JP6166227B2 - 送電装置及び受電装置 - Google Patents

Description

この発明は、送電装置及び受電装置に関し、特に、非接触で電力をやり取りする送電装置と受電装置との間の異物検知に関する。

送電装置から受電装置へ非接触で電力を伝送する非接触電力伝送システムについて各種提案されている（特許文献１〜７）。

このような非接触電力伝送システムにおいては、送電装置と受電装置との間に異物（存在すべきでない物）が侵入することが想定され、異物を適切に検知することが必要である。たとえば、特開２０１３−２７１７１号公報（特許文献１）には、送電装置から受電装置への送電中でも精度よく金属異物を検知可能な検知装置が開示されている。この検知装置は、送電装置と受電装置との間に存在する金属異物を、コイルを含む共振回路のＱ値の変化を用いて検知する。Ｑ値測定用の上記コイルは、給電用コイル（送電コイル又は受電コイル）とは別に設けてもよいし、給電用コイルを用いてもよいとされる（特許文献１参照）。

特開２０１３−２７１７１号公報 特開２０１２−１６１２５号公報 特開２０１３−１５４８１５号公報 特開２０１３−１４６１５４号公報 特開２０１３−１４６１４８号公報 特開２０１３−１１０８２２号公報 特開２０１３−１２６３２７号公報

特許文献１に記載の検知装置では、Ｑ値測定用のコイルは、給電用コイルを用いてもよいとされ、給電用コイルとは別に設けられる場合についても、給電用コイルと同等サイズのものと想定される。しかしながら、たとえば、車両の非接触給電システムなど大電力を扱うシステムにおいては、給電用コイルもある程度大型化するので、給電用コイルに比べて相対的に小さい異物を検知できない可能性がある。

それゆえに、この発明の目的は、受電装置へ非接触で電力を送電する送電装置において、送電コイルに比べて相対的に小さい異物も検知可能とすることである。

また、この発明の別の目的は、送電装置から出力される電力を非接触で受電する受電装置において、受電コイルに比べて相対的に小さい異物も検知可能とすることである。

この発明によれば、送電装置は、受電装置へ電力を送電する送電装置であって、送電コイルと、異物検知器とを備える。送電コイルは、受電装置の受電コイルへ非接触で送電するためのコイルである。異物検知器は、送電コイルの上方に位置する受電コイルへ送電コイルが送電するものとして、送電コイルの上方に設けられる。異物検知器は、複数の第１コイルと、複数の第２コイルとを含む。複数の第１コイルは、送電コイルの上面に沿って配設される。複数の第２コイルは、送電コイルの上面に沿って複数の第１コイルの上方又は下方に配設され、複数の第１コイルに対応して設けられる。複数の第２コイルの各々は、対応の第１コイルに対向して配置される。そして、送電コイル並びに複数の第１コイル及び複数の第２コイルを送電コイルの上方から平面視した場合に、複数の第１コイルの各々及び複数の第２コイルの各々の外形は、送電コイルの外形よりも小さい。

この送電装置においては、異物検知器は、複数の第１コイルと、複数の第２コイルとを含み、複数の第１コイル及び複数の第２コイルは、セットで送電装置に設けられる。これにより、第１コイルと対応の第２コイルとの間の距離を小さくして、第１コイル及び第２コイルのサイズを小さくすることができる。そして、この送電装置によれば、各第１コイル及び各第２コイルの外形は送電コイルの外形よりも小さいので、異物検知器によって送電コイルに比べて相対的に小さい異物も検知することができる。

好ましくは、複数の第１コイル及び複数の第２コイルは、送電コイルが収容される筐体の上面の筐体内側に行列状に配設される。

このような構成とすることにより、送電コイルが収容される筐体上の小さい異物を検知することができる。また、複数の第１コイル及び複数の第２コイルを破損や汚れから保護することができる。

好ましくは、複数の第１コイルの各々及び複数の第２コイルの各々は、互いに巻き数が同じで、かつ、巻き方向が反対の、少なくとも一つの一対のコイル要素を同一平面上に配置して、コイル要素を直列に接続した形状を有する。

各第１コイル及び各第２コイルは、送電コイルと受電コイルへの送電時に送電コイルが発生する磁束を受ける。この磁束は、各コイル要素を同方向に貫くところ、上記の構成とすることにより、各コイル要素に生じる誘導電圧は互いにキャンセルされる。したがって、この送電装置によれば、送電コイルから受電コイルへの送電時に異物検知器に誘導電圧が生じるのを抑制することができる。なお、少なくとも一つの一対のコイル要素は、たとえば一対のコイル要素によって８の字形状を形成するようなもののほか、２つの一対のコイル要素によって花弁形状を形成するようなものも含む。

好ましくは、異物検知器は、切替装置をさらに含む。切替装置は、複数の第１コイルのうち検知用の交流電圧が印加される第１コイル（以下「通電コイル」と称する。）、及び通電コイルに対応する第２コイルのペアを切替える。送電装置は、制御装置をさらに備える。制御装置は、通電コイル、及び通電コイルに対応する第２コイルのペアを順次切替えるように切替装置を制御し、通電コイルに対応する第２コイルの受電状態に基づいて異物の有無を判定する。

このような構成とすることにより、複数の第１コイル及び複数の第２コイルが配設された範囲において、小さな異物を広範囲にわたり検知することができる。なお、第２コイルの受電状態とは、第２コイルの受電電圧、受電電流及び受電電力の少なくともいずれかを示す。

さらに好ましくは、通電コイルを含んで形成される第１共振回路、及び通電コイルに対応する第２コイルを含んで形成される第２共振回路の各々の共振周波数は、送電コイルに供給される交流電圧の周波数よりも高い。さらに好ましくは、共振周波数は、送電コイルに供給される交流電圧の高調波の周波数と異なる。

このような構成により、送電コイルにより形成される磁界の異物検知器への影響を抑制することができる。

また、この発明によれば、受電装置は、送電装置から出力される電力を受電する受電装置であって、受電コイルと、異物検知器とを備える。受電コイルは、送電装置の送電コイルから非接触で受電するためのコイルである。異物検知器は、受電コイルの下方に位置する送電コイルから受電コイルが受電するものとして、受電コイルの下方に設けられる。異物検知器は、複数の第１コイルと、複数の第２コイルとを含む。複数の第１コイルは、受電コイルの下面に沿って配設される。複数の第２コイルは、受電コイルの下面に沿って複数の第１コイルの上方又は下方に配設され、複数の第１コイルに対応して設けられる。複数の第２コイルの各々は、対応の第１コイルに対向して配置される。そして、受電コイル並びに複数の第１コイル及び複数の第２コイルを受電コイルの下方から平面視した場合に、複数の第１コイルの各々及び複数の第２コイルの各々の外形は、受電コイルの外形よりも小さい。

この受電装置においては、複数の第１コイル及び複数の第２コイルは、セットで受電装置に設けられる。これにより、第１コイルと対応の第２コイルとの間の距離を小さくして、第１コイル及び第２コイルのサイズを小さくすることができる。そして、この受電装置によれば、各第１コイル及び各第２コイルの外形は受電コイルの外形よりも小さいので、異物検知器によって受電コイルに比べて相対的に小さい異物も検知することができる。

この発明によれば、送電コイルや受電コイルに比べて相対的に小さい異物も検知することができる。

この発明の実施の形態１に従う送電装置が適用される非接触電力伝送システムの概略構成図である。 図１に示す送電ユニットの分解斜視図である。 第１コイルと第２コイルとにより構成されるコイルペアの斜視図である。 図２に示す異物検知器の電気的な構成を示した図である。 実施の形態１の変形例における第１コイル及び第２コイルの形状を示した図である。 第１コイル及び第２コイルの他の形状を示した図である。 第１コイル及び第２コイルのさらに他の形状を示した図である。 実施の形態２における異物検知器にて用いられるコイルペアの斜視図である。 実施の形態２の変形例における第１コイル及び第２コイルの形状を示した図である。 第１コイル及び第２コイルの他の形状を示した図である。 図１０に示す断面ＸＩ−ＸＩの断面図である。 実施の形態３において車両に搭載される受電ユニットの分解斜視図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。なお、以下では複数の実施の形態について説明するが、各実施の形態で説明された構成を適宜組合わせることは出願当初から予定されている。また、個数及び量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本発明の範囲は必ずしもその個数及び量などに限定されない。

［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態１に従う送電装置が適用される非接触電力伝送システムの概略構成図である。なお、図中、矢印Ｄは鉛直方向下方を示し、矢印Ｕは鉛直方向上方を示し、矢印Ｆは車両前進方向を示し、矢印Ｂは車両後進方向を示す。これらについては、後述する図２，３，８，１２においても共通する。

図１を参照して、非接触電力伝送システム１０００は、車両１００と、送電装置３００とを備える。車両１００は、車両本体１１０と、受電ユニット２００とを含む。車両本体１１０は、車両ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１２０と、整流器１３０と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４０と、蓄電装置１５０と、パワーコントロールユニット１６０と、駆動ユニット１７０と、通信部１８０とを含む。

受電ユニット２００は、送電装置３００の送電ユニット４００に対向した状態で、送電ユニット４００から非接触で受電するように構成される。受電ユニット２００は、コアの周囲に導線が巻回された受電コイルと、共振コンデンサとを含む（いずれも図示せず）。なお、受電コイルにおける導線の巻数は、受電コイルと送電ユニット４００の送電コイルとの間の距離、並びに受電コイルと送電コイルとの共振強度を示すＱ値（たとえばＱ≧１００）及びそれらの結合度を示す結合係数κが大きくなるように適宜設計される。

送電装置３００は、高周波電力装置３１０と、送電ＥＣＵ３２０と、通信部３２２と、送電ユニット４００と、制御装置４８５とを含む。高周波電力装置３１０には、交流電源３３０が接続されている。送電ユニット４００は、コアの周囲に導線が巻回された送電コイルと、共振コンデンサとを含む（いずれも図示せず）。送電ユニット４００から車両１００の受電ユニット２００へ電力伝送可能な位置に車両１００が駐車した際に、受電ユニット２００における受電コイルのコイル巻回軸Ｏ１と、送電ユニット４００における送電コイルのコイル巻回軸Ｏ２とは、互いに平行になることが企図される。

そして、送電ユニット４００の送電コイルは、高周波電力装置３１０から高周波電力（交流電圧）が印加されることにより磁界を形成し、その形成された磁界を介して受電ユニット２００の受電コイルへ非接触で送電する。なお、送電コイルにおける導線の巻数も、送電コイルと受電コイルとの間の距離、並びにＱ値（たとえばＱ≧１００）及び結合係数κが大きくなるように適宜設計される。制御装置４８５については、後ほど図４において説明する。

図２は、図１に示した送電ユニット４００の分解斜視図である。図２を参照して、送電ユニット４００は、送電コイル４１０と、共振コンデンサ４２０と、筐体４３０と、異物検知器４６０とを含む。送電コイル４１０は、コア４４０と、コア４４０の周囲に巻回された導線４５０とを含む。一例として、コア４４０はフェライト製であり、その大きさについては長さＬ１，Ｌ２が４００ｍｍ程度である。送電コイル４１０及び共振コンデンサ４２０は、筐体４３０内に収容される。筐体４３０は、シールド４３２と、蓋部材４３４とを含む。

送電ユニット４００と受電ユニット２００との間に異物（存在すべきでない物）が存在すると、送電コイル４１０から受電ユニット２００の受電コイルへの電力伝送時に、異物が発熱したり、電力伝送効率が低下したりする。異物検知器４６０は、送電ユニット４００と受電ユニット２００（図１）との間に異物が存在している場合に、そのような異物を検知する。異物としては、たとえば、飲料缶やお金等の金属片や、動物等が想定される。

異物検知器４６０は、複数の第１コイル４６８と、複数の第２コイル４７８とを含む。複数の第１コイル４６８及び複数の第２コイル４７８は、送電コイル４１０の上方に設けられ、この実施の形態１では、筐体４３０の蓋部材４３４の内面上に配設されている。複数の第２コイル４７８は、複数の第１コイル４６８に対応して設けられ、各第１コイル４６８及び各第２コイル４７８は、同一の大きさ及び形状を有する。各第２コイル４７８は、対応の第１コイル４６８に対向して配置され、対応の第１コイル４６８とともにコイルペアを構成する。そして、複数の第１コイル４６８（複数の第２コイル４７８）の数に相当する複数組のコイルペアが、蓋部材４３４の内面上に行列状に配設される。

すなわち、複数組のコイルペアは、送電コイル４１０の上面に沿って、送電コイル４１０の上方において行列状に配設されるところ、各コイルペア（各第１コイル４６８及び各第２コイル４７８）の外形（Ｌ３×Ｌ４）は、送電コイル４１０の外形（Ｌ１×Ｌ２）よりも小さい。このようなサイズのコイルペアによって、送電ユニット４００と受電ユニット２００との間に異物が存在する場合に、受電コイルの受電状態の変化（たとえば、受電コイルに発生する誘導電圧の低下）では検知できないような小さい異物も検知することができる。

より詳しく説明すると、送電ユニット４００と受電ユニット２００との間に異物が存在する場合、送電コイル４１０から受電ユニットの２００の受電コイルへの送電時に、送電コイル４１０と受電コイルとの間の結合係数の変化（低下）として表われる受電コイルの受電状態の変化（たとえば誘導電圧の低下）を検知することによって、異物を検知できる可能性もある。しかしながら、異物の大きさが送電コイル４１０及び受電コイルに対して相対的に小さい場合、送電コイル４１０と受電コイルとの間の結合係数に対する異物の影響は小さく、受電コイルの受電状態の変化からは異物を検知することができない。

このような小さい異物を検知するには、送電コイル４１０及び受電コイルとは別に、異物検知用に小型のコイルペアを用いる必要がある。小型のコイルペアを用いることによって、送電側のコイルと受電側のコイルとの間の結合係数に対する異物の影響が相対的に大きくなり、小さい異物についても受電側コイルの受電状態の変化に基づいて検知することができる。しかしながら、コイルサイズを小さくすると、受電側のコイルを送電側のコイルと結合させるためには、コイル間の距離を小さくする必要がある。そこで、本実施の形態１に従う送電装置３００においては、互いに近接して対向配置される第１コイル４６８及び第２コイル４７８をセットで送電装置３００側に設けるとともに送電コイル４１０の上方に複数配置し、送電ユニット４００と受電ユニット２００との間に侵入した小さい異物も検知可能としたものである。

なお、異物は、コイルペアを構成する第１コイル４６８と第２コイル４７８との間ではなく、コイルペアの上方に存在し得ることになるが、そのような場合でも、異物の存在によって第１コイル４６８と第２コイル４７８との間の結合係数が変化し、その結果第２コイル４７８の受電状態が変化するので、異物を検知することができる。なお、第２コイル４７８の受電状態とは、代表的には、第２コイル４７８に生じる誘導電圧であるが、第２コイル４７８に生じる誘導電流や誘導電力等であってもよい。

図３は、第１コイル４６８と第２コイル４７８とにより構成されるコイルペアの斜視図である。図３を参照して、第１コイル４６８及び第２コイル４７８の各々は、矩形状の形状を有する。第２コイル４７８は、対応の第１コイル４６８と対向して配置される。第１コイル４６８及び第２コイル４７８の外形（Ｌ３×Ｌ４）に対して、第１コイル４６８と第２コイル４７８との間隔Ｌ５は小さい。一例として、長さＬ３，Ｌ４は２０ｍｍであり、長さＬ５は数ｍｍである。このようなコイルペアの構成は、たとえば、プリント基板の両面に金属配線をパターニングすることで容易に作製できる。

第１コイル４６８に検知用の交流電圧が印加されると、第１コイル４６８は、検知用磁界ＡＲ１を形成する。そうすると、第１コイル４６８に対向して配置された第２コイル４７８に、検知用磁界ＡＲ１によって誘導電圧が発生する。このとき、コイルペアの近傍に異物が存在すると、検知用磁界ＡＲ１が異物により影響を受けて第１コイル４６８と第２コイル４７８との間の結合係数が変化し、第２コイル４７８の受電状態が変化する。この受電状態の変化に基づいて、異物の有無が判定される。

なお、第１コイル４６８と第２コイル４７８との上下関係は、特に限定されない。第２コイル４７８は、図に示されるように第１コイル４６８の上方（Ｕ方向）に配置してもよいし、第１コイル４６８の下方（Ｄ方向）に配置してもよい。

図４は、図２に示した異物検知器４６０の電気的な構成を示した図である。図４を参照して、異物検知器４６０は、複数の第１コイル４６８及び複数の第２コイル４７８に加えて、発振器４６１と、パワーアンプ４６２と、共振コンデンサ４６３と、マルチプレクサ４６４，４６５と、複数の共通配線４６６，４６７とを含む。また、異物検知器４６０は、信号処理回路４７１と、共振コンデンサ４７２と、共振抵抗４７３と、マルチプレクサ４７４，４７５と、複数の共通配線４７６，４７７とをさらに含む。

なお、説明上の便宜のため、複数の第１コイル４６８と複数の第２コイル４７８とは、離れて図示されているが、実際には、図２で説明したように、各第２コイル４７８は、対応の第１コイル４６８と対向して配置され、対応の第１コイル４６８とコイルペアを構成している。また、この実施の形態１では、一例としてコイルペアが１６組設けられる構成が示されているが、コイルペアの数はこれに限定されるものではない。

本実施の形態１に従う送電装置においては、マルチプレクサ４６４，４６５，４７４，４７５が「切替装置」として機能する。この切替装置によって、複数の第１コイル４６８のうち検知用の交流電圧が印加される１つの第１コイル４６８と、その検知用交流電圧が印加される第１コイル４６８に対応する１つの第２コイル４７８とのペア（コイルペア）が順次切替えられる。以下、具体的に説明する。

発振器４６１は、任意の周波数（たとえば１３．５６ＭＨｚ）を有する信号を発生し、その信号はパワーアンプ４６２によって増幅される。パワーアンプ４６２から出力される異物検知用の交流電圧は、共振コンデンサ４６３を通じてマルチプレクサ４６４に入力される。マルチプレクサ４６４は、共振コンデンサ４６３、制御装置４８５及び４本の共通配線４６６に接続される。一方、マルチプレクサ４６５は、接地線、制御装置４８５及び４本の共通配線４６７に接続される。

各共通配線４６６は、４つの第１コイル４６８の一方の端子に接続される。各共通配線４６７は、４つの第１コイル４６８の他方の端子に接続される。マルチプレクサ４６４は、制御装置４８５からの切替指令に従って、４本のうちのいずれか１本の共通配線４６６に交流電圧を出力する。マルチプレクサ４６５は、制御装置４８５からの切替指令に従って、４本のうちのいずれか１本の共通配線４６７を接地線と導通させる。

複数の第１コイル４６８は、４×４の行列状に配列される。マルチプレクサ４６４及びマルチプレクサ４６５によって、あるタイミングでは、１６個の第１コイル４６８のいずれかにマルチプレクサ４６４からの交流電圧が印加される。どの第１コイル４６８に交流電圧が印加されるかについては、制御装置４８５からマルチプレクサ４６４，４６５に与えられる切替指令に従って決定される。そして、各第１コイル４６８は、検知用交流電圧を印加された際に、検知用磁界を形成する。

一方、複数の第２コイル４７８も、４×４の行列状に配列される。マルチプレクサ４７４は、共振コンデンサ４７２、制御装置４８５及び４本の共通配線４７６に接続される。マルチプレクサ４７５は、接地線、制御装置４８５及び４本の共通配線４７７に接続される。各共通配線４７６は、４つの第２コイル４７８の一方の端子に接続される。各共通配線４７７は、４つの第２コイル４７８の他方の端子に接続される。信号処理回路４７１は、共振コンデンサ４７２及び共振抵抗４７３に接続される。なお、共振抵抗４７３は、周波数のずれに対してロバストな電力伝送を実現するために設けられている。

１６個の第１コイル４６８のいずれかに交流電圧が印加された際、その第１コイル４６８は検知用磁界を形成する。この第１コイル４６８に対向して配置された第２コイル４７８は、この第１コイル４６８が形成した検知用磁界により誘導電圧を発生する。この第２コイル４７８は、制御装置４８５からマルチプレクサ４７４，４７５に送出される切替指令に応じて予め特定される。

ここで、共振コンデンサ４６３のキャパシタンスＣ１、及び各第１コイル４６８のインダクタンスＬ１について、発振器４６１の発振周波数ｆ１に対してｆ１＝１／（２π×（Ｌ１×Ｃ１）^1/2）を満足するように回路定数が予め定められている。同様に、共振コンデンサ４７２のキャパシタンスＣ２、及び各第２コイル４７８のインダクタンスＬ２についても、ｆ１＝１／（２π×（Ｌ２×Ｃ２）^1/2）を満足するように回路定数が予め定められている。すなわち、第１コイル４６８と共振コンデンサ４６３とにより構成される共振回路、及び第２コイル４７８と共振コンデンサ４７２とにより構成される共振回路は、共振周波数が発振器４６１の発振周波数ｆ１と一致するように設計される。

検知用の交流電圧が印加された第１コイル４６８に対応する第２コイル４７８に生じた誘導電圧は、マルチプレクサ４７４、共振コンデンサ４７２及び共振抵抗４７３を介して信号処理回路４７１（たとえばＡＣ／ＤＣ回路）に伝達される。信号処理回路４７１は、共振コンデンサ４７２から受ける電圧を、制御装置４８５が受信できるのに適した信号に変換して制御装置４８５へ出力する。

制御装置４８５は、信号処理回路４７１からの信号に基づいて、すなわち、検知用交流電圧が印加された第１コイル４６８に対応する第２コイル４７８の受電状態に基づいて、異物の有無を判定する。第１コイル４６８及び第２コイル４７８の付近に異物が存在していた場合には、第１コイル４６８及び第２コイル４７８の周囲に形成される磁界がその異物に鎖交することによって、第２コイル４７８の受電状態が変化する。制御装置４８５は、異物が存在していない場合の第２コイル４７８の受電状態に相当する比較値を予め有しており、信号処理回路４７１から受け取る信号レベルがこの比較値よりも低い場合には、異物が存在していると判断する。

なお、異物検知器４６０による異物検知は、基本的には、送電ユニット４００から受電ユニット２００への送電の開始前に実施されるが、送電ユニット４００から受電ユニット２００への送電中も実施可能である。ここで、送電ユニット４００から受電ユニット２００への送電中は、各第１コイル４６８及び各第２コイル４７８は、送電コイル４１０により形成される磁界に曝されるので、異物検知器４６０において構成される上記共振回路の共振周波数は、送電コイル４１０が形成する磁界の周波数と異なる値に設定するとよい。すなわち、共振周波数（発振器４６１の発振周波数ｆ１）は、高周波電力装置３１０から送電ユニット４００に供給される交流電圧の周波数ｆ２とは異なる値に設定するとよい。

好ましくは、周波数ｆ１は、周波数ｆ２よりも十分に高い値に設定し（たとえば３０倍以上）、さらに、周波数ｆ２の高調波の周波数からもずらした値に設定するとよい。周波数ｆ１をこのように設定することにより、送電ユニット４００から受電ユニット２００への送電時に、送電コイル４１０が形成する磁界による誘導電圧が第１コイル４６８及び第２コイル４７８に生じるのを抑制することができ、高精度な異物検知を実現できる。一例として、周波数ｆ２が８５ｋＨｚである場合に、周波数ｆ１を１３．５６ＭＨｚに設定することができる。

以上のように、この実施の形態１においては、異物検知器４６０は、複数の第１コイル４６８と、複数の第２コイル４７８とを含み、複数の第１コイル４６８及び複数の第２コイル４７８がセットで送電ユニット４００に設けられる。これにより、第１コイル４６８と対応の第２コイル４７８との間の距離を小さくして、第１コイル４６８及び第２コイル４７８のサイズを小さくすることができる。そして、この実施の形態１によれば、各第１コイル４６８及び各第２コイル４７８の外形は送電コイル４１０の外形よりも小さいので、異物検知器４６０によって送電コイル４１０に比べて相対的に小さい異物も検知することができる。

また、この実施の形態１によれば、複数の第１コイル４６８及び複数の第２コイル４７８を筐体４３０の上面の筐体内側（蓋部材４３４の内面上）に行列状に配設したので、送電ユニット４００上の小さい異物を検知することができる。また、複数の第１コイル４６８及び複数の第２コイル４７８を破損や汚れから保護することができる。

また、この実施の形態１においては、マルチプレクサ４６４，４６５，４７４，４７５を用いることによって配線の一部が共通化され、配線量の増大が抑制される。したがって、この実施の形態１によれば、第１コイル４６８及び第２コイル４７８の配置数を増やして異物検知精度を高めることができる。また、別の見方をすれば、配線は、金属シールドとして機能しやすい部材であり、配線量の増大は、電力伝送の効率を低下させる要因となり得るので、この実施の形態１によれば、配線量の増大が抑制されることにより、電力伝送の効率低下を抑制することができる。

また、この実施の形態１においては、異物検知器４６０において構成される共振回路の共振周波数は、送電コイル４１０に供給される交流電圧の周波数よりも高い。さらに好ましくは、共振周波数は、送電コイル４１０に供給される交流電圧の高調波の周波数と異なる。このような構成とすることにより、この実施の形態１によれば、送電コイル４１０により形成される磁界の異物検知器４６０への影響を抑制することができる。

［実施の形態１の変形例］
上記の実施の形態１では、第１コイル４６８及び第２コイル４７８は、矩形の形状を有するものとしたが（図３）、図５に示すように、第１コイル４６８及び第２コイル４７８の形状は、三角形状であってもよい。また、図６に示すように、第１コイル４６８及び第２コイル４７８の形状は、六角形状などの他の多角形形状であってもよい。多角形形状のコイルによれば、大きさ及び形状を揃えることによって、検知感度の均一化を図ることができる。

また、図７に示すように、外形が円形状のコイル部分を有する第１コイル４６８及び第２コイル４７８が採用されてもよい。図７では、第１コイル４６８及び第２コイル４７８から成る複数組のコイルペアが同心円状に配置されている。

［実施の形態２］
図３や図５〜図７に示した第１コイル４６８及び第２コイル４７８は、送電コイル４１０により形成される磁界の影響を受けて誘導電圧が発生し、送電コイル４１０と受電ユニット２００との間の電力伝送効率の低下を招く場合がある。そのため、実施の形態１では、異物検知器４６０において構成される共振回路の共振周波数を、送電コイル４１０に供給される交流電圧の周波数と異ならせる（高調波も含めて）のが好ましいことを説明した。

この実施の形態２では、異物検知器を構成する各コイルについて、送電コイル４１０により形成される磁界の影響を受けにくい形状を有するコイルが採用される。

図８は、実施の形態２における異物検知器にて用いられるコイルペアの斜視図である。図８を参照して、この実施の形態２では、図３に示した実施の形態１におけるコイルペアに代えて、第１コイル４６８Ａと第２コイル４７８Ａとによって構成されるコイルペアが用いられる。

第１コイル４６８Ａは、互いに巻き数が同じで、かつ、巻き方向が反対の一対のコイル要素４６８Ｂ，４６８Ｃを同一平面上に配置して、コイル要素４６８Ｂ，４６８Ｃを直列に接続した形状（８の字形状）を有する。第２コイル４７８Ａは、第１コイル４６８Ａと同様のコイル形状を有しており、対応の第１コイル４６８Ａと対向して配置される。

第１コイル４６８Ａに検知用の交流電圧が印加されると、第１コイル４６８Ａは、検知用磁界ＡＲ２を形成する。そうすると、第１コイル４６８Ａに対向して配置された第２コイル４７８Ａに、検知用磁界ＡＲ２によって誘導電圧が発生する。ここで、送電ユニット４００と受電ユニット２００との間で電力伝送が行なわれている最中には、各コイル要素は、同一方向かつ同一量の磁束（矢印ＡＲ３）を受ける。この磁束ＡＲ３によって各コイル要素には誘導電圧が発生し得るところ、コイル要素４６８Ｂに発生する誘導電圧は、コイル要素４６８Ｃに発生する誘導電圧によってキャンセルされるので、第１コイル４６８Ａにはトータルで誘導電圧は発生しない。第２コイル４７８Ａについても同様であり、第２コイル４７８Ａが磁束ＡＲ３を受けても、第２コイル４７８Ａにはトータルで誘導電圧は発生しない。

したがって、このようなコイル形状を有する実施の形態２によれば、送電ユニット４００から受電ユニット２００への電力伝送時に送電コイル４１０により形成される磁界の異物検知器への影響を抑制することができる。電力伝送のための磁界による誘導電圧の発生が抑制されることによって、第２コイル４７８Ａから出力される検知用磁界による誘導電圧の値にノイズが入り込むことが抑制され、ひいては検知感度を向上させることが可能となる。

なお、コイル要素４６８Ｂ，４６８Ｃの各々（コイル要素４７８Ｂ，４７８Ｃの各々）が送電コイル４１０から受ける磁束は、できるだけ同量にすることが望ましい。そこで、コイル要素４６８Ｂ，４６８Ｃ（コイル要素４７８Ｂ，４７８Ｃ）が送電コイル４１０の導線４５０（図２）の延びる方向（車幅方向）に沿って並ぶようにコイルペアを配置するのが好ましい。

［実施の形態２の変形例］
上記の実施の形態２では、第１コイル４６８Ａ及び第２コイル４７８Ａの各々は、一対のコイル要素によって８の字形状を有するものとしたが、図９に示すように、第１コイル及び第２コイルの各々は、たとえば、２つの一対のコイル要素によって花弁形状を有するものとしてもよい。すなわち、第１コイル４６８Ａに代わる第１コイル４６８Ｄは、互いに巻き数が同じで、かつ、巻き方向が反対の一対のコイル要素４６８Ｅ，４６８Ｆと、互いに巻き数が同じで、かつ、巻き方向が反対の一対のコイル要素４６８Ｇ，４６８Ｈとによって構成される。コイル要素４６８Ｅ〜４６８Ｈは、同一平面上に配置され、コイル要素４６８Ｅ〜４６８Ｈを順次直列に接続した形状を有する。第２コイル４７８Ａに代わる第２コイル４７８Ｄも、第１コイル４６８Ｄと同様の構成を有する。

また、図１０の平面図及び図１１の断面図に示すように、第１コイル４６８Ａ及び第２コイル４７８Ａに代えて第１コイル４６８Ｉ及び第２コイル４７８Ｉによってコイルペアを構成し、コイル要素４６８Ｊ（４７８Ｊ）とコイル要素４６８Ｋ（４７８Ｋ）との間に間隔Ｌ６を設ける構成としてもよい。コイル要素の間隔Ｌ６を大きくすることによって、第１コイル４６８Ｉに検知用の交流電圧を印加することにより形成される検知用磁界ＡＲ４を大きくすることができ、ひいては検知精度を向上させることが可能となる。

［実施の形態３］
上記の各実施の形態においては、異物検知器は、送電装置３００側に設けられるものとしたが、異物検知器は、車両側（受電装置側）に設けてもよい。

図１２は、実施の形態３において車両に搭載される受電ユニット２００Ａの分解斜視図である。図１２を参照して、受電ユニット２００Ａは、受電コイル２１０と、共振コンデンサ２２０と、筐体２３０と、異物検知器２６０とを含む。受電コイル２１０は、コア２４０と、コア２４０の周囲に巻回された導線２５０とを含む。筐体２３０は、シールド２３２と、蓋部材２３４とを含む。

異物検知器２６０は、複数の第１コイル２６８と、複数の第２コイル２７８とを含む。複数の第１コイル２６８及び複数の第２コイル２７８は、受電コイル２１０の下方に設けられ、この実施の形態３では、筐体２３０の蓋部材２３４の内面上に配設されている。複数の第２コイル２７８は、複数の第１コイル２６８に対応して設けられ、各第１コイル２６８及び各第２コイル２７８は、同一の大きさ及び形状を有する。各第２コイル２７８は、対応の第１コイル２６８に対向して配置され、対応の第１コイル２６８とともにコイルペアを構成する。そして、複数の第１コイル２６８（複数の第２コイル２７８）の数に相当する複数組のコイルペアが、蓋部材２３４の内面上に行列状に配設される。

複数組のコイルペアは、受電コイル２１０の下面に沿って、受電コイル２１０の下方において行列状に配設されるところ、各コイルペア（各第１コイル２６８及び各第２コイル２７８）の外形（Ｌ３×Ｌ４）は、受電コイル２１０の外形（Ｌ１×Ｌ２）よりも小さい。このようなサイズのコイルペアによって、送電ユニット４００と受電ユニット２００との間に異物が存在する場合に、受電コイル２１０の受電状態の変化（たとえば、受電コイル２１０に発生する誘導電圧の低下）では検知できないような小さい異物も検知することができる。

なお、特に図示しないが、この実施の形態３に対しても、第１コイル２６８及び第２コイル２７８を、図５〜図１１に示されるような形状のコイルで構成してもよい。

この実施の形態３によっても、上記の各実施の形態と同様の効果が得られる。
なお、上記の各実施の形態において、複数の第１コイル及び複数の第２コイルは、必ずしも行列状に配置する必要はない。なお、行列状に配置することにより、マルチプレクサを採用して配線数を低減することが可能となる。

また、上記においては、異物検知器４６０を破損や汚れから保護するために、異物検知器４６０は、送電ユニット４００の筐体４３０の内面（蓋部材４３４の内面）、或いは受電ユニット２００の筐体２３０の内面（蓋部材２３４の内面）に設けられるものとしたが、この配置は必須ではなく、筐体の外部に設けることも可能である。

また、上記においては、送電コイル４１０及び受電コイル２１０の各々は、コイルの巻回軸が車両前後方向になる構成としたが、各コイルの構成は、このようなものに限定されない。たとえば、送電コイル４１０及び受電コイル２１０の各々には、コイルの巻回軸が車両上下方向を向く螺旋状のものを採用してもよいし、コイルの巻回軸が車両上下方向を向く渦巻き状のものを採用してもよい。

今回開示された各実施の形態は、適宜組合わせて実施することも予定されている。そして、今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１００ 車両、１１０ 車両本体、１２０ 車両ＥＣＵ、１３０ 整流器、１４０ ＤＣ／ＤＣコンバータ、１５０ 蓄電装置、１６０ パワーコントロールユニット、１７０ モータユニット、１８０ 通信部、２００，２００Ａ 受電ユニット、２１０ 受電コイル、２２０，４２０，４６３，４７２ 共振コンデンサ、２３０，４３０ 筐体、２３２，４３２ シールド、２３４，４３４ 蓋部材、２４０，４４０ コア、２５０，４５０ 導線、３００ 送電装置、３１０ 高周波電力装置、３２０ 送電ＥＣＵ、３２２ 通信部、３３０ 交流電源、４００ 送電ユニット、４１０ 送電コイル、４６０ 異物検知器、４６１ 発振器、４６２ パワーアンプ、４６４，４６５，４７４，４７５ マルチプレクサ、４６６，４６７，４７６，４７７ 共通配線、４６８，４６８Ａ，４６８Ｄ，４６８Ｉ 第１コイル、４６８Ｂ，４６８Ｃ，４６８Ｅ〜４６８Ｈ，４６８Ｊ，４６８Ｋ，４７８Ｂ，４７８Ｃ，４７８Ｅ〜４７８Ｈ，４７８Ｊ，４７８Ｋ コイル要素、４７１ 信号処理回路、４７３ 共振抵抗、４７８，４７８Ａ，４７８Ｄ，４７８Ｉ 第２コイル、４８５ 制御装置、１０００ 車両。

Claims (7)

1. 受電装置へ電力を送電する送電装置であって、
   前記受電装置の受電コイルへ非接触で送電するための送電コイルと、
   前記送電コイルの上方に位置する前記受電コイルへ前記送電コイルが送電するものとして、前記送電コイルの上方に設けられる異物検知器とを備え、
   前記異物検知器は、
   前記送電コイルの上面に沿って配設される複数の第１コイルと、
   前記送電コイルの上面に沿って前記複数の第１コイルの上方又は下方に配設され、前記複数の第１コイルに対応して設けられる複数の第２コイルとを含み、
   前記複数の第２コイルの各々は、対応の第１コイルに対向して配置され、
   前記送電コイル並びに前記複数の第１コイル及び前記複数の第２コイルを前記送電コイルの上方から平面視した場合に、前記複数の第１コイルの各々及び前記複数の第２コイルの各々の外形は、前記送電コイルの外形よりも小さく、
   前記複数の第１コイルの各々及び前記複数の第２コイルの各々は、互いに巻き数が同じで、かつ、巻き方向が反対の、少なくとも一つの一対のコイル要素を同一平面上に配置して、前記コイル要素を直列に接続した形状を有する、送電装置。
2. 受電装置へ電力を送電する送電装置であって、
   前記受電装置の受電コイルへ非接触で送電するための送電コイルと、
   前記送電コイルの上方に位置する前記受電コイルへ前記送電コイルが送電するものとして、前記送電コイルの上方に設けられる異物検知器とを備え、
   前記異物検知器は、
   前記送電コイルの上面に沿って配設される複数の第１コイルと、
   前記送電コイルの上面に沿って前記複数の第１コイルの上方又は下方に配設され、前記複数の第１コイルに対応して設けられる複数の第２コイルとを含み、
   前記複数の第２コイルの各々は、対応の第１コイルに対向して配置され、
   前記送電コイル並びに前記複数の第１コイル及び前記複数の第２コイルを前記送電コイルの上方から平面視した場合に、前記複数の第１コイルの各々及び前記複数の第２コイルの各々の外形は、前記送電コイルの外形よりも小さく、
   前記異物検知器は、前記複数の第１コイルのうち検知用の交流電圧が印加される第１コイル、及び前記検知用交流電圧が印加される第１コイルに対応する第２コイルのペアを切替えるための切替装置をさらに含み、
   前記送電装置は、さらに、前記検知用交流電圧が印加される第１コイル、及び前記検知用交流電圧が印加される第１コイルに対応する第２コイルのペアを順次切替えるように前記切替装置を制御し、前記検知用交流電圧が印加される第１コイルに対応する第２コイルの受電状態に基づいて異物の有無を判定する制御装置をさらに備える、送電装置。
3. 前記検知用交流電圧が印加される第１コイルを含んで形成される第１共振回路、及び前記検知用交流電圧が印加される第１コイルに対応する第２コイルを含んで形成される第２共振回路の各々の共振周波数は、前記送電コイルに供給される交流電圧の周波数よりも高い、請求項２に記載の送電装置。
4. 前記共振周波数は、前記送電コイルに供給される交流電圧の高調波の周波数と異なる、請求項３に記載の送電装置。
5. 前記複数の第１コイル及び前記複数の第２コイルは、前記送電コイルが収容される筐体の上面の筐体内側に行列状に配設される、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の送電装置。
6. 送電装置から出力される電力を受電する受電装置であって、
   前記送電装置の送電コイルから非接触で受電するための受電コイルと、
   前記受電コイルの下方に位置する前記送電コイルから前記受電コイルが受電するものとして、前記受電コイルの下方に設けられる異物検知器とを備え、
   前記異物検知器は、
   前記受電コイルの下面に沿って配設される複数の第１コイルと、
   前記受電コイルの下面に沿って前記複数の第１コイルの上方又は下方に配設され、前記複数の第１コイルに対応して設けられる複数の第２コイルとを含み、
   前記複数の第２コイルの各々は、対応の第１コイルに対向して配置され、
   前記受電コイル並びに前記複数の第１コイル及び前記複数の第２コイルを前記受電コイルの下方から平面視した場合に、前記複数の第１コイルの各々及び前記複数の第２コイルの各々の外形は、前記受電コイルの外形よりも小さく、
   前記複数の第１コイルの各々及び前記複数の第２コイルの各々は、互いに巻き数が同じで、かつ、巻き方向が反対の、少なくとも一つの一対のコイル要素を同一平面上に配置して、前記コイル要素を直列に接続した形状を有する、受電装置。
7. 送電装置から出力される電力を受電する受電装置であって、
   前記送電装置の送電コイルから非接触で受電するための受電コイルと、
   前記受電コイルの下方に位置する前記送電コイルから前記受電コイルが受電するものとして、前記受電コイルの下方に設けられる異物検知器とを備え、
   前記異物検知器は、
   前記受電コイルの下面に沿って配設される複数の第１コイルと、
   前記受電コイルの下面に沿って前記複数の第１コイルの上方又は下方に配設され、前記複数の第１コイルに対応して設けられる複数の第２コイルとを含み、
   前記複数の第２コイルの各々は、対応の第１コイルに対向して配置され、
   前記受電コイル並びに前記複数の第１コイル及び前記複数の第２コイルを前記受電コイルの下方から平面視した場合に、前記複数の第１コイルの各々及び前記複数の第２コイルの各々の外形は、前記受電コイルの外形よりも小さく、
   前記異物検知器は、前記複数の第１コイルのうち検知用の交流電圧が印加される第１コイル、及び前記検知用交流電圧が印加される第１コイルに対応する第２コイルのペアを切替えるための切替装置をさらに含み、
   前記受電装置は、さらに、前記検知用交流電圧が印加される第１コイル、及び前記検知用交流電圧が印加される第１コイルに対応する第２コイルのペアを順次切替えるように前記切替装置を制御し、前記検知用交流電圧が印加される第１コイルに対応する第２コイルの受電状態に基づいて異物の有無を判定する制御装置をさらに備える、受電装置。

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