检测装置、受电装置、送电装置及非接触供电系统的制造方法

本公开涉及一种与另一磁耦合元件、异物等磁耦合的磁耦合元件、使用该磁耦合元件的装置（磁耦合装置）和系统（磁耦合系统）。具体地，本公开涉及一种检测由非接触供电装置与构成非接触供电系统的电子装置之间的磁通量加热的异物（诸如金属、磁性材料和磁体）的混合物的检测装置、一种受电装置、送电装置和非接触供电系统。

背景技术：
近年来，例如，以非接触方式对诸如手机和便携式音乐播放器的消费性电子（CE）装置（供消费者使用的电子装置）进行供电（送电）的供电系统（被称为非接触供电系统或非接触送电系统）已引发大量关注。相应地，可通过简单将电子装置（次级装置）放置于充电托盘（初级侧装置）上而代替将诸如AC适配器的供电装置的连接器插接（连接）至CE装置来开始充电。因此，电子装置与充电托盘之间不需要终端连接。以此方式，作为一种以非接触方式提供电力的方法，电磁感应法已众所周知。另外，近年来，采用被称为利用谐振现象的磁场共振法的方法的非接触供电系统也已引起关注。利用磁场共振法的非接触供电系统具有的优点在于，与电磁感应法相比可在进一步远离彼此而定位的装置之间传送电力。另外，即使供电源（送电线圈）与供电目标（受电线圈）之间的对齐不太良好，也仍具有传送效率（供电效率）不会降低太多的优点。然而，不变的是，磁场共振法和电磁感应法中的任何一种均采用利用供电源（送电线圈；磁耦合元件）与供电目标（受电线圈；磁耦合系统）之间的磁耦合的非接触供电系统（磁耦合系统）。顺便地，非接触供电系统中的重要因素之一是防止因磁通量而发热的诸如金属、磁性材料和磁体等的异物的发热的对策。当在不限于磁感应法或磁场共振法的情况下以非接触方式供电时，若在送电线圈与受电线圈之间的间隙中混入异物，则有该异物可能会因经过异物的磁通量而发热的可能性。另外，异物发热是由金属异物中通过磁通量产生的电流（涡电流、环电流、圆电流）以及磁性材料异物或磁体异物中因通过异物、磁性材料异物或磁体异物的磁通量而出现的磁损耗（磁滞损耗）造成的。作为防止发热的对策，已提出了多种方法，这些方法通过向非接触供电系统增设异物检测系统来检测异物。例如，已知一种使用光学传感器或温度传感器的方法。然而，使用传感器的方法在供电范围较广的情况下与磁场共振方法一样会导致成本增加。另外，例如，根据温度传感器，由于温度传感器上的输出结果取决于传感器周围的热导率，所以送电侧和受电侧的装置也受到设计约束。因此，通过在金属异物进入送电侧与受电侧之间时关注参数（电流、电压等）的变化，已提出了一种确定是否存在异物的方法。根据该方法，由于没有理由施加任何设计约束等，所以可以降低成本。例如，日本待审查专利申请公开第2008-206231号公开了一种在送电层与受电侧之间进行通信期间利用调制度（振幅变化和相位变化）来检测金属异物的方法，且日本待审查专利申请公开第2001-275280号公开了一种利用涡电流损耗检测金属异物（利用DC-DC效率检测异物）的方法。然而，在日本待审查专利申请公开第2008-206231号和第2001-275280号中提出的方法未考虑到因受电侧的金属外壳造成的影响。当考虑到向通用便携式装置充电时，有可在便携式装置中使用任何类型的金属（金属外壳、金属组件等）的很大的可能性。因此，难以识别是由“因金属外壳产生的影响”还是由“混入金属异物”造成的参数变化。若作为一个实例例举日本待审查专利申请公开第2001-275280号，则不可能识别涡电流损耗是发生在金属外壳中还是因送电侧与受电侧之间混入的金属异物而发生。以此方式，应理解，在日本待审查专利申请公开第2008-206231号和第2001-275280号中提出的技术不能准确检测金属异物。

技术实现要素：
期望通过检测在检测线圈（即，无需设置新传感器的磁耦合元件）附近存在的异物来提高检测精度。根据本公开的一种实施方式，提供了一种检测装置，包括：一个或多个磁耦合元件，被配置为具有一个或多个线圈；以及检测单元，测量或计算所述磁耦合元件的有效电阻值或至少包括所述磁耦合元件的电路的有效电阻值并基于所述有效电阻值的变化来确定是否存在异物。在磁耦合元件与金属异物磁耦合的情况下，磁耦合元件（谐振电路）的Q值由于两个原因而降低：磁耦合元件的有效电阻值增加；以及磁耦合元件的电感值降低。因此，在磁耦合元件的电感值由于某种因素而显著变化的情况下，关注磁耦合元件（谐振电路）的有效电阻值能使金属异物的检测精度比关注磁耦合元件（谐振电路）的Q值更高。根据本公开的至少一种实施方式，在无需设置新传感器的情况下可检测磁耦合元件附近存在的异物并可提高检测精度。附图说明图1是示出用作本公开中的金属异物检测的一个实例的Q值测量的示意性电路图；图2是根据本公开的一种实施方式的非接触供电系统的示意性概览图；图3是示出根据本公开的实施方式的非接触供电系统的配置实例的框图；图4A至图4C是示出谐振电路的配置实例的电路图；图5A和图5B是示出与检测线圈的电学特性（Q值、R值）因金属异物的存在与否而发生变化相关的测量结果的一个实例的曲线图；图6是示出检测线圈与金属异物之间的距离调整的示图；图7A和图7B是示出与受电线圈的Q值因金属异物的存在与否而发生变化相关的测量结果的一个实例的曲线图；图8是示出金属异物相对于受电线圈的布置位置的调整的示图；图9A和图9B是示出与受电线圈的R值因金属异物的存在与否而发生变化相关的测量结果的一个实例的曲线图；图10是示出根据本公开的另一实施方式的非接触供电系统的变形例的框图；以及图11是示出当在非接触供电系统中供电时的处理的一个实例的流程图。具体实施方式下文中，将对体现本公开的实例（下文中称为实施方式）进行描述。将按以下顺序进行描述。另外，在说明书和附图中，具有大致相同功能和配置的组件元件将用相同附图标记来表示且将不对其进行重复描述。1．介绍描述2．Q值测量原理3．R值测量原理4．对非接触供电系统的描述5．测量数据（1）6．测量数据（2）7．变形例8．其他1．介绍描述在本公开中，提出了一种磁耦合系统，其中，当通过从送电侧（第一侧）供电来给受电侧（第二侧）的电池进行充电时，异物金属检测基于送电侧或受电侧的磁耦合元件的有效电阻值（高频电阻值，Rs值、R值）或至少包括磁耦合元件的电路的有效电阻值来执行。根据本公开实施方式的磁耦合系统在送电侧或受电侧测量或计算向外磁耦合的一个或多个磁耦合元件的有效电阻值或至少包括一个或多个磁耦合元件的电路的有效电阻值。随后，基于关于有效电阻值的测量结果或计算结果来确定磁耦合元件附近是否存在异物。然而，在使用与诸如LCR测量仪或阻抗分析仪的测量装置相同的测量原理的情况下，以在谐振电路的谐振频率附近的频率难以准确测量谐振电路的有效电阻值、Q值（品质因子）等。这些测量装置能实现将预定高频电力施加至磁耦合元件，测量在此期间生成的电压和电流的振幅和相位，以及计算磁耦合元件的有效电阻值或Q值。然而，电压和电流的振幅和相位会因高频电力的频率变化而迅速改变。相应地，不可能获得足够的测量精度。因此，将对一个实例进行描述，其中，谐振电路的Q值利用谐振电路的电压比（振幅比）、半值宽度法等进行测量，且随后有效电阻值利用测量结果进行计算（估算）。Q值是表示能量存留与损失之间的关系的指数且通常用作表示谐振电路的谐振峰尖锐度（谐振强度）的值。另外，在根据本公开的每种实施方式的描述中，作为一个实例，将对金属异物的检测进行描述，但其他异物（磁性材料异物、磁体异物等）的检测也是如此。2．Q值测量原理下文中，将参照附图对Q值原理进行描述。图1是示出根据本公开的当检测金属异物时所使用的Q值测量的示意性电路图。图1中所示的电路是指示Q值测量原理的基本电路配置的实例（磁耦合的情况）且例如，设置有包括生成AC信号（正弦波）的AC电源2和电阻元件3的信号源1、电容器（被称为电容装置）4和线圈5。电阻元件3示出了AC电源2的内部电阻（输出阻抗）。电容器4和线圈5被连接以相对于信号源1形成串联谐振电路（谐振电路的实例）。随后，谐振电路利用电容器4的电容值（C值以及C）和线圈5的电感值（L值以及L）以预定谐振频率（fr）进行谐振。这里，若将构成串联谐振电路的线圈5和电容器4的两端之间的电压（振幅）假定为V1（施加给谐振电路的电压的实例）并将线圈5的两端之间的电压（振幅）假定为V2，则串联谐振电路的Q值在AC电源2的AC信号的频率下用公式（1）表示。另外，当电压V2≥电压V1时，公式可近似表示如下。例如，在图1所示的电路中，将电压V1乘以Q倍以得到电压V2。另外，在AC电源2的AC信号频率改变的情况下，电压V2与电压V1的电压比（V2/V1）成为最大值的频率变为LC谐振电路的谐振频率（fr），该LC谐振电路被配置为具有线圈5和谐振电容器4。以此方式，关注电压V2与电压V1的电压比（V2/V1），也可以高精度测量谐振电路的谐振频率（fr）和谐振电路在谐振频率下的Q值（Q）。此外，即使采用从谐振电路的谐振峰的尖锐度（谐振强度）的半值宽度获得谐振电路的Q值的半值宽度法，也可以高精度测量谐振电路的谐振频率（fr）和谐振电路在谐振频率下的Q值（Q）。在该情况下，与谐振电路的阻抗（Z）或导纳（Y）相关的频率特性处于峰值的频率变为谐振频率。3．R值测量原理顺便地，例如，若存在金属件作为线圈5附近的金属异物，则磁力线穿过金属件并由此生成涡电流。至于线圈5，由于金属件和线圈5磁耦合且类似地将电阻负载施加给线圈5，所以磁耦合元件的R值（有效电阻值R）增加且磁耦合元件（谐振电路）的Q值（Q）降低。此外，由于金属件和线圈5磁耦合，所以磁耦合元件的L值（L）降低且磁耦合元件（谐振电路）的Q值（Q）以相同方式降低。即，在磁耦合元件与金属异物磁耦合的情况下，磁耦合元件（谐振电路）的Q值（Q）由于如下两个原因而降低：磁耦合元件的R值（R）增加以及磁耦合元件的L值（L）降低。这也可从公式（2）明显看出。另外，在AC电源2的AC信号频率与谐振电路的谐振频率（fr）大致相同的情况下，可以利用公式（2）表示谐振电路的Q值。然而，R是谐振电路在谐振频率（fr）下的有效电阻值，L是线圈5在谐振频率（fr）下的电感值，以及C是谐振电容器4在谐振频率（fr）下的电容值。因此，在L值由于某些因素而发生明显变化的情况下，关注磁耦合元件（谐振电路）的R值比关注磁耦合元件（谐振电路）的Q值具有更高的金属异物检测精度。另外，由于在磁耦合元件与金属异物磁耦合的情况下的磁耦合元件（谐振电路）的R值的增加量与金属异物的发热程度之间具有极其密切的关系，所以具有关注磁耦合元件（谐振电路）的R值的增加量的异物检测系统是非常有利的。然而，如上所述，利用与诸如LCR测量仪或阻抗分析仪的测量装置相同的原理很难以在谐振电路的谐振频率附近的频率测量有效电阻值。相应地，提出了一种技术，其中，谐振电路的Q值利用谐振电路的电压比或半宽法等进行测量，且随后R值根据其测量结果来计算（估算）。这里，谐振电路的R值（R）可用公式（3）表示。这是因为谐振电路的谐振频率（fr）可用公式（4）表示，以及磁耦合元件（谐振电路）的L值（L）可用公式（5）表示。用公式（5）表示的L被代入公式（3）的L。若已知构成谐振电路的电容器的C值（C）、谐振电路的谐振频率（fr）和磁耦合元件（谐振电路）的Q值（Q）这三个值，则通过公式（3）可以算出谐振电路在谐振频率下的R值（R）。然而，电容器的C值被视为几乎已知的值。因此，若大致已知谐振电路的谐振频率和谐振电路的Q值这两个值，则可算出（估算出）谐振电路的R值。即，若利用上述谐振电路的电压比、半值宽度法等测量出谐振电路的谐振频率和谐振电路的Q值这两个值，则可以算出（估算出）谐振电路在谐振频率下的R值。如上所述，若在线圈5附近存在金属件，则磁耦合元件（谐振电路）的R值会因金属件中生成的涡电流的影响而增加，且由此金属件因涡电流而发热。因此，若检测到R值变化（增加），则可检测出在线圈5附近存在金属件。换句话说，如上所述的R值测量可适用于检测送电侧（初级侧）与受电侧（次级侧）之间插有的金属异物。随后，通过执行利用关注如上所述的R值变化来检测金属异物的过程，在不采用电磁感应方法或磁场谐振方法的情况下可以高精度检测出金属异物。因此，用户可以从其中除去金属异物。另外，在与谐振电路的谐振频率明显不同的频率下，可利用与诸如LCR测量仪和阻抗分析仪的测量装置相同的测量原理以高精度测量出谐振电路的R值。然而，在该情况下，为方便起见，谐振电路的R值在与谐振电路的谐振频率明显不同的频率下被进行测量。因此，由于减少了谐振电路的R值因金属异物的存在与否而发生的变化，所以存在金属异物的检测精度可能会降低的很高可能性。另一方面，在通过利用开关等使构成谐振电路的谐振电容器4和线圈5电分离来直接测量线圈5的R值的情况下，甚至在与谐振电路的谐振频率基本相同的频率下，也可以利用与诸如LCR测量仪、阻抗分析仪等的测量装置相同的测量原理以高精度测量线圈5的R值。即，若设置有通过仅切换用于检测异物的时间段的方式来改变谐振电路的配置的异物检测系统，则即使在与谐振电路的谐振频率基本相同的频率下，也可以利用与诸如LCR测量仪、阻抗分析仪等的相同的测量原理来检测是否存在金属异物。然而，在该情况下，有许多问题要解决，诸如切换部分的电阻值、因切换导致的损失。如上所述，存在用于测量（计算、估算）磁耦合元件（谐振电路）的R值的多种技术。在本说明书中提出的异物检测系统中，为利用某种方法测量（计算、估算）磁耦合元件（谐振电路）的R值，可利用R值的变化来确定是否存在金属异物。4．对非接触供电系统的描述接下来，将对采用本公开的技术的非接触供电系统进行描述。非接触供电系统的整体配置图2示出了根据本公开的一种实施方式的非接触供电系统的示意性配置实例，以及图3示出了根据本公开的一种实施方式的非接触供电系统的块配置实例。图2中所示的非接触供电系统100是利用磁场（利用本实施方式中的磁场谐振方法）以非接触方式进行送电（供电）的系统。非接触供电系统100设置有供电装置10（初级侧装置）或作为一个或多个供电目标装置的电子装置（次级侧装置）。这里，供电目标装置设置有例如手机终端装置适用的电子装置20A和电子静态照相机适用的电子装置20B作为例如供电目标装置。供电目标装置不限于此且可以是能够以非接触方式从供电装置10接收电力的电子装置。非接触供电系统100例如具有如图2所示的配置，其中，电子装置20A和20B被定位在供电装置10中的供电表面（送电表面）S1上或靠近该供电表面，使得可以从供电装置10对电子装置20A和20B进行送电。这里，考虑到同时或以分时方式（按顺序）对多个电子装置20A和20B进行送电的情况，供电装置10具有呈比供电目标电子装置20A和20B的区域更大的垫形状（或托盘形状）的供电表面S1。供电装置的配置实例如上所述，供电装置10是用于利用磁场对电子装置20A和20B进行送电的装置（例如，充电托盘）。例如，如图3所示的供电装置10设置有用于利用从供电装置10的外部供电源9提供的电力进行送电的送电装置11。外部供电源9是经由作为一个实例的所谓的电源插座、插头插座等提供的商用电源。送电装置11被配置为例如具有送电单元12、高频电力生成电路13、检测电路14、阻抗匹配电路15、控制电路16和电容器C1（电容元件）。该实例中的送电装置11设置有检测电路14和控制电路16，并由此成为能使非接触供电系统100利用负载调制进行单向通信的块配置。然而，当考虑以除负载调制之外的其他方式进行单向通信或双向通信时，该配置不限于此。送电单元12被配置为包括稍后将描述的送电线圈（初级侧线圈）L1等。送电单元12进行利用送电线圈L1和谐振电容器C1通过磁场对电子装置20A和20B（具体地，稍后将描述的受电单元22）进行的送电。具体地，送电单元12具有从供电表面S1朝向电子装置20A和20B辐射磁场（磁通量）的功能。高频电力生成电路13是一种用于例如利用从供电装置10的外部供电源9提供的电力来产生用于进行送电的预定高频电力（AC信号）以进行送电的电路。检测电路14具有利用稍后将描述的负载调制电路29检测（解调）调制信号的功能并且是一种用于向控制电路16提供检测结果的电路。阻抗匹配电路15是一种用于在进行送电时进行阻抗匹配的电路。这允许在送电期间提高效率（传输效率）。另外，根据送电线圈L1、稍后将描述的受电线圈L2或谐振电容器C1和C2的配置，可不用设置阻抗匹配电路15。此外，若降低传输效率没有问题，则可不用设置该阻抗匹配电路15。谐振电容器C1是用于构成送电单元12的LC谐振装置（谐振电路）和送电线圈L1的电容元件，且被设置为以串联、并联或串并联组合的方式与送电线圈L1电连接。被配置为具有送电线圈L1和谐振电容器C1的LC谐振装置能够利用从与高频电力生成电路13中产生的高频电力大致相同或接近的频率形成的谐振频率f1（第一谐振频率）执行谐振操作。另外，将谐振电容器C1的电容值设定为该谐振频率f1。然而，若上述谐振频率f1可通过利用由送电线圈L1中的线之间的电容和送电线圈L1与稍后将描述的受电线圈L2之间的电容配置的寄生电容组件（浮动电容组件）的谐振操作来实现，则可不用设置谐振电容器C1。另外，若降低传输效率没有问题，则类似地，可不用设置谐振电容器C1。控制电路16是一种用于接收关于检测电路14的检查结果以及用于控制高频电力生成电路13、阻抗匹配电路15、谐振电容器C1、送电单元12等的电路。例如，假设金属异物是否存在于送电单元12与受电单元22之间的情况由电子装置20A和20B中的异物检测装置31（稍后将描述）检测。此时，在电子装置20A和20B内的负载调制电路29（稍后将类似描述）中进行负载调制，以改变关于检测电路14的检测结果。因此，可以利用送电装置11侧的控制电路16来识别金属异物的存在并利用控制电路16的控制来限制或停止送电。另一方面，控制电路16接收关于检测电路14的检测结果并对高频电力生成电路13进行脉冲宽度调制控制（PWM控制）...