电磁耦合状态检测电路以及电力输送装置的制作方法
本申请是申请日为2012年4月10日、申请号为201280022828.6、发明名称为“电磁耦合状态检测电路、电力输送装置、非接触式电力输送系统以及电磁耦合状态检测方法”的专利申请的分案申请，其全部内容结合于此作为参考。
本公开涉及电磁耦合状态检测电路、电力输送装置、非接触式电力输送系统以及电磁耦合状态检测方法。
背景技术：
近年来，已积极地开发出了无线供电(即，以非接触的方式)的非接触式电力输送系统。引起关注的实现非接触式电力输送方法是磁谐振法。磁谐振法使用传输线圈与接收线圈之间的电磁耦合来进行电力输送。通过积极地利用谐振现象，磁谐振法的特征在于，在供电电源与供电目的地之间共用的磁通量的量会很小。
根据广泛熟知的电磁感应法，传输侧与接收侧之间的耦合度是非常高的并且能够高效率地供电。然而，因为需要将耦合系数保持在高水平，故如果传输侧与接收侧相距很远或被移动，则传输侧与接收侧上的线圈之间的电力输送效率(在下文中，称为“线圈间效率”)将大幅降低。另一方面，磁谐振法的特征在于，当q值很大时，即使耦合系数小，线圈间效率也不会降低。即，有利地消除了对传输侧线圈与接收侧线圈的轴进行调整的需要，并且还提供了传输侧与接收侧的位置以及其间的距离的高度灵活性。q值是具有传输侧或接收侧线圈的电路中用以表示能量的保持与损失之间的关系(指示谐振电路的谐振强度)的指标。稍后将再次描述线圈间效率。
非接触式电力输送系统中最重要的要素之一在于，应对金属异物的发热的对策。当以无论是电磁感应法还是磁谐振法的非接触方式供电时，如果传输侧与接收侧之间存在金属，则产生涡电流，并且金属会被加热。为了减少发热，已提出了很多技术来检测金属异物。例如，已知的有使用光学传感器或者温度传感器的技术。然而，当类似于使用磁谐振法时供电范围很大，则使用传感器的检测方法将很昂贵。此外，当使用温度传感器时，温度传感器的输出结果取决于其附近的热传导率，这将对传输侧与接收侧的设备施加设计上的制约。
因此，提出了当在传输侧与接收侧之间存在金属异物时，通过检查参数(电流、电压等)的变化来判断是否存在金属异物的技术。这种技术能够降低成本而无需强加设计限制等。例如，专利文献1提出了在传输侧与接收侧之间进行通信期间，基于调制度检测金属异物的方法，以及专利文献2提出了基于涡流损耗检测金属异物的方法(通过dc-dc效率检测异物)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：jp2008-206231a
专利文献2：jp2001-275280a
技术实现要素：
技术问题
然而，根据在专利文献1、专利文献2中所提出的技术，没有考虑位于接收侧的金属壳的影响。当考虑普通的便携设备(移动设备)的充电时，很可能一些金属(诸如金属壳、金属部件等)用在便携设备中并且难以断定参数变化是由“金属壳等的影响”还是“金属异物的混入”所引起的。对于采用专利文献2作为示例，涡流损耗是由便携设备的金属壳还是在传输侧与接收侧之间混入金属异物引起的是未知的。
此外，当考虑到类似于磁谐振法的配置自由度高的供电范围时，金属壳对接收侧上的设备的影响根据接收侧上的设备(诸如便携式电话的便携设备)相对于供电范围如何布置而改变。因而，将参照图1(a)至图1(c)描述便携设备相对于传输侧线圈(初级侧线圈)的位置与金属异物的影响之间的关系。
图1(a)示出了其中便携设备4被布置在环形初级侧线圈1(螺旋线圈)的一端(接近铁芯3的位置)的示例，其中例如通过绕着环形铁芯3缠绕细导线2来构成环形初级侧线圈1。在这种情况下，对于包含在便携设备4中的初级侧线圈1与次级侧线圈之间的线圈间效率，获得了相对较大的值。图1(b)示出了其中便携设备4被布置在初级侧线圈1的一端并且在传输侧与接收侧之间存在金属异物5的示例。在这种情况下，线圈间效率的值处于中等水平。此外，图1(c)示出了其中便携设备4被布置在初级侧线圈1的中心的示例，并且在这种情况下，线圈间效率的值处于中等水平。
在图1(a)至图1(c)的示例中，将具有其中细导线缠绕在具有磁体的铁芯3上的结构的线圈作为初级侧线圈1的示例，但从具有无铁芯的结构的线圈中也获得了相似的测量结果。
因此，当便携设备相对于初级侧线圈被布置在某个位置时，根据是否如同图1(a)与1(b)的情况存在金属异物而在线圈间效率的值之间产生差值，并且该差值能够用于检测金属异物。然而，例如，通过使便携设备的位置更接近于环形初级侧线圈的中心，增加了便携设备的金属壳的影响并且与便携设备处于初级侧线圈的端部时的情况相比时，线圈间效率会降低。如果金属外壳的影响程度超过金属异物的影响程度，则非接触式电力输送系统不可能检测到金属异物。因为混入传输侧与接收侧之间的金属异物通常被假定为小于接收侧上的金属壳，故当通过将金属壳的影响考虑在内并还保持配置的自由度来构造非接触式电力输送系统时，检测金属异物的精确度成为问题。
考虑到上述情况创作了本公开，并且通过减少金属壳对接收侧(次级侧)的影响来提高检测存在于非接触电力输送系统中的传输侧与接收侧之间的金属异物的精确度。
问题的解决方案
本公开的一个方面采用了这样的构造：即，其中测量包括初级侧线圈的电路的初级侧q值以及至次级侧线圈的电力输送效率的构造，其中初级侧线圈与次级侧线圈电磁耦合；基于初级侧线圈的q值校正电力输送效率；并基于所获得的电力输送效率的校正值检测与次级侧线圈电磁耦合的状态。
根据本公开的一个方面，即使在次级侧存在金属壳，也能够校正其影响。
发明的有益效果
根据本公开，校正了金属壳等对接收侧(次级侧)的影响，使得可提高检测金属异物的精确度。此外，能够减少在初级侧线圈的平面中改变次级侧线圈的位置的影响。
附图说明
[图1](a)～(c)是示出了便携设备相对于初级侧线圈的位置与金属异物的影响之间的关系的示图。
[图2](a)～(c)是示出了当通过改变金属的位置测量初级侧的q值时的测量条件的示图。
[图3]是示出了在根据本公开第一实施方式的非接触式电力输送系统中所使用的电力输送装置的概要的说明图。
[图4]是在图3中所示的电力输送装置的电压v1和电压v2的波形图。
[图5]是示出了根据本公开第一实施方式的电力输送装置(初级侧)的内部构造示例的框图。
[图6]是示出了根据本公开第一实施方式的电力接收装置(次级侧)的内部构造示例的框图。
[图7](a)～(c)是示出了当通过改变便携设备的金属壳的类型来测量每个参数时的测量条件的示图。
[图8]是示出了根据本公开第一实施方式的金属异物检测处理的示例的流程图。
[图9](a)、(b)是示出了谐振电路的其他示例(并联谐振电路)的电路图。
[图10]是示出了在根据本公开第二实施方式的串联谐振电路中的阻抗的频率特性的曲线图。
[图11]是示出了在根据本公开第二实施方式的并联谐振电路中的阻抗的频率特性的曲线图。
[图12]图12是根据本公开第三实施方式的从阻抗的实部与虚部的比计算q值的电路图。
具体实施方式
下面将参考附图描述实施本公开的实施方式。将以以下顺序进行描述。对于每个图共同的元件将被赋予相同的参考标号，以省略重复的描述。
1.第一实施方式(检测单元：从初级侧上的q值与线圈间效率检测金属异物的示例)
2.第二实施方式(q值运算单元：通过半功率带宽法计算q值的示例)
3.第三实施方式(q值运算单元：从阻抗的实部与虚部的比计算q值的示例)
4.其他(各种变形)
<1.第一实施方式>
[介绍性说明]
在本公开的第一实施方式(在下文中，也被称为“本示例”)中，将描述通过使用非接触式电力输送系统的这些装置检测在电力输送装置或者电力接收装置附近的诸如金属的导体的构造和方法。在下文中，检测诸如金属的导体也可被描述为“检测金属”。本文中的导体包括广义上的导体，即，半导体。
首先，将描述在磁谐振法的非接触式电力输送系统中传输侧(初级侧)与接收侧(次级侧)的线圈之间的电力输送效率(线圈间效率)。
由公式(1)给出已知的线圈间效率的理论最大值ηmax：
[数学式1]
[数学式2]
s＝kq·····(2)
[数学式3]
q表示整个非接触式电力输送系统的q值，q1表示初级侧的q值，以及q2表示次级侧的q值。即，在磁谐振法中，线圈间效率ηmax理论上由作为初级侧线圈与次级侧线圈的电磁耦合度的耦合系数k以及作为空载谐振电路的q值的初级侧q值(q1)与次级侧q值(q2)唯一确定。因此，即使耦合系数k较小，如果传输侧与接收侧两者的q值较大，则仍能够以高效率传输电力。
在使用电磁耦合的本示例中，即使耦合系数k较小，通过增加初级侧线圈与次级侧线圈的串联谐振电路的q值，来增加初级侧线圈与次级侧线圈的配置自由度。举例来说，该系统是通过将初级侧线圈与次级侧线圈的耦合系数k设置为0.5以下并且将初级侧线圈与次级侧线圈中的至少一个的q值设置为100以上而设计成的。这也适用于稍后描述的第二实施方式和第三实施方式。然而，本示例必然不限于上述数值示例。
现在，将通过使用公式(1)至公式(3)检查金属壳对接收侧的的影响将影响到哪个参数。
假定如在图1中所示的大的初级侧线圈1和小的次级侧线圈。耦合系数k是可以根据其物理关系改变的参数。日本专利申请公开第2008-136311号、日本未审查专利申请公开(pct申请的译文)第2009-504115号等提出了这样的初级侧构造：即，该构造在磁谐振法中保持耦合系数k均一，并且可通过对初级侧的精心设计来使耦合系数k均一。因此，在本公开中，假定耦合系数k被保持为均一并且将在下面探讨q值。
关于次级侧线圈的q值，次级侧线圈被包含在便携设备等的金属壳内，并且因此无论将便携设备放置在大的初级侧线圈中的何处，次级侧线圈与金属壳之间的物理关系是不变的。大的金属附接至初级侧线圈，否则在金属异物进入的情况下，也认为次级侧线圈的q值保持不变。通过类似于将磁体粘到与桌子等相对的平面初级侧线圈的侧面的精心设计，能够很容易地去除桌子等的影响。因此，很明显，受便携设备的金属壳影响的是初级侧的值。
图2的(a)～(c)示出了当通过改变金属的位置来测量初级侧的q值时的测量条件。
150mm(纵向的)×190mm(横向的)的螺旋形线圈用作初级侧线圈1，绕该螺旋形线圈缠绕作为导线的绞合线(线径φ：1.0mm)，该绞合线中交织有多条细铜线。被视作金属外壳的50mm(纵向的)×60mm(横向的)×0.05mm(厚度)的金属片6被用在次级侧上。使用由铝和不锈钢制成的两种类型的金属片6。然后，当金属片6处于三个位置：(1)初级侧线圈1的中心(图2的(a))；(2)从中心在横向方向上偏移(移动)(图2的(b))以及(3)在初级侧线圈1的端部(图2的(c))时进行测量。
表1示出了对于每个金属的每个位置，初级侧的q值的测量结果。
[表1]
表1中示出的测量结果也验证了初级侧上的q值根据金属片6的位置或者金属材料而发生相当大的改变。从上述公式(1)至(3)，初级侧的q值显著地影响线圈间效率(涡流损耗)，并且因此，很明显，金属壳的影响度的变化而非小的金属异物的影响度的变化支配线圈间效率的降低(增加的涡流损耗)，并且难以检测小的金属异物。
因此，通过测量初级侧上动态改变的q值并且使用线圈间效率和初级侧的q值，来检查将金属外壳对次级侧的影响考虑进去而设定的阈值
[q值的测量原理]
将参考图3描述初级侧的q值的测量原理。
图3示出了在根据本公开第一实施方式的非接触式电力输送系统中使用的电力输送装置(初级侧)的概要。在图3中示出的电力输送装置10的电路是表示初级侧的q值的测量原理的最基本电路构造(在磁耦合的情况下)的示例。使用该电路的q值测量也是被测量设备所使用的并且是众所周知的技术。下面将简要描述电力输送装置10的电路构造和q值测量方法。
如果在电力输送装置10的初级侧线圈15附近存在金属片，则磁力线穿过金属并且在金属中引起涡流。当从初级侧线圈15观看时，金属和初级侧线圈15是电磁耦合的，以将实电阻负载附接于初级侧线圈15，从而改变初级侧的q值。测量q值会导致将初级侧线圈15附近存在的金属(电磁耦合状态)检测出。
本示例中的电力输送装置10包括：包含产生ac信号的ac电源12和电阻元件13的信号源11、电容器14以及初级侧线圈15(电力输送线圈)。电阻元件13是ac电源12的内阻(输出阻抗)的示例。电容器14和初级侧线圈15(线圈的示例)连接至信号源11以形成串联谐振电路(谐振电路的示例)。然后，电容器14的电容值(c值)和初级侧线圈15的电感值(l值)被调整，以使得在应该进行测量所在的频率处发生谐振。包括信号源11和电容器14的输送单元以非接触的方式通过初级侧线圈15将电力输送至外部。
如果构成串联谐振电路的初级侧线圈15和电容器14之间的电压是v1(施加至谐振电路的电压的示例)，并且初级侧线圈15的两端间的电压是v2，则通过公式(4)表示串联谐振电路的q值。
[数4]
rs：频率f处的有效电阻
电压v1乘以q得到电压v2。当金属片接近初级侧线圈15时，有效电阻rs增加并且q值降低。因此，当金属片接近初级侧线圈15时，所测量的q值(电磁耦合状态)改变。
通常，如果电容器的q值是qc并且线圈的q值是ql，则谐振电路的q值通过关系1/{(1/qc)+(1/ql)}来表示。用于测量的电容器14的q值被设计为充分大于初级侧线圈15的q值，并且可忽视其对串联谐振电路的q值的影响。然而，初级侧线圈15的q值可被设计为充分大于电容器14的q值或者两者可具有同程度的q值。
在图4中示出当用于确认的ac电源12产生预定频率的正弦波时，初级侧线圈15两端间的电压v2和初级侧线圈15与电容器14之间的电压v1的波形的示例。
在这个示例中，正弦波的电压v2的振幅是8.64v，电压v1的振幅是46.4mv，并且因而正弦波的电压v2的振幅大约是电压v1的振幅的186倍，并且串联谐振电路的q值被认为是186。
已描述了电力输送装置10的串联谐振电路，但电力接收装置同样具有谐振电路。图3示出了包括串联谐振电路的传输侧上的基本电路，并且因此只要包括上述电路的功能，能够考虑各种形式来用于详细构造。
[电磁耦合状态检测方法]
下面将描述根据本公开第一实施方式的使用初级侧q值的耦合状态检测方法。
从公式(2)、公式(3)来计算在如上所述的磁谐振法中的线圈间效率，得到[数学式5]和[数学式6]。
[数学式5]
[数学式6]
将公式(6)中的s代入到公式(1)中产生不包括q2的三个变量ηmax、q1、x的等式。如果初级侧q值(q1)和线圈间效率的值ηmax是已知的，则确定了值x。通过上述方法能够测量初级侧q值(q1)并且通过在专利文献2(参见[0041]至[0043]等)中所描述的技术(以监控初级侧的电流值和电压值以及次级侧的电流值和电压值)，能够测量线圈间效率ηmax的值。
如在公式(5)中所示，x的值是通过从线圈间效率ηmax的值中省略初级侧的q值的变化而获得的公式，并且因此通过使用x的值检测金属异物，能够减少由金属壳引起的初级侧q值变化的影响。将公式(6)代入公式(1)并使x作为求解对象而产生，
[数7]
并且x的值能够从所测量的两个变量(q1、ηmax)实时确定。
[电力输送装置的构造示例]
接下来，将描述根据本公开第一实施方式的电力输送装置(初级侧)的具体示例。
图5是示出了配备有测量初级侧q值功能的电力输送装置(初级侧)的详细内部构造示例的框图。电力输送装置10包括通过上述电磁耦合状态检测方法检测诸如金属的导体的检测电路。电力输送装置10与稍后描述的电力接收装置结合一起构成非接触式电力输送系统。
电力输送装置10包括电力输送控制器21、电力输送驱动器22、构成串联谐振电路的电容器14以及初级侧线圈15、用于分压的电阻元件23a、23b、24a、24b、放大器25、27、整流器26、整流器28以及模拟-数字转换器(在下文中，“adc”)29。此外，包括检测单元30和通信单元36。当与传统技术相比时，检测单元30和通信单元36是新的。
在本示例中的电力输送装置10中，电阻元件23a与电阻元件23b的串联电路被连接至电容器14的一端，并且电阻元件24a与电阻元件24b的串联电路被连接至电容器14的另一端。然后，其电压被电阻元件23a和电阻元件23b分成适当的电压的信号(对应于电压v1)经由放大器25和整流器26提供给adc29。类似地，其电压被电阻元件24a和电阻元件24b分成适当的电压的信号(对应于电压v2)经由放大器27和整流器28被输入至adc29。adc29将通过整流器26和整流器28整流的模拟dc信号转换成数字dc信号并将该数字dc信号输出至检测单元30。
检测单元30是控制器的示例，并且其整体或部分是由例如mpu(微处理单元)构成的以控制整个电力输送装置10。检测单元30包括：q值运算单元31、电流/电压检测单元32、x值运算单元33、存储器35以及功能为将控制信号输出至电力输送控制器21并控制ac电压的产生的确定单元34。
q值运算单元31通过将与从adc29输出的初级侧线圈15两端的电压v2对应的信号的振幅除以与初级侧线圈15与电容器14之间的电压v1对应的信号的振幅，来计算初级侧q值(＝v2/v1)，并将计算结果输出至x值运算单元33。q值运算单元31也将计算结果输出至电力输送控制器21。通过以这样的方式对每个信号的振幅做除法，可实时测量初级侧q值。
电流/电压检测单元32检测在初级侧线圈15中产生的感应电压(初级侧电压)和感应电流(初级侧电流)，并将检测结果输出至x值运算单元33。此外，通信单元36从电力接收装置接收在次级侧线圈中产生的感应电压(次级侧电压)和感应电流(次级侧电流)的信息，并且电流/电压检测单元32将该信息输出至x值运算单元33。
x值运算单元33是校正值运算单元的示例，并且计算从电流/电压检测单元32输入的初级侧电压与初级侧电流的乘积来作为初级侧功率，并且还计算通过通信单元36所接收的次级侧电压和次级侧电流的乘积来作为次级侧功率。然后，x值运算单元33计算初级侧功率与次级侧功率的比值来作为线圈间效率ηmax。x值运算单元33使用从q值运算单元31输入的初级侧q值(q1)和线圈间效率的值ηmax，根据公式(7)计算x值，并将该x值输出至确定单元34。顺便提及，通过电流/电压检测单元32可执行线圈间效率ηmax的运算。
确定单元34将从x值运算单元33输入的x值与存储在非易失存储器35中的阈值相比较，并基于比较结果确定附近是否存在诸如金属的导体。例如，如果所测量的x值与阈值相当(例如，在没有金属异物时为90％)，并且x值小于90％，则确定单元34可确定在初级侧线圈与次级侧线圈之间存在金属异物。在初级侧线圈15附近不存在任何东西或者在次级侧线圈中未放置任何东西的状态下的初级侧q值和x值的阈值被提前测量，并将所测量的值存储在存储器35中。
通信单元36是初级侧通信单元的示例，并与稍后描述的电力接收装置的通信单元进行通信。例如，通信单元36接收在电力接收装置的次级侧线圈中所产生的感应电压(次级侧电压)和感应电流(次级侧电流)的信息，并通知电力接收装置q值是根据检测电路30的控制所测量的。作为通信标准，例如，可以使用ieee802.11标准的无线lan或者蓝牙(注册商标)。顺便提及，可采用经由初级侧线圈15和电力接收装置的次级侧线圈传输信息的构造。
[电力接收装置的构造示例]
接下来，将描述根据本公开第一实施方式的电力接收装置(次级侧)的具体示例。
图6是示出了应用于便携设备的电力接收装置(次级侧)的内部构造示例的框图。电力接收装置40包括：形成并联谐振电路的次级侧线圈41与电容器42、整流器43、电源单元44、电源控制器45、负载调制单元46、电流/电压检测单元47以及通信单元48。在本示例中的电力接收装置40的电路构造是众所周知的电路，故将简要描述如下。
在电力接收装置40中，包括次级侧线圈41和电容器42的并联谐振电路经由整流器43连接至电源单元44。电容器42的电容值(c值)和次级侧线圈41的电感值(l值)被调整，以使得在应该进行测量所在的频率处产生谐振。通过电容器42和整流器43构成的电力接收单元以非接触的方式通过次级侧线圈41从外部接收电力。次级侧线圈41的ac感应电压在通过整流器43转换成dc电压之后提供给电源单元44。
电源单元44通过对被整流器43转换之后所获得的dc电压的电压电平进行调整来产生供电电压，并将电力提供给负载50或者每个块。例如，负载50是电容器(备用电池)、处理电信号的电子电路等。
电源控制器45控制电源单元44进行的供电电压的产生以及向负载50等的电力供应。电源控制器45还控制负载调制单元46的操作。
负载调制单元46根据电源控制器45的控制执行负载调制处理。当q值是通过电力输送装置10(初级侧)测量时，初级侧q值改变，从而导致在电力接收装置40(次级侧)的负载改变的条件下产生误差。因此，期望的是在次级侧的负载不变的条件下测量初级侧上的负载。
因此，通过串联连接的电阻元件46r和开关元件46t构造的负载调制单元46被并联连接至电源单元44之前。然后，在电力输送装置10测量q值时，电源控制器45经由通信单元48接收电力输送装置10正在测量q值的通知，并接通开关元件。可通过使电阻元件46r的电阻远远大于负载50的电阻而抑制负载50的影响。因此，通过控制位于电源单元44之前的负载调制单元46，可以使得在测量初级侧q值时次级侧上的负载电阻保持不变。因此，能够提高初级侧q值的测量精度。举例来说，诸如功率mos晶体管的晶体管能够用作开关元件46t。
电流/电压检测单元47检测在次级侧线圈41中产生的感应电压(次级侧电压)和感应电流(次级侧电流)，并且将检测结果输出至通信单元48。
通信单元48是次级侧通信单元的示例，并且与电力输送装置10的通信单元36进行通信。例如，通信单元48将在电力接收装置40的次级侧线圈41中产生的感应电压(次级侧电压)和感应电流(次级侧电流)的信息传输至电力输送装置10，并从电力输送装置10接收正在测量q值的通知。应用于电力输送装置10的通信单元36的通信标准同样适用。
通过假定电力输送装置10仅有电力输送功能以及电力接收装置40仅有电力接收功能描述了本示例，但本公开不限于这样的示例。例如，电力输送装置10可具有电力接收功能，使得通过初级侧线圈15能够从外部接收电力，或相反地，电力接收装置40可具有电力输送功能，使得电力可通过次级侧线圈41输送至外部。
[由金属壳产生的初级侧q值的变化的校正效果]
将描述通过根据本公开第一实施方式的耦合状态检测方法进行的对由金属壳引起的初级侧q值的变化校正的效果。
图7(a)～(c)示出了通过改变便携设备的金属壳的金属类型来测量每个参数时的测量条件。条件(1)是当由次级侧(便携设备4a)所主要拥有的铝被假定为与初级侧相对时的情况(图7的(a))。条件(2)是当小的金属异物5被假定为混入(1)中时的情况(图7的(b))。在(2)中，从初级侧可看见大的金属壳，并且因此即使混入了小的金属异物5，初级侧q值也几乎不变。另一方面，次级侧q值和耦合系数k在金属壳的影响下降低。此外，条件(3)是当由次级侧(便携设备4b)所主要拥有的不锈钢被假定为与初级侧相对时的情况(图7的(c))。
表2示出了当在上述条件(1)至(3)中测量每个参数时的测量结果。
[表2]
从表2的(3)中，很明显，随着使具有不锈钢金属壳的便携设备4a更接近于初级侧线圈15，初级侧q值显著降低。在上述表1中的金属尺寸是50mm(纵向的)×60mm(横向的)，但是便携设备的金属壳可稍大些并确定为待降低，所以初级侧上的q值被假定为40。条件(3)中次级侧上的q值和耦合系数k被假定为近似等于条件(1)中的那些值。在表2中示出了这些条件下计算线圈间效率和x值的结果。
如果关注表2中的线圈间效率，很明显，金属壳的影响大于金属异物的影响，并且(3)中的线圈间效率(57.58070118)低于其中混入了金属异物的(2)中的线圈间效率(67.20257032)。这使得即使设定了阈值，仍就难以高精度地检测金属异物。另一方面，如果关注x值，则其中混入了金属异物的(2)中的值较低(0.383406)。因此，通过使用x值将电磁耦合状态时的金属壳的影响减去，能够提高检测金属异物的精确度。顺便提及，在便携设备中存在金属壳时的x值与不存在金属壳时的x值之间出现十分显著的差异。
[金属异物检测过程]
接下来，将参照图8中的流程图描述根据本公开第一实施方式的金属异物检测处理的示例。
首先，电力输送装置10的检测单元30(参见图5)需要通过扫描由ac电源所产生的正弦波的频率，搜索出初级侧上的最大q值。即，从电力输送装置10输出的正弦波的频率被连续改变以扫描初级侧上的最大q值。例如，电力输送驱动器22(参见图5)产生并输出任一ahz的正弦波(步骤s1)并且q值运算单元31根据电力输送装置10的电压v1和电压v2测量初级侧q值(步骤s2)。
检测单元30确定所测量的初级侧q值是否大于存储在包括在检测单元30中的寄存器(临时存储单元的示例)(未示出)中的值(在下文中，称之为“寄存器值”)(步骤s3)。可以使工作存储器(未示出)或者存储器35存储该值。
在步骤s3中的确定处理中，如果初级侧q值大于寄存器值，则检测单元30更新寄存器值(步骤s4)并且接下来将正弦波的频率ahz增加bhz(步骤s5)。然后，检测单元30通过电力输送驱动器22产生并输出(a+b)hz的正弦波，以在步骤s2中测量初级侧q值。然后，处理进行至步骤s3。
另一方面，如果在步骤s3中的确定处理中初级侧q值小于寄存器值，则检测单元30确定初级侧q值(步骤s6)。
检测单元30确定所确定的初级侧q值是否是异常值(步骤s7)。如果所确定的初级侧q值是异常值(在阈值范围之外)，则检测单元30强制终止电力输送装置10的操作(步骤s8)。顺便提及，可省略步骤s7、步骤s8中的处理。
如果在步骤s7中的确定处理中所确定的初级侧q值是正常值(在阈值范围之内)，则检测单元30启动从电力输送装置10向接收装置40的电力输送，并且x值运算单元33还计算dc-dc效率，即，线圈间效率(步骤9)。
x值运算单元33使用公式(7)从线圈间效率和初级侧q值计算x值(参见公式(7))(步骤s10)。
确定单元34确定所计算出的x值是否等于或小于存储在存储器35中的阈值z(步骤s11)。如果x值等于或小于阈值z，则确定单元34确定存在金属异物并强制终止传输电力(步骤s12)。
另一方面，如果x值大于阈值z，则确定单元34确定不存在金属异物并继续传输电力。通过以一定的时间间隔执行一系列处理，可在不受金属壳影响的情况下检测出金属异物。即，确定单元34确定是否逝去了预定时间(步骤s13)，并且如果已经逝去了预定时间，则进行至步骤s1以重复在步骤s1至s13中的一系列处理。
[第一实施方式的效果]
根据第一实施方式，基于初级侧q值校正电力输送装置10(初级侧)的q值和非接触式电力输送系统的线圈间效率(电力输送效率)以及线圈间效率。然后，事实是所获得的校正值(x值)从没检测到障碍物时的阈值变化，并且检测到在非接触式电力输送系统附近存在金属异物。因此，校正金属外壳对次级侧(诸如便携设备)的影响，使得提高检测金属异物的精确度。
此外，当次级侧线圈被放置在相对于平面初级侧线圈的任意位置时，能够减少次级侧线圈在初级侧线圈的平面内的位置变化的影响。
因此，能够实现用户的安全性并改善可用性。
在本实施方式中描述了其中包括串联谐振电路的电力输送装置10的示例，但是其他谐振电路也可用作谐振电路。图9的(a)、(b)示出了各个示例。在图9的(a)的示例中，通过将电容器14a串联连接至电容器14b与初级侧线圈15的并联谐振电路来构造谐振电路。在图9的(b)的示例中，通过将电容器14b并联连接至电容器14a与初级侧线圈15的串联谐振电路来构造谐振电路。检测单元30使用从图9的(a)、(b)中所示的谐振电路中所获得的初级侧线圈15与电容器14a之间的电压v1以及初级侧线圈15两端间的电压v2，来计算初级侧q值。串联谐振电路和其他谐振电路均作为示例，而谐振电路的构造不限于这样的示例。类似于电力输送装置10，各种谐振电路也可应用于电力接收装置40。
<2.第二实施方式>
在第一实施方式中，检测单元30的q值运算单元31从初级侧线圈与串联谐振电路的电容器之间的电压v1和电力输送线圈两端间的电压v2，确定q值，但是在第二实施方式中，通过半功率带宽法确定q值。
如在图10的曲线图中所示，在半功率带宽法中，当配置串联谐振电路时，从其中阻抗是谐振频率f0处的阻抗(zpeak)的绝对值的
[数学式8]
如图11的曲线图中所示，当配置并联谐振电路时，从其中阻抗是谐振频率f0处的阻抗(zpeak)的绝对值的
<3.第三实施方式>
与第一实施方式和第二实施方式相比，第三实施方式是其中检测单元30的q值运算单元31从谐振电路的阻抗的实部和虚部计算q值的示例。在本示例中，通过使用自平衡电桥电路和矢量比检测器确定阻抗的实部和虚部。
图12是根据第三实施方式的从阻抗的实部和虚部的比率来计算q值的自平衡电桥的电路图。
在图12中所示的自平衡电桥电路60具有类似于一般的众所周知的反相放大器的构造。线圈62被连接至反相放大器63的反相输入端(-)并且同相输入端(+)被连接至地。然后，通过反馈电阻元件64将负反馈从反相放大器63的输出端施加至反相输入端(-)。此外，ac电源61的输出(电压v1)将ac信号输入至线圈62并且反相放大器63的输出(电压v2)被输入至矢量比检测器65。线圈62对应于图5中的初级侧线圈或者图6中的次级侧线圈。
自平衡电桥电路60以这样的方式操作：由于负反馈使得反相输入端(-)的电压总是零。因为反相放大器63的输入阻抗大，所以从ac电源61流入线圈62的电流几乎全部流入反馈电阻元件64。因此，施加至线圈62的电压变得与ac电源61的电压v1相等，并且反相放大器63的输出电压等于流经线圈62的电流i与反馈电阻rs的乘积。反馈电阻rs是已知的参考电阻。因此，通过检测电压v1和电压v2并计算其比率来确定阻抗。矢量比检测器65使用ac电源61的相位信息(长短交替的虚线)以确定作为复数的电压v1和电压v2。
在本示例中，通过使用自平衡电桥电路60、矢量比检测器65等确定谐振电路的阻抗zl的实部rl和虚部xl，并且从其比率确定q值。公式(9)和公式(10)是示出了确定q值的过程的计算公式。
[数学式9]
[数学式10]
<4.其他>
在上述的本公开的第一至第三实施方式中，q值是在谐振频率处测量的，但是如果允许稍微降低检测灵敏度，则测量q值所在的频率不必与谐振频率一致，并且还可使用在偏离谐振频率的频率处测量的q值。
当本公开应用于电磁感应法时，最好增加初级侧和/或次级侧的q值。因此，能够更加容易地检测线圈间效率的改变，即，x值的改变。
将未具有铁芯的线圈的示例作为根据本公开的初级侧线圈和次级侧线圈进行描述，但是也可采用细导线缠绕在具有磁体的铁芯上的结构的线圈。
此外，在本公开的第一至第三实施方式中描述了将便携式电话作为便携设备应用于次级侧上的示例，但是本公开不限于这样的示例，并且可适用于需要电力的各种便携设备，诸如便携式音乐播放器、数字式照相机等。
此外，本公开还可以配置为如下。
(1)一种电磁耦合状态检测电路，包括：
检测单元，所述检测单元测量包括与次级侧线圈电磁耦合的初级侧线圈的电路的初级侧q值以及向所述次级侧线圈的电力输送效率；用所述初级侧线圈的所述q值校正所述电力输送效率；以及根据所获得的所述电力输送效率的校正值检测与所述次级侧线圈电磁耦合的状态。
(2)根据(1)的电磁耦合状态检测电路，
其中，通过检测与所述次级侧线圈电磁耦合的状态确定所述次级侧线圈附近是否存在导体。
(3)根据(2)的电磁耦合状态检测电路，
其中，所述q值是谐振电路的q值，所述谐振电路包括所述初级侧线圈和电容器。
(4)根据(3)的电磁耦合状态检测电路，
其中，所述检测单元包括：
q值运算单元，获取施加至所述谐振电路的所述初级侧线圈与所述电容器之间的第一电压以及施加于所述初级侧线圈两端间的第二电压，并从所述第一电压与所述第二电压之间的比率计算所述初级侧q值，所述谐振电路包括所述初级侧线圈和所述电容器，
校正值运算单元，当所述初级侧q值是q1并且所述电力输送效率是ηmax时，根据以下公式计算校正值：
以及确定单元，通过对由所述校正值运算单元算出的所述校正值与根据在所述初级侧线圈附近不存在导体时预先测量出的校正值所设定的阈值进行比较，来确定与所述次级侧线圈电磁耦合的状态。
(5)根据(3)的电磁耦合状态检测电路，
其中，所述检测单元包括：
q值运算单元，使用半功率带宽法计算所述初级侧q值，所述半功率带宽法从阻抗是串联谐振电路的谐振频率处的阻抗的绝对值的
校正值运算单元，当所述初级侧q值是q1并且所述电力输送效率是ηmax时，根据以下公式计算校正值
以及确定单元，通过对由所述校正值运算单元计算出的校正值与根据在所述初级侧线圈附近不存在导体时预先测量出的校正值所设定的阈值进行比较，来确定与所述次级侧线圈电磁耦合的状态。
(6)根据(3)的电磁耦合状态检测电路，进一步包括：
q值运算单元，使用半功率带宽法计算所述初级侧q值，所述半功率带宽法从阻抗是并联谐振电路的谐振频率处的阻抗的绝对值的
校正值运算单元，当所述初级侧q值是q1并且所述电力输送效率是ηmax时，根据以下公式计算校正值：
以及判定单元，通过对由所述校正值运算单元计算出的校正值和根据在所述初级侧线圈附近没有导体时预先测量出的校正值所设定的阈值进行比较，来确定与所述次级侧线圈电磁耦合的状态。
(7)根据(3)的电磁耦合状态检测电路，进一步包括：
q值运算单元，使用自平衡电桥电路和矢量比检测器确定所述谐振电路的阻抗的实部和虚部分量，并从所述实部分量和所述虚部分量的比率计算所述初级侧q值；以及
确定单元，通过对由所述q值运算单元确定出的所述初级侧q值与根据在所述初级侧线圈附近不存在导体时预先测量出的初级侧q值所设定的阈值进行比较，来确定与所述次级侧线圈电磁耦合的状态。
(8)根据(4)的电磁耦合状态检测电路，
其中，所述电力输送效率是初级侧功率与次级侧功率的比值，所述初级侧功率为所述初级侧线圈的感应电压和感应电流的乘积，以及所述次级侧功率为所述次级侧线圈的感应电压和感应电流的乘积。
(9)一种电力输送装置，包括：
初级侧线圈，与次级侧线圈电磁耦合；以及
检测单元，测量包括所述初级侧线圈的电路的初级侧q值以及向所述次级侧线圈的电力输送效率；基于所述初级侧线圈的所述q值校正所述电力输送效率；以及根据所获得的所述电力输送效率的校正值检测与所述次级侧线圈的电磁耦合的状态。
(10)根据(9)的电力输送装置，
其中，通过检测与所述次级侧线圈电磁耦合的状态确定在所述次级侧线圈附近是否存在导体。
(11)根据(9)的电力输送装置，
其中，所述q值是谐振电路的q值，所述谐振电路包括所述初级侧线圈和电容器。
(12)根据(11)的电力输送装置，
其中，所述检测单元包括：
q值运算单元，获取施加至所述谐振电路的所述初级侧线圈与所述电容器之间的第一电压以及施加于所述初级侧线圈两端间的第二电压，并从所述第一电压与所述第二电压之间的比率计算所述初级侧q值，所述谐振电路包括所述初级侧线圈和所述电容器，
校正值计算单元，当所述初级侧q值是q1并且所述电力输送效率是ηmax时，根据以下公式计算校正值：
以及确定单元，通过对由所述校正值运算单元算出的所述校正值与根据在所述初级侧线圈附近不存在导体时预先测量出的校正值所设定的阈值进行比较，来确定与所述次级侧线圈电磁耦合的状态。
(13)根据(11)的电力输送装置，
其中，所述检测单元包括：
q值运算单元，使用半功率带宽法计算所述初级侧q值，所述半功率带宽法从阻抗是串联谐振电路的谐振频率处的阻抗的绝对值的
校正值运算单元，当所述初级侧q值是q1并且所述电力输送效率是ηmax时，根据以下公式计算校正值
以及确定单元，通过对由所述校正值运算单元计算出的校正值与根据在所述初级侧线圈附近不存在导体时预先测量出的校正值所设定的阈值进行比较，来确定与所述次级侧线圈电磁耦合的状态。
(14)根据(11)的电力输送装置，进一步包括：
q值运算单元，使用半功率带宽法计算所述初级侧q值，所述半功率带宽法从阻抗是并联谐振电路的谐振频率处的阻抗的绝对值的
校正值运算单元，当所述初级侧q值是q1并且所述电力输送效率是ηmax时，根据以下公式计算校正值：
以及判定单元，通过对由所述校正值运算单元计算出的校正值和根据在所述初级侧线圈附近没有导体时预先测量出的校正值所设定的阈值进行比较，来确定与所述次级侧线圈电磁耦合的状态。
(15)根据(11)的电力输送装置，进一步包括：
q值运算单元，使用自平衡电桥电路和矢量比检测器确定所述谐振电路的阻抗的实部分量和虚部分量，并从所述实部分量和所述虚部分量的比率计算所述初级侧q值；以及
确定单元，通过对由所述q值运算单元确定出的所述初级侧q值与根据在所述初级侧线圈附近不存在导体时预先测量出的初级侧q值所设定的阈值进行比较，来确定与所述次级侧线圈电磁耦合的状态。
(16)根据(12)的电力输送装置，
其中，所述电力输送效率是初级侧功率与次级侧功率的比值，所述初级侧功率为所述初级侧线圈的感应电压和感应电流的乘积，以及所述次级侧功率为所述次级侧线圈的感应电压和感应电流的乘积。
(17)一种非接触式电力输送系统，包括：
电力输送装置，无线输送电力；以及
电力接收装置，从所述电力输送装置接收所述电力，
其中，所述电力接收装置包括：
次级侧线圈，与所述电力输送装置的初级侧线圈电磁耦合，以及
次级侧通信单元，与所述电力输送装置通信，并且
其中，所述电力输送装置包括：
所述初级侧线圈，与所述电力接收装置的所述次级侧线圈电磁耦合，以及
初级侧通信单元，与所述电力接收装置通信，以及
检测单元，根据所述初级侧通信单元接收的关于所述电力接收装置的信息，测量包括所述初级侧线圈的电路的初级侧q值以及向所述次级侧线圈的电力输送效率；基于所述初级侧线圈的所述q值校正所述电力输送效率；以及根据所获得的所述电力输送效率的校正值检测与所述次级侧线圈电磁耦合的状态。
(18)一种电磁耦合状态检测方法，包括：
测量包括与次级侧线圈电磁耦合的初级侧线圈的电路的初级侧q值以及向所述次级侧线圈的电力输送效率；并且
基于所述初级侧的q值校正所述电力输送效率，并根据所获得的所述电力输送效率的校正值检测与所述次级侧线圈电磁耦合的状态。
此外，可通过硬件执行实施方式中的上述一系列处理，但是也能够使软件执行该一系列处理。当由软件执行该一系列处理时，通过将其中构成软件的程序整合到专用硬件中的计算机(mpu等)或者在其上安装了执行各种功能的程序的计算机可执行该一系列处理。
本文中用于所描述时序处理的处理步骤包括按所描述的顺序时序执行的处理，并且还包括不需要按时序执行的以及并行或者单独执行的处理(例如，并行处理或者通过对象处理)。
本公开不限于上述实施方式并且在不背离权利要求中所述的精神和范围的前提下自然地可以采用各种修改及应用例。
参考标记列表
1初级侧线圈4、4a、4b便携设备5金属异物
6金属片10电力输送装置11信号源12交流电源
13电阻元件14电容器15初级侧线圈
21电力输送控制器22电力输送驱动器30检测单元
31q值运算单元32电流/电压检测单元33x值运算单元
34确定单元35存储器36通信单元40电力接收装置
41次级侧线圈42电容器43整流器44电源单元
45电源控制器46负载调制单元47电流/电压检测单元
48通信单元
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