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JP2018105776A - 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 - Google Patents

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 Download PDF

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Abstract

【課題】アンテナコイルを用いて行う金属異物の検出に関して、給電中における検出精度の低下を抑制する。
【解決手段】金属異物検出装置１４は、アンテナコイルＬ３と、アンテナコイルＬ３とともに共振回路ＲＣを形成するコンデンサＣ３と、共振回路ＲＣに電圧を印加することにより、共振回路ＲＣに振動信号Ｖｂを発生させる電源１４８ｂと、振動信号Ｖｂの波形に基づいて金属異物の有無を判定する判定回路１４５と、共振回路ＲＣ内に挿入された共振コンデンサスイッチ１４９と、共振コンデンサスイッチ１４９の開閉状態を制御する制御回路１４７と、を備え、制御回路１４７は、電源１４８ｂによる共振回路ＲＣへの電圧の印加が開始されたことに応じて、共振コンデンサスイッチ１４９を閉状態にするよう構成される。
【選択図】図４

Description

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。
本発明は
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。
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。
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。
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。
金属異物を検出する具体的な方法としては、検出用のアンテナコイルを用いる検出コイル方式が知られている。例えば特許文献１には、アンテナコイルにインパルスを印加し、その応答波形（減衰振動波形）の振幅値と時間情報から求められるＱ値の変化に基づき、金属異物を検出する装置が開示されている。
また、特許文献２には、送電コイルに電力が供給されていない時にはアンテナコイルを用いた金属検出を実行する一方で、送電コイルに電力が供給されている時にはアンテナコイルによる金属検出を停止し、温度センサによって温度を監視することで異物の検出を行う非接触送電装置が開示されている。
特開２０１３−１３２１３３号公報 特開２０１５−２０４７０７号公報
しかしながら、特許文献１に開示される技術には、給電中に金属異物の検出精度が低下するという問題がある。すなわち、給電中には、給電コイルから発生する磁束のエネルギーや給電側のスイッチングノイズによる共振がアンテナコイルに発生する場合があるが、アンテナコイルに異物検出用のインパルスを印加したときにこの共振が発生していると、インパルスの応答波形が、金属異物の有無だけでなく、この共振によっても変化することになる。したがって、応答波形の変化から正しく金属異物を検出することが困難になる。
特許文献２に開示の技術によれば、給電中にはアンテナコイルではなく温度センサによって異物の検出を行うので、このような問題はそもそも発生しない。しかしながら、温度センサが必要になることから、特許文献２に開示の技術を採用すると、装置の大型化、高コスト化という別の問題が発生する。
また、金属有無の判定を行う際には給電を停止することにすれば、上記問題を一応解決することは可能である。しかしながら、給電を周期的に止めなければならなくなるため、充電時間の長期化という新たな問題が発生する。
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、アンテナコイルを用いて行う金属異物の検出に関して、給電中における検出精度の低下を抑制することを目的とする。
本発明による金属異物検出装置は、アンテナコイルと、前記アンテナコイルとともに共振回路を形成するコンデンサと、前記共振回路に電圧を印加することにより、前記共振回路に振動信号を発生させる駆動部と、前記振動信号の波形に基づいて金属異物の有無を判定する判定部と、前記共振回路内に挿入された第１のスイッチと、前記第１のスイッチの開閉状態を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記駆動部による前記共振回路への電圧の印加が開始されたことに応じて、前記第１のスイッチを閉状態にするよう構成されることを特徴とする。
本発明によれば、駆動部による電圧の印加が開始されるまでの間には共振回路が構成されないこととなるので、給電コイルから発生する磁束のエネルギーや給電側のスイッチングノイズによる共振の発生が防止される。したがって、アンテナコイルを用いて行う金属異物の検出に関して、給電中における検出精度の低下を抑制することが可能になる。これにより、特許文献２のように温度センサを使用する必要がなくなることから、装置の大型化、高コスト化を回避でき、給電を周期的に止める必要もなくなることから、充電時間の長期化も回避できる。
上記金属異物検出装置において、前記制御部は、前記駆動部による前記共振回路への電圧の印加の終了と同時に、前記第１のスイッチを閉状態にするよう構成されることとしてもよい。これによれば、駆動部により共振回路に電圧が印加されている間にも、給電コイルから発生する磁束のエネルギーや給電側のスイッチングノイズにより共振回路に共振が発生することを防止可能になる。したがって、給電中における検出精度の低下をさらに抑制することが可能になる。
上記各金属異物検出装置において、前記駆動部と前記共振回路の間に挿入された第２のスイッチ、をさらに備え、前記制御部は、前記第１のスイッチの開閉状態を制御するためのスイッチ駆動信号を生成するスイッチ駆動信号生成回路と、前記第２のスイッチの開閉状態を制御するためのパルス印加信号を生成するパルス印加信号生成回路と、を有し、前記スイッチ駆動信号生成回路は、前記パルス印加信号が非活性となったことに応じて前記スイッチ駆動信号を活性化するとともにタイマーを開始し、タイマー値が所定値に達した場合に前記スイッチ駆動信号を非活性とするよう構成されることとしてもよい。これによれば、制御部は、駆動部による前記共振回路への電圧の印加の終了（すなわち、パルス印加信号が非活性化したこと）と同時に、第１のスイッチを閉状態にすること（すなわち、スイッチ駆動信号を活性化すること）が可能になる。
上記各金属異物検出装置において、前記駆動部と前記共振回路の間に挿入された第２のスイッチ、をさらに備え、前記制御部は、前記第１のスイッチの開閉状態を制御するためのスイッチ駆動信号を生成するスイッチ駆動信号生成回路と、前記第２のスイッチの開閉状態を制御するためのパルス印加信号を生成するパルス印加信号生成回路と、前記パルス印加信号の入力を受ける遅延回路と、を有し、前記遅延回路は、前記パルス印加信号が活性化したことに応じて該遅延回路の出力信号を活性化するとともにタイマーを開始し、タイマー値が所定値に達した場合に前記出力信号を非活性とし、前記スイッチ駆動信号生成回路は、前記出力信号が非活性となったことに応じて前記スイッチ駆動信号を活性化するとともにタイマーを開始し、タイマー値が所定値に達した場合に前記スイッチ駆動信号を非活性とするよう構成されることとしてもよい。これによれば、制御部は、パルス印加信号の非活性化時刻とスイッチ駆動信号の活性化時刻とをずらすことが可能になる。
上記各金属異物検出装置において、前記駆動部は、前記制御部の一部分を構成する回路の駆動電源として使用されることとしてもよい。これによれば、部品点数削減や低コスト化が実現できる。
上記各金属異物検出装置において、前記駆動部と前記共振回路の間に挿入された第２のスイッチ、をさらに備え、前記制御部は、前記第１のスイッチの開閉状態を制御するためのスイッチ駆動信号を生成するスイッチ駆動信号生成回路と、前記第２のスイッチの開閉状態を制御するためのパルス印加信号を生成するパルス印加信号生成回路と、を有し、前記スイッチ駆動信号生成回路及び前記パルス印加信号生成回路の駆動電源は共通であることとしてもよい。これによっても、部品点数削減や低コスト化が実現できる。
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、アンテナコイルを用いて行う金属異物の検出に関して、給電中における検出精度の低下を抑制することのできる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。
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、アンテナコイルを用いて行う金属異物の検出に関して、給電中における検出精度の低下を抑制することのできる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。
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、アンテナコイルを用いて行う金属異物の検出に関して、給電中における検出精度の低下を抑制することのできる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。
本発明によれば、アンテナコイルを用いて行う金属異物の検出に関して、給電中における検出精度の低下を抑制することが可能になる。
本発明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。 （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に示した金属異物検出装置１４の構成の一部（振動信号Ｖｂの生成にかかる回路部分）を抜き出して示す図である。 図４に示した制御回路１４７の機能ブロックのうち、パルス印加信号ＰＡ及びスイッチ駆動信号ＳＤの生成にかかる部分を示す略ブロック図である。 図６に示したパルス印加時間カウント用タイマーＴ１及びスイッチ駆動時間カウント用タイマーＴ２の内部構成を示す図である。 図４及び図５に示した各信号（振動信号Ｖｂ、コイル選択信号ＣＳ、パルス印加信号ＰＡ、及びスイッチ駆動信号ＳＤ）の波形図である。 図４に示した各信号等（振動信号Ｖｃ、信号Ｖｄ、積分値ＩＶ、二値信号ＣＫ）の波形図である。 本発明の実施の形態の第１の変形例による制御回路１４７の機能ブロックを示す略ブロック図である。 本発明の実施の形態の第１の変形例による振動信号Ｖｂ、コイル選択信号ＣＳ、パルス印加信号ＰＡ、修正パルス印加信号ＰＡｄ、及びスイッチ駆動信号ＳＤの波形図である。 本発明の実施の形態の第２の変形例による金属異物検出装置１４の構成の一部（振動信号Ｖｂの生成にかかる回路部分）を示す図である。 （ａ）は、パルス印加時間カウント用タイマーＴ１及びスイッチ駆動時間カウント用タイマーＴ２の電源構成の第１の例を示す図であり、（ｂ）は、パルス印加時間カウント用タイマーＴ１及びスイッチ駆動時間カウント用タイマーＴ２の電源構成の第２の例を示す図である。 本発明の背景技術による振動信号Ｖｂ、コイル選択信号ＣＳ、及びパルス印加信号ＰＡの波形図である。
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。
図１は、本発明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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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、複数のアンテナコイルＬ３を含むコイルアレイＣＡと、各アンテナコイルＬ３に接続された検出部１４０とを有して構成される。各アンテナコイルＬ３の一端は検出部１４０に接続され、他端は接地される。図２には示していないが、各アンテナコイルＬ３は、検出部１４０内に設けられるコンデンサＣ３（図４参照）とともに共振回路ＲＣ（図４参照）を構成する。
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。
図３（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３（ｂ）は、図３（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。これらの図に示すように、複数のアンテナコイルＬ３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。このようなアンテナコイルＬ３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。
図２に戻り、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。
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。
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。
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。
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。
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。
次に、図４〜図１０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４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５は、図４に示した金属異物検出装置１４の構成の一部（振動信号Ｖｂの生成にかかる回路部分）を抜き出して示す図である。図４に示すように、検出部１４０は機能的に、検出切替スイッチ１４１、フィルタ回路１４２、整流回路１４３、積分回路１４４、判定回路１４５、波数検出回路１４６、制御回路１４７、駆動回路１４８、コンデンサＣ３、及び共振コンデンサスイッチ１４９を有して構成される。このうち波数検出回路１４６は、波形整形回路１４６ａ及びカウンタ回路１４６ｂを有して構成され、駆動回路１４８は、スイッチング回路１４８ａ及び電源１４８ｂを有して構成される。
検出切替スイッチ１４１は、それぞれの一端がフィルタ回路１４２に共通に接続され、それぞれの他端が各アンテナコイルＬ３に接続された複数のスイッチからなる複合スイッチであり、制御回路１４７から供給されるコイル選択信号ＣＳに応じて、いずれか１つのスイッチを選択的に閉状態とするよう構成される。以下では、フィルタ回路１４２に共通に接続される各スイッチの一端を、まとめて検出切替スイッチ１４１の共通端子と称する場合がある。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。検出切替スイッチ１４１の共通端子に現れる電圧は、振動信号Ｖｂとして、フィルタ回路１４２に供給される。
コンデンサＣ３及び共振コンデンサスイッチ１４９は、検出切替スイッチ１４１の共通端子と、接地端子との間にこの順で直列に接続される。共振コンデンサスイッチ１４９は、コイル選択信号ＣＳにより選択されているアンテナコイルＬ３と、コンデンサＣ３とによって構成される共振回路ＲＣ内に挿入されたスイッチ（第１のスイッチ）であり、制御回路１４７から供給されるスイッチ駆動信号ＳＤに応じて開閉動作を行うよう構成される。共振コンデンサスイッチ１４９が閉状態である場合、アンテナコイルＬ３及びコンデンサＣ３を含むループ回路が形成され、その結果として共振回路ＲＣが共振回路として機能するようになる。共振コンデンサスイッチ１４９が開状態である場合には、共振回路ＲＣは共振回路として機能しない。共振コンデンサスイッチ１４９として具体的には、図５に例示するように、例えばｎチャンネル型のＭＯＳＦＥＴを使用することが好適である。
スイッチング回路１４８ａは、電源１４８ｂに接続された端子と、検出切替スイッチ１４１の共通端子に接続された端子とを有する１回路１接点のスイッチ（第２のスイッチ）であり、制御回路１４７から供給されるパルス印加信号ＰＡに応じて開閉動作を行うよう構成される。スイッチング回路１４８ａとして具体的には、バイポーラトランジスタ又はＭＯＳＦＥＴを使用することが好適である。
電源１４８ｂは、共振回路ＲＣに印加するための電圧を生成する電源回路（駆動部）である。電源１４８ｂは、直流電源、交流電源のいずれであってもよい。以下では、図５に例示するように、直流電圧Ｖｐｐを生成する直流電源により電源１４８ｂが構成されるものとして説明を続ける。電源１４８ｂの一端はスイッチング回路１４８ａに接続され、他端は接地される。
制御回路１４７は、上述したコイル選択信号ＣＳ、スイッチ駆動信号ＳＤ、及びパルス印加信号ＰＡを生成し、それぞれ検出切替スイッチ１４１、共振コンデンサスイッチ１４９、及びスイッチング回路１４８ａに供給する機能を有する回路（制御部）である。
コイル選択信号ＣＳは、複数のアンテナコイルＬ３のうちの１つを示す信号である。制御回路１４７は、等しい時間間隔で１つずつ順次各アンテナコイルＬ３を選択し、選択したアンテナコイルＬ３を示すコイル選択信号ＣＳを検出切替スイッチ１４１に供給するよう構成される。これにより、フィルタ回路１４２には、各アンテナコイルＬ３が１つずつ順次接続されていくことになる。制御回路１４７は、最後のアンテナコイルＬ３を選択した後には、最初のアンテナコイルＬ３に戻って選択動作を繰り返す。
なお、制御回路１４７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選択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。
パルス印加信号ＰＡは、共振回路ＲＣに電圧を印加するタイミングを示す信号である。制御回路１４７は、コイル選択信号ＣＳによって１つのアンテナコイルＬ３を選択した後、所定のタイミングでパルス印加信号ＰＡを活性化することにより、スイッチング回路１４８ａを閉状態とする。これにより、コイル選択信号ＣＳによって選択されているアンテナコイルＬ３を含む共振回路ＲＣに対し、電源１４８ｂから直流電圧Ｖｐｐが印加されるようになる。また、制御回路１４７は、活性化してから所定時間が経過した後に、パルス印加信号ＰＡを非活性に戻すよう構成される。これにより、スイッチング回路１４８ａが開状態となるので、コイル選択信号ＣＳによって選択されているアンテナコイルＬ３を含む共振回路ＲＣに対する直流電圧Ｖｐｐの印加が停止する。
スイッチ駆動信号ＳＤは、コイル選択信号ＣＳによって選択されているアンテナコイルＬ３とコンデンサＣ３とを含む共振回路ＲＣについて、共振回路としての機能を開始させるタイミングを示す信号である。制御回路１４７は、パルス印加信号ＰＡの活性化により共振回路ＲＣへの電圧の印加が開始されたことに応じてスイッチ駆動信号ＳＤを活性化し、それによって共振コンデンサスイッチ１４９を閉状態にするよう構成される。共振コンデンサスイッチ１４９が閉状態になると、上述したように、共振回路ＲＣが共振回路として機能するようになる。また、制御回路１４７は、活性化してから所定時間が経過した後に、スイッチ駆動信号ＳＤを非活性に戻すよう構成される。これにより、共振コンデンサスイッチ１４９が開状態となり、共振回路ＲＣが共振回路として機能しなくなる。
図６は、制御回路１４７の機能ブロックのうち、パルス印加信号ＰＡ及びスイッチ駆動信号ＳＤの生成にかかる部分を示す略ブロック図である。また、図７は、図６に示したパルス印加時間カウント用タイマーＴ１及びスイッチ駆動時間カウント用タイマーＴ２の内部構成を示す図であり、図８は、本実施の形態による振動信号Ｖｂ、コイル選択信号ＣＳ、パルス印加信号ＰＡ、及びスイッチ駆動信号ＳＤの波形図である。
制御回路１４７がパルス印加信号ＰＡ及びスイッチ駆動信号ＳＤを生成する目的は、コイル選択信号ＣＳによって選択したアンテナコイルＬ３を含む共振回路ＲＣに、図８の振動信号Ｖｂに示すような減衰振動信号を発生させることにある。この減衰振動信号は、図８にも示すように共振回路ＲＣの共振周波数ｆｒで振動する信号であるが、共振周波数ｆｒは、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によって変化する。また、減衰振動信号の振幅も、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によって変化する。制御回路１４７は、このような減衰振動信号の周波数及び振幅の変化を利用して、金属異物の検出動作を行う。以下、パルス印加信号ＰＡ及びスイッチ駆動信号ＳＤによって減衰振動信号が得られることについて初めに説明し、その後、減衰振動信号の周波数及び振幅の変化を利用する金属異物の検出動作について、詳しく説明する。
図６に示すように、制御回路１４７は、パルス印加信号ＰＡを生成するパルス印加時間カウント用タイマーＴ１（パルス印加信号生成回路）と、スイッチ駆動信号ＳＤを生成するスイッチ駆動時間カウント用タイマーＴ２（スイッチ駆動信号生成回路）とを有して構成される。これらはそれぞれ、図７に示すように、１６ビットタイマー／カウンター３０、比較器３１、設定値レジスタ３２を有して構成される。
初めに図７を参照すると、１６ビットタイマー／カウンター３０は、開始トリガの入力に伴ってカウントを開始するカウント回路である。また、設定値レジスタ３２は、予めユーザ等に設定される値を記憶する記憶回路である。比較器３１は、１６ビットタイマー／カウンター３０のカウント値が設定値レジスタ３２に記憶される値とを比較する機能を有する回路であり、１６ビットタイマー／カウンター３０への開始トリガの入力に伴って出力信号を活性化し、１６ビットタイマー／カウンター３０のカウント値が設定値レジスタ３２に記憶される値と一致した場合に、出力信号を非活性に戻すよう構成される。
次に図６を参照すると、パルス印加時間カウント用タイマーＴ１は、図７に示した開始トリガとして、制御回路１４７内の図示しない回路から供給される開始信号のライジングエッジを使用する。また、パルス印加時間カウント用タイマーＴ１の設定値レジスタ３２には、設定値として図８に示す時間Ｃ２が予め設定される。
制御回路１４７は、コイル選択信号ＣＳにより新たなアンテナコイルＬ３を選択してから所定時間Ｃ１が経過した後に、上記開始信号を活性化するよう構成される。したがって、パルス印加時間カウント用タイマーＴ１から出力されるパルス印加信号ＰＡは、図８に示すように、コイル選択信号ＣＳにより新たなアンテナコイルＬ３が選択された時刻ｔ１から時間Ｃ１後の時刻ｔ２で活性化し、その後、時間Ｃ２が経過した時刻ｔ３で非活性に戻る信号となる。パルス印加信号ＰＡが活性化されている間（時刻ｔ２と時刻ｔ３の間）、図４に示したフィルタ回路１４２に供給される振動信号Ｖｂの振幅は、図８に示すように、電源１４８ｂから供給される直流電圧Ｖｐｐに固定される。
スイッチ駆動時間カウント用タイマーＴ２は、図７に示した開始トリガとして、パルス印加時間カウント用タイマーＴ１によって生成されたパルス印加信号ＰＡのフォーリングエッジを使用する。また、スイッチ駆動時間カウント用タイマーＴ２の設定値レジスタ３２には、設定値として図８に示す時間Ｃ３が予め設定される。したがって、スイッチ駆動時間カウント用タイマーＴ２から出力されるスイッチ駆動信号ＳＤは、図８に示すように、電源１４８ｂによる共振回路ＲＣへの直流電圧Ｖｐｐの印加の終了（時刻ｔ３）と同時に活性化し、その後、時間Ｃ３が経過した時刻ｔ４で非活性に戻る信号となる。
上述したように、スイッチ駆動信号ＳＤが活性化すると、アンテナコイルＬ３とコンデンサＣ３による共振回路ＲＣが共振回路として機能するようになる。パルス印加時間カウント用タイマーＴ１及びスイッチ駆動時間カウント用タイマーＴ２の上記動作によれば、スイッチ駆動信号ＳＤの活性化の時点で、アンテナコイルＬ３には直流電圧Ｖｐｐによるエネルギーが蓄積されている。スイッチ駆動信号ＳＤの活性化直後の共振回路ＲＣには、このエネルギーによる減衰振動が発生し、これが、図８に示す周波数ｆｒの減衰振動信号となる。共振回路ＲＣに発生した減衰振動信号は、振動信号Ｖｂとして、図４に示すフィルタ回路１４２に供給される。
次に、減衰振動信号の周波数及び振幅の変化を利用する金属異物の検出動作について、説明する。
図９は、図４に示した各信号等（振動信号Ｖｃ、信号Ｖｄ、積分値ＩＶ、二値信号ＣＫ）の波形図である。なお、同図には、図８の時刻ｔ３以降に対応する波形のみを図示している。以下、図４とともにこの図９を参照しながら、説明を続ける。
共振回路ＲＣにおいて発生した振動信号Ｖｂは、まずフィルタ回路１４２に入力される。フィルタ回路１４２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構成される。したがって、フィルタ回路１４２の出力信号である振動信号Ｖｃは、図９（ａ）に示すように、振動信号Ｖｂから共振周波数ｆｒと異なる帯域の周波数の成分が除去された信号となる。こうして除去される成分には、給電用の交番磁界に起因する電力伝送周波数ｆｐの成分が含まれる。フィルタ回路１４２から出力された振動信号Ｖｃは、整流回路１４３に入力される。
整流回路１４３は、振動信号Ｖｃを整流することにより、図９（ｂ）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１４３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。整流回路１４３は、半波整流回路、全波整流回路、又はその他の整流回路であってよい。整流回路１４３から出力された信号Ｖｄは、積分回路１４４及び波数検出回路１４６のそれぞれに入力される。
積分回路１４４は、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１４４の積分値ＩＶは、図９（ｃ）に示すように階段状に上昇する。積分回路１４４による積分の開始及び終了は、制御回路１４７によって制御される。図９には、スイッチ駆動信号ＳＤの活性化と同時（時刻ｔ３）に積分を開始し、スイッチ駆動信号ＳＤの非活性化と同時（時刻ｔ４）に積分を終了する例を示している。
波数検出回路１４６は、振動信号Ｖｂの波数（＝信号Ｖｄ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１４６ａにより、信号Ｖｄから図９（ｄ）に示す二値信号ＣＫを生成し、次いでカウンタ回路１４６ｂ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、信号Ｖｄ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。
波形整形回路１４６ａは、整流回路１４３が生成した信号Ｖｄの閾値判定を行うことにより、図９（ｄ）に示す二値信号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信号Ｖｄの最小振幅（時刻ｔ４でスイッチ駆動信号ＳＤが非活性に戻る前における信号Ｖｄの振幅の最小値）の振幅中心電圧に設定される。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の共振周波数の逆数と一致する。なお、本実施の形態では、整流回路１４３が生成した信号Ｖｄ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１４６ａは、フィルタ回路１４２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、二値信号を生成してもよい。この場合、閾値判定で用いる閾値としては、０Ｖが好適である。
カウンタ回路１４６ｂは、波形整形回路１４６ａ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１４６ｂ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１４７によって制御される。カウンタ回路１４６ｂによって生成されるカウント値は信号Ｖｄの波数に等しくなるので、波数検出回路１４６は、このカウント値を信号Ｖｄの波数の検出結果として出力するよう構成される。
制御回路１４７は、積分回路１４４、判定回路１４５、及び波数検出回路１４６を制御することにより、金属異物の検出動作を行う。この検出動作は、１つのアンテナコイルＬ３が選択されている間に、制御回路１４７によって１回以上繰り返し実行される。
具体的に説明すると、制御回路１４７は、スイッチ駆動信号ＳＤを活性化する都度、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１４６に波数の検出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１４４に積分を開始させる。なお、制御回路１４７は、スイッチ駆動信号ＳＤの活性化と同時に波数検出回路１４６に波数の検出を開始させてもよいし、スイッチ駆動信号ＳＤの活性化後所定時間が経過してから、波数検出回路１４６に波数の検出を開始させることとしてもよい。
制御回路１４７はその後、波数検出回路１４６による波数の検出結果（具体的には、カウンタ回路１４６ｂ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１４４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１４６に波数の検出を終了させる。積分回路１４４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１４５に供給するよう構成される。
制御回路１４７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よう構成される。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１４７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１４７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１４７は、取得した基準積分値ＣＩＶを判定回路１４５に出力し、記憶させる。
判定回路１４５は、積分回路１４４から供給される積分値ＩＶと、制御回路１４７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。図８に示した減衰振動信号の周波数及び振幅の変化は積分値ＩＶの変化をもたらすので、判定回路１４５によるこのような判定が可能となる。なお、本実施の形態では、信号Ｖｄの波形の積分値ＩＶを利用して金属異物の有無を検出しているが、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である振動時間長（１周期より長い期間）を利用して金属異物の有無を検出するように構成しても構わない。
判定回路１４５による判定の結果は、制御回路１４７に供給される。制御回路１４７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。
ここで、本発明の効果を説明するために、本発明の背景技術による金属異物検出装置１４の動作について説明する。本発明の背景技術による金属異物検出装置１４は、共振コンデンサスイッチ１４９を有しない点で、本実施の形態による金属異物検出装置１４と相違する。したがって、コイル選択信号ＣＳによって選択されたアンテナコイルＬ３とコンデンサＣ３とによって構成される共振回路ＲＣは、コイル選択信号ＣＳによって検出切替スイッチ１４１が切り替えられた直後から、共振回路として完成した状態となっている。
図１４は、本発明の背景技術による振動信号Ｖｂ、コイル選択信号ＣＳ、及びパルス印加信号ＰＡの波形図である。同図に示すように、背景技術では、パルス印加信号ＰＡが活性化する時刻ｔ２以前に、共振回路ＲＣ内で共振が発生している。この共振は、図２に示した給電コイルＬ１から発生する磁束のエネルギーや、図２に示したスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４のスイッチングノイズに起因して、発生しているものである。このようにパルス印加信号ＰＡが活性化する前の時点で共振が発生していると、パルス印加信号ＰＡが非活性に戻った後、振動信号Ｖｂとしてフィルタ回路１４２に供給される信号に、この共振による振動信号が重畳されることになる。したがって、金属異物の有無以外の要因で積分値ＩＶが変化することになるので、給電中には正しく金属異物を検出することができない、ということになる。
これに対し、本実施の形態による金属異物検出装置１４によれば、電源１４８ｂによる直流電圧Ｖｐｐの印加が開始されるまでの間、共振回路ＲＣが共振回路として機能しないこととなるので、図８に示したように、給電コイルＬ１から発生する磁束のエネルギーやスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４のスイッチングノイズによる共振の発生が防止される。したがって、金属異物の有無以外の要因で積分値ＩＶが変化することが抑止されるので、給電中においても正しく金属異物を検出することが可能になる。
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、アンテナコイルＬ３を用いて行う金属異物の検出に関して、給電中における検出精度の低下を抑制することが可能になる。これにより、特許文献２のように温度センサを使用する必要がなくなることから、装置の大型化、高コスト化を回避でき、金属異物検出のために給電を周期的に止める必要もなくなることから、充電時間の長期化も回避できる。
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。
例えば、上記実施の形態では、図６に示したスイッチ駆動時間カウント用タイマーＴ２は、図７に示した開始トリガとしてパルス印加信号ＰＡのフォーリングエッジを使用することとしており、その結果として、パルス印加信号ＰＡの非活性化とスイッチ駆動信号ＳＤの活性化とが必ず同時に実行されることとなっていたが、パルス印加信号ＰＡの非活性化時刻とスイッチ駆動信号ＳＤの活性化時刻とをずらすことのできる構成を採用することも可能である。以下、詳しく説明する。
図１０は、本発明の実施の形態の第１の変形例による制御回路１４７の機能ブロックを示す略ブロック図である。また、図１１は、本発明の実施の形態の第１の変形例による振動信号Ｖｂ、コイル選択信号ＣＳ、パルス印加信号ＰＡ、修正パルス印加信号ＰＡｄ、及びスイッチ駆動信号ＳＤの波形図である。
図１０に示すように、第１の変形例による制御回路１４７は、スイッチ駆動時間カウント用タイマーＴ２の前段に遅延タイマーＴ３（遅延回路）を有して構成される。遅延タイマーＴ３の内部構成は、図７に示したパルス印加時間カウント用タイマーＴ１等の内部構成と同様である。
遅延タイマーＴ３は、図７に示した開始トリガとして、パルス印加信号ＰＡのライジングエッジを使用する。また、遅延タイマーＴ３の設定値レジスタ３２（図７参照）には、設定値として図１１に示す時間Ｃ４が予め設定される。したがって、遅延タイマーＴ３から出力される信号（修正パルス印加信号ＰＡｄ）は、図１１に示すように、パルス印加信号ＰＡのライジングエッジで活性化し、時間Ｃ４の経過後に非活性に戻る信号となる。時間Ｃ４の具体的な値は、図１１に示すように時間Ｃ２より短い値とすることが好ましい。修正パルス印加信号ＰＡｄは、パルス印加信号ＰＡに代えてスイッチ駆動時間カウント用タイマーＴ２に供給される。したがって、本変形例によるスイッチ駆動信号ＳＤは、図１１に示すように、パルス印加信号ＰＡのライジングエッジから時間Ｃ４が経過した時刻ｔ５で活性化し、その後、時間Ｃ３が経過した時刻ｔ６で非活性に戻る信号となる。この場合においても、振動信号Ｖｂの減衰振動は、図１１に示すように時刻ｔ３で始まることとなる。
本変形例において、時間Ｃ４は任意に設定可能である。したがって、スイッチ駆動信号ＳＤの活性化時刻を任意に設定できるので、パルス印加信号ＰＡの非活性化時刻とスイッチ駆動信号ＳＤの活性化時刻とをずらすことも可能になる。もちろん、時間Ｃ４を時間Ｃ２と同じ値に設定すれば、上記実施の形態と同様、パルス印加信号ＰＡの非活性化とスイッチ駆動信号ＳＤの活性化とが同時に実行されるようにすることも可能である。
また、上記実施の形態では、図５等に示したように各アンテナコイルＬ３を検出部１４０に対して並列に接続することによってコイルアレイＣＡを構成していたが、他の接続方法によるコイルアレイＣＡを構成することも可能である。以下、詳しく説明する。
本発明の実施の形態の第２の変形例による金属異物検出装置１４の構成の一部（振動信号Ｖｂの生成にかかる回路部分）を示す図である。本変形例による金属異物検出装置１４では、格子状に構成した複数の配線の各交点にアンテナコイルＬ３を設け、それによってコイルアレイＣＡを構成している。
本変形例による検出切替スイッチ１４１は、格子状に構成した複数の配線のうち、列方向に延在する複数の配線それぞれの一端に設けられたスイッチと、行方向に延在する複数の配線それぞれの一端に設けられたスイッチとによって構成される。前者のスイッチは共振回路ＲＣに共通に接続され、後者のスイッチはそれぞれ接地される。この構成によれば、列方向のスイッチの１つと行方向のスイッチの１つとを閉状態とし、他を開状態とすることにより、１つのアンテナコイルＬ３を選択することが可能である。したがって、本変形例によっても、上記実施の形態と同様に、コイル選択信号ＣＳによって１つのアンテナコイルＬ３を選択し、コンデンサＣ３とともに共振回路ＲＣを構成させることが可能となる。
以下、図７又は図１０に示したパルス印加時間カウント用タイマーＴ１及びスイッチ駆動時間カウント用タイマーＴ２の電源構成について、説明する。
図１３（ａ）は、パルス印加時間カウント用タイマーＴ１及びスイッチ駆動時間カウント用タイマーＴ２の電源構成の第１の例を示す図である。また、図１３（ｂ）は、パルス印加時間カウント用タイマーＴ１及びスイッチ駆動時間カウント用タイマーＴ２の電源構成の第２の例を示す図である。なお、これらの図には、パルス印加時間カウント用タイマーＴ１及びスイッチ駆動時間カウント用タイマーＴ２を構成する具体的な回路の一例として、それぞれのタイマーの最終段を構成するバッファのみを図示している。
図１３（ａ）に示す第１の例では、スイッチング回路１４８ａが、ｎチャンネル型ＭＯＳＦＥＴ４０，４１と、キャパシタ４２と、スイッチ４３とにより構成される。このうちｎチャンネル型ＭＯＳＦＥＴ４０，４１は、双方向スイッチとして動作する。また、ＭＯＳＦＥＴ４０のソースは、ＭＯＳＦＥＴ４１のソースとともに、パルス印加時間カウント用タイマーＴ１と共通の接地配線に接続される。さらに、ＭＯＳＦＥＴ４０のドレインは電源１４８ｂの正極に接続され、ＭＯＳＦＥＴ４１のドレインは振動信号Ｖｂの出力端に接続される。ＭＯＳＦＥＴ４０，４１の制御電極には、パルス印加信号ＰＡがスイッチ４３を介して共通に供給される。キャパシタ４２は、ＭＯＳＦＥＴ４０，４１の制御電極と、ＭＯＳＦＥＴ４０，４１のソースとの間に接続される。
スイッチング回路１４８ａをこのように構成したことにより、第１の例では、図１３（ａ）に示すように、スイッチ駆動時間カウント用タイマーＴ２の駆動電源として電源１４８ｂを使用することが可能になる。つまり、制御回路１４７の一部分を構成するスイッチ駆動時間カウント用タイマーＴ２の駆動電源と電源１４８ｂとを共通化することが可能になるので、部品点数削減や低コスト化が実現できる。
図１３（ｂ）に示す第２の例では、スイッチング回路１４８ａがｐチャンネル型ＭＯＳＦＥＴによって構成され、このｐチャンネル型ＭＯＳＦＥＴの制御電極には、パルス印加信号ＰＡがＮＯＴ回路４４を介して供給される。スイッチング回路１４８ａをこのように構成したことにより、第２の例では、図１３（ｂ）に示すように、パルス印加時間カウント用タイマーＴ１とスイッチ駆動時間カウント用タイマーＴ２の駆動電源を共通化することが可能になる。したがって、第２の例によっても、部品点数削減や低コスト化を実現することが可能になる。
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
３０ １６ビットタイマー／カウンター
３１ 比較器
３２ 設定値レジスタ
４０，４１ ｎチャンネル型ＭＯＳＦＥＴ
４２ キャパシタ
４３ スイッチ
１２０ スイッチ駆動部
１４０ 検出部
１４１ 検出切替スイッチ
１４２ フィルタ回路
１４３ 整流回路
１４４ 積分回路
１４５ 判定回路
１４６ 波数検出回路
１４６ａ 波形整形回路
１４６ｂ カウンタ回路
１４７ 制御回路
１４８ 駆動回路
１４８ａ スイッチング回路
１４８ｂ 電源
１４９ 共振コンデンサスイッチ
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 コンデンサ
ＣＡ コイルアレイ
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
ＲＣ 共振回路
ＳＧ１〜ＳＧ４ 制御信号
ＳＷ１〜ＳＷ４ スイッチング素子
Ｔ１ パルス印加時間カウント用タイマー
Ｔ２ スイッチ駆動時間カウント用タイマー
Ｔ３ 遅延タイマー

Claims (9)

  1. アンテナコイルと、
    前記アンテナコイルとともに共振回路を形成するコンデンサと、
    前記共振回路に電圧を印加することにより、前記共振回路に振動信号を発生させる駆動部と、
    前記振動信号の波形に基づいて金属異物の有無を判定する判定部と、
    前記共振回路内に挿入された第１のスイッチと、
    前記第１のスイッチの開閉状態を制御する制御部と、を備え、
    前記制御部は、前記駆動部による前記共振回路への電圧の印加が開始されたことに応じて、前記第１のスイッチを閉状態にするよう構成されることを特徴とする金属異物検出装置。
  2. 前記制御部は、前記駆動部による前記共振回路への電圧の印加の終了と同時に、前記第１のスイッチを閉状態にするよう構成されることを特徴とする請求項１に記載の金属異物検出装置。
  3. 前記駆動部と前記共振回路の間に挿入された第２のスイッチ、をさらに備え、
    前記制御部は、前記第１のスイッチの開閉状態を制御するためのスイッチ駆動信号を生成するスイッチ駆動信号生成回路と、前記第２のスイッチの開閉状態を制御するためのパルス印加信号を生成するパルス印加信号生成回路と、を有し、
    前記スイッチ駆動信号生成回路は、前記パルス印加信号が非活性化したことに応じて前記スイッチ駆動信号を活性化するとともにタイマーを開始し、タイマー値が所定値に達した場合に前記スイッチ駆動信号を非活性とするよう構成され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。
  4. 前記駆動部と前記共振回路の間に挿入された第２のスイッチ、をさらに備え、
    前記制御部は、前記第１のスイッチの開閉状態を制御するためのスイッチ駆動信号を生成するスイッチ駆動信号生成回路と、前記第２のスイッチの開閉状態を制御するためのパルス印加信号を生成するパルス印加信号生成回路と、前記パルス印加信号の入力を受ける遅延回路と、を有し、
    前記遅延回路は、前記パルス印加信号が活性化したことに応じて該遅延回路の出力信号を活性化するとともにタイマーを開始し、タイマー値が所定値に達した場合に前記出力信号を非活性とし、
    前記スイッチ駆動信号生成回路は、前記出力信号が非活性となったことに応じて前記スイッチ駆動信号を活性化するとともにタイマーを開始し、タイマー値が所定値に達した場合に前記スイッチ駆動信号を非活性とするよう構成されることを特徴とする請求項１に記載の金属異物検出装置。
  5. 前記駆動部は、前記制御部の一部分を構成する回路の駆動電源として使用されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の金属異物検出装置。
  6. 前記駆動部と前記共振回路の間に挿入された第２のスイッチ、をさらに備え、
    前記制御部は、前記第１のスイッチの開閉状態を制御するためのスイッチ駆動信号を生成するスイッチ駆動信号生成回路と、前記第２のスイッチの開閉状態を制御するためのパルス印加信号を生成するパルス印加信号生成回路と、を有し、
    前記スイッチ駆動信号生成回路及び前記パルス印加信号生成回路の駆動電源は共通であることを特徴とする請求項１又は２に記載の金属異物検出装置。
  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給電装置であって、
    前記給電コイルと、
    請求項１乃至６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。
  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受電装置であって、
    前記受電コイルと、
    請求項１乃至６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。
  9. 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６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。
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