(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
受電共振器を備えた受電装置に対して非接触で交流の送電電力を伝送する送電装置であって、
前記受電共振器と電磁的に結合して前記送電電力を伝送する送電共振器と、
前記送電共振器に出力する前記送電電力を生成するインバータ回路と、
前記受電装置から入力された、前記受電装置内の電圧の値を示す情報に基づき前記送電電力の電圧を決定する制御パラメータＱを調整し、前記インバータ回路が出力する前記送電電力の大きさを制御する送電制御回路と、を備え、
前記送電制御回路は、
送電開始から所定の時間が経過し前記送電電力が所定の範囲に収束した状態において、
第１単位時間の始点である第１の時刻ｔ１における送電電力Ｐ（ｔ１）、及び、前記第１単位時間の終点である第２の時刻ｔ２における送電電力Ｐ（ｔ２）を算出し、
第２単位時間の始点である第３の時刻ｔ３における前記送電電力の電圧を決定する制御パラメータＱ（ｔ３）、及び、前記第２単位時間の終点である第４の時刻ｔ４における前記送電電力の電圧を決定する制御パラメータＱ（ｔ４）を保持し、
電力差ΔＰ＝Ｐ（ｔ２）−Ｐ（ｔ１）と制御パラメータの差ΔＱ＝Ｑ（ｔ４）−Ｑ（ｔ３）とを算出し、
前記制御パラメータの差ΔＱの絶対値が前記電力差ΔＰによって定まる閾値以上の場合、前記受電共振器と前記送電共振器との間に異物が存在すると判断し、前記インバータ回路に前記送電電力を減少させ、
前記制御パラメータの差ΔＱの絶対値が前記閾値未満の場合、前記受電共振器と前記送電共振器との間に異物が存在しないと判断し、前記インバータ回路から前記送電電力と同じ電力の電力送電を継続させる、
送電装置。
【請求項２】
前記第２の時刻ｔ２は、前記第１の時刻ｔ１から所定の時間経過後であって、前記送電電力が増加した後において、所定時間当りの送電電力の変化量が一定範囲内に収束した時点である、
請求項１に記載の送電装置。
【請求項３】
前記送電制御回路は、前記制御パラメータの差ΔＱの前記絶対値が前記閾値以上の場合、前記インバータ回路に前記送電電力を停止させる、
請求項１または２に記載の送電装置。
【請求項４】
前記制御パラメータＱは、前記インバータ回路から出力される電圧がゼロではない値をもつ期間の周期に対する割合である出力時間比を決定するパラメータ、および前記電圧の周波数のうちの少なくとも１つを含む、
請求項１から３のいずれか１項に記載の送電装置。
【請求項５】
前記インバータ回路は、４つのスイッチング素子を有し、
前記４つのスイッチング素子は、外部の直流電源から入力された電圧と同じ極性の電圧を導通時に出力する第１スイッチング素子対と、前記直流電源から入力された電圧と逆の極性の電圧を導通時に出力する第２スイッチング素子対とを含み、
前記送電制御回路は、前記４つのスイッチング素子の各々に、導通および非導通の状態を切り替えるパルス信号を出力し、
前記制御パラメータＱは、前記送電制御回路から前記第１スイッチング素子対に出力される２つのパルス信号の位相差、および前記第２スイッチング素子対に出力される他の２つのパルス信号の位相差を含む、
請求項１から４のいずれか１項に記載の送電装置。
【請求項６】
前記送電制御回路は、さらに、
第１の評価パラメータＸ＝ΔＰ／Ｐ（ｔ１）及び第２の評価パラメータＹ＝ΔＱ／Ｑ（ｔ３）を算出し、
前記第２の評価パラメータＹの値が、前記第１の評価パラメータＸの値によって定まる所定の範囲から外れているとき、前記インバータ回路に前記送電電力を減少させる、
請求項１から５のいずれか１項に記載の送電装置。
【請求項７】
前記送電装置は表示部をさらに備え、
前記送電制御回路は、前記異物を検出し送電を停止する際、前記表示部の表示状態を変更する制御を行う、
請求項４から６のいずれか１項に記載の送電装置。
【請求項８】
受電共振器を備えた受電装置に対して非接触で交流の送電電力を伝送する送電装置であって、
前記受電共振器と電磁的に結合して前記送電電力を伝送する送電共振器と、
前記送電共振器に出力する前記送電電力を生成するインバータ回路と、
前記受電装置から入力された、前記受電装置内の電圧の値を示す情報に基づき前記送電電力の電圧を決定する制御パラメータを調整し、前記インバータ回路が出力する前記送電電力の大きさを制御する送電制御回路と、を備え、
前記送電制御回路は、
送電開始から所定の時間が経過し前記送電電力が所定の範囲に収束した状態において、
第１単位時間の始点である第１の時刻ｔ１における送電電力Ｐ（ｔ１）、及び、前記第１単位時間の終点である第２の時刻ｔ２における送電電力Ｐ（ｔ２）を算出し、
第２単位時間の始点である第３の時刻ｔ３における前記送電電力の電圧値Ｖ（ｔ３）、及び、前記第２単位時間の終点である第４の時刻ｔ４における前記送電電力の電圧値Ｖ（ｔ４）を保持し、
電力差ΔＰ＝Ｐ（ｔ２）−Ｐ（ｔ１）と電圧値の差ΔＶ＝Ｖ（ｔ４）−Ｖ（ｔ３）とを算出し、
前記電圧値の差ΔＶが前記電力差ΔＰによって定まる閾値以上の場合、前記受電共振器と前記送電共振器との間に異物が存在すると判断し、前記インバータ回路に前記送電電力を減少させ、
前記電圧値の差ΔＶが前記閾値未満の場合、前記受電共振器と前記送電共振器との間に異物が存在しないと判断し、前記インバータ回路から前記送電電力と同じ電力の電力送電を継続させる、
送電装置。
【請求項９】
前記送電制御回路は、前記電圧値の差ΔＶが前記閾値以上の場合、前記インバータ回路に前記送電電力を停止させる、
請求項８に記載の送電装置。
【請求項１０】
前記送電制御回路は、さらに、
第１の評価パラメータＸ＝ΔＰ／Ｐ（ｔ１）及び第３の評価パラメータＺ＝ΔＶ／Ｖ（ｔ３）を算出し、
前記第３の評価パラメータＺの値が、前記第１の評価パラメータＸの値によって定まる所定の範囲から外れているとき、前記インバータ回路に送電電力を減少させる、
請求項８または９に記載の送電装置。
【請求項１１】
受電共振器を備えた受電装置に対して非接触で交流の送電電力を伝送する送電装置であって、
前記受電共振器と電磁的に結合して前記送電電力を伝送する送電共振器と、
前記送電共振器に出力する前記送電電力を生成するインバータ回路と、
前記受電装置から入力された、前記受電装置内の電圧の値を示す情報に基づき前記送電電力の電圧を決定する制御パラメータＱを調整し、前記インバータ回路が出力する前記送電電力の大きさを制御する送電制御回路と、
前記制御パラメータＱを計測するセンサ回路と、
を備え、
前記送電制御回路は、
送電開始から所定の時間が経過し前記送電電力が所定の範囲に収束した状態において、
第１単位時間の始点である第１の時刻ｔ１における送電電力Ｐ（ｔ１）、及び、前記第１単位時間の終点である第２の時刻ｔ２における送電電力Ｐ（ｔ２）を算出し、
第２単位時間の始点である第３の時刻ｔ３における前記送電電力の電圧を決定する制御パラメータＱ（ｔ３）を計測することによって得られた計測値Ｓ（ｔ３）、及び、前記第２単位時間の終点である第４の時刻ｔ４における前記送電電力の電圧を決定する制御パラメータＱ（ｔ４）を計測することによって得られた計測値Ｓ（ｔ４）を保持し、
電力差ΔＰ＝Ｐ（ｔ２）−Ｐ（ｔ１）と前記制御パラメータの計測値の差ΔＳ＝Ｓ（ｔ４）−Ｓ（ｔ３）とを算出し、
前記制御パラメータの計測値の差ΔＳの絶対値が前記電力差ΔＰによって定まる閾値以上の場合、前記受電共振器と前記送電共振器との間に異物が存在すると判断し、前記インバータ回路に前記送電電力を減少させ、
前記制御パラメータの計測値の差ΔＳの絶対値が前記閾値未満の場合、前記受電共振器と前記送電共振器との間に異物が存在しないと判断し、前記インバータ回路から前記送電電力と同じ電力の電力送電を継続させる、
送電装置。
【請求項１２】
前記制御パラメータＱは、前記インバータ回路から出力される電圧がゼロではない値をもつ期間の周期に対する割合である出力時間比を決定するパラメータ、および前記電圧の周波数のうちの少なくとも１つを含む、
請求項１１に記載の送電装置。
【請求項１３】
前記インバータ回路は、４つのスイッチング素子を有し、
前記４つのスイッチング素子は、外部の直流電源から入力された電圧と同じ極性の電圧を導通時に出力する第１スイッチング素子対と、外部の直流電源から入力された電圧と逆の極性の電圧を導通時に出力する第２スイッチング素子対とを含み、
前記送電制御回路は、前記４つのスイッチング素子の各々に、導通および非導通の状態を切り替えるパルス信号を出力し、
前記制御パラメータＱは、前記送電制御回路から前記第１スイッチング素子対に出力される２つのパルス信号の位相差、および前記第２スイッチング素子対に出力される他の２つのパルス信号の位相差を含む、
請求項１１または１２に記載の送電装置。
【請求項１４】
前記送電制御回路は、さらに、
第１の評価パラメータＸ＝ΔＰ／Ｐ（ｔ１）及び第４の評価パラメータＹ＝ΔＳ／Ｓ（ｔ３）を算出し、
前記第４の評価パラメータＹが、前記第１の評価パラメータＸの値によって定まる所定の範囲から外れているとき、前記インバータ回路に前記送電電力を減少させる、
請求項１１から１３のいずれか１項に記載の送電装置。
【請求項１５】
請求項１から１４のいずれか１項に記載の送電装置と、
受電装置と、を備える、無線電力伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、コイル間の異物を検出する異物検出装置を備え、かつ、非接触で電力を伝送する無線電力伝送のための送電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話機や電気自動車などの移動性を伴う電子機器やＥＶ機器において、無線充電を行うために、コイル間の誘導結合を用いた無線電力伝送技術の開発が進んでいる。無線電力伝送システムは、送電コイルを含む送電アンテナを有する送電装置と、受電コイルを含む受電アンテナを有する受電装置とを備える。無線電力伝送システムは、送電コイルによって生じた磁界を受電コイルが捕捉することにより、電極を直接に接触させることなく電力を伝送する。
【０００３】
特許文献１は、そのような無線電力伝送システムの一例を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１２／００７７５３７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、かかる従来技術では、送電コイルと受電コイルとの間に異物が侵入した際、比較的長い時間間隔（例えば約数ｓｅｃの間隔）で送信される受電電力のデータを用いずに異物の侵入を検出することができなかった。受電電力のデータを用いずに異物の侵入を検出できる送電装置が望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の一態様に係る送電装置は、受電共振器を備えた受電装置に対して非接触で交流の送電電力を伝送する送電装置であって、前記受電共振器と電磁的に結合して前記送電電力を伝送する送電共振器と、前記送電共振器に出力する前記送電電力を生成するインバータ回路と、前記受電装置から入力された、前記受電装置内の電圧の値を示す情報に基づき前記送電電力の電圧を決定する制御パラメータＱを調整し、前記インバータ回路が出力する前記送電電力の大きさを制御する送電制御回路と、を備える。前記送電制御回路は、送電開始から所定の時間が経過し前記送電電力が所定の範囲に収束した状態において、第１単位時間の始点である第１の時刻ｔ１における送電電力Ｐ（ｔ１）、及び、前記第１単位時間の終点である第２の時刻ｔ２における送電電力Ｐ（ｔ２）を算出し、第２単位時間の始点である第３の時刻ｔ３における前記送電電力の電圧を決定する制御パラメータＱ（ｔ３）、及び、前記第２単位時間の終点である第４の時刻ｔ４における前記送電電力の電圧を決定する制御パラメータＱ（ｔ４）を保持し、電力差ΔＰ＝Ｐ（ｔ２）−Ｐ（ｔ１）と制御パラメータの差ΔＱ＝Ｑ（ｔ４）−Ｑ（ｔ３）とを算出し、前記電力差ΔＰが第１閾値以上の場合、かつ、前記制御パラメータの差ΔＱの絶対値が第２閾値以上の場合、前記受電共振器と前記送電共振器との間に異物が存在すると判断し、前記インバータ回路に前記送電電力を減少させ、前記電力差ΔＰが第１閾値未満の場合、又は、前記制御パラメータの差ΔＱの絶対値が第２閾値未満の場合、前記受電共振器と前記送電共振器との間に異物が存在しないと判断し、前記インバータ回路から前記送電電力と同じ電力の電力送電を継続させる。
【０００７】
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】
【０００８】
本開示の一態様によれば、受電装置から長い定期的な間隔（例えば、約数ｓｅｃの間隔）で送信される受電電力のデータを用いずに、送電コイルと受電コイルとの間に異物が侵入したか否かを判断できる。また、送電コイルと受電コイルとの間の位置ずれと、異物侵入とを高い精度で見分ける送電装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本開示の実施形態１に係る無線電力伝送システムの構成図である。
【図２】本開示の実施形態１に係るインバータ回路の構成例を示す図である。
【図３Ａ】本開示の実施形態１に係るインバータ回路の動作の一例を示す図である。
【図３Ｂ】本開示の実施形態１に係るインバータ回路の動作の他の例を示す図である。
【図４】本開示の実施形態１の変形例に係る無線電力伝送システムの構成図である。
【図５Ａ】本開示の実施形態１に係る送電コイルと受電コイルの概略配置図である。
【図５Ｂ】本開示の実施形態１に係る送電コイルと受電コイルの概略配置図である。
【図５Ｃ】本開示の実施形態１に係る送電電力の時間変化を示す図である。
【図６】本開示の実施形態１に係る送電共振器および受電共振器の等価回路を示す図である。
【図７】本開示の実施形態１における動作を示すフローチャートである。
【図８】本開示の実施形態２に係る無線電力伝送システムの構成図である。
【図９】表示部を有する送電装置の例を示す図である。
【図１０】本開示の実施例に係る、楕円の方程式によって閾値を決定する例を示す図である。
【図１１】本開示の実施例に係る、一次方程式によって閾値を決定する例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（本開示の基礎となった知見）
本開示の実施形態を説明する前に、本開示の基礎となった知見を説明する。
【００１１】
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もしくは異物検知用のコイル、又は受電コイルの近傍に位置したときに、コイル間で送電される電力に起因して発熱する、金属などの物体を意味する。
【００１２】
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、以下の課題が生じることを見出した。
【００１３】
無線電力伝送システムにおいて、電力伝送を行う際に送電コイルと受電コイルとの間に金属などの異物が存在すると、異物に渦電流が発生し、加熱させるリスクを生じる。従って、安全かつ高い効率で無線電力伝送を行うためには、送電コイルと受電コイルとの間の異物を検出する機能を設けることが望まれる。
【００１４】
特許文献１の無線電力伝送システムでは、受電装置は、送電装置から受け取った電力（以下、「受電電力」と称することがある。）の値Ｐｒ１を示すデータを送電装置に送信する。送電装置は、そのときの送電電力の値Ｐｓ１を検知する。送電装置は、受電電力の値Ｐｒ１と送電電力の値Ｐｓ１とを用いて、伝送効率η（＝受電電力Ｐｒ１／送電電力Ｐｓ１）を算出する。伝送効率ηが所定の閾値よりも低ければ、送電装置は送電コイルと受電コイルとの間に異物が存在すると判断する。
【００１５】
伝送効率ηは、効率が１００％のときに１なので、伝送効率の変形式１−ηは、減少率を表す。そのため、伝送効率の変形式１−ηは、送電電力の値Ｐｓ１と受電電力の値Ｐｒ１との電力差ΔＰ１（＝Ｐｓ１−Ｐｒ１）と実質的に同じ意味である。よって、特許文献１の上記方法は、送電電力の値Ｐｓ１と受電電力の値Ｐｒ１との電力差ΔＰ１（＝Ｐｓ１−Ｐｒ１）が、所定の閾値ΔＰｔｈ１を超えるとき、送電コイルと受電コイルとの間に異物が存在すると判断する方法であると言い換えることができる。
【００１６】
一方、無線で充電を行う機器の多くは、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規格に準拠した電力伝送を行う。Ｑｉ規格では、受電装置が感知した受電電力の値Ｐｒ２を示す情報（データ）を、約数秒（ｓｅｃ）の間隔で送電装置に伝送する。さらに、受電装置が感知した受電電力の電圧の値を示すデータを、約２５０ミリ秒（ｍｓｅｃ）の間隔で送電装置に伝送する。すなわち、受電装置は、電圧の値を受電電力の値よりも高い頻度で送電装置に通知する。ここで、「受電電力の電圧」とは、受電装置に伝送された電力（すなわち、電圧と電流との積）における電圧を意味する。この電圧を、以後、「受電電圧」と称することがある。Ｑｉ規格においては、この電圧は受電装置内の整流回路で整流された後の電圧である。
【００１７】
送電装置は、約数ｓｅｃの間隔で、受電装置が受電電力を感知した時の送電電力の値Ｐｓ２と伝送された受電電力の値Ｐｒ２との電力差ΔＰ２（＝Ｐｓ２−Ｐｒ２）を算出する。この電力差ΔＰ２が所定の閾値ΔＰｔｈ２を超えるとき、送電装置は送電コイルと受電コイルとの間に異物が存在すると判断する。
【００１８】
送電装置は、２５０ｍｓｅｃの間隔で高速に伝送された受電電圧の値を、受電装置が要求する電圧（例えば、５Ｖ±０．０４Ｖ）に収束させるように、受電装置に伝送する電力を調整する。その結果、約数百ｍｓｅｃ〜数ｓｅｃの間隔で、受電電圧は受電装置の要求する電圧に収束する。
【００１９】
このように、特許文献１に開示されたシステム又はＱｉ規格に準拠したシステムでは、送電電力の値と受電電力の値との差ΔＰ１又はΔＰ２を用いて、送電コイルと受電コイルとの間に異物が存在するか否かを判断する。
【００２０】
しかしながら、本発明者らは、上述した送電電力の値と受電電力の値との差ΔＰ１又はΔＰ２を用いた従来の異物検出方法には、以下の課題が生じることを見出した。
【００２１】
まず、前提として、上記電力差ΔＰ１又はΔＰ２を拡大させる主な原因は２つある。１つ目は、送電コイルと受電コイルとが位置ずれを起こす場合である。位置ずれとは、送電コイルと受電コイルとの相対的な位置関係が、良好な電磁結合を実現できる関係（例えば両コイルが正対した状態）からずれることを意味する。２つ目は、送電コイルと受電コイルとの間に金属などの異物が侵入する場合である。
【００２２】
上述した特許文献１のシステムに当てはめて検討すると以下のようになる。特許文献１のシステムにおいて位置ずれが生じた場合、送電コイルと受電コイルとの電磁気的な結合が低下するため受電電力が低下する。よって、この場合、上記電力差ΔＰ１が拡大する。また、送電コイルと受電コイルとの間に異物が侵入した場合も、異物に電力を奪われるので受電電力が低下する。よって、この場合も上記電力差ΔＰ１が拡大する。
【００２３】
一方、上述したＱｉ規格のシステムに当てはめて検討すると以下のようになる。Ｑｉ規格のシステムにおいても特許文献１のシステムと同様、位置ずれを起こした場合、及び、送電コイルと受電コイルとの間に異物が侵入した場合のいずれの場合も、上記と同じ理由により、受電電圧が低下する。
【００２４】
さらに、Ｑｉ規格のシステムでは、低下した受電電圧を元の電圧に戻すように、送電装置は送電電力を増加させる。その結果、位置ずれが生じる前の送電電力よりも、位置ずれが生じた後の送電電力の方が大きくなる。同様の理由で、送電コイルと受電コイルとの間に異物が侵入する前の送電電力よりも、送電コイルと受電コイルとの間に異物が侵入した後の送電電力の方が大きくなる。
【００２５】
Ｑｉ規格のシステムにおいて、受電電圧は、約数百ｍｓｅｃ〜数ｓｅｃの間隔で、受電装置の要求電圧に収束するように調整される。よって、約数百ｍｓｅｃ〜数ｓｅｃの間隔で、受電電力もほぼ一定になるように調整される。その結果、位置ずれが起こった後の受電電力は、位置ずれが起こる前の受電電力とほぼ同じ値になる。同様に、送電コイルと受電コイルとの間に異物が侵入した後の受電電力も、送電コイルと受電コイルとの間に異物が侵入する前の受電電力とほぼ同じ値になる。
【００２６】
以上のことから、位置ずれが生じる前後、及び、送電コイルと受電コイルとの間に異物が侵入する前後において、受電電力の値Ｐｒ２はほぼ一定であるのに対し、送電電力の値Ｐｓ２は増加する。そのため、送電電力の値Ｐｓ２と受電電力の値Ｐｒ２との電力差ΔＰ２（＝Ｐｓ２−Ｐｒ２）が拡大する。このようなメカニズムにより、位置ずれが生じた場合も、異物が侵入した場合も、電力差ΔＰ２（＝Ｐｓ２−Ｐｒ２）が拡大する。
【００２７】
しかしながら、本発明者らは、上述した特許文献１のシステムおよびＱｉ規格のシステムのいずれにおいても、位置ずれが生じた場合の電力差ΔＰｃと、異物が侵入した場合の電力差ΔＰｏとが、ほぼ同じ値（ΔＰｃ≒ΔＰｏ）になる場合があることを発見した。即ち、上述した特許文献１のシステムでもＱｉ規格のシステムでも、コイル間の位置ずれが生じた場合と、コイル間に異物が侵入した場合とを区別することができない場合があるという新たな課題を見出した。
【００２８】
一般的に、位置ずれが生じた場合、異物がない限り、ユーザの利便性を考慮して、送電電力の供給を停止せずに受電装置を駆動させることが望ましい。一方、送電コイルと受電コイルとの間に異物が侵入した場合は、過熱の虞があるので、安全性の観点から送電電力の供給を停止することが望ましい。
【００２９】
よって、位置ずれを起こした場合と、送電コイルと受電コイルとの間に異物が侵入した場合とを区別できることが望ましい。そのような区別ができないと、例えば異物が侵入することなく位置ずれが生じた場合に送電電力の供給を停止してしまい、ユーザの利便性を損ねてしまうという課題が生じる。
【００３０】
さらに、Ｑｉ規格のシステムにおいては、送電装置が受電電力の値を取得する間隔が、約数ｓｅｃと長い。そのため、異物が侵入した後の受電電力の値をすぐに取得できない虞がある。その場合、送電コイルと受電コイルとの間に異物がないと判断して送電を継続した後に侵入した異物をすぐに検出できない。その結果、当該異物を加熱してしまう虞がある。
【００３１】
従って、コイル間の位置ずれとコイル間への異物の侵入とを高い精度で見分ける送電装置が望まれる。また、受電装置から長い定期的な間隔（例えば、約数ｓｅｃの間隔）で通知される受電電力の値を用いずに、コイル間に異物が侵入したか否かを判断できる送電装置が望まれる。
【００３２】
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。
【００３３】
本開示の一態様に係る送電装置は、
受電共振器を備えた受電装置に対して非接触で交流の送電電力を伝送する送電装置であって、
前記受電共振器と電磁的に結合して前記送電電力を伝送する送電共振器と、
前記送電共振器に出力する前記送電電力を生成するインバータ回路と、
前記受電装置から入力された、前記受電装置内の電圧の値を示す情報に基づき前記送電電力の電圧を決定する制御パラメータを調整し、前記インバータ回路が出力する前記送電電力の大きさを制御する送電制御回路と、を備え、
前記送電制御回路は、
送電開始から所定の時間が経過し前記送電電力が所定の範囲に収束した状態において、
第１単位時間の始点である第１の時刻ｔ１における送電電力Ｐ（ｔ１）、及び、前記第１単位時間の終点である第２の時刻ｔ２における送電電力Ｐ（ｔ２）を算出し、
第２単位時間の始点である第３の時刻ｔ３における前記送電電力の電圧値Ｖ（ｔ３）、及び、前記第２単位時間の終点である第４の時刻ｔ４における前記送電電力の電圧値Ｖ（ｔ４）を保持し、
電力差ΔＰ＝Ｐ（ｔ２）−Ｐ（ｔ１）と電圧値の差ΔＶ＝Ｖ（ｔ４）−Ｖ（ｔ３）とを算出し、
前記電力差ΔＰが第１閾値以上の場合、かつ、前記電圧値の差ΔＶが第２閾値以上の場合、前記受電共振器と前記送電共振器との間に異物が存在すると判断し、前記インバータ回路に前記送電電力を減少させ、
前記電力差ΔＰが第１閾値未満の場合、又は、前記電圧値の差ΔＶが第２閾値未満の場合、前記受電共振器と前記送電共振器との間に異物が存在しないと判断し、前記インバータ回路から前記送電電力と同じ電力の電力送電を継続させる。
【００３４】
送電コイルと受電コイルとの間に異物が侵入することなく位置ずれのみが生じた場合、異物が存在しないので、送電コイルのインピーダンス（負荷）の変動は小さい。一方、送電コイルと受電コイルとの間に異物が侵入した場合、異物が負荷となるため、インピーダンスの変動は大きい。
【００３５】
これらの物性によって、定性的には、電力差△Ｐが同じであっても、コイル間の位置ずれが生じたときよりもコイル間に異物が侵入したときの方がインピーダンス（負荷）の変動が大きく、送電電圧の変動も大きくなることが分かった。このことに着目して、本発明者らは、電力差△Ｐと電圧値の差（電圧差）ΔＶの両方のパラメータを用いて評価することにより、位置ずれが生じたのか、異物がコイル間に侵入したのかを高い精度で見分けることができる方法を見出すに至った。
【００３６】
上記態様によると、電力差△Ｐと電圧差ΔＶの両方のパラメータに基づいて評価することにより、位置ずれが生じた場合の電力差ΔＰｃと異物が侵入した場合の電力差ΔＰｏとが、ほぼ同じ値（ΔＰｃ≒ΔＰｏ）になる場合であっても、すなわち、電力差△Ｐが所定の閾値ΔＰｔｈに近い場合であっても、位置ずれが生じたのか、コイル間に異物が侵入したのかを高い精度で見分けることができる。
【００３７】
さらに、送電装置における電力差△Ｐと電圧差ΔＶとに基づいて上記判断が行われるので、例えば約数ｓｅｃの長い間隔で受電装置から伝送される受電電力のデータを取得する必要がない。電力差ΔＰと電圧差ΔＶとの算出を、数ｓｅｃよりも十分に短い間隔（例えば、数ｍｓｅｃの間隔）で行うことにより、送電コイルと受電コイルとの間に異物が侵入したか否かを直ちに判断することができる。
【００３８】
なお、送電装置における電圧Ｖの代わりに、電圧Ｖを決定する他の制御パラメータＱを用いて同様の判定を行ってもよい。そのような制御パラメータは、例えば、インバータ回路から出力される電圧の出力時間比を決定するパラメータ、および当該電圧の周波数の少なくとも１つであり得る。ここで「出力時間比」とは、電圧がゼロではない値をもつ期間の周期に対する割合を意味する。出力時間比を決定するパラメータは、例えば、送電制御回路からフルブリッジ型のインバータ回路における２つのスイッチング素子に出力される２つのパルス信号の位相差、または各パルス信号のデューティ比であり得る。直流電源とインバータ回路との間にＤＣ−ＤＣコンバータが接続された態様においては、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧を決定するパラメータであってもよい。制御パラメータＱは、例えば送電電圧と受電電圧との差に基づいて送電制御回路によって決定され、メモリ等の記録媒体に記録（保持）された値であり得る。あるいは、制御パラメータＱは、センサ回路によって計測された送電装置内の電圧または周波数等の値であってもよい。これらの各態様の具体例については後述する。
【００３９】
以下、本開示の実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下で説明する実施形態は、いずれも包括的または具体的な例を示している。以下の実施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、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本開示を限定する主旨ではない。本明細書において説明される種々の態様は、矛盾が生じない限り互いに組み合わせることが可能である。また、以下の実施形態における構成要素のうち、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。以下の説明において、実質的に同じまたは類似する機能を有する構成要素は共通の参照符号で示し、説明を省略することがある。
【００４０】
（実施形態１）
＜構成＞
図１は、本開示の実施形態１における無線電力伝送システムの構成を示す図である。この無線電力伝送システムは、送電装置１と受電装置６とを備えている。送電装置１は、無線で電力を伝送する機能を備えた装置である。送電装置１は、例えばＱｉ規格に準拠した非接触充電を行う充電器であり得る。送電装置１は、送電装置１と受電装置６との間に侵入した異物１０００を検出する機能を備えている。受電装置６は、送電装置１から伝送された電力を受け取って動作する電子機器または電気自動車などの電動機械であり得る。以下の説明では、一例として、受電装置２が送電装置１から伝送された電力によって充電される二次電池を備えた携帯情報端末であるものとする。
【００４１】
送電装置１は、直流電源０、インバータ回路１０、送電共振器２、送電制御回路１５、メモリ１４、及び受信回路１６を備えている。受電装置６は、受電共振器３、受電回路４、負荷５、及び送信回路７を備えている。
【００４２】
直流電源０は、直流電圧を出力する電源である。直流電源０は、例えば商用交流電圧を所定の直流電圧に変換するＡＣ−ＤＣコンバータを含むデバイスであり得る。インバータ回路１０は、直流電源０から出力された直流電圧を交流電圧に変換する回路である。
【００４３】
送電共振器２および受電共振器３の各々は、コイル及びコンデンサを含む共振回路である。送電共振器２におけるコイルを「送電コイル」と称し、受電共振器３におけるコイルを「受電コイル」と称する。送電コイルと受電コイルとが対向した状態で、送電コイルから受電コイルへ電力が非接触で伝送される。各共振器は、不要であればコンデンサを含まなくても良い。すなわち、コイル自身が有する自己共振特性を利用して共振器を形成しても良い。
【００４４】
送電制御回路１５（以下、単に「制御回路１５」と称することがある。）は、送電装置１における送電動作および異物検出動作を制御する回路である。制御回路１５は、インバータ回路１０、受信回路１６、メモリ１４等の他の回路要素に接続されている。制御回路１５は、後述する制御を実行するＣＰＵ、ＭＰＵ等のプロセッサと、インバータ回路１０における各スイッチング素子に入力する制御信号を生成するゲートドライバとの組み合わせによって実現され得る。メモリ１４は、例えばＤＲＡＭまたはＳＲＡＭ等の半導体メモリであり得る。メモリ１４は、制御回路１５が実行する制御プログラムや、制御回路１５によって生成された各種のデータを格納する。
【００４５】
受電回路４は、受電共振器３から送られてきた交流電力を直流電力に変換して負荷５に供給する整流回路を備える。受電回路４は、受電装置６内における電圧等の値を検出する検出回路と、送信回路７に送信させる電圧等のデータを生成して送信回路７に送信させる制御回路とを備え得る。
【００４６】
送信回路７および受信回路１６は、データの通信を行う回路である。受電装置６における送信回路７は、受電装置６内の電圧等のデータを、受電回路４の指示に従って所定の時間間隔で送信する。送電装置１における受信回路１６は、送信回路７から送られてきた情報を受信する。
【００４７】
負荷５は、例えば二次電池または高容量キャパシタであり、受電回路４から出力された電力によって充電され得る。
【００４８】
直流電源０から入力された直流電力は、インバータ回路１０によって交流電力に変換され、送電共振器２に供給される。送電共振器２に交流電力が入力されることによって発生する電磁界により、送電共振器２と受電共振器３とが電磁的に結合する。その結果、交流電力が送電共振器２から受電共振器３に伝送される。伝送された交流電力は、受電回路４に送られる。受電回路４は、送電された交流電力を直流電力に変換する。受電回路４によって変換された直流電力は、負荷５に供給される。本明細書において、送電装置１から伝送される交流電力のことを「送電電力」と称し、受電装置２が受け取る電力のことを「受電電力」と称する。
【００４９】
受電回路４は、例えば約２５０ｍｓｅｃの間隔で、受電回路４が感知した受電電力の電圧の値を示すデータを送信回路７に伝送する。ここで、「受電電力の電圧」とは、受電回路４によって検出された受電装置６内の電圧（以下、「受電電圧」と称することがある。）を意味する。この電圧は、例えば、受電回路４によって整流された後の電圧（以下、「整流電圧」と称することがある。）であり得る。伝送された受電電圧の値を示すデータは、送電装置１の受信回路１６によって取得される。制御回路１５は、受電電圧のデータを取得する度に（例えば約数ｍｓｅｃ〜数百ｍｓｅｃの間隔で）、受電電圧の値を受電装置６の要求電圧（例えば、５Ｖ±０．０４Ｖ）に収束させるように、インバータ回路１０から出力される送電電力を調整する。制御回路１５は、この調整を、インバータ回路１０に含まれる複数のスイッチング素子のスイッチングのタイミングを調整することによって行う。この調整の結果、受電電圧は、例えば約数ｍｓｅｃ〜数百ｍｓｅｃごとに要求電圧に収束する。
【００５０】
図２は、インバータ回路１０の具体的な構成の例を示す図である。この例におけるインバータ回路１０は、フルブリッジ型のインバータ回路である。図２に示すように、インバータ回路１０は、複数のスイッチング素子２１、２２、２３、２４を有する。より具体的には、インバータ回路１０は、直流電源０の高電位側に接続されたスイッチング素子２１及び２３と、直流電源０の低電位側に接続されたスイッチング素子２２及び２４とを有する。これらの４つのスイッチング素子２１〜２４は、入力された電圧と同じ極性の電圧を導通時に出力する第１スイッチング素子対（スイッチング素子２１と２４）と、入力された電圧と逆の極性の電圧を導通時に出力する第２スイッチング素子対（スイッチング素子（２２と２３）とに分けられる。各スイッチング素子は、制御回路１５から入力される制御信号（例えばパルス信号）によって導通（オン）・非導通（オフ）の状態が切り替えられる。
【００５１】
各スイッチング素子は、例えばＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ−Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）またはＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等のトランジスタであり得る。制御回路１５から入力される制御信号は、各素子のゲートに入力されるパルス電圧の信号であり得る。
【００５２】
送電共振器２と受電共振器３の共振周波数をｆ０とすると、各スイッチング素子のオン・オフの切り替え周波数、すなわち送電周波数は、ｆ０に近い値に設定され得る。各スイッチング素子のオン・オフの周波数を変化させると、送電共振器２のインピーダンスが変化する。その結果、受電共振器３の出力電圧Ｖ２の大きさも変化する。したがって、制御回路１５は、各スイッチング素子のオン・オフの切り替え周波数を変化させることにより、受電共振器３の出力電圧Ｖ２を変化させることができる。
【００５３】
図３Ａは、スイッチング素子２１〜２４にそれぞれ入力される制御信号Ｓ１〜Ｓ４、インバータ回路１０から出力される電圧Ｖ１、及び受電共振器３から出力される電圧Ｖ２の波形の一例を示す図である。図３Ａにおいて、電圧Ｖ２については、不図示の平滑コンデンサ等で平滑化された後の波形が示されている。制御信号Ｓ１〜Ｓ４の各々について、電圧値が相対的に高い状態がオンの状態であり、電圧値が相対的に低い状態がオフの状態である。この例では、スイッチング素子２１に入力される制御信号Ｓ１の位相と、スイッチング素子２４に入力される制御信号Ｓ４の位相とが一致している。同様に、スイッチング素子２２に入力される制御信号Ｓ２の位相と、スイッチング素子２３に入力される制御信号Ｓ３の位相とが一致している。制御信号Ｓ１及びＳ４の位相は、制御信号Ｓ２及びＳ３の位相に対して半周期分ずれている。この例では、制御信号Ｓ１及びＳ４がオンのとき、電圧Ｖ１の値は約Ｅ０になり、制御信号Ｓ２及びＳ３がオンのとき、電圧Ｖ１の値は約−Ｅ０になる。受電共振器３から出力された平滑後の電圧Ｖ２の波形は、正弦波状になる。
【００５４】
図３Ｂは、制御信号Ｓ１〜Ｓ４、電圧Ｖ１、Ｖ２の波形の他の例を示す図である。この例では、制御信号Ｓ１及びＳ４の位相が互いにずれており、制御信号Ｓ２及びＳ３の位相も互いにずれている。これにより、受電電圧Ｖ２の振幅が、図３Ａにおける例と比較して低減する。位相のずれの量（以下、「位相シフト量」と称することがある。）は様々な値を取り得るが、図３Ｂの例では、１／４周期としている。制御信号Ｓ１及びＳ２の位相は互いに逆であり、制御信号Ｓ３及びＳ４の位相は互いに逆である点は図３Ａの例と同じである。このように、制御信号Ｓ４の位相を制御信号Ｓ１の位相に対してシフトさせ、制御信号Ｓ３の位相を制御信号Ｓ２の位相に対してシフトさせることにより、インバータ回路１０から出力される電圧Ｖ１の絶対値が実質的にゼロ（０）になる期間が発生し、電圧Ｖ１の絶対値が約Ｅ０になる期間が短縮する。言い換えれば、電圧Ｖ１の出力時間比が減少する。出力時間比は、１周期のうち、絶対値が所定値（例えば、振幅の絶対値の数％〜２０％程度）よりも大きくなる期間の割合である。電圧Ｖ１の出力時間比は、図３Ａの例では約１（１００％）であるが、図３Ｂの例では約０．５（５０％）に低減している。このような位相シフトの結果、受電共振器３から出力される平滑後の電圧Ｖ２の振幅が低下する。したがって、受電回路４によって整流された後の電圧である整流電圧も低下する。
【００５５】
制御回路１５は、制御信号Ｓ１及びＳ４の間の位相差、および制御信号Ｓ２及びＳ３の間の位相差を調整することにより、インバータ回路１０から出力される電圧Ｖ１の出力時間比を調整することができる。このような調整により、負荷５に与えられる電圧の大きさを調整することができる。
【００５６】
なお、２つの制御信号の位相差を調整する代わりに、各制御信号のデューティ比を調整しても同様の制御が可能である。デューティ比は、１周期に対して、値が０（または０に近い所定値）よりも大きくなる期間の割合として定義される。図３Ａに示す例では、制御信号Ｓ１〜Ｓ４のデューティ比は約５０％である。このデューティ比を例えば２５％に減少させることにより、図３Ｂに示す電圧Ｖ１、Ｖ２と同様の出力が得られる。したがって、制御回路１５は、各制御信号のデューティ比を制御することによっても受電電圧を制御できる。
【００５７】
受電装置６の動作中は、動作状態に応じて負荷５のインピーダンスが変化し得る。負荷５のインピーダンスが変化すると、負荷５に印加される電圧も変化する。そのため、一定の電圧で駆動することが望まれる負荷５に給電する場合には、受電電圧が目標の電圧になるように制御する必要がある。そこで、本実施形態における制御回路１５は、前述した送電周波数、または制御信号の位相シフト量もしくはデューティ比を、受電電圧に応じて調整する。言い換えれば、制御回路１５は、各スイッチング素子のオン・オフの切り替え周波数、オン・オフのタイミングの位相シフト量、またはオン・オフのタイミングを決定する各パルス信号のデューティ比を制御パラメータＱとして、受電共振器３の出力電圧の大きさ（即ち振幅）を制御する。
【００５８】
なお、ここではインバータ回路１０がフルブリッジ型インバータであるものとして説明したが、２個のスイッチング素子と２個のコンデンサとを有するハーフブリッジ型インバータを用いてもよい。あるいは、１個のスイッチング素子と２個のインダクタと２個のコンデンサとを有するＥ級アンプを用いてもよい。ハーフブリッジ型インバータまたはＥ級アンプを用いた場合であっても、上記と同様に、送電周波数、または各制御信号のデューティ比を制御パラメータＱとして、受電共振器３の出力電圧の大きさを制御することができる。
【００５９】
制御パラメータＱは、上記の例に限定されず、送電装置１内の電圧または受電装置６内の電圧を決定するパラメータであればよい。制御パラメータＱは、送電電圧の値そのものであってもよい。
【００６０】
図４は、本実施形態の変形例を示す図である。この例では、直流電源０とインバータ回路１０との間に、ＤＣ−ＤＣコンバータ１８が接続されている。ＤＣ−ＤＣコンバータ１８は、直流電源０から出力された直流電圧を、異なる大きさの直流電圧に変換する。このような構成では、制御回路１５は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１８の昇圧比または降圧比を制御することによって受電電圧を制御してもよい。そのような制御は、例えば、ＤＣ−ＤＣコンバータ１８が有するスイッチング素子に入力されるパルス信号のオン・オフを制御することによって行われ得る。当該スイッチング素子のオン・オフのデューティ比または周波数を変化させることにより、ＤＣ−ＤＣコンバータ１８から出力される電圧の大きさを変化させることができる。これにより、インバータ回路１０から出力される電圧の大きさも変化する。
【００６１】
このような態様においては、制御パラメータＱは、ＤＣ−ＤＣコンバータ１８を制御する制御信号の周波数またはデューティ比であり得る。あるいは、ＤＣ−ＤＣコンバータ１８から出力される電圧の値そのものを制御パラメータＱとしてもよい。
【００６２】
＜異物検知のメカニズム＞
次に、本実施形態における異物検知処理を具体的に説明する。
【００６３】
本実施形態の送電装置１は、上述したＱｉ規格のシステムで用いられている送電電力と受電電力との電力差ΔＰ２ではなく、異なる時刻における送電電力の電力差ΔＰと、電圧を決定する制御パラメータの差ΔＱとに基づいて異物の検知を行う。より詳細には、送電制御回路１５は、送電開始から所定の時間が経過し、送電電力が所定の範囲に収束した状態において、以下の処理を実行する。
【００６４】
（１）第１単位時間の始点である第１の時刻ｔ１における送電電力Ｐ（ｔ１）、及び、第１単位時間の終点である第２の時刻ｔ２における送電電力Ｐ（ｔ２）を算出する。
【００６５】
（２）第２単位時間の始点である第３の時刻ｔ３における送電電力の電圧を決定する制御パラメータＱ（ｔ３）、及び、第２単位時間の終点である第４の時刻ｔ４における送電電力の電圧を決定する制御パラメータＱ（ｔ４）を保持（例えばメモリ等に格納）する。
【００６６】
（３）電力差ΔＰ＝Ｐ（ｔ２）−Ｐ（ｔ１）と制御パラメータの差ΔＱ＝Ｑ（ｔ４）−Ｑ（ｔ３）とを算出する。
【００６７】
（４）電力差ΔＰが第１閾値以上の場合、かつ、制御パラメータの差ΔＱの絶対値が第２閾値以上の場合、受電共振器３と送電共振器２との間に負荷（即ち異物）が存在すると判断し、インバータ回路１０に送電電力を減少させる。
【００６８】
（５）前記電力差ΔＰが第１閾値未満の場合、又は、前記制御パラメータの差ΔＱの絶対値が第２閾値未満の場合、前記受電共振器と前記送電共振器との間に負荷が存在しないと判断し、前記インバータ回路から前記送電電力と同じ電力の電力送電を継続させる。
【００６９】
なお、上記（２）において、第２単位時間は、第１単位時間と異なっていてもよいし同じであってもよい。以下の説明では、簡単のため、第２単位時間が第１単位時間と同じ（即ち、ｔ３＝ｔ１、ｔ４＝ｔ２）であるものとする。また、上記（４）において、送電電力を減少させる動作には、送電を停止させる（即ち送電電力を０に減少させる）動作が含まれる。
【００７０】
異なる時刻における送電電力の電力差ΔＰが生じる主な要因は２つある。１つ目は、送電コイルと受電コイルとの間で位置ずれが生じる場合である。２つ目は、送電コイルと受電コイルとの間に異物が侵入する場合である。
【００７１】
図５Ａ及び図５Ｂは、１つ目の要因である位置ずれが生じる前後の送電コイル２ａと受電コイル３ａとの配置関係の例を概略的に示す図である。図５Ａに示す初期状態では、送電装置１が有する充電台（即ち載置台）の上に受電装置６が静止している。この状態では、受電コイル３ａの中心軸が、送電コイル２ａの最外周の部分によって規定される充電可能領域の中央に位置している。すなわち、送電コイル２ａと受電コイル３ａとが正対している。この状態から、受電コイル３ａが、軸に垂直な方向にスライドする場合を考える。図５Ｂに示すように、受電コイル３ａは、その軸が充電可能領域の端部に達したところでスライドを停止するものとする。
【００７２】
図５Ｃは、図５Ａに示す状態から図５Ｂに示す状態に至るまでの送電電力Ｐの時間変化の一例を示す図である。図５Ａから図５Ｂに至る過程で、送電コイル２ａと受電コイル３ａとの間の結合係数が低下する。このため、受電コイル３ａが受け取る電力は減少し、受電電圧も低下する。送電装置１の制御回路１５は、この受電電圧の低下を補うように送電電圧および送電電力Ｐを増加させる。その結果、図５Ｃに示すように、送電電力Ｐは、受電コイル３ａがスライドしている間、時間の経過とともに単調に増加する。受電コイル３ａが停止した後は、結合係数は一定になるので、送電電力Ｐも一定の値に収束する。
【００７３】
ここで、送電電力Ｐの値は、例えば図１に示す直流電源０が出力する電力を測定して得られた値であり得る。直流電源０が出力する電力以外にも、例えばインバータ回路１０が出力する電力を測定して得られた値のように、送電装置１内の他の箇所で測定して得られた電力の値であってもよい。同様に、後述する処理に用いられる送電電圧Ｖの値も、例えば図１に示す直流電源０が出力する電圧またはインバータ回路１０が出力する電圧等の、送電装置１内の任意の箇所で測定して得られた電圧の値であってよい。送電電力Ｐおよび送電電圧Ｖの測定は、インバータ回路１０または制御回路１５が行ってもよいし、専用の測定器を用いて測定してもよい。
【００７４】
図５Ｃに示す第１の時刻ｔ１は、送電装置１の電源が投入され、送電電力が所定の範囲内に収束した後、受電コイル３ａが移動を開始する前の時刻である。第２の時刻ｔ２は、第１の時刻ｔ１から所定の時間が経過し、かつ、受電コイル３ａが停止した後、単位時間あたりの送電電力の変化量が所定の範囲内（例えば、０．１Ｗ／秒）に収束した時刻である。つまり、第１の時刻ｔ１と第２の時刻ｔ２との間で、図５Ｃに●印で示されている電力Ｐが急激に変化する点が全て含まれるように、第１の時刻ｔ１と第２の時刻ｔ２とが設定されている。言い換えれば、時刻ｔ１、ｔ２は、受電装置６の移動によって変化する送電電力のプロファイルの全てを捉えられるように設定されている。
【００７５】
送電制御回路１５は、第１の時刻ｔ１における送電電力Ｐ（ｔ１）と第２の時刻ｔ２における送電電力Ｐ（ｔ２）の値を取得すると、送電電力Ｐ（ｔ１）と送電電力Ｐ（ｔ２）とから送電電力の電力差ΔＰ＝Ｐ（ｔ２）−Ｐ（ｔ１）を算出する。図５Ｃに示す例では、Ｐ（ｔ２）＞Ｐ（ｔ１）であるので、ΔＰ＞０となる。
【００７６】
ここで、本実施形態における電力差ΔＰと、上述したＱｉ規格のシステムにおける電力差ΔＰ２との関係について説明する。
【００７７】
本実施形態において、コイル間の位置ずれが生じると、受電電圧は一旦低下するが、送電電力の値Ｐを増加させることにより、受電装置の要求電圧に収束するように調整される。同様に、受電電力も位置ずれが生じると一旦低下するが、位置ずれが生じる前とほぼ同じ値になるように調整される。よって、増加した送電電力ΔＰの値は、位置ずれによる受電電力の減少量に等しいといえる。このメカニズムは、Ｑｉ規格のシステムでも同様である。
【００７８】
従って、本実施形態における送電電力の電力差ΔＰ（＝Ｐ（ｔ２）−Ｐ（ｔ１））と、Ｑｉ規格のシステムにおいて算出される送電電力の値Ｐｓ２と受電電力の値Ｐｒ２との電力差ΔＰ２（＝Ｐｓ２−Ｐｒ２）とは、同等の値であるといえる。
【００７９】
一方、送電コイル３ａと受電コイ２ａとの間に異物が侵入した場合も、前述した位置ずれが生じた場合と同様に、一旦受電電力が減少し、減少した受電電力を元に戻すように調整される。その結果、Ｐ（ｔ２）＞Ｐ（ｔ１）となり、ΔＰ＞０となる。
【００８０】
よって、所定の閾値ΔＰｔｈを設定することにより、ΔＰ＞ΔＰｔｈであるか否かに基づいて、送電コイルと受電コイルとの間に異物が侵入したか否かを判断することができる。そして、送電コイルと受電コイルとの間に異物が侵入した場合は、過熱の虞があるので、安全性の観点から、例えば送電電力の供給が停止される。
【００８１】
しかし、位置ずれが生じた場合でもΔＰ＞ΔＰｔｈとなり得るので、異物が侵入したものと誤って判断してしまう可能性がある。実際には位置ずれが生じているにも関わらず、異物が侵入したものと誤って判断した場合、安全性の観点から、例えば送電電力の供給が停止されてしまう。位置ずれが生じた場合は、本来であれば、ユーザの利便性を考慮して、送電電力の供給を停止せずに、受電装置を駆動させ続けることが好ましい。しかし、ΔＰのみに基づく制御では、そのような動作を実現することは困難である。
【００８２】
このように、位置ずれが生じた場合の電力差ΔＰｃと、送電コイルと受電コイルとの間に異物が侵入した場合の電力差ΔＰｏとに差異がない場合には、閾値ΔＰｔｈを設定したとしても、位置ずれの発生と異物の侵入とを判別できない。
【００８３】
一般的には、全ての場合で成り立つわけではないが、ΔＰｏ＞ΔＰｃとなる傾向がある。その理由は、以下のように説明することができる。
【００８４】
図６は、本開示における異物検知の動作メカニズムを説明するための送電共振器２および受電共振器３の等価回路図である。図６に示す例では、送電共振器２はコイルＬｐとキャパシタＣｐとを有する直列共振回路であり、受電共振器３はコイルＬｓとキャパシタＣｓとを有する直列共振回路である。送電共振器および受電共振器の各々は、この例に限らず、並列共振回路であってもよい。
【００８５】
ここで、送電電力をＰｔｘ、受電電力をＰｒｘ、送電コイルＬｐと受電コイルＬｓとの間の結合係数をｋ、送電コイルＬｐ及び受電コイルＬｓのＱ値の相乗平均をＱｍとする。すると、受電電力Ｐｒｘは、以下の式（１）で表現できる。
Ｐｒｘ≒［１−２／（ｋ×Ｑｍ）］×Ｐｔｘ    ・・・式（１）
【００８６】
式（１）より、位置ずれまたは異物の侵入によって結合係数ｋおよびＱｍの少なくとも一方が低下すると、受電電力が低下することがわかる。その場合、送電制御回路１５は、失った電力を補うために、送電電力を増加させるように制御パラメータＱを変化させる。
【００８７】
位置ずれが生じたときは、送電コイルＬｐと受電コイルＬｓとの間の結合係数ｋが主として低下する。一方、異物がコイル間に侵入したときは、送電コイルＬｐと受電コイルＬｓとの間の磁界が遮られることによる結合係数ｋの低下に加え、異物が侵入したことによるＱｍの低下の２つの効果が生じる。
【００８８】
したがって、位置ずれが生じた場合よりも異物が侵入した場合の方が、受電電力の低下量が大きい。その結果、位置ずれが生じたときよりも異物が侵入したときの方が、送電電力の増加量が大きくなる傾向があるといえる。
【００８９】
ところが、本発明者らは、位置ずれが生じた場合の電力差ΔＰｃと、コイル間に異物が侵入した場合の電力差ΔＰｏとが、ほぼ同じ値（ΔＰｃ≒ΔＰｏ）になることがあることを発見した。その場合、位置ずれが生じた場合とコイル間に異物が侵入した場合とを区別することができない。
【００９０】
本発明者らは、この新たな課題を解決するための方法を検討する過程で、以下のことを発見した。すなわち、位置ずれが生じた場合の送電電力の差ΔＰｃと、コイル間に異物が侵入した場合の送電電力の差ΔＰｏとが同じ場合でも、送電電圧Ｖに差が生じ得るということを発見した。
【００９１】
以下、表１を参照しながら、定性的にではあるが、上記現象について説明する。
【００９２】
【表１】
0006704179.tif 000002
【００９３】
表１は、位置ずれが生じた場合と異物の侵入が生じた場合のそれぞれにおける、送電電力Ｐ（ｔ１）、Ｐ（ｔ２）、および電力差ΔＰの値の一例を示している。より具体的には、位置ずれが生じて電力差ΔＰｃが１．２５Ｗになった場合、および送電コイルと受電コイルとの間に異物が侵入して電力差ΔＰｏが１．２５Ｗになった場合のそれぞれにおける送電電圧Ｖ、電流Ｉ、及び送電コイルでのインピーダンスＲ（＝Ｖ／Ｉ）の変化を示している。
【００９４】
送電電力の電力差ΔＰは、以下の式（２）で表される。
電力差ΔＰ＝P(t2)−P(t1) = V(t2)×I(t2)−V(t1)×I(t1)
＝[V(t2)]2/[R(t2)]−[V(t1)]2/[R(t1)]  ・・・  式（２）
【００９５】
表１のように、位置ずれが生じた場合も、異物が侵入した場合もP(t1)の値が例えば、１Ｗで同じである場合、式（２）の右辺より、[V(t1)]2/[R(t1)]の値が同じになる。一般に、位置ずれ及び異物侵入が生じる前のP(t1)の値は、位置ずれ及び異物侵入が生じた後のP(t2)より小さい。P(t2)と比較すると、位置ずれする前のP(t1)の値と異物侵入する前のP(t1)の値は、ほぼ等しいと言える。
【００９６】
よって、電力差ΔＰは、[V(t2) ]2/R(t2)の変化に応じて変化することになる。
【００９７】
しかし、ここでは、電力差ΔＰが同じである２つの場合を比較しているので、式（２）の右辺より[V(t2)]2/R(t2)も同じになる。この場合、V(t2)は、[V(t2)]2/R(t2)が一定となるように変化するので、R(t2)が大きい程大きくなる。
【００９８】
表１に示す例では、位置ずれが生じた場合のインピーダンスR(t2)は１Ωである。一方、異物が侵入した場合のインピーダンスR(t2)は２．２５Ωである。このように、インピーダンスR(t2)は、位置ずれが生じた場合より異物が侵入した場合の方が大きくなっていることが分かる。
【００９９】
よって、電力差ΔＰが同じ場合、V(t2)は、位置ずれが生じた場合（１．５Ｖ）より異物が侵入した場合（２．２５Ｖ）の方が大きくなる。
【０１００】
ここで、R(t2)が大きくなることは、R(t1)からR(t2)への変化、すなわち送電コイルのインピーダンスＲの変動も大きくなることを意味する。また、V(t2)が大きくなることは、V(t1)からV(t2)への変化、すなわち送電電圧Ｖの変動も大きくなることを意味する。
【０１０１】
即ち、位置ずれが生じた場合においては、送電コイルと受電コイルとの間に異物がないので、送電コイルのインピーダンスの変動は小さい。一方、異物が侵入した場合においては、送電コイルと受電コイルとの間の異物が負荷となるため、インピーダンスの変動が大きくなる。
【０１０２】
これらの物性により、定性的には、電力差△Ｐが同じであっても、位置ずれが生じたときよりも異物が侵入したときの方がインピーダンスＲの変動が大きくなり、送電電圧Ｖの変動（単に、電圧値の差ΔＶとも言う）も大きくなることが分かる。
【０１０３】
このことに着目して、本発明者らは、電力差△Ｐと電圧値の差ΔＶとの両方のパラメータで評価することにより、送電コイルと受電コイルとの位置ずれが生じたのか、送電コイルと受電コイルとの間に異物が侵入したのかを高精度で見分けることができる方法を見出すに至った。
【０１０４】
ここで、送電電圧Ｖを決定する制御パラメータの差ΔＱと、送電電圧の差ΔＶとの間には、１対１の対応関係がある。よって、制御パラメータの差ΔＱを送電電圧の差ΔＶに置き換えることができる。
【０１０５】
以上のように、電力差△Ｐと制御パラメータの差ΔＱとの両方のパラメータで評価することにより、位置ずれが生じたのか、異物が侵入したのかを高い精度で見分けることができる。
【０１０６】
＜位置ずれ及び異物侵入を識別する動作のフローチャート＞
図７は、本実施形態における位置ずれと異物侵入とを識別する動作の一例を示すフローチャートである。図７を参照しながら、本実施形態における位置ずれと異物侵入とを識別する動作を説明する。
【０１０７】
まず、ユーザによる送電開始指令を受けると、送電制御回路１５は、送電を開始するために、送電電圧を決定する制御パラメータＱの初期値（例えば、送電周波数：１００ｋＨｚ、位相差：１７０度）をメモリ１４から読み出す。そして、上記制御パラメータ値で送電を開始する（ステップＳ１）。
【０１０８】
ここで、ユーザによる送電開始指令は、例えば、ユーザが直流電源０のスイッチをオンにすることによって送電制御回路１５に送信される信号であり得る。あるいは、受電共振器３、受電回路４、負荷５を内蔵した受電装置６（端末）が、送電装置１の充電台の上に置かれることにより、送電制御回路１５に送信される送電トリガであり得る。さらに、送電コイル２ａと受電コイル３ａとの位置合わせが完了したときに送電制御回路１５に送信される信号であってもよい。
【０１０９】
送電開始後、送電制御回路１５は、送電しながら、上述したように負荷５への出力電圧が一定になるように制御パラメータＱを調整する。その後、送電制御回路１５は、送電電力が所定の範囲に収束し、定常状態となるまで待機する（ステップＳ２）。これにより、送電開始時の電圧や電力の初期変動による異物検出処理の誤判定を防ぐ効果がある。
【０１１０】
その後、異物検出処理に移行する（ステップＳ３）。異物検知処理では、送電制御回路１５は、送電電力Ｐ（ｔ）のデータをサンプリング間隔Δｔでメモリに逐次記録する。ただし、記憶領域は有限なので、たとえば、Δｔ＝１秒、配列要素数を１０として、現在から過去１０秒前までのデータを記録する。このように所定の期間のデータのみを保持することでメモリ領域を節約することができる。記録の都度、送電制御回路１５は、送電電力Ｐ（ｔ）が増加したか否かを判定する（ステップＳ４）。送電電力Ｐ（ｔ）が増加した場合、送電制御回路１５は、その増加の直前の時刻を第１の時刻ｔ１とし、Ｐ（ｔ１）の値を変数Ｐ１に記録し、Ｑ（ｔ１）の値を変数Ｑ１に記録する（ステップＳ５）。この時点では異物が侵入したのか、端末の位置がずれたのかを判定できない。
【０１１１】
次に、静止状態検知処理（ステップＳ６）に移行する。静止状態検知処理では、送電制御回路１５は、送電電力Ｐ（ｔ）の時間的な変化が十分に小さくなったか否かを判断する。異物が送電コイルと受電コイルとの間に侵入した瞬間は、送電電力が増加するものの、侵入後異物がコイル間で静止すると、送電電力の増加はやがて停止し、定常状態に落ち着く。つまり送電電力Ｐ（ｔ）の時間的変化が小さくなる。その時点をｔ２とし、送電制御回路１５は、Ｐ（ｔ２）の値を変数Ｐ２に記録し、Ｑ（ｔ２）の値を変数Ｑ２に記録する（ステップＳ７）。
【０１１２】
以上の処理が完了すると、変数Ｐ２とＰ１とを用いて、異物の侵入または位置ずれの発生の前後の電力差を計算できる。また、変数Ｑ２とＱ１とを用いて、異物の侵入または位置ずれの発生の前後の制御パラメータの差を計算できる。よって、送電制御回路１５は、ΔＰ＝Ｐ２−Ｐ１およびΔＱ＝Ｑ２−Ｑ１を計算する（ステップＳ８）。
【０１１３】
続いて、異物判定処理（ステップＳ９）に移行する。異物判定処理では、送電制御回路１５は、ΔＰとΔＱの少なくとも一方が、それぞれに関連付けられた所定範囲に収まっている場合には、位置ずれが生じていると判定する（ステップＳ１２）。この場合、ステップＳ４に戻って送電を継続する。一方、ΔＰとΔＱの両方が、それぞれに関連付けられた所定範囲から外れている場合には、送電制御回路１５は、異物が侵入していると判定する（ステップＳ１０）。この場合、送電制御回路１５は、送電を停止する（ステップＳ１１）。
【０１１４】
なお、受電端末の種類によって定常時の送電電力Ｐは異なり得る。また、位置ずれまたは異物侵入の程度によって制御パラメータＱの挙動も異なり得る。そこで、ΔＰとΔＱを、それぞれ時間ｔ１におけるＰ（ｔ１）とＱ（ｔ１）の値で割った以下の正規化された評価パラメータＸ、Ｙを用いて判定してもよい。
Ｘ＝ΔＰ／Ｐ（ｔ１）
Ｙ＝ΔＱ／Ｑ（ｔ１）
【０１１５】
Ｘを第１の評価パラメータ、Ｙを第２の評価パラメータと呼ぶ。これらの評価パラメータを用いることにより、端末の種類、または位置ずれもしくは異物侵入の程度の差異に起因する制御パラメータの値のばらつきを抑制し、誤検知の確率をさらに低減することができる。この効果についての詳細は後述する実施例において説明する。
【０１１６】
本実施形態では、送電電圧Ｖを決定する制御パラメータＱを用いる例を説明したが、上述したように送電電圧Ｖ自体を用いてもよい。その場合でも、同様の処理により、位置ずれと異物侵入とを識別することができる。
【０１１７】
以上のように、本実施形態によれば、送電電力の差△Ｐ、並びに、送電電圧の差ΔＶ及び制御パラメータの差ΔＱのいずれか一方の２つのパラメータを用いて、位置ずれの発生及びコイル間への異物の侵入を評価する。これにより、位置ずれが生じた場合の電力差ΔＰｃと、送電コイルと受電コイルとの間に異物が侵入した場合の電力差ΔＰｏとが、ほぼ同じ値（ΔＰｃ≒ΔＰｏ）になる場合であっても、即ち、送電電力の差△Ｐが所定の閾値ΔＰｔｈに近い場合であっても、コイル間の位置ずれが生じたのか、コイル間に異物が侵入したのかを高い精度で見分けることができる。
【０１１８】
本実施形態の異物検知方法では、送電装置１の側で送電電力の差△Ｐ、及び送電電圧の差ΔＶ若しくは制御パラメータの差ΔＱを算出するので、受電装置６から受電電力のデータを取得する必要がない。つまり、受電電力のデータの取得のための時間的な制約（例えば、最大約数ｓｅｃの待機時間）がない。このため、送電装置１の側で任意に第１の時刻ｔ１及び第２の時刻ｔ２を設定できる。よって、タイミングを逃さず、送電コイルと受電コイルとの間に異物が侵入したか否かを判断できる。
【０１１９】
（実施形態２）
図８は、実施形態２における無線電力伝送システムを示す概略構成図である。本実施形態は、送電装置１が制御パラメータＱを測定するセンサ回路２０（単にセンサとも呼ぶ）を備える点で、実施形態１とは異なる。
【０１２０】
実施形態１では、送電制御回路１５が制御パラメータＱを変化させることにより、インバータ回路１０の出力波形を変化させる。制御パラメータＱは、前述のように、例えばインバータ回路１０から出力される送電電圧の出力時間比を決定するパラメータおよび周波数のうちの少なくとも１つであり得る。送電電圧の出力時間比を決定するパラメータは、例えば、送電制御回路１５からインバータ回路１０に出力される２つのパルス信号の位相差、または各パルス信号のデューティ比であり得る。
【０１２１】
しかし、送電電圧が目標値になるように制御パラメータＱを変化させても、インバータ回路１０がノイズや周囲温度の影響を受けて、目標電圧とは異なる電圧で動作する場合があり得る。
【０１２２】
そこで、実施形態２では、制御パラメータＱを測定するセンサ２０を送電装置１内に設け、実際の制御パラメータＱの値をセンサ２０で測定して利用する。これにより、異物侵入時の制御パラメータＱの変化量を正確に保持（例えばメモリに記録）することができる。
【０１２３】
センサの出力をＳ（ｔ）とすると、本実施形態における制御回路１５は、第１の時刻ｔ１におけるセンサ出力Ｓ（ｔ１）と、第２の時刻ｔ２におけるセンサ出力Ｓ（ｔ２）とから、センサ出力の差ΔＳ＝Ｓ（ｔ２）−Ｓ（ｔ１）を計算する。センサ出力の差ΔＳを、上述した制御パラメータの差ΔＱと置き換えることで、送電コイルと受電コイルとの位置ずれが生じたのか、送電コイルと受電コイルとの間に異物が侵入したのかを高い精度で見分けることができる。また、タイミングを逃さず、送電コイルと受電コイルとの間に異物が侵入したか否かを判断できる。
【０１２４】
上述したように、受電端末の種類によっては定常時のセンサ出力Ｓは異なり得る。このため、Ｚ＝ΔＳ／Ｓ（ｔ１）と正規化した評価パラメータを用いて判定を行ってもよい。このようにすることで、端末の種類に依存して制御パラメータの値に変化が生じることを抑制し、誤検知の確率を低減させることができる。
【０１２５】
（他の実施形態）
これまでに説明した電力Ｐおよび制御パラメータＱ等の取得時刻ｔ１、ｔ２（およびｔ３、ｔ４）については、動的に変更してもよい。これにより、さらなる検出精度の向上を実現し得る。実施形態１および２に係る送電装置１は、受信回路１６によって受電装置６から受け取った受電電力の値とその目標値との誤差が所定の値よりも小さく収束した時点を第２の時刻ｔ２としてもよい。このようにすることで、送電電力の増加に伴う受電電力の増加量を確実に査定することができ、検出精度を向上させることができる。また、受電装置６から受け取った受電電力と目標値との誤差が所定の値よりも大きく変化した時点よりも以前の時刻を第１の時刻ｔ１としてもよい。このようにすることで、電力変動が僅かである場合に異物検出処理における誤動作を起こす可能性を低減できる効果がある。
【０１２６】
異物検出時に送電を停止した場合、ユーザの安全性を確保できるものの、改めて送電すると再度発熱の危険性が生じることとなる。この危険性は、本開示の実施形態における送電装置が異物を検出した際、異物を検出したことを示す判定フラグをメモリ等に記録し、電力Ｐ（ｔ２）および制御パラメータＱ（ｔ２）をメモリに保持し続けることで回避できる。メモリには異物がかつて存在したことを示すデータが記録されているため、送電を停止した後も、異物が取り除かれるまでは送電を開始しないように制御することができる。これにより、使用者の安全性を確保できるという効果がある。異物が取り除かれないまま送電を万が一開始した場合においても、送電停止時に記録したデータを参照し、再送電時のＰ（ｔ）およびＱ（ｔ）と比較することで、異物が依然として残留しているか否かを判定することができる。その結果、再送電後も直ちに再度送電停止処理を実行でき、発熱のリスクを低減できる。
【０１２７】
磁界の分布は目に見えないため、送電装置１または受電装置６に表示部（ＬＥＤや液晶画面など）をさらに設け、送電を停止した際に表示部の状態を変更することで視覚的にユーザに危険を通知させてもよい。例えば、図９に示すように、送電装置１は表示部１９（ＬＥＤ等のランプ）をさらに備えていてもよい。この例では、送電制御回路１５は、例えば異物を検出して送電を停止する際、表示部１９の表示状態（例えば、色または明るさ）を変更する制御を行う。これにより、ユーザは異物が侵入したことを知ることができ、安全性を向上させることができる。表示部１９に代えて、受電装置６の表示部（例えば、ＬＥＤ等のランプまたはディスプレイ）の表示状態を変更してもよい。あるいは、送電装置１または受電装置６が備えるスピーカーから音声情報としてユーザに異物の存在を通知してもよい。
【０１２８】
（実施例１）
次に、本開示の実施例を説明する。
【０１２９】
送電コイル（外形１２ｍｍ×５０ｍｍ）と受電コイルとを正対させた状態を初期状態として、１）送電コイルと受電コイルとを水平に、０ｍｍ、６ｍｍ、１２ｍｍずらした場合、２）送電コイルと受電コイルとの間に以下の６種類の組み合わせで異物を侵入させた場合のそれぞれについて、電力差ΔＰおよび電圧差ΔＶを測定した。
【０１３０】
受電コイルはＡタイプ（φ３２ｍｍ、ＳＯＣ＝４０％）、Ｂタイプ（φ３２ｍｍ、ＳＯＣ＝６０％）、Ｃタイプ（４０×３０ｍｍ、ＳＯＣ＝７０％）と、コイル形状および充電状態（Ｓｔａｔｅ  ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅ）について種々の条件のものを選定した。このため、前述のとおり、正規化処理を行い、端末の個体差を低減させた。金属異物として、直径１５ｍｍの鉄片と直径２２ｍｍのアルミリングを用いた。ここで、ＳＯＣは、充電される電池の残量を表す。コイル間で伝送されたエネルギーを最終的に消費するのは電池である。電池は残量によって負荷抵抗値が変化する。よって、本実施例では、電池の負荷抵抗値が変化しても本実施例の判別法を適用できることを示すため、異なるＳＯＣで測定したデータを提示している。
【０１３１】
測定結果を図１０に示す。図中凡例のｍｏｖｅは位置ずれが生じた場合の結果を、ｓｔｅｅｌは異物（鉄片）が侵入した場合の結果を、ａｌｕｍｉｎｕｍは異物（アルミリング）が侵入した場合の結果を示している。横軸は正規化された電力差ΔＰを、縦軸は正規化された電圧差ΔＶを示している。
【０１３２】
上述したように、定性的には、位置ずれが生じた場合の電力差ΔＰは、異物が侵入した場合の電力差ΔＰよりも小さいことが多い。このため、図１０に示すように、例えばΔＰ＜０．２ならば位置ずれが生じ、ΔＰ≧０．２ならば異物が侵入したと判定できる場合もある。
【０１３３】
しかし、異物の大きさ、並びに送電コイル及び受電コイルの形状や材質によっては、位置ずれが生じたときの電力差ΔＰと、異物が侵入したときの電力差ΔＰとが同程度の値になる場合がある。
【０１３４】
図１０のａ点（受電コイルＣ／ｍｏｖｅ）とｂ点（受電コイルＣ／ｓｔｅｅｌ）の電力差ΔＰは近接している。測定精度が悪ければ、ａ点とｂ点とがほぼ同じ電力差ΔＰと判断され、ａ点およびｂ点が、位置ずれが生じた場合の結果なのか、異物が侵入した場合の結果なのかを区別できなくなる虞がある。
【０１３５】
そこで、縦軸に電圧差ΔＶのパラメータを加えることで、ａ点（受電コイルＣ／ｍｏｖｅ）とｂ点（受電コイルＣ／ｓｔｅｅｌ）との間のユークリッド距離が増大する。その結果、より明確に両者を区別することが可能となる。
【０１３６】
両者の区別の方法として、例えば図１０において楕円の方程式で表される曲線部に囲まれた範囲内に測定値が存在する場合は端末の位置がずれたと判断して送電を継続し、それ以外の場合には異物が侵入したと判断して送電を停止する方法でもよい。
【０１３７】
この範囲を規定する閾値の曲線は、電力差ΔＰに対して制御パラメータの差ΔＱ（例えば、電圧差ΔＶ）が一義的に決まる関数であってもよい。この範囲を規定する閾値の曲線は、曲線に限定されず、例えば図１１に破線で示すように連続した直線（一次方程式）でもよい。直線を用いる場合、判定のための演算が簡略化され、処理を高速化できるという効果がある。また、閾値の範囲指定は、曲線および直線の組み合わせによって行ってもよい。
【０１３８】
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、上記の実施形態に限定されず、例えば以下の項目に記載の構成を備える。
【０１３９】
［項目１］
受電共振器を備えた受電装置に対して非接触で交流の送電電力を伝送する送電装置であって、
前記受電共振器と電磁的に結合して前記送電電力を伝送する送電共振器と、
前記送電共振器に出力する前記送電電力を生成するインバータ回路と、
前記受電装置から入力された、前記受電装置内の電圧の値を示す情報に基づき前記送電電力の電圧を決定する制御パラメータＱを調整し、前記インバータ回路が出力する前記送電電力の大きさを制御する送電制御回路と、を備え、
前記送電制御回路は、
送電開始から所定の時間が経過し前記送電電力が所定の範囲に収束した状態において、
第１単位時間の始点である第１の時刻ｔ１における送電電力Ｐ（ｔ１）、及び、前記第１単位時間の終点である第２の時刻ｔ２における送電電力Ｐ（ｔ２）を算出し、
第２単位時間の始点である第３の時刻ｔ３における前記送電電力の電圧を決定する制御パラメータＱ（ｔ３）、及び、前記第２単位時間の終点である第４の時刻ｔ４における前記送電電力の電圧を決定する制御パラメータＱ（ｔ４）を保持し、
電力差ΔＰ＝Ｐ（ｔ２）−Ｐ（ｔ１）と制御パラメータの差ΔＱ＝Ｑ（ｔ４）−Ｑ（ｔ３）とを算出し、
前記電力差ΔＰが第１閾値以上の場合、かつ、前記制御パラメータの差ΔＱの絶対値が第２閾値以上の場合、前記受電共振器と前記送電共振器との間に異物が存在すると判断し、前記インバータ回路に前記送電電力を減少させ、
前記電力差ΔＰが第１閾値未満の場合、又は、前記制御パラメータの差ΔＱの絶対値が第２閾値未満の場合、前記受電共振器と前記送電共振器との間に異物が存在しないと判断し、前記インバータ回路から前記送電電力と同じ電力の電力送電を継続させる、
送電装置。
【０１４０】
上記態様によると、電力差△Ｐと制御パラメータの差ΔＱの両方のパラメータに基づいて評価することにより、位置ずれが生じた場合の電力差ΔＰｃと異物が侵入した場合の電力差ΔＰｏとが、ほぼ同じ値（ΔＰｃ≒ΔＰｏ）になる場合であっても、すなわち、電力差△Ｐが所定の閾値ΔＰｔｈに近い場合であっても、位置ずれが生じたのか、コイル間に異物が侵入したのかを高い精度で見分けることができる。
さらに、送電装置における電力差△Ｐと制御パラメータの差ΔＱとに基づいて上記判断が行われるので、例えば約数ｓｅｃの長い間隔で受電装置から伝送される受電電力のデータを取得する必要がない。電力差ΔＰと制御パラメータの差ΔＱとの算出を、数ｓｅｃよりも十分に短い間隔（例えば、数ｍｓｅｃの間隔）で行うことにより、送電コイルと受電コイルとの間に異物が侵入したか否かを直ちに判断することができる。
【０１４１】
［項目２］
前記第２の時刻ｔ２は、前記第１の時刻ｔ１から所定の時間経過後であって、前記送電電力が増加した後において、所定時間当りの送電電力の変化量が一定範囲内に収束した時点である、
項目１に記載の送電装置。
上記態様によると、
前記第２の時刻ｔ２を、前記第１の時刻ｔ１から所定の時間経過後であって、前記送電電力が増加した後において、所定時間当りの送電電力の変化量が一定範囲内に収束した時点とすることで、高い精度で前記送電共振器の送電コイルと前記受電共振器の受電コイルとの間に異物が侵入したと判断できる。また、前記電力差ΔＰおよび制御パラメータの差ΔＱを用いることで、送電コイルと受電コイルとの位置ずれと異物侵入とを高い精度で見分けることができる。
【０１４２】
［項目３］
前記送電制御回路は、前記電力差ΔＰが前記第１閾値以上であり、かつ、前記制御パラメータの差ΔＱの前記絶対値が前記第２閾値以上の場合、前記インバータ回路に前記送電電力を停止させる、
項目１または２に記載の送電装置。
上記態様によると、
前記インバータ回路により送電電力を停止させることで、異物の過熱を防ぐことができる。
【０１４３】
［項目４］
前記制御パラメータＱは、前記インバータ回路から出力される電圧がゼロではない値をもつ期間の周期に対する割合である出力時間比を決定するパラメータ、および前記電圧の周波数のうちの少なくとも１つを含む、
項目１から３のいずれか１項に記載の送電装置。
上記態様によると、
制御パラメータＱとして、前記インバータ回路から出力される電圧がゼロではない値をもつ期間の周期に対する割合である出力時間比を決定するパラメータ、および前記電圧の周波数の少なくとも一方を用いることにより、２つのコイルの位置ずれまたは異物の侵入をより高い精度で検出できる。
【０１４４】
［項目５］
前記インバータ回路は、４つのスイッチング素子を有し、
前記４つのスイッチング素子は、入力された電圧と同じ極性の電圧を導通時に出力する第１スイッチング素子対と、入力された電圧と逆の極性の電圧を導通時に出力する第２スイッチング素子対とを含み、
前記送電制御回路は、前記４つのスイッチング素子の各々に、導通および非導通の状態を切り替えるパルス信号を出力し、
前記制御パラメータＱは、前記送電制御回路から前記第１スイッチング素子対に出力される２つのパルス信号の位相差、および前記第２スイッチング素子対に出力される他の２つのパルス信号の位相差を含む、
項目１から４のいずれか１項に記載の送電装置。
上記態様によると、
制御パラメータＱとして、スイッチング素子対に出力される２つのパルス信号の位相差を用いることにより、２つのコイルの位置ずれまたは異物の侵入をより高い精度で検出できる。
【０１４５】
［項目６］
第１の評価パラメータＸ＝ΔＰ／Ｐ（ｔ１）及び第２の評価パラメータＹ＝ΔＱ／Ｑ（ｔ３）のそれぞれが、それぞれに関連付けられた所定の範囲から外れているとき、前記インバータ回路に前記送電電力を減少させる、
項目１から５のいずれか１項に記載の送電装置。
上記態様によると、
正規化することで、端末の種類や位置ずれの仕方による変化量の差を抑制し、誤検知の確率をさらに低減できる。
【０１４６】
［項目７］
前記送電装置は表示部をさらに備え、
前記送電制御回路は、前記異物を検出し送電を停止する際、前記表示部の表示状態を変更する制御を行う、
項目４から６のいずれか１項に記載の送電装置。
上記態様によると、
ユーザは、送電が停止したことを前記表示部により知ることができるので、送電装置に異常が起こったことを知ることができる。
【０１４７】
［項目８］
受電共振器を備えた受電装置に対して非接触で交流の送電電力を伝送する送電装置であって、
前記受電共振器と電磁的に結合して前記送電電力を伝送する送電共振器と、
前記送電共振器に出力する前記送電電力を生成するインバータ回路と、
前記受電装置から入力された、前記受電装置内の電圧の値を示す情報に基づき前記送電電力の電圧を決定する制御パラメータを調整し、前記インバータ回路が出力する前記送電電力の大きさを制御する送電制御回路と、を備え、
前記送電制御回路は、
送電開始から所定の時間が経過し前記送電電力が所定の範囲に収束した状態において、
第１単位時間の始点である第１の時刻ｔ１における送電電力Ｐ（ｔ１）、及び、前記第１単位時間の終点である第２の時刻ｔ２における送電電力Ｐ（ｔ２）を算出し、
第２単位時間の始点である第３の時刻ｔ３における前記送電電力の電圧値Ｖ（ｔ３）、及び、前記第２単位時間の終点である第４の時刻ｔ４における前記送電電力の電圧値Ｖ（ｔ４）を保持し、
電力差ΔＰ＝Ｐ（ｔ２）−Ｐ（ｔ１）と電圧値の差ΔＶ＝Ｖ（ｔ４）−Ｖ（ｔ３）とを算出し、
前記電力差ΔＰが第１閾値以上の場合、かつ、前記電圧値の差ΔＶが第２閾値以上の場合、前記受電共振器と前記送電共振器との間に異物が存在すると判断し、前記インバータ回路に前記送電電力を減少させ、
前記電力差ΔＰが第１閾値未満の場合、又は、前記電圧値の差ΔＶが第２閾値未満の場合、前記受電共振器と前記送電共振器との間に異物が存在しないと判断し、前記インバータ回路から前記送電電力と同じ電力の電力送電を継続させる、
送電装置。
上記態様によると、電力差△Ｐと電圧差ΔＶの両方のパラメータに基づいて評価することにより、位置ずれが生じた場合の電力差ΔＰｃと異物が侵入した場合の電力差ΔＰｏとが、ほぼ同じ値（ΔＰｃ≒ΔＰｏ）になる場合であっても、すなわち、電力差△Ｐが所定の閾値ΔＰｔｈに近い場合であっても、位置ずれが生じたのか、コイル間に異物が侵入したのかを高い精度で見分けることができる。
さらに、送電装置における電力差△Ｐと電圧差ΔＶとに基づいて上記判断が行われるので、例えば約数ｓｅｃの長い間隔で受電装置から伝送される受電電力のデータを取得する必要がない。電力差ΔＰと電圧差ΔＶとの算出を、数ｓｅｃよりも十分に短い間隔（例えば、数ｍｓｅｃの間隔）で行うことにより、送電コイルと受電コイルとの間に異物が侵入したか否かを直ちに判断することができる。
【０１４８】
［項目９］
前記送電制御回路は、前記電力差ΔＰが前記第１閾値以上であり、かつ、前記電圧値の差ΔＶが前記第２閾値以上の場合、前記インバータ回路に前記送電電力を停止させる、
項目８に記載の送電装置。
上記態様によると、
前記インバータ回路により送電電力を停止させることで、異物の過熱を防ぐことができる。
【０１４９】
［項目１０］
第１の評価パラメータＸ＝ΔＰ／Ｐ（ｔ１）及び第３の評価パラメータＺ＝ΔＶ／Ｖ（ｔ３）のそれぞれが、それぞれに関連付けられた所定の範囲から外れているとき、前記インバータ回路に送電電力を減少させる、
項目８または９に記載の送電装置。
上記態様によると、
正規化することで、端末の種類や位置ずれの仕方による変化量の差を抑制し、誤検知の確率をさらに低減できる。
【０１５０】
［項目１１］
受電共振器を備えた受電装置に対して非接触で交流の送電電力を伝送する送電装置であって、
前記受電共振器と電磁的に結合して前記送電電力を伝送する送電共振器と、
前記送電共振器に出力する前記送電電力を生成するインバータ回路と、
前記受電装置から入力された、前記受電装置内の電圧の値を示す情報に基づき前記送電電力の電圧を決定する制御パラメータＱを調整し、前記インバータ回路が出力する前記送電電力の大きさを制御する送電制御回路と、
前記制御パラメータＱを計測するセンサ回路と、
を備え、
前記送電制御回路は、
送電開始から所定の時間が経過し前記送電電力が所定の範囲に収束した状態において、
第１単位時間の始点である第１の時刻ｔ１における送電電力Ｐ（ｔ１）、及び、前記第１単位時間の終点である第２の時刻ｔ２における送電電力Ｐ（ｔ２）を算出し、
第２単位時間の始点である第３の時刻ｔ３における前記送電電力の電圧を決定する制御パラメータＱ（ｔ３）を計測することによって得られた計測値Ｓ（ｔ３）、及び、前記第２単位時間の終点である第４の時刻ｔ４における前記送電電力の電圧を決定する制御パラメータＱ（ｔ４）を計測することによって得られた計測値Ｓ（ｔ４）を保持し、
電力差ΔＰ＝Ｐ（ｔ２）−Ｐ（ｔ１）と前記制御パラメータの計測値の差ΔＳ＝Ｓ（ｔ４）−Ｓ（ｔ３）とを算出し、
前記電力差ΔＰが第１閾値以上の場合、かつ、前記制御パラメータの計測値の差ΔＳの絶対値が第３閾値以上の場合、前記受電共振器と前記送電共振器との間に異物が存在すると判断し、前記インバータ回路に前記送電電力を減少させ、
前記電力差ΔＰが第１閾値未満の場合、又は前記制御パラメータの計測値の差ΔＳの絶対値が第３閾値未満の場合、前記受電共振器と前記送電共振器との間に異物が存在しないと判断し、前記インバータ回路から前記送電電力と同じ電力量の電力送電を継続させる、
送電装置。
上記態様によると、
前記インバータ回路は、ノイズや周囲温度の影響を受けて、目標とする制御パラメータとは異なる値で動作する場合がある。このような場合、制御パラメータＱを測定するセンサ回路を備えることにより、異物侵入時の実際の制御パラメ−タの値の変化をメモリに記録することができるため、より高い精度で異物を検出できる。
【０１５１】
［項目１２］
前記制御パラメータＱは、前記インバータ回路から出力される電圧がゼロではない値をもつ期間の周期に対する割合である出力時間比を決定するパラメータ、および前記電圧の周波数のうちの少なくとも１つを含む、
項目１１に記載の送電装置。
上記態様によると、
制御パラメータＱとして、前記インバータ回路から出力される電圧がゼロではない値をもつ期間の周期に対する割合である出力時間比を決定するパラメータ、および前記電圧の周波数の少なくとも一方を用いることにより、２つのコイルの位置ずれまたは異物の侵入をより高い精度で検出できる。
【０１５２】
［項目１３］
前記インバータ回路は、４つのスイッチング素子を有し、
前記４つのスイッチング素子は、入力された電圧と同じ極性の電圧を導通時に出力する第１スイッチング素子対と、入力された電圧と逆の極性の電圧を導通時に出力する第２スイッチング素子対とを含み、
前記送電制御回路は、前記４つのスイッチング素子の各々に、導通および非導通の状態を切り替えるパルス信号を出力し、  前記制御パラメータＱは、前記送電制御回路から前記第１スイッチング素子対に出力される２つのパルス信号の位相差、および前記第２スイッチング素子対に出力される他の２つのパルス信号の位相差を含む、
項目１１または１２に記載の送電装置。
上記態様によると、
制御パラメータＱとして、スイッチング素子対に出力される２つのパルス信号の位相差を用いることにより、２つのコイルの位置ずれまたは異物の侵入をより高い精度で検出できる。
【０１５３】
［項目１４］
第１の評価パラメータＸ＝ΔＰ／Ｐ（ｔ１）及び第４の評価パラメータＹ＝ΔＳ／Ｓ（ｔ３）のそれぞれが、それぞれに関連付けられた所定の範囲から外れているとき、前記インバータ回路に前記送電電力を減少させる、
項目１１から１３のいずれか１項に記載の送電装置。
上記態様によると、
正規化することで、端末の種類や位置ずれの仕方による変化量の差を抑制し、誤検知の確率をさらに低減できる。
【０１５４】
［項目１５］
項目１から１４のいずれか１項に記載の送電装置と、
受電装置と、を備える、無線電力伝送システム。
【産業上の利用可能性】
【０１５５】
本開示の送電装置及び送電装置を備えた無線電力伝送システムは、例えば、電気自動車、ＡＶ機器、電池、医療機器などへの充電あるいは給電を行う用途に広く適用可能である。本開示の実施形態によれば、送受電コイル間に存在する異物の過熱リスクを回避することができるとともに異物検知処理に伴う効率低下を低減することができる。
【符号の説明】
【０１５６】
０        直流電源
１        送電装置
２        送電共振器
２ａ      送電コイル
３        受電共振器
３ａ      受電コイル
４        受電回路
５        負荷
６        受電装置
７        送信回路
１０      インバータ回路
１４      メモリ
１５      送電制御回路
１６      受信回路
１８      ＤＣ−ＤＣコンバータ
１９      表示部
２０      センサ回路
２１〜２４  スイッチング素子
１０００  異物
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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