[0133] 图6是示意性表示异物检测用的频率f10、fr、f20与送电用的频率f11、f0、f21的关系的图。当2个谐振器电磁耦合时,谐振频率分离成2个。图6中的4个峰值表示在异物检测时以及送电时在分离的2对谐振频率下谐振器间的耦合强。如果将频率f10、f20、f11、f21设定为这些分离的谐振频率的附近的值,则能够以高效率进行动作。如上所述,在f10、fr、f20、f11、f0、f21之间,具有f10
[0134] 图7是表示异物检测判定电路13、第2谐振器2、第1谐振器3以及第3谐振器11的具体构成的图。异物检测判定电路13具备电压测定电路41、频率计数器42、电感测定电路43、判定电路44。第2谐振器2具有电感器L1和与电感器L1
串联连接的谐振电容器C1。第1谐振器3具有电感器L2、与电感器L2串联连接的谐振电容器C21、和与电感器L2并联连接的电容器C22。第1谐振器3具有包含电感器L2(线圈)以及电容器C22(电容器)的并联谐振电路。第3谐振器11具有电感器L3和与电感器L3串联连接的谐振电容器C3。在以下的说明中,电感器L1、L2、L3的电感分别由标号L1、L2、L3来表示。同样,电容器C1、C21、C22、C3的容量也分别由标号C1、C21、C22、C3来表示。L1和C1以及L2和C21设定成使第2谐振器2和第1谐振器3的谐振频率成为f0。L2和C22以及L3和C3设定成使第1谐振器3和第3谐振器11的谐振频率成为fr。C22设定成使电容器C22在频率f0下实质上成为断开。C21设定成使电容器C21在频率fr下实质上成为
短路。
[0135] 异物检测判定电路13如上所述可以通过CPU等处理器和存储有对本实施方式中的异物检测处理进行规定的计算机程序的存储器的组合来实现。或者,也可以是构成为进行同样的动作的专用的电路。图7中的电压测定电路41、频率计数器42、电感测定电路43、判定电路44不一定需要是分离的个别的电路要素。也可以通过1个处理器执行计算机程序中的个别的步骤来实现上述的各要素的动作。
[0136] 图8是表示振荡电路12的构成例的电路图。该例中的振荡电路12是自励式的皮尔斯振荡电路。该振荡电路12具备2个谐振电容器Cx、Cy、逆变器INV、
电阻Rf、Rd、缓冲电路BUF。逆变器INV通过从未图示的电源供给的电力对输入波形进行放大并输出。电阻Rf以及电阻Rd是对电路的激励
水平进行调整的元件。不限于这种电路结构,也可以使用其他结构的振荡电路。
[0137] 在开始异物检测处理时,首先,判定电路44将处理开始的触发信号发送给送电控制电路15以及振荡电路12。接受该触发信号,送电控制电路15如前所述使向第2谐振器2的电力供给停止。接收到触发信号的振荡电路12以频率f10开始振荡。当振荡电路12开始振荡而经过预定时间时,电压测定电路41测定第3谐振器11的两端电压。电压测定电路41将测定结果输出给判定电路44以及频率计数器42。频率计数器42接受来自电压测定电路41的输入,求出第3谐振器11的两端电压的频率(振荡频率)。然后,将表示该结果的信息输出给判定电路44。判定电路44基于所输入的电压的信息和振荡频率的信息,判定有无异物。
[0138] 在异物是容易屏蔽磁场的物体(例如环状的金属异物)的情况下,在金属表面会流动与线圈反相的电流。因此,第3谐振器11的输入电感降低。若输入电感降低,则第3谐振器11的振荡频率变高。因此,判定电路44比较所输入的频率与f10,判定其差是否比预定的阈值大。在其差为阈值以上的情况下,能够判定为有异物。或者,也可以根据所输入的频率求出第3谐振器11的输入电感,如果该值为预定的阈值以下,则判定为有异物。
[0139] 另外,在金属异物是难以屏蔽磁场的物体(例如,
铁等)的情况下,因为磁场穿过异物,所以输入电感值不容易变化。但是,这种异物在磁场穿过异物时会产生涡电流,在第3谐振器11的两端产生电压降。因此,振荡电压的振幅降低。因此,如果电压的振幅为预定的阈值以下,则能够判定为存在异物。
[0140] 异物检测判定电路13在振荡电路12以频率f20进行振荡的情况下也进行同样的判定。由此,不仅能够检测线圈中心部附近的异物,也能够检测线圈周边部附近的异物。判定电路44如此进行有无异物的判定,将其结果输出给送电控制电路15。
[0141] 此外,在此以f10和f20这两方的频率进行了异物判定,但也可以仅使用它们的一方的频率来判定有无异物。例如,在只想检测第3谐振器11的线圈的中央部附近有无异物的情况下,仅针对频率f10进行判定即可。相反,在只想检测线圈的周边部附近的异物的情况下,仅针对频率f20进行判定即可。在仅使用任一方的频率进行判定的情况下,与使用两方的频率相比,处理时间缩短。因此,具有能够使停止送电的时间缩短的实用性效果。在此,频率f10可以设定为谐振频率fr的例如85%以下。频率f20可以设定为谐振频率fr的例如115%以上。但是,并不限定于此。
[0142] 在上述的说明中,对于第2谐振器2以及第3谐振器11而言,与线圈串联连接有谐振电容器,但并不限定于这种结构。也可以是谐振电容器与线圈并联连接。或者,第2谐振器2以及第3谐振器11也可以包含与线圈串联连接的谐振电容器和与线圈并联连接的谐振电容器。
[0143] 作为进行判定的计测项目,在此假设了振荡电压的振幅、振荡频率以及电感值,但并不限定于此。如果是基于这些物理量而算出的物理量,则能够同样地检测异物。例如,也可以使用各谐振器的Q值等特性值来判定有无异物。
[0144] 以上,即使是智能手机这种具有1个受电线圈的1个受电装置也能够继续送电,能够提供一种设置台的面积小的送电装置。另外,能够提供一种以高效率继续输送电力的送电装置。
[0145] 另外,异物检测判定电路不仅能够检测送电线圈与受电线圈之间有无存在异物,即使在送电线圈或受电线圈的附近存在异物,也能够检测有无存在异物。
[0146] 由此,即使在送电线圈或受电线圈的附近存在异物,也能够在防止异物过热的同时继续电力传输。
[0147] 接着,参照图9的流程图来说明送电以及异物检测的整体的控制的流程。首先,在待机状态下,当产生用户的送电开始指令时,送电控制电路15从送电参数保持单元14读取全局初始值(步骤S102)。然后,以该控制参数值开始送电(步骤S103)。在此用户的送电开始指令例如是指通过用户使电源0的开关接通来对送电电路1施以送电触发。或者,也可以通过使内置有第1谐振器3、受电电路4、负载5的终端置于内置有送电电路1、第2谐振器2、第3谐振器11的送电单元之上,对送电电路施以送电触发。
[0148] 在送电开始后,送电控制电路15一边进行送电,一边如前所述来调整控制参数以使向负载5的输出电压恒定。然后,将此时的控制参数作为局部初始值而写入到送电参数保持单元14(步骤S104)。在已经记录有局部初始值时,更新该局部初始值。接着,判定送电是否正常结束(步骤S105)。送电的结束例如通过产生了用户的送电停止指令、或者在负载是充电池的情况下检测到充电已完成来判定。在送电正常结束的情况下,再次转移到待机状态。另一方面,在继续送电的情况下,在定期进行异物检测处理的情况下,在从送电开始经过预定时间后,停止送电,转移到异物检测处理(步骤S106~S108)。另外,即使没有经过预定时间,但在监视送电电路1和/或受电电路4的输出(电压等)而该输出发生了超过预定阈值的急剧变动的情况下也停止送电,转移到异物检测处理。
[0149] 异物检测处理通过前述的方法来进行。首先,判定电路44使振荡电路12以频率f10进行振荡,判定有无异物(步骤S109)。在此判定为有异物的情况下,判定电路44将送电参数保持单元14所存储的送电频率的局部初始值变更为f21(步骤S111)。送电控制电路15将该局部初始值从送电参数保持单元14读取而以频率f21再次开始送电(步骤S113、S103)。
[0150] 在步骤S109中判定为无异物的情况下,判定电路44使振荡电路12以频率f20进行振荡,判定有无异物(步骤S110)。在此判定为有异物的情况下,判定电路44将送电参数保持单元14所存储的送电频率的局部初始值变更为f11(步骤S112)。送电控制电路15将该局部初始值从送电参数保持单元14读取而以频率f11再次开始送电(步骤S113、S103)。
[0151] 在步骤S110中判定为无异物的情况下,送电控制电路15将局部初始值从送电参数保持单元14读取而再次开始送电(步骤S113、S103)。该情况下,以与之前的送电相同的频率再次开始送电。
[0152] 通过以上的控制,在判定为有异物的情况下,能够以认为有异物的位置的磁通
密度小的频率继续送电。由此,能够在降低异物发热的同时继续送电。另一方面,在判定为无异物的情况下,能够以即将停止送电之前的控制参数值再次开始送电。因此,无需为了使负载电压恒定而进行再调整。与使用全局初始值的控制参数来再次开始送电的情况相比,能够抑制传输效率的降低。
[0153] 如上所述,根据本实施方式,即使在线圈附近存在异物的情况下也能够降低异物的发热而继续送电。进而,能够抑制未检测到异物的情况下的因送电处理的初始化而导致的效率降低。
[0154] 在本实施方式中,在异物检测处理中,以2个频率f10、f20这两方判定了有无异物,但如前所述,也可以仅通过它们的至少一方的频率来判定有无异物。图10是表示仅以频率f10进行异物检测的情况下的动作的流程图。在该例中,在步骤S109中判定为无异物的情况下,不再进行之后的判定而以之前的送电中的控制参数开始送电。通过这样的动作,也能够抑制因线圈的中央部附近的异物而导致的传输效率的降低,因此是有效的。也可以将图10中的步骤S109、S111替换为以频率f20进行异物检测的步骤(图9中的步骤S110、S112)。该情况下,能够抑制因线圈的周边部附近的异物而导致的传输效率的降低。
[0155] 在本实施方式中,将送电中的控制参数记录为局部初始值而在下次送电时加以利用,但这种动作不是必须的。也可以不进行局部初始值的记录,在判定为无异物的情况下,将控制参数恢复为全局初始值而再次开始送电。在该情况下,也具有在检测到异物时能够以认为有异物的位置的磁通少的频率再次开始送电的效果。
[0156] 在本实施方式中,以进行异物的检测为前提,但要写明不需要输出表示有无异物的信息。构成为在从振荡电路12输出的电压、或随之变化的物理量从预定的基准值发生了较大变化的情况下,将送电频率等控制参数设定为适当的值即可。
[0157] (实施方式2)
[0158] 图11是表示本发明的实施方式2中的异物检测判定电路13的构成的图。在本实施方式中,与实施方式1不同之处在于,异物检测判定电路13基于第3谐振器11与第1谐振器3之间的耦合系数来检测异物。以下,以与实施方式1不同之处为中心进行说明,省略对共同事项的说明。
[0159] 本实施方式中的异物检测判定电路13具有测定第3谐振器11的输入电感值的电感测定电路43和算出耦合系数的耦合系数算出电路61。耦合系数算出电路61基于振荡电路12以频率f10进行振荡时电感测定电路43测定的第3谐振器11的输入电感值Lin(f10)与振荡电路12以频率f20进行振荡时电感测定电路43测定的第2谐振器2的输入电感值Lin(f20)之比,算出耦合系数k。基于该耦合系数k,能够检测第3谐振器11与第1谐振器3之间的异物。
[0160] 耦合系数k取决于第3谐振器11与第1谐振器3之间的异物而变化。例如,在完全屏蔽磁场的金属异物存在于线圈间且第2谐振器2与第3谐振器11未电磁耦合时,耦合系数k具有零或近似于零的小值。另一方面,在金属异物不存在于线圈间的情况下,耦合系数k具有大于零且为1以下的值。因此,基于耦合系数k的算出值或推定值,能够决定第3谐振器11与第1谐振器3之间有无金属异物。
[0161] 在第3谐振器11(线圈的电感L3)与以频率fr进行谐振的第1谐振器3(线圈的电感L2)以耦合系数k进行电磁耦合时,从第3谐振器11的线圈L3观察的输入电感Lin通过下式来求出。
[0162] Lin(f)=L3{1-k2/(1-(fr/f)2)}…式1
[0163] 图12是示意性表示式1的图。
[0164] 在频率f<>fr时,第1谐振器3中的并联电容器的两端实质上似乎短路。将在比fr高的频率f20下测定的输入电感值设为Lin(f20)。
[0165] 当适当设定了f10、f20的大小时,根据式1得到以下的近似式。
[0166] Lin(f10)≒L3
[0167] Lin(f20)≒L3(1-k2)
[0168] 根据这2个近似式,得到以下的式2。
[0169] k2≒1-Lin(f20)/Lin(f10)…式2
[0170] 根据该式2,能够基于作为测定值的Lin(f10)与Lin(f20)之比来算出耦合系数k。但是,式2是基于在使第1谐振器3的线圈端完全断开时的输入电感Lin_open(f)与使受电线圈端完全短路时的输入电感Lin_short(f)之间以下的式3、4的关系成立的特殊条件的。
[0171] Lin_open(f10)=Lin_open(f20)…式3
[0172] Lin_short(f10)=Lin_short(f20)…式4
[0173] 反过来说,如果在
选定了使式3、4成立的适当的频率f10和f20的基础上设计无线电力传输系统,则式2成立,能够进行耦合系数k的推定。通常,该频率f10、f20如果设定在谐振器的尺寸视作与
波长相比而足够小的频率的范围内则在实用性上没有问题。
[0174] 此外,当使用自励式的振荡电路时,能够将输入电感的变化直接转换成振荡频率的变化。由于输入电感由振荡频率的平方的倒数而决定,所以耦合系数k能够通过下次来改写。
[0175] k2≒1-f102/f202…式5
[0176] 在实用性上,由于包含电路的线形/非线形要素等,所以式2、式5需要进行修正,但在原理上能够根据这些式来推定耦合系数k。
[0177] 根据以上所述,如果一边连续地切换以f10和f20的各频率进行振荡的动作一边测定2个频率下的输入电感值或振荡频率,则能够根据测定结果来推定耦合系数k。耦合系数k根据因第3谐振器11与第1谐振器3之间的金属异物导致的磁场的屏蔽状态而变化。因此,例如,在所推定的耦合系数k为预定的阈值以下的情况下,能够判定为在第1谐振器3与第3谐振器11之间存在金属异物。
[0178] 在此,耦合系数k不仅根据有无金属异物而变化,在第1谐振器3与第3谐振器11的位置关系发生了变化的情况下也变化。例如,在设计成使耦合系数在两者的线圈的中心轴一致时最大的情况下,在两者的线圈的中央部偏离时,耦合系数k的值变小。因此,即使在异物判定处理中判定为无异物的情况下,虽然耦合系数比上述阈值高,但若是小于一定程度,则也认为受电侧的线圈的位置偏离了恰当的位置。因此,在再次开始送电时也可以考虑位置偏离来对送电频率等控制参数进行修正而进行送电。由此,能够防止送电电力、送电效率的降低。
[0179] 接着,参照图13的流程图对基于该耦合系数k的异物检测以及送电的整体的控制进行说明。图13中的步骤S102~S108、S113与图9中的对应的步骤相同,因此省略说明。
[0180] 本实施方式中的异物检测处理,除了前述的处理以外,还包括以下的步骤S201、S202:根据以频率f10与频率f20分别进行振荡时的输入电感值之比来求出耦合系数k,基于耦合系数k判定有无异物。在步骤S202中,判定电路44在例如耦合系数k为预定的阈值以下时,判定为有异物。虽然在图13中未示出,但不仅考虑耦合系数k还综合考虑电压、频率等其他的物理量的变动来判定有无异物。在判定为有异物的情况下,判定电路44求出频率f10下的输入电感值Lin(f10)和频率f20下的输入电感值Lin(f20)中的从基准值起的变化量大的一方的频率。在变化量是f10一方大的情况下,将送电参数保持单元14所存储的送电频率的局部初始值变更为f21。在变化量是f20一方大的情况下,将送电参数保持单元14所存储的送电频率的局部初始值变更为f11(步骤S205)。然后,送电控制电路15将局部初始值从送电参数保持单元14读取,再次开始送电(步骤S113、S103)。
[0181] 在步骤S202中判定为无异物的情况下,判定电路44对所算出的耦合系数k与设计上的耦合系数进行比较,判定耦合系数k是否从设计上的耦合系数发生了变化(步骤S203)。此时,在耦合系数k与设计上的耦合系数(设计值)的差分比预定的阈值大时,判定为耦合系数k从设计上的耦合系数发生了变化。在耦合系数k从设计上的耦合系数发生了变化的情况下,判定该耦合系数k的值是否比设计上的耦合系数小(步骤S204)。如果所算出的耦合系数k比设计上的耦合系数小,则判定电路44将送电参数保持单元14所存储的局部初始值变更为使送电电力变大(步骤S206)。相反,如果所算出的耦合系数k比设计上的耦合系数大,则将送电参数保持单元14所存储的局部初始值变更为使送电电力变小(步骤S207)。送电控制电路15以变更后的控制参数来再次开始送电(步骤S113、S103)。
[0182] 局部初始值的变更例如可以通过对各控制参数实施使用了线性修正式的运算来进行,所述线性修正式是对所算出的耦合系数k与设计上的耦合系数之比乘以修正系数而得到的。也可以按每个耦合系数的值而预先准备使输出恰当的控制参数的表,参照该表来决定恰当的控制参数。
[0183] 根据以上的处理,在判定为有异物的情况下,能够以认为有异物的位置的磁通密度低的频率继续送电。由此,能够在降低异物发热的同时继续送电。另一方面,即使在判定为无异物但受电侧的线圈发生了位置偏离的情况下,也能够降低因位置偏离而造成的影响。
[0184] 如上所述,根据本实施方式,即使在线圈附近存在异物的情况下也能够降低异物的发热而继续送电。进而,即使在未检测到异物的情况下,也能够抑制送电效率的降低、电力的降低。
[0185] (实施方式3)
[0186] 图14是表示本发明的实施方式3中的无线电力传输系统的构成的图。在本实施方式中,与实施方式1、2不同之处在于,第2谐振器2兼有第3谐振器11的功能。如本实施方式所示,第2谐振器2和第3谐振器11由1个谐振器来实现的系统,也可以说具备第2谐振器2和第3谐振器11。以下,以与实施方式1或2不同之处为中心进行说明,省略对共同事项的说明。
[0187] 本实施方式中的送电电路1具备在振荡电路12以及异物检测判定电路13与第2谐振器2之间连接的开关91。在异物检测模式下,开关91将振荡电路12以及异物检测判定电路13与第2谐振器2连接。在送电模式下,开关91将振荡电路12以及异物检测判定电路13与第2谐振器2断开。模式的切换通过来自送电控制电路15的指令信号来进行。
[0188] 异物检测处理通过与实施方式1、2的任一方同样的流程来进行。但是,由于第2谐振器2兼有送电和异物检测这两方的功能,所以在异物检测所使用的频率与送电频率不同的情况下,需要切换谐振频率。因此,在第2谐振器2上可以新连接用于切换谐振频率的电感器和/或谐振电容器。
[0189] 图15是表示本实施方式中的异物检测判定电路13的具体的构成例的图。该异物检测判定电路13具有用于将电感器Lm连接于第2谐振器2的连接开关101。在连接开关101接通的状态下电感器Lm并联连接于第2谐振器2。电感器Lm的电感值被设定成在连接开关101接通的状态下成为使第1谐振器3的谐振电容器C21实质上似乎短路的谐振频率fr。由此,对于第2谐振器2,在连接开关101断开的状态下与第1谐振器3的谐振频率成为f0,在连接开关101接通的状态下与第1谐振器3的谐振频率成为fr。
[0190] 根据这种结构,在进行异物检测处理的情况下,使开关91为连接状态,能够应用与前述的实施方式1或2同样的方法。例如,能够基于使连接开关101为断开状态而振荡电路12以比fr低的频率f10进行振荡时的第2谐振器2的输入电感值Lin(f10)和使连接开关101为接通状态而振荡电路12以比fr高的频率f20进行振荡时的从第2谐振器2观察的输入电感值Lin(f20),判定有无金属异物。此外,本实施方式的结构是能够为了切换频率而追加电感器Lm的结构,但也可以是其他的结构。例如,也可以是能够追加谐振电容器的结构、或能够追加电感器和谐振电容器这两方的结构。
[0191] 在图15所示的结构中,在基于耦合系数k来检测异物的情况下,能够使用对式5修正后的下式6。
[0192] k≒1-f102/(f202-f302)…式6
[0193] 在此,频率f30是在使开关91断开、并使连接开关101接通的情况下的振荡频率。即,测定频率f30与测定调整电感器Lm的电感值是等效的。在振荡电路12以频率f20进行振荡时,该振荡频率包含基于线圈L1的输入电感值的成分和基于调整电感器Lm的电感值的成分。因此,在式6的第2项的分母中,在除去了调整电感器Lm的影响的基础上算出耦合系数。
如此,也可以基于取代式5而通过基于式5的修正式6而算出的耦合系数k来检测异物。此外,由于自励式的LC振荡电路存在各种电路拓扑,所以修正式并不限定于式6。例如存在通过将图8所示的电容器Cx、Cy切换为不同的电容器来变更振荡频率的电路拓扑。即使采用了不同的电路拓扑,式5的修正式的导出也容易。同样,在使用式2的情况下,也可以使用根据电路拓扑对式2修正后的修正式来算出耦合系数k。
[0194] 根据本实施方式,由于使用于送电的线圈和用于异物检测的线圈兼用,所以能够使装置小型化。即使在异物存在于线圈附近的情况下也能够降低发热而继续送电,并且即使在无金属异物的情况下也能够抑制送电效率降低、电力降低。
[0195] (实施方式4)
[0196] 图16是表示本发明的实施方式4中的无线电力传输系统的构成的图。本实施方式与实施方式1、2、3不同之处在于,用于检测异物的构成要素不是搭载于送电电路1而是搭载于受电电路4。以下,以与实施方式1、2、3不同之处为中心进行说明,省略对共同事项的说明。
[0197] 在本实施方式中,作为用于异物检测的结构的第3谐振器11、振荡电路12和异物检测判定电路13搭载于受电电路4。另外,不是第1谐振器3而是第2谐振器2具备并联谐振电容器。在异物检测处理时,在第2谐振器2与第3谐振器11电磁耦合的状态下,异物检测判定电路13基于第3谐振器11的输入阻抗的变化来判定有无金属异物。第2谐振器2和第3谐振器11的谐振频率设定为fr。第2谐振器2的并联谐振电容器设定成在电力传输时的频率下实质上成为断开的值。
[0198] 有时受电侧装置比送电侧装置大。例如,有时从小型的送电侧装置向平板终端等大型的受电侧装置进行充电。在这种情况下,若送电侧装置使用用于通知异物存在的显示元件,则显示元件会被受电侧装置盖住,难以对是否存在异物进行确认。该问题能够通过设为在受电侧装置进行异物判定,并将其结果显示于受电侧装置的显示元件来通知给用户的结构而得到解决。
[0199] 受电电路4具备受电输出电路111和受电控制电路112。受电输出电路111可以包括整流电路、频率转换电路、定电压/定电流控制电路等各种电路。受电输出电路111将所接受的交流能量转换成负载5能够利用的直流能量或低频率的交流能量。受电控制电路112是对受电电路4整体的动作进行控制的电路。
[0200] 说明本实施方式中的异物检测处理的动作。在直到开始异物检测处理为止的处理,与前述的实施方式1中的处理同样。在此,从开始异物检测处理的处理开始进行说明。
[0201] 与实施方式1同样,在开始异物检测处理时,送电控制电路15使由逆变器电路10进行的送电停止。送电的停止通过从受电控制电路112经由通信电路113向送电控制电路15发送停止信号来进行。来自受电控制电路112的停止信号也发送给受电输出电路111。受电输出电路111切换输出电路以使输出阻抗实质上成为断开。例如,在受电输出电路111是由开关元件构成的同步整流电路的情况下,使开关元件全部为断开状态。或者,也可以构成为将输出端切换到高阻抗的电阻电路。
[0202] 接着,受电控制电路112向振荡电路12发送信号,使振荡电路12以频率f10、f20进行振荡。该期间,异物检测判定电路13测定第3谐振器11的振荡频率。基于根据该振荡频率求出的第3谐振器11的输入阻抗,判定有无异物。接着,异物检测判定电路13将表示判定结果的信息经由通信电路113发送给送电控制电路15。送电控制电路15与实施方式1同样地,按照判定结果来变更送电参数保持单元14所保持的局部初始值并开始送电。
[0203] 根据本实施方式,能够通过搭载于受电侧装置的显示元件(显示器、灯等),将是否存在异物通知给用户。进而,即使在线圈附近存在异物的情况下也能够降低发热而继续送电。即使在无异物的情况下,也能够抑制送电效率降低、电力降低。此外,本实施方式的结构并不限定于受电侧装置比送电侧装置大的情况,在受电侧装置比送电侧装置小的情况下也能够采用。
[0204] 在此公开的实施方式在所有方面都是例示而不是限制性内容。本发明的范围并不通过以上的说明来限定,而是通过专利的
权利要求的范围来限定,与专利的权利要求等同的含义和包含权利要求范围内的变形的所有技术方案也包含在本发明中。
[0205] 本发明包括以下项目所记载的送电装置以及具备送电装置的无线电力传输系统。
[0206] [项目1]一种送电装置,其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:
[0207] 第2谐振器,其与所述第1谐振器电磁耦合而将所述第1交流电力输送给所述第1谐振器;
[0208] 第3谐振器,其与所述第1谐振器电磁耦合而将第2交流电力输送给所述第1谐振器;
[0209] 逆变器电路,其使用比所述第1谐振器与所述第2谐振器之间的第1谐振频率f0低的频率f11或比所述第1谐振频率f0高的频率f12来生成所述第1交流电力;
[0210] 振荡电路,其使用比所述第1谐振器与所述第3谐振器之间的第2谐振频率fr低的频率f10或比所述第2谐振频率fr高的频率f20来生成比所述第1交流电力小的所述第2交流电力;
[0211] 异物检测判定电路,其指示所述振荡电路使用所述频率f10和所述频率f20的任一方而使所述振荡电路生成所述第2交流电力,基于根据所述第2交流电力而变化的所述第3谐振器中的物理量,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[0212] 送电控制电路,其指示所述逆变器电路使用所述频率f11和所述频率f12的任一方而使所述逆变器电路生成所述第1交流电力,
[0213] 所述送电控制电路,
[0214] 在从所述第2谐振器向所述第1谐振器输送所述第1交流电力的第1送电期间与作为所述第1送电期间之后的下一送电期间的第2送电期间之间设置所述异物检测判定电路的异物检测期间,
[0215] 在所述第1送电期间,使用所述频率f11和所述频率f12的任一方,在所述异物检测期间,使用所述频率f10和所述频率f20的任一方,
[0216] 在所述异物检测期间判断为存在异物的情况下,在所述第2送电期间,指示所述逆变器电路使用与在所述第1送电期间使用的频率不同的所述频率f11或所述频率f12,开始所述第1交流电力的送电。
[0217] 根据上述技术方案,
[0218] 在所述第1送电期间,使用所述频率f11和所述频率f12的任一方。
[0219] 在所述第1送电期间以所述频率f11进行送电的情况下,如图5A所示,所述第1谐振器的线圈与所述第2谐振器的线圈之间的中央部A的磁场密,周边部B的磁场疏。由此,在中央部A的磁场密而周边部B的磁场疏的状态下进行送电。换言之,大体上以中央部A的磁场进行送电。
[0220] 在所述异物检测期间,使用所述频率f10和所述频率f20的任一方。
[0221] 在所述异物检测期间以所述频率f10进行振荡的情况下,如图5A所示,所述第2谐振器的线圈与所述第3谐振器的线圈之间的中央部A的磁场密,周边部B的磁场疏。
[0222] 由此,在以所述频率f10进行振荡时,在判断为存在异物的情况下,可知异物存在于中央部A。由此,在所述第2送电期间,通过以具有中央部A的磁场疏而周边部B的磁场密的磁场分布的所述频率f12进行送电,能够在抑制异物发热的同时以高效率进行送电。
[0223] 另一方面,在所述第1送电期间以所述频率f12进行送电的情况下,如图5B所示,所述第1谐振器的线圈与所述第2谐振器的线圈之间的中央部A的磁场疏,周边部B的磁场密。由此,在中央部A的磁场疏而周边部B的磁场密的状态下进行送电。换言之,大体上以周边部B的磁场进行送电。
[0224] 由此,在以所述频率f20进行振荡时,在判断为存在异物的情况下,可知异物存在于周边部B。由此,在所述第2送电期间,通过以具有所述中央部A的磁场密而所述周边部B的磁场疏的磁场分布的所述频率f11进行送电,能够在抑制异物发热的同时以高效率进行送电。
[0225] 总结以上所述,在所述异物检测期间判断为存在异物的情况下,在所述第2送电期间,指示所述逆变器电路使用与在所述第1送电期间使用的频率不同的所述频率f11或所述频率f12。而且,通过开始所述第1交流电力的送电,能够在防止异物过热的同时以高效率继续进行送电。
[0226] 另外,因为所述送电装置能够仅由1个送电线圈来实现,所以即使是智能手机这种受电线圈为1个的受电装置也能够进行送电,能够实现设置台的面积小的送电装置。
[0227] [项目2]根据项目1所述的送电装置,
[0228] 在所述异物检测期间判断为不存在异物的情况下,在所述第2送电期间,所述送电控制电路指示所述逆变器电路使用与在所述第1送电期间使用的频率相同的所述频率f11或所述频率f12,开始所述第1交流电力的送电。
[0229] 根据上述技术方案,在所述异物检测期间判定为不存在异物的情况下,在所述第2送电期间,使用与在所述第1送电期间使用的频率相同的所述频率f11或所述频率f12。
[0230] 由此,因为在所述第2送电期间也使用与所述第1送电期间相同的频率,所以不需要变更频率。由此,能够尽快开始所述第2送电期间的送电。
[0231] [项目3]根据项目1所述的送电装置,
[0232] 在所述第1送电期间使用所述频率f11、在所述异物检测期间使用所述频率f10的情况下,在所述异物检测期间判断为存在异物时,在所述第2送电期间,所述送电控制电路指示所述逆变器电路使用所述频率f12,开始使用所述频率f12的所述第1交流电力的送电。
[0233] 根据上述技术方案,在以所述频率f10进行振荡时,在判定为存在异物的情况下,可知异物存在于中央部A。由此,在所述第2送电期间,例如通过以具有图5B的中央部A的磁场疏而周边部B的磁场密的磁场分布的所述频率f12进行送电,能够在防止异物过热的同时以高效率继续进行送电。
[0234] [项目4]根据项目2所述的送电装置,
[0235] 在所述第1送电期间使用所述频率f11、在所述异物检测期间使用所述频率f10的情况下,在所述异物检测期间判断为不存在异物时,在所述第2送电期间,所述送电控制电路指示所述逆变器电路使用所述频率f11,开始使用所述频率f11的所述第1交流电力的送电。
[0236] 根据上述技术方案,在所述异物检测期间判定为不存在异物的情况下,在所述第2送电期间,使用与在所述第1送电期间使用的频率相同的所述频率f11。
[0237] 由此,因为在所述第2送电期间也使用与所述第1送电期间相同的频率,因为不需要变更频率的处理。由此,能够尽快开始所述第2送电期间的送电。
[0238] [项目5]根据项目1所述的送电装置,
[0239] 在所述第1送电期间使用所述频率f12、在所述异物检测期间使用所述频率f20的情况下,在所述异物检测期间判断为存在异物时,在所述第2送电期间,所述送电控制电路指示所述逆变器电路使用所述频率f11,开始使用所述频率f11的所述第1交流电力的送电。
[0240] 根据上述技术方案,在以所述频率f20进行振荡时,在判定为存在异物的情况下,可知异物存在于周边部B。由此,在所述第2送电期间,例如通过以具有图5A的中央部A的磁场密而周边部B的磁场疏的磁场分布的所述频率f11进行送电,能够在防止异物过热的同时以高效率继续进行送电。
[0241] [项目6]根据项目2所述的送电装置,
[0242] 在所述第1送电期间使用所述频率f12、在所述异物检测期间使用所述频率f20的情况下,在所述异物检测期间判断为不存在异物时,在所述第2送电期间,所述送电控制电路指示所述逆变器电路使用所述频率f12,开始使用所述频率f12的所述第1交流电力的送电。
[0243] 根据上述技术方案,在所述异物检测期间判定为不存在异物的情况下,在所述第2送电期间,使用与在所述第1送电期间使用的频率相同的所述频率f12。
[0244] 由此,因为在所述第2送电期间也使用与所述第1送电期间相同的频率,所以不需要变更频率的处理。由此,能够尽快开始所述第2送电期间的送电。
[0245] [项目7]根据项目1~6的任一项所述的送电装置,
[0246] 所述异物检测判定电路对根据所述第2交流电力而变化的所述第3谐振器中的物理量进行测定,在所述变化后的物理量与预定的基准值的差分比预先设定的阈值大时,判断为在所述第1谐振器与所述第3谐振器之间存在异物。
[0247] 根据上述技术方案,对所述第3谐振器中的物理量进行测定,在所述变化后的物理量与预定的基准值的差分大的情况下,若所述差分超过所述预定的范围的上限,则能够判断为在所述第1谐振器与所述第3谐振器之间存在异物。另一方面,在所述差分小的情况下,若所述差分低于所述预定的范围的下限,则能够判断为在所述第1谐振器与所述第3谐振器之间存在异物。
[0248] [项目8]根据项目1~7中任一项所述的送电装置,
[0249] 所述异物检测判定电路对所述第3谐振器中的物理量进行测定,基于根据所述测定的物理量而算出的值,判断是否存在所述异物。
[0250] 根据上述技术方案,对所述第3谐振器中的物理量进行测定,基于根据所述测定的物理量而算出的值,判断是否存在所述异物。
[0251] 例如,判断是否存在所述异物,基于能够高精度地判定所述异物的式来算出。
[0252] 例如,所述判断的方法是,在所述算出的值与基准值的差分超过预定的范围时,判断为在所述第1谐振器与所述第3谐振器之间存在异物。在所述差分大的情况下,若所述差分超过所述预定的范围的上限,则能够判断为在所述第1谐振器与所述第3谐振器之间存在异物。另一方面,在所述差分小的情况下,若所述差分低于所述预定的范围的下限,则能够判断为在所述第1谐振器与所述第3谐振器之间存在异物。
[0253] 由此,能够高精度地判断在所述第1谐振器与所述第3谐振器之间是否存在异物。
[0254] [项目9]根据项目1~8中任一项所述的送电装置,
[0255] 所述第3谐振器中的物理量为施加于所述第3谐振器的电压、流经所述第3谐振器的电流、施加于所述第3谐振器的频率、所述第3谐振器的输入阻抗值、或所述第3谐振器的输入电感值。
[0256] 根据上述技术方案,通过测定所述物理量,能够容易地判断在所述第1谐振器与所述第3谐振器之间是否存在异物。
[0257] [项目10]根据项目1~9中任一项所述的送电装置,
[0258] 所述第1谐振器具有包含线圈以及电容器的并联谐振电路,
[0259] 所述异物检测判定电路,在所述第3谐振器中的物理量为所述第3谐振器的输入电感值的情况下,
[0260] 对所述振荡电路以所述频率f10进行振荡时的所述第3谐振器的输入电感值Lin(f10)和以所述频率f20进行振荡时的所述第3谐振器的输入电感值Lin(f20)进行测定,[0261] 通过式k2=1-Lin(f20)/Lin(f10)算出耦合系数k,基于所述算出的耦合系数k来判断是否存在异物。
[0262] 根据上述技术方案,
[0263] 通过k2=1-Lin(f20)/Lin(f10)的式来算出耦合系数k,基于所述算出的耦合系数k来判断是否存在异物。
[0264] 若Lin(f20)使用在所述线圈的两端短路的状态时的所述第3谐振器的输入电感值、Lin(f10)使用所述线圈的两端断开的状态时的所述第3谐振器的输入电感值,则能够算出高精度的耦合系数k,能够高精度地判断是否存在异物。
[0265] 在所述受电装置设置包括所述线圈及设于所述线圈的两端的电容器的并联谐振电路。由此,当所述振荡电路以比所述第2谐振频率fr低的所述频率f10进行驱动时,在所述电容器中不流动电流,因此创造出所述线圈的两端实质上断开的状态。另外,当以比所述第2谐振频率fr高的所述频率f20进行驱动时,在所述电容器中流动电流,因此创造出所述线圈的两端短路的状态。
[0266] 由此,通过在所述线圈的两端设置电容器,能够创造出所述线圈的两端实质上断开的状态和所述线圈的两端短路的状态。因此,无需如通常进行的那样,在所述线圈的两端设置短路用开关,并将控制所设的所述短路用开关的控制电路设置于所述受电装置。由此,能够消除通常进行的从所述送电装置发送信号来控制所述短路用开关这种麻烦。其结果,因为使用精度高的所述耦合系数来进行异物检测,所以不会导致成本增加,通过简单的结构,即使所述负载变动也能够高精度地进行异物检测。
[0267] [项目11]根据项目1~10中任一项所述的送电装置,
[0268] 所述第1谐振器具有包含线圈以及电容器的并联谐振电路,
[0269] 所述异物检测判定电路,在所述第3谐振器中的物理量为所述第3谐振器的输入电感值的情况下,
[0270] 对所述振荡电路以所述频率f10进行振荡时的所述第3谐振器的输入电感值Lin(f10)和以所述频率f20进行振荡时的所述第3谐振器的输入电感值Lin(f20)进行测定,[0271] 算出所述Lin(f10)与所述Lin(f20)之比,基于所述算出的比来判断是否存在异物。
[0272] 根据上述技术方案,
[0273] 算出所测定的所述Lin(f10)与所述Lin(f20)之比,基于所述算出的比来判断是否存在异物。
[0274] 对“基于所述输入电感值Lin(f10)与所述输入电感值Lin(f20)之比”的意思进行说明。
[0275] 算出所述耦合系数k的式2(k2=1-Lin(f20)/Lin(f10)),能够变形为式(Lin(f20)/Lin(f10)=1-k2)。由此,当决定了Lin(f20)/Lin(f10)时,能够唯一地决定耦合系数k。因此,基于所述输入电感值Lin(f10)与所述输入电感值Lin(f20)之比,能够判断在所述第1谐振器与所述第3谐振器之间是否存在异物。
[0276] 为了算出式2的耦合系数k,进行四则运算以外的平方根的算出处理。另一方面,因为所述输入电感值Lin(f10)与所述输入电感值Lin(f20)之比是单纯的除法运算,所以也能够减轻处理的负荷,能够加快计算速度。
[0277] 另外,不需要在所述线圈的两端设置短路用开关,能够消除从所述送电装置发送信号来控制所述短路用开关的麻烦。
[0278] [项目12]根据项目1~11中任一项所述的送电装置,
[0279] 所述第1谐振器具有包含线圈以及电容器的并联谐振电路,
[0280] 所述振荡电路是自励式的振荡电路,并且,在所述第3谐振器中的物理量为所述第3谐振器的输入电感值的情况下,所述振荡电路的振荡频率的平方与所述第3谐振器的输入电感值成反比,
[0281] 所述异物检测判定电路对所述振荡电路进行振荡的所述频率f10以及所述频率f20进行测定,通过式k2=1-f102/f202算出耦合系数k,基于所述算出的耦合系数k来判断是否存在异物。
[0282] 根据上述技术方案,在所述振荡电路是自励式的振荡电路的情况下,若将所述输入电感值设为L、将所述电容器设为C,则所述自励式的振荡电路的频率f在基于LC谐振原理的振荡电路的情况下,能够由式f=1/(2π×(LC)^(1/2))来表示。因为容量C因电路常数而已知,所以所述输入电感值L与所述振荡电路的频率的平方反比,因此能够将作为所述耦合系数的式的k2=1-Lin(f20)/Lin(f10)替换为式k2=1-f102/f202。由此,不需要由所述测定电路测定所述输入电感的步骤,使用所述振荡电路进行振荡的频率f10以及f20的值即可。由此,因为不需要由所述测定电路测定所述输入电感,所以能够高精度地算出所述耦合系数。此外,对于所述频率f10以及所述频率f20的值,也可以由所述测定电路测定所述第1谐振器的所述频率f10以及所述频率f20。另外,对于其他的振荡电路,也能够应用同样的思路,对于本领域技术人员而言能够容易地进行类推。
[0283] 另外,不需要在所述线圈的两端设置短路用开关,能够消除从所述送电装置发送信号来控制所述短路用开关的麻烦。
[0284] [项目13]根据项目1~12中任一项所述的送电装置,
[0285] 所述第1谐振器和所述第3谐振器是同一谐振器,
[0286] 所述送电装置具备通过所述送电控制电路的控制对所述逆变器电路与所述同一谐振器的电连接和所述振荡电路与所述同一谐振器的电连接进行切换的开关,[0287] 所述送电控制电路,
[0288] 在从所述第1送电期间变更为所述异物检测期间时,控制所述开关,从所述逆变器电路与所述同一谐振器的电连接切换为所述振荡电路与所述同一谐振器的电连接,[0289] 在从所述异物检测期间变更为所述第2送电期间时,控制所述开关,从所述振荡电路与所述同一谐振器的电连接切换为所述逆变器电路与所述同一谐振器的电连接。
[0290] 根据上述技术方案,通过使所述第2谐振器和所述第3谐振器为同一谐振器,向所述第2谐振器输送所述第1交流电力的谐振器和向所述第2谐振器输送所述第2交流电力的谐振器成为相同的谐振器,能够削减部件数量。而且,能够实现送电装置的小型化。
[0291] [项目14]一种无线电力传输系统,具备:
[0292] 项目1~13中任一项所述的送电装置;和
[0293] 受电装置。
[0294] [项目15]一种送电装置,其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:
[0295] 第2谐振器,其与所述第1谐振器电磁耦合而将所述第1交流电力输送给所述第1谐振器;
[0296] 第3谐振器,其与所述第1谐振器电磁耦合而将第2交流电力输送给所述第1谐振器;
[0297] 逆变器电路,其使用比所述第1谐振器与所述第2谐振器之间的第1谐振频率f0低的频率f11或比所述第1谐振频率f0高的频率f12生成所述第1交流电力;
[0298] 振荡电路,其使用比所述第1谐振器与所述第3谐振器之间的第2谐振频率fr低的频率f10或比所述第2谐振频率fr高的频率f20生成比所述第1交流电力小的所述第2交流电力;
[0299] 异物检测判定电路,其对所述振荡电路进行指示而使所述振荡电路生成所述频率f10和所述频率f20的任一方的所述第2交流电力,基于根据所述第2交流电力而变化的所述第3谐振器中的物理量,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[0300] 送电控制电路,其对所述逆变器电路进行指示而使所述逆变器电路生成所述频率f11和所述频率f12的任一方的所述第1交流电力,
[0301] 所述送电控制电路,
[0302] 在进行所述第1交流电力的送电之前,设置使所述异物检测判定电路判断是否存在异物的异物检测期间,
[0303] 在所述异物检测期间,使用所述频率f10和所述频率f20的任一方,
[0304] 在使用比所述第2谐振频率fr高的频率f20在所述异物检测期间判断为存在异物的情况下,指示所述逆变器电路使用比所述第1谐振频率f0低的频率f11,或者,[0305] 在使用比所述第2谐振频率fr低的频率f10在所述异物检测期间判断为存在异物的情况下,指示所述逆变器电路使用比所述第1谐振频率f0高的频率f12,开始所述第1交流电力的送电。
[0306] 根据上述项目,
[0307] 在上述第1技术方案中,在从所述第2谐振器向所述第1谐振器输送所述第1交流电力的第1送电期间和作为所述第1送电期间的下一送电期间的第2送电期间之间设置了所述异物检测判定电路的异物检测期间,而在不设置所述第1送电期间而在最初所述异物检测期间后设置所述第1送电期间的情况下,也能够应用本
申请的发明。
[0308] 在所述异物检测期间,使用所述频率f10和所述频率f20的任一方。
[0309] 在所述异物检测期间以所述频率f10进行振荡的情况下,如图5A所示,所述第2谐振器的线圈与所述第3谐振器的线圈之间的中央部A的磁场密,周边部B的磁场疏。
[0310] 由此,在以所述频率f20进行振荡时,在判断为存在异物的情况下,可知异物存在于周边部B。由此,在所述第2送电期间,通过以具有所述中央部A的磁场密而所述周边部B的磁场疏的磁场分布的所述频率f11进行送电,能够在防止异物过热的同时以高效率继续进行送电。
[0311] 在所述异物检测期间,以所述频率f20进行振荡的情况下,如图5B所示,在所述第2谐振器的线圈与所述第3谐振器的线圈之间的周边部B的磁场密,中央部A的磁场疏。
[0312] 由此,在以所述频率f10进行振荡时,在判断为存在异物的情况下,可知异物存在于中央部A。由此,在所述第2送电期间,通过以具有中央部A的磁场疏而周边部B的磁场密的磁场分布的所述频率f12进行送电,能够在防止异物过热的同时以高效率继续进行送电。
[0313] 另外,因为所述送电装置能够仅由1个送电线圈来实现,所以即使是智能手机这种受电线圈为1个的受电装置也能够进行送电,能够实现设置台的面积小的送电装置。
[0314] [项目16]根据项目15所述的送电装置,
[0315] 所述异物检测判定电路测定根据所述第2交流电力而变化的所述第3谐振器中的物理量,在所述变化后的物理量与预定的基准值的差分比预先设定的阈值大时,判断为在所述第1谐振器与所述第3谐振器之间存在异物。
[0316] 根据上述项目,在所述变化后的物理量与预定的基准值的差分比预先设定的阈值大时,判断为在所述第1谐振器与所述第3谐振器之间存在异物。
[0317] 由此,能够容易地判断在所述第1谐振器与所述第3谐振器之间是否存在异物。
[0318] [项目17]根据项目15~16的任一项所述的送电装置,
[0319] 所述异物检测判定电路测定所述第3谐振器中的物理量,基于根据所述测定的物理量而算出的值,判断是否存在所述异物。
[0320] 根据上述项目,基于根据所述测定的物理量而算出的值,判断是否存在所述异物。所述算出的值基于能够高精度地判定异物的式来算出。由此,能够高精度地判断在所述第1谐振器与所述第3谐振器之间是否存在异物。
[0321] [项目18]根据项目15~17中任一项所述的送电装置,
[0322] 所述第3谐振器中的物理量为施加于所述第3谐振器的电压、流经所述第3谐振器的电流、施加于所述第3谐振器的频率、所述第3谐振器的输入阻抗值、或所述第3谐振器的输入电感值。
[0323] 根据上述项目,通过测定所述物理量,能够容易地判断在所述第1谐振器与所述第3谐振器之间是否存在异物。
[0324] [项目19]根据项目15~18中任一项所述的送电装置,
[0325] 所述第1谐振器具有包含线圈以及电容器的并联谐振电路,
[0326] 所述异物检测判定电路,在所述第3谐振器中的物理量为所述第3谐振器的输入电感值的情况下,
[0327] 对所述振荡电路以所述频率f10进行振荡时的所述第3谐振器的输入电感值Lin(f10)和以所述频率f20进行振荡时的所述第3谐振器的输入电感值Lin(f20)进行测定,[0328] 通过式k2=1-Lin(f20)/Lin(f10)算出耦合系数k,基于所述算出的耦合系数k来判断是否存在异物。
[0329] 根据上述项目,
[0330] 通过k2=1-Lin(f20)/Lin(f10)的式来算出耦合系数k,基于所述算出的耦合系数k来判断是否存在异物。
[0331] 若Lin(f20)使用在所述线圈的两端短路的状态时的所述第3谐振器的输入电感值、Lin(f10)使用所述线圈的两端断开的状态时的所述第3谐振器的输入电感值,则能够算出高精度的耦合系数k,能够高精度地判断是否存在异物。
[0332] 在所述受电装置设置包括所述线圈及设于所述线圈的两端的电容器的并联谐振电路。由此,当所述振荡电路以比所述第2谐振频率fr低的所述频率f10进行驱动时,在所述电容器中不流动电流,因此创造出所述线圈的两端实质上断开的状态。另外,当以比所述第2谐振频率fr高的所述频率f20进行驱动时,在所述电容器中流动电流,因此创造出所述线圈的两端短路的状态。
[0333] 由此,通过在所述线圈的两端设置电容器,能够创造出所述线圈的两端实质上断开的状态和所述线圈的两端短路的状态。因此,无需如通常进行的那样,在所述线圈的两端设置短路用开关,并将控制所设的所述短路用开关的控制电路设置于所述受电装置。由此,能够消除通常进行的从所述送电装置发送信号来控制所述短路用开关这种麻烦。其结果,因为使用精度高的所述耦合系数来进行异物检测,所以不会导致成本增加,通过简单的结构,即使所述负载变动也能够高精度地进行异物检测。
[0334] [项目20]根据项目15~19中任一项所述的送电装置,
[0335] 所述第1谐振器具有包含线圈以及电容器的并联谐振电路,
[0336] 所述异物检测判定电路,在所述第3谐振器中的物理量为所述第3谐振器的输入电感值的情况下,
[0337] 对所述振荡电路以所述频率f10进行振荡时的所述第3谐振器的输入电感值Lin(f10)和以所述频率f20进行振荡时的所述第3谐振器的输入电感值Lin(f20)进行测定,[0338] 算出所述Lin(f10)与所述Lin(f20)之比,基于所述算出的比来判断是否存在异物。
[0339] 根据上述项目,
[0340] 算出所测定的所述Lin(f10)与所述Lin(f20)之比,基于所述算出的比来判断是否存在异物。
[0341] 对“基于所述输入电感值Lin(f10)与所述输入电感值Lin(f20)之比”的意思进行说明。
[0342] 算出所述耦合系数k的式2(k2=1-Lin(f20)/Lin(f10)),能够变形为式(Lin(f20)/Lin(f10)=1-k2)。由此,当决定了Lin(f20)/Lin(f10)时,能够唯一地决定耦合系数k。因此,基于所述输入电感值Lin(f10)与所述输入电感值Lin(f20)之比,能够判断在所述第1谐振器与所述第3谐振器之间是否存在异物。
[0343] 为了算出式2的耦合系数k,求出四则运算以外的平方根的算出处理。另一方面,因为所述输入电感值Lin(f10)与所述输入电感值Lin(f20)之比是单纯的除法运算,所以也能够减轻处理的负荷,能够加快计算速度。
[0344] 另外,不需要在所述线圈的两端设置短路用开关,能够消除从所述送电装置发送信号来控制所述短路用开关的麻烦。
[0345] [项目21]根据项目15~20中任一项所述的送电装置,
[0346] 所述第1谐振器具有包含线圈以及电容器的并联谐振电路,
[0347] 所述振荡电路是自励式的振荡电路,并且,在所述第3谐振器中的物理量为所述第3谐振器的输入电感值的情况下,所述振荡电路的振荡频率的平方与所述第3谐振器的输入电感值成反比,
[0348] 所述异物检测判定电路对所述振荡电路进行振荡的所述频率f10以及所述频率f20进行测定,通过式k2=1-f102/f202算出耦合系数k,基于所述算出的耦合系数k来判断是否存在异物。
[0349] 根据上述项目,在所述振荡电路是自励式的振荡电路的情况下,若将所述输入电感值设为L、将所述电容器设为C,则所述自励式的振荡电路的频率f在基于LC谐振原理的振荡电路的情况下,能够由式f=1/(2π×(LC)^(1/2))来表示。因为容量C因电路常数而已知,所以所述输入电感值L与所述振荡电路的频率的平方反比,因此能够将作为所述耦合系数的式的k2=1-Lin(f20)/Lin(f10)替换为式k2=1-f102/f202。由此,不需要由所述测定电路测定所述输入电感的步骤,使用所述振荡电路进行振荡的频率f10以及f20的值即可。由此,因为不需要由所述测定电路测定所述输入电感,所以能够高精度地算出所述耦合系数。此外,对于所述频率f10以及所述频率f20的值,也可以由所述测定电路测定所述第1谐振器的所述频率f10以及所述频率f20。另外,对于其他的振荡电路,也能够应用同样的思路,对于本领域技术人员而言能够容易地进行类推。
[0350] 另外,不需要在所述线圈的两端设置短路用开关,能够消除从所述送电装置发送信号来控制所述短路用开关的麻烦。
[0351] [项目22]根据项目15~21中任一项所述的送电装置,
[0352] 所述第2谐振器和所述第3谐振器是同一谐振器,
[0353] 所述送电装置具备通过所述送电控制电路的控制对所述逆变器电路与所述同一谐振器的电连接和所述振荡电路与所述同一谐振器的电连接进行切换的开关,[0354] 所述送电控制电路,
[0355] 在从所述第1送电期间变更为所述异物检测期间时,控制所述开关,从所述逆变器电路与所述同一谐振器的电连接切换为所述振荡电路与所述同一谐振器的电连接,[0356] 在从所述异物检测期间变更为所述第2送电期间时,控制所述开关,从所述振荡电路与所述同一谐振器的电连接切换为所述逆变器电路与所述同一谐振器的电连接。
[0357] 根据上述项目,通过使所述第2谐振器和所述第3谐振器为同一谐振器,向所述第2谐振器输送所述第1交流电力的谐振器和向所述第2谐振器输送所述第2交流电力的谐振器成为相同的谐振器,能够削减部件数量。而且,能够实现送电装置的小型化。
[0358] [项目23]一种无线电力传输系统,具备:
[0359] 项目15~22中任一项所述的送电装置;和
[0360] 上述受电装置。
[0361] 另外,本发明的另外的技术方案的送电装置、受电装置以及具备送电装置和受电装置的无线电力传输系统具备以下的结构。
[0362] (1)本发明的一技术方案的无线电力传输系统具备:送电电路,其构成为将所输入的直流能量转换成交流能量而输出;第1谐振器,其构成为以频率f0进行谐振,将从所述送电电路输出的所述交流能量送出;第2谐振器,其构成为通过以频率f0以及fr进行谐振而与所述第1谐振器电磁耦合,接受从所述第1谐振器送出的所述交流能量的至少一部分;受电电路,其构成为将所述第2谐振器接受的所述交流能量转换成直流能量而供给到负载;和第3谐振器,其以频率fr进行谐振而与所述第2谐振器电磁耦合。所述送电电路具有:逆变器电路,其具有多个开关,构成为通过所述多个开关的切换来将所输入的直流能量转换成交流能量而输出给所述第1谐振器;送电控制电路,其构成为对所述逆变器电路中的所述多个开关的切换进行控制;振荡电路,其与所述第3谐振器连接,能够以比频率fr低的频率f10和比频率fr高的频率f20的至少一方进行振荡;测定电路,其构成为对根据从所述振荡电路输出的电压而变化的物理量进行测定;以及判定电路,其构成为在所述振荡电路以频率f10进行振荡、且所测定的所述物理量从基准值的变化量比预先设定的阈值大时,指示所述送电控制电路以比频率f0高的频率f21进行送电,在所述振荡电路以频率f20进行振荡、且所述物理量从基准值的变化量比预先设定的阈值大时,指示所述送电控制电路以比频率f0低的频率f11进行送电。
[0363] (2)在某实施方式中,所述送电控制电路构成为使所述振荡电路以频率f10和f20这两方进行振荡,所述判定电路构成为在所述振荡电路以频率f10进行振荡时的所述物理量从所述基准值的变化量比所述阈值大、且比所述振荡电路以频率f20进行振荡时的所述物理量从所述基准值的变化量大时,指示所述送电控制电路以频率f21进行送电,在所述振荡电路以频率f20进行振荡时的所述物理量从所述基准值的变化量比所述阈值大、且比所述振荡电路以频率f10进行振荡时的所述物理量从所述基准值的变化量大时,指示所述送电控制电路以频率f11进行送电。
[0364] (3)在某实施方式中,所述判定电路构成为在所述振荡电路以频率f10和f20的至少一方进行振荡时的所述物理量从所述基准值的变化量比所述阈值大时,输出表示异物接近所述第3谐振器或所述第2谐振器的信息。
[0365] (4)在某实施方式中,所述判定电路构成为基于所述振荡电路以比频率fr低的频率f10进行振荡时的所述第3谐振器的输入电感值Lin(f10)与以比频率fr高的频率f20进行振荡时的所述第3谐振器的输入电感值Lin(f20)之比来判定有无异物。
[0366] (5)在某实施方式中,所述判定电路构成为基于通过式k2=1-Lin(f20)/Lin(f10)或基于所述式的修正式而算出的耦合系数k来判定有无异物。
[0367] (6)在某实施方式中,所述振荡电路是自励式的振荡电路,并且构成为使所述第3谐振器的输入电感值与所述振荡电路的振荡频率的平方成反比,所述判定电路构成为基于通过式k2=1-f102/f202或基于所述式的修正式而算出的耦合系数k来判定有无异物。
[0368] (7)在某实施方式中,所述第1谐振器以及所述第3谐振器由1个谐振器构成。所述无线电力传输系统还具备:开关,其连接在所述振荡电路与所述谐振器之间;和控制电路,其构成为在异物检测模式下使所述开关接通,在送电模式下使所述开关断开。
[0369] (8)本发明的另一技术方案的无线电力传输系统具备:送电电路,其构成为将所输入的直流能量转换成交流能量而输出;第1谐振器,其构成为以频率f0进行谐振,将从所述送电电路输出的所述交流能量送出;第2谐振器,其构成为通过以频率f0以及fr进行谐振而与所述第1谐振器电磁耦合,接受从所述第1谐振器送出的所述交流能量的至少一部分;受电电路,其构成为将所述第2谐振器接受的所述交流能量转换成直流能量而供给到负载;和第3谐振器,其以频率fr进行谐振而与所述第2谐振器电磁耦合。所述送电电路具有:逆变器电路,其具有多个开关,构成为通过所述多个开关的切换来将所输入的直流能量转换成交流能量而输出给所述第1谐振器;振荡电路,其与所述第3谐振器连接,输出包含交流成分的电压;测定电路,其构成为对根据从所述振荡电路输出的所述电压而变化的物理量进行测定;判定电路,其构成为基于所测定的所述物理量从基准值的变化量来判定有无异物;以及送电控制电路,其构成为在送电中,控制从所述逆变器电路输出的电压的频率和所述电压的占空比的至少一方,将与所述频率和所述占空比的至少一方相关的控制参数记录于存储器,在进行了所述判定电路的判定处理之后再次开始送电时,使用基于所述判定处理的结果而决定的所述控制参数,控制所述逆变器电路。
[0370] (9)在某实施方式中,所述送电控制电路构成为在由所述判定电路未检测到异物时,使用所述存储器所记录的所述控制参数,控制所述逆变器电路。
[0371] (10)在某实施方式中,所述判定电路构成为在所述振荡电路以比频率fr低的频率f10进行振荡时判定为有所述异物时,指示所述送电控制电路以比频率f0高的频率f21进行送电。
[0372] (11)在某实施方式中,所述判定电路构成为在所述振荡电路以比频率fr高的频率f20进行振荡时判定为有所述异物时,指示所述送电控制电路以比频率f0低的频率f11进行送电。
[0373] (12)在某实施方式中,所述判定电路构成为在所述振荡电路以频率f10进行振荡且所测定的所述物理量从基准值的变化量比预先设定的阈值大时,指示所述送电控制电路以比频率f0高的频率f21进行送电,在所述振荡电路以频率f20进行振荡、且所述物理量从基准值的变化量比预先设定的阈值大时,指示所述送电控制电路以比频率f0低的频率f11进行送电。
[0374] (13)在某实施方式中,所述判定电路构成为基于所述振荡电路进行振荡时的所述第3谐振器的输入电感值来判定有无异物。
[0375] (14)在某实施方式中,所述判定电路构成为基于所述振荡电路以比频率fr低的频率f10进行振荡时的所述第3谐振器的输入电感值Lin(f10)与以比频率fr高的频率f20进行振荡时的所述第3谐振器的输入电感值Lin(f20)之比来判定有无异物。
[0376] (15)在某实施方式中,所述判定电路构成为基于通过式k2=1-Lin(f20)/Lin(f10)或基于所述式的修正式而算出的耦合系数k来判定有无异物。
[0377] (16)在某实施方式中,所述振荡电路是自励式的振荡电路,并且构成为使所述第3谐振器的输入电感值与所述振荡电路的振荡频率的平方成反比,所述判定电路构成为基于通过式k2=1-f102/f202或基于所述式的修正式而算出的耦合系数k来判定有无异物。
[0378] (17)在某实施方式中,所述送电控制电路构成为在所述判定电路判定为无异物而所述耦合系数k与设计值的差分为预定的阈值以上时,使用对所述存储器所记录的所述控制参数进行了修正后的控制参数来开始送电。
[0379] (18)在某实施方式中,所述第1谐振器以及所述第3谐振器由1个谐振器构成。所述送电装置还具备:开关,其连接在所述振荡电路与所述谐振器之间;和控制电路,其构成为在异物检测模式下使所述开关接通,在送电模式下使所述开关断开。
[0380] (19)本发明的另一技术方案的送电装置具备:送电电路,其构成为将所输入的直流能量转换成交流能量而输出;第1谐振器,其构成为以频率f0进行谐振,将从所述送电电路输出的所述交流能量送出;和第3谐振器,其以频率fr进行谐振而与搭载于受电装置的第2谐振器电磁耦合。所述送电电路具有:逆变器电路,其具有多个开关,构成为通过所述多个开关的切换来将所输入的直流能量转换成交流能量而输出给所述第1谐振器;送电控制电路,其构成为对所述逆变器电路中的所述多个开关的切换进行控制;振荡电路,其与所述第
3谐振器连接,能够以比频率fr低的频率f10和比频率fr高的频率f20的至少一方进行振荡;
测定电路,其构成为对根据从所述振荡电路输出的电压而变化的物理量进行测定;以及判定电路,其构成为在所述振荡电路以频率f10进行振荡、且所测定的所述物理量从基准值的变化量比预先设定的阈值大时,指示所述送电控制电路以比频率f0高的频率f21进行送电,在所述振荡电路以频率f20进行振荡、且所述物理量从基准值的变化量比预先设定的阈值大时,指示所述送电控制电路以比频率f0低的频率f11进行送电。
[0381] (20)本发明的另一技术方案的送电装置具备:送电电路,其构成为将所输入的直流能量转换成交流能量而输出;第1谐振器,其构成为以频率f0进行谐振,将从所述送电电路输出的所述交流能量送出;和第3谐振器,其以频率fr进行谐振而与搭载于受电装置的第2谐振器电磁耦合。所述送电电路具有:逆变器电路,其具有多个开关,构成为通过所述多个开关的切换来将所输入的直流能量转换成交流能量而输出给所述第1谐振器;振荡电路,其与所述第3谐振器连接,输出包含交流成分的电压;测定电路,其构成为对根据从所述振荡电路输出的所述电压而变化的物理量进行测定;判定电路,其构成为基于所测定的所述物理量从基准值的变化量来判定有无异物;以及送电控制电路,其构成为在送电中,控制从所述逆变器电路输出的电压的频率和所述电压的输出时间比的至少一方,将与所述频率和所述输出时间比的至少一方相关的控制参数记录于存储器,在进行了所述判定电路的判定处理之后再次开始送电时,使用基于所述判定处理的结果而决定的所述控制参数,控制所述逆变器电路。
[0382] (21)本发明的另一技术方案的无线电力传输系统具备:送电电路,其构成为将所输入的直流能量转换成交流能量而输出;第1谐振器,其构成为以频率f0以及fr进行谐振,将从所述送电电路输出的所述交流能量送出;第2谐振器,其构成为通过以频率f0进行谐振而与所述第1谐振器电磁耦合,接受从所述第1谐振器送出的所述交流能量的至少一部分;受电电路,其构成为将所述第2谐振器接受的所述交流能量转换成直流能量而供给到负载;
和第3谐振器,其以频率fr进行谐振而与所述第1谐振器进行电磁耦合。所述送电电路具有:
逆变器电路,其具有多个开关,构成为通过所述多个开关的切换来将所输入的直流能量转换成交流能量而输出给所述第1谐振器;送电控制电路,其构成为对所述逆变器电路中的所述多个开关的切换进行控制。所述受电电路具有:振荡电路,其与所述第3谐振器连接,能够以比频率fr低的频率f10和比频率fr高的频率f20的至少一方进行振荡;测定电路,其构成为对根据从所述振荡电路输出的电压而变化的物理量进行测定;以及判定电路,其构成为在所述振荡电路以频率f10进行振荡、且所测定的所述物理量从基准值的变化量比预先设定的阈值大时,指示所述送电控制电路以比频率f0高的频率f21进行送电,在所述振荡电路以频率f20进行振荡、且所述物理量从基准值的变化量比预先设定的阈值大时,指示所述送电控制电路以比频率f0低的频率f11进行送电。
[0383] (22)本发明的另一技术方案的无线电力传输系统具备:送电电路,其构成为将所输入的直流能量转换成交流能量而输出;第1谐振器,其构成为以频率f0以及fr进行谐振,将从所述送电电路输出的所述交流能量送出;第2谐振器,其构成为通过以频率f0进行谐振而与所述第1谐振器电磁耦合,接受从所述第1谐振器送出的所述交流能量的至少一部分;受电电路,其构成为将所述第2谐振器接受的所述交流能量转换成直流能量而供给到负载;
和第3谐振器,其以频率fr进行谐振而与所述第1谐振器电磁耦合。所述受电电路具有:测定电路,其构成为对根据从所述振荡电路输出的所述电压而变化的物理量进行测定;判定电路,其构成为基于所测定的所述物理量从基准值的变化量来判定有无异物。所述送电电路具有:逆变器电路,其具有多个开关,构成为通过所述多个开关的切换来将所输入的直流能量转换成交流能量而输出给所述第1谐振器;振荡电路,其与所述第3谐振器连接,输出包含交流成分的电压;以及送电控制电路,其构成为在送电中,控制从所述逆变器电路输出的电压的频率和所述电压的输出时间比的至少一方,将与所述频率和所述输出时间比的至少一方相关的控制参数记录于存储器,在进行了所述判定电路的判定处理之后再次开始送电时,使用基于所述判定处理的结果而决定的所述控制参数,控制所述逆变器电路。
[0384] (23)本发明的另一技术方案的受电装置具备:第2谐振器,其构成为通过以频率f0进行谐振而与搭载于送电装置的第1谐振器电磁耦合,接受从第1谐振器送出的交流能量的至少一部分;受电电路,其构成为将所述第2谐振器接受的所述交流能量转换成直流能量而供给到负载;和第3谐振器,其构成为以频率fr进行谐振而与所述第1谐振器电磁耦合。所述受电电路具备:振荡电路,其与所述第3谐振器连接,能够以比频率fr低的频率f10和比频率fr高的频率f20的至少一方进行振荡;测定电路,其构成为对根据从所述振荡电路输出的电压而变化的物理量进行测定;和判定电路,其构成为在所述振荡电路以频率f10进行振荡、且所测定的所述物理量从基准值的变化量比预先设定的阈值大时,指示所述送电控制电路以比频率f0高的频率f21进行送电,在所述振荡电路以频率f20进行振荡、且所述物理量从基准值的变化量比预先设定的阈值大时,指示所述送电装置以比频率f0低的频率f11进行送电。