送电装置以及无线电力传输系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及以无线方式传输电力的送电装置以及无线电力传输系统。
【背景技术】
[0002] 近年来，便携电话、电动汽车等伴有移动性的电子设备、EV设备得到普及。以这种 设备为对象的无线电力传输系统正在进行开发。对于无线电力传输技术而言，存在电磁感 应方式、磁场共振方式（谐振磁场親合方式）、以及电场親合方式等方式。
[0003] 电磁感应方式以及磁场共振方式的无线电力传输系统具备：具有送电线圈的送电 装置、和具有受电线圈的受电装置。通过受电线圈对由送电线圈产生的磁场进行补充，能够 不使电极直接接触而传输电力。磁场共振方式的无线电力传输系统例如在专利文献1中得 到公开。
[0004] 现有技术文献
[0005] 专利文献1 :日本特开2009-33782号公报
【发明内容】
[0006] 但是，对于所述以往技术而言，要求了在送电开始后也能够实现精度高的异物检 测的无线电力传输系统的送电装置。
[0007] 本发明的一技术方案的送电装置，以非接触方式对具备第1谐振器和受电电路的 受电装置输送第1交流电力，所述第1谐振器接受所述第1交流电力，所述受电电路将所述 第1谐振器接受的所述第1交流电力转换成第1直流电力而供给到负载，所述送电装置具 备：
[0008] 逆变器电路，其生成所述第1交流电力并经由第2谐振器输送所述第1交流电力；
[0009] 振荡电路，其生成比所述第1交流电力小的第2交流电力并经由第3谐振器输送 所述第2交流电力；
[0010] 异物检测判定电路，其基于根据所述第2交流电力而变化的所述第3谐振器的物 理量，判断在所述第1谐振器与所述第3谐振器之间是否存在异物；以及
[0011] 送电控制电路，其控制所述送电装置，
[0012] 所述送电控制电路，
[0013] 在所述第1交流电力的送电开始前，使所述异物检测判定电路执行一系列的多个 处理而判断了是否存在异物之后，使所述逆变器电路开始所述第1交流电力的送电，
[0014] 在所述第1交流电力的送电开始后，使进行异物检测的异物检测期间和进行所述 第1交流电力的送电的送电期间反复，所述一系列的多个处理被分割到所述反复的多个异 物检测期间来执行，
[0015] 使所述异物检测判定电路使用所述多个异物检测期间分割执行所述一系列的多 个处理，判断是否存在异物。
[0016] 此外，这些总括性或具体的技术方案可以由系统、方法、集成电路、计算机程序、或 者记录介质来实现。或者，也可以通过系统、装置、方法、集成电路、计算机程序以及记录介 质的任意组合来实现。
[0017] 根据本发明的一技术方案，能够提供一种在送电开始后也能够实现精度高的异物 检测的无线电力传输系统的送电装置。
【附图说明】
[0018] 图1是表示无线电力传输系统的动作的概要的图。
[0019] 图2是用于说明延迟期间以及基于该延迟期间的受电装置的动作的图。
[0020] 图3是表示受电装置的动作的例子的流程图。
[0021] 图4是用于说明本发明中的分割开的一系列多个处理的例子的图。
[0022] 图5是表示本发明的异物检测动作的另一方式的图。
[0023] 图6是表示本发明的实施方式中的送电停止期间的缩短化的效果的一例的图。
[0024] 图7是表示本发明的实施方式1中的无线电力传输系统的概略构成的图。
[0025] 图8是表示实施方式1中的送电电路的更详细构成的图。
[0026] 图9是表示振荡电路的构成例的图。
[0027] 图10是用于说明充电和异物检测的定时（timing)的图。
[0028] 图11是用于说明异物检测所使用的耦合系数推定方法的工作原理的图。
[0029] 图12是表示送电装置100以及受电装置200的具体的电路构成例的图。
[0030] 图13是表示基于耦合系数的异物检测处理的流程的流程图。
[0031] 图14是表不异物检测处理的另一例的流程图。
[0032] 图15是表示阈值的设定方法的第1例的图。
[0033] 图16是表示阈值的设定方法的第2例的图。
[0034] 图17是表示阈值的设定方法的第3例的图。
[0035] 图18是表示阈值的设定方法的第4例的图。
[0036] 图19是用于说明实施方式1中的处理分割的第1例的图。
[0037] 图20A是表示对于评价用终端7机型而在有铝异物的情况和无铝异物的情况下分 别测定了耦合系数和输入电感值的结果的图。
[0038] 图20B是表示对于评价用终端7机型而在有铁异物的情况和无铁异物的情况下分 别测定了耦合系数和线圈端电压的结果的图。
[0039] 图21是用于说明实施方式1中的处理分割的第2例的图。
[0040] 图22是用于说明实施方式1中的处理分割的第3例的图。
[0041] 图23是用于说明实施方式1中的处理分割的第4例的图。
[0042] 图24是用于说明实施方式1中的处理分割的第5例的图。
[0043] 图25是表示实施方式1中的处理分割的第5例的变形例的图。
[0044] 图26是用于说明实施方式1中的处理分割的第6例的图。
[0045] 图27是表示实施方式2中的无线电力传输系统的构成的图。
[0046] 图28是表示实施方式2中的送电电路的详细构成的图。
[0047] 图29是表示实施方式2中的切换开关1002的构成的图。
[0048] 图30是表示使用评价用终端7机型对有无异物进行了判断的检测结果的第1图。
[0049] 图31是表示使用评价用终端7机型对有无异物进行了判断的检测结果的第2图。
[0050] 图32是表示使用评价用终端7机型对有无异物进行了判断的检测结果的第3图。
[0051] 附图标记说明
[0052] 100送电装置
[0053] 200受电装置
[0054] 1000送电电路
[0055] 1001逆变器电路
[0056] 1002切换开关
[0057] 1003振荡电路
[0058] 1004异物检测电路
[0059] 1005接收电路
[0060] 1006测定电路
[0061] 1007判定电路
[0062] 1008异物检测判定电路
[0063] 1010送受电谐振器对
[0064] IOlOa送电谐振器
[0065] IOlOb受电谐振器
[0066] 1011检测谐振器
[0067] 1020受电电路
[0068] 1021整流电路
[0069] 1022输出检测电路
[0070] 1023发送电路
[0071] 1030 直流（DC)电源
[0072] 1040 负载
[0073] 1050 异物
[0074] 1070显示元件
[0075] 1090控制电路
[0076] 1091送电控制单元
[0077] 1092切换开关控制单元
[0078] 1093存储器（结果保存单元）
[0079] 1094振荡控制单元
[0080] 1095定时控制单元
【具体实施方式】
[0081] (成为本发明的基础的见解）
[0082] 本发明人对于在"【背景技术】"一栏中记载的无线电力传输系统中的送电装置，发现 了会产生以下的问题。
[0083] 首先，对"异物"的定义进行说明。在本发明中，"异物"是指在位于无线电力传输 系统中的送电线圈（或异物检测用的线圈）或受电线圈的附近时，因送电线圈与受电线圈 之间传输的电力而发热的金属以及人体（动物）等物体。
[0084] 接着，对送电装置的动作进行说明。对于送电装置，首先，当送电装置的电源开关 接通时，进行送电装置的送电线圈与受电装置的受电线圈的位置对准。"位置对准"是指对 送电装置中的送电谐振器（包含送电线圈）与受电装置中的受电谐振器（包含受电线圈） 是否处于适于电力传输的配置关系进行检测的动作。当送电线圈与受电线圈的位置对准完 成时，进行判断在送电线圈与受电线圈之间是否存在异物的异物检测。异物检测例如能够 通过对施加于送电线圈的电压等物理量的变化进行检测来进行。当判断为在送电线圈与受 电线圈之间不存在异物时，从送电线圈向受电线圈以非接触方式输送交流电力。
[0085] 但是，即使在判断为在送电线圈与受电线圈之间不存在异物之后，在送电期间也 有异物进入线圈之间的可能。例如，设想送电装置是设置于车辆内部的充电座，受电装置搭 载于智能手机、平板终端、便携电话等能够进行非接触充电的设备（受电终端）的情况。在 这种情况下，由于移动中的车体的振动，在充电中的送电线圈与受电线圈之间有可能会有 硬币等异物进入。如此，若异物进入到送电线圈与受电线圈之间，则在异物产生涡电流，有 可能会导致异物过热。
[0086] 因此，本发明人研究了如下情况：为了防止上述那样的异物的过热，在送电装置开 始了送电之后，使进行异物检测的异物检测期间和进行送电的送电期间反复，进行监视以 使异物不会过热。
[0087] 图1是表示本发明人研究的无线电力传输系统的动作的概要的图。在该系统中， 送电装置首先进行异物检测，在判断为无异物之后，开始送电（初始检测以及初始送电）。 在送电开始后，当经过一定的时间（例如数秒）时，送电装置停止送电，再次进行异物检测。 以后，反复进行送电和异物检测。通过这样的动作，能够一边继续送电一边监视异物的进 入。
[0088] 另一方面，在专利文献1中公开了使用一个送电线圈和一个受电线圈，基于送电 线圈的感应电压的波形来检测异物的系统。该系统中的送电装置在送电开始前使用与送电 频率不同的频率来检测异物。另一方面，在送电中，使用与送电频率相同的频率，一边进行 送电一边定期地检测异物。
[0089] 关于送电中的异物检测，具体而言，在一次异物检测期间进行如下动作。即，送电 装置测定一次与送电频率相同的频率的电压波形，算出上述电压波形的脉冲宽度，基于脉 冲宽度离基准值的变化量，判断是否存在异物。
[0090] 如此，专利文献1的送电装置在一次异物检测期间，进行测定处理、算出处理以及 判断处理的一系列的多个处理。
[0091] 然而，本发明人发现了在专利文献1所公开的异物检测方法中会产生下面的问 题。
[0092] 专利文献1中的送电装置，在送电中使用与送电频率相同的频率来进行异物检 测。通常而言，送电时的电力与异物检测时的电力相比非常大。例如，送电时的电力为异物 检测时的电力的约100倍~约1000倍。由此，在专利文献1的系统中，相对于送电时的电 压振幅的变动，因存在异物而导致的电压振幅的变动较小。因此，SN比不足够大，难以高精 度地进行异物检测。进而，在专利文献1的系统中，因为在送电中使用与送电频率相同的频 率进行了异物检测，所以受到送电的影响，异物检测的精度变低。
[0093] 因此，为了解决上述问题，考虑设置与送电线圈不同的异物检测线圈，与送电开始 前同样，在送电中以与送电频率不同的频率来进行异物检测。
[0094] 但是，该情况下，因送电中的电力产生的多个高次谐波等对异物检测线圈造成影 响，使噪声混入到异物检测线圈。由此，即使设置异物检测线圈，也难以在送电中高精度地 进行异物检测。
[0095] 在专利文献1中，也存在如下的问题：对于一次异物检测而言，对一个物理量（电 压）的波形仅测定一次，因此难以高精度地进行异物检测。即，对于异物而言，存在各种材 质、形状的异物，而通过专利文献1的方法，无法检测各种材质、形状的异物。
[0096] 为了高精度地进行该各种异物的检测，例如要求进行一系列的多个处理，该一系 列的多个处理包括：对一个以上的物理量（例如，施加于送电线圈的电压、频率等）测定多 次的处理（测定处理）；基于多次测定而得到的物理量来算出用于判断有无异物的指标值 (例如，耦合系数等）的处理（算出处理）；以及判断是否存在异物的处理（判断处理）。在 此，"物理量"是指施加于送电线圈的电压、流经送电线圈的电流、施加于送电线圈的频率、 送电线圈的输入阻抗值、或送电线圈的输入电感值等与线圈相关的具有电气单位的量。进 而，异物检测为了避免送电的影响而要求使送电停止来进行。
[0097] 另一方面，在进行上述的一系列的多个处理的情况下，会产生一次的异物检测期 间变长的问题。如果将一次的异物检测期间设定为长并在其中进行很多处理，则也能够进 行精度高的异物检测。但是，对一次的异物检测期间分配长时间而使送电长时间停止并不 优选。当异物检测期间的长度相对于送电期间的长度的比例大时，送电效率降低。例如，在 送电装置是无线充电器的情况下，从开始送电到受电装置的负载（例如二次电池）完成充 电需花费时间。
[0098] 如此，本发明人发现了 ：为了以比专利文献1所公开的异物检测方法高的精度进 行异物检测，进行一系列的多个处理并且分割异物检测期间和送电期间是有效的。但是，如 此一来，发现会产生如下问题：进行异物检测的时间（送电停止时间）相对于进行送电的送 电时间的比例变大，送电效率降低。
[0099] 特别是在受电装置为智能手机的情况下，各制造商对从送电停止开始到使用受电 装置的通知部（例如灯）通知送电的停止为止的期间（称为延迟期间。）的长度进行了设 定。延迟期间的长度因制造商以及机型而异。该长度例如能够设定为5毫秒~10毫秒左 右的长度。
[0100] 图2是用于说明对受电装置设定的延迟期间以及基于该延迟期间的受电装置的 动作的图。图2(a)示出了延迟期间的长度TA1。图2(b)示出了送电停止时间Tl比延迟期 间的长度TAl长时的例子。图2(c)示出了送电停止时间TSl比延迟期间的长度TAl短时 的例子。
[0101] 如图2(b)所示，当送电（即充电）停止的时间Tl (送电停止时间）超过延迟期间 的长度TAl时，智能手机的受电模块使智能手机中的点亮的灯（表示处于充电中的灯）熄 灭。在送电的停止超出了延迟期间TAl的长度之后，异物检测结束，当再次开始送电时，受 电模块使表示处于充电中的灯再次点亮。
[0102] 另一方面，如图2(c)所示，在送电停止时间TSl为延迟期间的长度TAl以下的情 况下，受电模块将灯维持点亮状态。在经过送电停止时间TSl之后，当再次开始送电时，受 电模块维持灯点亮而再次开始受电。
[0103] 图3是表示受电装置的上述动作的流程图。受电装置在步骤S301中感知到受电 时，进入步骤S302,使充电指示器（例如上述的灯）点亮。接着，在步骤S303中感知到受电 停止时，进入步骤S304,每隔一定时间判断是否感知到受电。在此判断为"是"的情况下，进 入步骤S305,受电装置再次开始受电。在判断为"否"的情况下，进入步骤S306,受电装置判 断从感知到受电停止起是否经过了延迟期间。在此判断为"是"的情况下，进入步骤S307， 受电装置使充电指示器熄灭。在判断为"否"的情况下，返回到步骤S304,再次判断是否感 知到受电。
[0104] 此外，充电指示器的点亮动作以及熄灭动作可以未必由受电装置直接进行。例如， 受电装置也可以向受电模块所搭载的受电终端仅发出点亮或熄灭的命令，实际的点亮或熄 灭由受电终端来进行。
[0105] 在对进行以上所述的动作的受电装置应用了使异物检测期间和送电期间反复的 充电方法的情况下，若异物检测期间长，则充电指示器反复闪烁。特别是在车载用的充电系 统中，若在运转中智能手机的灯反复点亮和熄灭（闪烁），则有可能会夺走用户的注意力。
[0106] 对以上所述进行总结，在送电装置开始了送电之后，在使进行异物检测的异物检 测期间和进行送电的送电期间反复时，为了进行高精度的异物检测，需要如上所述进行一 系列的多个处理。但是，为了进行一系列的多个处理的全部处理，可知需要使送电停止时间 延长。本发明人由此发现了会产生送电效率降低、在运转中灯闪烁而有可能会夺走用户的 注意力的问题。
[0107] 因此，希望有一种送电装置，在送电装置开始了送电之后，在使异物检测期间和 送电期间反复时，缩短送电停止时间而防止送电效率降低，同时在送电开始后也能够实现 高精度的异物检测。进而，希望有一种缩短送电停止时间而维持表示处于充电中的指示器 (例如灯）的点亮的送电装置。
[0108] 根据以上的考察，本发明人想到了以下所公开的各技术方案。
[0109] 本发明的一技术方案的送电装置，以非接触方式对具备第1谐振器和受电电路的 受电装置输送第1交流电力，所述第1谐振器接受所述第1交流电力，所述受电电路将所述 第1谐振器接受的所述第1交流电力转换成第1直流电力而供给到负载，所述送电装置具 备：
[0110] 逆变器电路，其生成所述第