(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１端子及び第２端子を有する巻回された第１導線である第１コイルと、
前記第１コイルと隣接して配置され、第３端子及び第４端子を有する巻回された第２導線である第２コイルと、
前記第１コイルと隣接する前記第２コイルの側とは反対側において前記第２コイルと隣接して配置され、第５端子及び第６端子を有する巻回された第３導線である第３コイルであって、前記第５端子から前記第６端子への巻回方向は、前記第１端子から前記第２端子への巻回方向と同一である第３コイルと、
第１所定波形を有する第１検出信号を前記第１コイルの前記第１端子に出力し且つ前記第１所定波形と反転した極性の第２所定波形を有する第２検出信号を前記第３コイルの前記第５端子に出力し、前記第１コイルと前記第３コイルの間を跨る合成磁界を生成させ、
異物の有無によって生じる前記合成磁界の変化に対応した、前記第１コイル又は前記第３コイルのいずれか一方のインピーダンス値の変化量を測定し、
前記インピーダンス値の変化量が所定値を超えたとき、前記第２コイル上に異物があると判断する異物検出回路と、を備え、
前記第２端子、前記第４端子及び前記第６端子は、前記異物検出回路の基準電位と同電位である、
異物検出装置。
【請求項２】
前記第１端子、前記第３端子及び前記第５端子は、それぞれ、前記第１コイル、前記第２コイル及び前記第３コイルの外側に配置された外側端子、又は前記第１コイル、前記第２コイル及び前記第３コイルの内側に配置された内側端子のいずれか一方の端子であり、
前記第２端子、前記第４端子及び前記第６端子は、それぞれ、前記第１コイル、前記第２コイル及び前記第３コイルの前記外側端子又は前記内側端子のいずれか他方の端子である、
請求項１に記載の異物検出装置。
【請求項３】
前記第２コイルの前記第２導線における前記第３端子から前記第４端子への巻回方向は、前記第１コイルの前記第１導線における前記第１端子から前記第２端子への巻回方向と同一である、
請求項１又は２に記載の異物検出装置。
【請求項４】
前記異物検出回路は、異物の有無によって生じる前記合成磁界の変化に対応するインピーダンス値の変化量であって、前記第１コイルと前記第３コイルとの接続により生成されるインピーダンス値の変化量を測定し、
前記インピーダンス値の変化量が所定値を超えたとき、前記第２コイル上に異物があると判断する、
請求項１に記載の異物検出装置。
【請求項５】
前記第１コイル、前記第２コイル及び前記第３コイルの各々は、各コイルの軸に垂直な方向に配列されている、
請求項１から４のいずれか１項に記載の異物検出装置。
【請求項６】
前記第１検出信号及び前記第２検出信号は、交流信号又はパルス信号である、
請求項１から５のいずれか１項に記載の異物検出装置。
【請求項７】
前記異物検出回路は、前記第１検出信号及び前記第２検出信号を同時に前記第１コイル及び前記第３コイルにそれぞれ出力する、
請求項１から６のいずれか１項に記載の異物検出装置。
【請求項８】
前記第１コイル、前記第２コイル及び前記第３コイルを含み、前記第１コイル及び前記第３コイルと同一の構造をもつ４つ以上のコイルと、
前記４つ以上のコイルの中の前記第１コイル及び前記第３コイルと前記異物検出回路との間の電気的接続を行う少なくとも１つのスイッチと、
をさらに備え、
前記異物検出回路は、前記第１検出信号及び前記第２検出信号を出力する前に、前記少なくとも１つのスイッチを用いて前記４つ以上のコイルの中から１つのコイルを中心として両側に配置される２つのコイルとして前記第１コイル及び前記第３コイルを選択する、
請求項１から７のいずれか１項に記載の異物検出装置。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１項に記載の異物検出装置と、
送電コイルと、
前記送電コイルに高周波電力を送電する送電回路と、を備える、
無線送電装置。
【請求項１０】
前記送電コイルを内部に配置した筐体を備え、
前記第１コイル及び前記第３コイルの各々の外周は、前記送電コイルの外周より小さく、
前記第１コイル及び前記第３コイルは、前記筐体の主面と前記送電コイルとの間に配置されている、
請求項９に記載の無線送電装置。
【請求項１１】
前記第１コイル及び前記第３コイルのうちの少なくとも１つと前記送電コイルとを兼用した、
請求項９に記載の無線送電装置。
【請求項１２】
前記第１検出信号の電力及び前記第２検出信号の電力は、前記高周波電力より小さい、
請求項９から１１のいずれか１項に記載の無線送電装置。
【請求項１３】
前記異物検出回路が前記第１コイル及び前記第３コイルによって形成される磁界内に異物がないと判断した後に、前記送電回路に前記高周波電力を送電させる制御回路をさらに備える、
請求項９から１２のいずれか１項に記載の無線送電装置。
【請求項１４】
前記第２コイルは、前記送電コイルとして用いられる、
請求項９から１３のいずれか１項に記載の無線送電装置。
【請求項１５】
請求項９から１４のいずれか１項に記載の無線送電装置と、
無線受電装置と、を備える、無線電力伝送システム。
【請求項１６】
第１端子及び第２端子を有する巻回された第１導線である第１コイルと、
前記第１コイルと隣接して配置され、第３端子及び第４端子を有する巻回された第２導線である第２コイルと、
前記第１コイルと隣接する前記第２コイルの側とは反対側において前記第２コイルと隣接して配置され、第５端子及び第６端子を有する巻回された第３導線である第３コイルであって、前記第５端子から前記第６端子への巻回方向は、前記第１端子から前記第２端子への巻回方向と同一である第３コイルと、
第１所定波形を有する第１検出信号を出力する異物検出回路と、
前記出力された第１検出信号を、前記第１所定波形の極性が反転した極性の第２所定波形を有する第２検出信号に変換して前記第３コイルの前記第５端子に出力する移相器と、を備え、
前記異物検出回路は、
前記第１検出信号を前記第１コイルの前記第１端子及び前記移相器に出力し、前記第１コイルと前記第３コイルの間を跨る合成磁界を生成させ、
異物の有無によって生じる前記合成磁界の変化に対応した前記第１コイルと前記第３コイルとの合成されたインピーダンス値の変化量を測定し、
前記インピーダンス値の変化量が所定値を超えたとき、前記第２コイルの上に異物があると判断し、
前記第２端子、前記第４端子及び前記第６端子は、前記異物検出回路の基準電位と同電位である、
異物検出装置。
【請求項１７】
前記第１端子、前記第３端子及び前記第５端子は、それぞれ、前記第１コイル、前記第２コイル及び前記第３コイルの外側に配置された外側端子、又は前記第１コイル、前記第２コイル及び前記第３コイルの内側に配置された内側端子のいずれか一方の端子であり、
前記第２端子、前記第４端子及び前記第６端子は、それぞれ、前記第１コイル、前記第２コイル及び前記第３コイルの前記外側端子又は前記内側端子のいずれか他方の端子である、
請求項１６に記載の異物検出装置。
【請求項１８】
前記第２コイルの前記第２導線における前記第３端子から前記第４端子への巻回方向は、前記第１コイルの前記第１導線における前記第１端子から前記第２端子への巻回方向と同一方向である、
請求項１６又は１７に記載の異物検出装置。
【請求項１９】
前記第１コイル、前記第２コイル及び前記第３コイルの各々は、各コイルの軸に垂直な方向に配列されている、
請求項１６から１８のいずれか１項に記載の異物検出装置。
【請求項２０】
前記第１検出信号及び前記第２検出信号は、交流信号又はパルス信号である、
請求項１６から１９のいずれか１項に記載の異物検出装置。
【請求項２１】
請求項１６から２０のいずれか１項に記載の異物検出装置と、
送電コイルと、
前記送電コイルに高周波電力を送電する送電回路と、を備える、
無線送電装置。
【請求項２２】
前記送電コイルを内部に配置した筐体を備え、
前記第１コイル及び前記第３コイルの各々の外周は、前記送電コイルの外周より小さく、
前記第１コイル及び前記第３コイルは、前記筐体の主面と前記送電コイルとの間に配置されている、
請求項２１に記載の無線送電装置。
【請求項２３】
前記第１コイル及び前記第３コイルのうちの少なくとも一つと前記送電コイルとを兼用した、
請求項２１に記載の無線送電装置。
【請求項２４】
前記第１検出信号の電力及び前記第２検出信号の電力は、前記高周波電力より小さい、
請求項２１から２３のいずれか１項に記載の無線送電装置。
【請求項２５】
前記異物検出回路が前記第１コイル及び前記第３コイルによって形成される磁界内に異物がないと判断した後に、前記送電回路に前記高周波電力を送電させる制御回路をさらに備える、
請求項２１から２４のいずれか１項に記載の無線送電装置。
【請求項２６】
前記第２コイルは、前記送電コイルとして用いられる、
請求項２１から２５のいずれか１項に記載の無線送電装置。
【請求項２７】
請求項２１から２６のいずれか１項に記載の無線送電装置と、
無線受電装置と、を備える、無線電力伝送システム。
【請求項２８】
導線が巻回された第１コイルと、
前記第１コイルと隣接して配置され、導線が巻回された第２コイルと、
前記第２コイルに対して前記第１コイルと反対方向に前記第２コイルと隣接して配置され、導線が巻回された第３コイルと、
第１所定波形を有する第１検出信号を前記第１コイルに出力し、第２所定波形を有する第２検出信号を前記第３コイルに出力し、前記第１コイルに流れる前記第１検出信号に基づく電流及び前記第３コイルに流れる前記第２検出信号に基づく電流のうちの一方を時計回りに流れさせ、他方を反時計回りに流れさせ、前記第１コイルと前記第３コイルの間を跨る合成磁界を生成させ、
異物の有無によって生じる前記合成磁界の変化に対応した前記第１コイルと前記第３コイルの合成されたインピーダンス値の変化量を測定し、
前記インピーダンス値の変化量が所定値を超えたとき、前記第２コイルの上に異物があると判断する異物検出回路と、を備えた、
異物検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、例えば無線電力伝送システムにおける無線送電装置の近傍に存在する金属、人体、動物などの異物を検出する異物検出装置に関する。本開示は、さらに、そのような異物検出装置を備えた無線送電装置及び無線電力伝送システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話機をはじめとする様々なモバイル機器が普及している。モバイル機器の消費電力量は、機能及び性能の向上、並びにコンテンツの多様化に伴って増大し続けている。モバイル機器は、予め決められた容量のバッテリで動作するため、消費電力量が増大すると、当該機器の動作時間が短くなる。バッテリの容量の制限を補うための技術として、無線電力伝送システムが注目されている。無線電力伝送システムは、無線送電装置（以下、単に「送電装置」という）における送電コイルと、無線受電装置（以下、単に「受電装置」という）における受電コイルとの間の電磁誘導によって送電装置から受電装置に無線で電力を伝送する。特に、共振型の送電コイル及び受電コイルを用いた無線電力伝送システムは、送電コイル及び受電コイルの位置が互いにずれているときであっても高い伝送効率を維持できる。このため、共振型の無線電力伝送システムは様々な分野において応用が期待されている。送電コイルを大型化したり、複数の送電コイルのアレーを構成したりすることによって充電可能なエリアを拡大することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４５２５７１０号公報
【特許文献２】特許第４７８０４４７号公報
【特許文献３】特開２０１１−２３４４９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
無線電力伝送システムでは、送電コイル又は受電コイルの近傍に位置する金属などの異物を広い範囲に亘って高い精度で検出することが求められる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するため、本開示の一態様に係る異物検出装置は、第１端子及び第２端子を有する巻回された第１導線である第１コイルと、前記第１コイルと隣接して配置され、第３端子及び第４端子を有する巻回された第２導線である第２コイルと、前記第１コイルと隣接する前記第２コイルの側とは反対側において前記第２コイルと隣接して配置され、第５端子及び第６端子を有する巻回された第３導線である第３コイルであって、前記第５端子から前記第６端子への巻回方向は、前記第１端子から前記第２端子への巻回方向と同一である第３コイルと、第１所定波形を有する第１検出信号を前記第１コイルの前記第１端子に出力し且つ前記第１所定波形と反転した極性の第２所定波形を有する第２検出信号を前記第３コイルの前記第５端子に出力し、前記第１コイルと前記第３コイルの間を跨る合成磁界を生成させ、異物の有無によって生じる前記合成磁界の変化に対応した、前記第１コイル又は前記第３コイルのいずれか一方のインピーダンス値の変化量を測定し、前記インピーダンス値の変化量が所定値を超えたとき、前記第２コイル上に異物があると判断する異物検出回路と、を備える。前記第２端子、前記第４端子及び前記第６端子は、前記異物検出回路の基準電位と同電位である。
【０００６】
本開示の他の態様に係る異物検出装置は、第１端子及び第２端子を有する巻回された第１導線である第１コイルと、前記第１コイルと隣接して配置され、第３端子及び第４端子を有する巻回された第２導線である第２コイルと、前記第１コイルと隣接する前記第２コイルの側とは反対側において前記第２コイルと隣接して配置され、第５端子及び第６端子を有する巻回された第３導線である第３コイルであって、前記第５端子から前記第６端子への巻回方向は、前記第１端子から前記第２端子への巻回方向と同一である第３コイルと、第１所定波形を有する第１検出信号を出力する異物検出回路と、前記出力された第１検出信号を、前記第１所定波形の極性が反転した極性の第２所定波形を有する第２検出信号に変換して前記第３コイルの前記第５端子に出力する移相器と、を備える。前記異物検出回路は、前記第１検出信号を前記第１コイルの前記第１端子及び前記移相器に出力し、前記第１コイルと前記第３コイルの間を跨る合成磁界を生成させ、異物の有無によって生じる前記合成磁界の変化に対応した前記第１コイルと前記第３コイルとの合成されたインピーダンス値の変化量を測定し、前記インピーダンス値の変化量が所定値を超えたとき、前記第２コイルの上に異物があると判断する。前記第２端子、前記第４端子及び前記第６端子は、前記異物検出回路の基準電位と同電位である。
【０００７】
本開示のさらに他の態様に係る異物検出装置は、導線が巻回された第１コイルと、前記第１コイルと隣接して配置され、導線が巻回された第２コイルと、前記第２コイルに対して前記第１コイルと反対方向に前記第２コイルと隣接して配置され、導線が巻回された第３コイルと、第１所定波形を有する第１検出信号を前記第１コイルに出力し、第２所定波形を有する第２検出信号を前記第３コイルに出力し、前記第１コイルに流れる前記第１検出信号に基づく電流及び前記第３コイルに流れる前記第２検出信号に基づく電流のうちの一方を時計回りに流れさせ、他方を反時計回りに流れさせ、前記第１コイルと前記第３コイルの間を跨る合成磁界を生成させ、異物の有無によって生じる前記合成磁界の変化に対応した前記第１コイルと前記第３コイルの合成されたインピーダンス値の変化量を測定し、前記インピーダンス値の変化量が所定値を超えたとき、前記第２コイルの上に異物があると判断する異物検出回路と、を備える。
【０００８】
これらの包括的又は具体的な態様は、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラム、又は、記録媒体で実現されてもよい。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及び記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。
【発明の効果】
【０００９】
本開示の一態様によると、従来よりも広い範囲に亘って高い精度で異物を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１の実施形態に係る異物検出装置を模式的に示す図である。
【図２】図１のＡ１−Ａ１’線における検出コイル１１ａ〜１１ｃの断面、並びに生成される磁界を模式的に示す図である。
【図３】第１の実施形態の第１の変形例に係る異物検出装置を模式的に示す図である。
【図４】第１の実施形態の第２の変形例に係る異物検出装置を模式的に示す図である。
【図５】第１の実施形態に係る異物検出装置の動作の一例を示す図である。
【図６Ａ】第１の実施形態の実装例に係る異物検出装置の検出コイル１１ａ〜１１ｃを示す上面図である。
【図６Ｂ】比較例に係る異物検出装置の検出コイル１１ａを示す上面図である。
【図６Ｃ】図６Ａ及び図６Ｂに示す異物２０によるＱ値の変化率の距離依存性を示すグラフである。
【図７Ａ】第１の実施形態の他の実装例に係る異物検出装置の検出コイル１１ａ〜１１ｃを示す上面図である。
【図７Ｂ】隣接する２つの検出コイルに逆相の電流を流す構成例を示す図である。
【図７Ｃ】図７Ａ、図７Ｂ、図６Ｂの各構成における異物２０によるインダクタンスへの影響を示すグラフである。
【図８】第１の実施形態の第３の変形例に係る異物検出装置を示す図である。
【図９】第１の実施形態の第４の変形例に係る異物検出装置を示す図である。
【図１０】第２の実施形態に係る無線電力伝送システムを示すブロック図である。
【図１１Ａ】図１０の送電装置３０の一部を示す図である。
【図１１Ｂ】図１１ＡのＡ２−Ａ２’線における検出コイル１１ａ〜１１ｃ及び送電コイル３１ａ〜３１ｃの断面を示す図である。
【図１２Ａ】第２の実施形態の第１の変形例に係る無線電力伝送システムの検出コイル１１ａ〜１１ｉ及び送電コイル３１の配置を示す図である。
【図１２Ｂ】図１２ＡのＡ３−Ａ３’線における検出コイル１１ａ〜１１ｉ及び送電コイル３１の断面を示す図である。
【図１３】第２の実施形態に係る送電装置の動作の一例を示す図である。
【図１４】第３の実施形態に係る無線電力伝送システムを示すブロック図である。
【図１５】図１４に示す送電装置の一部を示す図である。
【図１６】第３の実施形態の第１の変形例に係る無線電力伝送システムの送電装置の一部を示す図である。
【図１７】第３の実施形態の第２の変形例に係る無線電力伝送システムの送電装置の一部を示す図である。
【図１８】第３の実施形態の第３の変形例に係る無線電力伝送システムの送電装置の一部を示す図である。
【図１９】第３の実施形態の第４の変形例に係る無線電力伝送システムの送電装置の一部を示す図である。
【図２０】第２の実施形態及び第３の実施形態に係る送電装置の動作の一例を示す図である。
【図２１】送電を行う前に異物を検知し、且つ、送電を行っている最中においても異物を検知する送電装置の動作を示す図である。
【図２２】送電装置上に、受電装置を備えたスマートフォンが置かれた状態を示した図である。
【図２３】無線電力システムを備えた駐車場を示す図である。
【図２４】病院などで用いられるロボットに、壁から電力を非接触で伝送する無線電力伝送システムの構成例を示す図である。
【図２５】特許文献１に係る異物検出装置の検出コイル１１１を示す上面図である。
【図２６】図２５のＡ１１−Ａ１１’線における検出コイル１１１の断面及び生成される磁界を示す図である。
【図２７Ａ】図２５に示す検出コイル１１１と金属異物の位置関係を示す図である。
【図２７Ｂ】図２５に示す検出コイル１１１のＱ値の変化率の距離依存性を示す図である。
【図２８】特許文献２に係る異物検出装置の検出コイル１１１ａ及び１１１ｂを示す上面図である。
【図２９】図２８のＡ１２−Ａ１２’線における検出コイル１１１ａ及び１１１ｂの断面及び生成される磁界を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（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関し、異物を高い精度で検出できる範囲が十分に広くないという課題があることを見出した。以下、この課題を詳細に説明する。
【００１２】
まず、「異物」の定義を説明する。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物体を意味する。そのような物体は、例えば金属、人体、又は動物であり得る。
【００１３】
無線電力伝送システムでは、電力が伝送される空間に異物が存在すると、その異物が発熱する危険性が高まる。ここで、異物が金属である場合を考える。送電コイルから受電コイルに無線で電力を伝送するとき、送電コイルに流れる電流に起因してその周囲に磁界が発生する。この発生した磁界によって異物の表面に渦電流が流れ、異物が発熱する。この発熱は、数十度以上の温度上昇を引き起こす虞がある。
【００１４】
ワイヤレスパワーコンソーシアム（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ｐｏｗｅｒ  Ｃｏｎｓｏｒｔｉｕｍ：ＷＰＣ）が策定するＱｉ（チー）規格には、許容される温度上昇の上限が規定されている。Ｑｉ規格に準拠した無線電力伝送を行う機器においては、この温度上昇の上限を超えないことが要求される。このため、無線で送電している最中に、送電コイル及び受電コイルの間に異物が混入しないようにすることが望ましい。より安全性を高めるためには、送電を開始する前に送電コイルの近傍の異物を検出することが望ましい。このような検出動作を行った上で、異物が検出されなかった場合にのみ送電動作に移行するようにすれば、発熱の危険性を予め取り除くことができる。
【００１５】
一方、スマートフォンなどの機器への充電可能なエリアを拡大したいという要望がある。例えば、送電コイルを大きくするなどして、送電コイルが送電できる範囲を広げたいという要望がある。そのような要望に伴い、高い精度で異物を検出できる範囲を広げることが望まれている。
【００１６】
特に、車両内のコンソールボックスの下に送電装置を配置する充電システムにおいては、送電コイルとスマートフォンなどの機器との距離が大きくなる場合がある。送電コイルと受電機器との高さ方向の距離が大きくなっても、高い精度で異物の検出を行うことが要求される。
【００１７】
特許文献１は、１つのコイルを送電コイル及び検出コイルとして共用するシステムを開示している。特許文献１のシステムは、検出コイルにパルス信号を送信し、その反射波による検出コイルの電圧の変化を検出して、異物の有無を判別する。
【００１８】
特許文献２は、異物を検出できる範囲を広げるために、２つ以上の検出コイルを並べて配置することを開示している。特許文献２は、異物の検出を行うために、軸方向に並べた送信コイル（即ち検出コイル）及び受信コイルに、互いに逆相の電流を供給することを開示している。このような構成により、送信コイルから送信された信号を直接に受信コイルで受信しないようにして、異物からの反射波を高い感度で受信し、異物の検出を行うことが開示されている。
【００１９】
特許文献３は、異物を検出する検出コイルではなく、無線電力伝送システムにおける送電コイルに関する技術を開示している。特許文献３のシステムでは、隣接する２つの送電コイルの導線（以下、「巻線」ともいう）を接続した送電コイルユニットが用いられる。この送電コイルユニットは、２つのコイルから発生する磁界の位相が互いに逆になるように構成される。このような構成により、送電時に送電コイルユニットの遠方に発生する電磁界の漏洩を低減することができることが開示されている。
【００２０】
本発明者らは、特許文献１及び特許文献２に開示された検出コイルから生じる磁界分布を解析した結果、これらの検出コイルでは、高い精度で異物を検出できる範囲を広げることが困難であることを見出した。以下、この課題を詳細に説明する。
【００２１】
まず、特許文献１について説明する。
【００２２】
特許文献１における検出コイルは、検出コイルの巻線の中心を通る軸に垂直な平面上に巻線が巻回された平面コイルである。
【００２３】
図２５は、特許文献１に開示された異物検出装置における検出コイル１１１と、その上に位置する異物１２０とを模式的に示す上面図である。図２５では、図を簡単にするため、検出コイル１１１の巻線のうち、最外周部分及び最内周部分のみが示されている。実際には、最外周部分と最内周部分との間に巻線が複数回巻回されている。本開示において検出コイルを図示する他の図についても同様である。
【００２４】
図２６は、図２５のＡ１１−Ａ１１’線における検出コイル１１１及び異物１２０の断面、並びに検出コイル１１１の周辺の磁界分布を模式的に示す図である。図２６は、検出コイル１１１の巻線内を、異物１２０の側から見て反時計回りに信号電流が流れている状態を示している。なお、本開示において、異物又は受電コイルの側から見たときに右回りであることを「時計回り」と称し、異物又は受電コイルの側から見たときに左回りであることを「反時計回り」と称する。
【００２５】
検出コイル１１１の近傍に存在する異物１２０（例えば金属片）は、検出コイル１１１の周囲に発生する磁界と相互作用し、検出コイル１１１に流れる信号電流の周波数及び／又は振幅を変化させる。この変化を検出することにより、異物１２０を検出することができる。検出コイル１１１によって異物１２０を検出できる範囲は、おおよそ、検出コイル１１１の巻線が巻回された範囲の上に限定される。検出コイル１１１の巻線の中心部の直上では異物１２０を検出しやすいが、巻線から離れると急激に異物１２０の検出感度が低下する。
【００２６】
図２７Ａ及び図２７Ｂは、このことを示す実験結果を説明するための図である。図２７Ａに示すように、検出コイル１１１の軸上に金属異物１２０を配置し、検出コイル１１１の巻線が形成された面（「コイル面」という）と、異物１２０との距離ｈを変えながらＱ値の変化率を測定した。Ｑ値の変化率は、異物１２０が存在しないときのＱ値の値に対してどの程度Ｑ値が変化するかを表す量である。本実験では、一例として、直径５６ｍｍの円形の検出コイル１１１と、厚さ１ｍｍ、１辺の長さ２０ｍｍの直方体の鉄板からなる異物１２０とを用いた。
【００２７】
図２７Ｂに示すように、コイル１１１のＱ値（＝２πｆＬ／Ｒ、ｆ：周波数、Ｌ：インダクタンス、Ｒ：抵抗）の変化率は、距離ｈが９ｍｍ以上になると、約１０％以下にまで低下し、著しく感度が低下することが分かる。この結果から、特許文献１の構成では、コイル面から離れた位置では磁界の強度が著しく低いことが分かる。特許文献１の構成では、高い精度で異物を検出できる高さ方向の距離を大きくすることは困難である。
【００２８】
次に、特許文献２について説明する。
【００２９】
特許文献２に開示された平面フレキシブルアンテナは、軸方向に並べられた複数の平面コイルを有する検出コイル群を横方向に複数配列した構成を有する。このような構成により、異物を検出できる範囲を広げることができる。ここで、各検出コイル群に含まれる複数の平面コイルは、並列に接続されている。このため、合成して１つのコイルと考えることができる。単純化のため、以下の説明では、検出コイル群を１つの検出コイルとして扱う。
【００３０】
図２８は、特許文献２に開示された平面フレキシブルアンテナにおける複数の検出コイルのうち、隣接する２つの検出コイル１１１ａ、１１１ｂを模式的に示す上面図である。図２８は、異物１２０が検出コイル１１１ａの中心部の上に位置している状況を示している。
【００３１】
図２９は、図２８のＡ１２−Ａ１２’線における検出コイル１１１ａ、１１１ｂ、及び異物１２０の断面、並びに検出コイル１１１ａの周辺の磁界分布を模式的に示す図である。ここでは、検出コイル１１１ａ上に異物が存在するため、検出コイル１１１ａにのみ検出信号が入力されている。このように、特許文献２の構成では、同時に１つの検出コイル（群）にのみ検出信号が入力される。
【００３２】
図２９に示すように、２つの検出コイル１１１ａ、１１１ｂを用いた場合においても、磁界分布は、図２６に示した検出コイルが１つの場合の磁界分布と同様である。よって、特許文献２の構成においても、コイル面から離れた位置で磁界を十分に強くすることができない。このような構成では、高い精度で異物を検出できる高さ方向の距離を大きくすることは困難である。
【００３３】
このように、本発明者らは、特許文献２に開示されているような複数の検出コイル（群）を配列した異物検出装置を用いても、検出コイルと異物との距離が大きい場合には、異物を高い精度で検出できないという新しい課題を発見するに至った。
【００３４】
上述した考察から、特許文献１及び特許文献２の構成では、高い精度で異物を検出できる距離を大きくすることが困難であることが分かった。特に、高さ方向の距離を大きくすることが困難であることが分かった。
【００３５】
一方、特許文献３は、異物を検出する検出コイルではなく、無線電力伝送システムに用いられる送電コイルを開示している。隣接する２つの送電コイルの導線を接続して、発生する磁界が逆位相となるように構成された送電コイルユニットが用いられる。このような送電コイルユニットを用いる目的は、送電時に送電コイルユニットの遠方に発生する電磁界の漏洩を低減することである。
【００３６】
無線電力伝送システムでは、送電コイルと受電コイルとの間隔を一定の距離に保った状態で、送電コイルから生じる磁界をできるだけ変化させずに、受電コイルに安定して電力を送電することが求められる。
【００３７】
送電時の電力は、例えば、１Ｗ〜５０ｋＷ程度である。送電中に２つのコイルの間に異物が侵入すると、異物が発熱する虞がある。
【００３８】
一方、異物検出動作時に検出コイルから送信される信号の電力は、例えば、１０ｍＷ〜１００ｍＷ程度である。検出コイルから送信される信号の電力は、送電時の電力と比較して非常に小さい(例えば、送電時の電力の約１０００分の１以下)。よって、異物検出動作時には異物の発熱による危険性はない。送電コイルと検出コイルとでは、当然のことながら目的が異なるので、出力する電力が大きく異なる。例えば、異物を検出せずに送電すると、上記のように異物が発熱する虞がある。特許文献３には、コイル上においてコイルから距離が離れた異物を検知するという着眼点はない。
【００３９】
以上のように、無線電力伝送システムでは、高い精度で異物を検出できる距離を拡大することが求められる。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。
【００４０】
本開示の一態様に係る異物検出装置は、
第１端子及び第２端子を有する巻回された第１導線である第１コイルと、
前記第１コイルと隣接して配置され、第３端子及び第４端子を有する巻回された第２導線である第２コイルと、
前記第１コイルと隣接する前記第２コイルの側とは反対側において前記第２コイルと隣接して配置され、第５端子及び第６端子を有する巻回された第３導線である第３コイルであって、前記第５端子から前記第６端子への巻回方向は、前記第１端子から前記第２端子への巻回方向と同一である第３コイルと、
第１所定波形を有する第１検出信号を前記第１コイルの前記第１端子に出力し且つ前記第１所定波形と反転した極性の第２所定波形を有する第２検出信号を前記第３コイルの前記第５端子に出力し、前記第１コイルと前記第３コイルの間を跨る合成磁界を生成させ、
異物の有無によって生じる前記合成磁界の変化に対応した、前記第１コイル又は前記第３コイルのいずれか一方のインピーダンス値の変化量を測定し、
前記インピーダンス値の変化量が所定値を超えたとき、前記第２コイル上に異物があると判断する異物検出回路と、を備え、
前記第２端子、前記第４端子及び前記第６端子は、前記異物検出回路の基準電位と同電位である、
異物検出装置。
【００４１】
上記態様によると、
異物検出装置は、第１端子及び第２端子を有する巻回された第１導線である第１コイルと、前記第１コイルと隣接して配置され、第３端子及び第４端子を有する巻回された第２導線である第２コイルと、前記第１コイルと隣接する前記第２コイルの側とは反対側において前記第２コイルと隣接して配置され、第５端子及び第６端子を有する巻回された第３導線である第３コイルであって、前記第５端子から前記第６端子への巻回方向は、前記第１端子から前記第２端子への巻回方向と同一である第３コイルと、異物検出回路と、を備えている。そして、異物検出回路は、第１所定波形を有する第１検出信号を前記第１コイルの前記第１端子に出力し且つ前記第１所定波形と反転した極性の第２所定波形を有する第２検出信号を前記第３コイルの前記第５端子に出力し、前記第１コイルと前記第３コイルの間を跨る合成磁界を生成させる。
【００４２】
これにより、１つの検出コイルの両側に位置する２つの検出コイルの間の磁界が結合する。そのため、隣接する３つの検出コイルの中央の検出コイル上において離れた位置に発生する磁界を強めることができる。
【００４３】
そして、異物の有無によって生じる上記合成磁界の変化に対応した上記第１コイル又は上記第３コイルの合成されたインピーダンス値の変化量を測定する。そして、上記インピーダンス値の変化量が所定値を超えたとき、上記第２コイル上に異物があると判断する。
【００４４】
これにより、単に複数のコイルを配置して異物を検出する範囲を広げるだけではなく、中央の検出コイルの上側の磁界を強めて、中央の検出コイルの上側にある異物を高い精度で検出することができる。
【００４５】
その結果、高精度で異物を検出できる範囲（特に高さ方向の範囲）を拡大することができる。
【００４６】
さらに、汎用の検出コイルを用いることができるので、部品数、寸法、及び製造コストの増大を抑えることができる。
【００４７】
ここで、「インピーダンス値の変化量」とは、第１コイル〜第３コイルの近傍に異物が存在しないときに検出されるインピーダンス値からの変化量を意味する。すなわち、第１コイル及び第３コイルの近傍に異物が存在しないときのインピーダンス値と、現在のインピーダンス値との差が「インピーダンス値の変化量」である。「インピーダンス値の変化量を測定する」とは、インピーダンス値の変化量を直接測定することのみならず、インピーダンスの変化に応じて変化する他の物理量の変化量を測定することを広く意味する。それらの物理量の測定によって間接的にインピーダンスの変動を測定することができる。インピーダンスの変化に応じて変化する物理量には、第１コイル及び第３コイルの少なくとも一方の電圧値、電流値、電圧若しくは電流の周波数、インダクタンス値、結合係数、又はＱ値などがあり得る。第１検出信号及び第２検出信号の少なくとも一方の反射信号、又は、第１検出信号及び第２検出信号の反射信号を合成した信号の周波数及び／又は振幅などの変化量を測定することも「インピーダンス値の変化量を測定する」ことに該当する。これらの定義は、以下の開示内容についても同様に適用される。
【００４８】
以下、本開示のより具体的な実施形態を説明する。以下の説明において、必要に応じて図中のＸＹＺ座標を用いる。
【００４９】
（実施形態１）
図１は、第１の実施形態における異物検出装置１００を模式的に示す図である。異物検出装置１００は、検出コイル１１ａ〜１１ｃを含む複数の検出コイルと、異物を検出する異物検出回路１０とを備える。以後、検出コイルを単に「コイル」と呼ぶことがある。検出コイル１１ａ〜１１ｃは、同一平面上に一方向に近接して配列されている。図１は、検出コイル１１ｂに対向する位置に異物２０が存在する状況を表している。異物検出回路１０は、２つの検出コイル１１ａ及び１１ｃに、互いに逆相の電流を同時に流す。これによって得られる反射信号に基づき、異物２０を検出する。
【００５０】
図１には３つの検出コイル１１ａ〜１１ｃが示されているが、実際にはより多くの検出コイルが配列され得る。各コイルは巻回された導線の両端に２つの端子を有する。一方の端子は異物検出回路１０の基準電位と同電位であり、他方の端子は異物検出回路１０の出力端子に接続される。ここで「基準電位」とは、異物検出回路１０が出力する検出信号の基準となる電位であり、典型的には接地電位である。異物検出回路１０の「出力端子」とは、異物検出のための検出信号が出力される端子を意味する。以下、基準電位が接地電位であるものとするが、基準電位は任意の電位であってよい。
【００５１】
異物検出回路１０は、あるタイミングにおいて、複数の検出コイルから選択した１つの検出コイルの両側に隣接する２つの検出コイルに互いに位相が反転した電流を流す。本実施形態では、位相が反転した検出信号Ｓ１及びＳ２によってこれを実現する。図１は、第１コイル１１ａ及び第３コイル１１ｃに第１検出信号Ｓ１及び第２検出信号Ｓ２をそれぞれ送信している状況を示している。他のタイミングでは、第２コイル１１ｂとは異なる他の検出コイル（例えば第３コイル１１ｃ）の両側に隣接する２つの検出コイル（第２コイル１１ｂ及び不図示の第４コイル）に検出信号Ｓ１及びＳ２をそれぞれ送信する。このように、異物検出回路１０は、検出信号Ｓ１及びＳ２の送信先の２つのコイルを順次切り替えながら異物検出動作を行う。これにより、複数の検出コイルが配置された領域の全体に亘って異物検出を行うことができる。以下、簡単のため、図１に示す３つの検出コイル１１ａ〜１１ｃのみに着目してより具体的な構成及び動作を説明する。
【００５２】
検出コイル１１ａ〜１１ｃの各々は、２つの端子を有する巻回された導線である。第１コイル１１ａは第１端子Ｔ１と第２端子Ｔ２とを有する。第２コイル１１ｂは第３端子Ｔ３と第４端子Ｔ４とを有する。第３コイル１１ｃは第５端子Ｔ５と第６端子Ｔ６とを有する。第１端子Ｔ１、第３端子Ｔ３、及び第５端子Ｔ５は、巻線の外側に位置する外側端子である。第２端子Ｔ２、第４端子Ｔ４、第６端子Ｔ６は、巻線の内側に位置する内側端子である。図１には、各導線の巻回方向が矢印で示されている。本実施形態における巻回方向は、外側端子Ｔ１、Ｔ３及びＴ５から内側端子Ｔ２、Ｔ４及びＴ６にそれぞれ向かう方向であり、時計回りの方向である。しかし、本開示はこのような巻回方向に限定されない。
【００５３】
外側端子Ｔ１、Ｔ３及びＴ５は、異物検出回路１０の出力端子に接続され、異物検出回路１０が出力する検出信号を受け取る。ただし、図１に示すタイミングでは、検出コイル１１ｂの外側端子Ｔ３は、異物検出回路１０に接続されず、検出信号は端子Ｔ１及びＴ５のみに入力される。内側端子Ｔ２、Ｔ４及びＴ６は、グラウンドに接続される。外側端子Ｔ１、Ｔ３及びＴ５は、巻線の外側の部分から異物検出回路１０までの間であれば、どこに配置されていてもよい。内側端子は、巻線の内側の部分からグラウンドまでの間であれば、どこに配置されていてもよい。外側端子及び内側端子は、それぞれ、異物検出回路１０に直接接続される接点、及びグラウンドに直接接続される接点であってもよい。その場合は、図１に示す例とは異なり、端子が明確に見えない場合がある。以下の説明において参照する図面では、端子を示す●印を省略することがある。
【００５４】
各外側端子及び各内側端子と、異物検出回路１０及びグラウンドとの接続関係は、前述の関係とは逆であってもよい。すなわち、各外側端子がグラウンドに接続され、各内側端子が異物検出回路１０の出力端子に接続されていてもよい。各コイルの導線の巻き方によっては、２つの端子のうち、いずれが外側でいずれが内側かが明確ではない態様もあり得る。本開示は、そのような態様も含む。
【００５５】
異物検出回路１０は、検出コイル１１ａ〜１１ｃのうちの中央の検出コイル１１ｂの両側に位置する２つの検出コイル１１ａ及び１１ｃに、第１検出信号Ｓ１及び第２検出信号Ｓ２をそれぞれ送信する（本開示において、「出力する」とも表現する）。異物検出回路１０は、検出信号Ｓ１及びＳ２が２つの検出コイル１１ａ及び１１ｃでそれぞれ反射されることによって生じる反射信号を受信する。反射信号に基づいて、検出コイル１１ｂの上側に位置する異物の有無を判断する。第１検出信号Ｓ１は、所定の波形を有し、第２検出信号Ｓ２は、当該波形の極性が反転した波形を有する。このため、第１検出信号Ｓ１及び第２検出信号Ｓ２の一方に起因する電流が、検出コイル１１ａ〜１１ｃを含む面上において時計回りに流れているとき、第１検出信号Ｓ１及び第２検出信号Ｓ２の他方に起因する電流は、検出コイル１１ａ〜１１ｃを含む面上において反時計回りに流れる。すなわち、２つの検出コイル１１ａ及び１１ｃに互いに逆方向の電流が流れる。
【００５６】
検出信号Ｓ１及びＳ２の各々は、例えば交流信号又はパルス信号であり得る。パルス信号は、単極性であっても両極性であってもよい。図１に示すように、検出信号Ｓ１及びＳ２が正弦波である場合、異物検出回路１０は、例えば互いに１８０度の位相差を有する検出信号Ｓ１及びＳ２を生成する。
【００５７】
図２は、図１のＡ１−Ａ１’線における検出コイル１１ａ〜１１ｃ及び異物２０の断面、並びに、生成される磁界を模式的に示す図である。異物検出回路１０は、検出コイル１１ａ及び１１ｃからの反射信号を観測することにより、検出コイル１１ｂに近接する異物２０の有無を判断する。異物検出回路１０から出力された検出信号Ｓ１及びＳ２により、図２に示すように、検出コイル１１ａ及び１１ｃはその近傍に磁界を形成する。ある瞬間において、検出コイル１１ａには反時計回りの電流が流れ、検出コイル１１ｃには時計回りの電流が流れる。よって、検出コイル１１ａの＋Ｘ側（右側）の導線と検出コイル１１ｃの−Ｘ側（左側）の導線とに、同じ＋Ｙ方向の電流が流れる。これにより、２つのコイル１１ａ及び１１ｃの間を跨がる合成磁界が生成される。この合成磁界は、２つのコイル１１ａ及び１１ｃに挟まれたコイル１１ｂを取り囲むように形成される。このとき、異物２０が検出コイル１１ｂの上側（＋Ｚ側）に存在すると、磁界の一部が遮られ、反射信号に変化が生じる。異物２０が検出コイル１１ａ及び１１ｃとの間で容量を生じるときには、容量に起因して検出コイル１１ａ及び１１ｃのインダクタンスが変化する。この変化に応じて、反射信号の周波数も変化する。検出コイル１１ａ及び１１ｃのインダクタンスが低下すると、反射信号の周波数が増大する。逆に、検出コイル１１ａ及び１１ｃのインダクタンスが増大すると、反射信号の周波数が低下する。異物２０が誘導電流によって加熱されるときには、検出信号Ｓ１及びＳ２のエネルギーが消費され、反射信号の振幅が減少する。反射信号の変化は、反射信号を直接に測定するか、送信した検出信号と受信した反射信号との合成信号を測定することにより検出される。
【００５８】
反射信号の合成信号は、例えば、異物検出回路１０から出力された検出信号Ｓ１の反射信号と検出信号Ｓ２の反射信号との差分を示す信号（「差信号」という）であってもよい。この差信号は、検出信号Ｓ２が検出信号Ｓ１の極性を反転した信号であることから、各反射信号の振幅の約２倍の振幅をもつ。このように２つの反射信号の差分をとることで、検出の感度を向上させることができる。異物検出回路１０は、例えば、検出信号Ｓ１を出力する端子と検出信号Ｓ２を出力する端子との間で２つの反射信号を読み取る。これにより、検出信号Ｓ１の反射信号と検出信号Ｓ２の反射信号との信号差を測定する。このような構成によれば、インピーダンス、振幅、周波数等の測定回路が１つで済むという利点もある。
【００５９】
異物検出回路１０は、例えば以下のようにして異物２０の有無を判断する。まず、検出コイル１１ａ〜１１ｃの近傍に異物２０が存在しないときの反射信号又は合成信号の周波数及び／又は振幅を予め測定し、その値を基準値としてメモリに記憶しておく。この基準値と異なる周波数及び／又は振幅を有する反射信号又は合成信号を検出したとき、異物２０が存在すると判断する。
【００６０】
ここでは、受信した反射信号又は合成信号の周波数及び／又は振幅の変化に基づいて異物の有無を判断することを説明したが、前述のように、インピーダンスの変化に応じて変化する他の物理量の変化に基づいて異物の有無を判断してもよい。このことは、以下に開示する他の態様についても、同様に適用される。
【００６１】
図１に示す異物検出装置１００は、１つのコイル１１ｂを挟んでその両側に配置された２つの検出コイル１１ａ及び１１ｃに逆方向の電流が流れるように構成されている。このために、異物検出回路１０が互いに極性が反転した２つの検出信号Ｓ１及びＳ２を生成している。一方、図３及び図４を参照して以下に説明するように、１つの検出信号のみを生成する異物検出回路１０ａを用いて同様のことを実現することもできる。異物検出回路１０ａによって生成される検出信号は、前述の検出信号と同様、例えば交流信号又はパルス信号である。
【００６２】
図３は、第１の実施形態の第１の変形例における異物検出装置１００ａを模式的に示す図である。図３に示す異物検出装置１００ａは、少なくとも１つの移相器１２をさらに備える。図３に示す例では、移相器１２は、検出コイル１１ｃの第５端子Ｔ５と、異物検出回路１０ａとの間に接続されている。検出コイル１１ａ〜１１ｃは、１つの面上において同じ巻回方向の導線を有する。異物検出回路１０ａは、第１検出信号Ｓ１を生成し、第１コイル１１ａ及び移相器１２に送信する。移相器１２は、第１検出信号Ｓ１の極性を反転させた第２検出信号Ｓ２を生成し、検出コイル１１ｃの第５端子Ｔ５に送信する。このように、異物検出回路１０ａは、移相器１２を介して第２検出信号Ｓ２を第５端子Ｔ５に出力する。この構成は、異物検出回路１０ａによって生成される検出信号Ｓ１が、各周期の前半及び後半で反転した波形を有する周期的な信号（例えば、正弦波などの交流信号）であるときに有効である。これにより、異物検出回路１０ａによって生成される検出信号Ｓ１に対して、実質的に逆位相の（即ち、位相が約１８０度ずれた）検出信号Ｓ２を検出コイル１１ｃに入力することができる。図３に示す異物検出装置１００ａによれば、異物検出回路１０ａから送信された検出信号Ｓ１を２つに分配し、移相器１２で位相を約１８０度遅らせた検出信号Ｓ２を検出コイル１１ｃに送信する。２つの検出コイル１１ａ及び１１ｃに互いに逆方向の電流が流れるため、図２に示すものと同様の合成磁界が検出コイル１１ａ及び１１ｃの間に形成される。異物検出回路１０ａは、前述の処理により、検出コイル１１ｂの上側に存在する異物を検出することができる。なお、移相器１２は、第３コイル１１ｃの端子Ｔ５の代わりに第１コイル１１ａの端子Ｔ１に接続されていてもよい。内側端子Ｔ２及びＴ６が異物検出回路１０ａの出力端子に接続される態様では、移相器１２は、内側端子Ｔ２及びＴ６の一方に接続される。
【００６３】
図４は、第１の実施形態の第２の変形例における異物検出装置１００ｂを模式的に示す図である。検出コイル１１ｂの両側に配置された２つの検出コイル１１ａ及び１１ｃは、１つの面上において互いに異なる巻回方向の導線を有する。すなわち、端子Ｔ１から端子Ｔ２への巻回方向と、端子Ｔ５から端子Ｔ６への巻回方向とが逆になっている。異物検出回路１０ａは、１つの検出信号Ｓ１を生成し、検出コイル１１ａの第１端子Ｔ１及び検出コイル１１ｃの第５端子Ｔ５に出力する。図４に示す異物検出装置１００ｂによれば、異物検出回路１０ａから送信された検出信号Ｓ１を２つに分配し、検出コイル１１ａ及び１１ｃに同じ検出信号を送信する。検出コイル１１ａ及び１１ｃが１つの面上において異なる巻回方向の巻線を有することにより、隣接する２つの検出コイル１１ａ及び１１ｃに互いに逆方向の電流が流れる。これにより、図２に示す合成磁界と同様の合成磁界が検出コイル１１ａ及び１１ｃの間に生成される。異物検出回路１０ａは、前述の処理により、検出コイル１１ｂの上側に存在する異物を検出することができる。なお、検出信号Ｓ１は、外側端子Ｔ１及びＴ５の代わりに、内側端子Ｔ２及びＴ６に送信されてもよい。
【００６４】
図３及び図４にそれぞれ示す異物検出装置１００ａ及び１００ｂによれば、異物検出回路１０ａは、１つの検出信号を出力するように構成されていればよい。このため、回路の簡素化が可能になるという利点がある。図３の異物検出装置１００ａによれば、複数の検出コイル１１ａ〜１１ｃを同じ部品で構成することができるため、製作コストを抑制することができる。一方、図４の異物検出装置１００ｂによれば、移相器１２を用いることなく、２つの検出コイル１１ａ及び１１ｃに互いに逆方向の電流を流すことができる。移相器１２を用意するよりも巻回方向の異なる複数の検出コイルを用意する方がより安価である場合には、図４の構成によって製作コストをより低く抑えることができる。
【００６５】
次に、図５を参照しながら、本実施形態における異物検出装置の動作の一例を説明する。以下の説明では、図１の構成を想定するが、図３及び図４の構成においても、同様の動作を適用できる。
【００６６】
まず、異物検出装置の動作を開始する（ステップＳ１）。例えば、装置（ＩＣ、メモリ等）の初期化等の動作を行う。その後、異物検出処理を実行する（ステップＳ２）。異物検出処理では、まず、異物検出回路１０は、第１検出信号及び第２検出信号を第１コイル１１ａ及び第３コイル１１ｃにそれぞれ送信する（ステップＳ１１）。ここで、図３に示す構成においては、第２検出信号は、移相器１２を介して第３コイル１１ｃに送信される。図４に示す構成においては、第１検出信号と第２検出信号とは同じ信号である。第１コイル１１ａに流れる電流及び第３コイル１１ｃに流れる電流の一方は時計回りに流れ、他方は反時計回りに流れる。これにより、第１コイル１１ａと第３コイル１１ｃとの間を跨る合成磁界が発生する。合成磁界は、異物の有無によって変化する。よって、第１検出信号及び第２検出信号の反射信号は、異物の有無による合成磁界の変化に応じて変化する。
【００６７】
次に、異物検出回路１０は、異物の有無によって変化する反射信号の変化を検出する（ステップＳ１２）。
【００６８】
続いて、異物検出回路１０は、異物の有無によって生じる合成磁界の変化に対応した反射信号の変化量が所定の閾値を超えたか否かの判定を行う（ステップＳ１３）。ここで、反射信号の変化量とは、検出コイル１１ａ〜１１ｃの近傍に異物が存在しないときの反射信号の周波数又は振幅などの値と、異物検出回路１０が検出した反射信号の周波数又は振幅などの値との差をいう。異物検出回路１０は、反射信号の変化量が所定の閾値を超えたとき、第２コイル１１ｂの上側に異物があると判断し（ステップＳ１４）、そうでないとき、異物がないと判断する（ステップＳ１５）。異物があると判断した場合、異物検出回路１０は、異物がないと判断するまでステップＳ１１〜Ｓ１４の動作を繰り返す。
【００６９】
反射信号の変化量が所定の閾値を超えていないとき、異物検出回路１０は、異物が存在しないことを示す信号を出力する（ステップＳ３）。この信号は、異物検出装置が無線電力伝送システムの一部である場合、例えば当該システムにおける送電装置に送信され得る。送電装置は、この信号を受け、例えば送電動作を開始する等の動作を行う。異物が存在しないことを示す信号は、送電装置に拘わらず、異物の有無の情報を必要とする任意の機器に送信され得る。
【００７０】
次に、図６Ａから図６Ｃを参照しながら、本実施形態における異物検出装置の効果を説明する。
【００７１】
図６Ａは、図４に示す異物検出装置１００ｂの実装例における検出コイル１１ａ〜１１ｃを模式的に示す上面図である。検出コイル１１ａにおける導線の外側端子から内側端子への巻回方向と、検出コイル１１ｃにおける導線の外側端子から内側端子への巻回方向とは、互いに逆である。各コイルの外周の直径は５６ｍｍである。検出コイル１１ａ及び１１ｃの各々の導線の巻数は１２回である。検出コイル１１ａ〜１１ｃは、中心間隔５８ｍｍで１列に配置されている。検出コイル１１ｂは、検出コイル１１ａと同じ形状を有する。その巻回方向も検出コイル１１ａの巻回方向と同一である。検出コイル１１ｂの中心の位置に、２０×２０×１［ｍｍ］の直方体の鉄からなる異物２０を配置した。検出コイル１１ｂの上面と、異物２０の下面との距離を変化させながら、Ｑ値の変化率を測定した。検出コイル１１ａ及び１１ｃの給電点は、１つの検出信号Ｓ１を出力する異物検出回路に接続された。検出コイル１１ａ及び１１ｃは、２つの検出コイル１１ａ及び１１ｃに互いに逆方向の電流が流れるように、異物検出回路に結線された。
【００７２】
図６Ｂは、比較例における異物検出装置の検出コイル１１ａを示す上面図である。この異物検出装置は、図６Ａに示す複数の検出コイルのうち、検出コイル１１ａのみを含む。検出コイル１１ａの中心の位置に、２０×２０×１［ｍｍ］の直方体の鉄からなる異物２０を配置した。検出コイル１１ａの上面と、異物２０の下面との距離を変化させながら、Ｑ値の変化率を測定した。検出コイル１１ａの給電点は、１つの検出信号Ｓ１を出力する異物検出回路に接続された。
【００７３】
図６Ｃは、図６Ａ及び図６Ｂの各構成における異物２０によるＱ値（＝２πｆＬ／Ｒ、ｆ：周波数、Ｌ：インダクタンス、Ｒ：抵抗）の変化率の距離依存性を示すグラフである。図６Ａに示す検出コイル１１ａ及び１１ｃについて、異物２０が存在するときのＱ値（合成インピーダンスから算出されたＱ値：Ｑ１）を測定し、異物が存在しないときのＱ値（Ｑ０１）からの変化率ΔＱ１を計算した。同様に、図６Ｂに示す検出コイル１１ａについて、異物２０が存在するときのＱ値（Ｑ２）を測定し、異物が存在しないときのＱ値（Ｑ０２）からの変化率ΔＱ２を計算した。Ｑ値の変化率ΔＱ１及びΔＱ２は、以下の式で表される。
ΔＱ１＝（Ｑ１−Ｑ０１）／Ｑ０１×１００  ［％］  （図６Ａ）
ΔＱ２＝（Ｑ２−Ｑ０２）／Ｑ０２×１００  ［％］  （図６Ｂ）
【００７４】
図６Ａの実施例におけるＱ値の変化率ΔＱ１は、コイル面−異物間距離が約１０ｍｍ以上の場合、図６Ｂの比較例における変化率ΔＱ２よりも大きいことが分かる。また、コイル面−異物間距離が１０ｍｍを超えても変化率の落ち込みが無い。すなわち、実施例の構成では、単一の検出コイル１１ａを用いた構成に比べて、より安定した出力が得られる。これは、図２に示すように、２つの検出コイル１１ａ及び１１ｃが、検出コイル１１ａ及び１１ｃの間に跨る合成磁界を生成することにより、検出コイル１１ｂの上側の磁界が増強されるからである。
【００７５】
２つの検出コイル１１ａ及び１１ｃにそれぞれ入力される検出信号は、各周期の前半及び後半で反転した波形を有する周期的な信号（例えば、正弦波などの交流信号）であり得る。このとき、検出コイル１１ａ及び１１ｃに、実質的に逆位相の検出信号又は電流が流れる。これにより、検出コイル１１ｂの上側に存在する異物を高い精度で検出することができる。ここで、「実質的に逆位相」とは、検出コイル１１ａ及び１１ｃをそれぞれ流れる２つの検出信号又は２つの電流の位相差が、検出コイル１１ａ及び１１ｃに挟まれた検出コイル１１ｂの上側の異物２０を検知できる範囲内にあることを意味する。２つの電流の位相差が１８０度±９０度であれば効果が得られるが、より好ましい位相差の範囲は１８０度±４５度である。
【００７６】
なお、２つの検出コイルに逆位相で給電する際の検討事項として、例えば以下の事項が挙げられる。
（ａ）２つの検出コイルの導線の巻回方向を同じ方向にするか逆方向にするか、
（ｂ）外側端子と内側端子のいずれの端子から検出信号を入力するか、
（ｃ）１つの検出信号を用いる場合、移相器を使用するか否か、
（ｄ）２つの検出信号を用いる場合、それらの信号の位相を約１８０度ずらすか否か、
【００７７】
これらを単独又は組合せて検討することにより、２つの検出コイルに逆位相の電流を流すことができる。
【００７８】
以上のように、本実施形態における異物検出装置によれば、部品数、寸法、及び製造コストの増大を抑えながら、２つの検出コイルの間に位置する検出コイルから離れた異物を、より確実に検知することができる。
【００７９】
次に、検出感度に影響を与えるインダクタンスについての検討結果を説明する。
【００８０】
図７Ａは、本実施形態の他の実施例の構成を示す図である。図７Ｂは、隣接する２つの検出コイル１１ａ及び１１ｂに逆位相の検出信号を出力する比較例を示す図である。これらの例でも、各検出コイルの構成は、図６Ａに示す検出コイル１１ａの構成と同じである。図７Ｃは、図７Ａ、図７Ｂ、及び図６Ｂの各構成における異物が存在しない場合のインダクタンスの値を測定した結果を示す図である。
【００８１】
図７Ａ及び図７Ｂのいずれの例でも、検出コイル１１ａ〜１１ｃの各々における導線の外側端子から内側端子へ向かう巻回方向（図において矢印で表している方向）は同一である。図７Ａの実施例では、異物検出回路から出力された１つの検出信号が、検出コイル１１ａの内側端子（又は外側端子）と検出コイル１１ｃの外側端子（又は内側端子）とに分かれて入力される。その結果、検出コイル１１ａ及び１１ｃには、互いに逆相の検出信号（即ち逆相の電流）が流れる。検出コイル１１ａ及び１１ｃの一方に時計回りの電流が流れているとき、他方には反時計回りの電流が流れる。これにより、検出コイル１１ａと検出コイル１１ｃとの間を跨る合成磁界が生成される。
【００８２】
一方、図７Ｂの例では、上記と同様の関係が隣接する２つの検出コイル１１ａ及び１１ｂについて成立する。すなわち、異物検出回路から出力された１つの検出信号が、検出コイル１１ａの内側端子（又は外側端子）と検出コイル１１ｂの外側端子（又は内側端子）とに分かれて入力される。その結果、検出コイル１１ａ及び１１ｂに、互いに逆相の検出信号（即ち逆相の電流）が流れる。隣接する検出コイル１１ａ及び１１ｂの一方に時計回りの電流が流れているとき、他方には反時計回りの電流が流れる。これにより、検出コイル１１ａと検出コイル１１ｂとの間を跨る合成磁界が生成される。
【００８３】
図７Ａ及び図７Ｂの例において、互いに逆相の電流が流れる２つの検出コイルの一方におけるインダクタンスの値を測定した。図６Ｂの例において、検出コイル１１ａのインダクタンスの値を測定した。
【００８４】
図７Ｃに示すように、図７Ａの例におけるインダクタンスは、図７Ｂの例におけるインダクタンスとほぼ等しく、いずれも図６Ｂの例におけるインダクタンスの約半分の値であった。
【００８５】
検出コイルのインダクタンスが変化すると、検出信号の周波数が変化する。具体的には、インダクタンスが大きくなるほど、周波数が低下する。図６Ａ又は図７Ａの構成では、検出コイルの上側の検出感度を向上させることができるが、隣接する２つの検出コイル間の上に位置する異物の検出感度は比較的低い。
【００８６】
このため、隣接する２つの検出コイル間の上に位置する異物の検出には、図７Ｂに示す隣接する２つのコイルに逆位相で給電する構成を利用することが有効である。図６Ａ又は図７Ａの構成と、図７Ｂの構成とを組み合わせることにより、コイル面に平行な平面上に位置する異物の確実な検知が可能になる。このような構成では、２つの検知方法を切り替えて異物を検出することになる。この場合、２つの検知方法で検出信号の周波数が同一又は近いことが望まれる。これにより、同一の異物検出回路を使用することができるため、部品点数の削減及び検出回路の簡素化が可能となる。
【００８７】
２つの検知方法で検出信号の周波数を近づけるために、２つの検知方法におけるインダクタンスが近いことが望まれる。図７Ｃに示すように、図７Ａ及び図７Ｂの例では、インダクタンスが非常に近い値を示している。よって、本実施形態における異物検出装置と図７Ｂに示す異物検出装置とを容易に組み合わせることができる。このように２つの異物検出方法を併用することにより、隣接する２つの検出コイルの間の上の領域、及び各検出コイルの中心部の上の領域を含め、異物が発熱する可能性がある領域全体において、異物を検出することができる。
【００８８】
本実施形態における異物検出装置は、第２及び第３の実施形態で説明するように、１つ又は複数の送電コイル（例えば、送電コイルのアレー又は大型の送電コイル）を備えた無線送電装置又は無線電力伝送システムに適用され得る。これにより、送電前又は送電中に異物を確実に検出することができるという優れた効果を奏する。
【００８９】
以上、３つの検出コイルを有する異物検出装置を説明したが、前述のように、異物検出装置はさらに多数の検出コイルを有していてもよい。以下、図８及び図９を参照しながら、４つの検出コイルを有する異物検出装置の例を説明する。
【００９０】
図８は、第１の実施形態の第３の変形例における異物検出装置１００ｃを模式的に示す図である。この異物検出装置１００ｃは、４つの検出コイル１１ａ〜１１ｄと、異物検出回路１０ｂと、移相器１２と、スイッチ１３ａ及び１３ｂとを備える。４つの検出コイル１１ａ〜１１ｄは、１つの面上において互いに近接して一方向に配列されている。各コイルの外側端子から内側端子への巻回方向は同一である（図８では時計回り）。異物検出装置１００ｃは、あるタイミングにおいて、検出コイル１１ａ〜１１ｄのうち、１つおきに配置された２つの検出コイル（検出コイル１１ａ及び１１ｃ、又は検出コイル１１ｂ及び１１ｄ）に互いに逆方向の電流を流す。
【００９１】
検出コイル１１ａ及び１１ｂの外側端子は、スイッチ１３ｂに接続されている。検出コイル１１ｃ及び１１ｄの外側端子は、スイッチ１３ａに接続されている。スイッチ１３ａは移相器１２を介して異物検出回路１０ｂに接続されている。スイッチ１３ｂは異物検出回路１０ｂに直接接続されている。
【００９２】
異物検出回路１０ｂは、図３及び図４に示す異物検出回路１０ａと同様に、１つの検出信号Ｓ１を生成し、さらに、スイッチ１３ａ及び１３ｂを制御する。例えば、スイッチ１３ｂによって検出コイル１１ａを異物検出回路１０ｂに接続するとき、スイッチ１３ａによって検出コイル１１ｃを異物検出回路１０ｂに接続するように制御する。逆に、スイッチ１３ｂによって検出コイル１１ｂを異物検出回路１０ｂに接続するとき、スイッチ１３ａによって検出コイル１１ｄを異物検出回路１０ｂに接続するように制御する。ここで、検出コイル１１ｃ又は１１ｄに入力される検出信号Ｓ２は、移相器１２によって、検出コイル１１ａ又は１１ｂに入力される検出信号Ｓ１に対して、実質的に逆位相（例えば位相差が約１８０度）になる。このため、検出コイル１１ａ及び１１ｃに給電しているときには、検出コイル１１ｂの上側の異物を高い精度で検出できる。検出コイル１１ｂ及び１１ｄに給電しているときには、検出コイル１１ｃの上側の異物を高い精度で検出できる。
【００９３】
図９は、第１の実施形態の第４の変形例における異物検出装置１００ｄを模式的に示す図である。この異物検出装置１００ｄは、４つの検出コイル１１ａ〜１１ｄと、異物検出回路１０ｃと、スイッチ１３ａ及び１３ｂとを備える。この変形例では、移相器１２を設ける代わりに、異物検出回路１０ｃが２つの検出信号Ｓ１及びＳ２を出力する点で第３の変形例とは異なっている。それ以外の点は第３の変形例と同じである。
【００９４】
異物検出回路１０ｃは、図１に示す異物検出回路１０と同様に、２つの検出信号Ｓ１及びＳ２を生成し、さらに、スイッチ１３ａ及び１３ｂを制御する。例えば、スイッチ１３ｂによって検出コイル１１ａを異物検出回路１０ｃに接続するとき、スイッチ１３ａによって検出コイル１１ｃを異物検出回路１０ｃに接続するように制御する。逆に、スイッチ１３ｂによって検出コイル１１ｂを異物検出回路１０ｃに接続するとき、スイッチ１３ａによって検出コイル１１ｄを異物検出回路１０ｃに接続するように制御する。検出コイル１１ａ又は１１ｂに入力される検出信号Ｓ２は、検出コイル１１ｃ又は１１ｄに入力される検出信号Ｓ１に対して、実質的に逆位相（例えば位相差が約１８０度）の信号である。このため、検出コイル１１ａ及び１１ｃに給電しているときには、検出コイル１１ｂの上側の異物を高い精度で検出できる。検出コイル１１ｂ及び１１ｄに給電しているときには、検出コイル１１ｃの上側の異物を高い精度で検出できる。
【００９５】
図８及び図９に示す異物検出装置によれば、４つ以上の検出コイル及び少なくとも２つのスイッチを用いることにより、簡易な構成で、複数の検出コイルの上側の異物を感度よく検出することができる。
【００９６】
ここまで、複数の検出コイルを１次元的に配置した例を挙げて説明したが、２次元的に配置された複数の検出コイルについても同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００９７】
異物検出装置が５つ以上の検出コイルを備える場合も、スイッチに接続される検出コイルの個数を増やすことによって、異物検出回路を複数の検出コイルのうちの１つおきに配置された２つの検出コイルに選択的に接続することができる。また、それに代わって、異物検出装置は、必要に応じて３つ以上のスイッチを備えてもよい。
【００９８】
図８及び図９の異物検出装置における複数の検出コイル１１ａ〜１１ｄの巻回方向は全て同じであるが、このような構成に限定されない。例えば、一部の検出コイルの巻回方向を他の検出コイルの巻回方向とは逆にしてもよい。その場合、巻回方向が互いに逆の２つの検出コイルに同一の検出信号を与えることにより、それらの検出コイルに互いに逆方向の電流を流すことができる。この目的のために、図１（異物検出回路が互いに反転した極性を有する複数の検出信号を出力する）、図３（移相器を用いる）、図４（巻回方向を逆にする）に示す構成を適宜組み合わせて利用することができる。
【００９９】
（実施形態２）
図１０は、第２の実施形態に係る無線電力伝送システムを示すブロック図である。この無線電力伝送システムは、送電装置３０及び受電装置４０を含む。送電装置３０は、異物検出回路１０、検出（検電）コイル１１ａ〜１１ｃ、送電コイル３１ａ〜３１ｃ、送電回路３２ａ〜３２ｃ、通信回路３３、及び制御回路３４を備える。送電回路３２ａ〜３２ｃは、それぞれ、送電コイル３１ａ〜３１ｃに接続されており、高周波電力を発生して出力する。送電装置３０の制御回路３４は、異物検出回路１０、送電回路３２ａ〜３２ｃ、通信回路３３に接続され、これらを制御する。受電装置４０は、受電コイル４１、受電回路４２、通信回路４３、制御回路４４、及び負荷４５を備える。受電装置４０の制御回路４４は、受電回路４２及び通信回路４３を制御する。送電装置３０は、図１に示す異物検出装置（異物検出回路１０及び検出コイル１１ａ〜１１ｃを含む）を備える。これにより、送電コイル３１ｂの上側の異物を検出することができる。
【０１００】
各送電コイル及び各検出コイルは、例えば、基板に形成された薄型の平面コイルであり得る。各コイルは、一層の導電体パターン又は積層された複数の導電体パターンによって基板に形成され得る。銅線やリッツ線、ツイスト線などを用いた巻き線コイルを用いることもできる。
【０１０１】
送電回路３２ａ〜３２ｃは、例えば、フルブリッジ型のインバータ、又はＤ級もしくはＥ級などの発振回路であり得る。送電回路３２ａ〜３２ｃは、不図示の直流電源に接続され、直流電源から入力された直流電力を交流電力に変換して出力する。この交流電力は、複数の送電コイル３１ａ〜３１ｃから選択された少なくとも１つの送電コイルによって空間に送出される。
【０１０２】
制御回路３４は、送電装置３０全体の動作を制御するプロセッサである。制御回路３４は、例えばＣＰＵと、コンピュータプログラムを格納したメモリとの組み合わせ、又はマイクロコンピュータ（マイコン）などの集積回路によって実現され得る。
【０１０３】
異物検出回路１０は、実施形態１において説明した異物検出のための動作を行う。異物検出回路１０は、例えばマイコン、パルス発生器、測定回路、スイッチ回路等の複数の構成要素の組み合わせによって実現され得る。測定回路は、回路上の電圧、電流、周波数、インダクタンスといったインピーダンスの変化に伴って変動する物理量を測定する。
【０１０４】
通信回路３３は、受電装置４０における通信回路４３と通信し、例えば受電装置４０の負荷４５のインピーダンス等の情報を受信する。この情報は、制御回路３４に送信され、伝送周波数及び伝送電力の制御等に利用される。
【０１０５】
受電回路４２は、整流回路や周波数変換回路、定電圧・定電流制御回路、通信用の変復調回路などの各種の回路を含み得る。受け取った高周波の交流電力を負荷４５が利用可能な直流電力又は低周波の交流電力に変換する。受電コイル４１から出力される電圧・電流などを測定する各種センサを設けてもよい。
【０１０６】
図１１Ａは、図１０に示す送電装置３０の一部を模式的に示す図である。図１１Ａは、検出コイル１１ａ〜１１ｃ及び送電コイル３１ａ〜３１ｃのＸＹ面上の位置関係を示している。図１１Ｂは、図１１ＡのＡ２−Ａ２’線における検出コイル１１ａ〜１１ｃ及び送電コイル３１ａ〜３１ｃの断面を示す図である。図１１Ｂに示すように、検出コイル１１ａ〜１１ｃ及び送電コイル３１ａ〜３１ｃは、磁性体基板５上に設けられている。送電装置３０は、筐体（カバー）４内に設けられている。筐体４は、プラスチック等の、電磁界を通す材料で構成されている。
【０１０７】
図を簡単にするために、図１１Ａでは、磁性体基板５、筐体４、及び他の回路の記載を省略し、図１１Ｂでは、送電装置３０内の各回路の記載を省略している。この送電装置３０では、送電コイル３１ａ〜３１ｃの外周の外側に検出コイル１１ａ〜１１ｃがそれぞれ設けられている。すなわち、１つの送電コイルに１つの検出コイルが対応して設けられている。これにより、送電コイル３１ａ〜３１ｃの上側において発熱するおそれのある異物２０を確実に検出することができる。検出コイル１１ａ〜１１ｃ及び送電コイル３１ａ〜３１ｃを同じ面上に配置することで、送電装置３０自体の薄型化が可能になるという効果がある。さらに、図１１Ａの構成によれば、送電コイルと検出コイルとを別に設けることにより、送電動作と独立に異物２０を検出できるという効果もある。このため、送電中においても、異物２０を検出できる。
【０１０８】
異物検出回路１０から出力される検出信号Ｓ１及びＳ２の周波数は、送電される電力の周波数と同じであっても異なっていてもよい。電力の周波数が例えば１００ｋＨｚ〜２００ｋＨｚであるとき、検出信号Ｓ１及びＳ２の周波数は同じ又はより高い周波数（例えば１００ｋＨｚ〜２ＭＨｚ）であり得る。
【０１０９】
図１１Ａ及び図１１Ｂの構成では、検出コイル１１ａ〜１１ｃ及び送電コイル３１ａ〜３１ｃが同じ面上に配置されている。しかし、このような構成に限られるものではない。検出コイル１１ａ〜１１ｃが、送電コイル３１ａ〜３１ｃの上（例えば、送電コイル３１ａ〜３１ｃと筐体４との間）にそれぞれ設けられていてもよい。そのような構成により、異物検出の感度が向上するという利点がある。また、検出コイル１１ａ〜１１ｃが、送電コイル３１ａ〜３１ｃの下（例えば、送電コイル３１ａ〜３１ｃと磁性体基板５との間）にそれぞれ設けられてもよい。これにより、送電コイル３１ａ〜３１ｃによる無線電力伝送の効率が向上するという利点がある。
【０１１０】
図１０〜図１１Ｂは、一例として、３つの送電コイル３１ａ〜３１ｃを備えた送電装置の例を示しているが、これに限定されず、送電装置は４つ以上の送電コイルを備えていてもよい。
【０１１１】
図１２Ａ及び図１２Ｂは、第２の実施形態の変形例に係る送電装置３０ａにおける検出コイル１１ａ〜１１ｉ及び送電コイル３１の配置を示す図である。図１２Ａは、検出コイル１１ａ〜１１ｉ及び送電コイル３１のＸＹ面上の位置関係を示している。図１２Ｂは、図１２ＡのＡ３−Ａ３’線における検出コイル１１ａ〜１１ｉ及び送電コイル３１の断面を示す図である。図を簡単にするために、図１２Ａでは、磁性体基板５、筐体４、及び他の回路を省略し、図１２Ｂでは、送電装置内の各回路を省略している。
【０１１２】
図１２Ａ及び図１２Ｂは、１つの大型の送電コイル３１の上に、より小さな複数の検出コイル１１ａ〜１１ｉを配置した例を示している。この例では、検出コイル１１ａ〜１１ｉは、送電コイル３１の上方において、送電コイル３１に平行な１つの面上に配置されている。このように、送電コイル３１よりも小さい複数の検出コイル１１ａ〜１１ｉを２次元的に配列することで、送電コイル３１に対して小型の異物２０を高い精度で検出できるという効果がある。さらに、図１２Ａ及び図１２Ｂの構成によれば、図１１Ａ、図１１Ｂと同様に、送電コイルと検出コイルとが別に設けられているため、送電動作と独立に異物２０を検出することが可能である。すなわち、送電中においても、異物２０を検出できるという効果がある。
【０１１３】
本実施形態では、送電装置の筐体４の下面に沿って複数の検出コイルが設けられているが、このような例に限定されない。複数の検出コイルは、送電コイルによって発生する磁界が通る任意の場所に設けられていてもよい。例えば、送電コイルを包囲する曲面上の任意の場所に複数の検出コイルが配置されていてもよい。
【０１１４】
以上のように、本実施形態の送電装置によれば、送電を行っている最中においても異物の検知を行うことにより、危険を未然に防ぐことができるという効果がある。以下、図１３を参照しながら、本実施形態における送電装置の動作の一例を説明する。
【０１１５】
まず、送電装置の動作を開始する（ステップＳ２１）。例えば、電源投入後の装置（ＩＣ、メモリ等）の初期化等の動作を行う。その後、電力を送電（ステップＳ２４〜Ｓ２５）している間に、異物検出処理（ステップＳ２２）を実行する。異物検出処理では、まず、異物検出回路１０が検出信号を送信する（ステップＳ３１）。次に、実施形態１において説明した方法によって、反射信号の変化を検出する（ステップＳ３２）。続いて、反射信号の変化量が所定の閾値を超えたか否かを判定する（ステップＳ３３）。この判定がＹＥＳの場合、異物があると判定する（ステップＳ３５）。この場合、送電を停止し（ステップＳ２３）、送電装置の動作を終了する（ステップＳ２７）。ステップＳ３３の判定がＮＯの場合、異物がないと判定する（ステップＳ３４）。この場合、異物検出処理（ステップＳ２２）のステップＳ３３において異物があると判定されるまで（すなわち、異物の侵入を検知し送電を停止するまで）、ステップＳ３１〜Ｓ３４が繰り返される。但し、並行して行われている送電動作がステップＳ２６において完了し、送電装置の電源が切られるなどした場合には、送電装置の動作が終了する（ステップＳ２７）。ステップＳ３４において、異物がないと判定された後、すぐにステップＳ３１に戻らずに、予め定められた所定の時間を待った後に検出信号を送信してもよい。これにより、不要な電力の消費を抑制することができる。
【０１１６】
なお、送電終了後、再度、異物がないと判定して送電を開始する場合、異物検出回路１０と複数の検出コイルとが電気的に接続された状態から、送電回路と送電コイルとが電気的に接続された状態に切り替えて、送電を開始してもよい。このような制御は、図１０に示す制御回路３４が行う。
【０１１７】
また、異物がないと判定され、送電を開始する場合、隣接して配置された２つの送電コイルを用いて送電することも可能である。これにより、１つの送電コイルよりも大型の受電コイルに送電が可能になるという効果がある。この場合、２つの送電コイルに流れる交流電力の方向は同じ方向がよい。
【０１１８】
（実施形態３）
図１４は、第３の実施形態における無線電力伝送システムを示すブロック図である。この無線電力伝送システムは、送電装置３０ｂ及び受電装置４０を含む。送電装置３０ｂは、異物検出回路１０、送電コイル３１ａ〜３１ｃ、送電回路３２ａ〜３２ｃ、通信回路３３、制御回路３４ａ、及びスイッチ回路３５を備える。制御回路３４ａは、異物検出回路１０、送電回路３２ａ〜３２ｃ、通信回路３３、スイッチ回路３５を制御する。受電装置４０は、図１０に示す受電装置４０と同様の構成を有する。送電装置３０ｂは、送電コイル３１ａ〜３１ｃを、図１０に示す検出コイル１１ａ〜１１ｃとしても動作させている。すなわち、送電コイル３１ａ〜３１ｃは、送電及び異物検出のために共用される。スイッチ回路３５は、複数の送電回路３２ａ〜３２ｃの少なくとも１つを複数の送電コイル３１ａ〜３１ｃのうちの少なくとも１つに接続するか、異物検出回路１０を複数の送電コイル３１ａ〜３１ｃのうちの２つの送電コイル３１ａ及び３１ｃに接続する。複数の送電回路３２ａ〜３２ｃの少なくとも１つを複数の送電コイル３１ａ〜３１ｃのうちの少なくとも１つに接続しているときは、送電装置３０ｂから受電装置４０に送電することができる。異物検出回路１０を複数の送電コイル３１ａ〜３１ｃのうちの２つの送電コイル３１ａ及び３１ｃに接続しているときには、上記２つのコイルに挟まれた送電コイル３１ｂの上側の異物を検出することができる。これにより、図１０に示す検出コイル１１ａ〜１１ｃを削減することができるため、部品点数の削減により、コストの低減の効果がある。さらに、比較的大型の部品であるコイルを共用することができるので、送電装置の小型化、軽量化、さらには薄型化が可能になる。その結果、デザインの幅が広がるという効果もある。
【０１１９】
図１５は、図１４に示す送電装置３０ｂの一部を示す図である。図１５は、送電コイル３１ａ及び３１ｂのＸＹ面上の位置関係を示している。図を簡単にするために、図１５では、送電コイル３１ａ〜３１ｃ、送電回路３２ａ〜３２ｃ、スイッチ回路３５、異物検出回路１０以外の構成要素の記載を省略している。複数の送電コイル３１ａ〜３１ｃは、１つの面上において同じ巻回方向の巻線を有し、互いに近接して配置されている。異物検出回路１０は、所定波形を有する検出信号Ｓ１及びＳ２を発生する。検出信号Ｓ１及びＳ２が例えば正弦波である場合、異物検出回路１０は、例えば互いに１８０度の位相差を有するように、検出信号Ｓ１及びＳ２を発生する。異物検出回路１０から送信された２つの検出信号の位相差を１８０度にすることで２つの送電コイル３１ａ及び３１ｃの間に合成磁界を形成し、コイル３１ｂの上側に存在する異物の検出を可能にしている。
【０１２０】
スイッチ回路３５はスイッチ３５ａ及び３５ｃを含む。スイッチ３５ａは、送電コイル３１ａを、送電回路３２ａ又は異物検出回路１０に接続する。スイッチ３５ａは、異物検出の際には、送電コイル３１ａを異物検出回路１０に接続し、送電の際には、送電コイル３１ａを送電回路３２ａに接続する。スイッチ３５ｃも同様に、異物検出の際には、送電コイル３１ｃを異物検出回路１０に接続し、送電の際には、送電コイル３１ｃを送電回路３２ｃに接続する。このような構成により、送電コイル３１ａ及び３１ｃを、送電及び異物検出のために共用することができる。このように、図１４及び図１５に示す構成によれば、検出コイル及び送電コイルを単一の部品で構成することができる。このため、送電装置及び無線電力伝送システムの製作コストを低く抑えることができるという効果がある。
【０１２１】
送電コイル３１ａ〜３１ｃを異物検出のために用いる構成においても、前述した多様な変形が可能である。例えば、２つの送電コイル３１ａ及び３１ｃに逆方向の電流を流すために、図３又は図４の異物検出装置のように、１つの検出信号を発生する異物検出回路１０ａを用いてもよい。
【０１２２】
図１６は、第３の実施形態の第１の変形例に係る無線電力伝送システムの送電装置３０ｃの一部を示す図である。この送電装置３０ｃは、４個の送電コイル３１ａ〜３１ｄを備える。スイッチ回路３５中のスイッチ３５ｂは、異物検出の際には、送電コイル３１ｂを異物検出回路１０に接続し、送電の際には、送電コイル３１ｂを送電回路３２ｂに接続する。スイッチ３５ｄも同様に、異物検出の際には、送電コイル３１ｄを異物検出回路１０に接続し、送電の際には、送電コイル３１ｄを送電回路３２ｄに接続する。送電コイル３１ａ〜３１ｄは、１つの面上において同じ巻回方向の導線を有する。送電コイル３１ａ及び３１ｂは、スイッチ１３ｂに接続され、送電コイル３１ｃ及び３１ｄは、スイッチ１３ａに接続されている。異物検出が行われるときには、スイッチ１３ａ及び１３ｂを介して、送電コイル３１ａ及び３１ｃ、又は送電コイル３１ｂ及び３１ｄが、異物検出回路１０に接続される。異物検出の動作は、図９における動作と同様である。送電動作との共用化については、図１５の構成と同様である。図１６の構成によれば、検出コイル及び送電コイルを単一の部品で構成することができる。このため、送電装置及び無線電力伝送システムの製作コストを低く抑えることができるという効果がある。
【０１２３】
図１７は、第３の実施形態の第２の変形例に係る無線電力伝送システムの送電装置３０ｄの一部を示す図である。図１７に示す異物検出回路１０ａ及び移相器１２は、図３に示す異物検出回路１０ａ、及び移相器１２と同様に構成される。送電コイル３１ａ〜３１ｃは、１つの面上において同じ巻回方向の巻線を有する。異物検出回路１０ａは、１つの検出信号Ｓ１を生成し、送電コイル３１ａに直接に送信する。さらに、移相器１２を介して極性が反転した第２検出信号Ｓ２を送電コイル３１ｃに送信する。図１７に示す送電装置３０ｄによれば、異物検出回路１０ａから送信された検出信号を２つに分配し、移相器１２によって位相を１８０度遅らせた検出信号Ｓ２を送電コイル３１ｃに入力する。これにより、２つの送電コイル３１ａ及び３１ｃに互いに逆回りの電流が流れる。送電コイル３１ａ及び３１ｃの間に合成磁界が形成され、送電コイル３１ｂの上側に存在する異物を検出することができる。
【０１２４】
図１８は、第３の実施形態の第３の変形例に係る無線電力伝送システムにおける送電装置３０ｅの一部を示す図である。図１８に示す異物検出回路１０は、図１に示す異物検出回路１０と同様に構成される。送電コイル３１ａ〜３１ｄは、１つの面上において同じ巻回方向の巻線を有する。異物検出回路１０は、例えば互いに１８０度の位相差を有するように、検出信号Ｓ１及びＳ２を発生する。スイッチ１３ｃは、送電コイル３１ａ〜３１ｄのうちの２つを、異物検出回路１０に接続する機能を有する。これにより、例えば、送電コイル３１ｂの上側の異物の検出の際には、スイッチ１３ｃは送電コイル３１ａと送電コイル３１ｃを異物検出回路１０に接続する。また、送電コイル３１ｃの上側の異物の検出の際には、スイッチ１３ｃは送電コイル３１ｂと送電コイル３１ｄとを異物検出回路１０に接続する。さらには、送電コイル３１ａと３１ｂの間の異物を検出する際には、スイッチ１３ｃは送電コイル３１ａと送電コイル３１ｂとを異物検出回路１０に接続する。本構成により、簡単な構成で、本実施形態における異物検出方法と図７Ｂに示す異物検出方法とを容易に組み合わせることが可能になる。この２つの異物検出方法を併用することで、２つの隣接する送電コイル間及び１つの送電コイルの中心を含む、異物が発熱する可能性がある領域のすべてにおいて、異物を検出することが可能になる。
【０１２５】
図１９は、第３の実施形態の第４の変形例に係る無線電力伝送システムにおける送電装置３０ｆの一部を示す図である。図１９に示す構成は、異物検出回路１０ａが単一の検出信号Ｓ１を出力する点と、移相器１２が設けられている点を除き、図１８に示す構成と同様である。移相器１２は、異物検出回路１０ａから出力された第１検出信号Ｓ１の極性を反転させた第２検出信号を、スイッチ１３ｃを介して送電コイル３１ａ又は３１ｂに送信する。送電コイル３１ｃ又は３１ｄには、異物検出回路１０ａから第１検出信号Ｓ１が送信される。このような構成によっても図１８と同様の効果を実現できる。
【０１２６】
図１７の送電装置によれば、異物検出回路１０ａから出力される検出信号を１つにすることができ、回路の簡素化が可能になるという利点がある。また、図１６〜図１９の送電装置によれば、図１５の送電装置３０ｂと同様に、送電コイル３１ａ〜３１ｄを、送電及び異物検出のために共用することができる。このため、検出コイル及び送電コイルを単一の部品で構成することが可能になり、送電装置又は無線電力伝送システムの製作コストを低く抑えることができる。
【０１２７】
送電装置が５つ以上の送電コイルを備える場合も、スイッチに接続される送電コイルの個数を増やすことにより、異物検出回路を１つの送電コイルを挟んで配置された２つの送電コイルに選択的に接続することができる。例えば、第１の巻回方向を有する送電コイルを第１のスイッチによって切り換え、第２の巻回方向を有する送電コイルを第２のスイッチによって切り換えてもよい。それに代わって、送電装置は、必要に応じて３つ以上のスイッチを備えていてもよい。
【０１２８】
第２の実施形態及び第３の実施形態に係る送電装置においては、本開示の異物検出装置を用いて異物を検出することにより、危険を未然に防ぐという効果がある。以下、図２０を参照しながら、そのための動作の一例を説明する。
【０１２９】
送電装置の動作を開始（ステップＳ４１）した後、異物検出処理（ステップＳ４２）を実行する。図２０に示す異物検出処理は、図５に示す異物検出処理（ステップＳ２）と同様である。
【０１３０】
この異物検出処理では、まず、異物検出回路１０が、検出信号を２つのコイルに送信する（ステップＳ５１）。続いて、実施形態１で説明した方法によって反射信号の変化の検出（ステップＳ５２）及び反射信号の変化量が所定の閾値を超えたか否かの判定（ステップＳ５３）を行う。
【０１３１】
異物がないと判定された場合（ステップＳ５５）には、送電を開始（ステップＳ４３）し、送電装置の動作を終了するまで送電を続ける（ステップＳ４３〜Ｓ４６）。一方、異物があると判定された場合（ステップＳ５４）には、ステップＳ５５において異物がないと判定されるまで、ステップＳ５１〜Ｓ５４を繰り返す。但し、途中で送電装置の電源が切れるなどした場合には直ちに終了する。
【０１３２】
予め定められた所定の時間まで異物検出処理（ステップＳ４２）を継続した後、なお異物がある場合には、送電装置の電源を切るように構成することも可能である。これにより、不要な電力の消費を抑えることができる。
【０１３３】
以上のように、異物検出装置を備える送電装置を用いて送電開始前に異物の検知を行うことにより、発熱等の危険を未然に防ぐことができる。
【０１３４】
送電装置においては、送電を行う前に異物検知処理を行い、且つ、送電を行っている最中においても異物検出処理を行ってもよい。そのようにすることで、危険を未然に防ぐことができるという効果がより高くなる。以下、図２１を参照しながら、そのような動作の一例を説明する。
【０１３５】
送電装置の動作を開始（ステップＳ２１）した後、送電前に異物検出処理（ステップＳ６１：図２０のステップＳ４２と同様）を行う。異物がないことが確認された後、送電を開始（ステップＳ２４）するとともに、送電中の異物検出処理（ステップＳ２２：図１３のステップＳ２２と同様）を行う。図２１におけるステップＳ２１〜Ｓ２７の動作は、図１３におけるステップＳ２１〜Ｓ２７とそれぞれ同様である。図２１におけるステップＳ６１の動作は図２０のステップＳ４２と同様である。よって、これらのステップの説明は省略する。
【０１３６】
図２１に示す送電処理によれば、送電前に異物を検出し、送電中においても異物の混入を検知して送電を停止する事が可能になるため、安全性が一層高くなるという効果が得られる。
【０１３７】
（他の変形例）
添付の図面では、検出コイル及び送電コイルを円形又は四角形のコイルとして示したが、これらに限られるものではない。例えば、正方形、長方形、長円、楕円、その他のコイル形状でも可能である。
【０１３８】
第２及び第３の実施形態では、送電装置及び受電装置が通信回路を備えた構成を例に挙げているが、これに限られるものではない。送電装置及び受電装置の一方が送信回路を備え、他方が受信回路を備えることで、一方向の通信を行う構成も可能である。これにより回路構成が簡素化されるので、コスト削減の効果がある。予め決まった値の電力を送受電する場合には、通信の必要はなく、通信回路を含まない構成も可能である。これにより、通信回路の削減によりコスト削減の効果がある。
【０１３９】
第２及び第３の実施形態では、送電装置３０、３０ａ、３０ｂにおいては、通信回路３３が送電コイル３１ａ〜３１ｃに接続され、送電コイル３１ａ〜３１ｃを用いて通信を行う構成を示しているが、これに限られるものではない。例えば、通信回路３３が別のアンテナもしくは他のコイルに接続される構成も可能である。また、受電装置４０においても同様に、受電コイル４１を用いて通信を行う構成を示しているが、これに限られるものではない。例えば、通信回路４３が別のアンテナ又は他のコイルに接続される構成も可能である。
【０１４０】
第２及び第３の実施形態では、送電コイル３１ａ〜３１ｃ毎に送電回路３２ａ〜３２ｃがそれぞれ接続された例を説明したが、これに限られるものではない。１つの送電回路が送電コイル３１ａ〜３１ｃの全てに接続された構成も可能である。これにより、送電回路の個数を減らすことができ、コストの削減に繋がる。１つの送電回路がスイッチを介して送電コイル３１ａ〜３１ｃの１つに選択的に接続される構成も可能である。これにより、送電が必要な送電コイルにのみ電力を供給することができ、エネルギーの無駄が減り、伝送効率の向上に繋がる。
【０１４１】
第２及び第３の実施形態では、磁性体基板５は、検出コイル１１ａ〜１１ｃ及び送電コイル３１ａ〜３１ｃが配置される領域よりも広い面積を有する。これにより、検出コイル１１ａ〜１１ｃ及び送電コイル３１ａ〜３１ｃに対して、コイルの下側に配置された金属等（例えば金属製の机の上板）からの影響を低減することができる。図１１Ａ及び図１１Ｂでは、１つの大面積の磁性体基板５を用いた例を説明したが、これに限られるものではない。例えば、送電コイル及び検出コイルの組毎に別個の磁性体基板を設けてもよい。これにより、不要な箇所の磁性体を削減することが可能になり、部材コストを軽減できる。
【０１４２】
（他の実施形態）
本開示の技術は、上述した実施形態に限定されず、多様な変形が可能である。以下、上述した異物検出装置を備えた無線送電装置、及び無線送電装置と無線受電装置とを備えた無線電力伝送システムの他の実施形態の例を説明する。
【０１４３】
図２２は、送電装置６１の上に、受電装置を備えたスマートフォン６２が置かれた状態を示した図である。送電装置６１には、上述したいずれかの異物検出装置が備えられている。送電を開始する前に異物検出装置は、送電装置６１上の異物の有無を判断する。その結果、送電装置６１上に異物がないと判断した場合、送電装置６１内の送電回路は無線で交流電力をスマートフォン６２内の受電装置に送電する。送電装置６１とスマートフォン６２内の受電装置とが、無線電力伝送システムを構成している。
【０１４４】
このことにより、送電を開始する前に異物を検知するので、異物の発熱の危険性を未然に防止できる。
【０１４５】
また、送電装置６１においては、送電を行っている最中においても、上記異物検出装置を用いて異物の検知をすることにより、危険を未然に防ぐことができる。
【０１４６】
図２３は、無線電力システムを備えた駐車場を示す図である。車両７２は、受電コイル７２ａを有する受電装置を備えている。道路に略垂直に立てられた、例えば車止めである塀の中に、送電装置７１が設けられている。送電装置７１は、上述したいずれかの異物検出装置を備えている。送電コイル７１ａは、道路に埋め込まれており、電気ケーブルで送電装置７１と繋がっている。
【０１４７】
送電装置７１が送電を開始する前に、上記異物検出装置は、送電コイル７１ａ上の異物の有無を判断する。送電コイル７１ａ上に異物がないと判断し、さらに、車両７２内の受電コイル７２ａと送電コイル７１ａとの位置合わせが完了した場合、送電装置７１から送電コイル７１ａに電気ケーブルを介して高周波電力が送られる。そして、送電コイル７１ａから受電コイル７２ａに無線で高周波電力が送電される。
【０１４８】
このことにより、送電を開始する前に異物を検知するので、異物の発熱の危険性を未然に防止できる。
【０１４９】
また、送電装置７１においては、送電を行っている最中においても、上記異物検出装置を用いて異物の検知をすることにより、危険を未然に防ぐことができる。
【０１５０】
図２４は、病院などで用いられるロボット９０に、壁８０から電力を非接触で伝送する無線電力伝送システムの構成例を示す図である。この例では、壁８０に、直流電源８１及び送電装置８２が埋め込まれている。送電装置８２は、例えば、制御回路８３、送電回路８４、送電コイル８５、異物検出回路８６、及び検出コイル８７を備える。送電装置８２は、例えば、図１０に示す送電装置３０と同様に構成され得る。ロボット９０は、受電コイル９２及び受電回路９３を含む受電装置９１を備える。受電装置９１は、図１０に示す受電装置４０と同様に構成され得る。ロボット９０は、さらに、二次電池９４と、駆動用電気モータ９５と、移動のための複数の車輪９６とを備える。
【０１５１】
このようなシステムにより、例えば病院内のロボット９０に、壁８０から電力を非接触で伝送し、人の手を借りることなく自動で充電を行うことができる。
【０１５２】
このことにより、送電を開始する前に異物を検知するので、異物の発熱の危険性を未然に防止できる。
【０１５３】
また、送電装置８２においては、送電を行っている最中においても、異物検出装置を用いて異物の検知をすることにより、危険を未然に防ぐことができる。
【０１５４】
ここに開示した実施形態は、すべての点で例示であって、限定を意図したものではない。本開示の範囲は、以上の説明によってではなく、特許請求の範囲によって決まり、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での変形を含むすべての態様を包含することを意図している。
【０１５５】
本開示は、以下の項目に記載の異物検出装置、無線送電装置及び無線電力伝送システムを含む。
【０１５６】
［項目１］
第１端子及び第２端子を有する巻回された第１導線である第１コイルと、
前記第１コイルと隣接して配置され、第３端子及び第４端子を有する巻回された第２導線である第２コイルと、
前記第１コイルと隣接する前記第２コイルの側とは反対側において前記第２コイルと隣接して配置され、第５端子及び第６端子を有する巻回された第３導線である第３コイルであって、前記第５端子から前記第６端子への巻回方向は、前記第１端子から前記第２端子への巻回方向と同一である第３コイルと、
第１所定波形を有する第１検出信号を前記第１コイルの前記第１端子に出力し且つ前記第１所定波形と反転した極性の第２所定波形を有する第２検出信号を前記第３コイルの前記第５端子に出力し、前記第１コイルと前記第３コイルの間を跨る合成磁界を生成させ、
異物の有無によって生じる前記合成磁界の変化に対応した、前記第１コイル又は前記第３コイルのいずれか一方のインピーダンス値の変化量を測定し、
前記インピーダンス値の変化量が所定値を超えたとき、前記第２コイル上に異物があると判断する異物検出回路と、を備え、
前記第２端子、前記第４端子及び前記第６端子は、前記異物検出回路の基準電位と同電位である、
異物検出装置。
上記態様によれば、
異物検出装置は、第１端子及び第２端子を有する巻回された第１導線である第１コイルと、前記第１コイルと隣接して配置され、第３端子及び第４端子を有する巻回された第２導線である第２コイルと、前記第１コイルと隣接する前記第２コイルの側とは反対側において前記第２コイルと隣接して配置され、第５端子及び第６端子を有する巻回された第３導線である第３コイルであって、前記第５端子から前記第６端子への巻回方向は、前記第１端子から前記第２端子への巻回方向と同一である第３コイルと、異物検出回路と、を備えている。そして、異物検出回路は、第１所定波形を有する第１検出信号を前記第１コイルの前記第１端子に出力し且つ前記第１所定波形と反転した極性の第２所定波形を有する第２検出信号を前記第３コイルの前記第５端子に出力し、前記第１コイルと前記第３コイルの間を跨る合成磁界を生成させる。
これにより、１つの検出コイルの両側に位置する２つの検出コイルの間の磁界が結合する。そのため、隣接する３つの検出コイルの中央の検出コイル上において離れた位置に発生する磁界を強めることができる。
そして、異物の有無によって生じる上記合成磁界の変化に対応した上記第１コイル又は上記第３コイルの合成されたインピーダンス値の変化量を測定する。そして、上記インピーダンス値の変化量が所定値を超えたとき、上記第２コイル上に異物があると判断する。
これにより、単に複数のコイルを配置して異物を検出する範囲を広げるだけではなく、中央の検出コイルの上側の磁界を強めて、中央の検出コイルの上側にある異物を高い精度で検出することができる。
その結果、高精度で異物を検出できる範囲（特に高さ方向の範囲）を拡大することができる。
さらに、汎用の検出コイルを用いることができるので、部品数、寸法、及び製造コストの増大を抑えることができる。
【０１５７】
［項目２］
前記第１端子、前記第３端子及び前記第５端子は、それぞれ、前記第１コイル、前記第２コイル及び前記第３コイルの外側に配置された外側端子、又は前記第１コイル、前記第２コイル及び前記第３コイルの内側に配置された内側端子のいずれか一方の端子であり、
前記第２端子、前記第４端子及び前記第６端子は、それぞれ、前記第１コイル、前記第２コイル及び前記第３コイルの前記外側端子又は前記内側端子のいずれか他方の端子である、
項目１に記載の異物検出装置。
【０１５８】
［項目３］
前記第２コイルの前記第２導線における前記第３端子から前記第４端子への巻回方向は、前記第１コイルの前記第１導線における前記第１端子から前記第２端子への巻回方向と同一である、
項目１又は２に記載の異物検出装置。
【０１５９】
［項目４］
前記異物検出回路は、異物の有無によって生じる前記合成磁界の変化に対応するインピーダンス値の変化量であって、前記第１コイルと前記第３コイルとの接続により生成されるインピーダンス値の変化量を測定し、
前記インピーダンス値の変化量が所定値を超えたとき、前記第２コイル上に異物があると判断する、
項目１に記載の異物検出装置。
上記態様によれば、
異物検出回路から出力される第１検出信号と第２検出信号の端子間で反射信号を読み取ることで２つの検出信号の差から、第１コイルと第３コイルの合成されたインピーダンス値を測定する。第２検出信号が第１検出信号を反転した信号であることから、差分をとることで、端子間で反射信号を読み取ることができ、感度を向上させることができる。感度が向上するのは、第１検出信号と第２検出信号の振幅の約２倍の振幅が得られるからである。インピーダンス、振幅、周波数等の測定回路が１つで済むという利点もある。
【０１６０】
［項目５］
前記第１コイル、前記第２コイル及び前記第３コイルの各々は、各コイルの軸に垂直な方向に配列されている、
項目１から４のいずれか１項に記載の異物検出装置。
上記態様によれば、
第１コイル〜第３コイルの各々を、各コイルの軸に垂直な方向に一列に配置することで、第１コイル及び第３コイルから放出される磁界分布が均一となり、異物を高精度で検出できる。
【０１６１】
［項目６］
前記第１検出信号及び前記第２検出信号は、交流信号又はパルス信号である、
項目１から５のいずれか１項に記載の異物検出装置。
上記態様によれば、
第１検出信号及び第２検出信号に交流信号を用いる場合は、比較的、異物の侵入が多い場合及び／又は長時間使用する場合に適している。交流信号は徐々に電力が変動するので、連続して長時間使用する場合、第１コイル及び第３コイルへの負担を少なくできる。また、第１検出信号及び第２検出信号にパルス信号を用いる場合は、比較的、異物の侵入が少ない場合に適している。パルス信号は間欠信号を作り易く、電力消費を削減して異物の検出を行うことができる。
【０１６２】
［項目７］
前記異物検出回路は、前記第１検出信号及び前記第２検出信号を同時に前記第１コイル及び前記第３コイルにそれぞれ出力する、
項目１から６のいずれか１項に記載の異物検出装置。
上記態様によれば、
第１検出信号及び第２検出信号の位相のずれがないので、第１コイル及び第３コイルから放出される磁界分布が均一となり、異物を高精度で検出できる。
【０１６３】
［項目８］
前記第１コイル、前記第２コイル及び前記第３コイルを含み、前記第１コイル及び前記第３コイルと同一の構造をもつ４つ以上のコイルと、
前記４つ以上のコイルの中の前記第１コイル及び前記第３コイルと前記異物検出回路との間の電気的接続を行う少なくとも１つのスイッチと、
をさらに備え、
前記異物検出回路は、前記第１検出信号及び前記第２検出信号を出力する前に、前記少なくとも１つのスイッチを用いて前記４つ以上のコイルの中から１つのコイルを中心として両側に配置される２つのコイルとして前記第１コイル及び前記第３コイルを選択する、
項目１から７のいずれか１項に記載の異物検出装置。
上記態様によれば、
４つ以上のコイルを配置し、４つ以上のコイルの中から第１コイル及び第３コイルの組合せを自由に選択できるので、異物を検出する範囲をさらに広げることができる。
【０１６４】
［項目９］
項目１から８のいずれか１項に記載の異物検出装置と、
送電コイルと、
前記送電コイルに高周波電力を送電する送電回路と、を備える、
無線送電装置。
上記態様によれば、
高精度で異物を検出できる範囲を広げることができる本開示の異物検出装置を備えているので、送電回路が高周波電力を送電する範囲を広げることができる。
また、第１コイル及び第３コイルと送電コイルとが別々のコイルである場合、高周波電力を送電しているときでも、異物の侵入を検出できるので、異物の発熱を防止できる。
【０１６５】
［項目１０］
前記送電コイルを内部に配置した筐体を備え、
前記第１コイル及び前記第３コイルの各々の外周は、前記送電コイルの外周より小さく、
前記第１コイル及び前記第３コイルは、前記筐体の主面と前記送電コイルとの間に配置されている、
項目９に記載の無線送電装置。
上記態様によれば、
第１コイル及び第３コイルの各々の外周は、送電コイルの外周よりも小さいので、送電コイルよりも相対的に小さい異物でも検出することができる。
【０１６６】
［項目１１］
前記第１コイル及び前記第３コイルのうちの少なくとも１つと前記送電コイルとを兼用した、
項目９に記載の無線送電装置。
上記態様によれば、
第１コイル及び第３コイルのうちの少なくとも一つと送電コイルとを兼用するので、コストが削減できる。また、装置の薄型化、軽量化を図ることができる。
【０１６７】
［項目１２］
前記第１検出信号の電力及び前記第２検出信号の電力は、前記高周波電力より小さい、
項目９から１１のいずれか１項に記載の無線送電装置。
【０１６８】
［項目１３］
前記異物検出回路が前記第１コイル及び前記第３コイルによって形成される磁界内に異物がないと判断した後に、前記送電回路に前記高周波電力を送電させる制御回路をさらに備える、
項目９から１２のいずれか１項に記載の無線送電装置。
上記態様によれば、
異物検出回路が第１コイル及び第３コイルによって形成される磁界内に異物がないと判断した後に、送電回路に高周波電力を送電させるので、安全に送電することができる。
【０１６９】
［項目１４］
前記第２コイルは、前記送電コイルとして用いられる、
項目９から１３のいずれか１項に記載の無線送電装置。
【０１７０】
［項目１５］
項目９から１４のいずれか１項に記載の無線送電装置と、
無線受電装置と、を備える、無線電力伝送システム。
【０１７１】
［項目１６］
第１端子及び第２端子を有する巻回された第１導線である第１コイルと、
前記第１コイルと隣接して配置され、第３端子及び第４端子を有する巻回された第２導線である第２コイルと、
前記第１コイルと隣接する前記第２コイルの側とは反対側において前記第２コイルと隣接して配置され、第５端子及び第６端子を有する巻回された第３導線である第３コイルであって、前記第５端子から前記第６端子への巻回方向は、前記第１端子から前記第２端子への巻回方向と同一である第３コイルと、
第１所定波形を有する第１検出信号を出力する異物検出回路と、
前記出力された第１検出信号を、前記第１所定波形の極性が反転した極性の第２所定波形を有する第２検出信号に変換して前記第３コイルの前記第５端子に出力する移相器と、を備え、
前記異物検出回路は、
前記第１検出信号を前記第１コイルの前記第１端子及び前記移相器に出力し、前記第１コイルと前記第３コイルの間を跨る合成磁界を生成させ、
異物の有無によって生じる前記合成磁界の変化に対応した前記第１コイルと前記第３コイルとの合成されたインピーダンス値の変化量を測定し、
前記インピーダンス値の変化量が所定値を超えたとき、前記第２コイルの上に異物があると判断し、
前記第２端子、前記第４端子及び前記第６端子は、前記異物検出回路の基準電位と同電位である、
異物検出装置。
上記態様によれば、
異物検出装置は、第１端子及び第２端子を有する巻回された第１導線である第１コイルと、前記第１コイルと隣接して配置され、第３端子及び第４端子を有する巻回された第２導線である第２コイルと、前記第１コイルと隣接する前記第２コイルの側とは反対側において前記第２コイルと隣接して配置され、第５端子及び第６端子を有する巻回された第３導線である第３コイルであって、前記第５端子から前記第６端子への巻回方向は、前記第１端子から前記第２端子への巻回方向と同一である第３コイルと、異物検出回路と、移相器と、を備えている。
異物検出回路は、第１所定波形を有する第１検出信号を出力する。移相器は、前記出力された第１検出信号を、前記第１所定波形の極性が反転した極性の第２所定波形を有する第２検出信号に変換して前記第３コイルの前記第５端子に出力する。これにより、前記異物検出回路は、前記第１検出信号を前記第１コイルの前記第１端子及び前記移相器に出力し、前記第１コイルと前記第３コイルの間を跨る合成磁界を生成させる。
そして、異物の有無によって生じる前記合成磁界の変化に対応した前記第１コイルと前記第３コイルとの合成されたインピーダンス値の変化量を測定する。前記インピーダンス値の変化量が所定値を超えたとき、前記第２コイルの上に異物があると判断する。
上記態様によれば、
移相器により、異物検出回路は１つの第１検出信号を出力するだけで第２検出信号も生成することができる。このため、異物検出回路に第２検出信号を生成する回路を設ける必要がなくなるため、負担を減らすことができる。
【０１７２】
［項目１７］
前記第１端子、前記第３端子及び前記第５端子は、それぞれ、前記第１コイル、前記第２コイル及び前記第３コイルの外側に配置された外側端子、又は前記第１コイル、前記第２コイル及び前記第３コイルの内側に配置された内側端子のいずれか一方の端子であり、
前記第２端子、前記第４端子及び前記第６端子は、それぞれ、前記第１コイル、前記第２コイル及び前記第３コイルの前記外側端子又は前記内側端子のいずれか他方の端子である、
項目１６に記載の異物検出装置。
【０１７３】
［項目１８］
前記第２コイルの前記第２導線における前記第３端子から前記第４端子への巻回方向は、前記第１コイルの前記第１導線における前記第１端子から前記第２端子への巻回方向と同一方向である、
項目１６又は１７に記載の異物検出装置。
【０１７４】
［項目１９］
前記第１コイル、前記第２コイル及び前記第３コイルの各々は、各コイルの軸に垂直な方向に配列されている、
項目１６から１８のいずれか１項に記載の異物検出装置。
上記態様によれば、
第１コイル〜第３コイルの各々を、各コイルの軸に垂直な方向に一列に配置することで、第１コイル及び第３コイルから放出される磁界分布が均一となり、異物を高精度で検出できる。
【０１７５】
［項目２０］
前記第１検出信号及び前記第２検出信号は、交流信号又はパルス信号である、
項目１６から１９のいずれか１項に記載の異物検出装置。
上記態様によれば、
第１検出信号及び第２検出信号に交流信号を用いる場合は、比較的、異物の侵入が多い場合及び／又は長時間使用する場合に適している。交流信号は徐々に電力が変動するので、連続して長時間使用する場合、第１コイル及び第３コイルへの負担を少なくできる。また、第１検出信号及び第２検出信号にパルス信号を用いる場合は、比較的、異物の侵入が少ない場合に適している。パルス信号は間欠信号を作り易く、電力消費を削減して異物の検出を行うことができる。
【０１７６】
［項目２１］
項目１６から２０のいずれか１項に記載の異物検出装置と、
送電コイルと、
前記送電コイルに高周波電力を送電する送電回路と、を備える、
無線送電装置。
上記態様によれば、
高精度で異物を検出できる範囲を広げることができる本開示の異物検出装置を備えているので、送電回路が高周波電力を送電する範囲を広げることができる。
また、第１コイル及び第３コイルと送電コイルとが別々のコイルである場合、高周波電力を送電しているときでも、異物の侵入を検出できるので、異物の発熱を防止できる。
【０１７７】
［項目２２］
前記送電コイルを内部に配置した筐体を備え、
前記第１コイル及び前記第３コイルの各々の外周は、前記送電コイルの外周より小さく、
前記第１コイル及び前記第３コイルは、前記筐体の主面と前記送電コイルとの間に配置されている、
項目２１に記載の無線送電装置。
上記態様によれば、
第１コイル及び第３コイルの各々の外周は、送電コイルの外周よりも小さいので、送電コイルよりも相対的に小さい異物でも検出することができる。
【０１７８】
［項目２３］
前記第１コイル及び前記第３コイルのうちの少なくとも一つと前記送電コイルとを兼用した、
項目２１に記載の無線送電装置。
上記態様によれば、
第１コイル及び第３コイルのうちの少なくとも一つと送電コイルとを兼用するので、コストが削減できる。また、装置の薄型化、軽量化を図ることができる。
【０１７９】
［項目２４］
前記第１検出信号の電力及び前記第２検出信号の電力は、前記高周波電力より小さい、
項目２１から２３のいずれか１項に記載の無線送電装置。
【０１８０】
［項目２５］
前記異物検出回路が前記第１コイル及び前記第３コイルによって形成される磁界内に異物がないと判断した後に、前記送電回路に前記高周波電力を送電させる制御回路をさらに備える、
項目２１から２４のいずれか１項に記載の無線送電装置。
上記態様によれば、
異物検出回路が第１コイル及び第３コイルによって形成される磁界内に異物がないと判断した後に、送電回路に高周波電力を送電させるので、安全に送電することができる。
【０１８１】
［項目２６］
前記第２コイルは、前記送電コイルとして用いられる、
項目２１から２５のいずれか１項に記載の無線送電装置。
【０１８２】
［項目２７］
項目２１から２６のいずれか１項に記載の無線送電装置と、
無線受電装置と、を備える、無線電力伝送システム。
【０１８３】
［項目２８］
導線が巻回された第１コイルと、
前記第１コイルと隣接して配置され、導線が巻回された第２コイルと、
前記第２コイルに対して前記第１コイルと反対方向に前記第２コイルと隣接して配置され、導線が巻回された第３コイルと、
第１所定波形を有する第１検出信号を前記第１コイルに出力し、第２所定波形を有する第２検出信号を前記第３コイルに出力し、前記第１コイルに流れる前記第１検出信号に基づく電流及び前記第３コイルに流れる前記第２検出信号に基づく電流のうちの一方を時計回りに流れさせ、他方を反時計回りに流れさせ、前記第１コイルと前記第３コイルの間を跨る合成磁界を生成させ、
異物の有無によって生じる前記合成磁界の変化に対応した前記第１コイルと前記第３コイルの合成されたインピーダンス値の変化量を測定し、
前記インピーダンス値の変化量が所定値を超えたとき、前記第２コイルの上に異物があると判断する異物検出回路と、を備えた、
異物検出装置。
【産業上の利用可能性】
【０１８４】
本開示の異物検出装置、無線送電装置、及び無線電力伝送システムは、モバイル機器及びＥＶ車両などの受電装置へ無線で電力を送る際に、送電コイル又は受電コイルの近傍の異物を検出する用途に有用である。
【符号の説明】
【０１８５】
１０、１０ａ〜１０ｃ    異物検出回路
１１ａ〜１１ｉ    検出コイル
１２    移相器
２０    異物
３０、３０ａ〜３０ｆ    送電装置
３１、３１ａ〜３１ｄ    送電コイル
３２ａ〜３２ｄ    送電回路
３３    通信回路
３４、３４ａ    制御回路
３５、３５ａ〜３５ｃ    スイッチ回路
４    筐体
４０    受電装置
４１    受電コイル
４２    受電回路
４３    通信回路
４４    制御回路
４５    負荷
５    磁性体基板
６１    送電装置
６２    スマートフォン
７１    送電装置
７１ａ    送電コイル
７２    車両
７２ａ    受電コイル
８０    壁
８１    直流電源
８２    送電装置
８３    制御回路
８４    送電回路
８５    送電コイル
８６    異物検出回路
８７    検出コイル
９０    ロボット
９１    受電装置
９２    受電コイル
９３    受電回路
９４    二次電池
９５    駆動用電気モータ
９６    車輪
１００、１００ａ〜１００ｄ  異物検出装置
１１１、１１１ａ  検出コイル
１２０  異物
【図１】
0006624390.tif 000002
【図２】
0006624390.tif 000003
【図３】
0006624390.tif 000004
【図４】
0006624390.tif 000005
【図５】
0006624390.tif 000006
【図６Ａ】
0006624390.tif 000007
【図６Ｂ】
0006624390.tif 000008
【図６Ｃ】
0006624390.tif 000009
【図７Ａ】
0006624390.tif 000010
【図７Ｂ】
0006624390.tif 000011
【図７Ｃ】
0006624390.tif 000012
【図８】
0006624390.tif 000013
【図９】
0006624390.tif 000014
【図１０】
0006624390.tif 000015
【図１１Ａ】
0006624390.tif 000016
【図１１Ｂ】
0006624390.tif 000017
【図１２Ａ】
0006624390.tif 000018
【図１２Ｂ】
0006624390.tif 000019
【図１３】
0006624390.tif 000020
【図１４】
0006624390.tif 000021
【図１５】
0006624390.tif 000022
【図１６】
0006624390.tif 000023
【図１７】
0006624390.tif 000024
【図１８】
0006624390.tif 000025
【図１９】
0006624390.tif 000026
【図２０】
0006624390.tif 000027
【図２１】
0006624390.tif 000028
【図２２】
0006624390.tif 000029
【図２３】
0006624390.tif 000030
【図２４】
0006624390.tif 000031
【図２５】
0006624390.tif 000032
【図２６】
0006624390.tif 000033
【図２７Ａ】
0006624390.tif 000034
【図２７Ｂ】
0006624390.tif 000035
【図２８】
0006624390.tif 000036
【図２９】
0006624390.tif 000037