JP6551694B2 - 異物検出装置 - Google Patents

Description

本開示は、非接触で電力を伝える非接触給電に関し、電力を伝える際に影響を及ぼす異物を検出する異物検出装置に関する。

電力を非接触で供給する技術は非接触給電と呼ばれている。非接触給電システムは、一例として、給電側に給電装置を、受電側に受電装置を設け、電磁誘導または磁気共鳴を利用して電力を送電する。非接触給電システムは、携帯電話や電動歯ブラシなどに利用される低電力の送電だけでなく、電気自動車の充電などに利用される高電力の送電も検討されている。

給電装置と受電装置との間に金属などの導電体の異物が存在すると、異物に渦電流が発生し、異物が発熱する恐れが生じる。異物が鉄などの強磁性体の場合には、ヒステリシス損により発熱を生じるおそれもある。特に、非接触給電システムが高電力を送電する場合には、異物の発熱量が大きくなってしまう。

そこで、非接触給電システムにおいて、異物検出装置が提案されている。異物検出装置の一例として、コイルを用いる方法が知られている。この方法は、時間により変化する磁界中にコイルを配置すると電磁誘導により起電力が生じることを利用している。異物が存在し、この異物に渦電流が流れると、磁束の一部が異物を避けるので、異物がないときに比べて磁束密度の分布が異なる。異物が強磁性体の場合には、異物を通る磁束密度が増すので、この場合も異物がないときに比べて磁束密度の分布が異なる。このように、コイルを貫く磁界は、異物の有無によって変化するので、コイルの電磁誘導による起電力も異物の有無によって変化する。異物検出装置はこの起電力に基づいて異物の検出を行なう。

複数のコイルを有し、そして、異物がないときに、隣接する２つのコイルを流れる誘導電流が互いに逆向きである異物検出装置が知られている。非接触給電システムの送電に用いる磁界を利用して異物検出を行なう異物検出装置も知られている（特許文献１参照）。

特開２０１２−２４９４０１号公報

しかしながら、特許文献１に記載の異物検出装置のコイルは、コイルを構成する導体が重複する部分が多い。従って、コイルを構成する導体の総延長も長くなる。導体の総延長が長いと、コイルの電圧降下も大きくなり、非接触給電システムの異物検出感度を低下させてしまう。

本発明は、上記従来技術の課題を解決するものであり、検出感度が高い異物検出装置を提供する。

本開示の異物検出装置は、セットセンサコイルと、前記セットセンサコイルの電圧に応じて異物を検出する判定装置と、を備えた異物検出装置であって、前記セットセンサコイルは、少なくとも一つのセンサコイル群を有し、前記少なくとも一つのセンサコイル群は、磁界分布が均一な外部磁界の変化に対し第１方向へ電流を流そうとする第１符号の起電力を発生させる第１巻き方向の複数のユニットセンサコイルと、前記外部磁界の変化に対し前記第１方向と逆の方向である第２方向へ電流を流そうとする第２符号の起電力を発生させる第２巻き方向の複数のユニットセンサコイルとが電気的に直列接続されており、前記複数のユニットセンサコイルのそれぞれは、当該ユニットセンサコイルの外形を規定するコイル導体を有し、前記センサコイル群において、前記コイル導体は連続的にかつ電気的に直列に接続され、前記第１巻き方向のユニットセンサコイルを構成する前記コイル導体の一部または全部は、前記第２巻き方向のユニットセンサコイルを構成する前記コイル導体の一部または全部である。

本発明によれば、異物の検出感度が高い異物検出装置を提供することが可能となる。

図１は、実施の形態１に係る異物検出装置の動作原理図である。 図２Ａは、実施の形態１に係る異物検出装置の主要部の基本構成図である。 図２Ｂは、図２Ａのユニットセンサコイルのマッピング図である。 図３Ａは、実施の形態１に係る異物検出装置のユニットセンサコイルの配置図である。 図３Ｂは、図３Ａのユニットセンサコイルのマッピング図である。 図４Ａは、実施の形態１に係る異物検出装置のユニットセンサコイルの第１バリエーションの配置図である。 図４Ｂは、図４Ａのユニットセンサコイルのマッピング図である。 図５Ａは、実施の形態１に係る異物検出装置のユニットセンサコイルの第２バリエーションの配置図である。 図５Ｂは、図５Ａのユニットセンサコイルのマッピング図である。 図６は、実施の形態１に係る異物検出装置のユニットセンサコイルの第３バリエーションの配置図である。 図７は、実施の形態１に係る異物検出装置のユニットセンサコイルの第４バリエーションの配置図である。 図８は、実施の形態２に係る異物検出装置の主要部の基本構成図である。 図９は、実施の形態２に係る異物検出装置の第１バリエーションのマッピング図である。 図１０は、実施の形態３に係る異物検出装置のユニットセンサコイルの概念図である。 図１１は、参考例１における四角形のユニットＶ０低減コイルの説明図である。 図１２は、参考例１における円形ユニットＶ０低減コイルの説明図である。 図１３は、参考例１におけるユニットＶ０低減コイルと異物との位置関係を説明する図である。 図１４は、参考例１における感度評価を示す図である。 図１５は、参考例２におけるユニットセンサコイルの低感度領域の説明図である。 図１６は、参考例２における２個の四角形マルチセンサコイルの説明図である。 図１７は、参考例２における３個の四角形マルチセンサコイルの説明図である。 図１８は、参考例２における３個の円形マルチセンサコイルの説明図である。 図１９は、参考例３における非接給電装置の磁束変化計測波形図である。 図２０は、参考例４におけるセンサコイル群の概念図である。 図２１は、参考例４におけるセンサコイル群の別の概念図である。 図２２Ａは、参考例５における改良前のユニットセンサコイルの図である。 図２２Ｂは、参考例５における改良後のユニットセンサコイルの図である。

以下に、本開示の実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではない。

（実施の形態１）
実施の形態１に係る異物検出装置について図面を用いて説明する。

図１は、実施の形態１に係る異物検出装置の動作原理図である。異物検出装置１０は、セットセンサコイル１１と、判定装置１８とを有する。セットセンサコイル１１は、ユニットセンサコイル１２およびユニットセンサコイル１３の複数のユニットセンサコイルを有する。ユニットセンサコイル１２およびユニットセンサコイル１３は、コイル導体１４によってその外形が規定されている。コイル導体１４は、連続的に接続され、かつ電気的に直列に接続されている。連続的に接続されかつ電気的に直列に接続されているコイル導体１４により外形が規定されるユニットセンサコイルの集合体を、センサコイル群と定義する。図１においては、センサコイル群は１個であるのでセットセンサコイル１１と同じとなる。ユニットセンサコイル１２およびユニットセンサコイル１３は、外部の磁界の変化により起電力を発生させる。判定装置１８は、セットセンサコイル１１としての起電力により異物の有無を判定する。

以下、図１の異物検出装置１０の動作原理を説明する。まず、異物１９が存在しない場合について説明する。

外部磁界１５が、ユニットセンサコイル１２およびユニットセンサコイル１３を貫いているとする。外部磁界１５は、大きさおよび方向が一様であるとする。外部磁界１５は、図１の矢印の方向に磁界が増加しているとする。ユニットセンサコイル１２およびユニットセンサコイル１３は、形状および大きさが同じであるとする。

このとき、ユニットセンサコイル１２には、電磁誘導により第１方向への電流１６を流すような起電力が発生する。このユニットセンサコイル１２に生じる起電力は、第１符号の起電力であるとする。そして、この第１符号の起電力を生じるユニットセンサコイルの巻き方向を、第１巻き方向と呼ぶことにする。同様に、ユニットセンサコイル１３には電磁誘導により第１方向への電流１６とは逆方向の第２方向への電流１７を流すような起電力が発生する。このユニットセンサコイル１３に生じる起電力は、第１符号の起電力とは逆の符号の第２符号の起電力である。そして、この第２符号の起電力を生じるユニットセンサコイルの巻き方向を第２巻き方向と呼ぶことにする。ユニットセンサコイル１２およびユニットセンサコイル１３は、形状および大きさが同じであるので、第１符号の起電力と第２符号の起電力の絶対値とは同じとなる。ユニットセンサコイル１２およびユニットセンサコイル１３のそれぞれに生じた起電力は相殺されるので、セットセンサコイル１１の起電力は０Ｖとなる。

次に、異物１９が存在する場合について考える。異物１９は、ユニットセンサコイル１２を貫く磁束上にあるとする。このとき、異物１９が鉄などの強磁性体でヒステリシス損が生じた場合には、この影響によりユニットセンサコイル１２を貫く磁束はユニットセンサコイル１３を貫く磁束よりも大きくなる。異物１９が導電体の場合には、異物１９内部で渦電流が発生し、この渦電流による磁界の影響を受けて、ユニットセンサコイル１２を貫く外部からの磁束はユニットセンサコイル１３を貫く外部からの磁束はよりも小さくなる。このように異物１９が存在することにより磁界の分布に偏りが生じ、これによってユニットセンサコイル１２およびユニットセンサコイル１３に生じる起電力の絶対値に差が生じ、セットセンサコイル１１の起電力が０ではなくなる。セットセンサコイル１１の起電力が０ではなくなったときに判定装置１８は異物１９が存在すると判断する。

給電システムが発生する磁界に比べると、異物１９が存在することによる磁界の変化は非常に小さい。特に、電気自動車などの高電力を送電する場合は、その差が顕著であり、異物１９が存在することによる起電力の変化と、ノイズによる起電力の変化の違いを見分けることが困難になる場合もある。しかし、異物１９が存在しないときの起電力が０Ｖであると、異物１９の存在による起電力の変化を検出することが容易になる。図１に示す異物検出装置１０は、上記のような理由により、異物１９が存在しないときに、ユニットセンサコイル１２の起電力とユニットセンサコイル１３の起電力とが相殺されるようにしている。

以上が異物検出装置１０の動作原理である。なお、異物１９が存在しないときに、セットセンサコイル１１の起電力を完全に０Ｖにすることは困難であり、現実には０Ｖに対し、ある程度の許容幅を持たせた閾値を設定し、この閾値を基準にして異物の有無を検出する。

なお、第１符号の起電力および第２符号の起電力の「符号」とは、具体的には電磁誘導により生じる電圧の符号を意味している。ここでは、ある瞬間に、ある１つのユニットセンサコイルが第１符号の起電力発生させているとき、他のユニットセンサコイルの起電力の正負がこの第１符号の起電力を発生させているユニットセンサコイルと同じであれば第１符号とし、異なっていれば第２符号としている。一般に、ある一つのユニットセンサコイルは、ある瞬間において正の起電力を発生させても、その後に負の起電力を発生させ、その後に再び正の起電力を発生させる。従って、そもそも起電力の正負の符号は固定されるものではなく、「第１符号」は「正」と固定されるものでもなく、または「負」と固定されるものではない。同様に、図１に示す第１方向への電流１６および第２方向への電流１７の矢印の向きも時間経過と共に変化し、固定されない。

図２Ａは、実施の形態１に係る異物検出装置の主要部の基本構成図であり、図２Ｂは、図２Ａのユニットセンサコイルのマッピング図である。なお、図２Ｂの「ａ」は、第１センサコイル群２０に属するユニットセンサコイルであることを示し、「＋」は、１巻き方向のユニットセンサコイルであることを示している。「−」は、第２巻き方向のユニットセンサコイルを示している。従って、「ａ＋」は、第１センサコイル群２０に属する第１巻き方向のユニットセンサコイルを示し、「ａ−」は、第１センサコイル群２０に属する第２巻き方向のユニットセンサコイルを示す。なお、「ａ’−」の説明は、後述する。

図２において、センサコイル群は、第１センサコイル群２０の１個だけである。センサコイル群が１個のみの場合にはセットセンサコイルを兼ねる。

第１センサコイル群２０は、複数のＹ軸方向センサコイル群として第１Ｙ軸方向センサコイル群２１および第２Ｙ軸方向センサコイル群２２を有する。第１Ｙ軸方向センサコイル群２１および第２Ｙ軸方向センサコイル群２２は、Ｘ軸方向に並んで配置されている。第１Ｙ軸方向センサコイル群２１は、第１巻き方向のユニットセンサコイル２３〜２６を有する。ユニットセンサコイル２３〜２６は、全体としてＹ軸方向に配置され、かつＸ軸方向に互い違いになるように配置されている。

第２Ｙ軸方向センサコイル群２２は、ユニットセンサコイル２７〜３０を有する。ユニットセンサコイル２７〜３０は、全体としてＹ軸方向に配置され、かつＸ軸方向に互い違いになるように配置されている。

互いに隣接する第１Ｙ軸方向センサコイル群２１および第２Ｙ軸方向センサコイル群２２の間には、第２巻き方向のユニットセンサコイル３１およびユニットセンサコイル３２が配置されている。第１センサコイル群２０は、第１Ｙ軸方向センサコイル群２１および第２Ｙ軸方向センサコイル群２２の他に、ユニットセンサコイル３１およびユニットセンサコイル３２も含む。

コイル導体３９は、各Ｙ軸方向センサコイル群の外周を連続的に構成するように接続されている。コイル導体３９は、各ユニットセンサコイルの外形を規定する。コイル導体３９は、連続的に電気的に直列に接続されている。最外周を除いて、第１巻き方向のユニットセンサコイルと第２巻き方向のユニットセンサコイルとは隣り合っている。隣り合っているユニットセンサコイルは、一方が第１巻き方向で他方が第２巻き方向である。隣り合っているユニットセンサコイルは、一方のユニットセンサコイルを構成するコイル導体３９の全部または一部が、他方のユニットセンサコイルを構成するコイル導体３９の全部または一部である。即ち、隣接するユニットセンサコイルを構成するコイル導体３９の一部または全部は、互いに共有している。従って、コイル導体３９が重複する領域が少なくなり、コイル導体３９の総延長を短くすることができる。

ユニットセンサコイル２３およびユニットセンサコイル２５に挟まれた領域は、閉ループを構成しないのでユニットセンサコイルを構成できない。この部分はユニットセンサコイルの欠落部３３である。同様に、ユニットセンサコイル２５の下側でユニットセンサコイル２６の左側の領域は、欠落部３４である。また、ユニットセンサコイル２３およびユニットセンサコイル２７に挟まれた領域は、欠落部３５である。また、ユニットセンサコイル２７の右側でユニットセンサコイル２８の上側の領域は、欠落部３７である。また、ユニットセンサコイル２８およびユニットセンサコイル３０に挟まれた領域は、欠落部３８である。さらに、ユニットセンサコイル２６およびユニットセンサコイル３０に挟まれた領域も、ユニットセンサコイルの欠落部３６である。欠落部３６は、下側に存在する２本の導線の起電力が逆方向になるため、ユニットセンサコイルを構成できない。勿論、図２Ａにおけるユニットセンサコイルは、完全な閉回路ではないが、隙間を小さくすることで閉回路と同様の起電力を得ることができる。

欠落部３３〜３８は、起電力を全く生じない訳ではない。これらの欠落部は、各ユニットセンサコイルに比較すると起電力の絶対値は小さいが、いずれも第２符号の起電力を発生させる。従って、これらの欠落部は、第２巻き方向の不完全なコイルであると考えられる。図２Ｂにおける「ａ’−」は、欠落部において、第２巻き方向の不完全なコイルであることを意味している。

なお、ユニットセンサコイルの個数は、図２Ａの個数に限られない。ユニットセンサコイルの大きさも一定でなくてもよい。ユニットセンサコイルの外形形状は四角形に限定されない。図２Ａにおいて、Ｘ軸とＹ軸とは直交座標であるが、平行な座標軸でなければ、直交しなくてもよい。交差する座標系であればよい。

図２Ｂに示すように、第１巻き方向のユニットセンサコイルの方が、第２巻き方向のユニットセンサコイルよりも多い。従って、第１センサコイル群２０としては第１符号の起電力および第２符号の起電力の一部は相殺することはできるが、全てを相殺することはできず、異物がないときに第１センサコイル群２０の起電力を０にすることはできない。

図３Ａは、実施の形態１に係る異物検出装置のユニットセンサコイルの配置図であり、図３Ｂは、図３Ａのユニットセンサコイルのマッピング図である。

セットセンサコイル４０は、第１センサコイル群２０と第２センサコイル群４１とを有する。図３Ａの第１センサコイル群２０は図２Ａの第１センサコイル群２０と同じ構成である。

図３Ａおよび図３Ｂにおいて、「ａ」は、第１センサコイル群２０に属するユニットセンサコイルであることを示し、「ｂ」は、第２センサコイル群４１に属するユニットセンサコイルであることを示す。「＋」、「−」、および「’」は、図２と同様の意味を示す。「ａ＋」、「ａ−」、「ａ’−」、「ｂ＋」、「ｂ−」、および「ｂ’＋」も図２の使用方法を準用する。

第２センサコイル群４１は、複数のユニットセンサコイルを有する。コイル導体４２は、コイル導体３９と同様に以下の特徴を備える。コイル導体４２は、ユニットセンサコイルの外形を規定する。コイル導体４２は、各ユニットセンサコイルの外形を規定する。コイル導体４２は、連続的に電気的に直列に接続されている。最外周を除いて、第１巻き方向のユニットセンサコイルと第２巻き方向のユニットセンサコイルとは隣り合っている。隣り合っているユニットセンサコイルは、一方が第１巻き方向で他方が第２巻き方向である。隣り合っているユニットセンサコイルは、一方のユニットセンサコイルを構成するコイル導体４２の全部または一部が、他方のユニットセンサコイルを構成するコイル導体４２の全部または一部となっている。即ち、隣接するユニットセンサコイルを構成するコイル導体４２の一部または全部は、互いに共有している。従って、コイル導体４２が重複する領域が少なくなり、コイル導体４２の総延長を短くすることができる。

ここで、セットセンサコイル４０の最外周部に位置するユニットセンサコイルを除いた中央部に位置する４箇所のユニットセンサコイルは、第１センサコイル群２０および第２センサコイル群４１の両方のユニットセンサコイルが位置する領域である。従って、「ａ＋」かつ「ｂ＋」、または「ａ−」かつ「ｂ−」となる。

図３Ａにおいて、第１巻き方向のユニットセンサコイルと、第２巻き方向のユニットセンサコイルとの数が等しくなり、磁界分布が均一で異物がないときにはセットセンサコイル４０の起電力が０となる。さらに詳細に検討を進める場合には、欠落部における不完全なコイルの数も数える必要がある。図３Ｂに示すように「ａ’−」および「ｂ’＋」の個数は同じであるので、欠落部の影響を考慮したときにも図３Ａに示すセットセンサコイル４０は磁界分布が均一で異物がないときには起電力が０となる。

なお、セットセンサコイル４０の起電力は、第１センサコイル群２０を構成するコイル導体３９および第２センサコイル群４１を構成するコイル導体４２を電気的に直列に接続して、測定してもよい。または、コイル導体３９の起電力とコイル導体４２の起電力とをそれぞれ求めて、両方の電圧を加算する演算を行なってもよい。コイル導体３９とコイル導体４２とを電気的に並列に接続してもよい。図３Ａにおいて、Ｘ軸とＹ軸とは直交座標であるが、平行な座標軸でなければ、直交しなくてもよい。交差する座標系であればよい。

図４Ａは、実施の形態１に係る異物検出装置のユニットセンサコイルの第１バリエーションの配置図であり、図４Ｂは、図４Ａのユニットセンサコイルのマッピング図である。

セットセンサコイル５０は、第１センサコイル群２０およびペリフェラルセンサコイル群５１を有する。第１センサコイル群２０は、図２Ａおよび図３Ａに示す第１センサコイル群２０と同じである。ペリフェラルセンサコイル群５１は、図２Ｂに示す欠落部３３、３４、３５、３６、３７、および３８に、それぞれペリフェラルユニットセンサコイル５２、５３、５４、５５、５６、および５７を配置している。ペリフェラルセンサコイル群５１は、第１センサコイル群２０の欠落部のみにペリフェラルユニットセンサコイルを配置しており、この点で、欠落部以外にもユニットセンサコイルを配置させている図３Ａに示す第２センサコイル群４１と相違する。

コイル導体５８は、各ペリフェラルユニットセンサコイルの外形を規定する。

なお、ペリフェラルセンサコイル群５１は、センサコイル群の一種である。また各ペリフェラルユニットセンサコイルもユニットセンサコイルの一種である。

図４Ｂにおける「ｐ」は、ペリフェラルセンサコイル群５１に属するペリフェラルユニットセンサコイルの領域であることを示している。他の符号は、図３Ｂと同様である。ペリフェラルユニットセンサコイルは、第２巻き方向のみ存在している。図４Ｂに示すように、第１巻き方向のユニットセンサコイルの個数と、第２巻き方向のユニットセンサコイルおよびペリフェラルユニットセンサコイルの個数の和とは同一である。従って、異物が存在せず、磁界分布が一様であるときには、セットセンサコイル５０の起電力は０Ｖになる。第１センサコイル群２０の欠落部における不完全なコイルと、ペリフェラルセンサコイル群５１の欠落部における不完全なコイルとは、個数が同じで互いに符号が異なる。このため、欠落部の影響を考慮しても、図４Ａに示すセットセンサコイル５０は磁界分布が均一で異物がないときには起電力が０となる。

なお、図４Ａにおいて、Ｘ軸とＹ軸とは直交座標であるが、平行な座標軸でなければ、直交しなくてもよい。交差する座標系であればよい。

図５Ａは、実施の形態１に係る異物検出装置のユニットセンサコイルの第２バリエーションの配置図であり、図５Ｂは、図５Ａのユニットセンサコイルのマッピング図である。ユニットセンサコイルの符号は、図５Ｂに付している。図５Ｂにおいて、各符号は、ユニットセンサコイルの符号と巻き方向とを示している。例えば、「６１ａ＋」とは、第１巻き方向のユニットセンサコイル６１ａを示している。

図５Ａにおいて、センサコイル群としてはセンサコイル群６０だけであるので、センサコイル群６０は、セットセンサコイルを兼ねる。

センサコイル群６０は、Ｙ軸方向センサコイル群６１、６２、６３、６４、６５、６６、６７および６８を有する。

Ｙ軸方向センサコイル群６１は、ユニットセンサコイル６１ａを有する。Ｙ軸方向センサコイル群６２は、ユニットセンサコイル６２ａ、６２ｂ、および６２ｃを有する。Ｙ軸方向センサコイル群６３は、ユニットセンサコイル６３ａ、６３ｂ、６３ｃ、６３ｄ、および６３ｅを有する。Ｙ軸方向センサコイル群６４は、ユニットセンサコイル６４ａ、６４ｂ、６４ｃ、６４ｄ、６４ｅ、６４ｆ、および６４ｇを有する。Ｙ軸方向センサコイル群６５は、ユニットセンサコイル６５ａ、６５ｂ、６５ｃ、６５ｄ、６５ｅ、６５ｆ、６５ｇ、および６５ｈを有する。Ｙ軸方向センサコイル群６６は、ユニットセンサコイル６６ａ、６６ｂ、６６ｃ、６６ｄ、６６ｅ、および６６ｆを有する。Ｙ軸方向センサコイル群６７は、ユニットセンサコイル６７ａ、６７ｂ、６７ｃ、および６７ｄを有する。Ｙ軸方向センサコイル群６８は、ユニットセンサコイル６８ａおよび６８ｂを有する。

各Ｙ軸方向センサコイル群は、Ｙ軸方向に配列された第１巻き方向のユニットセンサコイルを一つまたは複数有している。これらの第１巻き方向のユニットセンサコイルは、連続的に接続され、かつ電気的に直列に接続されている。各Ｙ軸方向センサコイル群は、Ｘ軸方向に並んで配置されている。各Ｙ軸方向センサコイル群は、隣り合うＹ軸方向センサコイル群と連続的にかつ電気的に直列に接続されている。

コイル導体６９は、これらの第１巻き方向のユニットセンサコイルの外形を規定している。コイル導体６９は、各Ｙ軸方向センサコイル群の外周を連続的に構成するように接続されている。コイル導体６９は、各ユニットセンサコイルの外形を規定する。コイル導体６９は、連続的に電気的に直列に接続されている。

セットセンサコイルであるセンサコイル群６０の最外周部を除いて、隣り合うＹ軸方向センサコイル群の間には第２巻き方向のユニットセンサコイルが配置されている。具体的には、Ｙ軸方向センサコイル群６２とＹ軸方向センサコイル群６３との間には、第２巻き方向のユニットセンサコイル７１ａおよび７１ｂが配置されている。Ｙ軸方向センサコイル群６３とＹ軸方向センサコイル群６４との間には、第２巻き方向のユニットセンサコイル７２ａ、７２ｂ、７２ｃ、および７２ｄが配置されている。Ｙ軸方向センサコイル群６４とＹ軸方向センサコイル群６５との間には、第２巻き方向のユニットセンサコイル７３ａ、７３ｂ、７３ｃ、７３ｄ、７３ｅ、および７３ｆが配置されている。Ｙ軸方向センサコイル群６５とＹ軸方向センサコイル群６６との間には、第２巻き方向のユニットセンサコイル７４ａ、７４ｂ、７４ｃ、７４ｄ、および７４ｅが配置されている。Ｙ軸方向センサコイル群６６とＹ軸方向センサコイル群６７との間には、第２巻き方向のユニットセンサコイル７５ａ、７５ｂ、７５ｃが配置されている。Ｙ軸方向センサコイル群６７とＹ軸方向センサコイル群６８との間には、第２巻き方向のユニットセンサコイル７６ａが配置されている。

最外周を除いて、第１巻き方向のユニットセンサコイルと第２巻き方向のユニットセンサコイルとは隣り合っている。隣り合っているユニットセンサコイルは、一方が第１巻き方向で他方が第２巻き方向である。隣り合っているユニットセンサコイルは、一方のユニットセンサコイルを構成するコイル導体６９の全部または一部が、他方のユニットセンサコイルを構成するコイル導体６９の全部または一部である。即ち、隣接するユニットセンサコイルを構成するコイル導体６９の一部または全部は、互いに共有している。従って、コイル導体６９が重複する領域が少なくなり、コイル導体６９の総延長を短くすることができる。

図５Ｂに示すとおり、本バリエーションのセンサコイル群６０を構成する第１巻き方向のユニットセンサコイルは、第２巻き方向のユニットセンサコイルと個数が異なる。従って、異物が存在せず、磁界分布が一様であっても、センサコイル群６０を起電力は０Ｖにならない。

セットセンサコイルとして起電力を０Ｖにするためには、図３Ａに示した第２センサコイル群４１のようなセンサコイル群６０とは異なる別のセンサコイル群を付加するか、図４Ａに示したペリフェラルセンサコイル群５１のようなセンサコイル群を付加すればよい。

なお、図５Ａにおいて、Ｘ軸とＹ軸とは直交座標であるが、平行な座標軸でなければ、直交しなくてもよい。交差する座標系であればよい。

図６は、実施の形態１に係る異物検出装置のユニットセンサコイルの第３バリエーションの配置図である。

センサコイル群８０は、セットセンサコイルでもある。センサコイル群８０は、ユニットセンサコイル８１、８２、８３、および８４を有する。コイル導体８５は、これらのユニットセンサコイルの外周を規定する。コイル導体８５は、連続的に電気的に直列に接続されている。

第１巻き方向のユニットセンサコイルと第２巻き方向のユニットセンサコイルとは隣り合っている。隣り合っているユニットセンサコイルは、一方が第１巻き方向で他方が第２巻き方向である。隣り合っているユニットセンサコイルは、一方のユニットセンサコイルを構成するコイル導体８５の全部または一部が、他方のユニットセンサコイルを構成するコイル導体８５の全部または一部である。即ち、隣接するユニットセンサコイルを構成するコイル導体８５の一部または全部は、互いに共有している。従って、コイル導体８５が重複する領域が少なくなり、コイル導体８５の総延長を短くすることができる。

各ユニットセンサコイルは、中央に配置されたユニットセンサコイル８４を除いて中空円形、所謂ドーナッツ形状である。中央に配置されたユニットセンサコイル８４は円形である。各ユニットセンサコイルは連続的に電気的に直列に接続されている。

図６において、センサコイル群８０はスパイラル形状であるが、その外形は四角形や五角形などの多角形であってもよい。

図７は、実施の形態１に係る異物検出装置のユニットセンサコイルの第４バリエーションの配置図である。

セットセンサコイル９０は、第１センサコイル群９１およびペリフェラルセンサコイル群９２を有する。第１センサコイル群９１は、第２巻き方向のユニットセンサコイル９３、９４、９５、９６、９７、９８、９９、および１００を有する。第１センサコイル群９１は、さらに、第１巻き方向のユニットセンサコイル１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、および１０６を有する。ペリフェラルセンサコイル群９２は、ペリフェラルユニットセンサコイル１０７および１０８を有する。ペリフェラルユニットセンサコイル１０７および１０８は、第１センサコイル群９１の最外周部に生じる欠落部に配置されている。

コイル導体１０９は、各ユニットセンサコイルの外形を規定する。コイル導体１０９は、連続的に電気的に直列に接続されている。最外周を除いて、第１巻き方向のユニットセンサコイルと第２巻き方向のユニットセンサコイルとは隣り合っている。隣り合っているユニットセンサコイルは、一方が第１巻き方向で他方が第２巻き方向である。隣り合っているユニットセンサコイルは、一方のユニットセンサコイルを構成するコイル導体１０９の全部または一部が、他方のユニットセンサコイルを構成するコイル導体１０９の全部または一部である。即ち、隣接するユニットセンサコイルを構成するコイル導体１０９の一部または全部は、互いに共有している。従って、コイル導体１０９が重複する領域が少なくなり、コイル導体１０９の総延長を短くすることができる。

コイル導体１１０は、各ペリフェラルユニットセンサコイルの外形を規定する。

図７に示すセットセンサコイル９０は、第１巻き方向のユニットセンサコイルの数と第２巻き方向のユニットセンサコイルの数とが等しいので、異物がなく分布が一様な磁界における起電力が０Ｖである。

図７におけるセットセンサコイル９０を構成する各ユニットセンサコイルの半径方向の長さはそれぞれ等しいが、これに限られるものではない。各ユニットセンサコイルの面積が等しくなるように周辺部に位置するユニットセンサコイルほど、半径方向の長さを短くしてもよい。ユニットセンサコイルの半径方向の幅は、異物が存在しないときにユニットセンサコイルの起電力の絶対値が同程度になるように定めてもよい。これらは、図６に示す異物検出装置のユニットセンサコイルの第３バリエーションにおいても同様である。

本バリエーションは角度方向に４分割しているが、これに限定されない。

なお、実施の形態１に係る異物検出装置は、磁界分布が均一であって、異物がないときのセットセンサコイルの起電力が０Ｖになるようにしているが、実際には磁界分布が均一ではなく大きさや方向が異なっている場合もあり得る。さらには、磁界の方向が逆方向になっている場所がある場合も有り得る。このような場合、セットセンサコイルの起電力が０Ｖにならないこともある。しかし、第１巻き方向のユニットセンサコイルの起電力および第２巻き方向のユニットセンサコイルの起電力の少なくとも一部が相殺されるので、異物検出装置としての感度を向上させることができる。磁界の方向が逆方向になっている境界部近傍においては、実際の磁界の変化に対し、一つのユニットセンサコイルと隣接するユニットセンサコイルとが、電流がいずれも第１方向またはいずれも第２方向となる。このような現象は、磁界の方向が互いに逆方向になっている境界部近傍に生じ、他の場所は実際の磁界に対しても隣接するユニットセンサコイルに生じる電流は、一方が第１方向であるとき他方が第２方向である。従って、全体としては、起電力の少なくとも一部を相殺しており、異物検出装置の感度を向上させている。

磁界の向きが逆になる場合を含めて、磁界分布が不均一であることに対しては、各ユニットセンサコイルの面積や個数によりセットセンサコイルの起電力を調整することができる。

なお、磁界分布が均一であっても各ユニットセンサコイルの面積にバラツキがある場合も起電力が０Ｖにはならないことがある。この場合も、第１巻き方向のユニットセンサコイルの起電力および第２巻き方向のユニットセンサコイルの起電力の少なくとも一部が相殺されるので、異物検出装置としての感度を向上させることができる。

実施の形態１において、セットセンサコイルが複数のセンサコイル群を有している場合、セットセンサコイルの起電力を求めるために、各センサコイル群を電気的に直列に接続してもよいし、電気的に並列に接続してもよい。あるいは、センサコイル群毎に起電力を求め、それぞれの起電力を加算する演算を行なうことによって求めてもよい。

なお、実施の形態１に係る異物検出装置のコイル導体は、ユニットセンサコイルの外形を規定する部分において交差はしていない。

（実施の形態２）
図８は、実施の形態２に係る異物検出装置の主要部の基本構成図である。なお、図８は透視図である。

異物検出装置１２７は、セットセンサコイル群１２０、スイッチ１２５、および判定装置１２６を有する。セットセンサコイル群１２０は、第１セットセンサコイル１２１、第２セットセンサコイル１２２、第３セットセンサコイル１２３、および第４セットセンサコイル１２４を有する。

スイッチ１２５は、第１セットセンサコイル１２１、第２セットセンサコイル１２２、第３セットセンサコイル１２３、および第４セットセンサコイル１２４を選択的に駆動させる。判定装置１２６は、実施の形態１の判定装置１８と同じ機能を有する。

第１セットセンサコイル１２１、第２セットセンサコイル１２２、第３セットセンサコイル１２３、および第４セットセンサコイル１２４は、図５Ａに示すセンサコイル群６０と同じ構成である。

第２セットセンサコイル１２２は、第１セットセンサコイル１２１に対し、図８の紙面縦方向および横方向にオフセットして配置されている。第３セットセンサコイル１２３も第２セットセンサコイル１２２に対し、および第４セットセンサコイル１２４も第３セットセンサコイル１２３に対し、それぞれ図８の紙面縦方向および横方向にオフセットして配置されている。

セットセンサコイル群を選択的に駆動させる理由は以下の通りである。

実施の形態１の異物検出装置は、セットセンサコイルの各ユニットセンサコイルの外形を規定するコイル導体上に異物があった際には、異物の検出ができない。さらに、異物が第１巻き方向のユニットセンサコイルと第２巻き方向のユニットセンサコイルの両方にまたがって存在するときも異物の検出ができないか、検出出力が低下してしまう。本実施の形態に係る異物検出装置１２７は、第１セットセンサコイル１２１を駆動したときには検出できない異物であっても、第２セットセンサコイル１２２、第３セットセンサコイル１２３、および第４セットセンサコイル１２４の少なくとも１つで検出することを目的としている。異物の形状や存在場所によってはそれでも検出できない場合が生じうるが、センサコイル群が１つの場合に比べて検出できない可能性を低減することができる。

なお、セットセンサコイルの数は、４個に限られなく、２個以上であればよい。セットセンサコイルの数は多いほど、異物を検出できない可能性が減ると考えられるが、多すぎるとコイル導体の配線が複雑になってしまう。この点を考え、バランスのよい個数を設定すればよい。

図８において、第１セットセンサコイル１２１、第２セットセンサコイル１２２、第３セットセンサコイル１２３、および第４セットセンサコイル１２４は、ユニットセンサコイルの大きさを４等分した長さ毎にオフセットして配置されているが、オフセット量は等分でなくてもよい。

第１セットセンサコイル１２１、第２セットセンサコイル１２２、第３セットセンサコイル１２３、および第４セットセンサコイル１２４は、図５Ａに示すセンサコイル群６０と同様に、何れも第１巻き方向のユニットセンサコイルの個数と第２巻き方向のユニットセンサコイルの個数とが異なる。各セットセンサコイルは、図５Ａのセンサコイル群６０のときと同様に図３Ａの第２センサコイル群４１および図４Ａのペリフェラルセンサコイル群５１のように、新たにセンサコイル群を付加することで第１巻き方向のユニットセンサコイルの個数と第２巻き方向のユニットセンサコイルの個数とを等しくすることができる。

図９は、実施の形態２に係る異物検出装置の第１バリエーションのマッピング図である。図８の異物検出装置１２７との違いは、セットセンサコイルおよびユニットセンサコイルの配置である。

セットセンサコイル群１３０は、４つのセンサコイル群を有する。ユニットセンサコイル１３１、１３２、１３３、および１３４は、第１センサコイル群に属し、図９においては「ａ」を付した領域に配置されている。ユニットセンサコイル１３５、１３６、１３７、および１３８は、第２センサコイル群に属し、図９においては「ｂ」を付した領域に配置されている。ユニットセンサコイル１３９、１４０、１４１、および１４２は、第３センサコイル群に属し、図９においては「ｃ」を付した領域に配置されている。ユニットセンサコイル１４３、１４４、１４５、および１４６は、第４センサコイル群に属し、図９においては「ｄ」を付した領域に配置されている。

各センサコイル群に属するユニットセンサコイルは、連続的に電気的に直列に接続されている。

各センサコイル群は、選択的に駆動される。選択的に駆動する理由は、図８に示す異物検出装置１２７と同様である。

なお、実施の形態２における異物検出装置には、実施の形態１を適用してもよい。

（実施の形態３）
図１０は、実施の形態３に係る異物検出装置のユニットセンサコイルの概念図である。

ユニットセンサコイル１５０は、コイル導体１５１と、スイッチ１５５、１５６および１５７とを有する。コイル導体１５１は、基準導体１５２、第１調整導体１５３、および第２調整導体１５４を有する。基準導体１５２は、ユニットセンサコイル１５０の最外周に位置している。第１調整導体１５３および第２調整導体１５４は、基準導体１５２をショートカットするように位置している。スイッチ１５５は、基準導体１５２内に位置している。スイッチ１５６は、基準導体１５２と第１調整導体１５３との間に位置している。スイッチ１５７は、基準導体１５２と第２調整導体１５４との間に位置している。

スイッチ１５５を閉じ（即ち「オン」し）、スイッチ１５６および１５７を開く（即ち「オフ」する）ことによって、基準導体１５２が作る閉ループがユニットセンサコイルとして外部磁界変化による起電力を発生させる。

スイッチ１５６を閉じ、スイッチ１５５および１５７を開くことによって、基準導体１５２と第１調整導体１５３とが作る閉ループがユニットセンサコイルとして外部磁界変化による起電力を発生させる。このとき、閉ループの面積が減少するので起電力の絶対値も減少する。

スイッチ１５７を閉じ、スイッチ１５５および１５６を開くことによって、基準導体１５２と第２調整導体１５４とが作る閉ループがユニットセンサコイルとして外部磁界変化による起電力を発生させる。このとき、閉ループの面積がさらに減少するので起電力の絶対値もさらに減少する。

このように、本実施の形態のユニットセンサコイル１５０は、面積を変えることで起電力の調整をすることができる。本実施の形態のユニットセンサコイル１５０は、実施の形態１または実施の形態２の異物検出装置に適用できる。実施の形態１または実施の形態２の異物検出装置において、異物が存在しないときのセットセンサコイルの起電力を０Ｖにすることができない場合には、本実施の形態のユニットセンサコイル１５０を適用することでセットセンサコイルの起電力の調整ができる。本実施の形態のユニットセンサコイル１５０は、セットセンサコイル内の全てのユニットセンサに適用してもよいが、一部のユニットセンサコイルのみに適用してもよい。基準導体１５２、第１調整導体１５３、および第２調整導体１５４の切替は、３個のスイッチで行なったが、これに限られるものではない。

なお、実施の形態３は、実施の形態１、２に適用してもよい。

なお、実施の形態１〜３に共通して、ユニットセンサコイルの形状は、長方形や円形に限定されず、他の多角形、楕円形、扇形、その他の形状であってもよい。

また、実施の形態１〜３の異物検出装置は、異物有無の判定は起電力による変動電圧の値を評価することによって行うため、必ずしも電流を流す必要はない。

実施の形態１〜３の異物検出装置は、第１巻き方向のユニットセンサコイルの起電力および第２巻き方向にユニットセンサコイルの起電力の少なくとも一部が相殺されるので、異物が存在するときにコイル導体に流れる電流を少なくすることができる。これにより、電流が流れることによる損失が小さくなり、電気効率がよい。さらに、流れる電流が小さいのでコイル導体を細くすることができ、外部磁界によってコイル導体に生じる渦電流の発生を抑制でき、渦電流損を低下させ、コイル導体における発熱量を低減できる。

（参考例１）
ユニットセンサコイルの数が多いときに、セットセンサコイル全体の起電力、即ち、出力電圧Ｖ０を最小にするように、ユニットセンサコイルの最適な形状、配置および符号を考えるのは困難な場合がある。

ここで、一塊のユニットセンサコイルの集合体をセンサコイルアレーと定義する。一つのセンサコイルアレーに属する複数のユニットセンサコイルは、一つのコイル導体で外形が規定されなくてもよく、複数のコイル導体で外形が規定されてもよい。一塊であるので、連続したユニットセンサコイルの集合体である。

出力電圧Ｖ０を最小にするために、センサコイルアレーの領域を分割し、その分割してできた一つのユニットセンサコイル群を作り、これを一つの単位として、出力電圧Ｖ０を最小化するように形状、配置および符号を決めて、そのユニットセンサコイル群を反復して配置することでセンサコイルアレーを容易に作成する方法がある。このユニットセンサコイル群を、ユニットＶ０低減コイルと呼ぶことにする。

図１１は、参考例１における四角形のユニットＶ０低減コイルの説明図である。

センサコイルアレー２１０は、複数のユニットＶ０低減コイル２１２で構成され、ユニットＶ０低減コイル２１２は、４個のユニットセンサコイル２１１ａ〜２１１ｄで構成されている。より具体的には、ユニットＶ０低減コイル２１２は、Ｘ方向に２個、Ｙ方向に２個、つまり計４個のユニットセンサコイル２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃ、および２１１ｄからなる。この４つのユニットセンサコイルのそれぞれの起電力を組合せることで、ユニットＶ０低減コイル２１２の出力電圧Ｖ０を低減するようする。

ユニットＶ０低減コイル２１２を、センサコイルアレーを埋め尽くすように、Ｘ方向に繰り返し配置し、またＹ方向にも繰り返し配置する。なお、図１１においては、最も左上のユニットＶ０低減コイル２１２のみを図示している。

こうすることで、ユニットＶ０低減コイル２１２の起電力と同様に、センサコイルアレー２１０の出力電圧Ｖ０を低減することが容易にできる。

ここで、ユニットＶ０低減コイル２１２を構成するユニットセンサコイルの数は何個でもよく、Ｘ方向のユニットセンサコイルの数も、Ｙ方向のユニットセンサコイルの数も何個でもよい。

また、それぞれのＹ方向のユニットセンサコイル群において、出力電圧Ｖ０を低減するようにしてもよい。例えば、ユニットセンサコイル２１１ａおよび２１１ｃの起電力が相殺されるようにする。また、ユニットセンサコイル２１１ｂおよび２１１ｄの起電力が相殺されるようにする。

また、それぞれのＸ方向のユニットセンサコイル群についても同様にする。こうすることで、センサコイルアレーの出力電圧Ｖ０を低減する設計が更に容易になる。

図１２は、参考例１における円形ユニットＶ０低減コイルの説明図である。

この参考例は、スパイラル型の電力受電コイルに適している。

センサコイルアレー２２０は、複数のユニットＶ０低減コイル２２２で構成されている。ユニットＶ０低減コイル２２２は、４個のユニットセンサコイル２２１ａ、２２１ｂ、２２１ｃ、および２２１ｄで構成されている。

ユニットＶ０低減コイル２２２の起電力が小さくなるように、ユニットＶ０低減コイル２２２を構成する４個のユニットセンサコイル２２１ａ〜２２１ｄの起電力の和を小さくするように起電力の符号と大きさを調整する。例えば、ユニットセンサコイル２２１ａおよび２２１ｄの起電力が正の符号であり同じ大きさを持ち、ユニットセンサコイル２２１ｃおよび２２１ｂの起電力が負の符号であり同じ大きさを持ち、ユニットセンサコイル２２１ａ〜２２１ｄを繋ぎ合わせることで、ユニットＶ０低減コイル２２２の起電力を小さくする。

ユニットＶ０低減コイル２２２はドーナツ形状であり、これをＸ方向とＹ方向の直径を境界として４分割して４個のユニットセンサコイルを形成している。

ユニットＶ０低減コイル２２２は、直径を拡大しながら、センサコイルアレー２２０を埋め尽くすように、複数配置されている。図１２においては、一つのユニットＶ０低減コイル２２２のみ図示している。

センサコイルアレー２２０の中心部のユニットＶ０低減コイルは、全ての領域を埋め尽くすために、ドーナツ形状ではなく、中心に隙間のない円形状である。

なお、ドーナツ形状のユニットＶ０低減コイル２２２を分割する数はいくらでもよい。また、ユニットＶ０低減コイル２２２の半径方向の幅は一定でなくてもよい。つまり、ユニットセンサコイルの半径方向の幅は一定でなくてもよい。

例えば、各々のユニットセンサコイルの面積を同じにするときは、中心部から遠い程、ユニットセンサコイルの半径方向の幅は短くなる。

また、ＸＹ平面に平行な面に磁界を発生させるスパイラルコイルがある場合には、Ｚ方向の磁界がゼロになる場所が存在し、その等高線は円形である。この等高線が隣接するユニットＶ０低減コイル２２２の円周方向の境界線は、この等高線と一致させると、起電力を０Ｖに近づけることができる。

ここで、ユニットＶ０低減コイルと同程度の大きさの異物が存在する場合には、検出感度が悪化する場合がある。

図１３は、参考例１におけるユニットＶ０低減コイルと異物との位置関係を説明する図である。図１４は、参考例１における感度評価を示す図である。図１３および図１４を用いて、四角形のユニットセンサコイルで構成されるユニットＶ０低減コイルにおいて、異物検出感度に対する異物の大きさおよび場所の依存性を改善する方法について説明する。

図１３に示す異物配置２３１は、棒状の異物２３４の４箇所の配置場所を示している。第１配置、第２配置、第３配置、および第４配置は、図１３においては、分りやすくするためにＹ方向にもずれた配置で図示しているが、実際にはＹ方向は同じ座標位置であり、Ｘ方向にのみずれている。異物２３４の長さは、ユニットＶ０低減コイル２３５のＸ方向の長さと同じである。

ユニットＶ０低減コイル２３５は、Ｘ方向に４個、Ｙ方向に１個のユニットセンサコイル２３６で構成されている。ユニットセンサコイル２３６の符号は、ある瞬間の起電力の符号を表す。各々のユニットＶ０低減コイル２３５に於いて、プラスおよびマイナスのユニットセンサコイル２３６は同数になっている。

符号パターン２３２は、２個のユニットＶ０低減コイル２３５をＸ方向に配列させ、ユニットセンサコイル２３６の符号配列を変化させた３つの第１パターン、第２パターン、および第３パターンを示す。

図１４は、異物２３４の第１配置〜第４配置と、ユニットセンサコイル２３６の符号配列の第１パターン〜第３パターンとの組合せにおける、異物検出の感度の良さを、相対的に評価した結果を示す。

第１パターン〜第３パターンについて説明する。

第１パターンは、ユニットＶ０低減コイル２３５を構成するユニットセンサコイル２３６の符号が、プラスのユニットセンサコイル２３６の２個が隣り合わせとなり、マイナスのユニットセンサコイル２３６の２個が隣り合わせとなるように配置されており、かつ２個のユニットＶ０低減コイル２３５のユニットセンサコイル２３６の符号配列は同じである。

第２パターンは、左側のユニットＶ０低減コイル２３５が第１パターンと同じである。右側のユニットＶ０低減コイル２３５の符号配列と、左側のユニットＶ０低減コイル２３５の符号配列とは、２つのユニットＶ０低減コイル２３５の境界に対して、Ｘ方向にミラー反転した関係となっている。

第３パターンは、左側のユニットＶ０低減コイル２３５が有する隣接するユニットセンサコイル２３６の符号が互いに異なる符合になるように配置されており、左側のユニットＶ０低減コイル２３５は、第２パターンと同様にミラー反転の形で符号を配列している。

異物２３４が配置される場所に存在するユニットセンサコイル２３６の起電力は変化する。２つのユニットＶ０低減コイル２３５において、起電力が変化するユニットセンサコイル２３６の符号および個数によって感度を相対的に評価する。

異物がないときに起電力が変化するプラスとマイナスのユニットセンサコイル２３６の起電力の和はゼロになると仮定する。プラスとマイナスの符号の差が大きい程、異物検出の感度が高いと考える。プラスとマイナスの符号の数の差が１個以上は感度良し「○」とし、０個の場合は感度悪し「×」とする。

以下、図１４を用いて説明する。

第１パターンは、異物の第１配列〜第４配列の全てにおいて、異物が存在する場所のユニットセンサコイル２３６は、プラスとマイナスの符号の数が一致するため、符合の数はゼロとなり、異物を検出するのは困難である「×」となる。

第２パターンは、第１配列のみ「×」、第２配列〜４配列は「○」になる。

第３パターンは、第１配列および第３配列が「×」、第２配列および第４配列が「○」になる。

図１４に示す感度評価の総合評価は、以上の第１配列〜第４配列の評価結果を踏まえ、最も評価が低い第１パターンを「×」に、最も評価が良い第２パターンを「○」に、その中間である第３パターンを「△」にした。

結果から分かるように、第２パターンが最もよい。つまり、ユニットＶ０低減コイル２３５を構成するユニットセンサコイル２３６の配置は、隣接するユニットＶ０低減コイル２３５の境界を中心にミラー反転する形で配置すればよい。これによれば、ある特定の異物の大きさや形状において異物検出の感度が悪くなる異物の場所を確率的に低減することで、感度性能を向上させることができる。

なお、参考例１では、ユニットＶ０低減コイル２３５はＸ方向に４個、Ｙ方向に１個のユニットセンサコイル２３６で構成される場合を例示したが、これに限らず、Ｘ方向およびＹ方向はそれぞれ何個であってもよく、上記の方法を適用することで同様の効果を得ることができる。Ｙ方向のユニットセンサコイル２３６が２個以上の場合は、Ｙ方向に隣接するユニットＶ０低減コイル２３５の境界を中心に、Ｙ方向にミラー反転する形で、ユニットセンサコイル２３６の符号を配置すればよい。このときも効果は同じである。

なお、参考例１において、複数のセンサコイルアレーの出力を検出することになるが、具体的な方法として、複数のセンサコイルアレーを電気的に直列に接続してもよいし、電気的に並列に接続してもよい。

（参考例２）
隣接するユニットセンサコイルの起電力が逆向きである場合、その境界となる導線の上部に存在する異物の検出感度は低下する。境界を跨いで存在する異物は、両方のユニットセンサコイルの起電力を変化させ、そのとき、一方のユニットセンサコイルの起電力が変化する符号と、他方の起電力が変化する符号はプラスマイナスが逆符合になるため、両方の和の起電力は小さくなるためである。

この課題を克服する手段として、複数のセットセンサコイルをＸ方向とＹ方向にずらして配置する方法を説明する。

図１５は、参考例２におけるユニットセンサコイルの低感度領域の説明図である。

図１５には、四角形のユニットセンサコイルで構成されるセットセンサコイル２４０と、異物検出の感度が低下する低感度領域２４２と、説明のために注目するユニットセンサコイル２４１とを示す。隣接するユニットセンサコイルは、互いに逆向きの起電力を持ち、ある瞬間のその符号プラスおよびマイナスを図に示している。

ユニットセンサコイル２４１の起電力はプラスであり、隣接するユニットセンサコイルの符号は全てマイナスである。注目するユニットセンサコイル２４１を構成する４つの全ての辺である導線は全て、低感度領域２４２となっている。つまり、隣接するユニットセンサコイルの起電力の符号が逆の場合は同様であるので、このようにユニットセンサコイルを隙間なく並べて配置する場合は、周辺のユニットセンサコイルの辺を除き、全ての辺の上の異物を検出する感度は低くなる。

図１６は、参考例２における２個の四角形マルチセンサコイルの説明図である。図１６は、Ｘ方向に３個およびＹ方向に３個のユニットセンサコイルでそれぞれ構成されるセットセンサコイル２５１および２５２の２つのユニットセンサコイルを使用し、互いに、Ｘ方向およびＹ方向にずらして配置した２マルチのマルチセンサコイル２５０を示す。

図１６では、セットセンサコイル２５１および２５２は共に、辺の長さａを持つ正方形のユニットセンサコイルで構成されており、Ｘ方向およびＹ方向に、共にａ／２互いにずらして配置している。セットセンサコイル２５１および２５２は、共に図１５に示すセットセンサコイル２４０と同様の構成である。

マルチセンサコイル方式の場合は、複数のセットセンサコイルを使用することで、低感度領域の面積を減少できる。あるセットセンサコイルにおいて、低感度領域が存在しても、そこを他のセットセンサコイルによって異物を検出することが可能になるという考えに基づいている。

図１６において、セットセンサコイル２５１の中心にあるユニットセンサコイル２５３には、ハッチングを施している。ユニットセンサコイル２５３に注目すると、低感度領域２５４は、４つの各辺に点の状態で存在する。４つの各辺に於いて、低感度領域２５４以外の場所は、他のユニットセンサコイルにとっては低感度領域ではないため検出することができる。低感度領域２５４は、セットセンサコイル２５１に属するユニットセンサコイル２５３の辺上にあり、かつ、セットセンサコイル２５２に属するユニットセンサコイルの辺上にあり、２つの辺は交差していることから、低感度領域の形は点もしくは円形に近い領域になる。他のユニットセンサコイルに於いても同様である。

マルチセンサコイル方式でないセットセンサコイル２４０と比べると、マルチセンサコイル２５０の低感度領域２５４は、低感度領域の大きさは大幅に低減できることが分かる。

図１７は、参考例２における３個の四角形マルチセンサコイルの説明図である。図１７は、３つのセットセンサコイル２６１、２６２および２６３によって構成されるマルチセンサコイル２６０を示している。それぞれのセットセンサコイルの形状は、図１６のものと同じである。３つのセットセンサコイル２６１、２６２および２６３は、互いにユニットセンサコイルの辺の長さａを均等に３分割してずらしている。

図１７において、セットセンサコイル２６１の中心にあるユニットセンサコイル２６４にハッチングを施している。ユニットセンサコイル２６４に注目すると、全ての辺において、低感度領域は存在しない。セットセンサコイル２６１、２６２および２６３の全ての辺において、重なる箇所が存在しないからである。つまり、３つのセットセンサコイルによってマルチセンサコイルを構成すればユニットセンサコイルの辺の上の低感度領域を皆無にすることができる。４つ以上のセットセンサコイルの場合でも同様である。

図１６および図１７の参考例では、ユニットセンサコイルの辺を均等分して、セットセンサコイルを互いにずらしているが、これに限らず、均等分でなくてもよい。

また、参考例は、Ｘ方向とＹ方向を同じ距離ずらしているが異なる距離でもよく、また、Ｘ方向のみもしくはＹ方向のみにずらしてもよい。

検出するべき異物の場所や、外部磁界の分布形状を考慮して、マルチセンサコイル方式によって低感度領域の最小化という効果を得ることができる。

マルチセンサコイル方式は、円形、ドーナツ形状のセンサコイルにも適用して低感度領域の面積を低減でき、また皆無にすることができる。

図１８は、参考例２における３個の円形マルチセンサコイルの説明図である。

図１８は、円形、ドーナツ形状のユニットセンサコイルで構成される３つのセットセンサコイル２７１、２７２および２７３を使って形成したマルチセンサコイル２７０の参考例である。この図１８のマルチセンサコイル２７０は、非接触給電システムの受電装置がスパイラル型コイルのものに適している。図１８において、理解しやすくするために、同じセットセンサコイルにおける半径方向と円周方向の交点に丸い点を付けている。さらに、見やすくするために、セットセンサコイル２７１は実線で、セットセンサコイル２７２は一点鎖線で、セットセンサコイル２７３は破線で、それぞれ記載している。

３つのセットセンサコイル２７１、２７２および２７３は、それぞれ、ドーナツ形状の閉じたユニットセンサコイルを形成するために円の中心から外に向かった直線がある。注目するセットセンサコイル２７１に属するユニットセンサコイル２７４は、セットセンサコイル２７１を構成する３つのユニットセンサコイルの中間に位置するものである。ユニットセンサコイル２７４を形成する辺の全ての領域において、他の２つのセットセンサコイル２７１および２７２も同時に重なる部分は形成されない。つまり低感度領域は皆無である。

前述の四角形のユニットセンサコイルで構成されるマルチセンサコイルの場合と同様に、円形、ドーナツ形状の場合でも同様に、３個以上のセットセンサコイルによってマルチセンサコイルを構成すれば、辺上異物の低感度領域を無くすことが可能である。

なお、参考例２で説明した技術は、実施の形態１から実施の形態３に記載の異物検出装置に適用できる。

（参考例３）
以下、検出回路を使って、異物検出を行うタイミングについて説明する。

異物検出は、給電の開始前、給電中、および給電終了後に行う。給電中に行う異物検出は、常時行っても良いし、間欠的なタイミングで行ってもよい。異物検出の周期を短くしすぎると消費電力の増加が問題になるため、問題にならない程度の周期時間が必要である。

一方、異物が存在した場合、異物の温度上昇時間は、異物の場所の外部磁界の大きさと周波数、異物の材質と形状などで決まる。異物存在による短所は温度上昇であり、ＥＶ応用の場合、上昇時間が短い場合は数秒のオーダーであるため、少なくとも数秒未満の周期で異物検出を行う必要がある。余裕をもって温度上昇に対応するために、１ｍｓ程度の周期で異物検出を行うのが望ましい。

次に、外部磁界の影響を回避する方法として、異物検出を行う周期内のタイミングについて説明する。

図１９は、参考例３における非接給電装置の磁束変化計測波形図である。

図１９に、数ｋＷ、１００ｋＨｚの電力受電コイルが発生する磁界変化を、サーチコイルを使って誘導起電力を計測した誘導起電力波形２８０として示す。

電力受電コイルには正弦波電流が流れており、これが作る磁界の変化による誘導起電力２８１は、正弦波の形をしている。高周波ノイズ２８２は、電力受電コイルのインバータ回路と整流回路のスイッチングによる数１０ＭＨｚ以上のノイズである。誘導起電力がピークになる期間が起電力ピーク期間２８３である。

計測に使用したサーチコイルは、原理的にセンサコイルと同じであり、高周波の電磁ノイズを受けると高周波ノイズ２８２と同様のノイズの影響を受ける。その結果、センサコイルの起電力にノイズが重畳され電圧変動が起こる。その結果、誤検出が発生する。また、誤検出を避けるために、結果的に、異物検出の感度性能を低下させなければならない課題がある。

そこで、高周波ノイズ２８２の発生期間を避けるタイミングで異物検出を行えば、高周波ノイズを回避できる。また、電力受電コイルが発生する磁界を利用してセンサコイルを駆動させる場合は、磁束変化が最大になる起電力ピーク期間２８３のタイミングで異物検出を行うとよい。

タイミングの情報は、例えば、一次側装置のインバータ駆動タイミングの情報から得てもよい。

また、電力受電コイル電流がゼロになるときが、磁界変化が最大になるときなので、電力受電コイルの電流を検出し、電流がゼロになるのを検出してタイミングを得てもよい。また、電力受電コイルが発生する磁界を検出するサーチコイルを設けて、起電力ピーク期間２８３のタイミングを得てもよい。このときサーチコイルは、センサコイルアレー基板に形成してもよい。

また、サーチコイルは使用せず、センサコイルを利用して外部磁界変化を計測しタイミングを得るようにしてもよい。

電力受電コイルの電流を検出してタイミングを得るときは、一次側と二次側の両方の電流と位相の情報を元に、異物検出を行うセンサコイルアレーが配置されている場所の磁束を演算によって求め、磁束変化が最大になるタイミングを計算によって求めてもよい。

本参考例は、実施の形態１〜３に記載の異物検出装置に適用できる。

（参考例４）
異物検出装置の感度を向上させる方法の一つとして、センサコイル群の出力を上げる方法がある。以下、その具体的方法の一例について説明する。

図２０は、参考例４におけるセンサコイル群の概念図であり、図２１は、参考例４におけるセンサコイル群の別の概念図である。図中の「＋」はその場所に位置するユニットコイルセンサが第１巻き方向であることを示し、「−」はその場所にユニットコイルセンサが位置していたのならば第２巻き方向になることを示している。

図２０において、センサコイル群３００は、複数のユニットセンサコイル３０１を有している。コイル導体３０２はそれぞれのユニットセンサコイル３０１の外形を規定しており、連続的に、電気的に直列に接続されている。それぞれのユニットセンサコイル３０１は、コイル導体３０２が２重に巻かれている。このようにユニットセンサコイル単位で２重に巻いてもよい。勿論、巻き数は２回に限られるものではなく、３回以上の巻いてもよい。起電力を測定する回路は紙面下方のコイル導体３０２の端部に接続される。従って、紙面の下方のユニットセンサコイルは起電力を測定する回路に電気的に近く、紙面上方のユニットセンサコイルは遠い。

図２１において、センサコイル群３１０は、複数のユニットセンサコイル３１１を有している。コイル導体３１２は、それぞれのユニットセンサコイル３１１の外形を規定しており、連続的に、電気的に直列に接続されている。センサコイル群３１０は２重に巻かれている。このようにセンサコイル群を単位として２重に巻いてもよい。さらには、セットセンサコイルを単位として２重に巻いてもよい。勿論、巻き数は２回に限られるものではなく、３回以上巻いてもよい。起電力を測定する回路は紙面下方のコイル導体３１２の端部に接続される。従って、紙面の下方のユニットセンサコイルは起電力を測定する回路に電気的に近く、紙面上方のユニットセンサコイルは遠い。

ユニットセンサコイルを単位として複数回巻くよりも、センサコイル群またはセットセンサコイル単位で複数回巻くほうが、異物が存在するときの起電力の信号伝達時間が短いので好ましい。センサコイル群が大きく、巻き回数が多い場合、コイル導体の長さが長くなり、異物が存在することによる起電力の信号の電圧が遅れ、結果的に起電力の値が小さくなり、検出感度が低下する。従って、コイル導体が１０ｍ以上になる場合には、図２１に示すセンサコイル群単位、あるいはセットセンサコイル単位で複数回巻くのが好ましい。コイル導体の長さが比較的短いときには、ユニットセンサコイル単位で複数回巻いてもよい。

参考例４に記載の技術は、実施の形態１〜３および参考例１〜３に適用することができる。

（参考例５）
複数の巻線のユニットセンサコイルにおいて、隣接するユニットセンサコイルが存在しない辺の電圧は大きくなり耐圧が問題になる。この課題を解決する方法を説明する。

図２２Ａは、参考例５における改良前のユニットセンサコイルの図であり、図２２Ｂは、参考例５における改良後のユニットセンサコイルの図である。

図２２Ａにおいて、セットセンサコイル２８５は、複数のユニットセンサコイルを有している。その一部として、ユニットセンサコイル２８６、２８７、２８８、および２８９が存在している。これらのユニットセンサコイルは、コイルが複数回巻かれている。セットセンサコイル２８５は、コイル導体２９１によって外形が規定されている。図２２Ａにおいて、ユニットセンサコイル２８６は、紙面の左右および下側に、それぞれユニットセンサコイル２８７、２８８、および２８９が隣接している。従って、コイル導体２９１において、ユニットセンサコイル２８７、２８８、および２８９と隣接する部分は、これらのユニットセンサコイルのコイル導体を兼ねている。しかし、図２２Ａの紙面上側のコイル導体２９１は、隣接するユニットセンサコイルが存在しない。この領域がコイル導体２９１の単独導体エリア２９０である。

隣接するユニットセンサコイルが存在する、言い換えると２つのユニットセンサコイルの境界に位置するコイル導体２９１の辺の電圧は、２つのユニットセンサコイルの起電力によって低減される。しかし、コイル導体２９１において単独導体エリア２９０の電圧は、隣に別のユニットセンサコイルが存在しないので、大きくなる。

図２２Ｂに示すセットセンサコイル２９２は、この課題を解決する一形態である。図２２Ｂにおいて、セットセンサコイル２９２は、複数のユニットセンサコイルを有している。その一部として、ユニットセンサコイル２９３、ユニットセンサコイル２９４、２９５、および２９６が存在している。これらのユニットセンサコイルは、コイルが複数回巻かれている。ユニットセンサコイル２９３は、コイル導体２９８によって外形が規定されている。図２２Ｂにおいても、図２２Ａと同様に、セットセンサコイル２９２において隣接するユニットセンサコイルが存在しない部分を、コイル導体２９８の単独導体エリア２９７とする。

単独導体エリア２９７では、コイル導体２９８の巻線の間隔を大きくすることで配線間の耐圧を上げることができる。

特に、外部磁界が大きい領域に配置するユニットセンサコイルにおいて、巻線の耐圧は問題になるため、この領域のユニットセンサコイルにおいて、隣にユニットセンサコイルが存在しない辺の巻線の間隔を大きくするとよい。

参考例５に記載の技術は、実施の形態１〜３、参考例１〜４に適用できる。

（その他の実施の形態）
なお、本開示の異物検出装置は、実施の形態１〜３に限定されるものではない。実施の形態１〜３における任意の構成要素を組み合わせて実現される別の実施の形態や、上記実施の形態に対して本発明の趣旨を逸脱しない範囲で当業者が思いつく各種変形を施して得られる変形例や、上記実施の形態に係る異物検出装置を内蔵した各種機器も本発明に含まれる。

本発明の異物検出装置は、非接触給電システムの異物検出装置に適用できる。

１０、１２７ 異物検出装置
１１、４０、５０、９０、２４０、２５１、２５２、２６１〜２６３、２７１〜２７３、２８５、２９２ セットセンサコイル
１２、１３、２３〜３２、６１ａ、６２ａ、６２ｂ、６２ｃ、６３ａ、６３ｂ、６３ｃ、６３ｄ、６３ｅ、６４ａ、６４ｂ、６４ｃ、６４ｄ、６４ｅ、６４ｆ、６４ｇ、６５ａ、６５ｂ、６５ｃ、６５ｄ、６５ｅ、６５ｆ、６５ｇ、６５ｈ、６６ａ、６６ｂ、６６ｃ、６６ｄ、６６ｅ、６６ｆ、６７ａ、６７ｂ、６７ｃ、６７ｄ、６８ａ、６８ｂ、７１ａ、７１ｂ、７２ａ、７２ｂ、７２ｃ、７２ｄ、７３ａ、７３ｂ、７３ｃ、７３ｄ、７３ｅ、７３ｆ、７４ａ、７４ｂ、７４ｃ、７４ｄ、７４ｅ、７５ａ、７５ｂ、７５ｃ、７６ａ、８１〜８４、９３〜１０６、１３１〜１４６、１５０、２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃ、２１１ｄ、２２１ａ、２２１ｂ、２２１ｃ、２２１ｄ、２３６、２４１、２５３、２６４、２７４、２８６〜２８９、２９３〜２９６、３０１、３１１ ユニットセンサコイル
１４、３９、４２、５８、６９、８５、１０９、１１０、１５１、２９１、２９８、３０２、３１２ コイル導体
１５ 外部磁界
１６ 第１方向への電流
１７ 第２方向への電流
１８、１２６ 判定装置
１９、２３４ 異物
２０、９１ 第１センサコイル群
２１ 第１Ｙ軸方向センサコイル群
２２ 第２Ｙ軸方向センサコイル群
３３、３４、３５、３６、３７、３８ 欠落部
４１ 第２センサコイル群
５１、９２ ペリフェラルセンサコイル群
５２〜５７、１０７、１０８ ペリフェラルユニットセンサコイル
６０、８０、３００、３１０ センサコイル群
６１〜６８ Ｙ軸方向センサコイル群
１２０、１３０ セットセンサコイル群
１２１ 第１セットセンサコイル
１２２ 第２セットセンサコイル
１２３ 第３セットセンサコイル
１２４ 第４セットセンサコイル
１２５、１５５、１５６、１５７ スイッチ
１５２ 基準導体
１５３ 第１調整導体
１５４ 第２調整導体
２１０、２２０ センサコイルアレー
２１２、２２２、２３５ ユニットＶ０低減コイル
２３１ 異物配置
２３２ 符号パターン
２４２、２５４ 低感度領域
２５０、２６０、２７０ マルチセンサコイル
２８０ 誘導起電力波形
２８１ 誘導起電力
２８２ 高周波ノイズ
２８３ 起電力ピーク期間
２９０、２９７ 単独導体エリア

Claims (10)

1. セットセンサコイルと、前記セットセンサコイルの電圧に応じて異物を検出する判定装置と、を備えた異物検出装置であって、
   前記セットセンサコイルは、複数のセンサコイル群を有し、
   前記複数のセンサコイル群は、磁界分布が均一な外部磁界の変化に対し第１方向へ電流を流そうとする第１符号の起電力を発生させる第１巻き方向の複数のユニットセンサコイルと、前記外部磁界の変化に対し前記第１方向と逆の方向である第２方向へ電流を流そうとする第２符号の起電力を発生させる第２巻き方向の複数のユニットセンサコイルとが電気的に直列接続されており、
   前記複数のユニットセンサコイルのそれぞれは、当該ユニットセンサコイルの外形を規定するコイル導体を有し、
   前記センサコイル群において、前記コイル導体は連続的にかつ電気的に直列に接続され、前記第１巻き方向のユニットセンサコイルを構成する前記コイル導体の一部または全部は、前記第２巻き方向のユニットセンサコイルを構成する前記コイル導体の一部または全部であり、
   前記複数のセンサコイル群は、
   第１センサコイル群と、
   ペリフェラルセンサコイル群とを備え、
   前記第１センサコイル群は、
   前記第１巻き方向の複数のユニットセンサコイルと、
   前記第２巻き方向の複数のユニットセンサコイルとを有し、
   前記ペリフェラルセンサコイル群は、
   前記第１巻き方向の１または複数のペリフェラルユニットセンサコイル、および、前記第２巻き方向の１または複数のペリフェラルユニットセンサコイルの少なくともいずれかを有し、
   前記１または複数のペリフェラルユニットセンサコイルは、前記セットセンサコイルの最外周部で前記複数のユニットセンサコイルが欠落した領域に配置されている
   異物検出装置。
2. 前記複数のセンサコイル群は、電気的に直列に接続されている
   請求項１に記載の異物検出装置。
3. 前記判定装置は、前記複数のセンサコイル群のそれぞれの起電力を個別に求めて演算することにより、前記セットセンサコイルの電圧を求める
   請求項１に記載の異物検出装置。
4. 前記第１巻き方向の複数のユニットセンサコイルの面積の和と、前期第２巻き方向の複数のユニットセンサコイルの面積の和とは等しい
   請求項１に記載の異物検出装置。
5. 前記センサコイル群は、
   前記第１巻き方向のユニットセンサコイルがＹ軸の方向に１または複数配置されたＹ軸方向センサコイル群を複数有し、
   前記複数配置されたＹ軸方向センサコイル群は、前記Ｙ軸と交差するＸ軸の方向に並んで配置され、
   前記１または複数配置されたＹ軸方向センサコイル群の少なくとも一つは、複数の前記ユニットセンサコイルを有し、
   前記コイル導体は、前記Ｙ軸方向センサコイル群の外周を連続的に構成するように電気的に直列に接続され、
   隣り合う２個の前記Ｙ軸方向センサコイル群を構成する前記コイル導体は、連続的にかつ電気的に直列に接続されている
   請求項１に記載の異物検出装置。
6. 前記Ｙ軸方向センサコイル群は、前記第１巻き方向のユニットセンサコイルがＹ軸方向に互い違いに配置されている
   請求項５に記載の異物検出装置。
7. 前記複数のセンサコイル群のうちの一のセンサコイル群の前記コイル導体は、他のセンサコイル群の前記コイル導体と離間している
   請求項１に記載の異物検出装置。
8. 前記複数のセンサコイル群のうちの一のセンサコイル群の前記コイル導体は、他のセンサコイル群の前記コイル導体とずれた場所に位置する
   請求項１に記載の異物検出装置。
9. さらに、
   前記複数のセンサコイル群のうちから、駆動させるセンサコイル群を選択するスイッチを有する
   請求項１〜８のいずれか１項に記載の異物検出装置。
10. 前記スイッチにより同時に駆動されるセンサコイル群は２以上であり、当該２以上のセンサコイル群のそれぞれに含まれる前記複数のユニットセンサコイルの前記第１巻き方向および前記第２巻き方向の数が等しい
    請求項９に記載の異物検出装置。

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