CN104682572B - 线圈单元以及异物检测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供一种在以非接触的形式传输电力的时候的使异物的检测精度提高的线圈单元以及使异物的检测精度提高的异物检测装置。本发明所涉及的供电线圈单元(100)(线圈单元)具备：供电线圈(L1)(电力传输用线圈)、异物检测装置(D100)；异物检测装置(D100)具备具有谐振线圈(M1)和谐振电容器(C1)的多个谐振器(R1)、使多个谐振器(R1)励磁的励磁线圈(E1)，多个谐振器(R1)是以至少覆盖与供电线圈(L1)所产生的磁通交链的区域且相互电感的影响变小的形式进行配置的。

Description

线圈单元以及异物检测装置
技术领域
本发明涉及线圈单元以及异物检测装置。
背景技术
不使用电源线来提供电力的非接触式电力传输技术正不断受到关注。现在的非接触电力输送技术主要是利用电磁感应的类型，在各种各样领域中的应用正被人们所期待。
出自这样的背景，例如所谓在电动汽车的车辆下部具备受电线圈(受电侧)，从地面上这一侧的供电线圈(供电测)以非接触的形式传输大电力(例如数kW～数10kW)的方案也正在被研讨，如果使用该非接触式电力传输技术，则不用机械性地使供电侧与受电侧结合就能够实行电力传输。
可是，由于在以非接触的形式传输电力的时候如果异物混入到供电线圈与受电线圈之间的间隙，在异物为金属的情况下由贯通该金属异物的磁通而产生的涡电流、以及在异物为磁性体的情况下由贯通该磁性体异物的磁通而产生的磁滞损耗等而会有使异物发热的担忧。
作为消除该发热对策，专利文献1有方案提出以下所述检测装置，具备由多个线圈构成的1个或者多个磁耦合元件、测定相关于磁耦合元件或者至少包含磁耦合元件的电路的电气参数并根据电气参数的变化来判定有无由于磁通而发热的异物的检测部。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利申请公开2013-192390号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
然而，关于专利文献1所公开的技术，因为以不能够检测金属异物的死区被消除的形式无间隙地配置谐振用电容器被连接并且以规定频率进行谐振的多个检测线圈(磁耦合元件)，所以各个检测线圈(磁耦合元件)的谐振频率存在多个，因而随着测定变得困难而且各个检测线圈的Q值也显著降低并且测定精度降低。因此，存在着金属异物的检测精度降低的问题。
因此，本发明就是借鉴了以上所述技术问题而做出的不懈努力之结果，其目的在于提供一种在以非接触的形式传输电力的时候的使异物的检测精度提高的线圈单元以及使异物的检测精度提高的异物检测装置。
解决技术问题的手段
本发明所涉及的线圈单元的特征在于：是一种被用于从供电侧到受电侧的非接触式电力传输的线圈单元，具备：电力传输用线圈、异物检测装置；所述异物检测装置具备具有谐振线圈和谐振电容器的多个谐振器、使多个谐振器励磁的励磁线圈，多个谐振器以至少覆盖与电力传输用线圈所产生的磁通交链的区域并且互感的影响变小的形式进行配置。
根据本发明，多个谐振器以至少覆盖与电力传输用线圈所产生的磁通交链的区域并且互感的影响变小的形式进行配置。因此，因为即使无间隙地将多个谐振器配置于金属检测区域也能够抑制各个谐振器互相发生影响，所以能够抑制各个谐振器产生多个谐振频率并能够抑制Q值的降低。其结果就能够提高在以非接触的形式传输电力的时候的异物的检测精度。
本发明所涉及的线圈单元的特征在于：是一种被用于从供电侧到受电侧的非接触式电力传输的线圈单元，具备：电力传输用线圈、异物检测装置；异物检测装置具备具有谐振线圈和谐振电容器的多个谐振器、使多个谐振器励磁的励磁线圈，多个谐振器以至少覆盖与电力传输用线圈所产生的磁通交链的区域的形式行列状配置，并且在列方向或者行方向上被邻接配置的多个谐振器以从垂直于表面的方向看不互相重叠并且与励磁线圈的距离分别不同的形式被配置成层状。
根据本发明，多个谐振器以至少覆盖与电力传输用线圈所产生的磁通交链的区域的形式行列状配置，并且在列方向或者行方向上被邻接配置的多个谐振器以从垂直于表面的方向看不互相重叠并且与励磁线圈的距离分别不同的形式被配置成层状。因此，因为即使无间隙地将多个谐振器配置于金属检测区域也能够抑制各个谐振器互相发生影响，所以能够抑制各个谐振器发生多个谐振频率并能够抑制Q值的降低。其结果就能够提高在以非接触的形式传输电力的时候的异物的检测精度。
优选地，在列方向或者行方向上被邻接配置的多个谐振器中，各个谐振器的谐振线圈的轴相对于励磁线圈的轴在互相相反的方向上倾斜。在此情况下，因为即使将多个谐振器无间隙地配置于金属检测区域也能够进一步抑制各个谐振器互相发生影响，所以能够切实地抑制各个谐振器发生多个谐振频率并能够进一步抑制Q值的降低。因此，能够进一步提高以非接触的形式传输电力的时候的异物的检测精度。
优选地，异物检测装置可以进一步具备多个检测线圈，多个检测线圈分别以与多个谐振器中的各个谐振器磁耦合的形式被配置。在此情况下，因为变得不用将Q值的测定单元直接连接于多个谐振器就能够间接性地测定多个谐振器的Q值，所以不用使多个谐振器的谐振频率变化就能够更进一步抑制多个谐振器的Q值的降低。
本发明所涉及的异物检测装置的特征在于：是一种为了检测异物的异物检测装置，具备：具有谐振线圈和谐振电容器的多个谐振器、使多个谐振器励磁的励磁线圈；多个谐振器在面内方向上行列状配置，在列方向或者行方向上被邻接配置的多个谐振器以从垂直于表面的方向看不互相重叠并且与励磁线圈的距离分别不同的形式被配置成层状。
根据本发明，多个谐振器在面内方向上行列状配置，在列方向或者行方向上被邻接配置的多个谐振器以从垂直于表面的方向看不互相重叠并且与励磁线圈的距离分别不同的形式被配置成层状。因此，因为即使无间隙地将多个谐振器配置于金属检测区域也能够抑制各个谐振器互相发生影响，所以能够抑制各个谐振器发生多个谐振频率并能够抑制Q值的降低。其结果就能够提高异物的检测精度。
发明效果
根据本发明，能够提供一种在以非接触的形式传输电力的时候的使异物的检测精度提高的线圈单元以及使异物的检测精度提高的异物检测装置。
附图说明
图1是与负载一起表示本发明的优选实施方式所涉及的线圈单元被适用的非接触式电力传输装置的概略图。
图2是从顶面看到的本发明的第1实施方式所涉及的供电线圈单元的示意结构图。
图3是沿着图2中的I-I线的供电线圈单元的示意切断部端面图。
图4是相当于图3所表示的本发明的第1实施方式所涉及的供电线圈单元的沿着图2中的I-I线的示意切断部端面图的本发明的第2实施方式所涉及的供电线圈单元的示意切断部端面图。
图5是从顶面看到的本发明的第3实施方式所涉及的供电线圈单元的示意结构图。
图6是沿着图5中的II-II线的供电线圈单元的示意切断部端面图。
图7是本发明的第3实施方式所涉及的供电线圈单元中的信号发生器、异物检测装置以及异物检测系统的系统结构图。
图8是表示在信号发生器输出6000[kHz]的正弦波信号的时候的多个检测线圈以及多个AC/DC转换器所输出的信号波形的波形图。
图9是表示信号发生器输出6000[kHz]的正弦波信号的时候的多个检测线圈以及多个AC/DC转换器所输出的信号波形的波形图。
具体实施方式
参照附图并就为了实施本发明的方式作如下详细说明。本发明并不限定于以下实施方式所述的内容。另外，在以下所述的构成要素中包括本领域技术人员能够容易设想的、实质上相同的东西。再有，在说明过程中，在相同要素或者具有相同功能的要素上标注相同的符号，并且省略重复的说明。
首先，在说明本发明的优选的实施方式所涉及的线圈单元之前，参照图1并就本发明的优选的实施方式所涉及的线圈单元被适用的非接触式电力传输装置S1的全体结构作如下说明。图1是与负载一起表示本发明的优选的实施方式所涉及的线圈单元被适用的非接触式电力传输装置的概略图。还有，本发明所涉及的线圈单元能够适用于供电装置中的供电线圈单元以及受电装置中的受电线圈单元中的任何一个，但是在以下的实施方式中是以适用于供电装置中的供电线圈单元为例子来说明本发明所涉及的线圈单元。
非接触式电力传输装置S1如图1所示具有供电装置100、受电装置200。在此，用适用于对电动汽车等移动体进行供电的供电设备的例子来说明非接触式电力传输装置S1。
供电装置100具有电源VG、电力转换电路INV、供电线圈单元L100。电源VG将直流电力提供给后述的电力转换电路INV。作为电源VG如果是输出直流电力的电源的话则没有特别的限制，例如可以列举对商用交流电源实施了整流·稳压的直流电源、二次电池、太阳能发电的直流电源、或者开关转换器等开关电源等。
电力转换电路INV将从电源VG提供的输入直流电力转换成交流电力，将交流电压提供给后述的供电线圈单元L100。即，电力转换电路INV变成作为逆变器来起作用。作为电力转换电路INV例如是由没有图示的多个开关元件被桥接的开关电路所构成。作为构成该开关电路的开关元件例如可以列举MOS-FET(Metal Oxide Semiconductor-Field EffectTransistor)和IBGT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等。
供电线圈单元L100起到一个作为以非接触的形式将交流电力传输到后述的受电装置200的供电部的功能。该供电线圈单元L100变成被配设于地里或者地面近旁。还有，关于供电线圈单元L100的具体结构将在后面进行叙述。
受电装置200具有受电线圈L2、整流电路REC。如本实施方式那样在将非接触式电力传输装置S1适用于对电动汽车等移动体进行供电的供电设备的情况下，受电装置200被搭载于移动体。在此，作为受电装置200被搭载的移动体例如可以列举利用二次电池的电力的电动汽车或混合动力汽车。
受电线圈L2起到一个作为对从供电线圈单元L100进行供电的交流电力实行以非接触的形式受电的受电部的功能。该受电线圈L2成为被搭载于电动汽车的车辆下部。
整流电路REC将受电线圈L2进行受电的交流电力整流成直流电力并输出至负载R。整流电路REC例如是由没有图示的桥式二极管和平滑用电容器所构成。从受电线圈L2进行输出的交流电压被桥式二极管全波整流，再有，被全波整流的电压被平滑用电容器平滑化。在此，作为负载R在将非接触式电力传输装置S1适用于对电动汽车等移动体进行供电的供电设备的情况下，是由被搭载于移动体的充电器(没有图示)和电池(没有图示)所构成。充电器是起到一个以将被整流电路REC整流的直流电力相对于电池实行定电流定电压充电(CCCV充电)的形式控制充电的功能，作为电池如果具有储蓄电力的功能的话则没有特别的限制，例如可以列举二次电池[锂离子电池、锂聚合物电池、镍氢电池等]或电容元件(双电层电容器等)。
通过具备像这样的结构从而就能够实现电力以非接触的形式从供电装置100的供电线圈单元L100被传输到受电装置200的受电线圈L2的非接触式电力传输装置S1。
(第1实施方式)
接着，参照图2以及图3并就本发明的优选的第1实施方式所涉及的供电线圈单元L100的结构进行详细说明。图2是从顶面看到的本发明的第1实施方式所涉及的供电线圈单元的示意结构图。图3是沿着图2中的I-I线的供电线圈单元的示意切断部端面图。
供电线圈单元L100如图2所示具有供电线圈L1(电力传输用线圈)、异物检测装置D100、信号发生器SG、频率特性分析器A100。
供电线圈L1如图2所示呈现大致正方形，例如是通过从数圈到数十圈的程度卷绕以2000根左右绞合φ0.1(mm)的绝缘的铜线的利兹线来构成的。即，供电线圈L1是被形成为平面状的所谓螺旋结构的线圈。该供电线圈L1的绕线始端的端子A和绕线终端的端子B被连接于电力转换电路INV。根据这样的结构，供电线圈L1如果被提供来自电力转换电路INV的规定驱动频率的交流电压，则有交流电流流动并产生交流磁场。于是，由该交流磁场而在受电线圈L2产生电动势。总之，供电线圈L1变成起到一个作为以非接触的形式将电力传输到受电线圈L2的供电线圈的作用。此时，被提供给供电线圈L1的交流电压的驱动频率例如被设定为20[kHz]～200[kHz]。
异物检测装置D100如图3所示是被配置于供电线圈L1的与受电线圈L2相对的面侧。即，异物检测装置D100变成被配置于供电线圈L1(供电侧)与受电线圈L2(受电侧)之间。该异物检测装置D100例如是由覆铜的多层基板所构成，并具有多个谐振器R1和励磁线圈E1。
多个谐振器R1是以至少覆盖与供电线圈L1所产生的磁通交链的区域的形式行列状配置的。换言之，多个谐振器R1如图2所示在面内方向上行列状配置。更加具体地来说是以覆盖由供电线圈L1的绕线进行区划的区域的形式被配置的，在本实施方式中36个谐振器R1被配置成6行×6列。即，多个谐振器R1被配设的区域成为金属检测区域。多个谐振器R1是由各个谐振线圈M1和谐振电容器C1所构成。谐振线圈M1如图2所示呈现大致正方形，例如将4圈线圈图形印刷形成于覆铜的多层基板的供电线圈L1与受电线圈L2的相对方向上的受电线圈L2侧的层。谐振电容器C1与谐振线圈M1相串联连接并形成谐振电路。作为谐振电容器C1例如可以列举层叠陶瓷电容器，谐振电容器C1的静电容量被设定为数百～数千[pF]。还有，在检测φ10mm左右的硬币等极微小的金属异物的情况下，各个谐振器R1的大小如果是做成10mm×10mm的大致正方形的话即可。另外，多个谐振器R1也可以以覆盖比被供电线圈L1的绕线区划出来的区域更加宽广的区域的形式行列状配置。在此情况下，变得不仅仅是在供电线圈L1上而且混入到其周围的异物也能够被检测出。不管哪种情况，多个谐振器R1行列状配置的区域如果是至少覆盖与供电线圈L1所产生的磁通交链的区域的话则能够被任意设定。
具备以上所述那样的结构的多个谐振器R1被配置成层状。在本实施方式中，多个谐振器R1成为2层结构。具体地来说多个谐振器R1U被配置于供电线圈L1与受电线圈L2的相对方向上的受电线圈L2侧，多个谐振器R1D被配置于供电线圈L1与受电线圈L2的相对方向上的供电线圈L1侧。这些多个谐振器R1U,R1D如图2所示从由供电线圈L1向受电线圈L2的方向看，是在列方向以及行方向上被交替配置并且是以互相不重叠的形式被配置。换言之，谐振器R1D相对于谐振器R1U在行方向以及列方向上被邻接配置。即，在行方向以及列方向上被邻接配置的多个谐振器R1U和多个谐振器R1D与后述的励磁线圈E1的距离各不相同。通过以以上所述形式进行配置，从而多个谐振器R1U与多个谐振器R1D的互感影响变小。还有，优选在金属检测区域的所有地方，在列方向以及行方向上被邻接配置的多个谐振器R1从垂直于表面的方向来看不互相重叠并且与后述的励磁线圈E1的距离分别不同，但是只要是能够取得本发明的效果则也可以以下所述形式进行配置，即，在金属检测区域的一部分区域在列方向以及行方向上被邻接配置的多个谐振器R1从垂直于表面的方向来看互相重叠并且与后述的励磁线圈E1的距离分别成为大致相等。
另外，多个谐振器R1U,R1D其各个谐振器的谐振线圈M1的电感都相同，并且各个谐振器的谐振电容器C1的静电容量也完全相同。因此，多个谐振器R1U,R1D的谐振频率Fr变成全部相同。在本实施方式中，多个谐振器R1U,R1D的谐振频率fr例如被设定为fr＝6000[kHz]。换言之，从供电线圈L1与受电线圈L2的相对方向来看在行方向以及列方向上邻接配置的多个谐振器R1U和多个谐振器R1D具有全部相同的谐振频率fr。在此，如果以在行方向以及列方向上相邻的形式将具有相同的谐振频率的谐振器配置于同一层，则因为相邻的各个谐振器的谐振线圈彼此会互相发生磁耦合，所以互感发生变化并且产生多个谐振频率。另外，同时还会产生所谓各个谐振器的谐振线圈的Q值发生显著降低的问题。相对于此，在本实施方式中，在行方向以及列方向上相邻的多个谐振器R1U和多个谐振器R1D是被配置于互感的影响变小的位置。因此，在行方向以及列方向上相邻的多个谐振器R1U和多个谐振器R1D的全部的谐振器不会受到互相影响并且互感的变化被抑制。另外，同时也抑制了谐振器R1U的谐振线圈M1的Q值和谐振器R1D的谐振线圈M1的Q值发生降低。还有，优选在金属检测区域的全部的区域中，在列方向以及行方向上被邻接配置的多个谐振器R1U和多个谐振器R1D被配置于互感的影响变小的位置，但是只要是能够取得本发明的效果，也可以在金属检测区域的一部分区域中，在列方向以及行方向上邻接配置的多个谐振器R1U和多个谐振器R1D被配置于相互电感发生相互影响的位置。
励磁线圈E1如图2所示呈现大致正方形，例如将3圈线圈图形印刷形成于覆铜的多层基板的供电线圈L1与受电线圈L2的相对方向上的供电线圈L1侧的层。该励磁线圈E1的线圈图形是以位于被供电线圈L1的绕线区划的区域外侧的形式被形成的。另外，励磁线圈E1的线圈图形的始端即端子C和线圈图形的终端即端子D被连接于后述的信号发生器SG。根据这样的结构，励磁线圈E1就能够接受信号发生器SG所输出的正弦波信号并励磁从而产生磁场。于是，多个谐振器R1U,R1D的谐振线圈M1被励磁线圈E1所产生的磁场励磁。
信号发生器SG将单一频率的正弦波信号连续性地提供给励磁线圈E1。单一的正弦波信号的频率被设定成与多个谐振器R1U,R1D的谐振频率fr相同的频率。即，在本实施方式中，励磁线圈E1接受信号发生器SG所输出的正弦波信号被设定为6000[kHz]。如上述那样，励磁线圈E1接受信号发生器SG所输出的正弦波信号并励磁从而产生磁场，由该磁场而在多个谐振器R1U,R1D的谐振线圈M1产生电动势并由电流流动。此时，多个谐振器R1U,R1D因为如以上所述谐振频率被设定为6000[kHz]，所以在信号发生器SG输出6000[kHz]的正弦波信号的时候成为谐振状态并有谐振电流流动。这样，信号发生器SG使励磁线圈E1励磁的单一的正弦波信号的频率被设定为数量级与供电线圈L1的驱动频率不同的高频。换言之，使励磁线圈E1励磁的信号发生器SG所输出的单一的正弦波信号的频率被设定为不对供电线圈L1实行励磁的频带。
在此，在供电线圈L1的驱动频率和使励磁线圈E1励磁的信号发生器SG所输出的单一的正弦波信号的频率为相接近的值的情况下，多个谐振器R1U,R1D的谐振线圈M1被供电线圈L1所产生的电力传输用的非常强的磁场励磁，因而会有大电流流到多个谐振器R1U,R1D并发生破损的担忧。另外，在本实施方式中使励磁线圈E1励磁的信号发生器SG所输出的单一的正弦波信号的频率因为被设定成相对于供电线圈L1的驱动频率有数量级差异的高频即供电线圈L1不发生励磁的频带，并且多个谐振器R1U,R1D因为相对于供电线圈L1所产生的电力传输用的非常强的磁场其阻抗高，所以电流不流动，变成只调谐到使励磁线圈E1励磁的信号发生器SG所输出的单一的正弦波信号的频率，并被励磁从而有电流流动。因此，能够防止由于大电流流到多个谐振器R1U,R1D而引起的破损。还有，在本实施方式中使励磁线圈E1励磁的信号发生器SG所输出的单一的正弦波信号的频率被设定成数量级高于供电线圈L1的驱动频率的频率，但是并不限定于此，被设定成数量级低于供电线圈L1的驱动频率的频率也是可以的。不管怎样使励磁线圈E1励磁的信号发生器SG所输出的单一的正弦波信号的频率如果被设定成不对供电线圈L1实行励磁的频带的话即可。
频率特性分析器A100被连接于多个谐振器R1U,R1D的谐振电容器C1的两端子。如果使用该频率特性分析器A100的话则能够测定多个谐振器R1U,R1D的阻抗值和Q值。在本实施方式中，使用该频率特性分析器A100来实行金属异物的检测。具体地来说是存储在金属异物没有混入的情况下的谐振器R1U,R1D的谐振频率上的阻抗值和Q值，对由频率特性分析器A100进行测定的阻抗值和Q值进行比较从而能够根据其变化判定金属异物的有无。更为具体的是如果金属异物混入的话，则因为由频率特性分析器A100进行测定的阻抗值上升并且Q值降低，所以如果预先相对于阻抗值和Q值分别设定能够判定金属异物没有混入的阈值并且根据有无超过阈值来判定金属异物的有无的话即可。这样如果使用频率特性分析器A100来观测多个谐振器R1U,R1D的电气特性即阻抗值和Q值，则变得能够容易地检测金属异物。
如以上所述本实施方式所涉及的供电线圈单元L100是多个谐振器R1U,R1D以至少覆盖与供电线圈L1所产生的磁通交链的区域并且互感的影响变小的形式被配置。因此，因为即使无间隙地将多个谐振器R1U,R1D配置于金属检测区域也能够抑制各个谐振器R1U,R1D互相发生影响，所以能够抑制各个谐振器R1U,R1D产生多个谐振频率并且能够抑制Q值的降低。其结果就能够提高以非接触的形式传输电力的时候的异物的检测精度。
另外，本实施方式所涉及的供电线圈单元L100是多个谐振器R1U,R1D以至少覆盖与供电线圈L1所产生的磁通交链的区域的形式行列状配置，并且在列方向或者行方向上邻接配置的多个谐振器R1U,R1D以从垂直于表面的方向看不互相重叠并且与励磁线圈E1的距离分别不同的形式被配置成层状。因此，因为即使无间隙地将多个谐振器R1U,R1D配置于金属检测区域也能够抑制各个谐振器R1U,R1D互相发生影响，所以能够抑制各个谐振器R1U,R1D产生多个谐振频率并且能够抑制Q值的降低。其结果就能够提高以非接触的形式传输电力的时候的异物的检测精度。
(第2实施方式)
接着，参照图4并就本发明的第2实施方式所涉及的供电线圈单元L200的结构作如下详细说明。图4是相当于图3所表示的本发明的第1实施方式所涉及的供电线圈单元的沿着图2中的I-I线的示意切断部端面的本发明第2实施方式所涉及的供电线圈单元的示意切断部端面图。
供电线圈单元L200与第1实施方式所涉及的供电线圈单元L100同样地具备供电线圈L1、异物检测装置D200、信号发生器SG、频率特性分析器A100。供电线圈L1和信号发生器SG以及频率特性分析器A100的结构与第1实施方式所涉及的供电线圈单元L100相同。在本实施方式中，关于异物检测装置D200的多个谐振器R2的谐振线圈M1的结构与第1实施方式有所不同。以下是以与第1实施方式不同的点为中心进行说明。
异物检测装置D200如图4所示是被配置于供电线圈L1的与受电线圈L2相对的面侧。即，异物检测装置D200成为被配置于供电线圈L1(供电侧)与受电线圈L2(受电侧)之间。该异物检测装置D200例如是由覆铜的多层基板所构成，并且具有多个谐振器R2、励磁线圈E1。
多个谐振线圈R2是以至少覆盖与供电线圈L1所产生的磁通交链的区域的形式行列状配置的。换言之，多个谐振器R2在面内方向上行列状配置。另外，多个谐振器R2被配置成层状。在本实施方式中，多个谐振器R2成为2层结构。具体地来说多个谐振器R2U被配置于供电线圈L1与受电线圈L2的相对方向上的受电线圈L2侧，多个谐振器R2D被配置于供电线圈L1与受电线圈L2的相对方向上的供电线圈L1侧。多个谐振器R2U,R2D与第1实施方式所涉及的供电线圈单元L100相同，在列方向以及行方向上邻接配置的多个谐振器R2U和多个谐振器R2D与励磁线圈E1的距离分别不同。这些多个谐振器R2U,R2D分别是由谐振线圈M1和谐振电容器C1所构成。在本实施方式中，多个谐振器R2U,R2D的各个谐振器的谐振线圈M1的轴相对于励磁线圈E1的轴进行倾斜。关于这一点将参照图4来进行详细说明。还有，与第1实施方式相同，多个谐振器R2也可以以覆盖比被供电线圈L1的绕线区划的区域更宽广的区域的形式行列状配置。在此情况下，变得不仅仅是在供电线圈L1上而且混入到其周围的异物也能够被检测出。不管哪种情况，多个谐振器R2行列状配置的区域如果是至少覆盖与供电线圈L1所产生的磁通交链的区域的话，则能够任意地进行设定。另外，优选在金属检测区域的全部区域中在列方向以及行方向上被邻接配置的多个谐振器R2从垂直于表面的方向来看不互相重叠并且与励磁线圈E1的距离分别不同，但只要是在能够取得本发明的效果的前提下，也可以以以下所述方式进行配置，即，在金属检测区域的一部分区域中在列方向或者行方向上被邻接配置的多个谐振器R2从垂直于表面的方向来看互相重叠并且与励磁线圈E1的距离分别成为大致相等。
多个谐振器R2U是如图4所示各个谐振器的谐振线圈M1的轴相对于励磁线圈E1的轴向图示左侧进行倾斜。另外，多个谐振器R2D是如图4所示各个谐振器的谐振线圈M1的轴相对于励磁线圈E1的轴向图示右侧进行倾斜。总之，在列方向以及行方向上邻接配置的多个谐振器R2U和多个谐振器R2D成为各个谐振器的谐振线圈M1的轴相对于励磁线圈E1的轴朝着互相相反的方向倾斜。总之，在列方向以及行方向上邻接配置的谐振器R2U与谐振器R2D的磁耦合变弱，相互电感的变化被抑制，并且能够切实抑制产生多个谐振频率。另外，还能够同时抑制谐振器R2U的谐振线圈M1的Q值和谐振器R2D的谐振线圈M1的Q值发生降低。
如以上所述本实施方式所涉及的供电线圈单元L200是在列方向或者行方向上邻接配置的多个谐振器R2U,R2D其各个谐振器的谐振线圈M1的轴相对于励磁线圈E1的轴向互相相反的方向进行倾斜。因此，因为即使无间隙地将多个谐振器R2U,R2D配置于金属检测区域也能够进一步抑制各个谐振器R2U,R2D互相发生影响，所以能够切实地抑制各个谐振器R2U,R2D产生多个谐振频率并且能够进一步抑制Q值的降低。因此，能够进一步提高以非接触的形式传输电力的时候的异物的检测精度。
(第3实施方式)
接着，参照图5～图7并就本发明的第3实施方式所涉及的供电线圈单元L300结构作如下详细说明。图5是从顶面看到本发明的第3实施方式所涉及的供电线圈单元的示意结构图。图6是沿着图5中的II-II线的供电线圈单元的示意切断部端面图。图7是本发明的第3实施方式所涉及的供电线圈单元中的信号发生器、异物检测装置以及异物检测系统的系统结构图。
供电线圈单元L300与第1实施方式所涉及的供电线圈单元L100同样地，具备供电线圈L1、异物检测装置D300、信号发生器SG、异物检测系统S100。供电线圈L1和信号发生器SG的结构与第1实施方式所涉及的供电线圈单元L100相同。在本实施方式中，关于异物检测装置D300在具备多个检测线圈K1的这一方面以及在取代频率特性分析器A100而具备异物检测系统S100这一方面与第1实施方式有所不同。以下是以与第1实施方式不同的点为中心进行说明。
异物检测装置D300如图6所示被配置于供电线圈L1的与受电线圈L2相对的面侧。即，异物检测装置D300成为被配置于供电线圈L1与受电线圈L2之间。该异物检测装置D300例如是由覆铜的多层基板所构成，并且具有多个谐振器R1、励磁线圈E1、多个检测线圈K1。多个谐振器R1以及励磁线圈E1的结构与第1实施方式所涉及的供电线圈单元L100相同。
多个检测线圈K1如图5所示分别呈现大致正方形，例如将4圈线圈图形印刷形成于覆铜多层基板的供电线圈L1与受电线圈L2的相对方向上的多个谐振器R1的谐振线圈M1被形成的层与励磁线圈E1被形成的层之间。该多个检测线圈K1的各个线圈图形是以与多个谐振器R1的各个谐振器相电磁耦合(磁耦合)的形式行列状配置的。即，多个检测线圈K1的各个线圈图形与多个谐振器R1的各个谐振线圈M1相面对面。另外，多个检测线圈K1的各个线圈图形的轴如果与多个谐振器R1的各个谐振线圈M1的轴相一致的话，则会有较强的电磁耦合从而优选。这些多个检测线圈K1因为与多个谐振器R1的各个谐振器相电磁耦合，所以通过交流电流流到被励磁线圈E1励磁的谐振器从而产生电动势并有交流电流流动。于是，交流信号Vk从多个检测线圈K1被输出到后述的多个AC/DC转换器CONV。此时，从被相对配置于谐振器R1U的检测线圈K1a输出交流信号Vk1，并且从被相对配置于谐振器R1D的检测线圈K1b输出交流信号Vk2。
异物检测系统S100如图7所示具备多个AC/DC转换器CONV、多个比较电路CP、判定器J1、显示器H1。还有，在本实施方式中是就2个谐振器R1U和2个谐振器R1D的情况进行了图示，但是也可以对应于多个谐振器R1U,R1D的数量来构成异物检测系统S100。
多个AC/DC转换器CONV被连接于多个检测线圈K1的各个线圈的两端。该多个AC/DC转换器CONV将从多个检测线圈K1输出的交流信号Vk转换成直流信号Vx，并将其输出至后述的多个比较电路CP。具体地来说多个AC/DC转换器CONV具有被连接于检测线圈K1a的多个AC/DC转换器CONV1和被连接于检测线圈K1b的多个AC/DC转换器CONV2，交流信号Vk1被多个AC/DC转换器CONV1转换成直流信号Vx1，交流信号Vk2被多个AC/DC转换器CONV2转换成直流信号Vx2。
多个比较电路CP如图7所示分别是由比较器COMP1和二极管D1所构成。多个AC/DC转换器CONV的输出即直流信号Vx被输入到比较器COMP1的反相输入端子，基准电压Vref被输入到比较器COMP1的非反相输入端子，二极管D1的正极端子被连接于比较器COMP1的输出端子。另外，二极管D1的各个负极端子连接有后述的判定器J1。具备像这样结构的多个比较电路CP比较被输入到比较器COMP1的反相输入端子的直流信号Vx与被输入到非反相输入端子的基准电压Vref的大小关系，在直流信号Vx高于基准电压Vref的情况下低电平的信号从比较器COMP1的输出端子通过二极管D1被输出至后述的判定器J1。相反，在直流信号Vx低于基准电压Vref的情况下高电平的信号从比较器COMP1的输出端子通过二极管D1被输出至后述的判定器J1。具体地来说多个比较电路CP具有多个AC/DC转换器CONV1的输出即直流信号Vx1被输入到比较器COMP1的反相输入端子的多个比较电路CP1和多个AC/DC转换器CONV2的输出即直流信号Vx2被输入到比较器COMP1的反相输入端子的多个比较电路CP2。
判定器J1被连接于多个比较电路CP。这样判定器J1因为被共同地连接于多个比较电路CP，所以在从多个比较电路CP输出的信号全是低电平的时候，低电平的信号被输入到判定器J1。另外，在从多个比较电路CP输出的信号当中的任意一个都是高电平的信号的时候，高电平的信号被输入到判定器J1。具体地来说判定器J1在信号发生器SG输出6000[kHz]的正弦波信号期间在取决于多个比较电路CP1的直流信号Vx与基准电压Vref的大小关系的比较结果即信号的电平全是低电平的情况下判定金属异物没有混入，在取决于多个比较电路CP1的直流信号Vx与基准电压Vref的大小关系的比较结果即信号的电平任意一个都是高电平的信号的情况下判定金属异物混入。就这样判定器J1分析从多个比较电路CP输出的信号的波形来判定金属异物的有无。于是，由判定器J1进行判定的结果(金属异物的有无)被输出至显示器H1。
显示器H1被连接于判定器J1。该显示器H1具有使使用者识别判定器J1进行判定的结果(金属异物的有无)的功能。例如，显示器H1具备没有图示的绿色和红色的指示灯，如果是以以下所述形式进行操作的话即可，即，由判定器J1进行判定的结果在金属异物没有被检测出的时候使绿色指示灯点亮，由判定器J1进行判定的结果在金属异物被检测出的时候使红色指示灯点亮。就这样通过由显示器H1来将金属异物的有无通知到使用者，从而使用者能够限制(动作继续或者动作停止)非接触式电力传输装置S1的供电动作。还有，作为不使用判定器J1以及显示器H1来判断金属异物的有无的手段也可以以下所述形式进行操作，即，在多个比较电路CP输出低电平的信号的时候使电力转换电路INV的动作继续，在多个比较电路CP输出高电平的信号的情况下使电力转换电路INV的动作停止。
在此，参照图8以及图9并就本实施方式所涉及的供电线圈单元L300的异物检测系统S100的信号波形作如下说明。图8以及图9是表示在信号发生器输出6000[kHz]的正弦波信号的时候的多个检测线圈以及多个AC/DC转换器进行输出的信号波形的波形图。在此，就信号发生器SG输出6000[kHz]的正弦波信号期间的检测线圈K1a以及多个AC/DC转换器CONV1所输出的信号波形作如下说明。还有，检测线圈K1b以及多个AC/DC转换器CONV2所输出的信号波形因为与检测线圈K1a以及多个AC/DC转换器CONV1所输出的信号波形相同，所以省略对其说明
如果6000[kHz]的正弦波信号从信号发生器SG被提供给励磁线圈E1，则多个谐振器R1U成为谐振状态并流出谐振电流，在分别被相对配置于多个谐振器R1U的多个检测线圈K1a上产生电动势并流出交流电流。交流信号Vk1从多个检测线圈K1a被输出至多个AC/DC转换器CONV1，并被多个AC/DC转换器CONV1转换成直流信号Vx1。于是，多个比较电路CP1比较被输入到比较器COMP1的反相输入端子的直流信号Vx1与被输入到非反相输入端子的基准电压Vref的大小关系。在此，在金属异物没有混入的时候如图8所示因为直流信号Vx1变得高于基准电压Vref，所以低电平的信号从比较电路CP1被输出。另外，在金属异物混入的时候多个谐振器R1U的谐振频率变得高于6000[kHz]，另外，因为同时Q值降低并且如图9所示因为直流信号Vx1变得低于基准电压Vref，所以高电平的信号从比较电路CP1被输出。
如以上所述本实施方式所涉及的供电线圈单元L300如果是以异物检测装置D300进一步具备多个检测线圈K1并且多个检测线圈K1分别与多个谐振器R1的各个谐振器相电磁耦合的形式被配置即可。在此情况下，因为能够不将Q值的测定单元直接连接于多个谐振器R1而间接性地测定多个谐振器R1的Q值，所以不使多个谐振器R1的谐振频率变化就能够更进一步抑制多个谐振器R1的Q值发生降低。
还有，本发明并不一定要限定于以上所述的实施方式，只要是在不脱离本发明宗旨的范围内各种各样的变更都是可能的。例如，在本实施方式中是使用适用于将异物检测装置运用于从供电侧到受电侧的非接触式电力传输的线圈单元的例子来进行说明的，但是并不限定于此，本发明所涉及的异物检测装置适用于检测混入到由包装材料进行包装的食品、医药品以及工业材料等的金属异物也是可能的。
产业上的利用可能性
本发明所涉及的线圈单元能够使用于从地面上这一侧以非接触的形式对停车中的电动汽车实行电力传输并且装备于对二次电池实施充电的电动汽车用非接触供电装置的异物检测装置，以及检测混入到由包装材料进行包装的食品、医药品以及工业材料等的金属异物的异物检测装置。
符号说明
100.供电装置
200.受电装置
A～D.端子
A100.频率特性分析器
C1.谐振电容器
COMP1.比较器
CONV,CONV1,CONV2.多个AC/DC转换器
CP,CP1,CP2.多个比较电路
D1.二极管
D100,D200,D300.异物检测装置
E1.励磁线圈
H1.显示器
INV.电力转换电路
J1.判定器
K1,K1a,K1b.多个检测线圈
L1.供电线圈
L100,L200,L300.供电线圈单元
L2.受电线圈
M1.谐振线圈
R1,R1U,R1D,R2,R2U,R2D.多个谐振器
REC.整流电路
S1.非接触式电力传输装置
S100.异物检测系统
SG.信号发生器
VG.电源

Claims (4)

1.一种线圈单元，其特征在于：
被用于从供电侧到受电侧的非接触式电力传输，
具备：
电力传输用线圈；以及
异物检测装置，
所述异物检测装置具备：具有谐振线圈和谐振电容器的多个谐振器，以及使所述多个谐振器励磁的励磁线圈，
所述多个谐振器以至少覆盖与所述电力传输用线圈所产生的磁通交链的区域的形式行列状配置，并且
在列方向或者行方向上被邻接配置的所述多个谐振器以从垂直于表面的方向看不互相重叠并且与所述励磁线圈的距离分别不同的形式被配置成层状。
2.如权利要求1所述的线圈单元，其特征在于：
在列方向或者行方向上被邻接配置的所述多个谐振器中，各个谐振器的所述谐振线圈的轴相对于所述励磁线圈的轴在互相相反的方向上倾斜。
3.如权利要求1或2所述的线圈单元，其特征在于：
所述异物检测装置进一步具备多个检测线圈，
所述多个检测线圈分别以与所述多个谐振器中的各个谐振器磁耦合的形式被配置。
4.一种异物检测装置，其特性在于：
是一种用于检测异物的异物检测装置，
具备：
具有谐振线圈和谐振电容器的多个谐振器；以及
使所述多个谐振器励磁的励磁线圈，
所述多个谐振器在面内方向上行列状配置，
在列方向或者行方向上被邻接配置的所述多个谐振器以从垂直于表面的方向看不互相重叠并且与所述励磁线圈的距离分别不同的形式被配置成层状。
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