金属检测方法、金属检测装置、非接触供电装置的金属检测方法和非接触供电装置

申请号 CN201380013065.3 申请日 2013-02-28 公开(公告)号 CN104160300B 公开(公告)日 2017-12-22
申请人 松下知识产权经营株式会社; 发明人 入江健一; 河田雅史; 兵头聪; 小原弘士;
摘要 本 发明 提供一种能够高 精度 地检测物体是金属还是非金属的金属检测方法、金属检测装置、非 接触 供电装置的金属检测方法以及非接触供电装置。振荡 电路 (10)振荡并产生具有单一基频的 正弦波 ,并且利用正弦波的振荡 电流 (It)来励磁金属检测线圈(Ls)。从金属检测线圈(Ls) 辐射 具有单一基频的正弦波的 电磁波 。高通 滤波器 电路(11a)输入振荡电流(It),从振荡电流(It)中去除基频成分,提取基频的谐波成分,并且比较电路(12)判断金属存在或不存在。
权利要求

1.一种用于对配置在金属检测区域中的金属检测线圈进行励磁以使用从所述金属检测线圈辐射电磁波来检测所述金属检测区域中是否存在金属的方法,所述方法包括以下步骤:
利用具有单一基频的正弦波的振荡电流来对所述金属检测线圈进行励磁以从所述金属检测线圈辐射电磁波;以及
根据流至所述金属检测线圈的所述振荡电流中的所述基频的变化来检测所述金属检测区域中是否存在金属,
其中,检测所述金属检测区域中是否存在金属的步骤包括:
通过高通滤波器电路从所述振荡电流中滤波除基频成分以外的谐波成分以生成滤波信号
将来自所述高通滤波器电路的所述滤波信号放大以生成检测信号;
将所述检测信号的信号电平与预先确定的基准值进行比较;
基于比较结果来判断在所述振荡电流中是否生成了相对于所述基频的谐波;以及在所述振荡电流中生成相对于所述基频的谐波的情况下,检测出所述金属检测区域中存在金属。
2.一种金属检测装置,包括:
金属检测线圈,其配置在金属检测区域中,其中,对所述金属检测线圈进行励磁,并且使用从所述金属检测线圈辐射的电磁波来检测所述金属检测区域中是否存在金属;
振荡电路,用于生成具有单一基频的正弦波的振荡电流,并且将所述振荡电流供给至所述金属检测线圈以对所述金属检测线圈进行励磁;
谐波电平检测电路,用于检测所述振荡电流的相对于基频成分的谐波成分,并且生成检测信号;
比较电路,用于将所述检测信号的信号电平与预先确定的基准值进行比较;以及处理电路,用于基于比较结果来判断所述金属检测区域中是否存在金属,并且在判断为所述金属检测区域中存在金属的情况下,驱动通知单元以发出表示检测到金属的通知,其中,所述谐波电平检测电路包括:
高通滤波器电路,用于从所述振荡电流中滤波除基频成分以外的比所述基频高的频率成分,并且生成滤波信号,以及
放大电路,用于放大来自所述滤波器电路的滤波信号以生成所述检测信号。
3.根据权利要求2所述的金属检测装置,其中,所述通知单元包括指示灯。
4.一种使用非接触供电装置的金属检测方法,其中,所述非接触供电装置包括配置在供电区域中的初级线圈,在电子设备放置在所述供电区域中的情况下,所述非接触供电装置对配置在所述供电区域中的所述初级线圈进行励磁以在所述电子设备中所设置的受电装置的次级线圈中引起电磁感应从而向所述电子设备供电,以及所述非接触供电装置包括配置在所述供电区域中的金属检测线圈,所述金属检测方法包括以下步骤:
利用具有单一基频的正弦波的振荡电流来对所述金属检测线圈进行励磁以从所述金属检测线圈辐射电磁波;以及
根据流至所述金属检测线圈的所述振荡电流中的基频的变化来检测所述供电区域中是否存在金属,
其中,检测所述供电区域中是否存在金属的步骤包括:
通过高通滤波器电路从所述振荡电流中滤波除基频成分以外的谐波成分以生成滤波信号;
将来自所述高通滤波器电路的所述滤波信号放大以生成检测信号;
将所述检测信号的信号电平与预先确定的基准值进行比较;
基于比较结果来判断在所述振荡电流中是否生成了相对于所述基频的谐波;以及在所述振荡电流中生成相对于所述基频的谐波的情况下,检测出所述供电区域中存在金属。
5.一种非接触供电装置,包括:
初级线圈,其配置在供电区域中,其中,在电子设备放置在所述供电区域中的情况下,对配置在所述供电区域中的初级线圈进行励磁以在所述电子设备中所设置的受电装置的次级线圈中引起电磁感应从而向所述电子设备供电;
金属检测线圈,其配置在所述供电区域中;
振荡电路,用于生成具有单一基频的正弦波的振荡电流,并且将所述振荡电流供给至所述金属检测线圈以对所述金属检测线圈进行励磁;
谐波电平检测电路,用于检测所述振荡电流的相对于基频成分的谐波成分以生成检测信号;
比较电路,用于将所述检测信号的信号电平与预先确定的基准值进行比较;以及控制电路,用于基于比较结果来判断所述供电区域中是否存在金属,并且在判断为所述供电区域中存在金属的情况下,使所述振荡电路停止所述金属检测线圈的励磁,其中,所述谐波电平检测电路包括:
高通滤波器电路,用于从所述振荡电流中滤波除基频成分以外的比所述基频高的频率成分,并且生成滤波信号,以及
放大电路,用于放大来自所述滤波器电路的滤波信号以生成所述检测信号。
6.根据权利要求5所述的非接触供电装置,其中,
所述供电区域是分割形成的多个供电区域其中之一,
所述初级线圈是分别配置在所述多个供电区域中的多个初级线圈其中之一,所述金属检测线圈是分别配置在所述多个供电区域中的多个金属检测线圈其中之一,所述振荡电路是分别配置在所述多个供电区域中的多个振荡电路其中之一,所述谐波电平检测电路是分别配置在所述多个供电区域中的多个谐波电平检测电路其中之一,
所述比较电路是分别配置在所述多个供电区域中的多个比较电路其中之一,所述非接触供电装置包括分别配置在所述多个供电区域中的多个金属检测电路,以及所述多个金属检测电路各自包括所述振荡电路、所述谐波电平检测电路和所述比较电路,并且所述多个金属检测电路各自通过所述控制电路来进行控制。
7.根据权利要求5所述的非接触供电装置,其中,还包括通知单元,所述通知单元用于通知所述供电区域中是否存在金属,
其中,所述控制电路基于所述比较电路的比较结果来驱动所述通知单元。
8.根据权利要求7所述的非接触供电装置,其中,所述通知单元包括指示灯。
9.一种使用非接触供电装置的金属检测方法,其中,所述非接触供电装置包括配置在供电区域中的初级线圈,在电子设备放置在所述供电区域中的情况下,所述非接触供电装置对配置在所述供电区域中的初级线圈进行励磁并且在所述电子设备中所设置的受电装置的次级线圈中引起电磁感应以向所述电子设备供电,所述金属检测方法包括以下步骤:
利用具有单一基频的正弦波的振荡电流来对所述初级线圈进行励磁以从所述初级线圈辐射电磁波;以及
根据流至所述初级线圈的所述振荡电流中的基频的变化来检测所述供电区域中是否存在金属,
其中,检测所述供电区域中是否存在金属的步骤包括:
通过高通滤波器电路从所述振荡电流中滤波除基频成分以外的谐波成分以生成滤波信号;
将来自所述高通滤波器电路的所述滤波信号放大以生成检测信号;
将所述检测信号的信号电平与预先确定的基准值进行比较;
基于比较结果来判断在所述振荡电流中是否生成了相对于所述基频的谐波;以及在所述振荡电流中生成相对于所述基频的谐波的情况下,检测出所述供电区域中存在金属。
10.一种非接触供电装置,包括:
初级线圈,其配置在供电区域中,其中,在电子设备放置在所述供电区域中的情况下,对配置在所述供电区域中的初级线圈进行励磁以在所述电子设备中所设置的受电装置的次级线圈中引起电磁感应从而向所述电子设备供电;
励磁电路,用于生成具有单一基频的正弦波的振荡电流,并且将所述振荡电流供给至所述初级线圈以对所述初级线圈进行励磁;
谐波电平检测电路,用于检测所述振荡电流的相对于基频成分的谐波成分以生成检测信号;
比较电路,用于将所述检测信号的信号电平与预先确定的基准值进行比较;以及处理电路,用于基于比较结果来判断所述供电区域中是否存在金属,并且在判断为所述供电区域中存在金属的情况下,驱动通知单元以发出表示检测到金属的通知,其中,所述谐波电平检测电路包括:
高通滤波器电路,用于从所述振荡电流中滤波除基频成分以外的比所述基频高的频率成分,并且生成滤波信号,以及
放大电路,用于放大来自所述滤波器电路的滤波信号以生成所述检测信号。
11.根据权利要求10所述的非接触供电装置,其中,所述通知单元包括指示灯和蜂鸣器中的至少一个。

说明书全文

金属检测方法、金属检测装置、非接触供电装置的金属检测方

法和非接触供电装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种金属检测方法、金属检测装置、非接触供电装置的金属检测方法以及非接触供电装置。

背景技术

[0002] 传统上,电磁感应型非接触电传输装置包括金属检测装置。在将金属放置在安放面上的情况下,金属检测装置防止对电子设备供电时金属被感应加热
[0003] 例如,在专利文献1中,金属检测装置是频率跟踪电路,其搜索谐振频率以判断(1)安放面上是否没有放置物体、(2)受电电路是否正确地放置在安放面上以及(3)金属等异物是否放置在安放面上。
[0004] 在专利文献2中,金属检测装置监视由负载调制引起的线圈电压的振幅的变化,以检测金属等异物。
[0005] 此外,在专利文献3中,金属检测装置在两个强度之间改变施加至初级线圈的信号,并且监视初级侧消耗的电力以检查安放面上是否存在异物。
[0006] 现有技术文献
[0007] 专利文献
[0008] 专利文献1:日本特开2000-295796号公报
[0009] 专利文献2:日本特开2008-237006号公报
[0010] 专利文献3:日本特开2011-507481号公报

发明内容

[0011] 在专利文献1中,在供电电路与正规的受电电路之间夹持金属的情况下,正规的受电电路的配置所产生的强烈的影响使得难以判断是否存在金属。也就是说,由于放置金属的情况下的频率与放置正规的受电电路的情况下的频率之间的差较小,因此难以检测夹持在供电电路与正规的受电电路之间的金属。
[0012] 在专利文献2中,由于进行负载调制,因此需要次级设备。因此,在金属只放置在初级侧的情况下不能够检测到金属。此外,在基于由负载调制所引起的振幅变化来检测金属的情况下,如果金属非常小或者非常薄,则振幅值的变化将是小的,使得难以检测出金属。
[0013] 在专利文献3中,监视基波的强度变化。因此,基波相对于金属的变化量非常小。这使得难以进行判断。此外,由于信号强度在2种类型之间变化,因此需要2系统的电源。因此,这在成本和尺寸方面是不利的。
[0014] 此外,近年来,非接触供电装置已经变得普及,并且以非接触供电装置供给电力的对象的领域和使用环境的范围已经变宽。因此,存在除上述方法以外的对具有高精度并且不受使用环境影响的新金属检测方法的需求。
[0015] 例如,针对以非接触方式检测物体是金属还是诸如合成树脂等的非金属的金属检测装置,需要一种新型的金属检测方法及其检测装置。
[0016] 本发明的目的在于提供准确检测物体是金属还是非金属的金属检测方法、金属检测装置、非接触供电装置的金属检测方法以及非接触供电装置。
[0017] 解决问题的技术方案
[0018] 为实现上述目标,提供根据本发明的用于对配置在金属检测区域中的金属检测线圈进行励磁以使用从所述金属检测线圈辐射电磁波来检测所述金属检测区域中是否存在金属的方法,所述方法包括以下步骤:利用具有单一基频的正弦波的振荡电流来对所述金属检测线圈进行励磁以从所述金属检测线圈辐射电磁波;以及根据流至所述金属检测线圈的所述振荡电流中的所述基频的变化来检测所述金属检测区域中是否存在金属。
[0019] 优选为,在上述结构中,检测所述金属检测区域中是否存在金属的步骤包括:在所述振荡电流中生成相对于所述基频的谐波的情况下,检测出所述金属检测区域中存在金属。
[0020] 为实现上述目标,提供根据本发明的金属检测装置,包括:金属检测线圈,其配置在金属检测区域中,其中,对所述金属检测线圈进行励磁,并且使用从所述金属检测线圈辐射的电磁波来检测所述金属检测区域中是否存在金属;振荡电路,用于生成具有单一基频的正弦波的振荡电流,并且将所述振荡电流供给至所述金属检测线圈以对所述金属检测线圈进行励磁;谐波电平检测电路,用于检测所述振荡电流的相对于基频成分的谐波成分,并且生成检测信号;比较电路,用于将所述检测信号的信号电平与预先确定的基准值进行比较;以及处理电路,用于基于比较结果来判断所述金属检测区域中是否存在金属,并且在判断为所述金属检测区域中存在金属的情况下,驱动通知单元以发出表示检测到金属的通知。
[0021] 优选为,在以上结构中,所述谐波电平检测电路包括:滤波器电路,用于从所述振荡电流中滤波比所述基频高的频率成分,并且生成滤波信号,以及放大电路,用于放大来自所述滤波器电路的滤波信号以生成所述检测信号。
[0022] 优选为,在以上结构中,所述谐波电平检测电路包括高速傅立叶变换电路,所述高速傅立叶变换电路用于从所述振荡电流中提取比所述基频高的频率成分以生成所述检测信号。
[0023] 优选为,在以上结构中,所述通知单元包括指示灯。
[0024] 为实现以上目标,提供根据本发明的使用非接触供电装置的金属检测方法,其中,所述非接触供电装置包括配置在供电区域中的初级线圈,在电子设备放置在所述供电区域中的情况下,所述非接触供电装置对配置在所述供电区域中的所述初级线圈进行励磁以在所述电子设备中所设置的受电装置的次级线圈中引起电磁感应从而向所述电子设备供电,以及所述非接触供电装置包括配置在所述供电区域中的金属检测线圈,所述金属检测方法包括以下步骤:利用具有单一基频的正弦波的振荡电流来对所述金属检测线圈进行励磁以从所述金属检测线圈辐射电磁波;以及根据流至所述金属检测线圈的所述振荡电流中的基频的变化来检测所述供电区域中是否存在金属。
[0025] 优选为,在以上结构中,检测所述供电区域中是否存在金属的步骤包括:在所述振荡电流中生成相对于所述基频的谐波的情况下,检测出所述供电区域中存在金属。
[0026] 为实现上述目标,提供根据本发明的非接触供电装置,包括:初级线圈,其配置在供电区域中,其中,在电子设备放置在所述供电区域中的情况下,对配置在所述供电区域中的初级线圈进行励磁以在所述电子设备中所设置的受电装置的次级线圈中引起电磁感应从而向所述电子设备供电;金属检测线圈,其配置在所述供电区域中;振荡电路,用于生成具有单一基频的正弦波的振荡电流,并且将所述振荡电流供给至所述金属检测线圈以对所述金属检测线圈进行励磁;谐波电平检测电路,用于检测所述振荡电流的相对于基频成分的谐波成分以生成检测信号;比较电路,用于将所述检测信号的信号电平与预先确定的基准值进行比较;以及控制电路,用于基于比较结果来判断所述供电区域中是否存在金属,并且在判断为所述供电区域中存在金属的情况下,使所述振荡电路停止所述金属检测线圈的励磁。
[0027] 优选为,在以上结构中,所述谐波电平检测电路包括:滤波器电路,用于从所述振荡电流中滤波比所述基频高的频率成分,并且生成滤波信号,以及放大电路,用于放大来自所述滤波器电路的滤波信号以生成所述检测信号。
[0028] 优选为,在以上结构中,所述谐波电平检测电路包括高速傅立叶变换电路,所述高速傅立叶变换电路用于从所述振荡电流提取比所述基频高的频率成分以生成所述检测信号。
[0029] 优选为,在以上结构中,所述供电区域是分割形成的多个供电区域其中之一,所述初级线圈是分别配置在所述多个供电区域中的多个初级线圈其中之一,所述金属检测线圈是分别配置在所述多个供电区域中的多个金属检测线圈其中之一,所述振荡电路是分别配置在所述多个供电区域中的多个振荡电路其中之一,所述谐波电平检测电路是分别配置在所述多个供电区域中的多个谐波电平检测电路其中之一,所述比较电路是分别配置在所述多个供电区域中的多个比较电路其中之一,所述非接触供电装置包括分别配置在所述多个供电区域中的多个金属检测电路,以及所述多个金属检测电路各自包括所述振荡电路、所述谐波电平检测电路和所述比较电路,并且所述多个金属检测电路各自通过所述控制电路来进行控制。
[0030] 优选为,以上结构包括通知单元,所述通知单元用于通知所述供电区域中是否存在金属,其中,所述控制电路基于所述比较电路的比较结果来驱动所述通知单元。
[0031] 优选为,在以上结构中,所述通知单元包括指示灯。
[0032] 为实现上述目标,提供根据本发明的一种使用非接触供电装置的金属检测方法,其中,所述非接触供电装置包括配置在供电区域中的初级线圈,在电子设备放置在所述供电区域中的情况下,所述非接触供电装置对配置在所述供电区域中的初级线圈进行励磁并且在所述电子设备中所设置的受电装置的次级线圈中引起电磁感应以向所述电子设备供电,所述金属检测方法包括以下步骤:利用具有单一基频的正弦波的振荡电流来对所述初级线圈进行励磁以从所述初级线圈辐射电磁波;以及根据流至所述初级线圈的所述振荡电流中的基频的变化来检测所述供电区域中是否存在金属。
[0033] 优选为,在以上结构中,检测所述供电区域中是否存在金属的步骤包括:在所述振荡电流中生成相对于所述基频的谐波的情况下,检测出所述供电区域中存在金属。
[0034] 为实现上述目标,提供根据本发明的一种非接触供电装置,包括:初级线圈,其配置在供电区域中,其中,在电子设备放置在所述供电区域中的情况下,对配置在所述供电区域中的初级线圈进行励磁以在所述电子设备中所设置的受电装置的次级线圈中引起电磁感应从而向所述电子设备供电;励磁电路,用于生成具有单一基频的正弦波的振荡电流,并且将所述振荡电流供给至所述初级线圈以对所述初级线圈进行励磁;谐波电平检测电路,用于检测所述振荡电流的相对于基频成分的谐波成分以生成检测信号;比较电路,用于将所述检测信号的信号电平与预先确定的基准值进行比较;以及处理电路,用于基于比较结果来判断所述供电区域中是否存在金属,并且在判断为所述供电区域中存在金属的情况下,驱动通知单元以发出表示检测到金属的通知。
[0035] 优选为,在以上结构中,所述谐波电平检测电路包括:滤波器电路,用于从所述振荡电流中滤波比所述基频高的频率成分,并且生成滤波信号,以及放大电路,用于放大来自所述滤波器电路的滤波信号以生成所述检测信号。
[0036] 优选为,在以上结构中,所述谐波电平检测电路包括高速傅立叶变换电路,所述高速傅立叶变换电路用于从所述振荡电流提取比所述基频高的频率成分以生成所述检测信号。
[0037] 优选为,在以上结构中,所述通知单元包括指示灯和蜂鸣器中的至少一个。
[0038] 本发明的效果
[0039] 本发明准确地对金属和非金属进行检测。附图说明
[0040] 图1是完整地示出第一实施例的金属检测装置的立体图。
[0041] 图2是示出第一实施例的金属检测装置的检测区域和配置在检测区域中的金属检测线圈的示意图。
[0042] 图3是第一实施例的金属检测装置的电子模电路图。
[0043] 图4是完整地示出第二实施例的非接触供电装置和电子设备的立体图。
[0044] 图5是示出第二实施例的供电区域和配置在供电区域中的初级线圈和检测线圈的布局的示意图。
[0045] 图6是第二实施例的非接触供电装置和电子设备的电子模块电路图。
[0046] 图7是第二实施例的非接触供电装置和全桥电路的电子电路图。
[0047] 图8是完整地示出第三实施例的非接触供电装置和电子设备的立体图。
[0048] 图9是示出第三实施例的供电区域和配置在供电区域中的初级线圈的布局的示意图。
[0049] 图10是第三实施例的非接触供电装置和电子设备的电子模块电路图。
[0050] 图11是示出第二实施例的另一示例的非接触供电装置的电子电路图。
[0051] 图12是示出第二实施例的另一示例的非接触供电装置的电子电路图。
[0052] 图13是完整地示出非接触供电装置的另一示例的立体图。
[0053] 图14是非接触供电装置和电子设备的另一示例的电子模块电路图。

具体实施方式

[0054] 第一实施例
[0055] 将要参考附图描述根据本发明的第一实施例的金属检测装置。
[0056] 如图1中所示,金属检测装置1包括四边形的板状的壳体2以及形成在壳体2的上表面上并且要放置物体OB的平面安放面3。在安放面3中分割形成单个四边形检测区域AR。金属检测装置1以非接触方式检测放置在安放面3上的物体OB是金属还是诸如合成树脂等的非金属。
[0057] 如图2中所示,被卷绕以具有与检测区域AR的外形一致的四边形形状的金属检测线圈Ls配置在壳体2中与检测区域AR相对应的位置处。检测区域AR的金属检测线圈Ls与配置在壳体2中的振荡电路10(见图3)连接。通过振荡电路10励磁检测区域AR的金属检测线圈Ls。金属检测线圈Ls被励磁以检测放置在检测区域AR中的物体OB是金属还是非金属。
[0058] 此外,电源开关6配置在安放面3上。金属检测装置1在操作电源开关6的情况下进行检测。指示灯7也配置在安放面3上。指示灯7表示检测结果。
[0059] 接着,将要描述金属检测装置1的电子结构。
[0060] 如图3中所示,金属检测装置1包括振荡电路10、谐波电平检测电路11、比较电路12以及处理电路13。
[0061] 在第一实施例中,振荡电路10由考毕兹振荡电路构成,并且金属检测线圈Ls也用作构成振荡电路10的组件之一。
[0062] 振荡电路10包括双极型晶体管Q1、金属检测线圈Ls、第一至第三电容器C1至C3以及电阻器R。
[0063] 在双极型晶体管Q1中,集电极端子与金属检测线圈Ls的一端连接,并且基极端子经由包括第三电容器C3和电阻器R的并联电路与直流电压Vdd的正端子连接。此外,在双极型晶体管Q1中,发射极端子接地并且还经由第一电容器C1与金属检测线圈Ls的另一端连接。第二电容器C2连接在双极型晶体管Q1的集电极端子与发射极端子之间。
[0064] 金属检测线圈Ls的另一端与直流电压Vdd的正端子连接。
[0065] 在将直流电压Vdd施加至振荡电路10的情况下,振荡电路10振荡。具有预先设置的单一基频的正弦波的振荡电流It从双极型晶体管Q1的集电极端子流至金属检测线圈Ls并且使金属检测线圈Ls励磁。由此,金属检测线圈Ls辐射具有单一基频的正弦电磁波。
[0066] 详细地,通过振荡电路10的构成组件来预先设置通过振荡电路10进行振荡的单一基频。换言之,通过振荡电路10的双极型晶体管Q1、金属检测线圈Ls、第一至第三电容器C1至C3以及电阻器R的电路常数来预先设置基频。
[0067] 将基频设置为使得在安放面3上放置非金属物体OB的情况下,金属检测线圈Ls与非金属物体OB共振、即匹配(match)。
[0068] 因此,在非金属物体OB放置在安放面3上并且通过振荡电流It励磁金属检测线圈Ls的情况下,金属检测线圈Ls与物体OB匹配(match)。因此,不存在从非金属物体OB到金属检测线圈Ls的反射波。作为结果,流至金属检测线圈Ls的具有基频的正弦波的振荡电流It不失真。即,具有基频的正弦波的振荡电流It不包含在基频被干扰的情况下将导致振荡电流It失真的基频的谐波(二次谐波、三次谐波、……)成分。
[0069] 在检测区域AR中未放置物体的情况下(在检测区域AR中未放置非金属物体OB的情况下),金属检测线圈Ls不与物体OB空间耦合,并且不存在到金属检测线圈Ls的反射波。作为结果,流至金属检测线圈Ls的振荡电流It不失真,并且振荡电流It不包含基频的谐波(二次谐波、三次谐波、……)成分。
[0070] 在金属物体OB放置在安放面3上的情况下,金属接收来自金属检测线圈Ls的具有基频的电磁波的磁能量,并且在金属中生成涡流。伴随金属中所生成的涡流的磁通量的影响产生干扰基频的噪声。
[0071] 具体地,金属的存在导致不匹配,并且从金属检测线圈Ls辐射的电磁波的能量的一部分从金属向金属检测线圈Ls反射。
[0072] 因此,振荡电流It的基频被干扰,并且振荡电流It失真并且包含基频的谐波(二次谐波、三次谐波、……)成分。
[0073] 谐波成分是基频的整数倍的高次频率(二次谐波、三次谐波、……)成分。
[0074] 谐波电平检测电路11与双极型晶体管Q1的集电极端子连接。振荡电流It从双极型晶体管Q1的集电极端子被供给至谐波电平检测电路11。谐波电平检测电路11包括高通滤波器电路11a和放大电路11b。
[0075] 振荡电流It从双极型晶体管Q1的集电极端子被供给至高通滤波器电路11a。高通滤波器电路11a去除振荡电流It中包含的基频的电流成分,并且对振荡电流It中包含的基频的谐波(二次谐波、三次谐波、……)的电流成分进行滤波以生成滤波信号SHF,并且将此滤波信号SHF提供给放大电路11b。
[0076] 具体地,高通滤波器电路11a将包括基频成分以外的谐波(二次谐波、三次谐波、……)成分的滤波信号SHF提供给放大电路11b。
[0077] 详细地,在安放面3上不存在物体的情况下,振荡电流It的基频不失真。因此,除基频成分以外,振荡电流It不包含谐波成分,并且不向放大电路11b提供滤波信号SHF。
[0078] 以相同的方式,在安放面3上放置非金属物体OB的情况下,振荡电流It的基频不失真。因此,振荡电流It不包含基频成分以外的谐波成分,并且不向放大电路11b提供滤波信号SHF。
[0079] 另一方面,在安放面3上放置金属物体OB的情况下,振荡电流It的基频受到干扰,并且振荡电流It失真并且包含基频成分以外的谐波(二次谐波、三次谐波等)成分。因此,高通滤波器电路11a向放大电路11b提供包括振荡电流It的谐波成分(二次谐波、三次谐波等)的滤波信号SHF。
[0080] 放大电路11b例如是反相放大电路和非反相放大电路等。在安放面3上放置金属物体OB的情况下,放大电路11b以预先设置的增益对包括谐波成分(二次谐波、三次谐波等)的滤波信号SHF进行放大,并且将滤波信号SHF作为检测电压Vs提供给比较电路12。
[0081] 比较电路12包括由运算放大器形成的比较器电路12a和基准电压生成电路12b。在比较器电路12a中,将检测电压Vs从放大电路11b供给至一个输入端子,并且将基准电压Vk从基准电压生成电路12b供给至另一个输入端子。
[0082] 基准电压Vk是在安放面3上放置金属物体OB的情况下比较器电路12a中能够检测出检测电压Vs的电压。基准电压Vk基于实验、试验、计算等而预先设置。
[0083] 比较器电路12a将检测电压Vs与基准电压Vk相比较。在检测电压Vs大于或者等于基准电压Vk的情况下,比较器电路12a向处理电路13提供具有高电平的表示检测区域AR中放置了金属物体OB的判断信号SGJ。与之相对,在检测电压Vs小于基准电压Vk的情况下,比较器电路12a向处理电路13提供具有低电平的表示检测区域AR中未放置金属物体OB的判断信号SGJ。
[0084] 处理电路13由微计算机构成。将判断信号SGJ从比较器电路12a提供给处理电路13。在将具有高电平的判断信号SGJ提供给处理电路13的情况下,处理电路13以红色连续地点亮配置在安放面3上的指示灯7。这使得能够从视觉上识别安放面3上放置的金属物体OB。
[0085] 相反地,在将具有低电平的判断信号SGJ提供给处理电路13的情况下,处理电路13以蓝色连续地点亮指示灯7。这使得能够从视觉上识别安放面3上放置的非金属物体OB或者安放面3上未放置物体。
[0086] 接着,现在将要描述金属检测装置1的操作。
[0087] 在安放面3上不存在物体并且配置在安放面3上的电源开关6接通的情况下,将直流电压Vdd施加至振荡电路10。这使振荡电路10振荡。然后,具有基频的振荡电流It从双极型晶体管Q1的集电极端子流向金属检测线圈Ls,由此励磁金属检测线圈Ls。
[0088] 在安放面3上不存在物体的情况下,振荡电流It的基频不被干扰,并且振荡电流It不包含基频成分以外的谐波成分。因此,通过高通滤波器电路11a去除基频成分的振荡电流It,并且不向放大电路11b提供滤波信号SHF。
[0089] 因此,放大电路11b向比较器电路12a供给低于基准电压Vk的检测电压Vs。作为结果,比较器电路12a将具有低电平的表示在检测区域AR中未放置金属物体OB的判断信号SGJ提供给处理电路13。然后,处理电路13响应于具有低电平的判断信号SGJ而以蓝色连续地点亮指示灯7,以使得能够在视觉上识别安放面3上不存在物体。
[0090] 接着,现在将要描述安放面3上放置非金属物体OB的情况。
[0091] 在这种情况下,振荡电流It的基频不被干扰,因此,如安放面3上不存在物体的情况那样,振荡电流It不包含基频成分以外的谐波成分。因此,通过高通滤波器电路11a去除基频成分的振荡电流It,并且不向放大电路11b提供滤波信号SHF。
[0092] 因而,以相同的方式,处理电路13以蓝色连续地点亮指示灯7,以使得能够在视觉上识别安放面3上放置的非金属物体OB。
[0093] 接着,现在将要描述安放面3上放置金属物体OB的情况。
[0094] 在这种情况下,振荡电流It的基频被干扰,并且振荡电流It失真并且包含基频成分以外的谐波成分(二次谐波、三次谐波等)。因此,高通滤波器电路11a将包括基频成分以外的谐波成分(二次谐波、三次谐波等)的滤波信号SHF提供给放大电路11b。具有大于基准电压Vk的电压值的检测电压Vs从放大电路11b供给至比较器电路12a。比较器电路12a将具有高电平的表示检测区域AR中存在金属物体OB的判断信号SGJ提供给处理电路13。处理电路13响应于具有高电平的判断信号SGJ而以红色连续地点亮指示灯7以使得能够在视觉上识别安放面3上放置的金属物体OB。
[0095] 第一实施例具有以下效果。
[0096] (1)振荡电路10以具有单一基频的正弦波的振荡电流It来励磁金属检测线圈Ls。金属检测线圈Ls辐射具有单一基频的正弦电磁波。
[0097] 高通滤波器电路11a去除振荡电流It的基频成分并且对振荡电流It的基频的谐波成分进行滤波。
[0098] 基于流至金属检测线圈Ls的当前振荡电流It是否失真,来判断安放面3上是否放置了金属物体OB。
[0099] 具体地,与基于振荡电流It的振幅值是大还是小来判断物体OB是由金属还是非金属制成的现有技术相比,基于振荡电流It的频率成分来判断物体OB由金属还是非金属制成。因此,以高精度进行物体OB是由金属还是非金属制成的检测。
[0100] (2)将指示灯7配置在安放面3上使得根据指示灯7的指示形态在视觉上识别关于物体OB是由金属还是非金属制成的检测结果。这使得能够立刻判断出物体OB由金属还是非金属制成。
[0101] 第二实施例
[0102] 以下将要参考附图描述根据本发明的第二实施例的非接触供电装置。第二实施例的特征在于将第一实施例的金属检测装置应用于非接触供电装置。将要详细描述该特征,并且为方便起见,与第一实施例相同的部分将以相同的附图标记示出。
[0103] 图4是完整地示出非接触供电装置(以下称作供电装置)21和以非接触方式从供电装置21供给电力的电子设备(以下称作设备)E的立体图。
[0104] 供电装置21包括四边形的板状的壳体22以及形成在壳体22的上表面上的平面安放面23。设备E放置在安放面23上。在安放面23中分割形成单个四边形供电区域ARz。
[0105] 如图5中所示,被卷绕以具有与供电区域ARz的外形一致的四边形形状的初级线圈L1配置在壳体22中与供电区域ARz相对应的位置处。初级线圈L1与配置在壳体22中的供电单元电路34(见图6)连接。通过供电单元电路34来励磁初级线圈L1。
[0106] 初级线圈L1被励磁,以检测供电区域ARz中是否放置设备E并且在设备E中的次级线圈L2中引起电磁感应,从而以非接触方式向设备E供给电力。
[0107] 被卷绕以具有与初级线圈L1的外形一致的四边形形状的金属检测线圈Ls配置在初级线圈L1的内测与供电区域ARz相对应的位置处。金属检测线圈Ls与配置在壳体22中的振荡电路10(见图6)连接。通过振荡电路10励磁供电区域ARz的金属检测线圈Ls。金属检测线圈Ls被励磁以检测供电区域ARz中是否已放置了金属物体OB。
[0108] 电源开关26也配置在安放面23上。非接触供电装置21能够在操作电源开关26的情况下以非接触的方式供给电力。指示灯27也配置在安放面23上。指示灯27表示非接触供电装置21的操作状态。
[0109] 将要参考图6描述供电装置21和设备E的电子结构。
[0110] 设备E
[0111] 首先,将要描述设备E。如图6中所示,设备E包括用作接收来自供电装置21的次级电力的受电装置的受电电路28以及负载Z。受电电路28包括整流电路28a和通信电路28b。
[0112] 整流电路28a通过共振电容器Cx与次级线圈L2连接。在次级线圈L2中,由供电装置21的初级线圈L1的励磁引起的电磁感应生成次级电力。整流电路28a将次级线圈L2中生成的次级电力转换为无纹波直流电压。整流电路28a将直流电压供给至设备E的负载Z。
[0113] 使用通过次级线圈L2生成的次级电力来驱动负载Z。例如,设备E可以使用通过整流电路28a转换得到的直流电力来在安放面23上驱动负载Z。可选地,设备E可以使用交流电力作为次级电力来在安放面23上驱动负载Z。设备E还可以使用整流电路28a转换得到的直流电源来对内置的可充电电池(二次电池)进行充电。
[0114] 通信电路28b将来自整流电路28a的直流电压用作驱动源。通信电路28b生成设备认证信号ID和励磁请求信号RQ,并且通过次级线圈L2将这些信号发送至供电装置21。设备认证信号ID是表示允许对设备E供给来自供电装置21的电力的认证信号。励磁请求信号RQ是请求供电装置21供给电力的请求信号。
[0115] 例如,在用于驱动设备E中配置的负载Z的电源开关断开的情况下,通信电路28b不生成设备认证信号ID和励磁请求信号RD。此外,如果设备E中配置有微计算机,则在微计算机判断为终止供电的情况下通信电路28b不生成设备认证信号ID和励磁请求信号RQ。
[0116] 设备认证信号ID和励磁请求信号RQ包括多个位并且被二值化(高电平/低电平)。设备认证信号ID和励磁请求信号RQ被供给至连接共振电容器Cx与整流电路28a的受电线。
流至次级线圈L2的次级电流的振幅基于提供至受电线的设备认证信号ID和励磁请求信号RQ而改变。
[0117] 从次级线圈L2辐射的磁通量的振幅根据次级电流的振幅的变化而变化。改变的磁通量作为电磁感应传播至初级线圈L1,由此改变流至初级线圈L1的初级电流的振幅。
[0118] 具体地,利用二值信号(设备认证信号ID和励磁请求信号RQ)对在次级线圈L2的端子之间流过的次级电流进行振幅调制。振幅调制后的次级电流的磁通量作为发送信号被传播至初级线圈L1。
[0119] 供电装置21
[0120] 现在将要描述供电装置21。如图6中所示,供电装置21包括电源电路31、系统控制电路32、存储各种类型的数据的非易失性存储器33以及供电单元电路34。
[0121] 电源电路31包括整流电路和直流/直流转换器。将商用电源从外部供给至电源电路31。电源电路31在整流电路中对所供给的商用电源进行整流。电源电路31在直流/直流转换器中将整流后的直流电压转换为期望的直流电压Vdd,接着将直流电压Vdd作为驱动电源供给至系统控制电路32和非易失性存储器33。电源电路31还将直流电压Vdd作为驱动电源供给至供电单元电路34。
[0122] 系统控制电路32包括微计算机,并且控制供电单元电路34。非易失性存储器33存储系统控制电路32进行各种判断处理操作的情况下所使用的各种类型的数据。
[0123] 如图6中所示,供电单元电路34与系统控制电路32交换数据,并且由系统控制电路32进行控制。
[0124] 供电单元电路34包括全桥电路41、驱动电路42、初级电流检测电路43、信号提取电路44和金属检测电路45。
[0125] 全桥电路41是已知的全桥电路。如图7中所示,全桥电路41包括4个N沟道MOS晶体管Qa、Qb、Qc和Qd。4个MOS晶体管Qa、Qb、Qc和Qd被分割为一对MOS晶体管Qa和Qd以及一对MOS晶体管Qb和Qc,这两对MOS晶体管通过位于其间的包括初级线圈L1和共振电容器C的串联电路桥接。通过交替地接通和断开两对MOS晶体管来励磁初级线圈L1。
[0126] 从系统控制电路32向驱动电路42提供励磁控制信号CT。驱动电路42生成分别提供给4个MOS晶体管Qa、Qb、Qc和Qd的栅极端子的4个驱动信号PSa、PSb、PSc和PSd。
[0127] 在向设备E供给电力的情况下,驱动电路42基于来自系统控制电路32的励磁控制信号CT交替地接通和断开(全桥操作)两对MOS晶体管以生成用于励磁初级线圈L1的4个驱动信号PSa、PSb、PSc和PSd。
[0128] 驱动电路42将具有相同的脉冲波形的2个驱动信号PSa和PSd分别提供给第一对的MOS晶体管Qa和Qd的两个栅极端子。驱动电路42还将2个驱动信号PSb和PSc分别提供给第二对的MOS晶体管Qb和Qc的两个栅极端子,其中2个驱动信号PSb和PSc是2个驱动信号PSa和PSd的互补信号并且具有相同的脉冲波形。
[0129] 因此,通过交替地接通和断开(全桥操作)第一对MOS晶体管Qa和Qd与第二对MOS晶体管Qb和Qc来励磁初级线圈L1。
[0130] 在向设备E供给电力的情况下,驱动电路42基于来自系统控制电路32的励磁控制信号CT交替地接通和断开(全桥操作)两对MOS晶体管以生成用于励磁初级线圈L1的4个驱动信号PSa、PSb、PSc和PSd。
[0131] 在待机时,驱动电路42基于来自系统控制电路32的励磁控制信号CT,生成4个驱动信号PSa、PSb、PSc和PSd以励磁初级线圈L1并将全桥电路41的操作从全桥操作改变为半桥操作。
[0132] 在半桥操作中,在MOS晶体管Qd接通并且MOS晶体管Qc断开的状态下交替地接通和断开MOS晶体管Qa和MOS晶体管Qb。
[0133] 因此,驱动电路42将具有高电平的驱动信号PSd提供给MOS晶体管Qd,并且将具有低电平的驱动信号PSc提供给MOS晶体管Qc。驱动电路42生成具有互补关系的2个驱动信号PSa和PSb,并且分别将这些信号提供给2个MOS晶体管Qa和Qb,以使得MOS晶体管Qa和Qb交替地接通和断开。
[0134] 在系统控制电路32向全桥电路41提供励磁控制信号CT以进行全桥操作期间,驱动电路42继续提供4个驱动信号PSa、PSb、PSc和PSd。在这种情况下,全桥电路41连续地励磁初级线圈L1。
[0135] 此外,在系统控制电路32向全桥电路41提供励磁控制信号CT以进行半桥操作期间,驱动电路42间歇地仅在预定时间段提供4个驱动信号PSa、PSb、PSc和PSd。在这种情况下,全桥电路41以恒定间隔间歇地励磁初级线圈L1。
[0136] 在初级线圈L1的间歇励磁中,代替能够在设备E放置在安放面23上的情况下充分驱动设备E的负载Z的次级电力,供给仅能够驱动设备E的通信电路28b的次级电力。因此,对设备E供给使得能够以非接触方式与供电装置21通信的电力。
[0137] 初级电流检测电路43配置在初级线圈L1的一个端子与全桥电路41之间,并且检测此刻流至初级线圈L1的初级电流。
[0138] 信号提取电路44与初级电流检测电路43连接。在正励磁初级线圈L1期间,初级线圈L1此刻的初级电流从初级电流检测电路43供给至信号提取电路44。因此,来自设备E的次级线圈L2的振幅调制后的发送信号通过初级电流检测电路43提供给信号提取电路44。
[0139] 信号提取电路44从提供的发送信号中提取设备认证信号ID和励磁请求信号RQ。在从发送信号中提取出设备认证信号ID与励磁请求信号RQ这两个信号的情况下,信号提取电路44向系统控制电路32提供许可信号EN。在仅提取出设备认证信号ID与励磁请求信号RQ中的一个或者在没有提取出这两个信号的情况下,信号提取电路44不向系统控制电路32提供许可信号EN。
[0140] 以与第一实施例相同的方式,金属检测电路45包括振荡电路10、谐波电平检测电路11和比较电路12。
[0141] 振荡电路10由考毕兹振荡电路构成,并且也使用金属检测线圈Ls作为构成振荡电路10的组件之一。如图3中所示,以与第一实施例相同的方式,振荡电路10包括双极型晶体管Q1、金属检测线圈Ls、第一至第三电容器C1至C3以及电阻器R。
[0142] 在将直流电压Vdd施加至振荡电路10的情况下,振荡电路10振荡。具有预先设置的单一基频的正弦波的振荡电流It从双极型晶体管Q1的集电极端子流至金属检测线圈Ls。这使得励磁金属检测线圈Ls。金属检测线圈Ls由此辐射具有单一基频的正弦电磁波。
[0143] 详细地,通过构成振荡电路10的组件(即双极型晶体管Q1、金属检测线圈Ls、第一至第三电容器C1至C3以及电阻器R)的电路常数来预先设置振荡电路10振荡的单一基频。
[0144] 将第二实施例的基频设置为使得在安放面23上放置设备E的情况下,金属检测线圈Ls与设备E的次级线圈L2共振、即匹配(match)。
[0145] 因此,在设备E放置在安放面23上的情况下,振荡电路10与设备E的次级线圈L2匹配。因此,不存在从设备E到金属检测线圈Ls的反射波。作为结果,流至金属检测线圈Ls的振荡电流It不失真。因此,振荡电流It的基频不被干扰,并且振荡电流It不包含基频成分以外的谐波成分(二次谐波、三次谐波等)。
[0146] 在供电区域ARz中不放置物体的情况下(在供电区域ARz中不放置设备E的情况下),金属检测线圈Ls不与设备E在空间上耦合,并且不存在到金属检测线圈Ls的反射波。作为结果,流至金属检测线圈Ls的振荡电流It的基频不被干扰,并且振荡电流It因此不包含基频成分以外的谐波成分(二次谐波、三次谐波等)。
[0147] 在金属物体OB放置在安放面3上的情况下,金属接收来自金属检测线圈Ls的、具有基频的电磁波的磁能量,并且在金属中生成涡流。伴随金属中生成的涡流的磁通量的影响产生干扰基频的噪声。
[0148] 这样,金属的存在导致不匹配,并且从金属检测线圈Ls辐射的电磁波的能量的一部分从金属向金属检测线圈Ls反射。
[0149] 因此,振荡电流It的基频被干扰,并且振荡电流It失真并且包含基频成分以外的谐波成分(二次谐波、三次谐波等)。
[0150] 如图3中所示,谐波电平检测电路11包括高通滤波器电路11a和放大电路11b。高通滤波器电路11a与双极型晶体管Q1的集电极端子连接。来自双极型晶体管Q1的集电极端子的振荡电流It被供给至高通滤波器电路11a。
[0151] 高通滤波器电路11a从振荡电流It中去除基频的电流成分,并且对振荡电流It中所包含的基频的谐波的电流成分进行滤波以生成滤波信号SHF,并且将滤波信号SHF提供至放大电路11b。
[0152] 这样,高通滤波器电路11a将包括基频成分以外的谐波成分的滤波信号SHF提供至放大电路11b。
[0153] 详细地,在安放面23上不存在物体的情况下,振荡电流It的基频不被干扰。因此,振荡电流It不包含基频成分以外的谐波成分。因此,不向放大电路11b提供滤波信号SHF。
[0154] 以相同的方式,在安放面23上放置设备E的情况下,振荡电流It的基频不被干扰。因此,振荡电流It不包含基频成分以外的谐波成分。因此,不向放大电路11b提供滤波信号SHF。
[0155] 另一方面,在安放面23上放置金属物体OB的情况下,振荡电流It的基频被干扰,并且振荡电流It失真并且包含基频成分以外的谐波成分。因此,高通滤波器电路11a将包括振荡电流It的谐波成分的滤波信号SHF提供给放大电路11b。
[0156] 放大电路11b以预先设置的增益对滤波信号SHF进行放大,并且将滤波信号SHF作为检测电压Vs提供给比较电路12的比较器电路12a(见图3)。
[0157] 在比较器电路12a中,将检测电压Vs从放大电路11b供给至一个输入端子,并且将基准电压Vk从基准电压生成电路12b(见图3)供给至另一个输入端子。
[0158] 基准电压Vk是在安放面3上放置金属物体OB的情况下比较器电路12a中能够检测到检测电压Vs的电压。基准电压Vk基于实验、试验、计算等预先设置。
[0159] 比较器电路12a将检测电压Vs与基准电压Vk进行比较。在检测电压Vs大于或者等于基准电压Vk的情况下,比较电路12向系统控制电路32提供具有高电平的表示供电区域ARz中放置了金属物体OB的判断信号SGJ。与之相对,在检测电压Vs小于基准电压Vk的情况下,比较电路12向系统控制电路32提供具有低电平的表示供电区域ARz中未放置非金属物体OB的判断信号SGJ。
[0160] 判断信号SGJ从比较电路12提供至系统控制电路32。在具有高电平的判断信号SGJ提供至系统控制电路32的情况下,系统控制电路32生成励磁控制信号CT以使得不励磁初级线圈L1并且以红色连续地点亮配置在安放面23上的指示灯27。这使得能够从视觉上识别出安放面23上放置了金属物体OB并且未励磁初级线圈L1。
[0161] 相反地,在具有低电平的判断信号SGJ从比较电路12提供至系统控制电路32并且从信号提取电路44提供许可信号EN的情况下,系统控制电路32生成励磁控制信号CT以连续地励磁初级线圈L1并且向设备E供给电力。系统控制电路32还以蓝色连续地点亮配置在安放面23上的指示灯27。这使得能够从视觉上识别出正向放置在安放面23上的设备E供给电力。
[0162] 在具有低电平的判断信号SGJ从比较电路12提供至系统控制电路32并且未从信号提取电路44提供许可信号EN的情况下,系统控制电路32生成励磁控制信号CT以间歇地励磁初级线圈L1。系统控制电路32还以蓝色间歇地点亮配置在安放面23上的指示灯27。这使得能够从视觉上识别出非接触供电装置21处于待机中。
[0163] 现在将要描述非接触供电装置21的操作。
[0164] 在将配置在安放面23上的电源开关26接通并且将直流电压Vdd施加至金属检测电路45的振荡电路10的情况下,振荡电路10振荡。具有基频的振荡电流It从双极型晶体管Q1的集电极端子流至金属检测线圈Ls。这使得励磁金属检测线圈Ls。以与第一实施例相同的方式,金属检测电路45检测放置在供电区域ARz中的物体OB是金属还是非金属,并且将检测结果提供给系统控制电路32。
[0165] 在放置在安放面23上的物体OB是金属的情况下,金属检测电路45(比较电路12)向系统控制电路32提供具有高电平的判断信号SGJ。系统控制电路32响应于具有高电平的判断信号SGJ生成励磁控制信号CT以使得不励磁初级线圈L1。因此,初级线圈L1未被励磁。系统控制电路32还连续地以红色点亮配置在安放面23上的指示灯27。
[0166] 另一方面,在安放面23上未放置金属物体OB的情况下,金属检测电路45(比较电路12)向系统控制电路32提供具有低电平的判断信号SGJ。系统控制电路32响应于具有低电平的判断信号SGJ生成励磁控制信号CT以间歇地励磁初级线圈L1。这使得间歇地励磁初级线圈L1。然后,系统控制电路32以蓝色间歇地点亮配置在安放面23上的指示灯27。这使得能够从视觉上识别出非接触供电装置21处于待机中。
[0167] 在从信号提取电路44提供许可信号EN的情况下,系统控制电路32判断为供电区域ARz中放置了请求供电的设备E。系统控制电路32生成励磁控制信号CT以连续地励磁初级线圈L1,并且连续地励磁初级线圈L1以向设备E供电。系统控制电路32还以蓝色连续地点亮配置在安放面23上的指示灯27。
[0168] 除第一实施例的效果以外,第二实施例具有以下效果。
[0169] (1)金属检测电路45基于振荡电流It的失真(振荡电流It的谐波成分)来检测金属物体OB。在通过金属检测电路45检测到金属物体OB的情况下,系统控制电路32停止对设备E的供电。这防止了放置在供电区域ARz中的金属物体OB的感应加热。
[0170] 第三实施例
[0171] 现在将要参考附图描述本发明的第三实施例的非接触供电装置。第三实施例的特征在于将第二实施例的供电装置21的初级线圈L1和金属检测线圈Ls一体化。详细地,第三实施例的供电装置21的特征在于初级线圈L1还用作金属检测线圈Ls,并且省略了第二实施例的图5中示出的金属检测线圈Ls。将要详细描述该特征,并且为方便起见与第一实施例和第二实施例相同的部分以相同的附图标记示出。
[0172] 如图8中所示,供电装置21包括四边形的板状的壳体22以及形成在壳体22的上表面上的平面安放面23。设备E放置在安放面23上。在安放面23中分割形成一个四边形供电区域ARz。
[0173] 如图9中所示,根据供电区域ARz的外形被卷绕为四边形形状的初级线圈L1配置在壳体22中与供电区域ARz相对应的位置处。初级线圈L1与配置在壳体22中的E级放大电路50(见图10)连接。通过E级放大电路50来励磁初级线圈L1。
[0174] 电源开关26配置在安放面23上。在操作电源开关26的情况下以非接触的方式向供电装置21供给电力。指示灯27配置在安放面23上。通过指示灯27来表示供电装置21的操作状态。此外,在安放面23上配置有蜂鸣器Bz。驱动蜂鸣器Bz以通知供电装置21的操作状态。
[0175] 图10示出说明本实施例中供电装置21的电子结构的电子电路。
[0176] 处理电路13与E级放大电路50连接。处理电路13向E级放大电路50提供时钟信号CLK。E级放大电路50基于时钟信号CLK生成具有预先设置的单一基频的正弦波的振荡电流It,并且将振荡电流It发送至初级线圈L1。
[0177] E级放大电路50是已知的放大电路,并且包括N沟道MOS晶体管Q10、第四电容器C4和第五电容器C5、第一电感线圈Lx1和第二电感线圈Lx2以及匹配电路51。
[0178] 在MOS晶体管Q10中,漏极端子通过第一电感线圈Lx1与直流电压Vdd的正端子连接,源极端子接地,并且栅极端子与处理电路13连接。时钟信号CLK从处理电路13提供至MOS晶体管Q10的栅极端子。第四电容器C4连接在漏极端子与源极端子之间。此外,MOS晶体管Q10的漏极端子经由第五电容器C5、第二电感线圈Lx2和匹配电路51与初级线圈L1的一端连接。初级线圈L1的另一端接地。
[0179] MOS晶体管Q10响应于来自处理电路13的时钟信号CLK而接通和断开。第四电容器C4和第五电容器C5由此重复充电和放电,并且通过第一电感线圈Lx1和第二电感线圈Lx2控制流至初级线圈L1的电流。将具有单一基频的正弦初级电流(振荡电流It)供给至初级线圈L1。初级线圈L1通过具有单一基频的正弦初级电流(振荡电流It)励磁,并且辐射具有单一基频的正弦电磁波。这在设备E的次级线圈L2中引起电磁感应并且生成次级电力。
[0180] 根据处理电路13的时钟信号CLK的周期来确定励磁初级线圈L1的正弦波的振荡电流It的基频。
[0181] 在第三实施例中,预先设置基频以使得在安放面23上放置设备E的情况下,初级线圈L1与设备E的次级线圈L2共振、即匹配(match)。
[0182] 因此,在安放面23上放置设备E的情况下,初级线圈L1与设备E的次级线圈L2匹配。由此,不存在从设备E到初级线圈L1的反射波。作为结果,流至初级线圈L1的振荡电流It不失真。即,振荡电流It不包含由振荡电流It的基频被干扰而产生的除基频成分以外的谐波成分(二次谐波、三次谐波等)。因此,以高效率供电。
[0183] 在供电区域ARz中未放置物体的情况下(供电区域ARz中未放置设备E的情况下),初级线圈L1不与物体OB空间耦合并且不存在向着初级线圈L1的反射波。作为结果,流至初级线圈L1的振荡电流It的基频不被干扰。因此,振荡电流It不包含基频成分以外的谐波成分(二次谐波、三次谐波等)。
[0184] 在安放面3上放置金属物体OB的情况下,金属接收来自初级线圈L1的具有基频的电磁波的磁能量,并且在金属中生成涡流。伴随金属中生成的涡流的磁通量的影响产生干扰基频的噪声。
[0185] 具体地,金属的存在导致不匹配,并且从初级线圈L1辐射的电磁波的能量的一部分从金属向金属检测线圈Ls反射。
[0186] 因此,流至初级线圈L1的振荡电流It的基频被干扰,并且振荡电流It失真并且包含基频成分以外的谐波成分(二次谐波、三次谐波等)。
[0187] 谐波电平检测电路11与初级线圈L1的一端连接。流至初级线圈L1的振荡电流It被供给至谐波电平检测电路11。
[0188] 谐波电平检测电路11包括高通滤波器电路11a和放大电路11b。
[0189] 高通滤波器电路11a去除振荡电流It中包含的基频的电流成分,并且对振荡电流It中包含的基频的谐波的电流成分进行滤波以生成滤波信号SHF,并且将滤波信号SHF提供给放大电路11b。
[0190] 高通滤波器电路11a将包括基频成分以外的谐波成分的滤波信号SHF提供给放大电路11b。
[0191] 详细地,在安放面23上不存在物体的情况下,振荡电流It的基频不被干扰,并且振荡电流It不包含基频成分以外的谐波成分。因此,不向放大电路11b提供滤波信号SHF。
[0192] 以相同的方式,在安放面23上放置设备E的情况下,振荡电流It的基频不被干扰,并且振荡电流It不包含基频成分以外的谐波成分。因此,不向放大电路11b提供滤波信号SHF。
[0193] 另一方面,在安放面23上放置金属物体OB的情况下,振荡电流It的基频被干扰。因此,振荡电流It包含基频成分以外的谐波成分,并且包括谐波成分的滤波信号SHF被提供至放大电路11b。
[0194] 放大电路11b以预先规定的增益对滤波信号SHF进行放大,并且将滤波信号SHF作为检测电压Vs提供至比较电路12的比较器电路12a。
[0195] 在比较器电路12a中,检测电压Vs从放大电路11b供给至一个输入端子,并且基准电压Vk从基准电压生成电路12b供给至另一个输入端子。
[0196] 基准电压Vk是在安放面3上放置金属物体OB的情况下能够检测到检测电压Vs的电压。基准电压Vk基于实验、试验、计算等预先设置。
[0197] 比较器电路12a将检测电压Vs与基准电压Vk进行比较。在检测电压Vs大于或者等于基准电压Vk的情况下,比较电路12向处理电路13提供具有高电平的表示供电区域ARz中放置了金属物体OB的判断信号SGJ。与之相对,在检测电压Vs小于基准电压Vk的情况下,比较电路12向处理电路13提供具有低电平的表示供电区域ARz中放置了非金属物体OB的判断信号SGJ。
[0198] 在具有高电平的判断信号SGJ从比较电路12提供至处理电路13的情况下,处理电路13判断为安放面23上放置了金属物体OB,并且以红色连续地点亮配置在安放面23上的指示灯27并且驱动蜂鸣器Bz。这使得能够从视觉上识别并且通过蜂鸣器Bz的声音从听觉上识别安放面23上放置的金属物体OB。
[0199] 相反地,在具有低电平的判断信号SGJ从比较电路12提供至处理电路13的情况下,判断为安放面23上未放置金属物体OB,并且以蓝色连续地点亮配置在安放面23上的指示灯27。在这种情况下处理电路13不使用蜂鸣器Bz产生声音。这使得存在这样的情况:从视觉上识别并且通过无声的蜂鸣器Bz从听觉上识别安放面23上未放置金属物体OB。
[0200] 现在将要描述供电装置21的操作。
[0201] 在安放面23上配置的电源开关26接通的情况下,直流电压Vdd施加至E级放大电路50,并且处理电路13向E级放大电路50提供时钟信号CLK。E级放大电路50响应于时钟信号CLK将具有基频的振荡电流It发送至初级线圈L1。这使得励磁初级线圈L1。
[0202] 在安放面23上未放置金属物体OB的情况下,比较电路12向处理电路13提供具有低电平的判断信号SGJ。处理电路13响应于具有低电平的判断信号SGJ以蓝色连续地点亮配置在安放面23上的指示灯27。在这种情况下,处理电路13不使用蜂鸣器Bz产生声音。
[0203] 因此,能够识别出在安放面23上未放置金属物体OB,并且能够判断出安放面23上可以放置设备E并且对其供电。因此,从视觉上识别出以蓝色连续点亮的指示灯27,在安放面23上放置设备E,并且对设备E供电。
[0204] 在这种情况下,由于初级线圈L1与设备E的次级线圈L2匹配,因此不存在向着初级线圈L1的反射波,以蓝色连续点亮指示灯27并且蜂鸣器Bz不产生声音。
[0205] 另一方面,在安放面23上放置金属物体OB的情况下,比较电路12将具有高电平的判断信号SGJ提供给处理电路13。处理电路13响应于具有高电平的判断信号SGJ以红色连续地点亮指示灯27并且使用蜂鸣器Bz产生声音。
[0206] 这使得能够识别出安放面23上的金属物体OB。在从安放面23移除金属物体OB的情况下,处理电路13以蓝色连续地点亮指示灯27,并且停止使用蜂鸣器Bz产生声音。
[0207] 在识别出蜂鸣器声音已停止并且从视觉上识别出以蓝色连续点亮指示灯27的情况下,在安放面23上放置设备E并且对设备E供给电力。
[0208] 在对安放面23上的设备E供给电力期间、金属物体OB放置在安放面23上的情况下,处理电路13以红色点亮指示灯27并且使用蜂鸣器Bz产生声音。这使得在供电期间识别出安放面23上的金属物体OB。接着从安放面23移除金属物体OB。在移除了金属物体OB的情况下,处理电路13以蓝色连续地点亮指示灯27并且停止蜂鸣器声音。
[0209] 在识别出蜂鸣器声音已停止并且从视觉上识别出指示灯27以蓝色连续地点亮的情况下,在安放面23上放置设备E并且正常地重新开始设备E的供电。
[0210] 除第一实施例和第二实施例的效果以外,第三实施例具有以下效果。
[0211] 初级线圈L1还用作金属检测线圈Ls。这使得能够使电路规模小型化并且简化整个装置的结构。
[0212] 可以对实施例作如下修改
[0213] 在第一和第二实施例中,振荡电路10通过考毕兹振荡电路来实现。例如,振荡电路还可以通过诸如哈特利振荡电路、钳位振荡电路、全桥电路、电压控制振荡器(VCO)等的能够振荡具有单一基频的正弦波的振荡电路来实现。
[0214] 在第一至第三实施例中,高通滤波器电路11a对基频的谐波(二次谐波、三次谐波等)的所有电流成分进行滤波以生成滤波信号SHF。例如,高通滤波器电路可以仅对二次谐波的谐波进行滤波以作为滤波信号SHF或者可以对二次谐波和三次谐波进行滤波以作为滤波信号SHF。
[0215] 在第一至第三实施例中,谐波电平检测电路11通过高通滤波器电路11a和放大电路11b来实现。谐波电平检测电路11可以利用高速傅立叶变换电路(FFT电路)来实现。在这种情况下,高速傅立叶变换电路从振荡电流It提取谐波成分,并且将表示提取出的谐波成分的检测电平的检测信号提供至比较电路。比较电路将谐波成分的检测电平与预先规定的基准值进行比较。
[0216] 在检测电平大于基准值的情况下,处理电路13和系统控制电路32判断为检测区域AR或者供电区域ARz中放置了金属物体OB,并且可以进行如第一至第三实施例中的金属检测。
[0217] 在第一和第二实施例中,假定振荡电路10将具有单一基频的正弦波的振荡电流It发送至金属检测线圈Ls。
[0218] 然而,在振荡电路10难以将严格具有单一基频的正弦波的振荡电流It发送至金属检测线圈Ls的情况下,振荡电流It包含谐波(以下称作初始谐波)成分。
[0219] 在这种情况下,需要考虑如下方法,其中在该方法中,在具有单一基频的正弦波的振荡电流It包含谐波的前提下,振荡电路10基于来自金属的反射波来检测振荡电流It的谐波中的变化。
[0220] 即,如上所述,在振荡电流It中,基于来自金属的反射波生成单一基频的谐波成分(其称作N次谐波。例如,二次谐波、三次谐波等)。
[0221] 此外,在振荡电流It中,基于由于金属的存在或者不存在而引起的反射,生成初始谐波的谐波成分(其称作M次谐波。例如,二次谐波、三次谐波等)。
[0222] 谐波电平检测电路11需要包括带通滤波器电路作为用于对N次谐波的谐波成分或者N次谐波的谐波成分与M次谐波的谐波成分(N,M=2,3,4,…)的合成成分进行滤波的滤波器电路。
[0223] 通过试验、仿真等预先获取N次谐波的谐波成分与M次谐波的谐波成分(N,M=2,3,4,…)的合成成分。
[0224] 存在金属的情况下的二次谐波成分的信号相对于不存在金属的情况下的二次谐波成分的信号增大或者减小。在这种情况下,由于来自放大电路11b的检测电压Vs小于或者等于基准电压Vk,因此比较器电路12a生成具有低电平的判断信号SGJ并且处理电路13(系统控制电路32)判断为存在金属。
[0225] 明显的是,即使在将具有单一基频的正弦波的振荡电流It发送至初级线圈L1的情况下,上述内容也可以适用于第三实施例的E级放大电路50。
[0226] 在第二实施例中,振荡电路10由第一实施例的图3中的电路构成。在电源开关26接通并且直流电压Vdd施加至振荡电路10的情况下,振荡电路10振荡。即,在电源开关26接通并且直流电压Vdd施加至振荡电路10的情况下,金属检测的时序开始。
[0227] 可以在(1)从检测到设备E的放置起直到开始对设备E供给电力为止的期间、(2)对设备E的供电期间、以及(3)供电中短时间暂停供电期间的任一时刻进行金属检测。
[0228] 在这种情况下,如图11和12中所示,在施加直流电压Vdd的时刻、通过来自系统控制电路32的命令信号CT1和CT2对振荡电路10进行控制。
[0229] 在图11中,N沟道MOS晶体管Q11连接在由电阻器R和第三电容器C3形成的并联电路与直流电压Vdd的正端子之间。系统控制电路32向MOS晶体管Q11的栅极提供具有高电平的命令信号CT1,并且在(1)至(3)中的时刻之一使振荡电路10振荡以进行金属检测。
[0230] 在图12中,N沟道MOS晶体管Q12连接在双极型晶体管Q1的发射极端子与地之间。系统控制电路32向MOS晶体管Q12的栅极提供具有高电平的命令信号CT2,并且在以上的时刻之一使振荡电路10振荡,从而以相同方式进行金属检测。
[0231] 在第二实施例中,独立地配置金属检测线圈Ls,但是金属检测线圈Ls也可以省略以及兼用作初级线圈L1。在这种情况下,可以使用全桥电路41来替代金属检测电路45的振荡电路10,并且将来自初级电流检测电路43的初级电流的相对检测信号作为振荡电流It提供给谐波电平检测电路11。因此,能够使非接触供电装置21的电路规模小型化。
[0232] 第二实施例包括单个供电区域ARz,并且在单个供电区域ARz中包括单个初级线圈L1和单个金属检测线圈Ls。
[0233] 如图13中所示,可以在非接触供电装置21的安放面23上形成多个供电区域ARz。在各供电区域ARz中可以配置初级线圈L1和金属检测线圈Ls。换言之,第二实施例可以应用于无论设备E放置在哪个供电区域ARz中都能够对设备E供电的非接触供电装置21、或者所谓自由布局的非接触供电装置21。
[0234] 在图13中示出的非接触供电装置21中,单个系统控制电路32控制所有供电单元电路34。然而,可以针对多个供电单元电路34分别使用多个系统控制电路32。
[0235] 如图14中所示,这样的自由布局的非接触供电装置21能够实现配置在多个供电区域ARz中并且通过相同的系统控制电路32控制的多个供电单元电路34的低成本以及小型化。
[0236] 即使在这样的自由布局的非接触供电装置21中,如图11和12中所示,振荡电路10也可以使用来自系统控制电路32的命令信号CT1和CT2来控制金属检测时刻。
[0237] 在第一和第二实施例中,将指示灯7、27用作通知单元。然而,代替地,可以使用蜂鸣器。在这种情况下,蜂鸣器的音调可以根据是否存在金属而改变。
[0238] 在第三实施例中,将指示灯27和蜂鸣器Bz用作通知单元。作为替代,可以只使用其中之一作为通知单元。
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