(57)【要約】【課題】非接触給電装置の送電ユニット上に紛れ込んだ小さな金属異物の位置を、簡単な構成で検出できる金属異物検出装置を提供する。【解決手段】共振周波数が異なる複数個の共振回路で異物センサユニット４を構成し、可変周波数電源５１の周波数を共振回路の各共振周波数が含まれるようにスイープさせる。このとき、金属異物が存在するサーチコイルの共振周波数でのみインピーダンスが変化するため、金属異物の位置が特定できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
送電ユニットから空隙を隔てた受電ユニットに電磁誘導により給電する非接触給電装置の前記空隙に紛れ込んだ金属異物を検出する金属異物検出装置であって、
サーチコイルとコンデンサとを含む単一の共振回路を備える異物センサ単体の複数個で構成され、少なくとも、前記サーチコイルが送電ユニット上に配置された異物センサユニットと、
前記異物センサユニットを構成する全ての前記異物センサ単体の共振回路に同じ交流を供給する交流電源と、
前記送電ユニット上の金属異物の有無と該金属異物の位置とを識別する異物識別手段と、
を備え、
前記異物センサユニットは、
前記共振回路の共振周波数が異なる複数個の前記異物センサ単体により構成され、二端子間に電気接続された複数個の前記共振回路の直列接続または並列接続を含み、
前記交流電源は、
前記共振回路の各々の共振周波数またはその近傍の周波数を駆動周波数とする交流を前記二端子間に供給し、
前記異物識別手段は、
前記二端子間の電圧、若しくは、前記二端子間に流れる電流、または、それらの共振周波数を測定して、前記空隙に金属異物が存在しないときの前記電圧、電流、または共振周波数と比較し、金属異物の有無と該金属異物の位置とを識別する、
ことを特徴とする金属異物検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の金属異物検出装置であって、前記異物センサ単体の共振回路に含まれる前記コンデンサが前記サーチコイルと直列に接続し、前記異物センサユニットの前記二端子間に、複数の前記異物センサ単体の共振回路が並列に接続している、ことを特徴とする金属異物検出装置。
【請求項３】
請求項１に記載の金属異物検出装置であって、前記異物センサ単体の共振回路に含まれる前記コンデンサが前記サーチコイルと並列に接続し、前記異物センサユニットの前記二端子間に、複数の前記異物センサ単体の共振回路が直列に接続している、ことを特徴とする金属異物検出装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載の金属異物検出装置であって、前記異物センサユニットを構成する複数の前記異物センサ単体は、各々、同一巻数の前記サーチコイルと、異なる値の前記コンデンサとを含む前記共振回路を備える、ことを特徴とする金属異物検出装置。
【請求項５】
請求項１から３のいずれかに記載の金属異物検出装置であって、前記異物センサユニットを構成する複数の前記異物センサ単体は、各々、異なる巻数の前記サーチコイルと、同一の値の前記コンデンサとを含む前記共振回路を備える、ことを特徴とする金属異物検出装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかに記載の金属異物検出装置であって、前記異物センサユニットは、さらに、前記二端子間に電気接続する複数の前記共振回路の閉ループを開放するスイッチを備え、前記スイッチが、金属異物の検出時には前記閉ループを閉じ、送電ユニットから受電ユニットへの給電時には前記閉ループを開放する、ことを特徴とする金属異物検出装置。
【請求項７】
請求項１から５のいずれかに記載の金属異物検出装置であって、前記異物センサ単体の前記サーチコイルが、複数のコイル部分から成り、送電ユニットから受電ユニットへの給電時の主磁束により、前記複数のコイル部分に、互いに打ち消し合う逆向きの電流が誘起されることを特徴とする金属異物検出装置。
【請求項８】
請求項７に記載の金属異物検出装置であって、前記サーチコイルが、８字形コイルである、ことを特徴とする金属異物検出装置。
【請求項９】
請求項７に記載の金属異物検出装置であって、前記サーチコイルが、８字形コイルを二つ組合わせたクローバー形コイルである、ことを特徴とする金属異物検出装置。
【請求項１０】
請求項１から５のいずれかに記載の金属異物検出装置であって、前記送電ユニット上に配置された前記異物センサユニットのサーチコイルの面積が、送電ユニットから受電ユニットへの給電時に磁束密度の高い主磁束が到達する箇所では、前記磁束密度の低い主磁束が到達する箇所に比べて、狭く設定されている、ことを特徴とする金属異物検出装置。
【請求項１１】
請求項１から５のいずれかに記載の金属異物検出装置であって、送電ユニットから受電ユニットへの給電時に、磁束密度の高い主磁束や主磁束の高調波が到達する箇所に前記サーチコイルが配置された前記異物センサ単体の共振回路の共振周波数は、前記磁束密度の低い主磁束が到達する箇所に前記サーチコイルが配置された前記異物センサ単体の共振回路の共振周波数に比べて、前記主磁束や主磁束の高調波の周波数との差分が大きくなるように設定されている、ことを特徴とする金属異物検出装置。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれかに記載の金属異物検出装置であって、前記サーチコイルが印刷技術で形成されていることを特徴とする金属異物検出装置。
【請求項１３】
請求項１から１２のいずれかに記載の金属異物検出装置であって、前記サーチコイルは、隣接する前記サーチコイルと一部が重なるように配置されていることを特徴とする金属異物検出装置。
【請求項１４】
請求項１に記載の金属異物検出装置であって、送電ユニットから受電ユニットへの給電が一時停止されて、前記交流電源から前記異物センサユニットの各共振回路への交流の供給が行われ、前記異物識別手段が金属異物を識別しなかったとき、前記給電が再開される、ことを特徴とする金属異物検出装置。
【請求項１５】
請求項１から１４のいずれかに記載の金属異物検出装置であって、送電ユニットが地表に設置され、受電ユニットが自動車の車底に設置され、前記異物センサユニットの前記サーチコイルが前記送電ユニット上に配置される、ことを特徴とする金属異物検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非接触給電装置の送電ユニットと受電ユニットとの間に入り込む金属異物を検出する装置に関し、釘やコインのような小さな異物の検出を可能にしたものである。
【背景技術】
【０００２】
送電ユニットから空隙を隔てた受電ユニットに電磁誘導を利用して給電する非接触給電は、従来から携帯機器の充電に広く利用されており、また、近年、電気自動車やプラグインハイブリッド車に搭載されたバッテリーの充電手段として注目を集めている。
図１３は、電気自動車用非接触給電装置を模式的に示している。図１３（ａ）は側面図、図１３（ｂ）は平面図である。送電ユニット１０及び受電ユニット２０の本体は、角形状のフェライト板１０１、２０１と、その中央部分に巻回されたコイル１０２、２０２とで構成され、コイル１０２、２０２から露出するフェライト板１０１、２０１の両端が磁極となり、給電時には、主磁束３０が送電ユニット１０の磁極と受電ユニット２０の磁極とを通過して循環する。送電ユニット１０は、電磁遮蔽用のアルミ板１０３を介して地表に設置され、受電ユニット２０は、アルミ板２０３を介して自動車の車底に設置される。
【０００３】
送電ユニットと受電ユニットとの空隙に金属異物が混入した状態で非接触給電が行われると、誘導加熱により金属異物が加熱され、送電ユニットのケースなどが発煙したり、発火したりする危険があり、また、給電効率が低下する。そのため、非接触給電に先立ち、金属異物の混入が無いことを確認する必要がある。
しかし、電気自動車用非接触給電装置では、地表の送電ユニット１０と、自動車の車底の受電ユニット２０との間で給電が行われるため、それらの空隙に存在する金属異物を目視で確認することが難しい。また、その空隙は、携帯機器の非接触給電時の空隙に比べて遥かに大きく、異物が混入し易い。
そのため、電気自動車の非接触給電の実用化を図る上で、金属異物の検知技術は欠かせない。
【０００４】
これまで、幾つかの金属異物の検知方法が提案されている。
下記特許文献１には、送電ユニット及び受電ユニットの送電コイル、受電コイルに電流を流し、給電効率の変化等から金属異物を検知する方法が開示されている。
下記特許文献２には、図１４に示すように、送信ユニットの磁極上に多数の８字形のサーチコイル６０２、６０４、６０６を配置して小さな異物を検知する異物検出装置が記載されている。給電中の主磁束が８字形サーチコイルに鎖交したとき、対を成す二つのコイルに鎖交する磁束量が等しければ、各コイルの誘起電圧が打ち消されて、８字形サーチコイルの出力電圧は０になる。一方、小さな異物が存在すると磁束が乱れ、二つのコイルに鎖交する磁束の量が違って来る。そのため、８字形サーチコイルからは、二つのコイルの誘起電圧の差分に相当する電圧が出力される。給電中に、マルチプレクサ６０８が８字形サーチコイルとの接続を順次切り替えて、電圧を発生する８字形サーチコイルが検出される。検出されたサーチコイルの位置に異物が存在することになる。
また、下記特許文献３には、非接触給電の送電コイルに８字形等の検知コイルを含む共振回路を配設し、共振回路のパラメータ(例えばＱ値)の変化から異物の有無を判定する検知装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−０５９２３９号公報
【特許文献２】ＵＳ２０１３／００６９４４１Ａ
【特許文献３】特開２０１３−９２３９０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、特許文献１の方法では、小さな金属異物を検出することが難しい。また、特許文献２の構成は、多数のコイルを切り替えるためのスイッチ(マルチプレクサ)が必要であり、多数のコイルとスイッチを結ぶ多数の長い配線も必要で、構造が複雑である。また、特許文献３の構成では、異物の有無は特定できるが、位置を特定することができない。
【０００７】
本発明は、こうした事情を考慮して創案したものであり、非接触給電装置の送電ユニット上に紛れ込んだ小さな金属異物の位置を、簡単な構成で検知できる金属異物検知装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、送電ユニットから空隙を隔てた受電ユニットに電磁誘導により給電する非接触給電装置の空隙に紛れ込んだ金属異物を検出する金属異物検出装置であって、サーチコイルとコンデンサとを含む単一の共振回路を備える異物センサ単体の複数個で構成され、少なくとも、サーチコイルが送電ユニット上に配置された異物センサユニットと、異物センサユニットを構成する全ての異物センサ単体の共振回路に交流を供給する交流電源と、送電ユニット上の金属異物の有無と金属異物の位置とを識別する異物識別手段と、を備えている。
異物センサユニットは、共振回路の共振周波数が異なる複数個の異物センサ単体により構成され、二端子間に電気接続された複数個の共振回路の直列接続または並列接続を含んでいる。
交流電源は、共振回路の各々の共振周波数またはその近傍の周波数を駆動周波数とする交流を二端子間に供給する。
また、異物識別手段は、二端子間の電圧、若しくは、二端子間に流れる電流、または、それらの共振周波数を測定して、空隙に金属異物が存在しないときの電圧、電流、または共振周波数と比較し、金属異物の有無と金属異物の位置とを識別する。
【０００９】
この金属異物検出装置では、交流電源の駆動周波数がスイープされて、交流電源から各共振回路の共振周波数に合わせた周波数の交流が時間をずらして順次出力され、その交流が全ての異物センサ単体の共振回路に同じように供給される。着目する異物センサ単体のサーチコイルの位置に金属異物が存在すると、交流電源の交流の駆動周波数が着目する異物センサ単体の共振回路の共振周波数であるとき、二端子間の電圧、電流または共振周波数が金属異物の無いときに比べて変化する。一方、着目する異物センサ単体のサーチコイルの位置に金属異物が存在しても、交流電源の交流の駆動周波数が他の異物センサ単体の共振回路の共振周波数であれば、二端子間の電圧、電流または共振周波数は金属異物の無いときと略変わらない。そのため、交流電源から各共振回路の共振周波数に合わせた駆動周波数の交流が出力されたときの二端子間の電圧、電流または共振周波数と金属異物の無いときのそれとを比較すれば、金属異物の有無や位置が特定できる。
【００１０】
また、本発明の金属異物検出装置では、異物センサ単体の共振回路に含まれるコンデンサをサーチコイルと直列に接続し、異物センサユニットの二端子間に、複数の異物センサ単体の共振回路を並列に接続する。あるいは、異物センサ単体の共振回路に含まれるコンデンサをサーチコイルと並列に接続し、異物センサユニットの二端子間に、複数の異物センサ単体の共振回路を直列に接続する。
【００１１】
また、本発明の金属異物検出装置では、異物センサユニットを構成する複数の異物センサ単体が、各々、同一巻数のサーチコイルと、異なる値のコンデンサとを含む共振回路を備えるように構成する。
こうすることで、各異物センサ単体の共振回路の共振周波数を違えることができる。
【００１２】
また、本発明の金属異物検出装置では、異物センサユニットを構成する複数の異物センサ単体が、各々、異なる巻数のサーチコイルと、同一の値のコンデンサとを含む共振回路を備えるように構成しても良い。
こうすることで、各異物センサ単体の共振回路の共振周波数を違えることができる。
【００１３】
また、本発明の金属異物検出装置では、異物センサユニットは、さらに、二端子間に電気接続する複数の共振回路の閉ループを開放するスイッチを備えており、このスイッチが、金属異物の検出時には閉ループを閉じ、送電ユニットから受電ユニットへの給電時には閉ループを開放する。
給電時に閉ループが閉じていると、給電中の主磁束が閉ループを貫くことにより、閉ループに大きな循環電流が流れ、サーチコイルの許容電流値を超える虞がある。給電時に閉ループを開放すれば、それが防止できる。
【００１４】
また、本発明の金属異物検出装置では、異物センサ単体のサーチコイルを、複数のコイル部分で構成し、送電ユニットから受電ユニットへの給電時の主磁束により、複数のコイル部分に、互いに打ち消し合う逆向きの電流が誘起されるようにしても良い。
例えば、異物センサ単体のサーチコイルを、８字形コイルとしても良い。
給電中の主磁束が、８字形コイルの対を成す二つのコイルを貫いても、二つのコイルで発生する誘起電流が相殺されるため、大きな循環電流の発生が防止できる。
【００１５】
また、本発明の金属異物検出装置では、異物センサ単体のサーチコイルを、８字形コイルを二つ組合わせたクローバー形コイルとしても良い。
この場合も、各コイルで発生する誘起電圧が相殺されるため、大きな循環電流の発生が防止できる。
【００１６】
また、本発明の金属異物検出装置では、送電ユニット上に配置された異物センサユニットのサーチコイルの面積を、送電ユニットから受電ユニットへの給電時に磁束密度の高い主磁束が到達する箇所では、磁束密度の低い主磁束が到達する箇所に比べて、狭く設定するようにしても良い。
主磁束の磁束密度が高くても、サーチコイルの面積を小さくし、コイルを貫く磁束量を減らすことで、給電時の誘起電流を少なくできる。
【００１７】
また、本発明の金属異物検出装置では、送電ユニットから受電ユニットへの給電時に磁束密度の高い主磁束が到達する箇所にサーチコイルを配置する異物センサ単体の共振回路の共振周波数は、磁束密度の低い主磁束が到達する箇所にサーチコイルを配置する異物センサ単体の共振回路の共振周波数に比べて、主磁束の周波数との差分が大きくなるように設定することが望ましい。
共振回路の共振周波数を主磁束の周波数から離すことで、給電時の誘起電流を少なくできる。
【００１８】
また、本発明の金属異物検出装置では、サーチコイルを印刷技術で形成することができる。
【００１９】
また、本発明の金属異物検出装置では、サーチコイルを、隣接するサーチコイルと一部が重なるように配置することが望ましい。
サーチコイル間の隙間を無くすことで、金属異物の検出精度を高めることができる。
【００２０】
また、本発明の金属異物検出装置では、送電ユニットから受電ユニットへの給電を一時停止して、交流電源から異物センサユニットの各共振回路に交流を供給し、異物識別手段が金属異物を識別しなかったとき、給電を再開するようにしても良い。
こうすることで、給電途中に紛れ込んだ金属異物を検出することができる。
【００２１】
また、本発明の金属異物検出装置では、送電ユニットを地表に設置し、受電ユニットを自動車の車底に設置し、異物センサユニットのサーチコイルを送電ユニット上に配置することで、電気自動車用非接触給電装置の空隙に紛れ込んだ金属異物を検出することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の金属異物検知装置は、非接触給電装置の送電ユニットと受電ユニットとの空隙に紛れ込んだ金属異物の有無や、その位置を簡単な構成で検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施形態に係る金属異物検知装置の構成を示す図
【図２】図１のサーチコイルが送電ユニット上に配置された状態を示す図
【図３】図１の異物センサユニットの回路構成を示す図
【図４】直列共振回路を並列接続した異物センサユニットの金属異物の有無による周波数特性の変化を示す図、
【図５】並列共振回路を直列接続した異物センサユニットの金属異物の有無による周波数特性の変化を示す図、
【図６】異物センサユニットの循環電流を防ぐスイッチ配置を示す図
【図７】８字形サーチコイルの循環電流について説明する図
【図８】異物センサユニットの８字形サーチコイルが配置された送電ユニットを示す図
【図９】実験に用いた異物センサユニットを示す図
【図１０】実験結果（金属異物の位置及び種別との関係）を示す図
【図１１】実験での金属異物の位置とサーチコイルとの関係を示す図
【図１２】実験結果（金属異物の有無による電流、電圧比）を示す図
【図１３】従来の電気自動車用非接触給電装置を示す図
【図１４】従来の金属異物検知装置を示す図
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図１は、本発明の実施形態に係る金属異物検知装置の一例を模式的に示している。
この装置は、サーチコイルＬとコンデンサＣとの共振回路で構成された異物センサ単体（その一つを符号４０で示す）の複数個で構成された異物センサユニット４と、異物センサユニットの各共振回路に交流を供給する可変周波数電源５１と、金属異物の有無と金属異物の位置とを識別する異物識別部５２とを備えている。
異物センサユニット４の各共振回路のサーチコイルＬは、非接触給電装置の送電ユニット上の金属異物を検知しようとする領域に配置される。
【００２５】
図２では、送電ユニット１０の磁極の上に異物センサユニット４のサーチコイルＬを配置している。これは、給電中の主磁束の磁束密度が最も高い磁極の上に金属異物が存在すると、その形状が小さくても、給電中に危険温度に達する可能性があり、そうした危険な小金属異物を検知対象としているためである。勿論、送電ユニット１０の全面にサーチコイルＬを配置しても構わない。
【００２６】
図３は、異物センサユニット４の回路構成を示している。
異物センサユニット４は、図３（ａ）に示すように、サーチコイルＬとコンデンサＣとを直列接続した直列共振回路の複数を二端子間に並列に接続して構成され、あるいは、図３（ｂ）に示すように、サーチコイルＬとコンデンサＣとを並列接続した並列共振回路の複数を二端子間に直列に接続して構成される。
異物センサユニット４の各共振回路は、異なる共振周波数を有している。そのために、各共振回路は、同一巻数のサーチコイルと、異なる値のコンデンサとを用いて構成され、あるいは、異なる巻数のサーチコイルと、同一の値のコンデンサとを用いて構成される。
【００２７】
可変周波数電源５１は、定電圧または定電流の交流であって、時間的に周波数を変えた交流を異物センサユニット４の二端子間に供給する。可変周波数電源５１から出力される交流の周波数は、異物センサユニット４の各共振回路の共振周波数が含まれるようにスイープされる。
このとき、異物センサユニット４の二端子間の電圧及び電流は、送電ユニット１０の磁極上での金属異物の有無により変化する。
【００２８】
図４、図５は、共振回路の共振周波数を１４０ｋＨｚ、１６０ｋＨｚ、１８０ｋＨｚ、２００ｋＨｚに設定した４個のサーチコイルから成る異物センサユニットの周波数特性をシミュレーションした結果について示している。図４は、図３（ａ）と同様に、４個の直列共振回路を並列接続したとき（直列共振回路の並列接続）の結果であり、図５は、図３（ｂ）と同様に、４個の並列共振回路を直列接続したとき（並列共振回路の直列接続）の結果である。
図４、図５では、金属異物が無いときの周波数特性を実線で示し、共振周波数が１６０ｋＨｚの共振回路のサーチコイル付近に金属異物を置いたときの周波数特性を点線で示している。
【００２９】
異物センサユニットのインピーダンスは、直列共振回路の並列接続(図４)の場合、金属異物が無いとき、各共振回路の共振周波数で極小となり、金属異物が在るとき、金属異物が存在するサーチコイルの共振周波数付近でのみインピーダンスが増加する。
また、並列共振回路の直列接続(図５)の場合、金属異物が無いとき、各共振回路の共振周波数で極大になり、金属異物が在るとき、金属異物が存在するサーチコイルの共振周波数付近でのみインピーダンスが減少する。
【００３０】
図１の異物識別部５２は、異物センサユニット４の二端子間の電圧や電流を測定し、事前に測定した金属異物が存在しないときの電圧や電流と比較する。そして、測定した特性と、金属異物が存在しないときの特性との差分が閾値を超えるとき、金属異物が存在すると判定し、その差分が現われた周波数付近に共振周波数を有するサーチコイルの近辺に、金属異物が存在していると判定する。
【００３１】
ここで留意すべきは、図３（ａ）（ｂ）の異物センサユニットの回路には、共振回路を通って高周波交流が循環する閉ループが存在していることである。
閉ループが存在すると、送電ユニット１０から受電ユニット２０への給電時に、主磁束が閉ループを貫通し、誘起電圧が発生して、図３（ａ）（ｂ）に矢印で示す循環電流Ｉｒが流れる。この循環電流Ｉｒは、給電効率を低下させる。また、主磁束の磁束密度が高い箇所では、循環電流がサーチコイルの許容電流値を超える虞がある。
【００３２】
図６は、その対策として、給電時に閉ループを開放するスイッチＳを配置した構成を示している。直列共振回路の並列接続の場合は、図６（ａ）に示すように、ｎ個の直列共振回路をｎ個のスイッチで並列接続する。また、並列共振回路の直列接続の場合は、図６（ｂ）に示すように、各並列共振回路のコンデンサとサーチコイルとの間にスイッチを挿入する。
スイッチは、金属異物を検出するときにオンとし、給電中はオフとする。
【００３３】
また、循環電流を防ぐため、サーチコイルの形状を、主磁束が閉ループを貫通しても循環電流が発生しないように設定しても良い。
これは、サーチコイルを、特許文献２に記載されているように、８字形コイルの形状に成形することで実現できる。
この場合、図７に示すように、主磁束により、対を成す二つのコイルに同じ大きさの誘導電流が発生すれば、それらが相殺されて循環電流が発生しない。
図８は、磁極の上に８字形のサーチコイルを多数配置した送電ユニット１０を示している。
また、サーチコイルを、８字形コイルを二つ組合わせたクローバー形コイルとしても循環電流の発生が防止できる。
【００３４】
また、サーチコイルの面積を小さくすれば、主磁束の磁束密度が高くても、コイルを貫く磁束量を減らすことができ、給電時の誘起電流を少なくできる。また、給電時に磁束密度の高い主磁束が到達する箇所に配置されるサーチコイルの面積だけを、他より小さくしても良い。
また、共振回路の共振周波数が主磁束や主磁束の高調波の周波数に近いと、共振して循環電流が大きくなるため、磁束密度の高い主磁束が到達する箇所に配置されるサーチコイルの共振周波数は、主磁束や主磁束の高調波の周波数からできるだけ離すことが望ましい。
【００３５】
次に、本発明の効果を確かめるために実施した実験の結果について説明する。
この実験では、図９に示すように、６個の８字形コイルを２ｍｍのアクリル板で挟んだ異物センサユニット１４０を作成し、測定を行った。
図１０（ａ）は、この異物センサユニット１４０のコイル３に対して図１１のＡ、Ｂ、Ｃの位置に百円硬貨を置いたときのコイル３のインピーダンスと、百円硬貨が無いときのコイル３のインピーダンスとを比較し、また、コイル３とコイル４の間に図１１のＤの状態で百円硬貨を置いたときのコイル３、コイル４のインピーダンスと、百円硬貨が無いときのコイル３、コイル４のインピーダンスとを比較して示している。
隣接するサーチコイルの間に金属異物があるときのインピーダンス比が最も小さく、この状態のとき、異物の検知能力が低いことが分かる。
【００３６】
また、図１０（ｂ）は、異物センサユニット１４０の二端子間の電圧が金属異物の種類により、どのように変化するかを示している。この実験では、直列共振回路を並列接続した異物センサユニット１４０に１００ｍＡの定電流を流し、コイル３の上に金属異物が在るときと無いときの電圧を比較している。
図１２（ａ）は、直列共振回路を並列接続した異物センサユニット１４０に１００ｍＡの定電流を流し、駆動周波数を一つのコイルの共振周波数に設定して、そのコイルの上に金属異物を置いたとき、及び、置かないときの異物センサユニット１４０の二端子間の電圧を測定し、これをコイル１〜６の全てに対して行い、その測定結果と、算出した電圧比とを示している。
また、図１２（ｂ）は、並列共振回路を直列接続した異物センサユニット１４０に７．７Ｖの定電圧を印加し、駆動周波数を一つのコイルの共振周波数に設定して、そのコイルの上に金属異物を置いたとき、及び、置かないときの異物センサユニット１４０の二端子間の電流を測定し、これをコイル１〜６の全てに対して行い、その測定結果と、算出した電流比とを示している。
【００３７】
こうした実験結果に基づいて、金属異物の有無が識別できる電圧比または電流比を閾値として設定することにより、異物センサユニットの二端子間の電流や電圧の測定値から、金属異物の有無及び金属異物の位置が特定できる。
また、この実験結果から、送電ユニットの磁極上のサーチコイルは、図８に示すように、隣接するサーチコイルとの間に隙間が生じないように配置することが望ましいと分かる。また、隣接するサーチコイルと一部が重なるように、各サーチコイルを送電ユニット上に配置しても良い。これらの策を講じることで、閾値を高く設定することができ、金属異物の検知精度の向上を図ることができる。
また、サーチコイルの内径が小さく、巻数が多く、検知周波数が高い方がインピーダンスの変化が大きくなるため、そうすることにより、閾値を上げ、金属異物の検知能力を高めるようにしても良い。
内径の小さいサーチコイルは、印刷技術により容易に製造することが可能であり、また、印刷したサーチコイルを積層して巻数を増やすこともできる。
【００３８】
本発明の金属異物検出装置を電気自動車用非接触給電装置に用いる場合、給電開始に先立って金属異物検出装置を起動し、送電ユニット上の金属異物を検知するようにすれば、安全で給電効率が高い給電を始めることができる。また、給電を開始した後も、送電ユニットから受電ユニットへの給電を随時停止し、異物センサユニットの各共振回路に交流を供給して金属異物を検出し、金属異物が検知できなかったときに、給電を再開するようにすれば、給電途中に紛れ込んだ金属異物による被害を無くすことができる。
【００３９】
なお、ここでは、異物センサユニットの二端子間の電圧や電流を測定して金属異物を検知する場合について説明したが、図４、図５から明らかなように、それらの共振周波数の変位から金属異物を検知することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明の金属異物検出装置は、電気自動車用非接触給電装置や携帯機器の充電用非接触給電装置など、各種の非接触給電装置の金属異物の検出に広く利用することができる。
【符号の説明】
【００４１】
４      異物センサユニッ
１０    送電ユニット
２０    受電ユニット
３０    主磁束
４０    異物センサ単体
５１    可変周波数電源
５２    異物識別部
１０１  フェライト板
１０２  コイル
１０３  アルミ板
１４０  異物センサユニット
２０１  フェライト板
２０２  コイル
２０３  アルミ板
【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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