专利名称：检测装置、电力接收装置、非接触电力传输系统和检测法的制作方法
技术领域：
本申请涉及一种用于在电力发送装置与电力接收装置之间检测诸如金属等导体的存在的检测装置。此外，本申请还涉及电力接收装置、非接触电力传输系统和检测方法。
背景技术：
近年来，通过采用无线技术提供电力的非接触电力传输系统得到迅猛发展。采用无线技术提供电力的方法包括下述两种方法。这两种方法之一是已被广泛知晓的电磁感应方法。在电磁感应方法中，电力发送侧与电力接收侧之间的接合度很高，以至于可以高效地将电力从电力发送侧供应到电力接收侧。然而，由于需要使电力发送侧与电力接收侧之间的接合系数保持在高值，因此，如果电力发送侧与电力接收侧之间的距离增加或电力发送侧从暴露于电力接收侧的位置移开，则电力发送侧的线圈与电力接收侧的线圈之间的电力传输效率将显著恶化。在下面的说明中，电力发送侧的线圈与电力接收侧的线圈之间的电力传输效率也称为线圈间效率。另一方法是被称为磁谐振方法的技术。磁谐振方法的特征在于，通过有意地采用谐振现象，电力提供方和电力接收方共享的磁通量小。在磁谐振方法中，即使接合系数小，只要Q因数(品质因数)高，那么线圈间效率也不会恶化。Q因数是代表电路中能量维持和能量损失之间的关系的指标，其中电路包括电力发送侧的线圈和电力接收侧的线圈。也就是说，Q因数是代表谐振电路中的谐振强度的指标。换句话说，磁谐振方法的优点在于电力接收侧线圈的轴不用必须调整成电力发送侧线圈的轴。其它优点包括:选择电力发送侧位置和电力接收侧位置时的自由度高，并且设置电力发送侧和电力接收侧之间的距离的自由度高。非接触电力传输系统中一个重要要素是采取措施来解决金属异物的散热。当采用不限于电磁感应方法或磁谐振方法的非接触技术从电力发送侧向电力接收侧提供电力时，在电力发送侧与电力接收侧之间可能存在金属。在这种情况下，可能在金属中流动有涡电流，于是恐怕会散热。作为解决金属散热的措施，已经提出多种技术来检测这种金属异物。例如，已知的是使用光传感器或温度传感器的技术。然而，如果电力供应范围广，如同在采用磁谐振方法的情况下，那么使用传感器检测金属的方法是昂贵的。此外，如果例如使用温度传感器，那么温度传感器输出的结果取决于传感器周围的热传导率。因此，对电力发送侧的设备和电力接收侧的设备施加了设计限制。为了解决上述问题，已经提出一种技术，该技术通过检查金属异物的存在所引起的参数变化来确定在电力发送侧和电力接收侧之间是否存在金属异物。参数的变化通常包括电流变化和电压变化。通过采用这种技术，不再对电力发送侧的设备和电力接收侧的设备施加设计限制。此外，还可以降低成本。如在日本专利特开号2008-206231(下文中称为专利文献I)中所述，已经提出如下一种技术，该技术通过检查电力发送侧与电力接收侧之间传输的调制程度来检测金属异物。也就是说，通过检查振幅变化和相位变化的有关信息来检测金属异物。此外，如在日本专利特开号2001-275280(下文中称为专利文献2)中所述，已经提出如下一种技术，该技术通过检查涡电流损失来检测金属异物。该技术也称为基于DC-DC效率的异物检测方法。然而，专利文献I和2公开的技术没有考虑到电力接收侧的金属壳的影响。在电力接收侧接收电力的普通移动设备使用某些金属(例如金属壳和金属部件)的可能性相当高。在这种情况下，很难确定参数的变化是由金属壳等的影响引起的还是由金属异物的存在引起的。例如，在专利文献2公开的技术的情况下，很难确定涡电流损失是由移动设备的金属壳引起的，还是由电力发送侧与电力接收侧之间存在的金属异物引起的。于是，从以上说明可以清楚地看到，专利文献I和2中公开的技术很难说是能够高精确度地检测金属异物的技术。
发明内容
为了解决上述问题，提出本发明。期望提高对电力发送侧与电力接收侧之间存在的金属异物进行检测的精度。根据本发明的实施例，提供一种检测装置，其包括:设置有Q因数测量线圈和一个或多个电容器的谐振电路，其用作接收脉冲的电路；响应波形检测部，其用于对所述谐振电路响应于所述脉冲而输出的响应波形进行检测；和Q因数测量部，其用于根据所述响应波形检测部检测到的所述响应波形来测量所述谐振电路的Q因数。根据本发明的另一实施例，提供一种电力接收装置，其包括:电力接收线圈，其电磁耦合到外部装置；电力接收部，其用于通过所述电力接收线圈从所述外部装置接收电力；和上述实施例的检测装置。根据本发明的又一实施例，提供一种非接触电力传输系统，其包括:电力发送装置，其用于通过采用非接触传输技术发送电力；和电力接收装置，其用于从所述电力发送装置接收所述电力。所述电力接收装置包括:电力接收线圈，其电磁耦合到所述电力发送装置的电力发送线圈；电力接收部，其用于通过所述电力接收线圈从所述电力发送装置接收电力；和上述实施例的检测装置。根据本发明的进一步实施例，提供一种检测方法，其包括:向设置有Q因数测量线圈和一个或多个电容器的谐振电路施加脉冲；驱动响应波形检测部来对所述谐振电路响应于所述脉冲而输出的响应波形进行检测；以及驱动Q因数测量部来根据所述响应波形检测部检测的所述响应波形测量所述谐振电路的Q因数。根据本发明，通过使用简单的配置就能够提高对电力发送侧与电力接收侧之间存在的金属异物进行检测的精度。
图1大致表示通过测量Q因数检测金属异物的代表性检测电路；
图2表示串联谐振电路输出的电压的代表性频率特性；图3大致表不本发明第一实施例的代表性检测电路；图4是表示图3所示的微型计算机的代表性内部构造的框图；图5表示作为图3所示的检测电路的模型而构造的模拟电路；图6A-6E表示在第一条件下在没有金属异物的模拟电路的各种测量点处获得的代表性波形，第一条件即是Q因数为100且重复周期为2ms的条件，其中图6A是表示脉冲发生器产生的脉冲的波形的放大图，图6B是表示脉冲发生器产生的脉冲的序列，图6C是表示脉冲序列的频域响应，图6D是表示脉冲序列的频域响应的放大图，图6E是表示图5所示电容器的两端子处的电压的频域响应波形；图7A-7E表示在第二条件下在没有金属异物的模拟电路的各种测量点处获得的代表性波形，第二条件即是Q因数为100且重复周期为IOms的条件，其中图7A是表示脉冲发生器产生的脉冲波形的放大图，图7B表示脉冲发生器产生的脉冲序列，图7C表示脉冲序列的频域响应，图7D通过放大每个脉冲序列的内部来表示频域中的脉冲序列，图7E表示图5所示电容器的两端子处的电压的频域响应波形；图8A和8B表示在Q因数为100且重复周期为IOms的情况下电容器两端子处的电压的代表性波形，其中图8A表示时域响应波形，图8B表示频域响应波形；图9A和9B表示针对Q因数为50且重复周期为IOms的情况，电容器两端子处的电压的代表性波形，其中图9A表示时域响应波形，图9B表示频域响应波形；图10是大致表示本发明第二实施例所提供的用作应用有检测电路的代表性设备的电力接收装置的电路图；图11大致表示本发明第三实施例的代表性检测电路；以及图12大致表示本发明第四实施例的代表性检测电路。
具体实施例方式下文通过参考附图来说明本发明的实施例。应当注意，在整个附图和说明书中，彼此功能实质相同和/或彼此构造实质相同的构造元件由相同的附图标记表示，并省略重复的说明。应当注意，将实施例的说明划分成按照以下顺序排列的主题:1.介绍2.第一实施例(信号源:使用脉冲发生器的示例)3.第二实施例(检测电路:对电力接收装置的代表性应用)4.第二实施例(检测电路:米用包络线(envelop-line)检测电路的不例)5.第四实施例(Q因数测量:使用振动数量的代表性Q因数测量)6.第五实施例(Q因数测量:基于处于预定范围内的电压V2的代表性Q因数测量)7.第六实施例(Q因数测量:即使电压％不在预定范围内，基于时间限制的代表性Q因数测量)8.其它1.介绍通过测量Q因数来检测金属异物
为了高精确度地检测电力发送侧与电力接收侧之间存在的金属异物，已经设想到如下一种方法，该方法基于电路的所测量Q因数(品质因数)来确定金属异物是否位于与电力接收侧的谐振电路中所包括的线圈接近的位置，该线圈是与电力发送侧的外部部件磁耦合的线圈。由于随着金属异物靠近谐振电路，电路的Q因数降低，所以能够确定是否存在金属异物。谐振电路的Q因数是代表谐振电路中能量维持和能量损失之间的关系的指标。总而言之，Q因数是用于表示谐振电路的谐振曲线的峰值的尖锐度的值。换句话说，Q因数是用于表示谐振电路的谐振程度的值。金属异物的检测是针对电力发送侧与电力接收侧之间的电路执行的，该电路包括非预期的线圈和诸如金属的导体。本说明书中使用的技术术语“导体”是指广义上的导体。因而，本说明书中使用的技术术语“导体”也可以解释为半导体。在以下说明中，用于检测包括这类线圈和诸如金属等导体在内的电路的操作也称作导体检测等。下文说明用于通过测量Q因数来检测金属异物的代表性检测电路。图1大致表示用于通过测量谐振电路的Q因数来检测金属异物的代表性检测电路
1如图1所示，检测电路I包括Q因数测量线圈11、电容器12、信号源13和ADC 16，ADC 16是模数转换器。图1所示的检测电路I是在解释检测操作的概况时所参考的大致电路，该检测操作通过测量谐振电路的Q因数来检测金属异物，该谐振电路包括Q因数测量线圈11和电容器12。在检测电路I中，Q因数测量线圈11和电容器12彼此串联，以形成由虚线包围的谐振电路。调整Q因数测量线圈11的电感和电容器12的电容，使得谐振电路在测量频率(称作谐振频率)处谐振。在以下说明中，Q因数测量线圈11的电感和电容器12的电容也分别称作L值和C值。信号源13连接到包括Q因数测量线圈11和电容器12的上述谐振电路。信号源13中包含的变频正弦信号发生器14产生具有可变频率的正弦信号，并将该信号提供到谐振电路。信号源13中的电阻器15代表变频正弦信号发生器14的内部电阻，或变频正弦信号发生器14的输出阻抗。在接收正弦信号的谐振电路的测量点处产生的模拟信号被提供到用于将模拟信号转换为数字信号的ADC 16。然后，通过将ADC 16输出的数字信号用作模数转换结果来测量谐振电路的Q因数。应当注意，检测电路I具有未在图中所示的供电部。供电部向检测电路I中采用的部件提供电力。如上所述，检测电路I中采用的部件包括信号源13和ADC16。在测量谐振电路的Q因数时，首先，对施加到谐振电路的正弦信号执行频率扫描，以得到谐振频率A，在频率&下，谐振电路的电压输出达到最大值。然后，在谐振频率&下，测量电压V1和电压\，并且在测量Q因数时使用所测量的电压。如图1所示，电压V1是Q因数测量线圈11与信号源13之间的连接点处的电压，而电压&是0因数测量线圈11与电容器12之间的连接点处的电压。通常，在测量Q因数时，LCR测量计用作Q因数测量装置。由下面给出的方程I表示谐振电路的Q因数。在该方程I中，如上所述，参考符号V1表示Q因数测量线圈11与信号源13之间的连接点处的电压，而参考符号Vc是Q因数测量线圈11与电容器12之间的连接点处的电压。另一方面，参考符号R表示谐振频率A下的串联电阻。[方程I]
权利要求
1.一种检测装置，包括: 设有Q因数测量线圈和一个或多个电容器的谐振电路，所述谐振电路用作接收脉冲的电路； 响应波形检测部，其用于对所述谐振电路响应于所述脉冲而输出的响应波形进行检测；和 Q因数测量部，其用于根据所述响应波形检测部检测到的所述响应波形来测量所述谐振电路的Q因数。
2.如权利要求1所述的检测装置，其中，由所述响应波形检测部检测到的所述响应波形是时域响应波形。
3.如权利要求2所述的检测装置，其中，所述Q因数测量部根据第一振幅和第二振幅测量所述谐振电路的所述Q因数，所述第一振幅是在第一时刻h处从所述时域响应波形获得的，所述第二振幅是在第二时刻t2处从所述时域响应波形获得的，所述第二时刻t2比所述第一时刻h滞后了预先确定的时间段。
4.如权利要求3所述的检测装置，其中，当所述谐振电路的谐振频率由f表示，在所述第一时刻处从所述时域响应波形获得的所述第一振幅由V1表示，且在所述第二时刻t2处从所述时域响应波形获得的所述第二振幅由V2表示时，所述Q因数测量部根据以下方程测量所述Q因数:Q 因数= Jif.U^t1)/In (V1A2)
5.如权利要求4所述的检测装置，其中，所述Q因数测量部在从所述时域响应波形获得的所述第二振幅位于不包括所述第一振幅的预定振幅范围中时测量所述Q因数。
6.如权利要求5所述的检测装置，其中，针对从所述时域响应波形获得的所述第二振幅设置的所述预定振幅范围是从所述时域响应波形获得的所述第一振幅的40%-25%的范围。
7.如权利要求4所述的检测装置，其中，如果从所述时域响应波形获得的所述第二振幅在预定时间段内没有进入不包括所述第一振幅的预定振幅范围，所述Q因数测量部通过对经过所述预定时间段后的时间点处的所述第二振幅进行检测来测量所述Q因数。
8.如权利要求2所述的检测装置，其中，当所述时域响应波形在预定时间段内出现的振动的数量由“振动数”表示，在所述预定时间段开始时获得的振幅由V1表示，并且在所述预定时间段结束时获得的振幅由V2表示时，所述Q因数测量部根据以下方程测量所述Q因数: Q因数=π.振动数/In (V1A2)
9.如权利要求1所述的检测装置，还包括: 确定部，其用于通过比较所述Q因数测量部测量的所述Q因数与预定基准值来确定所述Q因数测量线圈与外部装置之间的电磁耦合状态。
10.如权利要求9所述的检测装置，其中，所述Q因数测量线圈与所述外部装置之间的所述电磁耦合状态意味着在所述Q因数测量线圈与所述外部装置之间是否存在有包括任何线圈或导体的电路。
11.如权利要求10所述的检测装置，还包括: 控制部，其用于执行控制，以在确定出在所述Q因数测量线圈与所述外部装置之间存在有包括任何线圈或导体的电路的情况下，停止从所述外部装置输出电力发送信号。
12.如权利要求1所述的检测装置，其中，所述响应波形检测部检测到的所述响应波形是频域响应波形。
13.如权利要求12所述的检测装置，其中，所述谐振电路是串联谐振电路，所述Q因数测量部根据两个频率之间的带宽测量所述Q因数，，所述频域响应波形在每个所述两个频率处的振幅是所述频域响应波形在逝述串联谐振电路的谐振频率处的振幅的I/ V 2倍。
14.如权利要求12所述的检测装置，其中，所述谐振电路是并联谐振电路，所述Q因数测量部根据两个频率之间的带宽测量所述Q因数，所述频域响应波形在每个所述两个频率处的振幅是所述频域响应波形在逝述并联谐振电路的谐振频率处的振幅的V 2倍。
15.如权利要求1-14中任一项所述的检测装置，其中，施加到所述谐振电路的所述脉冲是单个脉冲。
16.如权利要求1-14中任一项所述的检测装置，还包括: 脉冲发生器，其用于产生所述脉冲，并将所述脉冲施加到所述谐振电路。
17.一种电力接收装置，包括: 电力接收线圈，其电磁耦合到外部装置； 电力接收部，其用于通过所述电力接收线圈从所述外部装置接收电力；和 权利要求1-16中任一项所述的检测装置。
18.—种非接触电力传输系统,包括: 电力发送装置，其用于通过采用非接触传输技术发送电力；和 电力接收装置，其用于从所述电力发送装置接收所述电力， 其中，所述电力接收装置包括: 电力接收线圈，其电磁耦合到所述电力发送装置的电力发送线圈； 电力接收部，其用于通过所述电力接收线圈从所述电力发送装置接收电力；和 权利要求1-16中任一项所述的检测装置。
19.一种检测方法，包括: 向设有Q因数测量线圈和一个或多个电容器的谐振电路施加脉冲； 对所述谐振电路响应于所述脉冲而输出的响应波形进行检测；以及 根据所检测的所述响应波形测量所述谐振电路的Q因数。
全文摘要
本发明涉及检测装置、电力接收装置、非接触电力传输系统和检测方法。检测装置包括设置有Q因数测量线圈和一个或多个电容器的谐振电路，其用作接收脉冲的电路；响应波形检测部，其用于对所述谐振电路响应于所述脉冲而输出的响应波形进行检测；和Q因数测量部，其用于根据所述响应波形检测部检测到的所述响应波形来测量所述谐振电路的Q因数。另外，所述电力接收装置和非接触电力传输系统包含上述检测装置，且所述检测方法是所述检测装置实施的方法。根据本发明，能够提高对存在于电力发送侧与电力接收侧之间的金属异物的检测的精度。
文档编号H02J17/00GK103176215SQ201210535508
公开日2013年6月26日 申请日期2012年12月12日 优先权日2011年12月21日
发明者込山伸二 申请人:索尼公司