送電裝置以及無線電力傳輸系統的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及以無線方式傳輸電力的送電裝置以及無線電力傳輸系統。
【背景技術】
[0002] 近年來，便攜電話、電動汽車等伴有移動性的電子設備、EV設備得到普及。以這種 設備為對象的無線電力傳輸系統正在進行開發。對于無線電力傳輸技術而言，存在電磁感 應方式、磁場共振方式（諧振磁場親合方式）、以及電場親合方式等方式。
[0003] 電磁感應方式以及磁場共振方式的無線電力傳輸系統具備：具有送電線圈的送電 裝置、和具有受電線圈的受電裝置。通過受電線圈對由送電線圈產生的磁場進行補充，能夠 不使電極直接接觸而傳輸電力。磁場共振方式的無線電力傳輸系統例如在專利文獻1中得 到公開。
[0004] 現有技術文獻
[0005] 專利文獻1 :日本特開2009-33782號公報

【發明內容】

[0006] 但是，對于所述以往技術而言，要求了在送電開始后也能夠實現精度高的異物檢 測的無線電力傳輸系統的送電裝置。
[0007] 本發明的一技術方案的送電裝置，以非接觸方式對具備第1諧振器和受電電路的 受電裝置輸送第1交流電力，所述第1諧振器接受所述第1交流電力，所述受電電路將所述 第1諧振器接受的所述第1交流電力轉換成第1直流電力而供給到負載，所述送電裝置具 備：
[0008] 逆變器電路，其生成所述第1交流電力并經由第2諧振器輸送所述第1交流電力；
[0009] 振蕩電路，其生成比所述第1交流電力小的第2交流電力并經由第3諧振器輸送 所述第2交流電力；
[0010] 異物檢測判定電路，其基于根據所述第2交流電力而變化的所述第3諧振器的物 理量，判斷在所述第1諧振器與所述第3諧振器之間是否存在異物；以及
[0011] 送電控制電路，其控制所述送電裝置，
[0012] 所述送電控制電路，
[0013] 在所述第1交流電力的送電開始前，使所述異物檢測判定電路執行一系列的多個 處理而判斷了是否存在異物之后，使所述逆變器電路開始所述第1交流電力的送電，
[0014] 在所述第1交流電力的送電開始后，使進行異物檢測的異物檢測期間和進行所述 第1交流電力的送電的送電期間反復，所述一系列的多個處理被分割到所述反復的多個異 物檢測期間來執行，
[0015] 使所述異物檢測判定電路使用所述多個異物檢測期間分割執行所述一系列的多 個處理，判斷是否存在異物。
[0016] 此外，這些總括性或具體的技術方案可以由系統、方法、集成電路、計算機程序、或 者記錄介質來實現。或者，也可以通過系統、裝置、方法、集成電路、計算機程序以及記錄介 質的任意組合來實現。
[0017] 根據本發明的一技術方案，能夠提供一種在送電開始后也能夠實現精度高的異物 檢測的無線電力傳輸系統的送電裝置。
【附圖說明】
[0018] 圖1是表示無線電力傳輸系統的動作的概要的圖。
[0019] 圖2是用于說明延遲期間以及基于該延遲期間的受電裝置的動作的圖。
[0020] 圖3是表示受電裝置的動作的例子的流程圖。
[0021] 圖4是用于說明本發明中的分割開的一系列多個處理的例子的圖。
[0022] 圖5是表示本發明的異物檢測動作的另一方式的圖。
[0023] 圖6是表示本發明的實施方式中的送電停止期間的縮短化的效果的一例的圖。
[0024] 圖7是表示本發明的實施方式1中的無線電力傳輸系統的概略構成的圖。
[0025] 圖8是表示實施方式1中的送電電路的更詳細構成的圖。
[0026] 圖9是表示振蕩電路的構成例的圖。
[0027] 圖10是用于說明充電和異物檢測的定時（timing)的圖。
[0028] 圖11是用于說明異物檢測所使用的耦合系數推定方法的工作原理的圖。
[0029] 圖12是表示送電裝置100以及受電裝置200的具體的電路構成例的圖。
[0030] 圖13是表示基于耦合系數的異物檢測處理的流程的流程圖。
[0031] 圖14是表不異物檢測處理的另一例的流程圖。
[0032] 圖15是表示閾值的設定方法的第1例的圖。
[0033] 圖16是表示閾值的設定方法的第2例的圖。
[0034] 圖17是表示閾值的設定方法的第3例的圖。
[0035] 圖18是表示閾值的設定方法的第4例的圖。
[0036] 圖19是用于說明實施方式1中的處理分割的第1例的圖。
[0037] 圖20A是表示對于評價用終端7機型而在有鋁異物的情況和無鋁異物的情況下分 別測定了耦合系數和輸入電感值的結果的圖。
[0038] 圖20B是表示對于評價用終端7機型而在有鐵異物的情況和無鐵異物的情況下分 別測定了耦合系數和線圈端電壓的結果的圖。
[0039] 圖21是用于說明實施方式1中的處理分割的第2例的圖。
[0040] 圖22是用于說明實施方式1中的處理分割的第3例的圖。
[0041] 圖23是用于說明實施方式1中的處理分割的第4例的圖。
[0042] 圖24是用于說明實施方式1中的處理分割的第5例的圖。
[0043] 圖25是表示實施方式1中的處理分割的第5例的變形例的圖。
[0044] 圖26是用于說明實施方式1中的處理分割的第6例的圖。
[0045] 圖27是表示實施方式2中的無線電力傳輸系統的構成的圖。
[0046] 圖28是表示實施方式2中的送電電路的詳細構成的圖。
[0047] 圖29是表示實施方式2中的切換開關1002的構成的圖。
[0048] 圖30是表示使用評價用終端7機型對有無異物進行了判斷的檢測結果的第1圖。
[0049] 圖31是表示使用評價用終端7機型對有無異物進行了判斷的檢測結果的第2圖。
[0050] 圖32是表示使用評價用終端7機型對有無異物進行了判斷的檢測結果的第3圖。
[0051] 附圖標記說明
[0052] 100送電裝置
[0053] 200受電裝置
[0054] 1000送電電路
[0055] 1001逆變器電路
[0056] 1002切換開關
[0057] 1003振蕩電路
[0058] 1004異物檢測電路
[0059] 1005接收電路
[0060] 1006測定電路
[0061] 1007判定電路
[0062] 1008異物檢測判定電路
[0063] 1010送受電諧振器對
[0064] IOlOa送電諧振器
[0065] IOlOb受電諧振器
[0066] 1011檢測諧振器
[0067] 1020受電電路
[0068] 1021整流電路
[0069] 1022輸出檢測電路
[0070] 1023發送電路
[0071] 1030 直流（DC)電源
[0072] 1040 負載
[0073] 1050 異物
[0074] 1070顯示元件
[0075] 1090控制電路
[0076] 1091送電控制單元
[0077] 1092切換開關控制單元
[0078] 1093存儲器（結果保存單元）
[0079] 1094振蕩控制單元
[0080] 1095定時控制單元
【具體實施方式】
[0081] (成為本發明的基礎的見解）
[0082] 本發明人對于在"【背景技術】"一欄中記載的無線電力傳輸系統中的送電裝置，發現 了會產生以下的問題。
[0083] 首先，對"異物"的定義進行說明。在本發明中，"異物"是指在位于無線電力傳輸 系統中的送電線圈（或異物檢測用的線圈）或受電線圈的附近時，因送電線圈與受電線圈 之間傳輸的電力而發熱的金屬以及人體（動物）等物體。
[0084] 接著，對送電裝置的動作進行說明。對于送電裝置，首先，當送電裝置的電源開關 接通時，進行送電裝置的送電線圈與受電裝置的受電線圈的位置對準。"位置對準"是指對 送電裝置中的送電諧振器（包含送電線圈）與受電裝置中的受電諧振器（包含受電線圈） 是否處于適于電力傳輸的配置關系進行檢測的動作。當送電線圈與受電線圈的位置對準完 成時，進行判斷在送電線圈與受電線圈之間是否存在異物的異物檢測。異物檢測例如能夠 通過對施加于送電線圈的電壓等物理量的變化進行檢測來進行。當判斷為在送電線圈與受 電線圈之間不存在異物時，從送電線圈向受電線圈以非接觸方式輸送交流電力。
[0085] 但是，即使在判斷為在送電線圈與受電線圈之間不存在異物之后，在送電期間也 有異物進入線圈之間的可能。例如，設想送電裝置是設置于車輛內部的充電座，受電裝置搭 載于智能手機、平板終端、便攜電話等能夠進行非接觸充電的設備（受電終端）的情況。在 這種情況下，由于移動中的車體的振動，在充電中的送電線圈與受電線圈之間有可能會有 硬幣等異物進入。如此，若異物進入到送電線圈與受電線圈之間，則在異物產生渦電流，有 可能會導致異物過熱。
[0086] 因此，本發明人研究了如下情況：為了防止上述那樣的異物的過熱，在送電裝置開 始了送電之后，使進行異物檢測的異物檢測期間和進行送電的送電期間反復，進行監視以 使異物不會過熱。
[0087] 圖1是表示本發明人研究的無線電力傳輸系統的動作的概要的圖。在該系統中， 送電裝置首先進行異物檢測，在判斷為無異物之后，開始送電（初始檢測以及初始送電）。 在送電開始后，當經過一定的時間（例如數秒）時，送電裝置停止送電，再次進行異物檢測。 以后，反復進行送電和異物檢測。通過這樣的動作，能夠一邊繼續送電一邊監視異物的進 入。
[0088] 另一方面，在專利文獻1中公開了使用一個送電線圈和一個受電線圈，基于送電 線圈的感應電壓的波形來檢測異物的系統。該系統中的送電裝置在送電開始前使用與送電 頻率不同的頻率來檢測異物。另一方面，在送電中，使用與送電頻率相同的頻率，一邊進行 送電一邊定期地檢測異物。
[0089] 關于送電中的異物檢測，具體而言，在一次異物檢測期間進行如下動作。即，送電 裝置測定一次與送電頻率相同的頻率的電壓波形，算出上述電壓波形的脈沖寬度，基于脈 沖寬度離基準值的變化量，判斷是否存在異物。
[0090] 如此，專利文獻1的送電裝置在一次異物檢測期間，進行測定處理、算出處理以及 判斷處理的一系列的多個處理。
[0091] 然而，本發明人發現了在專利文獻1所公開的異物檢測方法中會產生下面的問 題。
[0092] 專利文獻1中的送電裝置，在送電中使用與送電頻率相同的頻率來進行異物檢 測。通常而言，送電時的電力與異物檢測時的電力相比非常大。例如，送電時的電力為異物 檢測時的電力的約100倍~約1000倍。由此，在專利文獻1的系統中，相對于送電時的電 壓振幅的變動，因存在異物而導致的電壓振幅的變動較小。因此，SN比不足夠大，難以高精 度地進行異物檢測。進而，在專利文獻1的系統中，因為在送電中使用與送電頻率相同的頻 率進行了異物檢測，所以受到送電的影響，異物檢測的精度變低。
[0093] 因此，為了解決上述問題，考慮設置與送電線圈不同的異物檢測線圈，與送電開始 前同樣，在送電中以與送電頻率不同的頻率來進行異物檢測。
[0094] 但是，該情況下，因送電中的電力產生的多個高次諧波等對異物檢測線圈造成影 響，使噪聲混入到異物檢測線圈。由此，即使設置異物檢測線圈，也難以在送電中高精度地 進行異物檢測。
[0095] 在專利文獻1中，也存在如下的問題：對于一次異物檢測而言，對一個物理量（電 壓）的波形僅測定一次，因此難以高精度地進行異物檢測。即，對于異物而言，存在各種材 質、形狀的異物，而通過專利文獻1的方法，無法檢測各種材質、形狀的異物。
[0096] 為了高精度地進行該各種異物的檢測，例如要求進行一系列的多個處理，該一系 列的多個處理包括：對一個以上的物理量（例如，施加于送電線圈的電壓、頻率等）測定多 次的處理（測定處理）；基于多次測定而得到的物理量來算出用于判斷有無異物的指標值 (例如，耦合系數等）的處理（算出處理）；以及判斷是否存在異物的處理（判斷處理）。在 此，"物理量"是指施加于送電線圈的電壓、流經送電線圈的電流、施加于送電線圈的頻率、 送電線圈的輸入阻抗值、或送電線圈的輸入電感值等與線圈相關的具有電氣單位的量。進 而，異物檢測為了避免送電的影響而要求使送電停止來進行。
[0097] 另一方面，在進行上述的一系列的多個處理的情況下，會產生一次的異物檢測期 間變長的問題。如果將一次的異物檢測期間設定為長并在其中進行很多處理，則也能夠進 行精度高的異物檢測。但是，對一次的異物檢測期間分配長時間而使送電長時間停止并不 優選。當異物檢測期間的長度相對于送電期間的長度的比例大時，送電效率降低。例如，在 送電裝置是無線充電器的情況下，從開始送電到受電裝置的負載（例如二次電池）完成充 電需花費時間。
[0098] 如此，本發明人發現了 ：為了以比專利文獻1所公開的異物檢測方法高的精度進 行異物檢測，進行一系列的多個處理并且分割異物檢測期間和送電期間是有效的。但是，如 此一來，發現會產生如下問題：進行異物檢測的時間（送電停止時間）相對于進行送電的送 電時間的比例變大，送電效率降低。
[0099] 特別是在受電裝置為智能手機的情況下，各制造商對從送電停止開始到使用受電 裝置的通知部（例如燈）通知送電的停止為止的期間（稱為延遲期間。）的長度進行了設 定。延遲期間的長度因制造商以及機型而異。該長度例如能夠設定為5毫秒~10毫秒左 右的長度。
[0100] 圖2是用于說明對受電裝置設定的延遲期間以及基于該延遲期間的受電裝置的 動作的圖。圖2(a)示出了延遲期間的長度TA1。圖2(b)示出了送電停止時間Tl比延遲期 間的長度TAl長時的例子。圖2(c)示出了送電停止時間TSl比延遲期間的長度TAl短時 的例子。
[0101] 如圖2(b)所示，當送電（即充電）停止的時間Tl (送電停止時間）超過延遲期間 的長度TAl時，智能手機的受電模塊使智能手機中的點亮的燈（表示處于充電中的燈）熄 滅。在送電的停止超出了延遲期間TAl的長度之后，異物檢測結束，當再次開始送電時，受 電模塊使表示處于充電中的燈再次點亮。
[0102] 另一方面，如圖2(c)所示，在送電停止時間TSl為延遲期間的長度TAl以下的情 況下，受電模塊將燈維持點亮狀態。在經過送電停止時間TSl之后，當再次開始送電時，受 電模塊維持燈點亮而再次開始受電。
[0103] 圖3是表示受電裝置的上述動作的流程圖。受電裝置在步驟S301中感知到受電 時，進入步驟S302,使充電指示器（例如上述的燈）點亮。接著，在步驟S303中感知到受電 停止時，進入步驟S304,每隔一定時間判斷是否感知到受電。在此判斷為"是"的情況下，進 入步驟S305,受電裝置再次開始受電。在判斷為"否"的情況下，進入步驟S306,受電裝置判 斷從感知到受電停止起是否經過了延遲期間。在此判斷為"是"的情況下，進入步驟S307， 受電裝置使充電指示器熄滅。在判斷為"否"的情況下，返回到步驟S304,再次判斷是否感 知到受電。
[0104] 此外，充電指示器的點亮動作以及熄滅動作可以未必由受電裝置直接進行。例如， 受電裝置也可以向受電模塊所搭載的受電終端僅發出點亮或熄滅的命令，實際的點亮或熄 滅由受電終端來進行。
[0105] 在對進行以上所述的動作的受電裝置應用了使異物檢測期間和送電期間反復的 充電方法的情況下，若異物檢測期間長，則充電指示器反復閃爍。特別是在車載用的充電系 統中，若在運轉中智能手機的燈反復點亮和熄滅（閃爍），則有可能會奪走用戶的注意力。
[0106] 對以上所述進行總結，在送電裝置開始了送電之后，在使進行異物檢測的異物檢 測期間和進行送電的送電期間反復時，為了進行高精度的異物檢測，需要如上所述進行一 系列的多個處理。但是，為了進行一系列的多個處理的全部處理，可知需要使送電停止時間 延長。本發明人由此發現了會產生送電效率降低、在運轉中燈閃爍而有可能會奪走用戶的 注意力的問題。
[0107] 因此，希望有一種送電裝置，在送電裝置開始了送電之后，在使異物檢測期間和 送電期間反復時，縮短送電停止時間而防止送電效率降低，同時在送電開始后也能夠實現 高精度的異物檢測。進而，希望有一種縮短送電停止時間而維持表示處于充電中的指示器 (例如燈）的點亮的送電裝置。
[0108] 根據以上的考察，本發明人想到了以下所公開的各技術方案。
[0109] 本發明的一技術方案的送電裝置，以非接觸方式對具備第1諧振器和受電電路的 受電裝置輸送第1交流電力，所述第1諧振器接受所述第1交流電力，所述受電電路將所述 第1諧振器接受的所述第1交流電力轉換成第1直流電力而供給到負載，所述送電裝置具 備：
[0110] 逆變器電路，其生成所述第