专利名称：检出装置、电力接收装置和电力发送装置的制作方法
技术领域：
本公开涉及检出装置、电力接收装置、电力发送装置、非接触电力输送系统以及检出诸如金属的导体的存在的检出方法。
背景技术：
近来，以非接触方法提供(无线输送)电力的非接触电力输送系统已被积极地开发。在实现无线电力提供的方法中大致有两种类型的技术。一种技术是广为人知的电磁感应方案。在电磁感应方案中，电力发送侧与电力接收侧的之间耦合度非常高并可以高效地提供电力。然而，因为需要在电力发送侧与电力接收侧之间保持高耦合系数，所以如果电力发送侧远离电力接收侧或存在位置间隙，则电力发送侧与电力接收侧的线圈之间的电力输送效率(在下文中被称为“线圈间效率”)可能被极大地降低。另一种技术被称为磁场谐振方案，其具有这样的特性因为积极地采用谐振现象，所以被电力提供源与电力提供目标共享的磁通量可能更低。在磁场谐振方案中，如果Q值(质量因数)即使在耦合系数小的情况下仍很大，那么线圈间效率并不降低。Q值是表示在具有电力发送侧线圈或电力接收侧的线圈的电路中能量保持和损失之间关系的一个指标(表示谐振电路的谐振强度)。即，其优点是无需电力发送侧与电力接收侧的线圈轴向对准，并且电力发送侧与电力接收侧的位置或距离的自由度较高。在非接触电力输送系统中，一个重要因素是对金属异物发热的对策。这并不局限于电磁感应方案或磁场谐振方案。问题在于如果当进行非接触电力提供时在电力发送侧与电力接收侧之间存在金属，那么由于该金属中产生了涡流，就会产生热量。为了抑制该发热，已提出了许多检测金属异物的技术。例如，已提出了这样一种技术，该技术通过当金属异物被放置在电力发送侧和电力接收侧之间时找出参数(电流、电压等)的变化以确定金属异物是否存在。在该技术中，无需强加设计约束且可以减少成本。例如，已经在日本专利申请公开第2008-206231号中提出了根据电力发送侧与电力接收侧之间通信期间的调制程度来检测金属异物的方法，并且在日本专利申请公开第2001-275380号中提出了根据涡流损耗(基于直流(DC) -DC效率的异物检测)检测金属异物的方法。
发明内容
然而，在日本专利申请公开第2001-275380号和第2008-206231号中所提出的技术中，并未加入电力接收侧金属壳体的影响。当考虑到给普通的便携设备充电，某种金属(金属壳体、金属部件等)更易于应用于该便携设备中，而难于分辨参数变化是“由于金属壳体等的影响引起的变化”还是“由于金属异物的介入引起的变化”。在日本专利申请公开第2001-275380号的示例中，难于确定是在便携设备的金属壳体中产生了涡流损耗，还是由于电力发送侧与电力损耗方之间的金属异物的介入而产生了涡流损耗。根据上述的日本专利申请公开第2001-275380号和第2008-206231号，难以准确地检测金属异物。期望能提高电力接收侧和电力发送侧之间金属异物的检测精度。根据本公开的一个实施方式，一种检出装置的温度检测单元检测用于电力发送或电力接收的线圈的温度，检出单元测量包括线圈的电路的Q值，并且温度检测单元基于其所检测到的温度信息校正要用于检测金属异物的Q值。根据本公开的另一实施方式，包括线圈的电路的Q值通过电阻值的变化所校正，该电阻值的变化源于与外部电磁耦合的线圈温度的升高。即，线圈的温度(线圈温度)可反映在包括线圈的电路的Q值中。根据上述本公开的实施方式，可以在包括线圈的电路的Q值中反映与外部电磁耦合的线圈的温度(线圈温度)，并提高电力接收侧和电力发送侧之间的金属异物的检测精度。
图1是示出了在非接触电力输送系统中进行的Q值测量的示意性电路图；图2A和图2B是示出了谐振电路(并联谐振电路)其他示例的电路图；图3是示出了非接触电力输送系统中线圈表面温度的测量结果的曲线图；图4是示出了根据本公开实施方式的包括线圈温度检测功能的电力接收装置(次级侧)的内部构造示例的示意性框图；图5是示出了温度检测电路的示例的电路图；图6示出了热敏电阻的温度特性示例；图7是示出了热敏电阻实现方式的示意平面图；图8是示出了根据本公开实施方式的用于非接触电力输送系统的电力发送装置(初级侧)的内部构造示例的示意框图；图9是示出了图4所示的电力接收装置(次级侧)的内部构造示例的主要部分的框图；图10是根据本公开实施方式的基于校正后Q值的金属异物检测的流程图；图11是示出了 Q值与线圈间效率之间的关系的示例的曲线图；图12是示出了耦合系数为0. 01的Q值与线圈间效率之间的关系的示例以及近似的线性表达的曲线图；图13是根据本公开实施方式的加入线圈温度异常检测功能的非接触电力输送系统的流程图；图14是示出了串联谐振电路的阻抗的频率特性的曲线图；图15是示出了并联谐振电路的阻抗的频率特性的曲线图；以及图16是用于通过阻抗的实部和虚部间的比率计算Q值的电路图。
具体实施例方式下文中，将参考附图详细描述本公开的优选实施方式。应注意，在本说明书和附图中，大体相同的功能和结构的结构要素被标以相同的参考数字，并且省略这些结构元件的重复说明。
描述将按以下顺序给出。1.实施方式(温度检测单元基于线圈温度校正Q值(和阈值)的示例)2 其他(检出单元修改例)〈1.实施方式〉[介绍性描述]本公开中的金属异物检测技术是利用上述的Q值的变化检测金属异物的技术。Q值是表示能量保持和损耗之间的关系的指数。通常，Q值被用作标识谐振电路谐振波峰锐利度。金属异物是电力发送侧(初级侧)和电力接收侧(次级侧)之间诸如金属的导体。术语导体也可包括广义上的导体，即，半导体。[Q值测量原理]这里，将参照图1被描述Q值测量原理。图1是示出了非接触电力输送系统中进行的Q值测量的示意性电路图。图1所示的电力发送装置10的电路是示出了 Q值测量(在磁场耦合情况下)的原理的最基本电路构造的示例。尽管图1示出了包括串联谐振电路的电路，但只要提供谐振电路的功能，具体构造可以通过各种形式来实现。本谐振电路的Q值测量技术也可以用在测量设备上(电感、电容和电阻(LCR)测量器)。例如，如果有一金属片作为金属异物在电力发送装置10的初级线圈15附近，一条磁力线经过该金属片并在该金属片上产生涡流。当从初级线圈15侧观察，涡流改变初级侧的Q值，如同真实的电阻负载通过金属片与初级线圈15之间的电磁耦合连接至初级线圈15。测量该Q值，从而检测在初级线圈15附近的金属异物(电磁耦合状态)。
电力发送装置10包括信号源11 (包括产生AC信号(正弦波)的交流(AC)电源12和电阻元件13)、电容器(又被称为电容)14和初级线圈15 (以电力发送线圈为线圈的示例)。该电阻元件13被示出为AC电源12的内阻(输出阻抗)。电容器14和初级线圈15连接至信号源11以形成串联谐振电路(谐振电路的示例)。调节电容器14的电容值(C值)和初级线圈15的电感值(L值)从而在期望测量到的频率处产生谐振。包括信号源11和电容器14的电力发送单元使用负载调制方案等通过初级线圈15向外部进行非接触电力发送。如果构成串联谐振电路的初级线圈15和电容器14两端之间的电压被设为Vl (施加至谐振电路的电压的示例)而跨初级线圈15的电压被设为V2，则该串联谐振电路的Q值由表达式(I)表达如下Q=…..,U
V I fSrs :频率f的有效电阻值电压Vl乘以Q得到电压V2。如果金属片在初级线圈15附近，则有效电阻值匕增加而Q值减小。由于如果金属片如上所述在初级线圈15附近，则(在电磁耦合状态下)要测量的Q值在很多情况下以减小方向变化，所以可以通过检出上述的变化来检出初级线圈15附近的金属片。尽管对串联谐振电路的连接和应用的示例已经参考Q值的测量而进行了描述，但其他谐振电路亦可用作谐振电路。电路示例在图2A和图2B中示出。在图2A的示例中，谐振电路通过将电容器14A串联到电容器14B和初级线圈15的并联谐振电路而构成。另外，在图2B的示例中，谐振电路通过将电容器14B并联到电容器14A与初级线圈15的串联谐振电路而构成。用从如图2A和图2B所示的谐振电路中得到的初级线圈15与电容器14A间的电压Vl和跨初级线圈15的电压V2来计算Q值。以上所述的串联谐振电路和其他谐振电路的示例被示出为描述本公开中检出电磁耦合状态方法的原理，且该谐振电路的构造并不仅限于这些示例。尽管电力发送装置(初级侧)的谐振电路的示例已被描述，但该测量原理也同样适用于电力接收装置(次级侧)的谐振电路。[本公开的综述]无论对于电磁感应方案或是电磁场谐振方案，通过用上述Q值的变化检测金属异物，都可以高精度地去除异物。然而，检测精度可能会根据与外部电磁耦合的线圈的温度变化而降低。通常，线圈的发热量基于根据焦耳定律的以下表达式来确定。W = I2Rt ......(2)S卩，线圈的发热量由流过线圈的电阻分量的电流量确定。由于非接触电流输送系统被用于在两个设备之间提供电力并充电，与以通信为目的的无线通信系统相比，供电期间有更大的电流流动。相比于其他系统，在非接触电力输送系统中，线圈发热量趋于增大。图3示出了在非接触电力输送系统中线圈表面温度(线圈温度)的测量结果。测量期间线圈的周边温度是25°C且流过线圈的电流是500mA。如图3所示，即使在周边温度恒定的环境下电流也流过线圈，并且线圈的温度随所用时间的流逝而大幅变化。问题在于在金属的性质中，如果线圈温度变化，那么线圈的电阻值也变化。主要金属的温度系数在表I中示出。特定温度的数字值代表电阻P (10_8Qm)。表I
权利要求
1.一种检出装置，包括 电路，至少包括与外部电磁耦合的线圈； 温度检测单元，用于检测所述线圈温度； 检出单元，用于测量所述电路的Q值；以及 校正单元，用于基于由所述温度检测单元所检测的温度信息来校正由所述检出单元所测量的Q值。
2.根据权利要求1所述的检出装置，还包括 判定单元，用于比较校正后的Q值与阈值，并且当所述校正后的Q值超过所述阈值时判定在所述线圈与所述外部之间存在金属异物。
3.根据权利要求2所述的检出装置， 其中，所述校正单元基于所述温度信息校正所述阈值，以及 其中，当所述校正后的Q值超过校正后的阈值时，所述判定单元判定在所述线圈与所述外部之间存在金属异物。
4.根据权利要求1所述的检出装置，其中，所述校正后的Q值如下得出 校正后的Q值=(稳态温度下的Q值)X U-(测量温度-稳态温度)X (金属温度系数)}。
5.根据权利要求3所述的检出装置，其中，所述校正后的阈值如下得出 校正后的阈值=(稳态温度下的阈值)X {1-(测量温度-稳态温度)X (金属温度系数)}。
6.根据权利要求1所述的检出装置，其中，校正后的线圈间效率利用校正后的Q值如下得出 校正后的线圈间效率=(校正后的初级侧Q值X校正后的次级侧Q值Xk2)/{1+ V (1+校正后的初级侧Q值X校正后的次级侧Q值Xk2)}2，其中k表示耦合系数。
7.根据权利要求6所述的检出装置，其中，当所述耦合系数小时，校正后的所述线圈间效率如下进行近似 校正后的线圈间效率=稳态温度下线圈间效率值-{O. 2X V (初级侧测量温度X次级侧测量温度)_稳态温度}。
8.根据权利要求2所述的检出装置，包括 存储器，用于存储所述阈值， 其中，所述判定单元读取存储于所述存储器的所述阈值，并且比较所读取的阈值与所述校正后的Q值。
9.根据权利要求1所述的检出装置，还包括 控制单元，用于当由所述温度检测单元检测到的所述线圈的温度超过了预定值时停止所述线圈与所述外部之间的电磁耦合。
10.根据权利要求1所述的检出装置， 其中，所述温度检测单元使用热敏电阻构成，以及 其中，所述检出单元从所述温度检测单元获得对应于所述线圈的温度的电压值，并利用所述电压值检测所述线圈的温度。
11.一种电力接收装置，包括线圈，用于从外部接收电力； 电路，至少包括所述线圈； 温度检测单元，用于检测所述线圈的温度； 检出单元，用于测量所述电路的Q值；以及 校正单元，用于基于由所述温度检测单元所检测的温度信息来校正由所述检出单元所测量的Q值。
12.一种电力发送装置，包括 线圈，用于向外部输送电力； 电路，至少包括所述线圈； 温度检测单元，用于检测所述线圈的温度； 检出单元，用于测量所述电路的Q值；以及 校正单元，用于基于由所述温度检测单元所检测的温度信息来校正由所述检出单元所测量的Q值。
13.一种非接触电力输送系统，包括 电力发送装置，用于无线输送电力；以及 电力接收装置，用于从所述电力发送装置接收电力， 其中，所述电力发送装置和所述电力接收装置中的至少一个包括 线圈，与外部电磁耦合， 电路，至少包括所述线圈， 温度检测单元，用于检测所述线圈的温度， 检出单元，用于测量所述电路的Q值，以及 校正单元，用于基于由所述温度检测单元所检测的温度信息来校正由所述检出单元所测量的Q值。
14.一种检出方法,包括 利用温度检测单元检测用于电力输送或电力接收的线圈的温度； 利用检出单元测量包括所述线圈的电路的Q值；以及 基于由所述温度检测单元所检测的温度信息来校正由所述检出单元所测量的Q值。
15.根据权利要求14所述的检出方法，还包括 比较校正后的Q值与阈值，并且当所述校正后的Q值超过所述阈值时判定在所述线圈与外部之间存在金属异物。
全文摘要
本发明提供了检出装置、电力接收装置、电力发送装置、非接触电力输送系统和检出方法，其中，该检出装置包括电路，至少包括与外部电磁耦合的线圈；温度检测单元，用于检测线圈的温度；检出单元，用于测量电路的Q值；校正单元，用于基于由温度检测单元所检测的温度信息来校正由检出单元所测量的Q值。
文档编号G01V3/10GK102998711SQ20121032070
公开日2013年3月27日 申请日期2012年8月31日 优先权日2011年9月9日
发明者中野裕章, 村上知伦, 小堺修, 藤卷健一 申请人:索尼公司