异物检测装置、无线送电装置以及无线电力传输系统的制作方法

本公开涉及对接近了线圈的异物进行检测的异物检测装置。另外，本公开也涉及具备异物检测装置并且用于以非接触方式传输电力的无线电力传输的送电装置以及无线电力传输系统。

背景技术：

近年来，在便携电话机、电动汽车等伴有移动性的电子设备、EV(Electric Vehicle：电动汽车)设备中，为了进行无线充电，正在开发使用线圈间感应耦合的无线电力传输技术。无线电力传输系统包括具有送电线圈(送电天线)的送电装置和具有受电线圈(受电天线)的受电装置。无线电力传输系统通过受电线圈捕捉由送电线圈生成的磁场，由此能够不使电极直接接触而传输电力。

专利文献1公开了无线电力传输系统的一例。

现有技术文献

专利文献1：日本特开2012-244732号公报

技术实现要素：

但是，在上述现有技术中，存在能够高精度地检测异物的异物检测装置的需求。

为了解决上述问题，本公开的一个技术方案涉及的异物检测装置，具备：

包括多个线圈的线圈阵列；

包括多个短路开关的各个短路开关的短路开关组，所述多个短路开关 的各个短路开关与所述多个线圈的各个线圈并联连接，并将所述各个线圈的两端的电连接在导通和非导通之间进行切换；

包括多个选择开关的各个选择开关的选择开关组，所述多个选择开关的各个选择开关将所述多个线圈的各个线圈与振荡电路之间的电连接在导通和非导通之间进行切换；

检测电路，其检测根据所述多个线圈各自的阻抗的变化而变化的物理量从预定的基准值起的变化量；以及

控制电路，其控制所述短路开关组和所述选择开关组所包括的各开关的导通状态和非导通状态，

所述控制电路，

通过使所述选择开关组所包括的第1选择开关为导通状态来使所述多个线圈所包括的第1线圈与所述振荡电路之间为导通状态，使所述短路开关组中的与所述第1线圈并联连接的第1短路开关为非导通状态，

通过使所述选择开关组所包括的第2选择开关为非导通状态来使所述多个线圈所包括的第2线圈与所述振荡电路之间为非导通状态，使所述短路开关组中的与所述第2线圈并联连接的第2短路开关为导通状态，

所述检测电路检测根据与所述振荡电路处于导通状态的所述第1线圈的阻抗的变化而变化的所述物理量从所述基准值起的变化量，基于所述变化量来判断在所述第1线圈的附近是否存在异物。

这些总括性或具体的技术方案可以由系统、方法、集成电路、计算机程序或记录介质来实现。或者，也可以由系统、装置、方法、集成电路、计算机程序和记录介质的任意组合来实现。

根据本公开的一个技术方案，能够提供能高精度地检测异物的异物检测装置。

附图说明

图1是表示本公开的实施方式1涉及的异物检测装置的概略构成的电路图。

图2是表示从振荡电路100输出的电压的时间变化的一例的图。

图3是表示比较例涉及的异物检测装置的概略构成的电路图。

图4是表示比较例涉及的异物检测装置的等效电路的电路图。

图5是表示本公开的实施方式1涉及的异物检测装置的等效电路的电路图。

图6是表示本公开的实施方式1涉及的选择开关组和短路开关组的控制模式的第1例的图。

图7是表示本公开的实施方式1涉及的异物检测装置的变形例的图。

图8是表示本公开的实施方式1涉及的选择开关组和短路开关组的控制模式的第2例的图。

图9是表示本公开的实施方式1涉及的异物检测模式下的工作的流程图。

图10是表示本公开的实施方式2涉及的具备受电装置和具有异物检测装置的送电装置的无线电力传输系统的概略构成的图。

图11是表示本公开的实施方式2涉及的送电装置的异物检测模式下的工作的流程图。

图12是表示线圈阵列的构成例的图。

图13是表示线圈阵列的另一构成例的图。

图14是表示图13所示的线圈阵列510的配置的俯视图。

图15是表示本公开的实施例1涉及的振荡电路的构成例的图。

图16是表示本公开的实施例1涉及的振荡电路的振荡频率的计算结果的图。

图17是表示本公开的实施例2涉及的关于电感的阈值Lth相对于线圈阵列的线圈数N的依存性的计算结果的图。

图18是表示本公开的实施例2涉及的关于电流的阈值Ith相对于线圈阵列的线圈数N的依存性的计算结果的图。

图19是表示本公开的实施例3涉及的异物检测装置与比较例涉及的异物检测装置的电压变化量的比较结果的图。

附图标记说明

100 振荡电路

110 线圈

120 线圈阵列

130 短路开关组

140 选择开关组

200 整流电路

300 检测电路

500 送电装置

510 送电线圈阵列

520 送电电路

530 电源

540 控制电路

570 光源

580 框体

590 框体的表面

600 受电装置

610 受电线圈

620 受电电路

630 负载

640 控制电路

670 光源

S1、S2 开关

具体实施方式

(成为本公开的基础的见解)

本发明人对于在“背景技术”一栏中记载的无线电力传输系统的异物 检测，发现了会产生以下的问题。

首先，说明“异物”的定义。在本公开中，“异物”是指在位于无线电力传输系统中的送电线圈或受电线圈的附近时因在送电线圈和受电线圈之间传输的电力而发热的金属等物体。

在无线电力传输系统中，在进行电力传输时若金属等异物接近送电线圈或受电线圈，则会发生在异物产生涡电流并使之加热的风险。因此，接近了线圈的金属等异物的检测，是为了安全且高效地进行无线电力传输而期望的事项。

对于这样的期望的事项，专利文献1公开了如下内容：对包括与2次侧线圈电磁耦合的1次侧线圈的电路的1次侧Q值进行测定，使用1次侧线圈的Q值来修正电力传输效率，基于所得到的修正值来检测与2次侧线圈电磁耦合的状态。

在专利文献1的方法中，为了Q值的测定而使用交流电压。在专利文献1所代表的以往的检测电路中，着眼于在异物接近了线圈时交流电压发生变化这一点的判定方法是主流。

本发明人在上述的方法中发现了如下情况：在扩展成排列有多个线圈的线圈阵列结构的情况下，产生与线圈阵列所随带的开关(例如半导体开关)的不需要的谐振模式。并且，发现了如下这一新的问题：在这样的不需要的谐振模式的影响下，上述交流电压的波形会变形成与本来期待的波形不同的波形，异物的检测灵敏度降低。

因此，谋求能够抑制产生这样的不需要的谐振模式并能够高灵敏度地检测接近了线圈阵列的异物的异物检测装置。换言之，谋求能够高精度地检测异物的异物检测装置。

根据以上的考察，本发明人想到了以下说明的本公开的各技术方案。

本公开的一个技术方案涉及的异物检测装置，具备：

包括多个线圈的线圈阵列；

包括多个短路开关的各个短路开关的短路开关组，所述多个短路开关的各个短路开关与所述多个线圈的各个线圈并联连接，并将所述各个线圈 的两端的电连接在导通和非导通之间进行切换；

包括多个选择开关的各个选择开关的选择开关组，所述多个选择开关的各个选择开关将所述多个线圈的各个线圈与振荡电路之间的电连接在导通和非导通之间进行切换；

检测电路，其检测根据所述多个线圈各自的阻抗的变化而变化的物理量从预定的基准值起的变化量；以及

控制电路，其控制所述短路开关组和所述选择开关组所包括的各开关的导通状态和非导通状态，

所述控制电路，

通过使所述选择开关组所包括的第1选择开关为导通状态来使所述多个线圈所包括的第1线圈与所述振荡电路之间为导通状态，使所述短路开关组中的与所述第1线圈并联连接的第1短路开关为非导通状态，

通过使所述选择开关组所包括的第2选择开关为非导通状态来使所述多个线圈所包括的第2线圈与所述振荡电路之间为非导通状态，使所述短路开关组中的与所述第2线圈并联连接的第2短路开关为导通状态，

所述检测电路检测根据与所述振荡电路处于导通状态的所述第1线圈的阻抗的变化而变化的所述物理量从所述基准值起的变化量，基于所述变化量来判断在所述第1线圈的附近是否存在异物。

根据上述技术方案，

所述控制电路，

通过使所述选择开关组所包括的第1选择开关为导通状态来使所述多个线圈所包括的第1线圈与所述振荡电路之间为导通状态，使所述短路开关组中的与所述第1线圈并联连接的第1短路开关为非导通状态，

通过使所述选择开关组所包括的第2选择开关为非导通状态来使所述多个线圈所包括的第2线圈与所述振荡电路之间为非导通状态，使所述短路开关组中的与所述第2线圈并联连接的第2短路开关为导通状态。

如上所述，通过使在除与处于导通状态的第1选择开关连接的第1线圈以外的第2线圈的两端连接的第2短路开关为导通状态，能够使第2线 圈的输入输出端子间的电感有效降低，能够抑制因第2线圈的电感而引起的不需要的谐振。

由此，能够高灵敏度地检测接近了线圈阵列的异物。另外，能够以简易的电路结构来实现上述不需要的谐振的抑制。

以下，参照附图对本公开的实施方式进行详细说明。此外，以下说明的实施方式都示出了总括性或具体的例子。以下的实施方式中示出的数值、形状、材料、构成要素、构成要素的配置以及连接形态、步骤、步骤的顺序等是一例，并非限定本公开的意思。在本说明书中说明的各种技术方案在不发生矛盾的范围内可以互相组合。另外，关于以下的实施方式中的构成要素中的未记载在表示最上位概念的独立权利要求中的构成要素，是作为任意的构成要素而说明的。在以下的说明中，具有实质上相同或类似的功能的构成要素以相同的参照附图标记来表示，有时省略说明。

(实施方式1)

图1是表示本公开的实施方式1涉及的异物检测装置的概略构成的电路图。

本实施方式的异物检测装置可以在例如无线电力传输系统的送电装置或受电装置中为了检测金属等异物的接近的用途而使用。异物检测装置也可以用于以异物检测为目的的其他用途(例如，工厂中的检查)，但在以下的说明中，主要设想在无线电力传输系统中使用的情况。

异物检测装置具备：包括多个线圈110的线圈阵列120；包括与多个线圈110分别并联连接的多个短路开关的短路开关组130；向多个线圈110输出包含交流分量的电压的振荡电路100；包括在多个线圈110与振荡电路100之间分别连接的多个选择开关的选择开关组140；控制短路开关组130和选择开关组140所包括的各开关的导通和非导通的状态的控制电路540；以及进行用于异物检测的处理的检测电路300。为简单起见，图1示出了线圈、短路开关以及选择开关的数量各为2个的情况。

各短路开关对从控制电路540输入的控制信号进行响应，使导通(ON，接通)和非导通(OFF，断开)的状态相互切换。由此，短路开关组130 将多个线圈110各自的两端的经由短路开关的电连接在导通和非导通之间进行切换。

各选择开关对从控制电路540输入的控制信号进行响应，使导通和非导通的状态相互切换。由此，选择开关组140将多个线圈110的各个线圈与振荡电路100之间的电连接在导通和非导通之间进行切换。

本说明书中，“导通状态”是指在使振荡电路100工作时可以流动电流的状态。反过来，“非导通状态”是指即使使振荡电路100工作也不流动电流的状态。各开关在异物检测工作中由控制电路540控制为导通状态和非导通状态的任一状态。在某选择开关处于导通状态时，与该选择开关连接的短路开关被控制为非导通状态。反过来，在某选择开关处于非导通状态时，与该选择开关连接的短路开关被控制为导通状态。

振荡电路100向多个线圈110输出包含交流分量的电压。“包含交流分量的电压”是指电压值随着时间而变动的电压。“包含交流分量的电压”不仅是极性随着时间而反转的“交流电压”，也包括随着时间而极性并不反转的“脉动电流”的电压。

图2是表示从振荡电路100输出的电压(以下，有时称为“振荡电压”。)的时间变化的一例的图。图示的电压Vin包含直流分量Vdc和以Vdc为中心呈正弦波状变动的交流分量。对于电压Vin，有时将电压比Vdc大的期间称为“正周期”，将电压比Vdc小的期间称为“负周期”。振荡电路100的输出电压的波形也可以是三角波或矩形波等周期性变化的其他波形。如本例这样，在输出包含直流分量和交流分量的电压的情况下，能够基于直流分量和交流分量的一方或双方的变化来判断有无异物。

控制电路540以预定的模式来控制短路开关组130和选择开关组140所包括的各开关的导通和非导通的状态。控制电路540按预定的时间(称为异物检测期间。)一边切换要选择的线圈一边进行工作。线圈的选择通过使在该线圈与振荡电路100之间连接的选择开关接通(ON)来进行。此时，使与该选择开关连接的短路开关断开(OFF)。更具体而言，控制电路540在第1异物检测期间，通过使选择开关#1为导通状态(ON)来使 线圈#1与振荡电路100之间为导通状态，使与线圈#1并联连接的第1短路开关#1为非导通状态(OFF)，通过使选择开关#2为非导通状态(OFF)来使线圈#2与振荡电路100之间为非导通状态，使与线圈#2并联连接的短路开关#2为导通状态(ON)。接着在第2异物检测期间，控制电路540通过使选择开关#1为非导通状态(OFF)来使第1线圈#1与振荡电路100之间为非导通状态，使短路开关#1为导通状态(ON)，通过使选择开关#2为导通状态(ON)来使线圈#2与振荡电路100之间为导通状态，使短路开关#2为非导通状态(OFF)。

检测电路300测定根据多个线圈110各自的阻抗的变化而变化的物理量。并且，检测该物理量从预定的基准值起的变化量。基于该变化量来判断在各线圈的附近是否存在异物，输出表示判断结果的信息。

检测电路300检测第1异物检测期间的根据第1线圈的阻抗的变化而变化的物理量从基准值起的变化量，基于该变化量来判断在第1线圈的附近是否存在异物。进而，检测第2异物检测期间的根据第2线圈的阻抗的变化而变化的物理量从基准值起的变化量，基于该变化量来判断在第2线圈的附近是否存在异物。该判断的结果例如可以作为光或影像的信息而输出到未图示的等或显示器等。

检测电路300测定的物理量，可以是根据各线圈的阻抗的变动而变化的任意的物理量。当异物接近线圈时，磁场被搅乱，线圈的阻抗发生变化。通过检测该变化，能够检测异物。阻抗的变化例如可以通过测定电压、Q值、电流、电感、电阻值、频率、耦合系数这样的根据阻抗的变化而变化的物理量来检测。在某一例中，基于从振荡电路100输出的电压的变化来检测有无异物。该情况下，检测电路300测定从振荡电路100输出的电压，检测该电压的直流分量和交流分量的至少一方从预定的基准值起的变化量。由此能够检测异物向线圈110的接近。

在此，交流分量的变化量包括表示振幅、频率、周期或失真等变化的程度的量。“变化”包括振荡波形的振幅减小、振幅增加以及波形失真等所有的波形变化。

图3是表示比较例涉及的异物检测装置的概略构成的电路图。该比较例涉及的异物检测装置在未附加短路开关组130这一点上不同于图1所示的实施方式的异物检测装置。

以下，聚焦金属异物的检测，参照图1以及图3来更详细地说明本实施方式的异物检测装置的工作原理。

图3示出了以往的线圈阵列构成。对两个线圈#1和#2分别串联连接有选择开关#1和#2。控制电路540通过控制选择开关的接通(导通)和断开(非导通)，能够个别地进行接近了线圈#1的异物的检测和接近了线圈#2的异物的检测。例如，图3中因为选择开关#2为接通而#1为断开，所以从振荡电路100输出的电压被施加于线圈#2。由此，在线圈#2中流动电流，因此在线圈#2的周围产生磁场。当异物接近线圈#2时，磁场被搅乱，电压波形也发生变化。但是，若为了提高检测水平而提高振荡频率，则根据笔者的研究可知上述工作无法得以确保。以下说明理由。

图4是表示比较例涉及的异物检测装置的等效电路的电路图。图4示出了将图3的结构替换成等效电路而得到的结构。选择开关140例如由半导体构成。当选择开关#1断开(OFF)时，选择开关#1具有预定的电容(Coff)。另外，当选择开关#2接通(ON)时，选择开关#2具有预定的电阻(Ron)。此时，线圈#1的电感L1和选择开关#1的电容Coff形成串联谐振电路。因此，线圈#1的阻抗(即电感L1)在上述串联谐振电路的谐振频率附近比线圈#2的阻抗(即电感L2)低。

其结果是，不仅在线圈#2中也在线圈#1中流动了上述串联谐振电路的谐振频率成分的交流电流Ia。也有时在线圈#1中流动的电流Ia比在线圈#2中流动的电流多。由于流动电流Ia，线圈#2的检测水平下降。为了抑制流向线圈#1的电流，抑制上述的谐振现象即可。为了抑制谐振现象，使选择开关的截止电容Coff降低或使电感L1降低即可。

在本实施方式中，为了降低电感L1，如图1所示，设置有能够降低线圈#1的两端的电压差的短路开关组130。通过与多个线圈110分别并联连接多个短路开关，能够抑制在未被选择的线圈中流动电流。

图5是表示本实施方式涉及的异物检测装置的等效电路的电路图。图5示出了将图1的结构替换成等效电路的结构。

对于图5所示的线圈#1，控制电路540在使选择开关#1断开时，使短路开关#1接通。由此，使线圈#1的输入输出端子间的电感L1有效地降低。

其结果是，线圈#2的阻抗比线圈#1的阻抗低，能够在线圈#2中流动更多的电流Ib。由此，根据本实施方式的构成，能够在期望的线圈中确保高的检测水平。

图6是表示本实施方式中的选择开关组140以及短路开关组130的控制模式的图。如图6所示，当线圈#1被选择时，选择开关#1被设定为接通(ON)，短路开关#1被设定为断开(OFF)，选择开关#2被设定为断开(OFF)，短路开关#2被设定为接通(ON)。另一方面，当线圈#2被选择时，选择开关#2被设定为接通(ON)，短路开关#2被设定为断开(OFF)，选择开关#1被设定为断开(OFF)，短路开关#1被设定为接通(ON)。

在以上的说明中，设想了通过开关来切换两个线圈的情况，但在通过开关来依次切换三个以上的线圈的构成中工作原理也相同。

图7是表示通过选择开关组140来切换N个(N为3以上的整数)的线圈#1～#N的情况下的概略构成的图。在该构成例中，控制电路540通过使选择开关#1、#2、……、#N依次接通来依次选择线圈#1、#2、……、#N。

图8是表示图7所示的构成例中的选择开关组140以及短路开关组130的控制模式的图。若将选择线圈表示为#i(i＝1、2、……、N)，则选择开关#i被设定为接通(ON)，短路开关#i被设定为断开(OFF)。选择线圈#i以外的选择开关设为断开(OFF)，短路开关#i以外的短路开关设为接通(ON)。通过以图8所示的控制模式来控制开关，能够降低上述的谐振现象。由此，仅针对选择线圈#i，能够切实地检测是否有异物接近。此外，在本例中同时选择的线圈为一个，但也可以同时选择两个以上的线圈。例如，也可以同时选择相邻的两个线圈，一边按异物检测期间更换选择的两个线圈一边检测异物。

图9是表示本实施方式涉及的异物检测装置的工作的一例的流程图。 当开始异物检测模式时，在步骤S100中，控制电路540对参数i设定值1。该参数i表示线圈、选择开关以及短路开关各自的序号。接着，在步骤S101中，控制电路540判断i是否为N以下。在i为N以下的情况下，进入步骤S102，在i超过N的情况下，结束异物检测模式。在步骤S102中，控制电路540使全部选择开关断开，使全部短路开关接通。接着，在步骤S103中，控制电路540按照图8所示的控制模式，使选择开关#i接通，使短路开关#i断开。在步骤S104中，检测电路300测定线圈#i的电压。在步骤S105中，判断所测定出的电压(例如交流分量的振幅)与预定的基准值之差的绝对值是否小于第1阈值。如果所测定出的电压与基准值之差的绝对值小于第1阈值，则判断为不存在异物，进入步骤S106，设置无异物的标志(flag)。“设置无异物的标志”是指将表示无异物这一情况的信息记录在预定的存储区域中。例如是指在构成检测电路300的MPU和/或CPU等的预定的存储区域(例如存储器)中设定逻辑值FALSE等的工作。另一方面，在所测定出的电压与基准值之差的绝对值超过了第1阈值的情况下，判断为存在异物，进入步骤S107，设置有异物的标志。“设置有异物的标志”是指将表示有异物这一情况的信息记录在预定的存储区域中。例如是指在预定的存储区域中设定逻辑值TRUE等的工作。接着，在步骤S108中，控制电路540对参数i加一，反复进行步骤S101～S108的工作，直到i超过N为止。

根据以上的工作，能够依次判定在线圈#1～N的附近有无异物。有无异物的判定结果例如既可以通过使LED等表示元件点亮来通知给用户，也可以作为应该如何进行送电处理的判断因素。详细情况在实施方式2中说明。

在图9的例子中，在进行了有无异物的判断(步骤S105～S107)之后进行开关的切换，但也可以不进行有无异物的判断而进行开关的切换。该情况下，可以在完成对全部线圈的电压测定之后，进行所记录的各次的测定值与阈值的比较，判断各线圈的附近有无异物。

在图9的例子中，基于电压对有无异物进行了判断，但如前所述，也可以基于其他的物理量来判断有无异物。该情况下，除了步骤S104中的测 定对象的物理量和步骤S105中的第1阈值的值不同这一点之外，能够通过同样的工作来检测异物。

(实施方式2)

图10是表示本公开的实施方式2涉及的无线电力传输系统的概略构成的图。该无线电力传输系统具备受电装置600和具有实施方式1的异物检测装置的无线送电装置500。能够从送电装置500向受电装置600以无线方式传输电力。送电装置500例如可以是无线充电器，受电装置600例如可以是便携信息终端或电动汽车等具有二次电池的设备。在本实施方式中，前述的实施方式1涉及的异物检测装置设置在送电装置500中。因此，送电装置500不仅能够向受电装置600送电，还能够检测在受电装置600的受电线圈610与送电线圈阵列510(详细后述)之间是否有金属等异物2000。该检测结果例如可以从设置于送电装置500或受电装置600的光源570或光源670作为光信息通知给使用者。此外，不限于光源570、670，也可以使用例如显示器、扬声器等表示元件作为光、影像、声音等的信息将异物的检测结果通知给使用者。“表示元件”不限定于提示视觉信息的元件，也广义地包括仅提示听觉信息(声响或声音)的元件。

通过本实施方式的无线电力传输系统所具有的异物检测装置的如此功能，使用者在使受电装置600靠近送电装置500时能够获知受电线圈610与送电线圈阵列510之间有无异物。因此，能够确保安全的传输状态。

如图10所示，本实施方式中的送电装置500具备送电线圈阵列510、送电电路520、电源530、控制电路540、振荡电路100、整流电路200、检测电路300和光源570。通过这些构成要素中的送电线圈阵列510、控制电路540、振荡电路100以及检测电路300构成异物检测装置。

送电线圈阵列510与上述的实施方式1中的线圈阵列120对应。虽然图10中未示出，但送电线圈阵列510包括图1或图7所示那样的短路开关组130以及选择开关组140。送电线圈阵列510所包括的各线圈与未图示的电容器一起构成送电谐振器，以无线方式传输从送电电路520供给的交流电力。送电线圈阵列510所包括的各线圈，除了用基板图案形成的薄型 的平面线圈之外，还可以使用利用了铜线或李兹线等的绕线线圈等。此外，如果不需要，送电谐振器也可以不包含电容器，也可以包含线圈510本身具有的自谐振特性而形成送电谐振器。

振荡电路100以及检测电路300与上述的实施方式1中的振荡电路以及检测电路相同。检测电路300基于从振荡电路100输出的电压的变化来检测接近了送电线圈阵列510的异物2000。并且，将表示检测结果的信息直接或经由未图示的存储器等记录介质而间接地通知给控制电路540。

送电电路520是将从电源530输入的直流能量变换成用于送电的交流能量而输出的电路。送电电路520例如可以是全桥型的逆变器、D级、E级等其他种类的送电电路。

控制电路540是控制送电装置500整体的工作的处理器，例如可以通过CPU和保存了计算机程序的存储器的组合来实现。控制电路540也可以是构成为实现本实施方式的工作的专用硬件。控制电路540如实施方式1中说明的那样，进行各选择开关以及各短路开关的接通、断开的控制。进而，基于振荡电路100的振荡频率的切换、送电电路520的送电控制(即送电状态的调整)和/或检测电路300的检测结果，进行使表示元件570发光的控制。具体而言，在异物检测模式下，停止送电电路520的工作，驱动振荡电路100。在送电模式下，停止振荡电路100的工作，驱动送电电路520。控制电路540根据异物检测装置的测定结果来决定送电开始频率以及送电电压。

检测电路300可以是为了测定从整流电路200输出的电压而使用的ADC(Analog to Digital Converter：模数转换器)等测量器。此外，虽然未图示，但检测电路300的至少一部分功能和控制电路540的至少一部分功能也可以通过半导体封装件(例如微控制器和/或定制IC)来实现。

送电装置500在使用异物检测装置检测异物的“异物检测模式”和使用送电电路520进行送电的“送电模式”这两个模式下进行工作。送电装置500具备对送电模式和异物检测模式进行切换的开关S1、S2。

控制电路540控制开关S1、S2的导通和非导通的状态，以使得：在 异物检测模式下将送电线圈阵列510与振荡电路100电连接，在送电模式下将送电线圈阵列510与振荡电路100电切断。在异物检测模式下，控制电路540使从送电电路520向送电线圈阵列510的电力供给停止。

受电装置600具备接收从送电线圈阵列510传输的电力的至少一部分的受电线圈610、负载630、对所接受的电力进行整流而向负载630供给的受电电路620、传达异物的检测结果的光源670、以及控制受电装置600各部的控制电路640。

受电线圈610与未图示的电容器一起构成受电谐振器，与送电谐振器电磁耦合。受电线圈610和电容器分别既可以是与送电侧的线圈和电容器同样的部件也可以是与送电侧的线圈和电容器不同的部件。此外，如果不需要，受电谐振器也可以不包含电容器，也可以包含线圈610本身具有的自谐振特性而形成受电谐振器。

受电电路620可以包括整流电路和/或变频电路、定电压·定电流控制电路、通信用的调制解调电路等各种电路。受电电路620将所接受的交流能量变换为负载630能够利用的直流能量或低频的交流能量。也可以将测定受电谐振器610的电压·电流等的各种传感器包含在受电电路620中。

负载630例如是二次电池和/或大容量电容器，可以通过从受电电路620输出的电力而充供电。

控制电路640是控制受电装置600整体的工作的处理器，例如可以通过CPU和保存了计算机程序的存储器的组合来实现。控制电路640不限定于本例，也可以是构成为实现本实施方式的工作的专用硬件。控制电路640进行向负载650的充供电控制和/或光源670的控制。

如上所述，在本实施方式中，将异物检测用的线圈与送电用的线圈共用。通过使线圈部件共用化，具有能够使送电装置500小型化的效果。

另外，通过将送电线圈也用作异物检测用的线圈，也具有能够直接检测送电线圈阵列510上的异物的积载状态的效果。根据该效果，基于根据送电线圈阵列510上的异物的积载状态而变化的检测电路300的测定值(例如电压值)，能够调整送电频率以及送电电力(即，送电电压和/或送电电 流)。例如，在判断为在送电线圈上存在异物的情况下，若立即停止送电则不能充电，有可能会使用户的便利性下降。因此，即使成为有无异物的判定基准的评价值为预定的阈值以下，也可以一边施加送电控制使得异物的温度成为预定的阈值以下，一边进行送电。将该模式称为电力限制模式。具体而言，可以使用预先基于实验或解析得到的数据而决定的参数按预定的时间间隔间歇地进行送电或使送电电力以预定的减少率降低后进行送电。或者，可以采用将温度传感器配置在送电线圈阵列510的附近并一边监视温度一边调整送电电力和/或送电频率等的方法。导入电力限制模式的结果是，能够确保用户的安全性并且不损害便利性地进行送电。

图11是表示本实施方式的送电装置500的处理的一例的流程图。当开始异物检测模式时，在步骤S200中，控制电路540对参数i设定值1。该参数i表示线圈、选择开关以及短路开关各自的序号。接着，在步骤S201中，控制电路540判断i是否为N以下。在i为N以下的情况下，进入步骤S202，在i超过了N的情况下，进入步骤S211。在步骤S202中，控制电路540使全部选择开关断开，使全部短路开关接通。接着，在步骤S203中，控制电路540按照图8所示的控制模式，使选择开关#i接通，使短路开关#i断开。在步骤S204中，检测电路300测定线圈#i的电压。在步骤S205中，控制电路540对参数i加一。以后，反复进行步骤S201～S205的工作，直到i超过N为止。当i超过N时，进入步骤S211，检测电路300判断所测定出的电压(例如交流分量的振幅)与预定的基准值之差的绝对值是否小于第1阈值。如果所测定出的电压与基准值之差的绝对值小于第1阈值，则判断为不存在异物，进入步骤S212，开始送电。将此时的送电模式称为“通常模式”。在所测定出的电压与基准值之差的绝对值不小于第1阈值的情况下推定为存在异物，因此进入步骤S213。在步骤S213中，检测电路300判定所测定出的电压与预定的基准值之差的绝对值是否小于第2阈值。在此，如果电压与基准值之差的绝对值小于第2阈值，则检测电路300判定为存在发热不会成为问题的小的异物，并将判定结果通知给控制电路540。控制电路540在接收到判定结果时，设定为上述的电力限 制模式来开始送电(步骤S214)。如果在步骤S213中电压不小于第2阈值，则检测电路300判定为存在大的异物，将判定结果通知给控制电路540。控制电路540接收到判定结果而使光源570(例如LED)闪烁等，向用户通知存在异物(步骤S215)。在此，第2阈值比第1阈值大。

此外，在无线电力传输时，例如数W～数kW的电力从送电线圈阵列510向受电线圈610传输。因此，若在电力传输中从送电模式切换到异物检测模式，则线圈的积累能量会流入异物检测用的电路，有可能超过异物检测用的电路的耐压而将其烧坏。因此，在本实施方式中，通过将在无线电力传输中积累在送电线圈阵列510中的能量释放到地之后再切换到异物检测模式，能够防止异物检测用的电路的烧坏。具体而言，在从送电模式向异物检测模式切换的情况下，首先，使送电电路520所包含的变换器中的与地直接连接的未图示的开关元件(例如MOSFET)的开关接通(ON)。其结果是，能够将积累在送电线圈阵列510中的能量释放到地中。然后，在经过预定的时间后开始异物检测模式即可。

在本实施方式中，构成为送电线圈阵列510也作为异物检测用的线圈发挥功能，但不限定于这样的构成。也可以将送电用的线圈和异物检测用的线圈分开设置。通过将送电用的线圈和异物检测用的线圈分开设置，具有在仅通过送电线圈无法覆盖的区域也能够进行异物检测的效果。

用于异物检测的振荡频率可以如下设定。例如，在将送电频率设为100kHz的情况下，可以将比送电频率高10倍以上的1000kHz以上设为用于异物检测的下限振荡频率。由此，具有能够抑制送电电路520和检测电路300的干涉的效果。另一方面，在将控制电路520的时钟频率设为100MHz的情况下，可以将时钟频率的十分之一左右的10MHz以下设为用于异物检测的上限振荡频率。由此，具有能够以高分辨率来检测异物的效果。因此，在某例中，振荡电路100向线圈阵列输出包含频率为1000kHz以上且10MHz以下的交流分量的电压。

接着，参照图12以及图13来说明用于异物检测的线圈阵列的配置的例子。

图12是表示线圈阵列510的配置的一例的剖面图。图示的异物检测装置具备收纳线圈阵列510的框体580。框体580具有平面状的表面590。该表面590例如可以是送电装置(充电装置)的上表面。在车辆的控制台(console box)的内部设置包括异物检测装置的送电装置的情况下，控制台的上表面可以是表面590。在表面590上可以以放置便携信息终端等受电装置的状态进行充电。图12示出了在表面590上存在异物2000的状况。

在图12所示的例子中，线圈阵列510沿着与框体580的表面590平行的面而配置。换言之，线圈阵列510所包括的各线圈与表面590的距离一定。通过将线圈阵列510配置在与表面590相距相同距离的面上，能够在多个线圈的任一个线圈中使用相同的异物检测指标(例如基准值)。其结果是具有能够运算量少并高速地检测异物的效果。

图13是表示线圈阵列510的配置的另一例的剖面图。在本例中，线圈阵列510具有包括位于与框体580的表面590相距第1距离的位置上的至少一个线圈的第1线圈组510a和包括位于与表面590相距不同于第1距离的第2距离的位置上的至少两个线圈的第2线圈组510b。图13中，作为一例，示出了第1线圈组510a包括两个线圈并且第2线圈组510b包括3个线圈的构成。第1线圈组510a与第2线圈组520a的位置关系也可以与图13所示的位置关系相反。

图14是表示从与表面590垂直的方向观察图13所示的线圈阵列510的配置时的状况的图。如图所示，从与框体580的表面590垂直的方向观察的属于第1线圈组510a的1个线圈，位于从与表面590垂直的方向观察的属于第2线圈组510b的相邻的两个线圈之间。根据该方式，线圈阵列510配置在位于与框体580的表面590相距不同距离的位置的两个面上。由此，能够按各个线圈而产生不同的磁场分布。能够将通过一方的线圈组无法充分覆盖的相邻的两个线圈间之上的区域由另一方的线圈组来覆盖。因此，具有能够高精度地在广阔的检测区域内检测异物的效果。

(实施例1)

接着，说明本公开的实施例1。

图15示出了实施方式1涉及的异物检测装置的第1实施例的电路构成例。

作为解析要素，将选择开关组140的截止电容设为Coff＝350pF，将选择开关组140的导通电阻设为Ron＝10mΩ。线圈阵列120的线圈数N设为N＝3。将线圈#2设为选择线圈，将线圈#1和#3设为非选择线圈。将线圈#2的电感L2设为L2＝14μH，使线圈#1及#3的电感L1及L3分别在0μH≦L1、L3≦14μH的范围内变化，通过模拟对振荡特性进行了解析。

此外，使短路开关#1和#3理想短路的情况等同于将电感L1及L3设定为L1＝L3＝0μH的情况。振荡电路100设为皮尔斯振荡电路，将振荡频率设计成1734kHz。

图16示出了模拟结果。横轴表示电感L1(＝L3)，纵轴表示振荡频率。如图16所示，可知：若使L1从14μH下降到0μH，则振荡频率在L1＝10μH附近急剧变化。这是因为：若电感L1比某值高，则除了产生皮尔斯振荡电路的期望的振荡模式之外，还产生因开关Coff的影响而显出的不需要的振荡模式。若使电感L1下降，则在L1＝10uH附近从不需要的振荡模式向期望的振荡模式切换工作，因此产生图16所示那样的振荡频率的急剧变化。

更详细地分析本实施方式，可知：在进行期望的振荡工作的状态和进行不需要的振荡工作的状态下，在各线圈中流动的电流量也不同。另外，也可知：若将切换期望的振荡工作和不需要的振荡工作的电感的阈值设为Lth并将电流量的阈值设为Ith，则Lth和Ith成为线圈阵列的线圈数N的函数。详细情况在实施例2中进行说明。

(实施例2)

对与线圈阵列的线圈数N对应的电感的阈值Lth和电流的阈值Ith进行了计算。计算条件除了线圈数N以外设为与实施例1同样。在以下的说明中，将选择线圈的电感和电流值分别标记为Ls、Is，将选择线圈以外的线圈的电感和电流值分别标记为Lu、Iu。

图17是表示与线圈阵列的线圈数N对应的电感的阈值Lth的计算结 果的坐标图。图中的标记示出了计算结果。纵轴表示将电感的阈值Lth除以Ls而标准化后的值。横轴表示线圈数N的倒数。根据图17的计算结果，可以确认阈值Lth随着线圈数N的增加(即，1/N的减小)而降低的关系。为了将该关系公式化，若将Lth与Ls之比设为y＝Lth/Ls，则得到下述这样的关系(图17实线部)。

y＝-14.914×(1/N)³+11.406×(1/N)²+0.0255×(1/N) (式1)

对式1进行变形，从不需要的振荡工作向期望的振荡工作切换的电感Lth可以表示为如下：

Lth＝Ls×(-14.914×(1/N)³+11.406×(1/N)²+0.0255×(1/N)) (式2)

因为在N≧2的范围内y<1，所以Lth的值一直小于Ls。根据以上的结果，通过设置使选择线圈以外的线圈的电感Lu降低到0≦Lu<Lth的范围(图中的虚线内的范围)的短路开关，能够防止不需要的振荡，能够提高选择线圈的检测水平。

图18是表示与线圈阵列的线圈数N对应的电流的阈值Ith的计算结果的坐标图。图中的标记示出了计算结果。纵轴表示将电流的阈值Ith除以选择线圈的电流Is而标准化后的值。横轴表示线圈数N的倒数。根据图18的计算结果，可以确认阈值Ith随着线圈数N的增加(即，1/N的减小)而降低的关系。为了将该关系公式化，若将Ith与Is之比设为y＝Ith/Is，则得到下述这样的关系(图15实线部)。

y＝-2.2954×(1/N)²+3.1258×(1/N) (式3)

对式3进行变形，从不需要的振荡工作向期望的振荡工作切换的电流Ith可以表示为如下：

Ith＝Is×(-2.2954×(1/N)²+3.1258×(1/N)) (式4)

因为在N≧2的范围内y<1，所以Ith的值一直小于Is。根据以上的结果，通过设置使选择线圈以外的线圈的电流Iu降低到0≦Iu<Ith的范围(图中的虚线内的范围)的短路开关，能够防止不需要的振荡，能够提高选择线圈的检测水平。

(实施例3)

试制了实施方式1的电路。对有短路开关的情况(实施例)和没有短路开关的情况(比较例)分别测定积载异物前后的电压的变化量ΔV，对异物的检测性能进行了比较。在此，电压的变化量是指在选择线圈积载异物之前的振荡电压V0与积载了异物之后的振荡电压V1之差。即，将下式设为异物检测的指标。

ΔV＝V1-V0 (式5)

图19表示本实施例涉及的异物检测装置和比较例涉及的异物检测装置的电压的变化量的比较结果。比较例的电压的变化量为24，本实施例的电压的变化量达到了790。即，本实施例的异物检测装置可以说相比于比较例能够以790/24≒33倍的精度来检测异物。根据以上的结果，确认了对线圈阵列不仅设置选择开关还新设置短路开关来适当地控制开关的有效性。根据本公开的实施方式的构成，能够向选择线圈分配适当的电流，能够实现高精度的异物检测。

本公开的异物检测装置、无线送电装置以及无线电力传输系统不限定于上述的实施方式，例如具备以下的项目所记载的构成。

[项目1]一种异物检测装置，具备：

包括多个线圈的线圈阵列；

包括多个短路开关的各个短路开关的短路开关组，所述多个短路开关的各个短路开关与所述多个线圈的各个线圈并联连接，并将所述各个线圈的两端的电连接在导通和非导通之间进行切换；

包括多个选择开关的各个选择开关的选择开关组，所述多个选择开关的各个选择开关将所述多个线圈的各个线圈与振荡电路之间的电连接在导通和非导通之间进行切换；

检测电路，其检测根据所述多个线圈各自的阻抗的变化而变化的物理量从预定的基准值起的变化量；以及

控制电路，其控制所述短路开关组和所述选择开关组所包括的各开关的导通状态和非导通状态，

所述控制电路，

通过使所述选择开关组所包括的第1选择开关为导通状态来使所述多个线圈所包括的第1线圈与所述振荡电路之间为导通状态，使所述短路开关组中的与所述第1线圈并联连接的第1短路开关为非导通状态，

通过使所述选择开关组所包括的第2选择开关为非导通状态来使所述多个线圈所包括的第2线圈与所述振荡电路之间为非导通状态，使所述短路开关组中的与所述第2线圈并联连接的第2短路开关为导通状态，

所述检测电路检测根据与所述振荡电路处于导通状态的所述第1线圈的阻抗的变化而变化的所述物理量从所述基准值起的变化量，基于所述变化量来判断在所述第1线圈的附近是否存在异物。

根据上述技术方案，

所述控制电路，

通过使所述选择开关组所包括的第1选择开关为导通状态来使所述多个线圈所包括的第1线圈与所述振荡电路之间为导通状态，使所述短路开关组中的与所述第1线圈并联连接的第1短路开关为非导通状态。

并且，通过使所述选择开关组所包括的第2选择开关为非导通状态来使所述多个线圈所包括的第2线圈与所述振荡电路之间为非导通状态，使所述短路开关组中的与所述第2线圈并联连接的第2短路开关为导通状态。

如上所述，由第2短路开关使除所选择的第1线圈以外的其他线圈(第2线圈)的两端导通，因此能够使第2线圈的输入输出端子间的电感有效降低，能够抑制因第2线圈引起的不需要的谐振现象的产生。

由此，能够高灵敏度地检测接近了线圈阵列的异物。另外，能够以简易的电路结构来实现上述不需要的谐振的抑制。

[项目2]根据项目1所述的异物检测装置，

所述控制电路，

在第1异物检测期间，使所述第1选择开关为导通状态，使所述第1短路开关为非导通状态，使所述第2选择开关为非导通状态，使所述第2短路开关为导通状态，

在所述第1异物检测期间之后的第2异物检测期间，使所述第1选择 开关为非导通状态，使所述第1短路开关为导通状态，使所述第2选择开关为导通状态，使所述第2短路开关为非导通状态，

所述检测电路，

在所述第1异物检测期间，检测根据与所述振荡电路处于导通状态的所述第1线圈的阻抗的变化而变化的所述物理量从所述基准值起的变化量，基于所述变化量来判断在所述第1线圈的附近是否存在异物，在所述第2异物检测期间，检测根据与所述振荡电路处于导通状态的所述第2线圈的阻抗的变化而变化的所述物理量从所述基准值起的变化量，基于所述变化量来判断在所述第2线圈的附近是否存在异物。

根据上述技术方案，通过依次选择第1选择开关和第2选择开关而使其导通，能够依次检测位于第1线圈附近的异物和位于第2线圈附近的异物。由此，能够扩大异物的检测区域。

[项目3]根据项目2所述的异物检测装置，

所述多个线圈包括第3线圈，

所述选择开关组包括在所述第3线圈与所述振荡电路之间连接的第3选择开关，

所述短路开关组包括与所述第3线圈并联连接的第3短路开关，

所述控制电路，

在所述第1异物检测期间，使所述第1选择开关为导通状态，使所述第1短路开关为非导通状态，使所述第2选择开关以及所述第3选择开关为非导通状态，使所述第2短路开关以及所述第3短路开关为导通状态，

在所述第1异物检测期间之后的所述第2异物检测期间，使所述第2选择开关为导通状态，使所述第2短路开关为非导通状态，使所述第1选择开关以及所述第3选择开关为非导通状态，使所述第1短路开关以及所述第3短路开关为导通状态，

在所述第2异物检测期间之后的第3异物检测期间，使所述第3选择开关为导通状态，使所述第3短路开关为非导通状态，使所述第1选择开关以及所述第2选择开关为非导通状态，使所述第1短路开关以及所述第 2短路开关为导通状态，

所述检测电路还在所述第3异物检测期间，检测根据与所述振荡电路处于导通状态的所述第3线圈的阻抗的变化而变化的所述物理量从所述基准值起的变化量，基于所述变化量来判断在所述第3线圈的附近是否存在异物。

根据上述技术方案，能够对3个以上的线圈依次进行是否存在异物的判断，因此能够进一步扩大异物的检测区域。

[项目4]根据项目1～3中任一项所述的异物检测装置，

所述控制电路在一个异物检测期间，使所述选择开关组所包括的一个选择开关为导通状态，使其他的全部选择开关为非导通状态，仅使所述短路开关组所包括的与所述一个选择开关连接的一个短路开关为非导通状态，使其他的全部短路开关为导通状态。

根据上述技术方案，在一个异物检测期间，能够高灵敏度地检测接近了与处于导通状态的选择开关串联连接的一个线圈的附近的异物。

[项目5]根据项目1～4中任一项所述的异物检测装置，

所述控制电路进行控制，以使得：相比于在与处于导通状态的所述多个选择开关之一连接的所述多个线圈之一中流动的电流量，在与处于非导通状态的所述多个选择开关的另外之一连接的所述多个线圈的另外之一中流动的电流量少。

根据上述技术方案，进行控制，以使得：与在所选择出的一个线圈中流动的电流量相比，在未被选择的其他线圈中流动的电流量少。由此，能够高灵敏度地检测接近了线圈阵列的异物。

[项目6]根据项目1～5中任一项所述的异物检测装置，

所述检测电路检测根据与处于导通状态的所述多个选择开关之一连接的所述多个线圈之一的阻抗的变化而变化的所述物理量从所述基准值起的变化量，当所述变化量超过预定的值时，判断为在所述线圈的附近存在异物。

根据上述技术方案，能够高灵敏度地检测位于与处于导通状态的所述 多个选择开关之一连接的所述多个线圈之一的附近的异物。

[项目7]根据项目1～6中任一项所述的异物检测装置，

所述控制电路在使所述选择开关组所包括的一个以上的选择开关为导通状态之前，使所述选择开关组以及所述短路开关组的电连接全部为非导通。

根据上述技术方案，在使用所述选择开关组从所述线圈阵列中选择一个以上的线圈之前，使全部开关的电连接为非导通。

由此，在进行异物检测时，不需进行一次复位(使电连接全部为非导通)，因此能够快速地进行异物检测。

[项目8]根据项目1～7中任一项所述的异物检测装置，

还具有框体，所述框体具有平面状的表面并收纳所述线圈阵列，

所述线圈阵列配置在与所述框体的所述表面平行的面上。

根据上述技术方案，通过将所述线圈阵列配置在与框体的表面相距一定距离的面上，能够对全部线圈使用相同的异物检测指标。由此，能够运算量少并高速地检测异物。

[项目9]根据项目1～7中任一项所述的异物检测装置，

还具有框体，所述框体具有平面状的表面并收纳所述线圈阵列，

所述线圈阵列具有第1线圈组和第2线圈组，所述第1线圈组包括位于与所述框体的所述表面相距第1距离的位置上的至少一个线圈，所述第2线圈组包括位于与所述表面相距不同于所述第1距离的第2距离的位置上的至少两个线圈，

从与所述框体的所述表面垂直的方向观察的属于所述第1线圈组的所述一个线圈，位于从与所述表面垂直的方向观察的属于所述第2线圈组的相邻的两个线圈之间。

根据上述技术方案，能够通过属于第1线圈组的一个线圈对属于第2线圈组的相邻的两个线圈之间的异物检测精度低的区域进行补充，因此能够遍及广阔的范围而更高精度地检测异物。

[项目10]根据项目1～9中任一项所述的异物检测装置，

所述振荡电路向所述多个线圈输出包含直流分量和具有正周期及负周期的交流分量的电压。

根据上述技术方案，能够基于对各线圈施加的电压的交流分量和直流分量的至少一方的变化来判断有无异物，因此能够高灵敏度地检测异物。

[项目11]根据项目1～10中任一项所述的异物检测装置，

所述振荡电路向所述多个线圈输出包含频率为1000kHz以上且10MHz以下的交流分量的电压。

根据上述技术方案，能够通过进行高频化来提高检测的分辨率，提高异物的检测精度。

[项目12]根据项目1～11中任一项所述的异物检测装置，

所述检测电路检测对所述多个线圈之一施加的电压的交流分量从预定的基准值起的变化量，基于所述变化量来判断在所述线圈的附近是否存在异物。

根据上述技术方案，能够基于对线圈施加的电压的交流分量的变化来高精度地检测异物。

[项目13]一种无线送电装置，具备：

项目1～12中任一项所述的异物检测装置；

送电线圈；以及

向所述送电线圈输送高频电力的送电电路。

[项目14]一种无线电力传输系统，具备：

项目13所述的无线送电装置；和

接受从所述送电线圈传输的电力的无线受电装置。

产业上的可利用性

本公开的异物检测装置以及无线电力传输系统例如能够广泛适用于进行向电动汽车、AV设备、电池、医疗设备等充电或供电的用途。根据本公开的实施方式，能够高灵敏度地检测接近了线圈的金属等异物，能够避免异物异常发热的风险。