CN105226844B - 无线电力传输系统以及无线电力传输系统的送电装置 - Google Patents

无线电力传输系统以及无线电力传输系统的送电装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及无线电力传输系统以及无线电力传输系统的送电装置。送电装置在第1送电期间，将表示与同要求电压值一致的实际的电压值对应的频率f0的值保持于存储器之后，使用频率f0来输送所述第1交流电力，使用异物检测判定电路来判断是否存在异物，在判断为不存在异物的情况下，在所述第2送电期间，使用所述存储器所保持的表示所述频率f0的值，再次开始所述第1交流电力的送电。

Description

无线电力传输系统以及无线电力传输系统的送电装置
技术领域
本发明涉及具备检测线圈间的异物的功能的无线电力传输系统以及无线电力传输系统的送电装置。
背景技术
近年来，便携电话、电动汽车等伴有移动性的电子设备、EV设备得到普及。以这种设备为对象的无线电力传输系统正在进行开发。对于无线电力传输技术而言，已知有电磁感应方式、磁场共振方式(谐振磁场耦合方式)、以及电场耦合方式等方式。
电磁感应方式以及磁场共振方式的无线电力传输系统具备：具有送电线圈的送电装置、和具有受电线圈的受电装置。通过受电线圈对由送电线圈产生的磁场进行补充，能够不使电极直接接触而传输电力。这种无线电力传输系统例如在专利文献1中得到公开。
现有技术文献
专利文献1：日本特开2009-11129号公报
专利文献2：日本特开2009-33782号公报
发明内容
但是，在所述以往技术中，要求进行高效率的电力传输的送电装置
本发明的一技术方案的送电装置，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：
存储器，其对向所述负载供给的所述第1直流电力的要求电压值进行保持；
接收电路，其从所述受电装置接收供给到所述负载的所述第1直流电力的实际的电压值；
逆变器电路，其生成所述第1交流电力并经由所述第2谐振器向所述第1谐振器输送所述第1交流电力；
振荡电路，其生成比所述第1交流电力小的第2交流电力并经由第3谐振器向所述第1谐振器输送所述第2交流电力；
异物检测判定电路，其基于根据所述第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
送电控制电路，其使用所述逆变器电路来输送所述第1交流电力，
所述送电控制电路，
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，
在所述第1送电期间，将从与初始状态的送电电压对应的频率f1到与所述要求电压对应的频率f2依次设定给所述逆变器电路，
使用所述设定的各频率来输送所述第1交流电力，使用所述接收电路来接收与所述各频率对应的所述实际的电压值，对所述要求电压值和与所述各频率对应的所述实际的电压值进行比较，在将表示与同所述要求电压值一致的实际的电压值对应的频率f0的值保持于所述存储器之后，使用所述频率f0来输送所述第1交流电力，
使所述第1交流电力的送电暂时停止，在所述异物检测期间，使用所述异物检测判定电路来判断是否存在异物，
具有对从所述频率f1再次开始送电进行规定且以所述送电的停止为起点的预定期间，
在所述异物检测期间处于所述预定期间内的情况下，在所述第2送电期间，使用所述存储器所保持的表示所述频率f0的值，再次开始所述第1交流电力的送电。
此外，这些包括性或具体的技术方案可以由系统、方法、集成电路、计算机程序、或者记录介质来实现。或者，也可以通过系统、装置、方法、集成电路、计算机程序以及记录介质的任意组合来实现。
根据本发明的一技术方案，能够提供一种进行高效率的电力传输的送电装置。
附图说明
图1是本发明的第1实施方式的无线电力传输系统的构成图。
图2是表示本发明的第1实施方式的无线电力传输系统的动作概要的图。
图3是表示本发明的第1实施方式的逆变器电路的构成的图。
图4A是用于说明本发明的第1实施方式的逆变器电路的动作的图。
图4B是用于说明本发明的第1实施方式的逆变器电路的动作的图。
图5A是表示本发明的第1实施方式的装置的低频率的磁场模式(奇模式)下的磁通流动的概略图。
图5B是表示本发明的第1实施方式的装置的高频率的磁场模式(偶模式)下的磁通流动的概略图。
图6是用于说明本发明的第1实施方式的装置中的异物检测用的频率和送电用的频率的图。
图7是表示本发明的第1实施方式的异物检测判定电路的构成图。
图8是表示本发明的第1实施方式的振荡电路的一例的构成图。
图9是表示本发明的第1实施方式的无线电力传输系统的动作的流程图。
图10是表示本发明的第1实施方式的无线电力传输系统的变形例中的动作的流程图。
图11是表示本发明的第2实施方式的异物检测判定电路的构成图。
图12是表示本发明的第2实施方式的第3谐振器与第2谐振器电磁耦合时的第3谐振器的输入电感的频率依存性的图。
图13是表示本发明的第2实施方式的无线电力传输系统的动作的流程图。
图14是表示本发明的第3实施方式的无线电力传输系统的构成图。
图15是表示本发明的第3实施方式的异物检测判定电路的构成图。
图16是表示本发明的第4实施方式的无线电力传输系统的构成图。
附图标记说明
0电源
1送电电路
2第2谐振器(送电线圈，含谐振电容器)
3第1谐振器(受电线圈，含谐振电容器)
4受电电路
5负载
10逆变器电路
11第3谐振器(异物检测用线圈，含谐振电容器)
12振荡电路
13异物检测判定电路
14送电参数保持单元
15送电控制电路
21～24开关元件
41电压测定电路
42频率计数器
43电感测定电路
44判定电路
61耦合系数算出部
91开关单元
101连接开关
111受电输出电路
112受电控制电路
113通信电路
L1～L3、Lm电感器
C1、C21、C22、C3谐振电容器
具体实施方式
(成为本发明基础的见解)
本发明人对于在“背景技术”一栏中记载的无线电力传输系统的送电装置，发现了会产生以下的问题。
首先，对“异物”的定义进行说明。在本发明中，“异物”表示在位于无线电力传输系统的送电线圈或受电线圈的附近时，因送电线圈与受电线圈之间传输的电力而发热的金属以及人体(动物)等物体。
接着对送电装置的动作进行说明。对于送电装置，首先，当送电装置的电源开关接通时，进行送电装置与受电装置的位置对准。当完成送电装置与受电装置的位置对准时，进行判断在送电装置与受电装置之间是否存在异物的异物检测。当判断为在送电装置与受电装置之间不存在异物时，从送电装置向受电装置以非接触方式输送交流电力。
例如，搭载于车载的扶手部分等的送电装置，在运转期间，有时在送电中异物会侵入到送电装置与受电装置之间。该情况下，在异物产生涡电流，有可能导致异物过热。
在专利文献2中公开了：使用送电线圈和受电线圈，在送电开始前，使用与送电频率不同的频率来检测异物，另一方面，在送电中，使用与送电频率相同的频率，一边进行送电一边定期地检测异物。但是，在专利文献2中，具有如下问题：因为相对于因在送电中所产生的负载变动等而导致的送电电力的电压的振幅的变动，因是否存在异物而导致的电压的振幅的变动较小，所以不采用SN比，难以高精度地进行异物检测。
由此，为了高精度地进行异物检测，为了排除因送电电力的变动而造成的影响，需要暂时停止送电来进行异物检测。
因此，本发明人研究了如下情况：为了防止上述异物的过热，在送电装置开始送电之后，使进行异物检测的异物检测期间和进行送电的送电期间反复，进行监视以使异物不会过热。
在WPC(Wireless Power Consortium：无线充电联盟)的Qi标准中，在暂时停止送电而再次开始送电时，公开了下面所示的规定。
进行了如下规定：在因某种情形而暂时停止了送电的情况下，若超过预定时间(例如，350msec)也没有再次开始送电，则在从安全性的观点出发而再次开始送电的情况下，在开始送电而暂时恢复到开始的初始状态的送电电压(例如，2V)之后，使送电电压上升到受电装置要求的要求电压(例如，5V)。在Qi标准的情况下，上述的再次开始送电的具体的方法是：对从与初始状态的送电电压(例如，2V)对应的高频率fH到与要求电压对应的低频率fL依次进行设定，使送电电压上升到要求电压(例如，5V)。
此外，在Qi标准中，对于在暂时停止了送电之后在上述预定时间内又开始了送电的情况，没有任何规定。另外，在Qi标准中，对于在暂时停止了送电之后检测异物，也没有任何规定。
在此，对于上述送电电压的测定，例如对受电装置的受电电路输出的直流电力的实际电压进行测定。
另外，在所述受电装置中，对上述送电暂时停止进行判断的方法以及对上述送电再次开始进行判断的方法，例如通过如下的判断方法来进行：在所述受电装置中，对受电电路输出的直流电力的实际电压进行测定，判断所测定的实际的电压值超过了预定的阈值还是没有超过预定的阈值。在此，上述阈值例如设定为要求电压的80％的电压值等。例如，在要求电压为5V的情况下，阈值成为5V的80％即4V。
另外，以后将从暂时停止上述送电的时刻到再次开始上述送电的时刻为止的时间称为送电停止时间。
本发明人如上所述研究了在开始送电之后使进行异物检测的异物检测期间和进行送电的送电期间反复。例如，研究了如下情况。搭载于车载的送电装置，在开始送电之后，使进行异物检测的异物检测期间和进行送电的送电期间反复，进行监视以使异物不会过热。此时，在异物检测期间，暂时停止送电，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。在异物检测期间判断为不存在异物的情况下，接着再次开始送电。
另一方面，如上所述，Qi标准要求了：在暂时停止送电而超过了所述预定时间也没有再次开始送电的情况下，在使送电电压暂时恢复为所述初始状态的送电电压之后，使其上升到受电装置要求的要求电压。
然而，例如，在暂时停止送电之后检测异物的情况下，上述送电停止时间有时也没有超过上述预定时间(例如，350msec)。
该情况下的再次开始送电的方法，如上所述，在上述Qi标准中没有任何规定。
该情况下，由于实现Qi标准的程序是必须装载于装置内的程序，因此，认为采用如下的方法关系到开发的效率化以及成本降低。上述方法中，对于异物检测，延用上述Qi标准的思路，暂时停止送电，进行异物检测，在异物检测后，使送电电压暂时恢复为初始状态的送电电压，再上升到受电装置要求的要求电压。
然而，若采用上述方法，则在异物检测期间后，从初始状态的送电电压达到要求电压需要花费时间，送电停止时间会延长。
由此，发现了会产生如下的问题：送电停止时间相对于进行送电的送电时间的比例增大，送电装置的电力传输的效率降低，无法进行高效率的电力传输。
另外，在其他标准中，与Qi标准同样，也规定了：在暂时停止送电而再次开始送电的情况下，在开始送电而暂时恢复为开始的初始状态的送电电压之后，再上升到受电装置要求的要求电压。但是，初始状态的送电电压的设定方法没有特别规定，使用比上述低频率fL还低的频率(比送电线圈与受电线圈的谐振频率低的频率)等进行设定即可。
此外，在上述其他标准中，与Qi标准同样，对于在暂时停止送电之后，在上述预定时间内开始送电的情况也没有任何规定。另外，对于在暂时停止送电之后检测异物也没有任何规定。
因此，希望有一种使送电停止时间缩短而进行高效率的电力传输的送电装置。
根据以上的考察，本发明人想到了以下公开的各技术方案。
本发明的一技术方案的送电装置，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：
存储器，其对向所述负载供给的所述第1直流电力的要求电压值进行保持；
接收电路，其从所述受电装置接收供给到所述负载的所述第1直流电力的实际的电压值；
逆变器电路，其生成所述第1交流电力并经由所述第2谐振器向所述第1谐振器输送所述第1交流电力；
振荡电路，其生成比所述第1交流电力小的第2交流电力并经由第3谐振器向所述第1谐振器输送所述第2交流电力；
异物检测判定电路，其基于根据所述第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
送电控制电路，其使用所述逆变器电路来输送所述第1交流电力，
所述送电控制电路，
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，
在所述第1送电期间，将从与初始状态的送电电压对应的频率f1到与所述要求电压对应的频率f2依次设定给所述逆变器电路，
使用所述设定的各频率来输送所述第1交流电力，使用所述接收电路来接收与所述各频率对应的所述实际的电压值，对所述要求电压值和与所述各频率对应的所述实际的电压值进行比较，在将表示与同所述要求电压值一致的实际的电压值对应的频率f0的值保持于所述存储器之后，使用所述频率f0来输送所述第1交流电力，
使所述第1交流电力的送电暂时停止，在所述异物检测期间，使用所述异物检测判定电路来判断是否存在异物，
具有对从所述频率f1再次开始送电进行规定且以所述送电的停止为起点的预定期间，
在所述异物检测期间处于所述预定期间内的情况下，在所述第2送电期间，使用所述存储器所保持的表示所述频率f0的值，再次开始所述第1交流电力的送电。
根据上述技术方案，
使所述送电暂时停止，在所述异物检测期间，使用所述异物检测判定电路来判断是否存在异物，具有对从所述频率f1再次开始送电进行规定且以所述送电的停止为起点的预定期间，在所述异物检测期间处于所述预定期间内的情况下，在所述第2送电期间，使用所述存储器所保持的表示所述频率f0的值，再次开始所述第1交流电力的送电。
由此，使用所述存储器所保持的表示所述频率f0的值，不恢复到初始状态的送电电压。因此，能够缩短从初始状态的送电电压达到要求电压的期间。
由此，能够提供一种使从暂时停止送电的时刻到再次开始送电的时刻的送电停止时间缩短而进行高效率的电力传输的送电装置。
本发明的实施方式的概要如下。
以下，参照附图来说明本发明的例示的实施方式。此外，本发明并不限定于以下的实施方式。也可以通过对各实施方式实施各种变形、或组合多个实施方式来构成新的实施方式。在以下的说明中，对相同或类似的构成要素标注相同的附图标记。
(实施方式1)
图1是表示本发明的实施方式1中的无线电力传输系统的构成的概略的图。该无线电力传输系统具备送电电路1、受电电路4、负载5、第2谐振器2、第1谐振器3、第3谐振器11。送电电路1、第2谐振器2以及第3谐振器11可以搭载于送电装置。第1谐振器3、受电电路4以及负载5可以搭载于受电装置。受电装置例如可以是智能手机、平板终端、便携终端等电子设备、或电动汽车等的电动机械。送电装置可以是以无线方式向受电装置供给电力的充电器。负载5可以是例如具备二次电池的设备。负载5也可以是无线电力传输系统外部的要素。图1中，也绘出了向送电电路1供给直流能力(以后，也可以将能量换言之为电力，例如将直流能量称为直流电力，将交流能量称为交流电力)的电源0。电源0既可以包含于本系统，也可以是本系统外部的要素。
第2谐振器2、第1谐振器3以及第3谐振器11分别是包含线圈以及电容器的谐振电路。在本系统中，在第2谐振器2与第1谐振器3之间进行非接触的电力传输。另外，能够利用第3谐振器11与第1谐振器3之间的电磁耦合来检测异物。在以下的说明中，将进行电力传输的模式称为“送电模式”，将检测异物的模式称为“异物检测模式”。在此，“异物”是指在接近第2谐振器2或第1谐振器3时发热的物体。异物包括金属以及人体、动物等生物体。
送电电路1具备逆变器电路10、送电控制电路15、存储器14、振荡电路12、异物检测判定电路13。存储器14存储在电力传输时设定的控制参数(有时也称为“送电参数”。)。因此，有时将存储器14称为“送电参数保持单元”。送电参数是频率等与送电控制相关的参数。送电参数的详细内容稍后叙述。在送电模式下，通过送电控制电路15、逆变器电路10、第2谐振器2以无线方式向受电装置传输电力。在异物检测模式下，通过振荡电路12以及异物检测判定电路13检测第3谐振器11或第1谐振器3附近的异物。
图2是表示由送电电路1进行的处理的流程的图。送电电路1一边每隔预定时间对送电模式和异物检测模式进行切换一边进行动作。送电模式一次的长度可以设定为例如数秒～数十秒左右。检测模式一次的长度可以设定为例如数m秒～数秒左右。但是并不限定于该例。
逆变器电路10与电源0和第2谐振器2连接。逆变器电路10将从电源0输入的直流能量转换成交流能量而供给到第2谐振器2。送电控制电路15控制逆变器电路10所包含的多个开关元件的切换。具体而言，进行以预定的频率切换多个开关元件各自的导通状态的控制。由此，送电控制电路15使逆变器电路10输出交流能量。送电控制电路15在开始电力传输时，读取存储器14所存储的控制参数，基于该控制参数来控制逆变器电路10。送电控制电路15在电力传输中根据负载5的状态使控制参数变化。送电控制电路15在从送电模式转移到异物检测模式时，将此时的控制参数记录于存储器14。由此，在下次开始送电模式时，能够基于之前的控制参数来再次开始电力传输。
第2谐振器2和第1谐振器3构成为以频率f0进行谐振。换言之，设定各线圈的电感以及各电容器的容量，以使第2谐振器2和第1谐振器3具有谐振频率f0。第2谐振器2所包含的线圈将从送电电路1供给的交流能量送出到空间。第1谐振器3接受从第2谐振器2送出的交流能量的至少一部分。由第1谐振器3接受的交流能量被送到受电电路4。受电电路4对接受的交流能量进行整流而供给到负载5。
送电电路1在异物检测模式下驱动振荡电路12以及异物检测判定电路13。振荡电路12构成为将包含交流成分的电压输出给第3谐振器11。“包含交流成分的电压”意味着包含周期性变动的成分的电压。包含交流成分的电压不限于呈正弦波状变化的电压，也可以是具有三角波、矩形波这种周期性变化的任意波形的电压。
第3谐振器11和第1谐振器3构成为以频率fr进行谐振。换言之，设定各线圈的电感以及各电容器的容量，以使第3谐振器11和第1谐振器3具有谐振频率fr。第3谐振器11在被振荡电路12供给电压时，在周围形成磁场，与第1谐振器3电磁耦合。
异物检测判定电路13与振荡电路12以及送电控制电路15连接。异物检测判定电路13能够检测位于第3谐振器11或第1谐振器3附近的异物1000。当金属等异物1000接近第3谐振器11或第1谐振器3时，从振荡电路12输出的电压的波形发生变动。异物检测判定电路13基于该变动判定有无异物。异物的检测不限于基于电压的变动来进行，也可以基于根据电压而变化的其他物理量的变动来进行。在本说明书中，“根据电压而变化的物理量”除了电压自身以外，还包括例如第3谐振器11的输入阻抗、输入电感、Q值、耦合系数这种物理量。异物检测判定电路13基于异物检测的结果，决定用于下次电力传输的控制参数，并对送电控制电路15进行指示。由此，能够以高效率进行异物检测后的电力传输。
接着，说明各构成要素的更具体的结构以及动作。
图3是表示逆变器电路10的具体的构成例的图。该例中的逆变器电路10具有全桥型逆变器的结构。该逆变器电路10具有4个开关元件21、22、23、24。开关元件21～24的ON(导通)/OFF(非导通、截止)分别通过被从送电控制电路15输入的控制信号S1～S4来控制。第2谐振器2以及第1谐振器3具有谐振频率f0。因此，各开关元件的导通/截止的切换频率即送电频率被设定为f0附近的值。若使各开关元件的导通/截止的切换频率变化，则第2谐振器2的输入阻抗发生变化。其结果，第2谐振器2的输入电压V1以及第1谐振器3的输出电压V2的大小发生变化。
图4A是表示从送电控制电路15输出的控制信号S1～S4、逆变器电路10的输出电压V1、以及从第1谐振器3输出的电压V2的时间变化的一例的图。在该例中，分别决定开关元件21、24的导通/截止的定时(timing)的控制信号S1、S4的相位一致。同样，分别决定开关元件22、23的导通/截止的定时的控制信号S2、S3的相位一致。开关元件21、24成为导通的定时和开关元件21、24成为截止的定时偏离半个周期。其结果，从逆变器电路10输出的电压V1具有交替地反复具有正值E0的期间和具有负值-E0的期间的波形。从第1谐振器3输出的电压V2具有使电压V1平滑化的正弦波状的波形。
图4B是表示控制信号S1～S4、电压V1以及电压V2的时间变化的另一例的图。在该例中，在控制信号S1与控制信号S4之间以及控制信号S2与控制信号S3之间产生了相位偏离。因此，逆变器电路10的输出时间比比图4A的例中的输出时间比小。在此，“输出时间比”意味着1个周期中输出绝对值比预定值(例如振幅的绝对值的几％～20％左右)大的电压的时间的比例。输出时间比越大，则提供给负载5的电压也就越大。在该例中，通过调整向各开关元件输入的控制信号的相位，能控制输出时间比。通过使向同时成为导通的2个开关元件输入的2个控制信号的相位错开，输出电压V1的占空比发生变化。其结果，第1谐振器3的输出电压V2的大小也发生变化。
在电力传输中，有时负载5的阻抗发生变化。该情况下，提供给负载5的电压发生变化。在需要以恒定的电压驱动负载5的情况下，需要进行控制以即使负载5的阻抗发生变化也向负载5提供恒定的电压。于是，送电控制电路15通过调整各开关元件的开关定时的相位，进行控制以使提供给负载5的电压恒定。在负载5的阻抗发生了变化的情况下，赋予最佳传输效率的频率也发生变化。于是，送电控制电路15使各开关元件的导通/截止的切换频率也根据负载5的阻抗而变化。即，送电控制电路15将各开关元件的导通/截止的切换频率和控制信号的相位作为控制参数，控制第1谐振器3的输出电压的大小。
负载5的阻抗的变化例如可以经由未图示的通信电路从受电电路4传递给送电电路1。作为从受电电路4向送电电路1传递信息的方法，例如有如下方法：在受电电路4的输出端设置使负载阻抗变动的开关，以与逆变器电路10的频率足够不同的频率使该开关接通/断开。通过使开关接通/断开，能够对受电电路4检测到的负载阻抗的变化进行频率调制而作为信息传递给送电电路1。送电电路1通过检测因开关的接通/断开而产生的第2谐振器2的两端电压的变动、和/或在逆变器电路10的输入端产生的电流量的变动，并对检测结果进行解调，能够读取所传递来的信息。不限于这种方法，也可以通过NFC(Near FieldCommunication：近场通信)、Wireless LAN等其他的通信方法来发送信息。
输出时间比的调整，不限于通过使控制信号间的相位偏离量变化来进行，也可以通过使各控制信号的占空比变化来进行。例如，通过减小各控制信号的占空比，能够减小输出电压V1的占空比。因此，送电控制电路15也可以构成为取代调整相位而调整各控制信号的占空比。
在图3所示例中，逆变器电路10是全桥型的逆变器，但并不限定于该例。逆变器电路10例如也可以是具有2个开关元件和2个电容器的半桥型逆变器。或者，还可以是具有1个开关元件、2个电感和2个电容器的E级放大器。无论是哪个结构，都能够将送电频率和开关定时的相位等作为控制参数来控制第1谐振器3的输出的大小。
在电源0与逆变器电路10之间也可以设置DC/DC转换器。在这种结构中，通过DC/DC转换器使向逆变器电路10输入的直流电压变化，由此能够控制逆变器电路10的输出电压。在设有DC/DC转换器的情况下，无需调整向逆变器电路10的各开关元件输入的控制信号的相位和/或占空比。该情况下，可以设定对DC/DC转换器的输出电压进行决定的开关元件的切换频率和/或占空比作为控制参数。
送电参数保持单元14是存储送电所需要的各种控制参数的存储器。送电参数保持单元14将在开始最初的送电时所使用的控制参数的值存储为“全局初始值”。送电参数保持单元14将另外在送电暂时停止之后下次再次开始时所需要的控制参数的值存储为“局部初始值”。
送电控制电路15是在送电模式下控制逆变器电路10的动作的电路。送电控制电路15可以通过例如门驱动器和处理器的组合来实现。送电控制电路15在异物检测模式下使逆变器电路10的输出停止以使第2谐振器2不产生电磁场。由此，能消除送电电力对磁场的影响，使异物检测的灵敏度提高。在从送电模式转移到异物检测模式时，送电控制电路15用即将停止逆变器电路10的输出之前的控制参数的值来更新送电参数保持单元14所存储的局部初始值。更新后的局部初始值在异物检测处理后，在接着再次开始送电模式时被再次设定。
若在电力传输中金属等异物1000存在于第2谐振器2和第1谐振器3的附近，则有可能因从第2谐振器2产生的磁场而在异物1000产生涡电流。该情况下，若直接继续电力传输则异物1000会发热。于是，本实施方式的无线电力传输系统使用振荡电路12、异物检测判定电路13和第3谐振器11来检测异物1000。
对于振荡电路12，能够使用例如科耳波兹(Colpitts)振荡电路、哈特莱(Hartley)振荡电路、克莱普(Clap)振荡电路、富兰克林(Franklin)振荡电路、皮尔斯(Pierce)振荡电路等基于LC谐振原理的自励式的振荡电路。不限于上述的振荡电路，也可以使用其他的振荡电路。
异物检测判定电路13是进行振荡电路12的控制以及异物检测处理的处理器。异物检测判定电路13例如可以通过CPU和存储有计算机程序的存储器的组合来实现。异物检测判定电路13也可以是构成为实现后述的动作的专用的硬件。
本实施方式中的第1谐振器3由包含线圈以及电容器的并联谐振电路构成。第3谐振器11构成为能够与第1谐振器3电磁耦合。第1谐振器3以及第3谐振器11都具有谐振频率fr。异物检测判定电路13基于振荡电路12正在振荡的状态下的第3谐振器11的两端电压等物理量，判定有无异物。
接着，对该异物检测处理进行具体说明。本实施例的异物检测的原理之一是，通过对因金属等异物1000屏蔽磁场而产生的电压等物理量的变化进行计测来判定有无异物。
图5A以及图5B是表示第1谐振器3与第3谐振器11耦合时的2个磁场模式下的磁通流动的概略图。这些图示出了在第1谐振器3的线圈和第3谐振器11的线圈以使中心轴一致的方式平行放置的情况下，在与线圈的面垂直的平面上截断两线圈时的截面。图5A示出了第1谐振器3与第3谐振器11以比谐振频率fr低的频率f10进行电磁耦合时的磁场模式。将这种磁场模式称为奇模式(odd mode)。图5B示出了第1谐振器3与第3谐振器11以比谐振频率fr高的频率f20进行电磁耦合时的磁场模式。将这种磁场模式称为偶模式(even mode)。
如图5A所示，在第1谐振器3与第3谐振器11以比谐振频率fr低的频率f10进行电磁耦合时，2个谐振器之间的磁场集中于中央部A。即，在2个线圈间的中央部A，磁通的方向一致，彼此相长。因此，中央部A的磁通密。相反，在从2个线圈的内径到外径的部分之间的周边部B，磁通的方向相反，彼此抵消。因此，周边部B的磁通疏。另一方面，如图5B所示，在第1谐振器3与第3谐振器11以比谐振频率fr高的频率f20进行电磁耦合时，2个谐振器之间的磁场集中于周边部B。即，在线圈间的中央部A磁通疏，在从2个线圈的内径到外径的周边部B磁通密。
在第1谐振器3与第3谐振器11之间存在异物时，认为该位置的磁通越密，则第3谐振器11的两端的电压的变化就越大。因此，在振荡频率为f10时，认为存在于中央部A的异物的检测精度提高。相反，在振荡频率为f20时，认为存在于周边部B的异物的检测精度提高。
以上所述，在第2谐振器2与第1谐振器3电磁耦合时也同样。即，在第2谐振器2与第1谐振器3以比谐振频率f0低的频率f11进行电磁耦合时，2个谐振器之间的磁场集中于中央部A。因此，中央部A的磁通密，周边部B的磁通疏。另一方面，在第2谐振器2与第1谐振器3以比谐振频率f0高的频率f21进行电磁耦合时，2个谐振器之间的磁场集中于周边部B。因此，周边部B的磁通密，中央部A的磁通疏。
在电力传输中异物混入到了第2谐振器2与第1谐振器3之间的情况下，在被屏蔽的磁通少的情况下异物的发热小。因此，在第2谐振器2的线圈的中央部附近存在异物的情况下，认为以频率f21振荡的情况与以频率f11振荡的情况相比更能减少发热。另一方面，在第2谐振器2的线圈的周边部附近存在异物的情况下，认为以频率f11振荡的情况与以频率f21振荡的情况相比更能减少发热。
于是，本实施方式中的异物检测判定电路13在异物检测模式下，判定在中央部A和周边部B的哪一方的附近存在异物。在之后的送电模式下，对送电控制电路15进行指示，使得：以认为存在异物的位置的磁通少的频率进行送电。更具体而言，异物检测判定电路13判定以频率f10振荡时的电压的变动是否比以频率f20振荡时的电压的变动大。如果前者比后者大、且该变动超过预定的阈值，则异物检测判定电路13指示送电控制电路15以频率f21进行送电。相反，如果后者比前者大、且该变动超过预定的阈值，则异物检测判定电路13指示送电控制电路15以频率f11进行送电。通过这种控制，能够抑制因异物导致的电力传输效率的降低。
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<fr<f20以及f11<f0<f21的关系。频率f0可以设定为例如100kHz～200kHz范围内的值。频率fr可以设定为例如500kHz～1.5MHz范围内的值。频率f0、fr也可以设定为超出这些范围的值。在本实施方式中，频率fr比频率f0高。但是，频率f0、fr也可以相等，还可以是频率f0比频率fr高。
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。
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。
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。
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。
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。在其差大于阈值的情况下，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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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)。
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)。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
(实施方式2)
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。
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。
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。
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。
Lin(f)＝L3{1-k2/(1-(fr/f)2)}…式1
图12是示意性表示式1的图。
在频率f<<fr时，第1谐振器3的两端实质上似乎断开。将在比fr低的频率f10下测定的输入电感值设为Lin(f10)。另一方面，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)。
当适当设定了f10、f20的大小时，根据式1得到以下的近似式。
Lin(f10)≒L3
Lin(f20)≒L3(1-k2)
根据这2个近似式，得到以下的式2。
k2≒1-Lin(f20)/Lin(f10)…式2
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。
Lin_open(f10)＝Lin_open(f20)…式3
Lin_short(f10)＝Lin_short(f20)…式4
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。
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。
k2≒1-f102/f202…式5
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。
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。
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。
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。
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)。
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)。
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。
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。
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。
(实施方式3)
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。
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。在送电处理模式下，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。
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。
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。
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。
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。
k2≒1-f102/(f202-f302)…式6
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。
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。
(实施方式4)
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。
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。
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。
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230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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
[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：
存储器，其对向所述负载供给的所述第1直流电力的要求电压值进行保持；
接收电路，其从所述受电装置接收供给到所述负载的所述第1直流电力的实际的电压值；
逆变器电路，其生成所述第1交流电力并经由所述第2谐振器向所述第1谐振器输送所述第1交流电力；
振荡电路，其生成比所述第1交流电力小的第2交流电力并经由第3谐振器向所述第1谐振器输送所述第2交流电力；
异物检测判定电路，其基于根据所述第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
送电控制电路，其使用所述逆变器电路来输送所述第1交流电力，
所述送电控制电路，
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，
在所述第1送电期间，将从与初始状态的送电电压对应的频率f1到与所述要求电压对应的频率f2依次设定给所述逆变器电路，
使用所述设定的各频率来输送所述第1交流电力，使用所述接收电路来接收与所述各频率对应的所述实际的电压值，对所述要求电压值和与所述各频率对应的所述实际的电压值进行比较，在将表示与同所述要求电压值一致的实际的电压值对应的频率f0的值保持于所述存储器之后，使用所述频率f0来输送所述第1交流电力，
使所述第1交流电力的送电暂时停止，在所述异物检测期间，使用所述异物检测判定电路来判断是否存在异物，
具有对从所述频率f1再次开始送电进行规定且以所述送电的停止为起点的预定期间，
在所述异物检测期间处于所述预定期间内的情况下，在所述第2送电期间，使用所述存储器所保持的表示所述频率f0的值，再次开始所述第1交流电力的送电。
根据上述技术方案，
在所述第1送电期间，对所述逆变器电路依次设定从与初始状态的送电电压对应的频率f1到与所述要求电压对应的频率f2，使用所述设定的各频率来输送所述第1交流电力。
并且，使用所述接收电路来接收与所述各频率对应的所述实际的电压值，对所述要求电压值和与所述各频率对应的所述实际的电压值进行比较，在将表示与同所述要求电压值一致的实际的电压值对应的频率f0的值保持于所述存储器之后，使用所述频率f0来输送所述第1交流电力。
在所述异物检测期间，在使所述送电暂时停止的送电停止状态下，使用所述异物检测判定电路来判断是否存在异物。
并且，在判断为不存在异物的情况下，例如在Qi标准中对从与初始状态的送电电压对应的所述频率f1再次开始送电进行了规定的所述预定时间内，在所述第2送电期间，从所述送电停止状态使用所述存储器所保持的表示所述频率f0的值，再次开始所述第1交流电力的送电。
通过使用所述存储器所保持的表示所述频率f0的值，不恢复到初始状态的送电电压，能够缩短从初始状态的送电电压达到要求电压的期间，能够在所述预定时间之前就到达所述要求电压值。
由此，能够提供一种使从暂时停止送电的时刻到再次开始送电的时刻的送电停止时间缩短而进行高效率的电力传输的送电装置。
[项目2]
根据项目1所述的送电装置，
所述频率f1是比所述频率f2高的频率。
根据上述技术方案，
从比所述第1谐振器与所述第2谐振器的谐振频率高的所述频率f1开始送电。
[项目3]
根据项目1所述的送电装置，
所述频率f1是比所述频率f2低的频率。
根据上述技术方案，
从比所述第1谐振器与所述第2谐振器的谐振频率低的所述频率f1开始送电。
[项目4]
根据项目1～3中任一项所述的送电装置，
所述送电控制电路，在所述预定期间后判断为不存在异物的情况下，在所述第2送电期间，从所述频率f1再次开始送电。
根据上述技术方案，
在所述预定时间后判断为不存在异物的情况下，在所述第2送电期间，从作为送电电压是低电压的所述频率f1再次开始送电。
[项目5]
根据项目1～4中任一项所述的送电装置，
所述预定期间是无线充电联盟的Qi标准所规定的350ms。根据上述技术方案，
能够提供一种使用依照Qi标准的所述预定期间来进行动作故而安全性高的送电装置。
[项目6]
根据项目1～5中任一项所述的送电装置，
所述送电控制电路，
在所述第1送电期间，将所述表示频率f0的值和从所述逆变器电路输出的表示电压的占空比的值保存于所述存储器之后，使用所述频率f0来输送所述第1交流电力，
在所述第2送电期间，使用所述存储器所保存的所述表示频率f0的值以及所述表示电压的占空比的值，再次开始所述第1交流电力的送电。
根据上述技术方案，
在所述第1送电期间，对所述频率f0和从所述逆变器电路输出的电压的占空比进行调整，使其与所述要求电压值一致，进而以高效率进行送电。而且，使表示所述频率f0的值以及表示所述占空比的值保持于所述存储器。
在所述第2送电期间，通过使用所述存储器所保持的表示所述频率f0的值以及表示所述占空比的值，能够使送电电压与所述要求电压值一致，进而进行高效率的送电。
[项目7]
根据项目1～6中任一项所述的送电装置，
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，在所述测定的物理量与预定的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。
根据上述技术方案，
测定所述第3谐振器中的物理量，在所述测定的物理量与预定的基准值的差分大的情况下，当所述差分超过所述预定的范围的上限时，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，当所述差分低于所述预定的范围的下限时，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。
[项目8]根据项目1～7中任一项所述的送电装置，
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。
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。
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。
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。
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。
[项目9]根据项目1～8中任一项所述的送电装置，
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。
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。
[项目10]根据项目1～9中任一项所述的送电装置，
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，
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，
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，
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。
根据上述技术方案，
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。
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。
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。
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。
[项目11]根据项目1～10中任一项所述的送电装置，
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，
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，
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，
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。
根据上述技术方案，
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。
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。
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。
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。
另外，与上述技术方案同样，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。
[项目12]根据项目1～11中任一项所述的送电装置，
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，
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，
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。
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。
另外，与上述技术方案同样，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。
[项目13]根据项目1～12中任一项所述的送电装置，
所述第1谐振器和所述第3谐振器是同一谐振器，
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，
所述送电控制电路，
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，
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。
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。
[项目14]一种无线电力传输系统，具备：
项目1～13中任一项所述的送电装置；和
受电装置。
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。
(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。
(2)在某实施方式中，所述振荡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。
(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。
(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。
(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。
(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。
(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。
(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。
(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。
(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。
(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。
(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。
(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。
(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。
(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。
(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。
(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。
(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。
(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。
(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。
(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。
(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。
(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。

Claims (14)

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：
存储器，其对向所述负载供给的所述第1直流电力的要求电压值进行保持；
接收电路，其从所述受电装置接收供给到所述负载的所述第1直流电力的实际的电压值；
逆变器电路，其生成所述第1交流电力并经由第2谐振器向所述第1谐振器输送所述第1交流电力；
振荡电路，其生成比所述第1交流电力小的第2交流电力并经由第3谐振器向所述第1谐振器输送所述第2交流电力；
异物检测判定电路，其基于根据所述第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
送电控制电路，其使用所述逆变器电路来输送所述第1交流电力，
所述送电控制电路，
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，
在所述第1送电期间，将从与初始状态的送电电压对应的频率f1到与所述要求电压对应的频率f2依次设定给所述逆变器电路，
使用所述设定的各频率来输送所述第1交流电力，使用所述接收电路来接收与所述各频率对应的所述实际的电压值，对所述要求电压值和与所述各频率对应的所述实际的电压值进行比较，在将表示与同所述要求电压值一致的实际的电压值对应的频率f0的值保持于所述存储器之后，使用所述频率f0来输送所述第1交流电力，
使所述第1交流电力的送电暂时停止，在所述异物检测期间，使用所述异物检测判定电路来判断是否存在异物，
具有对从所述频率f1再次开始送电进行规定且以所述送电的停止为起点的预定期间，
在所述异物检测期间处于所述预定期间内的情况下，在所述第2送电期间，使用所述存储器所保持的表示所述频率f0的值，再次开始所述第1交流电力的送电。
2.根据权利要求1所述的送电装置，
所述频率f1是比所述频率f2高的频率。
3.根据权利要求1所述的送电装置，
所述频率f1是比所述频率f2低的频率。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的送电装置，
所述送电控制电路，在所述预定期间后判断为不存在异物的情况下，在所述第2送电期间，从所述频率f1再次开始送电。
5.根据权利要求1所述的送电装置，
所述预定期间是无线充电联盟的Qi标准所规定的350ms。
6.根据权利要求1所述的送电装置，
所述送电控制电路，
在所述第1送电期间，将表示频率f0的值和从所述逆变器电路输出的表示电压的占空比的值保存于所述存储器之后，使用所述频率f0来输送所述第1交流电力，
在所述第2送电期间，使用所述存储器所保存的所述表示频率f0的值以及所述表示电压的占空比的值，再次开始所述第1交流电力的送电。
7.根据权利要求1所述的送电装置，
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，在所述测定的物理量与预定的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。
8.根据权利要求1所述的送电装置，
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。
9.根据权利要求1所述的送电装置，
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。
10.根据权利要求1所述的送电装置，
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，
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，
对所述振荡电路以频率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，
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。
11.根据权利要求1所述的送电装置，
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，
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，
对所述振荡电路以频率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，
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。
12.根据权利要求1所述的送电装置，
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，
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，
所述异物检测判定电路对所述振荡电路进行振荡的频率f10以及频率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。
13.根据权利要求1所述的送电装置，
所述第1谐振器和所述第3谐振器是同一谐振器，
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，
所述送电控制电路，
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，
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。
14.一种无线电力传输系统，具备：
权利要求1所述的送电装置；和
受电装置。
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