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TW201304345A - 偵測器，電力接收器，電力傳送器，無接觸電力傳輸系統，及偵測方法 - Google Patents

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TW201304345A
TW201304345A TW101123056A TW101123056A TW201304345A TW 201304345 A TW201304345 A TW 201304345A TW 101123056 A TW101123056 A TW 101123056A TW 101123056 A TW101123056 A TW 101123056A TW 201304345 A TW201304345 A TW 201304345A
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receiver
foreign object
Prior art date
Application number
TW101123056A
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中野裕章
福田伸一
村山雄二
藤卷健一
村上知倫
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新力股份有限公司
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Publication date
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Abstract

本發明揭示一種用於偵測一外來物體之偵測器及方法。該偵測器包含具有一次級側線圈之一諧振電路、一偵測區段、一電力儲存區段及一控制區段。該偵測區段經組態以量測該諧振電路之一品質因數。該電力儲存區段經組態以基於該偵測區段中之該品質因數量測期間所消耗之電力量而自電力(該電力透過該次級側線圈而自一初級側線圈接收)接收一電荷。該控制區段經組態以在來自該初級側線圈之電力傳輸之暫停期間使用該電力儲存區段來操作該偵測區段。

Description

偵測器，電力接收器，電力傳送器，無接觸電力傳輸系統，及偵測方法
本發明係關於一種偵測一導體(諸如一金屬)之存在之偵測器、一種電力接收器、一種電力傳送器、一種無接觸電力傳輸系統及一種偵測方法。
近年來，吾人積極發展無線(即，無接觸)供應電力之無接觸電力傳輸系統。作為實現無接觸電力傳輸之一方法，一磁場諧振方法引人關注。該磁場諧振方法使用一傳輸側線圈與一接收側線圈之間之磁場耦合來執行電力傳輸。該磁場諧振方法具有以下特性：藉由積極使用諧振現象而減少一電力饋送源與一電力饋送目的地之間所共用之磁通量。
在一熟知電磁感應方法中，電力傳輸側與電力接收側之耦合程度尤其高且具有高效率之電力饋送係可能的。然而，因為需要維持一較高耦合因數，所以一電力傳輸側線圈與一電力接收側線圈之間之電力傳輸效率(下文中稱為「線圈間效率」)在增大電力傳輸側與電力接收側之間之一距離或出現位置偏差時急劇惡化。另一方面，磁場諧振方法具有以下特性：若一品質因數較高，則即使一耦合因數較小，線圈間效率亦不會惡化。換言之，存在一優點：該電力傳輸側線圈與該電力接收側線圈之間無需一軸向對準且線圈之間之位置及距離之自由度較高。該品質因數為指示具有該電力傳輸側線圈或該電力接收側線圈之一電路 中之能量之存留與損失之間之關係之一指數(指示一諧振電路之諧振之強度)。
無接觸電力傳輸系統中之最重要因數之一者為一外來金屬(foreign metal)之熱產生量測。當執行無接觸電力饋送時，若電力傳輸側與電力接收側之間存在一金屬，則不論電磁感應方法或磁場諧振方法，均出現一渦電流且該金屬因此可產生熱。為抑制熱產生，提出偵測一外來金屬之各種方法。例如，使用一光學感測器或一溫度感測器之一方法已為吾人所知。然而，當饋送範圍如磁場諧振方法般寬時，使用一感測器之一偵測方法成本較高。另外，例如，若所使用之感測器係一溫度感測器，則該溫度感測器之輸出結果取決於其周圍之導熱性使得傳輸側及接收側上之裝置設計受限。
相應地，提出一種方法：當電力傳輸側與電力接收側之間存在一外來金屬時觀察參數(電流、電壓及類似物)之改變；及判定一外來金屬之存在。在此一方法中，容許其成本受抑制且無設計限制。例如，在專利文獻1中，提出一種方法：在電力傳輸側與電力接收側之間進行通信時使用參數之調變度來偵測一外來金屬。在專利文獻2中，提出一種方法：使用渦電流損失來偵測一外來金屬(藉由DC-DC效率而偵測外來物質(foreign substance))。
引用列表 專利文獻
PTL1：日本專利申請未審查公開案第2008-206231號
PTL2：日本專利申請未審查公開案第2001-275280號
然而，在專利文獻1及2所提出之方法中，未考量電力接收側上之一金屬外殼之影響。在給一般行動裝置充電之情況中，可在該等行動裝置中使用任何金屬(金屬外殼、金屬部件及類似物)且因此難以判定參數之改變係由「金屬外殼及類似物之影響」或「一自含外來金屬」引起。在專利文獻2中，作為一實例，難以判定渦電流損失係由一行動裝置中之一金屬外殼或存在於一電力傳輸側與一電力接收側之間之一外來金屬引起。如上所述，專利文獻1及2中所提出之方法無法高度準確地偵測一外來金屬。
另外，一行動裝置通常包含用於充入無接觸接收電力之一電池及適當控制該電池之一控制電路。然而，當藉由使用由該行動裝置中之該電池充入之電力而操作偵測一外來金屬之一偵測電路時，該行動裝置需要在適當控制該電池時控制該偵測電路，且與該控制相關之負載因此較大。
再者，當剩餘電池電量較少時，行動裝置難以偵測存在於行動裝置與電力傳輸側之間之一外來金屬。若一外來金屬之偵測無法執行，則來自電力傳輸側之電力傳輸亦無法執行，此係因為無法確保安全且因此無法給電池充電。
可期望在電力接收側上無需負載系統(控制)之情況下偵測存在於一電力傳輸側與一電力接收側之間之一外來金屬且改良偵測準確度。
根據本發明之一實施例，提供一種偵測器，其包含：一 諧振電路，其包含一次級側線圈；一偵測區段，其量測該諧振電路之一品質因數；一電力儲存區段，其基於該偵測區段中之該品質因數量測期間所消耗之電力量而充入電力，該電力來自透過該次級側線圈而自一初級側線圈接收之電力；及一控制區段，其在來自該初級側線圈之電力傳輸之暫停期間使用充入至該電力儲存區段中之該電力來操作該偵測區段。
根據本發明之一實施例，提供一種電力接收器，其包含：一次級側線圈；一諧振電路，其包含該次級側線圈；一偵測區段，其量測該諧振電路之一品質因數；一電力儲存區段，其基於該偵測區段中之該品質因數量測期間所消耗之電力量而充入電力，該電力來自透過該次級側線圈而自一初級側線圈接收之電力；及一控制區段，其在來自該初級側線圈之電力傳輸之暫停期間使用充入至該電力儲存區段中之該電力來操作該偵測區段。
根據本發明之一實施例，提供一種電力傳送器，其包含：一初級側線圈，其將電力傳送至一次級側線圈；一電力傳輸區段，其將一AC信號供應至該初級側線圈；及一控制區段，其回應於基於一電力接收器之一品質因數之指示一電磁耦合狀態之一信號而控制來自該電力傳輸區段之該AC信號之該供應，自安裝有該次級側線圈之該電力接收器傳送該信號。
根據本發明之一實施例，提供一種無接觸電力傳輸系統，其包含：一電力傳送器，其藉由無線而傳送電力；及 一電力接收器，其接收自該電力傳送器傳送之該電力。該電力接收器包含：一諧振電路，其包含一次級側線圈；一偵測區段，其量測該諧振電路之一品質因數；一電力儲存區段，其基於該偵測區段中之該品質因數量測期間所消耗之電力量而充入電力，該電力來自透過該次級側線圈而自一初級側線圈接收之電力；及一第一控制區段，其在來自該初級側線圈之電力傳輸之暫停期間使用充入至該電力儲存區段中之該電力來操作該偵測區段。該電力傳送器包含：該初級側線圈，其將電力傳送至該電力接收器之該次級側線圈；一電力傳輸區段，其將一AC信號供應至該初級側線圈；及一第二控制區段，其回應於基於該電力接收器之一品質因數之指示一電磁耦合狀態之一信號而控制來自該電力傳輸區段之該AC信號之該供應，自該電力接收器傳送該信號。
根據本發明之一實施例，提供一種偵測方法，其包含：基於一電力接收器之一偵測區段中之品質因數量測期間所消耗之電力量而將電力(來自透過一諧振電路之一次級側線圈而自一電力傳送器之一初級側線圈接收之電力)充入至一無接觸電力傳輸系統之該電力接收器之一電力儲存區段中，該諧振電路係設置在該電力接收器中；在來自該初級側線圈之電力傳輸之暫停期間使用充至該電力儲存區段中之該電力來操作該偵測區段並獲取判定該諧振電路之一品質因數所需之物理量；及藉由該無接觸電力傳輸系統中之該電力接收器或該電力傳送器而自判定該品質因數所需 之該物理量計算該品質因數。
根據本發明，即使當自電力傳輸側至電力接收側之電力饋送無法執行時，亦可藉由使用儲存在電力儲存區段中之基於品質因數量測期間所消耗之電力量之電力及斷接一電路(其用於偵測來自電力接收側上之一系統之一外來金屬)而偵測存在於電力傳輸側與電力接收側之間之一外來金屬。再者，在自電力傳輸側至電力接收側之電力饋送無法執行時，藉由量測次級側品質因數而執行一外來金屬之偵測。相應地，外來金屬之偵測未受電力饋送影響且偵測準確度得以改良。
以下將參考附圖而描述本發明之實施例。將依以下順序給出描述。應注意，相同元件符號係用以標示圖式中之共同組件且將適當省略重疊描述。
1.第一實施例(第一至第三切換區段：在電力饋送期間與品質因數量測期間之間之切換電路之實例)
2.第二實施例(算術處理區段：藉由半頻寬方法而計算品質因數之實例)
3.第三實施例(算術處理區段：使用阻抗之實分量與虛分量之比率來計算品質因數之實例)
4.其他(各種修改方案)
<1.第一實施例> [引言描述]
發明者已研究使用一電力接收側品質因數(一次級側)之 一改變來偵測一外來金屬以解決上述問題。該外來金屬意指存在於一電力傳輸側(一初級側)與該電力接收側之間之一導體，諸如一金屬。本說明書中所述之該導體包含廣義上之一導體，即，一半導體。
品質因數為指示能量存留與能量損失之間之一關係之一指數且一般用作為指示一諧振電路之一諧振峰值(諧振之強度)之一銳度之一值。在使用一線圈與一電容器(亦稱為一冷凝器)之一串聯諧振電路中，一般由一表達式(1)表達品質因數，其中R係該串聯諧振電路之一電阻值，L係一電感值，且C係一電容值。
圖1係一曲線圖，其繪示一增益在串聯諧振電路之品質因數被改變時之頻率特性之一實例。
作為一實例，當品質因數係改變於5至100之間時，增益之頻率特性之峰值之銳度隨品質因數增大而增大。再者，吾人已知表達式(1)中所繪示之電阻值R及電感值L因一外來金屬之接近或該外來金屬中所產生之一渦電流之影響而改變。明確言之，諧振電路之品質因數及諧振頻率因圍繞線圈之該外來金屬之影響而顯著改變。
接著，將在一磁場諧振方法中描述一無接觸電力傳輸系統中之一初級側線圈與一次級側線圈之間之電力傳輸效率(線圈間效率)。
吾人已知由表達式(2)表達線圈間效率之最大理論值ηmax。
在本文中，由以下表達式表達S及Q。
[數值表達式3]S=kQ………(3)
Q指示整個無接觸電力傳輸系統之一品質因數，Q1指示一初級側品質因數，且Q2指示一次級側品質因數。換言之，在磁場諧振方法中，線圈間效率ηmax理論上僅取決於一耦合因數k、初級側品質因數(Q1)及次級側品質因數(Q2)。耦合因數k為初級側線圈與次級側線圈之間之一磁耦合度。品質因數Q1及Q2為一無負載諧振電路之品質因數。相應地，當電力傳輸側與電力接收側兩者上之品質因數較高時，即使耦合因數k較低，亦允許高效率地執行電力傳輸。
圖2中繪示一S值(耦合因數×品質因數)與線圈間效率ηmax之間之一關係。
在磁場諧振方法中，即使耦合因數k較低，亦使諧振電路之初級側品質因數及次級側品質因數較高以增大初級側線圈與次級側線圈之配置之自由度。作為一實例，設計假定：初級側線圈與次級側線圈之間之耦合因數k等於或小於0.5，且初級側線圈與次級側線圈之一或兩者之品質因數等於或大於100。相同情況適用於後文中將描述之第二及第三實施例。
在磁場諧振方法中，具有一高品質因數之一線圈在某種程度上用於電力饋送使得初級側線圈與次級側線圈之配置之自由度增大。然而，類似於上述典型諧振電路，品質因數及諧振頻率因一金屬之影響而顯著改變。
圖3A至圖3C繪示取決於各種金屬位置之初級側品質因數量測之量測條件。
在量測中，用作為一初級側線圈1之一螺旋線圈具有150毫米(垂直)×190毫米(水平)之一尺寸。藉由纏繞一李茲線(線徑φ為1.0毫米)而獲得該螺旋線圈，該李茲線係複數個細銅線之一絞合導線。具有50毫米(垂直)×60毫米(水平)×0.05毫米(厚度)之一尺寸之一金屬片6係用在次級側上以替代一金屬外殼。製備由鋁或不鏽鋼製成之兩個金屬片6。在以下三種情況中實施量測，即：(1)其中金屬片6係位於初級側線圈1之中央上之一情況(圖3A)；(2)其中金屬片6係位於沿一水平方向自中央移位之一位置處(移動至該位置)之一情況(圖3B)；及(3)其中金屬片6係位於初級側線圈1之一端部上之一情況(圖3C)。
表1中繪示取決於金屬位置之初級側品質因數之量測結果。
自表1中所繪示之量測結果確認：初級側品質因數因金屬片6之位置(自初級側觀看)及金屬材料而顯著改變。自上述表達式(1)至(3)明白：初級側品質因數顯著影響線圈間效率(渦電流損失)。因此，吾人發現一金屬外殼(而非一小外來金屬)之影響程度之變動主要導致線圈間效率降低(渦電流損失增加)，且一小外來金屬之偵測較困難。換言之，初級側品質因數因次級側而顯著改變(其中安裝在該外殼中之金屬之位置被視為是不同的)。因此，難以判定品質因數之改變係由一混合外來物質或次級側上之一金屬外殼之影響引起。
另一方面，如自次級側線圈所觀看，次級側線圈與金屬外殼之間之一位置關係根本未改變且與初級側線圈與次級側線圈之間之一位置關係不相關。明確言之，雖然次級側線圈之品質因數亦因金屬外殼之影響而減小，但若初級側線圈附近不存在一大外來金屬，則不論位置關係及效率如何，次級側品質因數均恆定。
通常，假定一行動裝置(諸如一行動電話及一數位相機)為電力接收側上之裝置。在此一行動裝置中，難以消除裝 置主體之金屬以維持強度或執行主要其他功能(諸如電話呼叫或成像)。然而，因為初級側線圈之主要用途可能為充電，所以存在一可能性：電力傳輸側上之裝置主體具有不受金屬影響之一組態。在此一情況中，次級側品質因數具有一恆定值且僅因一外來金屬之接近而顯著改變。
量測由一外來金屬引起之次級側品質因數之改變程度，且表2中繪示結果。
表2繪示在使具有10平方毫米之一尺寸及1.0毫米之一厚度之一鐵片接近具有40毫米×50毫米之一外部尺寸及20毫米×30毫米之一內部尺寸之一線圈時之次級側品質因數之量測改變量。一「Ls值」指示該線圈之一電感值，一「Rs值」指示頻率f處之諧振電路之一有效電阻值，且一「改變量」指示相對於一無鐵品質因數之一改變量。雖然品質因數之改變量取決於該鐵片之位置，但相較於一無鐵情況，品質因數改變(減小)達至少25%(此時金屬片係位於中央處)。
以此方式，次級側品質因數之改變可用於偵測一外來金屬。換言之，可想到與品質因數之改變量相關之一臨限值之設定實現一外來金屬之偵測。然而，如[發明內容]中所述，當使用自一電力傳輸側接收之電力來量測一品質因數時，存在因自(例如)該電力傳輸側接收之該電力之一影響而無法精確量測一品質因數之困難。需想出一量測方法以使用品質因數之改變來偵測一外來金屬。將在下文中描述根據本發明之量測一品質因數之一方法。
[品質因數量測之原理]
參考圖4而描述一品質因數量測之原理。
圖4係一電路圖，其繪示根據本發明之一第一實施例之用在一無接觸電力傳輸系統中之一電力傳送器之一簡圖。圖4中所繪示之一電力傳送器10之電路係一最基本電路組態(磁場耦合中)之一實例，其繪示初級側品質因數之量測原理。雖然圖中繪示包含一串聯諧振電路之一電路，但只要該電路具有一諧振電路之功能，則一詳細組態之各種實施例均可用。該諧振電路之品質因數量測使用亦用在量測儀器(電感電容電阻測量計)中之一方法。順便提一句，雖然圖4中所繪示之電路係電力傳送器(初級側上)之一諧振電路之一實例，但相同量測原理適用於一電力接收器(次級側上)之一諧振電路。
例如，當電力傳送器10之一初級側線圈15附近存在一金屬片時，磁力線穿過該金屬片以在該金屬片中產生一渦電流。如自初級側線圈15所觀看，該金屬片似乎與初級側線 圈15電磁耦合且初級側線圈15具有一實際電阻負載以導致初級側品質因數之改變。品質因數之量測導致初級側線圈15附近之一外來金屬(呈一電磁耦合狀態)之偵測。
在實施例中，電力傳送器10包含一信號源11、一電容器14及初級側線圈15(一電力傳輸線圈(一線圈之一實例))。信號源11包含產生一AC信號(一正弦波)之一AC電源12及一電阻元件13。在說明圖中，電阻元件13指示AC電源12之一內部電阻(輸出阻抗)。電容器14及初級側線圈15係連接至信號源11以形成一串聯諧振電路(一諧振電路之一實例)。電容器14之一電容值(C值)及初級側線圈15之一電感值(L值)經調整以在待量測之一頻率處諧振。包含信號源11及電容器14之一電力傳輸區段使用一負載調變系統或類似物以透過初級側線圈15而將電力無接觸地傳送至外部。
當初級側線圈15與電容器14(其等組態串聯諧振電路)之間之一電壓為V1(施加至諧振電路之一電壓之一實例)且初級側線圈15之兩端之間之一電壓為V2時，由表達式(5)表達串聯諧振電路之品質因數。
其中rs係頻率f處之一有效電阻值。
藉由用電壓V1乘Q而獲得電壓V2。當金屬片接近初級側線圈15時，有效電阻值rs被增大且品質因數被減小。以此方式，當金屬片接近初級側線圈15時，待量測之品質因數 (處於電磁耦合狀態)被改變。可藉由偵測該改變而偵測到存在於初級側線圈15附近之金屬片。
上述量測原理適用於電力接收器(次級側上)以允許電力接收器量測品質因數。然而，若在品質因數量測期間執行電力饋送，則會因自電力傳輸側輸出之磁場而在電力接收器之線圈中產生大電力且因此無法正常量測電壓V2。相應地，無法精確獲得品質因數以導致一外來金屬之不準確偵測。
為解決上述缺點，需在量測期間暫停電力饋送。然而，若電力饋送被停止，則需要一大電池以操作用於量測次級側品質因數之電路。另外，當一電池係安裝在電力接收器上(作為另一措施)時，產品使用期限藉此受影響，且在行動裝置之電池沒電時無法執行一外來金屬之偵測，此時需即時充電。
相應地，發明者發明一種無需電池之電磁耦合狀態偵測技術，其中使用自初級側供應之電力來執行次級側上之品質因數量測，而次級側無法在自初級側接收電力時執行品質因數量測。
[第一實施例之組態] (電力傳送器之組態實例)
描述根據本發明之第一實施例之電力傳送器(初級側上)之組態實例。
圖5係一方塊圖，其繪示根據本發明之第一實施例之電力傳送器之一內部組態實例。使用該方塊圖中所繪示之一 偵測電路來偵測一導體，諸如一金屬(一外來金屬)。具有該偵測電路之電力傳送器係一電磁耦合狀態偵測裝置之一實例。
在實施例中，偵測電路包含整流區段21A與21B、類比/數位轉換器(下文中稱為「ADC」)22A與22B及一主要控制區段23。
整流區段21A將自信號源11與電容器14之間輸入之一AC信號(一AC電壓)轉換為一DC信號(DC電壓)，且接著輸出經轉換信號。同樣地，整流區段21B將自初級側線圈15與電容器14之間輸入之一AC信號(一AC電壓)轉換為一DC信號(一DC電壓)，且接著輸出經轉換信號。經轉換DC信號之各者係輸出至ADC 22A及22B。
ADC 22A及22B將自整流區段21A及21B輸入之一類比DC信號分別轉換為一數位DC信號，且接著將該數位DC信號輸出至主要控制區段23。
主要控制區段23係一控制區段之一實例、由(例如)一微處理單元(MPU)組態且控制整個電力傳送器10。主要控制區段23具有一算術處理區段23A及一判定區段23B之功能。
算術處理區段23A為執行預定算術程序之一區塊。在此實施例中，算術處理區段23A自ADC 22A及22B輸入之DC信號計算電壓V2與電壓V1之一比率(即，計算一品質因數)且將計算結果輸出至判定區段23B。另外，算術處理區段23A可自電力接收側(次級側)獲取與一外來金屬之偵測相 關之資訊(物理量，諸如一電壓值)且接著基於該資訊而計算次級側品質因數。
判定區段23B比較自算術處理區段23A輸入之計算結果與儲存在一非揮發性記憶體24中之一臨限值以基於比較結果而判定附近一外來金屬之存在。再者，判定區段23B可比較上述電力接收側品質因數與該臨限值以判定附近一外來金屬之存在。
記憶體24保存先前在無任何物體位於次級側線圈上或次級側線圈附近之一狀態中所量測之初級側品質因數之一臨限值(Ref_Q1)。另外，記憶體24保存自電力接收側(次級側)獲取之次級側品質因數之一臨限值(Q_Max)。
一通信控制區段25為初級側上之一通信區段之一實例且執行與後文中將描述之電力接收器之一通信控制區段之通信。通信控制區段25執行與一外來金屬之偵測相關之資訊之傳輸/接收，例如包含二級側線圈之電力接收器之諧振電路之品質因數及電壓V1與V2之接收。再者，通信控制區段25回應於主要控制區段23之控制而指示信號源11產生或暫停AC電壓。例如，可使用一無線LAN之IEEE 802.11標準或藍芽(註冊商標)作為與電力接收器通信之一通信標準。應注意，可採用使資訊透過電力接收器之初級側線圈15及次級側線圈而傳送之組態。另外，主要控制區段23可在無需通信控制區段25之情況下直接指示信號源11。
一輸入區段26產生與使用者操作對應之一輸入信號且將該輸入信號輸出至主要控制區段23。
順便提一句，此實施例中描述使電力傳送器10包含偵測電路之組態，該偵測電路能夠基於初級側品質因數而偵測一外來金屬及基於次級側品質因數而偵測一外來金屬。組態不受限於此，且可應用任何其他組態，只要電力傳送器10包含通信控制區段25及主要控制區段23以至少執行算術處理及判定處理且具有基於電力接收器之品質因數而偵測一外來金屬之功能。
(電力接收器之組態實例)
接著，描述根據本發明之第一實施例之一電力接收器(次級側上)之一組態實例。
圖6係一方塊圖，其繪示應用於一行動電話及類似物之電力接收器之一內部組態實例。該方塊圖中所繪示之偵測電路偵測一外來金屬。具有偵測電路之電力接收器係一電磁耦合狀態偵測裝置之一實例。偵測電路係一偵測區段之一實例。
在實施例中，一電力接收器30包含一次級側線圈31及與次級側線圈31並聯連接之一電容器32。並聯連接之線圈31與電容器32之各者之一第一端係連接至一電容器33之一第一端，且電容器33之一第二端係連接至一整流區段34之一第一輸入端。另外，並聯連接之次級側線圈31與電容器32之各者之一第二端係連接至整流區段34之一第二輸入端。
再者，整流區段34之一第一輸出端係透過一第二開關39而連接至一第一調節器36之一輸入端。第一調節器36之一輸出端係連接至一負載，且整流區段34之一第二輸出端係 連接至一接地端子。整流區段34之第一輸出端亦連接至一第二調節器37。
此外，一電容器35係串聯連接至一第一開關38，電容器35之一端係連接至整流區段34之第一輸出端，且第一開關38之一端係連接至整流區段34之第二輸出端。
第一調節器36控制一輸出電壓及一輸出電流以使該等輸出電壓及輸出電流保持恆定，且將(例如)5伏特之一電壓供應至負載。同樣地，第二調節器37將(例如)3伏特之一電壓供應至包含對應開關之各自區塊。
電容器33之第二端係連接至一第三開關40且透過第三開關40、一電阻元件52及一放大器51而連接至一AC電源50(一振盪電路)。另外，電容器33之第二端係透過一第三開關41而連接至一放大器44A之一輸入端。另一方面，電容器33之第一端係透過一第三開關42而連接至一放大器44B之一輸入端。另外，並聯連接之次級側線圈31與電容器32之各者之第二端係透過一第三開關43而連接至一接地端子。
一切換元件(諸如金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET))係應用為第一開關38(一第一開關區段之一實例)，第二開關39(一第二開關區段之一實例)及第三開關40至43(一第三開關區段之一實例)。
在一偵測電路45內，放大器44A之一輸出端係連接至一包絡偵測區段45A。包絡偵測區段45A偵測透過第三開關41及放大器44A而自電容器33之第二端輸入之AC信號(對 應於電壓V1)之一包絡，且將該偵測信號供應至一類比/數位轉換器(ADC)46A。
另一方面，在一偵測電路45內，放大器44B之一輸出端係連接至一包絡偵測區段45B。包絡偵測區段45B偵測透過第三開關42及放大器44B而自電容器33之第一端輸入之AC信號(對應於電壓V2)之一包絡，且將該偵測信號供應至一類比/數位轉換器(ADC)46B。
ADC 46A及46B將自包絡偵測區段45A及45B輸入之一類比偵測信號分別轉換為一數位偵測信號，且接著將該數位偵測信號輸出至一主要控制區段47。
主要控制區段47係一控制區段之一實例、由(例如)一微處理單元(MPU)組態且控制整個電力接收器30。主要控制區段47具有一算術處理區段47A及一判定區段47B之功能。主要控制區段47使用自第二調節器37供應之電力來將一驅動信號供應至各開關(一MOSFET之一閘極端子)且執行導通/切斷控制(切換功能)。
算術處理區段47A為執行預定算術程序之一區塊。算術處理區段47A自ADC 46A及46B輸入之偵測信號計算電壓V2與電壓V1之一比率(即，計算品質因數)，且將計算結果輸出至判定區段47B。另外，算術處理區段47A可根據設定而將輸入偵測信號之資訊(一電壓值及類似物)傳送至電力傳輸側(初級側)。再者，算術處理區段47A在一外來金屬之偵測處理期間執行頻率掃描處理(掃描處理功能)。
判定區段47B比較自算術處理區段47A輸入之品質因數 與儲存在一非揮發性記憶體48中之一臨限值以基於比較結果而判定附近一外來金屬之存在。如後文中所述，可將量測資訊傳送至電力傳送器10，且電力傳送器10可計算次級側品質因數並判定一外來金屬之存在。
記憶體48保存待與品質因數比較之一臨限值。先前在無任何物體位於次級側線圈31上或次級側線圈31附近之一狀態中量測該臨限值。
放大器44A與44B、放大器44A及44B後面之包絡偵測區段45A與45B、ADC 46A與46B、主要控制區段47(算術處理區段47A及判定區段47B)及/或記憶體48為組態偵測電路45之組件之實例。
一通信控制區段49為次級側上之一通信區段之一實例，且執行與電力傳送器10之通信控制區段25之通信。通信控制區段49執行與一外來金屬之偵測相關之資訊之傳輸/接收，例如包含次級側線圈31之電力接收器30之諧振電路之品質因數及電壓V1與V2之傳輸。應用於通信控制區段49之通信標準係類似於應用於電力傳送器10之通信控制區段25之通信標準。應注意，可使用使該資訊透過電力傳送器10之次級側線圈31及初級側線圈15而傳送之組態。
在品質因數量測期間，AC電源50基於主要控制區段47之控制信號而產生一AC電壓(一正弦波)，且透過放大器51及電阻元件52而將該AC電壓供應至電容器33之第二端。
一輸入區段53產生與使用者操作對應之一輸入信號且將該輸入信號輸出至主要控制區段47。
[電力接收器之操作]
藉由三個開關群組(即，第一開關38、第二開關39及第三開關40至43)之導通/切斷切換而控制經如上所述般組態之電力接收器30之偵測電路。在下文中，描述電力接收器30之操作且關注各自開關之切換。
首先，將透過次級側線圈31而自電力傳送器10接收之電力充入至設置在整流區段34後面之電容器35(一電力儲存區段之一實例)中。由表達式(6)判定可由充入至電容器中之電力操作之一電流值及一時間。
[數值表達式6]CV=it………(6)
在表達式(6)中，C係電容器之一電容值，V係電容器之一電壓值，i係電容器之一電流值，且t係一時間。明確言之，當充入至10微法之電容器中之電壓值(例如)自9伏特改變為4伏特時，允許50毫安之電流流動達1毫秒。若電容器之電容值較大，則可流動一大電流或延長一電流流動時間。
順便提一句，若具有一高電容值之電容器35係設置在整流區段34後面，則可在電力接收器30與外部裝置之間之通信期間出現故障。因此，可期望開關38之控制。換言之，第一開關38之汲極與源極之間導通且僅在品質因數量測期間連接電容器35使得不利影響被消除。
圖7繪示一狀態之一波形之一簡圖，在該狀態中，實際 充入至電容器35中之電壓(第一調節器36之輸入端處之電壓)下降。
起初，當停止電力傳送器10之一載波信號時，第一調節器36之輸入端處之電壓下降至0伏特。然而，圖中確認：電壓降因累積在電容器35中之一電荷而適中。在圖7之實例中，第一調節器36之輸入端處之電壓在約1.8毫秒之載波暫停時段期間自9.5伏特逐漸下降至8.5伏特。
相應地，若偵測區段在某種程度上消耗較少電流且品質因數量測之一時間較短，則允許量測品質因數，同時暫停自電力傳送器10輸出之載波信號。應注意，當暫停自電力傳送器10輸出之載波信號時(品質因數量測期間)，必定需要使負載與偵測區段電隔離。例如，藉由使用一P通道MOSFET作為第二開關39且使用控制(其中回應於載波信號之輸入而切斷電力接收器30)或使用第一調節器36之一啟用功能而控制此電隔離。無需在電容器35之充電期間或透過通信控制區段49之通信期間使負載與偵測電路斷接。
在品質因數量測時，藉由使用與上述量測儀器(電感電容電阻測量計)類似之一方法而量測電容器33之兩端之間之電壓值。明確言之，在載波信號暫停時導通第三開關40至43且自兩個電壓波形計算品質因數，該兩個電壓波形係藉由整流自AC電源50輸出之正弦波而獲得且在電容器33之第一及第二端上被偵測。藉由比較經計算品質因數與預定臨限值而執行一外來金屬之偵測。
[無接觸電力傳輸系統之總體控制]
接著，將描述根據本發明之第一實施例之無接觸電力傳輸系統之總體控制。
圖8係一流程圖，其繪示經組態以包含電力傳送器10(參閱圖5)及電力接收器30(參閱圖6)之無接觸電力傳輸系統之電力饋送期間之處理。
當電力傳送器10(初級側上)被啟動且電力接收器30(次級側上)係佈置在電力傳送器10附近時，電力傳送器10與電力接收器30之間執行協商。在電力傳送器10及電力接收器30認定彼此之另一側之後開始電力饋送。電力傳送器10或電力接收器30在電力饋送開始時執行品質因數量測且判定當前品質因數量測是否為首次量測(步驟S1)。
例如，若在導通電力傳送器10或電力接收器30之後即時執行量測，則各自裝置判定當前品質因數量測為首次量測。替代地，作為協商之一結果，當電力接收器30因電力接收器30之ID資訊(識別資訊)而被識別為一第一通信夥伴時，電力傳送器10判定當前品質因數量測為首次量測。然而，替代地，在協商時，電力傳送器10可自電力接收器30接收由電力接收器30計算之品質因數量測之次數結果且感知品質因數量測之次數。
作為另一實例，可藉由使用自先前品質因數量測逝去之一時間而作出判定。電力傳送器10(及電力接收器30)具有一時鐘區段(圖中未繪示)，且當執行品質因數量測時，電力傳送器10(及電力接收器30)將與量測時間對應之所量測品質因數儲存在記憶體24(及記憶體48)中。接著，電力傳 送器10(及電力接收器30)比較先前品質因數量測之時間與當前品質因數量測之時間，且當偵測到超過一預定值之時間差時，當前品質因數量測被判定為首次量測。例如，將利用頻率掃描之品質因數量測定義為首次量測且參考所定義之第一量測而判定品質因數量測之次數。應注意，可在先前品質因數量測時啟動時鐘區段之一計時器功能且可基於該計時器之逝去時間而判定品質因數量測之次數。
當品質因數量測被判定為第一量測時，電力接收器30使用自AC電源50輸出之量測測試信號(正弦波)之複數個頻率(掃描量測)且自複數個所獲得次級側品質因數獲取最大品質因數(步驟S2)。將具有最大品質因數之測試信號之頻率儲存在記憶體中。將在後文中描述步驟S2中之程序之細節。
需要將諧振頻率之一正弦波輸入至電力接收器30以量測品質因數。然而，諧振頻率因電力接收器30中之組件之品質變動、安裝線圈與裝置(例如一外殼)內側之一金屬之間之一位置關係之變動、次級側線圈31周圍之環境、自含外來金屬及類似物而改變。因此，鑒於諧振頻率之移位，需要藉由使用一適當範圍(量測範圍)內之複數個不同頻率來執行量測(頻率掃描)而找到諧振頻率。鑒於整個無接觸電力傳輸系統，雖然第一品質因數量測需要頻率掃描，但第二及隨後品質因素量測可省略頻率掃描。作為使第二及隨後品質因數量測省略頻率掃描之一實例，其典型情況為電力傳送器10與電力接收器30之間之位置關係不會因第一品 質因數量測之頻率掃描而顯著改變。
另一方面，在當前品質因數量測未被判定為第一量測(步驟S1之判定程序中)之情況中，電力接收器30使用第一品質因數量測中所判定之一頻率之一測試信號來獲取品質因數(步驟S3)。將在後文中描述步驟S3中之程序之細節。
電力傳送器10或電力接收器30基於次級側品質因數而判定存在一外來金屬之可能性(步驟S4)。當不可能存在一外來金屬時，程序前進至步驟S6。
另一方面，當步驟S4之判定程序中可能存在一外來金屬時，程序前進至步驟S2且電力接收器30執行測試信號之頻率掃描以自複數個次級側品質因數獲取最大品質因數。
在完成步驟S2中之程序之後，電力傳送器10或電力接收器30基於由計算獲得之次級側品質因數而判定是否存在一外來金屬(步驟S5)。當存在一外來金屬時，強制終止電力饋送或將一警報給予一使用者以完成程序。藉由停止電力傳送器10之電力傳輸或停止電力接收器30之電力接收(即使電力傳送器繼續電力傳輸)而強制終止電力饋送。
使用充入至電力儲存區段(電容器35)中之電力來執行上述步驟S2至S5中之品質因數量測。例如，在頻率掃描之情況中，在將一定數量電荷之充入至電容器35中以實現一頻率之一測試信號之品質因數(即，電壓V1及V2)量測之後，重複品質因數量測、充電及隨後頻率之測試信號之品質因數量測。
接著，當步驟S5中未偵測到一外來金屬時，執行自電力 傳送器10至電力接收器30之電力饋送達一預定時間(步驟S6)。
最後，電力接收器30判定電池或類似物(負載，圖中未繪示)是否已被完全充電且將判定結果傳送至電力傳送器10(步驟S7)。當電池已被完全充電時，終止充電程序，且當電池尚未被完全充電時，程序返回至步驟S1且重複上述程序。應注意，可在電力饋送期間執行與完全充電有關之判定及通信。
如上所述，僅在第一品質因數量測中執行頻率掃描，且僅針對在第一品質因數量測中被判定為最佳之一頻率之一測試信號而量測第二及隨後量測中之品質因數。然而，在判定第二及隨後品質因數量測中可能存在一外來金屬之情況中，再次掃描頻率且執行判定，此係因為存在因初級側線圈與次級側線圈之間之位置關係之改變而頻率移位之可能性。當判定存在一外來金屬(即使掃描頻率)時，強制終止電力饋送或將一警報給予一使用者。此方法明顯減少品質因數量測之時間。
[初級側上利用頻率掃描來執行品質因數量測之實例]
接著，描述初級側上之利用步驟S2中之一頻率掃描來執行品質因數量測之一處理情況。因為執行該頻率掃描，所以假定品質因數量測被判定為首次量測。可考量在以下情況中執行處理：電力傳送器10判定當前品質因數量測為首次量測或電力接收器30判定當前品質因數量測為首次量測且將結果傳送至電力傳送器10。
圖9係一流程圖，其繪示初級側(電力傳送器10)上之反映一頻率掃描之品質因數量測之執行處理情況。
首先，在完成與電力接收器30之主要控制區段47之協商之後，電力傳送器10之主要控制區段23將電磁波自初級側線圈15輸出至電力接收器30以開始電力傳輸(一載波信號之傳輸)(步驟S11)。電力接收器30之主要控制區段47接收透過次級側線圈31而自電力傳送器10輸出之該等電磁波以開始電力接收(步驟S12)。
在開始電力傳輸之後，電力傳送器10之主要控制區段23透過通信控制區段25而將第一品質因數量測之一命令傳送至電力接收器30(步驟S13)。電力接收器30之主要控制區段47透過通信控制區段49而自電力傳送器10接收第一品質因數量測之該命令(步驟S14)。
圖10係根據本發明之第一實施例之無接觸電力傳輸系統之一操作時序圖。
在實施例中，用於執行品質因數量測之一「品質因數量測時段(61-1、61-2及61-3)」與用於執行處理(諸如電力供應)(非品質因數量測)之一「電力供應時段(62)」經交替設定。當電力傳送器10與電力接收器30之間建立通信時，電力傳送器10之主要控制區段23在步驟S13中發出第一品質因數量測之命令。在(例如)第一品質因數量測時段61-1之開始階段傳送第一品質因數量測之命令。第一品質因數量測時段被分成複數個時段，其等包含「充電」、「頻率f1處之品質因數量測」、「充電」、「頻率f2處之品質因數量 測」、...、「頻率fn-1處之品質因數量測」、「充電」、「頻率fn處之品質因數量測」、「充電」及「傳送至初級側」。
電力接收器30之主要控制區段47使第一開關38、第二開關39及第三開關40至43切換於導通與切斷之間以便對應於複數個時段。下文中描述第一開關38、第二開關39及第三開關40至43之主要切換時序。
1.在一品質因數量測時段(給電容器35充電)期間導通第一開關38且在其他時段期間(電力供應時段)切斷第一開關38。
2.在一品質因數量測時段期間切斷第二開關39且在其他時段(電力供應時段)期間導通第二開關39。
3.在一品質因數量測時段期間(明確言之，在偵測電壓V1及V2時)導通第三開關40至43且在其他時段期間切斷第三開關40至43。
當接收第一品質因數量測之命令時，電力接收器30之主要控制區段47導通第一開關38、將整流區段34電連接至電容器35且充入自初級側接收之電力。此時，電力接收器30之主要控制區段47切斷第二開關39且使第一調節器36(即，負載)與電容器35斷接(步驟S15)。
隨後，電力接收器30之AC電源50回應於主要控制區段47之控制而輸出用於量測之一測試信號(一正弦波)。此時，該測試信號之頻率Freq被設定為一初始值f1(步驟S16)。
電力傳送器10之主要控制區段23暫停至電力接收器30之 電力傳輸(載波信號之傳輸)(步驟S17)。自步驟S13中之電力傳輸開始至步驟S17之電力傳輸暫停之延時時間至少等於或長於給電容器35充入期望電力(一頻率處之品質因數量測之所需電力)之一所需時間。
電力接收器30之主要控制區段47回應於來自電力傳送器10之電力傳輸之暫停而暫停電力接收(步驟S18)。
此時，主要控制區段47導通第三開關40至43(步驟S19)。在導通第三開關40之後，AC電源50中所產生之頻率f1之測試信號係透過第三開關40而供應至電容器33之第二端。另外，在導通第三開關41之後，電容器33之第二端與放大器44A之輸入端導通，且在導通第三開關42之後，電容器33之第一端與放大器44B之輸入端導通。
接著，主要控制區段47透過放大器44A、包絡偵測區段45A及ADC 46A而偵測電容器33之第二端處之電壓V1且將電壓V1記錄在記憶體48中。同樣地，主要控制區段47透過放大器44B、包絡偵測區段45B及ADC 46B而偵測電容器33之第一端處之電壓V2且將電壓V2記錄在記憶體48中(步驟S20)。
在獲取頻率f1之測試信號之電壓V1及V2之後，主要控制區段47切斷第三開關40至43(步驟S21)。
此時，電力傳送器10之主要控制區段23重新開始至電力接收器30之電力傳輸(步驟S22)。自步驟S17中之電力傳輸暫停至步驟S22中之電力傳輸開始之延時時間至少等於或長於偵測及記錄電壓V1及V2之一所需時間。接著，在步 驟S22中重新開始至電力接收器30之電力傳輸之後，程序在給電容器35充電之延時時間逝去之後返回至步驟S17，且電力傳送器10之主要控制區段23再次暫停電力傳輸。自步驟S22中之電力傳輸開始至步驟S17中之電力傳輸暫停之延時時間至少等於或長於給電容器35充入期望電力之一所需時間。
電力接收器30之主要控制區段47回應於電力傳送器10之電力傳輸之重新開始而開始自電力傳送器10接收電力且給電容器35充電(步驟S23)。在給電容器35充電之延時時間期間，電力接收器30之AC電源50回應於主要控制區段47之控制而輸出一隨後頻率Freq之一測試信號(步驟S24)。此時，該測試信號之該頻率Freq為f2。
在完成步驟S24中之程序之後，程序在給電容器35充電之延時時間逝去之後返回至步驟S18，且電力接收器30之主要控制區段47回應於來自電力傳送器10之電力傳輸之暫停而暫停電力接收。接著，電力接收器30之主要控制區段47繼續步驟S19後之程序、使用頻率f2之測試信號來執行品質因數量測且獲取電壓V1及V2。
在自步驟S18中之電力接收暫停至步驟S23中之電力接收開始之時段(步驟S19至S21)期間，僅藉由充入至電容器35中之電力而操作偵測電路中之各區塊。
在完成獲取各自頻率之各測試信號之電壓V1及V2之程序(頻率掃描)之後，電力接收器30之主要控制區段47切斷第一開關38且使電容器35與偵測電路斷接(步驟S25)。隨 後，電力接收器30之主要控制區段47控制AC電源50以停止測試信號之輸出(步驟S26)。
接著，電力接收器30之主要控制區段47對來自電力傳送器10之第一品質因數量測之命令作出回應。作為一回應，電力接收器30之主要控制區段47透過通信控制區段49而將用於判定一外來金屬之臨限值及使用各自頻率之測試信號而獲得之量測資料群組(Freq、V1及V2)(該臨限值及該等量測資料群組係儲存在記憶體48中)發回至電力傳送器10(步驟S27)。
順便提一句，在圖9所繪示之流程圖中，切斷第二開關39且在給電容器35充電時使第一調節器36(負載)與電容器35斷接(參閱步驟S15)。然而，可在給電容器35充電時給負載饋送電力。需要至少在品質因數量測期間(明確言之，在偵測電壓V1及V2時)暫停電力饋送(給電容器35充電)，且可在通信期間或在給電容器35充電時繼續或暫停電力饋送。相同情況適用於將在下文中描述之其他流程圖(圖12、圖13及圖14)。
在步驟S27中之程序之後，電力傳送器10自電力接收器30接收臨限值及量測資料群組(Freq、V1及V2)且將臨限值及量測資料群組儲存在記憶體24中(步驟S28)。
接著，電力傳送器10之算術處理區段23A基於表達式(5)而自用於自電力接收器30接收之測試信號之各頻率Freq之電壓V1及V2計算次級側品質因數、建立頻率與品質因數之一表且將該表儲存在記憶體24中。圖11以圖形繪示測試 信號之頻率與品質因數之間之關係。判定最大次級側品質因數(Q_Max)(步驟S29)。在圖11之實例中，Q_Max為頻率f0處之一品質因數，其接近品質因數之頻率特性曲線中之最大值。
接著，電力傳送器10之判定區段23B比較Q_Max與儲存在記憶體24中之臨限值以判定Q_Max是否低於臨限值(步驟S30)。
在步驟S30之判定程序中，當Q_Max低於臨限值時，判定區段23B判定存在一外來金屬(圖8中之步驟S5)且執行完成處理。另一方面，當Q_Max不低於臨限值時，判定區段23B判定不存在一外來金屬(圖8中之步驟S5)且程序前進至步驟S6。
在表2所繪示之量測結果中，存在一外來金屬之品質因數與不存在一外來金屬之品質因數之間相差至少25%。因此，藉由自具有一外來金屬之品質因數減去25%而獲得之值可(例如)用作為臨限值。該值僅為一實例且可期望根據量測目標而適當設定該值，此係因為品質因數之改變量因電力接收器之結構、環境、待偵測之一外來金屬之尺寸及種類而不同。
[計算次級側上之反映頻率掃描之品質因數之實例]
接著，描述次級側上之反映步驟S2中之一頻率掃描之品質因數之計算處理情況。因為執行該頻率掃描，所以假定品質因數量測被判定為首次量測，類似於圖9中之流程圖。
圖12係一流程圖，其繪示次級側(電力接收器30)上之反映一頻率掃描之品質因數量測之執行處理情況。
圖12之步驟S41至S56中之程序與圖9之步驟S11至S26中之程序相同，因此省略其之描述。
在步驟S56中停止測試信號之輸出之後，電力接收器30之算術處理區段47A基於表達式(5)而自用於測試信號之各頻率Freq之電壓V1及V2計算次級側品質因數、建立頻率與品質因數之一表且將該表儲存在記憶體48中。接著，電力接收器30之算術處理區段47A判定最大次級側品質因數(Q_Max)(步驟S57)。
接著，電力接收器30之判定區段47B比較Q_Max與儲存在記憶體48中之臨限值以判定Q_Max是否低於臨限值(步驟S58)。
在步驟S58之判定程序中，當Q_Max低於臨限值時，判定區段47B判定存在一外來金屬。另一方面，當Q_Max不低於臨限值時，判定區段47B判定不存在一外來金屬。
接著，電力接收器30之主要控制區段47對來自電力傳送器10之第一品質因數量測之命令作出回應。作為一回應，電力接收器30之主要控制區段47透過通信控制區段49而將一外來金屬之判定結果發回至電力傳送器10(步驟S59)。
電力傳送器10自電力接收器30接收一外來金屬之判定結果(步驟S60)。
接著，電力傳送器10之判定區段23B使用自電力接收器30接收之一外來金屬之判定結果來判定一外來金屬之存在 (步驟S61)。
在步驟S61之判定程序中，當所接收判定結果指示存在一外來金屬時(圖8中之步驟S5)，判定區段23B執行一完成程序。另一方面，當判定結果指示不存在一外來金屬時(圖8中之步驟S5)，程序前進至步驟S6。
如上所述，在計算電力傳送器10(初級側上)中之品質因數與計算電力接收器30(次級側上)中之品質因數之兩種情況中，由電力接收器30保存待與經計算品質因數比較之臨限值。當在電力傳送器10中執行計算時，臨限值與電壓值被一起傳送，此係因為各種裝置係用作為電力接收器30且預期臨限值因裝置而變動。
如圖9中所繪示，當電力傳送器10(初級側上)執行品質因數之計算及一外來金屬之判定時，電力接收器30(次級側上)有利地無需具有用於一算術處理區段及一判定區段之硬體。例如，預期用作為電力接收器30之一行動裝置減小尺寸、減輕重量及降低成本。
另一方面，如圖12中所繪示，當電力接收器30(次級側上)執行品質因數之計算及一外來金屬之判定時，電力接收器30(次級側上)需具有用於一算術處理區段及一判定區段之硬體。順便提一句，僅將指示一外來金屬之存在或不存在之判定結果之資訊傳送至電力傳送器10(初級側上)。相應地，資訊量較少且因此預期通信時間被減少。
[初級側上執行第二及隨後品質因數量測之實例]
接著，描述初級側上之第二及隨後品質因數量測之執行 處理情況。在此實例中，雖然描述之情況為在一頻率掃描之後執行第二品質因數量測，但相同情況適用於第三及隨後品質因數量測。
圖13係一流程圖，其繪示初級側(電力傳送器)上之品質因數量測之執行處理情況。
圖13之步驟S71至S85中之程序對應於圖9之步驟S11至S26(無步驟S24)中之程序，因此，將主要描述圖9與圖13之間之不同點。
當步驟S71及S72中開始電力傳輸時，電力傳送器10之主要控制區段23透過通信控制區段25而將第二品質因數量測之一命令傳送至電力接收器30(步驟S73)。電力接收器30之主要控制區段47透過通信控制區段49而自電力傳送器10接收第二品質因數量測之該命令(步驟S74)。
在(例如)一第二品質因數量測時段61-2(參閱圖10)之開始階段傳送第二品質因數量測之命令。第二品質因數量測時段61-2被分成四個時段，其等包含「充電」、「頻率f0處之品質因數量測」、「充電」及「傳送至初級側」。電力接收器30之主要控制區段47使第一開關38、第二開關39及第三開關40至43切換於導通與切斷之間以便對應於該四個時段。
當接收第二品質因數量測之命令時，電力接收器30之主要控制區段47導通第一開關38且將電容器35連接至用於充電之偵測電路。此時，電力接收器30之主要控制區段47切斷第二開關39且使第一調節器36(即，負載)與電容器35斷 接(步驟S75)。
隨後，電力接收器30之AC電源50回應於主要控制區段47之控制而輸出用於量測之一測試信號(一正弦波)。此時，該測試信號之頻率Freq被設定為使先前頻率掃描處理獲得最大品質因數(Q_Max)之頻率f0(約等於一諧振頻率)(步驟S76)。
電力傳送器10之主要控制區段23暫停至電力接收器30之電力傳輸(載波信號之傳輸)(步驟S77)。自步驟S73中之電力傳輸開始至步驟S77中之電力傳輸暫停之延時時間至少等於或長於給電容器35充入期望電力(一頻率處之品質因數量測之所需電力)之一所需時間。
電力接收器30之主要控制區段47回應於來自電力傳送器10之電力傳輸之暫停而暫停電力接收(步驟S78)。
此時，主要控制區段47導通第三開關40至43(步驟S79)。接著，主要控制區段47偵測電容器33之第二端處之電壓V1且將電壓V1儲存在記憶體48中。同時，主要控制區段47偵測電容器33之第一端處之電壓V2且將電壓V2儲存在記憶體48中(步驟S80)。在獲取頻率f0之測試信號之電壓V1及V2之後，主要控制區段47切斷第三開關40至43(步驟S81)。
此時，電力傳送器10之主要控制區段23重新開始至電力接收器30之電力傳輸(步驟S82)。自步驟S77中之電力傳輸暫停至步驟S82中之電力傳輸開始之延時時間至少等於或長於偵測及記錄電壓V1及V2之一所需時間。在圖9中，在 重新開始至電力接收器30之電力傳輸之後，在給電容器35充電之延時時間逝去之後再次暫停電力傳輸。然而，在此實例中，未再次暫停電力傳輸，此係因為僅需獲取頻率f0之測試信號之量測資料。
電力接收器30之主要控制區段47回應於電力傳送器10之電力傳輸之重新開始而開始自電力傳送器10接收電力且給電容器35充電(步驟S83)。
在圖9中，雖然在給電容器35充電之延時時間期間輸出隨後頻率Freq(f2)之一測試信號(參閱步驟S24)，但此實例中不執行該步驟。
在完成頻率f0之測試信號之電壓V1及V2之獲取程序之後，電力接收器30之主要控制區段47切斷第一開關38且使電容器35與偵測電路斷接(步驟S84)。隨後，電力接收器30之主要控制區段47控制AC電壓50以停止測試信號之輸出(步驟S85)。
接著，電力接收器30之主要控制區段47對來自電力傳送器10之第二品質因數量測之命令作出回應。作為一回應，電力接收器30之主要控制區段47透過通信控制區段49而將儲存在記憶體48中之用於判定一外來金屬之臨限值及用於頻率f0之測試信號之量測資料群組(f0、V1及V2)發回至電力傳送器10(步驟S86)。
電力傳送器10自電力接收器30接收臨限值及量測資料群組(f0、V1及V2)且將臨限值及量測資料群組儲存在記憶體24中(步驟S87)。
接著，電力傳送器10之算術處理區段23A基於表達式(5)而自用於自電力接收器30接收之頻率f0之測試信號之電壓V1及V2計算次級側品質因數(步驟S88)。
隨後，電力傳送器10之判定區段23B比較經計算之次級側品質因數與儲存在記憶體24中之頻率掃描時之Q_Max以判定品質因數是否在Q_Max之一預定範圍內。作為一特定實例，電力傳送器10之判定區段23B判定品質因數是否比Q_Max低X%(步驟S89)。換言之，先前頻率掃描時之Q_Max係用作為用於偵測一外來金屬之一參考品質因數。
在步驟S89之判定程序中，當品質因數比Q_Max低X%或更大時，判定區段23B判定可能存在一外來金屬(圖8中之步驟S4)且程序前進至步驟S2。另一方面，當品質因數不比Q_Max低X%時，判定區段23B判定不存在一外來金屬(圖8中之步驟S4)且程序前進至步驟S6。
在上述判定程序中，當品質因數比Q_Max低X%或更大時，判定可能存在一外來金屬。此係因為存在因初級側線圈與次級側線圈之間之一位置關係之改變而頻率移位之可能性，如上所述。換言之，可使第二品質因數量測中之頻率自第一品質因數量測(頻率掃描)中所判定之諧振頻率f0移位。因此，存在一可能性：第一品質因數量測(頻率掃描)中所獲得之諧振頻率f0處之品質因數(Q_Max)明顯不同於第二品質因數量測中使用諧振頻率f0而獲得之品質因數。相應地，當第二品質因數量測中所獲得之品質因數比Q_Max低X%或更大時，判定可能存在一外來金屬且程序 前進至步驟S2再次執行頻率掃描處理以證實一外來金屬之判定。
[執行次級側上之第二及隨後品質因數計算之實例]
接著，描述次級側上之第二及隨後品質因數量測之執行處理情況。在此實例中，描述一頻率掃描後之第二品質因數量測之執行情況。
圖14係一流程圖，其繪示次級側(電力接收器)上之品質因數計算之執行處理情況。
圖14之步驟S91至S105中之程序與圖13之步驟S71至S85中之程序相同，且因此將省略其之描述。
在步驟S105中停止測試信號之輸出之後，電力接收器30之算術處理區段47A基於表達式(5)而自用於頻率f0之測試信號之電壓V1及V2計算次級側品質因數(步驟S106)。
接著，電力接收器30之判定區段47B比較經計算之次級側品質因數與儲存在記憶體48中之先前頻率掃描時之Q_Max(參考品質因數)以判定品質因數是否比Q_Max低X%(步驟S107)。
在步驟S107之判定程序中，當品質因數比Q_Max低X%或更大時，判定區段47B判定可能存在一外來金屬。另一方面，當品質因數不比Q_Max低X%時，判定區段47B判定不存在一外來金屬。
接著，電力接收器30之主要控制區段47對自電力傳送器10之第二品質因數量測之命令作出回應。作為一回應，電力接收器30之主要控制區段47透過通信控制區段49而將一 外來金屬之判定結果發回至電力傳送器10(步驟S108)。
電力傳送器10自電力接收器30接收一外來金屬之判定結果(步驟S109)。
接著，電力傳送器10之判定區段23B使用自電力接收器30接收之一外來金屬之判定結果來判定一外來金屬之存在(步驟S110)。
在步驟S110之判定程序中，當所接收之判定結果指示可能存在一外來金屬時(圖8中之步驟S4)，判定區段23B之程序返回至步驟S2。另一方面，當所接收之判定結果指示不存在一外來金屬時(圖8中之步驟S4)，判定區段23B之程序前進至步驟S6。
如圖13及圖14中所繪示，使用第一品質因數量測(一外來金屬之判定程序)中所判定之頻率f0及品質因數來執行第二及隨後品質因數量測使得用於偵測一外來金屬之品質因數量測之一時間被允許少於電力饋送之時間(見圖10)。
在上述第一實施例中，藉由使用次級側品質因數來偵測一外來物質而消除次級側(行動電話及類似物)上之一金屬外殼之影響。相應地，允許改良一外來金屬之偵測準確度(相較於藉由典型DC-DC效率而偵測一外來物質)。
另外，在品質因數量測之任何時點處將電力充入至電容器中且由該電力驅動偵測電路使得在不執行自初級側至次級側之電力饋送時允許量測品質因數且無需一次級側電池。因此，次級側上無需用於偵測一外來金屬之一大電池或用於控制其電力之一複雜電路，且因此預期一行動裝置 及類似物減小尺寸、減輕重量及降低成本。
再者，藉由在電力饋送及品質因數量測中適當切換第三開關40至43而防止自次級側上之AC電源輸出之用在品質因數量測中之一量測信號(一正弦波信號)與自初級側饋送之一電力饋送信號之間之干擾，且因此高度準確地計算品質因數。
在實施例中，雖然一電容器係用作為用於儲存待在品質因數量測中消耗之電荷之一電力儲存區段，但可使用除一電容器以外之一電力儲存構件，例如一小的二次電池。
[其他諧振電路之實例]
順便提一句，實施例中描述一實例，其中電力傳送器10包含一串聯諧振電路。然而，任何其他諧振電路可用作為一諧振電路。圖15A及圖15B中繪示諧振電路之實例。在圖15A之實例中，一電容器14A係與一電容器14B與初級側線圈15之一並聯諧振電路串聯連接以組態一諧振電路。再者，在圖15B之實例中，電容器14B係與電容器14A與初級側線圈15之一串聯諧振電路並聯連接以組態一諧振電路。一偵測區段使用初級側線圈15與電容器14A之間之一電壓V1及初級側線圈15之兩端之間之一電壓V2來計算一初級側品質因數。在圖15A及圖15B所繪示之諧振電路中獲得電壓V1與V2兩者。上述之串聯諧振電路及其他諧振電路僅為實例，且諧振電路之組態不受限於該等實例。類似於電力傳送器10，各種諧振電路可應用於電力接收器30。在圖6中，應用圖15A中所繪示之諧振電路。
<2.第二實施例>
在第一實施例中，算術處理區段23A及47A自串聯諧振電路中之初級側線圈與電容器之間之電壓V1及電力傳輸線圈之兩端之間之電壓V2而判定品質因數。在第二實施例中，藉由一半頻寬方法而判定品質因數。
在半頻寬方法中，在組態一串聯諧振電路之情況中，由表達式(7)判定一頻帶(介於頻率f1與f2之間)之一品質因數，頻率f1及f2處之阻抗係一諧振頻率f0處之一阻抗(Zpeak)之一絕對值之倍，如圖16之一曲線圖中所繪示。
另外，在組態一並聯諧振電路之情況中，由表達式(7)判定一頻帶(介於頻率f1與f2之間)之一品質因數，頻率f1及f2處之阻抗係一諧振頻率f0處之一阻抗(Zpeak)之一絕對值之1/倍，如圖17之一曲線圖中所繪示。
<3.第三實施例>
與第一及第二實施例不同，一第三實施例係一實例，其中算術處理區段23A或47A自一諧振電路之阻抗之一虛分量與一實分量之一比率計算一品質因數。在該第三實施例中，使用一自平衡橋接電路及一向量比偵測器來判定該阻抗之該實分量與該虛分量。
圖18係根據第三實施例之一自平衡橋接器之一電路圖，該橋接器自阻抗之虛分量與實分量之比率計算一品質因數。
圖18中所繪示之一自平衡橋接電路70具有與一熟知反相放大器電路類似之一組態。一反相放大器73之一反相輸入端子(-)係連接至一線圈72，且一非反相輸入端子(+)係接地。接著，一回饋電阻元件74透過反相放大器73之一輸出端子而將一負回饋給予反相輸入端子(-)。另外，將一AC電源71(其將一AC信號輸入至線圈72)之一輸出(一電壓V1)及反相放大器73之一輸出(一電壓V2)輸入至一向量比偵測器75。線圈72對應於圖5中之初級側線圈15或圖6中之次級側線圈31。
自平衡橋接電路70操作使得反相輸入端子(-)處之電壓因負回饋之一功能而恆定為零。再者，自AC電源71流動至線圈72之一電流遭遇反相放大器73之大輸入阻抗使得幾乎全部電流沿回饋電阻元件74流動。因此，施加至線圈72之電壓等於AC電源71之電壓V1且反相放大器73之輸出電壓為一回饋電阻值Rs與流動通過線圈72之一電流I之一乘積。該回饋電阻值Rs係一已知參考電阻值。因此，藉由偵測電壓V1與V2且計算電壓V1與V2之間之一比率而判定阻抗。向量比偵測器75使用AC電源71之相位資訊(由一長短交替虛線繪示)來判定作為複數之電壓V1及V2。
在實施例中，使用自平衡橋接電路70、向量比偵測器75及類似物來判定諧振電路之阻抗ZL之一實分量RL與一虛分量XL，且自比率判定一品質因數。以下表達式(8)及(9)繪 示一品質因數之判定程序。
<4.其他>
順便提一句，在上述第一至第三實施例中，描述假定一無接觸電力傳輸系統係一磁場諧振式。然而，即使當自一電力傳輸側至一電力接收側之電力回饋不被執行時，本發明仍意欲執行存在於該電力傳輸側與該電力接收側之間之一外來金屬之偵測且改良偵測準確度。因此，無接觸電力傳輸系統不受限於磁場諧振式且可應用具有一增大耦合因數k及一降低品質因數之一電磁感應式。
再者，一電力接收器可具有一電力傳輸區段且透過一無接觸次級側線圈而將電力傳送至一電力傳送器。替代地，一電力傳送器可具有一負載且透過一無接觸電力傳輸線圈而自一電力接收器接收電力。
應注意，在上述第一至第三實施例中量測一諧振頻率處之一品質因數。然而，量測一品質因數時之一所處頻率可不對應於一諧振頻率。即使當使用自一諧振頻率移位之一可容許範圍內之一頻率來量測一品質因數時，亦可藉由應 用本發明之技術而改良存在於一電力傳輸側與一電力接收側之間之一外來金屬之偵測準確度。
此外，一導體(諸如一金屬)與一初級側線圈或一次級側線圈之接近導致一品質因數及一L值之改變以藉此使一諧振頻率移位。可使用由該L值與一品質因數之改變引起之該諧振頻率之一移位量來偵測一電磁耦合狀態。
另外，當一初級側線圈與一次級側線圈之間夾著一外來金屬時，一耦合因數k亦改變。可使用耦合因數k之此改變與品質因數之改變來偵測電磁耦合狀態。
再者，在本發明之第一至第三實施例中，雖然一線圈(其不具有一磁芯)之一實例係描述為一初級側線圈及一次級側線圈，但可採用纏繞在一磁芯之一線圈(其具有一磁體結構)。
此外，本發明之第一至第三實施例中描述一實例，其中一行動電話係用作為一次級側上之一行動裝置。然而，該次級側上之該行動裝置不受限於此且可應用需要電力之各種行動裝置，諸如一行動音樂播放器及一數位相機。
可由硬體或軟體執行根據上述實施例之一系列程序。當由軟體執行時，由將組態軟體之程式併入一專用硬體中之一電腦或已安裝用於執行各種功能之程式之一電腦執行該程序系列。例如，通用個人電腦可藉由安裝而執行組態期望軟體之程式。
再者，可提供一記錄媒體(其中儲存實施實施例之功能之軟體程式碼)給一系統或一裝置。無疑地，可藉由允許 該系統或該裝置中之一電腦(或一控制裝置，諸如一CPU)讀出及執行儲存在該記錄媒體中之該等程式碼而實現功能。
在此情況中，提供程式碼之記錄媒體之實例包含一軟碟、一硬碟、一光碟、一磁光碟、一CD-ROM、一CD-R、一磁帶、一非揮發性記憶卡及一ROM。
再者，由電腦讀出之程式碼經執行以實現實施例之功能。另外，基於程式碼之指令，電腦上操作之OS或類似物執行實際處理之一部分或全部。亦可接受藉由處理而實現上述實施例之功能之情況。
此外，在本說明書中，依時間序列描述程序之程序步驟包含沿一所述順序之依時間序列執行之程序亦及未必依時間序列執行但並行或個別執行之程序(例如，並行程序或物體之程序)。
應明白，本發明不受限於上述實施例且可產生其他各種修改及應用實例。
換言之，上述實施例之實例係本發明之較佳特定實施例，且因此附上技術之各種適合限制。然而，若各描述中無另外說明，則本發明之技術範疇不受限於此等實施例。 例如，以上描述中所述之使用材料與使用量、處理時間、處理順序、參數之數值條件及類似物僅為較佳實例，且亦示意性給出圖中用於描述之尺寸、形狀及位置關。
應注意，本發明可組態如下。
(1)一種能量接收器，其包括：一電力接收器線圈，其經組態以無線接收自一電力傳送 器傳送之電力；一偵測區段，其經組態以偵測一外來物體(foreign object)；及一電力儲存區段，其經組態以在該外來物體之偵測期間將電力供應至該偵測區段。
(2)如請求項1之能量接收器，其進一步包括：一Q值偵測電路，其連接至該電力接收器線圈，其中該偵測區段經組態以量測與該Q值偵測電路相關之一品質因數。
(3)如請求項1之能量接收器，其進一步包括：一控制區段，其經組態以在至該電力接收器之電力傳輸之暫停期間使用儲存在該電力儲存區段中之電力來啟動該偵測區段。
(4)如請求項3之能量接收器，其中該控制區段包含一算術處理區段及一判定區段，該算術處理區段經組態以(i)計算與該電力接收器線圈相關之一品質因數；及(ii)將該品質因數輸出至該判定區段，該判定區段經組態以比較該品質因數與一臨限值以判定該外來物體是否在該電力接收器線圈之一範圍內。
(5)如請求項4之能量接收器，其進一步包括：一記憶體，其經組態以儲存該臨限值以判定該外來物體是否在該電力接收器線圈之該範圍內，其中，該記憶體為與該控制區段通信之非揮發性記憶體，及 在該電力接收器線圈與該外來物體實質上隔離時獲得該臨限值。
(6)如請求項1之能量接收器，其進一步包括：一開關，其與該電力儲存區段通信，該開關經組態以(i)連接該電力儲存區段及該偵測區段以在電力傳輸之暫停期間提供用於該外來物體之偵測之電力；及(ii)在未偵測到該外來物體時使該電力儲存區段與該偵測區段斷接。
(7)一種偵測方法，其包括：使用自一電力接收器線圈無線接收之電力來給一電力儲存區段充電；使用一偵測區段來偵測一外來物體是否在該電力接收器線圈之一範圍內；及在該外來物體之偵測期間使用該電力儲存區段來給該偵測區段供電。
(8)如請求項7之偵測方法，其進一步包括：在至該電力接收器線圈之電力傳輸之暫停期間使用儲存在該電力儲存區段中之電力來啟動該偵測區段。
(9)如請求項7之偵測方法，其中，該電力接收器線圈包含一Q值偵測電路，及該外來物體是否在該電力接收器線圈之該範圍內之該偵測係基於該偵測區段對與該Q值偵測電路相關之一品質因數之一量測。
(10)如請求項9之偵測方法，其中將該電力儲存區段之該充電包含基於該品質因數之量測期間所消耗之電力而自 一電力傳送器無線接收電力。
(11)如請求項8之偵測方法，其進一步包括：在該電力接收器線圈與該外來物體隔離時獲得一臨限值以判定該外來物體是否在該接收器線圈之該範圍內；將該臨限值儲存在與一控制區段通信之一非揮發性記憶體中；使用該控制區段之一算術處理區段來計算一品質因數；及使用該控制區段之一判定區段來比較該品質因數與該臨限值。
(12)如請求項7之偵測方法，其中對該偵測區段之該供電包含：(i)使用一開關來將該偵測區段連接至該電力儲存區段使得電力在電力傳輸之暫停期間被提供至該電力儲存區段以偵測該外來物體；及(ii)在未偵測到該外來物體時使該電力儲存區段與該偵測區段斷接。
(13)一種電力傳輸系統，其包括：一電力傳送器，其經組態以將電力無線傳送至一電力接收器，其中，該電力傳送器包含：(i)一電力傳輸線圈，其經組態以將電力傳送至該電力接收器；(ii)一電力傳輸區段，其經組態以將一AC信號供應至該電力傳輸線圈；及(iii)一電力傳送器控制區段，其經組態以回應於自該電力接收器傳送之一信號而控制來自該電力傳輸區段之該AC信號之該供應，及 該電力接收器包含：(i)一電力接收器線圈，其經組態以自該電力傳送器無線接收電力；(ii)一偵測區段，其經組態以偵測一外來物體；(iii)一電力儲存區段，其經組態以儲存自該電力傳送器接收之該電力，該電力儲存區段可操作以在該外來物體之偵測期間將所接收之該電力供應至該偵測區段；及(iv)一電力接收器控制區段，其經組態以操作該偵測區段且判定該外來物體是否在該電力傳輸線圈之一範圍內。
(14)如請求項13之電力傳輸系統，其中，該電力接收器包含與該電力接收器線圈連接之一Q值偵測電路，及該偵測區段經組態以量測與該Q值偵測電路相關之一品質因數。
(15)如請求項13之電力傳輸系統，其中該電力接收器控制區段經組態以在該電力傳送器與該電力接收器之間之電力傳輸之暫停期間使用儲存在該電力儲存區段中之電力來啟動該偵測區段。
(16)如請求項13之系統，其中，該電力接收器包含一記憶體，該記憶體經組態以儲存一臨限值以判定該外來物體是否在該電力傳輸線圈與該電力接收器線圈之間，及該記憶體為與該電力接收器控制區段通信之非揮發性記憶體。
(17)如請求項13之系統，其中該電力接收器包含與該 電力儲存區段通信之一開關，該開關經組態以：(i)連接該電力儲存區段及該偵測區段以在該電力傳送器與該電力接收器之間之電力傳輸之暫停期間提供電力以啟動該偵測區段；及(ii)在未啟動該偵測區段時使該電力儲存區段與該偵測區段斷接。
(18)一種偵測裝置，其包括：一電力接收器線圈，其經組態以無線接收自一電力傳送器傳送之電力；一偵測區段，其經組態以偵測一外來物體是否在該電力接收器線圈之一範圍內；及一電力儲存區段，其經組態以在該外來物體之偵測期間將電力供應至該偵測區段。
(19)如請求項18之偵測裝置，其中，該電力接收器線圈包含一Q值偵測電路，及該偵測區段經組態以量測與該Q值偵測電路相關之一品質因數。
(20)如請求項18之偵測裝置，其進一步包括：一控制區段，其經組態以在至該電力接收器線圈之電力傳輸之暫停期間使用儲存在該電力儲存區段中之電力來啟動該偵測區段。
(21)如請求項19之偵測裝置，其進一步包括：一記憶體，其經組態以儲存該電力接收器線圈與該外來物體隔離時所獲得之一臨限值；及一控制區段，其與該記憶體通信，該控制區段經組態 以：(i)使用該控制區段之一算術處理區段來計算該品質因數；及(ii)使用該控制區段之一判定區段來比較該品質因數與該臨限值。
(22)如請求項18之偵測裝置，其進一步包括：一開關，其經組態以：(i)連接該電力儲存區段及該偵測區段以在至該電力接收器線圈之電力傳輸之暫停期間提供電力以啟動該偵測區段；及(ii)在未啟動該偵測區段時使該偵測儲存區段與該偵測區段斷接。
(23)一種能量傳送器，其包括：一電力傳輸線圈，其經組態以將電力無線傳送至一電力接收器；一偵測區段，其經組態以偵測一外來物體；及一電力儲存區段，其經組態以在該外來物體之偵測期間將電力供應至該偵測區段。
(24)如請求項23之能量傳送器，其中該偵測區段經組態以量測一品質因數以判定該外來物體是否在該電力傳輸線圈之一範圍內。
(25)如請求項23之能量傳送器，其進一步包括：一控制區段，其經組態以在來自該電力傳輸線圈之傳輸電力之暫停期間使用儲存在該電力儲存區段中之電力來啟動該偵測區段。
(26)如請求項24之能量傳送器，其進一步包括：一記憶體，其經組態以儲存一臨限值以判定該外來物體是否在該電力傳輸線圈之該範圍內， 其中，該記憶體為與該控制區段通信之非揮發性記憶體，及在該電力傳輸線圈與該外來物體實質上隔離時獲得該臨限值。
(27)如請求項23之能量傳送器，其進一步包括：一開關，其與該電力儲存區段通信，該開關經組態以：(i)連接該電力儲存區段及該偵測區段以在啟動該偵測區段時於來自該電力傳輸線圈之電力傳輸之暫停期間提供電力；及(ii)在未啟動該偵測區段時使該電力儲存區段與該偵測區段斷接。
(28)一種能量接收器，其包括：一電力接收器線圈，其經組態以無線接收自一電力傳送器傳送之電力；一偵測區段，其經組態以偵測一外來物體；及一控制區段，其經組態以在至該電力接收器線圈之電力傳輸之暫停期間啟動該偵測區段。
(29)如請求項28之能量接收器，其進一步包括：一電力儲存區段，其經組態以在該外來物體之偵測期間將電力供應至該偵測區段。
(30)如請求項28之能量接收器，其進一步包括：一Q值偵測電路，其連接至該電力接收器線圈，其中該偵測區段經組態以量測與該Q值偵測電路相關之一品質因數。
(31)如請求項28之能量接收器，其中該控制區段包含 一算術處理區段及一判定區段，該算術處理區段經組態以：(i)計算與該電力接收器線圈相關之一品質因數；及(ii)將該品質因數輸出至該判定區段，該判定區段經組態以比較該品質因數與一臨限值以判定該外來物體是否在該電力接收器線圈之一範圍內。
(32)如請求項28之能量接收器，其進一步包括：一記憶體，其經組態以儲存該臨限值以判定該外來物體是否在該電力接收器線圈之該範圍內，其中，該記憶體為與該控制區段通信之非揮發性記憶體，及在該電力接收器線圈與該外來物體實質上隔離時獲得該臨限值。
(33)如請求項29之能量接收器，其進一步包括：一開關，其與該電力儲存區段通信，該開關經組態以：(i)連接該電力儲存區段及該偵測區段以在電力傳輸之暫停期間提供用於該外來物體之偵測之電力；及(ii)在未偵測到該外來物體時使該電力儲存區段與該偵測區段斷接。
本發明含有與2011年7月5日於日本專利局申請之日本優先專利申請案JP 2011-149465中所揭示之標的相關之標的，該案之全文以引用方式併入本文中。
熟習此項技術者應瞭解，可根據設計要求及其他因數而作出各種修改、組合、子組合及變更，只要其等係在隨附申請專利範圍或其等效物之範疇內。
1‧‧‧初級側線圈
6‧‧‧金屬片
10‧‧‧電力傳送器
11‧‧‧信號源
12‧‧‧AC電源
13‧‧‧電阻元件
14‧‧‧電容器
14A‧‧‧電容器
14B‧‧‧電容器
15‧‧‧初級側線圈
21A‧‧‧整流區段
21B‧‧‧整流區段
22A‧‧‧類比/數位轉換器(ADC)
22B‧‧‧類比/數位轉換器(ADC)
23‧‧‧主要控制區段
23A‧‧‧算術處理區段
23B‧‧‧判定區段
24‧‧‧記憶體
25‧‧‧通信控制區段
26‧‧‧輸入區段
30‧‧‧電力接收器
31‧‧‧次級側線圈
32‧‧‧電容器
33‧‧‧電容器
34‧‧‧整流區段
35‧‧‧電容器
36‧‧‧第一調節器
37‧‧‧第二調節器
38‧‧‧第一開關
39‧‧‧第二開關
40‧‧‧第三開關
41‧‧‧第三開關
42‧‧‧第三開關
43‧‧‧第三開關
44A‧‧‧放大器
44B‧‧‧放大器
45‧‧‧偵測電路
45A‧‧‧包絡偵測區段
45B‧‧‧包絡偵測區段
46A‧‧‧類比/數位轉換器(ADC)
46B‧‧‧類比/數位轉換器(ADC)
47‧‧‧主要控制區段
47A‧‧‧算術處理區段
47B‧‧‧判定區段
48‧‧‧記憶體
49‧‧‧通信控制區段
50‧‧‧AC電源
51‧‧‧放大器
52‧‧‧電阻元件
53‧‧‧輸入區段
61-1‧‧‧第一品質因數量測時段
61-2‧‧‧第二品質因數量測時段
61-3‧‧‧第三品質因數量測時段
62‧‧‧電力供應時段
70‧‧‧自平衡橋接電路
71‧‧‧AC電源
72‧‧‧線圈
73‧‧‧反相放大器
74‧‧‧回饋電阻元件
75‧‧‧向量比偵測器
圖1係繪示一增益在一串聯諧振電路之一品質因數被改變時之一頻率特性之一實例之一曲線圖。
圖2係繪示一S值(耦合因數×品質因數)與線圈間效率之間之一關係之一曲線圖。
圖3A至圖3C係解釋在一金屬之一位置被改變時所量測之一初級側品質因數之量測條件之示意圖。
圖4係繪示根據本發明之一第一實施例之用在一無接觸電力傳輸系統中之一電力傳送器之一簡圖之一電路圖。
圖5係繪示根據本發明之第一實施例之電力傳送器(一初級側上)之一內部組態實例之一方塊圖。
圖6係繪示根據本發明之第一實施例之一電力接收器(一次級側上)之一內部組態實例之一方塊圖。
圖7係繪示由一電容器充電引起之一第一調節器之一輸入端處之一電壓降之一狀態之一波形圖。
圖8係繪示根據本發明之第一實施例之無接觸電力傳輸系統之電力饋送期間之程序之一流程圖。
圖9係繪示初級側(電力傳送器)上之反映頻率掃描之一品質因數之計算程序之一流程圖。
圖10係根據本發明之第一實施例之無接觸電力傳輸系統中之操作之一時序圖。
圖11係標出複數個頻率及品質因數之一曲線圖。
圖12係繪示次級側(電力接收器)上之反映頻率掃描之一品質因數之計算程序之一流程圖。
圖13係繪示初級側(電力傳送器)上之一品質因數之計算 程序之一流程圖。
圖14係繪示次級側(電力接收器)上之一品質因數之計算程序之一流程圖。
圖15A及圖15B係繪示用在無接觸電力傳輸系統中之一諧振電路之其他實例之電路圖。
圖16係繪示根據本發明之一第二實施例之一串聯諧振電路中之阻抗之一頻率特性之一曲線圖。
圖17係繪示根據本發明之第二實施例之一並聯諧振電路中之阻抗之一頻率特性之一曲線圖。
圖18係根據本發明之一第三實施例之使用阻抗之一虛分量與一實分量之一比率來計算一品質因數之一電路圖。
30‧‧‧電力接收器
31‧‧‧次級側線圈
32‧‧‧電容器
33‧‧‧電容器
34‧‧‧整流區段
35‧‧‧電容器
36‧‧‧第一調節器
37‧‧‧第二調節器
38‧‧‧第一開關
39‧‧‧第二開關
40‧‧‧第三開關
41‧‧‧第三開關
42‧‧‧第三開關
43‧‧‧第三開關
44A‧‧‧放大器
44B‧‧‧放大器
45‧‧‧偵測電路
45A‧‧‧包絡偵測區段
45B‧‧‧包絡偵測區段
46A‧‧‧類比/數位轉換器(ADC)
46B‧‧‧類比/數位轉換器(ADC)
47‧‧‧主要控制區段
47A‧‧‧算術處理區段
47B‧‧‧判定區段
48‧‧‧記憶體
49‧‧‧通信控制區段
50‧‧‧AC電源
51‧‧‧放大器
52‧‧‧電阻元件
53‧‧‧輸入區段

Claims (33)

  1. 一種能量接收器，其包括：一電力接收器線圈，其經組態以無線接收自一電力傳送器傳送之電力；一偵測區段，其經組態以偵測一外來物體；及一電力儲存區段，其經組態以在該外來物體之偵測期間將電力供應至該偵測區段。
  2. 如請求項1之能量接收器，其進一步包括：一Q值偵測電路，其連接至該電力接收器線圈，其中該偵測區段經組態以量測與該Q值偵測電路相關之一品質因數。
  3. 如請求項1之能量接收器，其進一步包括：一控制區段，其經組態以在至該電力接收器線圈之電力傳輸之暫停期間使用儲存在該電力儲存區段中之電力來啟動該偵測區段。
  4. 如請求項3之能量接收器，其中該控制區段包含一算術處理區段及一判定區段，該算術處理區段經組態以：(i)計算與該電力接收器線圈相關之一品質因數；及(ii)將該品質因數輸出至該判定區段，該判定區段經組態以比較該品質因數與一臨限值以判定該外來物體是否在該電力接收器線圈之一範圍內。
  5. 如請求項4之能量接收器，其進一步包括：一記憶體，其經組態以儲存該臨限值以判定該外來物體是否在該電力接收器線圈之該範圍內， 其中，該記憶體為與該控制區段通信之非揮發性記憶體，及在該電力接收器線圈與該外來物體實質上隔離時獲得該臨限值。
  6. 如請求項1之能量接收器，其進一步包括：一開關，其與該電力儲存區段通信，該開關經組態以：(i)連接該電力儲存區段及該偵測區段以在電力傳輸之暫停期間提供用於該外來物體之偵測之電力；及(ii)在未偵測到該外來物體時使該電力儲存區段與該偵測區段斷接。
  7. 一種偵測方法，其包括：使用自一電力接收器線圈無線接收之電力來給一電力儲存區段充電；使用一偵測區段來判定一外來物體是否在該電力接收器線圈之一範圍內；及在該外來物體之偵測期間使用該電力儲存區段來給該偵測區段供電。
  8. 如請求項7之偵測方法，其進一步包括：在至該電力接收器線圈之電力傳輸之暫停期間使用儲存在該電力儲存區段中之電力來啟動該偵測區段。
  9. 如請求項7之偵測方法，其中，該電力接收器線圈包含一Q值偵測電路，及該外來物體是否在該電力接收器線圈之該範圍內之該偵測係基於該偵測區段對與該Q值偵測電路相關之一品 質因數之一量測。
  10. 如請求項9之偵測方法，其中該電力儲存區段之該充電包含：基於該品質因數之量測期間所消耗之電力而自一電力傳送器無線接收電力。
  11. 如請求項8之偵測方法，其進一步包括：在該電力接收器線圈與該外來物體隔離時獲得一臨限值以判定該外來物體是否在該接收器線圈之該範圍內；將該臨限值儲存在與一控制區段通信之一非揮發性記憶體中；使用該控制區段之一算術處理區段來計算一品質因數；及使用該控制區段之一判定區段來比較該品質因數與該臨限值。
  12. 如請求項7之偵測方法，其中該偵測區段之該供電包含：(i)使用一開關來將該偵測區段連接至該電力儲存區段使得電力在電力傳輸之暫停期間被提供至該電力儲存區段以偵測該外來物體；及(ii)在未偵測到該外來物體時使該電力儲存區段與該偵測區段斷接。
  13. 一種電力傳輸系統，其包括：一電力傳送器，其經組態以將電力無線傳送至一電力接收器，其中，該電力傳送器包含：(i)一電力傳輸線圈，其經組態以將電力傳送至該電力接收器；(ii)一電力傳輸區段， 其經組態以將一AC信號供應至該電力傳輸線圈；及(iii)一電力傳送器控制區段，其經組態以回應於自該電力接收器傳送之一信號而控制來自該電力傳輸區段之該AC信號之該供應，及該電力接收器包含：(i)一電力接收器線圈，其經組態以自該電力傳送器無線接收電力；(ii)一偵測區段，其經組態以偵測一外來物體；(iii)一電力儲存區段，其經組態以儲存自該電力傳送器接收之該電力，該電力儲存區段可操作以在該外來物體之偵測期間將所接收之該電力供應至該偵測區段；及(iv)一電力接收器控制區段，其經組態以操作該偵測區段且判定該外來物體是否在該電力傳輸線圈之一範圍內。
  14. 如請求項13之電力傳輸系統，其中，該電力接收器包含與該電力接收器線圈連接之一Q值偵測電路，及該偵測區段經組態以量測與該Q值偵測電路相關之一品質因數。
  15. 如請求項13之電力傳輸系統，其中該電力接收器控制區段經組態以在該電力傳送器與該電力接收器之間之電力傳輸之暫停期間使用儲存在該電力儲存區段中之電力來啟動該偵測區段。
  16. 如請求項13之系統，其中，該電力接收器包含一記憶體，該記憶體經組態以儲存一臨限值以判定該外來物體是否在該電力傳輸線圈與該 電力接收器線圈之間，及該記憶體為與該電力接收器控制區段通信之非揮發性記憶體。
  17. 如請求項13之系統，其中該電力接收器包含與該電力儲存區段通信之一開關，該開關經組態以：(i)連接該電力儲存區段及該偵測區段以在該電力傳送器與該電力接收器之間之電力傳輸之暫停期間提供電力以啟動該偵測區段；及(ii)在未啟動該偵測區段時使該電力儲存區段與該偵測區段斷接。
  18. 一種偵測裝置，其包括：一電力接收器線圈，其經組態以無線接收自一電力傳送器傳送之電力；一偵測區段，其經組態以偵測一外來物體是否在該電力接收器線圈之一範圍內；及一電力儲存區段，其經組態以在該外來物體之偵測期間將電力供應至該偵測區段。
  19. 如請求項18之偵測裝置，其中，該電力接收器線圈包含一Q值偵測電路，及該偵測區段經組態以量測與該Q值偵測電路相關之一品質因數。
  20. 如請求項18之偵測裝置，其進一步包括：一控制區段，其經組態以在至該電力接收器線圈之電力傳輸之暫停期間使用儲存在該電力儲存區段中之電力來啟動該偵測區段。
  21. 如請求項19之偵測裝置，其進一步包括：一記憶體，其經組態以儲存該電力接收器線圈與該外來物體隔離時所獲得之一臨限值；及一控制區段，其與該記憶體通信，該控制區段經組態以：(i)使用該控制區段之一算術處理區段來計算該品質因數；及(ii)使用該控制區段之一判定區段來比較該品質因數與該臨限值。
  22. 如請求項18之偵測裝置，其進一步包括：一開關，其經組態以：(i)連接該電力儲存區段及該偵測區段以在至該電力接收器線圈之電力傳輸之暫停期間提供電力以啟動該偵測區段；及(ii)在未啟動該偵測區段時使該偵測儲存區段與該偵測區段斷接。
  23. 一種能量傳送器，其包括：一電力傳輸線圈，其經組態以將電力無線傳送至一電力接收器；一偵測區段，其經組態以偵測一外來物體；及一電力儲存區段，其經組態以在該外來物體之偵測期間將電力供應至該偵測區段。
  24. 如請求項23之能量傳送器，其中該偵測區段經組態以量測一品質因數以判定該外來物體是否在該電力傳輸線圈之一範圍內。
  25. 如請求項23之能量傳送器，其進一步包括：一控制區段，其經組態以在來自該電力傳輸線圈之傳輸電力之暫停期間使用儲存在該電力儲存區段中之電力 來啟動該偵測區段。
  26. 如請求項24之能量傳送器，其進一步包括：一記憶體，其經組態以儲存一臨限值以判定該外來物體是否在該電力傳輸線圈之該範圍內，其中，該記憶體為與該控制區段通信之非揮發性記憶體，及在該電力傳輸線圈與該外來物體實質上隔離時獲得該臨限值。
  27. 如請求項23之能量傳送器，其進一步包括：一開關，其與該電力儲存區段通信，該開關經組態以：(i)連接該電力儲存區段及該偵測區段以在啟動該偵測區段時於來自該電力傳輸線圈之電力傳輸之暫停期間提供電力；及(ii)在未啟動該偵測區段時使該電力儲存區段與該偵測區段斷接。
  28. 一種能量接收器，其包括：一電力接收器線圈，其經組態以無線接收自一電力傳送器傳送之電力；一偵測區段，其經組態以偵測一外來物體；及一控制區段，其經組態以在至該電力接收器線圈之電力傳輸之暫停期間啟動該偵測區段。
  29. 如請求項28之能量接收器，其進一步包括：一電力儲存區段，其經組態以在該外來物體之偵測期間將電力供應至該偵測區段。
  30. 如請求項28之能量接收器，其進一步包括： 一Q值偵測電路，其連接至該電力接收器線圈，其中該偵測區段經組態以量測與該Q值偵測電路相關之一品質因數。
  31. 如請求項28之能量接收器，其中該控制區段包含一算術處理區段及一判定區段，該算術處理區段經組態以：(i)計算與該電力接收器線圈相關之一品質因數；及(ii)將該品質因數輸出至該判定區段，該判定區段經組態以比較該品質因數與一臨限值以判定該外來物體是否在該電力接收器線圈之一範圍內。
  32. 如請求項28之能量接收器，其進一步包括：一記憶體，其經組態以儲存該臨限值以判定該外來物體是否在該電力接收器線圈之該範圍內，其中，該記憶體為與該控制區段通信之非揮發性記憶體，及在該電力接收器線圈與該外來物體實質上隔離時獲得該臨限值。
  33. 如請求項29之能量接收器，其進一步包括：一開關，其與該電力儲存區段通信，該開關經組態以：(i)連接該電力儲存區段及該偵測區段以在電力傳輸之暫停期間提供用於該外來物體之偵測之電力；及(ii)在未偵測到該外來物體時使該電力儲存區段與該偵測區段斷接。
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