(57)【要約】【課題】送電側と受電側との間に存在する金属異物の検出精度を向上させる。【解決手段】  外部と電磁的に結合するコイル３１を少なくとも含む回路と、コイル３１の温度を検出する温度検出部３９と、回路のＱ値を測定する検知部３８と、温度検出部３９により検出された温度情報に基づいて、検知部３８が測定したＱ値を補正する補正部４０と、を有する。【選択図】図４
2013059236.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部と電磁的に結合するコイルを少なくとも含む回路と、
前記コイルの温度を検出する温度検出部と、
前記回路のＱ値を測定する検知部と、
前記温度検出部により検出された温度情報に基づいて、前記検知部が測定したＱ値を補正する補正部と、を有する
検知装置。
【請求項２】
補正後のＱ値と閾値を比較し、該補正後のＱ値が閾値を超えている場合に前記コイルと外部との間に金属異物が存在すると判定する判定部、をさらに備える
請求項１に記載の検知装置。
【請求項３】
前記補正部は、前記温度情報に基づいて閾値を補正し、
前記判定部は、前記補正後のＱ値が補正後の閾値を超えている場合に前記コイルと外部との間に金属異物が存在すると判定する
請求項２に記載の検知装置。
【請求項４】
前記補正後のＱ値は下記式で求められる
補正Ｑ値＝（定常温度Ｑ値）×｛１−（測定温度−定常温度）×（金属温度係数）｝
請求項１に記載の検知装置。
【請求項５】
前記補正後の閾値は下記式で求められる
補正閾値＝（定常温度閾値）×｛１−（測定温度−定常温度）×（金属温度係数）｝
請求項３に記載の検知装置。
【請求項６】
前記補正後のコイル間効率は補正Ｑ値を用いて下記式で求められる
補正コイル間効率値＝（補正１次側Ｑ値×補正２次側Ｑ値×ｋ）
／｛１＋√（１＋補正１次側Ｑ値×補正２次側Ｑ値×ｋ）｝２
請求項１に記載の検知装置。
【請求項７】
結合係数が小さい場合、前記補正後のコイル間効率は下記式で近似される
補正コイル間効率値＝定常温度コイル間効率値−｛０．２×√（１次側測定温度×２次側測定温度）−定常温度｝
請求項６に記載の検知装置。
【請求項８】
前記閾値を保存するメモリを備え、
前記判定部は、前記メモリに保存されている閾値を読み出し、前記補正後のＱ値と比較する
請求項２に記載の検知装置。
【請求項９】
前記温度検出部により検出された前記コイルの温度が所定値を超えている場合、前記コイルと外部との電磁的な結合を停止させる制御部、を更に有する
請求項１に記載の検知装置。
【請求項１０】
前記温度検出部はサーミスタ用いて構成され、
前記検知部は、前記温度検出部から前記コイルの温度に応じた電圧値を取得し、該電圧値を用いて前記コイルの温度を検出する
請求項１に記載の検知装置。
【請求項１１】
外部から受電するのに用いられるコイルと、
前記コイルを少なくとも含む回路と、
前記コイルの温度を検出する温度検出部と、
前記回路のＱ値を測定する検知部と、
前記温度検出部により検出された温度情報に基づいて、前記検知部が測定したＱ値を補正する補正部と、を有する
受電装置。
【請求項１２】
外部へ送電するのに用いられるコイルと、
前記コイルを少なくとも含む回路と、
前記コイルの温度を検出する温度検出部と、
前記回路のＱ値を測定する検知部と、
前記温度検出部により検出された温度情報に基づいて、前記検知部が測定したＱ値を補正する補正部と、を有する
送電装置。
【請求項１３】
電力を無線により送電する送電装置と、該送電装置からの電力を受電する受電装置を含んで構成され、
前記送電装置又は前記受電装置の少なくとも一方は、
外部と電磁的に結合するコイルと、
前記コイルを少なくとも含む回路と、
前記コイルの温度を検出する温度検出部と、
前記回路のＱ値を測定する検知部と、
前記温度検出部により検出された温度情報に基づいて、前記検知部が測定したＱ値を補正する補正部と、を有する
非接触電力伝送システム。
【請求項１４】
温度検出部により送電又は受電に使用するコイルの温度を検出することと、
検知部により前記コイルを含む回路のＱ値を測定することと、
前記温度検出部により検出された温度情報に基づいて、前記検知部が測定したＱ値を補正すること
を含む検知方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、金属等の導体の存在を検知する検知装置、受電装置、送電装置、非接触電力伝送システム及び検知方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、非接触で電力を供給（ワイヤレス給電）する非接触電力伝送システムの開発が盛んに行われている。ワイヤレス給電を実現する方式としては、大きく２種類の手法が存在する。
【０００３】
一つは既に広く知られている電磁誘導方式であり、電磁誘導方式では、送電側と受電側の結合度が非常に高く、高効率での給電が可能である。しかし、送電側と受電側との間の結合係数を高く保つ必要があるため、送電側と受電側の距離を離した場合や位置ずれがある場合には、送電側と受電側のコイル間の電力伝送効率（以下、「コイル間効率」という。）が大きく劣化してしまう。
【０００４】
もう一つは磁界共鳴方式と呼ばれる手法であり、積極的に共振現象を利用することで給電元と給電先とで共有する磁束が少なくてもよいという特徴を持つ。磁界共鳴方式は、結合係数が小さくてもＱ値(Quality factor)が高ければコイル間効率が劣化しない。Ｑ値は、送電側又は受電側のコイルを有する回路の、エネルギーの保持と損失の関係を表す（共振回路の共振の強さを示す）指標である。すなわち送電側コイルと受電側コイルの軸合わせが不要で、送電側と受電側の位置や距離の自由度が高いというメリットがある。
【０００５】
非接触電力伝送システムにおいて重要な要素の一つが、金属異物の発熱対策である。電磁誘導方式又は磁界共鳴方式に限らず非接触で給電を行う際、送電側と受電側の間に金属が存在すると当該金属に渦電流が発生して発熱する恐れがある。この発熱を抑えるために、金属異物を検知する数多くの手法が提案されている。
【０００６】
例えば、送電側と受電側の間に金属異物が入ったときのパラメータ（電流、電圧等）の変化を見て、金属異物の有無を判断する手法が提案されている。このような手法であれば、デザイン制約等を課す必要がなくコストを抑えることができる。例えば、特許文献１では送電側と受電側の通信の際の変調度合いによって金属異物を検出する方法、特許文献２では渦電流損によって金属異物を検出する方法（ＤＣ−ＤＣ効率による異物検知）が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−２０６２３１号公報
【特許文献２】特開２００１−２７５２８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１、２により提案された手法は、受電側の金属筺体の影響が加味されていない。一般的な携帯機器への充電を考えた場合、携帯機器に何らかの金属（金属筐体、金属部品等）が使われている可能性が高く、パラメータの変化が「金属筺体等の影響によるもの」か、あるいは「金属異物が混入したことによるもの」なのかの切り分けが困難である。特許文献２を例に挙げると、渦電流損が携帯機器の金属筺体で発生しているのか、それとも送電側と受電側との間に金属異物が混入して発生しているのかがわからない。このように、特許文献１，２で提案された手法は、金属異物を精度よく検知できているとは言えない。
【０００９】
本開示は、上記の状況を考慮してなされたものであり、送電側と受電側との間に存在する金属異物の検出精度を向上させるものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本開示の一側面は、検知装置の温度検出部により送電又は受電に使用するコイルの温度を検出し、検知部によりコイルを含む回路のＱ値を測定し、温度検出部により検出された温度情報に基づいて、金属異物の検出のために用いるＱ値を補正する。
【００１１】
本開示の一側面によれば、外部と電磁結合するコイルの温度上昇による抵抗値の変化分だけ当該コイルを含む回路のＱ値が補正される。すなわち、コイルの温度（コイル温度）を、該コイルを含む回路のＱ値に反映できる。
【発明の効果】
【００１２】
本開示によれば、外部と電磁結合するコイルの温度（コイル温度）を、該コイルを含む回路のＱ値に反映し、送電側と受電側との間に存在する金属異物の検出精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】非接触電力伝送システムにおいて行われるＱ値測定の説明に供する概略回路図である。
【図２】Ａ，Ｂは、共振回路の他の例（並列共振回路）を示す回路図である。
【図３】非接触電力伝送システムにおけるコイル表面温度の測定結果を示すグラフである。
【図４】本開示の一実施形態に係るコイル温度検出機能を備える受電装置（２次側）の内部構成例を示す概略ブロック図である。
【図５】温度検出回路の一例を示す回路図である。
【図６】サーミスタの温度特性例である。
【図７】サーミスタの実装形態の説明に供する概略平面図である。
【図８】本開示の一実施形態に係る非接触電力伝送システムに用いられる送電装置（１次側）の内部構成例を示す概略ブロック図である。
【図９】図５に示した受電装置（２次側）の内部構成例の要部を示すブロック図である。
【図１０】本開示の一実施形態に係る補正Ｑ値による金属異物検出のフローチャートである。
【図１１】Ｑ値とコイル間効率との関係例を示すグラフである。
【図１２】結合係数０．０１におけるＱ値とコイル間効率との関係例、及び近似した１次式を示すグラフである。
【図１３】本開示の一実施形態に係るコイル異常温度検出機能が付加された非接触電力伝送システムのフローチャートである。
【図１４】直列共振回路におけるインピーダンスの周波数特性を示すグラフである。
【図１５】並列共振回路におけるインピーダンスの周波数特性を示すグラフである。
【図１６】インピーダンスの実部成分と虚部成分の比からＱ値を計算するための回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に添付図面を参照しながら、本開示を実施するための形態の例について説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能又は構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複する説明を省略する。
【００１５】
なお、説明は以下の順序で行うものとする。
１．一実施形態（温度検出部：コイル温度に基づいてＱ値（及び閾値）を補正する例）
２．その他（検知部：変形例）
【００１６】
＜１．一実施形態＞
［導入説明］
本開示における金属異物検出の技術は、前述のＱ値の変化を用いて金属異物を検出する手法である。Ｑ値は、エネルギーの保持と損失の関係を表す指標であり、一般的に共振回路の共振のピークの鋭さ（共振の強さ）を表す値として用いられる。金属異物には、送電側（１次側）と受電側（２次側）の間に存在する金属などの導体を指し、導体には、広義の導体すなわち半導体も含まれる。
【００１７】
［Ｑ値測定の原理］
ここで、Ｑ値測定の原理について、図１を参照して説明する。
図１は、非接触電力伝送システムにおいて行われるＱ値測定の説明に供する概略回路図である。
この図１に示した送電装置１０の回路は、Ｑ値の測定原理を表した最も基本的な回路構成（磁界結合の場合）の一例である。図１は直列共振回路を備える回路を示したものであるが、共振回路の機能を備えていれば詳細な構成は種々の形態が考えられる。この共振回路のＱ値測定は、測定器（ＬＣＲメータ）でも用いられている手法である。
【００１８】
送電装置１０の１次側コイル１５の近くに金属異物として例えば金属片があると、磁力線が金属片を通過して金属片に渦電流が発生する。これは１次側コイル１５からは、金属片と１次側コイル１５が電磁的に結合して、１次側コイル１５に実抵抗負荷がついたように見え、１次側のＱ値を変化させる。このＱ値を測定することで、１次側コイル１５の近くにある金属異物（電磁結合している状態）の検知につなげる。
【００１９】
送電装置１０は、交流信号（正弦波）を発生させる交流電源１２及び抵抗素子１３を含む信号源１１と、キャパシタ（コンデンサとも呼ばれる）１４と、１次側コイル１５（送電コイル、コイルの一例）を備える。抵抗素子１３は、交流電源１２の内部抵抗（出力インピーダンス）を図示化したものである。信号源１１に対しキャパシタ１４と１次側コイル１５が直列共振回路（共振回路の一例）を形成するように接続されている。そして、測定したい周波数において共振するように、キャパシタ１４のキャパシタンスの値（Ｃ値）、及び１次側コイル１５のインダクタンスの値（Ｌ値）が調整されている。信号源１１とキャパシタ１４を含む送電部は、負荷変調方式などを利用して１次側コイル１５を通じて外部へ非接触で電力を伝送する。
【００２０】
直列共振回路を構成する１次側コイル１５とキャパシタ１４の両端間の電圧をＶ１（共振回路に掛かる電圧の一例）、１次側コイル１５両端の電圧をＶ２とすると、直列共振回路のＱ値は、式（１）で表される。
【数１】
2013059236.tif 000003
ｒｓ：周波数ｆにおける実効抵抗値
【００２１】
電圧Ｖ１がＱ倍されて電圧Ｖ２が得られる。１次側コイル１５に金属片が近づくと実効抵抗値ｒｓが大きくなり、Ｑ値が下がる。このように金属片が１次側コイル１５に近づくと、測定されるＱ値（電磁結合している状態）が多くの場合に減少する方向へ変化するので、この変化を検知することにより、１次側コイル１５の近くにある金属片を検知できる。
【００２２】
Ｑ値測定の説明において直列共振回路に接続して適用した例を説明したが、共振回路としてその他の共振回路を用いてもよい。図２Ａ，２Ｂにそれぞれ回路例を示す。
図２Ａの例では、キャパシタ１４Ｂと１次側コイル１５の並列共振回路に対し、キャパシタ１４Ａを直列に接続して共振回路を構成している。また、図２Ｂの例では、キャパシタ１４Ａと１次側コイル１５の直列共振回路に対し、キャパシタ１４Ｂを並列に接続して共振回路を構成している。図２Ａ，２Ｂに示す共振回路に得られる、１次側コイル１５及びキャパシタ１４Ａ間の電圧Ｖ１と、１次側コイル１５両端の電圧Ｖ２を利用して、Ｑ値を計算する。
以上、説明した直列共振回路及びその他の共振回路は、本開示の電磁結合状態検知方法の原理を説明するために例示したのであり、共振回路の構成をこれらの例に限定するものではない。
【００２３】
なお、送電装置（１次側）の共振回路の例を説明したが、この測定原理は受電装置（２次側）の共振回路にも同様に適用できる。
【００２４】
[本開示の概要]
上述したＱ値の変化を用いて金属異物を検出することにより、電磁誘導方式又は磁界共鳴方式によらず高精度で異物を取り除くことが可能である。しかしながら、この方法では外部と電磁結合するコイルの温度変化によって検出精度が劣化する可能性がある。一般的にコイルの発熱量はジュールの法則により次式で決まる。
【数２】
2013059236.tif 000004
【００２５】
すなわち、コイルの抵抗成分に流れる電流量で決まるのである。非接触電力電送システムは２つの装置間で給電及び充電することが目的のため、通信を目的とした無線通信システムと比較して給電時にはるかに大きな電流が流れる。それゆえ非接触電力伝送システムは、他のシステムと比較するとコイルの発熱量が大きくなる傾向にある。
【００２６】
図３に、非接触電力電送システムにおけるコイル表面温度（コイル温度）の測定結果を示す。測定時のコイルの周囲温度は２５℃、コイルに流した電流は５００ｍＡである。
図３より周囲温度が一定の環境下においてもコイルに電流が流れることにより、コイルの温度が使用中に時間の経過に伴い大きく変化することがわかる。
【００２７】
コイルの温度が変化すると金属の性質でコイルの抵抗値が変化するという問題がある。表１に主要な金属の温度係数を示す。温度別の数値は抵抗ρ（１０−８Ωｍ）を表している。
【００２８】
【表１】
2013059236.tif 000005
【００２９】
温度係数は１℃当たりで金属の抵抗値がどの程度変化するかを示している。例えばコイルに一般的に使用されている銅を例にとると、温度係数が０．００４３９であるから温度が１℃上がるとコイルの抵抗値が約０．４４％低下することを示している。すなわち銅のコイルを用いたときにコイル温度の変化量が１００℃であると仮定すると、このコイルの抵抗値は約４４％低下することになる。
【００３０】
次に、コイル温度とコイルのＱ値との関連を説明する。一般的にコイルのＱ値は上述した式以外にも次式で表わされる。
【数３】
2013059236.tif 000006
【００３１】
Ｑ値と抵抗値Ｒは反比例の関係にあり、抵抗値Ｒが変化するとＱ値も変化することになる。すなわち、コイルの温度上昇によって抵抗値Ｒが変化することによりＱ値も大きく変化してしまい、Ｑ値による金属異物検出の精度を損なう恐れがある。
実際に、磁性体の有無ごとにコイル温度を変化させて共振回路のＱ値を測定した結果を、表２に示す。表２中の各数値は、ある周波数でＱ値を測定したときの測定温度ごとの値である。Ｌはコイルのインダクタンス（Ｈ）、ＱはＱ値、Ｒｓはコイルのその周波数における抵抗値を表している。ここで磁性体は、スパイラルコイルの裏面に敷いた所定厚さのフェライト材である。
【００３２】
【表２】
2013059236.tif 000007
【００３３】
式（１）にも記載したとおり、Ｑ値は抵抗値Ｒｓによって決まる（反比例する）パラメータである。よって抵抗値Ｒｓが上昇することはＱ値の低下と等価である。表２においても、磁性体の有無に関わらず、抵抗成分の変化（上昇）に伴いＱ値が変化（減少）しており、Ｑ値の変化要因は確かに抵抗成分が支配的であることがわかる。例えば磁性体なしの場合、−２０℃から６０℃までのＱ値の変化分も約３２％と前述の温度係数とほぼ等しい結果となっている。（温度係数 約０．４％、温度変化 ８０℃の条件）。なお、表２の右側は、温度２５℃のときとその他の温度のときとの各項目の差をパーセントで表したものである。
【００３４】
以上の結果より、非接触電力電送システムにおいては多くの電流が流れることによってコイルが発熱し、抵抗値およびＱ値が給電中に大きく変化する可能性がある。そのような場合、Ｑ値および渦電流値（特許文献２参照）等の変化で異物を検出しようとした場合、精度劣化の原因となりうる。
【００３５】
そこで、本開示では、外部と電磁結合するコイルの温度（コイル温度）を、該コイルを含む回路のＱ値に反映して金属異物の検査を行うようにする。
【００３６】
以下、図４〜図７を参照して、コイルを含む回路のＱ値にコイル温度を反映するための構成例を説明する。
図４は、コイル温度検出機能を備える受電装置（２次側）の内部構成例を示す概略ブロック図である。本例では、Ｑ値測定時には、Ｑ値検出部３８とコイル温度検出部３９と異物判定部４０により、金属異物の有無を検知する。この受電装置３０は、検知装置の一例である。
【００３７】
受電装置３０は、一例として２次側コイル３１と、キャパシタ３２，３３と、整流部３４と、給電部３５と、給電制御部３６と、負荷変調部３７と、Ｑ値検出部３８（検知部の一例）と、コイル温度検出部３９（温度検出部の一例）と、異物判定部４０（補正部、判定部の一例）を備える。
【００３８】
受電装置３０では、並列接続した２次側コイル３１とキャパシタ３２の一端が該２次側コイル３１と直列接続したキャパシタ３３の一端に接続し、共振回路が構成されている。そして、この共振回路が、給電部３５に対し、整流部３４を介して接続されている。測定したい周波数において共振するように、２次側コイル３１のインダクタンスの値（Ｌ値）、及びキャパシタ３２，３３のキャパシタンスの値（Ｃ値）が調整されている。キャパシタ３２，３３及び整流部３４で構成される受電部は、２次側コイル３１を通じて外部から非接触で電力を受電する。２次側コイル３１の交流の誘起電圧は、整流部３４により直流電圧に変換されて給電部３５へ供給される。
【００３９】
給電部３５は、整流部３４での変換で得られた直流電圧の電圧レベルを調整して電源電圧を生成し、負荷３５Ａ又は各ブロックへ電力を供給する。負荷３５Ａは、例えばキャパシタ（二次電池）あるいは電気信号を処理する電子回路などである。
【００４０】
給電制御部３６は、給電部３５での電源電圧の生成や負荷３５Ａ等への電力の供給を制御する。また、給電制御部３６は、負荷変調部３７の動作を制御する。
【００４１】
負荷変調部３７は、給電制御部３６の制御に従い負荷変調処理を行う。なお、送電装置（１次側）でＱ値を測定してもよいが、測定の際に、受電装置３０（２次側）の負荷が変化する条件下では１次側Ｑ値が変化し、誤差となってしまう。そのため２次側の負荷が一定の条件下において、１次側の負荷を計測できることが望ましい。
【００４２】
そこで、本例では、直列接続した抵抗素子３７Ｒとスイッチング素子３７Ｔで構成した負荷変調部３７を、給電部３５の前段に並列に接続している。そして、送電装置がＱ値測定中である場合は、給電制御部３６が、図示しない通信部を介して送電装置が測定中であるという通知を受信し、スイッチング素子をオンする。抵抗素子３７Ｒの抵抗値を負荷３５Ａの抵抗値と比較して十分に大きいものとすることにより、負荷３５Ａの影響を抑えられる。このように、給電部３５前段の負荷変調部３７を制御することによって、１次側Ｑ値を測定する際に２次側の負荷抵抗値を一定にすることが可能となる。これにより１次側Ｑ値の測定精度を向上させることができる。なお、スイッチング素子３７Ｔには、一例としてパワーＭＯＳトランジスタ等のトランジスタを用いることができる。
【００４３】
Ｑ値検出部３８は、キャパシタ３３の両端の地点における電圧（図２Ａの電圧Ｖ１，Ｖ２に相当）を検出し、検出結果を異物判定部４０へ出力するものである。
【００４４】
コイル温度検出部３９は、コイル３１の温度を検出し、検出結果を異物判定部４０へ出力するものである。コイル温度検出部３９は、一例としてサーミスタを用いた温度検出回路により実現できる。
【００４５】
サーミスタを用いた温度検出回路の一例を、図５に示す。
この例では、サーミスタ３９Ａと抵抗素子３９Ｂが直列接続し、そのうちサーミスタ３９Ａ側が電源ラインに接続し、抵抗素子３９Ｂ側が接地端子に接続している。この温度検出回路に電圧ＶＤＤを印加し、このときサーミスタ３９Ａと抵抗素子３９Ｂの接続中点から出力される電圧Ｖｏｕｔを計測する。
サーミスタは、図６にサーミスタ特性例を示すように、温度によって抵抗値の変化量が決まっている。そのため、図５の電圧Ｖｏｕｔを計測することによってサーミスタ３９Ａの抵抗値が求められ、サーミスタ３９Ａの温度を検出することができる。
検出結果は、アナログ信号としてコイル温度検出部３９から異物判定部４０へそのまま出力する構成としてもよいし、コイル温度検出部３９でデジタル信号に変換した後、異物判定部４０へ出力する構成としてもよい。
【００４６】
２次側コイル３１の温度を測定するにあたり、図７のサーミスタ実装例に示すように、サーミスタ３９Ａを２次側コイル３１に極力接近させて配置する。今回の測定では、２次側コイル３１として例えばリッツ線を巻いたスパイラルコイルを用い、スパイラルコイルの裏面には、所定厚さのフェライト材の磁性体３１ａが敷いてある。２次側コイル３１の一部にサーミスタ３９Ａを当接させて配置することにより、２次側コイル３１の正確な温度を取得するようにしている。
【００４７】
本例では、負温度係数（NTC：Negative Temperature Coefficient）の特性を持つＮＴＣサーミスタを用いているがこれに限られない。例えば、正温度係数（PTC：Positive Temperature Coefficient）のＰＴＣサーミスタや、ある温度を超えると急激に抵抗値が減少するＣＴＲ（Critical Temperature Resistor）サーミスタを使用してもよい。
【００４８】
なお、コイルの温度を計測するために本例ではサーミスタを用いた方法を採用したが、気圧を用いて測る方法や赤外線を用いて測る方法等の一般的に知られる他の方法を用いても構わない。
【００４９】
図４の受電装置３０の内部構成例の説明に戻る。
異物判定部４０は、コイル温度検出部３９において検出されたコイル温度に基づいてＱ値検出部３８において検出されたＱ値を補正し、補正後のＱ値と閾値を比較して金属異物の有無を判定する。このとき、閾値についてもコイル温度に基づいて補正することが好適である。そして、金属異物有りと判定した場合、異物判定部４０は、給電制御部３６に対し給電部３５の動作を停止させるための制御信号を送信する。
【００５０】
[非接触電力伝送システムの構成例]
次に、本開示の非接触電力伝送システムに係る送電装置（１次側）及び受電装置（２次側）の具体的な構成例を説明する。
本開示の非接触電力伝送システムは、一例として送電装置と受電装置の両方にＱ値検出機能（検知部の一例）を有し、受電装置にコイル温度検出部を設けている。
【００５１】
（送電装置の構成例）
まず、送電装置について説明する。
図８は、非接触電力伝送システムに用いられる送電装置の内部構成例を示すブロック図である。図８に示した送電装置１０Ａは、図１に示した送電装置１０の具体的な構成例であり、検知装置の一例でもある。以下、図１との違いを中心に図８を説明する。
【００５２】
送電装置１０Ａは、検知部を構成する要素の一例として、整流部２１Ａ，２１Ｂと、アナログ−デジタル変換器（以下、「ＡＤＣ」という）２２Ａ，２２Ｂと、メイン制御部２３を備えている。検知部を構成する各要素を含む送電装置１０Ａの各ブロックは、信号源１１もしくは図示しないバッテリーから供給される電力により動作する。
【００５３】
整流部２１Ａは、１次側コイル１５とキャパシタ１４との間から入力される交流信号（交流電圧）を直流信号（直流電圧）に変換して出力する。同様に整流部２１Ｂは、信号源１１とキャパシタ５の間から入力される交流信号（交流電圧）を直流信号（直流電圧）に変換する。変換された各直流信号はそれぞれ、ＡＤＣ２２Ａ，２２Ｂへ入力される。
【００５４】
ＡＤＣ２２Ａ，２２Ｂの各々は、整流部２１Ａ，２１Ｂから入力されるアナログの直流信号をデジタルの直流信号に変換して、メイン制御部２３へ出力する。
【００５５】
メイン制御部２３は、制御部の一例であり、例えばＭＰＵ（Micro-Processing Unit）から構成され送電装置１０Ａ全体の制御を行う。このメイン制御部２３は、演算処理部２３Ａと判定部２３Ｂとしての機能を備える。
【００５６】
演算処理部２３Ａは、所定の演算処理を行うブロックであり、本例では、ＡＤＣ２２Ａ，２２Ｂより入力される直流信号から電圧Ｖ１と電圧Ｖ２の比、すなわちＱ値を計算し、計算の結果を判定部２３Ｂへ出力する。また、演算処理部２３Ａは、受電側（２次側）より金属異物の検知に係わる情報（電圧値、コイル温度などの物理量）を取得し、該情報に基づいて２次側のＱ値を計算することもできる。
【００５７】
判定部２３Ｂは、演算処理部２３Ａから入力される計算の結果（Ｑ値）を、不揮発性のメモリ２４に保存されている閾値と比較し、比較の結果に基づいて金属異物が近くにあるか否かを判定する。また、判定部２３Ｂは、上記受電側のＱ値と閾値を比較し、金属異物が近くにあるか否かを判定することもできる。
【００５８】
メモリ２４は、１次側コイル１５の近傍に何もない又は１次側コイル１５に何も置かれていない状態で予め測定された１次側Ｑ値の閾値（Ｒｅｆ_Ｑ１）を保存している。また、１次側と２次側との間の結合係数が保存されている。また、メモリ２４に、受電側（２次側）より取得した２次側Ｑ値の閾値が保存されていてもよい。
なお、後述するＤＣ−ＤＣ効率（コイル間効率）を用いて金属異物の検出を行う場合は、メモリ２４にコイル間効率の閾値を保存しておく。
【００５９】
通信部２５は、１次側通信部の一例であり、後述する（図９参照）受電装置３０Ａの通信部６０との間で通信を行う。例えば受電装置の２次側コイルを含む共振回路のＱ値や金属異物の有無の判定結果など、金属異物の検知に係わる情報の送受信を行う。また、メイン制御部２３の制御に従い信号源１１に交流電圧の発生及び停止を指示したりする。なお、通信部２５を介さず、メイン制御部２３から信号源１１へ直接指示を出すようにしてもよい。
受電装置との通信における通信規格としては、例えばＩＥＥＥ８０２．１１規格の無線ＬＡＮやＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）等を使用することができる。なお、１次側コイル１５と受電装置の２次側コイルを介して情報を伝送する構成としてもよい。
【００６０】
入力部２６は、ユーザ操作に応じた入力信号を生成し、メイン制御部２３に出力する。
【００６１】
送電装置１０ＡにＱ値検出機能（検知部）を設けたが、受電装置にＱ値検出機能があれば送電装置１０Ａに必ずしもＱ値検出機能を設けなくてよい。
【００６２】
（受電装置の構成例）
次に、受電装置について説明する。
図９は、非接触電力伝送システムに用いられる受電装置の内部構成例を示すブロック図である。図９に示した受電装置３０Ａは、図４に示した受電装置３０のより具体的な構成例であり、検知装置の一例でもある。本例の受電装置３０Ａは、給電時とＱ値測定時の回路をスイッチングにより切り替える構成としている。以下、図４との違いを中心に図９を説明する。
【００６３】
受電装置３０Ａは、２次側コイル３１と、キャパシタ３２，３３から構成される共振回路と、整流部３４を備え、負荷３５Ａへ電力を供給する構成を有する点は、図４と同じである。
【００６４】
キャパシタ３３の他端は整流部３４の一の入力端に接続し、並列接続した２次側コイル３１とキャパシタ３２の他端は整流部３４の他の入力端に接続している。
また、キャパシタ４１と第１スイッチ４２が直列に接続され、キャパシタ４１の一端が整流部３４の一の出力端に接続し、第１スイッチ４２の一端が整流部３４の他の出力端に接続している。そして、整流部３４の一の出力端が第２スイッチ４３を介して第１レギュレータ５２の入力端に接続し、第１レギュレータ５２の出力端は負荷３５Ａに接続し、他方、整流部３４の他の出力端がグラウンド端子に接続している。整流部３４の一の出力端には、第２レギュレータ５３も接続している。
【００６５】
第１レギュレータ５２は、出力する電圧や電流を常に一定に保つように制御しており、一例として５Ｖの電圧を負荷３５Ａへ供給する。同様に第２レギュレータ５３は、電圧や電流を一定に保ち、一例として３Ｖの電圧を各ブロックや各スイッチへ供給する。
【００６６】
キャパシタ３３の他端は、第３スイッチ５４Ａ、抵抗素子７２及び増幅器７１を介して、交流電源７０（発振回路）と接続している。また、キャパシタ３３の他端には、第３スイッチ５４Ｂを介して増幅器５５Ａの入力端が接続している。一方、キャパシタ３３の一端には、第３スイッチ５４Ｃを介して増幅器５５Ｂの入力端が接続している。また並列接続した２次側コイル３１とキャパシタ３２の他端が、第３スイッチ５４Ｄを介してグラウンド端子に接続している。
【００６７】
第１スイッチ４２（第１切替部の一例），第２スイッチ４３（第２切替部の一例），第３スイッチ５４Ａ〜５４Ｄ（第３切替部の一例）には、トランジスタやＭＯＳＦＥＴ等のスイッチング素子が適用される。本例ではＭＯＳＦＥＴを用いている。
【００６８】
本例では、図４のＱ値検出部３８（検知部）に相当する構成の一例として、増幅器５５Ａ，５５Ｂと、その後段のエンベロープ検出部５６Ａ，５６Ｂと、アナログ−デジタル変換器（以下、「ＡＤＣ」という）５７Ａ，５７Ｂと、メイン制御部５８（演算処理部５８Ａ、判定部５８Ｂ）を備えている。
【００６９】
増幅器５５Ａの出力端は、エンベロープ検出部５６Ａと接続している。エンベロープ検出部５６Ａは、キャパシタ３３の他端から第３スイッチ５４Ｂ及び増幅器５５Ａを経由して入力される交流信号（電圧Ｖ１に対応）の包絡線を検波し、検波信号をＡＤＣ５７Ａに供給する。
【００７０】
一方、増幅器５５Ｂの出力端は、エンベロープ検出部５６Ｂと接続している。エンベロープ検出部５６Ｂは、キャパシタ３３の一端から第３スイッチ５４Ｃ及び増幅器５５Ｂを経由して入力される交流信号（電圧Ｖ２に対応）の包絡線を検波し、検波信号をＡＤＣ５７Ｂに供給する。
【００７１】
ＡＤＣ５７Ａ，５７Ｂの各々は、エンベロープ検出部５６Ａ，５６Ｂから入力されるアナログの検波信号をデジタルの検波信号に変換して、メイン制御部５８へ出力する。
【００７２】
メイン制御部５８は、制御部の一例であり、例えばＭＰＵ（Micro-Processing Unit）から構成され受電装置３０Ａ全体の制御を行う。このメイン制御部５８は、演算処理部５８Ａと判定部５８Ｂとしての機能を備える。メイン制御部５８は、第２レギュレータ５３から供給される電力を利用して各スイッチ（例えばＭＯＳＦＥＴのゲート端子）に駆動信号を供給し、オン／オフを制御する。
【００７３】
演算処理部５８Ａは、図４の異物判定部４０を構成する要素の一例として、ＡＤＣ５７Ａ，５７Ｂより入力される検波信号から電圧Ｖ１と電圧Ｖ２の比、すなわちＱ値を計算する。そして、コイル温度検出部３９において検出されたコイル温度に基づいてＱ値を補正し、補正後のＱ値を判定部５８Ｂへ出力する。また、コイル温度に基づいて金属異物の検出に用いる閾値を補正し、メモリ５９へ保存する。なお、演算処理部５８Ａは、設定に応じて、入力された検波信号の情報（電圧値など）を送電側（１次側）へ送信することもできる。さらに、金属異物の検知処理のときに周波数スイープ処理を実施するようにしてもよい（スイープ処理機能）。
【００７４】
判定部５８Ｂは、図４の異物判定部４０を構成する要素の一例として、演算処理部５８Ａから入力されるＱ値を、不揮発性のメモリ５９に保存されている閾値と比較し、比較の結果に基づいて金属異物が近くにあるか否かを判定するブロックである。後述するように、測定した情報を送電装置１０Ａへ送信し、送電装置１０Ａで２次側Ｑ値の計算及び金属異物の有無を判定することも可能である。
【００７５】
メモリ５９は、２次側コイル３１の近傍に何もない又は２次側コイル３１に何も置かれていない状態で予め測定された、２次側Ｑ値の閾値（Ｒｅｆ_Ｑ２）を保存している。またコイル温度に基づいて補正された閾値を保存してもよい。また、１次側と２次側との間の結合係数が保存されている。また、送電側（１次側）より取得した１次側Ｑ値の閾値が保存されていてもよい。
【００７６】
通信部６０は、２次側通信部の一例であり、送電装置１０Ａの通信部２５との間で通信を行う。例えば受電装置３０Ａの２次側コイル３１を含む共振回路のＱ値や金属異物の有無の判定結果など、金属異物の検知に係わる情報の送受信を行う。通信部６０に適用される通信規格は、送電装置１０Ａの通信部２５に適用される通信規格と同様である。なお、２次側コイル３１と送電装置１０Ａの１次側コイル１５を介して情報を伝送する構成としてもよい。
【００７７】
入力部６１は、ユーザ操作に応じた入力信号を生成し、メイン制御部５８に出力する。
【００７８】
交流電源７０は、メイン制御部５８の制御信号に基づいてＱ値測定時に交流電圧（正弦波）を発生させ、増幅器７１及び抵抗素子７２を介してキャパシタ３３の他端に供給する。
【００７９】
上述のように構成された受電装置３０Ａの検知部は、３つのスイッチ群、すなわち第１スイッチ４２、第２スイッチ４３、第３スイッチ群５４（第３スイッチ５４Ａ〜５４Ｄ）のオン／オフが切り替えられることにより制御される。以下、各スイッチの切り替えに注目して受電装置３０Ａの動作を説明する。
【００８０】
まず２次側コイル３１により送電装置１０Ａから受電した電力を、整流部３４の後段に設けられたキャパシタ４１（蓄電部の一例）に充電する。キャパシタに充電された電力で動作できる電流値及び時間は、ＣＶ＝ｉｔで決まる。
ここで、Ｃはキャパシタの静電容量、Ｖはキャパシタの電圧値、ｉはキャパシタの電流値、ｔは時間を表す。すなわち１０μＦのキャパシタにチャージした電圧値が例えば９Ｖから４Ｖに変化するとき、５０ｍＡの電流を１ｍｓｅｃ流すことが可能である。キャパシタの静電容量値が大きければより大きな電流を流すか、または電流を流す時間を延ばすことが可能である。
【００８１】
ただし、整流部３４の後段に静電容量値の大きなキャパシタ４１を入れると、受電装置３０Ａと外部装置との通信の際に不具合が発生することも考えられるため、第１スイッチ４２で制御することが望ましい。すなわちＱ値測定の際にのみ第１スイッチ４２のドレイン−ソース間を導通し、キャパシタ４１を電気的に接続することによってその悪影響を無くすようにする。
【００８２】
検知部の消費電流がある程度小さい、かつＱ値測定の時間が短ければ、送電装置１０Ａからキャリア信号を止めている間にＱ値を測定することは可能である。なお、送電装置１０から出力するキャリア信号を止める際（Ｑ値測定時）には、確実に検知部から負荷を電気的に切り離す必要がある。例えば第２スイッチ４３にＰチャネルＭＯＳＦＥＴを用い、受電装置３０Ａにキャリア信号が入力するとオフになる制御や、第１レギュレータ５２のイネーブル機能を用いて制御すればよい。それ以外のキャパシタ４１に充電しているときや、通信部６０を通じて通信を行っているときは、検知部から負荷を切り離さなくても問題ない。
【００８３】
Ｑ値測定の際には、上述した測定器（ＬＣＲメータ）の手法と同じくキャパシタ３３の両端の電圧値を測定する。具体的にはキャリア信号を止めたタイミングで第３スイッチ５４Ａ〜５４Ｄをオンし、交流電源７０から出力された正弦波を整流した、キャパシタ３３の一端及び他端に検出される２つの電圧波形（電圧Ｖ１，Ｖ２）よりＱ値を算出する。算出したＱ値と予め設定した閾値を比較することにより、金属異物の検知を行う。
【００８４】
本例の受電装置３０Ａは、Ｑ値を測定する都度、キャパシタを充電し、その電力で検知部を駆動することによって、１次側から２次側に給電が行われない場合に、２次側のバッテリーを利用しなくても、Ｑ値の測定を行うことができる。したがって、２次側に異物金属検知のための大型のバッテリーやその電力を制御するための複雑な回路を必要とせず、携帯機器等の小型化や軽量化、コスト削減が期待できる。
また、給電時とＱ値測定時において第３スイッチ５４Ａ〜５４Ｄを適宜切り替えることにより、Ｑ値測定に使用する２次側の交流電源が出力する測定用信号（正弦波信号）と、１次側から給電された給電信号とが干渉することを防止して、精度の高いＱ値を計算することができる。
【００８５】
（Ｑ値補正）
次に、Ｑ値を補正する手法について説明する。
金属異物の検出にＱ値を用いる場合、例えば次式によってＱ値の補正を行うことが考えられる。補正したＱ値を、金属異物の検出に用いることで検出精度を向上させることが可能である。
【数４】
2013059236.tif 000008
【００８６】
例えば、定常温度２５℃、この定常温度でのＱ値が８０、材質が銅であるコイルを仮定する。このとき測定したコイル温度が１００℃だったならば補正後のＱ値は次式で示される。
補正Ｑ値＝８０×｛１＋（１００―２５）×（４．４×１０００）｝
＝１０６．４
【００８７】
図１０に、補正Ｑ値による金属異物検出のフローチャートを示す。ここでは、受電装置３０Ａにより金属異物を検出する場合を説明する。
まず、メイン制御部５８の演算処理部５８Ａは、コイル温度検出部３９より出力された電圧値から２次側コイル３１の温度を検出する（ステップＳ１）。これと並行して、演算処理部５８Ａは、共振回路のキャパシタ３３の両端の地点における電圧Ｖ１,Ｖ２を取得し、Ｑ値を検出する（ステップＳ２）。そして、演算処理部５８Ａは、温度情報とＱ値情報を用いて補正Ｑ値を算出する（ステップＳ３）。
【００８８】
ここで、コイル温度に応じて閾値を補正し、閾値を適応的に変化させてもよい（ステップＳ４）。
第１の方法として、演算処理部５８Ａが、Ｑ値のバラツキを考慮して設定したＱ値閾値をメモリ５９から呼び出し、検出した温度情報を用いて式（４）に基づき補正Ｑ値閾値を算出する手法が考えられる。式（４）を閾値の補正に利用する場合、式（４）の“定常温度Ｑ値”を“定常温度閾値”に置き換える。なお、バラツキを考慮するとは、一例を挙げると、想定されるＱ値の中央値（最大値）が８０である場合に、８０にバラツキ２０％を掛けた６４でスレッショルドを引くといったことである。
【００８９】
また、閾値を補正する簡易的な手法としては、メモリ５９に閾値テーブルを登録しておき、演算処理部５８Ａが、算出した温度情報より閾値テーブルから適切な閾値を呼び出す方法などが考えられる。
閾値を呼び出す方法としては、例えば温度を所定の間隔（例えば５℃間隔）で複数区間に区切って一つの区間に一つの閾値を設定し、測定温度が含まれる区間に紐づけて設定した閾値を呼び出すようにする。このような構成とした場合、金属異物検出を行うたびに式（４）を用いて閾値を補正することなく、コイル温度を基に該当する閾値をメモリ５９から呼び出すだけで補正閾値が得られるので、演算処理部５８Ａの処理負荷を軽減できる。
【００９０】
演算処理部５８ＡによりＱ値及び閾値が補正された後、判定部５８Ｂは、補正Ｑ値と補正閾値を比較し、補正Ｑ値が補正閾値を超えているか否かを判定する（ステップＳ５）。
その結果、補正Ｑ値が補正閾値を超えていない場合は、２次側コイル３１の近傍に金属異物が無いと判定し、補正Ｑ値が補正閾値を超えている場合には、２次側コイル３１の近傍に金属異物が有ると判定する。
【００９１】
（効果）
上述した実施形態によれば、外部と電磁結合するコイルの温度上昇による抵抗値の変化分だけ当該コイルを含む回路のＱ値を補正するので、Ｑ値を用いた金属異物の検出精度が向上する。
また、コイルの温度に追従してＱ値だけでなく目標スレッショルドを変更することもできるため、Ｑ値を用いた金属異物の検出精度がさらに向上する。
これはＱ値を用いた金属異物の検出だけではなく、効率を用いた検出手法や変調度合いの変化を見る手法においても同様に精度を向上させることが可能である。
さらに、本開示のコイル温度に応じてＱ値を補正する手法は、ワイヤレス給電の方式（電磁誘導方式又は磁界共鳴方式）によらず活用することができ、かつ大電力の用途においてはさらなる効果が期待できる。
【００９２】
［変形例１］
本開示のＱ値補正に関する手法は、ＤＣ−ＤＣ効率を用いて金属異物を検出する手法にも同様に応用が可能である。
ＤＣ−ＤＣ効率は、コイル間効率に整流等の回路効率が積算されて決定される。
「ＤＣ−ＤＣ効率＝送電側回路効率×受電側回路効率×コイル間効率」
各回路効率は、主に半導体のＯＮ抵抗に流れる電流等で電力を損失することにより発生する。例えば、送電側回路効率８０％、受電側回路効率８０％、コイル間効率９０％の場合、ＤＣ−ＤＣ効率は０．８×０．８×０．９＝５７．６％となる。
【００９３】
ここで、コイル間効率（理論最大値）ηは、下記の式（５）で示されることが知られている。
【数５】
2013059236.tif 000009
Ｓは以下の式で表される。
【数６】
2013059236.tif 000010
【数７】
2013059236.tif 000011
【００９４】
Ｑは非接触電力伝送システム全体のＱ値、Ｑ１は１次側のＱ値、Ｑ２は２次側のＱ値を示す。すなわち磁界共鳴方式において、コイル間効率ηは、１次側コイルと２次側コイルの電磁結合の度合いである結合係数ｋと、それぞれ無負荷の共振回路のＱ値である１次側のＱ値（Ｑ１）と、２次側のＱ値（Ｑ２）から理論的に一意に求められる。
【００９５】
このように、ＤＣ−ＤＣ効率は、１次側コイル及び２次側コイルのＱ値と相関がある。
【００９６】
図１１に、複数の結合係数におけるＱ値とコイル間効率の関係例を示す。
図１１より、例えば結合係数ｋが０．０５のときに、トータルのＱ値が１００から５０に変化した場合、コイル間効率は約６５％から約４５％に変化する。この変化率はＤＣ−ＤＣ効率にそのまま影響するため、Ｑ値閾値を補正することによりＤＣ−ＤＣ効率による金属異物検出手法においても検出精度を向上させることが可能となる。
【００９７】
具体的な補正方法としては、コイル間効率を求めるための式（７）をそのまま利用した式（８）によりコイル間効率の補正値を求める。
【数８】
2013059236.tif 000012
【００９８】
式（８）中に“補正１次側Ｑ値”及び“補正２次側Ｑ値”とあるように、ＤＣ−ＤＣ効率（コイル間効率）を用いて金属異物の検出を行う場合、送電装置１０Ａに受電側のコイル温度検出部３９を設ける必要がある。また、送電装置１０Ａのメイン制御部２３（演算処理部２３Ａ）に、受電装置３０Ａのメイン制御部５８（演算処理部５８Ａ）のようなＱ値補正機能及び閾値補正機能を付与する。
【００９９】
上記構成とすることにより、送電装置１０Ａにてコイル温度に基づく１次側Ｑ値の補正を行うとともに、送電装置１０Ａの通信部２５は、受電装置３０Ａの通信部６０より補正２次側Ｑ値を受信する。そして、式（８）に従って、コイル間効率を補正し、補正後のコイル間効率を用いて金属異物の検出を行う。また、コイル温度に基づいて、メモリ２４に保存してある補正コイル間効率の閾値を補正するとよい。
【０１００】
なお、上記では、受電装置３０Ａから送電装置１０Ａへ補正２次側Ｑ値を送信し、送電装置１０Ａにて補正コイル間効率を求めているが、その逆でもよい。つまり、送電装置１０Ａから受電装置３０Ａへ補正１次側Ｑ値を送信し、受電装置３０Ａにてコイル間効率及びその閾値を補正するようにしてもよい。
【０１０１】
あるいは、受電装置３０Ａから送電装置１０Ａへ測定データ（電圧Ｖ１,Ｖ２、２次側コイルの温度）を送る。送電装置１０Ａは、受信した電圧Ｖ１,Ｖ２から受電装置３０Ａの２次側Ｑ値を算出し、この２次側Ｑ値を受信したコイル温度に応じて補正し、補正２次側Ｑ値を得る。そして、補正１次側Ｑ値と補正２次側Ｑ値を用いて、コイル間効率を補正する。
逆に、送電装置１０Ａから受電装置３０Ａへ測定データ（電圧Ｖ１,Ｖ２、１次側コイルの温度）を送り、受電装置３０Ａにて１次側Ｑ値、補正１次側Ｑ値、及び補正コイル間効率を算出するようにしてもよい。
このように、測定データ（電圧Ｖ１,Ｖ２、送信元のコイルの温度）を送信し、送信先において送信元の補正Ｑ値を算出したり、補正コイル間効率を算出したりすることにより、送信元の処理負荷を軽減できる。
【０１０２】
あるいは、１次側及び２次側の各々のＱ値の積に対する閾値を受電装置３０Ａのメモリ５９又は送電装置１０Ａのメモリ２４に格納しておき、必要に応じて呼び出す方法が考えられる。
【０１０３】
さらに、結合係数の値によっては簡易な近次式で補正する手法が考えられる。
図１２に、結合係数０．０１におけるＱ値とコイル間効率との関係例、及び近似した１次式を示す。図１１に示したように、結合係数ｋが０．０１以下になると、トータルＱ値とコイル間効率の関係は線形に近づく。すなわち、簡易な１次式で補正することも可能である。図１２に示す１次式は結合係数０．０１における近次式の例であって、ｙ＝０．１９ｘ−１．８６である。
【０１０４】
例えば、式（９）に示すような簡易な式で補正を行っても検出精度の向上が見込める。定常コイル間効率とは、定常温度におけるコイル間効率である。補正式については演算量との兼ね合いであり、補正式が複雑なほど演算に必要なハードウェアにかかる負荷が大きくなる。すなわち補正に関しては、式（８）のを用いて正確な値を算出してもよいし、式（９）を用いて演算量を削減してもよい。あるいは、メモリ５９に、例えば式（９）に基づいて補正コイル間効率値と各測定温度等とを対応づけたテーブルを持っておくだけでもよい。
【０１０５】
【数９】
2013059236.tif 000013
【０１０６】
［変形例２］
本開示のＱ値補正に関する手法は、給電又は充電処理に対する強制終了処理にも応用が可能である。すなわち、コイル温度が異常な場合に強制終了する機能を検知装置に付加する。
【０１０７】
図１３は、本開示の一実施形態に係るコイル異常温度検出機能が付加された非接触電力伝送システムのフローチャートである。
まずコイル温度に閾値（Ｘ値）を設定し、メイン制御部５８の判定部５８Ｂは、コイル温度がその閾値を超えているかどうかを判定する（ステップＳ１１）。コイル温度がその閾値を超えている場合は、無条件に給電もしくは充電を終了する。コイル温度が閾値以上であるときは、コイルに異常な電流が流れている可能性があるためである。本機能が受電装置にあれば、受電装置の充電を停止するか、通信部を通じて送電装置にコイル温度の異常を通知して給電を停止させる。
【０１０８】
次に、コイルの温度が閾値以下であることを確認した後、上記式（４）に従ってコイル温度に基づくＱ値の補正を行い、補正Ｑ値により金属異物の検出を行う（ステップＳ１２）。
【０１０９】
ステップＳ１２の判定処理において、金属異物がある場合は、給電もしくは充電を終了する。一方、金属異物がない場合には、送電装置による給電及び受電装置による充電を行う（ステップＳ１３）。
【０１１０】
そして、所定時間間隔で受電装置は満充電かどうかを判定する（ステップＳ１４）。満充電である場合は、一連の処理を終了する。一方、満充電でない場合は、ステップＳ１１の判定処理に戻り、コイル温度が閾値以下であるかを確認し、確認結果に応じて上述のステップＳ１２〜Ｓ１４の処理を繰り返す。
【０１１１】
このように、コイル温度が一定値以下であることを確認した後、前述のコイル温度による補正Ｑ値を使って金属異物を検出するので、より安全な非接触電力伝送システムを確立できる。
【０１１２】
＜２．その他＞
（第１例）
上述の一実施形態例では、送電装置１０Ａの検知部（演算処理部２３Ａ）及び受電装置３０Ａの検知部（演算処理部５８Ａ）は、共振回路のコイルとキャパシタ間の電圧Ｖ１、コイル両端の電圧Ｖ２からＱ値を求めているが、半値幅法によりＱ値を求めてもよい。
【０１１３】
半値幅法では、直列共振回路を構成した場合において、図１４のグラフに示すように共振周波数ｆ０でのインピーダンス（Ｚｐｅａｋ）の絶対値に対して√２倍のインピーダンスとなる帯域（周波数ｆ１〜ｆ２）より、下記の式（１０）で求められる。
【数１０】
2013059236.tif 000014
【０１１４】
また、並列共振回路を構成した場合では、図１５のグラフに示すように共振周波数ｆ０でのインピーダンス（Ｚｐｅａｋ）の絶対値に対して１／√２倍のインピーダンスとなる帯域（周波数ｆ１〜ｆ２）より、式（１０）で求められる。
【０１１５】
（第２例）
本例は、一実施形態例と異なり、演算処理部２３Ａ，５８Ａが、共振回路のインピーダンスの実部成分と虚部成分の比からＱ値を計算する例である。本例では、自動平衡ブリッジ回路及びベクトル比検出器を用いてインピーダンスの実部成分と虚部成分を求める。
【０１１６】
図１６は、インピーダンスの実部成分と虚部成分の比からＱ値を計算するための自動平衡ブリッジの回路図である。
図１６に示す自動平衡ブリッジ回路８０は一般によく知られた反転増幅回路と同様の構成である。反転増幅器８３の反転入力端子（−）にコイル８２を接続し、非反転入力端子（＋）をグラウンドに接続する。そして帰還抵抗素子８４によって反転増幅器８３の出力端子より反転入力端子（−）に負帰還をかける。また、コイル８２に交流信号を入力する交流電源８１の出力（電圧Ｖ１）と、反転増幅器８３の出力（電圧Ｖ２）をベクトル比検出器８５に入力する。コイル８２は、図１，図８の１次側コイル１５又は図４、図９の２次側コイル３１に対応する。
【０１１７】
この自動平衡ブリッジ回路８０は、負帰還の作用によって常に反転入力端子（−）の電圧がゼロになるように動作する。また、交流電源８１にからコイル８２に流れた電流は、反転増幅器８３の入力インピーダンスが大きいことから、ほぼ全てが帰還抵抗素子８４に流れ込む。その結果、コイル８２にかかる電圧は交流電源８１の電圧Ｖ１と同じになると共に、反転増幅器８３の出力電圧はコイル８２を流れる電流Ｉと帰還抵抗値Ｒｓの積になる。この帰還抵抗値Ｒｓは、既知のリファレンス抵抗値である。したがって、電圧Ｖ１と電圧Ｖ２を検出してその比をとればインピーダンスが求まる。ベクトル比検出器８５は、電圧Ｖ１と電圧Ｖ２を複素数として求めるため、交流電源８１の位相情報（一点鎖線）を利用する。
【０１１８】
本例では、このような自動平衡ブリッジ回路８０及びベクトル比検出器８５などを用いて共振回路のインピーダンスＺＬの実部成分ＲＬ、虚部成分ＸＬを求め、その比からＱ値を求める。下記の式（１１）及び式（１２）は、Ｑ値を求める過程を表した計算式である。
【数１１】
2013059236.tif 000015
【数１２】
2013059236.tif 000016
【０１１９】
なお、上述した一実施形態例では、磁界共鳴方式の非接触電力伝送システムを想定して説明をした。しかし、既述したように、本開示は、磁界共鳴方式に限定されるものではなく、結合係数ｋを高くしてＱ値を低く抑えた電磁誘導方式にも適用可能である。
【０１２０】
また、一実施形態では、受電装置にコイル温度検出部を設けていたが、送電装置にコイル温度検出部を設け、送電装置（のメイン制御部２３）が該コイル温度検出部により検出された温度情報に基づいて、測定したＱ値もしくは閾値を補正するようにしてもよい。
【０１２１】
また、一実施形態例では、送電装置１０Ａは送電機能のみ、また受電装置３０Ａは受電機能のみを有する構成として説明したが、これに限られない。例えば送電装置１０Ａが受電機能を有し、１次側コイル１５を通じて外部から電力を受電できるようにしてもよいし、逆に受電装置３０Ａが送電機能を有し、２次側コイル３１を通じて外部へ電力を送電できるようにしてもよい。
【０１２２】
また、一実施形態では、受電装置３０Ａのキャパシタ４１（図９参照）に充電した小電力を使用してＱ値測定を行う例としているが、給電時とＱ値測定時の間で共振回路の構成が切り替えられればよいから、バッテリーの電力を使用してＱ値測定を行う構成としてもよい。この場合はキャパシタ４１が必要なくなる。
【０１２３】
また、一実施形態例では、共振周波数におけるＱ値を測定しているが、Ｑ値を測定する周波数は共振周波数と必ずしも一致していなくてもよい。共振周波数から許容できる範囲にずれた周波数を用いてＱ値を測定した場合でも、本開示の技術を利用することにより、送電側と受電側との間に存在する金属異物の検出精度を向上させることは可能である。
【０１２４】
また、１次側コイル又は２次側コイルに、金属などの導体が近づくことでＱ値だけでなく、Ｌ値が変化し共振周波数がずれることになるが、そのＬ値の変化による共振周波数のずれ量とＱ値を併用して、電磁結合している状態を検知してもよい。
【０１２５】
また、１次側コイルと２次側コイル間に金属異物が挟まれたときに結合係数ｋ値も変化するが、電磁結合している状態を検知するのに、結合係数ｋ値とＱ値の変化を併用してもよい。
【０１２６】
また、一実施形態例では、１次側コイル及び２次側コイルとしてコアを有していないコイルの例を説明したが、磁性体を有したコアに巻きつけられた構造のコイルを採用してもよい。
【０１２７】
さらにまた、本開示の一実施形態例では、２次側の携帯機器に携帯電話機を適用した例を説明したが、この例に限定されることなく、携帯音楽プレーヤ、デジタルスチルカメラ等、電力を必要とする種々の機器に適用できる。
【０１２８】
なお、本開示は以下のような構成も取ることができる。
（１）
外部と電磁的に結合するコイルを少なくとも含む回路と、
前記コイルの温度を検出する温度検出部と、
前記回路のＱ値を測定する検知部と、
前記温度検出部により検出された温度情報に基づいて、前記検知部が測定したＱ値を補正する補正部と、を有する
検知装置。
（２）
補正後のＱ値と閾値を比較し、該補正後のＱ値が閾値を超えている場合に前記コイルと外部との間に金属異物が存在すると判定する判定部、をさらに備える
前記（１）に記載の検知装置。
（３）
前記補正部は、前記温度情報に基づいて閾値を補正し、
前記判定部は、前記補正後のＱ値が補正後の閾値を超えている場合に前記コイルと外部との間に金属異物が存在すると判定する
前記（２）に記載の検知装置。
（４）
前記補正後のＱ値は下記式で求められる
補正Ｑ値＝（定常温度Ｑ値）×｛１−（測定温度−定常温度）×（金属温度係数）｝
前記（１）〜（３）のいずれかに記載の検知装置。
（５）
前記補正後の閾値は下記式で求められる
補正閾値＝（定常温度閾値）×｛１−（測定温度−定常温度）×（金属温度係数）｝
前記（１）〜（３）のいずれかに記載の検知装置。
（６）
前記補正後のコイル間効率は補正Ｑ値を用いて下記式で求められる
補正コイル間効率値＝（補正１次側Ｑ値×補正２次側Ｑ値×ｋ）
／｛１＋√（１＋補正１次側Ｑ値×補正２次側Ｑ値×ｋ）｝２
前記（１）〜（５）のいずれかに記載の検知装置。
（７）
結合係数が小さい場合、前記補正後のコイル間効率は下記式で近似される
補正コイル間効率値＝定常温度コイル間効率値−｛０．２×√（１次側測定温度×２次側測定温度）−定常温度｝
前記（６）に記載の検知装置。
（８）
前記閾値を保存するメモリを備え、
前記判定部は、前記メモリに保存されている閾値を読み出し、前記補正後のＱ値と比較する
前記（２）〜（７）のいずれかに記載の検知装置。
（９）
前記温度検出部により検出された前記コイルの温度が所定値を超えている場合、前記コイルと外部との電磁的な結合を停止させる制御部、を更に有する
前記（１）〜（８）のいずれかに記載の検知装置。
（１０）
前記温度検出部はサーミスタ用いて構成され、
前記検知部は、前記温度検出部から前記コイルの温度に応じた電圧値を取得し、該電圧値を用いて前記コイルの温度を検出する
前記（１）〜（９）のいずれかに記載の検知装置。
（１１）
外部から受電するのに用いられるコイルと、
前記コイルを少なくとも含む回路と、
前記コイルの温度を検出する温度検出部と、
前記回路のＱ値を測定する検知部と、
前記温度検出部により検出された温度情報に基づいて、前記検知部が測定したＱ値を補正する補正部と、を有する
受電装置。
（１２）
外部へ送電するのに用いられるコイルと、
前記コイルを少なくとも含む回路と、
前記コイルの温度を検出する温度検出部と、
前記回路のＱ値を測定する検知部と、
前記温度検出部により検出された温度情報に基づいて、前記検知部が測定したＱ値を補正する補正部と、を有する
送電装置。
（１３）
電力を無線により送電する送電装置と、該送電装置からの電力を受電する受電装置を含んで構成され、
前記送電装置又は前記受電装置の少なくとも一方は、
外部と電磁的に結合するコイルと、
前記コイルを少なくとも含む回路と、
前記コイルの温度を検出する温度検出部と、
前記回路のＱ値を測定する検知部と、
前記温度検出部により検出された温度情報に基づいて、前記検知部が測定したＱ値を補正する補正部と、を有する
非接触電力伝送システム。
（１４）
温度検出部により送電又は受電に使用するコイルの温度を検出することと、
検知部により前記コイルを含む回路のＱ値を測定することと、
前記温度検出部により検出された温度情報に基づいて、前記検知部が測定したＱ値を補正すること
を含む検知方法。
【０１２９】
なお、上述した一実施形態例における一連の処理は、ハードウェアにより実行することができるが、一部をソフトウェアにより実行させることもできる。一連の処理の一部をソフトウェアにより実行させる場合には、そのソフトウェアを構成するプログラムが専用のハードウェアに組み込まれているコンピュータ、または、各種の機能を実行するためのプログラムをインストールしたコンピュータにより、実行可能である。例えば汎用のパーソナルコンピュータなどに所望のソフトウェアを構成するプログラムをインストールして実行させればよい。
【０１３０】
また、上述した実施の形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記録した記録媒体を、システムあるいは装置に供給してもよい。また、そのシステムあるいは装置のコンピュータ（またはＣＰＵ等の制御装置）が記録媒体（メモリ等）に格納されたプログラムコードを読み出し実行することによっても、機能が実現されることは言うまでもない。
【０１３１】
この場合のプログラムコードを供給するための記録媒体としては、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭなどを用いることができる。
【０１３２】
また、コンピュータが読み出したプログラムコードを実行することにより、上述した実施の形態の機能が実現される。加えて、そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼動しているＯＳなどが実際の処理の一部又は全部を行う。その処理によって上述した実施の形態の機能が実現される場合も含まれる。
【０１３３】
また、本明細書において、時系列的な処理を記述する処理ステップは、記載された順序に沿って時系列的に行われる処理はもちろん、必ずしも時系列的に処理されなくとも、並列的あるいは個別に実行される処理（例えば、並列処理あるいはオブジェクトによる処理）をも含むものである。
【０１３４】
以上、本開示は上述した各実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された要旨を逸脱しない限りにおいて、その他種々の変形例、応用例を取り得ることは勿論である。
すなわち、上述した各実施形態の例は、本開示の好適な具体例であるため、技術的に好ましい種々の限定が付されている。しかしながら、本開示の技術範囲は、各説明において特に本開示を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。例えば、以下の説明で挙げる使用材料とその使用量、処理時間、処理順序および各パラメータの数値的条件等は好適例に過ぎず、また説明に用いた各図における寸法、形状および配置関係も概略的なものである。
【符号の説明】
【０１３５】
１…、２…、３…、４…、５…、６…、７…、８…、９…、
１０，１０Ａ…送電装置、１１…信号源、１２…交流電源、１４…キャパシタ、１５…１次側コイル、３０，３０Ａ…受電装置、３１…２次側コイル、３２，３３…キャパシタ、３８…Ｑ値検出部、３９…コイル温度検出部、３９Ａ…サーミスタ、４０…異物判定部、５８…メイン制御部、５８Ａ…演算処理部、５８Ｂ…判定部、５９…メモリ
【図１】
2013059236.tif 000017
【図２】
2013059236.tif 000018
【図３】
2013059236.tif 000019
【図４】
2013059236.tif 000020
【図５】
2013059236.tif 000021
【図６】
2013059236.tif 000022
【図７】
2013059236.tif 000023
【図８】
2013059236.tif 000024
【図９】
2013059236.tif 000025
【図１０】
2013059236.tif 000026
【図１２】
2013059236.tif 000027
【図１３】
2013059236.tif 000028
【図１４】
2013059236.tif 000029
【図１５】
2013059236.tif 000030
【図１６】
2013059236.tif 000031
【図１１】
2013059236.tif 000032