【図１１】本発明の第３の実施の形態による金属異物検出装置１４Ｃの機能ブロックを示す略ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、以下で説明する内容により、本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、説明において同一要素または同一機能を有する要素には同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
【００２７】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態によるワイヤレス電力伝送システム１の概略構成と、このワイヤレス電力伝送システム１に接続される負荷２とを示す図である。同図に示すように、ワイヤレス電力伝送システム１は、ワイヤレス給電装置１０と、ワイヤレス受電装置２０とを有して構成される。負荷２は、ワイヤレス受電装置２０に接続される。
【００２８】
ワイヤレス電力伝送システム１は、例えば、二次電池の電力を利用する電気自動車(EV: Electric Vehicle)やハイブリッド自動車(HV: Hybrid Vehicle)などの移動体への給電用に用いられるシステムである。この場合、ワイヤレス給電装置１０は地上に配設される送電設備内に搭載され、ワイヤレス受電装置２０は車両に搭載されることになる。以下では、ワイヤレス電力伝送システム１が電気自動車への給電用のものであるとして説明を続ける。
【００２９】
図２は、ワイヤレス給電装置１０及びワイヤレス受電装置２０それぞれの内部回路構成を示す図である。以下、図１に加えてこの図２も適宜参照しながら、初めにワイヤレス電力伝送システム１の構成の概略を説明し、その後、本発明に特徴的な構成について詳しく説明する。
【００３０】
ワイヤレス給電装置１０は、図１及び図２に示すように、直流電源１１、電力変換器１２、給電コイル部１３、金属異物検出装置１４Ａ、及びノイズ検出部１５を有して構成される。なお、本実施の形態では、ワイヤレス給電装置１０内に金属異物検出装置１４Ａを設けることとして説明するが、ワイヤレス受電装置２０内に金属異物検出装置１４Ａを設けることとしてもよい。
【００３１】
直流電源１１は、電力変換器１２に直流電力を供給する役割を果たす。直流電源１１の具体的な種類は、直流電力を供給できるものであれば特に限定されない。例えば、商用交流電源を整流・平滑した直流電源、二次電池、太陽光発電した直流電源、又はスイッチングコンバータなどのスイッチング電源を、直流電源１１として好適に用いることが可能である。
【００３２】
電力変換器１２は、直流電源１１から供給された直流電力を交流電力に変換し、それによって給電コイル部１３に、図２に示す交流電流Ｉ１を供給するインバータである。具体的には、図２に示すように、複数のスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４がブリッジ接続されてなるスイッチング回路（フルブリッジ回路）と、スイッチ駆動部１２０とを有して構成される。なお、ここでは電力変換器１２内のスイッチング回路をフルブリッジ回路により構成する例を示しているが、他の種類のスイッチング回路を用いることも可能である。
【００３３】
スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４は、スイッチ駆動部１２０からそれぞれのゲートに供給される制御信号ＳＧ１〜ＳＧ４によって、互いに独立してオンオフ動作を行うよう構成される。具体的には、制御信号ＳＧ１〜ＳＧ４のうちの対応するものが活性化されている場合にオンとなり、非活性とされている場合にオフとなるよう構成される。スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４の具体的な種類としては、ＭＯＳＦＥＴ(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)又はＩＧＢＴ(Insulated Gate Bipolar Transistor)を用いることが好適である。
【００３４】
スイッチ駆動部１２０は、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４からなるスイッチング回路の出力電圧が所定周波数の交流電圧となるよう、制御信号ＳＧ１〜ＳＧ４の生成を行う信号生成部である。したがって、後述する給電コイルＬ１には、この所定周波数の交流電圧が供給されることになる。以下では、この所定周波数を電力伝送周波数ｆｐと称する。電力伝送周波数ｆｐの具体的な値は、例えば２０〔ｋＨｚ〕〜２００〔ｋＨｚ〕に設定される。
【００３５】
給電コイル部１３は、図２に示すように、直列に接続された給電側コンデンサＣ１及び給電コイルＬ１によって構成される共振回路（給電側共振回路）であり、電力変換器１２から供給される交流電圧に基づいて交番磁界を生成する役割を果たす。給電コイル部１３を構成する給電側共振回路の共振周波数は、上述した電力伝送周波数ｆｐと同一又はそれに近い周波数に設定される。なお、給電側コンデンサＣ１は、給電コイルＬ１と並列に接続してもよい。
【００３６】
給電コイルＬ１は、例えばφ０．１（ｍｍ）の絶縁された銅線を２千本程度撚り合わせたリッツ線を数ターンから数十ターン程度、平面状に巻回することによって形成されたスパイラル構造のコイルであり、例えば地中または地面近傍に配置される。電力変換器１２から給電コイルＬ１に交流電圧が供給されると、図２に示す交流電流Ｉ１が給電コイルＬ１に流れ、それによって交番磁界が発生する。この交番磁界は、給電コイルＬ１と後述する受電コイルＬ２との間の相互インダクタンスＭ１２によって受電コイルＬ２内に起電力を発生させ、それによって電力の伝送が実現される。
【００３７】
金属異物検出装置１４Ａは、給電コイルＬ１に接近する金属異物の有無を検出する機能を有する装置であり、図２に示すように、それぞれアンテナコイルＬ３及び金属異物検出装置用コンデンサＣ３を含む複数の共振回路ＲＣと、各共振回路に接続された検出部１４０とを有して構成される。なお、図２に示した抵抗Ｒ３は、アンテナコイルＬ３の直列抵抗を明示したものである。
【００３８】
金属異物検出装置１４Ａを設置する目的は、給電コイルＬ１と受電コイルＬ２との間に混入した金属異物を検出することにある。そこで金属異物検出装置１４Ａの少なくとも一部（より具体的には各アンテナコイルＬ３）は、図１に示すように、給電コイルＬ１の受電コイルＬ２との対向面上に、すなわち給電コイルＬ１と受電コイルＬ２の間に配置される。なお、金属異物検出装置１４Ａと給電コイルＬ１とは、一体のユニットとして構成してもよいし、別々のユニットとして構成してもよい。金属異物検出装置１４Ａの詳細については、後述する。
【００３９】
ノイズ検出部１５は、電力伝送周波数ｆｐよりも高い周波数のノイズを検出可能に構成される。ノイズ検出部１５の具体的な構成は特に限定されないが、例えば、給電コイルＬ１に流れる電流波形を検出する電流検出回路と、その出力信号から高周波数成分のみを取り出すハイパスフィルタと、ハイパスフィルタの出力信号の振幅が所定値を上回っている場合に、すなわち高周波成分の発生期間に同期信号を発する同期信号生成部とによって、ノイズ検出部１５を構成することが好適である。電流検出回路に代え、抵抗分圧回路などの電圧検出回路を用いてもよい。また、ハイパスフィルタのカットオフ周波数は、電力伝送周波数ｆｐよりも高い周波数に設定することが好ましい。他に、給電コイルＬ１と受電コイルＬ２の間にホール素子や磁気抵抗効果素子等の磁気センサを配置することによって、ノイズ検出部１５を構成することも可能である。
【００４０】
次に、ワイヤレス受電装置２０は、図１及び図２に示すように、受電コイル部２１と、整流器２２とを有して構成される。
【００４１】
受電コイル部２１は、図２に示すように、直列に接続された受電側コンデンサＣ２と受電コイルＬ２とによって構成される共振回路（受電側共振回路）を有して構成され、給電コイルＬ１から伝送された交流電力をワイヤレスにて受電する受電部としての役割を果たす。受電コイル部２１を構成する受電側共振回路の共振周波数も、上述した電力伝送周波数ｆｐと同一又はそれに近い周波数に設定される。なお、受電側コンデンサＣ２は、受電コイルＬ２と並列に接続してもよい。
【００４２】
受電コイルＬ２は、給電コイルＬ１と同様に、例えばφ０．１（ｍｍ）の絶縁された銅線を２千本程度撚り合わせたリッツ線を数ターンから数十ターン程度、平面状に巻回することによって形成されたスパイラル構造のコイルである。一方、受電コイルＬ２の設置位置は、給電コイルＬ１とは異なり、例えば電気自動車の車両下部となる。給電コイルＬ１によって生成される磁束が受電コイルＬ２に鎖交すると、電磁誘導作用による起電力が受電コイルＬ２に生じ、図２に示す交流電流Ｉ２が流れる。この交流電流Ｉ２は、整流器２２により直流電流に変換されたうえで、負荷２に供給される。これにより、負荷２に対して直流電力を供給することが実現される。
【００４３】
整流器２２は、受電コイル部２１から出力された交流電流を直流電流に整流することにより、負荷２に対して直流電力を供給する機能を有する回路である。具体的には、図２に示すように、４つのダイオードＤ１〜Ｄ４がブリッジ接続されてなるブリッジ回路と、このブリッジ回路と並列に接続された平滑用キャパシタＣ０とによって構成される。
【００４４】
負荷２は、図示しない充電器及びバッテリーを含んで構成される。このうち充電器は、整流器２２から出力された直流電力に基づいてバッテリーを充電する機能を有する回路である。この充電は、例えば定電圧定電流充電（ＣＶＣＣ充電）により実行される。バッテリーの具体的な種類は、電力を蓄える機能を有するものであれば特に限定されない。例えば、二次電池（リチウムイオン電池、リチウムポリマー電池、ニッケル電池など）や容量素子（電気二重層キャパシタなど）を、負荷２を構成するバッテリーとして好適に用いることが可能である。
【００４５】
次に、図３〜図５を参照しながら、金属異物検出装置１４Ａの詳細について説明する。図３は、金属異物検出装置１４Ａの機能ブロックを示す略ブロック図であり、図４（ａ）〜図４（ｄ）は、金属異物検出装置１４Ａに関わる各種信号等の波形を示す図であり、図５（ａ）は、給電コイルＬ１とアンテナコイルＬ３の位置関係を示す平面図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＡ−Ａ線に対応する給電コイルＬ１及びアンテナコイルＬ３の断面図である。
【００４６】
初めに図５（ａ）及び図５（ｂ）を参照すると、上述した複数の共振回路ＲＣは、平面的に見て給電コイルＬ１の内側に相当する領域内にマトリクス状に並べて配置される。このような共振回路ＲＣの配置は、表面に導電性のコイルパターンが形成されたプリント基板（図示せず）を給電コイルＬ１上に設置することによって、実現できる。
【００４７】
この配置により、給電コイルＬ１において上述した交番磁界（電力伝送周波数ｆｐで振動する磁界）が発生すると、図２に示した給電コイルＬ１と各アンテナコイルＬ３との間の相互インダクタンスＭ１３、及び、受電コイルＬ２と各アンテナコイルＬ３との間の相互インダクタンスＭ２３によって、各アンテナコイルＬ３に起電力が誘起される。この起電力は、各アンテナコイルＬ３に振動信号を発生させる。つまり、本実施の形態によるアンテナコイルＬ３は、磁界を受けて振動信号を発生するものとなっている。
【００４８】
各アンテナコイルＬ３に発生する振動信号は、交番磁界の周波数である電力伝送周波数ｆｐの成分に加え、各共振回路ＲＣの共振周波数ｆｒの成分を含む信号となる。共振周波数ｆｒの具体的な値は、アンテナコイルＬ３のインダクタンスとコンデンサＣ３のキャパシタンスとを調整することにより、電力伝送周波数ｆｐよりも桁違いに高い単一の値に設定される。具体的な例では、ｆｒ＝３，０００〔ｋＨｚ〕とすることが好ましい。なお、コンデンサＣ３のキャパシタンスは、数百から数千〔ｐＦ〕程度の値とすることが好ましい。
【００４９】
図４（ａ）には、電力伝送周波数ｆｐで振動する信号Ｖａを示し、図４（ｂ）には、各共振回路ＲＣに発生する振動信号Ｖｂを示している。これらの図から理解されるように、振動信号Ｖｂは、電力伝送周波数ｆｐで振動する信号Ｖａに共振周波数ｆｒの成分が重畳された信号となる。詳しくは以下で説明するが、金属異物検出装置１４Ａの検出部１４０は、振動信号Ｖｂからこの共振周波数ｆｒの成分のみを取り出し、その変化を利用して、給電コイルＬ１と受電コイルＬ２との間に存在する金属異物の検出を行う。
【００５０】
ここで、本実施の形態では、各アンテナコイルＬ３と直列又は並列にコンデンサＣ３を設置することによって共振回路ＲＣを形成しているが、コンデンサＣ３を設けず共振回路ＲＣを形成しないこととしてもよい。この場合、図４（ｂ）に示した振動信号Ｖｂではなく、図４（ａ）に示した信号Ｖａが検出部１４０への入力となるので、検出部１４０は、金属異物の検出を行うために共振周波数ｆｒの成分の変化を利用することができない。そこで、この場合の検出部１４０は、電力伝送周波数ｆｐの成分の変化を利用して、給電コイルＬ１と受電コイルＬ２との間に存在する金属異物の検出を行う。
【００５１】
次に図３を参照すると、検出部１４０は機能的に、検出切替スイッチ１４１、フィルタ回路１４２、二値化回路１４３、カウンタ回路１４４、振動時間長計測回路１４５、判定回路１４６、及び制御回路１４７Ａを有して構成される。このうち検出切替スイッチ１４１及びフィルタ回路１４２は、各共振回路ＲＣとともにセンサ部Ｓを構成する。
【００５２】
検出切替スイッチ１４１は、フィルタ回路１４２に接続された共通端子と、各共振回路ＲＣに接続された複数の選択端子とを有する１回路多接点のスイッチであり、制御回路１４７Ａの制御に応じて、いずれか１つの選択端子を共通端子に接続するよう構成される。検出切替スイッチ１４１として具体的には、半導体スイッチやマルチプレクサを使用することが好適である。
【００５３】
制御回路１４７Ａは、等しい時間間隔で１つずつ順次、各アンテナコイルＬ３を選択していくアンテナコイル選択部として機能する。制御回路１４７Ａはまた、最後のアンテナコイルＬ３を選択した後には、最初のアンテナコイルＬ３に戻って選択動作を繰り返すよう構成される。検出切替スイッチ１４１は、制御回路１４７Ａによって選択されているアンテナコイルＬ３に対応する選択端子を、共通端子に接続する役割を果たす。これにより、フィルタ回路１４２には、各アンテナコイルＬ３が１つずつ順次接続されていくことになる。
【００５４】
ここで、制御回路１４７Ａは、ユーザによる設定等に応じて、複数のアンテナコイルＬ３のうちのいくつかを上記選択の対象から外せるように構成されてもよい。こうすれば、金属異物の検出対象となる領域を限定することが可能になるとともに、すべてのアンテナコイルＬ３を用いる場合に比べ、１つ１つのアンテナコイルＬ３による金属異物の検出時間を長くすることができる。
【００５５】
また、本実施の形態では、アンテナコイルＬ３ごとにコンデンサＣ３を設置しているが、全体で１つだけコンデンサＣ３を設置し、検出切替スイッチ１４１によってフィルタ回路１４２に接続されたアンテナコイルＬ３のみが、このコンデンサＣ３と共振回路ＲＣを構成することとしてもよい。こうすれば、コンデンサＣ３の数を減らすことができるので、金属異物検出装置１４Ａの部品点数を削減することが可能になる。なお、アンテナコイルＬ３ごとにコンデンサＣ３を設置する場合、それぞれの共振回路ＲＣごとにアンテナコイルＬ３とコンデンサＣ３の接続を切り替えるスイッチを設け、金属異物の検出時において、検出切替スイッチ１４１によってフィルタ回路１４２に接続されたアンテナコイルＬ３以外のアンテナコイルＬ３とコンデンサＣ３との接続を切り離すように構成しても構わない。こうすれば、金属異物の検出動作時において、検出切替スイッチ１４１によってフィルタ回路１４２に接続されたアンテナコイルＬ３と他のアンテナコイルＬ３との磁気的な結合が抑制され、金属異物の検出精度を一層向上させることが可能になる。
【００５６】
制御回路１４７Ａは、選択したアンテナコイルＬ３を利用して金属異物の検出動作を行う。具体的には、以下で説明するように振動時間長計測回路１４５及び判定回路１４６を制御することにより、金属異物の検出動作を行う。この検出動作は、１つのアンテナコイルＬ３が選択されている間に、制御回路１４７Ａによって１回以上繰り返し実行される。
【００５７】
フィルタ回路１４２は、検出切替スイッチ１４１を介して接続されているアンテナコイルＬ３において発生した振動信号Ｖｂから電力伝送周波数ｆｐの成分を取り除くことにより、図４（ｃ）に示す振動信号Ｖｃを生成する回路である。具体的には、共振周波数ｆｒと同じ帯域の周波数を取り出すバンドパスフィルタにより、フィルタ回路１４２を構成することが好適である。一方、コンデンサＣ３を設けず、共振回路ＲＣを形成しない場合は、電力伝送周波数ｆｐと同じ帯域の周波数を取り出すバンドパスフィルタにより、フィルタ回路１４２を構成すると好適である。
【００５８】
二値化回路１４３は、フィルタ回路１４２から出力される振動信号Ｖｃの電圧値と、予め設定された基準電圧値とを比較することにより、図４（ｄ）に示す二値信号Ｖｄを生成する回路である。二値信号Ｖｄは、振動信号Ｖｃの電圧値が基準電圧値（例えば０Ｖ）以上である場合にハイレベルとなり、振動信号Ｖｃの電圧値が基準電圧値より小さい場合にローレベルとなる二値の信号となる。
【００５９】
カウンタ回路１４４は、二値化回路１４３から出力される二値信号Ｖｄの波数をカウントすることにより、振動信号Ｖｃの波数をカウントする機能を有する。カウンタ回路１４４がカウントを開始するタイミングは、制御回路１４７Ａから供給されるカウント開始信号ＳＴによって指示される。
【００６０】
振動時間長計測回路１４５は、１より大きい所定波数分の振動信号Ｖｃの振動に要する時間の長さを示す振動時間長ＴＬを計測する回路である。なお、ここでいう波数は、周期と言い換えることも可能である。図４（ｃ）には、一例として、４波数分の振動信号Ｖｃの振動に対応する振動時間長ＴＬを図示している。振動時間長計測回路１４５による振動時間長ＴＬの計測の開始点、及び、振動時間長ＴＬを計測するために参照する振動信号Ｖｃの具体的な波数はそれぞれ任意に調整可能とされており、具体的には制御回路１４７Ａによって調整される。そのための制御回路１４７Ａの動作の詳細については、後述する。
【００６１】
振動時間長計測回路１４５による振動時間長の計測は、具体的には、制御回路１４７Ａから計測の開始を指示された後のカウンタ回路１４４のカウント値の増分が、制御回路１４７Ａから指示された波数分に達するのに要する時間を計測することによって実行される。図４には、制御回路１４７Ａからの指示に従う計測の開始時刻が時刻ｔ１であり、かつ、制御回路１４７Ａから指示された波数が４である場合の例を示している。この場合、振動時間長計測回路１４５によって計測される振動時間長ＴＬは、図４（ｄ）に示すように、時刻ｔ１からのカウント値（丸数字１〜４）が４に達するまでの時間となる。
【００６２】
図４（ｅ）及び図４（ｆ）には、給電コイルＬ１と受電コイルＬ２との間における金属異物の有無の状態が図４（ｃ）及び図４（ｄ）とは異なる状況の下で、同じフィルタ回路１４２により生成された振動信号Ｖｃ２及び二値信号Ｖｄ２の一例を示している。同図に示す振動時間長ＴＬ２は、４波数分の振動信号Ｖｃ２の振動に対応している。この振動時間長ＴＬ２を図４（ｃ）に示した振動時間長ＴＬと比較すると理解されるように、給電コイルＬ１と受電コイルＬ２との間における金属異物の有無の状態が異なると、振動時間長ＴＬに変化が生ずる。したがって、振動時間長ＴＬの変化を検出することにより、給電コイルＬ１と受電コイルＬ２との間における金属異物の有無を検出することが可能になると言える。
【００６３】
また、振動時間長ＴＬは１より大きい所定波数分の振動信号Ｖｃの振動に要する時間の長さを示すものであるから、給電コイルＬ１と受電コイルＬ２との間における金属異物の有無の状態が変化した場合の振動時間長ＴＬの変化は、同じ場合における振動信号Ｖｃの周期の変化に比べて大きくなる。例えば、図４（ｃ）の例のように４波数分の振動信号Ｖｃの振動に要する時間の長さにより振動時間長ＴＬを表した場合であれば、周期の変化に比べて４倍の変化を得ることができる。別の言い方をすれば、振動時間長ＴＬを用いることで、変化を増幅することができる。したがって、本実施の形態によれば、変化が小さすぎることにより金属異物の検出に失敗する可能性を低減することが可能になる。
【００６４】
制御回路１４７Ａは、図２に示したノイズ検出部１５によるノイズの検出結果に基づいて、振動時間長ＴＬの計測の開始点と、振動時間長ＴＬを計測するために参照する振動信号Ｖｃの波数とを決定し、決定した計測開始点及び波数を振動時間長計測回路１４５に設定する機能を有する。以下、この点について、図６及び図７を参照しながら詳しく説明する。
【００６５】
図６（ａ）〜図６（ｅ）はそれぞれ、図２に示した制御信号ＳＧ１，ＳＧ４，ＳＧ３，ＳＧ２及び出力電圧Ｏ１（電力変換器１２の出力電圧）の波形を示す図である。なお、同図において各信号が「ＯＮ」となっている期間は、対応するスイッチング素子が閉状態となっている期間に対応し、各信号が「ＯＦＦ」となっている期間は、対応するスイッチング素子が開状態となっている期間に対応する。これらの図に示すように、制御信号ＳＧ１〜ＳＧ４はいずれも電力伝送周波数ｆｐで振動する矩形波信号であり、制御信号ＳＧ１，ＳＧ４と制御信号ＳＧ２，ＳＧ３とでは位相が１８０度異なっている。その結果、出力電圧Ｏ１も、電力伝送周波数ｆｐで振動する矩形波信号となる。
【００６６】
図６（ｆ）及び図６（ｇ）はそれぞれ、給電コイルＬ１の両端間の電圧Ｖ１、及び、給電コイルＬ１に流れる電流Ｉ１の波形を示す図である。また、図６（ｈ）及び図６（ｉ）はそれぞれ、受電コイルＬ２の両端間の電圧Ｖ２、及び、受電コイルＬ２に流れる電流Ｉ２の波形を示す図である。これらの図に示すように、電圧Ｖ１，Ｖ２及び電流Ｉ１，Ｉ２はいずれも、電力伝送周波数ｆｐで振動する略正弦波信号となる。これは、給電側コンデンサＣ１及び給電コイルＬ１が構成する共振回路によって、高周波成分がフィルタリングされるためである。
【００６７】
しかしながら、図６（ｆ）から理解されるように、電圧Ｖ１には、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４のスイッチングのタイミングで、新たな高周波成分が発生する。電圧Ｖ２及び電流Ｉ１，Ｉ２にも、これに対応する高周波成分が含まれる。これらの高周波成分は、アンテナコイルＬ３において発生する振動信号Ｖｂにも影響を及ぼす。
【００６８】
図７は、電圧Ｖ１，Ｖ２、電流Ｉ１，Ｉ２、及び振動信号Ｖｂの波形を示す図である。なお、同図には電力伝送周波数ｆｐの１周期分を示している。この図７に示すように、振動信号Ｖｂの波形には、特に電圧Ｖ１，Ｖ２に高周波成分が重畳するタイミング（図７の例では、時刻ｔ１，ｔ２，ｔ３，ｔ４）で、大きな歪み（電力伝送のための交番磁界に起因する歪み）が発生する。このような歪みは、異物検出の精度の低下を招く。そこで制御回路１４７Ａは、このような歪みができるだけ発生しないタイミングで金属異物の検出が行われることとなるよう、振動時間長ＴＬの計測の開始点と、振動時間長ＴＬを計測するために参照する振動信号Ｖｃの波数とを決定する。
【００６９】
より具体的に説明すると、制御回路１４７Ａは、ノイズ検出部１５によるノイズの検出結果の履歴から、電力伝送のための交番磁界に起因する大きな歪みが振動信号Ｖｂに発生しないタイミングを予測する。図７の例では、時刻ｔ２と時刻ｔ３の間の期間（以下、「ノイズレス期間ＮＬＰ」と称する）が、電力伝送のための交番磁界に起因する大きな歪みが振動信号Ｖｂに発生しないタイミングである。ノイズレス期間ＮＬＰは、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４のスイッチングやダイオードＤ１〜Ｄ４を流れる電流経路の切り替わりによって生じているものであるから、定期的に出現する。制御回路１４７Ａは、このような定期的に出現するノイズレス期間ＮＬＰの出現周期をノイズ検出結果の履歴から取得することにより、次のノイズレス期間ＮＬＰの出現タイミングを予測する。そして、その予測結果に基づき、次のノイズレス期間ＮＬＰの中で金属異物の検出が行われることとなるよう、振動時間長ＴＬの計測の開始点と、振動時間長ＴＬを計測するために参照する振動信号Ｖｃの波数とを決定する。
【００７０】
具体的な例では、制御回路１４７Ａは、図７の丸数字２〜６に示す振動を利用して振動時間長ＴＬが計測されることとなるよう、振動時間長ＴＬの計測の開始点と、振動時間長ＴＬを計測するために参照する振動信号Ｖｃの波数とを決定すればよい。つまり、丸数字１の振動と丸数字２の振動との間に振動時間長ＴＬの計測の開始点を設定し、振動時間長ＴＬを計測するために参照する振動信号Ｖｃの波数を５に設定すればよい。こうすることで、電力伝送のための交番磁界に起因する大きな歪みが振動信号Ｖｂに発生しないノイズレス期間ＮＬＰ内に、金属異物の検出が行われることになるので、ワイヤレス給電中における給電コイルＬ１と受電コイルＬ２との間の金属異物の検出精度の向上、という効果が得られる。
【００７１】
図３に戻る。制御回路１４７Ａは他に、振動時間長ＴＬの基準となる基準時間長ＣＴＬを得るための動作も行うよう構成される。基準時間長ＣＴＬは、給電コイルＬ１と受電コイルＬ２の間に金属異物が存在しないときの振動時間長ＴＬであり、制御回路１４７Ａは、給電コイルＬ１と受電コイルＬ２の間に金属異物が存在しないことが保証される状態で上記制御を実行することにより、基準時間長ＣＴＬを取得する。このとき、制御回路１４７Ａは、上述した振動時間長ＴＬの計測開始点、及び、振動時間長ＴＬを計測するために参照する振動信号Ｖｃの波数について、通常動作で振動時間長ＴＬを取得するときと同様にして決定する。したがって、振動時間長ＴＬと基準時間長ＣＴＬとは、同一のノイズ条件下で得られたものと看做すことができる。制御回路１４７Ａは、取得した基準時間長ＣＴＬを判定回路１４６に出力し、記憶させる。
【００７２】
判定回路１４６は、振動時間長計測回路１４５から供給される振動時間長ＴＬと、制御回路１４７Ａから予め供給され、記憶していた基準時間長ＣＴＬとに基づいて、給電コイルＬ１と受電コイルＬ２の間における金属異物の有無を検出する回路である。具体的には、振動時間長ＴＬと基準時間長ＣＴＬの差の絶対値が所定値以内であれば金属異物はないと判定し、そうでなければ金属異物があると判定する。
【００７３】
図８は、判定回路１４６が行う判定処理の説明図である。図８（ａ）は金属異物がある場合、図８（ｂ）は金属異物がない場合をそれぞれ示している。これらの図を参照しながら判定回路１４６が行う判定処理についてより詳しく説明すると、判定回路１４６はまず、振動時間長ＴＬと基準時間長ＣＴＬの差の絶対値（差分絶対値）を算出する。そして、この差分絶対値が図８（ａ）に示すように所定の閾値を上回る場合、給電コイルＬ１と受電コイルＬ２の間に金属異物がある（給電コイルＬ１に接近する金属異物がある）と判定する。一方、差分絶対値が図８（ｂ）に示すように所定の閾値以下である場合、給電コイルＬ１と受電コイルＬ２の間に金属異物がない（給電コイルＬ１に接近する金属異物がない）と判定する。
【００７４】
図３に戻り、判定回路１４６による判定の結果は、制御回路１４７Ａに供給される。制御回路１４７Ａは、金属異物が検出されたとの判定結果が供給された場合、図２に示したスイッチ駆動部１２０に対し、電力変換器１２による電力の変換を停止するよう指示する。この指示を受けたスイッチ駆動部１２０は、電力変換器１２から交流電力が出力されないよう、図２に示した制御信号ＳＧ１〜ＳＧ４を調整する。これにより、ワイヤレス給電装置１０による給電動作が停止するので、給電コイルＬ１と受電コイルＬ２の間に生ずる交番磁界に起因して金属異物に渦電流が発生し、それによって金属異物が発熱することを防止することが可能になる。
【００７５】
以上説明したように、本実施の形態による金属異物検出装置１４Ａによれば、給電コイルＬ１と受電コイルＬ２との間の金属異物による変化量が周期に比べて大きくなる振動時間長ＴＬに基づいて金属異物の有無を判定しているので、金属異物の検出に失敗する可能性を低減することが可能になる。
【００７６】
また、制御回路１４７Ａが、ノイズ検出部１５によるノイズの検出結果の履歴からノイズレス期間ＮＬＰを予測し、ノイズレス期間ＮＬＰの中で金属異物の検出が行われることとなるよう、振動時間長ＴＬの計測の開始点と、振動時間長ＴＬを計測するために参照する振動信号Ｖｃの波数とを決定していることから、本実施の形態による金属異物検出装置１４Ａによれば、ワイヤレス給電中における給電コイルＬ１と受電コイルＬ２との間の金属異物の検出精度を向上することも可能になる。
【００７７】
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態によるワイヤレス電力伝送システム１について、説明する。本実施の形態によるワイヤレス電力伝送システム１は、金属異物検出装置１４Ａに代えて金属異物検出装置１４Ｂを用いる点で、第１の実施の形態によるワイヤレス電力伝送システム１と相違する。その他の点では第１の実施の形態によるワイヤレス電力伝送システム１と同様であるので、以下では、第１の実施の形態と同様の構成については同一の符号を付し、第１の実施の形態との相違点にのみ着目して説明する。
【００７８】
図９は、本実施の形態による金属異物検出装置１４Ｂの機能ブロックを示す略ブロック図である。同図に示すように、金属異物検出装置１４Ｂは、第１の実施の形態による金属異物検出装置１４Ａの検出部１４０に駆動回路１４８を追加するとともに、制御回路１４７Ａを制御回路１４７Ｂに置き換えたものとなっている。駆動回路１４８は、各アンテナコイルＬ３に電流を供給する回路であり、各アンテナコイルＬ３は、こうして駆動回路１４８から供給される電流を受けて、振動信号Ｖｂを発生するように構成される。
【００７９】
駆動回路１４８について、より詳しく説明する。駆動回路１４８は、図９に示すように、スイッチング回路１４８ａ及び電源１４８ｂを有して構成される。
【００８０】
スイッチング回路１４８ａは、電源１４８ｂに接続された端子と、検出切替スイッチ１４１の共通端子に接続された端子とを有する１回路１接点のスイッチであり、制御回路１４７Ｂの制御に応じて開閉動作を行うよう構成される。スイッチング回路１４８ａとして具体的には、バイポーラトランジスタ又はＭＯＳＦＥＴを使用することが好適である。
【００８１】
電源１４８ｂは、アンテナコイルＬ３に電流を流すための電源であり、直流電源、交流電源のいずれであってもよい。以下では、電源１４８ｂが直流電源であるとして説明を続ける。電源１４８ｂの一端はスイッチング回路１４８ａに接続され、他端は接地される。
【００８２】
本実施の形態による制御回路１４７Ｂは、検出切替スイッチ１４１の制御とともにスイッチング回路１４８ａの制御も行う。具体的に説明すると、一のアンテナコイルＬ３を選択することによって、検出切替スイッチ１４１の動作によりそのアンテナコイルＬ３がフィルタ回路１４２に接続された後、スイッチング回路１４８ａを閉状態とし、所定時間の経過後にスイッチング回路１４８ａを開状態に戻す。これにより、電源１４８ｂからアンテナコイルＬ３に対し、電流が供給されることになる。この電流によりアンテナコイルＬ３に振動信号Ｖｂが発生し、フィルタ回路１４２に供給される。
【００８３】
電流が供給されたときの共振回路ＲＣの動作について、詳しく説明する。スイッチング回路１４８ａが閉状態となっている間に電源１４８ｂから供給される直流電流によって、アンテナコイルＬ３に磁気エネルギーが蓄積される。スイッチング回路１４８ａが開状態になると、この磁気エネルギーによって減衰振動が発生する。したがって、本実施の形態による振動信号Ｖｂは、各共振回路ＲＣの共振周波数ｆｒで振動しつつ減衰する成分を含む信号となる。
【００８４】
なお、本実施の形態においては、金属異物検出装置１４Ｂが動作するために給電コイルＬ１で発生する交番磁界は必須ではないが、該交番磁界が発生している場合（給電中）の振動信号Ｖｂは、上記成分に加えて電力伝送周波数ｆｐの成分を含む信号となる。フィルタ回路１４２は、本実施の形態においても、振動信号Ｖｂからこの電力伝送周波数ｆｐの成分を除去する役割を果たす。
【００８５】
図１０は、本実施の形態による振動信号Ｖｃ（フィルタ回路１４２の出力信号）の波形を示す図である。同図に示すように、本実施の形態による振動信号Ｖｃは、スイッチング回路１４８ａが開状態になった瞬間から減衰を始める減衰振動信号となる。振動信号Ｖｃの周波数は、第１の実施の形態による振動信号Ｖｃと同様、共振回路ＲＣの共振周波数ｆｒと一致する。なお、共振周波数ｆｒは、第１の実施の形態でも説明したように、電力伝送周波数ｆｐよりも桁違いに高い周波数である。
【００８６】
振動時間長計測回路１４５は、このような減衰振動信号である振動信号Ｖｃについて、第１の実施の形態で説明した方法により振動時間長ＴＬを計測する。また、判定回路１４６は、計測された振動時間長ＴＬに基づいて、第１の実施の形態で説明した方法により金属異物の有無の判定を行う。したがって、本実施の形態においても、第１の実施の形態と同様、金属異物の検出に失敗する可能性の低減が実現される。
【００８７】
本実施の形態による制御回路１４７Ｂは、ノイズレス期間ＮＬＰの中で金属異物の検出が行われることとなるよう、振動時間長ＴＬの計測の開始点と、振動時間長ＴＬを計測するために参照する振動信号Ｖｃの波数とを決定し、決定した計測開始点及び波数を振動時間長計測回路１４５に設定する機能に加えて、共振回路ＲＣへの電流の供給がノイズレス期間ＮＬＰの中で行われることとなるよう、スイッチング回路１４８ａを閉じるタイミングを決定する機能も有する。具体的には、ノイズレス期間ＮＬＰの開始直後にスイッチング回路１４８ａを閉じて電流の供給を開始し、その後、ノイズレス期間ＮＬＰの中で振動時間長ＴＬの計測が実行されるように、振動時間長ＴＬの計測の開始点と、振動時間長ＴＬを計測するために参照する振動信号Ｖｃの波数とを決定すればよい。こうすることで、アンテナコイルＬ３への電流の供給から振動時間長ＴＬの計測までの一連の処理をノイズレス期間ＮＬＰ内に実行することが可能になる。
【００８８】
以上説明したように、本実施の形態による金属異物検出装置１４Ｂによれば、給電コイルと受電コイルとの間の金属異物による変化量が周期に比べて大きくなる振動時間長ＴＬに基づいて金属異物の有無を判定しているので、金属異物の検出に失敗する可能性を低減することが可能になる。
【００８９】
また、制御回路１４７Ｂが、ノイズ検出部１５によるノイズの検出結果の履歴からノイズレス期間ＮＬＰを予測し、ノイズレス期間ＮＬＰの中で金属異物の検出が行われることとなるよう、スイッチング回路１４８ａを閉じるタイミングと、振動時間長ＴＬの計測の開始点と、振動時間長ＴＬを計測するために参照する振動信号Ｖｃの波数とを決定していることから、本実施の形態による金属異物検出装置１４Ｂによれば、ワイヤレス給電中における給電コイルＬ１と受電コイルＬ２との間の金属異物の検出精度を向上することも可能になる。
【００９０】
加えて本実施の形態によれば、給電コイルＬ１で発生する交番磁界がなくてもアンテナコイルＬ３に振動信号Ｖｂを発生させることができるので、ワイヤレス給電装置１０が電力伝送をしていない期間（給電停止中）においても、給電コイルＬ１と受電コイルＬ２との間に混入した金属異物を検出することが可能となる。この場合、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４のスイッチングに伴うノイズは発生しないので、制御回路１４７Ｂは、任意のタイミングでスイッチング回路１４８ａを閉じることができる。
【００９１】
（第３の実施の形態）
次に、本発明の第３の実施の形態によるワイヤレス電力伝送システム１について、説明する。本実施の形態によるワイヤレス電力伝送システム１は、金属異物検出装置１４Ｂに代えて金属異物検出装置１４Ｃを用いる点で、第２の実施の形態によるワイヤレス電力伝送システム１と相違する。その他の点では第２の実施の形態によるワイヤレス電力伝送システム１と同様であるので、以下では、第２の実施の形態と同様の構成については同一の符号を付し、第２の実施の形態との相違点にのみ着目して説明する。
【００９２】
図１１は、本実施の形態による金属異物検出装置１４Ｃの機能ブロックを示す略ブロック図である。同図に示すように、金属異物検出装置１４Ｃは、第２の実施の形態による金属異物検出装置１４Ａの検出部１４０にフィルタ回路１４９及び電圧検出回路１５０を追加するとともに、制御回路１４７Ｂを制御回路１４７Ｃに置き換えたものとなっている。
【００９３】
フィルタ回路１４９は、検出切替スイッチ１４１を介して接続されているアンテナコイルＬ３において発生した振動信号Ｖｂのうち、電力伝送周波数ｆｐと同じ帯域の周波数成分のみを通過させるフィルタである。
【００９４】
電圧検出回路１５０は、フィルタ回路１４９の出力信号に基づき、ワイヤレス電力伝送システム１が行う電力伝送の周波数（すなわち、電力伝送周波数ｆｐ）を測定するとともに、ワイヤレス電力伝送システム１が行う電力伝送によりアンテナコイルＬ３に発生する電圧の位相を検出する回路である。電圧検出回路１５０は、フィルタ回路１４９の出力信号を二値化してなる二値化信号を取得し、この二値化信号に基づき、ワイヤレス電力伝送システム１が行う電力伝送の周波数を測定するとともに、ワイヤレス電力伝送システム１が行う電力伝送によりアンテナコイルＬ３に発生する電圧の位相を検出することとしてもよい。
【００９５】
本実施の形態による制御回路１４７Ｃは、電圧検出回路１５０により測定された周波数と、電圧検出回路１５０により検出された電圧の位相とに基づいて、駆動回路１４８による電圧印加のタイミング（すなわち、スイッチング回路１４８ａを閉状態とするタイミング）を制御するよう構成される。例えば、アンテナコイルＬ３に発生する電圧の位相が０のタイミングからタイマーで所定時間経過後、駆動回路１４８に電圧の印加を開始させる。これにより、電力伝送によりアンテナコイルＬ３に発生する電圧の位相と駆動回路１４８による電圧印加タイミングとを同期させることができ、電力伝送中の測定精度が向上する。
【００９６】
ここで、上記タイマーで設定している所定時間は、固定時間あるいは電圧検出回路１５０で測定した周波数に応じて調整することとしてもよい。後者の場合、電力伝送の周波数によらず、一定の位相で駆動回路１４８による電圧印加を開始することが可能となる。
【００９７】
以上、本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明はこうした実施の形態に何等限定されるものではなく、本発明が、その要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施され得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００９８】
１                  ワイヤレス電力伝送システム
２                  負荷
１０                ワイヤレス給電装置
１１                直流電源
１２                電力変換器
１３                給電コイル部
１４Ａ〜１４Ｃ      金属異物検出装置
１５                ノイズ検出部
２０                ワイヤレス受電装置
２１                受電コイル部
２２                整流器
１２０              スイッチ駆動部
１４０              検出部
１４１              検出切替スイッチ
１４２              フィルタ回路
１４３              二値化回路
１４４              カウンタ回路
１４５              振動時間長計測回路
１４６              判定回路
１４７Ａ〜１４７Ｃ  制御回路
１４８              駆動回路
１４８ａ            スイッチング回路
１４８ｂ            電源
１４９              フィルタ回路
１５０              電圧検出回路
Ｃ０                平滑用キャパシタ
Ｃ１                給電側コンデンサ
Ｃ２                受電側コンデンサ
Ｃ３                金属異物検出装置用コンデンサ
ＣＴＬ              基準時間長
Ｄ１〜Ｄ４          ダイオード
Ｌ１                給電コイル
Ｌ２                受電コイル
Ｌ３                アンテナコイル
Ｒ３                抵抗
ＲＣ                共振回路
Ｓ                  センサ部
ＳＷ１〜ＳＷ４      スイッチング素子
ＴＬ                振動時間長
【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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