专利名称：检测设备、系统和方法、送电设备及非接触电力传输系统的制作方法
技术领域：
本公开涉及一种用于检测诸如金属等导体的存在的检测设备、检测系统、电力发送设备、非接触式电力传输系统以及检测方法。
背景技术：
近来，非接触式电力传输系统得到了积极发展，在非接触式电力传输系统中，在非接触的基础上供应电力(无线馈电)。用于实现无线馈电的系统大致被分类成两种方法。一种是普遍已知的电磁感应系统。在电磁感应系统中，在电力发送侧与电力接收侧之间的耦合程度很高，且因此可以较高效率执行馈电。然而，在电力发送侧与电力接收侧之间的耦合系数需要保持较高。因此，当在电力发送侧与电力接收侧之间的距离增加或者电力发送侧与电力接收侧之间存在位置位移时，在电力发送侧与电力接收侧的线圈之间的电力传输效率(该效率将在下文中被称作在线圈之间的效率)显著降级。另一种为被称作磁场共振系统的方法。磁场共振系统具有主动使用共振现象且因此仅需要在馈电源与馈电目的地之间共享较小磁通量的特点。磁场共振系统不会使得线圈之间的效率降级，即使在Q值(品质因数)较高时较小耦合系数的情况下。Q值为指示在电力发送侧或者电力接收侧具有线圈的电路的能量保持与损失之间的关系(指示共振电路的共振强度)的指数。即，磁场共振系统具有以下优点:消除了对于电力发送侧的线圈与电力接收侧的线圈之间对准的需要，且提供了在电力发送侧与电力接收侧之间位置和距离的较高的自由度。在非接触式电力传输系统中的重要的要素之一是应对由金属异物所生成热量的措施。无论非接触式电力传输系统为电磁感应类型还是磁场共振类型，当在非接触式基础上执行馈电且在电力发送侧与电力接收侧之间存在金属时，涡电流可出现在金属中且造成金属生成热量。提出了用于检测金属异物的大量方法作为应对热量生成的措施。例如，已知使用光学传感器或温度传感器的方法。但是，使用传感器的检测方法在宽馈电范围的情况下需要承担如在磁场共振系统中那样的高成本。在温度传感器的情况下，例如，温度传感器的输出结果取决于温度传感器周围的热导率，从而对在电力发送侧和电力接收侧的装置强加了设计限制。因此，提出了一种方法，其观察在电力发送侧与电力接收侧之间插入金属异物时的参数(电流、电压等)变化，且确定是否存在金属异物。这样的方法无需强加设计限制等，且降低了成本。例如，日本专利特开N0.2008-206231 (在下文中被称作专利文献I)提出了一种基于电力发送侧与电力接收侧之间通信中的调制程度(关于振幅和相位变化的信息)来检测金属异物的方法，且日本专利特开N0.2001-275280 (在下文中被称作专利文献2)提出了一种基于涡电流损失来检测金属异物(基于DC-DC效率的异物检测)的方法。
发明内容
但是，专利文献I和专利文献2所提出的方法并未考虑金属壳体对电力接收侧的影响。当考虑对一般便携式装置充电时，一些金属(金属壳体、金属部分等)很可能用于便携式装置中，且因此难以区分参数变化是“由金属壳体等的影响造成”还是“由混入了金属异物造成”。以专利文献2为例，不能确定涡电流损失是由便携式装置中的金属壳体造成还是由于在电力发送侧与电力接收侧之间混入了金属异物造成。因此，由专利文献I和2所提议的方法可能不能以高准确度来检测金属异物。本公开考虑了上述情形。期望以简单的构造来改进检测在电力接收侧附近或者在电力发送侧与电力接收侧之间存在的金属异物的准确度。根据本公开的第一实施方式，提供一种检测设备。该检测设备包括读取线圈，其被配置成读取由检测线圈根据磁场生成的磁通量，该检测线圈用于检测从激励线圈输出的电磁波的磁场。该检测设备还包括Q值测量部，其被配置成基于在读取线圈中根据由检测线圈生成的所述磁通量得到的电压振荡的时间转变来测量该检测线圈的Q值。根据本公开的第二实施方式，提供一种检测系统。该检测系统包括检测线圈，其被配置成检测从激励线圈输出的电磁波的磁场；以及读取线圈，其被配置成读取由检测线圈根据磁场生成的磁通量。该检测系统还包括Q值测量部，其被配置成基于在读取线圈中根据由检测线圈生成的磁通量得到的电压振荡的时间转变来测量该检测线圈的Q值。根据本公开的第三实施方式，提供一种电力发送设备。该电力发送设备包括电力发送线圈，其被配置成通过无线电向外部输出用于非接触式电力传输的电力发送信号。该电力发送设备还包括电力发送部，其被配置成向该电力发送线圈供应电力发送信号。该电力发送设备还包括读取线圈，其被配置成读取由检测线圈根据磁场生成的磁通量，该检测线圈用于检测从电力输出线圈输出的电磁波的磁场。该电力发送设备还包括Q值测量部，其被配置成基于在读取线圈中根据由检测线圈生成的磁通量得到的电压振荡的时间转变来测量该检测线圈的Q值。根据本公开的第四实施方式，提供一种非接触式电力传输系统，包括:电力发送设备；以及电力接收设备，其被配置成接收从电力发送设备通过无线电传输的电力。该电力发送设备包括电力发送线圈，其被配置成通过无线电向外部输出用于非接触式电力传输的电力发送信号。该电力发送设备还包括电力发送部，其被配置成向电力发送线圈供应电力发送信号。该电力发送设备还包括读取线圈，其被配置成读取由检测线圈根据磁场生成的磁通量，该检测线圈用于检测从电力输出线圈输出的电磁波的磁场。该电力发送设备还包括Q值测量部，其被配置成基于在读取线圈中根据由检测线圈生成的磁通量得到的电压振荡的时间转变来测量检测线圈的Q值。该电力接收设备包括电力接收线圈，其用于接收从电力发送设备输出的电力传输信号，以及检测线圈，其被配置成接收从电力发送设备输出的电磁波的磁场且根据磁场生成磁通量。根据本公开的第五实施方式，提供一种检测方法。该检测方法包括从激励线圈输出电磁波。该检测方法还包括由读取线圈读取由检测线圈根据磁场生成的磁通量，检测线圈用于检测从激励线圈输出的电磁波的磁场。该检测方法还包括由Q值测量部基于在读取线圈中根据由检测线圈生成的磁通量得到的电压振荡的时间转变来测量该检测线圈的Q值。因此，根据上文所述的本公开的实施方式，Q值测量电路无需设于具有检测线圈的一侧(例如，便携式终端设备)上。根据本公开的实施方式，能通过简单的构造来改进对于在检测侧附近或者在激励侧(例如，电力发送侧)与检测侧(例如，电力接收侧)之间存在的金属异物检测的准确度。
图1为示出通过测量Q值来检测金属异物的非接触式电力传输系统的示例的示意电路图；图2为示出根据本公开的第一实施例的检测系统的配置的示例的示意电路图；图3为示出图2所示的微计算机的内部配置的示例的框图；图4为对检测系统建I旲的不意电路图；图5A、图5B和图5C示出了当在无金属异物的情况下在检测侧的Q值为100时在相应部分得到的电压波形的示例，图5A示出了激励线圈的振幅电压的示例，图5B示出了检测线圈的振幅电压的示例，以及图5C示出了读取线圈的振幅电压的时间转变的示例；图6A、图6B和图6C示出了当在无金属异物的情况下在检测侧的Q值为200时在相应部分得到的电压波形的示例，图6A示出了激励线圈的振幅电压的示例，图6B示出了检测线圈的振幅电压的示例，以及图6C示出了读取线圈的振幅电压的时间转变的示例；图7为示出根据本公开的第二实施例的非接触式电力传输系统的配置的示例的不意电路图；图8为示出根据 本公开的第三实施例的非接触式电力传输系统的配置的示例的不意电路图；图9为示出根据本公开的第四实施例的非接触式电力传输系统(无线馈电垫与便携式装置)的配置的示例的示意电路图；以及图10为示出合并于图9的非接触式电力传输系统(无线馈电垫和便携式装置)中的检测系统(异物检测设备和检测电路)的配置的示例的示意电路图。
具体实施例方式将在下文中参看附图来描述用于执行本公开的实施例。附带地说，通过用相同附图标记来标识在本说明书中和附图中具有基本上相同功能和构造的构成元件，将省略对这些构成元件的重复描述。附带地说，将以下面的次序进行描述。1.介绍性描述2.第一实施例(检测系统:激励线圈、检测线圈和读取线圈)3.第二实施例(检测系统:对于非接触式电力传输系统的应用的示例)4.第三实施例(电力发送设备:电力发送线圈也用作读取线圈的示例)5.第四实施例(检测系统:其中无线馈电衬垫和便携式装置与检测系统分开的示例)6.其它〈1.介绍性描述〉通过Q值测量来检测金属异物用于以高准确度来检测在电力发送侧与电力接收侧之间存在的金属异物的方法包括下面这样的方法:测量包括与外部电磁耦合的线圈的电路的Q值(品质因数)，和基于Q值的测量结果来确定在线圈附近是否存在金属异物。这种方法利用当金属靠近共振电路时共振电路的Q值减小的事实。Q值为指示能量保持与损失之间关系的指数，且一般用作指示共振电路共振峰值的尖锐性(共振强度)的值。金属异物指在电力发送侧与电力接收侧之间包括诸如金属等导体或不想要的线圈的电路。在本说明书中所提到的导体还包括广义的导体，即半导体。检测包括诸如金属等导体或线圈的电路在下文中也将被称作“检测导体等”。为了使用测量共振电路的Q值的方法高度准确地检测金属异物，期望测量在作为待充电的装置的电力接收侧(二次侧)上的共振电路而不是上面装载了待充电的装置的电力发送侧(一次侧)上的共振电路的Q值。这是由于以下原因。(I)当电力接收设备置于电力发送侧的共振电路附近时，由于在电力接收侧的壳体金属的影响而减小了在电力发送侧的共振电路的Q值。因此，不能区分减小Q值的因素是异物金属的影响还是电力接收设备的壳体金属的影响。(2)在电力接收侧的共振电路的Q值并不改变，即使在具有非金属壳体的电力发送设备置于电力接收侧的共振电路附近的情况下。 ( 3)在电力接收侧的共振电路被包括于便携式装置等中，且与在电力发送侧的共振电路相比较小。因此，由于物理大小和高磁通量密度，在电力接收侧的共振电路在很大程度上受到异物金属影响。下文将对非接触式电力传输系统的示例进行描述，在该非接触式电力传输系统中，通过测量Q值来检测金属异物。图1所示的非接触式电力传输系统包括电力发送设备10和电力接收设备20。图1所示的电路为示意性地示出的电路以描述通过测量Q值来检测金属异物的概要。电力发送设备10包括:信号源11，信号源11包括用于生成交流信号的信号生成器12和电阻元件13;电容器14;以及，电力发送线圈15 (—次侧线圈)。电阻元件13为信号生成器12的内部电阻(输出阻抗)的图示表现。在本示例中，电容器14和电力发送线圈15连接到信号源11以便形成串联共振电路。调整电容器14的电容值(C值)与电力发送线圈15的电感值(L值)使得以期望执行馈电的频率发生共振。电路发送部被形成为包括信号源11和电容器14。从电力发送部供应的电力发送信号在非接触基础上通过电力发送线圈15无线地传输到外部。电力接收设备20被分成两种功能:电力接收部，用于在非接触基础上从电力发送设备10接收电力；以及，Q值测量部，其用于检测在电力发送设备10与电力接收设备20之间存在的金属异物。电力接收部包括:电力接收线圈21 ;电容器22，其与电力接收线圈21 —起形成共振电路；整流电路23，其用于将交流信号转换为直流信号；以及，负载24，诸如电池(二次电池)、充电部以及附图未示出的类似物。整流电路23可被配置成除了整流处理之外还执行
平滑处理。在本示例中在电力接收部中的电力接收线圈21与电容器22彼此连接以便形成串联共振电路。调整电力接收线圈21的电感值(L值)与电容器22的电容值(C值)使得以馈电频率发生共振。在非接触基础上从外部通过电力接收线圈21向电力接收部供应电力。
Q值测量部包括:Q值测量线圈31 ；电容器32，其与Q值测量线圈31 —起形成共振电路；Q值测量电路33 ;以及，电容器34，其与负载24并联。在本示例中在Q值测量部中的Q值测量线圈31和电容器32彼此连接以便形成串联共振电路。调整Q值测量线圈31的电感值(L值)与电容器32的电容值(C值)使得以Q值测量频率发生共振。串联共振电路连接到Q值测量电路33。向电容器34充电的电力用于Q值测量电路33的电力供应。由Q值测量电路33测量共振电路的Q值也为在测量仪器(LCR测量计)中使用的方法。假设Vl为在Q值测量线圈31与电容器32之间的电压，且假设V2为在Q值测量线圈31两端的电压，串联共振电路的Q值由等式(I)来表达。R为频率f处的串联电阻值。当电压V2>>电压Vl时，可通过近似来表达该等式。等式I
权利要求
1.一种检测设备，包括: 读取线圈，被配置成读取由用于检测从激励线圈输出的电磁波的磁场的检测线圈根据所述磁场生成的磁通量；以及 Q值测量部，被配置成基于在所述读取线圈中根据由所述检测线圈生成的所述磁通量得到的电压振荡的时间转变来测量所述检测线圈的Q值。
2.根据权利要求1所述的检测设备， 其中所述Q值测量部基于在所述读取线圈中得到的所述电压的第一时间的电压值和在从所述第一时间经过了预定时间之后在所述读取线圈中得到的所述电压的第二时间的电压值来测量所述检测线圈的Q值。
3.根据权利要求2所述的检测设备， 其中假设f为电磁波的频率，假设V1为在所述第一时间h的电压值，且假设V2为在所述第二时间t2的电压值，通过以下等式得到所述Q值:Q = 31 f.(I^t1Vln(V1ZV2)0
4.根据权利要求3所述的检测设备，还包括: 确定部，被配置成通过比较由所述Q值测量部所测量的所述Q值与预先设置的参考值来确定在所述激励线圈 与所述检测线圈之间的电磁耦合状态。
5.根据权利要求4所述的检测设备， 其中由所述确定部确定的、在所述激励线圈与所述检测线圈之间的所述电磁耦合状态为在所述两个线圈之间包括导体或任意线圈的电路的存在与否。
6.根据权利要求1所述的检测设备，还包括: 激励线圈。
7.根据权利要求6所述的检测设备，还包括: 一个线圈，所述一个线圈既用作激励线圈也用作读取线圈；以及切换部，该切换部被配置成在将所述线圈用作激励线圈的模式与将所述线圈用作读取线圈的模式之间切换， 其中当从所述线圈输出电磁波时，通过切换所述切换部将所述线圈用作激励线圈，以及 当在非接触基础上读取由所述检测线圈生成的所述磁通量时，通过切换所述切换部将所述线圈用作所述读取线圈。
8.根据权利要求1所述的检测设备， 其中所述读取线圈检测由包括所述检测线圈的共振电路根据共振生成的磁通量，所述包括所述检测线圈的共振电路与从包括所述激励线圈的共振电路输出的电磁波的磁场共振。
9.一种检测系统，包括: 检测线圈，被配置成检测从激励线圈输出的电磁波的磁�。� 读取线圈，被配置成读取由所述检测线圈根据所述磁场生成的磁通量；以及Q值测量部，被配置成基于在所述读取线圈中根据由所述检测线圈生成的所述磁通量得到的电压振荡的时间转变来测量所述检测线圈的Q值。
10.根据权利要求9所述的检测系统，还包括激励线圈。
11.根据权利要求10所述的检测系统，还包括 一个线圈，所述一个线圈既用作激励线圈也用作读取线圈；以及切换部，被配置成在将所述线圈用作激励线圈的模式与将所述线圈用作读取线圈的模式之间切换， 其中当从所述线圈输出电磁波时，通过切换所述切换部将所述线圈用作激励线圈，以及 当在非接触基础上读取由所述检测线圈生成的所述磁通量时，通过切换所述切换部将所述线圈用作所述读取线圈。
12.一种电力发送设备，包括: 电力发送线圈，被配置成通过无线电向外部输出用于非接触式电力传输的电力发送信号; 电力发送部，被配置成向所述电力发送线圈供应所述电力发送信号； 读取线圈，被配置成读取由用于检测从电力发送线圈输出的电磁波的磁场的检测线圈根据所述磁场生成的磁通 量；以及 Q值测量部，被配置成基于在所述读取线圈中根据由所述检测线圈生成的所述磁通量得到的电压振荡的时间转变来测量所述检测线圈的Q值。
13.根据权利要求12所述的电力发送设备，还包括 激励线圈， 其中所述检测线圈检测从所述激励线圈输出的电磁波的磁场。
14.根据权利要求13所述的电力发送设备， 其中一个线圈既用作电力发送线圈也用作激励线圈，或者既用作激励线圈也用作读取线圈，或者用作电力发送线圈、激励线圈和读取线圈。
15.一种非接触式电力传输系统，包括: 电力发送设备；以及 电力接收设备，被配置成接收从所述电力发送设备通过无线电传输的电力， 所述电力发送设备包括 电力发送线圈，被配置成通过无线电向外部输出用于非接触式电力传输的电力发送信号; 电力发送部，被配置成向所述电力发送线圈供应所述电力发送信号； 读取线圈，被配置成读取由用于检测从电力发送线圈输出的电磁波的磁场的检测线圈根据所述磁场生成的磁通量；以及 Q值测量部，被配置成基于在所述读取线圈中根据由所述检测线圈生成的所述磁通量得到的电压振荡的时间转变来测量所述检测线圈的Q值；以及所述电力接收设备包括 电力接收线圈，用于接收从所述电力发送设备输出的所述电力发送信号，以及所述检测线圈，被配置成接收从所述电力发送设备输出的电磁波的磁场且根据所述磁场生成磁通量。
16.根据权利要求15所述的非接触式电力传输系统，还包括激励线圈， 其中所述检测线圈检测从所述激励线圈输出的所述电磁波的磁场。
17.根据权利要求16所述的非接触式电力传输系统， 其中在所述电力发送设备中，一个线圈既用作电力发送线圈也用作激励线圈，或者既用作激励线圈也用作读取线圈，或者用作电力发送线圈、激励线圈和读取线圈，以及在所述电力接收设备中，一个线圈既用作电力接收线圈也用作检测线圈。
18.—种检测方法，包括: 从激励线圈输出电磁波； 由读取线圈读取由用于检测从所述激励线圈输出的电磁波的磁场的检测线圈根据所述磁场生成的磁通量；以及 由Q值测量部基于在所述读取线圈中根据由所述检测线圈生成的磁通量得到的电压振荡的时间转变来测量所述检测线圈的Q值。
全文摘要
本发明公开了检测设备、系统和方法、送电设备及非接触电力传输系统。一种检测设备包括读取线圈，其被配置成读取由检测线圈根据磁场生成的磁通量，检测线圈用于检测从激励线圈输出的电磁波的磁场。该检测设备还包括Q值测量部，其被配置成基于在读取线圈中根据由检测线圈生成的磁通量得到的电压振荡的时间转变来测量该检测线圈的Q值。
文档编号G01V3/12GK103176217SQ20121055495
公开日2013年6月26日 申请日期2012年12月19日 优先权日2011年12月26日
发明者迂山伸二 申请人:索尼公司
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
