CN106451815B - 送电装置以及无线功率传输系统 - Google Patents

Abstract

本公开涉及送电装置以及无线功率传输系统。送电装置算出作为第1单位时间的起点的第1时刻t1的送电功率P(t1)和作为所述第1单位时间的终点的第2时刻t2的送电功率P(t2)，保持作为第2单位时间的起点的第3时刻t3的决定所述送电功率的电压的控制参数Q(t3)和作为所述第2单位时间的终点的第4时刻t4的决定所述送电功率的电压的控制参数Q(t4)，算出功率差ΔP＝P(t2)‑P(t1)和控制参数之差ΔQ＝Q(t4)‑Q(t3)，在所述功率差ΔP为第1阈值以上且所述控制参数之差ΔQ的绝对值为第2阈值以上的情况下，判断为在所述受电谐振器与所述送电谐振器之间存在负载，使所述逆变器电路减少所述送电功率。

Description

送电装置以及无线功率传输系统

技术领域

本公开涉及具备检测线圈间的异物的异物检测装置并且用于以非接触方式传输功率的无线功率传输的送电装置。

背景技术

近年来，在便携电话机、电动汽车等伴有移动性的电子设备、EV(ElectricVehicle：电动汽车)设备中，为了进行无线充电，正在开发使用线圈间的感应耦合的无线功率传输技术。无线功率传输系统具备送电装置和受电装置，所述送电装置具有包括送电线圈的送电天线，所述受电装置具有包括受电线圈的受电天线。无线功率传输系统通过受电线圈捕捉由送电线圈生成的磁场，由此能够不使电极直接接触而传输功率。

专利文献1公开了这样的无线功率传输系统的一例。

现有技术文献

专利文献1：美国专利申请公开第2012/0077537号说明书

发明内容

但是，在上述现有技术中，在送电线圈与受电线圈之间进入了异物时，不使用按比较长的时间间隔(例如约数秒的间隔)发送的受电功率的数据的话则无法检测异物的进入。希望有一种能够不使用受电功率的数据而检测异物进入的送电装置。

本公开的一个技术方案涉及的送电装置，以非接触方式对具备受电谐振器的受电装置传输交流的送电功率，所述送电装置具备：送电谐振器，其与所述受电谐振器电磁耦合来传输所述送电功率；逆变器电路，其生成向所述送电谐振器输出的所述送电功率；以及送电控制电路，其基于从所述受电装置输入的表示所述受电装置内的电压的值的信息来调整决定所述送电功率的电压的控制参数Q，控制所述逆变器电路输出的所述送电功率的大小。所述送电控制电路，在从送电开始起经过预定的时间所述送电功率收敛于预定的范围内的状态下，算出作为第1单位时间的起点的第1时刻t1的送电功率P(t1)和作为所述第1单位时间的终点的第2时刻t2的送电功率P(t2)，保持作为第2单位时间的起点的第3时刻t3的决定所述送电功率的电压的控制参数Q(t3)和作为所述第2单位时间的终点的第4时刻t4的决定所述送电功率的电压的控制参数Q(t4)，算出功率差ΔP＝P(t2)-P(t1)和控制参数之差ΔQ＝Q(t4)-Q(t3)，在所述功率差ΔP为第1阈值以上且所述控制参数之差ΔQ的绝对值为第2阈值以上的情况下，判断为在所述受电谐振器与所述送电谐振器之间存在负载，使所述逆变器电路减少所述送电功率，在所述功率差ΔP小于第1阈值的情况下或者所述控制参数之差ΔQ的绝对值小于第2阈值的情况下，判断为在所述受电谐振器与所述送电谐振器之间不存在负载，使所述逆变器电路继续进行与所述送电功率相同功率的功率输送。

这些总括性或具体的技术方案可以由系统、方法、集成电路、计算机程序或记录介质来实现。或者，也可以由系统、装置、方法、集成电路、计算机程序和记录介质的任意组合来实现。

根据本公开的一个技术方案，能够不使用从受电装置按较长的定期的间隔(例如，约数秒的间隔)发送的受电功率的数据，判断在送电线圈与受电线圈之间是否进入了异物。另外，能够实现高精度地辨别送电线圈与受电线圈之间的位置偏离和异物进入的送电装置。

附图说明

图1是本公开的实施方式1涉及的无线功率传输系统的构成图。

图2是表示本公开的实施方式1涉及的逆变器电路的构成例的图。

图3A是表示本公开的实施方式1涉及的逆变器电路的工作的一例的图。

图3B是表示本公开的实施方式1涉及的逆变器电路的工作的另一例的图。

图4是本公开的实施方式1的变形例涉及的无线功率传输系统的构成图。

图5A是本公开的实施方式1涉及的送电线圈和受电线圈的概略配置图。

图5B是本公开的实施方式1涉及的送电线圈和受电线圈的概略配置图。

图5C是本公开的实施方式1涉及的送电功率的时间变化的图。

图6是表示本公开的实施方式1涉及的送电谐振器以及受电谐振器的等效电路的图。

图7是表示本公开的实施方式1中的工作的流程图。

图8是本公开的实施方式2涉及的无线功率传输系统的构成图。

图9是表示具有显示部的送电装置的例子的图。

图10是表示本公开的实施例涉及的通过椭圆的方程式来决定阈值的例子的图。

图11是表示本公开的实施例涉及的通过一次方程式来决定阈值的例子的图。

附图标记说明

0直流电源

1送电装置

2送电谐振器

2a送电线圈

3受电谐振器

3a受电线圈

4受电电路

5负载

6受电装置

7发送电路

10逆变器电路

14存储器

15送电控制电路

16接收电路

18DC-DC转换器

19显示部

20传感器电路

21～24开关元件

1000异物

具体实施方式

(成为本公开的基础的见解)

在说明本公开的实施方式之前，说明成为本公开的基础的见解。

首先，说明“异物”的定义。在本公开中，“异物”是指在位于无线功率传输系统中的送电线圈、异物检测用的线圈或受电线圈的附近时因在线圈间输送的功率而发热的金属等物体。

对于在“背景技术”一栏中记载的无线功率传输系统，本发明人发现会产生以下的问题。

在无线功率传输系统中，在进行功率传输时若在送电线圈与受电线圈之间存在金属等异物，则会发生在异物产生涡电流并使之加热的风险。因此，为了安全且高效地进行无线功率传输，希望设置检测送电线圈与受电线圈之间的异物的功能。

在专利文献1的无线功率传输系统中，受电装置将表示从送电装置接受的功率(以下，有时称为“受电功率”。)的值Pr1的数据发送给送电装置。送电装置检测此时的送电功率的值Ps1。送电装置使用受电功率的值Pr1和送电功率的值Ps1，算出传输效率η(＝受电功率Pr1/送电功率Ps1)。如果传输效率η低于预定的阈值，则送电装置判断为在送电线圈与受电线圈之间存在异物。

传输效率η在效率为100％时为1，因此传输效率的变形式1-η表示减少率。因此，传输效率的变形式1-η是与送电功率的值Ps1和受电功率的值Pr1的功率差ΔP1(＝Ps1-Pr1)实质上相同的意思。由此，专利文献1的上述方法换言之可以是如下方法：当送电功率的值Ps1与受电功率的值Pr1的功率差ΔP1(＝Ps1-Pr1)超过预定的阈值ΔPth1时，判断为在送电线圈与受电线圈之间存在异物。

另一方面，以无线方式进行充电的设备多数进行遵循无线充电联盟(WirelessPower Consortium：WPC)制定的Qi标准的功率传输。在Qi标准中，按约数秒(sec)的间隔向送电装置传送表示受电装置感知到的受电功率的值Pr2的信息(数据)。进而，按约250毫秒(msec)的间隔向送电装置传输表示受电装置感知到的受电功率的电压的值的数据。即，受电装置以比通知受电功率的值的频度高的频度将电压的值通知给送电装置。在此，“受电功率的电压”是指传输到受电装置的功率(也即电功率，电压与电流之积)的电压。以下有时将该电压称为“受电电压”。在Qi标准中，该电压是通过受电装置内的整流电路整流后的电压。

送电装置按约数秒的间隔算出受电装置感知到受电功率时的送电功率的值Ps2与所传输的受电功率的值Pr2的功率差ΔP2(＝Ps2-Pr2)。当该功率差ΔP2超过预定的阈值ΔPth2时，送电装置判断为在送电线圈与受电线圈之间存在异物。

送电装置调整向受电装置传输的功率，以使得按250msec的间隔高速传输的受电电压的值趋近于受电装置要求的电压(例如，5V±0.04V)。其结果是，按约数百msec～数秒的间隔，受电电压趋近于受电装置要求的电压。

如此，在专利文献1公开的系统或者遵循Qi标准的系统中，使用送电功率的值与受电功率的值之差ΔP1或者ΔP2，判断在送电线圈与受电线圈之间是否存在异物。

然而，本发明人发现在上述的使用送电功率的值与受电功率的值之差ΔP1或ΔP2的以往的异物检测方法中会产生以下的问题。

首先，作为前提，使上述功率差ΔP1或ΔP2扩大的主要原因有两个。第一个原因是送电线圈和受电线圈产生位置偏离。位置偏离是指送电线圈与受电线圈的相对的位置关系从能够实现良好的电磁耦合的关系(例如两个线圈正对的状态)偏离。第二个原因是在送电线圈与受电线圈之间进入金属等异物。

在适用上述的专利文献1的系统进行研究时如下。在专利文献1的系统中产生了位置偏离的情况下，送电线圈与受电线圈的电磁耦合下降，因此受电功率下降。由此，该情况下，上述功率差ΔP1扩大。另外，在送电线圈与受电线圈之间进入了异物的情况下，因为功率被异物吸引，所以受电功率也下降。由此，在该情况下上述功率差ΔP1也扩大。

另一方面，在适用上述的Qi标准的系统进行研究时如下。在Qi标准的系统中，与专利文献1的系统同样，在产生了位置偏离的情况下和在送电线圈与受电线圈之间进入了异物的情况的任一情况下，由于与上述同样的理由，受电电压都下降。

而且，在Qi标准的系统中，为了使已下降的受电电压恢复到原来的电压，送电装置使送电功率增加。其结果是，产生了位置偏离之后的送电功率比产生位置偏离之前的送电功率大。因为同样的理由，送电线圈与受电线圈之间进入了异物之后的送电功率比送电线圈与受电线圈之间进入异物之前的送电功率大。

在Qi标准的系统中，受电电压按约数百msec～数秒的间隔被调整成趋近于受电装置的要求电压。由此，按约数百msec～数秒的间隔，受电功率也被调整成大致恒定。其结果是，产生了位置偏离之后的受电功率成为与产生位置偏离之前的受电功率大致相同的值。同样，送电线圈与受电线圈之间进入了异物之后的受电功率，也成为与在送电线圈与受电线圈之间进入异物之前的受电功率大致相同的值。

根据以上所述，在产生位置偏离的前后以及送电线圈与受电线圈之间进入异物的前后，受电功率的值Pr2大致恒定而送电功率的值Ps2增加。因此，送电功率的值Ps2与受电功率的值Pr2的功率差ΔP2(＝Ps2-Pr2)扩大。根据这样的机制，在产生了位置偏离的情况下和进入了异物的情况下，功率差ΔP2(＝Ps2-Pr2)都扩大。

然而，本发明人在上述的专利文献1的系统和Qi标准的系统中，都发现了存在如下情况：产生了位置偏离时的功率差ΔPc和进入了异物时的功率差ΔPo成为大致相同的值(ΔPc≒ΔPo)。即，发现了存在如下情况这一新的问题：在上述的专利文献1的系统和Qi标准的系统中，都无法区分产生了线圈间的位置偏离的情况和线圈间进入了异物的情况。

一般而言，在产生了位置偏离的情况下，仅在没有异物时，才希望考虑用户的便利性而不使送电功率的供给停止地驱动受电装置。另一方面，在送电线圈与受电线圈之间进入了异物的情况下，因为存在过热的可能性，所以从安全性的观点出发希望停止送电功率的供给。

由此，希望能够区分产生了位置偏离的情况和送电线圈与受电线圈之间进入了异物的情况。若无法进行上述区分，则会产生如下问题：例如在没有异物进入而产生了位置偏离的情况下停止了送电功率的供给，损害了用户的便利性。

而且，在Qi标准的系统中，送电装置取得受电功率的值的间隔长约数秒。因此，有可能无法立即取得异物进入之后的受电功率的值。该情况下，无法立即检测在判断为在送电线圈与受电线圈之间没有异物而继续送电之后才进入的异物。其结果是，有可能会使该异物加热。

因此，希望有一种能高精度地辨别线圈间的位置偏离和线圈间进入异物的送电装置。另外，希望有一种不使用从受电装置按较长的定期的间隔(例如，约数秒的间隔)通知的受电功率的值而能够判断线圈间是否进入了异物的送电装置。

根据以上的考察，本发明人想到了以下公开的各技术方案。

本公开的一个技术方案涉及的送电装置，以非接触方式对具备受电谐振器的受电装置传输交流的送电功率，所述送电装置具备：

送电谐振器，其与所述受电谐振器电磁耦合来传输所述送电功率；

逆变器电路，其生成向所述送电谐振器输出的所述送电功率；以及

送电控制电路，其基于从所述受电装置输入的表示所述受电装置内的电压的值的信息来调整决定所述送电功率的电压的控制参数，控制所述逆变器电路输出的所述送电功率的大小，

所述送电控制电路，

在从送电开始起经过预定的时间所述送电功率收敛于预定的范围内的状态下，

算出作为第1单位时间的起点的第1时刻t1的送电功率P(t1)和作为所述第1单位时间的终点的第2时刻t2的送电功率P(t2)，

保持作为第2单位时间的起点的第3时刻t3的所述送电功率的电压值V(t3)和作为所述第2单位时间的终点的第4时刻t4的所述送电功率的电压值V(t4)，

算出功率差ΔP＝P(t2)-P(t1)和电压值之差ΔV＝V(t4)-V(t3)，

在所述功率差ΔP为第1阈值以上且所述电压值之差ΔV为第2阈值以上的情况下，判断为在所述受电谐振器与所述送电谐振器之间存在负载，使所述逆变器电路减少所述送电功率，

在所述功率差ΔP小于第1阈值的情况下或者所述电压值之差ΔV小于第2阈值的情况下，判断为在所述受电谐振器与所述送电谐振器之间不存在负载，使所述逆变器电路继续进行与所述送电功率相同功率的功率输送。

在送电线圈与受电线圈之间没有进入异物而仅产生了位置偏离的情况下，因为不存在异物，所以送电线圈的阻抗(负载)的变动小。另一方面，在送电线圈与受电线圈之间进入了异物的情况下，因为异物成为负载，所以阻抗的变动大。

根据上述物理性质，定性而言，可知：即使功率差△P相同，相比于产生了线圈间的位置偏离时，在线圈间进入了异物时的阻抗(负载)的变动大，送电电压的变动也大。着眼于该情况，本发明人通过使用功率差△P和电压值之差(电压差)ΔV这两方的参数进行评价，找到了能够高精度地辨别是产生了位置偏离还是异物进入了线圈间的方法。

根据上述技术方案，通过基于功率差△P和电压差ΔV这两方的参数进行评价，即使在产生了位置偏离时的功率差ΔPc和进入了异物时的功率差ΔPo成为大致相同的值(ΔPc≒ΔPo)的情况下，也就是说即使在功率差△P接近预定的阈值ΔPth的情况下，也能够高精度地辨别是产生了位置偏离还是线圈间进入了异物。

进而，因为基于送电装置中的功率差△P和电压差ΔV进行上述判断，所以不需要例如按约数秒的较长间隔取得从受电装置传输的受电功率的数据。通过按比数秒足够短的间隔(例如，数毫秒的间隔)进行功率差ΔP和电压差ΔV的算出，能够立即判断在送电线圈与受电线圈之间是否进入了异物。

此外，也可以取代送电装置中的电压V而使用决定电压V的其他控制参数Q来进行同样的判定。这样的控制参数例如可以是决定从逆变器电路输出的电压的输出时间比的参数和该电压的频率的至少一方。在此“输出时间比”是指电压具有不为零的值的期间相对于周期的比例。决定输出时间比的参数例如可以是从送电控制电路向全桥式逆变器电路中的2个开关元件输出的2个脉冲信号的相位差或各脉冲信号的占空比。在直流电源与逆变器电路之间连接有DC-DC转换器的技术方案中，也可以是决定DC-DC转换器的输出电压的参数。控制参数Q例如可以是由送电控制电路基于送电电压与受电电压之差而决定并记录(保持)在存储器等记录介质中的值。或者，控制参数Q也可以是由传感器电路计测出的送电装置内的电压或频率等的值。关于上述各技术方案的具体例，在后面叙述。

以下，参照附图对本公开的实施方式进行详细说明。此外，以下说明的实施方式都示出了总括性或具体的例子。以下的实施方式中示出的数值、形状、材料、构成要素、构成要素的配置以及连接形态、步骤、步骤的顺序等是一例，并非限定本公开的意思。在本说明书中说明的各种技术方案在不发生矛盾的范围内可以互相组合。另外，关于以下的实施方式中的构成要素中的未记载在表示最上位概念的独立权利要求中的构成要素，是作为任意的构成要素而说明的。在以下的说明中，具有实质上相同或类似的功能的构成要素以相同的参照附图标记来表示，有时省略说明。

(实施方式1)

<构成>

图1是表示本公开的实施方式1的无线功率传输系统的构成的图。该无线功率传输系统具备送电装置1和受电装置6。送电装置1是具有以无线方式传输功率的功能的装置。送电装置1例如可以是进行遵循Qi标准的非接触充电的充电器。送电装置1具有检测进入送电装置1与受电装置6之间的异物1000的功能。受电装置2可以是接受从送电装置1传输的功率而工作的电子设备或电动汽车等电动机械。在以下的说明中，作为一例，设为受电装置2是通过从送电装置1传输的功率而充电的具有二次电池的便携信息终端。

送电装置1具备直流电源0、逆变器电路10、送电谐振器2、送电控制电路15、存储器14以及接收电路16。受电装置6具备受电谐振器3、受电电路4、负载5以及发送电路7。

直流电源0是输出直流电压的电源。直流电源0例如可以是包括将商用交流电压变换成预定的直流电压的AC-DC转换器的设备。逆变器电路10是将从直流电源0输出的直流电压变换成交流电压的电路。

送电谐振器2和受电谐振器3分别是包括线圈和电容器的谐振电路。将送电谐振器2中的线圈称为“送电线圈”，将受电谐振器3中的线圈称为“受电线圈”。在送电线圈与受电线圈相对的状态下从送电线圈向受电线圈以非接触方式传输功率。如果不需要，各谐振器也可以不包括电容器。即，也可以利用线圈自身具有的自谐振特性来形成谐振器。

送电控制电路15(以下，有时简称为“控制电路15”。)是控制送电装置1的送电工作以及异物检测工作的电路。控制电路15与逆变器电路10、接收电路16、存储器14等其他的电路要素连接。控制电路15可以通过执行后述的控制的CPU、MPU等处理器和生成向逆变器电路10中的各开关元件输入的控制信号的门驱动器的组合来实现。存储器14例如可以是DRAM或SRAM等半导体存储器。存储器14保存控制电路15执行的控制程序和/或由控制电路15生成的各种数据。

受电电路4具备将从受电谐振器3送来的交流功率变换成直流功率而供给到负载5的整流电路。受电电路4可以具备检测受电装置6内的电压等的值的检测电路和生成使发送电路7发送的电压等数据而使发送电路7发送的控制电路。

发送电路7以及接收电路16是进行数据通信的电路。受电装置6中的发送电路7按照受电电路4的指示以预定的时间间隔发送受电装置6内的电压等数据。送电装置1中的接收电路16接收从发送电路7发送来的信息。

负载5例如是二次电池或高容量电容器，可以通过从受电电路4输出的功率而充电。

从直流电源0输入的直流功率，通过逆变器电路10变换成交流功率并供给到送电谐振器2。利用通过向送电谐振器2输入交流功率而产生的电磁场，送电谐振器2与受电谐振器3电磁耦合。其结果是，交流功率从送电谐振器2向受电谐振器3传输。传输来的交流功率被送至受电电路4。受电电路4将输送来的交流功率变换成直流功率。由受电电路4变换后的直流功率被供给到负载5。在本说明书中，将从送电装置1传输的交流功率称为“送电功率”，将受电装置2接受的功率称为“受电功率”。

受电电路4例如按约250msec的间隔将表示受电电路4感知到的受电功率的电压的值的数据传输给发送电路7。在此，“受电功率的电压”是指由受电电路4检测出的受电装置6内的电压(以下，有时称为“受电电压”。)。该电压例如可以是由受电电路4整流后的电压(以下，有时称为“整流电压”。)。表示所传输的受电电压的值的数据，通过送电装置1的接收电路16而取得。控制电路15在每次取得受电电压的数据时(例如按约数msec～数百msec的间隔)，调整从逆变器电路10输出的送电功率，以使得受电电压的值趋近于受电装置6的要求电压(例如，5V±0.04V)。控制电路15通过调整逆变器电路10所包含的多个开关元件的开关定时来进行上述调整。该调整的结果是受电电压例如按约数msec～数百msec的间隔趋近于要求电压。

图2是表示逆变器电路10的具体构成的例子的图。该例中的逆变器电路10是全桥式的逆变器电路。如图2所示，逆变器电路10具有多个开关元件21、22、23、24。更具体而言，逆变器电路10具有在直流电源0的高电位侧连接的开关元件21及23和在直流电源0的低电位侧连接的开关元件22及24。这4个开关元件21～24被划分为在导通时输出与所输入的电压相同极性的电压的第1开关元件对(开关元件21和24)和在导通时输出与所输入的电压相反极性的电压的第2开关元件对(开关元件22和23)。各开关元件通过从控制电路15输入的控制信号(例如脉冲信号)而切换导通(ON)状态和非导通(OFF)状态。

各开关元件例如可以是IGBT(Insulated-Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)或MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金属氧化物半导体场效应管)等晶体管。从控制电路15输入的控制信号可以是向各元件的栅极输入的脉冲电压的信号。

若将送电谐振器2和受电谐振器3的谐振频率设为f0，则各开关元件通断的切换频率、即送电频率可以设定为接近f0的值。若使各开关元件通断的频率变化，则送电谐振器2的阻抗变化。其结果是，受电谐振器3的输出电压V2的大小也变化。因此，控制电路15通过使各开关元件通断的切换频率变化，能够使受电谐振器3的输出电压V2变化。

图3A是表示向开关元件21～24分别输入的控制信号S1～S4、从逆变器电路10输出的电压V1以及从受电谐振器3输出的电压V2的波形的一例的图。在图3A中，关于电压V2，示出了由未图示的平滑电容器等平滑之后的波形。关于控制信号S1～S4的各信号，电压值相对高的状态为激活(ON)的状态，电压值相对低的状态为非激活(OFF)的状态。在本例中，向开关元件21输入的控制信号S1的相位与向开关元件24输入的控制信号S4的相位一致。同样，向开关元件22输入的控制信号S2的相位与向开关元件23输入的控制信号S3的相位一致。控制信号S1及S4的相位相对于控制信号S2及S3的相位偏离半个周期。在本例中，当控制信号S1及S4激活时，电压V1的值约为E0，当控制信号S2及S3激活时，电压V1的值约为-E0。从受电谐振器3输出的平滑后的电压V2的波形成为正弦波状。

图3B是表示控制信号S1～S4、电压V1、V2的波形的另一例的图。在本例中，控制信号S1和S4的相位彼此偏离，控制信号S2和S3的相位也彼此偏离。由此，受电电压V2的振幅比图3A的例子中的受电电压V2的振幅小。虽然相位的偏离量(以下，有时称为“相位偏移量”。)可取各种值，但在图3B的例子中设为1/4周期。控制信号S1和S2的相位彼此相反且控制信号S3和S4的相位彼此相反这一点与图3A的例子相同。如此，通过使控制信号S4的相位相对于控制信号S1的相位偏移，并使控制信号S3的相位相对于控制信号S2的相位偏移，产生从逆变器电路10输出的电压V1的绝对值实质上为零(0)的期间，电压V1的绝对值约为E0的期间缩短。换言之，电压V1的输出时间比减小。输出时间比是1个周期中的绝对值比预定值(例如，振幅的绝对值的几％～20％左右)大的期间的比例。电压V1的输出时间比在图3A的例子中约为1(100％)，而在图3B的例子中减少到约0.5(50％)。这样的相位偏移的结果是，从受电谐振器3输出的平滑后的电压V2的振幅下降。因此，由受电电路4整流后的电压即整流电压也下降。

控制电路15通过调整控制信号S1与S4之间的相位差以及控制信号S2与S3之间的相位差，能够调整从逆变器电路10输出的电压V1的输出时间比。通过这样的调整，能够调整对负载5施加的电压的大小。

此外，取代调整2个控制信号的相位差而调整各控制信号的占空比，也能够实现同样的控制。占空比被定义为值比0(或接近0的预定值)大的期间相对于1个周期的比例。在图3A所示的例子中，控制信号S1～S4的占空比约为50％。通过使该占空比减小到例如25％，可得到与图3B所示的电压V1、V2同样的输出。因此，控制电路15通过控制各控制信号的占空比，也能够控制受电电压。

在受电装置6的工作期间，负载5的阻抗可能会根据工作状态而变化。若负载5的阻抗变化，则对负载5施加的电压也变化。因此，在向希望以恒定的电压进行驱动的负载5供电的情况下，需要进行控制以使得受电电压成为目标的电压。因此，本实施方式中的控制电路15根据受电电压来调整前述的送电频率或者控制信号的相位偏移量或占空比。换言之，控制电路15将各开关元件通断的切换频率、通断定时的相位偏移量、或决定通断定时的各脉冲信号的占空比作为控制参数Q，控制受电谐振器3的输出电压的大小(即振幅)。

此外，在此作为逆变器电路10是全桥式逆变器的情况进行了说明，但也可以使用具有2个开关元件和2个电容器的半桥式逆变器。或者，还可以使用具有1个开关元件、2个电感器和2个电容器的E级放大器。在使用了半桥式逆变器或E级放大器的情况下，与上述同样，也能够将送电频率或各控制信号的占空比作为控制参数Q来控制受电谐振器3的输出电压的大小。

控制参数Q不限定于上述的例子，是送电装置1内的电压或决定受电装置6内的电压的参数即可。控制参数Q也可以是送电电压的值本身。

图4是表示本实施方式的变形例的图。在本例中，在直流电源0与逆变器电路10之间连接有DC-DC转换器18。DC-DC转换器18将从直流电源0输出的直流电压变换成不同大小的直流电压。在这样的构成中，控制电路15也可以通过控制DC-DC转换器18的升压比或降压比来控制受电电压。这样的控制例如可以通过控制向DC-DC转换器18具有的开关元件输入的脉冲信号的激活非激活来进行。通过使该开关元件的通断的占空比或频率变化，能够使从DC-DC转换器18输出的电压的大小变化。由此，从逆变器电路10输出的电压的大小也变化。

在这样的技术方案中，控制参数Q可以是控制DC-DC转换器18的控制信号的频率或占空比。或者，也可以将从DC-DC转换器18输出的电压的值本身设为控制参数Q。

<异物检测的机制>

接着，具体说明本实施方式的异物检测处理。

本实施方式的送电装置1不是基于上述的Qi标准的系统所使用的送电功率与受电功率的功率差ΔP2，而是基于不同时刻的送电功率的功率差ΔP和决定电压的控制参数之差ΔQ来进行异物的检测。更详细而言，送电控制电路15在从送电开始起经过预定的时间送电功率收敛于预定的范围内的状态下，执行以下的处理。

(1)算出作为第1单位时间的起点的第1时刻t1的送电功率P(t1)以及作为第1单位时间的终点的第2时刻t2的送电功率P(t2)。

(2)将作为第2单位时间的起点的第3时刻t3的决定送电功率的电压的控制参数Q(t3)以及作为第2单位时间的终点的第4时刻t4的决定送电功率的电压的控制参数Q(t4)进行保持(例如保存于存储器等)。

(3)算出功率差ΔP＝P(t2)-P(t1)和控制参数之差ΔQ＝Q(t4)-Q(t3)。

(4)在功率差ΔP为第1阈值以上且控制参数之差ΔQ的绝对值为第2阈值以上的情况下，判断为在受电谐振器3与送电谐振器2之间存在负载(即异物)，使逆变器电路10减少送电功率。

(5)在所述功率差ΔP小于第1阈值的情况下或者所述控制参数之差ΔQ的绝对值小于第2阈值的情况下，判断为在所述受电谐振器与所述送电谐振器之间不存在负载，使所述逆变器电路继续进行与所述送电功率相同功率的功率输送。

此外，在上述(2)中，第2单位时间与第1单位时间既可以不同也可以相同。在以下的说明中，为了简单起见，设为第2单位时间与第1单位时间相同(即，t3＝t1，t4＝t2)。另外，在上述(4)中，使送电功率减少的工作包括使送电停止(即使送电功率减少为0)的工作。

不同时刻的送电功率的功率差ΔP产生的主要原因有两个。第一个原因是在送电线圈与受电线圈之间产生位置偏离。第二个原因是在送电线圈与受电线圈之间进入异物。

图5A以及图5B是概略性表示作为第一个原因的产生位置偏离前后的送电线圈2a与受电线圈3a的配置关系的例子的图。在图5A所示的初始状态下，受电装置6静止在送电装置1具有的充电台(即载置台)上。在该状态下，受电线圈3a的中心轴位于由送电线圈2a的最外周的部分规定的可充电区域的中央。即，送电线圈2a与受电线圈3a正对。考虑受电线圈3a从该状态向与轴垂直的方向滑动的情况。如图5B所示，设为受电线圈3a在其轴到达了可充电区域的端部时停止滑动。

图5C是表示从图5A所示的状态到图5B所示的状态为止的送电功率P的时间变化的一例的图。在从图5A到图5B的过程中，送电线圈2a与受电线圈3a之间的耦合系数下降。因此，受电线圈3a接受的功率减少，受电电压也下降。送电装置1的控制电路15为了补偿该受电电压的下降而使送电电压以及送电功率P增加。其结果是，如图5C所示，送电功率P在受电线圈3a滑动的期间，随着时间经过而单调地增加。在受电线圈3a停止之后，耦合系数达到恒定，因此送电功率P也趋近于恒定的值。

在此，送电功率P的值例如可以是测定图1所示的直流电源0输出的功率而得到的值。除了直流电源0输出的功率以外，例如也可以是在送电装置1内的其他部位进行测定而得到的功率的值，如测定逆变器电路10输出的功率而得到的值。同样，后述的处理中使用的送电电压V的值，例如也可以是图1所示的直流电源0输出的电压或逆变器电路10输出的电压等在送电装置1内的任意部位进行测定而得到的电压的值。送电功率P以及送电电压V的测定，既可以由逆变器电路10或控制电路15来进行，也可以使用专用的测定器来测定。

图5C所示的第1时刻t1是送电装置1的电源接通且送电功率收敛于预定的范围内之后受电线圈3a开始移动之前的时刻。第2时刻t2是从第1时刻t1经过预定的时间且受电线圈3a停止之后每单位时间的送电功率的变化量收敛于预定的范围内(例如，0.1W/秒)的时刻。也即，以使得在第1时刻t1与第2时刻t2之间包含由图5C中“●”标记所示的功率P急剧变化的全部点的方式，设定第1时刻t1和第2时刻t2。换言之，时刻t1、t2设定成能获得因受电装置6的移动而变化的送电功率的全部轮廓。

送电控制电路15在取得了第1时刻t1的送电功率P(t1)和第2时刻t2的送电功率P(t2)的值时，根据送电功率P(t1)和送电功率P(t2)算出送电功率的功率差ΔP＝P(t2)-P(t1)。在图5C所示的例子中，因为P(t2)>P(t1)，所以ΔP>0。

在此，对本实施方式中的功率差ΔP与上述的Qi标准的系统中的功率差ΔP2的关系进行说明。

在本实施方式中，当线圈间产生位置偏离时，受电电压虽然暂且下降，但通过使送电功率的值P增加而被调整成趋近于受电装置的要求电压。同样，受电功率在产生位置偏离时也暂且下降，但会被调整成与产生位置偏离之前大致相同的值。由此，增加了的送电功率ΔP的值可以说与因位置偏离导致的受电功率的减少量相等。该机制在Qi标准的系统中也同样。

因此，本实施方式中的送电功率的功率差ΔP(＝P(t2)-P(t1))和Qi标准的系统中算出的送电功率的值Ps2与受电功率的值Pr2的功率差ΔP2(＝Ps2-Pr2)可以说是同等的值。

另一方面，在送电线圈3a与受电线圈2a之间进入了异物的情况下，与前述的产生了位置偏离的情况同样，也是受电功率暂且减少，进行调整以使减少后的受电功率恢复原状。其结果是，P(t2)>P(t1)，ΔP>0。

由此，通过设定预定的阈值ΔPth，能够基于是否为ΔP>ΔPth来判断在送电线圈与受电线圈之间是否进入了异物。并且，在送电线圈与受电线圈之间进入了异物的情况下，因为有过热的可能性，所以从安全性的观点出发例如停止送电功率的供给。

但是，在产生了位置偏离的情况下也可能成为ΔP>ΔPth，因此有可能会误判断为进入了异物。在尽管实际是产生了位置偏离但却误判断为进入了异物的情况下，从安全性的观点出发例如停止了送电功率的供给。在产生了位置偏离的情况下，本来优选的是考虑用户的便利性而不使送电功率的供给停止地继续驱动受电装置。但是，在仅基于ΔP的控制下，难以实现这样的工作。

如此，在产生了位置偏离时的功率差ΔPc和送电线圈与受电线圈之间进入了异物时的功率差ΔPo没有差别的情况下，即使设定了阈值ΔPth，也无法判别位置偏离的产生和异物的进入。

一般而言，虽然并非对于所有情况都成立，但具有ΔPo>ΔPc的倾向。其理由可以说明如下。

图6是用于说明本公开的异物检测的工作机制的送电谐振器2以及受电谐振器3的等效电路图。在图6所示的例子中，送电谐振器2是具有线圈Lp和电容器Cp的串联谐振电路，受电谐振器3是具有线圈Ls和电容器Cs的串联谐振电路。送电谐振器和受电谐振器分别不限于本例，也可以是并联谐振电路。

在此，将送电功率设为Ptx，将受电功率设为Prx，将送电线圈Lp与受电线圈Ls之间的耦合系数设为k，将送电线圈Lp和受电线圈Ls的Q值的乘积平均设为Qm。于是，受电功率Prx能够由以下的式(1)来表现。

Prx≒[1-2/(k×Qm)]×Ptx …式(1)

根据式(1)可知：若耦合系数k和Qm的至少一方因位置偏离或异物的进入而下降，则受电功率下降。该情况下，送电控制电路15为了补偿丢失的功率，使控制参数Q变化以使得送电功率增加。

当产生了位置偏离时，主要是送电线圈Lp与受电线圈Ls之间的耦合系数k下降。另一方面，当异物进入了线圈间时，产生因送电线圈Lp与受电线圈Ls之间的磁场被屏蔽而导致的耦合系数k的下降和因进入了异物而导致的Qm的下降这两个效果。

因此，与产生了位置偏离的情况相比，在进入了异物的情况下受电功率的下降量更大。其结果是，可以说具有相比于产生了位置偏离时而在进入了异物时送电功率的增加量更大的倾向。

然而，本发明人发现有时产生了位置偏离时的功率差ΔPc和线圈间进入了异物时的功率差ΔPo成为大致相同的值(ΔPc≒ΔPo)。该情况下，无法区分产生了位置偏离的情况和线圈间进入了异物的情况。

本发明人在研究用于解决该新问题的方法的过程中发现了以下情况。即，即使在产生了位置偏离时的送电功率之差ΔPc和线圈间进入了异物时的送电功率之差ΔPo相同的情况下，也可能在送电电压V产生差别。

以下，参照表1，虽然是定性但对上述现象进行说明。

【表1】

表1示出了在产生了位置偏离的情况和产生了异物进入的情况的各情况下的送电功率P(t1)、P(t2)以及功率差ΔP的值的一例。更具体而言，示出了在产生位置偏离而功率差ΔPc成为1.25W的情况和送电线圈与受电线圈之间进入异物而功率差ΔPo成为1.25W的情况的各情况下的送电电压V、电流I以及送电线圈的阻抗R(＝V/I)的变化。

送电功率的功率差ΔP由以下的式(2)表示。

功率差ΔP＝P(t2)-P(t1)＝V(t2)×I(t2)-V(t1)×I(t1)

＝[V(t2)]²/[R(t2)]-[V(t1)]²/[R(t1)] …式(2)

如表1所示，在产生了位置偏离时和进入了异物时P(t1)的值例如同为1W的情况下，根据式(2)的右边，[V(t1)]²/[R(t1)]的值相同。通常，产生位置偏离以及异物进入之前的P(t1)的值比产生了位置偏离以及异物进入之后的P(t2)小。与P(t2)相比，位置偏离之前的P(t1)的值和异物进入之前的P(t1)的值可以说大致相等。

由此，功率差ΔP随着[V(t2)]²/R(t2)的变化而变化。

但是，在此，因为对功率差ΔP相同的2个情况进行比较，所以根据式(2)的右边，[V(t2)]²/R(t2)也相同。该情况下，因为以使[V(t2)]²/R(t2)恒定的方式变化，所以R(t2)越大则V(t2)就越大。

在表1所示的例子中，产生了位置偏离时的阻抗R(t2)为1Ω。另一方面，进入了异物时的阻抗R(t2)为2.25Ω。如此，可知进入了异物时的阻抗R(t2)比产生了位置偏离时的阻抗R(t2)大。

由此，在功率差ΔP相同的情况下，关于V(t2)，进入了异物时(2.25V)比产生了位置偏离时(1.5V)大。

在此，R(t2)变大是指从R(t1)向R(t2)的变化、即送电线圈的阻抗R的变动也变大。另外，V(t2)变大是指从V(t1)向V(t2)的变化、即送电电压V的变动也变大。

即，在产生了位置偏离的情况下，因为在送电线圈与受电线圈之间没有异物，所以送电线圈的阻抗的变动小。另一方面，在进入了异物的情况下，因为送电线圈与受电线圈之间的异物成为负载，所以阻抗的变动大。

根据上述的物理性质，定性而言，可知：即使功率差△P相同，相比于产生了位置偏离时，在进入了异物时，阻抗R的变动大，送电电压V的变动(也简称为电压值之差ΔV)也大。

着眼于此，本发明人找到了如下的方法：通过以功率差△P和电压值之差ΔV这两方的参数进行评价，能够高精度地辨别是产生了送电线圈与受电线圈的位置偏离还是在送电线圈与受电线圈之间进入了异物。

在此，在决定送电电压V的控制参数之差ΔQ和送电电压之差ΔV之间具有一对一的对应关系。由此，能够将控制参数之差ΔQ替换成送电电压之差ΔV。

如上所述，通过以功率差△P和控制参数之差ΔQ这两方的参数进行评价，能够高精度地辨别是产生了位置偏离还是进入了异物。

<识别位置偏离和异物进入的工作的流程图>

图7是表示本实施方式的识别位置偏离和异物进入的工作的一例的流程图。参照图7来说明本实施方式的识别位置偏离和异物进入的工作。

首先，当接收到用户的送电开始指令时，送电控制电路15为了开始送电，从存储器14读出决定送电电压的控制参数Q的初始值(例如，送电频率：100kHz，相位差：170度)。然后，以上述控制参数值来开始送电(步骤S1)。

在此，用户的送电开始指令例如可以是通过用户接通直流电源0的开关而向送电控制电路15发送的信号。或者，可以是通过将内置有受电谐振器3、受电电路4、负载5的受电装置6(终端)放置在送电装置1的充电台上而向送电控制电路15发送的送电触发。进而，也可以是在完成了送电线圈2与受电线圈3的位置对准时向送电控制电路15发送的信号。

在送电开始后，送电控制电路15一边进行送电一边如上所述调整控制参数Q以使得向负载5的输出电压恒定。然后，送电控制电路15待机，直到送电功率处于预定的范围内并成为稳定状态(步骤S2)。由此，具有防止因送电开始时的电压和/或功率的初始变动而引起的异物检测处理的误判定的效果。

然后，转移到异物检测处理(步骤S3)。在异物检测处理中，送电控制电路15将送电功率P(t)的数据按采样间隔Δt逐次记录于存储器。但是，因为存储区域有限，所以例如按Δt＝1秒并以排列要素数为10而记录从当前到过去10秒前为止的数据。通过如此仅保持预定期间的数据，能够节省存储器区域。每次记录时，送电控制电路15都判定送电功率P(t)是否增加(步骤S4)。在送电功率P(t)增加了的情况下，送电控制电路15将即将该增加之前的时刻设为第1时刻t1，将P(t1)的值记录为变量P1，将Q(t1)的值记录为变量Q1(步骤S5)。在该时间点无法判定是进入了异物还是终端的位置发生了偏离。

接着，转移到静止状态检测处理(步骤S6)。在静止状态检测处理中，送电控制电路15判断送电功率P(t)随时间的变化是否足够小。在异物进入送电线圈与受电线圈之间的瞬间，送电功率增加，但进入后异物在线圈间静止时，送电功率的增加马上停止，平息在稳定状态。也即，送电功率P(t)随时间的变化减小。将该时间点设为t2，送电控制电路15将P(t2)的值记录为变量P2，将Q(t2)的值记录为变量Q2(步骤S7)。

当以上的处理完成时，使用变量P2和P1，能够计算异物进入或产生位置偏离的前后的功率差。另外，使用变量Q2和Q1，能够计算异物进入或产生位置偏离的前后的控制参数之差。由此，送电控制电路15计算ΔP＝P2-P1以及ΔQ＝Q2-Q1(步骤S8)。

接着，转移到异物判定处理(步骤S9)。在异物判定处理中，送电控制电路15在ΔP和ΔQ的至少一方收敛于与ΔP和ΔQ分别关联的预定范围内的情况下，判定为产生了位置偏离(步骤S12)。该情况下，返回到步骤S4来继续送电。另一方面，在ΔP和ΔQ这两方从与ΔP和ΔQ分别关联的预定范围偏离的情况下，送电控制电路15判定为进入了异物(步骤S10)。该情况下，送电控制电路15停止送电(步骤S11)。

此外，稳定时的送电功率P可能会因受电终端的种类而异。另外，控制参数Q的举动也可能会因位置偏离或异物进入的程度而异。因此，也可以使用将ΔP和ΔQ分别除以时间t1时的P(t1)和Q(t1)的值而得到的以下的标准化后的评价参数X、Y来进行判定。

X＝ΔP/P(t1)

Y＝ΔQ/Q(t1)

将X称为第1评价参数，将Y称为第2评价参数。通过使用这些评价参数，能够抑制因终端的种类、或者位置偏离或异物进入的程度的差异而引起的评价参数的值的不均，能够进一步降低误检测的概率。关于该效果的详细内容在后述的实施例中说明。

在本实施方式中，说明了使用决定送电电压V的控制参数Q的例子，但也可以如上所述使用送电电压V本身。在该情况下，根据同样的处理，也能够识别位置偏离和异物进入。

如上所述，根据本实施方式，使用送电功率之差△P、以及送电电压之差ΔV和控制参数之差ΔQ的任一方这2个参数，对位置偏离的产生以及向线圈间进入异物进行评价。由此，即使在产生了位置偏离时的功率差ΔPc和送电线圈与受电线圈之间进入了异物时的功率差ΔPo成为大致相同的值(ΔPc≒ΔPo)的情况下，也就是说即使在送电功率之差△P接近预定的阈值ΔPth的情况下，也能够高精度地辨别是产生了线圈间的位置偏离还是线圈间进入了异物。

在本实施方式的异物检测方法中，在送电装置1侧算出送电功率之差△P以及送电电压之差ΔV或控制参数之差ΔQ，因此不需要从受电装置6取得受电功率的数据。也即，没有用于取得受电功率的数据的时间上的制约(例如，最大约数秒的待机时间)。因此，能够在送电装置1侧任意地设定第1时刻t1以及第2时刻t2。由此，在任何时间均能判断在送电线圈与受电线圈之间是否进入了异物。

(实施方式2)

图8是表示实施方式2的无线功率传输系统的概略构成图。本实施方式在送电装置1具备测定控制参数Q的传感器电路20(简称为传感器)这一点上不同于实施方式1。

在实施方式1中，送电控制电路15通过使控制参数Q变化来使逆变器电路10的输出波形变化。控制参数Q如前所述，例如可以是决定从逆变器电路10输出的送电电压的输出时间比的参数和频率中的至少一方。决定送电电压的输出时间比的参数例如可以是从送电控制电路15向逆变器电路10输出的2个脉冲信号的相位差或各脉冲信号的占空比。

但是，可能存在如下情况：即使为了使送电电压成为目标值而使控制参数Q变化，逆变器电路10也会受到噪声和/或周围温度的影响而以与目标电压不同的电压进行工作。

因此，在实施方式2中，将测定控制参数Q的传感器20设置在送电装置1内，由传感器20测定实际的控制参数Q的值加以利用。由此，能够准确地保持(例如记录于存储器)异物进入时的控制参数Q的变化量。

若将传感器的输出设为S(t)，则本实施方式的控制电路15根据第1时刻t1的传感器输出S(t1)和第2时刻t2的传感器输出S(t2)，计算传感器输出之差ΔS＝S(t2)-S(t1)。通过将传感器输出之差ΔS与上述的控制参数之差ΔQ进行替换，能够高精度地辨别是产生了送电线圈与受电线圈的位置偏离还是在送电线圈与受电线圈之间进入了异物。另外，在任何时间均能判断在送电线圈与受电线圈之间是否进入了异物。

如上所述，稳定时的传感器输出S可能因受电终端的种类而异。因此，也可以使用标准化成Z＝ΔS/S(t1)的评价参数来进行判定。如此，能够抑制评价参数的值因终端的种类而发生变化，能够降低误检测的概率。

(其他实施方式)

对于在此之前说明的功率P以及控制参数Q等的取得时刻t1、t2(以及t3、t4)，也可以动态地变更。由此，可以实现检测精度的进一步提高。实施方式1以及2涉及的送电装置1，也可以将由接收电路16从受电装置6接受的受电功率的值与其目标值的误差减小为比预定的值小的时间点设为第2时刻t2。如此，能够切实地核查伴随送电功率增加的受电功率的增加量，能够提高检测精度。另外，也可以将从受电装置6接受的受电功率与目标值的误差变化为比预定的值大的时间点以前的时刻设为第1时刻t1。如此，具有能够降低在功率变动微小的情况下发生异物检测处理中的误工作的可能性的效果。

在异物检测时停止了送电的情况下，虽然能够确保用户的安全性，但在重新进行送电时会再次产生发热的危险性。通过在本公开的实施方式的送电装置检测到异物时将表示检测到异物这一情况的判定标志(flag)记录于存储器等，并将功率P(t2)以及控制参数Q(t2)继续保持于存储器，能够避免上述危险性。由于在存储器中记录有表示曾存在异物这一情况的数据，所以在停止了送电之后也能够进行控制以使得在异物被去除之前不开始送电。由此，具有能够确保使用者的安全性的效果。万一在异物未被去除而直接开始了送电的情况下，通过参照在送电停止时记录的数据，对再送电时的P(t)和Q(t)进行比较，也能够判定异物是否依然存留。其结果是，在再次送电后也能够立即再次执行送电停止处理，能够降低发热的风险。

由于人眼看不见磁场的分布，所以也可以在送电装置1或受电装置6还设置显示部(LED和/或液晶画面等)，通过在停止了送电时变更显示部的状态来在视觉上向用户通知危险。例如，如图9所示，送电装置1也可以还具备显示部19(LED等灯)。在本例中，送电控制电路15例如在检测到异物而停止送电时，进行变更显示部19的显示状态(例如，颜色或亮度)的控制。由此，用户能够获知有异物进入，能够提高安全性。也可以取代显示部19而变更受电装置6的显示部(例如，LED等灯或显示器)的显示状态。或者，也可以从送电装置1或受电装置6具备的扬声器以声音信息向用户通知异物的存在。

(实施例1)

接着，说明本公开的实施例。

以使送电线圈(外形12mm×50mm)与受电线圈正对的状态作为初始状态，对

1)使送电线圈和受电线圈在水平方向偏离0mm、6mm、12mm的情况、

2)在送电线圈与受电线圈之间按以下的6种组合使异物进入的情况分别测定了功率差ΔP以及电压差ΔV。

受电线圈对于A类型(

SOC＝40％)、B类型(

SOC＝60％)、C类型(40×30mm，SOC＝70％)和线圈形状及充电状态(State of Charge)，选定各种条件的线圈。为此，如前所述，进行标准化处理而使终端的个体差异减小。作为金属异物，使用了直径15mm的铁片和直径22mm的铝环。在此，SOC表示被充电的电池的余量。最终消耗在线圈间传输的能量的是电池。电池的负载电阻值随着余量而变化。由此，在本实施例中，为了表示即使电池的负载电阻值变化也能够适用本实施例的判别法，提示了在不同的SOC下测定的数据。

将测定结果示出在图10中。图中凡例的“移动(move)”示出产生了位置偏离时的结果，“铁(steel)”示出进入了异物(铁片)时的结果，“铝(aluminum)”示出进入了异物(铝环)时的结果。横轴示出标准化后的功率差ΔP，纵轴示出标准化后的电压差ΔV。

如上所述，定性而言，产生了位置偏离时的功率差ΔP多数比进入了异物时的功率差ΔP小。因此，如图10所示，例如有时如果若ΔP<0.2则可以判断为产生位置偏离，如果ΔP≧0.2则可以判定为进入了异物。

但是，根据异物的大小以及送电线圈和受电线圈的形状和/或材质，有时产生了位置偏离时的功率差ΔP和进入了异物时的功率差ΔP成为相同程度的值。

图10的a点(受电线圈C/“移动”)和b点(受电线圈C/“铁”)的功率差ΔP接近。如果测定精度不良，则会判断为a点和b点为大致相同的功率差ΔP，有可能会无法区分a点和b点是产生了位置偏离时的结果还是进入了异物时的结果。

因此，通过在纵轴附加电压差ΔV的参数，a点(受电线圈C/“移动”)和b点(受电线圈C/“铁”)之间的欧几里得距离增大。其结果是，能够更明确地区分两者。

作为区分两者的方法，例如也可以是如下方法：在图10中在由椭圆的方程式表示的曲线部所包围的范围内存在测定值的情况下判断为终端的位置产生了偏离而继续送电，在除此以外的情况下判断为进入了异物而停止送电。

规定该范围的阈值的曲线，也可以是相对于功率差ΔP而控制参数之差ΔQ(例如，电压差ΔV)唯一确定的函数。规定该范围的阈值的曲线不限定于曲线，也可以是例如图11中由虚线所示那样连续的直线(一次方程式)。在使用直线的情况下，具有用于判定的运算被简化而能够使处理高速化的效果。另外，阈值的范围指定也可以通过曲线和直线的组合来进行。

本公开的异物检测装置、无线送电装置以及无线功率传输系统不限定于上述的实施方式，例如具备以下的项目所记载的构成。

[项目1]一种送电装置，以非接触方式对具备受电谐振器的受电装置传输交流的送电功率，所述送电装置具备：

送电谐振器，其与所述受电谐振器电磁耦合来传输所述送电功率；

逆变器电路，其生成向所述送电谐振器输出的所述送电功率；以及

送电控制电路，其基于从所述受电装置输入的表示所述受电装置内的电压的值的信息来调整决定所述送电功率的电压的控制参数Q，控制所述逆变器电路输出的所述送电功率的大小，

所述送电控制电路，

在从送电开始起经过预定的时间所述送电功率收敛于预定的范围内的状态下，

算出作为第1单位时间的起点的第1时刻t1的送电功率P(t1)和作为所述第1单位时间的终点的第2时刻t2的送电功率P(t2)，

保持作为第2单位时间的起点的第3时刻t3的决定所述送电功率的电压的控制参数Q(t3)和作为所述第2单位时间的终点的第4时刻t4的决定所述送电功率的电压的控制参数Q(t4)，

算出功率差ΔP＝P(t2)-P(t1)和控制参数之差ΔQ＝Q(t4)-Q(t3)，

在所述功率差ΔP为第1阈值以上且所述控制参数之差ΔQ的绝对值为第2阈值以上的情况下，判断为在所述受电谐振器与所述送电谐振器之间存在负载，使所述逆变器电路减少所述送电功率，

在所述功率差ΔP小于第1阈值的情况下或者所述控制参数之差ΔQ的绝对值小于第2阈值的情况下，判断为在所述受电谐振器与所述送电谐振器之间不存在负载，使所述逆变器电路继续进行与所述送电功率相同功率的功率输送。

根据上述技术方案，通过基于功率差△P和控制参数之差ΔQ这两方的参数进行评价，即使在产生了位置偏离时的功率差ΔPc和进入了异物时的功率差ΔPo成为大致相同的值(ΔPc≒ΔPo)的情况下，也就是说即使在功率差△P接近预定的阈值ΔPth的情况下，也能够高精度地辨别是产生了位置偏离还是线圈间进入了异物。

进而，因为基于送电装置中的功率差△P和控制参数之差ΔQ进行上述判断，所以不需要例如按约数秒的较长间隔取得从受电装置传输的受电功率的数据。通过按比数秒足够短的间隔(例如，数毫秒的间隔)进行功率差ΔP和控制参数之差ΔQ的算出，能够立即判断在送电线圈与受电线圈之间是否进入了异物。

[项目2]根据项目1所述的送电装置，

所述第2时刻t2是在从所述第1时刻t1起经过预定的时间后且所述送电功率增加之后每预定时间的送电功率的变化量收敛于一定范围内的时间点。

根据上述技术方案，通过将所述第2时刻t2设为在从所述第1时刻t1起经过预定的时间后且所述送电功率增加之后每预定时间的送电功率的变化量收敛于一定范围内的时间点，能够高精度地判断为在所述送电谐振器的送电线圈与所述受电谐振器的受电线圈之间进入了异物。另外，通过使用所述功率差ΔP以及控制参数之差ΔQ，能够高精度地辨别送电线圈与受电线圈的位置偏离和异物进入。

[项目3]根据项目1或2所述的送电装置，

所述送电控制电路在所述功率差ΔP为所述第1阈值以上且所述控制参数之差ΔQ的所述绝对值为所述第2阈值以上的情况下，使所述逆变器电路停止所述送电功率。

根据上述技术方案，通过停止从所述逆变器电路输送送电功率，能够防止异物的过热。

[项目4]根据项目1～3中任一项所述的送电装置，

所述控制参数Q包括决定从所述逆变器电路输出的电压具有不为零的值的期间相对于周期的比例即输出时间比的参数和所述电压的频率中的至少一方。

根据上述技术方案，通过使用决定从所述逆变器电路输出的电压具有不为零的值的期间相对于周期的比例即输出时间比的参数和所述电压的频率中的至少一方作为控制参数Q，能够更高精度地检测2个线圈的位置偏离或异物的进入。

[项目5]根据项目1～4中任一项所述的送电装置，

所述逆变器电路具有4个开关元件，

所述4个开关元件包括第1开关元件对和第2开关元件对，所述第1开关元件对在导通时输出与所输入的电压相同极性的电压，所述第2开关元件对在导通时输出与所输入的电压相反极性的电压，

所述送电控制电路对所述4个开关元件分别输出切换导通状态和非导通状态的脉冲信号，

所述控制参数Q包括从所述送电控制电路向所述第1开关元件对输出的2个脉冲信号的相位差和向所述第2开关元件对输出的另外2个脉冲信号的相位差。

根据上述技术方案，通过使用向开关元件对输出的2个脉冲信号的相位差作为控制参数Q，能够更高精度地检测2个线圈的位置偏离或异物的进入。

[项目6]根据项目1～5中任一项所述的送电装置，

在第1评价参数X＝ΔP/P(t1)和第2评价参数Y＝ΔQ/Q(t3)分别从与所述第1评价参数和所述第2评价参数分别关联的预定的范围偏离时，使所述逆变器电路减少所述送电功率。

根据上述技术方案，通过进行标准化，能够抑制因终端的种类和/或位置偏离的方式而引起的变化量的差异，能够进一步降低误检测的概率。

[项目7]根据项目4～6中任一项所述的送电装置，

所述送电装置还具备显示部，

所述送电控制电路在检测到所述异物并停止送电时，进行变更所述显示部的显示状态的控制。

根据上述技术方案，用户能够从所述显示部获知送电已停止，因此能够获知送电装置发生了异常。

[项目8]一种送电装置，以非接触方式对具备受电谐振器的受电装置传输交流的送电功率，所述送电装置具备：

送电谐振器，其与所述受电谐振器电磁耦合来传输所述送电功率；

逆变器电路，其生成向所述送电谐振器输出的所述送电功率；以及

送电控制电路，其基于从所述受电装置输入的表示所述受电装置内的电压的值的信息来调整决定所述送电功率的电压的控制参数，控制所述逆变器电路输出的所述送电功率的大小，

所述送电控制电路，

在从送电开始起经过预定的时间所述送电功率收敛于预定的范围内的状态下，

算出作为第1单位时间的起点的第1时刻t1的送电功率P(t1)和作为所述第1单位时间的终点的第2时刻t2的送电功率P(t2)，

保持作为第2单位时间的起点的第3时刻t3的所述送电功率的电压值V(t3)和作为所述第2单位时间的终点的第4时刻t4的所述送电功率的电压值V(t4)，

算出功率差ΔP＝P(t2)-P(t1)和电压值之差ΔV＝V(t4)-V(t3)，

在所述功率差ΔP为第1阈值以上且所述电压值之差ΔV为第2阈值以上的情况下，判断为在所述受电谐振器与所述送电谐振器之间存在负载，使所述逆变器电路减少所述送电功率，

在所述功率差ΔP小于第1阈值的情况下或者所述电压值之差ΔV小于第2阈值的情况下，判断为在所述受电谐振器与所述送电谐振器之间不存在负载，使所述逆变器电路继续进行与所述送电功率相同功率的功率输送。

根据上述技术方案，通过基于功率差△P和电压差ΔV这两方的参数进行评价，即使在产生了位置偏离时的功率差ΔPc和进入了异物时的功率差ΔPo成为大致相同的值(ΔPc≒ΔPo)的情况下，也就是说即使在功率差△P接近预定的阈值ΔPth的情况下，也能够高精度地辨别是产生了位置偏离还是线圈间进入了异物。

进而，因为基于送电装置中的功率差△P和电压差ΔV进行上述判断，所以不需要例如按约数秒的较长间隔取得从受电装置传输的受电功率的数据。通过按比数秒足够短的间隔(例如，数毫秒的间隔)进行功率差ΔP和电压差ΔV的算出，能够立即判断在送电线圈与受电线圈之间是否进入了异物。

[项目9]根据项目8所述的送电装置，

所述送电控制电路在所述功率差ΔP为所述第1阈值以上且所述电压值之差ΔV为所述第2阈值以上的情况下，使所述逆变器电路停止所述送电功率。

根据上述技术方案，通过停止从所述逆变器电路输送送电功率，能够防止异物的过热。

[项目10]根据项目8或9所述的送电装置，

在第1评价参数X＝ΔP/P(t1)和第3评价参数Z＝ΔV/V(t3)分别从与所述第1评价参数和所述第3评价参数分别关联的预定的范围偏离时，使所述逆变器电路减少送电功率。

根据上述技术方案，通过进行标准化，能够抑制因终端的种类和/或位置偏离的方式而引起的变化量的差异，能够进一步降低误检测的概率。

[项目11]一种送电装置，以非接触方式对具备受电谐振器的受电装置传输交流的送电功率，所述送电装置具备：

送电谐振器，其与所述受电谐振器电磁耦合来传输所述送电功率；

逆变器电路，其生成向所述送电谐振器输出的所述送电功率；

送电控制电路，其基于从所述受电装置输入的表示所述受电装置内的电压的值的信息来调整决定所述送电功率的电压的控制参数Q，控制所述逆变器电路输出的所述送电功率的大小；以及

传感器电路，其计测所述控制参数Q，

所述送电控制电路，

在从送电开始起经过预定的时间所述送电功率收敛于预定的范围内的状态下，

算出作为第1单位时间的起点的第1时刻t1的送电功率P(t1)和作为所述第1单位时间的终点的第2时刻t2的送电功率P(t2)，

保持作为第2单位时间的起点的第3时刻t3的通过计测决定所述送电功率的电压的控制参数Q(t3)而得到的计测值S(t3)和作为所述第2单位时间的终点的第4时刻t4的通过计测决定所述送电功率的电压的控制参数Q(t4)而得到的计测值S(t4)，

算出功率差ΔP＝P(t2)-P(t1)和所述控制参数的计测值之差ΔS＝S(t4)-S(t3)，

在所述功率差ΔP为第1阈值以上且所述控制参数的计测值之差ΔS的绝对值为第3阈值以上的情况下，判断为在所述受电谐振器与所述送电谐振器之间存在负载，使所述逆变器电路减少所述送电功率，

在所述功率差ΔP小于第1阈值的情况下或者所述控制参数的计测值之差ΔS的绝对值小于第3阈值的情况下，判断为在所述受电谐振器与所述送电谐振器之间不存在负载，使所述逆变器电路继续进行与所述送电功率相同功率量的功率输送。

根据上述技术方案，所述逆变器电路有时会受到噪声和/或周围温度的影响而以与作为目标的控制参数不同的值进行工作。在这样的情况下，通过具备测定控制参数Q的传感器电路，能够将异物进入时的实际的控制参数的值的变化记录于存储器，因此能够更高精度地检测异物。

[项目12]根据项目11所述的送电装置，

所述控制参数Q包括决定从所述逆变器电路输出的电压具有不为零的值的期间相对于周期的比例即输出时间比的参数和所述电压的频率中的至少一方。

根据上述技术方案，通过使用决定从所述逆变器电路输出的电压具有不为零的值的期间相对于周期的比例即输出时间比的参数和所述电压的频率中的至少一方作为控制参数Q，能够更高精度地检测2个线圈的位置偏离或异物的进入。

[项目13]根据项目11或12所述的送电装置，

所述逆变器电路具有4个开关元件，

所述4个开关元件包括第1开关元件对和第2开关元件对，所述第1开关元件对在导通时输出与所输入的电压相同极性的电压，所述第2开关元件对在导通时输出与所输入的电压相反极性的电压，

所述送电控制电路对所述4个开关元件分别输出切换导通状态和非导通状态的脉冲信号，

所述控制参数Q包括从所述送电控制电路向所述第1开关元件对输出的2个脉冲信号的相位差和向所述第2开关元件对输出的另外2个脉冲信号的相位差。

根据上述技术方案，通过使用向开关元件对输出的2个脉冲信号的相位差作为控制参数Q，能够更高精度地检测2个线圈的位置偏离或异物的进入。

[项目14]根据项目11～13中任一项所述的送电装置，

在第1评价参数X＝ΔP/P(t1)和第4评价参数Y＝ΔS/S(t3)分别从与所述第1评价参数和所述第4评价参数分别关联的预定的范围偏离时，使所述逆变器电路减少所述送电功率。

根据上述技术方案，通过进行标准化，能够抑制因终端的种类和/或位置偏离的方式而引起的变化量的差异，能够进一步降低误检测的概率。

[项目15]一种无线功率传输系统，具备：

项目1～14中任一项所述的送电装置；和

受电装置。

产业上的可利用性

本公开的送电装置以及具备送电装置的无线功率传输系统例如能够广泛地用于进行向电动汽车、AV设备、电池、医疗设备等充电或供电的用途。根据本公开的实施方式，能够避免位于送受电线圈间的异物的过热风险，并且能够降低伴随异物检测处理的效率低下。

Claims (13)

1.一种送电装置，以非接触方式对具备受电谐振器的受电装置传输交流的送电功率，所述送电装置具备：

送电谐振器，其与所述受电谐振器电磁耦合来传输所述送电功率；

逆变器电路，其生成向所述送电谐振器输出的所述送电功率；以及

送电控制电路，其基于从所述受电装置输入的表示所述受电装置内的电压的值的信息来调整决定所述送电功率的电压的控制参数Q，控制所述逆变器电路输出的所述送电功率的大小，

所述送电控制电路，

在从送电开始起经过预定的时间所述送电功率收敛于预定的范围内的状态下，

算出作为第1单位时间的起点的第1时刻t1的送电功率P(t1)和作为所述第1单位时间的终点的第2时刻t2的送电功率P(t2)，

保持作为第2单位时间的起点的第3时刻t3的决定所述送电功率的电压的控制参数Q(t3)和作为所述第2单位时间的终点的第4时刻t4的决定所述送电功率的电压的控制参数Q(t4)，

算出功率差ΔP＝P(t2)-P(t1)和控制参数之差ΔQ＝Q(t4)-Q(t3)，

在所述功率差ΔP为第1阈值以上且所述控制参数之差ΔQ的绝对值为第2阈值以上的情况下，判断为在所述受电谐振器与所述送电谐振器之间存在负载，使所述逆变器电路减少所述送电功率，

在所述功率差ΔP小于第1阈值的情况下或者所述控制参数之差ΔQ的绝对值小于第2阈值的情况下，判断为在所述受电谐振器与所述送电谐振器之间不存在负载，使所述逆变器电路继续进行与所述送电功率相同功率的功率输送，

所述控制参数Q包括决定从所述逆变器电路输出的电压具有不为零的值的期间相对于周期的比例即输出时间比的参数和所述电压的频率中的至少一方。

2.根据权利要求1所述的送电装置，

所述第2时刻t2是在从所述第1时刻t1起经过预定的时间后且所述送电功率增加之后每预定时间的送电功率的变化量收敛于一定范围内的时间点。

3.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功率差ΔP为所述第1阈值以上且所述控制参数之差ΔQ的所述绝对值为所述第2阈值以上的情况下，使所述逆变器电路停止所述送电功率。

4.根据权利要求1所述的送电装置，

所述逆变器电路具有4个开关元件，

所述4个开关元件包括第1开关元件对和第2开关元件对，所述第1开关元件对在导通时输出与从外部的直流电源输入的电压相同极性的电压，所述第2开关元件对在导通时输出与从所述直流电源输入的电压相反极性的电压，

所述送电控制电路对所述4个开关元件分别输出切换导通状态和非导通状态的脉冲信号，

所述控制参数Q包括从所述送电控制电路向所述第1开关元件对输出的2个脉冲信号的相位差和向所述第2开关元件对输出的另外2个脉冲信号的相位差。

5.根据权利要求1所述的送电装置，

在第1评价参数X＝ΔP/P(t1)和第2评价参数Y＝ΔQ/Q(t3)分别从与所述第1评价参数和所述第2评价参数分别关联的预定的范围偏离时，使所述逆变器电路减少所述送电功率。

6.根据权利要求1所述的送电装置，

所述送电装置还具备显示部，

所述送电控制电路在检测到异物并停止送电时，进行变更所述显示部的显示状态的控制。

7.一种送电装置，以非接触方式对具备受电谐振器的受电装置传输交流的送电功率，所述送电装置具备：

送电谐振器，其与所述受电谐振器电磁耦合来传输所述送电功率；

逆变器电路，其生成向所述送电谐振器输出的所述送电功率；以及

送电控制电路，其基于从所述受电装置输入的表示所述受电装置内的电压的值的信息来调整决定所述送电功率的电压的控制参数，控制所述逆变器电路输出的所述送电功率的大小，

所述送电控制电路，

在从送电开始起经过预定的时间所述送电功率收敛于预定的范围内的状态下，

算出作为第1单位时间的起点的第1时刻t1的送电功率P(t1)和作为所述第1单位时间的终点的第2时刻t2的送电功率P(t2)，

保持作为第2单位时间的起点的第3时刻t3的所述送电功率的电压值V(t3)和作为所述第2单位时间的终点的第4时刻t4的所述送电功率的电压值V(t4)，

算出功率差ΔP＝P(t2)-P(t1)和电压值之差ΔV＝V(t4)-V(t3)，

在所述功率差ΔP为第1阈值以上且所述电压值之差ΔV为第2阈值以上的情况下，判断为在所述受电谐振器与所述送电谐振器之间存在负载，使所述逆变器电路减少所述送电功率，

在所述功率差ΔP小于第1阈值的情况下或者所述电压值之差ΔV小于第2阈值的情况下，判断为在所述受电谐振器与所述送电谐振器之间不存在负载，使所述逆变器电路继续进行与所述送电功率相同功率的功率输送。

8.根据权利要求7所述的送电装置，

所述送电控制电路在所述功率差ΔP为所述第1阈值以上且所述电压值之差ΔV为所述第2阈值以上的情况下，使所述逆变器电路停止所述送电功率。

9.根据权利要求7所述的送电装置，

在第1评价参数X＝ΔP/P(t1)和第3评价参数Z＝ΔV/V(t3)分别从与所述第1评价参数和所述第3评价参数分别关联的预定的范围偏离时，使所述逆变器电路减少送电功率。

10.一种送电装置，以非接触方式对具备受电谐振器的受电装置传输交流的送电功率，所述送电装置具备：

送电谐振器，其与所述受电谐振器电磁耦合来传输所述送电功率；

逆变器电路，其生成向所述送电谐振器输出的所述送电功率；

送电控制电路，其基于从所述受电装置输入的表示所述受电装置内的电压的值的信息来调整决定所述送电功率的电压的控制参数Q，控制所述逆变器电路输出的所述送电功率的大小；以及

传感器电路，其计测所述控制参数Q，

所述送电控制电路，

在从送电开始起经过预定的时间所述送电功率收敛于预定的范围内的状态下，

算出作为第1单位时间的起点的第1时刻t1的送电功率P(t1)和作为所述第1单位时间的终点的第2时刻t2的送电功率P(t2)，

保持作为第2单位时间的起点的第3时刻t3的通过计测决定所述送电功率的电压的控制参数Q(t3)而得到的计测值S(t3)和作为所述第2单位时间的终点的第4时刻t4的通过计测决定所述送电功率的电压的控制参数Q(t4)而得到的计测值S(t4)，

算出功率差ΔP＝P(t2)-P(t1)和所述控制参数的计测值之差ΔS＝S(t4)-S(t3)，

在所述功率差ΔP为第1阈值以上且所述控制参数的计测值之差ΔS的绝对值为第3阈值以上的情况下，判断为在所述受电谐振器与所述送电谐振器之间存在负载，使所述逆变器电路减少所述送电功率，

在所述功率差ΔP小于第1阈值的情况下或者所述控制参数的计测值之差ΔS的绝对值小于第3阈值的情况下，判断为在所述受电谐振器与所述送电谐振器之间不存在负载，使所述逆变器电路继续进行与所述送电功率相同功率量的功率输送，

所述控制参数Q包括决定从所述逆变器电路输出的电压具有不为零的值的期间相对于周期的比例即输出时间比的参数和所述电压的频率中的至少一方。

11.根据权利要求10所述的送电装置，

所述逆变器电路具有4个开关元件，

所述4个开关元件包括第1开关元件对和第2开关元件对，所述第1开关元件对在导通时输出与从外部的直流电源输入的电压相同极性的电压，所述第2开关元件对在导通时输出与从外部的直流电源输入的电压相反极性的电压，

所述送电控制电路对所述4个开关元件分别输出切换导通状态和非导通状态的脉冲信号，

所述控制参数Q包括从所述送电控制电路向所述第1开关元件对输出的2个脉冲信号的相位差和向所述第2开关元件对输出的另外2个脉冲信号的相位差。

12.根据权利要求10或11所述的送电装置，

在第1评价参数X＝ΔP/P(t1)和第4评价参数Y＝ΔS/S(t3)分别从与所述第1评价参数和所述第4评价参数分别关联的预定的范围偏离时，使所述逆变器电路减少所述送电功率。

13.一种无线功率传输系统，具备：

权利要求1～12中任一项所述的送电装置；和

受电装置。

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