JP5976385B2 - 検知装置、受電装置、送電装置及び非接触給電システム - Google Patents

Description

本開示は、他の磁気結合素子や異物などと磁気的に結合する磁気結合素子、その磁気結合素子を利用した装置（磁気結合装置）及びシステム（磁気結合システム）に関する。
特に、非接触給電システムを構成する非接触給電装置と電子機器との間に磁束によって発熱しうる異物（金属、磁性体、磁石など）が混入したことを検知する、検知装置、受電装置、送電装置、非接触給電システムに関する。

近年、例えば携帯電話機や携帯音楽プレーヤー等のＣＥ機器（Consumer Electronics Device：民生用電子機器）に対し、非接触に電力供給（電力伝送）を行う給電システム（非接触給電システムあるいは非接触電力伝送システムなどと呼ばれる）が注目を集めている。これにより、ＡＣアダプタのような電源装置のコネクタをＣＥ機器に挿す（接続する）ことによって充電を開始するのではなく、電子機器（２次側機器）を充電トレー（１次側機器）上に置くだけで充電を開始することができる。すなわち、電子機器と充電トレーと間での端子接続が不要となる。

このようにして非接触で電力供給を行う方式としては、電磁誘導方式がよく知られている。また、最近では、共鳴現象を利用した磁界共鳴方式と呼ばれる方式を用いた非接触給電システムが注目されている。

磁界共鳴方式を用いた非接触給電システムでは、共鳴現象という原理を利用して、電磁誘導方式よりも距離を離した機器間で電力伝送することができるという利点がある。また、給電元（送電コイル）と給電先（受電コイル）との間で多少軸合わせが悪くても伝送効率（給電効率）があまり落ちないという利点がある。ただし、この磁界共鳴方式及び電磁誘導方式のいずれも、給電元（送電コイル；磁気結合素子）と給電先（受電コイル；磁気結合素子）との磁気結合を利用した非接触給電システム（磁気結合システム）であることには変わりない。

ところで、非接触給電システムにおいて重要な要素の一つに、磁束によって発熱しうる金属、磁性体、磁石などの異物の発熱対策がある。電磁誘導方式又は磁界共鳴方式に限らず非接触で給電を行う際、送電コイルと受電コイルとの間隙内に異物が混入すると、その異物を通過する磁束によって異物を発熱させてしまう恐れがある。なお、この異物の発熱は、異物金属を磁束が通過することで異物金属に発生する電流（渦電流，環状電流，円電流）や、異物磁性体や異物磁石を磁束が通過することで異物磁性体や異物磁石に生じる透磁損失（ヒステリシス損）などに起因している。

この発熱対策として、非接触給電システムに異物検知システムを追加して異物金属を検知する数多くの手法が提案されている。例えば光センサあるいは温度センサを用いる手法が知られている。しかしながら、センサを用いた検知方法では、磁界共鳴方式のように給電範囲が広い場合にコストがかかる。また例えば温度センサであれば、温度センサの出力結果がその周囲の熱伝導率に依存するため、送電側及び受電側の機器にデザイン制約を加えることにもなる。

そこで、送電側と受電側の間に異物金属が入ったときのパラメータ（電流、電圧等）の変化を見て、異物金属の有無を判断する手法が提案されている。このような手法であれば、デザイン制約等を課す必要がなくコストを抑えることができる。
例えば、特許文献１では送電側と受電側の通信の際の変調度合い（振幅及び位相の変化情報）によって異物金属を検出する方法、また特許文献２では渦電流損によって異物金属を検出する方法（ＤＣ−ＤＣ効率による異物検知）が提案されている。

特開２００８−２０６２３１号公報 特開２００１−２７５２８０号公報

しかしながら、特許文献１，２により提案された手法は、受電側の金属筺体の影響が加味されていない。一般的な携帯機器への充電を考えた場合、携帯機器に何らかの金属（金属筐体、金属部品等）が使われている可能性が高く、パラメータの変化が「金属筺体等の影響によるもの」か、あるいは「異物金属が混入したことによるもの」なのかの切り分けが困難である。特許文献２を例に挙げると、渦電流損が携帯機器の金属筺体で発生しているのか、それとも送電側と受電側との間に異物金属が混入して発生しているのかが分からない。このように、特許文献１，２で提案された手法は、異物金属を精度よく検知できているとは言えなかった。

本開示は、上記の状況を考慮してなされたものであり、検知コイルすなわち磁気結合素子の近くに存在する異物を、センサを新たに設けることなく検知し、かつ検知精度を向上させるものである。

本開示の検知装置の一側面は、１又は複数のコイルで構成される１又は複数の磁気結合素子と、その磁気結合素子の実効抵抗値、もしくはその磁気結合素子を少なくとも含む回路の実効抵抗値を測定又は計算し、その実効抵抗値の変化から、磁束によって発熱しうる異物の有無を判定する検知部と、を備える。

磁気結合素子と異物金属とが磁気的に結合する場合、磁気結合素子の実効抵抗値が増加することと、磁気結合素子のインダクタンス値が減少することの２つの理由によって、磁気結合素子（共振回路）のＱ値が低下する。そのため、磁気結合素子のインダクタンス値が何らかの要因によって大きく変化する場合には、磁気結合素子（共振回路）のＱ値に着目するよりも、磁気結合素子（共振回路）の実効抵抗値に着目する方が、異物金属の検出精度が高い。

本開示の少なくとも一つの実施形態によれば、磁気結合素子の近くに存在する異物を、センサを新たに設けることなく検知し、かつ検知精度を向上させることができる。

本開示における異物金属の検知の一例として用いられるＱ値測定の説明に供する概略回路図である。 本開示の一実施形態に係る非接触給電システムの概略外観図である。 本開示の一実施形態に係る非接触給電システムの構成例を示すブロック図である。 図４Ａ〜図４Ｃは、共振回路の構成例を示す回路図である。 図５Ａ，図５Ｂは、異物金属の有無による検知コイルの電気特性（Ｑ値、Ｒ値）の変化に関する測定結果の一例を示す図である。 検知コイルと異物金属との距離の調整を説明する図である。 図７Ａ，図７Ｂは、異物金属の有無による受電コイルのＱ値の変化に関する測定結果の一例を示す図である。 受電コイルに対する異物金属の配設位置の調整を説明する図である。 図９Ａ，図９Ｂは、異物金属の有無による受電コイルのＲ値の変化に関する測定結果の一例を示す図である。 本開示の一実施形態に係る非接触給電システムの変形例を示すブロック図である。 非接触給電システムの給電時における処理の一例を示すフローチャートである。

以下、本開示を実施するための形態（以下、実施形態という）の例について説明する。説明は以下の順序で行う。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能又は構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複する説明を省略する。
１．導入説明
２．Ｑ値測定の原理
３．Ｒ値測定の原理
４．非接触給電システムの説明
５．測定データ（１）
６．測定データ（２）
７．変形例
８．その他

［１．導入説明］
本開示では、送電側（１次側）から給電して受電側（２次側）のバッテリ等に充電を行う際に、送電側又は受電側の磁気結合素子の実効抵抗値（高周波抵抗値、Ｒｓ値、Ｒ値）、もしくはこの磁気結合素子を少なくとも含む回路の実効抵抗値に基づいて異物の検知を行う磁気結合システムを提案する。本開示の磁気結合システムでは、送電側又は受電側において、外部と磁気的に結合する１又は複数の磁気結合素子の実効抵抗値、もしくはこの磁気結合素子を少なくとも含む回路の実効抵抗値を測定又は計算する。そして、この実効抵抗値の測定結果又は計算結果に基づいて磁気結合素子の近傍における異物の有無を判定する。

ただし、ＬＣＲメータやインピーダンスアナライザなどのような測定器と同様の測定原理を用いる場合、共振回路の共振周波数付近の周波数における、共振回路の実効抵抗値やＱ値（Quality factor）などを正確に測定することは難しい。これらの測定器では、磁気結合素子に所定の高周波電力を印加して、その際に生じる電圧及び電流の振幅と位相とを測定し、磁気結合素子の実効抵抗値やＱ値などを計算することが可能である。しかし、共振回路の共振周波数付近では、高周波電力の周波数の変化によって電圧及び電流の振幅と位相とが急激に変化するため、十分な測定精度を得ることができない。そこで、共振回路の電圧比（振幅比）や半値幅法などから共振回路のＱ値を測定して、その測定結果から実効抵抗値を計算（概算）する例を用いて説明する。このＱ値は、エネルギーの保持と損失の関係を表す指標であり、一般的に共振回路の共振のピークの鋭さ（共振の強さ）を表す値として用いられる。
なお、本明細書中の本開示の各実施形態における説明では、異物金属の検知を例に挙げて説明するが、他の異物（異物磁性体、異物磁石等）の検知でも同様である。

［２．Ｑ値測定の原理］
以下、Ｑ値測定の原理について、図面を参照して説明する。
図１は、本開示における異物金属の検知に利用するＱ値測定の説明に供する概略回路図である。
この図１に示した回路は、Ｑ値の測定原理を表した基本的な回路構成（磁気結合の場合）の一例である。例えば、交流信号（正弦波）を発生させる交流電源２及び抵抗素子３を含む信号源１と、コンデンサ（キャパシタとも呼ばれる）４と、コイル５を備える。抵抗素子３は、交流電源２の内部抵抗（出力インピーダンス）を図示化したものである。信号源１に対しコンデンサ４とコイル５が直列共振回路（共振回路の一例）を形成するように接続されている。そして、この共振回路は、コンデンサ４のキャパシタンスの値（Ｃ値、Ｃ）、及びコイル５のインダクタンスの値（Ｌ値、Ｌ）によって所定の共振周波数（ｆｒ）で共振している。

ここで、直列共振回路を構成するコイル５とコンデンサ４の両端間の電圧（振幅）をＶ１（共振回路に掛かる電圧の一例）、コイル５両端の電圧（振幅）をＶ２とすると、交流電源２の交流信号の周波数における、この直列共振回路のＱ値は、式（１）で表される。さらに、電圧Ｖ２≫電圧Ｖ１のときには、式を近似して表すことができる。

例えば、図１に示す回路では、電圧Ｖ１が約Ｑ倍されて電圧Ｖ２が得られる。また、交流電源２の交流信号の周波数を変化させた場合に、電圧Ｖ２と電圧Ｖ１との電圧比（Ｖ２／Ｖ１）が極大となる周波数が、コイル５とコンデンサ４とで構成されるＬＣ共振回路の共振周波数（ｆｒ）となる。このように、電圧Ｖ２と電圧Ｖ１との電圧比（Ｖ２／Ｖ１）に着目すれば、共振回路の共振周波数（ｆｒ）と、その共振周波数における共振回路のＱ値（Ｑ）とを高い精度で測定することが可能となる。

また、共振回路の共振のピークの鋭さ（共振の強さ）の半値幅から共振回路のＱ値を求める半値幅法でも、共振回路の共振周波数（ｆｒ）と、その共振周波数における共振回路のＱ値（Ｑ）を高い精度で測定することが可能である。この場合、共振回路のインピーダンス（Ｚ）やアドミタンス（Ｙ）などに関する周波数特性が極大（ピーク）となる周波数が共振周波数となる。

［３．Ｒ値測定の原理］
ところで、コイル５の近くに異物金属として例えば金属片があると、磁力線が金属片を通過して金属片に渦電流が発生する。これはコイル５からすると、金属片とコイル５が磁気的に結合して、コイル５に抵抗負荷がついたように見えるため、磁気結合素子のＲ値（実効抵抗値、Ｒ）が増加し、磁気結合素子（共振回路）のＱ値（Ｑ）が低下する。また、金属片とコイル５とが磁気的に結合するため、磁気結合素子のＬ値（Ｌ）が減少し、同様に磁気結合素子（共振回路）のＱ値（Ｑ）が低下する。
すなわち、磁気結合素子と異物金属とが磁気的に結合する場合、磁気結合素子のＲ値（Ｒ）が増加することと、磁気結合素子のＬ値（Ｌ）が減少することの２つの理由によって、磁気結合素子（共振回路）のＱ値（Ｑ）が低下する。このことは式（２）からも明らかである。なお、交流電源２の交流信号の周波数と、共振回路の共振周波数（ｆｒ）とが略同一な場合には、共振回路のＱ値を式（２）で表現することができる。ただし、Ｒは共振周波数（ｆｒ）における共振回路の実効抵抗値であり、Ｌは共振周波数（ｆｒ）におけるコイル５のインダクタンス値であり、Ｃは共振周波数（ｆｒ）におけるコンデンサ４のキャパシタンス値である。

そのため、磁気結合素子のＬ値が何らかの要因によって大きく変化する場合には、磁気結合素子（共振回路）のＱ値に着目するよりも、磁気結合素子（共振回路）のＲ値に着目する方が、異物金属の検出精度が高い。なお、磁気結合素子が異物金属と磁気的に結合した場合の磁気結合素子（共振回路）のＲ値の増加量と、異物金属の発熱度合いとには極めて密接な関係があるため、この磁気結合素子（共振回路）のＲ値の増加量に着目した異物検知システムは極めて理にかなっていると言える。

ただし、上述した通り、ＬＣＲメータやインピーダンスアナライザなどのような測定器と同様の原理を用いて、共振回路の共振周波数付近の周波数における、共振回路の実効抵抗値を測定するのは難しい。そこで、共振回路の電圧比や半値幅法などから共振回路のＱ値を測定し、その測定結果からＲ値を計算（概算）することを提案する。

ここで、共振回路のＲ値（Ｒ）は、式（３）で表すことができる。これは、共振回路の共振周波数（ｆｒ）が式（４）で表せるため、磁気結合素子（共振回路）のＬ値（Ｌ）が式（５）で表せるからである。式（３）のＬに、式（５）で表されるＬを代入している。この式（３）より、共振周波数における共振回路のＲ値（Ｒ）は、共振回路を構成するコンデンサのＣ値（Ｃ）、共振回路の共振周波数（ｆｒ）、磁気結合素子（共振回路）のＱ値（Ｑ）の３つが分かれば計算できることが分かる。ただし、コンデンサのＣ値は、ほぼ既知の値と考えることができるので、共振回路のＲ値は実質、共振回路の共振周波数、共振回路のＱ値の２つが分かれば計算（概算）することができる。すなわち、共振回路の共振周波数、共振回路のＱ値の２つを、上述した共振回路の電圧比や半値幅法などを用いて測定すれば、共振回路の共振周波数におけるＲ値を計算（概算）することができる。

上述したように、金属片がコイル５の近くに存在すると、金属片に発生する渦電流の影響で磁気結合素子（共振回路）のＲ値が増加するとともに、渦電流によって金属片が発熱する。そのため、このＲ値の変化（増加）を検知することにより、コイル５の近くに存在する金属片を検知できる。換言すれば、上述したようなＲ値測定を、送電側（１次側）と受電側（２次側）の間に挿入された異物金属の検知に適用することができる。

そして、上述したＲ値の変化に着目して異物金属の検出処理を行うことにより、電磁誘導方式又は磁界共鳴方式によらず高精度に異物金属が検出され、ユーザがこれを取り除くことが可能である。

なお、共振回路の共振周波数と大きく異なる周波数では、ＬＣＲメータやインピーダンスアナライザなどのような測定器と同様の測定原理を用いて、共振回路のＲ値を高い精度で測定することができる。ただし、この場合には、共振回路の共振周波数と大きく異なる周波数で共振回路のＲ値を測定する都合上、異物金属の有無による共振回路のＲ値変化が小さくなるため、異物金属の検知精度が低下する可能性が高い。

一方、共振回路を構成するコンデンサ４とコイル５とをスイッチング等で電気的に切り離してコイル５のＲ値を直接測定する場合には、もちろん共振回路の共振周波数と略同一な周波数でも、ＬＣＲメータやインピーダンスアナライザなどのような測定器と同様の測定原理を用いて、コイル５のＲ値を高い精度で測定することが可能となる。すなわち、異物検知を行う時間のみスイッチングなどを用いて共振回路の構成を変える異物検知システムにすれば、共振回路の共振周波数と略同一な周波数でも、ＬＣＲメータやインピーダンスアナライザなどのような測定器と同様の測定原理を用いて、異物金属の有無を検知することが可能となる。ただし、このような場合には、スイッチング部分の抵抗値や、スイッチングによる損失などが課題になることが多い。

上述した通り、磁気結合素子（共振回路）のＲ値を測定（計算、概算）する手法は数多く存在する。本明細書において提案する異物検知システムでは、何らかの手段を用いて磁気結合素子（共振回路）のＲ値を測定（計算、概算）し、このＲ値の変化から異物金属の有無を判別すればよい。

［４．非接触給電システムの説明］
次に、本開示の技術が適用される非接触給電システムについて説明する。

（非接触給電システムの全体構成例）
図２は、本開示の一実施形態に係る磁気結合システムとしての非接触給電システムの概略構成例を表したものであり、図３は、本開示の一実施形態に係る非接触給電システムのブロック構成例を表したものである。

図２に示す非接触給電システム１００は、磁界を用いて（本実施形態では磁界共鳴方式を利用）、非接触に電力伝送（電力供給）を行うシステムである。この非接触給電システム１００は、給電装置１０（１次側機器）と、１又は複数の給電対象機器としての電子機器（２次側機器）とを備えている。ここでは、給電対象機器として、例えば携帯電話端末装置が適用された電子機器２０Ａと電子スチルカメラが適用された電子機器２０Ｂを備える。この例に限らず、給電対象機器は、給電装置１０から非接触で電力を受電できる電子機器であればよい。

この非接触給電システム１００では、例えば図２に示したように、給電装置１０における給電面（送電面）Ｓ１上に電子機器２０Ａ，２０Ｂが置かれる又は近接することにより、給電装置１０から電子機器２０Ａ，２０Ｂに対して電力伝送が行われる構成になっている。ここでは、複数の電子機器２０Ａ，２０Ｂに対して同時もしくは時分割的（順次）に電力伝送を行う場合を考慮して、給電装置１０は、給電面Ｓ１の面積が給電対象の電子機器２０Ａ，２０Ｂ等よりも大きなマット形状（又はトレー状）となっている。

（給電装置の構成例）
給電装置１０は、上記したように、磁界を用いて電子機器２０Ａ，２０Ｂに対して電力伝送を行うもの（例えば充電トレー）である。この給電装置１０は、例えば図３に示すように、給電装置１０の外部の電力供給源９から供給される電力を用いて電力の伝送を行う送電装置１１を備える。外部の電力供給源９は、一例としてプラグソケットいわゆるコンセントを介して供給される商用電源である。

送電装置１１は、例えば送電部１２、高周波電力生成回路１３、検波回路１４、インピーダンス整合回路１５、制御回路１６、及び共振用コンデンサＣ１（容量素子）を備えて構成される。本例の送電装置１１は、検波回路１４及び制御回路１６を備えることにより、非接触給電システム１００が負荷変調を利用して片方向通信を行うことができるブロック構成としている。ただし、負荷変調以外の手段での片方向通信、もしくは双方向通信を考える場合には、その限りではない。

送電部１２は、後述する送電コイル（１次側コイル）Ｌ１等を含んで構成されている。送電部１２は、この送電コイルＬ１及び共振用コンデンサＣ１を利用して、電子機器２０Ａ，２０Ｂ（詳細には、後述する受電部２２）に対して磁界を用いた電力伝送を行うものである。具体的には、送電部１２は、給電面Ｓ１から電子機器２０Ａ，２０Ｂへ向けて磁界（磁束）を放射する機能を有している。

高周波電力生成回路１３は、例えば給電装置１０の外部の電力供給源９から供給される電力を用いて、電力伝送を行うための所定の高周波電力（交流信号）を生成する回路である。

検波回路１４は、後述する負荷変調回路２９による変調信号を検波（復調）する機能を有し、検波結果を制御回路１６に供給するための回路である。

インピーダンス整合回路１５は、電力伝送を行う際のインピーダンス整合を行う回路である。これにより、電力伝送の際の効率（伝送効率）が向上するようになっている。なお、送電コイルＬ１や後述する受電コイルＬ２、共振用コンデンサＣ１，Ｃ２等の構成次第では、このインピーダンス整合回路１５を設けないようにしてもよい。また、伝送効率が低下しても構わないのであれば、このインピーダンス整合回路１５は設けないようにしてもよい。

共振用コンデンサＣ１は、送電部１２の送電コイルＬ１とともにＬＣ共振器（共振回路）を構成するための容量素子であり、送電コイルＬ１に対して、電気的に直接、並列、もしくは直列と並列とを組み合わせた接続となるように配置されている。この送電コイルＬ１と共振用コンデンサＣ１とからなるＬＣ共振器により、高周波電力生成回路１３において生成された高周波電力と略同一もしくは近傍の周波数からなる共振周波数ｆ１（第１の共振周波数）による共振動作がなされるようになっている。また、そのような共振周波数ｆ１となるように、共振用コンデンサＣ１の容量値が設定されている。

ただし、送電コイルＬ１内における線間容量や、送電コイルＬ１と後述する受電コイルＬ２との間の容量等から構成される寄生容量成分（浮遊容量成分）を用いた共振動作によって、上記の共振周波数ｆ１が実現されるのであれば、この共振用コンデンサＣ１を設けないようにしてもよい。また、伝送効率が低下しても構わないのであれば、同様にこの共振用コンデンサＣ１を設けないようにしてもよい。

制御回路１６は、検波回路１４の検出結果を受けて、高周波電力生成回路１３もしくはインピーダンス整合回路１５、共振用コンデンサＣ１、送電部１２などを制御するための回路である。
例えば、電子機器２０Ａ，２０Ｂ内の後述する異物検知装置３１によって、送電部１２と受電部２２との間に異物金属があることが検知された場合を想定する。このとき、電子機器２０Ａ，２０Ｂ内の同じく後述する負荷変調回路２９において負荷変調を行うことによって、検波回路１４の検波結果が変化する。そのため、異物金属があることを送電装置１１側の制御回路１６で認識でき、制御回路１６の制御により電力伝送を制限もしくは停止することが可能となる。一方、制御回路１６では、検波回路１４の検波結果を受けて、高周波電力生成回路１３のパルス幅変調制御（ＰＷＭ制御）や、インピーダンス整合回路１５、共振用コンデンサＣ１及び送電部１２などのスイッチング制御などを行う。制御回路１６のこのような制御により高い伝送効率（給電効率）の維持を自動制御することも可能である。

（電子機器の構成例）
電子機器２０Ａ，２０Ｂは、例えば、テレビジョン受像機に代表される据え置き型電子機器や、携帯電話機やデジタルカメラに代表される、充電池（バッテリ）を含む携帯型の電子機器等が適用される。電子機器２０Ａと電子機器２０Ｂは、給電に関して同様の機能を備えており、以降の説明では、代表して電子機器２０Ａについて説明する。

この電子機器２０Ａは、例えば図３に示したように、受電装置２１と、この受電装置２１から供給される電力に基づいて所定の動作（電子機器としての機能を発揮させる動作）を行う負荷２７とを備えている。また、電子機器２０Ａは、送電部１２と受電部２２との間（間隙内）での異物金属の有無を検知するための、異物検知装置３１も備えている。

以下、受電装置２１について説明する。
受電装置２１は、例えば受電部２２、共振用コンデンサ（容量素子）Ｃ２、インピーダンス整合回路２３、整流回路２４、電圧安定化回路２５、制御回路２６及びバッテリ２８を有している。本例の受電装置２１は、負荷変調回路２９及び制御回路２６を備えることにより、非接触給電システム１００が負荷変調を利用して片方向通信を行うことができるブロック構成としている。ただし、負荷変調以外の手段での片方向通信、もしくは双方向通信を考える場合には、その限りではない。

受電部２２は、後述する受電コイル（２次側コイル）Ｌ２を含んで構成されている。受電部２２は、この受電コイルＬ２及び共振用コンデンサＣ２を利用して、給電装置１０内の送電部１２から伝送された電力を受け取る機能を有している。

共振用コンデンサＣ２は、受電部２２の受電コイルＬ２とともにＬＣ共振器（共振回路）を構成するための容量素子であり、受電コイルＬ２に対して、電気的に直接、並列、もしくは直列と並列とを組み合わせた接続となるように配置されている。この受電コイルＬ２と共振用コンデンサＣ２とからなるＬＣ共振器により、送電装置１１の高周波電力生成回路１３において生成された高周波電力と略同一もしくは近傍の周波数からなる共振周波数ｆ２による共振動作がなされるようになっている。すなわち、送電コイルＬ１と共振用コンデンサＣ１とからなる送電装置１１内のＬＣ共振器と、受電コイルＬ２と共振用コンデンサＣ２とからなる受電装置２１内のＬＣ共振器とは、互いに略同一の共振周波数（ｆ１≒ｆ２）で共振動作を行うようになっている。また、そのような共振周波数ｆ２となるように、共振用コンデンサＣ２の容量値が設定されている。

ただし、受電コイルＬ２内における線間容量や、送電コイルＬ１と受電コイルＬ２との間の容量等から構成される寄生容量成分を用いた共振動作によって、上記の共振周波数ｆ２が実現されるのであれば、この共振用コンデンサＣ２もまた設けないようにしてもよい。また、伝送効率が低下しても構わないのであれば、共振周波数ｆ２と共振周波数ｆ１とが互いに異なっていたり（ｆ２≠ｆ１）、この共振用コンデンサＣ２を設けないようにしていたりしてもよい。

インピーダンス整合回路２３は、上記した送電装置１１のインピーダンス整合回路１５と同様に、電力伝送を行う際のインピーダンス整合を行う回路である。なお、送電コイルＬ１や後述する受電コイルＬ２、共振用コンデンサＣ１，Ｃ２等の構成次第では、このインピーダンス整合回路２３も設けないようにしてもよい。また、伝送効率が低下しても構わないのであれば、同様にこのインピーダンス整合回路２３も設けないようにしてもよい。

整流回路２４は、受電部２２から供給された電力（交流電力）を整流し、直流電力を生成する回路である。なお、整流後の電力を平滑化させるために平滑回路（図示せず）を、整流回路２４と後述する電圧安定化回路２５との間に設ける場合が多い。

電圧安定化回路２５は、整流回路２４から供給される直流電力に基づいて所定の電圧安定化動作を行い、バッテリ２８や負荷２７内のバッテリ（図示せず）に対して充電を行うための回路である。

バッテリ２８は、電圧安定化回路２５による充電に応じて電力を貯蔵するものであり、例えばリチウムイオン電池等の充電池（２次電池）を用いて構成されている。なお、負荷２７内のバッテリのみを用いる場合等には、このバッテリ２８は必ずしも設けられていなくともよい。

負荷変調回路２９は、負荷変調をかけるための回路であり、この負荷変調による電力状態の変化は送電装置１１内の検波回路１４で検出することができる。すなわち、この負荷変調回路２９や後述する制御回路２６があれば、電子機器２０Ａ内に特別な通信装置を設けなくても、受電装置２１側の情報を送電装置１１側に伝達することが可能となる。

制御回路２６は、バッテリ２８や負荷２７内のバッテリ（図示せず）に対する充電動作の制御を行うための回路である。また、負荷変調回路２９での負荷変調を制御するための回路でもあり、この負荷変調による電力状態の変化が送電装置１１内の検波回路１４で検出されることによって、異物金属が検知されたことを送電装置１１側で認識できるように制御を行う。さらに、制御回路２６では、電子機器２０Ａ内の後述する異物検知装置３１が、送電部１２と受電部２２との間に異物金属があることを検知した場合、充電制御を行うことで、その電子機器２０Ａ内の受電装置２１への電力伝送を制限もしくは停止させることも可能である。

以下、異物検知装置３１について説明する。
異物検知装置３１は、例えば検知コイルＬ３、共振用コンデンサＣ３、異物検知回路３２及び制御回路３３を有している。一例として、異物検知回路３２と制御回路３３により検知部を構成する。

検知コイルＬ３は、送電コイルＬ１及び受電コイルＬ２とは別に設けた、異物金属を検出するための磁気結合素子の一例である。

共振用コンデンサＣ３は、検知コイルＬ３に対して電気的に直列となるような構成で接続されたコンデンサ（図４Ａ参照）、もしくは、検知コイルＬ３に対して電気的に直列と並列を組み合わせたような構成となるように接続されたコンデンサ（共振用コンデンサＣ３−１，Ｃ３−２）（図４Ｂ，４Ｃ参照）である。検知コイルＬ３は、この共振用コンデンサＣ３を接続することで、所定の周波数ｆ３で共振（ＬＣ共振）する。

なお、ＬＣ共振器（共振回路）のＱ値を後述するように電圧比から算出する場合、共振用コンデンサＣ３は検知コイルＬ３に対して少なくとも１つ直列に接続する必要がある（図４Ａ，４Ｂ，４Ｃ参照）。しかし、半値幅法など電圧比以外の手段でＬＣ共振器のＱ値を算出する場合、共振用コンデンサＣ３を検知コイルＬ３に対して電気的に並列となるような構成（図示せず）で接続していても構わない。

異物検知回路３２は、検知コイルＬ３のＱ値、もしくは検知コイルＬ３及び共振用コンデンサＣ３によって構成されるＬＣ共振器のＱ値を測定するための回路である。なお、検知コイルＬ３で生じる不要雑音を低減させるために、送電コイルＬ１及び受電コイルＬ２に流れる交流信号の周波数（ｆ１，ｆ２；ｆ１≒ｆ２）とは異なる周波数（ｆ３；ｆ３≠ｆ１，ｆ３≠ｆ２）の交流信号を用いて、Ｑ値を測定するのが望ましい場合もあるが、その限りではない。
検知コイルＬ３のＱ値、もしくは検知コイルＬ３及び共振用コンデンサＣ３によって構成されるＬＣ共振器のＱ値は、例えば、既述したように図４Ａ，４Ｂ，４Ｃに示す２箇所の電圧値（電圧値Ｖ１及び電圧値Ｖ２）を異物検知回路３２で測定することで、その比（Ｖ２／Ｖ１）から算出できる。
また、インピーダンスやアドミタンスなどに関する周波数特性を異物検知回路３２で測定できれば、周波数特性がピークとなるピーク周波数と、そのピーク値が半分になる周波数の幅（半値幅）の比（ピーク周波数／半値幅）からも、検知コイルＬ３やＬＣ共振器のＱ値が算出可能である。
さらに、共振回路のインピーダンスの実部成分と虚部成分との比からＱ値を計算することもできる。インピーダンスの実部成分と虚部成分は、一例として、自動平衡ブリッジ回路及びベクトル比検出器を用いて求めることができる。
そして、異物検知回路３２は、共振回路を構成するコンデンサのＣ値、共振回路の共振周波数、磁気結合素子（共振回路）のＱ値から、磁気結合素子もしくは該磁気結合素子を少なくとも含む共振回路の共振周波数における実効抵抗値（Ｒ値）を計算により得る。

制御回路３３は、異物検知回路３２を制御するとともに、異物検知回路３２での測定結果から、送電部１２と受電部２２との間（間隙内）での異物金属の有無を判別するための回路である。また、その判別結果を、受電装置２１の制御回路２６に伝えるための回路でもある。例えば、制御回路３３は、測定したＱ値に基づいて計算した共振回路のＲ値と予めメモリ（図示略）に保存された閾値とを比較し、Ｒ値と閾値が所定の関係にある場合に検知コイルの近くに異物金属が存在すると判定する。

なお、本実施の形態で用いられる送電部１２は、少なくとも１つ（ここでは１つ）の送電コイルＬ１を有し、受電部２２は、少なくとも１つ（ここでは１つ）の受電コイルＬ２を有している。これらの送電コイルＬ１と受電コイルＬ２とは、互いに磁気結合することが可能となっている。なお、送電部１２や受電部２２が、これらの送電コイルＬ１や受電コイルＬ２以外に、１つ又は複数のコイル、もしくはコイルとコンデンサとで構成される１つ又は複数のＬＣ共振器を有しているようにしてもよい。

これらのコイル（送電コイルＬ１及び受電コイルＬ２等）としては、導電性の線材（材料）を複数回巻いたような形状の開放コイル（導電性コイル）には限られない。例えば、導電性の線材を１回巻いたような形状の開放ループ（導電性ループ）であってもよい。 なお、これらの導電性コイルや導電性ループには、導電性の線材を巻回したコイル（巻き線コイル）やループ（巻き線ループ）、プリント基板（プリント配線板）やフレキシブルプリント基板（フレキシブルプリント配線板）などに導電性のパターンで構成したコイル（パターンコイル）やループ（パターンループ）などが用いられる。また、これらのパターンコイル及びパターンループは、導電性材料を印刷もしくは蒸着したものや、導電性の板金やシート等を加工したものなどでも構成可能である。

（非接触給電システムの動作例）
この非接触給電システム１００では、給電装置１０において、高周波電力生成回路１３が送電部１２内の送電コイルＬ１及び共振用コンデンサＣ１（ＬＣ共振器）に対して、電力伝送を行うための所定の高周波電力（交流信号）を供給する。これにより、送電部１２内の送電コイルＬ１において磁界（磁束）が発生する。このとき、給電装置１０の上面（給電面Ｓ１）に、給電対象（充電対象）としての電子機器２０Ａが置かれる（又は近接する）と、給電装置１０内の送電コイルＬ１と電子機器２０Ａ内の受電コイルＬ２とが、給電面Ｓ１付近にて近接する。

このように、磁界（磁束）を発生している送電コイルＬ１に近接して受電コイルＬ２が配置されると、送電コイルＬ１から発生されている磁束に誘起されて、受電コイルＬ２に起電力が生じる。換言すると、電磁誘導又は磁界共鳴により、送電コイルＬ１及び受電コイルＬ２のそれぞれに鎖交して磁界が発生する。これにより、送電コイルＬ１側（１次側、給電装置１０側、送電部１２側）から受電コイルＬ２側（２次側、電子機器２０Ａ側、受電部２２側）に対して、電力伝送がなされる（図３中の非接触給電Ｐ１）。このとき、給電装置１０側では、送電コイルＬ１と共振用コンデンサＣ１とを用いた共振動作（共振周波数ｆ１）が行われると共に、電子機器２０Ａ側では、受電コイルＬ２と共振用コンデンサＣ２とを用いた共振動作（共振周波数ｆ２≒ｆ１）が行われる。

すると、電子機器２０Ａでは、受電コイルＬ２において受け取った交流電力が整流回路２４及び電圧安定化回路２５へ供給され、以下の充電動作がなされる。すなわち、この交流電力が整流回路２４によって所定の直流電力に変換された後、電圧安定化回路２５によってこの直流電力に基づく電圧安定化動作がなされ、バッテリ２８又は負荷２７内のバッテリ（図示せず）への充電がなされる。このようにして、電子機器２０Ａにおいて、受電部２２において受け取った電力に基づく充電動作がなされる。

すなわち、本実施形態では、電子機器２０Ａの充電に際し、例えばＡＣアダプタ等への端子接続が不要であり、給電装置１０の給電面Ｓ１上に置く（近接させる）だけで、容易に充電を開始させることができる（非接触給電がなされる）。これは、ユーザにおける負担軽減に繋がる。

一方、電子機器２０Ａの異物検知装置３１では、送電コイルＬ１及び受電コイルＬ２に流れる交流信号の周波数（ｆ１，ｆ２）とは異なる周波数（ｆ３；ｆ３≠ｆ１，ｆ３≠ｆ２）の交流信号を用いて、検知コイルＬ３、もしくは検知コイルＬ３及び共振用コンデンサＣ３で構成されるＬＣ共振器のＱ値の測定及びＲ値の計算を行う。また、異物検知装置３１は、このＲ値の変化から、送電部１２と受電部２２との間（間隙内）での異物金属の有無を判別できる。

そして、負荷変調などの通信手段によって、電子機器２０Ａ内の受電装置２１から給電装置１０内の送電装置１１へ、異物検知装置３１による異物金属の有無の判別結果を伝達する。

更に、送電部１２と受電部２２との間（間隙内）に異物金属があることを異物検知装置３１が検知した場合、送電装置１１内の制御回路１６や受電装置２１内の制御回路２６などによって、電力伝送を制限もしくは停止するための制御を行う。その結果、異物金属の発熱もしくは発火や、非接触給電システムの誤動作や破損などを未然に防ぐことができる。

［５．測定データ（１）］（検知コイルＬ３の場合）
異物金属の有無による検知コイルの電気特性（Ｑ値、Ｒ値）の変化を測定した。以下、その測定結果について説明する。

図５Ａ，図５Ｂは、送電コイルＬ１や受電コイルＬ２とは異なる磁気結合素子（検知コイルＬ３）を用いて異物検知を行う場合の、異物金属の有無による検知コイルＬ３の電気特性（Ｑ値、Ｒ値）の変化に関する測定結果の一例を示している。図５Ａは、上述した電気特性がＱ値である場合の一例であり、図５Ｂは、上述した電気特性がＲ値である場合の一例である。
なお、図５Ａ，図５Ｂでは、検知コイルＬ３と異物金属との距離を変えた場合の比較を行っている。また、２次側機器のみの場合の検知コイルＬ３の電気特性（破線で表示）、２次側機器を１次側機器上に配置した場合の検知コイルＬ３の電気特性（丸と実線で表示）、２次側機器と１次側機器との間に異物金属を配置した場合の検知コイルＬ３の電気特性（三角形と破線で表示）の比較も行っている。それぞれの横軸は検知コイルＬ３と異物金属との距離［ｍｍ］、縦軸は検知コイルＬ３のＱ値変化［％］を表す。

図６に示すように、検知コイルＬ３と異物金属（異物金属４３）との距離は、検知コイルＬ３と２次側機器の筐体とのｙ軸方向に沿う距離Ｙを変更することにより調整した。なお、図５Ａ，図５ＢにおけるＭｉｍ及びＭａｘはそれぞれ、距離Ｙにおいて、受電コイルＬ２に対する異物金属の配設位置を所定の範囲内でｘ軸方向に変化させた場合に得られた測定値の最小値および最大値を意味する。

図５Ａ，図５Ｂに示すように、２次側機器のみの場合の検知コイルＬ３の電気特性（Ｑ値、Ｒ値）を１００％とすると、２次側機器を１次側機器上に配置する場合には、検知コイルＬ３のＲ値が１００％以上に増大（悪化）し、検知コイルＬ３のＱ値が１００％以下に低下（悪化）する。これは、検知コイルＬ３が、１次側機器の内部や周辺に配設された金属や磁性材、磁石などの影響を受けるためである。
また、２次側機器と１次側機器との間に異物金属を配置する場合には、検知コイルＬ３のＲ値がさらに増大（悪化）し、検知コイルＬ３のＱ値がさらに低下（悪化）する。これは、検知コイルＬ３が、１次側機器の内部や周辺に配設された金属や磁性材、磁石などに加えて、２次側機器と１次側機器との間に配置した異物金属の影響も受けるためである。

一方、２次側機器を１次側機器上に配置した場合の検知コイルＬ３の電気特性と、２次側機器と１次側機器との間に異物金属を配置した場合の検知コイルＬ３の電気特性との差分は、Ｑ値よりもＲ値の方が大きいことが分かる。この差分が大きいほど、異物金属の検知精度が高まるが、Ｑ値よりもＲ値の差分が大きいのは、上述の［Ｒ値測定の原理］で説明した通りである。
また、検知コイルＬ３と異物金属との距離が近いほど、さらにＱ値よりもＲ値の差分が大きくなっていることが分かる。これは、検知コイルＬ３と異物金属との距離が近いと、検知コイルＬ３と１次側機器の内部や周辺に配設された金属や磁性材、磁石などとの距離も近くなるためである。すなわち、１次側機器の内部や周辺に配設された金属や磁性材、磁石などの影響を受けやすくなるため、検知コイルＬ３のＬ値が大きく変化することとなり、検知コイルＬ３のＱ値が異物金属の有無によって変化しにくくなったからである。
上述の［Ｒ値測定の原理］でも説明した通り、検知コイルＬ３のＬ値が大きく変化するような構成の場合には、Ｑ値よりもＲ値に着目する方が異物金属の検知精度が高まる。

［６．測定データ（２）］（受電コイルＬ２の場合）
異物金属の有無による受電コイルのＱ値の変化を測定した。以下、その測定結果について説明する。

図７Ａ，図７Ｂは、受電コイルＬ２を用いて異物検知を行う場合の、異物金属の有無による受電コイルＬ２のＱ値の変化に関する測定結果の一例を示している。すなわち、受電コイルＬ２を検知コイルＬ３として用いる場合の一例である。
ただし、この場合には、受電装置２１内に異物検知回路３２や制御回路３３などの異物検知機能（異物検知装置３１）を追加する必要がある。なお、この場合には、非接触給電や異物検知を行う受電装置２１以外にも異物検知装置３１を設けていても構わないし、設けていなくても構わない。

ここで、図７Ａは、１次側機器の内部に寸法の小さい金属および磁性材が使われている場合（緩い測定条件）の一例であり、図７Ｂは、１次側機器の内部に寸法の大きい金属、磁性材および磁石が使われている場合（厳しい測定条件）の一例である。
なお、図７Ａ，図７Ｂでは、受電コイルＬ２に対する異物金属の配設位置を変えた場合の比較を行っている。また、２次側機器（電子機器）のみの場合の受電コイルＬ２の電気特性（破線で表示）、２次側機器を１次側機器上に配置した場合の受電コイルＬ２の電気特性（丸と実線で表示）、２次側機器と１次側機器との間に異物金属を配置した場合の受電コイルＬ２の電気特性の最大値（三角形と破線で表示）、同最小値（菱形と一点鎖線で表示）の比較も行っている。それぞれの横軸は受電コイルＬ２に対する異物金属の配設位置、縦軸は受電コイルＬ２のＱ値変化［％］を表している。ここでは、受電コイルＬ２に対する異物金属の配設位置を、数ｍｍ〜数ｃｍオーダーでずらしている。

図８に示すように、受電コイルＬ２に対する異物金属（異物金属４３）の配設位置は、受電コイルＬ２の所定位置（例えばｘ軸方向中心又は重心）と異物金属４３とのｘ軸方向に沿う距離Ｘを変更することにより調整した。

図７Ａ，図７Ｂに示すように、２次側機器のみの場合の受電コイルＬ２のＱ値に対して、２次側機器を１次側機器上に配置した場合には受電コイルＬ２のＱ値が小さくなっており、２次側機器と１次側機器との間に異物金属を配置した場合には受電コイルＬ２のＱ値が更に小さくなっていることが分かる。
また、１次側機器の内部に寸法の小さい金属、磁性材および磁石が使われている場合（緩い測定条件）と、１次側機器の内部に寸法の大きい金属、磁性材および磁石が使われている場合（厳しい測定条件）とで、２次側機器を１次側機器上に配置した際の受電コイルＬ２の実線で示したＱ値の変化量（低下量）が大きく異なっていることが分かる。例えば、ある２次側器機器内部に異物検知装置３１を設けるとして、その２次側器機器に対して非接触給電が可能な１次側機器が複数種類存在し、それら複数種類の１次側機器の内部や周辺に配設された金属や磁性材、磁石などが各々で大きく異なる場合には、異物金属の有無の判定に使用するＱ値の基準値（閾値）の設定が非常に困難になる。
また、複数の種類の１次側機器に対応した非接触給電および異物検知のシステムを構築する場合には、Ｑ値の基準値（閾値）を甘く設定する必要があるため、異物金属の検知精度が著しく低下する可能性が高い。
さらに、Ｑ値の基準値（閾値）設定の際に想定外としていた種類の１次側機器や、将来に登場する新たな種類の１次側機器などでは互換性がとれずに、非接触給電および異物検知のシステム自体が破綻してしまう可能性がある。

次に、異物金属の有無による受電コイルのＲ値の変化を測定した。以下、その測定結果について説明する。

図９Ａ，図９Ｂは、受電コイルＬ２を用いて異物検知を行う場合の、異物金属の有無による受電コイルＬ２のＲ値の変化に関する測定結果の一例を示している。
ここで、図９Ａは、１次側機器の内部に寸法の小さい金属および磁性材が使われている場合（緩い測定条件）の一例であり、図９Ｂは、１次側機器の内部に寸法の大きい金属、磁性材および磁石が使われている場合（厳しい測定条件）の一例である。

図９Ａ，図９Ｂに示すように、２次側機器のみの場合の受電コイルＬ２のＲ値に対して、２次側機器を１次側機器上に配置した場合には受電コイルＬ２のＲ値が小さくなっており、２次側機器と１次側機器との間に異物金属を配置した場合には受電コイルＬ２のＲ値が極めて大きくなっていることが分かる。
また、１次側機器の内部に寸法の小さい金属、磁性材および磁石が使われている場合（緩い測定条件）と、１次側機器の内部に寸法の大きい金属、磁性材および磁石が使われている場合（厳しい測定条件）とで、２次側機器を１次側機器上に配置した際の受電コイルＬ２の実線で示したＲ値の変化量（低下量）が大きく異なっていないことが分かる。このように、Ｒ値の変化量に着目した異物検知システムを構築する場合には、異物金属の有無の判定に必要なＲ値の基準値（閾値）の設定が容易であることが分かる。例えば、２次側機器のみの場合（磁束により発熱しうる異物が周囲にない状態）の受電コイルＬ２（又は共振回路）のＲ値を、異物金属の有無の判定に必要な基準値（閾値）に設定すればよいだけなので、極めて容易である。

以上のように、Ｒ値の変化量に着目した異物検知システムでは、Ｑ値の変化量に着目した異物検知システムよりも、異物金属の検知精度が高いことと、異物金属の有無の判定に必要な基準値（閾値）の設定が容易であることなどの利点が得られる。

なお、上述の［測定データ（２）］では、受電コイルＬ２を用いて異物検知を行う場合についてのみ説明したが、送電コイルＬ１を用いて異物検知を行う場合も当然想定される。

［７．変形例］
一般的に、非接触給電システムでは、異物金属の検知精度を上げるために、異物検知処理を実行中は給電装置からの給電を停止することが多い。この間、給電装置から電力が得られないので、受電側の電子機器に異物検知装置を搭載する場合、共振回路のＱ値等を測定するための回路を稼働させる大型のバッテリを備えている。しかし、大型のバッテリを備えると、電子機器の製品寿命に影響を与える、電子機器の小型化が難しくなる、バッテリの充電容量が空になったときすぐに充電できず異物検知を行えない、などの不都合が考えられる。本変形例では、大型のバッテリを搭載しないバッテリレスの電子機器（受電装置）について説明する。

図１０は、本開示の一実施形態に係る非接触給電システムの変形例を示すブロック図である。
図１０に示す非接触給電システム１００Ａは、上述した非接触給電システム１００と比較して、受電装置２１Ａにコンデンサ５１（蓄電部の一例）とスイッチ５２（切替部の一例）を備える点が異なる。図１０に示す例では、コンデンサ５１の一端が整流回路２４と電圧安定化回路２５との接続中点に接続され、その他端がスイッチ５２を介して接地されている。なお、受電装置２１Ａがバッテリ２８を備えているが、コンデンサ５１を備えているのでバッテリ２８は勿論なくてもよい。

スイッチ５２は、例えば給電装置１０からの給電が開始されるとオンし、給電が停止後も一定期間オンした後にオフする。スイッチ５２のオン／オフの動作は、例えば制御回路２６により制御される。このスイッチ５２の動作により、給電開始後にコンデンサ５１に電力が充電され、給電停止後は、コンデンサ５１から放電される電力を利用して異物検知装置３１の異物検知処理等が行われる。このスイッチ５２には、例えばトランジスタやＭＯＳＦＥＴ等のスイッチング素子が適用される。本例ではＭＯＳＦＥＴを用いている。

図１１は、非接触給電システム１００Ａの給電時における処理を示すフローチャートである。
まず給電装置１０（１次側）を起動し、電子機器２０Ａ（２次側）を給電装置１０の近くに置くと、給電装置１０と電子機器２０Ａの間でネゴシエーションを行う。給電装置１０と電子機器２０Ａが相互に認識した後に給電を開始する。電子機器２０Ａの異物検知装置３１は、給電開始に際してＱ値測定及びＲ値計算を行うが、そのＱ値測定の回数が初回であるか否かを判定する（ステップＳ１）。

一例として、給電装置１０又は電子機器２０Ａの電源が入った直後であれば、各々の装置は、初回のＱ値測定であると判定する。あるいは、ネゴシエーションの結果、給電装置１０は、電子機器２０ＡのＩＤ情報（識別情報）から当該電子機器２０Ａが初めての通信相手であるとき、初回のＱ値測定であると判定する。または、給電装置１０は、ネゴシエーション時に、電子機器２０Ａが計算したＱ値測定回数の結果を当該電子機器２０Ａから受信し、Ｑ値測定の回数を把握するようにしてもよい。

さらに他の例として、前回のＱ値測定からの経過時間により判断するようにしてもよい。給電装置１０（及び電子機器２０Ａ）は、図示しない時計部を有し、Ｑ値測定を行ったとき、測定したＱ値を測定時刻と対応づけて図示しないメモリへ記憶する。そして、前回のＱ値測定時刻と今回のＱ値測定時刻を比較して、所定値を超える時間差があれば初回のＱ値測定であると判断する。Ｑ値測定回数は、例えば周波数スイープを伴うＱ値測定を初回とし、これを基準に回数を計算する。なお、前回のＱ値測定時に時計部のタイマー機能を起動し、タイマーの経過時間を元に判断するようにしてもよい。

そして、初回のＱ値測定である場合は、電子機器２０Ａの異物検知装置３１は、内部で生成する測定用のテスト信号（正弦波）に複数の周波数を用い（スイープ測定）、得られた共振回路の複数のＱ値のうち最も大きいＱ値を得る（ステップＳ２）。Ｑ値が最も大きいときのテスト信号の周波数をメモリに保存しておく。

Ｑ値を測定するためには共振回路の共振周波数の正弦波を電子機器２０Ａの該当共振回路へ入力する必要がある。しかし、電子機器２０Ａの部品品質のばらつきや、実装時のコイルと装置内金属（例えば筐体）との位置関係のばらつき、検知コイルＬ３の周りの環境、異物金属の混入等によっても共振周波数は変化する。そのため共振周波数のずれを考慮し、ある程度の適切なレンジ（測定範囲）で異なる複数の周波数を用いて測定（周波数スイープ）することにより、共振周波数を探すことが望ましい。

この周波数スイープに関しては、非接触給電システム１００Ａ全体で考えると、初回のＱ値測定では必ず必要であるが、２回目以降は省くことも可能である。２回目以降のＱ値測定において周波数スイープを省略できる例としては、給電装置１０と電子機器２０Ａの位置関係が、初回のＱ値測定時と大きく変化していない場合がある。

一方、ステップＳ１の判定処理において初回のＱ値測定ではない場合、電子機器２０Ａの異物検知装置３１は、１回目のＱ値測定で求められた周波数のテスト信号を用いてＱ値を得る（ステップＳ３）。

電子機器２０Ａの異物検知装置３１は、Ｑ値に基づいて異物金属が存在する可能性があるか否かを判定する（ステップＳ４）。異物金属が存在する可能性がない場合はステップＳ６へ進む。

一方、ステップＳ４の判定処理で異物金属が存在する可能性がある場合は、ステップＳ２へ進み、電子機器２０Ａの異物検知装置３１は、テスト信号の周波数スイープを行い、複数のＱ値のうち最も大きなＱ値を得る。

ステップＳ２の処理が終了後、電子機器２０Ａの異物検知装置３１は、計算により得られたＱ値に基づいて異物金属の有無を判定する（ステップＳ５）。異物金属がある場合は、終了処理ということで給電の強制終了やユーザへの警告を行う。給電の強制処理としては、給電装置１０が送電を停止するか、あるいは給電装置１０が送電を行ったとしても電子機器２０Ａが受電を停止する方法がある。

上述したステップＳ２〜Ｓ５におけるＱ値測定は、蓄電部（キャパシタ３５）に充電した電力を利用して行う。例えば周波数スイープの場合、一周波数のテスト信号についてＱ値（すなわち電圧Ｖ１，Ｖ２）を測定できるだけの電荷をキャパシタ３５に充電した後に、Ｑ値測定を行い、再度充電を行い、次の周波数のテスト信号についてＱ値を測定することを繰り返す。

そして、ステップＳ５において異物金属がない場合は、給電装置１０から電子機器２０Ａへ所定の時間の給電を行う（ステップＳ６）。

最後に、電子機器２０Ａは、図示しないバッテリ等（負荷）が満充電されたか否かを判定し、その結果を給電装置１０へ通信する（ステップＳ７）。満充電された場合は、充電処理を終了し、満充電されていない場合は、ステップＳ１へ移行して上記処理を繰り返す。なお、満充電か否かの判定及び通信は、給電中に行ってもよい。

このように、初回のＱ値測定のみ周波数スイープを行い、２回目以降は初回で最適とされた周波数のテスト信号のみでＱ値測定を行えばよい。ただし、２回目以降で異物金属が存在する可能性があるという判定がなされた場合に、１次側コイルと２次側コイルの位置関係が変化したことによる周波数ずれの可能性があるため、再度周波数をスイープして判定を行う。周波数をスイープしても異物金属があると判定された場合は、給電の強制終了やユーザへの警告を行う。この手法によりＱ値測定の時間を大幅に減らすことができる。

異物検知装置３１の消費電流がある程度小さい、かつＱ値測定及びＲ値計算の時間が短ければ、給電装置１０からの給電を止めている間にＱ値を測定することは可能である。なお、給電装置１０から出力する磁界（磁束）を止める際（Ｑ値測定時）には、受電装置２１Ａから確実に負荷２７を電気的に切り離すことが望ましい。例えば負荷２７との間にスイッチを設け、受電装置２１Ａに磁界（磁束）が供給されるとオフするようにする。それ以外のコンデンサ５１に充電しているときや、外部と通信を行っているときは、受電装置２１Ａから負荷を切り離さなくてもよい。

Ｑ値測定の際には、異物検知装置３１は、給電が停止したタイミングで、検知コイルＬ３と共振用コンデンサＣ３で構成される共振回路にテスト信号を供給し、共振用コンデンサＣ３の一端及び他端に検出される２つの電圧波形（電圧Ｖ１，Ｖ２）より共振回路のＱ値を測定する。測定したＱ値からＲ値を求め、予め設定した閾値と比較することにより、異物金属の検知を行う。

本例の受電装置２１Ａは、Ｑ値を測定する都度、コンデンサ５１を充電し、その電力で異物検知装置３１を駆動することによって、１次側から２次側に給電が行われない場合に、２次側のバッテリを利用しなくても、Ｑ値測定及びＲ値計算を行うことができる。したがって、２次側に異物金属検知のための大型のバッテリやその電力を制御するための複雑な回路を必要とせず、携帯機器等の電子機器の小型化や軽量化、コスト削減が期待できる。

［８．その他］
上述した実施形態では、検知コイルを含む異物検知装置が、２次側機器（給電対象機器）としての電子機器内に配設されている場合について説明した。ただし、この場合には限られず、検知コイルを含む異物検知装置が、１次側機器としての給電装置内に配設されているようにしてもよい。このような場合には、上記第１の実施形態で説明した受電コイルを送電コイルに、送電コイルを受電コイルに置き換えて考えればよい。また、検知コイルを含む異物検知装置は、１次側機器内および２次側機器内の両方に配設されていてもよい。

さらに、検知コイルを含む異物検知装置が、１次側機器および２次側機器とは別体である他の装置内に配設されているようにしてもよい。すなわち、上記各実施形態等で説明した検知コイルを含む異物検知装置は、１次側機器内、給電対象機器としての２次側機器内、及びこれらの１次側機器及び２次側機器とは別体である他の装置内のうちの少なくとも１つに設けられているようにすればよい。

また、上記各実施形態では、送電コイル及び受電コイルを１つずつ配設する場合についてのみ説明したが、そのような場合には限られず、例えば、送電コイルもしくは受電コイルを複数（２つ以上）配設するようにしてもよい。

加えて、上述したＬＣ共振器（共振回路）以外にも、他のＬＣ共振器（共振回路）が非接触給電システム（非接触給電機能や異物検知機能）で使われていてもよい。

また、上記各実施形態において、各コイル（送電コイル、受電コイル、検知コイル）にスパイラル形状（平面形状）もしくは厚み方向に巻線が巻回しているヘリカル形状のコイルを適用できるが、この例に限られない。例えばスパイラル形状のコイルを２層で折り返すように配置するα巻き形状や、更なる多層のスパイラル形状などによって、各コイルを構成してもよい。

また、送電コイルや受電コイルを、８の字形状、田の字形状、格子型形状などのような磁束漏れを小さくできる形状のコイルにより構成してもよい。

また、検知コイルを送電コイルもしくは受電コイルなどと一体化させて、送電コイルや受電コイルなどの非接触給電用コイルを検知コイルとして併用してもよい。加えて、誘導加熱用コイルや無線通信用コイルなどの、非接触給電以外の用途に使われるコイルを検知コイルとして併用してもよい。
すなわち、上記各実施形態では、磁気結合素子を検知コイルとした場合の例を用いて説明したが、この例に限られるものではない。例えば、この磁気結合素子が、非接触給電用のコイル（送電コイル，受電コイル）、誘導加熱用コイル、無線通信用コイルなどであり、これらのコイルが異物検知の用途も兼ねて使われている場合も想定される。

また、送電装置の送電部内、受電装置の受電部内及び検知コイル周辺には、不要な磁束（磁力線，磁界）漏れを防ぐことや伝送効率（給電効率）を向上させることなどを目的として、磁性材料や金属材料などを配設していてもよい。

また、各共振用コンデンサ（特に、異物検知装置内の共振用コンデンサ）としては、固定の静電容量値を用いる場合には限られず、静電容量値が可変にできるような構成（例えば、スイッチ等によって、複数の容量素子の接続経路を切り替える構成等）としてもよい。そのような構成とした場合、静電容量値の調整によって、共振周波数の制御（最適化）を行うことが可能となる。

加えて、上記各実施形態等では、給電装置及び電子機器等の各構成要素を具体的に挙げて説明したが、全ての構成要素を備える必要はなく、また、他の構成要素を更に備えていてもよい。例えば、給電装置（送電装置）や電子機器（受電装置）内に、通信機能や何かしらの検出機能、制御機能、表示機能、２次側機器を認証する機能、２次側機器が１次側機器上にあることを判別する機能、本開示とは別の手段で異物金属などの混入を検知する機能、などを搭載するようにしてもよい。

また、上記各実施形態等では、通信機能として負荷変調を用いる場合を例に挙げて説明したが、この場合には限られない。例えば、通信機能として負荷変調以外の変調方式を用いても構わないし、無線通信用アンテナや無線通信用コイルなどを設けて、変調方式以外の手法で通信を行っても構わない。一方、非接触給電機能（送電装置及び受電装置）及び異物検知機能（異物検知装置）の構成次第では、通信機能自体を設けないようにしてもよい。同様に、上記各実施形態等で説明に用いた、各種の構成要素（部位、部品、回路など）は、非接触給電機能（送電装置及び受電装置）及び異物検知機能（異物検知装置）の構成次第では、それらの一部を設けないようにしてもよい。

また、上記各実施形態等では、非接触給電システム内に複数（２つ）の電子機器が設けられている場合を例に挙げて説明したが、この例には限られず、非接触給電システム内に１つ又は３以上の電子機器が設けられていてもよい。

さらに、上記各実施形態等では、給電装置の一例として、携帯電話機等の小型の電子機器（ＣＥ機器）向けの充電トレーを例に挙げて説明したが、給電装置はそのような家庭用の充電トレーには限定されず、様々な電子機器の充電器として適用可能である。また、必ずしも給電装置は、トレー型である必要はなく、例えば、いわゆるクレードル等の電子機器用のスタンドであってもよい。

また、上記実施形態では、給電対象機器の一例として電子機器を挙げて説明したが、これには限られず、電子機器以外の給電対象機器（例えば、電気自動車等の車両など）であってもよい。例えば、給電対象機器を電気自動車とした場合、電気自動車に搭載の検知コイルと給電装置との間に存在する、泥等に混じって車体に付着した異物金属を検知できる。

なお、本開示は以下のような構成も取ることができる。
（１）
１又は複数のコイルで構成される１又は複数の磁気結合素子と、
前記磁気結合素子の実効抵抗値、もしくは前記磁気結合素子を少なくとも含む回路の実効抵抗値を測定又は計算し、前記実効抵抗値の変化から、異物の有無を判定する検知部と、を備える
検知装置。
（２）
前記磁気結合素子を少なくとも含む回路が、共振回路である
前記（１）に記載の検知装置。
（３）
前記実効抵抗値は、少なくとも前記共振回路の共振周波数付近における実効抵抗値である
前記（２）に記載の検知装置。
（４）
前記実効抵抗値が、前記共振回路のＱ値と前記共振回路の共振周波数との少なくともいずれかの、測定結果又は計算結果を少なくとも利用して測定又は計算される
前記（３）に記載の検知装置。
（５）
前記１又は複数の磁気結合素子の周囲に前記異物がない状態の、前記磁気結合素子の実効抵抗値、もしくは前記磁気結合素子を少なくとも含む共振回路の実効抵抗値を、前記異物の有無の判定に用いられる閾値に設定する
前記（３）又は（４）に記載の検知装置。
（６）
前記Ｑ値と前記共振周波数の少なくともいずれかが、前記磁気結合素子もしくは前記共振回路に流れる高周波電力の、電圧振幅の測定結果又は計算結果を少なくとも利用して測定又は計算される
前記（４）又は（５）に記載の検知装置。
（７）
前記実効抵抗値が、前記共振回路のＱ値および前記共振回路の共振周波数の、測定結果又は計算結果を少なくとも利用して測定又は計算される
前記（６）に記載の検知装置。
（８）
前記実効抵抗値が、前記磁気結合素子に流れる高周波電力、もしくは前記磁気結合素子を少なくとも含む回路に流れる高周波電力の、電圧振幅の測定結果又は計算結果を少なくとも利用して測定又は計算される
前記（１）に記載の検知装置。
（９）
前記実効抵抗値が、前記磁気結合素子に流れる高周波電力、もしくは前記磁気結合素子を少なくとも含む回路に流れる高周波電力の、電圧振幅、電圧位相、電流振幅、電流位相のうちの少なくとも２つ以上の測定結果又は計算結果を少なくとも利用して測定又は計算される
前記（８）に記載の検知装置。
（１０）
前記磁気結合素子が、給電元との非接触給電に用いられる受電コイルと、給電先との非接触給電に用いられる送電コイルと、前記受電コイルおよび前記送電コイルとは異なるコイルのうちの、少なくともいずれかである
前記（１）に記載の検知装置。
（１１）
前記磁気結合素子が、給電元との非接触給電に用いられる受電コイルと、給電先との非接触給電に用いられる送電コイルの少なくともいずれかである
前記（１０）に記載の検知装置。
（１２）
給電元との非接触給電に用いられる受電コイルと、
１又は複数のコイルで構成される１又は複数の磁気結合素子と、
前記磁気結合素子の実効抵抗値、もしくは前記磁気結合素子を少なくとも含む回路の実効抵抗値を測定又は計算し、前記実効抵抗値の変化から、異物の有無を判定する検知部と、を備える
受電装置。
（１３）
給電先との非接触給電に用いられる送電コイルと、
１又は複数のコイルで構成される１又は複数の磁気結合素子と、
前記磁気結合素子の実効抵抗値、もしくは前記磁気結合素子を少なくとも含む回路の実効抵抗値を測定又は計算し、前記実効抵抗値の変化から、異物の有無を判定する検知部と、を備える
送電装置。
（１４）
給電先との非接触給電に用いられる送電装置と、該送電装置からの電力を非接触で受電する受電装置を含んで構成され、
前記送電装置又は前記受電装置の少なくともいずれかにおいて、
１又は複数のコイルで構成される１又は複数の磁気結合素子と、
前記磁気結合素子の実効抵抗値、もしくは前記磁気結合素子を少なくとも含む回路の実効抵抗値を測定又は計算し、前記実効抵抗値の変化から、異物の有無を判定する検知部と、を備える
非接触給電システム。

なお、上述した各実施形態例における一連の処理は、ハードウェアにより実行することができるが、ソフトウェアにより実行させることもできる。一連の処理をソフトウェアにより実行させる場合には、そのソフトウェアを構成するプログラムが専用のハードウェアに組み込まれているコンピュータ、又は、各種の機能を実行するためのプログラムをインストールしたコンピュータにより、実行可能である。例えば汎用のパーソナルコンピュータなどに所望のソフトウェアを構成するプログラムをインストールして実行させればよい。

また、上述した各実施形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記録した記録媒体を、システムあるいは装置に供給してもよい。また、そのシステムあるいは装置のコンピュータ（又はＣＰＵ等の制御装置）が記録媒体に格納されたプログラムコードを読み出し実行することによっても、機能が実現されることは言うまでもない。

この場合のプログラムコードを供給するための記録媒体としては、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭなどを用いることができる。

また、コンピュータが読み出したプログラムコードを実行することにより、上述した実施の形態の機能が実現される。加えて、そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼動しているＯＳなどが実際の処理の一部又は全部を行う。その処理によって上述した実施の形態の機能が実現される場合も含まれる。

また、本明細書において、時系列的な処理を記述する処理ステップは、記載された順序に沿って時系列的に行われる処理はもちろん、必ずしも時系列的に処理されなくとも、並列的あるいは個別に実行される処理（例えば、並列処理あるいはオブジェクトによる処理）をも含むものである。

以上、本開示は上述した各実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された要旨を逸脱しない限りにおいて、その他種々の変形例、応用例を取り得ることは勿論である。
すなわち、上述した各実施形態の例は、本開示の好適な具体例であるため、技術的に好ましい種々の限定が付されている。しかしながら、本開示の技術範囲は、各説明において特に本開示を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。例えば、以上の説明で挙げた使用材料とその使用量、処理時間、処理順序及び各パラメータの数値的条件等は好適例に過ぎず、また説明に用いた各図における寸法、形状及び配置関係も概略的なものである。

１０…給電装置、 １１…送電装置、 １２…送電部、 ２０Ａ，２０Ｂ…電子機器、 ２１…受電装置、 ２２…受電部、 ３１…異物検知装置、 ３２…異物検知回路、 ３３…制御回路、 ６１…検知コイル部、 １００…非接触給電システム、 Ｌ１…送電コイル、 Ｌ２…受電コイル、 Ｌ３…検知コイル、 Ｃ３…共振用コンデンサ

Claims (14)

1. １又は複数のコイルで構成される１又は複数の磁気結合素子と、
   前記磁気結合素子の実効抵抗値、もしくは前記磁気結合素子を少なくとも含む回路の実効抵抗値を測定又は計算し、前記実効抵抗値の変化から、異物の有無を判定する検知部と、を備え、
   前記異物の有無の判定に用いられる閾値は、前記１又は複数の磁気結合素子の周囲に磁気結合する相手である相手側磁気結合素子を有する装置及び前記異物が周囲に存在しない状態の、前記磁気結合素子の実効抵抗値、もしくは前記磁気結合素子を少なくとも含む前記回路の実効抵抗値に基づいて設定される
   検知装置。
2. 前記磁気結合素子を少なくとも含む回路が、共振回路である
   請求項１に記載の検知装置。
3. 前記実効抵抗値は、少なくとも前記共振回路の共振周波数付近における実効抵抗値である
   請求項２に記載の検知装置。
4. 前記実効抵抗値が、前記共振回路のＱ値と前記共振回路の共振周波数との少なくともいずれかの、測定結果又は計算結果を少なくとも利用して測定又は計算される
   請求項３に記載の検知装置。
5. 前記１又は複数の磁気結合素子の周囲に前記相手側磁気結合素子を有する前記装置及び前記異物がない状態の、前記磁気結合素子の実効抵抗値、もしくは前記磁気結合素子を少なくとも含む共振回路の実効抵抗値を、前記異物の有無の判定に用いられる閾値に設定する
   請求項３又は４に記載の検知装置。
6. 前記Ｑ値と前記共振周波数の少なくともいずれかが、前記磁気結合素子もしくは前記共振回路に流れる高周波電力の、電圧振幅の測定結果又は計算結果を少なくとも利用して測定又は計算される
   請求項４、又は請求項４を引用する請求項５に記載の検知装置。
7. 前記実効抵抗値が、前記共振回路のＱ値および前記共振回路の共振周波数の、測定結果又は計算結果を少なくとも利用して測定又は計算される
   請求項６に記載の検知装置。
8. 前記実効抵抗値が、前記磁気結合素子に流れる高周波電力、もしくは前記磁気結合素子を少なくとも含む回路に流れる高周波電力の、電圧振幅の測定結果又は計算結果を少なくとも利用して測定又は計算される
   請求項１に記載の検知装置。
9. 前記実効抵抗値が、前記磁気結合素子に流れる高周波電力、もしくは前記磁気結合素子を少なくとも含む回路に流れる高周波電力の、電圧振幅、電圧位相、電流振幅、電流位相のうちの少なくとも２つ以上の測定結果又は計算結果を少なくとも利用して測定又は計算される
   請求項８に記載の検知装置。
10. 前記磁気結合素子が、給電元との非接触給電に用いられる受電コイルと、給電先との非接触給電に用いられる送電コイルと、前記受電コイルおよび前記送電コイルとは異なるコイルのうちの、少なくともいずれかである
    請求項１に記載の検知装置。
11. 前記磁気結合素子が、給電元との非接触給電に用いられる受電コイルと、給電先との非接触給電に用いられる送電コイルの少なくともいずれかである
    請求項１０に記載の検知装置。
12. 給電元との非接触給電に用いられる受電コイルと、
    １又は複数のコイルで構成される１又は複数の磁気結合素子と、
    前記磁気結合素子の実効抵抗値、もしくは前記磁気結合素子を少なくとも含む回路の実効抵抗値を測定又は計算し、前記実効抵抗値の変化から、異物の有無を判定する検知部と、を備え、
    前記異物の有無の判定に用いられる閾値は、前記１又は複数の磁気結合素子の周囲に前記給電元である送電コイルを有する送電装置及び前記異物が周囲に存在しない状態の、前記磁気結合素子の実効抵抗値、もしくは前記磁気結合素子を少なくとも含む前記回路の実効抵抗値に基づいて設定される
    受電装置。
13. 給電先との非接触給電に用いられる送電コイルと、
    １又は複数のコイルで構成される１又は複数の磁気結合素子と、
    前記磁気結合素子の実効抵抗値、もしくは前記磁気結合素子を少なくとも含む回路の実効抵抗値を測定又は計算し、前記実効抵抗値の変化から、異物の有無を判定する検知部と、を備え、
    前記異物の有無の判定に用いられる閾値は、前記１又は複数の磁気結合素子の周囲に前記給電先である受電コイルを有する受電装置及び前記異物が周囲に存在しない状態の、前記磁気結合素子の実効抵抗値、もしくは前記磁気結合素子を少なくとも含む前記回路の実効抵抗値に基づいて設定される
    送電装置。
14. 給電先との非接触給電に用いられる送電装置と、該送電装置からの電力を非接触で受電する受電装置を含んで構成され、
    前記送電装置又は前記受電装置の少なくともいずれかにおいて、
    １又は複数のコイルで構成される１又は複数の磁気結合素子と、
    前記磁気結合素子の実効抵抗値、もしくは前記磁気結合素子を少なくとも含む回路の実効抵抗値を測定又は計算し、前記実効抵抗値の変化から、異物の有無を判定する検知部と、を備え、
    前記異物の有無の判定に用いられる閾値は、前記１又は複数の磁気結合素子の周囲に磁気結合する相手である前記受電装置若しくは前記送電装置及び前記異物が周囲に存在しない状態の、前記磁気結合素子の実効抵抗値、もしくは前記磁気結合素子を少なくとも含む前記回路の実効抵抗値に基づいて設定される
    非接触給電システム。

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