(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１交流電力を受電する第１共振器と、前記第１共振器が受電した前記第１交流電力を第１直流電力に変換して負荷に供給する受電回路とを備えた受電装置に対して非接触方式で前記第１交流電力を送電する送電装置であって、
前記第１交流電力を生成して第２共振器を介して前記第１交流電力を送電するインバータ回路と、
前記第１交流電力より小さい第２交流電力を生成して第３共振器を介して前記第２交流電力を送電する発振回路と、
前記第２交流電力に応じて変化する前記第３共振器における物理量に基づき、前記第１共振器と前記第３共振器との間に異物が存在するか否かを判断する異物検知判定回路と、
前記送電装置を制御する送電制御回路と、を具備し、
前記送電制御回路は、
前記第１交流電力の送電開始前に、前記異物検知判定回路に一連の複数の処理を実行させて異物が存在するか否かを判断させた後、前記インバータ回路に前記第１交流電力の送電を開始させ、
前記第１交流電力の送電開始後は、前記異物検知を行う異物検知期間と前記第１交流電力の送電を行う送電期間とを繰り返し、前記一連の複数の処理は前記繰り返される複数の異物検知期間で分割して実行され、
前記異物検知判定回路に、前記複数の異物検知期間を用いて前記一連の複数の処理を分割して実行させて、異物が存在するか否かを判断させる、
送電装置。
【請求項２】
前記一連の複数の処理を分割した各処理を実行させる分割期間は、送電の停止から、前記送電の停止を前記受電装置の通知部を用いて通知するまでの遅延期間より短い、
請求項１に記載の送電装置。
【請求項３】
前記一連の複数の処理は、前記変化後の物理量と所定の基準値との差分が予め設定された閾値よりも大きいとき、前記第１共振器と前記第３共振器との間に異物が存在すると判断する判断処理を含む、
請求項１または２に記載の送電装置。
【請求項４】
前記一連の複数の処理は、
前記第２交流電力に応じて変化する前記第３共振器における物理量を測定する測定処理と、
前記測定された物理量から算出した値に基づき、前記異物が存在するか否かを判断する判断処理と、を含む、
請求項１または２に記載の送電装置。
【請求項５】
前記一連の複数の処理は、
前記第２交流電力に応じて変化する前記第３共振器における物理量を測定する２種以上の測定処理と、
前記２種以上の測定処理の各々で測定された物理量から算出された値に基づいて、前記異物が存在するか否かを判断する判断処理と、を含む、
請求項１または２に記載の送電装置。
【請求項６】
前記２種以上の測定処理は、前記第３共振器の共振周波数ｆｒより低い第１の周波数ｆ１で前記発振回路が発振しているときに前記異物検知判定回路によって前記物理量を測定する第１種の測定処理と、前記第３共振器の共振周波数ｆｒより高い第２の周波数ｆ２で前記発振回路が発振しているときに前記異物検知判定回路によって前記物理量を測定する第２種の測定処理とを含む、
請求項５に記載の送電装置。
【請求項７】
前記一連の複数の処理は、第１の種類の異物に対応した第１の物理量を測定し、前記第１の種類の異物が存在するか否かを判断する第１判断処理と、第２の種類の異物に対応した第２の物理量を測定し、前記第２の種類の異物が存在するか否かを判断する第２判断処理とを含み、前記送電制御回路は、前記第１判断処理と前記第２判断処理との間に前記第１交流電力の送電を前記インバータに実行させる、
請求項１または２に記載の送電装置。
【請求項８】
前記第２共振器および前記第３共振器は、同一の共振器であり、
前記送電制御回路の制御により、前記インバータ回路と前記同一の共振器との電気的接続と、前記発振回路と前記同一の共振器との電気的接続とを切り替えるスイッチを備え、
前記送電制御回路は、
前記分割された一連の複数の処理の中の第１処理を終えて前記第１交流電力の送電を再開するとき、前記スイッチを制御して、前記発振回路と前記同一の共振器との電気的接続から前記インバータ回路と前記同一の共振器との電気的接続に切り替え、
前記第１交流電力の送電を中断して前記第１処理の次の第２処理を開始するとき、前記スイッチを制御して、前記インバータ回路と前記同一の共振器との電気的接続から前記発振回路と前記同一の共振器との電気的接続に切り替える、
請求項１から７のいずれか１項に記載の送電装置。
【請求項９】
前記第３共振器における物理量は、前記第３共振器に印加される電圧、前記第３共振器に流れる電流、前記第３共振器に印加される前記電圧の周波数、前記第３共振器の入力インピ−ダンス値、又は、前記第３共振器の入力インダクタンス値である、
請求項１から８のいずれか１項に記載の送電装置。
【請求項１０】
前記第１共振器は、コイル及びキャパシタを含む並列共振回路を有し、
前記第３共振器における物理量が前記第３共振器の入力インダクタンスであり、
前記異物検知判定回路は、
前記第１種の測定処理において前記周波数ｆ１で発振しているときの前記第３共振器の入力インダクタンス値Ｌｉｎ（ｆ１）を測定し、前記第２種の測定処理において前記周波数ｆ２で発振しているときの前記第３共振器の入力インダクタンス値Ｌｉｎ（ｆ２）とを測定し、
前記判断処理において、ｋ2＝１−Ｌｉｎ（ｆ２）／Ｌｉｎ（ｆ１）の式によって結合係数ｋを算出し、前記算出した結合係数ｋに基づいて異物が存在するか否かを判断する、
請求項６に記載の送電装置。
【請求項１１】
前記第１共振器は、コイル及びキャパシタを含む並列共振回路を有し、
前記第３共振器における物理量が前記第３共振器の入力インダクタンスであり、
前記異物検知判定回路は、
前記第１種の測定処理において前記周波数ｆ１で発振しているときの前記第３共振器の入力インダクタンス値Ｌｉｎ（ｆ１）を測定し、前記第２種の測定処理において前記周波数ｆ２で発振しているときの前記第３共振器の入力インダクタンス値Ｌｉｎ（ｆ２）を測定し、
前記判断処理において、前記Ｌｉｎ（ｆ１）と前記Ｌｉｎ（ｆ２）との比を算出し、前記算出した比に基づいて異物が存在するか否かを判断する、
請求項６に記載の送電装置。
【請求項１２】
前記第１共振器は、コイル及びキャパシタを含む並列共振回路を有し、
前記発振回路は、自励式の発振回路であり、かつ、前記第３共振器における物理量が前記第３共振器に印加される電圧の周波数であり、前記発振回路の発振周波数の２乗は前記第３共振器の入力インダクタンス値に反比例し、
前記異物検知判定回路は、
前記第１種の測定処理において前記発振回路が発振しているときの前記第３共振器の周波数ｆ１を測定し、前記第２種の測定処理において前記発振回路が発振しているときの前記第３共振器の周波数ｆ２を測定し、
前記判断処理において、ｋ2＝１−ｆ１2／ｆ２2の式によって結合係数ｋを算出し、前記算出した結合係数ｋに基づいて異物が存在するか否かを判断する、
請求項６に記載の送電装置。
【請求項１３】
請求項１から１２のいずれか１項に記載の送電装置と、
受電装置と、を備える、無線電力伝送システム。
【請求項１４】
第１交流電力を受電する第１共振器と、前記第１共振器が受電した前記第１交流電力を第１直流電力に変換して負荷に供給する受電回路とを備えた受電装置に対して非接触方式で前記第１交流電力を送電する送電装置であって、
前記第１交流電力を生成して第２共振器を介して前記第１交流電力を送電するインバータ回路と、
前記第１交流電力より小さい第２交流電力を生成して第３共振器を介して前記第２交流電力を送電する発振回路と、
前記第２交流電力に応じて変化する前記第３共振器における物理量に基づき、前記第１共振器と前記第３共振器との間に異物が存在するか否かを判断する異物検知判定回路と、
前記送電装置を制御する送電制御回路と、を具備した送電装置を用いて異物検知方法であって、
前記送電制御回路に、
前記第１交流電力の送電開始前に、前記異物検知判定回路に一連の複数の処理を実行させて異物が存在するか否かを判断させた後、前記インバータ回路に前記第１交流電力の送電を開始させ、
前記第１交流電力の送電開始後は、前記異物検知を行う異物検知期間と前記第１交流電力の送電を行う送電期間とを繰り返させ、前記一連の複数の処理は前記繰り返される複数の異物検知期間に分割して実行され、
前記複数の異物検知期間を用いて前記一連の複数の処理を分割して実行させて、前記異物検知判定回路に異物が存在するか否かを判断させる、
異物検知方法。
【請求項１５】
第１交流電力を受電する第１共振器と、前記第１共振器が受電した前記第１交流電力を第１直流電力に変換して負荷に供給する受電回路とを備えた受電装置に対して非接触方式で前記第１交流電力を送電する送電装置であって、
前記第１交流電力を生成して第２共振器を介して前記第１交流電力を送電するインバータ回路と、
前記第１交流電力より小さい前記第２交流電力を生成して第３共振器を介して前記第２交流電力を送電する発振回路と、
前記第２交流電力に応じて変化する前記第３共振器における物理量を測定し、前記測定された物理量に基づき、前記第１共振器と前記第３共振器との間に異物が存在するか否かを判断する異物検知判定回路と、
前記送電装置を制御する送電制御回路と、を具備し、
前記送電制御回路は、
前記第１交流電力の送電開始前に、前記物理量の測定から前記異物の判断までの一連の複数の処理を前記異物検知判定回路に実行させて異物が存在するか否かを判断させた後、前記インバータ回路に前記第１交流電力の送電を開始させ、
前記第１交流電力の送電開始後は、前記異物検知を行う異物検知期間と前記第１交流電力の送電を行う送電期間とを繰り返し、前記一連の複数の処理に含まれる前記物理量の測定は前記繰り返される複数の異物検知期間で分割して実行され、前記一連の複数の処理に含まれる前記物理量の測定以外の処理は前記繰り返される複数の送電期間で分割して実行され、
前記異物検知判定回路に、前記複数の異物検知期間を用いて前記物理量の測定を分割して実行させ、前記送電期間と並行して前記物理量の測定以外の処理を実行させ、異物が存在するか否かを判断させる、
送電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、無線で電力を伝送する送電装置および無線電力伝送システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話機や電気自動車などの移動性を伴う電子機器やＥＶ機器が普及している。このような機器を対象とする無線電力伝送システムの開発が進められている。無線電力伝送技術には、電磁誘導方式、磁界共鳴方式（共振磁界結合方式）、および電界結合方式などの方式がある。
【０００３】
電磁誘導方式および磁界共鳴方式による無線電力伝送システムは、送電コイルを備えた送電装置と、受電コイルを備えた受電装置とを備える。送電コイルによって生じた磁界を受電コイルが補捉することにより、電極を直接接触させることなく電力を伝送することができる。磁界共鳴方式による無線電力伝送システムは、例えば特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−３３７８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、かかる従来技術では、送電開始後も精度の高い異物検出を実現できる無線電力伝送システムの送電装置が求められていた。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の一態様に係る送電装置は、
第１交流電力を受電する第１共振器と、前記第１共振器が受電した前記第１交流電力を第１直流電力に変換して負荷に供給する受電回路とを備えた受電装置に対して非接触方式で前記第１交流電力を送電する送電装置であって、
前記第１交流電力を生成して第２共振器を介して前記第１交流電力を送電するインバータ回路と、
前記第１交流電力より小さい前記第２交流電力を生成して第３共振器を介して前記第２交流電力を送電する発振回路と、
前記第２交流電力に応じて変化する前記第３共振器における物理量に基づき、前記第１共振器と前記第３共振器との間に異物が存在するか否かを判断する異物検知判定回路と、
前記送電装置を制御する送電制御回路と、を具備し、
前記送電制御回路は、
前記第１交流電力の送電開始前に、前記異物検知判定回路に一連の複数の処理を実行させて異物が存在するか否かを判断させた後、前記インバータ回路に前記第１交流電力の送電を開始させ、
前記第１交流電力の送電開始後は、前記異物検知を行う異物検知期間と前記第１交流電力の送電を行う送電期間とを繰り返し、前記一連の複数の処理は前記繰り返される複数の異物検知期間で分割して実行され、
前記異物検知判定回路に、前記複数の異物検知期間を用いて前記一連の複数の処理を分割して実行させて、異物が存在するか否かを判断させる。
【０００７】
これらの包括的または具体的な態様は、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラム、または、記録媒体によって実現されてもよい。あるいは、システム、装置、方法、集積回路、コンピュータプログラムおよび記録媒体の任意な組み合わせによって実現されてもよい。
【発明の効果】
【０００８】
本開示の一態様によると、送電開始後も精度の高い異物検知を実現できる無線電力伝送システムの送電装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】無線電力伝送システムにおける動作の概要を示す図である。
【図２】遅延期間およびこれに基づく受電装置の動作を説明するための図である。
【図３】受電装置における動作の例を示すフローチャートである。
【図４】本開示における分割された一連の複数の処理の例を説明するための図である。
【図５】本開示の異物検知動作の他の態様を示す図である。
【図６】本開示の実施形態における、送電停止期間の短縮化の効果の一例を示す図である。
【図７】本開示の実施形態１における無線電力伝送システムの概略構成を示す図である。
【図８】実施形態１における送電回路のより詳細な構成を示す図である。
【図９】発振回路の構成例を示す図である。
【図１０】充電と異物検知のタイミングを説明するための図である。
【図１１】異物検知に使用される結合係数推定方法の動作原理を説明するための図である。
【図１２】送電装置１００および受電装置２００の具体的な回路構成例を示す図である。
【図１３】結合係数に基づく異物検知処理の流れを示すフローチャートである。
【図１４】異物検知処理の他の例を示すフローチャートである。
【図１５】閾値の設定方法の第１の例を示す図である。
【図１６】閾値の設定方法の第２の例を示す図である。
【図１７】閾値の設定方法の第３の例を示す図である。
【図１８】閾値の設定方法の第４の例を示す図である。
【図１９】実施形態１における処理分割の第１の例を説明するための図である。
【図２０Ａ】評価用端末７機種について、アルミ異物がある場合とない場合のそれぞれにおいて、結合係数と入力インダクタンス値とを測定した結果を示す図である。
【図２０Ｂ】評価用端末７機種について、鉄異物がある場合とない場合のそれぞれにおいて、結合係数とコイル端電圧とを測定した結果を示す図である。
【図２１】実施形態１における処理分割の第２の例を説明するための図である。
【図２２】実施形態１における処理分割の第３の例を説明するための図である。
【図２３】実施形態１における処理分割の第４の例を説明するための図である。
【図２４】実施形態１における処理分割の第５の例を説明するための図である。
【図２５】実施形態１における処理分割の第５の例の変形例を示す図である。
【図２６】実施形態１における処理分割の第６の例を説明するための図である。
【図２７】実施形態２における無線電力伝送システムの構成を示す図である。
【図２８】実施形態２における送電回路の詳細な構成を示す図である。
【図２９】実施形態２における切替スイッチ１００２の構成を示す図である。
【図３０】評価用端末７機種を用いて、異物の有無を判断した検知結果を示す第１の図である。
【図３１】評価用端末７機種を用いて、異物の有無を判断した検出結果を示す第２の図である。
【図３２】評価用端末７機種を用いて、異物の有無を判断した検出結果を示す第３の図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（本開示の基礎となった知見）
本発明者らは、「背景技術」の欄において記載した無線電力伝送システムにおける送電装置に関し、以下の課題が生じることを見いだした。
【００１１】
まず、「異物」の定義について説明する。本開示において、「異物」とは、無線電力伝送システムにおける送電コイル（もしくは異物検知用のコイル）又は受電コイルの近傍に位置したときに、送電コイル及び受電コイルの間で伝送される電力に起因して発熱する、金属及び人体（動物）などの物体を意味する。
【００１２】
次に、送電装置の動作について説明する。送電装置は、まず、送電装置の電源スイッチがＯＮにされると、送電装置の送電コイルと受電装置の受電コイルとの位置合せを行う。「位置合わせ」とは、送電装置における送電共振器（送電コイルを含む）と受電装置における受電共振器（受電コイルを含む）とが、電力伝送に適した配置関係にあることを検出する動作を意味する。送電コイルと受電コイルとの位置合せが完了すると、送電コイルと受電コイルとの間に異物が存在するか否かを判断する異物検知を行う。異物検知は、例えば、送電コイルに印加される電圧などの物理量の変化を検出することによって行われ得る。送電コイルと受電コイルとの間に異物が存在しないと判断すると、送電コイルから受電コイルに非接触で交流電力を送電する。
【００１３】
しかし、送電コイルと受電コイルとの間に異物が存在しないと判断された後であっても、送電中に異物がコイル間に侵入することがあり得る。例えば、送電装置が車両の内部に設置された充電台であり、受電装置がスマートフォン、タブレット端末、携帯電話などの非接触充電が可能な機器（受電端末）に搭載されている場合を想定する。このような場合、移動中の車体の振動により、充電中の送電コイルと受電コイルとの間にコイン等の異物が侵入する可能性がある。このように、異物が送電コイルと受電コイルとの間に侵入すると、異物に渦電流が発生し、異物が過熱する虞がある。
【００１４】
そのため、本発明者らは、上記のような異物の過熱を防止するため、送電装置が送電を開始した後に、異物検知を行う異物検知期間と、送電を行う送電期間とを繰り返し、異物が過熱しないように監視することを検討している。
【００１５】
図１は、本発明者らが検討している無線電力伝送システムにおける動作の概要を示す図である。このシステムでは、送電装置は、まず異物検知を行い、異物がないと判断した後、送電を開始する（初期検知および初期送電）。送電開始後、一定の時間（例えば数秒）が経過すると、送電装置は、送電を停止し、異物検知を再度行う。以後、送電と異物検知とを繰り返す。このような動作により、送電を継続しながら、異物の侵入を監視することができる。
【００１６】
一方、特許文献１には、１つの送電コイルと１つの受電コイルとを用いて、送電コイルの誘起電圧の波形に基づいて異物を検出するシステムが開示されている。このシステムにおける送電装置は、送電開始前においては、送電周波数とは異なる周波数を用いて異物を検知する。一方、送電中においては、送電周波数と同じ周波数を用いて、送電を行いながら定期的に異物を検知する。
【００１７】
送電中の異物検知については、具体的には、１回の異物検知期間で次のことが行われる。即ち、送電装置は、送電周波数と同じ周波数の電圧波形を１回測定して、上記電圧波形のパルス幅を算出し、基準値からのパルス幅の変化量に基づいて、異物が存在するか否かを判断する。
【００１８】
このように、特許文献１の送電装置は、１回の異物検知期間で、測定処理、算出処理および判断処理の一連の複数の処理を行う。
【００１９】
しかしながら、本発明者らは、特許文献１に開示された異物検知方法では、次の課題が発生することを見出した。
【００２０】
特許文献１における送電装置は、送電中に送電周波数と同じ周波数を用いて異物検知を行う。一般的に、送電時の電力は、異物検知時の電力よりも非常に大きい。例えば、送電時の電力は、異物検知時の電力の約１００倍〜約１０００倍である。よって、特許文献１のシステムでは、送電時の電圧の振幅の変動に対し、異物が存在することに起因する電圧の振幅の変動は小さい。このため、ＳＮ比が十分に大きくならず、高い精度で異物検知を行うことが困難である。さらに、特許文献１のシステムでは、送電中に送電周波数と同じ周波数を用いて異物検知が行われるため、送電の影響を受け、異物検知の精度が低くなる。
【００２１】
そこで、上記課題を解決するために、送電コイルとは別に異物検知コイルを設けて、送電開始前と同様に、送電中に送電周波数とは異なる周波数で異物検知を行うことが考えられる。
【００２２】
しかし、その場合、送電中の電力による複数の高調波などが異物検知コイルに影響を及ぼし、異物検知コイルにノイズを混入させる。よって、異物検知コイルを設けても、送電中に高い精度で異物検知を行うことは困難である。
【００２３】
特許文献１では、１回の異物検知について、１つの物理量（電圧）の波形を１回しか測定していないので、高い精度で異物検知を行うことが困難であるという課題もある。即ち、異物には、様々な材質や形状の異物があるが、特許文献１の方法では、様々な材質や形状の異物を検知することができない。
【００２４】
高い精度でこれらの様々な異物の検知を行うためには、例えば、１つ以上の物理量（例えば、送電コイルに印加される電圧、周波数など）を複数回測定する処理（測定処理）、複数回測定して得られた物理量に基づいて異物の有無の判断に用いられる指標値（例えば、結合係数など）の算出を行う処理（算出処理）、および異物が存在するか否かを判断する処理（判断処理）を含む一連の複数の処理が求められる。ここで、「物理量」とは、送電コイルに印加される電圧、送電コイルに流れる電流、送電コイルに印加される周波数、送電コイルの入力インピ−ダンス値、又は、送電コイルの入力インダクタンス値などのコイルに関する電気的な単位を有する量を意味する。さらに、異物検知は、送電の影響を避けるために送電を停止させて行うことが求められる。
【００２５】
一方、上記のような一連の複数の処理を行う場合、１回の異物検知期間が長くなるという課題が発生する。１回の異物検知期間を長く設定し、その中で多くの処理を実行すれば、精度が高い異物検知を行うことも可能ではある。しかし、１回の異物検知期間に長い時間を割り当てて送電を長い時間停止させることは好ましくない。送電期間の長さに対する異物検知期間の長さの割合が大きいと、送電効率が低下する。例えば、送電装置がワイヤレス充電器である場合、送電を開始してから受電装置の負荷（例えば二次電池）の充電が完了するまでに時間がかかる。
【００２６】
このように、本発明者らは、特許文献１に開示された異物検知方法よりも高い精度で異物の検知を行うためには、一連の複数の処理を行い、かつ、異物検知期間と送電期間とを分割することが有効であることを見出した。しかし、そのようにすると、送電を行っている送電時間に対する異物検知を行う時間（送電停止時間）の割合が大きくなり、送電効率が低下するという課題を見出した。
【００２７】
特に、受電装置がスマートフォンである場合、各メーカは、送電が停止してから、送電の停止を受電装置の通知部（例えば、ランプ）を用いて通知するまでの期間（遅延期間と称する。）の長さを設定している。遅延期間の長さは、メーカおよび機種によって異なる。この長さは、例えば、５ｍ秒〜１０ｍ秒程度の長さに設定され得る。
【００２８】
図２は、受電装置に設定された遅延期間およびこれに基づく受電装置の動作を説明するための図である。図２（ａ）は遅延期間の長さＴＡ１を示している。図２（ｂ）は送電停止時間Ｔ１が遅延期間の長さＴＡ１よりも長い場合の例を示している。図２（ｃ）は送電停止時間ＴＳ１が遅延期間の長さＴＡ１よりも短い場合の例を示している。
【００２９】
図２（ｂ）に示すように、送電（即ち充電）が停止している時間Ｔ１（送電停止時間）が、遅延期間の長さＴＡ１を超えると、スマ−トフォンの受電モジュ−ルが、スマートフォンにおける点灯しているランプ（充電中であることを表すランプ）を消灯させる。送電の停止が遅延期間ＴＡ１の長さを超えた後、異物検知が終了し、送電が再開されると、受電モジュールは、充電中であることを表すランプを再度点灯させる。
【００３０】
一方、図２（ｃ）に示すように、送電停止時間ＴＳ１が遅延期間の長さＴＡ１以下である場合、受電モジュールは、ランプを点灯状態のまま維持する。送電停止時間ＴＳ１の経過後、送電が再開されると、受電モジュールは、ランプを点灯させたまま、受電を再開する。
【００３１】
図３は、受電装置における上記の動作を示すフローチャートである。受電装置は、ステップＳ３０１において、受電を感知すると、ステップＳ３０２に進み、充電インジケータ（例えば上記のランプ）を点灯させる。続いて、ステップＳ３０３において、受電の停止を感知すると、ステップＳ３０４に進み、一定時間ごとに受電を感知したか否かを判断する。ここでＹｅｓと判断した場合、ステップＳ３０５に進み、受電装置は受電を再開する。Ｎｏと判断した場合、ステップＳ３０６に進み、受電装置は、受電の停止を感知してから遅延期間が経過したかを判断する。ここでＹｅｓと判断した場合、ステップＳ３０７に進み、受電装置は、充電インジケータを消灯させる。Ｎｏと判断した場合、ステップＳ３０４に戻り、再び受電の感知を判断する。
【００３２】
なお、充電インジケータの点灯動作および消灯動作は、必ずしも受電装置が直接行わなくてもよい。例えば、受電装置は受電モジュールの搭載されている受電端末に点灯または消灯の命令だけを出して、実際の点灯または消灯は受電端末が行ってもよい。
【００３３】
以上のような動作を行う受電装置に、異物検知期間と送電期間とを繰り返す充電方法を適用した場合、異物検知期間が長いと、充電インジケータが点滅を繰り返すことになる。特に、車載用の充電システムにおいて、運転中にスマートフォンのランプが点灯と消灯とを繰り返す（点滅する）と、ユーザが気を取られてしまう可能性もある。
【００３４】
以上をまとめると、送電装置が送電を開始した後に、異物検知を行う異物検知期間と、送電を行う送電期間とを繰り返す際、高い精度の異物検知を行うためには、上記のように一連の複数の処理を行うことが必要である。しかし、一連の複数の処理の全てを行うためには、送電停止時間を長くする必要があることが分かった。本発明者らは、そのことにより、送電効率が低下し、運転中にランプが点滅してしまいユーザが気を取られてしまう可能性があるという課題を見出した。
【００３５】
従って、送電装置が送電を開始した後に、異物検知期間と送電期間とを繰り返す際、送電停止時間を短くして送電効率が低下することを防止しつつ、一方で、送電開始後も高い精度の異物検知を実現できる送電装置が望まれている。さらに、送電停止時間を短くして、充電中であることを表すインジケータ（例えばランプ）の点灯を維持する送電装置が望まれている。
【００３６】
以上の考察により、本発明者らは、以下に開示する各態様を想到するに至った。
【００３７】
本開示の一態様に係る送電装置は、
第１交流電力を受電する第１共振器と、前記第１共振器が受電した前記第１交流電力を第１直流電力に変換して負荷に供給する受電回路とを備えた受電装置に対して非接触方式で前記第１交流電力を送電する送電装置であって、
前記第１交流電力を生成して第２共振器を介して前記第１交流電力を送電するインバータ回路と、
前記第１交流電力より小さい前記第２交流電力を生成して第３共振器を介して前記第２交流電力を送電する発振回路と、
前記第２交流電力に応じて変化する前記第３共振器における物理量に基づき、前記第１共振器と前記第３共振器との間に異物が存在するか否かを判断する異物検知判定回路と、
前記送電装置を制御する送電制御回路と、を具備し、
前記送電制御回路は、
前記第１交流電力の送電開始前に、前記異物検知判定回路に一連の複数の処理を実行させて異物が存在するか否かを判断させた後、前記インバータ回路に前記第１交流電力の送電を開始させ、
前記第１交流電力の送電開始後は、前記異物検知を行う異物検知期間と前記第１交流電力の送電を行う送電期間とを繰り返し、前記一連の複数の処理は前記繰り返される複数の異物検知期間で分割して実行され、
前記異物検知判定回路に、前記複数の異物検知期間を用いて前記一連の複数の処理を分割して実行させて、異物が存在するか否かを判断させる。
【００３８】
上記態様によると、
送電制御回路は、前記第１交流電力の送電開始前に、前記異物検知判定回路に一連の複数の処理を実行させて異物が存在するか否かを判断させた後、前記インバータ回路に前記第１交流電力の送電を開始させる。
【００３９】
前記第１交流電力の送電開始後は、前記異物検知を行う異物検知期間と前記第１交流電力の送電を行う送電期間とを繰り返す。
【００４０】
異物検知期間と送電期間とが繰り返されることにより、複数の異物検知期間が発生する。前記複数の異物検知期間において前記一連の複数の処理を分割した各処理が実行される。送電制御回路は、前記異物検知判定回路に、前記分割された一連の複数の処理の中の各処理の全ての処理（各処理からなる全処理）を実行させて、異物が存在するか否かを判断させる。
【００４１】
このことにより、１回の異物検知期間の長さを短くすることができ、送電を行っている送電時間に対する異物検知を行う時間の割合を減少させる（即ち、送電停止時間を短縮させる）ことができる。よって、送電効率が低下するのを防止することができる。また、１回の前記異物検知期間の長さを短く（即ち、送電停止時間を短縮）することができる。例えば、送電停止から、上記送電停止を受電装置の通知部を用いて通知するまでの遅延期間の長さより、送電停止時間を短くすることができる。このため、充電中であることを表すランプの点灯を連続して維持することができる。
【００４２】
さらに、前記一連の複数の処理の中の分割された各処理からなる全処理を実行させて、前記異物検知判定回路に異物が存在するか否かを判断させることにより、高い精度の異物検知を行うことができる。
【００４３】
以下、図４から図６を参照しながら、本開示における送電動作および異物検知動作の概要を説明する。
【００４４】
図４は、本開示における分割された一連の複数の処理の例を説明するための図である。図４の上段は、特許文献１のシステムのように、１種類の物理量のみに基づく異物検知を、連続する２つの送電期間の間に行う場合の例を示している。図４の中段は、一連の複数の処理によって精度を向上させた異物検知を、連続する２つの送電期間の間に行う場合の例を示している。この例では、一連の複数の処理を実行するため、１種類の物理量のみに基づく異物検知よりも１回の異物検知期間が長くなっている。図４の下段は、一連の複数の処理を、繰り返される複数の異物検知期間で分割して実行することにより、１回の異物検知期間を短く抑えた例を示している。
【００４５】
この例では、一連の複数の処理は、第１の測定処理、第２の測定処理、算出処理、および判断処理の４つの処理に分割されている。第１の測定処理は、例えば、発振回路が受電共振器の共振周波数ｆｒよりも低い第１周波数ｆ１で発振しているときの送電コイルの入力インダクタンス値Ｌｉｎ（ｆ１）を測定する処理であり得る。第２の測定処理は、例えば、発振回路が受電共振器の共振周波数ｆｒよりも高い第２周波数ｆ２で発振しているときの送電コイルの入力インダクタンス値Ｌｉｎ（ｆ１）を測定する処理であり得る。算出処理は、例えば、２つの入力インダクタンス値Ｌ１およびＬ２から、ｋ≒１−Ｌｉｎ（ｆ２）／Ｌｉｎ（ｆ１）の式を用いて結合係数ｋを算出する処理であり得る。判断処理は、例えば、算出された結合係数ｋが、所定の閾値よりも低くなったか否かを判断する処理であり得る。これらの４つの処理により、送電コイルと受電コイルとの間の異物を検出できる。これらの処理の詳細については後述する。
【００４６】
図５は、本開示の異物検知動作の他の態様を示す図である。この例では、送電装置は、一連の複数の処理のうち、第１の測定処理および第２の測定処理のみを、複数の異物検知期間で分割して実行し、続く算出処理および判断処理は、送電期間中に実行する。このように、一連の複数の処理に含まれる物理量の測定については、繰り返される複数の異物検知期間で分割して実行し、一連の複数の処理に含まれる物理量の測定以外の処理については、繰り返される複数の送電期間で分割して実行してもよい。すなわち、一連の複数の処理の一部のみを、複数の異物検知期間で分割して実行してもよい。この態様によれば、全送電期間に対する送電停止期間の長さの割合をさらに小さくすることができる。
【００４７】
図６は、本開示の実施形態における、送電停止期間の短縮化の効果の一例を示す図である。この例では、一連の複数の処理は、アルミニウム製の異物（以下、「アルミ異物」と称することがある。）を検知する処理と、鉄製の異物（以下、「鉄異物」と称することがある。）を検知する処理とを含む。アルミ異物は、後述するように、例えば送電コイルまたは異物検知コイルの入力インダクタンスの変化に基づいて検出され得る。鉄異物は、後述するように、例えば送電コイルまたは異物検知コイルに印加される電圧の変化に基づいて検出され得る。
【００４８】
図６に示す例では、遅延期間の長さＴＡ１は５ｍ秒であり、アルミ異物の検知に要する期間ＴＳ１および鉄異物の検出に要する期間ＴＳ２は４ｍ秒である。したがって、図６の中段に示すように、アルミ異物の検知と鉄異物の検知とを連続して行う場合には、１回の異物検知期間の長さは約８ｍ秒となる。この場合、異物検知期間が遅延期間よりも長いため、前述のように、受電装置のインジケータ（即ち通知部）が点滅する問題が生じる。
【００４９】
一方、図６の下段に示すように、アルミ異物の検知と鉄異物の検知とを分割して行う場合、１回の異物検知期間の長さは約４ｍ秒となる。この場合、異物検知期間が遅延期間よりも短くなるため、受電装置のインジケータが点滅する問題を回避できる。
【００５０】
以下、図面を参照しながら、本開示のより具体的な実施の形態を説明する。なお、本開示は、以下の実施の形態に限定されるものではない。各実施形態に各種の変形を施したり、複数の実施の形態を組み合わせたりすることによって新たな実施の形態を構成してもよい。以下の説明において、同一または類似する構成要素には同一の参照符号を付している。
【００５１】
（実施形態１）
図７は、本開示の第１の実施形態による無線電力伝送システムの概略構成を示すブロック図である。本実施形態の無線電力伝送システムは、送電回路１０００と、送受電共振器対１０１０と、検出共振器１０１１と、受電回路１０２０とを備えている。送電回路１０００は、直流電源１０３０から入力される直流（ＤＣ）エネルギ（電力）を交流（ＡＣ）エネルギ（電力）に変換して出力するように構成されている。送受電共振器対１０１０は、送電回路１０００から出力された交流エネルギを無線で伝送するように構成されている。送受電共振器対１０１０は、送電共振器（送電アンテナとも称する。）１０１０ａと受電共振器（受電アンテナとも称する。）１０１０ｂとの対からなる。送電共振器１０１０ａ、検出共振器１０１１、および受電共振器１０１０ｂの各々は、コイルおよびコンデンサを含む共振回路によって構成される。送受電共振器対１０１０は、電磁誘導または共振磁界結合によって送電回路１０００から出力された交流エネルギを受電回路１０２０に無線で伝送する。受電回路１０２０は、送受電共振器対１０１０によって伝送された交流エネルギを直流エネルギに変換して負荷１０４０に供給する。検出共振器１０１１は、異物を検知する際に用いられる。
【００５２】
本実施形態では、受電共振器は、第１交流電力を受電する第１共振器として機能する。送電共振器は、受電装置に対して非接触方式で第１交流電力を送電する第２共振器として機能する。検出共振器は、第１交流電力よりも小さい第２交流電力を受電装置に対して非接触方式で送電する第３共振器として機能する。
【００５３】
送電回路１０００および送電共振器１０１０ａは、送電装置に搭載され得る。受電共振器１０１０ｂ、受電回路１０２０、負荷１０４０は、受電装置に搭載され得る。受電装置は、例えばスマートフォン、タブレット端末、携帯端末などの電子機器（受電端末）、または電気自動車などの電動機械に搭載され得る。送電装置は、受電装置に無線で電力を供給する充電器であり得る。負荷１０４０は、例えば二次電池を有する機器であり得る。負荷１０４０は、受電回路１０２０から出力された直流エネルギによって充電され得る。
【００５４】
受電共振器１０１０ｂは、後に詳しく説明するように、受電コイルと、受電コイルに並列に接続されたコンデンサとを含む並列共振回路である。共振周波数は所定の値ｆｒに設定されている。受電共振器１０１０ｂが送電共振器１０１０ａから空間を介して非接触で受け取った交流エネルギは、受電回路１０２０に送られる。
【００５５】
受電回路１０２０は、受電共振器１０１０ｂおよび負荷１０４０に接続された整流回路１０２１と、整流回路に接続された出力検出回路１０２２と、出力検出回路１０２２に接続された送信回路１０２３とを有する。整流回路１０２１は、受電共振器１０１０ｂから伝送された交流エネルギを直流エネルギに変換して負荷１０４０に出力する。出力検出回路１０２２は、負荷１０４０に与えられる電圧または負荷１０４０を流れる電流の少なくとも一方を検出する。送信回路１０２３は、出力検出回路１０２２による検出結果を示す信号（以下、「フィードバック信号」と称する。）を送電回路１０００に伝達する。
【００５６】
送電回路１０００は、インバータ回路１００１と、異物検出回路１００４と、受信回路１００５と、送電制御回路１０９０とを有している。インバータ回路１００１は、電源１０３０に接続され、電源１０３０から入力された直流エネルギを複数のスイッチング素子によって交流エネルギに変換して出力する。異物検出回路１００４は、検出共振器１０１１に接続され、検出共振器１０１１の付近の異物１０５０を検出するための処理を行う。受信回路１００５は、送信回路１０２３から送信されるフィードバック信号を受信する。制御回路１０９０は、インバータ回路１００１を用いた送電処理と、異物検出回路１００４を用いた異物検知処理とを交互に繰り返すように、送電回路１０００における各回路を制御する。
【００５７】
検出共振器１０１１におけるコイルのインダクタンスおよびコンデンサの容量は、検出共振器１０１１が受電共振器１０１０ｂと同じ共振周波数ｆｒで共振するように調整されている。
【００５８】
図８は、図７における異物検出回路１００４および制御回路１００９のより詳細な構成を示すブロック図である。異物検出回路１００４は、発振回路１００３と、異物検知判定回路１００８とを有する。異物検知判定回路１００８は、測定回路１００６と、判定回路１００７とを有する。
【００５９】
発振回路１００３は、送電共振器１０１０ａに接続される。異物検知期間において、発振回路１００３は、交流成分を含む電圧を検出共振器１０１１に供給する。これにより、検出共振器１０１１と受電共振器１０１０ｂとが電磁的に結合する。発振回路１００３は、例えばコルピッツ発振回路や、ハートレー発振回路、クラップ発振回路、フランクリン発振回路、ピアス発振回路といった、ＬＣ共振原理に基づく自励式の発振回路であり得る。
【００６０】
図９は、発振回路１００３の回路構成の例を示す図である。図９に示す発振回路１００３は、自励式のＬＣ発振回路として機能するピアス発振回路である。自励式の発振回路を用いると、検出共振器１０１１の入力インダクタンスの変化を発振周波数の変化に変換することができる。このような発振回路１００３の発振周波数に基づいて、入力インダクタンスまたは結合係数を推定することができる。入力インダクタンスまたは結合係数を推定できれば、その変化に基づいて、検出共振器１０１１の付近に挿入された異物の有無を判定することができる。入力インダクタンスを直接測定して用いる構成においては、発振回路１００３が自励式の発振回路である必要はない。
【００６１】
測定回路１００６は、発振回路１００３の発振周波数や出力電圧などの、検出共振器１０１１への異物の接近に伴って変化する少なくとも１つの物理量を測定する。異物の接近に伴って変化する物理量には、例えば、検出共振器１０１１のコイルの入力インダクタンス、発振周波数、発振回路１００３の出力電圧または出力電流、検出共振器１０１１および受電共振器１０１０ｂの結合係数、Ｑ値などがあり得る。これらの物理量は、検出共振器１０１１の入力インピーダンスに応じて変化する物理量であるとも言える。したがって、本実施形態における異物検出処理は、検出共振器１０１１の入力インピーダンスの変化に基づいて異物の有無を判定する処理であると言える。
【００６２】
判定回路１００７は、測定回路１００６によって測定された少なくとも１つの物理量の、基準値からの変化量に基づいて異物の有無を判定する。基準値は、例えば、検出共振器１０１１と受電共振器１０１０ｂとが電磁的に結合している状態において、異物１０５０がこれらの共振器から十分に離れているときの当該物理量の値であり得る。判定回路１００７は、例えば、測定された値と基準値との差が所定の閾値以上であるとき、異物が存在すると判定する。あるいは、測定された複数の物理量を用いた演算によって得られる値が所定の範囲内にあるとき、異物が存在すると判定してもよい。判定回路１００７は、測定結果および判定結果の少なくとも１つを、制御回路１０９０内のメモリ（結果保存部）１０９３に保存する。判定回路１００７は、前回の判定処理の結果を結果保存部１０９３から呼び出し、新たな検出結果と組み合わせて異物があるかどうかを判定してもよい。
【００６３】
測定回路１００６の少なくとも一部と判定回路１００７の少なくとも一部とは、独立した回路で構成される必要はない。例えば、統合された１つの半導体パッケージ（例えばマイクロコントローラやカスタムＩＣ）によって実現されていてもよい。測定回路１００７および判定回路１００６の少なくとも一部は、制御回路１０９０に統合されていてもよい。
【００６４】
図８には、制御回路１０９０が有する複数の機能ブロックも記載されている。それらの機能ブロックは、送電制御部１０９１、結果保存部１０９３、発振制御部１０９４、タイミング制御部１０９５である。制御回路１０９０は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）などのプロセッサと、メモリに格納されたコンピュータプログラムとの組み合わせによって実現され得る。プロセッサがコンピュータプログラムに記述された命令群を実行することにより、図８に示す各機能ブロックの機能を実現する。あるいは、１つの半導体回路にコンピュータプログラムを組み込んだＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）等のハードウェアによって同様の機能が実現されてもよい。制御回路１０９０の少なくとも一部と異物検出回路１００４の少なくとも一部とが、１つの半導体パッケージによって実現されていてもよい。
【００６５】
送電制御部１０９１は、送電に関する制御を行う。送電回路１０００は、インバータ回路１００１を用いた送電モードと、異物検出回路１００４を用いた異物検出モードとを交互に切り替えながら動作する。送電制御部１０９１は、送電モードにおいて、インバータ回路１００１における各スイッチング素子に所定の周波数のゲートパルスを入力する。これにより、インバータ回路１００１から出力される交流電圧を制御する。本実施形態における送電周波数は、例えば１００ｋＨｚ〜２００ｋＨｚの範囲内の値に設定され得る。送電周波数は、この範囲外の値に設定されてもよい。
【００６６】
発振制御部１０９４は、異物検出モードにおいて、発振回路１００３を駆動する。後に詳しく説明するように、発振制御部１０９４は、受電共振器１０１０ｂの共振周波数ｆｒよりも低い第１の周波数ｆ１、および共振周波数ｆｒよりも高い第２の周波数ｆ２で発振回路１００３を発振させる。発振回路１００３が図９に示す構成を有している場合、周波数ｆ１、ｆ２の切り替えは、スイッチＳ３の導通状態を切り替えることによって行われる。周波数ｆｒは、例えば約１０００ｋＨｚに設定され得る。周波数ｆ１は、例えば４００ｋＨｚ〜８００ｋＨｚの範囲内の値に設定され得る。周波数ｆ２は、例えば１２００ｋＨｚ〜１５００ｋＨｚの範囲内の値に設定され得る。周波数ｆｒ、ｆ１、ｆ２は、この例に限定されず、ｆ１＜ｆｒ＜ｆ２を満足していればよい。本実施形態では、ｆｒは送電周波数よりも高いが、送電周波数以下に設定されていてもよい。
【００６７】
タイミング制御部１０９５は、送電のタイミングと異物検出のための処理を行うタイミングとを制御する。充電中に異物検出を定期的に行うように送電回路１０９０内の各部を制御する。タイミング制御部１０９５は、送電処理が所定の時間（例えば数秒〜数十秒）継続した後、送電を停止し、異物検出のための処理を開始する。異物検出処理に含まれる一部の処理が完了すると、送電処理を再開する。１回の送電処理を停止し、次の送電処理を開始するまでの時間（即ち、異物検知期間）は、例えば、数ｍ秒から数十ｍ秒程度に抑えられる。このような制御により、送電を長時間中断することなく、異物検出を行うことができる。
【００６８】
１回の異物検知期間の長さ（即ち、一連の複数の処理を分割した各処理を実行させる分割期間）は、例えば受電装置に設定された遅延期間の長さよりも短い値に設定される。遅延期間の長さは、前述のように、送電の停止から、送電の停止を受電装置の通知部（例えば、ランプなどのインジケータ）を用いて通知するまでの期間である。この長さは、固定値でもよいし、受電装置の機種に応じて変更してもよい。例えば、受電回路１００５は、送電の停止から、送電の停止を受電装置の通知部を用いて通知するまでの遅延期間を示す情報を受電装置から受信してもよい。そのような構成では、一連の複数の処理を分割した各処理が実行される分割期間は、受信された上記情報が示す遅延期間よりも短く設定され得る。
【００６９】
タイミング制御部１０９５は、さらに、受信回路１００５がフィードバック信号のパケットの受信を完了したタイミングで異物検出を開始するように異物検出回路１００４を制御する。これにより、パケット受信中に異物検出動作を開始することによってパケットを喪失することを回避できる。
【００７０】
図１０は、充電タイミングと異物検知タイミングとパケット受信タイミングとを模式的に示す図である。図１０（ａ）はタイミング制御が行われない場合の例を示している。図１０（ｂ）はタイミング制御が行われる場合の例を示している。充電動作中、送電回路１０００は、受電回路１０２０から不定期で送られてくるフィードバック信号のパケットを受信している。図１０（ａ）に示すように、パケット受信のタイミングと異物検知のタイミングとが重なると、正常にパケットを受信できなくなる恐れがある。これは、負荷変調方式によるパケットの送受信においては、送電される電力の波形に含まれる信号成分を読み取ることによってパケットを受信することに起因する。送電の停止に伴い、伝送される電力が急激に変化すると、電力そのものの変化に比べて信号成分の変化が小さくなるため、検出が困難になる。
【００７１】
本実施形態では、上記の問題を回避するため、タイミング制御部１０９５が異物検出のタイミングを制御する。具体的には、タイミング制御部１０９５は、パケット受信中には異物検出を行わないように各部を制御する。例えば、図１０（ｂ）に示すように、パケットの受信のタイミングと送電停止のタイミングとが重なったとき、充電期間を延長することにより、異物検出の開始を遅らせることができる。このような制御を行った場合、パケットの受信を完了したタイミングで異物検出に移行するようにすればよい。
【００７２】
以上のように、本実施形態における異物検出処理は、電圧やインダクタンス、周波数などの物理量の変化を測定する処理（測定処理）と、測定した物理量に基づく演算（算出）を行う処理（算出処理）と、算出された値によって異物の有無を判断する処理（判断処理）とを含む。これらの一連の複数の処理を複数の異物検知期間に分割して実行することにより、一回あたりの処理時間を短くすることができる。
【００７３】
次に、本実施形態における異物検出処理の例を説明する。
【００７４】
＜異物検出１：結合係数＞
本実施形態では、検出共振器１０１１と受電共振器１０１０ｂとの結合係数を求め、その値に基づいて異物を検出することができる。
【００７５】
図１１は、本実施形態における異物検出に使用される結合係数推定方法の動作原理を説明するための図である。検出コイルＬ１（インダクタンス値もＬ１と表す。）と周波数ｆｒで共振する受電コイルＬ２（インダクタンス値もＬ２と表す。）とが結合係数ｋで電磁的に結合しているとする。このとき、検出コイルから見た入力インダクタンスＬｉｎは、次式で求められる。
Ｌｉｎ（ｆ）＝Ｌ１｛１−ｋ2／（１−（ｆｒ／ｆ）2）｝    ・・・式１
【００７６】
図１１は、式１を模式的に示すグラフである。
【００７７】
周波数ｆ＜＜ｆｒにおいて、受電共振器１０１０ｂの両端は実質的に開放されているように見える。ｆｒよりも低い第１の周波数ｆ１で測定した入力インダクタンス値をＬｉｎ（ｆ１）とする。一方、周波数ｆ＞＞ｆｒにおいて受電共振器１０１０ａにおける並列コンデンサの両端は実質的に短絡しているように見える。ｆｒよりも高い第２の周波数ｆ２で測定した入力インダクタンス値をＬｉｎ（ｆ２）とする。
【００７８】
ｆ１、ｆ２の大きさが適切に設定されると、式１から以下の近似式が得られる。
Ｌｉｎ（ｆ１）≒Ｌ１
Ｌｉｎ（ｆ２）≒Ｌ１（１−ｋ2）
【００７９】
これらの２つの近似式から、以下の式２が得られる。
ｋ2≒１−Ｌｉｎ（ｆ２）／Ｌｉｎ（ｆ１）    ・・・式２
【００８０】
この式２によれば、測定値であるＬｉｎ（ｆ１）およびＬｉｎ（ｆ２）の比に基づいて結合係数ｋを算出することができる。ただし、式２は、受電コイル端を完全に開放にした場合の入力インダクタンクスＬｉｎ＿ｏｐｅｎ（ｆ）と受電コイル端を完全に短絡にした場合の入力インダクタンクスＬｉｎ＿ｓｈｏｒｔ（ｆ）との間に以下の式３、４の関係が成立する特殊な条件に基づく。
Ｌｉｎ＿ｏｐｅｎ（ｆ１）＝Ｌｉｎ＿ｏｐｅｎ（ｆ２）    ・・・式３
Ｌｉｎ＿ｓｈｏｒｔ（ｆ１）＝Ｌｉｎ＿ｓｈｏｒｔ（ｆ２）    ・・・式４
【００８１】
逆に言えば、式３、４が成立する適切な周波数ｆ１とｆ２とを選定したうえで無線電力伝送システムを設計すれば、式２が成立し、結合係数ｋの推定が可能となる。通常、これらの周波数ｆ１、ｆ２は、共振器の寸法が波長に比べて十分小さいとみなせる周波数範囲に設定すれば実用上問題ない。
【００８２】
なお、自励式の発振回路を用いると、入力インダクタンスの変化を発振周波数の変化に直接変換することができる。すなわち、入力インダクタンスは発振周波数の２乗の逆数で決まるため、結合係数ｋは次式で書き換えることもできる。
ｋ2≒１−ｆ１2／ｆ２2    ・・・式５
【００８３】
実用上は回路の線形・非線形要素などを含むため、式２、式５は補正が必要であるが、原理的にはこれらの式から結合係数ｋが推定可能である（補正例の詳細は図１２を参照しながら後述する）。
【００８４】
以上のことから、ｆ１とｆ２の各周波数で発振する動作を連続的に切り替えながら２つの周波数における入力インダクタンス値または発振周波数を測定すれば、測定結果から結合係数ｋを推定できる。結合係数ｋは送受電コイル間の異物による磁界の遮蔽状態に応じて変化する。したがって、例えば、推定した結合係数ｋが所定の閾値以下になった場合、受電コイルと送電コイルとの間に異物が存在すると判断することができる。
【００８５】
続いて、上述した原理に基づく異物検出を実現するための実施例を説明する。
【００８６】
図１２は、本実施形態における送電装置１００および受電装置２００の具体的な回路構成例を示す図である。この例では、負荷１０４０は二次電池であり、測定回路１００６と判定回路１００７とがマイクロコントローラ（マイコン）によって実現されている。送電装置１００には、異物検出結果を使用者に通知する表示素子１０７０が搭載されている。表示素子１０７０は、例えばＬＥＤ光源や、ディスプレイであり得る。図１２に示す例では、送電共振器１０１０ａが検出共振器１０１１の機能も兼ねている。このように、送電共振器と検出共振器とは、同じ共振器であってもよい。送電装置１００は、発振回路１００３と送電共振器１０１０ａとの接続状態を切り替えるスイッチ１００２を備えている。
【００８７】
送電共振器１０１０ａは、送電コイルＬ１と、送電コイルＬ１に直列に接続されたコンデンサＣ１とを有している。受電共振器１０１０ｂは、受電コイルＬ２と、受電コイルＬ２に並列に接続されたコンデンサＣ２ｐと、受電コイルＬ２に直列に接続されたコンデンサＣ２ｓとを有している。
【００８８】
この例では、送電コイルＬ１の外径は３９ｍｍ、インダクタンスはＬ１＝１３．６μＨに設定されている。受電コイルＬ２の外径は３４ｍｍ、インダクタンスはＬ２＝１５．８μＨに設定されている。直列コンデンサＣ１の容量は１８０ｎＦ、直列コンデンサＣ２ｓおよび並列コンデンサＣ２ｐの容量は、それぞれ、Ｃ２ｓ＝１２０ｎＦ、Ｃ２ｐ＝１５９０ｐＦに設定されている。送電コイルＬ１は１００ｋＨｚで共振し、受電コイルＬ２は、１１５ｋＨｚと１０００ｋＨｚとで共振する。
【００８９】
送電コイルＬ１はスイッチＳ１、Ｓ２を含む切替スイッチ１００２を介して発振回路１００３に接続されている。この切替スイッチ１００２は、送電期間において、送電コイルＬ１と発振回路１００３とを電気的に遮断する。異物検知期間においては、送電コイルＬ１と発振回路１００３とを電気的に接続する。異物検知期間においては、インバータ回路１００１は停止される。
【００９０】
本実施例における発振回路１００３は、自励式のＬＣ発振回路として機能するピアス発振回路である。発振回路１００３が有する抵抗Ｒｆと抵抗Ｒｄは、回路の励振レベルを調整する素子である。発振回路１００３は、さらに、発振周波数を変更するための調整インダクタＬｍとスイッチＳ３を備えている。受電コイルの共振周波数ｆｒ＝１１５ｋＨｚ，ｆｒ＝１０００ｋＨｚとは異なる２つの周波数、ｆ１＝４００ｋＨｚ（Ｓ１とＳ２オン、Ｓ３オフ）、ｆ２＝１５００ｋＨｚ（Ｓ１とＳ２オン、Ｓ３オン）で発振するようにＬｍおよびＣ１１、Ｃ１２の値が決定されている。Ｃ１およびＣ２ｓはｆ１、ｆ２において短絡に見え、Ｃ２ｐはｆ１では開放、ｆ２では短絡に見える。このため、結合係数の推定に係る主となるコンデンサはＣ２ｐであると考えてよい。なお、この回路構成例における結合係数の推定式は、式５を補正した次式（式６）である。
ｋ２≒１−ｆ１2／（ｆ２2−ｆ３2）・・・式６
【００９１】
発振周波数ｆ３はＳ１とＳ２をオフ、Ｓ３をオンにした場合の発振周波数である。すなわち、周波数ｆ３を測定することは、調整インダクタＬｍのインダクタンス値を測定していることと等価である。送電コイルＬ１が周波数ｆ２で発振しているとき、その発振周波数には、送電コイルＬ１の入力インダクタンス値に基づく成分と、調整インダクタＬｍのインダクタンス値に基づく成分とが含まれている。このため、式６では、第２項の分母において調整インダクタＬｍの影響を取り除いた上で結合係数が算出される。このように、測定回路１００６は、式５の代わりに式５に基づく補正式６によって算出される結合係数ｋに基づいて 異物を検出してもよい。なお、自励式のＬＣ発振回路は、前述の通り種々の回路トポロジが存在するため、補正式は式６に限定されない。例えば、図１２のコンデンサＣ１１、Ｃ１２を異なるコンデンサに切替えることによって発振周波数を変更することができる。その場合には、補正式は式６とは異なる。上記と異なる回路トポロジを採用したとしても、式５の補正式の導出は容易である。同様に、式２を用いる場合も、回路トポロジに応じて式２を補正した補正式を用いて結合係数ｋを算出してもよい。なお、上記の各パラメータの値は一例であり、上記とは異なる値に設定されていてもよい。重要な点は、受電共振器１０１０ｂのインピーダンスｚ２＝１／ｊωＣ２ｐが、周波数ｆ１では相対的に大きく、周波数ｆ２では相対的に小さくなる点である。ここで、ｊは虚数単位、ωは角周波数であり、ω＝２π×周波数の関係が成立する。
【００９２】
続いて、図１３のフローチャートを参照しながら、結合係数に基づく異物検出処理の流れを説明する。
【００９３】
まず、制御回路１０９０が検出共振器１０１１に対する受電共振器１０１０ｂの接近を感知すると、異物検出モードを開始する。本実施形態における、この「接近」の感知は、上述した異物検出の動作原理に基づくものではない。「接近」の感知は、例えば、発振周波数や電圧の変化を検出することによって実行され得る。受電共振器１０１０ｂが検出共振器１０１１に接近すると、受電共振器１０１０ｂの内部の金属（基板のグランドやコイルなど）の影響で発振周波数が増加したり、発振回路１００３から出力される電圧の振幅が低下したりする場合がある。また、受電共振器１０１０ｂにおける受電コイルＬ２が周辺回路への電磁ノイズの影響を低減するための電磁シールド（磁性体）を備えている場合、受電共振器１０１０ｂの接近に伴い、発振周波数が低下する場合もある。したがって、発振周波数や電圧の変化を検出することにより、受電共振器１０１０ｂの接近を感知することができる。発振制御部１０９４および発振回路１００３は、例えば１ｍ秒〜数秒に１回だけ数周期分の交流を発振する断続的発振（間欠動作）を行い、受電コイルＬ２の接近を感知した場合にのみ連続動作に切替えるように構成され得る。このような間欠動作を行うことにより、消費電力の増加を抑えながら、受電コイルＬ２の接近を感知することができる。この間欠動作における発振回路１００３の動作周波数は任意の周波数であってよい。
【００９４】
次に、ステップＳ６００において、発振制御部１０９４は、発振回路１００３を周波数ｆ１で動作させる。
【００９５】
ステップＳ６０１において、測定回路１００６は、所定の時間経過後、入力インダクタンスおよび電圧を測定する。
【００９６】
ステップＳ６０２において、発振制御部１０９４は、発振回路１００３を周波数ｆ２で動作させる。
【００９７】
ステップＳ６０３において、測定回路１００６は、所定の時間経過後、入力インダクタンスおよび電圧を測定する。
【００９８】
ステップＳ６０４において、判定回路１００７は、この一連の測定結果から結合係数を式２によって算出する。ステップＳ６０５において、判定回路１００７は、結合係数ｋと電圧が所定の第一の閾値を超えたか否かを判定する。第一の閾値は例えば０．３〜０．５の範囲内の数値に設定され得る。算出した結合係数ｋが所定の第一の閾値を超えた場合、受電コイルＬ２と送電コイルＬ１との間には異物が存在しないと判断できる。その場合、判定回路１００７は、そのことを示す情報を結果保存部１０９３に保存する。この情報に基づいて、発振制御部１０９４は、発振回路１００３の発振を停止させる（ステップＳ６０６）。この際、送電装置または受電装置に搭載された不図示のＬＥＤ光源などの表示素子を発光させたり、受電装置のディスプレイに送電を開始する旨を表示したりしてもよい。これにより、コイル間に異物が存在せず安全に充電できることを使用者に知らせることができる。
【００９９】
この後、送電制御部１０９１は、インバータ回路１０９０を駆動し、無線電力伝送を開始する。なお、無線電力伝送の開始は、発振回路１００３の発振を停止させた直後ではなく、例えば使用者が受電装置を送電装置の上に置くなどして周波数の変動が停止したことを確認してから行われてもよい。
【０１００】
一方、ステップＳ６０５において、結合係数ｋが所定の第一の閾値を超えない場合、表示素子を点滅させたり、表示素子に異物が存在する旨を表示したりしてもよい。これにより、コイル間に異物が存在しており、送電すると危険であることを使用者に知らせることができる。
【０１０１】
なお、ここでは結合係数ｋを式２により算出したが、式５により算出してもよい。また、前述のように、式２または式５の補正式によって結合係数ｋを算出してもよい。
【０１０２】
以上の動作により、検出コイルＬ１および受電コイルＬ２の近傍の異物を検出し、検出結果を示す情報を出力することができる。これにより、ユーザは安全に送電できるのか否かを知ることができる。
【０１０３】
なお、本実施形態における動作は図１３に示す動作に限定されない。例えば、ステップＳ６０５における判定処理を所定の結合係数ｋを超えたか否かという絶対量で評価するだけでなく、結合係数ｋの時間的な変化量が十分小さくなったか否かによって検出しても良い。また、結合係数ｋだけでなく、他の物理量に基づいて異物の検出を行ってもよい。
【０１０４】
＜異物検出２：入力インダクタンスおよび電圧＞
異物の検出は、検出コイルの入力インダクタンスまたは振回路１００３から出力される電圧に基づいて行うことも可能である。以下、このような異物検出処理の例を説明する。
【０１０５】
図１４は、この例における異物検出処理を示すフローチャートである。この例では、異物検知判定回路１００８は、３段階の異なる処理によって異物を検出する。ここでは、測定される物理量（パラメータ）として、検出共振器１０１１の入力インダクタンス、周波数ｆ１における発振回路１００３の出力電圧、および周波数ｆ２における発振回路１００３の出力電圧が選択されている。異物検知判定回路１００８は、それぞれが所定の閾値以下であるか否かを判定する。これにより、異物の特性や位置によらずに高い精度で異物を検出することができる。
【０１０６】
以下、本実施形態における３段階のステップ（Ｓｔｅｐ１〜３）の詳細を説明する。
【０１０７】
＜Ｓｔｅｐ１＞
磁界を遮蔽する金属が送受電コイル間に存在するとき、金属表面にコイルと逆相の電流が流れるため、コイルの入力インダクタンスが低下する。したがって、コイルの入力インダクタンスが所定の閾値以下になれば異物があると判定できる。ただし、検出・受電コイルの組みあわせによって結合係数は異なるため、インダクタンスの低下量は様々である。よって、インダクタンスの閾値Ｌｔｈを、結合係数ｋの関数とすることにより、異なる組合せのコイル対においても、コイル間の異物を検出することができる。図１４に示す例では、コイルの入力インダクタンスが所定の閾値以下である場合には、磁界を遮蔽しやすい異物（例えばリング状の金属異物）が存在すると判定される。逆に、コイルの入力インダクタンスが所定の閾値を超える場合には、そのような異物が存在しないと判定される。
【０１０８】
＜Ｓｔｅｐ２、３＞
磁界を遮蔽しにくい金属（例えば、鉄など）が送受電コイル間に存在する時は、磁界が異物を通過するため結合係数が低下しにくいため、前述の方法では検知しにくい。ただし、このような異物では磁界が異物を通過する際に渦電流が発生し、コイル端に電圧降下が生じる。このため、発振波形（電圧）の振幅が低下する。したがって、コイル端の電圧の振幅が所定の閾値以下になれば異物が存在すると判定できる。ただし、検出・受電コイルの組みあわせによって結合係数が異なるため、電圧の低下量は様々である。よって、電圧の閾値Ｖｔｈは、結合係数ｋの関数とするか、インダクタンスＬｉｎ（もしくは発振周波数ｆ）の関数とする。これにより、異なる組合せのコイル対においても、コイル間の異物を検出することができる。
【０１０９】
Ｓｔｅｐ２では、判定回路１００７は、共振周波数ｆｒよりも小さい周波数ｆ１で発振回路１００３が発振しているときのコイル端の電圧が所定の閾値以下であるか否かを判定する。共振器対が共振周波数ｆｒよりも低い周波数で結合しているときには、送電・受電コイル間の中心付近の磁束が密になる（奇モード）。したがって、この場合には、送電・受電コイル間の中心付近に存在する異物の検知感度が高くなる。このため、Ｓｔｅｐ２では、磁界を遮蔽しにくい鉄などの金属異物が送電・受電コイル間の中心付近に存在するか否かを検出できる。
【０１１０】
Ｓｔｅｐ３では、判定回路１００７は、共振周波数ｆｒよりも大きい周波数ｆ２で発振回路が発振しているときのコイル端の電圧が所定の閾値以下であるか否かを判定する。共振器対が共振周波数ｆｒよりも高い周波数で結合しているときには、送電・受電コイル間の中心から離れた周辺領域の磁束が密になる（偶モード）。したがって、この場合には、送電・受電コイル間の中心から離れた周辺領域に存在する異物の検知感度が高くなる。このため、Ｓｔｅｐ３では、磁界を遮蔽しにくい鉄などの金属異物が送電・受電コイル間の中心から離れた周辺領域に存在するか否かを検出できる。
【０１１１】
この例では、Ｓｔｅｐ１〜Ｓｔｅｐ３の順で実行されるが、これらのステップの順序を入れ替えてもよい。また、これらのステップの一部のみを実行するようにしてもよい。
【０１１２】
＜閾値の設定方法について＞
次に、閾値の決定についての考え方を説明する。
【０１１３】
上記の例のように複数のパラメータに基づいて異物の有無を判定する場合、図１５〜図１６に例示するように種々の閾値の設定方法がある。パラメータは、上述のように、インダクタンス、抵抗、コイルのＱ値、またはそれらを変換して得られる周波数や電圧値などを含む。それらの中から２つのパラメータＰ１、Ｐ２を選択した場合における閾値の設定例を以下に説明する。
【０１１４】
図１５は、パラメータＰ２の閾値がパラメータＰ１の一次関数である場合の例を示す図である。この場合、判定処理が簡単であり、演算負荷を軽減できるという効果がある。また、図１６に示すように、パラメータＰ２の閾値を、Ｐ１がある値に達するまでは一定値にし、Ｐ１がその値を超えた場合にはＰ２の閾値をＰ１の一次関数にしてもよい。あるいは、Ｐ２の閾値がＰ１の範囲によって異なる一次関数になるようにしてもよい。このように閾値を直線的に多段階に設定することで、演算負荷を軽くしつつ、異物の検出精度を高めることができる。図１７に示すように、パラメータＰ１とＰ２のそれぞれに独立に閾値を設定してもよい。このようにすることで、さらに判定を簡単にすることができる。あるいは、図１８に示すように、異物が存在する場合および異物が存在しない場合のそれぞれにおけるパラメータＰ１とＰ２の値の組み合わせを制御回路のメモリ内にテーブル値として予め保持しておく方法も考えられる。この方法では、メモリ使用量が増大するが、異物の有無を確実に判定できるというメリットがある。
【０１１５】
次に、本実施形態における異物検出処理の分割の例を説明する。前述のように、本実施形態における異物検知判定回路１００８は、複数のステップを含む異物検出処理を実行することによって検出共振器１０１１の付近の異物を検出する。この複数のステップは、例えば、前述の入力インダクタンスや電圧、周波数などの物理量を測定するステップと、測定した物理量に基づく演算によって結合係数などの他の物理量を算出するステップと、これらの物理量と所定の閾値とを比較して異物の有無を判定するステップとを含み得る。異なる複数の物理量の測定または演算は、複数のステップに分けて行われてもよい。異物検知判定回路１００８は、１回の送電処理の前後で、異物検出処理に含まれる異なるステップを実行する。
【０１１６】
＜処理分割例１：異物の種類によって分割＞
図１９は、処理分割の第１の例を説明するための図である。この例では、検出対象の異物の種類によって処理が分割される。ここでは、アルミニウム製の異物（アルミ異物）と、鉄製の異物（鉄異物）とが、異なるタイミングで検出される場合を想定する。なお、異物の種類はこの例に限られない。
【０１１７】
図１９（ａ）は、アルミ異物と鉄異物とがまとめて検知される場合の例を示している。図１９（ｂ）は、アルミ異物の検知と鉄異物の検知とが分割された例を示している。図１９（ａ）に示すように、アルミ異物と鉄異物とを一括して検出する場合には、処理に多くの時間を要してしまう。これに対し、図１９（ｂ）に示すように、アルミ異物の検出処理と鉄異物の検出処理とを分割した場合には、個々の処理時間が、一括で処理する場合よりも短くなる。
【０１１８】
図２０Ａは、受電コイル（φ２２ｍｍ〜４０ｍｍ）を備えた評価用端末７機種と、送電コイル（φ４３ｍｍ）とを用いて、アルミ異物がある場合とない場合のそれぞれについて、結合係数と入力インダクタンス値とを測定した結果を示す図である。評価端末７機種の受電コイルは並列コンデンサに接続され、受電コイルと並列コンデンサとにより決まる共振周波数ｆｒは１０００ｋＨｚに設定されている。発振回路は、自励式のピアス発振回路とした。ここでは、評価用のアルミ異物として、磁界を遮蔽するアルミニウム製のリング（φ２２ｍｍ）を選定した。
【０１１９】
図２０Ａに示すように、アルミ異物がある場合には、結合係数の一次関数である閾値Ｔ０よりもインダクタンスが小さくなる。したがって、アルミ異物は、結合係数とインダクタンスとに基づいて判別できる。
【０１２０】
図２０Ｂは、上記と同じ条件で、鉄異物がある場合とない場合のそれぞれについて、結合係数とコイル端電圧を測定した結果を示す図である。ここでは、評価用の鉄異物として、磁界を遮蔽しにくい鉄ディスク（φ１５ｍｍ）を選定した。異物がある場合については、送電コイルの中央からの鉄ディスクのオフセット位置を０ｍｍ、５ｍｍ、１０ｍｍ、１５ｍｍの４種類に設定した。
【０１２１】
図２０Ｂに示すように、鉄異物がある場合には、コイル端電圧が閾値Ｔ１、Ｔ２のいずれかよりも小さくなる。したがって、鉄異物は、結合係数と電圧とに基づいて判別できる。
【０１２２】
このように、検出対象の異物の種類によって判定に必要とする物理量が異なる。このため、複数の異物を検出するためには、必要な物理量が多くなり、処理に多くの時間を要する。本実施形態では、対象の異物ごとに検出処理を分割することにより、一回の処理で測定される物理量が減少する。このため、処理時間が短くなる。
【０１２３】
なお、アルミおよび鉄の両方の検出に必要な結合係数については、一方の検出の際に求めた値を、他方の検出の際に利用してもよい。例えば、アルミ検出処理のために取得した結合係数の値を結果保存部１０９３に保存しておき、鉄異物を検出する際には電圧のみを測定して異物の有無を判断してもよい。これにより、鉄異物を検出する際の処理時間を短縮することが出来る。
【０１２４】
このように、本実施形態によれば、送電周波数とは異なる周波数で動作する発振回路を用いて、充電中にも高い精度で異物を検出できると同時に、一度の検出処理に要する時間を短縮することができる。このため、充電の中断時間を抑えることができる。
【０１２５】
＜処理分割例２：周波数によって分割＞
次に、処理分割の第２の例を説明する。この例では、異物検出に用いる複数の周波数ごとに処理を分割させる。複数の周波数は、例えば、上述の説明における周波数ｆ１およびｆ２であり得る。
【０１２６】
図２１（ａ）は、周波数ｆ１での処理と周波数ｆ２での処理とを連続で行っている例を示している。図２１（ｂ）は、周波数ｆ１での処理と周波数ｆ２での処理とを分割した例を示している。上述のように、発振回路１００３を２つの周波数ｆ１、ｆ２で動作させ、それぞれの周波数で発振している状態における検出コイルの入力インダクタンスの比に基づいて結合係数を推定することができる。しかし、２つの周波数を用いた処理を一括で行うためには、発振回路１００３の発振周波数を途中で切り替える必要があるため、パラレルに処理できない。これらの処理をシリアルに処理するため、多くの時間を要してしまう。そこで、図２１（ｂ）に示すように、周波数ごとに処理を分離することにより、一括で処理するよりも充電の中断時間を短くすることができる。
【０１２７】
この例では、測定回路１００６は、発振回路１００３が周波数ｆ１で発振しているときの測定結果を結果保存部１０９３に保存しておく。判定回路１００７は、発振回路１００３が周波数ｆ２で発振しているときの測定結果が得られた時点で、結果保存部１０９３に保存された結果を読み出す。判定回路１００７は、双方の結果を用いて演算することにより、結合係数を算出する。この結合係数は、上述のアルミ異物や鉄異物の検出に利用することができる。
【０１２８】
なお、この例では、周波数ｆ１での測定処理が終わった時点では演算が行われないが、この例に限定されない。周波数ｆ１での測定処理が完了したときに、前回測定された周波数ｆ２での測定結果を結果保存部１０９３から読み出して結合係数を計算してもよい。これにより、周波数ｆ２での物理量を測定する時間を短縮することができる。
【０１２９】
＜処理分割例３：同じ物理量を複数回測定＞
次に、処理分割の第３の例を説明する。この例では、検出精度を向上させるため、同じ処理を複数回行う異物検出の処理を分割させる。
【０１３０】
図２２は、本分割例を説明するための図である。図２２（ａ）は、１つの物理量の測定処理Ａを２回連続で行っている例を示している。図２２（ｂ）は、測定処理Ａを１回ずつに分割した例を示している。測定処理Ａは、例えば、上記の説明における電圧、入力インダクタンス、周波数などの物理量の１つを測定する処理を表す。この例では、測定処理Ａが２回行われるが、これに限らず、精度が確保できるまで３回以上繰り返してもよい。測定処理Ａを複数回行い、測定結果の平均値をとることで、測定結果の精度が向上する。しかし、精度を向上させるために繰り返し回数を増やすと、その分停止時間が長くなる。そこで、図２２（ｂ）に示すように測定処理を分割すれば、検出の精度を確保しながら、１回当たりの処理時間を短くすることができる。その結果、１回あたりの送電の中断時間を短くすることができる。
【０１３１】
処理の分割の方法はこれに限らず、様々な態様が考えられる。測定処理および演算処理を複数のステップに分割し、それらの途中の結果を結果保存部１０９３に保存しておけば、異物の有無の判定に必要な物理量が揃ったときにそれらを呼び出して判定することができる。
【０１３２】
＜処理分割例４：頻度を変える＞
次に、処理分割の第４の例を説明する。この例では、異物検出回路１００４は、測定処理Ａと測定処理Ｂとを行うことによって異物検出を行う際に、これらの処理に要する時間に応じて処理の頻度を変える。測定処理Ａ、Ｂは、例えば、上述した説明における異なる２つの物理量を測定する処理であり得る。ここでは、測定処理Ａに要する時間は、測定処理Ｂに要する時間よりも短いとする。
【０１３３】
図２３（ａ）は、処理Ａと処理Ｂとを交互に実行する例を示している。図２３（ｂ）は、処理時間の長い処理Ｂの頻度を低くし、処理時間の短い処理Ａの頻度を高くした例を示している。図２３（ｂ）に示すように、処理時間の短い処理Ａの頻度を高くすることにより、充電の中断時間をさらに低減させることができる。
【０１３４】
この例では、測定回路１００６は、測定処理Ａ、Ｂの後、測定結果をメモリ１０９３に保存する。判定回路１００７は、測定処理Ａの後、前回の測定処理Ｂの結果をメモリ１０９３から呼び出して演算処理を行い、異物の有無を判定する。測定処理Ｂの後は、前回の測定処理Ａの結果をメモリ１０９３から呼び出して演算処理を行い、異物の有無を判定する。
【０１３５】
以上の処理により、全体の充電時間に対する異物検知時間を短くすることが出来る。なお、測定処理Ａで前回の測定処理Ａの結果と異なる結果が得られた場合には、異物がコイル間に混入した可能性が高い。このため、予定されていた次の処理がＡであったとしても、処理Ｂを次に実行してもよい。
【０１３６】
＜処理分割例５：演算の省略＞
次に、処理分割の第５の例を説明する。この例では、異物検出処理が、測定対象の物理量ごとに測定処理と演算処理とに分割されている。異物検出回路１００４は、物理量の測定結果が前回の結果と同じである場合、演算処理を省略し、前回と同じ判定を行う。
【０１３７】
図２４は、この例における充電処理と異物検出に関する処理との関係を示す図である。この例では、測定処理が処理Ａ、Ｂ、Ｃに分割され、演算処理が処理Ａ’、Ｂ’、Ｃ’に分割されている。異物判定回路１００４は、処理Ａ、Ａ’、Ｂ、Ｂ’、Ｃ、Ｃ’をこの順で実行した後、最後に異物の有無を判定する。
【０１３８】
演算処理Ｃ’の後、最終的に異物がないと判定された場合、引き続き充電が行われる。異物検出回路１００４は、次回の測定処理Ａの結果が前回の測定処理Ａの結果と実質的に変わらなかった場合、演算処理Ａ’を行わず、直ちに異物がないと判断する。これにより、測定処理Ａの後の演算処理を省くことができる。異物検出回路１００４は、処理Ｂ、Ｃについても同様に、前回の測定結果と実質的に変わらなかった場合には、異物がないと判定する。以上の処理により、充電の中断時間を短くすることができる。
【０１３９】
この例では、測定回路１００６は、各測定処理が完了したとき、その値をメモリ１０９３に保存しておく。次回の測定時には、判定回路１００７は、メモリ１０９３に保存された測定値を読み出して両者の値を比較する。判定回路１００７は、両者の値の差分が実質的に変わらないと判断した場合に、異物がないと判定する。
【０１４０】
図２５に示すように、処理Ａで測定値に変化がなかった場合には、処理Ｂおよび処理Ｃを省略してもよい。この場合、処理Ａにおいて測定値に変化があるまでは処理Ａのみを行い、変化があった場合に、演算処理Ａ’および他の処理Ｂ、Ｂ’、Ｃ、Ｃ’を行って異物の有無を判定すればよい。
【０１４１】
＜処理分割例６：検知と演算の分割＞
次に、処理分割の第６の例を説明する。この例では、測定処理と演算処理とが分離され、演算処理は充電期間中に行われる。測定処理は、電圧、周波数、入力インダクタンスなどの物理量を測定する処理である。演算処理は、測定された物理量に基づく演算によって異物の有無を判定する処理である。
【０１４２】
図２６（ａ）は、充電が中断している間に測定処理と演算処理とを連続して行う例を示している。図２６（ｂ）は、演算処理を次の充電期間中に行う例を示している。この例では、図２６（ｂ）に示すように、充電中に演算処理が行われるため、測定処理を行う時間だけ送電を停止すればよい。このため、１回の充電中断時間を短縮することができる。結果として、全充電期間に対して充電されている時間の割合が向上する。
【０１４３】
以上のように、本実施形態における処理分割の例を説明したが、処理分割方法は上記の例に限定されない。例えば、結合係数ｋを用いない場合、複数の周波数に分けて処理する必要はない。本開示では、送電共振器への異物の接近に応じて変化する物理量に基づいて異物検出処理を行う際に、その異物検出処理に含まれる一連の複数の処理を複数の異物検知期間で分割して行う限り、特定の方法に限定されない。
【０１４４】
（実施形態２）
次に、第２の実施形態を説明する。本実施形態は、異物を検出するための検出共振器（第３共振器）１０１１と送電共振器１０１０ａ（第２共振器）とが同一の共振器である点で実施形態１と異なる。以下、実施形態１と異なる点を中心に説明する。
【０１４５】
図２７は、本実施形態における無線電力伝送システムの概略構成を示す図である。図２８は、図２７における制御回路１０９０および異物検出回路１００４の詳細な構成を示す図である。この無線電力伝送システムでは、送電共振器１０１０ａが、異物１０５０を検出するための検出共振器１０１１の機能を兼ねている。送電回路１０００は、切替スイッチ１００２をさらに備えている。切替スイッチ１００２は、送電共振器１０１０ａに接続される回路を切り替える。
【０１４６】
図２９は、切替スイッチ１００２の構成例を示す図である。切替スイッチ１００２は、インバータ回路１００１と送電共振器１０１０ａとが導通した状態と、発振回路１００３と送電共振器１０１０ａとが導通した状態とを切り替える。この切り替えは、制御回路１０９０内の切替スイッチ制御部１０９２によって行われる。
【０１４７】
送電期間において、切替スイッチ制御部１０９２は、インバータ回路１００１と送電共振器１０１０ａとを電気的に接続する。異物検知期間において、切替スイッチ制御部１０９２は、発振回路１００３と送電コイル１０１０ａとを電気的に接続する。これにより、実施形態１と同様、送電と異物検知とを交互に実行することができる。
【０１４８】
本実施形態においても、実施形態１と同様の分割処理を適用できる。例えば、測定回路１００６が送電共振器１０１０ａの入力インピーダンスに応じて変化する物理量を測定する処理、および判定回路１００７が行う算出処理および判断処理を、複数のステップに分割して送電が中断している間に行うことができる。異物検出処理を複数のステップに分割して実行することにより、異物検出の頻度が高まるので、安全性が向上する。
【０１４９】
（実施例）
以下、本開示の実施例を説明する。本実施例では、図１４を参照しながら説明した構成において、複数の評価端末を用いて異物検出の効果を検証した。本実施例では、実施形態２と同様、送電共振器と検出共振器とが同じ共振器である構成を採用した。
【０１５０】
図３０〜３２は、送電コイル（φ４３ｍｍ）とは異なる寸法の受電コイル（φ２２ｍｍ〜４０ｍｍ）を備えた評価用端末７機種を用いて、異物の有無を判断した検出結果を示す図である。ここでは、図１４に示すフローチャートに基づき、異物の有無を判断した。評価端末７機種の受電コイルは並列コンデンサに接続され、受電コイルと並列コンデンサとにより決まる共振周波数ｆｒが１０００ｋＨｚに設定されている。発振回路は、共振周波数ｆｒよりも低い第１の周波数ｆ１と、共振周波数ｆｒよりも高い第２の周波数ｆ２で発振可能な自励式のピアス発振回路とした。本実施例では、磁界を遮蔽する異物として金属リング（φ２２ｍｍ）を、磁界を遮蔽しにくい異物として鉄ディスク（φ１５ｍｍ）を評価用異物として選定した。
【０１５１】
初めに、図１４のＳｔｅｐ１に従い、金属リングの有無を判定した。図３０の左側の測定結果を参照すると、結合係数が低くなるほど、インダクタンスが低下する傾向があることがわかる。また、金属リングが送受電コイル間に存在すると、インダクタンスがさらに低下する傾向があることがわかる。よって、この違いを踏まえてインダクタンスの閾値Ｔ０を設定した。閾値Ｔ０は、結合係数を変数とする関数とし、Ｔ０以下である場合に異物が存在するものとした。図３０の右側の図では、インダクタンスが閾値Ｔ０以下になるものは除外されている。図３０の判定前（左側の図）と判定後（右側の図）とを比較すると、金属リングが送受電コイル間に存在する場合が確実に除外できていることがわかる。
【０１５２】
次に、図１４のＳｔｅｐ２に従い鉄ディスク（中心付近）の有無を判定した。送電コイルの中央からの鉄ディスクのオフセット位置を０ｍｍ、５ｍｍ、１０ｍｍ、１５ｍｍの４種類に設定し、周波数はｆ１（奇モード）に設定して評価した。図３１の左側の図の測定結果を参照すると、結合係数が低くなるほど、電圧が低下する傾向があることがわかる。また、鉄ディスクが送受電コイル間に存在する場合には、コイル端電圧がさらに低下する傾向があることがわかる。よって、この違いに基づいてコイル端電圧の閾値Ｔ１およびＴ２を設定した。閾値Ｔ１、Ｔ２は、結合係数を変数とする関数とし、コイル端電圧がＴ１以下またはＴ２以下である場合に異物が存在するものとした。図３１の判定前（左側の図）と判定後（右側の図）とを比較すると、オフセットが０ｍｍ〜５ｍｍの鉄ディスクが送受電コイル間に存在する場合が確実に除外できていることがわかる。本動作モードは前述の奇モード動作であるため、コイルの中央付近の磁束が密である。よって、オフセット０〜５ｍｍの鉄ディスクが主として検出できている。
【０１５３】
最後に、図１４のＳｔｅｐ３に従い、鉄ディスク（周辺部）の有無を判定する。送電コイルの中央からの鉄ディスクのオフセット位置を０ｍｍ、５ｍｍ、１０ｍｍ、１５ｍｍの４種類に設定し、周波数はｆ２（偶モード）に設定して評価した。図３２はその結果を示している。ただし、Ｓｔｅｐ２で除外できた異物は図３２には図示していない。図３２の左側の図の測定結果を参照すると、発振周波数の増加、すなわち、その２乗の逆数であるインダクタンスの低下に伴ってコイル端電圧が低下する傾向があることがわかる。また、鉄ディスクが送受電コイル間に存在する場合、さらに電圧が低下する傾向があることがわかる。よって、この違いに基づいてコイル端電圧の閾値Ｔ３を設定した。閾値Ｔ３は、発振周波数を変数とする関数とし、コイル端電圧がＴ３以下である場合に異物が存在するものとした。図３２の判定前（左側の図）と判定後（右側の図）とを比較すると、オフセットが１０ｍｍ〜１５ｍｍの鉄ディスクが送受電コイル間に存在する場合が確実に除外できていることがわかる。本動作モードは前述の偶モード動作のため、コイルの内径から外径に至るまでの領域上の磁束が密である。よって、オフセット１０〜１５ｍｍの鉄ディスクが主として検出できている。
【０１５４】
以上のように、Ｓｔｅｐ１〜Ｓｔｅｐ３の手順を実行することで、異なる送受電コイルの組み合わせであったとしても、確実にコイル間の異物を検出できることが確認できた。本実施例の異物判定に用いた測定パラメータ（電圧、周波数、結合係数）は一例であり、他のパラメータを用いても同様の検出が可能である。前述の共振周波数ｆｒよりも低い周波数ｆ１と、共振周波数ｆｒよりも高い周波数ｆ２における検出用共振器の入力インピーダンス、あるいはそれから算出される２次パラメータ、あるいはそれらの組み合わせによって算出される３次パラメータに基づいて異物の有無を判定することも可能である。これらのパラメータと閾値の選定にあたっては、本開示における異物検知判定回路を備えた送電装置および受電装置の適用アプリケーションに応じて適切に変更され得る。
【０１５５】
この実施例では、図１４に示される３つのステップを連続して行ったものとして説明したが、実際には、実施形態１において説明したタイミング制御が行われ得る。例えば、図２４に示すタイミング制御を適用する場合、Ｓｔｅｐ１における測定処理および演算（判断）処理をそれぞれＡ、Ａ’とし、Ｓｔｅｐ２における測定処理および演算処理をそれぞれＢ、Ｂ’とし、Ｓｔｅｐ３における測定処理および演算処理をそれぞれＣ、Ｃ’とすればよい。この例に限らず、図１９、２１、２２、２３、２５、２６を参照して説明したタイミング制御を適用してもよい。あるいは、これらのタイミング制御を複数組み合わせて用いてもよい。
【０１５６】
以上のように、本開示は、以下の項目に記載の送電装置および無線電力伝送システムを含む。
【０１５７】
［項目１］
第１交流電力を受電する第１共振器と、前記第１共振器が受電した前記第１交流電力を第１直流電力に変換して負荷に供給する受電回路とを備えた受電装置に対して非接触方式で前記第１交流電力を送電する送電装置であって、
前記第１交流電力を生成して第２共振器を介して前記第１交流電力を送電するインバータ回路と、
前記第１交流電力より小さい前記第２交流電力を生成して第３共振器を介して前記第２交流電力を送電する発振回路と、
前記第２交流電力に応じて変化する前記第３共振器における物理量に基づき、前記第１共振器と前記第３共振器との間に異物が存在するか否かを判断する異物検知判定回路と、
前記送電装置を制御する送電制御回路と、を具備し、
前記送電制御回路は、
前記第１交流電力の送電開始前に、前記異物検知判定回路に一連の複数の処理を実行させて異物が存在するか否かを判断させた後、前記インバータ回路に前記第１交流電力の送電を開始させ、
前記第１交流電力の送電開始後は、前記異物検知を行う異物検知期間と前記第１交流電力の送電を行う送電期間とを繰り返し、前記一連の複数の処理は前記繰り返される複数の異物検知期間で分割して実行され、
前記異物検知判定回路に、前記複数の異物検知期間を用いて前記一連の複数の処理を分割して実行させて、異物が存在するか否かを判断させる、
送電装置。
【０１５８】
上記態様によると、
前記送電制御回路は、
前記第１交流電力の送電開始前に、前記異物検知判定回路に一連の複数の処理を実行させて異物が存在するか否かを判断させた後、前記インバータ回路に前記第１交流電力の送電を開始させ、
前記第１交流電力の送電開始後は、前記異物検知を行う異物検知期間と前記第１交流電力の送電を行う送電期間とを繰り返し、前記一連の複数の処理は前記繰り返される複数の異物検知期間で分割して実行され、
前記異物検知判定回路に、前記複数の異物検知期間を用いて前記一連の複数の処理を分割して実行させて、異物が存在するか否かを判断させる。
【０１５９】
このことにより、１回の前記異物検知期間の長さを短く（即ち、送電停止時間を短く）することができ、送電を行っている送電時間に対する異物検知を行う時間の割合を小さくすることができる。よって、送電効率が低下することを防止することができる。また、１回の前記異物検知期間の長さを短く（送電停止時間を短く）することができ、例えば、送電停止から、上記送電停止を受電装置の通知部を用いて通知するまでの遅延期間の長さより、短くすることができる。このため、受電装置において充電中であることを表すランプの点灯を維持することができる。
【０１６０】
そして、前記一連の複数の処理の中の分割された各処理の全ての処理を実行させて、前記異物検知判定回路に異物が存在するか否かを判断させることにより、精度の高い異物検知を行うことができる。
【０１６１】
［項目２］
前記一連の複数の処理を分割した各処理を実行させる分割期間は、送電の停止から、前記送電の停止を前記受電装置の通知部を用いて通知するまでの遅延期間より短い、
項目１に記載の送電装置。
【０１６２】
上記態様によると、
送電の停止を前記受電装置の通知部を用いて通知するまでの遅延期間の長さより、送電を停止している送電停止時間を短くすることができる。よって、充電中を示す通知部（ランプなど）の点灯を連続して維持することができる。
【０１６３】
［項目３］
前記一連の複数の処理は、前記変化後の物理量と所定の基準値との差分が予め設定された閾値よりも大きいとき、前記第１共振器と前記第３共振器との間に異物が存在すると判断する判断処理を含む、
項目１または２に記載の送電装置。
【０１６４】
上記態様によると、
前記測定された物理量から算出した値に基づき、前記異物が存在するか否かを判断する処理がないので、前記異物検知期間を短くすることができる。
【０１６５】
［項目４］
前記一連の複数の処理は、
前記第２交流電力に応じて変化する前記第３共振器における物理量を測定する測定処理と、
前記測定された物理量から算出した値に基づき、前記異物が存在するか否かを判断する判断処理と、を含む、
項目１または２に記載の送電装置。
【０１６６】
上記態様によると、
測定処理と、判断処理とを分けることで、前記異物検知期間において、送電を停止している送電停止時間を短くして、送電効率が低下することを防止しつつ、送電開始後も精度の高い異物検知を実現できる。
【０１６７】
［項目５］
前記一連の複数の処理は、
前記第２交流電力に応じて変化する前記第３共振器における物理量を測定する２種以上の測定処理と、
前記２種以上の測定処理の各々で測定された物理量から算出された値に基づいて、前記異物が存在するか否かを判断する判断処理と、を含む、
項目１または２に記載の送電装置。
【０１６８】
上記態様によると、
高い精度で異物を検知することができる。
【０１６９】
［項目６］
前記２種以上の測定処理は、前記第３共振器の共振周波数ｆｒより低い第１の周波数ｆ１で前記発振回路が発振しているときに前記異物検知判定回路によって前記物理量を測定する第１種の測定処理と、前記第３共振器の共振周波数ｆｒより高い第２の周波数ｆ２で前記発振回路が発振しているときに前記異物検知判定回路によって前記物理量を測定する第２種の測定処理とを含む、
項目５に記載の送電装置。
【０１７０】
上記態様によると、
高い精度で異物を検知することができる。
【０１７１】
［項目７］
前記一連の複数の処理は、第１の種類の異物に対応した第１の物理量を測定し、前記第１の種類の異物が存在するか否かを判断する第１判断処理と、第２の種類の異物に対応した第２の物理量を測定し、前記第２の種類の異物が存在するか否かを判断する第２判断処理とを含み、前記送電制御回路は、前記第１判断処理と前記第２判断処理との間に前記第１交流電力の送電を前記インバータに実行させる、
項目１または２に記載の送電装置。
【０１７２】
上記態様によると、
前記第１の種類の異物と前記第２の種類の異物とを高い精度で検知することができる。
【０１７３】
［項目８］
前記第１共振器および前記第３共振器は、同一の共振器であり、
前記送電制御回路の制御により、前記インバータ回路と前記同一の共振器との電気的接続と、前記発振回路と前記同一の共振器との電気的接続とを切り替えるスイッチを備え、
前記送電制御回路は、
前記分割された一連の複数の処理の中の第１処理を終えて前記第１交流電力の送電を再開するとき、前記スイッチを制御して、前記発振回路と前記同一の共振器との電気的接続から前記インバータ回路と前記同一の共振器との電気的接続に切り替え、
前記第１交流電力の送電を中断して前記第１処理の次の第２処理を開始するとき、前記スイッチを制御して、前記インバータ回路と前記同一の共振器との電気的接続から前記発振回路と前記同一の共振器との電気的接続に切り替える、
項目１から７のいずれか１項に記載の送電装置。
【０１７４】
上記態様によると、
前記第１共振器および前記第３共振器を同一の共振器で行うことにより、部品点数の削減、コスト削減を行うことができる。
【０１７５】
［項目９］
前記第３共振器における物理量は、前記第３共振器に印加される電圧、前記第３共振器に流れる電流、前記第３共振器に印加される前記電圧の周波数、前記第３共振器の入力インピ−ダンス値、又は、前記第３共振器の入力インダクタンス値である、
項目１から８のいずれか１項に記載の送電装置。
【０１７６】
上記態様によると、
前記物理量を測定することで、前記第１共振器と前記第３共振器との間に異物が存在するか否かを容易に判断できる。
【０１７７】
［項目１０］
前記第１共振器は、コイル及びキャパシタを含む並列共振回路を有し、
前記第３共振器における物理量が前記第３共振器の入力インダクタンスであり、
前記異物検知判定回路は、
前記第１種の測定処理において前記周波数ｆ１で発振しているときの前記第３共振器の入力インダクタンス値Ｌｉｎ（ｆ１）を測定し、前記第２種の測定処理において前記周波数ｆ２で発振しているときの前記第３共振器の入力インダクタンス値Ｌｉｎ（ｆ２）とを測定し、
前記判断処理において、ｋ2＝１−Ｌｉｎ（ｆ２）／Ｌｉｎ（ｆ１）の式によって結合係数ｋを算出し、前記算出した結合係数ｋに基づいて異物が存在するか否かを判断する、
項目６に記載の送電装置。
【０１７８】
上記態様によると、
ｋ2＝１−Ｌｉｎ（ｆ２）／Ｌｉｎ（ｆ１）の式によって結合係数ｋを算出し、前記算出した結合係数ｋに基づいて異物が存在するか否かを判断する。
【０１７９】
Ｌｉｎ（ｆ２）に、前記コイルの両端が短絡している状態の時の前記第３共振器の入力インダクタンス値を用い、Ｌｉｎ（ｆ１）に前記コイルの両端が開放している状態の時の前記第３共振器の入力インダクタンス値を用いると高精度の結合係数ｋを算出でき、高精度で異物が存在するか否かを判断することができる。
【０１８０】
前記コイル及び前記コイルの両端に設けたキャパシタを含む並列共振回路を前記受電装置に設ける。このことにより、前記発振回路で前記第２共振周波数ｆｒよりも低い前記周波数ｆ１で駆動すると、前記キャパシタに電流が流れないので、前記コイルの両端が実質的に開放されている状態を作り出せる。また、前記第２共振周波数ｆｒよりも高い前記周波数ｆ２で駆動すると、前記キャパシタに電流が流れるので、前記コイルの両端が短絡している状態を作り出せる。
【０１８１】
よって、前記コイルの両端にキャパシタを設けるだけで、前記コイルの両端が実質的に開放されている状態と前記コイルの両端が短絡している状態とを作り出すことができる。そのため、通常行われているように、前記コイルの両端に短絡用スイッチを設け、設けた前記短絡用スイッチを制御する制御回路を前記受電装置に設ける必要はない。よって、通常行われているような、前記送電装置から信号を送って前記短絡用スイッチを制御するという煩わしさをなくすことができる。その結果、精度の高い前記結合係数を用いて異物検知を行うので、コスト増を招くことなく、簡易な構成で前記負荷が変動しても高精度で異物検知を行うことができる。
【０１８２】
［項目１１］
前記第１共振器は、コイル及びキャパシタを含む並列共振回路を有し、
前記第３共振器における物理量が前記第３共振器の入力インダクタンスであり、
前記異物検知判定回路は、
前記第１種の測定処理において前記周波数ｆ１で発振しているときの前記第３共振器の入力インダクタンス値Ｌｉｎ（ｆ１）を測定し、前記第２種の測定処理において前記周波数ｆ２で発振しているときの前記第３共振器の入力インダクタンス値Ｌｉｎ（ｆ２）を測定し、
前記判断処理において、前記Ｌｉｎ（ｆ１）と前記Ｌｉｎ（ｆ２）との比を算出し、前記算出した比に基づいて異物が存在するか否かを判断する、
項目６に記載の送電装置。
【０１８３】
「前記入力インダクタンス値Ｌｉｎ（ｆ１）と前記入力インダクタンス値Ｌｉｎ（ｆ２）との比に基づいて」の意味について説明する。
【０１８４】
前記結合係数ｋを算出する式１［ｋ2＝１−Ｌｉｎ（ｆ２）／Ｌｉｎ（ｆ１）］は、
式２［Ｌｉｎ（ｆ２）／Ｌｉｎ（ｆ１）＝１−ｋ2］に変形できる。よって、Ｌｉｎ（ｆ２）／Ｌｉｎ（ｆ１）が決まると、結合係数ｋを一意的に決めることができる。従って、前記入力インダクタンス値Ｌｉｎ（ｆ１）と前記入力インダクタンス値Ｌｉｎ（ｆ２）との比に基づいて、前記第１共振器と前記第３共振器との間に異物が存在するか否かを判断できる。
【０１８５】
上記態様によれば、前記式１による結合係数ｋを算出するには、四則演算以外の平方根の算出処理が求められる。一方、前記入力インダクタンス値Ｌｉｎ（ｆ１）と前記入力インダクタンス値Ｌｉｎ（ｆ２）の比は単純な除算であるので、処理の負荷も軽減でき、算出スピ−ドを速くすることができる。
【０１８６】
また、上記態様と同様に、前記コイルの両端に短絡用スイッチを設ける必要はなく、前記送電装置から信号を送って前記短絡用スイッチを制御する煩わしさをなくすことができる。
【０１８７】
［項目１２］
前記第１共振器は、コイル及びキャパシタを含む並列共振回路を有し、
前記発振回路は、自励式の発振回路であり、かつ、前記第３共振器における物理量が前記第３共振器に印加される電圧の周波数であり、前記発振回路の発振周波数の２乗は前記第３共振器の入力インダクタンス値に反比例し、
前記異物検知判定回路は、
前記第１種の測定処理において前記発振回路が発振しているときの前記第３共振器の周波数ｆ１を測定し、前記第２種の測定処理において前記発振回路が発振しているときの前記第３共振器の周波数ｆ２を測定し、
前記判断処理において、ｋ2＝１−ｆ１2／ｆ２2の式によって結合係数ｋを算出し、前記算出した結合係数ｋに基づいて異物が存在するか否かを判断する、
項目６に記載の送電装置。
【０１８８】
上記態様によると、
前記発振回路が自励式の発振回路の場合、前記入力インダクタンス値をＬとし、前記キャパシタをＣとすると、前記自励式の発振回路の周波数ｆは、ＬＣ共振原理に基づく発振回路である場合、ｆ＝１／（２π×（ＬＣ）＾（１／２））の式で表すことができる。容量Ｃは回路定数で既知であるから、前記入力インダクタンス値Ｌが前記発振回路の周波数の２乗に反比例するので、前記結合係数の式であるｋ2＝１−Ｌｉｎ（ｆ２）／Ｌｉｎ（ｆ１）をｋ2＝１−ｆ１2／ｆ２2の式に置き換えることができる。このことにより、前記測定回路で前記入力インダクタンスを測定する工程は不要となり、前記発振回路が発振する周波数ｆ１及びｆ２の値を用いればよい。よって、前記測定回路で前記入力インダクタンスを測定する必要がなくなるので、前記結合係数を高精度で算出することができる。なお、前記周波数ｆ１及び前記周波数ｆ２の値については、前記第１共振器の前記周波数ｆ１及び前記周波数ｆ２を前記測定回路が測定してもよい。また、他の発振回路でも同様の考え方が適用でき、当業者は容易に類推可能である。
【０１８９】
上記態様と同様に、前記コイルの両端に短絡用スイッチを設ける必要はなく、前記送電装置から信号を送って前記短絡用スイッチを制御する煩わしさをなくすことができる。
【０１９０】
［項目１３］
項目１から１２のいずれか１項に記載の送電装置と、
受電装置と、を備える、無線電力伝送システム。
【０１９１】
［項目１４］
第１交流電力を受電する第１共振器と、前記第１共振器が受電した前記第１交流電力を第１直流電力に変換して負荷に供給する受電回路とを備えた受電装置に対して非接触方式で前記第１交流電力を送電する送電装置であって、
前記第１交流電力を生成して第２共振器を介して前記第１交流電力を送電するインバータ回路と、
前記第１交流電力より小さい第２交流電力を生成して第３共振器を介して前記第２交流電力を送電する発振回路と、
前記第２交流電力に応じて変化する前記第３共振器における物理量に基づき、前記第１共振器と前記第３共振器との間に異物が存在するか否かを判断する異物検知判定回路と、
前記送電装置を制御する送電制御回路と、を具備した送電装置を用いて異物検知方法であって、
前記送電制御回路に、
前記第１交流電力の送電開始前に、前記異物検知判定回路に一連の複数の処理を実行させて異物が存在するか否かを判断させた後、前記インバータ回路に前記第１交流電力の送電を開始させ、
前記第１交流電力の送電開始後は、前記異物検知を行う異物検知期間と前記第１交流電力の送電を行う送電期間とを繰り返させ、前記一連の複数の処理は前記繰り返される複数の異物検知期間に分割して実行され、
前記複数の異物検知期間を用いて前記一連の複数の処理を分割して実行させて、前記異物検知判定回路に異物が存在するか否かを判断させる、
異物検知方法。
【０１９２】
上記態様によると、
前記送電制御回路に、
前記第１交流電力の送電開始前に、前記異物検知判定回路に一連の複数の処理を実行させて異物が存在するか否かを判断させた後、前記インバータ回路に前記第１交流電力の送電を開始させ、
前記第１交流電力の送電開始後は、前記異物検知を行う異物検知期間と前記第１交流電力の送電を行う送電期間とを繰り返させ、前記一連の複数の処理は前記繰り返される複数の異物検知期間に分割して実行され、
前記複数の異物検知期間を用いて前記一連の複数の処理を分割して実行させて、前記異物検知判定回路に異物が存在するか否かを判断させる、
このことにより、１回の前記異物検知期間の長さを短く（即ち、送電停止時間を短く）することができ、送電を行っている送電時間に対する異物検知を行う時間の割合を小さくすることができる。よって、送電効率が低下することを防止することができる。また、１回の前記異物検知期間の長さを短く（送電停止時間を短く）することができ、例えば、送電停止から、上記送電停止を受電装置の通知部を用いて通知するまでの遅延期間の長さより、短くすることができる。このため、受電装置において充電中であることを表すランプの点灯を維持することができる。
【０１９３】
そして、前記一連の複数の処理の中の分割された各処理の全ての処理を実行させて、前記異物検知判定回路に異物が存在するか否かを判断させることにより、精度の高い異物検知を行うことができる。
【０１９４】
［項目１５］
第１交流電力を受電する第１共振器と、前記第１共振器が受電した前記第１交流電力を第１直流電力に変換して負荷に供給する受電回路とを備えた受電装置に対して非接触方式で前記第１交流電力を送電する送電装置であって、
前記第１交流電力を生成して第２共振器を介して前記第１交流電力を送電するインバータ回路と、
前記第１交流電力より小さい前記第２交流電力を生成して第３共振器を介して前記第２交流電力を送電する発振回路と、
前記第２交流電力に応じて変化する前記第３共振器における物理量を測定し、前記測定された物理量に基づき、前記第１共振器と前記第３共振器との間に異物が存在するか否かを判断する異物検知判定回路と、
前記送電装置を制御する送電制御回路と、を具備し、
前記送電制御回路は、
前記第１交流電力の送電開始前に、前記物理量の測定から前記異物の判断までの一連の複数の処理を前記異物検知判定回路に実行させて異物が存在するか否かを判断させた後、前記インバータ回路に前記第１交流電力の送電を開始させ、
前記第１交流電力の送電開始後は、前記異物検知を行う異物検知期間と前記第１交流電力の送電を行う送電期間とを繰り返し、前記一連の複数の処理に含まれる前記物理量の測定は前記繰り返される複数の異物検知期間で分割して実行され、前記一連の複数の処理に含まれる前記物理量の測定以外の処理は前記繰り返される複数の送電期間で分割して実行され、
前記異物検知判定回路に、前記複数の異物検知期間を用いて前記物理量の測定を分割して実行させ、前記送電期間と並行して前記物理量の測定以外の処理を実行させ、異物が存在するか否かを判断させる、
送電装置。
【０１９５】
上記態様によると、
前記送電制御回路は、
前記第１交流電力の送電開始前に、前記物理量の測定から前記異物の判断までの一連の複数の処理を前記異物検知判定回路に実行させて異物が存在するか否かを判断させた後、前記インバータ回路に前記第１交流電力の送電を開始させ、
前記第１交流電力の送電開始後は、前記異物検知を行う異物検知期間と前記第１交流電力の送電を行う送電期間とを繰り返し、前記一連の複数の処理に含まれる前記物理量の測定は前記繰り返される複数の異物検知期間で分割して実行され、前記一連の複数の処理に含まれる前記物理量の測定以外の処理は前記繰り返される複数の送電期間で分割して実行され、
前記異物検知判定回路に、前記複数の異物検知期間を用いて前記物理量の測定を分割して実行させ、前記送電期間と並行して前記物理量の測定以外の処理を実行させ、異物が存在するか否かを判断させる。
【０１９６】
上記態様によれば、送電停止時間をさらに短くでき、送電効率が低下することを防止できる。
【０１９７】
［項目１６］
入力された直流エネルギを交流エネルギに変換して出力するように構成された送電回路と、
前記送電回路から出力された前記交流エネルギを送出するように構成された送電共振器と、
前記送電共振器によって送出された前記交流エネルギの少なくとも一部を受け取るように構成された受電共振器と、
前記受電共振器が受け取った前記交流エネルギを直流エネルギに変換して負荷に供給するように構成された受電回路と、
を備え、
前記送電回路は、
前記直流エネルギを前記交流エネルギに変換して出力するように構成されたインバータ回路と、
複数のステップを含む異物検出処理を実行することによって前記送電共振器の付近の異物を検出するように構成された異物検出回路と、
前記インバータ回路を用いた送電処理と、前記異物検出回路を用いた処理とを交互に繰り返すように、前記インバータ回路および前記異物検出回路を制御する制御回路と、
を有し、
前記異物検出回路は、１回の前記送電処理の前後で、前記複数のステップに含まれる異なるステップを実行するように構成されている、
無線電力伝送システム。
【０１９８】
［項目１７］
前記複数のステップは、前記異物の接近に伴って変化する少なくとも１つの物理量を測定するステップと、前記少なくとも１つの物理量の基準値からの変化量に基づいて前記異物の有無を判定するステップとを含む、項目１６に記載の無線電力伝送システム。
【０１９９】
［項目１８］
前記複数のステップは、第１の種類の異物に対応した第１の物理量を測定するステップと、第２の種類の異物に対応した第２の物理量を測定するステップとを含む、項目１７に記載の無線電力伝送システム。
【０２００】
［項目１９］
前記異物検出回路は、
前記第１共振器または異物検出用の他の共振器に電気的に接続され、前記受電共振器の共振周波数ｆｒよりも低い第１の周波数ｆ１および前記共振周波数ｆｒよりも高い第２の周波数ｆ２で発振可能な発振回路と、
前記発振回路に電気的に接続された前記第１共振器または前記他の共振器の入力インピーダンスに応じて変化する物理量を測定するように構成された測定回路と、
前記第１の周波数ｆ１で前記発振回路が発振しているときに前記測定回路が測定した前記物理量の変化と、前記第２の周波数ｆ２で前記発振回路が発振しているときに前記測定回路が測定した前記物理量の変化とに基づいて、送電共振器の付近の異物の有無を判定するように構成された判定回路と、
を有する、項目１６から１８のいずれかに記載の無線電力伝送システム。
【０２０１】
［項目２０］
前記複数のステップは、前記第１の周波数ｆ１で前記発振回路が発振しているときに前記測定回路によって前記物理量を測定する第１のステップと、前記第２の周波数ｆ２で前記発振回路が発振しているときに前記測定回路によって前記物理量を測定する第２のステップとを含み、
前記測定回路は、前記第１および第２のステップを、１回の送電処理の前後に実行するように構成されている、
項目１９に記載の無線電力伝送システム。
【０２０２】
［項目２１］
前記複数のステップは、同一の物理量を測定する２つのステップと、前記２つのステップにおいて測定された前記物理量に基づく演算によって異物の有無を判定するステップとを含み、
前記異物検出回路は、１回の前記送電処理の前後で、前記２つのステップをそれぞれ実行するように構成されている、
項目１６から２０のいずれかに記載の無線電力伝送システム。
【０２０３】
［項目２２］
前記異物検出回路は、前記複数のステップの各々に要する時間に応じて各ステップを実行する頻度を変更するように構成されている、項目１６から２１のいずれかに記載の無線電力伝送システム。
【０２０４】
［項目２３］
前記受電回路は、前記受電回路の出力変動を通知するフィードバックのための通信パケットを送信するように構成された送信回路を有し、
前記送電回路は、前記通信パケットを受信するように構成された受信回路を有し、
前記制御回路は、前記受信回路が前記通信パケットを受信している期間は前記異物検出回路を用いた処理を実行しないように、前記異物検出回路を制御するように構成されている、
項目１６から２１のいずれかに記載の無線電力伝送システム。
【０２０５】
［項目２４］
前記異物検出回路は、１回の前記送電処理の前後で、異なる２つの測定処理を行い、前記２つの測定処理の結果に基づく演算によって異物の有無を判定する処理を実行するように構成されている、項目１６から２３のいずれかに記載の無線電力伝送システム。
【０２０６】
［項目２５］
前記異物検出回路は、前記２つの測定処理の結果に基づく演算を、前記２つの測定処理の後の送電期間中に実行するように構成されている、項目２４に記載の無線電力伝送システム。
【０２０７】
［項目２６］
前記異物判定回路は、
前記異物検出処理において、前記異物の接近に伴って変化する物理量を測定し、
前記物理量に基づく演算を行うことによって前記異物の有無を判定し、
前記異物がないと判定した後、次の異物検出処理において、前回と同じ測定結果を得たとき、前記物理量に基づく演算を省略して前記異物がないと判定するように構成されている、
項目１６から２５のいずれかに記載の無線電力伝送システム。
【０２０８】
［項目２７］
入力された直流エネルギを交流エネルギに変換して出力するように構成された送電回路と、
前記送電回路から出力された前記交流エネルギを送出するように構成された送電共振器と、
を備え、
前記送電回路は、
前記直流エネルギを前記交流エネルギに変換して出力するように構成されたインバータ回路と、
複数のステップを含む異物検出処理を実行することによって前記送電共振器の付近の異物を検出するように構成された異物検出回路と、
前記インバータ回路を用いた送電処理と、前記異物検出回路を用いた処理とを交互に繰り返すように、前記インバータ回路および前記異物検出回路を制御する制御回路と、
を有し、
前記異物検出回路は、１回の前記送電処理の前後で、前記複数のステップに含まれる異なるステップを実行するように構成されている、
送電装置。
【０２０９】
［項目２８］
入力された直流エネルギを交流エネルギに変換して出力するように構成された送電回路と、前記送電回路から出力された前記交流エネルギを送出するように構成された送電共振器とを備えた送電装置に搭載されたコンピュータによって実行されるプログラムであって、
前記コンピュータに、
複数のステップを含む異物検出処理を実行させることによって前記送電共振器の付近の異物を検出させ、
インバータ回路を用いた送電処理と、前記異物検出処理における前記複数のステップの一部のステップを交互に実行させ、
１回の送電処理の前後で、前記複数のステップに含まれる異なるステップを実行させる、
プログラム。
【産業上の利用可能性】
【０２１０】
本開示の技術は、例えばスマートフォンやタブレット端末、ノートＰＣなどの電子機器や、電気自動車などの電動機械に充電を行う充電システムに利用可能である。本開示の実施形態によれば、送受電コイル間に存在する異物の異常発熱リスクを回避することができる。
【符号の説明】
【０２１１】
１００  送電装置
２００  受電装置
１０００  送電回路
１００１  インバータ回路
１００２  切替スイッチ
１００３  発振回路
１００４  異物検出回路
１００５  受信回路
１００６  測定回路
１００７  判定回路
１００８  異物検知判定回路
１０１０  送受電共振器対
１０１０ａ  送電共振器
１０１０ｂ  受電共振器
１０１１  検出共振器
１０２０  受電回路
１０２１  整流回路
１０２２  出力検出回路
１０２３  送信回路
１０３０  直流（ＤＣ）電源
１０４０  負荷
１０５０  異物
１０７０  表示素子
１０９０  制御回路
１０９１  送電制御部
１０９２  切替スイッチ制御部
１０９３  メモリ（結果保存部）
１０９４  発振制御部
１０９５  タイミング制御部
【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２０Ａ】
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【図２０Ｂ】
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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２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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