专利名称：能量接收器、能量发送器、检测装置及检测方法
技术领域：
本发明涉及一种检测诸如金属等的导体的存在的检测装置、电力接收装置、电力输送装置、无线电力输送系统以及检测方法。
背景技术：
近年来，越来越盛行对以非接触方式供给电力(无线电力供给)的非接触式电力输送系统的开发。实现无线电力供给的方法大致包括两类技术。技术之一是已经广泛使用的电磁感应法，在该方法中，电力输送侧和电力接收侧之间的耦合度是非常高的，且能够高效率地进行电力供给。然而，必须保持电力输送侧和电·力接收侧之间的耦合系数。因此，在电力输送侧和电力接收侧彼此间隔开的情况下或存在位置移动的情况下，电力输送侧的线圈与电力接收侧的线圈之间的电力输送效率(以下简称“线圈间效率”)大大降低。另一项技术是被称为磁场谐振法的技术，在该方法中，积极利用谐振现象，因此电力供给源和电力供给目的地共用的磁通量可以较小。在磁场谐振法中，如果Q值(品质因数)较高，即便耦合系数较小，线圈间效率也不会降低。Q值是表示具有电力输送侧或电力接收侧的线圈的电路的能量保持和损失间的关系的指标(表示谐振电路的谐振强度)。也就是，电力输送侧线圈和电力接收侧线圈之间不必轴重合，并具有电力输送侧和电力接收侧的位置和距离的自由度高的优点。在非接触式或无线电力输送系统中，重要的元件是用于金属异物的发热对策的元件。不限于电磁感应法还是磁场谐振法，当以非接触方式进行电力供给时，当在电力输送侧和电力接收侧之间存在金属时，都产生涡电流，具有金属发热的风险。为了减少该发热，提出了许多用于检测金属异物的技术。例如，利用光传感器或温度传感器的技术被广泛使用。然而，在利用传感器的检测方法中，在电力供给范围像磁场谐振法一样宽泛的情况下，会产生成本。此外，例如，在温度传感器的情况下，由于温度传感器的输出结果取决于其周围环境的热导率，因此对输送侧和接收侧上的设备施加设计限制。因此，提出了这样一项技术，S卩，当金属异物进入电力输送侧和电力接收侧之间的空间时，通过观察参数(电流，电压等)变化来确定金属异物是否存在。利用此项技术，不必施加设计限制，并且可以降低成本。例如，在日本未审查专利申请公开第2008-206231号中，已经提出了一种利用电力输送侧和电力接收侧之间通信时的调制度来检测金属异物的方法。在日本未审查专利申请公开第2001-275280号中，提出了一种利用涡电流损耗检测金属异物的方法(利用DC-DC效率进行的异物检测)。
发明内容
然而，在由日本未审查专利申请公开第2008-206231和2001-275280号提出的技术中，未考虑金属壳体对电力接收侧的影响。在考虑典型的便携式设备的充电的情况下，在便携式设备中使用某些类别金属(金属壳体，金属部件等)的几率很高，因此很难区分参数的变化是由“金属壳体等的影响”还是由“金属异物的混合”引起的。当以日本未审查专利申请公开第2001-275280号用作示例时，很难确定便携式设备的金属壳体中是否产生涡电流损耗或涡电流损耗是否是由于金属异物混合在电力输送侧和电力接收侧之间而产生的。如上所述，很难说在日本未审查专利申请公开第2008-206231和2001-275280号中提出的技术能够高精度地检测金属异物。需要提高检测存在于电力输送侧和电力接收侧之间的金属异物的精度。在本发明的实施方式中，在测量Q值时，包括至少电感器(例如线圈)和电容器的谐振电路的电路构造从电力供给时的电路构造切换，该电感器和电容器包括在构成无线(非接触式)电力输送系统的电力输送装置或电力接收装置中，以使得与线圈并联的静电电容元件的静电电容值增加。然后，切换电路构造之后，对谐振电路的Q值进行测量。根据本发明的实施方式，与线圈并联的静电电容元件的静电电容值增加，且谐振电路的阻抗增加。结果，在测量Q值时，谐振电路检测出的电压的幅值水平增加，且谐振电路的Q值的SN比提闻。 根据本发明，通过将电力供给时的谐振电路和利用Q值测量检测金属异物时的谐振电路分别构造成最适宜，在不降低电力供给性能的情况下，可以提高金属异物的检测精度。
图I是示出了频率和Q值之间的关系的示例的曲线图；图2是存在金属异物的情况下和不存在金属异物的情况下比较对于每个频率的Q值的曲线图；图3是示出了存在金属异物的情况下和不存在金属异物的情况下的Q值变化量和频率之间的关系的曲线图；图4是示出了用于无线或非接触式电力输送系统的电力输送装置的概要的电路图；图5是示出了用于无线或非接触式电力输送系统的电力输送装置(初级侧)的内部构造示例的框图；图6是示出了用于无线或非接触式电力输送系统的无电池电力接收装置(次级侧)的内部构造示例的框图；图7是假定为串联谐振电路的等效电路中分压的概念的图示；图8是示出了在图7所示的等效电路的指定点观察到的电压信号的示例的波形图；图9A、图9B和图9C是示出了不同谐振电路的构成的电路图；图10是示出了图9A所示的谐振电路的阻抗的频率特性的曲线图；图11是示出了图9B所示的谐振电路的阻抗的频率特性的曲线图；图12是示出了图9C所示的谐振电路的阻抗的频率特性的曲线图；图13示出了通过利用传递函数计算谐振电路的阻抗值的方法；图14是示出了耦合系数和阻抗之间的关系的曲线图的示例；图15A、图15B和图15C是相对于谐振电路的线圈的电容器的连接示例的电路图16是示出了根据本发明第一示例性实施方式的电力接收装置(次级侧)的内部构造示例的主要部分的框图；图17是示出了根据本发明第一示例性实施方式的无线或非接触式电力输送系统的电力供给时的处理的流程图；图18是示出了其中在初级侧(电力输送装置)反映频率扫描时对Q值进行计算的情况下的处理的流程图；图19是根据本发明第一示例性实施方式的无线或非接触式电力输送系统的操作定时图；图20是示出了谐振电路中多个频率与Q值之间的关系的示例的曲线图；图21是示出了在初级侧(电力输送装置)进行Q值计算的情况下的处理的流程图；
图22是示出了根据本发明第二示例性实施方式的电力输送装置(初级侧)的内部构造的示例的主要部分的框图；图23是示出了图22所示的电力输送装置(初级侧)的第三开关接通和断开时谐振电路的构造的等效电路图；图24是示出了串联谐振电路中阻抗的频率特性的曲线图；图25是示出了并联谐振电路中阻抗的频率特性的曲线图；图26是根据本发明第三示例性实施方式的基于阻抗的实部分量和虚部分量的比值计算Q值的电路图。
具体实施例方式下面将参照附图对本发明的实施方式进行描述。在本说明书和附图中，具有基本相同功能或构造的部件用相同的参考标号表示，并且省略其重复描述。将按下列顺序进行描述。I、第一实施方式(电路切换单元在电力接收侧，在电力供给时和Q值测量时之间切换电容器的静电电容值的示例)2、第二实施方式(电路切换单元在电力输送侧，在电力供给时和Q值测量时之间切换电容器的静电电容值的示例)3、其他(Q值测量电路Q值测量处理的变形例)I、第一实施方式介绍性描述在本发明中，用于检测金属异物的技术是通过利用上述Q值的变化检测金属异物的技术。Q值是表示能量保持和损失之间的关系的指标，并且通常用作表示谐振电路的谐振峰值的锐度(谐振强度)的值。术语“金属异物”指的是存在于电力输送侧(初级侧)和电力接收侧(次级侧)之间的诸如金属等的导体，所述导体包括广义上的导体，例如可以包括半导体。然而，在该技术中，需要在具有某个Q值的地方执行谐振点(谐振频率)的调整。为此，在如传统的电磁感应法中一样利用具有较低Q值的频率的交流信号进行电力供给的情况下，Q值的绝对值较低，因此降低了检测精度。因此，应特别注意此类使用。图I不出了与线圈相关的频率和Q值之间的关系的不例。
用于测量的线圈的构造具有外形为30X40mm以及内径为20X30mm的8匝。如图I所示，由Q值频率特性曲线I表示的Q值随频率显著变化。如果该线圈用于IOOkHz下的电力供给(利用电容器进行谐振)，则Q值的绝对值变成50左右，且与最大值的频率相比，Q值变为约二分之一以下。图2是在存在金属异物的情况下(例如混入线圈中)和在不存在金属异物的情况下(未混入线圈中)比较对于每个频率的Q值的曲线图。在该示例中，测量在线圈的中心放置15平方毫米的铁作为金属异物时的Q值。从图2可以看出，在具有较高Q值的频率处，存在(例如混入)金属异物时的Q值频率特性曲线2和不存在(例如，未混入)金属异物时的Q值频率特性曲线I之间的差较大。图3是示出了混入金属异物的情况下和未混入金属异物的情况下的Q值变化量和频率之间的关系的曲线图。这表明，图2所示的对于每个频率的Q值的差为相对值。
从图3可以看出，Q值的变化明显受频率的影响，从图2和图3可以看出，对Q值绝对值较大的频率来说，Q值的变化较大。也就是，通过利用具有较大的Q值绝对值的频率来检测金属异物，提高了检测金属异物的精度。Q值测量原理这里，将参照图4，给出Q值测量原理的描述。图4是示出了用于非接触式电力输送系统的电力输送装置的概要的电路图。图4所示的电力输送装置10的电路是表示(磁场耦合情况下)Q值测量原理的最基本电路构造的示例。虽然示出了具有串联谐振电路的电路，但可以考虑各种详细的示例性构造，只要包括谐振电路的功能即可。谐振电路的Q值测量是一项还为测量仪器(LCR测量仪)使用的技术。虽然示出了电力输送装置(初级侧)的谐振电路的示例，但该测量原理可以相同的方式应用于电力接收装置(次级侧)的谐振电路。例如，如果在电力输送装置10的初级侧线圈15附近存在作为金属异物的金属片，则磁力线穿过金属片，并在金属片中产生涡电流。当从初级侧线圈15观察时，这就好像金属片和初级侧线圈15彼此电磁耦合，且向初级侧线圈15添加实电阻负载，使初级侧的Q值改变。Q值的测量导致对初级侧线圈15附近的金属异物(电磁耦合状态)进行检测。电力输送装置10包括信号源11，其包含用于产生交流信号(正弦波)的AC电源12和电阻元件13;电容器14以及初级侧线圈15 (电力输送线圈，线圈的示例)。电阻元件13是AC电源12的内电阻(输出阻抗)的图示化表示。电容器14和初级侧线圈15以这种方式连接至信号源11以形成串联谐振电路(谐振电路的示例)。然后，为了在期望测量的频率产生谐振，对电容器14的电容值(C值)和初级侧线圈15的电感值(L值)进行调整。包括信号源11和电容器14的电力输送单元通过利用负载调制方法以无线或非接触的方式经由初级侧线圈15将电力输送至外界。当形成串联谐振电路的初级侧线圈15和电容器14之间的电压表示为Vl (施加于谐振电路的电压的示例)且初级侧线圈15两端的电压表示为V2时，串联谐振电路的Q值由式子(I)表示。Q =-777 =.....(I)
V IrS其中rs是频率为f时的有效电阻值。
电压Vl乘以Q获得电压V2。当金属片接近初级侧线圈15时，有效电阻值rs增加，而Q值减小。如上所述，当金属片接近初级侧线圈15时，要测量的Q值(电磁耦合状态)发生变化。因此，通过检测该变化，可以检测到初级侧线圈15附近的金属片。无线或非接触式电力输送系统的构造示例电力输送装置的构造示例图5是示出了用于非接触式电力输送系统的电力输送装置(初级侧)的内部构造示例的框图。图5所示的框图示出了图4所示的电力输送装置的更具体构造，在该具体构造中，图5中示出的Q值测量电路20 (检测单元的示例)检测金属异物。设置有Q值测量电路20的电力输送装置是检测装置的示例。作为示例，构成Q值测量电路20的元件包括整流单元21A和21B、模数转换器(以·下简称“ADC”)22A和22B以及主控制单元23。构成包括Q值测量电路20中的各块的电力输送装置10的各个块基于信号源11或电池(未示出)提供的电力进行工作。整流单元21A将从初级侧线圈15和电容器14之间输入的交流信号(AC电压)转换为DC信号(DC电压)，并输出该DC信号。类似地，整流单元21B将从信号源11和电容器14之间输入的交流信号(AC电压)转换为DC信号(DC电压)。所转换的DC信号输入至相应的 ADC 22A 和 22B。ADC 22A和22B分别将整流单元21A和21B输入的模拟DC信号转换为数字DC信
号，并将该数字DC信号输出至主控制单元23。主控制单元23是控制单元的示例，并控制由例如微处理单元(MPU)构成的电力输送装置10的整体。主控制单元23具有计算处理单元23A和确定单元23B的功能。计算处理单元23A是用于执行预定计算处理的块。在该示例中，电压Vl与电压V2的比值(即，Q值)基于从ADC 22A和22B输入的DC信号来计算，并且计算结果输出至确定单元23B。此外，计算处理单元23A还可获得与来自电力接收侧(次级侧)的金属异物的检测相关的信息(物理量，比如电压值)，并根据该信息计算次级侧的Q值。确定单元23B将从计算处理单元23A输入的计算结果与非易失性存储器24中存储的阈值相比较，并根据比较结果确定附近是否存在金属异物。此外，确定单元23B可以将电力接收侧的Q值与阈值相比较，以确定附近是否存在金属异物。存储器24将预先测出的、初级侧线圈附近无任何东西或初级侧线圈中未放置任何东西的状态下的初级侧Q值作为阈值(Ref_Ql)存储。此外，存储器24还将从电力接收侧(次级侧)获得的次级侧Q值的阈值(Q_Max)存储。通信控制单元25是初级侧通信单元的示例，并与电力接收装置(后文将进行描述)的通信控制单元进行通信。例如，通信控制单元25执行与金属异物的检测有关的信息的发送和接收，比如接收包括电力接收装置的次级侧线圈的谐振电路的Q值、电压VI、电压V2等。此外，通信控制单元25在主控制单元23的控制下指示信号源11产生或停止产生AC电压。对于与电力接收装置进行通信的通信标准，例如可以使用IEEE802. 11标准的无线LAN或蓝牙(注册商标)。可以以信息经由初级侧线圈15和电力接收装置的次级侧线圈传输的方式形成该构造。此外，可以从主控制单元23直接向信号源11发出指示，而无需使用通信控制单元25。输入单元26产生对应于用户操作的输入信号，并将该输入信号输出至主控制单元23。在该示例中，将该构造描述为具有结合于电力输送装置10中的Q值测量电路20并且能够根据初级侧的Q值检测金属异物以及根据次级侧的Q值检测金属异物。并不限于此，只要电力输送装置10包括至少执行计算处理和确定处理的主控制单元23以及通信控制单元25，并具有根据电力接收装置的Q值确定电磁耦合状态并检测金属异物的功能就足以。如上所述，通过将测量原理应用于电力接收装置(次级侧)，电力接收装置可以测量Q值。然而，当在测量Q值时进行电力供给时，从电力输送侧输出的磁场使得在电力接收装置的线圈中产生较大的电力，电压V2难以被正常地测量出。为此，很难获得精确的Q值，并存在难以以高精度检测金属异物的风险。为了解决不便利的问题，在测量时必须停止供电。然而，如果停止供电，则使用于测量次级侧的Q值的电路工作的大型电池就变为是必要的。如果电池容纳在电力接收装置 中，则可能会对产品的服务寿命产生不利影响，并且在便携式设备的电池的带电电容被耗尽时而立即需要进行充电的情况下，会出现例如很难进行金属异物检测的情形。因此，本发明的发明人考虑了无电池电磁耦合状态检测技术，其中，当通过使用由初级侧供给的电力来对次级侧进行Q值测量时，首先，在进行接收来自初级侧的电力时，不对次级侧进行Q值测量。电力接收装置的构造示例下面，将对无电池电力接收装置(次级侧)的构造示例进行说明，该无电池电力接收装置用于非接触式电力输送系统。图6是示出了应用于便携式设备等的电力接收装置的内部构造示例的框图。该构造以通过开关使使用的电路在电力供给时和在测量Q值时之间进行切换的方式形成。测量Q值时，Q值测量电路60 (检测单元的示例)检测是否存在金属异物。设置有Q值测量电路60的电力接收装置是检测装置的示例。该示例的电力接收装置30包括次级侧线圈31和与次级侧线圈31并联连接的电容器32。并联连接的次级侧线圈31的一端以及电容器32的一端连接至电容器33的一端，电容器33的另一端连接至整流单元34的一个输入端。彼此并联连接的次级侧线圈31和电容器32的另一端连接至整流单元34的另一输入端。整流单元34的一输出端通过第二开关39连接至第一调整器36的输入端，第一调整器36的输出端连接至负载，整流单元34的另一输出端连接至接地端。第二调整器37也连接至整流单元34的一输出端。此外，电容器35和第一开关38彼此串联连接，电容器35的一端连接至整流单元34的一输出端，第一开关38的一端连接至整流单元34的另一输出端。第一调整器36执行控制，例如以使得要输出的电压和电流通常保持不变，并向负载提供5V电压。类似地，例如，第二调整器37向分别包括开关的各块提供3V电压。电容器33的另一端还连接至第三开关40，并通过第三开关40、电阻元件52以及放大器51连接至AC电源50 (振荡电路)。此外，放大器44A的输入端通过第三开关41连接至电容器33的另一端。另外，放大器44B的输入端通过第三开关42连接至电容器33的一端。此外，彼此并联连接的次级侧线圈31和电容器32的另一端通过第三开关43连接至接地端。
对于第一开关38 (第一开关单元的示例)、第二开关39 (第二开关单元的示例)和第三开关40至43 (第三开关单元的示例)，使用诸如晶体管和MOSFET等的开关元件。在该示例中，使用MOSFET。作为该示例，构成Q值测量电路60的部件包括放大器44A和44B、下一级的包络检测单元45A和45B、模数转换器(以下简称“ADC”)46A和46B以及主控制单元47 (计算处理单元47A、确定单元47B)。放大器44A的输出端连接至包络检测单元45A。包络检测单元45A检测从电容器33的另一端经由第三开关41和放大器44A输入的交流信号(与电压Vl对应)的包络,并将检测信号提供给ADC 46A。另外，放大器44B的输出端连接至包络检测单元45B。包络检测单元45B检测从电 容器33的一端经由第三开关42和放大器44B输入的交流信号(与电压V2对应)的包络，并将检测信号提供给ADC 46B。ADC 46A和46B分别将包络检测单元45A和45B输入的模拟检测信号转换为数字检测信号，并将该数字检测信号输出至主控制单元47。主控制单元47是控制单元的示例，并控制由例如微处理单元(MPU)构成的电力接收装置30的整体。主控制单元47具有计算处理单元47A和确定单元47B的功能。主控制单元47通过利用从第二调整器37提供的电力向各开关(M0SFET的栅极端子)提供驱动信号，以控制接通/断开(开关切换功能)。计算处理单元47A是用于执行预定计算处理的块，并根据从ADC46A和46B输入的检测信号计算电压Vl与电压V2的比值(B卩，Q值)，并将计算结果输出至确定单元47B。此夕卜，计算处理单元47A还可以根据设定将关于输入检测信号的信息(电压值等)传输至电力输送侧(初级侧)。此外，在进行金属异物检测处理时，进行扫频处理(扫频处理功能)。确定单元47B将从计算处理单元47A输入的Q值与非易失性存储器48中存储的阈值相比较，并根据比较结果确定附近是否存在金属异物。如稍后所描述的，还可以将测出的信息传输至电力输送装置10，以使得电力输送装置10可以计算次级侧的Q值，并确定是否存在金属异物。存储器48存储预先测出的、在次级侧线圈31附近无任何东西或在次级侧线圈31中未放置任何东西的状态下的阈值，以与Q值进行比较。通信控制单元49是次级侧通信单元的示例，并与电力输送装置10的通信控制单元25进行通信。例如，通信控制单元49执行与金属异物的检测有关的信息的传输和接收，比如传输包括电力接收装置30的次级侧线圈31的谐振电路的Q值、电压VI、电压V2等。应用于通信控制单元49的通信标准与应用于电力输送装置10的通信控制单元25的通信标准相同。该构造可以以通过次级侧线圈31和电力输送装置10的初级侧线圈15传输信息的方式来形成。AC电源50在测量Q值时根据主控制单元47的控制信号，产生AC电压(正弦波)，并通过放大器51和电阻元件52将AC电压提供至电容器33的另一端。输入单兀53产生对应于用户操作的输入信号，并将该输入信号输出至主控制单元47。通过接通/断开一组三个开关(即第一开关38、第二开关39和第三开关40至43)的切换，来控制以上述方式构成的电力接收装置30的Q值测量电路60。下文中，通过集中于开关的切换来对电力接收装置30的操作进行描述。首先，次级侧线圈31从电力输送装置10接收到的电力充入设置在整流单元34的下一级的电容器35 (电力存储单元的示例)中。电流值和电力接收装置30可以利用充入电容器中的电力进行工作的时间由CV=it确定，其中C表示电容器的静电电容，V表示电容器的电压值，i表示电容器的电流值，t表示时间段。也就是，当充入IOyF电容器中的电压值从9V变为4V时，可以使50mA的电流流动I毫秒。如果电容器的静电电容值较大，则可以使更大的电流流动或可以延长电流流动的时间段。然而，如果在整流单元34的下一级设置具有较大静电电容值的电容器35，则认为在电力接收装置30和外部设备之间进行通信时会出现问题。因此，优选地是利用第一开关38进行控制。也就是，使第一开关38的漏-源只在测量Q值时导通，并通过连接电容器35来消除不利影响。 如果Q值测量电路60的电流消耗量小到一定程度且Q值测量的时间段较短时，在阻止来自电力输送装置10的载波信号的同时可以对Q值进行测量。当要从电力输送装置10输出的载波信号被阻止时(测量Q值时)，必须可靠地使负载和Q值测量电路60之间电断开。例如，P沟道MOSFET用于第二开关39，以使得可以在将载波信号输入至电力接收装置30时进行断开控制，或者可以通过利用第一调整器36的使能功能进行控制。除上述之外，当正在对电容器35充电时或正通过通信控制单元49进行通信时，即便负载不与Q值测量电路60断开也不会存在任何问题。在测量Q值时，与上述测量仪器(LCR测量仪)的技术类似，测量电容器33两端的电压值。具体地，在阻止载波信号时接通第三开关40至43，并且根据在电容器33的一端和另一端上检测到的两个电压波形计算Q值，其中通过电容器33对从AC电源50输出的正弦波进行整流。通过将算得的Q值与现有阈值相比较，执行金属异物的检测。测量Q值时SN比的劣化Q值的测量精度还受谐振电路的谐振点(谐振频率)的阻抗值的影响较大。如前文中描述的，在电力接收装置30的构造中，利用开关来在电力供给时的电路和测量Q值时的电路间进行切换。也就是，电容器33两端的电压由第三开关41的导通电阻量和次级侧线圈31的谐振点的阻抗分压，且电压的幅值降低。为此，分压比随次级侧线圈31的谐振点的阻抗增加，并且测量Q值时的SN比可能会劣化。图7示出了假定串联谐振电路的等效电路中的分压的概念。图8示出了在图7的等效电路的每个点上的电压波形的试算结果。在图7中，由虚线表示的Zl表示开关元件的导通电阻量(导通电阻分量R1)。此夕卜，由虚线表示的Z2表示串联谐振电路的由线圈LI、电容器Cl和在AC电源E的AC电压的频率f的有效电阻构造(有效电阻分量rl)构成的等效电路。在串联谐振电路中，由于谐振点处的阻抗仅由线圈LI的纯电阻量构成，因此阻抗在图7所示的Vl-I点和V1-2点(对应于图6的VI)处进行分压，且AC电压的幅值降低。在图8的波形图中示出了在Vl-I点和V1-2点处通过模拟实际计算出的AC电压的幅值的结果。用于试算的条件是:AC电压的频率为90kHz ;幅值为O. IV ;串联谐振电路的线圈LI的自感为14. 3μ H;有效电阻分量r I的电阻值为0.6 Ω ;电容器Cl的静电电容值为227nF以及导通电阻分量Rl的电阻值为3Ω。在图8中，幅值大的波形示出了点Vl-I的电平，幅值小的波形示出了点V1-2的电平。从该电压波形毫无疑义地可以看出，AC电压的幅值降低。接下来，将给出关于谐振电路的谐振点的阻抗根据谐振电路的构造不同而不同的描述。图9A、图9B和图9C是示出了相互不同的谐振电路的构造的电路图。图9A的谐振电路是串联谐振电路。相比之下，图9B的谐振电路具有与线圈LI串联连接的电容器Cl’以及与线圈LI并联连接的电容器C2’。图9C的谐振电路具有与线圈LI串联连接的Cl"以及与线圈LI并联连接的C2"。在图9A至图9C的谐振电路中，与图8的情况类似，AC电压的频率为90kHz，其幅 值为O. IV，线圈LI的自感为14. 3 μ H，有效电阻分量rl的电阻值为O. 6Ω，以及导通电阻分量Rl的电阻值为3Ω。然而，图9A的电容器Cl的静电电容值为227nF，图9B的电容器Cl’和C2’的静电电容值分别为168nF和59nF，以及图9C的电容器Cl"和C2"的静电电容值分别为113nF和113nF。图10是示出了图9A所示的谐振电路的阻抗的频率特性的曲线图。图11是示出了图9B所示的谐振电路的阻抗的频率特性的曲线图。图12是示出了图9C所示的谐振电路的阻抗的频率特性的曲线图。从图10至图12可以看出，即便谐振频率(在该示例中为90kHz)由于谐振电路的常量而相同，但谐振电路的阻抗值也是不相同的。在图10中，阻抗值大约为0.6 Ω ;在图11中，阻抗值大约为I. I Ω ;且在图12中，阻抗值大约为2. 4Ω。与线圈LI并联连接的电容器的静电电容值越大，谐振点处的阻抗值也就越大。图13是示出了通过计算机利用传递函数计算谐振电路的阻抗值的方法的电路图。图13中所不的电路不例的电路构造与图9A和图9B中所不的谐振电路的等效电路相同。参照图13，利用虚线表示的Zl至Z3的阻抗为
IZl = -~r(2)
IΖ2 = *τ--Γ.....(3)
J0)C2Z3 = j ω L+R ......(4)这里，由于Z4为
24 =................................I—.......................................I + J_ “…(5》
Z2 Ζ
j_I_ + X(6)
JmL + R因此，由于整个阻抗Z5为Z5=Z1+Z4，
所以
权利要求
1.一种以无线方式接收来自能量发送器的能量的能量接收器，所述能量接收器包括 谐振电路，所述谐振电路包括至少电感器、第一电容器以及第二电容器；以及 Q值电路，所述Q值电路连接至所述谐振电路，所述Q值电路被构造为获取在所述谐振电路的第一节点获得的第一电压以及在所述谐振电路的第二节点获得的第二电压， 其中，所述第一电容器和所述第二电容器串联连接于所述第一节点和所述第二节点之间。
2.根据权利要求I所述的能量接收器，其中，所述Q值电路包括计算部，所述计算部基于所述第一电压和所述第二电压计算Q值，所述Q值是所述第一电压与所述第二电压的比值；以及 控制部，所述控制部比较所述Q值与阈值，以确定在空间中是否存在影响能量的无线接收的异物。
3.根据权利要求I所述的能量接收器，进一步包括 切换部，所述切换部具有多个开关以选择性地将所述谐振电路连接至所述Q值电路，其中，所述Q值电路包括控制部，所述控制部被构造为控制所述切换部，以使得所述能量接收器在与获取所述第一电压和所述第二电压的时间不同的时间接收电力，以及所述Q值电路被构造为检测至少所述电感器的电磁耦合状态。
4.根据权利要求3所述的能量接收器，其中 所述切换部能够被操作为切换至所述谐振电路的静电电容值减小的状态。
5.根据权利要求3所述的能量接收器，其中 所述能量接收器被构造为从第一谐振频率切换至第二谐振频率，并增加所述谐振电路的阻抗。
6.根据权利要求3所述的能量接收器，其中 所述电感器是抽头线圈，以及 所述切换部被构造为选择所述抽头线圈的抽头。
7.根据权利要求3所述的能量接收器，进一步包括 第三电容器和第四电容器， 其中， 所述第三电容器耦接至所述电感器， 所述第四电容器耦接在所述电感器和所述第三电容器中每一个的第一端与地电位之间。
8.—种检测空间中是否存在影响从发射器至接收器的电力的无线输送的异物的方法，所述方法包括 接收来自谐振电路的电能，所述谐振电路包括至少电感器、第一电容器以及第二电容器；以及 获取在所述谐振电路的第一节点获得的第一电压以及在所述谐振电路的第二节点获得的第二电压， 其中， 所述第一电容器和所述第二电容器串联连接于所述第一节点和所述第二节点之间。
9.一种以无线方式将能量发送至能量接收器的能量发送器，所述能量发送器包括谐振电路，所述谐振电路包括至少电感器、第一电容器以及第二电容器；以及 Q值电路，所述Q值电路连接至所述谐振电路，并且所述Q值电路被构造为确定在第一节点获得的第一电压相对于在第二节点获得的第二电压的关系， 其中， 所述第一电容器和所述第二电容器串联连接于所述第一节点和所述第二节点之间。
10.一种检测装置，包括 谐振电路，所述谐振电路包括至少线圈和电容器； 检测单元，所述检测单元被构造为测量所述谐振电路的Q值； 电路切换单元，所述电路切换单元被构造为在电力供给时和Q值测量时之间切换所述谐振电路的电路构造；以及 控制单元，被构造为控制所述电路切换单元的切换。
11.根据权利要求10所述的检测装置，其中，所述检测单元测量所述谐振电路的Q值，并检测所述线圈与外界的电磁耦合状态。
12.根据权利要求11所述的检测装置，其中，所述电路切换单元在电力供给时和Q值测量时之间切换所述谐振电路的电路构造，并改变所述谐振电路的谐振频率。
13.根据权利要求11所述的检测装置，其中，所述电路切换单元在电力供给时和Q值测量时之间切换所述谐振电路的电路构造，改变所述谐振电路的谐振频率，并增加所述谐振电路的谐振频率处的阻抗。
14.根据权利要求11所述的检测装置，其中，所述电路切换单元在电力供给时和Q值测量时之间切换所述谐振电路的电路构造，并增加所述谐振电路的谐振频率处的阻抗。
15.根据权利要求12所述的检测装置，其中，所述电路切换单元在测量Q值时，改变所述谐振电路的静电电容元件的静电电容值。
16.根据权利要求15所述的检测装置，其中，所述电路切换单元在测量Q值时，改变与所述谐振电路的所述线圈并联的静电电容元件的静电电容值。
17.根据权利要求15所述的检测装置，其中，所述电路切换单元在测量Q值时，改变与所述谐振电路的所述线圈串联的静电电容元件的静电电容值。
18.根据权利要求15所述的检测装置，其中，以所述电容器与所述线圈串联连接的方式构造所述谐振电路。
19.根据权利要求15所述的检测装置，其中，以所述电容器与所述线圈并联连接的方式构造所述谐振电路。
20.根据权利要求15所述的检测装置，其中，以所述电容器与所述线圈并联连接，且另一个电容器与所述线圈串联连接的方式构造所述谐振电路。
全文摘要
本发明公开了能量接收器、能量发送器、检测装置及检测方法。无线电力输送方法包括通过Q值电路获取谐振电路的第一节点和第二节点的相应第一电压和第二电压。第一电压和第二电压用于确定空间中是否存在影响无线电力输送的异物。该方法包括控制Q值电路和谐振电路之间的切换部，以使得电力输送处理的至少一部分发生在与获取第一电压和第二电压时不同的时间。
文档编号G01V3/11GK102904348SQ20121024958
公开日2013年1月30日 申请日期2012年7月18日 优先权日2011年7月25日
发明者中野裕章, 桥口宜明, 福田伸一, 藤卷健一 申请人:索尼公司