特許 6784170 金属異物検出装置、ワイヤレス給電装置、ワイヤレス受電装置、及びワイヤレス電力伝送システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6784170

(24)【登録日】2020年10月27日

(45)【発行日】2020年11月11日

(54)【発明の名称】金属異物検出装置、ワイヤレス給電装置、ワイヤレス受電装置、及びワイヤレス電力伝送システム

(51)【国際特許分類】

   H02J 50/60 20160101AFI20201102BHJP

   H02J 50/12 20160101ALI20201102BHJP

   H02J 7/00 20060101ALI20201102BHJP

   H02J 50/40 20160101ALI20201102BHJP

   H01F 38/14 20060101ALI20201102BHJP

【ＦＩ】

   H02J50/60

   H02J50/12

   H02J7/00 301D

   H02J50/40

   H01F38/14

【請求項の数】8

【全頁数】19

(21)【出願番号】特願2016-253819(P2016-253819)

(22)【出願日】2016年12月27日

(65)【公開番号】特開2018-107945(P2018-107945A)

(43)【公開日】2018年7月5日

【審査請求日】2019年7月25日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003067

【氏名又は名称】ＴＤＫ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100115738

【弁理士】

【氏名又は名称】鷲頭 光宏

(74)【代理人】

【識別番号】100121681

【弁理士】

【氏名又は名称】緒方 和文

(74)【代理人】

【識別番号】100130982

【弁理士】

【氏名又は名称】黒瀬 泰之

(72)【発明者】

【氏名】福澤 成敏

(72)【発明者】

【氏名】大嶋 一則

(72)【発明者】

【氏名】後谷 明

(72)【発明者】

【氏名】近藤 和樹

【審査官】 坂東 博司

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１４−０５７４７２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｊ ５０／６０

Ｈ０１Ｆ ３８／１４

Ｈ０２Ｊ ７／００

Ｈ０２Ｊ ５０／１２

Ｈ０２Ｊ ５０／４０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

交番磁界を用いて電力伝送を行うワイヤレス電力伝送システムに用いられる金属異物検出装置であって、
磁界または電流を受けて振動信号を発生する複数のアンテナコイルと、
前記複数のアンテナコイルのそれぞれと共振回路を形成する１以上のコンデンサと、
前記複数のアンテナコイルを順次使用して金属異物の検出を行う検出部とを備え、
前記検出部は、前記共振回路のそれぞれ異なる特性の変化に基づいて金属異物の有無を検出する複数の検出モードを有し、前記ワイヤレス電力伝送システムの給電状態及び前記複数のアンテナコイルそれぞれの位置の少なくとも一方に応じて前記複数の検出モードから１つを選択して、選択した検出モードにより金属異物の検出を行うことを特徴とする金属異物検出装置。

【請求項2】

前記複数の検出モードは、前記共振回路から出力される振動信号に対応する信号の波形の積分値の変化に基づいて金属異物の有無を検出する第１の検出モードと、前記共振回路から出力される振動信号に対応する信号の１より大きい所定波数分の振動に要する時間の長さを示す振動時間長の変化に基づいて金属異物の有無を検出する第２の検出モードと、を含むことを特徴とする請求項１に記載の金属異物検出装置。

【請求項3】

前記複数のアンテナコイルのそれぞれに発生する電圧を検出する電圧検出部をさらに備え、
前記検出部は、前記電圧検出部により検出された電圧値が予め設定された基準電圧値を下回る場合に、当該アンテナコイルに関して前記第１の検出モードを選択することを特徴とする請求項２に記載の金属異物検出装置。

【請求項4】

前記検出部は、前記第１の検出モードでは、前記共振回路から出力される振動信号に対応する信号の波形の積分値と、金属異物が無いときの前記積分値である基準積分値とを比較することによって前記積分値の変化を検出し、
前記積分値と前記基準積分値とは、同一の波数の波形を積分して得られることを特徴とする請求項２又は３に記載の金属異物検出装置。

【請求項5】

前記検出部は、前記第２の検出モードでは、前記共振回路から出力される振動信号に対応する信号の１より大きい所定波数分の振動に要する時間の長さを示す振動時間長と、金属異物が無いときの前記振動時間長である基準時間長とを比較することによって前記振動時間長の変化を検出し、
前記振動時間長と前記基準時間長とは、同一の波数の波形から得られることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか一項に記載の金属異物検出装置。

【請求項6】

給電コイルから受電コイルにワイヤレスにて電力伝送するワイヤレス給電装置であって、
前記給電コイルと、
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の金属異物検出装置と
を備えることを特徴とするワイヤレス給電装置。

【請求項7】

給電コイルから受電コイルにワイヤレスにて電力伝送するワイヤレス受電装置であって、
前記受電コイルと、
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の金属異物検出装置と
を備えることを特徴とするワイヤレス受電装置。

【請求項8】

給電コイルから受電コイルにワイヤレスにて電力伝送するワイヤレス電力伝送システムであって、
前記給電コイルを有するワイヤレス給電装置と、
前記受電コイルを有するワイヤレス受電装置と、を備え、
前記ワイヤレス給電装置および前記ワイヤレス受電装置の少なくとも一方は、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の金属異物検出装置を備えることを特徴とするワイヤレス電力伝送システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、金属異物検出装置、ワイヤレス給電装置、ワイヤレス受電装置、及びワイヤレス電力伝送システムに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、ワイヤレスで電力を供給するワイヤレス給電の検討が盛んに行われている。そのようなワイヤレス給電の具体的な方式としては各種のものがあるが、その一つとして、磁界を利用する方式が知られている。この磁界を利用する方式は、より細かく見ると、電磁誘導方式と磁界共鳴方式の２種類に分けられる。

【0003】

電磁誘導方式は、既に広く知られている方式であり、電力を供給する給電装置と、電力を受電する受電装置との結合度が非常に高く、高効率での給電が可能である一方、給電装置と受電装置の距離が近くないと給電できないという特徴がある。これに対し、磁界共鳴方式は積極的に共振（共鳴）現象を利用する方式であり、給電装置と受電装置との結合度が低くてもよく、給電装置と受電装置とがある程度離れていても給電できるという特徴を有する。

【0004】

電磁誘導方式と磁界共鳴方式は、いずれも磁気を利用して給電を行う方式である。したがっていずれの方式においても、給電装置は、磁界を利用して電力を供給するためのコイルである給電コイルを有し、受電装置は、磁界を利用して電力を受電するためのコイルである受電コイルを有する。そして、給電コイルと受電コイルが磁気的に結合することによって、給電装置から受電装置への給電が行われる。

【0005】

ところで、磁気的に結合した給電コイルと受電コイルとの間に金属異物が入ると、磁束により金属異物に渦電流が流れて発熱すること等により、給電効率が低下する。そのため、給電装置と受電装置との間に混入した金属異物を検出する必要がある。

【0006】

金属異物を検出する具体的な方法としては、複数のアンテナコイルを用いる方式が知られている。例えば特許文献１には、複数のアンテナコイルを含む回路のＱ値を参照し、その変化から異物の有無を判定する技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２０１３−１９２３９０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

ところで、給電中には、給電コイルから生ずる交番磁界の影響によっても各アンテナコイルの特性に変化が生ずる。その結果、異物検出のために参照する回路特性の種類（Ｑ値、積分値、周期など）によっては、精度よく異物検出を行えなくなる場合がある。

【0009】

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、給電状態によらず高い検出精度を得ることのできる金属異物検出装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明による金属異物検出装置は、交番磁界を用いて電力伝送を行うワイヤレス電力伝送システムに用いられる金属異物検出装置であって、磁界または電流を受けて振動信号を発生する複数のアンテナコイルと、前記複数のアンテナコイルのそれぞれと共振回路を形成する１以上のコンデンサと、前記複数のアンテナコイルを順次使用して金属異物の検出を行う検出部とを備え、前記検出部は、前記共振回路のそれぞれ異なる特性の変化に基づいて金属異物の有無を検出する複数の検出モードを有し、前記ワイヤレス電力伝送システムの給電状態及び前記複数のアンテナコイルそれぞれの位置の少なくとも一方に応じて前記複数の検出モードから１つを選択して、選択した検出モードにより金属異物の検出を行うことを特徴とする。

【0011】

本発明によれば、給電状態及び複数のアンテナコイルそれぞれの位置の少なくとも一方に応じて金属異物の検出のために参照する特性を変えることができるので、給電状態によらず高い検出精度を得ることが可能になる。

【0012】

上記各金属異物検出装置において、前記複数の検出モードは、前記共振回路から出力される振動信号に対応する信号の波形の積分値の変化に基づいて金属異物の有無を検出する第１の検出モードと、前記共振回路から出力される振動信号に対応する信号の１より大きい所定波数分の振動に要する時間の長さを示す振動時間長の変化に基づいて金属異物の有無を検出する第２の検出モードと、を含むこととしてもよい。これによれば、磁界がない状態であれば高い精度で金属異物の検出を行うことができる検出モード（積分値を参照する第１の検出モード）と、交番磁界の影響があっても精度があまり低下しないという特徴を有する検出モード（振動時間長を参照する第２の検出モード）とを、切り替えながら利用することが可能になる。

【0013】

上記金属異物検出装置において、前記複数のアンテナコイルのそれぞれに発生する電圧を検出する電圧検出部をさらに備え、前記検出部は、前記電圧検出部により検出された電圧値が予め設定された基準電圧値を下回る場合に、当該アンテナコイルに関して前記第１の検出モードを選択することとしてもよい。これによれば、局所的にあまり磁界の影響がないアンテナコイルについて、磁界がない状態で高い精度を得ることのできる検出モードを利用することが可能になるので、より高い検出精度を得ることが可能になる。

【0014】

上記各金属異物検出装置において、前記検出部は、前記第１の検出モードでは、前記共振回路から出力される振動信号に対応する信号の波形の積分値と、金属異物が無いときの前記積分値である基準積分値とを比較することによって前記積分値の変化を検出し、前記積分値と前記基準積分値とは、同一の波数の波形を積分して得られることとしてもよい。これによれば、第１の検出モードにおける誤検出の可能性を低減することができる。

【0015】

上記各金属異物検出装置において、前記検出部は、前記第２の検出モードでは、前記共振回路から出力される振動信号に対応する信号の１より大きい所定波数分の振動に要する時間の長さを示す振動時間長と、金属異物が無いときの前記振動時間長である基準時間長とを比較することによって前記振動時間長の変化を検出し、前記振動時間長と前記基準時間長とは、同一の波数の波形から得られることとしてもよい。これによれば、第２の検出モードにおける誤検出の可能性を低減することができる。

【0016】

本発明によるワイヤレス給電装置は、給電コイルから受電コイルにワイヤレスにて電力伝送するワイヤレス給電装置であって、前記給電コイルと、上記各金属異物検出装置のいずれかとを備えることを特徴とする。本発明によれば、給電中における金属異物の検出精度を高めた金属異物検出装置を備えるワイヤレス給電装置を得ることができる。

【0017】

本発明によるワイヤレス受電装置は、給電コイルから受電コイルにワイヤレスにて電力伝送するワイヤレス受電装置であって、前記受電コイルと、上記各金属異物検出装置のいずれかとを備えることを特徴とする。本発明によれば、給電中における金属異物の検出精度を高めた金属異物検出装置を備えるワイヤレス受電装置を得ることができる。

【0018】

本発明によるワイヤレス電力伝送システムは、給電コイルから受電コイルにワイヤレスにて電力伝送するワイヤレス電力伝送システムであって、前記給電コイルを有するワイヤレス給電装置と、前記受電コイルを有するワイヤレス受電装置と、を備え、前記ワイヤレス給電装置および前記ワイヤレス受電装置の少なくとも一方は、上記各金属異物検出装置のいずれかを備えることを特徴とする。本発明によれば、給電中における金属異物の検出精度を高めた金属異物検出装置をワイヤレス給電装置およびワイヤレス受電装置の少なくとも一方に備えるワイヤレス電力伝送システムを得ることができる。

【発明の効果】

【0019】

本発明によれば、給電状態によらず高い検出精度を得ることのできる金属異物検出装置を提供することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明の第１の実施の形態に係るワイヤレス電力伝送システム１の概略構成と、このワイヤレス電力伝送システム１に接続される負荷２とを示す図である。

【図2】図１に示したワイヤレス給電装置１０及びワイヤレス受電装置２０それぞれの内部回路構成を示す図である。

【図3】図２に示した金属異物検出装置１４の機能ブロックを示す略ブロック図である。

【図4】図２に示した金属異物検出装置１４に関わる各種信号等の波形を示す図である。

【図5】（ａ）は、図２に示した給電コイルＬ１とアンテナコイルＬ３の位置関係を示す平面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線に対応する給電コイルＬ１及びアンテナコイルＬ３の断面図である。

【図6】本発明の第２の実施の形態に関して、給電停止中における各アンテナコイルＬ３への検出モードの割り当て状況を示す図である。

【図7】本発明の第２の実施の形態に関して、給電中（電力低）における各アンテナコイルＬ３への検出モードの割り当て状況を示す図である。

【図8】本発明の第２の実施の形態に関して、給電中（電力高）における各アンテナコイルＬ３への検出モードの割り当て状況を示す図である。

【図9】本発明の第３の実施の形態による金属異物検出装置１４の機能ブロックを示す略ブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、以下で説明する内容により、本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、説明において同一要素または同一機能を有する要素には同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。

【0022】

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るワイヤレス電力伝送システム１の概略構成と、このワイヤレス電力伝送システム１に接続される負荷２とを示す図である。同図に示すように、ワイヤレス電力伝送システム１は、ワイヤレス給電装置１０と、ワイヤレス受電装置２０とを有して構成される。負荷２は、ワイヤレス受電装置２０に接続される。

【0023】

ワイヤレス電力伝送システム１は、例えば、二次電池の電力を利用する電気自動車(EV: Electric Vehicle)やハイブリッド自動車(HV: Hybrid Vehicle)などの移動体への給電用に用いられるシステムである。この場合、ワイヤレス給電装置１０は地上に配設される給電設備内に搭載され、ワイヤレス受電装置２０は車両に搭載されることになる。以下では、ワイヤレス電力伝送システム１が電気自動車への給電用のものであるとして説明を続ける。

【0024】

図２は、ワイヤレス給電装置１０及びワイヤレス受電装置２０それぞれの内部回路構成を示す図である。以下、図１に加えてこの図２も適宜参照しながら、初めにワイヤレス電力伝送システム１の構成の概略を説明し、その後、本発明に特徴的な構成について詳しく説明する。

【0025】

ワイヤレス給電装置１０は、図１及び図２に示すように、直流電源１１、電力変換器１２、給電コイル部１３、金属異物検出装置１４、及びノイズ検出部１５を有して構成される。なお、本実施の形態では、ワイヤレス給電装置１０内に金属異物検出装置１４を設けることとして説明するが、ワイヤレス受電装置２０内に金属異物検出装置１４を設けることとしてもよい。

【0026】

直流電源１１は、電力変換器１２に直流電力を供給する役割を果たす。直流電源１１の具体的な種類は、直流電力を供給できるものであれば特に限定されない。例えば、商用交流電源を整流・平滑した直流電源、二次電池、太陽光発電した直流電源、又はスイッチングコンバータなどのスイッチング電源を、直流電源１１として好適に用いることが可能である。

【0027】

電力変換器１２は、直流電源１１から供給された直流電力を交流電力に変換し、それによって給電コイル部１３に、図２に示す交流電流Ｉ１を供給するインバータである。具体的には、図２に示すように、複数のスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４がブリッジ接続されてなるスイッチング回路（フルブリッジ回路）と、スイッチ駆動部１２０とを有して構成される。なお、ここでは電力変換器１２内のスイッチング回路をフルブリッジ回路により構成する例を示しているが、他の種類のスイッチング回路を用いることも可能である。

【0028】

スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４は、スイッチ駆動部１２０からそれぞれのゲートに供給される制御信号ＳＧ１〜ＳＧ４によって、互いに独立してオンオフ動作を行うよう構成される。スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４の具体的な種類としては、ＭＯＳＦＥＴ(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)又はＩＧＢＴ(Insulated Gate Bipolar Transistor)を用いることが好適である。

【0029】

スイッチ駆動部１２０は、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４からなるスイッチング回路の出力電圧が所定周波数の交流電圧となるよう、制御信号ＳＧ１〜ＳＧ４の生成を行う信号生成部である。したがって、後述する給電コイルＬ１には、この所定周波数の交流電圧が供給されることになる。以下では、この所定周波数を電力伝送周波数ｆｐと称する。電力伝送周波数ｆｐの具体的な値は、例えば２０〔ｋＨｚ〕〜２００〔ｋＨｚ〕に設定される。

【0030】

給電コイル部１３は、図２に示すように、直列に接続された給電側コンデンサＣ１及び給電コイルＬ１によって構成される共振回路（給電側共振回路）であり、電力変換器１２から供給される交流電圧に基づいて交番磁界を生成する役割を果たす。給電コイル部１３を構成する給電側共振回路の共振周波数は、上述した電力伝送周波数ｆｐと同一又はそれに近い周波数に設定される。なお、給電側コンデンサＣ１は、給電コイルＬ１と並列に接続してもよい。

【0031】

給電コイルＬ１は、例えばφ０．１（ｍｍ）の絶縁された銅線を２千本程度撚り合わせたリッツ線を数ターンから数十ターン程度、平面状に巻回することによって形成されたスパイラル構造のコイルであり、例えば地中または地面近傍に配置される。電力変換器１２から給電コイルＬ１に交流電圧が供給されると、給電コイルＬ１に図２に示す交流電流Ｉ１が流れ、それによって交番磁界が発生する。この交番磁界は、給電コイルＬ１と後述する受電コイルＬ２との間の相互インダクタンスＭ１２によって受電コイルＬ２内に起電力を発生させ、それによって電力の伝送が実現される。

【0032】

金属異物検出装置１４は、給電コイルＬ１に接近する金属異物の有無を検出する機能を有する装置であり、図２に示すように、それぞれアンテナコイルＬ３及び金属異物検出装置用コンデンサＣ３を含む複数の共振回路ＲＣと、各共振回路ＲＣに接続された検出部１４０とを有して構成される。なお、図２に示した抵抗Ｒ３は、アンテナコイルＬ３の直列抵抗を明示したものである。

【0033】

金属異物検出装置１４を設置する目的は、給電コイルＬ１と受電コイルＬ２との間にある金属異物を検出することにある。そこで金属異物検出装置１４の少なくとも一部（より具体的には各アンテナコイルＬ３）は、図１に示すように、給電コイルＬ１の受電コイルＬ２との対向面上に、すなわち給電コイルＬ１と受電コイルＬ２の間に配置される。なお、金属異物検出装置１４と給電コイルＬ１とは、一体のユニットとして構成してもよいし、別々のユニットとして構成してもよい。金属異物検出装置１４の詳細については、後述する。

【0034】

ノイズ検出部１５は、電力伝送周波数ｆｐよりも高い周波数のノイズを検出可能に構成される。ノイズ検出部１５の具体的な構成は特に限定されないが、例えば、給電コイルＬ１に流れる電流波形を検出する電流検出回路と、その出力信号から高周波数成分のみを取り出すハイパスフィルタと、ハイパスフィルタの出力信号の振幅が所定値を上回っている場合に、すなわち高周波成分の発生期間に同期信号を発する同期信号生成部とによって、ノイズ検出部１５を構成することが好適である。電流検出回路に代え、抵抗分圧回路などの電圧検出回路を用いてもよい。また、ハイパスフィルタのカットオフ周波数は、電力伝送周波数ｆｐよりも高い周波数に設定することが好ましい。他に、給電コイルＬ１と受電コイルＬ２の間にホール素子や磁気抵抗効果素子等の磁気センサを配置することによって、ノイズ検出部１５を構成することも可能である。

【0035】

次に、ワイヤレス受電装置２０は、図１及び図２に示すように、受電コイル部２１と、整流器２２とを有して構成される。

【0036】

受電コイル部２１は、図２に示すように、直列に接続された受電側コンデンサＣ２と受電コイルＬ２とによって構成される共振回路（受電側共振回路）を有して構成され、給電コイルＬ１から伝送された交流電力をワイヤレスにて受電する受電部としての役割を果たす。受電コイル部２１を構成する受電側共振回路の共振周波数も、上述した電力伝送周波数ｆｐと同一又はそれに近い周波数に設定される。なお、受電側コンデンサＣ２は、受電コイルＬ２と並列に接続してもよい。

【0037】

受電コイルＬ２は、給電コイルＬ１と同様に、例えばφ０．１（ｍｍ）の絶縁された銅線を２千本程度撚り合わせたリッツ線を数ターンから数十ターン程度、平面状に巻回することによって形成されたスパイラル構造のコイルである。一方、受電コイルＬ２の設置位置は、給電コイルＬ１とは異なり、例えば電気自動車の車両下部となる。給電コイルＬ１によって生成される磁束が受電コイルＬ２に鎖交すると、電磁誘導作用による起電力が受電コイルＬ２に生じ、図２に示す交流電流Ｉ２が流れる。この交流電流Ｉ２は、整流器２２により直流電流に変換されたうえで、負荷２に供給される。これにより、負荷２に対して直流電力を供給することが実現される。

【0038】

整流器２２は、受電コイル部２１から出力された交流電流を直流電流に整流することにより、負荷２に対して直流電力を供給する機能を有する回路である。具体的には、図２に示すように、４つのダイオードＤ１〜Ｄ４がブリッジ接続されてなるブリッジ回路と、このブリッジ回路と並列に接続された平滑用キャパシタＣ０とによって構成される。

【0039】

負荷２は、図示しない充電器及びバッテリーを含んで構成される。このうち充電器は、整流器２２から出力された直流電力に基づいてバッテリーを充電する機能を有する回路である。この充電は、例えば定電圧定電流充電（ＣＶＣＣ充電）により実行される。バッテリーの具体的な種類は、電力を蓄える機能を有するものであれば特に限定されない。例えば、二次電池（リチウムイオン電池、リチウムポリマー電池、ニッケル電池など）や容量素子（電気二重層キャパシタなど）を、負荷２を構成するバッテリーとして好適に用いることが可能である。

【0040】

次に、図３〜図５を参照しながら、金属異物検出装置１４の詳細について説明する。図３は、金属異物検出装置１４の機能ブロックを示す略ブロック図であり、図４（ａ）〜図４（ｆ）は、金属異物検出装置１４に関わる各種信号等の波形を示す図であり、図５（ａ）は、給電コイルＬ１とアンテナコイルＬ３の位置関係を示す平面図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＡ−Ａ線に対応する給電コイルＬ１及びアンテナコイルＬ３の断面図である。

【0041】

初めに図５（ａ）及び図５（ｂ）を参照すると、上述した複数の共振回路ＲＣは、平面的に見て給電コイルＬ１の内側に相当する領域内にマトリクス状に並べて配置される。このような共振回路ＲＣの配置は、表面に導電性のコイルパターンが形成されたプリント基板（図示せず）を給電コイルＬ１上に設置することによって、実現できる。

【0042】

この配置により、給電コイルＬ１において上述した交番磁界（電力伝送周波数ｆｐで振動する磁界）が発生すると、図２に示した給電コイルＬ１と各アンテナコイルＬ３との間の相互インダクタンスＭ１３、及び、受電コイルＬ２と各アンテナコイルＬ３との間の相互インダクタンスＭ２３によって、各アンテナコイルＬ３に起電力が誘起される。この起電力は、各アンテナコイルＬ３に振動信号を発生させる。つまり、本実施の形態によるアンテナコイルＬ３は、磁界を受けて振動信号を発生するものとなっている。

【0043】

各アンテナコイルＬ３に発生する振動信号は、交番磁界の周波数である電力伝送周波数ｆｐの成分に加え、各共振回路ＲＣの共振周波数ｆｒの成分を含む信号となる。共振周波数ｆｒの具体的な値は、アンテナコイルＬ３のインダクタンスとコンデンサＣ３のキャパシタンスとを調整することにより、電力伝送周波数ｆｐよりも桁違いに高い単一の値に設定される。具体的な例では、ｆｒ＝３，０００〔ｋＨｚ〕とすることが好ましい。なお、コンデンサＣ３のキャパシタンスは、数百から数千〔ｐＦ〕程度の値とすることが好ましい。

【0044】

図４（ａ）には、電力伝送周波数ｆｐで振動する信号Ｖａを示し、図４（ｂ）には、各共振回路ＲＣに発生する振動信号Ｖｂを示している。これらの図から理解されるように、振動信号Ｖｂは、電力伝送周波数ｆｐで振動する信号Ｖａに共振周波数ｆｒの成分が重畳された信号となる。詳しくは以下で説明するが、金属異物検出装置１４の検出部１４０は、振動信号Ｖｂからこの共振周波数ｆｒの成分のみを取り出し、その変化を利用して、給電コイルＬ１と受電コイルＬ２との間に存在する金属異物の検出を行う。

【0045】

ここで、本実施の形態では、各アンテナコイルＬ３と直列又は並列にコンデンサＣ３を設置することによって共振回路ＲＣを形成しているが、コンデンサＣ３を設けず共振回路ＲＣを形成しないこととしてもよい。この場合、図４（ｂ）に示した振動信号Ｖｂではなく、図４（ａ）に示した信号Ｖａが検出部１４０への入力となるので、検出部１４０は、金属異物の検出を行うために共振周波数ｆｒの成分の変化を利用することができない。そこで、この場合の検出部１４０は、電力伝送周波数ｆｐの成分の変化を利用して、給電コイルＬ１と受電コイルＬ２との間に存在する金属異物の検出を行う。

【0046】

次に図３を参照すると、検出部１４０は機能的に、検出切替スイッチ１４１、モード切替スイッチ１４２、制御回路１４３、フィルタ回路１５０、整流回路１５１、積分回路１５２、判定回路１５３、波数検出回路１５４、フィルタ回路１６０、二値化回路１６１、カウンタ回路１６２、振動時間長計測回路１６３、及び判定回路１６４を有して構成される。このうち波数検出回路１５４は、波形整形回路１５４ａ及びカウンタ回路１５４ｂを有して構成される。

【0047】

検出部１４０は、共振回路ＲＣのそれぞれ異なる特性の変化に基づいて金属異物の有無を検出する複数の検出モードを有して構成される。本実施の形態では、この複数の検出モードの具体的な例として、共振回路ＲＣから出力される振動信号Ｖｂに対応する信号Ｖｄの波形の積分値の変化に基づいて金属異物の有無を検出する第１の検出モードと、共振回路ＲＣから出力される振動信号Ｖｂに対応する振動信号Ｖｃの振動時間長の変化に基づいて金属異物の有無を検出する第２の検出モードとの２つを例示する。なお、振動時間長は、１より大きい所定波数分の振動信号Ｖｂの振動に要する時間の長さである。第１の検出モードには、交番磁界がない状態であれば第２の検出モードに比べて高い精度で金属異物の検出を行うことができるが、交番磁界の影響を受けて精度が低下しやすいという特徴がある。一方、第２の検出モードには、交番磁界がない状態の第１の検出モードに比べれば低い精度でしか金属異物の検出を行えないが、交番磁界の影響があっても精度があまり低下しないという特徴がある。

【0048】

本実施の形態による制御回路１４３は、ワイヤレス電力伝送システム１の給電状態に応じて、上記複数の検出モードから１つを選択するよう構成される。検出部１４０は、こうして選択された検出モードにより、金属異物の検出を行う。以下、検出部１４０に設けられる各機能部について、詳細に説明する。

【0049】

検出切替スイッチ１４１は、モード切替スイッチ１４２に接続された共通端子と、各共振回路ＲＣに接続された複数の選択端子とを有する１回路多接点のスイッチであり、制御回路１４３の制御に応じて、いずれか１つの選択端子を共通端子に接続するよう構成される。検出切替スイッチ１４１として具体的には、半導体スイッチやマルチプレクサを使用することが好適である。

【0050】

制御回路１４３は、検出切替スイッチ１４１の切り替え制御を行うことにより、等しい時間間隔で１つずつ順次、各アンテナコイルＬ３をモード切替スイッチ１４２に接続していく役割を果たす。最後のアンテナコイルＬ３を接続した後には、最初のアンテナコイルＬ３に戻って動作を繰り返す。

【0051】

ここで、制御回路１４３は、ユーザによる設定等に応じて、複数のアンテナコイルＬ３のうちのいくつかを上記接続の対象から外せるように構成されてもよい。こうすれば、金属異物の検出対象となる領域を限定することが可能になるとともに、すべてのアンテナコイルＬ３を用いる場合に比べ、１つ１つのアンテナコイルＬ３による金属異物の検出時間を長くすることができる。

【0052】

また、本実施の形態では、アンテナコイルＬ３ごとにコンデンサＣ３を設置しているが、全体で１つだけコンデンサＣ３を設置し、検出切替スイッチ１４１によってモード切替スイッチ１４２に接続されたアンテナコイルＬ３のみが、このコンデンサＣ３と共振回路ＲＣを構成することとしてもよい。こうすれば、コンデンサＣ３の数を減らすことができるので、金属異物検出装置１４の部品点数を削減することが可能になる。なお、アンテナコイルＬ３ごとにコンデンサＣ３を設置する場合、それぞれの共振回路ＲＣごとにアンテナコイルＬ３とコンデンサＣ３の接続を切り替えるスイッチを設け、金属異物の検出時において、検出切替スイッチ１４１によってモード切替スイッチ１４２に接続されたアンテナコイルＬ３以外のアンテナコイルＬ３とコンデンサＣ３との接続を切り離すように構成しても構わない。こうすれば、金属異物の検出動作時において、検出切替スイッチ１４１によってモード切替スイッチ１４２に接続されたアンテナコイルＬ３と他のアンテナコイルＬ３との磁気的な結合が抑制され、金属異物の検出精度を一層向上させることが可能になる。

【0053】

モード切替スイッチ１４２は、検出切替スイッチ１４１に接続された共通端子と、それぞれフィルタ回路１５０，１６０に接続された２つの選択端子とを有する１回路２接点のスイッチであり、制御回路１４３の制御に応じて、いずれか一方の選択端子を共通端子に接続するよう構成される。モード切替スイッチ１４２としても、半導体スイッチやマルチプレクサを使用することが好適である。

【0054】

制御回路１４３は、ワイヤレス電力伝送システム１の給電状態に応じて上記複数の検出モードから１つを選択し、その結果に応じてモード切替スイッチ１４２の切り替え制御を行うことにより、検出部１４０による金属異物の有無の検出モードを切り替える。具体的には、検出切替スイッチ１４１とフィルタ回路１５０を接続することによって検出部１４０を第１の検出モードとし、検出切替スイッチ１４１とフィルタ回路１６０を接続することによって検出部１４０を第２の検出モードとする。

【0055】

ワイヤレス電力伝送システム１の給電状態として、本実施の形態では、給電中と給電停止中の２つの状態を利用する。制御回路１４３は、例えば図２に示した交流電流Ｉ１を参照することによって、ワイヤレス電力伝送システム１が給電中であるか、それとも給電停止中であるかを判定する。そして、給電停止中であると判定した場合には、検出切替スイッチ１４１とフィルタ回路１５０を接続することによって、検出部１４０を第１の検出モードとする。上記したように、第１の検出モードでは、交番磁界がない状態であれば第２の検出モードに比べて高い精度で金属異物の検出を行うことができるので、このような制御回路１４３の制御により、給電停止中に高い精度で金属異物の検出を行うことが可能になる。一方、給電中であると判定した場合には、検出切替スイッチ１４１とフィルタ回路１６０を接続することによって、検出部１４０を第２の検出モードとする。上記したように、第２の検出モードは交番磁界の影響があっても精度があまり低下しないという特徴を有するので、このような制御回路１４３の制御により、給電中であっても、比較的高い精度で金属異物の検出を行うことが可能になる。

【0056】

以下、第１及び第２の検出モードのそれぞれに関わる検出部１４０の構成及び動作について、順に説明する。

【0057】

第１の検出モードは、フィルタ回路１５０、整流回路１５１、積分回路１５２、判定回路１５３、及び波数検出回路１５４によって実現される。

【0058】

フィルタ回路１５０は、検出切替スイッチ１４１を介して接続されているアンテナコイルＬ３において発生した振動信号Ｖｂから電力伝送周波数ｆｐの成分を取り除くことにより、図４（ｃ）に示す振動信号Ｖｃを生成する回路である。具体的には、共振周波数ｆｒと同じ帯域の周波数を取り出すバンドパスフィルタにより、フィルタ回路１５０を構成することが好適である。一方、コンデンサＣ３を設けず、共振回路ＲＣを形成しない場合は、電力伝送周波数ｆｐと同じ帯域の周波数を取り出すバンドパスフィルタにより、フィルタ回路１５０を構成すると好適である。

【0059】

整流回路１５１は、フィルタ回路１５０から出力される振動信号Ｖｃを整流することにより、図４（ｄ）に示すパルス状の信号Ｖｄを生成する回路である。整流回路１５１として具体的には、ダイオード、ダイオードブリッジ回路、又は半導体スイッチなどのスイッチング素子を使用することが好適である。図４（ｄ）に示す信号Ｖｄは整流回路１５１を半波整流回路により構成した場合の例であるが、整流回路１５１を全波整流回路あるいはその他の整流回路により構成することとしてもよい。

【0060】

積分回路１５２は、整流回路１５１が生成した信号Ｖｄの波形の積分値ＩＶを得る回路である。信号Ｖｄが上述したようにパルス状の信号であることから、信号Ｖｄが発生している間、積分回路１５２の積分値ＩＶは、図４（ｅ）に示すように階段状に上昇することになる。積分回路１５２による積分の開始及び終了は、制御回路１４３によって制御される。

【0061】

波数検出回路１５４は、振動信号Ｖｃの波数を検出する回路である。具体的に説明すると、まず波形整形回路１５４ａにより、振動信号Ｖｃから図４（ｆ）に示す二値信号ＣＫを生成し、次いでカウンタ回路１５４ｂによりこの二値信号ＣＫの波数をカウントすることによって、振動信号Ｖｃの波数を検出する。以下、それぞれの回路の動作について詳しく説明する。

【0062】

波形整形回路１５４ａは、フィルタ回路１５０から出力される振動信号Ｖｃの閾値判定を行うことにより、二値信号ＣＫを生成する。この閾値判定で用いる閾値としては、予め設定された基準電圧値を用いることが好適である。基準電圧値の具体的な値は、例えば、金属異物がない場合の振動信号Ｖｃの振幅中心電圧（例えば０Ｖ）に設定される。二値信号ＣＫは、閾値判定の結果が閾値以上である場合にハイとなり、閾値判定の結果が閾値未満である場合にローとなる信号である。したがって、二値信号ＣＫの周期は、共振回路ＲＣの共振周波数ｆｒの逆数と一致する。なお、本実施の形態では、振動信号Ｖｃの閾値判定により二値信号ＣＫを生成しているが、波形整形回路１５４ａは、整流回路１５１が生成した信号Ｖｄの閾値判定を行うことにより、二値信号を生成してもよい。

【0063】

カウンタ回路１５４ｂは、波形整形回路１５４ａにより生成された二値信号ＣＫをクロックとしてカウント動作を行い、その結果を示すデジタル値（カウント値）を生成する回路である。カウンタ回路１５４ｂによるカウントの開始及び終了のタイミングは、制御回路１４３によって制御される。カウンタ回路１５４ｂによって生成されるカウント値は振動信号Ｖｃの波数に等しくなるので、波数検出回路１５４は、このカウント値を振動信号Ｖｃの波数の検出結果として出力するよう構成される。

【0064】

制御回路１４３は、積分回路１５２及びカウンタ回路１５４ｂの制御を行う。具体的には、アンテナコイルＬ３の選択を切り替える都度、検出部１４０が第１の検出モードであることを条件として、所定の波数検出開始信号を供給することによって波数検出回路１５４に波数の検出を開始させる（具体的には、カウンタ回路１５４ｂにカウントを開始させる）とともに、所定の積分開始信号を供給することによって積分回路１５２に積分を開始させる。その後、波数検出回路１５４による波数の検出結果（具体的には、カウンタ回路１５４ｂが出力するカウント値）を監視し、該検出結果が所定値（以下、「積分対象波数」と称する）に達した場合に、所定の積分終了信号を供給することによって積分回路１５２に積分を終了させるとともに、所定の波数検出終了信号を供給することによって、波数検出回路１５４に波数の検出を終了させる（具体的には、カウンタ回路１５４ｂにカウントを終了させる）。積分回路１５２は、こうして積分が終了した時点での積分値ＩＶを判定回路１５３に供給するよう構成される。

【0065】

ここで、制御回路１４３が波数検出回路１５４に波数の検出を開始させるタイミングと積分回路１５２に積分を開始させるタイミングとは、同時であってもよいし、異なっていてもよい。後者の場合の例としては、初めに波数検出回路１５４に波数の検出を開始させ、検出された波数が所定値に達した場合に、積分回路１５２に積分を開始させることが挙げられる。積分値ＩＶと後述する基準積分値ＣＩＶとで同一波数分の波形を積分するという観点からは、この例による積分の開始のさせ方が適している。

【0066】

制御回路１４３はまた、積分値ＩＶの基準となる基準積分値ＣＩＶを得るための動作も行う。基準積分値ＣＩＶは、給電コイルＬ１と受電コイルＬ２の間に金属異物が存在しないときの積分値ＩＶであり、制御回路１４３は、給電コイルＬ１と受電コイルＬ２の間に金属異物が存在しないことが保証される状態で上記制御を実行することにより、基準積分値ＣＩＶを取得する。このとき、制御回路１４３は、上述した積分対象波数について、通常動作で積分値ＩＶを取得するときと同じ値を使用する。したがって、積分値ＩＶと基準積分値ＣＩＶとは、同一波数分の波形を積分したものとなっている。制御回路１４３は、取得した基準積分値ＣＩＶを判定回路１５３に出力し、記憶させる。

【0067】

判定回路１５３は、積分回路１５２から供給される積分値ＩＶと、制御回路１４３から予め供給され、記憶していた基準積分値ＣＩＶとに基づいて、給電コイルＬ１と受電コイルＬ２の間における金属異物の有無を検出する回路である。具体的には、積分値ＩＶと基準積分値ＣＩＶの差の絶対値が所定値以内であれば金属異物はないと判定し、そうでなければ金属異物があると判定する。

【0068】

判定回路１５３による判定の結果は、制御回路１４３に供給される。制御回路１４３は、金属異物が検出されたとの判定結果が供給された場合、図２に示したスイッチ駆動部１２０に対し、電力変換器１２による電力の変換を停止するよう指示する。この指示を受けたスイッチ駆動部１２０は、電力変換器１２から交流電力が出力されないよう、図２に示した制御信号ＳＧ１〜ＳＧ４を調整する。これにより、ワイヤレス給電装置１０による給電動作が停止するので、給電コイルＬ１と受電コイルＬ２の間に生ずる交番磁界に起因して金属異物に渦電流が発生し、それによって金属異物が発熱することを防止することが可能になる。

【0069】

次に、第２の検出モードは、フィルタ回路１６０、二値化回路１６１、カウンタ回路１６２、振動時間長計測回路１６３、及び判定回路１６４によって実現される。

【0070】

フィルタ回路１６０は、フィルタ回路１５０と同様の構成を有する回路であり、検出切替スイッチ１４１を介して接続されているアンテナコイルＬ３において発生した振動信号Ｖｂから電力伝送周波数ｆｐの成分を取り除くことにより、図４（ｃ）に示す振動信号Ｖｃを生成する。なお、フィルタ回路１５０，１６０を１つのフィルタ回路により共通化してもよい。

【0071】

二値化回路１６１は、フィルタ回路１６０から出力される振動信号Ｖｃの電圧値と、予め設定された基準電圧値（例えば０Ｖ）とを比較することにより、図４（ｆ）に示す二値信号Ｖｅを生成する回路である。二値信号Ｖｅは、振動信号Ｖｃの電圧値が基準電圧値以上である場合にハイレベルとなり、振動信号Ｖｃの電圧値が基準電圧値より小さい場合にローレベルとなる二値の信号であり、図４（ｆ）からも理解されるように、二値信号ＣＫと実質的に同一の波形を有する。

【0072】

カウンタ回路１６２は、二値化回路１６１から出力される二値信号Ｖｅの波数をカウントすることにより、振動信号Ｖｃの波数をカウントする機能を有する。カウンタ回路１６２がカウントを開始するタイミングは、制御回路１４３によって指示される。

【0073】

振動時間長計測回路１６３は、１より大きい所定波数分の振動信号Ｖｃの振動に要する時間の長さを示す振動時間長ＴＬを計測する回路である。なお、ここでいう波数は、周期と言い換えることも可能である。振動時間長計測回路１６２による振動時間長ＴＬの計測の開始点、及び、振動時間長ＴＬを計測するために参照する振動信号Ｖｃの具体的な波数はそれぞれ任意に調整可能とされており、具体的には制御回路１４３によって調整される。振動時間長計測回路１６３による振動時間長の計測は、具体的には、制御回路１４３から計測の開始を指示された後のカウンタ回路１６２のカウント値の増分が、制御回路１４３から指示された波数分に達するのに要する時間を計測することによって実行される。

【0074】

制御回路１４３は、カウンタ回路１６２及び振動時間長計測回路１６３の制御を行う。具体的には、アンテナコイルＬ３の選択を切り替える都度、検出部１４０が第２の検出モードであることを条件として、所定の波数検出開始信号を供給することによってカウンタ回路１６２にカウントを開始させるとともに、所定の計測開始信号を供給することによって振動時間長計測回路１６３に振動時間長の計測を開始させる。その後、カウンタ回路１６２が出力するカウント値を監視し、該検出結果が所定値（以下、「振動時間長計測対象波数」と称する）に達した場合に、所定の計測終了信号を供給することによって振動時間長計測回路１６３に計測を終了させるとともに、所定の波数検出終了信号を供給することによって、カウンタ回路１６２にカウントを終了させる。振動時間長計測回路１６３は、こうして計測した振動時間長ＴＬを判定回路１６４に供給するよう構成される。

【0075】

ここで、制御回路１４３がカウンタ回路１６２に波数の検出を開始させるタイミングと振動時間長計測回路１６３に計測を開始させるタイミングとは、同時であってもよいし、異なっていてもよい。後者の場合の例としては、初めにカウンタ回路１６２にカウントを開始させ、カウント値が所定値に達した場合に、振動時間長計測回路１６３に計測を開始させることが挙げられる。振動時間長ＴＬと後述する基準時間長ＣＴＬとを同一波数の波形から得るという観点からは、この例による計測の開始のさせ方が適している。

【0076】

制御回路１４３はまた、振動時間長ＴＬの基準となる基準時間長ＣＴＬを得るための動作も行う。基準時間長ＣＴＬは、給電コイルＬ１と受電コイルＬ２の間に金属異物が存在しないときの振動時間長ＴＬであり、制御回路１４３は、給電コイルＬ１と受電コイルＬ２の間に金属異物が存在しないことが保証される状態で上記制御を実行することにより、基準時間長ＣＴＬを取得する。このとき、制御回路１４３は、上述した振動時間長計測対象波数について、通常動作で振動時間長ＴＬを取得するときと同じ値を使用する。したがって、振動時間長ＴＬと基準時間長ＣＴＬとは、同一波数分の波形を計測した結果として得られたものとなっている。制御回路１４３は、取得した基準時間長ＣＴＬを判定回路１６４に出力し、記憶させる。

【0077】

判定回路１６４は、振動時間長計測回路１６３から供給される振動時間長ＴＬと、制御回路１４３から予め供給され、記憶していた基準時間長ＣＴＬとに基づいて、給電コイルＬ１と受電コイルＬ２の間における金属異物の有無を検出する回路である。具体的には、振動時間長ＴＬと基準時間長ＣＴＬの差の絶対値が所定値以内であれば金属異物はないと判定し、そうでなければ金属異物があると判定する。

【0078】

判定回路１６４による判定の結果は、制御回路１４３に供給される。この結果を受けた制御回路１４３の動作は、第１の検出モードの例と同一である。すなわち、金属異物が検出されたとの判定結果が供給された場合、制御回路１４３は、図２に示したスイッチ駆動部１２０に対し、電力変換器１２による電力の変換を停止するよう指示する。この指示を受けたスイッチ駆動部１２０は、電力変換器１２から交流電力が出力されないよう、図２に示した制御信号ＳＧ１〜ＳＧ４を調整する。これにより、ワイヤレス給電装置１０による給電動作が停止するので、給電コイルＬ１と受電コイルＬ２の間に生ずる交番磁界に起因して金属異物に渦電流が発生し、それによって金属異物が発熱することを防止することが可能になる。

【0079】

以上説明したように、本実施の形態による金属異物検出装置１４によれば、ワイヤレス電力伝送システム１の給電状態に応じて、金属異物の検出のために参照する特性を変えることができる。具体的には、給電停止中であれば、積分値を参照する金属異物の検出（第１の検出モード）を行うことができ、給電中であれば、周期を参照する金属異物の検出（第２の検出モード）を行うことができる。したがって、給電状態によらず、高い検出精度を得ることが可能になる。

【0080】

（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態に係るワイヤレス電力伝送システム１について、説明する。本実施の形態に係るワイヤレス電力伝送システム１は、図３に示した制御回路１４３の動作が異なる点でのみ、第１の実施の形態によるワイヤレス電力伝送システム１と相違する。その他の点では第１の実施の形態によるワイヤレス電力伝送システム１と同様であるので、以下では、第１の実施の形態と同様の構成については同一の符号を付し、第１の実施の形態との相違点にのみ着目して説明する。

【0081】

再び図３を参照すると、本実施の形態による制御回路１４３は、図５（ａ）に示したマトリクス状の配置の中における個々のアンテナコイルＬ３の位置を示す情報を予め記憶している。そして、この情報に基づき、複数のアンテナコイルＬ３ごとに、該アンテナコイルＬ３の位置にも応じて、複数の検出モードから１つを選択するよう構成される。

【0082】

また、本実施の形態では、ワイヤレス電力伝送システム１の給電状態として、給電停止中、給電中（電力低）、給電中（電力高）の３つの状態を利用する。制御回路１４３は、例えば図２に示した交流電流Ｉ１の閾値判定を行うことによって、現在の給電状態が３つの状態のうちのいずれであるかを判定する。つまり、交流電流Ｉ１が所定の第１の閾値（例えば０Ａ）以下である場合には給電停止中であると判定し、第１の閾値より大きく、かつ、第１の閾値より大きい所定の第２の閾値以下である場合には給電中（電力低）であると判定し、第２の閾値より大きい場合には給電中（電力高）であると判定すればよい。

【0083】

図６〜図８はそれぞれ、給電停止中、給電中（電力低）、給電中（電力高）における各アンテナコイルＬ３への検出モードの割り当て状況を示す図である。各図においては、アンテナコイルＬ３ごとに付された丸の中の数字が、そのアンテナコイルＬ３に関して制御回路１４３が選択する検出モードを表している。

【0084】

まず図６に示すように、現在の給電状態が給電停止中であると判定した制御回路１４３は、すべてのアンテナコイルＬ３に関して、第１の検出モードを選択する。これにより、給電停止中に高い精度で金属異物の検出を行うことが可能になる。

【0085】

次に図８に示すように、現在の給電状態が給電中（電力高）であると判定した制御回路１４３は、すべてのアンテナコイルＬ３に関して、第２の検出モードを選択する。これにより、給電中であっても、比較的高い精度で金属異物の検出を行うことが可能になる。

【0086】

次に図７に示すように、現在の給電状態が給電中（電力低）であると判定した制御回路１４３は、最外周にあるアンテナコイルＬ３に関して第１の検出モードを選択し、それ以外のアンテナコイルＬ３に関して第２の検出モードを選択する。給電中であっても給電電力が低い場合には、最外周にあるアンテナコイルＬ３に鎖交する磁束の量はさほど多くなく、したがって最外周にあるアンテナコイルＬ３に関しては、第１の検出モードの方が第２の検出モードよりも検出精度が高くなる。これに対し、内側にあるアンテナコイルＬ３については、給電電力が低くても多量の磁束が鎖交するので、第２の検出モードの方が第１の検出モードよりも検出精度が高くなる。したがって、上記のようにアンテナコイルの位置に応じて異なる検出モードを選択することにより、より高い精度で金属異物の検出を行うことが可能になる。

【0087】

以上説明したように、本実施の形態による金属異物検出装置１４によれば、金属異物の検出のために参照する特性を、給電状態だけでなく、アンテナコイルＬ３ごとにその位置にも応じて変えることができる。具体的には、給電停止中であれば、すべてのアンテナコイルＬ３について積分値を参照する金属異物の検出（第１の検出モード）を行うことができ、給電中（電力低）であれば、最外周にあるアンテナコイルＬ３については積分値を参照する金属異物の検出（第１の検出モード）を行える一方、それ以外のアンテナコイルＬ３については周期を参照する金属異物の検出（第２の検出モード）を行うことができ、給電中（電力高）であれば、すべてのアンテナコイルＬ３について周期を参照する金属異物の検出（第２の検出モード）を行うことができる。したがって、第１の実施の形態に比べて、より高い検出精度を得ることが可能になる。

【0088】

なお、本実施の形態では、給電中（電力低）に第１の検出モードとするアンテナコイルＬ３を最外周にあるものとしたが、実際にどのアンテナコイルＬ３を第１の検出モードとするのかは、実験やシミュレーションによって適宜決定することが好ましい。また、給電状態として４つ以上の状態を利用し、この４つ以上の状態ごとに、各アンテナコイルＬ３で使用する検出モードを決定することとしてもよい。

【0089】

また、本実施の形態では、給電状態と各アンテナコイルＬ３の位置との両方に応じて、金属異物の検出のために参照する特性を変えることとしたが、制御回路１４３は、給電状態を参照せず、各アンテナコイルＬ３の位置のみに応じて、金属異物の検出のために参照する特性を変えることとしてもよい。例えば、各アンテナコイルＬ３で使用する検出モードを、給電状態によらず、図７に示したものに固定することとしてもよい。

【0090】

（第３の実施の形態）
次に、本発明の第３の実施の形態に係るワイヤレス電力伝送システム１について、説明する。本実施の形態に係るワイヤレス電力伝送システム１は、図３に示した制御回路１４３が各アンテナコイルＬ３の両端電圧に基づいて検出モードの選択を行う点でのみ、第１の実施の形態によるワイヤレス電力伝送システム１と相違する。その他の点では第１の実施の形態によるワイヤレス電力伝送システム１と同様であるので、以下では、第１の実施の形態と同様の構成については同一の符号を付し、第１の実施の形態との相違点にのみ着目して説明する。

【0091】

図９は、本実施の形態による金属異物検出装置１４の機能ブロックを示す略ブロック図である。同図に示すように、本実施の形態による制御回路１４３は、複数のアンテナコイルＬ３のそれぞれに発生する電圧を検出する電圧検出部として機能する。そして、検出された電圧値が予め設定された基準電圧値を下回るアンテナコイルＬ３については、第１の実施の形態で説明した制御によれば第２の検出モードを選択すべき場合（すなわち、給電中である場合）であっても、第１の検出モードを選択する。こうすることで、たとえ給電中であったとしても、局所的にあまり磁界の影響がないアンテナコイルＬ３について、給電中であっても、磁界がない状態で高い精度を得ることのできる第１の検出モードを利用することが可能になる。

【0092】

以上説明したように、本実施の形態による金属異物検出装置１４によれば、局所的にあまり磁界の影響がないアンテナコイルＬ３について、給電中であっても、磁界がない状態で高い精度を得ることのできる第１の検出モードを利用することが可能になる。したがって、第１の実施の形態に比べて、より高い検出精度を得ることが可能になる。

【0093】

以上、本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明はこうした実施の形態に何等限定されるものではなく、本発明が、その要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施され得ることは勿論である。

【0094】

例えば、上記各実施の形態では、各アンテナコイルＬ３は磁界を受けて振動信号を発生するものとしたが、各アンテナコイルＬ３は、電流を受けて振動信号を発生するものとしてもよい。具体的には、金属異物の検出を行う都度、アンテナコイルＬ３に瞬間的に電流を印加し、その電流によって生ずる減衰振動信号に基づき、金属異物の検出を行うこととしてもよい。この場合においても、上記各実施の形態で説明したようにして検出モードを制御することで、高い検出精度を得ることが可能になる。

【0095】

また、上記各実施の形態では、積分値を参照する第１の検出モードと、周期を参照する第２の検出モードとを例示したが、これらの検出モードに加えて、或いは、これらの検出モードの一方又は両方に代えて、Ｑ値などの他の回路特性を参照することによって金属異物を検出する検出モードを利用することとしてもよい。ただし、この場合においても、交番磁界がない状態で高い検出精度を得ることのできる検出モードと、交番磁界の影響があっても精度があまり低下しない検出モードとの２つの検出モードを利用することが好ましい。

【符号の説明】

【0096】

１ ワイヤレス電力伝送システム
２ 負荷
１０ ワイヤレス給電装置
１１ 直流電源
１２ 電力変換器
１３ 給電コイル部
１４ 金属異物検出装置
１５ ノイズ検出部
２０ ワイヤレス受電装置
２１ 受電コイル部
２２ 整流器
１２０ スイッチ駆動部
１４０ 検出部
１４１ 検出切替スイッチ
１４２ モード切替スイッチ
１４３ 制御回路
１５０，１６０ フィルタ回路
１５１ 整流回路
１５２ 積分回路
１５３，１６３ 判定回路
１５４，１６４ 波数検出回路
１５４ａ，１６４ａ 波形整形回路
１５４ｂ，１６４ｂ カウンタ回路
１６１ 二値化回路
１６２ 振動時間長計測回路
Ｃ 周期
Ｃ０ 平滑用キャパシタ
Ｃ１ 給電側コンデンサ
Ｃ２ 受電側コンデンサ
Ｃ３ 金属異物検出装置用コンデンサ
ＣＣ 基準周期
ＣＩＶ 基準積分値
Ｄ１〜Ｄ４ ダイオード
ＩＶ 積分値
Ｌ１ 給電コイル
Ｌ２ 受電コイル
Ｌ３ アンテナコイル
Ｒ３ アンテナコイルＬ３の直列抵抗
ＲＣ 共振回路
ＳＧ１〜ＳＧ４ 制御信号
ＳＷ１〜ＳＷ４ スイッチング素子

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】