检测装置、能量接收器、能量传输器、电力传输系统和检测方法
【专利摘要】一种检测装置，包括线圈，被配置为与外部电磁耦合；以及检测部，连接至包括线圈的电路。检测部被配置为利用与非接触式馈电的交流信号的频率不同的频率处的交流信号测量电路的Q值。
【专利说明】检测装置、能量接收器、能量传输器、电力传输系统和检测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于检测诸如金属的导体(如果有的话)存在的检测装置，涉及电力接收装置、电力传输装置、非接触式电力传输系统和检测方法。特别地，本发明涉及一种能量接收器、检测方法、电力传输系统、检测装置和能量传输器。
【背景技术】
[0002]通过非接触式电力传输，检测电力传输/接收线圈附近诸如金属的导体或包括线圈的电路(如果有的话)，对具有高安全性和效率的充电过程来说非常重要。
[0003]利用电力传输和接收装置的组合，插入在电力传输装置(电力传输线圈)与电力接收装置(电力接收线圈)之间的任何金属物质基于关于电力接收装置示出负载变化(例如，见PTL1)时的振幅和相位信息而被预先检测。任何金属物质还可基于电力传输/接收效率(也称为线圈间效率)的变化，或基于利用磁性传感器、电容传感器、红外传感器等的传感器输出变化而被检测。
[0004]引用列表
[0005]专利文献
[0006][PTL1]:日本专利第4413236号(日本未审查专利申请公开第2008-206231号)
【发明内容】
[0007]借助于这样的方法，通过利用电力传输和接收装置的组合，基于关于电力接收装置(次级侧)示出负载变化时的振幅和相位信息检测任何金属物质，或基于电力传输/接收效率的变化检测任何金属物质，然而，期望电力传输和接收装置彼此通信，以检测金属物质。例如，如果在电力传输装置的线圈与由于存在不是电力接收电路的金属物质而目前无法通信的合适电力接收装置之间生成的信号在电力传输装置的线圈中生成，则检测不到金属物质。另外，由于取决于电力传输装置(电力传输线圈)与电力接收装置(电力接收线圈)之间的电磁耦合程度和载波信号的频率，检测结果差别很大且缺乏准确性。
[0008]通过利用磁性传感器、电容传感器、红外传感器等检测任何金属物质的方法，电力传输和接收装置被分别在除电力传输和接收线圈之外还应具有传感器。这对装置框架提出了设计上的限制，造成成本上的劣势。
[0009]因此，期望即使在馈电期间也能够使得以高精度检测金属外来物。
[0010]根据本发明的一个实施方式，提供了一种能量接收器，包括:电力接收线圈，被配置为利用具有第一频率的第一交流信号从电力传输线圈接收电力；以及，Q值测量电路，被配置为利用具有不同于第一频率的第二频率的第二交流信号检测电力接收线圈的范围内的异物。
[0011]根据本发明的一个实施方式，提供了一种检测方法，包括:利用具有第一频率的第一交流信号将电力从电力传输线圈传输给电力接收线圈；并且，利用具有不同于第一频率的第二频率的第二交流信号检测电力接收线圈的范围内的异物。
[0012]根据本发明的一个实施方式,提供了一种电力传输系统,包括:电力传输器，被配置为与电力接收器无线耦合，并利用具有第一频率的第一交流信号向电力接收器传输电力；以及，Q值测量电路，被配置为利用具有不同于第一频率的第二频率的第二交流信号检测电力传输器与电力接收器之间的异物。
[0013]根据本发明的一个实施方式，提供了一种能量传输器，包括:电力传输线圈，被配置为利用具有第一频率的第一交流信号将电力无线传输给电力接收器；以及，检测部，被配置为利用具有不同于第一频率的第二频率的第二交流信号检测电力传输线圈的范围内的异物。
[0014]根据本发明的一个实施方式，提供了一种检测装置，包括:检测部，连接至包括线圈的电路，所述检测部被配置为检测与线圈的电磁耦合状态。
[0015]根据本发明的一个实施方式，提供了一种检测装置，包括:线圈，与外部电磁耦合；检测部，连接至包括线圈的电路，所述检测部利用与非接触式馈电器的交流信号的频率不同的频率处的交流信号测量电路的Q值。
[0016]作为实例，上述用于Q值测量的线圈与用于馈电的线圈分开提供。
[0017]根据本发明的一个实施方式，提供了一种电力接收装置，包括:电力接收线圈，从外部进行电力接收；电力接收部，通过电力接收线圈接收交流信号；线圈，与外部电磁耦合；检测部，连接至包括线圈的电路，所述检测部利用与通过电力接收部接收的交流信号的频率不同的频率处的交流信号测量电路的Q值。
[0018]根据本发明的一个实施方式，提供了一种电力传输装置，包括:电力传输线圈，用在非接触式电力传输中；电力传输部，向电力传输线圈提供交流信号；线圈，与外部电磁耦合；以及检测部，连接至包括线圈的电路，所述检测部利用与通过电力传输部提供的交流信号的频率不同的频率处的交流信号测量电路的Q值。
[0019]根据本发明的一个实施方式，提供了一种非接触式电力传输系统，包括:电力传输装置，以无线方式传输电力；以及，电力接收装置，从电力传输装置接收电力。电力传输装置或电力接收装置，或电力传输装置和电力接收装置包括:馈电线圈，用在非接触式馈电中；线圈，与外部电磁耦合；检测部，连接至包括线圈的电路，所述检测部利用与流向馈电线圈的交流信号的频率不同的频率处的交流信号测量电路的Q值。
[0020]根据本发明的一个实施方式，提供了一种检测方法，包括:通过连接至包括与外部电磁耦合的线圈的电路的检测部，利用与流向馈电线圈的交流信号的频率不同的频率处的交流信号来测量电路的Q值。
[0021]根据本发明的上述例示性实施方式，通过利用与流向馈电线圈的交流信号的频率不同的频率处的交流信号，用于馈电的交流信号与用于Q值测量的交流信号被区分开来，从而允许在馈电期间测量Q值。
[0022]根据本发明的上述例示性实施方式，即使在馈电期间，也能以高精度执行金属外来物的检测。
[0023]应理解的是，前述一般说明和以下详细说明为示例性说明，意在对所申请技术提供进一步说明。【专利附图】
【附图说明】
[0024]附图被包括以提供对本公开的进一步理解，并被结合在说明书中构成说明书的一部分。附图示出了实施方式，并和说明书一起用来说明本技术的原理。
[0025][图1]图1为示出了根据本发明第一实施方式的非接触式电力传输系统的配置的示意图。
[0026][图2]图2为示出了根据本发明第一实施方式的提供给电力接收装置的Q值测量电路30的示例配置的框图。
[0027][图3A]和[图3B]图3A和3B分别为另一个示例性共振电路的电路图。
[0028][图4]图4为根据本发明第一实施方式的非接触式电力传输系统馈电时的处理的流程图。
[0029][图5]图5为示出导体检测的方法的示意图。
[0030][图6]图6为示出用于电力传输和接收装置的示例线圈的示意图。
[0031][图7]图7为示出用于Q值测量的示例线圈的示意图。
[0032][图8]图8为示出夹在电力传输线圈、电力接收线圈和Q值测量线圈之间的金属物质的示意截面图。
[0033][图9]图9为根据本发明第一实施方式相对于金属尺寸的各种特性的曲线。
[0034][图10]图10为示出电力传输侧上的Q值的共振频率特性的曲线图。
[0035][图11]图11为示出根据本发明第二实施方式的非接触式电力传输系统的整体配置的示意图。
[0036][图12]图12为示出根据本发明第三实施方式的非接触式电力传输系统的整体配置的示意图。
[0037][图13]图13为示出串联共振电路中的阻抗频率特性的曲线图。
[0038][图14]图14为示出并联共振电路中的阻抗频率特性的曲线图。
[0039][图15]图15为利用阻抗的实部与虚部之间的比计算Q值的电路图。
【具体实施方式】
[0040]在下文中，将参照附图对本发明的实施方式进行描述。在说明书和附图中，具有基本相同功能或配置的任何部件用相同参考数字表示，本文不对其进行重复说明。
[0041 ] 描述将按以下顺序进行。
[0042]1.第一实施方式(Q值测量线圈和电力接收线圈被分开提供的实例)
[0043]2.第二实施方式(设有抽头的电力接收线圈的实例)
[0044]3.第三实施方式(Q值测量线圈被共用作电力接收线圈的实例)
[0045]4.其它(其它示例性Q值测量)
[0046]本发明的一个实施方式的特征在于，在检测电力传输侧(初级侧)和电力接收侧(次级侧)之间存在的金属外来物时利用线圈中的Q值变化改变用于馈电的交流信号和用于Q值测量的AC信号的频率。
[0047]在本文中，金属外来物表示存在于电力传输侧与电力接收侧之间的诸如金属的导体或包括线圈的电路。本说明中的导体表示广义上的导体，即，包括半导体。在下文中，检测诸如金属的导体或包括线圈的电路被称为“检测导体等”。[0048]包括线圈的共振电路的Q值为表示能量保持与损耗之间的关系的指数(共振电路的共振强度)。如果在电力传输侧上的电力传输线圈或电力接收侧上的电力接收线圈附近存在任何物质，例如，金属物质，磁力线会穿过金属物质，从而在金属物质中生成涡流。对于线圈，看起来好像线圈通过金属物质与线圈之间的电磁耦合而具有实际电阻负载，因此改变了线圈的Q值。通过以这种方式测量Q值变化而检测线圈附近存在的金属物质(已电磁耦合状态)。电磁耦合还被称为“电磁共振耦合”或“电磁共振”。电磁耦合包括电场耦合和磁场耦合，两者均利用共振通过电场耦合或磁场耦合将电力仅传输给共振装置。
[0049][1.第一实施方式]
[0050][非接触式电力传输系统的概述]
[0051]在第一实施方式(下文还称为“该实施方式”)中，首先对馈电线圈和Q值测量线圈被单独设置的实例进行描述。
[0052]图1示出了包括用于Q值测量的Q值测量电路30的非接触式电力传输系统的概览。该实施方式中的非接触式电力传输系统被配置为包括电力传输装置10(示例性检测装置)，以及包括Q值测量线圈28的电力接收装置20 (另一个示例性检测装置)。
[0053]电力传输装置10设有信号源11、电容器14和电力传输线圈15(初级侧线圈)。信号源11包括生成交流信号的交流电源12和电阻元件13。
[0054]电阻元件13是交流电源12中的内部电阻(输出阻抗)的图形表示。在该实施方式中，信号源11与电容器14和电力传输线圈15连接，以形成串联共振电路。调整电容器14的电容值(C值)和电力传输线圈15的电感值(L值)，以在任何馈电频率下达到共振。被配置为包括信号源11和电容器14的电力传输部17通过电力传输线圈15将电力以非接触方式传输(进行电力传输)到外部。
[0055]电力接收装置20设有充电部24、整流部23、电力接收线圈21 (次级侧线圈)和电容器22。充电部24包括电容器25 (或二次电池)和电阻元件26。整流部23将交流信号转换为直流(DC)信号。电容器22与电力接收线圈21构成共振电路。电力接收线圈21还设有Q值测量线圈28、电容器29和Q值测量电路30 (示例性检测部)。电容器29与Q值测量线圈28构成共振电路。
[0056]电阻兀件26是电容器25中的内部电阻(输出阻抗)的图形表不。在该实施方式中，充电部24与电容器22和电力接收线圈21连接，以形成串联共振电路。调整电容器22的电容值(C值)和电力接收线圈21的电感值(L值)，以在任何馈电频率下达到共振。
[0057]同样，电容器29和Q值测量线圈28连接在一起，以形成串联共振电路，调整电容器29的电容值(C值)和Q值测量线圈28的电感值(L值)，以在Q值测量频率下达到共振。以这种方式形成的串联共振电路与Q值测量电路30连接。被配置为包括充电部24、整流部23和电容器22的电力接收部27通过电力接收线圈21从外部接收非接触式电源(电力接收)。以这种方式馈送给充电部24的电力被提供给Q值测量电路30。
[0058]串联共振电路的Q值用表达式(I)表示，其中，Vl表示构成串联共振电路的Q值测量线圈28与电容器29之间的电压，V2表示Q值测量线圈28两端的电压。
[0059]
【权利要求】
1.一种能量接收器，包括: 电力接收线圈，被配置为利用具有第一频率的第一交流信号从电力传输线圈接收电力；以及 Q值测量电路，被配置为利用具有不同于所述第一频率的第二频率的第二交流信号检测所述电力接收线圈的范围内的异物。
2.根据权利要求1所述的能量接收器，其中，检测部被配置为测量电路的Q值并检测与所述电力接收线圈的电磁耦合状态。
3.根据权利要求2所述的能量接收器，其中， 所述电力传输线圈被配置为用于非接触式馈电，并且 所述电力传输线圈与所述电力接收线圈不同。
4.根据权利要求2所述的能量接收器，其中， 所述电力接收线圈被配置为测量所述Q值，且在非接触式馈电中作为馈电线圈，并且在所述馈电中使用的电路中的电容器的电容与所述Q值的测量中使用的电路中的电容器的电容不同。
5.根据权利要求1所述的能量接收器，其中，检测部被配置为在馈电期间测量包括所述电力接收线圈的电路的Q值。
6.根据权利要求1所述的能量接收器，其中，所述Q值测量电路包括连接至Q值测量线圈以形成共振电路的电容器，所述电容器的电容值和所述Q值测量线圈的电感值可调节到期望的共振。
7.—种检测方法,包括: 利用具有第一频率的第一交流信号将电力从电力传输线圈传输给电力接收线圈；以及利用具有不同于所述第一频率的第二频率的第二交流信号检测所述电力接收线圈的范围内的异物。
8.一种电力传输系统，包括: 电力传输器，被配置为与电力接收器无线耦合，并利用具有第一频率的第一交流信号向所述电力接收器传输电力；以及 Q值测量电路，被配置为利用具有不同于所述第一频率的第二频率的第二交流信号检测所述电力传输器与所述电力接收器之间的异物。
9.一种能量传输器，包括: 电力传输线圈，被配置为利用具有第一频率的第一交流信号将电力无线传输给电力接收器；以及 检测部，被配置为利用具有不同于所述第一频率的第二频率的第二交流信号检测所述电力传输线圈的范围内的异物。
10.一种检测装置，包括: 检测部，连接至包括线圈的电路，所述检测部被配置为检测与所述线圈的电磁耦合状态。
11.根据权利要求10所述的检测装置，其中，所述检测部被配置为测量所述电路的Q值。
12.根据权利要求11所述的检测装置，进一步包括:电力传输线圈，被配置为用于非接触式馈电。
13.根据权利要求10所述的检测装置，其中，所述检测部被配置为检测导体或包括任意线圈的电路是否处于所述线圈的附近。
14.根据权利要求11所述的检测装置，其中，所述检测部包括:(i)处理部，被配置为获得施加在共振电路中的所述线圈与电容器之间的第一电压和施加在所述线圈两端的第二电压，所述处理部被配置为利用所述第一电压和所述第二电压之间的比计算所述Q值；以及(ii)确定部，被配置为将通过所述处理部计算的所述Q值与阈值进行比较以允许确定所述电磁耦合状态，所述阈值基于导体或任意线圈没有在所述线圈附近时测量的Q值而设置。
15.根据权利要求11所述的检测装置，进一步包括: 处理部，被配置为利用半带宽方法计算所述Q值，所述半带宽方法利用阻抗为包括所述线圈和电容器的串联共振电路的共振频率处的阻抗的绝对值的V 2倍的频带获得Q值；以及 确定部，被配置为将通过所述处理部计算的所述Q值与阈值进行比较以允许确定所述电磁耦合状态，所述阈值基于导体或任意线圈没有在所述线圈附近时测量的Q值而设置。
16.根据权利要求11所述的检测装置，进一步包括: 处理部，被配置为利用半带宽方法计算所述Q值，所述半带宽方法利用阻抗为包括所述线圈和电容器的并联共振电路的共振频率处的阻抗的绝对值的I/ V 2倍的频带获得Q值；以及 确定部，被配置为将通过所述处理部计算的所述Q值与阈值进行比较以允许确定所述电磁耦合状态，所述阈值基于导体或任意线圈没有在所述线圈附近时测量的Q值而设置。
17.根据权利要求11所述的检测装置，进一步包括: 处理部，被配置为利用自平衡电桥电路和矢量比检测器获得包括所述线圈的共振电路的阻抗的实部和虚部，所述处理部被配置为利用所述实部和所述虚部之间的比计算所述Q值；以及 确定部，被配置为将通过所述处理部计算的所述Q值与阈值进行比较以允许确定所述电磁耦合状态，所述阈值基于导体或任意线圈没有在所述线圈附近时预先测量的Q值而设置。
18.根据权利要求10所述的检测装置，进一步包括: 抽头，连接至所述线圈，并被配置为用于非接触式馈电。
19.根据权利要求11所述的检测装置，其中， 所述线圈被配置为用于测量所述Q值并作为非接触式馈电中的馈电线圈，并且 非接触式馈电中使用的电路中的电容器的电容与所述Q值的测量中使用的电路中的电容器的电容不同。
20.根据权利要求10所述的检测装置，其中，所述检测部被配置为在馈电期间测量包括电力接收线圈的电路的Q值。
【文档编号】H01F38/14GK103688442SQ201280034967
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2012年7月17日 优先权日:2011年7月21日
【发明者】村上知伦, 中野裕章, 桥口宜明, 吉野功高, 込山伸二, 小堺修, 福田伸一, 村山雄二, 文仙启吾 申请人:索尼公司