無線供電系統、受電控制裝置及送電控制裝置制造方法
【專利摘要】本發明涉及無線供電系統、受電控制裝置及送電控制裝置。無線供電系統具備：送電單元，輸送電力；和受電單元，接受從送電單元輸出的電力。
【專利說明】無線供電系統、受電控制裝置及送電控制裝置
[0001] 相關申請的引用：本申請以2013年3月22日提交的在先日本國專利申請第 2013-060315號的優先權利益為基礎，且要求該優先權利益，通過引用在本申請中包含該在 先申請的全部內容。
【技術領域】
[0002] 本發明的實施方式涉及無線供電系統、受電控制裝置及送電控制裝置。
【背景技術】
[0003] 以往，存在基于熱傳感器的測定結果、送電側的阻抗的測定結果或者系統的整體 效率的測定結果來檢測異物的附著的無線供電系統。
【發明內容】
[0004] 本發明所要解決的課題為提供一種能夠基于送信送電頻率來檢測異物的無線供 電系統、受電控制裝置及送電控制裝置。
[0005] -實施方式的無線供電系統，其特征在于，具備：送電單元，輸送電力；以及受電 單元，接受從所述送電單元輸出的電力；所述送電單元具有：送電用線圈；第一電容器，與 所述送電用線圈串聯連接，并與所述送電用線圈一起構成第一 LC共振電路；驅動器，向所 述送電用線圈供給交流電壓而使送電用線圈中流動一次電流，由此驅動所述送電用線圈； 消息解讀器，對接收到的消息進行解讀，輸出所述消息所包含的信息；以及調頻器，根據從 所述消息解讀器輸出的所述信息，控制所述驅動器向所述送電用線圈供給的交流電壓的頻 率；所述受電單元具有：受電用線圈；第二電容器，與所述受電用線圈串聯連接，并與所述 受電用線圈一起構成第二LC共振電路；整流器，將所述受電用線圈中流動的二次電流整流 后輸出；計數器，對所述二次電流的頻率進行計數；電流檢測電路，檢測從所述整流器輸出 且經由輸出端子向負載供給的輸出電流；判定電路，輸出基于由所述電流檢測電路檢測到 的電流檢測值、由所述計數器計數到的頻率的計數值和所述整流器輸出的輸出電壓而得到 的判定結果；以及消息發送器，向所述消息解讀器發送包含有所述判定電路的判定結果的 信息的消息。
[0006] 其他實施方式的受電控制裝置，應用在具備受電用線圈和電容器的受電單元中， 該受電用線圈用于接受從來自送電用線圈的送電而實現無線供電，該電容器與所述受電用 線圈串聯連接，并與所述受電用線圈一起構成LC共振電路，其特征在于，具備：整流器，將 所述受電用線圈中流動的二次電流整流后輸出；計數器，對所述二次電流的頻率進行計數； 電流檢測電路，檢測從所述整流器輸出且經由輸出端子向負載供給的輸出電流；判定電路， 輸出基于由所述電流檢測電路檢測到的電流檢測值、由所述計數器計數到的頻率的計數值 和所述整流器輸出的輸出電壓而得到的判定結果；以及消息發送器，向所述消息解讀器發 送包含有所述判定電路的判定結果的信息的消息。
[0007] 此外，又一實施方式的送電控制裝置，應用在用于對受電單元輸送電力的具備送 電用線圈的送電單元中，該受電單元具備：受電用線圈；電容器，與所述受電用線圈串聯連 接，并與所述受電用線圈一起構成LC共振電路；整流器，將所述受電用線圈中流動的二次 電流整流后輸出；計數器，對所述二次電流的頻率進行計數；電流檢測電路，檢測從所述整 流器輸出且經由輸出端子向負載供給的輸出電流；判定電路，輸出基于由所述電流檢測電 路檢測到的電流檢測值、由所述計數器計數到的頻率的計數值和所述整流器輸出的輸出電 壓而得到的判定結果；以及消息發送器，向所述消息解讀器發送包含有所述判定電路的判 定結果的信息的消息；其特征在于，具備：驅動器，向所述送電用線圈供給交流電壓而使送 電用線圈中流動一次電流，由此驅動所述送電用線圈；消息解讀器，對接收到的消息進行解 讀，輸出所述消息所包含的信息；以及調頻器，根據從所述消息解讀器輸出的所述信息，控 制所述驅動器向所述送電用線圈供給的交流電壓的頻率；所述調頻器根據所述信息，在所 述電流檢測值為穩定值但所述計數值超過規定的閾值地進行了變化的情況下，使得停止所 述驅動器對送電用線圈的驅動。
[0008] 根據上述構成的無線供電系統、受電控制裝置及送電控制裝置，能夠基于送信送 電頻率來檢測異物。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0009] 圖1是表示實施例1所涉及的無線供電系統100的構成的一個例子的圖。
[0010] 圖2是表示圖1所示的送電單元TX向送電用線圈L1供給的交流電壓的頻率和送 電的電力E之間的關系的一個例子的圖。
【具體實施方式】
[0011] 實施例的無線供電系統具備輸送電力的送電單元。無線供電系統具備接受從所述 送電單元輸出的電力的受電單元。
[0012] 所述送電單元具有：送電用線圈；第一電容器，與所述送電用線圈串聯連接，并與 所述送電用線圈一起構成第一 LC共振電路；驅動器，向所述送電用線圈供給交流電壓而使 送電用線圈中流動一次電流，由此驅動所述送電用線圈；消息解讀器，對接收到的消息進行 解讀，輸出所述消息所包含的信息；以及調頻器，根據從所述消息解讀器輸出的所述信息， 控制所述驅動器向所述送電用線圈供給的交流電壓的頻率。
[0013] 所述受電單元具有：受電用線圈；第二電容器，與所述受電用線圈串聯連接，并與 所述受電用線圈一起構成第二LC共振電路；整流器，將所述受電用線圈中流動的二次電流 進行整流后輸出；計數器，對所述二次電流的頻率進行計數；電流檢測電路，檢測從所述整 流器輸出且經由輸出端子被向負載供給的輸出電流；判定電路，輸出基于由所述電流檢測 電路檢測到的電流檢測值、由所述計數器計數到的頻率的計數值和所述整流器輸出的輸出 電壓而得到的判定結果；以及消息發送器，向所述消息解讀器發送包含有所述判定電路的 判定結果的信息的消息。
[0014] 以下，基于附圖來說明各實施例。
[0015] 【實施例1】
[0016] 圖1是表示實施例1所涉及的無線供電系統100的構成的一個例子的圖。此外， 圖2是表示圖1所示的送電單元TX向送電用線圈L1供給的交流電壓的頻率與輸送的電力 E之間的關系的一個例子的圖。
[0017] 如圖1所示，無線供電系統100具備送電單元TX和受電單元RX。
[0018] 并且，送電單元TX構成為輸送電力。
[0019] 受電單元RX構成為接受從送電單元TX輸出的電力。
[0020] 在此，從送電單元TX向受電單元RX的電力傳送是通過使設置于送電單元TX的送 電用線圈（一次線圈）C1與設置于受電單元RX的受電用線圈（二次線圈）C2磁耦合而形成 電力傳送變壓器來實現的。由此，能夠非接觸地實現電力傳送。
[0021] 并且，送電單元TX例如圖1所示，具有送電用線圈L1、第一電容器C1、驅動器DR、 消息解讀器MR和調頻器FM。在此，驅動器DR、消息解讀器MR和調頻器FM構成作為半導體 集成電路的送電控制裝置。另外，該送電控制裝置中也可以包含有送電用線圈L1和第一電 容器C1。
[0022] 送電用線圈L1構成第一 LC共振電路LC1。
[0023] 第一電容器C1在驅動器DR的2個輸出間與送電用線圈L1串聯連接，與送電用線 圈L1 一起構成第一 LC共振電路LC1。
[0024] 驅動器DR向送電用線圈L1供給交流電壓而使送電用線圈L1中流動一次電流，由 此驅動送電用線圈L1。
[0025] 消息解讀器MR對接收到的消息進行解讀，并輸出該消息所包含的信息。例如，消 息解讀器MR經由送電用線圈L1接收從消息發送器MS發送來的消息。并且，消息解讀器MR 通過包絡線檢波來解讀消息。
[0026] 調頻器FM根據從消息解讀器MR輸出的信息，控制驅動器DR向送電用線圈L1供 給的交流電壓的頻率。
[0027] 受電單元RX具有受電用線圈L2、第二電容器C2、整流器REC、計數器TC、電流檢測 電路ID、判定電路DC和消息發送器MS。在此，整流器REC、計數器TC、電流檢測電路ID、判 定電路DC和消息發送器MS構成作為半導體集成電路的受電控制裝置。另外，該受電控制 裝置中也可以包含受電用線圈L2和第二電容器C2。
[0028] 受電用線圈L2構成第二LC共振電路LC2,能夠與送電用線圈L1電磁耦合。
[0029] 第二電容器C2在整流器REC的2個輸入間與受電用線圈L2串聯連接，與受電用 線圈L2 -起構成第二LC共振電路LC2。
[0030] 另外，為了提高電力的傳送效率，將第一 LC共振電路LC1的共振頻率與第二LC共 振電路LC2的共振頻率設定為相等。
[0031] 整流器REC將受電用線圈L2中流動的二次電流整流后輸出。
[0032] 計數器TC對二次電流的頻率進行計數。
[0033] 電流檢測電路ID檢測從整流器REC輸出且經由輸出端子Tout向負載R供給的輸 出電流(整流后的二次電流)。
[0034] 判定電路DC輸出基于由電流檢測電路ID檢測到的電流檢測值、由計數器TC計數 到的頻率的計數值和整流器REC輸出的輸出電壓而得到的判定結果。
[0035] 例如，判定電路DC在整流器REC輸出的輸出電壓偏離了目標電壓的情況下，輸出 對以使輸出電壓向目標電壓接近的方式改變驅動器DR向送電用線圈L1供給的交流電壓的 頻率進行規定的判定結果。
[0036] 此外，例如，判定電路DC在電流檢測值一定(穩定的值）但計數值發生了變化的情 況下，輸出對停止驅動器DR對送電用線圈L1的驅動進行規定的判定結果。更詳細地講，判 定電路DC在由計數器TC計數的頻率的計數值變為計數值的變化量被預先設定的閾值以上 的情況下，輸出對停止驅動器DR對送電用線圈L1的驅動進行規定的判定結果。
[0037] 此外，消息發送器MS將包含有判定電路DC的判定結果的信息的消息，經由受電用 線圈L2及送電用線圈L1，向消息解讀器MR發送。例如，消息發送器MS作為由受電用線圈 L2及送電用線圈L1構成的電力傳送變壓器所傳送的信號的包絡線，發送消息。
[0038] 在此，例如若從消息發送器MS向送電單元TX的消息解讀器MR發送了包含有對停 止驅動器DR對送電用線圈L1的驅動進行規定的判定結果的消息，則送電單元TX的消息解 讀器MR解讀包含有對停止驅動器DR對送電用線圈L1的驅動進行規定的判定結果的消息 后，將包含有該判定結果的信息向調頻器FM輸出。
[0039] 然后，調頻器FM根據從消息解讀器MR輸出的信息進行控制，使得停止從驅動器DR 向送電用線圈L1的交流電壓的供給。
[0040] 由此，驅動器DR對送電用線圈L1的驅動被停止。
[0041] 在此，說明圖1所示的無線供電系統100的動作的例子。
[0042] 首先，說明在異物與無線供電系統100靠近的程度還沒有達到影響電磁耦合的程 度的情況下，通過負載R的變動等使輸出電壓(整流器REC向輸出端子Tout輸出的電壓)變 動時的動作。
[0043] 如以上所述，判定電路DC在整流器REC輸出的輸出電壓偏離了目標電壓的情況 下，輸出對以使輸出電壓向目標電壓接近的方式改變驅動器DR向送電用線圈L1供給的交 流電壓的頻率進行規定的判定結果。
[0044] 例如，判定電路DC在整流器REC輸出的輸出電壓變得低于目標電壓的情況下，輸 出對使驅動器DR向送電用線圈L1供給的交流電壓的頻率以接近第一 LC共振電路LC1的 共振頻率的方式變化的（從圖2的頻率f2向頻率Π 變化，或者從頻率f4向頻率f3變化） 進行規定的判定結果。
[0045] 在此，如上所述，第一 LC共振電路LC1的共振頻率與第二LC共振電路LC2的共振 頻率被設定為相等。因此，換言之，判定電路DC在整流器REC輸出的輸出電壓變得低于目 標電壓的情況下，輸出對使驅動器DR向送電用線圈L1供給的交流電壓的頻率以計數值接 近第二LC共振電路LC2的共振頻率的方式變化進行規定的判定結果。
[0046] 然后，消息發送器MS將包含有判定電路DC的判定結果的信息的消息經由受電用 線圈L2及送電用線圈L1向消息解讀器MR發送。
[0047] 然后，消息解讀器MR對接收到的消息進行解讀，輸出該消息所包含的信息（S卩，對 使驅動器DR向送電用線圈L1供給的交流電壓的頻率以接近第一 LC共振電路LC1的共振 頻率的方式變化進行規定的信息)。
[0048] 然后，調頻器FM根據從消息解讀器MR輸出的信息進行控制，使得驅動器DR向送 電用線圈L1供給的交流電壓的頻率接近第一 LC共振電路LC1的共振頻率。
[0049] 由此，被傳送的電力增加（圖2)，結果，整流器REC所輸出的輸出電壓上升而接近 目標電壓。
[0050] 另一方面，判定電路DC在整流器REC輸出的輸出電壓變得高于目標電壓的情況 下，輸出對使驅動器DR向送電用線圈L1供給的交流電壓的頻率以遠離第一共振電路LC1 的共振頻率的方式變化的(從圖2的頻率Π 向頻率f2變化，或者從頻率f3向頻率f4變化） 進行規定的判定結果。
[0051] 在此，如上所述，第一 LC共振電路LC1的共振頻率與第二LC共振電路LC2的共振 頻率被設定為相等。因此，換言之，判定電路DC在整流器REC輸出的輸出電壓變得高于目 標電壓的情況下，輸出對使驅動器DR向送電用線圈L1供給的交流電壓的頻率以計數值遠 離第二共振電路的共振頻率的方式變化進行規定的判定結果。
[0052] 然后，消息發送器MS將包含有判定電路DC的判定結果的信息的消息經由受電用 線圈L2及送電用線圈L1向消息解讀器MR發送。
[0053] 然后，消息解讀器MR對接收到的消息進行解讀，輸出該消息所包含的信息（S卩，對 使驅動器DR向送電用線圈L1供給的交流電壓的頻率以遠離第一 LC共振電路LC1的共振 頻率的方式變化進行規定的信息)。
[0054] 然后，調頻器FM根據從消息解讀器MR輸出的信息進行控制，使得驅動器DR向送 電用線圈L1供給的交流電壓的頻率遠離第一 LC共振電路LC1的共振頻率。
[0055] 由此，被傳送的電力減少（圖2)，結果，整流器REC輸出的輸出電壓下降而接近目 標電壓。
[0056] 接下來，說明異物以影響電磁耦合的程度靠近了無線供電系統100的情況的動作 的例子。
[0057] 例如，若異物以影響電磁耦合的程度靠近了無線供電系統100,則被傳送的電力的 一部分被異物奪取，電力的傳送效率降低。因此，為了避免從整流器REC1輸出的輸出電壓 降低，判定電路DC輸出對使計數值向接近第二LC共振電路的共振頻率的方向變化(從圖2 的頻率f2向頻率Π 變化，或者從頻率f4向頻率f3變化）進行規定的判定結果。
[0058] 由此，調頻器FM以使從驅動器DR向送電用線圈L1供給的交流電壓的頻率接近第 一 LC共振電路LC1的共振頻率的方式進行控制，以便計數值向接近第二LC共振電路的共 振頻率的方向變化。
[0059] 作為結果，計數值向接近第一 LC共振電路的共振頻率的方向變化與異物所奪取 的電力相當的量。
[0060] 此時，從整流器REC輸出的輸出電壓被控制成維持目標電壓，因此，從整流器REC 輸出且經由輸出端子Tout向負載R供給的輸出電流(整流后的電流)、即由電流檢測電路ID 檢測到的電流檢測值，持續被保持為大致穩定的值(基于負載R的動作而收斂的值)。
[0061] 因此，判定電路DC在處于電流檢測值被持續保持為穩定值的狀態、但計數值向接 近第一 LC共振電路的共振頻率的方向、超過了以消除負載R引起的輸出電壓的變動的影 響的程度而預先設定的規定閾值地進行了變化的情況下，判斷為異物靠近了無線供電系統 100,輸出對停止驅動器DR對送電用線圈L1的驅動進行規定的判定結果。
[0062] 由此，例如，在異物靠近了無線供電系統100時，能夠停止向負載R的電流供給。
[0063] 根據這樣的構成，能夠基于無線供電系統中的送電頻率的變化來進行異物的檢 測，能夠避免從送電單元過度送電和持續進行對異物的不必要的送電，有助于系統的安全 性。
[0064] 此時，消息發送器MS可以向外部輸出或者顯示表示異物靠近了（附著于)無線供電 系統100的信息。而且，消息發送器MS也可以輸出或顯示對異物靠近了（附著于)無線供電 系統100時的用戶應對進行指示的信息。也可以是使無線供電系統100還具備用于這些輸 出或者顯示的輸出裝置。
[0065] 如以上所述，根據本實施例1所涉及的無線供電系統，能夠基于送電頻率來檢測 異物。
[0066] 以上說明了本發明的幾個實施方式，但是這些實施方式只是作為例子提示，不意 圖限定發明的范圍。這些新的實施方式能夠以其他各種方式來實施，在不脫離發明的主旨 的范圍內，能夠進行各種省略、置換、變更。這些實施方式及其變形包含在發明的范圍和主 旨內，并且包含在權利要求所記載的發明及其等同范圍內。
【權利要求】
1. 一種無線供電系統，其特征在于，具備： 送電單元，輸送電力；以及 受電單元，接受從所述送電單元輸出的電力； 所述送電單元具有： 送電用線圈； 第一電容器，與所述送電用線圈串聯連接，并與所述送電用線圈一起構成第一 LC共振 電路； 驅動器，向所述送電用線圈供給交流電壓而使送電用線圈中流動一次電流，由此驅動 所述送電用線圈； 消息解讀器，對接收到的消息進行解讀，輸出所述消息所包含的信息；以及 調頻器，根據從所述消息解讀器輸出的所述信息，控制所述驅動器向所述送電用線圈 供給的交流電壓的頻率； 所述受電單元具有： 受電用線圈； 第二電容器，與所述受電用線圈串聯連接，并與所述受電用線圈一起構成第二LC共振 電路； 整流器，將所述受電用線圈中流動的二次電流整流后輸出； 計數器，對所述二次電流的頻率進行計數； 電流檢測電路，檢測從所述整流器輸出且經由輸出端子向負載供給的輸出電流； 判定電路，輸出基于由所述電流檢測電路檢測到的電流檢測值、由所述計數器計數到 的頻率的計數值和所述整流器輸出的輸出電壓而得到的判定結果；以及 消息發送器，向所述消息解讀器發送包含有所述判定電路的判定結果的信息的消息。
2. 如權利要求1所述的無線供電系統，其特征在于， 所述判定電路在所述電流檢測值為穩定值但所述計數值超過規定的閾值地進行了變 化的情況下，輸出對停止所述驅動器對送電用線圈的驅動進行規定的判定結果。
3. 如權利要求2所述的無線供電系統，其特征在于， 所述判定電路在所述電流檢測值為穩定值但所述計數值超過規定的閾值向接近所述 第二LC共振電路的共振頻率的方向進行了變化的情況下，輸出對停止所述驅動器對送電 用線圈的驅動進行規定的判定結果。
4. 如權利要求1所述的無線供電系統，其特征在于， 所述消息發送器向外部輸出或顯示表示異物靠近了所述無線供電系統的信息。
5. 如權利要求2所述的無線供電系統，其特征在于， 所述消息發送器向外部輸出或顯示表示異物靠近了所述無線供電系統的信息。
6. 如權利要求4所述的無線供電系統，其特征在于， 還具備： 輸出裝置，用于輸出或顯示對異物靠近了所述無線供電系統時的用戶應對進行指示的 信息。
7. 如權利要求5所述的無線供電系統，其特征在于， 還具備： 輸出裝置，用于輸出或顯示對異物靠近了所述無線供電系統時的用戶應對進行指示的 信息。
8. -種受電控制裝置，應用在具備受電用線圈和電容器的受電單元中，該受電用線圈 用于接受來自送電用線圈的送電而實現無線供電，該電容器與所述受電用線圈串聯連接， 并與所述受電用線圈一起構成LC共振電路，其特征在于，具備： 整流器，將所述受電用線圈中流動的二次電流整流后輸出； 計數器，對所述二次電流的頻率進行計數； 電流檢測電路，檢測從所述整流器輸出且經由輸出端子向負載供給的輸出電流； 判定電路，輸出基于由所述電流檢測電路檢測到的電流檢測值、由所述計數器計數到 的頻率的計數值和所述整流器輸出的輸出電壓而得到的判定結果；以及 消息發送器，向所述消息解讀器發送包含有所述判定電路的判定結果的信息的消息。
9. 如權利要求8所述的受電控制裝置，其特征在于，還具備： 所述受電用線圈；和 所述電容器。
10. 如權利要求8所述的受電控制裝置，其特征在于， 所述判定電路在所述電流檢測值為穩定值但所述計數值超過規定的閾值地進行了變 化的情況下，輸出對停止從所述送電用線圈的送電進行規定的判定結果。
11. 如權利要求9所述的受電控制裝置，其特征在于， 所述判定電路在所述電流檢測值為穩定值但所述計數值超過規定的閾值地進行了變 化的情況下，輸出對停止從所述送電用線圈的送電進行規定的判定結果。
12. 如權利要求8所述的受電控制裝置，其特征在于， 所述消息發送器向外部輸出或顯示表示異物靠近了所述無線供電系統的信息。
13. 如權利要求9所述的受電控制裝置，其特征在于， 所述消息發送器向外部輸出或顯示表示異物靠近了所述無線供電系統的信息。
14. 如權利要求12所述的受電控制裝置，其特征在于， 還具備： 輸出裝置，用于輸出或顯示對異物靠近了所述無線供電系統時的用戶應對進行指示的 信息。
15. 如權利要求13所述的受電控制裝置，其特征在于， 還具備： 輸出裝置，用于輸出或顯示對異物靠近了所述無線供電系統時的用戶應對進行指示的 信息。
16. -種送電控制裝置，應用在用于對受電單元輸送電力的具備送電用線圈的送電單 元中，該受電單元具備： 受電用線圈； 電容器，與所述受電用線圈串聯連接，并與所述受電用線圈一起構成LC共振電路； 整流器，將所述受電用線圈中流動的二次電流整流后輸出； 計數器，對所述二次電流的頻率進行計數； 電流檢測電路，檢測從所述整流器輸出且經由輸出端子向負載供給的輸出電流； 判定電路，輸出基于由所述電流檢測電路檢測到的電流檢測值、由所述計數器計數到 的頻率的計數值和所述整流器輸出的輸出電壓而得到的判定結果；以及 消息發送器，向所述消息解讀器發送包含有所述判定電路的判定結果的信息的消息； 其特征在于，具備： 驅動器，向所述送電用線圈供給交流電壓而使送電用線圈中流動一次電流，由此驅動 所述送電用線圈； 消息解讀器，對接收到的消息進行解讀，輸出所述消息所包含的信息；以及 調頻器，根據從所述消息解讀器輸出的所述信息，控制所述驅動器向所述送電用線圈 供給的交流電壓的頻率； 所述調頻器根據所述信息，在所述電流檢測值為穩定值但所述計數值超過規定的閾值 地進行了變化的情況下，使得停止所述驅動器對送電用線圈的驅動。
17. 如權利要求16所述的送電控制裝置，其特征在于，還具備： 所述送電用線圈；以及 電容器，與所述送電用線圈串聯連接，并與所述送電用線圈一起構成LC共振電路。
18. 如權利要求16所述的送電控制裝置，其特征在于， 所述消息發送器向外部輸出或顯示表示異物靠近了所述無線供電系統的信息。
19. 如權利要求18所述的送電控制裝置，其特征在于， 還具備： 輸出裝置，用于輸出或顯示對異物靠近了所述無線供電系統時的用戶應對進行指示的 信息。
【文檔編號】H02J17/00GK104065172SQ201310372719
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2013年8月23日 優先權日:2013年3月22日
【發明者】堀英司 申請人:株式會社東芝