檢測設備、系統和方法、送電設備及非接觸電力傳輸系統的製作方法
2023-07-06 05:45:36
專利名稱：檢測設備、系統和方法、送電設備及非接觸電力傳輸系統的製作方法
技術領域：
本公開涉及一種用於檢測諸如金屬等導體的存在的檢測設備、檢測系統、電力發送設備、非接觸式電力傳輸系統以及檢測方法。
背景技術：
近來，非接觸式電力傳輸系統得到了積極發展，在非接觸式電力傳輸系統中，在非接觸的基礎上供應電力(無線饋電)。用於實現無線饋電的系統大致被分類成兩種方法。一種是普遍已知的電磁感應系統。在電磁感應系統中，在電力發送側與電力接收側之間的耦合程度很高，且因此可以較高效率執行饋電。然而，在電力發送側與電力接收側之間的耦合係數需要保持較高。因此，當在電力發送側與電力接收側之間的距離增加或者電力發送側與電力接收側之間存在位置位移時，在電力發送側與電力接收側的線圈之間的電力傳輸效率(該效率將在下文中被稱作在線圈之間的效率)顯著降級。另一種為被稱作磁場共振系統的方法。磁場共振系統具有主動使用共振現象且因此僅需要在饋電源與饋電目的地之間共享較小磁通量的特點。磁場共振系統不會使得線圈之間的效率降級，即使在Q值(品質因數)較高時較小耦合係數的情況下。Q值為指示在電力發送側或者電力接收側具有線圈的電路的能量保持與損失之間的關係(指示共振電路的共振強度)的指數。即，磁場共振系統具有以下優點:消除了對於電力發送側的線圈與電力接收側的線圈之間對準的需要，且提供了在電力發送側與電力接收側之間位置和距離的較高的自由度。在非接觸式電力傳輸系統中的重要的要素之一是應對由金屬異物所生成熱量的措施。無論非接觸式電力傳輸系統為電磁感應類型還是磁場共振類型，當在非接觸式基礎上執行饋電且在電力發送側與電力接收側之間存在金屬時，渦電流可出現在金屬中且造成金屬生成熱量。提出了用於檢測金屬異物的大量方法作為應對熱量生成的措施。例如，已知使用光學傳感器或溫度傳感器的方法。但是，使用傳感器的檢測方法在寬饋電範圍的情況下需要承擔如在磁場共振系統中那樣的高成本。在溫度傳感器的情況下，例如，溫度傳感器的輸出結果取決於溫度傳感器周圍的熱導率，從而對在電力發送側和電力接收側的裝置強加了設計限制。因此，提出了一種方法，其觀察在電力發送側與電力接收側之間插入金屬異物時的參數(電流、電壓等)變化，且確定是否存在金屬異物。這樣的方法無需強加設計限制等，且降低了成本。例如，日本專利特開N0.2008-206231 (在下文中被稱作專利文獻I)提出了一種基於電力發送側與電力接收側之間通信中的調製程度(關于振幅和相位變化的信息)來檢測金屬異物的方法，且日本專利特開N0.2001-275280 (在下文中被稱作專利文獻2)提出了一種基於渦電流損失來檢測金屬異物(基於DC-DC效率的異物檢測)的方法。
發明內容
但是，專利文獻I和專利文獻2所提出的方法並未考慮金屬殼體對電力接收側的影響。當考慮對一般可攜式裝置充電時，一些金屬(金屬殼體、金屬部分等)很可能用於可攜式裝置中，且因此難以區分參數變化是「由金屬殼體等的影響造成」還是「由混入了金屬異物造成」。以專利文獻2為例，不能確定渦電流損失是由可攜式裝置中的金屬殼體造成還是由於在電力發送側與電力接收側之間混入了金屬異物造成。因此，由專利文獻I和2所提議的方法可能不能以高準確度來檢測金屬異物。本公開考慮了上述情形。期望以簡單的構造來改進檢測在電力接收側附近或者在電力發送側與電力接收側之間存在的金屬異物的準確度。根據本公開的第一實施方式，提供一種檢測設備。該檢測設備包括讀取線圈，其被配置成讀取由檢測線圈根據磁場生成的磁通量，該檢測線圈用於檢測從激勵線圈輸出的電磁波的磁場。該檢測設備還包括Q值測量部，其被配置成基於在讀取線圈中根據由檢測線圈生成的所述磁通量得到的電壓振蕩的時間轉變來測量該檢測線圈的Q值。根據本公開的第二實施方式，提供一種檢測系統。該檢測系統包括檢測線圈，其被配置成檢測從激勵線圈輸出的電磁波的磁場；以及讀取線圈，其被配置成讀取由檢測線圈根據磁場生成的磁通量。該檢測系統還包括Q值測量部，其被配置成基於在讀取線圈中根據由檢測線圈生成的磁通量得到的電壓振蕩的時間轉變來測量該檢測線圈的Q值。根據本公開的第三實施方式，提供一種電力發送設備。該電力發送設備包括電力發送線圈，其被配置成通過無線電向外部輸出用於非接觸式電力傳輸的電力發送信號。該電力發送設備還包括電力發送部，其被配置成向該電力發送線圈供應電力發送信號。該電力發送設備還包括讀取線圈，其被配置成讀取由檢測線圈根據磁場生成的磁通量，該檢測線圈用於檢測從電力輸出線圈輸出的電磁波的磁場。該電力發送設備還包括Q值測量部，其被配置成基於在讀取線圈中根據由檢測線圈生成的磁通量得到的電壓振蕩的時間轉變來測量該檢測線圈的Q值。根據本公開的第四實施方式，提供一種非接觸式電力傳輸系統，包括:電力發送設備；以及電力接收設備，其被配置成接收從電力發送設備通過無線電傳輸的電力。該電力發送設備包括電力發送線圈，其被配置成通過無線電向外部輸出用於非接觸式電力傳輸的電力發送信號。該電力發送設備還包括電力發送部，其被配置成向電力發送線圈供應電力發送信號。該電力發送設備還包括讀取線圈，其被配置成讀取由檢測線圈根據磁場生成的磁通量，該檢測線圈用於檢測從電力輸出線圈輸出的電磁波的磁場。該電力發送設備還包括Q值測量部，其被配置成基於在讀取線圈中根據由檢測線圈生成的磁通量得到的電壓振蕩的時間轉變來測量檢測線圈的Q值。該電力接收設備包括電力接收線圈，其用於接收從電力發送設備輸出的電力傳輸信號，以及檢測線圈，其被配置成接收從電力發送設備輸出的電磁波的磁場且根據磁場生成磁通量。根據本公開的第五實施方式，提供一種檢測方法。該檢測方法包括從激勵線圈輸出電磁波。該檢測方法還包括由讀取線圈讀取由檢測線圈根據磁場生成的磁通量，檢測線圈用於檢測從激勵線圈輸出的電磁波的磁場。該檢測方法還包括由Q值測量部基於在讀取線圈中根據由檢測線圈生成的磁通量得到的電壓振蕩的時間轉變來測量該檢測線圈的Q值。因此，根據上文所述的本公開的實施方式，Q值測量電路無需設於具有檢測線圈的一側(例如，可攜式終端設備)上。根據本公開的實施方式，能通過簡單的構造來改進對於在檢測側附近或者在激勵側(例如，電力發送側)與檢測側(例如，電力接收側)之間存在的金屬異物檢測的準確度。
圖1為示出通過測量Q值來檢測金屬異物的非接觸式電力傳輸系統的示例的示意電路圖；圖2為示出根據本公開的第一實施例的檢測系統的配置的示例的示意電路圖；圖3為示出圖2所示的微計算機的內部配置的示例的框圖；圖4為對檢測系統建I旲的不意電路圖；圖5A、圖5B和圖5C示出了當在無金屬異物的情況下在檢測側的Q值為100時在相應部分得到的電壓波形的示例，圖5A示出了激勵線圈的振幅電壓的示例，圖5B示出了檢測線圈的振幅電壓的示例，以及圖5C示出了讀取線圈的振幅電壓的時間轉變的示例；圖6A、圖6B和圖6C示出了當在無金屬異物的情況下在檢測側的Q值為200時在相應部分得到的電壓波形的示例，圖6A示出了激勵線圈的振幅電壓的示例，圖6B示出了檢測線圈的振幅電壓的示例，以及圖6C示出了讀取線圈的振幅電壓的時間轉變的示例；圖7為示出根據本公開的第二實施例的非接觸式電力傳輸系統的配置的示例的不意電路圖；圖8為示出根據 本公開的第三實施例的非接觸式電力傳輸系統的配置的示例的不意電路圖；圖9為示出根據本公開的第四實施例的非接觸式電力傳輸系統(無線饋電墊與可攜式裝置)的配置的示例的示意電路圖；以及圖10為示出合併於圖9的非接觸式電力傳輸系統(無線饋電墊和可攜式裝置)中的檢測系統(異物檢測設備和檢測電路)的配置的示例的示意電路圖。
具體實施例方式將在下文中參看附圖來描述用於執行本公開的實施例。附帶地說，通過用相同附圖標記來標識在本說明書中和附圖中具有基本上相同功能和構造的構成元件，將省略對這些構成元件的重複描述。附帶地說，將以下面的次序進行描述。1.介紹性描述2.第一實施例(檢測系統:激勵線圈、檢測線圈和讀取線圈)3.第二實施例(檢測系統:對於非接觸式電力傳輸系統的應用的示例)4.第三實施例(電力發送設備:電力發送線圈也用作讀取線圈的示例)5.第四實施例(檢測系統:其中無線饋電襯墊和可攜式裝置與檢測系統分開的示例)6.其它〈1.介紹性描述〉通過Q值測量來檢測金屬異物用於以高準確度來檢測在電力發送側與電力接收側之間存在的金屬異物的方法包括下面這樣的方法:測量包括與外部電磁耦合的線圈的電路的Q值(品質因數)，和基於Q值的測量結果來確定在線圈附近是否存在金屬異物。這種方法利用當金屬靠近共振電路時共振電路的Q值減小的事實。Q值為指示能量保持與損失之間關係的指數，且一般用作指示共振電路共振峰值的尖銳性(共振強度)的值。金屬異物指在電力發送側與電力接收側之間包括諸如金屬等導體或不想要的線圈的電路。在本說明書中所提到的導體還包括廣義的導體，即半導體。檢測包括諸如金屬等導體或線圈的電路在下文中也將被稱作「檢測導體等」。為了使用測量共振電路的Q值的方法高度準確地檢測金屬異物，期望測量在作為待充電的裝置的電力接收側(二次側)上的共振電路而不是上面裝載了待充電的裝置的電力發送側(一次側)上的共振電路的Q值。這是由於以下原因。(I)當電力接收設備置於電力發送側的共振電路附近時，由於在電力接收側的殼體金屬的影響而減小了在電力發送側的共振電路的Q值。因此，不能區分減小Q值的因素是異物金屬的影響還是電力接收設備的殼體金屬的影響。(2)在電力接收側的共振電路的Q值並不改變，即使在具有非金屬殼體的電力發送設備置於電力接收側的共振電路附近的情況下。 ( 3)在電力接收側的共振電路被包括於可攜式裝置等中，且與在電力發送側的共振電路相比較小。因此，由於物理大小和高磁通量密度，在電力接收側的共振電路在很大程度上受到異物金屬影響。下文將對非接觸式電力傳輸系統的示例進行描述，在該非接觸式電力傳輸系統中，通過測量Q值來檢測金屬異物。圖1所示的非接觸式電力傳輸系統包括電力發送設備10和電力接收設備20。圖1所示的電路為示意性地示出的電路以描述通過測量Q值來檢測金屬異物的概要。電力發送設備10包括:信號源11，信號源11包括用於生成交流信號的信號生成器12和電阻元件13;電容器14;以及，電力發送線圈15 (—次側線圈)。電阻元件13為信號生成器12的內部電阻(輸出阻抗)的圖示表現。在本示例中，電容器14和電力發送線圈15連接到信號源11以便形成串聯共振電路。調整電容器14的電容值(C值)與電力發送線圈15的電感值(L值)使得以期望執行饋電的頻率發生共振。電路發送部被形成為包括信號源11和電容器14。從電力發送部供應的電力發送信號在非接觸基礎上通過電力發送線圈15無線地傳輸到外部。電力接收設備20被分成兩種功能:電力接收部，用於在非接觸基礎上從電力發送設備10接收電力；以及，Q值測量部，其用於檢測在電力發送設備10與電力接收設備20之間存在的金屬異物。電力接收部包括:電力接收線圈21 ;電容器22，其與電力接收線圈21 —起形成共振電路；整流電路23，其用於將交流信號轉換為直流信號；以及，負載24，諸如電池(二次電池)、充電部以及附圖未示出的類似物。整流電路23可被配置成除了整流處理之外還執行
平滑處理。在本示例中在電力接收部中的電力接收線圈21與電容器22彼此連接以便形成串聯共振電路。調整電力接收線圈21的電感值(L值)與電容器22的電容值(C值)使得以饋電頻率發生共振。在非接觸基礎上從外部通過電力接收線圈21向電力接收部供應電力。
Q值測量部包括:Q值測量線圈31 ；電容器32，其與Q值測量線圈31 —起形成共振電路；Q值測量電路33 ;以及，電容器34，其與負載24並聯。在本示例中在Q值測量部中的Q值測量線圈31和電容器32彼此連接以便形成串聯共振電路。調整Q值測量線圈31的電感值(L值)與電容器32的電容值(C值)使得以Q值測量頻率發生共振。串聯共振電路連接到Q值測量電路33。向電容器34充電的電力用於Q值測量電路33的電力供應。由Q值測量電路33測量共振電路的Q值也為在測量儀器(LCR測量計)中使用的方法。假設Vl為在Q值測量線圈31與電容器32之間的電壓，且假設V2為在Q值測量線圈31兩端的電壓，串聯共振電路的Q值由等式(I)來表達。R為頻率f處的串聯電阻值。當電壓V2>>電壓Vl時，可通過近似來表達該等式。等式I
權利要求
1.一種檢測設備，包括: 讀取線圈，被配置成讀取由用於檢測從激勵線圈輸出的電磁波的磁場的檢測線圈根據所述磁場生成的磁通量；以及 Q值測量部，被配置成基於在所述讀取線圈中根據由所述檢測線圈生成的所述磁通量得到的電壓振蕩的時間轉變來測量所述檢測線圈的Q值。
2.根據權利要求1所述的檢測設備， 其中所述Q值測量部基於在所述讀取線圈中得到的所述電壓的第一時間的電壓值和在從所述第一時間經過了預定時間之後在所述讀取線圈中得到的所述電壓的第二時間的電壓值來測量所述檢測線圈的Q值。
3.根據權利要求2所述的檢測設備， 其中假設f為電磁波的頻率，假設V1為在所述第一時間h的電壓值，且假設V2為在所述第二時間t2的電壓值，通過以下等式得到所述Q值:Q = 31 f.(I^t1Vln(V1ZV2)0
4.根據權利要求3所述的檢測設備，還包括: 確定部，被配置成通過比較由所述Q值測量部所測量的所述Q值與預先設置的參考值來確定在所述激勵線圈 與所述檢測線圈之間的電磁耦合狀態。
5.根據權利要求4所述的檢測設備， 其中由所述確定部確定的、在所述激勵線圈與所述檢測線圈之間的所述電磁耦合狀態為在所述兩個線圈之間包括導體或任意線圈的電路的存在與否。
6.根據權利要求1所述的檢測設備，還包括: 激勵線圈。
7.根據權利要求6所述的檢測設備，還包括: 一個線圈，所述一個線圈既用作激勵線圈也用作讀取線圈；以及切換部，該切換部被配置成在將所述線圈用作激勵線圈的模式與將所述線圈用作讀取線圈的模式之間切換， 其中當從所述線圈輸出電磁波時，通過切換所述切換部將所述線圈用作激勵線圈，以及 當在非接觸基礎上讀取由所述檢測線圈生成的所述磁通量時，通過切換所述切換部將所述線圈用作所述讀取線圈。
8.根據權利要求1所述的檢測設備， 其中所述讀取線圈檢測由包括所述檢測線圈的共振電路根據共振生成的磁通量，所述包括所述檢測線圈的共振電路與從包括所述激勵線圈的共振電路輸出的電磁波的磁場共振。
9.一種檢測系統，包括: 檢測線圈，被配置成檢測從激勵線圈輸出的電磁波的磁場； 讀取線圈，被配置成讀取由所述檢測線圈根據所述磁場生成的磁通量；以及Q值測量部，被配置成基於在所述讀取線圈中根據由所述檢測線圈生成的所述磁通量得到的電壓振蕩的時間轉變來測量所述檢測線圈的Q值。
10.根據權利要求9所述的檢測系統，還包括激勵線圈。
11.根據權利要求10所述的檢測系統，還包括 一個線圈，所述一個線圈既用作激勵線圈也用作讀取線圈；以及切換部，被配置成在將所述線圈用作激勵線圈的模式與將所述線圈用作讀取線圈的模式之間切換， 其中當從所述線圈輸出電磁波時，通過切換所述切換部將所述線圈用作激勵線圈，以及 當在非接觸基礎上讀取由所述檢測線圈生成的所述磁通量時，通過切換所述切換部將所述線圈用作所述讀取線圈。
12.一種電力發送設備，包括: 電力發送線圈，被配置成通過無線電向外部輸出用於非接觸式電力傳輸的電力發送信號; 電力發送部，被配置成向所述電力發送線圈供應所述電力發送信號； 讀取線圈，被配置成讀取由用於檢測從電力發送線圈輸出的電磁波的磁場的檢測線圈根據所述磁場生成的磁通 量；以及 Q值測量部，被配置成基於在所述讀取線圈中根據由所述檢測線圈生成的所述磁通量得到的電壓振蕩的時間轉變來測量所述檢測線圈的Q值。
13.根據權利要求12所述的電力發送設備，還包括 激勵線圈， 其中所述檢測線圈檢測從所述激勵線圈輸出的電磁波的磁場。
14.根據權利要求13所述的電力發送設備， 其中一個線圈既用作電力發送線圈也用作激勵線圈，或者既用作激勵線圈也用作讀取線圈，或者用作電力發送線圈、激勵線圈和讀取線圈。
15.一種非接觸式電力傳輸系統，包括: 電力發送設備；以及 電力接收設備，被配置成接收從所述電力發送設備通過無線電傳輸的電力， 所述電力發送設備包括 電力發送線圈，被配置成通過無線電向外部輸出用於非接觸式電力傳輸的電力發送信號; 電力發送部，被配置成向所述電力發送線圈供應所述電力發送信號； 讀取線圈，被配置成讀取由用於檢測從電力發送線圈輸出的電磁波的磁場的檢測線圈根據所述磁場生成的磁通量；以及 Q值測量部，被配置成基於在所述讀取線圈中根據由所述檢測線圈生成的所述磁通量得到的電壓振蕩的時間轉變來測量所述檢測線圈的Q值；以及所述電力接收設備包括 電力接收線圈，用於接收從所述電力發送設備輸出的所述電力發送信號，以及所述檢測線圈，被配置成接收從所述電力發送設備輸出的電磁波的磁場且根據所述磁場生成磁通量。
16.根據權利要求15所述的非接觸式電力傳輸系統，還包括激勵線圈， 其中所述檢測線圈檢測從所述激勵線圈輸出的所述電磁波的磁場。
17.根據權利要求16所述的非接觸式電力傳輸系統， 其中在所述電力發送設備中，一個線圈既用作電力發送線圈也用作激勵線圈，或者既用作激勵線圈也用作讀取線圈，或者用作電力發送線圈、激勵線圈和讀取線圈，以及在所述電力接收設備中，一個線圈既用作電力接收線圈也用作檢測線圈。
18.—種檢測方法，包括: 從激勵線圈輸出電磁波； 由讀取線圈讀取由用於檢測從所述激勵線圈輸出的電磁波的磁場的檢測線圈根據所述磁場生成的磁通量；以及 由Q值測量部基於在所述讀取線圈中根據由所述檢測線圈生成的磁通量得到的電壓振蕩的時間轉變來測量所述檢測線圈的Q值。
全文摘要
本發明公開了檢測設備、系統和方法、送電設備及非接觸電力傳輸系統。一種檢測設備包括讀取線圈，其被配置成讀取由檢測線圈根據磁場生成的磁通量，檢測線圈用於檢測從激勵線圈輸出的電磁波的磁場。該檢測設備還包括Q值測量部，其被配置成基於在讀取線圈中根據由檢測線圈生成的磁通量得到的電壓振蕩的時間轉變來測量該檢測線圈的Q值。
文檔編號G01V3/12GK103176217SQ20121055495
公開日2013年6月26日 申請日期2012年12月19日 優先權日2011年12月26日
發明者迂山伸二 申請人:索尼公司