检测器、电力传送器和接收器、电力供给系统及检测方法
【专利摘要】提供了能够高便利性地检测包含导体或线圈的电路的检测装置等。该检测装置设置有检测单元，该检测单元获得在包括能够与外部电磁耦合的线圈的电路中的Q值或Q值的变化度，并基于所获得的结果执行关于与外部电磁耦合的状态的检测。
【专利说明】检测器、电力传送器和接收器、电力供给系统及检测方法
【技术领域】
[0001]本公开涉及用于检测诸如金属的导体或包括线圈的电路的存在的检测器和检测方法，以及设置有这样的检测器(检测部)的电力传送器、电力接收器，以及电力供给系统。
【背景技术】
[0002]在非接触式电力传送(非接触式电力供给系统)中，确保安全以及进行充电以检测存在于电力传送和接收线圈附近的诸如金属的导体或包括线圈的电路是至关重要的。
[0003]通常地，通过综合使用电力传送器和电力接收器，基于在电力接收器的负载变动的情形中幅度和相位的信息，已经检测到插入在电力传送器(初级侧线圈)和电力接收器(次级侧线圈)之间的金属物(例如，见专利文献I)。可替代地，已经通过传送和接收电力效率(也称为交互线圈效率)的变化，或通过使用磁性传感器、电容传感器、红外传感器等由传感器输出的变化检测到金属物。
[0004]现有技术文献
[0005]专利文献
[0006]专利文献1: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]同时，在这样的非接触式电力供给系统中，希望方便地检测诸如金属的上述导体(包括半导体)或包含线圈的上述电路。
[0008]鉴于这些缺点，完成了本公开，本公开的目的是提供能够方便地检测导体或包含线圈的电路的检测器、电力传送器、电力接收器、电力供给系统及检测方法。
[0009]根据本发明的实施方式的检测器包括检测部，该检测部确定在包含能够与外部对象电磁耦合的线圈的电路中的Q值或Q值的变化度，并基于确定的结果执行关于与外部对象电磁耦合的状态的检测。
[0010]根据本公开的实施方式的电力传送器包括:能够与外部对象电磁稱合的电力传送线圈；使用电力传送线圈执行电力传送的电力传送部；以及检测部，确定在包含电力传送线圈的电路中的Q值或Q值的变化度，并基于确定的结果执行关于与外部对象的电磁耦合的状态的检测。
[0011]根据本公开的实施方式的电力接收器包括:能够与外部对象电磁耦合的电力接收线圈；使用电力接收线圈执行电力接收的电力接收部；以及检测部，确定在包含电力接收线圈的电路中的Q值或Q值的变化度，并基于所确定的结果执行关于与外部对象电磁耦合的状态的检测。
[0012]根据本公开的实施方式的电力供给系统包括:一个以上电力接收器；以及对一个或多个电力接收器执行利用电磁耦合的电力传送的一个以上电力传送器。电力传送器具有能够与外部对象电磁耦合的电力传送线圈，以及利用电力传送线圈执行电力传送的电力传送部。电力接收器具有能够与外部对象电磁耦合的电力接收线圈，以及利用电力接收线圈进行电力接收的电カ接收部。检测部设置在电カ发送器或电カ接收器或两者中，该检测部确定在包含电カ发送线圈或电カ接收线圈的电路中的Q值或Q值的变化度，并基于所确定的结果执行关于与外部对象电磁耦合的状态的检測。
[0013]根据本公开的实施方式的检测方法包括:第一歩，确定在包含能够与外部对象电磁耦合的线圈的电路中的Q值或Q值的变化度；以及第ニ步，基于在第一歩中所确定得结果执行关干与外部对象电磁耦合的状态的检測。
[0014]在根据本公开的上述相应的实施方式的检测器、电カ传送器、电カ接收器、电カ供给系统及检测方法中，确定在包含能够与外部对象(例如，电カ传送线圈或电カ接收线圈)电磁耦合的线圈的电路中的Q值或Q值的变化度，并且基于所确定的结果执行关于与外部对象电磁耦合的状态的检测。这使得可以不需要初级侧(电カ传送侧)和次级侧(电カ接收侦D的综合使用而检测诸如金属的导体或包含电磁耦合线圈的电路。
[0015]在根据本公开的上述相应的实施方式的检测器、电カ传送器、电カ接收器、电カ供给系统及检测方法中，可以不需要综合使用初级侧(电カ传送侧)和次级侧(电カ接收侧)而检测诸如金属的导体(包括半导体)或包含线圈的电路。因此，这允许方便地检测导体或包括有线圈的电路。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1是示出了根据本公开第一实施方式的非接触式电カ传送系统的概观的说明性电路图。
[0017]图2是示出了根据本公开第一实施方式的设置在电カ传送器的检测器(检测电路)的配置实例的示意性框图。
[0018]图3是示出了根据本公开第一实施方式的检测过程的流程图。
[0019]图4的(a)和(b)是示出谐振电路的另一实例的(并联谐振电路)各个电路示图。
[0020]图5是示出了检测导体的方法的说明性示意图。
[0021]图6是示出了用于电カ传送器和电カ接收器的线圈的实例的简化示意图。
[0022]图7是示出了 Q值相对金属尺寸(对边宽)的特性的曲线图。
[0023]图8是示出了检测包含线圈的电路的方法的说明性示意图。
[0024]图9是示出了在电カ发射侧的谐振电路的Q值对电力接收侧的谐振电路的负载电阻的特性的曲线图。
[0025]图10是示出了金属对象被插入在电カ传送线圈和电カ接收线圈之间的状态的示意性截面图。
[0026]图11是示出了各种特性对金属尺寸(对边宽)的曲线图。
[0027]图12是示出了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。
[0028]图13是示出了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。
[0029]图14是示出了根据本公开第三实施方式的用于由阻抗的实部分量与虚部分量的比值计算Q值的电路图。【具体实施方式】
[0030]在下文中，将参照附图描述本公开的一些实施方式。以下列顺序提供描述。应当注意到各个图中的任何的相同部件以相同的参考标号来表示，并且适当省略多余描述。
[0031]I.第一实施方式(运算处理部：由串联谐振电路中线圈两端的电压与L-C电压的比来计算Q值的实例）
[0032]2.第二实施方式(运算处理部：使用半值宽度方法来计算Q值的实例）
[0033]3.第三实施方式(运算处理部：由阻抗的实部分量与虚部分量的比来计算Q值的实例）
[0034]4.其他(各种变形实例）
[0035]〈I.第一实施方式>
[0036](非接触式电力传送系统的描述）
[0037]在本公开的第一实施方式(下文中也称作“本实施方式”）中，提供了关于通过使用在非接触式电力传送系统(非接触式电力供给系统）中的电力传送器或电力接收器来检测可能存在于电力传送器或电力接收器附近的诸如金属的导体或包含线圈的电路的配置和方法的描述。在下文中，检测诸如金属的导体或包含线圈的电路也可以表述为“检测导体等”。应当注意的是，本说明书中提到的导体包括广义的导体，即，半导体。
[0038]在第一实施方式中，表示在电力传送器(初级侧）或电力接收器(次级侧）的能量的保持和损失的关系的Q值的变化被用于检测导体等。例如，如果金属对象存在于电力传送器的电力传送线圈或电力接收器的电力接收线圈附近，磁力线穿过金属对象，引起在金属对象上生成涡电流。从线圈上看，这似乎是将真实电阻负载施加在线圈上的金属对象和线圈的电磁耦合导致了线圈的Q值的变化。通过测量Q值的该变化，检测可能存在于线圈附近的任何金属对象（电磁耦合状态)。也可被称为“电磁场谐振耦合”或“电磁谐振”的电磁耦合，包括电场耦合和磁场耦合。两种耦合利用谐振通过电场耦合或磁场耦合唯一的谐振装置来进行电力传送。然而，使用电磁感应的电磁耦合（电场耦合或磁场耦合）可作为这样的谐振的替代物来执行。
[0039]图I是示出了根据本公开第一实施方式的非接触式电力传送系统的概观的说明性电路图。图I示出了用于非接触式电力传送系统的最基本的电路配置(在磁场耦合的情况下）的实例。
[0040]根据本实施方式的非接触式供电系统(非触式电力供给系统）由一个或多个电力传送器I (图中是一个）以及一个或多个电力接收器11 (图中是一个）组成。
[0041]电力传送器I利用电力接收器11的电磁耦合来实施非接触式电力传送。电力传送器I设置有包括用于生成交流电信号的交流电电源3和电阻元件4的信号源2 ;电容器5 ；以及能够与外部对象电磁耦合的电力传送线圈（初级侧线圈）6。电阻元件4给出了交流电源3的内阻(输出阻抗）的图示。电容器5和电力传送线圈6 (线圈的实例）以形成串联谐振电路(谐振电路的实例）的方式与信号源2相连接。此外，调整电容器5的电容值（C值）和电力传送线圈6的电感值（L值）以在期望的测量频率达到谐振。由信号源2和电容器5组成的电力传送部7通过电力传送线圈6向外部对象实施非接触式电力传送（电力传送（电力馈电)）。换言之，电力传送部7旨在使用电力传送线圈6执行电力传送。
[0042]电力接收器11利用电磁耦合以非接触的方式接收从电力传送器I传送的电力。电力接收器11设置有包括电容器13 (二次电池)和电阻元件14的充电部12 ;将交流电信号转换为直流电信号的整流部18 ;电容器15 ;以及能够与外部对象电磁耦合的电力接收线圈(次级侧线圈)16。电阻元件14给出电容13的内阻(输出阻抗)的图示。电容器15和电力接收线圈16以形成串联谐振电路的方式与充电部12相连接，并且调整电容器15的电容值(C值)和电力接收线圈16的电感值(L值)以在期望的测量频率达到谐振。由充电部12、整流部18以及电容器15组成的电力接收部17通过电力接收线圈16 (执行电力接收)以非接触式方式接收从外部对象传送的电力。换言之，电力接收部17旨在使用电力接收线圈16执行电力接收。
[0043]假设在组成串联谐振电路的电力传送线圈6和电容器5之间的电压是Vl (第一电压:施加到谐振电路上的电压的实例)，并且电力传送线圈6的两端的电压是V2 (第二电压)，串联谐振电路的Q值由表达式I表示。
[0044][公式I]
「 ^Vl InfL
[0045]Q =-— = ~ 士-
Y 1-1S
[0046]rs:在频率f的有效电阻。
[0047]通过将电压Vl与Q值相乘得到电压V2。随着金属对象接近电力传送线圈6，有效电阻rs变得更大，导致Q值的减 小。以这样的方式，随着金属对象接近电力传送线圈6，Q值(电磁耦合状态)将被测到发生变化，并且因此检测这个变化使得可以检测可能存在于电力传送线圈6附近的金属对象。
[0048]应当注意的是图1示出了包含串联谐振电路的基本电路，并因此假定提供了上述电路功能，作为详细配置的各种形式是可以的。例如，尽管图1示出了电容器13作为配备在电力接收器11的负载的实例，但是配置并不限于该实例。可替代地，也可允许电力接收器11具有信号源2 (电力传送部7)从而以非接触式方式经由电力接收线圈16向外部对象传送电力的配置或电力传送器11配备有负载从而以非接触式方式经由电力传送线圈6从外部对象接收电力的配置。
[0049](检测电路的描述)
[0050]图2是示出了根据本公开的第一实施方式的配备在电力传送器的检测器(检测电路)的配置实例的示意性框图。检测电路检测诸如金属的导体或包含线圈的电路。设置有检测电路的电力传送器与检测器(电磁耦合状态检测器)的特定而非限制性的实例相对应。
[0051]根据本实施方式的对应检测部(检测器)的特定而非限制性的实例的检测电路20包括:整流部21A和21B、模拟数字转换器(以下称为“ADC”)22，以及主控制部23。如下文中细节所述，检测电路20确定在包含能够与外部对象电磁耦合的线圈(本实例中的电力传送线圈6)的电路中的Q值或Q值的变化度，并同时基于所确定的结果执行关于与外部对象电磁耦合的状态的检测。如将在下文中以具体形式详细描述的那样，检测电路20检测是否诸如金属的任何其他导体(包括半导体)或包含线圈的任何其他电路(在此实例中的电力接收线圈16)可以以与外部对象电磁耦合的状态存在于线圈(此实例中的电力传送线圈6)附近。此外，当检测到在电力传送线圈6的附近存在这样的导体或任何其他电路时，检测电路20也具有进一步检测所检测到的对象是导体还是任何其他电路的能力。
[0052]整流部21A将从电力传送线圈6和电容器5之间输入的交流电信号(交流电压)转换为直流电信号(直流电压）以提供这样的合成信号作为输出。类似地，整流部21B将从信号源2和电容器5之间输入的交流电信号(交流电压）转换为直流电信号(直流电压）以将这样的总信号作为输出提供至ADC22。
[0053]ADC22将从整流部2IA和2IB输入的模拟直流电信号转换为数字直流电信号，以输出这样的总信号至所述主控制部23。
[0054]对应于控制部的特定但非限制性的实例的主控制部23，可由例如MPU (微处理器単元)组成以控制总电カ传送器I。主控制部23包括作为运算处理部23A和确定部23B的功能。
[0055]作为实施预定运算处理的块的运算处理部23A，在本实施方式中，计算电压Vl与电压V2的比，即，Q值由ADC22向确定部23B输出的计算结果所得的直流电信号得到。更具体地，运算处理部23A基于谐振电路中的电カ传送线圈6和电容器5之间的电压Vl与谐振电路中的电カ传送线圈6两端的电压V2的比，确定谐振电路中的Q值。以这种方式，运算处理部23A具有确定Q值或Q值的变化度的功能。
[0056]确定部23B将来自确定部23B的计算结果与存储在非易失性存储器24上的阈值相比较，以基于比较结果确定诸如金属的导体或包括线圈的电路是否可能存在于附近。换言之，确定部23B具有通过将由运算处理部23A计算的Q值或Q值的变化度与预定阈值相比较来确定与外部对象电磁耦合的状态的功能。因此，已经预先測量了在电カ传送线圈6附近什么都不存在或没有东西置于电カ传送线圈6上的状态下的Q值（Ref_Ql)的阈值，并且已经将该阈值存储在存储器24中。具体地，阈值（Ref_Ql)与在电カ传送线圈6附近不存在导体和包括另ー线圈的电路(任何其他电路）的状态下的谐振电路的Q值相对应。
[0057]通信控制部25响应于来自主控制部23的控制信号控制信号源2 (电カ传送部7)生成交流电压，从而允许电カ传送器I执行与外部对象的非接触式电カ传送或通信。
[0058]输入部26根据用户操作生成输入信号，以这样的合成信号输出至主控制部23。
[0059]值得注意的是，在本实施方式中，尽管采用了检测电路(检测器）设置在电カ传送器中的配置，但检测电路(检测器）可设置在电カ传送器或电カ接收器的任一个或两者之中。換言之，这样的检测器(检测部）可设置在电カ传送器或电カ接收器中或两者中。
[0060]參考图3所示的流程图，在由检测电路20执行的检测过程（电磁耦合状态检测过程）中提供描述。
[0061]在检测电路20上的主控制部23在周期地执行串联谐振电路中Q值的测量过程，并确定Q值的测量是否已完成(步骤SI)。当已完成测量时过程进行至步骤S2，并当没有测量完成时重复步骤SI中的确定步骤。应当注意的是，如先前所述，使用电压Vl和V2完成Q值的测量，其中，电压Vl和V2通过整流部21A和21B的整流然后通过ADC22的模拟数字转换获得。运算处理部23A计算电压Vl与电压V2的比（Q值)以将计算的值输出至确定部23B。
[0062]应当注意的是，主控制部23可通过检测来自输入部26的包含关于Q值测量的指令信息的输入信号来执行Q值的测量过程。
[0063]接下来，确定部23B将测量的Q值与在电カ传送线圈6的附近什么都不存在或没有东西置于电カ传送线圈6上的状态下的Q值的阈值（Ref_Ql)相比较，以确定测量的Q值是否在阈值（Ref_Ql)的范围内（步骤S2)。[0064]此时，如果测量的Q值在阈值（Ref_Ql)范围内，则确定部23B确定附近不存在诸如金属的导体或包含线圈的电路(步骤S3)，并且过程返回步骤SI。 [0065]另一方面，如果测量的Q值不在阈值（Ref_Ql)范围内，则确定部23B确定附近存在诸如金属的导体或包含线圈的电路(步骤S4 )，并且过程进行至步骤5。 [0066]此时，如果检测到在电力传送线圈6的附近存在导体或包含线圈的电路(任何其他电路)，则确定部23B确定电力传送线圈I是否能够与外部对象通信(步骤S5)。具体来讲，确定部23B指示通信控制部25执行与外部对象的通信。通信控制部25通过使信号源2 (电力传送部7)生成交流电压并通过从电力传送器I (电力传送线圈6)向外部对象发送无线信号(传送信号)来尝试与外部对象通信。随后，通信控制部25根据对传送信号的响应的存在与否确定与外部对象的通信是否可行。 [0067]更具体地，如果有来自外部对象的对来自电力传送器I的传送信号的响应（响应被返回)，则确定部23B确定与外部对象的通信可行，并判定在附近存在包含线圈的电路(步骤S6)。相反地，如果没有来自外部对象的对来自电力传送器I的传送信号的响应，则确定部23B确定与外部对象的通信不可行(不能实施的)，并判定在附近存在诸如金属的导体(步骤 S7)。 [0068]以这种方式，确定部23B基于确定经由电力传送线圈6与外部对象通信是否可行的结果确定所检测到的对象是导体还是其他电路(包含任何其他线圈的电路)。具体来说，当确定与外部对象的通信可行时，确定部23B判定所检测到的对象是任意其他电路，并且当确定与外部对象的通信不可行时，确定部23B判定所检测到的对象是导体。 [0069]应当注意的是，在本实施方式中，尽管提供了检测电路20与串联谐振电路连接的应用实例上的描述，并联谐振电路可替代地用作谐振电路。图4 (a)和4 (b)的每个示出了并联谐振电路的实例。在图4 (a)的实例中，并联谐振电路以如下方式配置：电容器5A与电容器5B和电力传送线圈6的并联电路串联连接。此外，在图4 (b)的实例中，并联谐振电路以如下方式配置：电容器5A与电容器5B和电力传送线圈6的串联电路并联连接。检测电路20利用在图4 (a)和4 (b)的每个中所示出的并联谐振电路中获得的电力传送线圈6和电容器5A之间的电压Vl和电力传送线圈6两端的电压V2计算Q值。为了说明根据本公开实施方式的检测方法（电磁耦合状态检测方法）的原理的目的，通过实例描述了上述串联谐振电路和并联谐振电路，并且谐振电路的配置并不限于这些实例。 [0070](测量结果） [0071]接下来，提供关于在金属对象实际上被置于电力传送器I上的电力传送线圈6附近的情形下Q值的测量结果的描述。 [0072]如图5所示，以如下方式完成测量：通过将金属对象31靠近安装在基座30上的电力传送器I操作检测电路20。此外，在测量中，作为电力传送线圈6，使用利用绞合线41(线直径$ ：1.0mm)(其是具有多个如图6所示扭转的窄铜线的导线）缠绕的具有150mm (Wl)*190mm (W2)的尺寸的螺旋线圈。此外，由厚度为I. Omm的铁氧体材料制成的磁性材料42放置成与螺旋线圈的背面紧靠。当在附近不存在金属对象31时，电力传送线圈6的L值和Q值分别是192. 0 ii H和230. 7。被谐振的电容器5的C值是8. 2nF。在这种情况下，包括电力传送线圈6的串联谐振电路的谐振频率变为127. OkHz0 [0073]此外，假定电容器的Q值是Qc，并且线圈的Q值是QL，则谐振电路的Q值通常由关系式l/{ (1/Qc)+ (1/QL)来表示。用于测量的电容器5的Q值被设计为相对于电カ传送线圈6的Q值相当高(远远高于电カ传送线圈6的Q值)，并因此可以忽略对于串联谐振电路的Q值的任何影响。然而，相反地，电カ传送线圈6的Q值被设计为相对于电容器5的Q值相当高，或者电カ传送线圈6和电容器5两者具有几乎相等的Q值。[0074]使各具有I. Omm的厚度的铁（Fe)材料和铝（Al)材料接近包含电カ传送线圈6的串联谐振电路。电カ传送线圈6与姆个金属对象之间的距离被固定为8mm。随后,在改变各个金属对象的尺寸的同时使用在电カ传送器I上的检测电路20来測量Q值。图7示出了表示Q值对金属尺寸(对边宽）的特性的曲线图。[0075]尽管随着金属对象31的尺寸的増加，有效电阻似乎増加相同的量，导致Q值的衰减，但是使用铁（Fe)材料和铝（Al)材料的測量结果表示可能有依赖金属材料性质的差异。換言之，假定金属对象具有相同尺寸，金属对象的尺寸増加相当于电カ传送线圈6附近存在金属对象。确定部23B将所测量的Q值(或Q值的变化率）与存储在存储器24上的阈值相比较，以根据Q值是否在阈值的范围内来确定金属对象是否存在。[0076]以这种方式，可以基于Q值的测量结果检测电カ传送线圈6附近金属对象的存在。Q值的衰減量根据金属材料的性质而变化，并且Q值中具有更大衰减度的金属可以更容易地产生热量。換言之，Q值与热生成因子有关，并且可能产生热量的被检测金属可以更容易地被检测到。[0077]接下来，提供以下情况的Q值的测量结果的描述：电カ接收线圈16与电カ传送器I上的电カ传送线圈6谐振，即，放置电カ接收器11。[0078]如图8所示，如利用金属对象31的情况那样，以如下方式完成測量：通过将电力接收器11接近安装在基座30上的电カ传送器I操作检测电路20。此外，在測量中用作电カ接收线圈16的线圈是具有30mm (Wl)*50mm (W2)的尺寸的螺旋形线圈，该螺旋形线圈具有与图6中所示出的螺旋形线圈相似的结构并且使用具有线直径q> 0.65mm的绞合线41缠绕。作为磁性材料42的替换物，具有0. 2mm厚度的由铁氧体材料制成的磁片被放置成与螺旋形线圈的背面紧靠。当在附近不存在金属对象31吋，电カ传送线圈6的L值和Q值分别是14. Oii H和48. 4。包括电カ接收线圈16的串联谐振电路的谐振频率是127. OkHz0电カ传送器I上的电カ传送线圈6与图6中示出的电カ传送线圈相同。在电カ传送线圈6和电力接收线圈16之间的距离被固定为8mm。[0079]在这样的状态下，使用检测电路20測量当连接到电カ接收器11上的串联谐振电路的电阻负载改变时，电カ传送线圈6的Q值的变化。图9示出了表示电カ传送侧的谐振电路的Q值的特性对电カ接收侧上的谐振电路的负载电阻的曲线图。在图中，“打开”表示电カ接收器11上的串联谐振电路的负载侧被置为打开状态。此外，“没有线圈”表示没有连接电カ接收线圈16的状态。[0080]从图9可以看出，随着电力接收侧上的谐振电路的负载电阻的减小，在电カ传送器I的测量的Q值减小。此外，从图9的特征曲线看出，在非谐振线圈(未在图中示出)上也发现了与上面相同的趋势(除了微小的差异)。确定部23B将所测量的Q值(或Q值的变化率）与存储在存储器24上的阈值相比较，以根据Q值是否在阈值的范围内确定是否存在包含线圈的电路。以这种方式，通过测量包括电カ传送线圈6的串联谐振电路的Q值可以检测包括可以与电カ传送线圈6电磁耦合的线圈的电路。[0081]接下来，以相同的方式测量当金属对象插入电力传送线圈6和电力接收线圈16之间时Q值的变化。
[0082]图10是示出了在金属对象插入在电力传送线圈6和电力接收线圈16之间的状态下的示意性截面图。金属对象53和间隔器54布置在电力传送线圈6和电力接收线圈16之间，其中，电力传送线圈6具有放置成紧靠其背面的磁性材料51，电力接收线圈16具有放置成紧靠其背面的磁片52。在该测量中，当没有插入金属对象时，在电力传送器I上的串联谐振电路的Q值是230.7，电力接收器11上的串联谐振电路的Q值是48.4，电力传送线圈6和电力接收线圈16之间的电磁耦合的程度一稱合系数k是0.10，并且交互线圈效率是0.83ο电力传送线圈6和电力接收线圈16之间的距离在此时是8mm。
[0083]图11示出了当插入具有1.0mm厚度的金属对象53时从相同电路获得的关于在电力传送器I (初级侧)和电力接收器11 (次级侧)的串联谐振电路的Q值、耦合系数k、以及交互线圈效率的测量结果。
[0084]图11示出的曲线图由变化率所表示，其中，当没有插入金属对象53时，各个值被标准化为100%。从该曲线图中可以看出，次级侧线圈的Q值相比初级侧线圈的Q值的变化率具有更大的变化率，耦合系数k以及交互线圈效率可根据线圈之间的距离或线圈的方向而变化。因此，与现有的传送/接收电力系数方法相比，通过捕捉次级侧线圈的Q值的变化，可以检测安插在初级侧(电力传送线圈6)和次级侧(电力接收线圈16)之间的较小的金属对象。换言之，如果将根据本实施方式的检测Q值的检测电路20设置在电力接收器(次级侧)，这使得可以只使用电力接收器检测导体等，还可以获得与现有方法相比较高的检测灵敏度。例如，确定部23B将所测量的次级侧线圈的Q值的变化率与存储在存储器24上的阈值(例如，90%)相比较，并且当Q值的变化率小于90%时确定金属对象存在于初级侧线圈和次级侧线圈之间，从而允许检测到这样的金属对象。
[0085]同时，交互线圈效率(nrf)理论上由作为初级侧线圈和次级侧线圈之间的电磁耦合程度的耦合系数k，以及作为不具 有负载的串联谐振电路的各个Q值的初级侧Q值(Ql)和次级侧Q值(Q2)唯一地获得。用于获得交互线圈效率(nrf)的计算表达式在表达式(2)至表达式(4)中给出。
[0086][公式.2]
S2
[0087]Irf=I —
O+^Ji+s2)2
[0088][公式.3]
[0089]S=kQ
[0090][公式.4]
[0091]Q =40^2
[0092]在利用电磁耦合的本实施方式中，尽管耦合系数k很低，但在初级侧和次级侧的串联谐振电路中的Q值被设置为高值，从而增强初级侧线圈和次级侧线圈的配置的自由度。举例来说，完成设计以保证在初级侧线圈和次级侧线圈之间的耦合系数k是0.5以下，并且初级侧线圈或次级侧线圈或两者的Q值是100以上。这对于将在下文中描述的第二和第三实施方式也同样适用。当然，然而本实施方式并不限于这样的数值实例。[0093](第一实施方式的有利效果）
[0094]根据上述第一实施方式，内置在初级侧（电力传送器）或次级侧（电力接收器）的检测电路(检测器)确定包含能够与外部对象电磁耦合的线圈的电路中的Q值或Q值的变化度并且基于所确定的结果执行关于与外部对象电磁耦合的状态的检测。这使得不需要综合使用初级侧（电力传送侧）和次级侧（电力接收侧）就可以检测诸如金属的导体(包括半导体）或包含电磁耦合线圈的电路。因此，这允许方便地检测导体或包含线圈的电路。
[0095]应当注意的是，相反地，例如，在基于电力接收器(次级侧）的负载变化的情况下的幅度和相位信息检测金属对象的方法中，或由传送/接收电力效率的变化检测金属对象的方法中，需要通过综合使用电力传送器和电力接收器检测执行通信的金属对象。具体来说，在电力接收电路之外的金属对象和不能通信的适当的电力接收器之间引起的任意信号应当受电力发送器的线圈支配的情况下，不可能检测到金属对象。
[0096]此外，由于分别为电力传送器或电力接收器配备的电力传送线圈或电力接收线圈被用作传感器，没有必要提供任何其他的专用传感器，这从空间节省和成本节省的观点来看是十分有利的。相反地，例如，在通过使用磁传感器、电容传感器、红外传感器等的检测金属对象的方法中，除了电力传送线圈或电力接收线圈之外，还需要在电力传送器和电力接收器中设置传感器。这增加了设备外壳的设计中的限制，从成本观点来看也是不利的。
[0097]此外，与感抗和电容不同，Q值与热生成因子相关，并因此根据第一实施方式使用Q值的检测电路(检测器）容易检测尽可能多的可能产生热量的待检测的任意金属。
[0098]而且，与交互线圈效率方法中的用于检测诸如金属的导体或包括包含电磁耦合的线圈的电路相比较，使用Q值的本实施方式实现了更高的检测灵敏度。
[0099]应当注意的是，在本实施方式中，尽管提供了关于将磁场耦合(见图I)作为电磁耦合的实例的情况的描述，但是可以 将电场耦合作为实例。除了耦合是基于电场或磁场的唯一差异外，磁场稱合和电场稱合表现相同的性能。在电场稱合的情况下，允许在电力传送器上的电容和电力接收器上的电容被设置为彼此相对的情况下被称为等效电路。在这种情况下，通过测量串联谐振电路上的线圈和电容之间的电压作为电压Vl以及通过测量的电容两端的电压作为电压V2来获得Q值。
[0100]〈2?第二实施方式〉
[0101]在第一实施方式中，运算处理部23A由串联谐振电路上的电力传送线圈和电容器之间的电压Vl以及电力传送线圈两端的电压V2来获得Q值，尽管在第二实施方式中以半值宽度的方法来获得Q值。换言之，在根据第二实施方式的运算处理部23A中，通过在谐振电路中使用半值宽度方法获得谐振电路（串联谐振电路或并联谐振电路）中的Q值。
[0102]在半值宽度方法中，在配置串联谐振电路的情况下，如图12所示，使用带宽（4至f2的频率范围）从表达式（5)获得Q值，在该带宽的阻抗是在谐振频率的阻抗（Z_tt)的绝对值的万倍。换言之，在这种情况下，运算处理部23A使用半值宽度方法基于串联谐振电路的谐振频率和阻抗是在谐振频率&的阻抗（Z_tt)的绝对值的^倍的频带宽度（f\
至f2的频率范围）获得串联谐振电路中的Q值。
[0103][公式.5]
【权利要求】
1.一种检测器，包括： 检测部，确定在包含能够与外部对象电磁耦合的线圈的电路中的Q值或所述Q值的变化度，并基于所确定的结果执行关于与所述外部对象电磁耦合的状态的检测。
2.根据权利要求1所述的检测器，其中，所述检测部检测导体或包括另一线圈的另一电路是否以与所述外部对象电磁耦合的所述状态存在于所述线圈的附近。
3.根据权利要求2所述的检测器，其中，当检测到在所述线圈的附近存在所述导体或所述另一电路时，所述检测部进一步检测所述检测到的对象是否是所述导体和所述另一电路之一。
4.根据权利要求3所述的检测器，其中，所述检测部基于确定经由所述线圈与所述外部对象的通信是否可行的结果来判断所述检测到的对象是否是所述导体和所述另一电路之一。
5.根据权利要求4所述的检测器，其中，当确定与所述外部对象的所述通信可行时，所述检测部判定所述检测到的对象是所述另一电路；当确定与所述外部对象的所述通信不可行时，判定所述检测到的对象是所述导体。
6.根据权利要求4所述的检测器，进一步包括控制与所述外部对象的所述通信的通信控制部，其中： 当检测到在所述线圈的附近存在所述导体或所述另一电路时，所述检测部指示所述通信控制部输出传送信号至所述检测到的对象，并根据对所述传送信号的响应的存在与否来确定与所述外部对象的所述通信是否可行。
7.根据权利要求6所述的检测器，其中，当存在对所述传送信号的响应时，所述检测部确定与所述外部对象的所述通信可行；当对所述传送信号无响应时，确定与所述外部对象的所述通信不可行。
8.根据权利要求1所述的检测器，其中，所述检测部包括： 运算处理部，计算所述Q值或所述Q值的变化度；以及 确定部，通过将由所述运算处理部计算出的所述Q值或所述Q值的变化度与预定阈值相比较来确定与所述外部对象电磁耦合的状态。
9.根据权利要求8所述的检测器，其中，所述电路是包括所述线圈和电容的谐振电路，并且 所述运算处理部由第一电压与第二电压的比值计算所述谐振电路的所述Q值，其中，所述第一电压是所述谐振电路中的所述线圈和所述电容之间的电压，所述第二电压是所述谐振电路中的所述线圈两端的电压。
10.根据权利要求8所述的检测器，其中，所述电路是包括所述线圈和电容的谐振电路，并且 所述运算处理部通过在所述谐振电路中使用半值宽度方法计算所述谐振电路中的所述Q值。
11.根据权利要求10所述的检测器，其中，所述谐振电路是串联谐振电路，并且 所述运算处理部，使用所述半值宽度方法，基于所述串联谐振电路的谐振频率和带宽频率计算所述串联谐振电路中的所述Q值，其中，在所述带宽频率下获得的阻抗是在所述谐振频率下的阻抗的绝对值乘以倍。
12.根据权利要求10所述的检测器，其中，所述谐振电路是并联谐振电路，并且 所述运算处理部，使用所述半值宽度方法，基于所述并联谐振电路的谐振频率和带宽频率计算所述并联谐振电路中的所述Q值，其中，在所述带宽频率下获得的阻抗是所述谐振频率下的阻抗的绝对值的（1/Vi )。
13.根据权利要求8所述的检测器，其中，所述电路是包括所述线圈和电容的谐振电路，并且 所述运算处理部，使用自动平衡桥接电路和矢量比检测器确定所述谐振电路中的阻抗的实部分量和虚部分量，并由所述实部分量与所述虚部分量的比值计算所述谐振电路中的所述Q值。
14.根据权利要求8所述的检测器，其中，在所述导体和所述另ー电路不存在于所述线圈的附近的情况下，所述阈值对应于所述电路中的Q值。
15.根据权利要求1所述的检测器，其中，所述检测部通过对所述电路中的L值和在电磁耦合的情况下耦合因子k值之ー以及所述电路中的Q值进行组合使用，执行关干与所述外部对象电磁耦合的状态的检测。
16.ー种电カ传送器，包括： 电カ传送线圈，能够与外部对象电磁耦合； 电カ传送部，使用所述电カ传送线圈执行电カ传送；以及 检测部，确定在包含所述电カ传送线圈的电路中的Q值或所述Q值的变化度，并基于所确定的结果执行关于与所述外部对象电磁耦合的状态的检測。
17.ー种电カ接收器，包括： 电カ接收线圈，能够与外部对象电磁耦合； 电カ接收部，使用所述电カ接收线圈执行电力接收；以及 检测部，确定在包含所述电カ接收线圈的电路中的Q值或所述Q值的变化度，并基于所确定的结果执行关于与所述外部对象电磁耦合的状态的检測。
18.一种电カ供给系统，包括： ー个或多个电カ接收器，以及 ー个或多个电カ传送器，对电カ接收器执行利用电磁耦合的电カ传送，其中， 所述电カ传送器具有能够与外部对象电磁耦合的电カ传送线圈；以及利用所述电カ传送线圈执行电カ传送的电カ传送部， 所述电カ接收器具有能够与外部对象电磁耦合的电カ接收线圈；以及利用所述电カ接收线圈执行电力接收的电カ接收部，以及 检测部，确定在包含所述电カ传送线圈和所述电カ接收线圈之一的电路中的Q值或所述Q值的变化度，并且基于确定的结果执行关于与所述外部对象电磁耦合的状态的检测；所述检测部被设置在所述电カ传送器和所述电カ接收器中的一个或两者中。
19.根据权利要求18所述的电力供给系统，其中，所述检测部被设置在所述电カ接收器中。
20.—种检测方法，包括：第一歩，确定在包含能够与外部对象电磁耦合的线圈的电路中的Q值或所述Q值的变化度；以及 第二步，基于在所述第一步中所确定的结 果，执行关于与所述外部对象电磁耦合的状态的检测。
【文档编号】H02J17/00GK103502845SQ201280014668
【公开日】2014年1月8日 申请日期:2012年3月8日 优先权日:2011年3月31日
【发明者】村上知伦, 吉野功高 申请人:索尼公司