CN102782984A - 非接触送电装置、非接触受电装置以及非接触充电系统 - Google Patents

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CN102782984A CN2011800116479A CN201180011647A CN102782984A CN 102782984 A CN102782984 A CN 102782984A CN 2011800116479 A CN2011800116479 A CN 2011800116479A CN 201180011647 A CN201180011647 A CN 201180011647A CN 102782984 A CN102782984 A CN 102782984A
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井坂笃
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加田恭平
金久保圭秀
长竹洋平
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Abstract

非接触送电装置(10)具备：初级线圈(L1)，其能够与非接触受电装置(20)的次级线圈(L2)电磁耦合；第一温度传感器(17)，其检测初级线圈周围的温度；第二温度传感器(18)，其检测与第一温度传感器(17)不同的位置处的温度；以及控制部(14)。该控制部(14)判断由上述第一温度传感器(17)检测出的初级线圈周围的温度减去由上述第二温度传感器(18)检测出的温度而得到的值是否超过预先决定的阈值，在进行减法运算而得到的上述值超过上述阈值时，停止对初级线圈(L1)供电。

Description

非接触送电装置、非接触受电装置以及非接触充电系统
技术领域
本发明涉及一种利用电磁感应来以非接触的方式进行设备间的电力传送的非接触送电装置、非接触受电装置以及非接触充电系统。
背景技术
近年来,这种非接触送电装置作为能够以非接触方式对内置于便携式电话、数字照相机等便携式设备的二次电池(电池)进行充电的装置而广为所知。在这种便携式设备和与该便携式设备对应的充电器(送电装置)中分别具备接收和授予用于充电的电力的线圈。并且,通过这两个线圈间的电磁感应从充电器向便携式设备传送交流电力。在便携式设备中,该交流电力被转换为直流电力,由此对作为便携式设备的电源的二次电池进行充电。
当通过这种非接触充电来进行电力传送时,从电力传送用线圈产生高频磁通。如果在电力传送用线圈附近存在金属异物,则存在以下问题：由高频磁通产生的涡电流流过金属异物,金属异物发热而对送电装置造成影响。因此,想出了一种用于检测存在于线圈附近的金属异物的方法(例如专利文献1和专利文献2)。例如,以往的送电装置检测由于金属异物而被加热的送电装置的温度是否超过预先决定的阈值,在送电装置受到热的影响之前停止充电。
专利文献1：日本特开2003-153457号公报
专利文献2：日本特开2009-022126号公报
发明内容
发明要解决的问题
然而，以往的温度检测没有与使用环境的温度变化相对应。例如在冬季那样的寒冷的环境中，由于环境温度低，正常时的线圈附近温度与阈值之差变大。在这种情况下，由于存在金属异物而升高的线圈附近温度难以超过阈值，充电难以被停止。即，由于使用环境而导致金属异物的检测精度不足，不能恰当地切断电流。在这种情况下，涡电流流过金属异物，传送电力受损。
本发明的目的在于提供一种能够不受使用环境影响地检测金属异物的非接触送电装置、非接触受电装置以及非接触充电系统。
用于解决问题的方案
本发明的一个侧面提供一种以非接触的方式对非接触受电装置供给电力的非接触送电装置。该非接触送电装置具备：初级线圈，其产生交变磁通，能够通过上述交变磁通与非接触受电装置的次级线圈电磁耦合；第一温度传感器，其检测初级线圈周围的温度；第二温度传感器，其检测与上述第一温度传感器不同的位置处的温度；以及控制部，其判断由上述第一温度传感器检测出的初级线圈周围的温度减去由上述第二温度传感器检测出的温度而得到的值是否超过预先决定的阈值，在进行减法运算而得到的上述值超过上述阈值时，停止对初级线圈供电或者通知异常。
本发明的另一个侧面提供一种以非接触的方式从非接触送电装置的初级线圈接收电力，并将接收到的电力供给至负载的非接触受电装置。该非接触受电装置具备：次级线圈，其能够通过由非接触送电装置的初级线圈产生的交变磁通而与上述初级线圈电磁耦合；第一温度传感器，其检测次级线圈周围的温度；第二温度传感器，其检测与上述第一温度传感器不同的位置处的温度；以及控制部，其判断由上述第一温度传感器检测出的次级线圈周围的温度减去由上述第二温度传感器检测出的温度而得到的值是否超过预先决定的阈值，在进行减法运算而得到的上述值超过上述阈值时，通知异常。
本发明的另一个侧面提供一种非接触充电系统，具备：非接触送电装置，其具有产生交变磁通的初级线圈；以及非接触受电装置，其具备能够通过由上述初级线圈产生的交变磁通而与上述初级线圈电磁耦合的次级线圈，且通过上述次级线圈接收电力。该非接触充电系统具备：第一温度传感器，其检测初级线圈周围的温度；第二温度传感器，其检测与上述第一温度传感器不同的位置处的温度；以及控制部，其判断由上述第一温度传感器检测出的周围的温度减去由上述第二温度传感器检测出的温度而得到的值是否超过预先决定的阈值，在进行减法运算而得到的上述值超过上述阈值时，停止对上述初级线圈供电或者通知异常。
在一例中，上述第二温度传感器被磁屏蔽材料覆盖。
在一例中，上述非接触送电装置具备上述第一温度传感器和上述第二温度传感器。
在一例中，上述第二温度传感器在与上述第一温度传感器不同的位置处检测上述非接触送电装置的外部的环境温度。在一例中，上述第二温度传感器在与上述初级线圈相分离的位置处检测上述非接触送电装置的外部的环境温度。
在一例中，上述第一温度传感器检测电磁耦合空间的温度。在一例中，以如下方式决定上述第一温度传感器和上述第二温度传感器的位置：响应于上述初级线圈附近的金属异物由于上述交变磁通而发热，由上述第一温度传感器检测出的上述初级线圈周围的温度升高且由上述第二温度传感器检测出的上述环境温度实质上不发生变化。
发明的效果
根据本发明，能够不受使用环境影响地检测金属异物。
附图说明
图1是非接触充电系统的框图。
图2是表示存在金属异物时的初级线圈周边的温度和环境温度的温度变化的时序图。
具体实施方式
下面,说明本发明的实施方式所涉及的非接触送电装置和非接触充电系统。如图1所示,非接触充电系统100具备非接触送电装置10和非接触受电装置20。
首先,说明非接触送电装置10。非接触送电装置10具备稳压电路11、送电部12、初级线圈L1、电压检测电路13以及一次侧控制部14。另外，为了检测金属异物，非接触送电装置10还具备第一温度检测电路15、第二温度检测电路16、第一热敏电阻17以及第二热敏电阻18。
稳压电路11使从外部电源E供给的输入电力的电压稳定。稳压电路11上连接有送电部12。送电部12在送电时生成规定频率的交流电力。送电部12在发送通信信号时生成与所发送的通信信号相应的频率的交流电力。例如，送电部12与通信信号的逻辑“1”相对应地生成频率f1的交流电力，与通信信号的逻辑“0”相对应地生成频率f2的交流电力。送电部12将用于送电的交流电力或者用于发送信号的交流电力供给至初级线圈L1。
初级线圈L1被供给交流电力，由此产生交变磁通。初级线圈L1与次级线圈L2电磁耦合来传送电力。该交变磁通具有与交流电力的频率相应的频率。电压检测电路13检测初级线圈L1的感应电压。电压检测电路13与一次侧控制部14相连接。电压检测电路13将与检测出的感应电动势(电压)相对应的检测信号提供至一次侧控制部14。有时将初级线圈L1称为送电线圈，将次级线圈L2称为受电线圈。
一次侧控制部14以具有中央运算处理装置(CPU)和存储装置(非易失性存储器(ROM)、易失性存储器(RAM)等)的微计算机、系统LS1为中心来构成。并且，一次侧控制部14根据存储器中存储的各种数据和程序来执行送电部12的振荡控制等各种控制。
一次侧控制部14与送电部12相连接。在非接触送电装置10对非接触受电装置20发送通信信号时，一次侧控制部14向送电部12提供要发送的通信信号(或者与要发送的通信信号相应的频率)，使送电部12生成与要发送的通信信号相应的频率的交流电力。
一次侧控制部14从电压检测电路13接收检测信号，测量或计算初级线圈L1的感应电动势的变化(波形)来进行通信信号的检测和异物的检测。如后述那样，当非接触受电装置20对非接触送电装置10发送通信信号时，非接触受电装置20的信号控制电路23执行用于发送通信信号的负载调制处理。负载调制处理使非接触送电装置10的初级线圈L1的感应电动势的波形发生变化。例如，当非接触受电装置20为了发送逻辑“0”的通信信号而将负载变小时，初级线圈L1的感应电动势的波形的振幅变小，当非接触受电装置20为了发送逻辑“1”的通信信号而将负载变大时，初级线圈L1的感应电动势的波形的振幅变大。一次侧控制部14能够根据感应电动势的峰值电压是否超过阈值来辨别通信信号的种类。在不进行限定的例子中，一次侧控制部14能够对来自非接触受电装置20的电磁感应式的数据通信进行解调，并且对解调后的通信信号进行分析，根据该分析结果来控制送电部12的振荡(频率)。一次侧控制部14的ROM中存储有各种阈值、之后详细说明的对与非接触受电装置20之间的电磁感应式的数据通信进行解调和对该解调后的数据通信进行分析等所需的各种参数。
一次侧控制部14与第一温度检测电路15和第二温度检测电路16相连接。第一温度检测电路15与第一热敏电阻17相连接。第一热敏电阻17的电阻随着温度的稍微变化而大幅地变化。第一温度检测电路15将与由第一热敏电阻17检测出的温度相对应的温度信号提供至一次侧控制部14。
第一热敏电阻17检测初级线圈周围的温度。在图示的例子中，第一热敏电阻17被配置在初级线圈L1附近。例如，第一热敏电阻17被配置在能够与由初级线圈L1产生的交变磁通交叉的位置处。第一热敏电阻17被设置在与由初级线圈L1产生的交变磁通交叉的金属异物发热产生影响的范围内。当初级线圈L1的周围存在金属异物时，有时由于初级线圈L1的交变磁通而在金属异物中产生涡电流，从而金属异物发热。由第一热敏电阻17检测出的初级线圈周围的温度响应于该金属异物的发热而升高。第一热敏电阻17是第一温度传感器或者第一温度传感器元件的一例。初级线圈周围的温度可以是能够从非接触送电装置10对非接触受电装置20供电的空间即电磁耦合空间的温度。
第二温度检测电路16与第二热敏电阻18相连接。第二热敏电阻18的电阻随着温度的稍微变化而大幅地变化。第二温度检测电路16将与由第二热敏电阻18检测出的温度相对应的温度信号提供至一次侧控制部14。第二热敏电阻18被配置在与第一热敏电阻17不同的位置处。在图示的例子中，第二热敏电阻18被配置在与初级线圈L1相分离的不受初级线圈L1的影响的位置处。如果更为详细地说明，则第二热敏电阻18被配置在不与由初级线圈L1产生的交变磁通交叉的位置处。即，第二热敏电阻18被设置在即使与由初级线圈L1产生的交变磁通交叉的金属异物发热也不受影响的范围内。例如，第二热敏电阻18能够配置在远离第一热敏电阻17的位置处，或者能够配置在非接触送电装置10的外表面中的与配置有第一热敏电阻17的一面相反的一面上。第二热敏电阻18对不受由初级线圈L1产生的交变磁通的影响的位置的周围温度(环境温度)进行检测。第二热敏电阻18是第二温度传感器或者第二温度传感器元件的一例。
接着，说明非接触受电装置20。非接触受电装置20具备接收来自非接触送电装置10的交变磁通的次级线圈L2、受电部21、二次侧控制部22、信号控制电路23、信号检测电路24以及电池BA。
受电部21具有整流电路，该整流电路将通过次级线圈L2接收交变磁通而流入次级线圈L2的交流电力(感应电动势)转换为直流电力。整流电路具备整流二极管和使通过整流二极管整流后的电力平滑的平滑电容器，构成为将从次级线圈L2供给的交流电力转换为直流电力的所谓的半波整流电路。此外，该整流电路的结构只不过是作为将交流电力转换为直流电力的整流电路的一例，并不限定于该结构，也可以具有使用了二极管桥的全波整流电路、其它公知的整流电路的结构。信号检测电路24检测次级线圈L2的感应电动势。并且，信号检测电路24与二次侧控制部22相连接，将检测出的感应电动势(电压)的波形提供至二次侧控制部22。
当从非接触受电装置20向非接触送电装置10发送通信信号时，信号控制电路23进行负载调制处理，根据要发送的通信信号来改变施加于次级线圈L2的负载。该负载调整处理经由次级线圈L2来改变初级线圈L1的感应电动势的波形。信号控制电路23与二次侧控制部22相连接，根据来自二次侧控制部22的控制信号来执行负载调制处理。
二次侧控制部22以具有中央运算处理装置(CPU)和存储装置(ROM、RAM等)的微计算机为中心来构成。并且，二次侧控制部22根据存储器中存储的各种数据和程序来判断非接触受电装置20所具有的电池BA的充电状态，并且执行其充电量控制等各种控制。此外，在本实施方式中，根据电池BA的充电量来生成向非接触送电装置10发送的通信信号。在二次侧控制部22的ROM中预先存储有用于进行包括电池(实际上是负载)BA的充电量判断在内的充电量控制的各种信息、用于通信信号的生成或基于该通信信号的调制的各种参数。
二次侧控制部22与电池BA的正极和负极相连接，能够从电池BA接收驱动用的电力供给。二次侧控制部22例如能够根据电池BA的端子间电压来计算电池BA的充电量。二次侧控制部22将从受电部21供给的交流电力调节为预先决定的电压而生成充电电力，并供给至电池BA。二次侧控制部22根据电池BA的充电量来对供给或停止充电电力进行切换。例如，当电池BA的端子间电压比预先设定的充电量判断用的阈值低时，二次侧控制部22判断为优选对电池BA充电，在该情况下二次侧控制部22对电池BA供给充电电力。另一方面，在电池BA的端子间电压为上述的充电量判断用的阈值以上时，二次侧控制部22判断为不需要对电池BA充电，不对电池BA供给充电电力。
另外，在动作电压比能够进行动作的电压低的情况下，二次侧控制部22切断与电池BA的连接，以防止来自电池BA的电流的逆流。二次侧控制部22监视次级线圈L2的感应电动势的频率，来判断来自非接触送电装置10的通信信号是为逻辑“1”还是为逻辑“0”。
接着，基于图2说明初级线圈L1附近的金属异物的检测。
第一温度检测电路15将与由第一热敏电阻17检测出的初级线圈周围的温度相对应的温度信号提供至一次侧控制部14。第二温度检测电路16将与由第二热敏电阻18检测出的环境温度相对应的温度信号提供至一次侧控制部14。
一次侧控制部14根据从第一温度检测电路15和第二温度检测电路16提供的温度信号，判断检测出的初级线圈周围的温度比检测出的环境温度是否高出预先决定的阈值以上。即，一次侧控制部14判断同步检测出的初级线圈周围的温度减去环境温度而得到的值是否为预先决定的阈值以上。在另一例中，一次侧控制部14判断检测出的初级线圈周围的温度是否为检测出的环境温度与预先决定的阈值相加而得到的值以上。在图2中，将检测出的环境温度与预先决定的阈值相加而得到的温度表示为异物检测判断值。异物检测判断值与检测出的环境温度相应地发生变化。
预先决定的阈值是金属异物发热时的初级线圈周围的温度与环境温度之间的温度差。当金属异物发热时，初级线圈周围的温度与环境温度之间的温度差有可能根据金属异物的大小、形状、材质、第一热敏电阻17到金属异物的距离等而改变。通过实验来测量足以估计为存在金属异物的可能性高的初级线圈周围的温度，由此来设定预先决定的阈值。
在从同步的初级线圈周围的温度减去环境温度而得到的值小于预先决定的阈值的情况下(参照图2中的时刻T1)，一次侧控制部14判断为没有受到金属异物发热的影响。
另一方面，在从初级线圈周围的温度减去环境温度而得到的值为预先决定的阈值以上的情况下(参照图2中的时刻T2)，一次侧控制部14判断为受到金属异物发热的影响而初级线圈周围的温度升高。在这种情况下，一次侧控制部14停止对初级线圈L1供给电力。另外，与此同时，一次侧控制部14能够对设置在非接触送电装置10中的通知部进行控制来通知存在金属异物。
如以上详细说明那样，本实施方式具有以下效果。
(1)在本实施方式中，一次侧控制部14基于初级线圈周围的温度与环境温度之差是否为预先决定的阈值以上来判断是否存在金属异物。在不存在金属异物时，即使环境温度发生变化，初级线圈周围的温度也随之发生变动。另一方面，在存在金属异物时，即使环境温度不变，初级线圈周围的温度也成为与环境温度不同的温度，从而能够检测金属异物。因此，能够与环境温度无关地检测金属异物。
(2)在检测到金属异物时，一次侧控制部14停止对初级线圈L1供给电力。由此，能够防止无用的电力供给，并且能够抑制金属异物发热。另外，在检测到金属异物时，一次侧控制部14控制通知部以通知存在金属异物。由此，能够告知金属异物的存在。通知部可以是显示部、蜂鸣器、振动部等。
(3)第一热敏电阻17被配置在由初级线圈L1产生的交变磁通所到达的位置处。因此，当存在金属异物时，能够检测其发热。另外，第二热敏电阻18被配置在由初级线圈L1产生的交变磁通不会到达的位置处。因此，在存在金属异物的情况下，也不受该金属异物发热的影响而能够检测环境温度。
此外，上述实施方式也可以进行如下的变更。
在上述实施方式中，在检测到金物异物时，一次侧控制部14停止对初级线圈L1供给电力，并且控制通知部以通知异常，但也可以仅执行其中任一个动作。例如，在检测到金物异物时，一次侧控制部14仅停止对初级线圈L1供给电力即可。
在上述实施方式中，只要待机状态(节能模式)下的初级线圈L1的交流电力为比充电电力传送时的交流电力小的电力，则可以进行任意变更。
在上述实施方式中，也可以是，在初级线圈周围的温度为预先决定的温度以上的情况下，一次侧控制部14判断为存在金属异物，停止对初级线圈L1供给电力，并且控制通知部以通知异常。
在上述实施方式中，非接触送电装置10具备第一温度检测电路15、第一热敏电阻17、第二温度检测电路16以及第二热敏电阻18，但也可以是非接触受电装置具备上述部件。在这种情况下，二次侧控制部22根据次级线圈周围的温度和环境温度来检测金属异物。
在上述实施方式中，也可以利用除热敏电阻17、18以外的结构来检测初级线圈周围的温度和环境温度。
在上述实施方式中，二次侧控制部22从电池BA接收驱动用的电力供给，但也可以从受电部21供给驱动用的电力供给。
在上述实施方式中，第二热敏电阻18还可以被磁屏蔽材料覆盖，由此进一步避免受到由初级线圈L1产生的交变磁通的影响。另外，通过用磁屏蔽材料覆盖第二热敏电阻18能够降低交变磁通的影响，因此与不覆盖磁屏蔽材料的情况相比，能够将第二热敏电阻18接近与交变磁通交叉的范围地进行配置。由此，能够实现非接触送电装置10的小型化。此外，磁屏蔽材料只要是能够降低交变磁通的影响的材料即可，例如优选非晶体、铁氧体。
附图标记说明
100：非接触充电系统；10：非接触送电装置；11：稳压电路；12：送电部；13：电压检测电路；14：一次侧控制部；15：第一温度检测电路；16：第二温度检测电路；17：第一热敏电阻；18：第二热敏电阻；20：非接触受电装置；21：受电部；22：二次侧控制部；23：信号控制电路；24：信号检测电路；BA：电池；L1：初级线圈；L2：次级线圈。

Claims (9)

1.一种非接触送电装置，以非接触的方式对非接触受电装置供给电力，其特征在于，具备：
初级线圈，其产生交变磁通，能够通过上述交变磁通与非接触受电装置的次级线圈电磁耦合；
第一温度传感器，其检测初级线圈周围的温度；
第二温度传感器，其检测与上述第一温度传感器不同的位置处的温度；以及
控制部，其判断由上述第一温度传感器检测出的初级线圈周围的温度减去由上述第二温度传感器检测出的温度而得到的值是否超过预先决定的阈值，在进行减法运算而得到的上述值超过上述阈值时，停止对上述初级线圈供电或者通知异常。
2.一种非接触受电装置，以非接触的方式从非接触送电装置的初级线圈接收电力，并将接收到的电力供给至负载，其特征在于，具备：
次级线圈，其能够通过由上述非接触送电装置的上述初级线圈产生的交变磁通而与上述初级线圈电磁耦合；
第一温度传感器，其检测次级线圈周围的温度；
第二温度传感器，其检测与上述第一温度传感器不同的位置处的温度；以及
控制部，其判断由上述第一温度传感器检测出的次级线圈周围的温度减去由上述第二温度传感器检测出的温度而得到的值是否超过预先决定的阈值，在进行减法运算而得到的上述值超过上述阈值时，通知异常。
3.一种非接触充电系统，具备：
非接触送电装置，其具有产生交变磁通的初级线圈；以及
非接触受电装置，其具备能够通过由上述初级线圈产生的交变磁通而与上述初级线圈电磁耦合的次级线圈，且通过上述次级线圈接收电力，
该非接触充电系统的特征在于，具备：
第一温度传感器，其检测初级线圈周围的温度；
第二温度传感器，其检测与上述第一温度传感器不同的位置处的温度；以及
控制部，其判断由上述第一温度传感器检测出的初级线圈周围的温度减去由上述第二温度传感器检测出的温度而得到的值是否超过预先决定的阈值，在进行减法运算而得到的上述值超过上述阈值时，停止对上述初级线圈供电或者通知异常。
4.根据权利要求3所述的非接触充电系统,其特征在于,
上述第二温度传感器被磁屏蔽材料覆盖。
5.根据权利要求3所述的非接触充电系统,其特征在于,
上述非接触送电装置具备上述第一温度传感器和上述第二温度传感器。
6.根据权利要求1所述的非接触送电装置,其特征在于,
上述第二温度传感器在与上述第一温度传感器不同的位置处检测上述非接触送电装置的外部的环境温度。
7.根据权利要求1所述的非接触送电装置,其特征在于,
上述第二温度传感器在与上述初级线圈相分离的位置处检测上述非接触送电装置的外部的环境温度。
8.根据权利要求1所述的非接触送电装置,其特征在于,
上述第一温度传感器检测电磁耦合空间的温度。
9.根据权利要求6至8中的任一项所述的非接触送电装置，其特征在于，
以如下方式决定上述第一温度传感器和上述第二温度传感器的位置：响应于上述初级线圈附近的金属异物由于上述交变磁通而发热，由上述第一温度传感器检测出的上述初级线圈周围的温度升高且由上述第二温度传感器检测出的上述环境温度实质上不发生变化。
CN2011800116479A 2010-04-19 2011-03-08 非接触送电装置、非接触受电装置以及非接触充电系统 Pending CN102782984A (zh)

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