(57)【要約】  異物検出装置は、給電部から受電部へ非接触で給電を行なう非接触給電システムに搭載される。この異物検出装置は、磁界センサと、磁界発生部とを有する。磁界センサは、給電部と受電部との間に存在する異物により変化する磁束量を検出する。磁界発生部は、給電部および受電部とは別に設けられ、磁界発生コイルユニットを有し、磁界センサを駆動するための磁界を発生させる。
2016067575.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
給電部から受電部へ非接触で給電を行なう非接触給電システムに搭載される異物検出装置であって、
前記給電部と前記受電部との間に存在する異物により変化する磁束量を検出する磁界センサと、
前記給電部および前記受電部とは別に設けられ、磁界発生コイルユニットを有し、前記磁界センサを駆動するための磁界を発生させる磁界発生部と、を備えた、
異物検出装置。
【請求項２】
前記磁界発生部は、複数の前記磁界発生コイルユニットを有し、
前記複数の前記磁界発生コイルユニットのうちの少なくとも２つは、電気的に直列かつ連続して形成されている、
請求項１に記載の異物検出装置。
【請求項３】
前記磁界発生部は、
複数の前記磁界発生コイルユニットと、
前記複数の前記磁界発生コイルユニットのそれぞれに電流を供給するための複数の端子と、
前記複数の前記磁界発生コイルユニットのそれぞれと、対応する前記複数の端子のそれぞれとの間に設けられ、前記複数の磁界発生コイルユニットのそれぞれに電流を供給する、および、供給しないを選択する複数の第１スイッチ素子と、を有する、
請求項１に記載の異物検出装置。
【請求項４】
前記磁界発生部は、
複数の前記磁界発生コイルユニットと、
前記複数の前記磁界発生コイルユニットのそれぞれに電流を供給するための複数の端子と、
前記複数の磁界発生コイルユニットのそれぞれと対応する前記複数の端子のそれぞれとの間に設けられ、前記複数の磁界発生コイルユニットのそれぞれに流れる電流の方向を変化させる複数の第２スイッチ素子と、を有する、
請求項１に記載の異物検出装置。
【請求項５】
前記磁界発生部は、複数の前記磁界発生コイルユニットを有し、
前記複数の前記磁界発生コイルユニットのそれぞれは、矩形又は円環の輪郭に沿って導電線が配置されて形成されており、
前記矩形の短辺の長さまたは前記円環の幅である前記磁界発生コイルユニットの幅は、前記磁界発生コイルユニットを含む平面と前記異物との距離の１．５倍以上、２．５倍以下である、
請求項１〜４のいずれか１項に記載の異物検出装置。
【請求項６】
前記磁界発生部は、複数の前記磁界発生コイルユニットを備え、
前記複数の前記磁界発生コイルユニットのそれぞれは、一定の間隔で平面上に配置されており、
前記異物検出装置は、前記異物が存在することにより変化する磁束量を電圧信号として検出する複数のセンサコイルユニットを有する前記磁界センサをさらに備え、
前記複数の磁界発生コイルユニットのそれぞれの第1方向における幅は、前記複数のセンサコイルユニットのそれぞれの前記第1方向における幅と同じである、
請求項１〜５のいずれか１項に記載の異物検出装置。
【請求項７】
前記磁界発生部は、複数の前記磁界発生コイルユニットを備え、
前記複数の前記磁界発生コイルユニットは、長方形の輪郭に沿って導電線が配置された第１の磁界発生コイルユニットおよび第２の磁界発生コイルユニットを含み、
前記第１の磁界発生コイルユニットと前記第２の磁界発生コイルユニットとは、前記第１の磁界発生コイルユニットを含む第１平面と前記第２の磁界発生コイルユニットを含む第２平面とが平行となるよう、前記第１、第２平面の法線方向に重ねられて配置され、
前記第１の磁界発生コイルユニットの長辺と、前記第２の磁界発生コイルユニットの長辺とは、前記法線方向から見て直交している、
請求項１〜６のいずれか１項に記載の異物検出装置。
【請求項８】
前記非接触給電システムは、給電コイルを有する前記給電部と、
受電コイルを有する前記受電部と、を備えたものであり、
前記磁界発生部は、前記給電コイルと前記受電コイルとで形成される磁界のうち、前記磁界発生コイルユニットを含む平面の法線方向の磁界成分が相対的に小さい、または、０である場所に配置される、
請求項１〜７のいずれか１項に記載の異物検出装置。
【請求項９】
給電コイルを有する前記給電部と、
受電コイルを有する前記受電部と、をさらに備え、
前記磁界発生部と前記給電コイルとの磁気結合の係数、および、前記磁界発生部と前記受電コイルとの磁気結合の係数は、ともに１０％以下である、
請求項１〜８のいずれか１項に記載の異物検出装置。
【請求項１０】
前記磁界発生部を駆動する駆動回路をさらに備えた、
請求項１〜９のいずれか１項に記載の異物検出装置。
【請求項１１】
前記駆動回路は、前記磁界発生コイルユニットに流れる電流の時間微分値が１Ａ／５０ｎｓ以上となるよう前記磁界発生部を駆動する、
請求項１０に記載の異物検出装置。
【請求項１２】
前記駆動回路は、前記磁界発生コイルユニットへ供給する、電流、電圧、電力および周波数の少なくとも１つの絶対値および時間的変化量の少なくとも一方を変化させて前記磁界発生部を駆動する、
請求項１０、１１のいずれか１項に記載の異物検出装置。
【請求項１３】
前記磁界発生部は、発電コイルをさらに有し、
前記発電コイルは、前記給電部および前記受電部が発生する磁界を利用して起電力を生成し、生成した前記起電力を磁界発生コイルユニットへ供給する、
請求項１〜１２のいずれか１項に記載の異物検出装置。
【請求項１４】
前記磁界発生部を駆動する駆動回路をさらに備え、
前記発電コイルで生成された前記起電力は、前記駆動回路を含む前記異物検出装置の回路に供給される、
請求項１３に記載の異物検出装置。
【請求項１５】
前記給電部と前記受電部とで形成される磁界のうち、前記磁界発生コイルユニットを含む平面の法線方向の磁界成分が０になる場所に、前記磁界発生コイルユニットを形成する導電線の一部が配置されている、
請求項１３に記載の異物検出装置。
【請求項１６】
前記駆動回路は、前記異物の有無の判定を行うタイミングで、前記磁界発生部を駆動する、
請求項１０に記載の異物検出装置。
【請求項１７】
前記駆動回路は、前記給電部と前記受電部とで形成される磁界の変化の絶対値が最小となったタイミングで、前記磁界発生部を駆動する、
請求項１０に記載の異物検出装置。
【請求項１８】
前記駆動回路は、前記給電部または前記受電部の電流が０のタイミングで、前記磁界発生部を駆動する、
請求項１０に記載の異物検出装置。
【請求項１９】
前記駆動回路は、前記給電部または前記受電部から高周波磁界が発生する時間を避けて、前記磁界発生部を駆動する、
請求項１０に記載の異物検出装置。
【請求項２０】
前記駆動回路は、前記給電部および前記受電部の電流、電圧、電力および周波数の少なくとも１つを変化させることにより、前記磁界発生部を駆動する、
請求項１０に記載の異物検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、異物検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
非接触給電システムは、給電側からの交流電流を電磁誘導により受電側で非接触受電するシステムであり、地上側から駐車中の駆動モータに非接触で電力を供給するシステムへの適用が検討されている。【０００３】
特に、移動体への給電方式として適用される非接触給電システムでは、非接触給電システム内に混入した異物が発熱体となる問題がある。具体的には、給電コイルと受電コイルとの間に異物が混入すると、当該異物を通過する磁束により金属および磁性体などの異物が発熱する場合がある。【０００４】
特許文献１では、検知コイルの近くに存在する異物を、センサを新たに設けることなく検知する異物検出装置が開示されている。具体的には、異物によって変化する検知コイルの電気的変化を検出することで異物の有無を判定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−１９２３９１号公報
【発明の概要】
【０００６】
本開示は、外部磁界環境に依存せずに高い異物検出感度を有する異物検出装置を提供する。
【０００７】
本開示の一形態に係る異物検出装置は、給電部から受電部へ非接触で給電を行なう非接触給電システムに搭載される。この異物検出装置は、磁界センサと、磁界発生部とを有する。磁界センサは、給電部と受電部との間に存在する異物により変化する磁束量を検出する。磁界発生部は、給電部および受電部とは別に設けられ、磁界発生コイルユニットを有し、磁界センサを駆動するための磁界を発生させる。
【０００８】
本開示の異物検出装置は、給電部および受電部とは別に設けられた磁界発生部により磁界センサを駆動するので、外部磁界環境に依存せずに高い異物検出感度を有することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態に係る異物検出装置を含む非接触給電装置の概略構成図である。
【図２】発電コイルと磁界発生コイルとの関係の一例を表す図である。
【図３】実施の形態に係る磁界発生コイルと給電コイルとの配置関係の一例を示す図である。
【図４Ａ】実施の形態に係る磁界発生コイルの形状の一例を示す平面図である。
【図４Ｂ】実施の形態の変形例１に係る磁界発生コイルの形状を示す平面図である。
【図５Ａ】実施の形態の変形例２に係る磁界発生コイルの形状を示す平面図である。
【図５Ｂ】実施の形態の変形例３に係る磁界発生コイルの形状を示す平面図である。
【図５Ｃ】実施の形態の変形例４に係る磁界発生コイルの形状を示す平面図である。
【図６Ａ】実施の形態の変形例５に係る磁界発生コイルの形状を示す平面図である。
【図６Ｂ】実施の形態の変形例６に係る磁界発生コイルの形状を示す平面図である。
【図７Ａ】実施の形態の変形例７に係る磁界発生コイルの形状を示す平面図である。
【図７Ｂ】実施の形態の変形例８に係る磁界発生コイルの形状を示す平面図である。
【図８Ａ】実施の形態の変形例９に係る磁界発生コイルの形状を示す平面図である。
【図８Ｂ】実施の形態の変形例１０に係る磁界発生コイルの形状を示す平面図である。
【図９Ａ】実施の形態の変形例１１に係る磁界発生コイルの形状を示す平面図である。
【図９Ｂ】実施の形態の変形例１２に係る磁界発生コイルの形状を示す平面図である。
【図１０Ａ】実施の形態の変形例１３に係る磁界発生コイルの形状を示す平面図である。
【図１０Ｂ】実施の形態の変形例１４に係る磁界発生コイルの形状を示す平面図である。
【図１０Ｃ】実施の形態の変形例１５に係る磁界発生コイルの形状を示す平面図である。
【図１０Ｄ】実施の形態の変形例１６に係る磁界発生コイルの形状を示す平面図である。
【図１１Ａ】磁界発生コイルと異物との位置関係を表す図である。
【図１１Ｂ】磁界発生コイル−異物間距離と磁界発生コイルユニットの幅との関係を表すグラフである。
【図１２】実施の形態の変形例１７に係る磁界発生コイルおよび発電コイルの形状を示す平面図である。
【図１３Ａ】実施の形態の変形例１８に係る磁界発生コイルおよび発電コイルの形状を示す平面図である。
【図１３Ｂ】実施の形態の変形例１９に係る磁界発生コイルおよび発電コイルの形状を示す平面図である。
【図１４Ａ】実施の形態の変形例２０に係る磁界発生コイルおよび発電コイルの形状を示す平面図である。
【図１４Ｂ】実施の形態の変形例２１に係る磁界発生コイルおよび発電コイルの形状を示す平面図である。
【図１４Ｃ】実施の形態の変形例２２に係る磁界発生コイルおよび発電コイルの形状を示す平面図である。
【図１４Ｄ】実施の形態の変形例２３に係る磁界発生コイルおよび発電コイルの形状を示す平面図である。
【図１５】複数の矩形の磁界発生コイルユニットからなる磁界発生コイルが発生する磁界分布を表すグラフである。
【図１６】実施の形態に係る磁界発生コイルとセンサコイルとの配置関係を表す平面図である。
【図１７】センサコイルの符号と磁界発生コイルの発生磁界の方向との第１の関係を説明する図である。
【図１８】センサコイルの符号と磁界発生コイルの発生磁界の方向との第２の関係を説明する図である。
【図１９】センサコイルの符号と磁界発生コイルの発生磁界の方向との第３の関係を説明する図である。
【図２０】センサコイルの符号と磁界発生コイルの発生磁界の方向との第４の関係を説明する図である。
【図２１】電力伝送コイルにより発生する磁束密度の時間変化を表す概念波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の実施の形態の説明に先立ち、従来の異物検出装置における問題点を簡単に説明する。前述の従来技術による異物検出装置は、携帯機器応用分野を対象にしている。このような装置では、給電コイルのインダクタンスが大きいため、全体の磁束量に対する異物による磁束の変化量が非常に小さい。そのため、自動車用などの大電力給電システムに適用した場合、異物を検出することは困難である。
【００１１】
以下では、本開示の実施の形態に係る異物検出装置について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置および接続形態などは、一例であり、本発明を限定する趣旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
【００１２】
また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。また、各図において、同じ構成部材については同じ符号を付している。
【００１３】
（実施の形態１）
［１．非接触給電装置の全体構成］
図１は、実施の形態に係る異物検出装置を含む非接触給電装置の概略構成図である。同図に示された非接触給電装置１００は、給電コイル基板１３０と、受電コイル基板１５０と、磁界発生コイル基板１１０と、センサコイル基板１４０とを有する。
【００１４】
給電コイル基板１３０は、給電コイルを有する給電部であり、例えば、地上側に設置されている。受電コイル基板１５０は、受電コイルを有する受電部であり、例えば、移動体に配置されている。給電コイル基板１３０は、給電コイルに供給された交流電力により電力伝送用磁界を発生させる。受電コイル基板１５０は、給電コイル基板１３０で発生した電力伝送用磁界を受電コイルで受けることで、電磁誘導により上記交流電力を受電する。この構成により、受電コイル基板１５０は、非接触で、給電コイル基板１３０から電力を受電することが可能となる。
【００１５】
例えば、給電コイル基板１３０と受電コイル基板１５０との間であって、給電コイル基板１３０が配置されている道路上に存在する異物１６０は、給電コイル基板１３０から発生した電力伝送用磁界のエネルギーを吸収して発熱体となる場合がある。これにより、異物１６０は、人体接触により危険物となる可能性がある。
【００１６】
センサコイル基板１４０は、上述した異物１６０を回収するために、給電コイル基板１３０と受電コイル基板１５０との間に存在する異物１６０を検出する基板である。具体的には、センサコイル基板１４０は、磁界センサであるセンサコイルを有し、異物１６０の存在によるセンサコイル内の磁束量の変化を、センサコイルの電圧変化として検出する。
【００１７】
磁界発生コイル基板１１０は、センサコイルを駆動するための磁界発生コイルを有する。具体的には、磁界発生コイル基板１１０の磁界発生コイルが発生した磁界は、センサコイル基板１４０のセンサコイルに印加される。磁界発生コイル基板１１０とセンサコイル基板１４０とは、異物１６０を検出する異物検出装置１を構成する。
【００１８】
ここで、センサコイル基板１４０は、非接触給電装置の主構成要素である給電コイル基板１３０または受電コイル基板１５０から生成する電力伝送用磁界を受け、異物１６０の存在によるセンサコイル内の磁束変化を検出することが可能である。しかしながら、非接触給電装置を自動車用に適用した場合、給電コイルのインダクタンスが大きいため、全体の磁束量に対する異物１６０による磁束の変化量が非常に小さい。このため、異物１６０を検出することが困難となる場合がある。
【００１９】
これに対して、本実施の形態に係る非接触給電装置１００は、給電コイル基板１３０および受電コイル基板１５０の他に、磁界発生コイル基板１１０を別途有する。磁界発生コイル基板１１０は、異物１６０により変化する磁束量を検出するセンサコイルを駆動するための磁界を発生させる磁界発生部であり、給電コイル基板１３０および受電コイル基板１５０とは別に設けられる。これにより、異物検出感度が向上する。また、磁界発生コイル基板１１０の付加により、給電コイル基板１３０および受電コイル基板１５０が発生する磁界分布に依存せず、センサコイル基板１４０が高感度で異物を検出できるための磁界分布を任意に生成できる。あるいは、給電コイル基板１３０および受電コイル基板１５０が発生する磁界分布の不均一性を補完するように、磁界発生コイル基板１１０の磁界分布を任意に生成できる。
【００２０】
なお、図１に示された非接触給電装置１００において、センサコイル基板１４０は、磁界発生コイル基板１１０の上方に配置されているが、磁界発生コイル基板１１０の下方に配置されてもよい。
【００２１】
また、センサコイル基板１４０および磁界発生コイル基板１１０は、地上側でなく、移動体側に配置されてもよい。
【００２２】
なお、異物検出装置１は、導電性の異物だけでなく、磁性を有する絶縁体であっても検出することが可能である。
【００２３】
［１−１．給電コイルから磁界発生コイルへの電力供給］
図２は、発電コイルと磁界発生コイルとの関係の一例を表す図である。同図には、磁界発生コイル１０と発電コイル２０との接続関係が表されている。また、同図には、ソレノイド型の給電コイル３０が示されている。給電コイル３０は、コア３１と巻き線３２とを有している。なお、同図のｘ、ｙ、ｚ方向は、三次元の直交座標系である。給電コイル３０の水平面をｘ方向とｙ方向とで規定（ｘｙ面）し、水平面と直交する鉛直方向（法線方向）をｚ方向と規定する。また、ｘ方向は、給電コイル３０の巻き線３２の中心軸に沿った方向である。
【００２４】
電力送電用のコイルとして使用される、ソレノイドコイルやスパイラルコイルは、ｚ方向の磁界がゼロの場所が存在する。例えば、図２に示した給電コイル３０の場合、給電コイル３０のｘ方向中心付近において、ｚ方向の磁界Ｈｚがゼロになる領域が存在する。つまり、ｚ方向の磁束がゼロになる。センサコイル基板１４０およびそれに配置されたセンサコイルは、給電コイル３０のｘｙ面と平行に配置されるため、当該センサコイルを通過する磁束方向はｚ方向となる。つまり、ｚ方向の磁束が存在しない領域では異物１６０の検出感度は低下する。
【００２５】
上記問題を解決するために、給電コイル３０が発生するｚ方向の磁束分布を補完するように、ｚ方向の磁束を発生させる磁界発生コイル１０が設けられている。図２のように、磁界発生コイル１０を、ｘｙ平面と平行となるように形成した場合、磁界発生コイル１０に電流を流すとｚ方向の磁束を発生することができる。ここで、磁界発生コイル１０に電流を流すには、磁界発生コイル１０に電源を接続する必要がある。発電コイル２０は磁界発生コイル１０の電源として設けられる。発電コイル２０は、給電コイル３０の磁束分布において、ｚ方向の磁束が存在する場所に配置することで、電磁誘導により電力を発電できる。図２では、発電コイル２０を、給電コイル３０のｘ方向中心近辺ではなく、給電コイル３０のコア３１のうち巻き線３２が巻かれていない端部と巻き線３２の境界近辺に配置している。この近辺では、ｚ方向の磁束密度が大きく発電効率がよい。
【００２６】
つまり、発電コイル２０で発電される電力を、異物検出装置１の一部もしくは全部の電源として供給する。また、例えば、磁界発生コイル１０の駆動回路の電源としてのみでなく、ゲートドライバの電源や、マイコンの電源、判定回路の電源、および通信に使われる電力としても適用できる。
【００２７】
これにより、磁界発生コイル１０、発電コイル２０およびそれらの結線が、単純な配線だけで実現でき、原理的に他の電気部品を必要としない。また、磁界発生コイル１０、発電コイル２０およびそれらの結線を、センサコイル基板１４０に配置することも可能となる。そのため、磁界発生コイル１０を別途設けたことに対して、非接触給電装置１００の大きさと重量の増加は殆どなく、低コストで実現できる。
【００２８】
なお、給電コイル３０と発電コイル２０との磁気結合係数が１０％より大きいと、給電コイル基板１３０から受電コイル基板１５０への電力需給に支障を来たす場合がある。よって、磁界発生コイル１０と給電コイル３０との磁気結合の係数は１０％以下であることが好ましい。
【００２９】
また、同様の理由により、磁界発生コイル１０と受電コイルとの磁気結合の係数も１０％以下であることが好ましい。
【００３０】
［１−２．磁界発生コイルによる磁束の補完］
図３は、実施の形態に係る磁界発生コイルと給電コイルとの配置関係の一例を示す図である。図３の下段には、ソレノイド型の給電コイル３０のｚ方向の磁界分布が表されている。ｘ方向の中心領域の発生磁界が０となっている。給電コイル３０からの発生磁界のみを利用したセンサコイル基板１４０の異物検出では、ｘ方向の中心領域において検出感度が低下する。この検出感度の低下を改善すべく、図３の上段には、給電コイル３０のｘ方向の中心領域に、磁界発生コイル１０が配置されている。つまり、磁界発生コイル１０は、給電コイル３０と受電コイルとで形成される磁界のうち、磁界発生コイル１０を含む平面の法線方向（ｚ軸方向）の磁界成分が相対的に小さい、または、０である場所に配置される。これにより、ｘ方向の中心領域における異物検出感度が向上し、給電コイル３０上の全領域において、高精度に異物を検出することが可能となる。
【００３１】
なお、給電コイルがスパイラル型の場合は、コイル中心とコイル最外周とを結ぶ直線の中点付近の領域でｚ方向磁界が小さくなるので、当該領域に磁界発生コイルを配置することが好ましい。
【００３２】
また、電力伝送コイルがスパイラル型のコイルとソレノイド型のコイルとの組合せで構成されているときは、それぞれの電力伝送コイルの形状に適する、磁界発生コイルの形状を選択すればよい。また、ソレノイド型およびスパイラル型以外の電力伝送コイルの形状の場合は、当該形状に適する磁界発生コイルの形状を選択すればよい。
【００３３】
［２．磁界発生コイルの構成］
上述したように、磁界発生コイルが発生する磁界は、センサコイルが利用する外部磁界として用いるものである。以下、本実施の形態に係る磁界発生コイルの構成について例示する。
【００３４】
図４Ａは、実施の形態に係る磁界発生コイルの形状の一例を示す平面図である。同図に表された磁界発生コイル１０Ａは、図１に示す磁界発生コイル基板１１０に設けられ、複数の磁界発生コイルユニット１１Ａを有している。ここで、磁界発生コイルユニットとは、電流が流れることにより１方向の磁界を発生させる最小単位の閉ループ（または１部が非連続であるループ）を形成する導電線である。なお、図４Ａに示された座標は、図３における座標と一致している。つまり、図４Ａにおけるｘ方向は給電コイル３０のｘ方向と一致し、図４Ａにおけるｙ方向は給電コイル３０のｙ方向と一致している。
【００３５】
異物１６０を検出しなければならない領域の面積が小さい場合には、磁界発生コイルは１つでもよい。これに対して、ＥＶ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｖｅｈｉｃｌｅ）応用分野では、給電コイルの大きさが大きいため、広範な領域における異物１６０を検出する必要があるため、複数の磁界発生コイルユニットが必要となる。
【００３６】
図４Ａに示すように、複数の磁界発生コイルユニット１１Ａは、図１に示す磁界発生コイル基板１１０に、ｘ方向に等間隔で並んで配置されている。磁界発生コイルユニット１１Ａの形状は、ｙ方向の長さｃ１がｘ方向の長さａ１およびｘ方向の間隔ｂ１より長く、縦長の形状となっている。上記縦長の磁界発生コイル１０Ａは、ソレノイド型の給電コイル３０との組み合わせに適している。
【００３７】
また、図４Ａにおいて、各々の磁界発生コイルユニット１１Ａに流れる電流は、全て右回り（時計回り）としている。磁界発生コイルユニット１１Ａの電流の方向を同じにすることにより、発生磁界を強めることが可能となる。
【００３８】
また、磁界発生コイルユニット１１Ａの幅ａ１と間隔ｂ１とを同じ長さとすることが好ましい。これにより、下向きの磁界と上向きの磁界の強さとが同じとなる。なお、幅ａ１と間隔ｂ１とは、異なってもよい。
【００３９】
なお、本明細書において、下向きとは紙面の奥に向かう方向であり、上向きとは紙面の手前に向かう方向であると定義する。なお、電流の流れる方向と、当該電流によって発生する磁界方向とは、右ネジの法則で理解できるものである。
【００４０】
ここで、磁界発生コイル１０Ａの形状は、センサコイル基板１４０のセンサコイルの形状に対応させることが好ましい。つまり、磁界発生コイルユニット１１Ａは、１つのセンサコイルまたは連続して配置される複数個のセンサコイルの形状に対応させることが好ましい。例えば、四角形のセンサコイルであれば、磁界発生コイルは、図４Ａの磁界発生コイルユニット１１Ａのように四角形であることが好ましい。また、六角形のセンサコイルであれば、ｙ方向に当該センサコイルを連ねたときの外枠の形状と、磁界発生コイルユニットの形状とを合わせればよい。ただし、センサコイルの出力電圧の符号を考慮する必要がある。
【００４１】
ここで、磁界発生コイルユニットを並べて配置したときに、最も外枠でできる領域を磁界発生コイルアレーと呼ぶことにし、センサコイルを並べて配置したときに、最も外枠でできる領域をセンサコイルアレーと呼ぶことにする。このとき、磁界発生コイルアレーの大きさは、センサコイルアレーの大きさと同程度であり、かつ、異物１６０が存在しうる領域と同程度である必要がある。また磁界発生コイルアレーとセンサコイルアレーとは、大きさだけでなく、位置も重なるように配置する必要がある。
【００４２】
また、図４Ａに示された磁界発生コイルユニット１１Ａは、縦長形状の磁界発生コイルであるが、センサコイルに持たせる特性によっては、横長形状としてもよい。つまり、磁界発生コイルの形状を含めた特性と、センサコイルの形状を含めた特性と、検知しなければならない異物の特性および場所と、磁界発生コイル以外により存在する磁界の特性との相互関係によって、磁界発生コイルユニットおよびセンサコイルの形状および特性を決める必要がある。
【００４３】
図４Ｂは、実施の形態の変形例１に係る磁界発生コイルの形状を示す平面図である。同図に表された磁界発生コイル１０Ｂは、磁界発生コイルユニット１１Ｂ１および１１Ｂ２を有している。中心部に配置された磁界発生コイルユニット１１Ｂ１は円形状であり、外周部に配置された磁界発生コイルユニット１１Ｂ２はドーナツ形状（円環状）である。なお、本変形例では、磁界発生コイルユニットの数が２個である場合を例示したが、磁界発生コイルユニットの数は３個以上であってもよい。
【００４４】
図４Ｂにおいて、ａ２は磁界発生コイルユニット１１Ｂ１の直径であり、ｂ２は磁界発生コイルユニット１１Ｂ１と１１Ｂ２との間隔であり、ｃ２は磁界発生コイルユニット１１Ｂ２の幅である。ここで、ａ２、ｂ２およびｃ２は、同じであっても異なってもよいが、センサコイルの形状に対応させることが好ましい。これにより、異物検出感度が向上する。磁界発生コイル１０Ｂは、スパイラル型の給電コイルとの組み合わせに適している。また、各磁界発生コイルユニットの円周を構成する配線の位置は、スパイラル型の給電コイルの巻き線位置と一致させるようにすることが好ましい。これにより、異物検出感度が向上する。
【００４５】
なお、磁界発生コイルの面積を可変とするような構成としてもよい。
【００４６】
また、磁界発生コイルを流れる電流の方向は固定としてもよいし、可変とするような構成としてもよい。
【００４７】
また、複数の磁界発生コイルユニットは、電気的に独立して駆動されてもよいし、複数の磁界発生コイルユニットを並列接続して駆動してもよいし、または、直列接続して駆動してもよい。
【００４８】
また、複数の磁界発生コイルユニットは、以下の変形例５Ａ〜５Ｃに示すように、電気的に直列かつ連続に（一筆書きのレイアウトで）形成されてもよい。
【００４９】
図５Ａは、実施の形態の変形例２に係る磁界発生コイルの形状を示す平面図である。同図に表された磁界発生コイル１０Ｃは、磁界発生コイルユニット１１Ｃ１および１１Ｃ２を有している。図５Ａに表された磁界発生コイル１０Ｃは、図４Ａに表された磁界発生コイル１０Ａを、電気的に直列かつ連続に（一筆書きの方法で）形成した例である。
【００５０】
また、図５Ｂは、実施の形態の変形例３に係る磁界発生コイルの形状を示す平面図である。同図に表された磁界発生コイル１０Ｄは、磁界発生コイルユニット１１Ｄ１および１１Ｄ２を有している。図５Ｂに表された磁界発生コイル１０Ｄは、図４Ｂに表された磁界発生コイル１０Ｂを、電気的に直列かつ連続に（一筆書きの方法で）形成した例である。
【００５１】
また、図５Ｃは、実施の形態の変形例４に係る磁界発生コイルの形状を示す平面図である。同図に表された磁界発生コイル１０Ｅは、複数の磁界発生コイルユニット１１Ｅを有している。図５Ｃに表された磁界発生コイル１０Ｅは、小さな矩形の磁界発生コイルユニット１１Ｅを電気的に直列かつ連続に（一筆書きの方法で）形成した例である。
【００５２】
図５Ａ〜図５Ｃに示すように、複数の磁界発生コイルユニットを電気的に直列かつ連続に（一筆書きの方法で）形成することにより、磁界発生コイルを形成する導電配線を最小１本まで減少することが可能となる。これにより、磁界発生コイルユニットごとに電圧印加する必要がなくなり、磁界発生コイルに所定の電位差（Ｖｄ１−Ｖｄ２）を印加する端子を１組とすることができる。よって、磁界発生コイルを駆動する駆動回路の簡易化が実現できるので、部品点数の低減によるコスト低減、軽量小型化、および信頼性向上ができる。
【００５３】
ここで、図５Ａ〜図５Ｃの磁界発生コイルでは、磁界発生コイルユニットで区分された領域の磁界の向きは、互いに逆になっている。
【００５４】
なお、電気的に直列かつ連続に（一筆書きの方法で）形成される磁界発生コイルユニットの形状は、三角、四角、五角、六角、円、ドーナツ、またはピザの形状などであってもよく、また、これらの組合せの形状であってもよい。
【００５５】
また、図５Ｃに示された磁界発生コイル１０Ｅは、ｙ方向にも複数の磁界発生コイルユニット１１Ｅが配置された一筆書きの例であり、ソレノイド型の給電コイルとの組み合わせに適している。
【００５６】
また、図５Ｂのドーナツ形の磁界発生コイル１０Ｄを上記一筆書きにより細分化することにより、磁界発生コイルを形成してもよい。
【００５７】
また、以下の図６Ａ〜図７Ｂに示す磁界発生コイルのレイアウトにより、磁界分布の形を制御することができ、多様な異物の検知に対応することが可能となる。
【００５８】
図６Ａは、実施の形態の変形例５に係る磁界発生コイルの形状を示す平面図である。同図に表された磁界発生コイル１０Ｆは、磁界発生コイルセット１２Ｆ１および１２Ｆ２を有している。なお、磁界発生コイルセットとは、１以上の磁界発生コイルユニットが電気的に直列かつ連続に（一筆書きの方法で）形成され、１組の電圧印加端子を有する単位である。また、磁界発生コイルセット１２Ｆ１は複数の磁界発生コイルユニット１１Ｆ１を有しており、磁界発生コイルセット１２Ｆ２は複数の磁界発生コイルユニット１１Ｆ２を有している。これにより、磁界発生コイルセット１２Ｆ１および磁界発生コイルセット１２Ｆ２は、それぞれ、複数の磁界発生コイルユニットで形成された櫛形形状を有している。このように櫛形形状を有する磁界発生コイルセット１２Ｆ１と磁界発生コイルセット１２Ｆ２とが、櫛形形状の凹凸に沿って組み合わされている。
【００５９】
上記構成により、磁界発生コイル１０Ｆは、磁界発生コイルユニット１１Ｆ１または１１Ｆ２の外側の磁界の方向を任意に調整することができる。
【００６０】
これに対して、一つの磁界発生コイルセットで構成されている図５Ａおよび図５Ｃの磁界発生コイル１０Ｃおよび１０Ｅの場合には、磁界発生コイルユニット内の磁界方向とその磁界発生コイルユニットの外側の磁界方向とは常に逆向きである。
【００６１】
なお、図６Ａの磁界発生コイル１０Ｆにおいて、複数の磁界発生コイルユニット１１Ｆ１および複数の磁界発生コイルユニット１１Ｆ２は、それぞれ、直列接続されているが、並列接続でもよい。ただし、並列接続の場合は、接続するための配線の抵抗は、磁界発生コイルユニットを形成する配線の抵抗より小さくしておく必要がある。これにより、各磁界発生コイルユニットに流れる電流は同程度になる。一方、磁界発生コイルユニットを接続する配線の抵抗が十分小さくない場合は、電圧印加端子に近い磁界発生コイルユニットの電流は大きく、電圧印加端子から遠い磁界発生コイルユニットの電流は小さくなる。このため、磁界発生コイル内で均一の磁界を発生できなくなる。
【００６２】
図６Ｂは、実施の形態の変形例６に係る磁界発生コイルの形状を示す平面図である。同図に表された磁界発生コイル１０Ｇは、磁界発生コイルセット１２Ｇ１、１２Ｇ２および１２Ｇ３を有している。ここで、磁界発生コイルセット１２Ｇ１、１２Ｇ２および１２Ｇ３は、それぞれ、コイル内の面積を異ならせている。この構成によれば、各磁界発生コイルセットの電流方向が同じであれば、中心部の磁界を最も大きくすることが可能となる。
【００６３】
なお、各磁界発生コイルセットの接続を、直列接続にしても、また、並列接続にしてもよい。
【００６４】
図７Ａは、実施の形態の変形例７に係る磁界発生コイルの形状を示す平面図である。同図に表された磁界発生コイル１０Ｈは、１つの磁界発生コイルユニット１１Ｈを有している。ここで、磁界発生コイルユニット１１Ｈは、複数回巻かれている。この構成によれば、中心部の磁界を最も大きくすることが可能となる。
【００６５】
図７Ｂは、実施の形態の変形例８に係る磁界発生コイルの形状を示す平面図である。同図に表された磁界発生コイル１０Ｊは、並列結線１３Ｊ１および１３Ｊ２と４本の磁界発生コイルユニット線１３Ｊ３と４本の磁界発生コイルユニット線１３Ｊ４とで構成された磁界発生コイルセットを有している。上記構成の磁界発生コイル１０Ｊにおいて、例えば、４本の磁界発生コイルユニット線１３Ｊ３にはｙ軸正方向の電流を流し、４本の磁界発生コイルユニット線１３Ｊ４にはｙ軸負方向の電流を流すことにより、中心部の領域の磁界を最も大きくすることが可能となる。なお、磁界発生コイル１０Ｊは、図６Ｂにおける磁界発生コイル１０Ｇを変形したものとみなすことができる。
【００６６】
なお、並列結線１３Ｊ１および１３Ｊ２の抵抗は、磁界発生コイルユニット線１３Ｊ３および１３Ｊ４の抵抗より小さくする必要がある。これにより、各磁界発生コイルユニット線に流れる電流は同程度になる。一方、並列結線１３Ｊ１および１３Ｊ２の抵抗が十分小さくない場合は、電圧印加端子に近い磁界発生コイルユニット線の電流は大きく、電圧印加端子から遠い磁界発生コイルユニット線の電流は小さくなる。このため、磁界発生コイル内で均一の磁界を発生できなくなる。
【００６７】
なお、上述した実施の形態に係る磁界発生コイル１０Ａ〜１０Ｊにおいて、磁界発生コイルユニットを形成する辺の位置は、センサコイルユニットの辺の位置と一致させるように配置することが好ましい。ここで、センサコイルユニットとは、磁束変化を検出する最小単位の閉ループ（または１部が非連続であるループ）を形成する導電線である。
【００６８】
これに対して、辺同士を一致させない場合は、一つのセンサコイルユニット内を通過する逆方向の磁束線により、ベクトル量としての磁界の量が低減する。そのため、異物検出感度が低下してしまう。この観点から、磁界発生コイルユニットとセンサコイルユニットとの辺同士を一致させることにより、センサコイルユニットを通過する磁束の量を最大にすることができ、異物検出感度を向上させることが可能となる。
【００６９】
また、磁界発生コイルユニットの中に、１または複数個のセンサコイルユニットが入るようにすることが好ましい。
【００７０】
磁界発生コイルユニットの大きさは、それが生成する磁界分布の形に影響する。異物検出感度は、異物１６０の場所や大きさなどに大きく影響される。よって、最適なユニット磁界発生コイルの大きさや形状は、検出すべき異物１６０とその場所の条件とによって決定されることが好ましい。一方、センサコイルユニットの大きさや形状も同様に、検出すべき異物１６０とその配置場所とにより、決定されることが好ましい。この観点から、磁界発生コイルユニットおよびセンサコイルユニットの大きさと形状とは、必ずしも一致するとは限らない。また、磁界発生コイルユニットおよびセンサコイルユニットの一方の大きさと形状は、他方の最適な大きさと形状に影響する。この関係の中で両者を最適化することが好ましい。
【００７１】
ここで、前述したセンサコイルユニットの辺の位置と磁界発生コイルユニットの辺の位置を一致させるという条件を加えると、センサコイルユニットの幅（辺の長さ）と磁界発生コイルユニットの幅（辺の長さ）が異なるときは、磁界発生コイルユニットの中に複数のセンサコイルユニットを配置するのがよい場合がある。例えば、磁界発生コイルと異物との距離が遠い場合は、磁界発生コイルユニットの幅は長い方がよく、かつ、小さい異物を検出する場合は、センサコイルユニットの幅は短い方がよい。この関係により、センサコイルユニットの整数倍の幅が磁界発生コイルユニットの幅となる。
【００７２】
また、逆に、異物と磁界発生コイルの距離が短く、比較的大きな異物を検出しなければならない場合は、センサコイルユニットの幅は、磁界発生コイルユニットの幅より長くする方が異物の検知感度がよくなる。この場合には、センサコイルユニットの中に、１または複数倍の磁界発生コイルユニットが入るような幅にし、両者の辺が一致するように配置すればよい。
【００７３】
センサコイルユニットを形成する辺と磁界発生コイルユニットを形成する辺との上記関係は、どのような形状のセンサコイルユニットにおいても適用できる条件である。
【００７４】
以下では、磁界発生コイルにおいて、複数の磁界発生コイルユニットが存在するときに、電流を流す磁界発生コイルユニットを選択できる構成、または、その磁界発生コイルユニットの電流方向を変更できる構成について説明する。
【００７５】
図８Ａは、実施の形態の変形例９に係る磁界発生コイルの形状を示す平面図である。同図に示された磁界発生コイル１０Ｋは、複数の磁界発生コイルユニット１１Ｋ１および１１Ｋ２と、複数の磁界発生コイルユニットに電流を供給するための電圧印加端子と、磁界発生コイルユニット１１Ｋ１と電圧印加端子との間に設けられたスイッチ２１Ｋ１と、磁界発生コイルユニット１１Ｋ２と電圧印加端子との間に設けられたスイッチ２１Ｋ２とを有する。スイッチ２１Ｋ１は、磁界発生コイルユニット１１Ｋ１に電流を供給する、および、供給しないを選択する第１スイッチ素子である。スイッチ２１Ｋ２は、磁界発生コイルユニット１１Ｋ２に電流を供給する、および、供給しないを選択する第１スイッチ素子である。
【００７６】
同図には、複数の矩形の磁界発生コイルユニット１１Ｋ１および１１Ｋ２に、それぞれ、スイッチ２１Ｋ１および２１Ｋ２が接続され、当該スイッチのオンオフによって、駆動する磁界発生コイルユニットを選択できるようにした構成が表されている。また、磁界発生コイルユニットの電圧印加端子には、Ｖｄ１およびＶｄ２が印加される。スイッチ２１Ｋ１および２１Ｋ２のオンオフ切り替えは、例えば、駆動回路が実行する。なお、図８Ａでは、選択された磁界発生コイルユニットに流れる電流は、同じ方向としているが、異なる方向にしてもよい。また、Ｖｄ１およびＶｄ２を印加するための配線の間隔は任意であるが、当該配線が作る磁界が他の装置に悪影響を及ぼす場合には、当該配線の間隔はなるべく短くすることが好ましい。ここで言う他の装置とは、センサコイル、電力伝送コイル、電気回路、電子回路などである。
【００７７】
図８Ｂは、実施の形態の変形例１０に係る磁界発生コイルの形状を示す平面図である。同図に示された磁界発生コイル１０Ｌは、図８Ａに示された磁界発生コイル１０Ｋの概念を、円形およびドーナツ形の磁界発生コイルユニットで具現化した例である。磁界発生コイル１０Ｌでは、円形の磁界発生コイルユニット１１Ｌ１およびドーナツ形の磁界発生コイルユニット１１Ｌ２に、それぞれ、スイッチ２１Ｌ１および２１Ｌ２が接続されている。また、スイッチ２１Ｌ１および２１Ｌ２のオンオフ切り替えは、例えば、駆動回路が実行する。
【００７８】
図９Ａは、実施の形態の変形例１１に係る磁界発生コイルの形状を示す平面図である。同図に示された磁界発生コイル１０Ｍは、選択される磁界発生コイルユニットの個数と、磁界発生コイルユニットの面積とを可変にした例である。具体的には、スイッチ２１Ｍ１および２１Ｍ２が、複数のコイルユニット配線上に配置されている。スイッチ２１Ｍ１および２１Ｍ２をオンオフすることにより、磁界発生コイルユニットを構成するコイルユニット配線の電流を制御できる。なお、図９Ａに示された磁界方向は、Ｖｄ１＞Ｖｄ２であり、スイッチ２１Ｍ１をオンにし、スイッチ２１Ｍ２をオフにしたときの例である。
【００７９】
図９Ｂは、実施の形態の変形例１２に係る磁界発生コイルの形状を示す平面図である。同図に示された磁界発生コイル１０Ｎは、図９Ａに示された磁界発生コイル１０Ｍの概念を、円形およびドーナツ形の磁界発生コイルユニットで具現化した例である。具体的には、スイッチ２１Ｎ１および２１Ｎ２が、複数のコイルユニット配線上に配置されている。スイッチ２１Ｎ１および２１Ｎ２をオンオフすることにより、磁界発生コイルユニットを構成するコイルユニット配線の電流を制御できる。なお、図９Ｂに示された磁界方向は、Ｖｄ１＞Ｖｄ２であり、スイッチ２１Ｎ１をオンにし、スイッチ２１Ｎ２をオフにしたときの例である。
【００８０】
図８Ａ〜図９Ｂの構成において、スイッチのオンオフを切り替えることにより、磁界発生コイルの磁界方向、磁界の大きさ、磁界発生コイルユニットの個数、およびこれらの場所依存を変化させることが可能となる。その結果、磁界発生コイルが作る磁界の分布を変化させることが可能となる。これにより、異なる特性や大きさを持つ異物と、異物が存在する場所とに依存する異物検出感度を向上させることができる。なお、異物が存在する場所とは、ｘ、ｙ、ｚ方向を含めた３次元空間における場所のことである。
【００８１】
さらに、Ｖｄ１およびＶｄ２の電圧の大きさの関係によって、磁界発生コイルの電流の方向と大きさとを変化させることが可能となる。
【００８２】
図１０Ａは、実施の形態の変形例１３に係る磁界発生コイルの形状を示す平面図である。同図に示された磁界発生コイル１０Ｐは、磁界発生コイルユニット線１３Ｐ１および１３Ｐ２と、磁界発生コイルユニット線１３Ｐ１および１３Ｐ２に電流を供給するための電圧印加端子と、スイッチ２１Ｐ１Ｈ、２１Ｐ１Ｌ、２１Ｐ２Ｈ、２１Ｐ２Ｌ、２１Ｐ３Ｈ、２１Ｐ３Ｌ、２１Ｐ４Ｈ、および２１Ｐ４Ｌとを有する。スイッチ２１Ｐ１Ｈ、２１Ｐ１Ｌ、２１Ｐ２Ｈ、２１Ｐ２Ｌ、２１Ｐ３Ｈ、２１Ｐ３Ｌ、２１Ｐ４Ｈ、および２１Ｐ４Ｌは、磁界発生コイルユニット線と電圧印加端子との間に設けられ、磁界発生コイルユニット線１３Ｐ１および１３Ｐ２に流れる電流の方向を変化させる第２スイッチ素子である。
【００８３】
磁界発生コイルユニット線１３Ｐ１および１３Ｐ２は、コイルユニットを構成する線である。磁界発生コイルユニット線１３Ｐ１の一端はスイッチ２１Ｐ１Ｈを介してＶｄ１を印加する電源線に接続され、スイッチ２１Ｐ１Ｌを介してＶｄ２を印加する電源線に接続されている。磁界発生コイルユニット線１３Ｐ１の他端はスイッチ２１Ｐ２Ｈを介してＶｄ１を印加する電源線に接続され、スイッチ２１Ｐ２Ｌを介してＶｄ２を印加する電源線に接続されている。磁界発生コイルユニット線１３Ｐ２の一端はスイッチ２１Ｐ３Ｈを介してＶｄ１を印加する電源線に接続され、スイッチ２１Ｐ３Ｌを介してＶｄ２を印加する電源線に接続されている。磁界発生コイルユニット線１３Ｐ２の他端はスイッチ２１Ｐ４Ｈを介してＶｄ１を印加する電源線に接続され、スイッチ２１Ｐ４Ｌを介してＶｄ２を印加する電源線に接続されている。
【００８４】
磁界発生コイル１０Ｐは、磁界発生コイルユニット線の２つの電圧印加端子のそれぞれに２つのスイッチを設けることにより、各電圧印加端子にＶｄ１またはＶｄ２が選択的に印加されるように、また、いずれの電圧も印加されないでオープンとできる構成例である。
【００８５】
磁界発生コイルユニット線へのＶｄ１とＶｄ２の印加は、磁界発生コイルを駆動するための駆動回路により実行される。また、Ｖｄ１とＶｄ２とは異なる電圧であり、その電位差が磁界発生コイルに印加される。
【００８６】
上記構成において、磁界発生コイルユニット線１３Ｐ１および１３Ｐ２の両端に、Ｖｄ１またはＶｄ２が印加されることで、１つまたは複数の磁界発生コイルユニットを形成することができる。
【００８７】
磁界発生コイル１０Ｐに、磁界を発生させる場合には、磁界発生コイルユニット線に電流が流れるように、駆動回路が各スイッチをオンオフする。例えば、磁界発生コイルユニット線１３Ｐ１の一端（図中上側）には、スイッチ２１Ｐ１Ｈをオフにし、スイッチ２１Ｐ１ＬをオンにすることでＶｄ２が印加される。一方、磁界発生コイルユニット線１３Ｐ１の他端（図中下側）には、スイッチ２１Ｐ２Ｈをオンにし、スイッチ２１Ｐ２ＬをオフにすることでＶｄ１が印加される。ここで、Ｖｄ１＞Ｖｄ２の場合、磁界発生コイルユニット線１３Ｐ１に流れる電流は上向き（ｙ軸正方向）となる。また、磁界発生コイルユニット線１３Ｐ２の一端（図中上側）には、スイッチ２１Ｐ３Ｈをオンにし、スイッチ２１Ｐ３ＬをオフにすることでＶｄ１が印加される。一方、磁界発生コイルユニット線１３Ｐ２の他端（図中下側）には、スイッチ２１Ｐ４Ｈをオフにし、スイッチ２１Ｐ４ＬをオンにすることでＶｄ２が印加される。ここで、Ｖｄ１＞Ｖｄ２の場合、磁界発生コイルユニット線１３Ｐ２に流れる電流は下向き（ｙ軸負方向）となる。
【００８８】
上述した磁界発生コイルユニット線１３Ｐ１および１３Ｐ２の電流の流れにより、磁界発生コイルユニット線１３Ｐ１および１３Ｐ２で挟まれた領域では、磁界方向は下向き（ｚ軸負方向）となる。このように、隣接する２つの磁界発生コイルユニット線に互いに逆方向に電流を流すことにより、当該２つの磁界発生コイルユニット線に挟まれる領域の磁界の強度を強くすることが可能となる。
【００８９】
また、スイッチ２１Ｐ１Ｈ、２１Ｐ１Ｌ、２１Ｐ２Ｈ、２１Ｐ２Ｌ、２１Ｐ３Ｈ、２１Ｐ３Ｌ、２１Ｐ４Ｈ、および２１Ｐ４Ｌのオンオフ状態を上記とは反対の状態とすることにより、磁界発生コイルユニット線１３Ｐ１に流れる電流は下向き（ｙ軸負方向）となる。また、磁界発生コイルユニット線１３Ｐ２に流れる電流は上向き（ｙ軸正方向）となる。このような磁界発生コイルユニット線１３Ｐ１および１３Ｐ２の電流の流れにより、磁界発生コイルユニット線１３Ｐ１および１３Ｐ２で挟まれた領域では、磁界方向は上向き（ｚ軸正方向）となる。
【００９０】
磁界発生コイル１０Ｐの構成によれば、上記スイッチのオンオフを制御することにより、磁界方向を反転させることが可能となる。
【００９１】
なお、駆動回路の出力ショートを回避するため、スイッチ２１Ｐ１Ｈとスイッチ２１Ｐ１Ｌとは同時にオンされない。また、スイッチ２１Ｐ２Ｈとスイッチ２１Ｐ２Ｌとは同時にオンされない。また、スイッチ２１Ｐ３Ｈとスイッチ２１Ｐ３Ｌとは同時にオンされない。また、スイッチ２１Ｐ４Ｈとスイッチ２１Ｐ４Ｌとは同時にオンされない。
【００９２】
また、例えば、スイッチ２１Ｐ１Ｈとスイッチ２１Ｐ１Ｌとを同時にオフにしてもよい。これにより、磁界発生コイルユニット線１３Ｐ１の一端（図中上側）はオープンとなる。また、例えば、スイッチ２１Ｐ２Ｈとスイッチ２１Ｐ２Ｌとを同時にオフにしてもよい。これにより、磁界発生コイルユニット線１３Ｐ１の他端（図中下側）はオープンとなる。このように、磁界発生コイルユニット線１３Ｐ１の一端または他端、もしくは両端をオープン状態にすることで、磁界発生コイルユニット線１３Ｐ１に電流を流さないようにすることが可能となる。
【００９３】
なお、スイッチは、半導体電子デバイス、リレー、または、機械式であってもよい。半導体電子デバイスのスイッチとしては、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、およびＢＪＴ（Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｊｕｎｃｔｉｏｎ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などが挙げられる。また、上記半導体電子デバイスの材料は、Ｓｉ、ＳｉＣ、およびＧａＮなどが挙げられる。本変形例に係るスイッチは、損失低減のため高耐圧かつ低オン抵抗を有するものが好ましい。この観点から、ＩＧＢＴまたはＢＪＴが望ましく、ＳｉＣ材料を用いたものが望ましい。
【００９４】
また、駆動回路は、磁界発生コイルユニット線１３Ｐ１および１３Ｐ２に接続されたスイッチのオンオフを独立して制御してもよいし、相互に関連させて制御してもよい。
【００９５】
磁界発生コイル１０Ｐは、矩形の磁界発生コイルユニットを変形した実施例であり、ソレノイド型の給電コイルとの組み合わせに適している。
【００９６】
図１０Ｂは、実施の形態の変形例１４に係る磁界発生コイルの形状を示す平面図である。同図に示された磁界発生コイル１０Ｑは、円形の磁界発生コイルユニット線１３Ｑ１および１３Ｑ２と、スイッチ２１Ｑ１Ｈ、２１Ｑ１Ｌ、２１Ｑ２Ｈ、２１Ｑ２Ｌ、２１Ｑ３Ｈ、２１Ｑ３Ｌ、２１Ｑ４Ｈ、および２１Ｑ４Ｌとを有する。磁界発生コイル１０Ｑは、磁界発生コイル１０Ｐを、円形およびドーナツ形の磁界発生コイルに変形した実施例である。以下、磁界発生コイル１０Ｑにおいて、磁界発生コイル１０Ｐの構成と同じ点は説明を省略し、異なる点を中心に説明する。
【００９７】
磁界発生コイルユニット線１３Ｑ１および１３Ｑ２は、コイルユニットを構成する線である。磁界発生コイルユニット線１３Ｑ１の一端はスイッチ２１Ｑ１Ｈを介してＶｄ１を印加する電源線に接続され、スイッチ２１Ｑ１Ｌを介してＶｄ２を印加する電源線に接続されている。磁界発生コイルユニット線１３Ｑ１の他端はスイッチ２１Ｑ２Ｈを介してＶｄ１を印加する電源線に接続され、スイッチ２１Ｑ２Ｌを介してＶｄ２を印加する電源線に接続されている。磁界発生コイルユニット線１３Ｑ２の一端はスイッチ２１Ｑ３Ｈを介してＶｄ１を印加する電源線に接続され、スイッチ２１Ｑ３Ｌを介してＶｄ２を印加する電源線に接続されている。磁界発生コイルユニット線１３Ｑ２の他端はスイッチ２１Ｑ４Ｈを介してＶｄ１を印加する電源線に接続され、スイッチ２１Ｑ４Ｌを介してＶｄ２を印加する電源線に接続されている。
【００９８】
磁界発生コイル１０Ｑは、磁界発生コイルユニット線の２つの電圧印加端子のそれぞれに２つのスイッチを設けることにより、各電圧印加端子にＶｄ１またはＶｄ２が選択的に印加されるように、また、いずれの電圧も印加されないでオープンとできる構成例である。
【００９９】
磁界発生コイルユニット線へのＶｄ１とＶｄ２の印加は、磁界発生コイルを駆動するための駆動回路により実行される。また、Ｖｄ１とＶｄ２とは異なる電圧であり、その電位差が磁界発生コイルに印加される。
【０１００】
上記構成において、磁界発生コイルユニット線１３Ｐ１および１３Ｐ２の両端に、Ｖｄ１またはＶｄ２が印加されることで、１つまたは複数の磁界発生コイルユニットを形成することができる。
【０１０１】
なお、本変形例では、円形の磁界発生コイルユニット線１３Ｑ１および１３Ｑ２の両端にスイッチが接続されているが、磁界発生コイルユニット線を半円の２つに分割して、分割された半円状の磁界発生コイルユニット線の両端にスイッチが接続された構成であってもよい。また、円形の磁界発生コイルユニット線の分割は３つ以上であってもよい。
【０１０２】
磁界発生コイル１０Ｑは、円形とドーナツ形の磁界発生コイルユニットを変形した実施例であり、スパイラル型の給電コイルとの組み合わせに適している。
【０１０３】
ここで、磁界発生コイル１０Ｐおよび１０Ｑのように、磁界発生コイルユニット線を選択する方式を、磁界発生コイルユニット線選択方式と呼ぶことにする。
【０１０４】
磁界発生コイルを駆動する駆動回路の消費電力は出力電流に依存し、当該出力電流が大きいほど損失は増加する。一方、磁界発生コイルに流れる電流を大きくすると、発生する磁界をより大きくすることができるので、異物検出感度は向上する。
【０１０５】
特に、ＥＶ応用の場合、地上に配置する給電システムの筐体は高い強度を要求されるため、その筐体の厚みは１ｃｍ程度である。異物は筐体の上に存在することを考えると、センサコイルから異物までの距離は１ｃｍ程度となる。この距離が長い程、異物の場所の磁界は減少するため検知感度は低下する。そのため、異物を精度よく検知するためには、より大きな磁界が必要となる。ＥＶ応用における電力伝送コイルは電力が大きく、そのため電流も大きいため、電力伝送コイルによって発生する磁界が大きくなる。異物の発熱は電力伝送コイルの磁界によって決まるので、異物の発熱は大きくなる。この観点から、ＥＶ応用分野では、より小さな異物を検出する必要があり、かつ、より遠い場所の異物を検出する必要がある。
【０１０６】
上述したように、ＥＶ応用分野では、異物検出感度向上のため磁界発生コイルには大きな電流を流す必要があるが、異物検出感度と損失、小型軽量および電磁放射との間にはトレードオフの関係がある。また、大電流を流すと磁界発生コイル自体の抵抗損失による発熱が発生し、異物検出感度と発熱との間にもトレードオフの関係がある。また、磁界発生コイルの抵抗損失を下げるために、コイルを形成する配線の断面積または表面積を大きくすると、電力伝送コイルが発生する磁界による配線の発熱が発生し、コイル配線の断面積または表面積と配線発熱との間にもトレードオフの関係がある。
【０１０７】
これらのトレードオフを改善するのに、上記変形例１３および１４では、磁界発生コイルユニットを構成する磁界発生コイルユニット線を選択できるようにしている。
【０１０８】
全てのユニット磁界発生コイルを同時に駆動するには大電流が必要となり、損失を増加させることになる。また、磁界発生コイルユニットを直列接続すれば、同じ電流であっても大電圧が必要となり、損失を増加させ、同時に高い耐圧を持たせる必要もある。
【０１０９】
検出すべき異物の場所は広範囲であるが、これに対応させるべく全ての磁界発生コイルを同時に駆動するのは、損失増加および磁界発生コイルの発熱を増加させる。
【０１１０】
これに対して、上記の磁界発生コイルユニット線選択方式によれば、一回の異物検出動作を狭い範囲の磁界発生により実行し、場所を移動させ、複数回にわたって異物検出を行うことが可能となる。これにより、損失を増加させずに、かつ、検出感度を低下させずに高精度な異物検出を行うことが可能となる。
【０１１１】
前述した図９Ａの磁界発生コイル１０Ｍ、および、図９Ｂの磁界発生コイル１０Ｎは、磁界発生コイルユニット線選択方式の一部の特性を有している。ただし、磁界発生コイル１０Ｍおよび１０Ｎは、Ｖｄ１とＶｄ２の電位差が一定である場合、コイルユニット配線の電流の方向は一定であり、磁界発生コイル１０Ｐおよび１０Ｑのように電流方向を可変することはできない。
【０１１２】
なお、磁界発生コイル１０Ｐおよび１０Ｑは、それぞれ、磁界発生コイルユニット線が２本である構成を例示したが、これに限定されず、要求される磁界発生範囲により、磁界発生コイルユニット線は３本以上であってもよい。
【０１１３】
磁界発生コイルユニット線に電流を流すときに、抵抗損失による磁界発生コイルユニット線の発熱が大きく許容温度を超える場合には、磁界発生コイルユニット線は隣り合わせて複数並べて並列接続してもよい。これにより、一本の磁界発生コイルユニット線に流れる電流を減らすことができ、発熱温度を低減することが可能となる。さらに、複数の磁界発生コイルユニット線を隣り合うように並べることで、発生磁界を増加させることができ、その結果、異物検出感度が向上する。
【０１１４】
図１０Ｃは、実施の形態の変形例１５に係る磁界発生コイルの形状を示す平面図である。同図に示された磁界発生コイル１０Ｒは、磁界発生コイル１０Ｐの上側（ｙ軸正方向）のスイッチをなくすように変形した実施例である。
【０１１５】
磁界発生コイル１０Ｒは、磁界発生コイルユニット線１３Ｒ１および１３Ｒ２と、スイッチ２１Ｒ１Ｈ、２１Ｒ１Ｌ、２１Ｒ２Ｈ、および２１Ｒ２Ｌとを有する。
【０１１６】
磁界発生コイルユニット線１３Ｒ１および１３Ｒ２は、コイルユニットを構成する線である。磁界発生コイルユニット線１３Ｒ１の一端と磁界発生コイルユニット線１３Ｒ２の一端とは、共通配線を介し接続されている。磁界発生コイルユニット線１３Ｒ１の他端はスイッチ２１Ｒ１Ｈを介してＶｄ１を印加する電源線に接続され、スイッチ２１Ｒ１Ｌを介してＶｄ２を印加する電源線に接続されている。磁界発生コイルユニット線１３Ｒ２の他端はスイッチ２１Ｒ２Ｈを介してＶｄ１を印加する電源線に接続され、スイッチ２１Ｒ２Ｌを介してＶｄ２を印加する電源線に接続されている。
【０１１７】
磁界発生コイル１０Ｐが、選択された全ての磁界発生コイルユニット線に流す電流を同じ向きとすることができるのに対し、磁界発生コイル１０Ｒは、選択された磁界発生コイルユニット線の電流の向きは、両方の向きが存在するように設定される。また、磁界発生コイル１０Ｒは、選択された磁界発生コイルユニット線の数は２個以上でなければならない。
【０１１８】
また、磁界発生コイル１０Ｒのスイッチの個数は、磁界発生コイル１０Ｐのそれの半分でよいので、コスト低減ができ小型化が可能である。
【０１１９】
図１０Ｄは、実施の形態の変形例１６に係る磁界発生コイルの形状を示す平面図である。同図に示された磁界発生コイル１０Ｓは、磁界発生コイル１０Ｓの左側（ｘ軸負方向）のスイッチをなくすように変形した実施例である。
【０１２０】
磁界発生コイル１０Ｓは、円形の磁界発生コイルユニット線１３Ｓ１および１３Ｓ２と、スイッチ２１Ｓ１Ｈ、２１Ｓ１Ｌ、２１Ｓ２Ｈ、および２１Ｓ２Ｌとを有する。
【０１２１】
磁界発生コイルユニット線１３Ｓ１および１３Ｓ２は、コイルユニットを構成する線である。磁界発生コイルユニット線１３Ｓ１の一端と磁界発生コイルユニット線１３Ｓ２の一端とは、共通配線を介し接続されている。磁界発生コイルユニット線１３Ｓ１の他端はスイッチ２１Ｓ１Ｈを介してＶｄ１を印加する電源線に接続され、スイッチ２１Ｓ１Ｌを介してＶｄ２を印加する電源線に接続されている。磁界発生コイルユニット線１３Ｓ２の他端はスイッチ２１Ｓ２Ｈを介してＶｄ１を印加する電源線に接続され、スイッチ２１Ｓ２Ｌを介してＶｄ２を印加する電源線に接続されている。
【０１２２】
磁界発生コイル１０Ｑが、選択された全ての磁界発生コイルユニット線に流す電流を同じ向きとすることができるのに対し、磁界発生コイル１０Ｓは、選択された磁界発生コイルユニット線の電流の向きは、両方の向きが存在するように設定される。また、磁界発生コイル１０Ｓは、選択された磁界発生コイルユニット線の数は２個以上でなければならない。
【０１２３】
また、磁界発生コイル１０Ｓのスイッチの個数は、磁界発生コイル１０Ｑのそれの半分でよいので、コスト低減ができ小型化が可能である。
【０１２４】
［３．磁界発生コイルの最適形状］
図１１Ａは、磁界発生コイルと異物との位置関係を表す図であり、図１１Ｂは、磁界発生コイル−異物間距離と磁界発生コイルユニットの幅との関係を表すグラフである。図１１Ａには、典型的な磁界発生コイル１０が実装された磁界発生コイル基板１１０と、異物１６０が存在するセンサコイル基板１４０との配置関係が示されている。ここで、磁界発生コイル基板１１０と異物１６０との距離をｄとする。ここでは、異物１６０は、センサコイル基板１４０を覆う筐体の表面上に付着しているものと想定する。また、磁界発生コイル１０を構成する磁界発生コイルユニット１１Ａのｘ方向の幅をａとする。
【０１２５】
図１１Ｂは、距離ｄと最適な磁界発生コイルユニットの幅ａとの関係を表している。磁界発生コイル１０で生成されるｚ方向磁界の大きさは、磁界発生コイル１０からｚ方向に離れるほど減少する。ｚ方向の磁界は、磁界発生コイルユニットの幅ａに依存し、ある距離ｄにおいて幅ａを変化させたときにｚ方向磁界が最大となる最適な幅ａｏｐｔが存在する。
【０１２６】
ここで、距離ｄと最適幅ａｏｐｔとの関係は、
ａｏｐｔ＝ （２．０±０．５）×ｄ
である。
【０１２７】
ここで、発明者は、最適幅ａｏｐｔが、１．５×ｄより小さくなった場合、または、２．５×ｄより大きくなった場合には、異物検出感度が激減することを見出した。これにより、磁界発生コイルユニットの幅ａの設計値は、（２．０±０．５）×ｄであることが好ましい。
【０１２８】
すなわち、矩形の短辺の長さまたは円環の幅である磁界発生コイルユニットの幅は、磁界発生コイルユニットを含む平面と異物との距離の１．５倍以上、２．５倍以下であることが好ましい。
【０１２９】
［４．磁界発生コイルの駆動回路］
本実施の形態に係る異物検出装置１は、磁界発生コイルを駆動する駆動回路を有する。駆動回路は、磁界発生コイルに電圧（Ｖｄ１およびＶｄ２）および電流を印加する。なお、駆動回路が印加する電流および電圧の波形は、正弦波、三角波、矩形波、およびパルス波などである。
【０１３０】
センサコイルユニットの起電力が大きいほど、異物検出感度は向上する。センサコイルユニットの起電力Ｖは、センサコイルユニット内を貫通する磁束Φの時間変化に比例する。よって、磁束Φの時間変化量の絶対値が大きい程、異物検出感度は向上する。したがって、磁界発生コイルを流れる電流の時間変化量の絶対値を大きくすれば、異物検出感度は向上する。つまり、駆動回路が磁界発生コイルに供給する電流の時間変化量の絶対値を大きくすることにより、異物検出感度は向上する。
【０１３１】
この観点から、電流波形が、例えば、正弦波または三角波の場合なら、周波数を高くし、電流ピークを大きくすることにより、電流の時間変化量の絶対値を大きくできる。また、電流波形が、例えば、矩形波、パルス波の場合であれば、立上り電流と立下り電流の速度を早くし、電流ピークを大きくすることにより、電流の時間変化量の絶対値を大きくできる。つまり、駆動回路は、磁界発生コイルユニットへ供給する、電流、電圧、電力および周波数の少なくとも１つの絶対値および時間的変化量の少なくとも一方を変化させて磁界発生コイルを駆動することが好ましい。
【０１３２】
なお、駆動回路は、磁界発生コイルユニットに流れる電流の時間微分値が１Ａ／５０ｎｓ以上となるよう磁界発生コイルを駆動することが好ましい。これにより、８０℃以上の発熱体である異物１６０の異物検出感度が向上する。
【０１３３】
なお、図２および後述する実施の形態２に係る異物検出装置では、発電コイル２０が生成した起電力が磁界発生コイルを駆動する。つまり、駆動回路は発電コイル２０を含んでもよい。また、発電コイル２０が生成した起電力を、駆動回路の電源として使用してもよい。これにより、駆動回路の電源回路の削減が可能となる。
【０１３４】
［５．発電コイルを有する磁界発生コイル基板の構成］
以下では、磁界発生コイルに電圧および電流を供給する発電コイルが付加された異物検出装置について説明する。
【０１３５】
図１２は、実施の形態の変形例１７に係る磁界発生コイルおよび発電コイルの形状を示す平面図である。同図には、電力伝送コイルがスパイラル型のコイルである場合の、ドーナツ形の磁界発生コイル１０Ｔと、円形の発電コイル２０Ｔとが示されている。磁界発生コイル１０Ｔおよび発電コイル２０Ｔは、例えば、磁界発生コイル基板１１０に実装されている。つまり、磁界発生コイル基板１１０は、さらに、給電コイルおよび受電コイルが発生する磁界を利用して起電力を生成し、生成した起電力を磁界発生コイルユニットへ供給する発電コイル２０Ｔを有する。
【０１３６】
スパイラル型の給電コイルは、その中心部の磁界が大きいので、当該中心部に、発電コイル２０Ｔが配置されている。また、ｚ方向磁界が小さい給電コイルの外周領域に、磁界発生コイル１０Ｔが配置されている。そして、発電コイル２０Ｔと磁界発生コイル１０Ｔとが配線で結合される。上記構成を実現するにあたり、図１２に示すように、平面一層に一筆書き方式により発電コイル２０Ｔと磁界発生コイル１０Ｔとを構成することが可能である。
【０１３７】
また、時分割方式により磁界を変化させるときは、さらに、スイッチを設けることが好ましい。時分割方式による磁界発生の間欠動作は、消費電力および電磁放射の両方を低減することができる。なお、間欠動作タイミングは、検出回路の間欠動作タイミングに同期させる。
【０１３８】
なお、磁界発生コイル１０Ｔにおいても起電力による発電が生じるため、発電コイル２０Ｔの発電電圧は、磁界発生コイル１０Ｔの発電電圧より大きいことが必要である。両者の発電電圧による合成電圧と、配線レイアウトの抵抗により、発電コイル２０Ｔと磁界発生コイル１０Ｔとを流れる電流が決定される。
【０１３９】
図２には、電力伝送コイルがソレノイド型の給電コイルの場合における発電コイル２０および磁界発生コイル１０の構成例が示されている。また、図１２には、電力伝送コイルがスパイラル型の給電コイルの場合における発電コイル２０Ｔおよび磁界発生コイル１０Ｔの構成例が示されている。
【０１４０】
ここで、磁界発生コイルを、電力伝送コイルによって発生するｚ方向の磁界がゼロ近辺となる領域に配置した場合の、電力伝送コイルによって発生する磁界と磁界発生コイルによって発生する磁界とが合成されて作られる合成磁界について説明する。
【０１４１】
ｚ方向の磁界がゼロ近辺になる領域は、ソレノイド型の給電コイルの場合は、ｘ方向の中心領域であり、スパイラル型の給電コイルの場合は、コイル中心とコイル最外周とを結ぶ直線の中点付近の領域となる。
【０１４２】
ソレノイド型の給電コイルの場合、ｚ方向磁界がゼロになるｘ座標を、ｘ＝ｘｚｈ０とし、ｘ方向の中心をｘ＝０とする。つまり、ｘｚｈ０はｘ＝０の近辺に存在する。また、図３の下段に示すように、ｘ＜ｘｚｈ０の領域のｚ方向の磁界と、ｘ＞ｘｚｈ０の領域のｚ方向の磁界とは逆向きとなっている。
【０１４３】
スパイラル型の給電コイルの場合、巻き線は円形であり、コイル中心のｘ座標を０とし、コイル中心から右側のコイル外周に向かう方向をｘ＞０、コイル中心から左側のコイル外周に向かう方向をｘ＜０とする。スパイラル型の給電コイルは円形であるため、磁界のｘ方向の分布（後述する図１４Ｄ下段）は、理想的には、ｘ＝０を中心に左右対称となる。ｚ方向磁界がゼロになるｘ座標を、ソレノイドコイルの場合と同様にｘｚｈ０とする。ｘｚｈ０は、ｘのプラス領域に１箇所とマイナス領域に１箇所存在する。それぞれの座標を、＋ｘｚｈ０および−ｘｚｈ０とする。なお、＋ｘｚｈ０と−ｘｚｈ０とは、コイル中心から同じ距離だけ離れた領域に存在する。スパイラル型の給電コイルは円形であるので、ｘｙ平面上において、半径ｘｚｈ０の円を描いた領域でｚ方向磁界がゼロになることを意味する。また、−ｘｚｈ０＜ｘ＜＋ｘｚｈ０の領域の磁界と、ｘ＜−ｘｚｈ０およびｘ＞ｘｚｈ０の磁界とは逆向きとなっている。
【０１４４】
発電コイルを電力伝送コイルの磁界で発電すると、発電コイルに流れる電流の時間変化がピーク値になる時は、発電コイルが発電する電圧がピーク値になるときである。この発電コイルの電圧がピーク値になるときは、電力伝送コイルの磁界の時間変化量がピーク値になるときである。このときには、電力伝送コイルの電流がほぼゼロとなる。
【０１４５】
電力受電コイルに電流が流れないとき、つまり、磁界の全てが給電コイルで生成されるときは、給電コイルの電流がゼロになる時に、磁界発生コイルの磁界の時間変化量がピーク値となる。
【０１４６】
これに対して、電力受電コイルにも電流が流れるときは、磁界発生コイルは給電コイルおよび受電コイルの電流による磁界の合成磁界となるため、磁界発生コイルの磁界の時間変化量がピークになるのは、電力伝送コイルの電流がゼロになる時間から少しずれる場合がある。
【０１４７】
磁界発生コイルが一個の場合、当該コイルをｘ＝ｘｚｈ０を含むように配置すると、ソレノイド型の給電コイルの場合には、ｘ＜ｘｚｈ０の領域において、電力伝送コイルのｚ方向磁界と磁界発生コイルのｚ方向磁界の向きが同じ向きとすると、当該領域ではｚ方向磁界は強め合うために、異物検出感度は向上する。しかし、ｘ＞ｘｚｈ０の領域では、両者の磁界の方向は逆向きになるため、ｚ方向磁界は弱め合うことになる。つまり、この領域では異物検出感度は悪化する。
【０１４８】
スパイラル型の給電コイルの場合も同様に考えることができる。−ｘｚｈ０＜ｘ＜＋ｘｚｈ０の領域では、電力伝送コイルのｚ方向の磁界と磁界発生コイルのそれとは強め合うので、当該領域の異物検出感度は向上する。しかし、上記領域以外のｘの領域では、逆に、互いに弱め合うため異物検出感度は悪化する。
【０１４９】
上記問題を解決する構成として、磁界発生コイルに流れる電流の方向を切り替えて異物検出を行うための構成が挙げられる。つまり、一方の電流方向のときに、２つの磁界発生コイルのうち一方の磁界発生コイルにおいてｚ方向磁界は強め合い、逆方向の電流方向のときに、他方の磁界発生コイルにおいてｚ方向磁界が強め合うような構成である。これにより、それぞれの電流方向において異物検出を行うことで、両方の磁界発生コイルにおいて、感度のよい異物検出をすることが可能となる。
【０１５０】
磁界発生コイルの電流の向きを反転させる構成としては、発電コイルと磁界発生コイルとの間に、スイッチを設け、当該スイッチのオンオフにより、電流の向きを反転させる構成が挙げられる。
【０１５１】
また、上記問題を解決するための別の構成を以下に説明する。
【０１５２】
図１３Ａは、実施の形態の変形例１８に係る磁界発生コイルおよび発電コイルの形状を示す平面図である。同図には、ソレノイド型の電力伝送コイルに対応した磁界発生コイル１０Ｕおよび発電コイル２０Ｕの構成が示されている。
【０１５３】
磁界発生コイル１０Ｕは、発生磁界の向きが逆となる２つの磁界発生コイルユニット１１Ｕ１および１１Ｕ２を有している。ｘ＝ｘｚｈ０を境界に、ｘ＜ｘｚｈ０に磁界発生コイルユニット１１Ｕ１が配置され、ｘ＞ｘｚｈ０に磁界発生コイルユニット１１Ｕ２が配置されている。
【０１５４】
つまり、給電コイルと受電コイルとで形成される磁界のうち、ｚ軸方向の磁界成分が０となる場所に、磁界発生コイルユニット１１Ｕ１および１１Ｕ２を形成する導電線の一部が配置されている。
【０１５５】
上記構成により、両方の領域において、電力伝送コイルのｚ方向磁界の方向と磁界発生コイルの磁界の方向とを同じとすることができるので、両方の領域においてｚ方向磁界は強めあうことができ異物の検出感度が向上する。
【０１５６】
図１３Ｂは、実施の形態の変形例１９に係る磁界発生コイルおよび発電コイルの形状を示す平面図である。同図には、スパイラル型の電力伝送コイルに対応した磁界発生コイル１０Ｖおよび発電コイル２０Ｖの構成が示されている。
【０１５７】
磁界発生コイル１０Ｖは、発生磁界の向きが逆となる２つの磁界発生コイルユニット１１Ｖ１および１１Ｖ２を有している。給電コイルの中心をｘ＝０にし、中心から半径方向の距離をｘにしたとき、ｘ＜ｘｚｈ０に磁界発生コイルユニット１１Ｖ１が配置され、ｘ＞ｘｚｈ０に磁界発生コイルユニット１１Ｖ２が配置されている。
【０１５８】
つまり、給電コイルと受電コイルとで形成される磁界のうち、ｚ軸方向の磁界成分が０となる場所に、磁界発生コイルユニット１１Ｖ１および１１Ｖ２を形成する導電線の一部が配置されている。
【０１５９】
上記構成により、両方の領域において、電力伝送コイルのｚ方向磁界の方向と磁界発生コイルの磁界の方向とを同じとすることができるので、両方の領域においてｚ方向磁界は強めあうことができ異物の検出感度が向上する。
【０１６０】
なお、図１３Ａおよび図１３Ｂでは、磁界発生コイルと発電コイルとを、電気的に連続に（一筆書きのレイアウトで）形成しているが、これに限られない。また、それぞれの磁界発生コイルユニットの巻き数は複数であってもよい。また、ｚ方向磁界の強さにより巻き数を変えてもよい。例えば、ｚ方向磁界が弱いほど巻き数を多くすれば、ｚ方向磁界が平準化される。
【０１６１】
なお、磁界発生コイルの磁界の時間変化量がピーク値になるタイミングで異物検出を行うことが好ましい。これにより、異物検出感度が向上する。言い換えれば、電力伝送コイルの磁界の時間変化量がピーク値になるときに、異物検出を行うことが好ましい。また、電力伝送コイルの電流がほぼゼロとなるタイミングで異物検出を行うことが好ましい。これにより、磁界発生コイルが生成する磁界変化量と、電力伝送コイルが発生する磁界変化量とが強め合うようになる。よって、異物検出感度が向上する。
【０１６２】
なお、磁界発生コイルの外側にも、磁界発生コイルによる磁界が発生する。
【０１６３】
図１３Ａにおいて、左側の磁界発生コイルユニット１１Ｕ１のｚ方向磁界の方向と、その左外のｚ方向磁界の方向とは逆向きになる。また、右側の磁界発生コイルユニット１１Ｕ２のｚ方向の方向と、その右外のｚ方向磁界の方向とは逆向きになる。
【０１６４】
また、図１３Ｂにおいて、内側の磁界発生コイルユニット１１Ｖ１のｚ方向磁界の方向と、磁界発生コイルユニット１１Ｖ１の円中心側にある領域のｚ方向磁界の方向とは逆向きになる。また、外側の磁界発生コイルユニット１１Ｖ２のｚ方向磁界の方向と、磁界発生コイルユニット１１Ｖ２の外周側にある領域のｚ方向磁界の方向とは逆向きになる。
【０１６５】
前述の説明では、磁界発生コイルの内部のｚ方向磁界の方向に注目したが、磁界発生コイルユニットの外側のｚ方向磁界の方向と電力伝送コイルのｚ方向磁界の方向とが弱め合うと、異物検出感度が悪化するので好ましくない。
【０１６６】
この観点から、図１３Ａおよび図１３Ｂにおいて、磁界発生コイルの電流の向きを反転させて、それぞれの向きの電流条件により異物検出を行ってもよい。このためには、発電コイルと磁界発生コイルの間にスイッチを設けて、当該スイッチのオンオフをすることにより、電流の向きを切り替えればよい。
【０１６７】
但し、スイッチの追加、または、電流の向きを変える機能の追加はコストの増加を伴う。そこで、磁界発生コイルに電流を流さなければ、磁界発生コイルの外側の領域において、磁界を弱め合うことを解消することができる。つまり、磁界発生コイルに電流を流す場合と、流さない場合の２つの場合で異物検出を行えばよい。この検出方法は、図２および図１２に示された構成においても適用することが可能である。また、図２と図１３Ａとを組み合わせた磁界発生コイルとしてもよい。また、図１２と図１３Ｂとを組み合わせた磁界発生コイルとしてもよい。
【０１６８】
図１４Ａは、実施の形態の変形例２０に係る磁界発生コイルおよび発電コイルの形状を示す平面図である。同図には、発電コイル２０Ｗ１に接続された磁界発生コイル１０Ｗ１と、発電コイル２０Ｗ２に接続された磁界発生コイル１０Ｗ２との配置関係が示されており、発電コイルと磁界発生コイルとを同じ基板上に形成したときの構成例が示されている。
【０１６９】
なお、図１４Ａに表された構成例は、電力伝送コイルがソレノイド型のコイルである場合に適しており、ソレノイド型のコイルの磁界を利用した発電コイルにより発電する場合の構成例である。
【０１７０】
図１４Ａの構成は、一つの発電コイルと一つの磁界発生コイルとで構成される組を２つ設けて異物検出を行う構成である。一方の組は、発電コイル２０Ｗ１がソレノイドコイルの左側に配置され、磁界発生コイル１０Ｗ１がソレノイドコイルの中心部に接するように当該中心部の右側に配置されている。他方の組は、発電コイル２０Ｗ２がソレノイドコイルの右側に配置され、磁界発生コイル１０Ｗ２がソレノイドコイルの中心部に接するように当該中心部の左側に配置されている。また、２つの磁界発生コイル１０Ｗ１および１０Ｗ２は隣接しており、それらの境界線は、ソレノイドコイルの中心部であり、当該境界線上のｚ方向磁界はゼロもしくはゼロに近い領域である。なお、２つの磁界発生コイル１０Ｗ１および１０Ｗ２の大きさは、ソレノイドコイルのｚ方向磁界が小さいために異物検出感度が低い領域を覆うことができる大きさが必要である。図１４Ａの構成は、磁界発生コイルのインピーダンスの主成分が、インダクタンス成分である場合に適している。
【０１７１】
図１４Ａの中段には、ソレノイドコイルのｚ方向磁界の分布を示している。左半分と右半分のｚ方向磁界の向きは逆方向になっている。電磁誘導の原理から、左側に配置された発電コイル２０Ｗ１で発電された起電力により磁界発生コイルに流す電流の位相が決まる。この電流による磁界の向きは、ソレノイドコイルの右側の磁界の位相と一致する。そのため、発電コイル２０Ｗ１を左に配置した場合は、それに繋がる磁界発生コイル１０Ｗ１は右側に配置されることが好ましい。磁界の位相が一致することで、ｚ方向磁界は、ソレノイドコイルが発生するｚ方向磁界と、磁界発生コイルが発生するｚ方向磁界の２つのスカラー和により増加させることができる。よって、異物検出感度を向上させることが可能となる。また、右側に配置した発電コイル２０Ｗ２の場合は、同様の原理から、それに接続された磁界発生コイル１０Ｗ２は左側に配置されることが好ましい。これにより、磁界発生コイル１０Ｗ２の磁界の向きと、それが配置される領域のソレノイドコイルの磁界の向きとが同じになる。
【０１７２】
また、磁界発生コイルのインピーダンスが抵抗成分によって支配されている場合は、電磁誘導の原理から、磁界発生コイルの磁界の位相とソレノイドコイルの磁界の位相とを一致させることができず、両者の間にπ／２の位相差が発生する。
【０１７３】
図１４Ｂは、実施の形態の変形例２１に係る磁界発生コイルおよび発電コイルの形状を示す平面図である。同図には、発電コイル２０Ｘに接続された磁界発生コイル１０Ｘが示されており、発電コイルと磁界発生コイルとを同じ基板上に形成したときの構成例が示されている。磁界発生コイルの磁界とソレノイドコイルの磁界との位相差がπ／２である場合には、磁界発生コイル１０Ｘは１つでよい。ソレノイドコイルのｘ方向の中心部分を覆うように、ｚ方向磁界が小さい領域を覆う形で磁界発生コイル１０Ｘを配置すればよい。
【０１７４】
このように、磁界発生コイルのインピーダンスの主成分が抵抗である場合であっても、図１４Ａの構成により得られる効果と同様の効果を得ることが可能である。
【０１７５】
また、図１４Ａの構成では、発電コイルおよび磁界発生コイルの組が２組であり、図１４Ｂの構成では、発電コイルおよび磁界発生コイルの組が１組である。よって、図１４Ｂの構成の方が、組数が少なく面積効率がよい。つまり、磁界発生コイルのインピーダンスの主成分が抵抗成分である場合には、図１４Ｂの構成の方が望ましい。
【０１７６】
なお、磁界発生コイルの抵抗成分が大きいと損失が大きくなるので、抵抗成分はなるべく小さいほうが望ましい。つまり、磁界発生コイルのインピーダンスの主成分はインダクタンス成分であることが望ましく、この観点からは、図１４Ａの構成の方が図１４Ｂの構成より望ましいことになる。
【０１７７】
また、磁界発生コイルのインピーダンス成分としてインダクタンス成分および抵抗成分の両方の成分を考慮しなければならない場合は、図１４Ａの構成の方が望ましい。図１４Ａの構成の場合は、それぞれの磁界発生コイルのｚ方向磁界とソレノイドコイルのｚ方向磁界の合成磁界の大きさは同じになるからである。もし、図１４Ｂの構成とした場合、磁界発生コイルの中の右側と左側とで、合成磁界の大きさが異なるため、異物検出感度に差が出てしまい、感度の平準化ができないからである。
【０１７８】
なお、発電コイルの巻き数は複数であってもよく、また、磁界発生コイルの巻き数は複数であってもよい。
【０１７９】
図１４Ｃは、実施の形態の変形例２２に係る磁界発生コイルおよび発電コイルの形状を示す平面図である。同図には、発電コイル２０Ｙに接続された磁界発生コイル１０Ｙが示されており、発電コイルと磁界発生コイルとを同じ基板上に形成したときの構成例が示されている。なお、図１４Ｃの構成は、図１４Ａを変形した例である。磁界発生コイル１０Ｙは、互いに逆方向の磁界を発生させる磁界発生コイルユニット１１Ｙ１と１１Ｙ２とを有している。図１４Ａの２つの磁界発生コイル１０Ｗ１および１０Ｗ２の間の位相はπであるので、図１４Ｃのように、磁界発生コイルの電流の方向を逆にした磁界発生コイルユニット１１Ｙ１および１１Ｙ２を設けることで、発電コイルを２つから１つにすることができる。
【０１８０】
図１４Ｄは、実施の形態の変形例２３に係る磁界発生コイルおよび発電コイルの形状を示す平面図である。同図に示された構成は、電力伝送コイルがスパイラル型のコイルである場合の発電コイルと磁界発生コイルとの配置構成を表す例である。同図には、円中心部に円形の発電コイル２０Ｚ１が配置され、最外周部に発電コイル２０Ｚ２が配置され、発電コイル２０Ｚ１と２０Ｚ２との間に、２つが磁界発生コイル１０Ｚ１および１０Ｚ２が配置されている。
【０１８１】
ここで、磁界発生コイル１０Ｚ１および１０Ｚ２の境界は、電力伝送コイルが作るｚ方向磁界がゼロもしくは小さい領域である。円中心部の発電コイル２０Ｚ１と組をなす磁界発生コイルは、２つの磁界発生コイルのうち外側の磁界発生コイル１０Ｚ２である。また、最外周部の発電コイル２０Ｚ２と組をなす磁界発生コイルは、２つの磁界発生コイルのうち内側の磁界発生コイル１０Ｚ１である。
【０１８２】
上記構成により、スパイラルコイルに適用される図１４Ｄの構成は、ソレノイドコイルに適用される図１４Ｂおよび図１４Ｃの構成における概念を同様に適用でき、同様の効果を奏する。
【０１８３】
［６．磁界発生コイルおよびセンサコイルの配置関係］
以下では、磁界発生コイルとセンサコイルとの配置関係について説明する。
【０１８４】
図１５は、複数の矩形の磁界発生コイルユニットからなる磁界発生コイルが発生する磁界分布を表すグラフである。より具体的には、同図には、上記磁界発生コイルが発生するｚ方向磁界のｘ方向の分布が表されている。なお、上記磁界分布は、磁界発生コイルからｚ方向に約１０ｍｍ離れた場所におけるｚ方向磁界の分布である。
【０１８５】
図１５に示された磁界分布において、磁界発生コイルアレーのｘ方向の端の領域で、プラスピークが減少し、マイナスピークの絶対値が増加していることが分かる。つまり、センサコイルユニットの場所により、発生させる磁界が一様とならない場合が想定される。磁界の絶対値が小さくなると異物検出感度が低下する。これに対して、ｘ方向の中心領域の磁界は一様になる傾向がある。
【０１８６】
上記磁界分布から、磁界発生コイルアレーの端の領域で異物検出を行うのは好ましくない。この対策として、センサコイルアレーのｘ方向の領域は、磁界発生コイルアレーの端を除いた安定した発生磁界の領域と一致させるようにすればよい。例えば、センサコイルアレーのｘ方向の領域の外に、磁界発生コイルユニットを１個以上配置すればよい。
【０１８７】
図１６は、実施の形態に係る磁界発生コイルとセンサコイルとの配置関係を表す平面図である。同図には、複数のセンサコイルユニットが電気的に直列かつ連続に（一筆書きのレイアウトで）形成されたセンサコイル４０と磁界発生コイル１０との位置関係が示されている。センサコイル４０は、ｘ方向に４列のセンサコイルユニットを有し、ｙ方向に４行のセンサコイルユニットを有する例である。センサコイルユニットは＋で示されるプラスのセンサコイルユニットと−で示されるマイナスのセンサコイルユニットの２種類が作られる。センサコイルユニットのプラスとマイナスは、センサコイルに一様の磁束変化が印加されたときに、センサコイル４０の出力端子に現れる電圧の符合を表す。出力端子には、プラスのセンサコイルユニットとマイナスのセンサコイルユニットの起電力の和が出力される。図では、プラスのセンサコイルユニットは８個あり、マイナスのセンサコイルユニットは２個あり、両者の数は一致せず、６個の差がある。全てのセンサコイルユニットを通過する磁界が同じならば、２個のプラスのセンサコイルユニットの起電力と２個のマイナスのセンサコイルユニットの起電力はキャンセルされ出力電圧に寄与する起電力は０Ｖであるので、出力電圧に寄与する起電力は、上記差の６個のプラスのセンサコイルユニットの起電力のみになる。センサコイル４０は、異物が存在するときと存在しないときの出力電圧の変化量を計測することで異物の有無を判定するため、異物が存在しないときの出力電圧Ｖ０の絶対値が０Ｖに近い程、Ｓ／Ｎ比を大きくできるので異物検出感度を向上できる。しかしながら、一筆書きのレイアウトで形成する場合、原理的に、プラスのセンサコイルユニットとマイナスのセンサコイルユニットの数は一致しない。その理由は、図からわかるように、センサコイル４０の最周辺部には、プラスのセンサコイルユニットのみが形成され、マイナスのセンサコイルユニットは形成されないからである。ゆえに一筆書きで形成したセンサコイル４０の出力電圧を０Ｖに近づけるには限界が生じる。
【０１８８】
この問題に対応するために、図１６に示すように、磁界発生コイル１０を、センサコイルユニットが形成されない領域に重ね、磁界発生コイル１０の端を、その左右のプラスのセンサコイルユニットの上端の辺より距離ｐだけ内側に配置する。これにより、周辺のプラスのセンサコイルユニットの起電力を小さくすることが可能となる。その結果、Ｖ０をさらに０Ｖに近づけることが可能となる。また、スパイラル型のコイルに適している、円形およびドーナツ形のセンサコイルと磁界発生コイルとの配置関係も同様にすることが可能である。
【０１８９】
図１７は、センサコイルの符号と磁界発生コイルの発生磁界の方向との第１の関係を説明する図である。センサコイルユニットの数は多数の場合があるが、ここでは、４個のセンサコイルユニットを使って説明する。
【０１９０】
図１７の左側に示すように、隣接するセンサコイルユニットの符号が逆になるように、４つのセンサコイルユニット４０ａ〜４０ｄが配置されている。ここで、センサコイルユニットのｘ方向の辺の長さと、磁界発生コイルユニット１１のｘ方向の幅の長さを略同一にし、両者のｙ方向に延びる配線が重なるよう、センサコイル４０と磁界発生コイル１０とを、上下（ｚ方向）に配置する。各センサコイルユニットの符号は、レイアウトの取り方とその結線によって決定される。ここで、全てのセンサコイルユニットを通過する磁界の方向が同じであるときは、センサコイルユニットの符号は、センサコイルユニットの起電力の符号と一致する。
【０１９１】
図１７の左側に示された配置構成の場合、センサコイルユニットの場所により、磁界の方向が異なることになる。この場合、センサコイルユニットの符号と磁界方向との論理により起電力の符号が決まる。
【０１９２】
図１７の右側には、センサコイルユニット４０ａ〜４０ｄの起電力の符号が示されている。ここで、磁界発生コイルユニット１１の奥向きに向かう発生磁界に位置するセンサコイルユニットの起電力の符号がセンサコイルユニットの符号と一致するよう定義する。また、センサコイルユニットの符号と起電力の符号とが一致しない場合は、＋‘、−’のように、符号にダッシュをつけている。
【０１９３】
センサコイルユニット４０ａおよび４０ｂは、センサコイルユニットの符号と一致する。一方、センサコイルユニット４０ｃおよび４０ｄは、センサコイルユニットの符号に対し逆の符号となることが分かる。
【０１９４】
ここで、センサコイルユニット４０ａに着目し、ｙ方向の辺ｙとｘ方向の辺ｘに異物が存在る場合を考える。全てのセンサコイルユニットを通過する磁束が同じ方向の場合は、センサコイルユニットの起電力の符合は、センサコイル４０の符合と同じになる。隣接するセンサコイルユニットは互いに逆の符合であるため、隣接するセンサコイルユニットの境界である辺の上に異物が存在する場合に異物検出感度が悪化する。この理由としては、異物が存在する辺を境界とする２つのセンサコイルユニットにおいて、プラスのセンサコイルユニットとマイナスのセンサコイルユニットの起電力の変化量の絶対値は同程度であり、両者が出力電圧に寄与する電圧の符合が逆になる。これより、プラスのセンサコイルユニットの起電力の変化量とマイナスのセンサコイルユニットの起電力の変化量とが互いに打ち消す方向になるためである。
【０１９５】
しかし、図１７の右側に示すように、センサコイルユニット４０ｃはプラスの起電力を持つため、辺ｙ上に異物が存在する場合、センサコイルユニット４０ａの起電力の変化と、センサコイルユニット４０ｃの起電力の変化は打ち消す方向にならず、増加させる方向となる。つまり、辺ｙ上の異物の検出感度は逆に向上する。これは、センサコイル４０と磁界発生コイル１０との配置関係により、センサコイルユニットの辺上の異物の検出感度を大きく改善できることを意味する。一方、上記電流線が上記境界上に無い場合は、ｚ方向磁界が小さいために異物検出感度は小さい。
【０１９６】
次に、辺ｘ上に異物が存在する場合を考える。
【０１９７】
図１８は、センサコイルの符号と磁界発生コイルの発生磁界の方向との第２の関係を説明する図である。
【０１９８】
同図の右側に示されたように、センサコイルユニット４０ａの起電力の符号はプラスであり、センサコイルユニット４０ｃの起電力の符号はマイナスであるので、互いの起電力の変化は打ち消すように働く。その結果、辺ｙ上の異物検出感度は低下する。また、センサコイルユニット４０ａとセンサコイルユニット４０ｃを通過する磁界の方向は同じであるので当然である。
【０１９９】
しかし、図１８の右側に示すように、センサコイルユニット４０ｂはプラスの起電力を持つため、辺ｘ上に異物が存在する場合、センサコイルユニット４０ａの起電力の変化と、センサコイルユニット４０ｂの起電力の変化とは打ち消す方向にならず、増加させる方向となる。つまり、辺ｘ上の異物の検出感度は逆に向上する。これは、センサコイル４０と磁界発生コイル１０との配置関係により、センサコイルユニットの辺上の異物の検出感度を大きく改善できることを意味する。
【０２００】
ここで、図１７に示された磁界発生コイル１０との配置と、図１８に示された磁界発生コイル１０との配置との両方を有することにより、異なる種類の磁界分布を発生させて異物検出を行うことが可能となる。これにより、辺上の異物検出感度は大きく改善される。
【０２０１】
つまり、磁界発生コイル基板１１０は、長方形の輪郭に沿って導電線が配置された第１の磁界発生コイルユニット（図１７の磁界発生コイルユニット１１）および第２の磁界発生コイルユニット（図１８の磁界発生コイルユニット１１）とを有する。第１の磁界発生コイルユニットと第２の磁界発生コイルユニットとは、第１の磁界発生コイルユニットを含む平面と第２の磁界発生コイルユニットを含む平面とが平行となるよう、磁界発生コイル基板１１０に上記各平面の法線方向に重ねられて配置される。第１の磁界発生コイルユニットの長辺と、第２の磁界発生コイルユニットの長辺とは、平面視において（すなわち、上記法線方向から見て）直交している。
【０２０２】
なお、上記２つの磁界発生コイル１０は別々に駆動してもよいし、同時に駆動してもよい。同時に駆動することで、より強い磁界を発生させることができ、これによっても異物検出感度が向上する。なお、このとき、２つの磁界発生コイルの電流方向を同じにする場合と逆にする場合の２通りとすることで、異物検出の場所依存の感度が均一化される。
【０２０３】
また、センサコイルの出力電圧Ｖ０は、センサコイルユニットの全ての起電力の和になるので、図１７および図１８の構成において、全てのセンサコイルユニットの起電力の和が０Ｖに近くなるようにしておく必要がある。例えば、磁界発生コイルユニットで生成された同じ磁界方向を有する、ｙ方向に並ぶプラスのセンサコイルユニットの数とマイナスのセンサコイルユニットの数とが同じとなるようにする。そうすれば、センサコイルアレーを構成する全てのセンサコイルユニットにおいて、プラスのセンサコイルユニットの数とマイナスのセンサコイルユニットの数とを一致させることができる。
【０２０４】
以上では、矩形の磁界発生コイルユニットを配置した構成であり、かつ、ｙ方向の磁界発生コイルユニットの数が１個の場合の説明である。これに対して、ｙ方向に複数の磁界発生コイルユニットを有する構成の場合、また、形状が矩形以外の場合にも、同様の原理を適用して、辺上異物の検出感度を向上させることが可能である。
【０２０５】
図１９は、センサコイルの符号と、磁界発生コイルの発生磁界の方向との第３の関係を説明する図である。図１９の左側には、隣接するセンサコイルユニットの符号が逆に配列されたセンサコイル４０が示されている。また、図１９の中央には、磁界発生コイル１０−１が示されている。上半分の磁界発生コイルセット１２ａは、隣接する磁界発生コイルユニットの磁界方向が逆向きとなるように配置されており、下半分の磁界発生コイルセット１２ｂは、磁界発生コイルセット１２ａを上下反転して配置されている。磁界発生コイルセット１２ａと１２ｂとの境界では、当該境界を挟んだ上下の磁界発生コイルユニットの磁界方向は同じ向きとなっている。
【０２０６】
なお、センサコイル４０を構成するセンサコイルユニットと磁界発生コイル１０−１を構成する磁界発生コイルユニットとは同じ大きさである。
【０２０７】
図１９の右側には、センサコイル４０と磁界発生コイル１０−１とが各辺を揃えてｚ軸方向に重ねられた場合に得られる各センサコイルユニットの起電力の符号が示されている。上側半分のセンサコイルユニットの起電力の符号は全てプラスとなり、下側半分のセンサコイルユニットの起電力の符号は全てマイナスとなっている。ここで、プラス起電力の数とマイナス起電力の数とが同じとなっているので、Ｖ０を０Ｖに近づけることができる。
【０２０８】
もし、全ての磁界発生コイルユニットにおいて、隣接する磁界発生コイルユニットの磁界方向を逆に配置したとすると、全てのセンサコイルユニットの起電力がプラスになる、または、マイナスになってしまう。この場合には、Ｖ０を０Ｖに近づけることが困難となる。これを回避するために、上側の磁界発生コイルセット１２ａと下側の磁界発生コイルセット１２ｂとの磁界方向をミラー反転して形成している。よって、辺上の異物の検出感度が低下する場所は、磁界発生コイルセット１２ａと磁界発生コイルセット１２ｂとの境界部分のみである。
【０２０９】
図２０は、センサコイルの符号と磁界発生コイルの発生磁界の方向との第４の関係を説明する図である。図２０に示されたセンサコイルの符号と磁界発生コイルの発生磁界の方向との関係は、図１９の上記関係を変形したものである。
【０２１０】
図２０の中央に示すように、上側半分に配置された磁界発生コイルセット１２ｃと１２ｄとの磁界方向は上下ミラー反転しており、上側半分に配置された磁界発生コイルセット１２ｄと１２ｃとの磁界方向は上下ミラー反転している。この場合、図２０の右側に示すように、異物検出感度が低下する辺は、上側半分における磁界発生コイルセット１２ｃおよび１２ｄの境界部と、下側半分における磁界発生コイルセット１２ｄおよび１２ｃの境界部との２箇所になる。
【０２１１】
つまり、図１９に示された磁界発生コイル１０−１および図２０に示された磁界発生コイル１０−２の双方を利用することで、辺上の異物検出感度を改善することが可能となる。
【０２１２】
ここで、磁界発生コイルを使用し、かつ、電力伝送コイルの磁界を利用する方法にてついて説明する。前述したように、センサコイルを通過する磁界が強いほど異物検出感度は向上する。このため、磁界発生コイルが発生する磁界に加えて、電力伝送コイルが発生する磁界を利用すれば、更に異物検出感度を向上させることができる。正確には、磁界の時間変化量を大きくすれば、異物検出感度は向上する。電力伝送コイルの磁界波形において、磁界の強さが０になるタイミングが、最も磁界の時間変化量が大きくなる。つまり、電力伝送コイルの磁界がゼロに近いときに、異物検出を行えばよい。
【０２１３】
この観点から、給電コイルの電流を検知することで、この時間を予測して異物検出を行ってもよい。
【０２１４】
また、サーチコイルを設けて、その起電力が最大になるタイミングで、異物検出検知を行ってもよい。このタイミングは、給電コイルの磁界の時間変化量が最大になるときである。
【０２１５】
また、磁界発生コイルの磁界の方向は磁界発生コイルユニットによって異なり、電力伝送コイルが作る磁界の方向は、磁束の時間変化量がマイナスのときとプラスのときの場合がある。このため、磁界発生コイルユニットによっては、その磁界の方向と、電力伝送コイルの磁界の方向が逆向きとなり、合成磁界の強度を低下させる場合が存在する。
【０２１６】
この問題を解決するために、磁界発生コイルに流す電流の方向と磁界発生コイルの磁界の時間変化量の符号との全ての組合せの条件で、異物検出を行えば、異物検出感度を向上させることができる。
【０２１７】
また、高周波ノイズが発生する期間を避けて異物検出を行えば、高周波ノイズによるＳＮ比の低下を回避することができ、異物検出感度と精度とを向上できる。
【０２１８】
また、電力伝送コイルが作る磁界が、センサコイルのＶ０を変化させたり不安定にしたりして、異物検出感度と精度とを低下させる場合がある。このときは、電力伝送コイルの磁界の影響を低下させるのが望ましい場合がある。その方法の実施例として、電力伝送コイルの磁界の時間変化量が小さいとき、または、小さくなるときに異物検出を行うようにすればよい。具体的には、磁界がピーク値をとるタイミングである。このタイミングは、一周期の中にプラスのピーク値をとるタイミングと、マイナスのピーク値をとるタイミングとの２箇所が存在する。どちらのタイミングで異物検出を行ってもよい。上記タイミングにおいて、磁界の時間変化量がゼロになるため、センサコイルへの影響は大きく低減できる。
【０２１９】
［７．異物検出のタイミング］
図２１は、電力伝送コイルにより発生する磁束密度の時間変化を表す概念波形図である。同図に示されたタイミングＡは、磁束密度の時間変化が最大となる時刻である。駆動回路は、このタイミングＡにおいて磁界発生コイルを駆動して異物検出を実行することが好ましい。これにより、電力伝送コイルにより発生する磁界と磁界発生コイルが発生させる磁界とが重畳されて、異物検出空間の磁界を大きくすることができるので、異物検出感度を向上させることが可能となる。
【０２２０】
また、駆動回路は、電力伝送コイルにより発生する磁束変化が小さいタイミングＢにおいて磁界発生コイルを駆動して異物検出を実行してもよい。センサコイルのＳ／Ｎ比が低いことで異物検出感度が悪い場合は、こうすることで、異物検出感度を向上させることが可能となる。
【０２２１】
なお、タイミングＡおよびＢの検出は、電力伝送コイルの電流および電圧を計測して求めてもよいし、電力伝送装置のインバータのゲート信号のタイミングから求めてもよいし、サーチコイルを設けて、その起電力の計測値により求めてもよい。
【０２２２】
また、駆動回路は、異物１６０の有無の判定を行うタイミングで、磁界発生コイルを駆動してもよい。これにより、磁界を間欠的に発生させるので、消費電力および電磁放射の両方を低減することができる。
【０２２３】
また、駆動回路は、給電コイルおよび受電コイルの電流、電圧、電力および周波数の少なくとも１つを変化させることにより、磁界発生コイルを駆動してもよい。これにより、磁界発生コイルを駆動する駆動回路および電源を簡易化することができるので、部品点数の低減によるコスト低減、軽量小型化、および信頼性向上ができる。
【０２２４】
［８．磁界発生コイルのその他の配置］
なお、磁界発生コイルを二次側である受電部側に設けてもよい。具体的には、一次側の磁界発生コイルが発生するｚ方向磁界と、二次側の磁界発生コイルが発生するｚ方向磁界が強めあうように、一次側磁界発生コイルに流れる電流と二次側磁界発生コイルに流れる電流の位相を調整する。これにより、ｚ方向磁界が大きくなり、異物検出感度が向上する。特に、道路上でなく空間中に存在する異物の検出感度が向上する。
【０２２５】
また、二次側の磁界発生コイルを使って発電し、当該発電した電力を負荷に供給してもよい。これにより、発電効率を向上できる。
【０２２６】
また、一次側の磁界発生コイルと一次側の給電コイルとの結合係数は、一次側の給電コイルと二次側の受電コイルとのの結合係数より小さくすることが好ましい。
【０２２７】
また、一次側の磁界発生コイルと二次側の受電コイルとの結合係数は、一次側の給電コイルと二次側の受電コイルの結合係数より小さくすることが好ましい。
【０２２８】
また、一次側の磁界発生コイルと一次側の給電コイルとの結合度、および、一次側の磁界発生コイルと二次側の受電コイルとの結合度は、ともに、その比率は１０％未満であることが好ましい。上記結合度が１０％より大きいと、給電コイルから受電コイルへの電力需給に支障を来たす場合がある。
【０２２９】
また、磁界発生コイルが発生する磁界は、電力伝送コイルを横切るので、電力伝送コイルに起電力が発生する。言い換えると、磁界発生コイルの電流によって電力伝送コイルの電圧と電流にノイズが発生することになる。このノイズは好ましくない。よって、上記ノイズを小さくするために、結合係数を調整する必要がある。
【０２３０】
次に、発電コイルと磁界発生コイルとの配置関係について説明する。
【０２３１】
発電コイルと磁界発生コイルとが形成される磁界発生コイル基板は、センサコイル基板と平行に配置される。また、その間隔はできる限り小さくすることが好ましい。また、それらを接触して配置させることが好ましい。
【０２３２】
また、発電コイルと磁界発生コイルとが形成される磁界発生コイル基板は、電力伝送コイルのｘｙ面と平行に配置されることが好ましい。また、その間隔はできる限り小さくすることが好ましい。また、それらを接触して配置させることが好ましい。
【０２３３】
次に、磁界発生コイル基板、センサコイル基板、および電力伝送コイルの位置関係について説明する。磁界発生コイル基板と電力伝送コイル基板との間にセンサコイル基板が配置されることが好ましい。また、センサコイル基板と電力伝送コイル基板との間に磁界発生コイル基板が配置されてもよい。
【０２３４】
（その他の実施の形態）
以上、本発明に係る異物検出装置について、実施の形態および変形例に基づいて説明したが、本発明は、上記の実施の形態および変形例に限定されるものではない。
【０２３５】
また、上記で用いた数字は、全て本開示を具体的に説明するために例示するものであり、本開示は例示された数字に制限されない。
【０２３６】
また、上記で示した各構成要素の材料は、全て本開示を具体的に説明するために例示するものであり、本開示は例示された材料に制限されない。また、構成要素間の接続関係は、本開示を具体的に説明するために例示するものであり、本開示の機能を実現する接続関係はこれに限定されない。
【０２３７】
なお、上記実施の形態に係る非接触給電装置１００は、駐車場の地上に配置された給電コイルから車側のバッテリーに充電をするシステムであり、異物検出装置１は地上に内臓されるものであるが、本発明に係る異物検出装置はこれに限られない。非接触給電装置が、走行中（移動中）のＥＶに給電するシステムであって、道路上の異物を検知する異物検出装置であってもよい。
【０２３８】
更に、本開示の主旨を逸脱しない限り、本実施の形態に対して当業者が思いつく範囲内の変更を施した各種変形例も本開示に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０２３９】
本開示に係る異物検出装置は、移動体の非接触給電システムなどに適用できる。
【符号の説明】
【０２４０】
１    異物検出装置
１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ，１０Ｆ，１０Ｇ，１０Ｈ，１０Ｊ，１０Ｋ，１０Ｌ，１０Ｍ，１０Ｎ，１０Ｐ，１０Ｑ，１０Ｒ，１０Ｓ，１０Ｔ，１０Ｕ，１０Ｖ，１０Ｗ１，１０Ｗ２，１０Ｘ，１０Ｙ，１０Ｚ１，１０Ｚ２，１０−１，１０−２    磁界発生コイル
１１，１１Ａ，１１Ｂ１，１１Ｂ２，１１Ｃ１，１１Ｃ２，１１Ｄ１，１１Ｄ２，１１Ｅ，１１Ｆ１，１１Ｆ２，１１Ｈ，１１Ｋ１，１１Ｋ２，１１Ｌ１，１１Ｌ２，１１Ｕ１，１１Ｕ２，１１Ｖ１，１１Ｖ２，１１Ｙ１，１１Ｙ２    磁界発生コイルユニット
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１２Ｆ１，１２Ｆ２，１２Ｇ１，１２Ｇ２，１２Ｇ３    磁界発生コイルセット
１３Ｊ１，１３Ｊ２    並列結線
１３Ｊ３，１３Ｊ４，１３Ｐ１，１３Ｐ２，１３Ｑ１，１３Ｑ２，１３Ｒ１，１３Ｒ２，１３Ｓ１，１３Ｓ２    磁界発生コイルユニット線
２０，２０Ｔ，２０Ｕ，２０Ｖ，２０Ｗ１，２０Ｗ２，２０Ｘ，２０Ｙ，２０Ｚ１，２０Ｚ２    発電コイル
２１Ｋ１，２１Ｋ２，２１Ｌ１，２１Ｌ２，２１Ｍ１，２１Ｍ２，２１Ｎ１，２１Ｎ２，２１Ｐ１Ｈ，２１Ｐ１Ｌ，２１Ｐ２Ｈ，２１Ｐ２Ｌ，２１Ｐ３Ｈ，２１Ｐ３Ｌ，２１Ｐ４Ｈ，２１Ｐ４Ｌ，２１Ｑ１Ｈ，２１Ｑ１Ｌ，２１Ｑ２Ｈ，２１Ｑ２Ｌ，２１Ｑ３Ｈ，２１Ｑ３Ｌ，２１Ｑ４Ｈ，２１Ｑ４Ｌ，２１Ｒ１Ｈ，２１Ｒ１Ｌ，２１Ｒ２Ｈ，２１Ｒ２Ｌ，２１Ｓ１Ｈ，２１Ｓ１Ｌ，２１Ｓ２Ｈ，２１Ｓ２Ｌ    スイッチ
３０    給電コイル
３１    コア
３２    巻き線
４０    センサコイル
４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄ    センサコイルユニット
１００    非接触給電装置
１１０    磁界発生コイル基板
１３０    給電コイル基板
１４０    センサコイル基板
１５０    受電コイル基板
１６０    異物
【図１】
2016067575.tif 000003
【図２】
2016067575.tif 000004
【図３】
2016067575.tif 000005
【図４Ａ】
2016067575.tif 000006
【図４Ｂ】
2016067575.tif 000007
【図５Ａ】
2016067575.tif 000008
【図５Ｂ】
2016067575.tif 000009
【図５Ｃ】
2016067575.tif 000010
【図６Ａ】
2016067575.tif 000011
【図６Ｂ】
2016067575.tif 000012
【図７Ａ】
2016067575.tif 000013
【図７Ｂ】
2016067575.tif 000014
【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１０Ｄ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１４Ｃ】
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【図１４Ｄ】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【国際調査報告】
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