能量接收器、检测方法、电力传输系统、检测装置以及能量传送器的制造方法
【专利摘要】一种能量接收器，包括：电力接收器线圈，被配置为无线接收自电力传送器传送的电力；检测部，被配置为检测异物；以及电力存储部，被配置为在异物的检测期间将电力供应至检测部。
【专利说明】能量接收器、检测方法、电力传输系统、检测装置以及能量传送器
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种检测导体(比如金属)的存在的检测器、电力接收器、电力传送器、非接触电力传输系统以及检测方法。具体地，本发明涉及一种能量接收器、检测方法、电力传输系统、检测装置以及能量传送器。
【背景技术】
[0002]近年来，积极开发无线(S卩，不接触)供应电力的非接触电力传输系统。作为实现非接触电力传输的方法，磁场谐振方法引人关注。该磁场谐振方法使用传输侧线圈与接收侧线圈之间的磁场耦合来执行电力传输。该磁场谐振方法具有以下特性:通过积极使用谐振现象而减少电力馈送源与电力馈送目的地之间所共享的磁通量。
[0003]在已知的电磁感应方法中，电力传输侧与电力接收侧的耦合程度尤其高且具有高效率的电力馈送系是可能的。然而，因为需要维持较高耦合因子(coupling factor)，所以电力传输侧线圈与电力接收侧线圈之间的电力传输效率(下文中称为“线圈间效率”)在增大电力传输侧与电力接收侧之间的距离或出现位置偏差时急剧恶化。另一方面，磁场谐振方法具有以下特性:若品质因数(quality factor)较高，则即使耦合因子较小，线圈间效率也不会恶化。换句话说，存在一个优点:该电力传输侧线圈与该电力接收侧线圈之间无需轴向对准且线圈之间的位置及距离的自由度较高。该品质因数为指示具有电力传输侧线圈或电力接收侧线圈的电路中的能量的存留与损失之间的关系的指数(指示谐振电路的谐振的强度)。
[0004]非接触电力传输系统中的最重要因子之一为外来金属的热产生测量。当不接触执行电力馈送时，若电力传输侧与电力接收侧之间存在金属，则不论电磁感应方法或磁场谐振方法，均出现涡电流且该金属因此可产生热。为抑制热产生，提出检测外来金属的各种方法。例如，使用光学传感器或温度传感器的方法已为人们所知。然而，当馈送范围如磁场谐振方法般宽时，使用传感器的检测方法成本较高。另外，例如，若所使用的传感器是温度传感器，则该温度传感器的输出结果取决于其周围的导热性使得传输侧及接收侧上的装置设计受限。
[0005]相应地，提出一种方法:当电力传输侧与电力接收侧之间存在外来金属时观察参数(电流、电压等)的变化；以及确定外来金属的存在。在此方法中，可以抑制成本且无设计限制。例如，在专利文献I中，提出一种方法:在电力传输侧与电力接收侧之间进行通信时使用参数的调制度来检测外来金属。在专利文献2中，提出一种方法:使用涡电流损失来检测外来金属(通过DC-DC效率而检测外来物质)。
[0006]引用列表
[0007]专利文献
[0008]PTLl:日本专利申请未经审查的公开第2008-206231号
[0009]PTL2:日本专利申请未经审查的公开第2001-275280号
【发明内容】
[0010]然而，在专利文献I及2所提出的方法中，未考虑电力接收侧上的金属外壳的影响。在给一般移动装置充电的情况下，可在这样的移动装置中使用任何金属(金属外壳、金属部件等)且因此难以确定参数的变化是由“金属外壳等的影响”或由“包含的外来金属”引起。在专利文献2中，作为实例，难以确定涡电流损失是由移动装置中的金属外壳或存在于电力传输侧与电力接收侧之间的外来金属引起。如上所述，专利文献I及2中所提出的方法无法高度准确地检测外来金属。
[0011]另外，移动装置通常包括用于不接触充入接收电力的电池及适当控制该电池的控制电路。然而，当通过使用由该移动装置中的电池充入的电力而操作检测外来金属的检测电路时，该移动装置需要在适当控制电池的同时控制检测电路，且与该控制相关的负载因此较大。
[0012]再者，当剩余电池电量较少时，移动装置难以检测存在于移动装置与电力传输侧之间的外来金属。若外来金属的检测无法执行，则因为无法确保安全而不执行来自电力传输侧的电力传输，由此无法给电池充电。
[0013]期望在电力接收侧上无需负载系统(控制)的情况下检测存在于电力传输侧与电力接收侧之间的外来金属以及提高检测准确度。
[0014]根据本公开内容的实施方式，提供了一种能量接收器，包括:电力接收器线圈，被配置为无线接收自电力传送器传送的电力；检测部，被配置为检测异物；以及电力存储部，被配置为在异物的检测期间将电力供应至检测部。
[0015]根据本公开内容的实施方式，提供了一种检测方法，包括:使用自电力接收器线圈无线接收的电力来给电力存储部充电；使用检测部来检测异物是否在电力接收器线圈的范围内；以及在异物的检测期间使用电力存储部来给检测部供电。
[0016]根据本公开内容的实施方式,提供了一种电力传输(transmission)系统,包括:电力传送器，被配置为将电力无线传送(transmit，传输)至电力接收器，其中，电力传送器包括:(i)电力传输线圈，被配置为将电力传送至电力接收器；(ii)电力传输部，被配置为将AC信号供应至电力传输线圈；以及(iii)电力传送器控制部，被配置为响应于自电力接收器传送的信号来控制来自电力传输部的AC信号的供应；并且电力接收器包括:(i)电力接收器线圈，被配置为自电力传送器无线接收电力；(ii)检测部，被配置为检测异物；
(iii)电力存储部，被配置为存储自电力传送器接收的电力，电力存储部可操作以在异物的检测期间将所接收的电力供应至检测部；以及(iv)电力接收器控制部，被配置为操作检测部且确定异物是否在电力传输线圈的范围内。
[0017]根据本公开内容的实施方式，提供了一种检测装置，包括:电力接收器线圈，被配置为无线接收自电力传送器传送的电力；检测部，被配置为检测异物是否在电力接收器线圈的范围内；以及电力存储部，被配置为在异物的检测期间将电力供应至检测部。
[0018]根据本公开内容的实施方式，提供了一种能量传送器，包括:电力传输线圈，被配置为将电力无线传送至电力接收器；检测部，被配置为检测异物；以及电力存储部，被配置为在异物的检测期间将电力供应至检测部。
[0019]根据本公开内容的实施方式，提供了一种能量接收器，包括:电力接收器线圈，被配置为无线接收自电力传送器传送的电力；检测部，被配置为检测异物；以及控制部，被配置为在至电力接收器线圈的电力传输的暂停期间启动检测部。
[0020]根据本公开内容的一个实施方式，提供了一种检测器，包括:谐振电路，包括次级侧线圈；检测部，测量该谐振电路的品质因数；电力存储部，将从初级侧线圈经次级侧线圈接收的电力充入，充入量为检测部中的品质因数测量期间所消耗的电力量；以及控制部，在来自该初级侧线圈的电力传输的暂停期间使用充入至该电力存储部中的该电力来操作该检测部。
[0021]根据本公开内容的一个实施方式，提供了一种电力接收器，包括:次级侧线圈；谐振电路，包括所述次级侧线圈；检测部，测量谐振电路的品质因数；电力存储部，基于检测部中的品质因数测量期间消耗的电力量而充入电力，该电力来自通过次级侧自初级侧线圈接收的电力；以及控制部，在来自初级侧线圈的电力传输的暂停期间使用充入至电力存储部中的电力来操作检测部。
[0022]根据本公开内容的一个实施方式，提供了一种电力传送器，包括:初级侧线圈，将电力传送至次级侧线圈；电力传输部，将AC信号供应至初级侧线圈；以及控制部，响应于基于电力接收器的品质因数来指示电磁耦合状态的信号而控制来自电力传输部的AC信号的供应，所述信号传送自安装有次级侧线圈的接收器。
[0023]根据本公开内容的一个实施方式，提供了一种非接触电力传输系统，包括:电力传送器，无线传送电力；以及电力接收器，接收自电力传送器传送的电力。该电力接收器包括:谐振电路，包括次级侧线圈；检测部，测量谐振电路的品质因数；电力存储部，基于该检测部中的品质因数测量期间所消耗的电力量而充入电力，该电力来自通过次级侧线圈而自初级侧线圈接收的电力；以及第一控制部，在来自初级侧线圈的电力传输的暂停期间使用充入至电力存储部中的电力来操作检测部。该电力传送器包括:初级侧线圈，将电力传送至电力接收器的次级侧线圈；电力传输部，将AC信号供应至初级侧线圈；以及第二控制部，响应于基于该电力接收器的品质因数的指示电磁耦合状态的信号而控制来自电力传输部的AC信号的供应，所述信号传送自电力接收器。
[0024]根据本公开内容的一个实施方式，提供了一种检测方法，包括:基于电力接收器的检测部中的品质因数测量期间所消耗的电力量而将电力(来自通过谐振电路的次级侧线圈而从电力传送器的初级侧线圈接收的电力)充入至非接触电力传输系统的电力接收器的电力存储部中，该谐振电路设置在电力接收器中；在来自初级侧线圈的电力传输的暂停期间使用充至电力存储部中的电力来操作该检测部并获取确定谐振电路的品质因数所需的物理量；以及通过非接触电力传输系统中的电力接收器或电力传送器而从确定品质因数所需的物理量计算品质因数。
[0025]根据本发明的上述示例实施方式，即使当自电力传输侧至电力接收侧的电力馈送无法执行时，也可通过使用存储在电力存储部中的基于品质因数测量期间所消耗的电力量的电力并将电路(其用于检测来自电力接收侧上的系统的外来金属)断开，能够检测存在于电力传输侧与电力接收侧之间的外来金属。再者，在自电力传输侧至电力接收侧的电力馈送无法执行时，通过测量次级侧品质因数而执行外来金属的检测。相应地，外来金属的检测不受电力馈送影响且检测准确度得以提高。【专利附图】
【附图说明】
[0026]图1是示出了在串联谐振电路的品质因数改变时的增益的频率特性的实例的曲线图。
[0027]图2是示出了 S值(耦合因子X品质因数)与线圈间效率之间的关系的曲线图。
[0028]图3A至图3C是说明随着金属的位置改变测量初级侧品质因数时的测量条件的示意图。
[0029]图4是示出了用在根据本公开内容的第一实施方式的非接触电力传输系统中的电力传送器的概要的电路图。
[0030]图5是示出了根据本公开内容的第一实施方式的电力传送器(初级侧上)的内部配置实例的框图。
[0031]图6是示出了根据本公开内容的第一实施方式的电力接收器(次级侧上)的内部配置实例的框图。
[0032]图7是示出了由电容器充电引起的第一调节器的输入端处的电压降的状态的波形图。
[0033]图8是示出了根据本公开内容的第一实施方式的非接触电力传输系统的电力馈送期间的处理的流程图。
[0034]图9是示出了在初级侧(电力传送器)上计算反映频率扫描的品质因数的情况下的处理的流程图。
[0035]图10是根据本公开内容的第一实施方式的非接触电力传输系统中的操作的时序图。
[0036]图11是标出多个频率及品质因数的图表。
[0037]图12是示出了在次级侧(电力接收器)上计算反映频率扫描的品质因数的情况下的处理的流程图。
[0038]图13是示出了在初级侧(电力传送器)上计算品质因数的情况下的处理的流程图。
[0039]图14是示出了在次级侧(电力接收器)上计算品质因数的情况下的处理的流程图。
[0040]图15A及图15B是示出了用在非接触电力传输系统中的谐振电路的其他实例的电路图。
[0041]图16是示出了根据本公开内容的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。
[0042]图17是示出了根据本公开内容的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。
[0043]图18是根据本公开内容的第三实施方式的使用阻抗的虚分量与实分量的比率来计算品质因数的电路图。
【具体实施方式】
[0044]以下将参照附图描述本公开内容的实施方式。将依以下顺序给出描述。应注意，相同编号用于标示附图中的共同组件且将适当省略重复的描述。
[0045]1、第一实施方式(第一至第三开关部:在电力馈送期间与品质因数测量期间之间的切换电路的实例)[0046]2、第二实施方式(运算处理部:通过半带宽方法来计算品质因数的实例)
[0047]3、第三实施方式(运算处理部:使用阻抗的实分量与虚分量的比率来计算品质因数的实例)
[0048]4、其他(各种变形例)
[0049]〈1、第一实施方式〉
[0050]【引言描述】
[0051]
【发明者】已研究使用电力接收侧品质因数(次级侧)的变化来检测外来金属以解决上述问题。外来金属意指存在于电力传输侧(初级侧)与该电力接收侧之间的导体，比如金属。本说明书中所述的该导体包括广义上的导体，即，半导体。
[0052]品质因数为指示能量存留与能量损失之间的关系的指数且一般用作指示谐振电路的谐振峰(谐振的强度)的锐度的值。在使用线圈与电容器(也称为电容器(condenser))的串联谐振电路中，一般由表达式(I)表达品质因数，其中R是该串联谐振电路的电阻值，L是电感值，且C是电容值。
[0053]【数值表达式I】
[005４]
【权利要求】
1.一种能量接收器，包括: 电力接收器线圈，被配置为无线接收从电力传送器传送的电力； 检测部，被配置为检测异物；以及 电力存储部，被配置为在异物的检测期间将电力供应至所述检测部。
2.根据权利要求1所述的能量接收器，进一步包括: Q值检测电路，连接至所述电力接收器线圈， 其中，所述检测部被配置为测量与所述Q值检测电路相关的品质因数。
3.根据权利要求1所述的能量接收器，进一步包括: 控制部，被配置为在至所述电力接收器线圈的电力传输暂停期间使用存储在所述电力存储部中的电力来启动所述检测部。
4.根据权利要求3所述的能量接收器，其中，所述控制部包括运算处理部及确定部，所述运算处理部被配置为:(i)计算与所述电力接收器线圈相关的品质因数；以及(ii)将所述品质因数输出至所述确定部，所述确定部被配置为比较所述品质因数与用于确定异物是否在所述电力接收器线圈的范围内的阈值。
5.根据权利要求4所述的能量接收器，进一步包括: 存储器，被配置为存储用于确定异物是否在所述电力接收器线圈的范围内的所述阈值， 其中， 所述存储器是与所述控制部通信的非易失性存储器，并且 所述阈值在所述电力接收器线圈与异物实质上隔离时获取。
6.根据权利要求1所述的能量接收器，进一步包括: 开关，与所述电力存储部通信，所述开关被配置为:(i )连接所述电力存储部和所述检测部以在电力传输的暂停期间提供用于异物的检测的电力；以及(ii)在不检测异物时使所述电力存储部与所述检测部断开。
7.—种检测方法,包括: 使用从电力接收器线圈无线接收的电力来给电力存储部充电； 使用检测部来检测异物是否在所述电力接收器线圈的范围内；以及 在异物的检测期间使用所述电力存储部来给所述检测部供电。
8.根据权利要求7所述的检测方法，进一步包括: 在至所述电力接收器线圈的电力传输的暂停期间使用存储在所述电力存储部中的电力来启动所述检测部。
9.根据权利要求7所述的检测方法，其中， 所述电力接收器线圈包括Q值检测电路，并且 异物是否在所述电力接收器线圈的范围内的检测基于检测部对与所述Q值检测电路相关的品质因数的测量。
10.根据权利要求9所述的检测方法，其中，所述电力部的充电包括: 基于所述品质因数的测量期间所消耗的电力而从电力传送器无线接收电力。
11.根据权利要求8所述的检测方法，进一步包括: 在所述电力接收器线圈与异物隔离时获取用于确定异物是否在所述接收器线圈的范围内的阈值； 将所述阈值存储在与所述控制部通信的非易失性存储器中； 使用所述控制部的运算处理部来计算品质因数；以及 使用所述控制部的确定部来比较所述品质因数与所述阈值。
12.根据权利要求7所述的检测方法，其中，所述检测部的供电包括: (i)使用开关来将所述检测部连接至所述电力存储部使得在电力传输的暂停期间将电力提供至所述电力存储部用于检测异物；以及(ii)在不检测异物时使所述电力存储部与所述检测部断开。
13.一种电力传输系统，包括: 电力传送器，被配置为将电力无线传送至电力接收器，其中， 所述电力传送器包括:(i)电力传输线圈，被配置为将电力传送至所述电力接收器；(?)电力传输部，被配置为将AC信号供应至所述电力传输线圈；以及(iii)电力传送器控制部，被配置为响应于从所述电力接收器传送的信号来控制从所述电力传输部供应所述AC信号；并且 所述电力接收器包括:(i)电力接收器线圈，被配置为从所述电力传送器无线接收电力；(ii)检测部，被配置为检测异物；(iii)电力存储部，被配置为存储从所述电力传送器接收的电力，所述电力存储部可操作用于在异物的检测期间将所接收的电力供应至所述检测部；以及(iv)电力接收器控制部，被配置为操作所述检测部且确定异物是否在所述电力传输线圈的范围内。
14.根据权利要求13所述的电力传输系统，其中，` 所述电力接收器包括与所述电力接收器线圈连接的Q值检测电路；并且 所述检测部被配置为测量与所述Q值检测电路相关的品质因数。
15.根据权利要求13所述的电力传输系统，其中，所述电力接收器控制部被配置为在所述电力传送器与所述电力接收器之间的电力传输的暂停期间使用存储在所述电力存储部中的电力来启动所述检测部。
16.根据权利要求13所述的系统，其中， 所述电力接收器包括存储器，所述存储器被配置为存储用于确定异物是否在所述电力传输线圈与所述电力接收器线圈之间的阈值，并且 所述存储器是与所述电力接收器控制部通信的非易失性存储器。
17.根据权利要求13所述的系统，其中，所述电力接收器包括与所述电力存储部通信的开关，所述开关被配置为:(i)连接所述电力存储部和所述检测部以在所述电力传送器与所述电力接收器之间的电力传输暂停期间在启动检测部时提供电力；以及(ii)在不启动所述检测部时使所述电力存储部与所述检测部断开。
18.一种检测装置，包括: 电力接收器线圈，被配置为无线接收从电力传送器传送的电力； 检测部，被配置为检测异物是否在所述电力接收器线圈的范围内；以及 电力存储部，被配置为在异物的检测期间将电力供应至所述检测部。
19.根据权利要求18所述的检测装置，其中， 所述电力接收器线圈包括Q值检测电路，并且所述检测部被配置为测量与所述Q值检测电路相关的品质因数。
20.根据权利要求18所述的检测装置，进一步包括: 控制部，被配置为在至所述电力接收器线圈的电力传输的暂停期间使用存储在所述电力存储部中的电力来启动所述检测部。
21.根据权利要求19所述的检测装置，进一步包括: 存储器，被配置为存储在所述电力接收器线圈与异物隔离时所获取的阈值；以及控制部，与所述存储器通信，所述控制部被配置为:(i)使用所述控制部的运算处理部来计算所述品质因数；以及(ii)使用所述控制部的确定部来比较所述品质因数与所述阈值。
22.根据权利要求18所述的检测方法，进一步包括: 开关，被配置为:(i)连接所述电力存储部和所述检测部以在至所述电力接收器线圈的电力传输的暂停期间在启动检测部时提供电力；以及(ii)在不启动所述检测部时使所述电力存储部与所述检测部断开。
23.一种能量传送器，包括: 电力传输线圈，被配置为将电力无线传送至电力接收器； 检测部，被配 置为检测异物；以及 电力存储部，被配置为在异物的检测期间将电力供应至所述检测部。
24.根据权利要求23所述的能量传送器，其中，所述检测部被配置为测量品质因数以确定异物是否在所述电力传输线圈的范围内。
25.根据权利要求23所述的能量传送器，进一步包括: 控制部，被配置为在从所述电力传输线圈的传输电力的暂停期间使用存储在所述电力存储部中的电力来启动所述检测部。
26.根据权利要求24所述的能量传送器，进一步包括: 存储器，被配置为存储用于确定异物是否在所述电力传输线圈的范围内的阈值， 其中， 所述存储器是与所述控制部通信的非易失性存储器，并且 所述阈值在所述电力传输线圈与异物实质上隔离时获取。
27.根据权利要求23所述的能量传送器，进一步包括: 开关，与所述电力存储部通信，所述开关被配置为:(i )连接所述电力存储部和所述检测部以在从所述电力传输线圈的电力传输的暂停期间在启动所述侦测部时提供电力；以及(ii)在不启动所述检测部时使所述电力存储部与所述检测部断开。
28.一种能量接收器，包括: 电力接收器线圈，被配置为无线接收从电力传送器传送的电力； 检测部，被配置为检测异物；以及 控制部，被配置为在至所述电力接收器线圈的电力传输的暂停期间启动所述检测部。
29.根据权利要求28所述的能量接收器，进一步包括: 电力存储部，被配置为在异物的检测期间将电力供应至所述检测部。
30.根据权利要求28所述的能量接收器，进一步包括: Q值检测电路，连接至所述电力接收器线圈，其中，所述检测部被配置为测量与所述Q值检测电路相关的品质因数。
31.根据权利要求28所述的能量接收器，其中，所述控制部包括运算处理部及确定部，所述运算处理部被配置为:(i )计算与所述电力接收器线圈相关的品质因数；以及(ii )将所述品质因数输出至所述确定部，所述确定部被配置为比较所述品质因数与用于确定异物是否在所述电力接收器线圈的范围内的阈值。
32.根据权利要求28所述的能量接收器，进一步包括: 存储器，被配置为存储用于确定异物是否在电力接收器线圈的范围内的阈值， 其中， 所述存储器是与所述控制部通信的非易失性存储器，并且 所述阈值在所述电力接收器线圈与 异物实质上隔离时获取。
33.根据权利要求29所述的能量接收器，进一步包括: 开关，与所述电力存储部通信，所述开关被配置为:(i)连接所述电力存储部和所述检测部以在电力传输的暂停期间提供用于异物的检测的电力；以及(ii)在不检测异物时使所述电力存储部与所述检测部断开。
【文档编号】H02J17/00GK103765728SQ201280032287
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2012年7月2日 优先权日:2011年7月5日
【发明者】中野裕章, 福田伸一, 村山雄二, 藤卷健一, 村上知伦 申请人:索尼公司