異物檢測(cè)裝置、異物檢測(cè)方法以及非接觸充電系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及異物檢測(cè)裝置、異物檢測(cè)方法以及非接觸充電系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，為了向例如電動(dòng)汽車等的非接觸充電，開發(fā)了無線功率傳輸系統(tǒng)(非接觸充電系統(tǒng))。在無線功率傳輸系統(tǒng)中，在充電裝置側(cè)設(shè)置有送電線圈和高頻振蕩源，在電動(dòng)汽車側(cè)設(shè)置有受電線圈。此外，在無線功率傳輸系統(tǒng)中，通過使用電磁感應(yīng)方式，能夠非接觸地實(shí)現(xiàn)高效率的功率傳輸。
[0003]在該基于電磁感應(yīng)方式的無線功率傳輸系統(tǒng)中，由于傳輸大功率，因此若在送電線圈與受電線圈之間以及/或者其周圍混入金屬的異物則有系統(tǒng)發(fā)熱的危險(xiǎn)。因此，充電前以及充電中的金屬的異物的檢測(cè)在安全方面成為重要的課題。
[0004]以往，作為無線功率傳輸系統(tǒng)中的異物的檢測(cè)方法，有對(duì)通過金屬與檢測(cè)用線圈之間的電磁感應(yīng)而產(chǎn)生的檢測(cè)用線圈的電感的變化進(jìn)行檢測(cè)的方法(例如參照專利文獻(xiàn)1)0
[0005]在先技術(shù)文獻(xiàn)
[0006]專利文獻(xiàn)
[0007]專利文獻(xiàn)1:JP特開2012-16125號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]發(fā)明要解決的課題
[0009]由于電動(dòng)汽車有時(shí)被停在屋外來充電，因此需要能夠不受天氣左右地檢測(cè)異物。具體來說，要求在降雨時(shí)不受雨水的影響，能夠區(qū)分水和金屬來進(jìn)行檢測(cè)。
[0010]但是，在上述專利文獻(xiàn)I的方法中，在異物的檢測(cè)時(shí)沒有考慮雨水的影響。
[0011]本發(fā)明鑒于上述課題，目的在于提供一種能夠區(qū)分水和金屬來進(jìn)行檢測(cè)的異物檢測(cè)裝置、異物檢測(cè)方法以及非接觸充電系統(tǒng)。
[0012]解決課題的手段
[0013]為了解決上述課題，本發(fā)明的異物檢測(cè)裝置具備:檢測(cè)用線圈；發(fā)送電路，其生成給定的頻率的高頻功率；方向性耦合器，其將來自所述發(fā)送電路的高頻功率輸出到所述檢測(cè)用線圈，并提取從所述檢測(cè)用線圈反射的功率分量即反射功率；和檢測(cè)電路，其接收由所述方向性耦合器提取的反射功率，根據(jù)所述反射功率的頻率特性的變化來檢測(cè)異物。
[0014]此外，本發(fā)明的異物檢測(cè)方法將以給定的頻率生成的高頻功率輸出到檢測(cè)用線圈，根據(jù)從所述檢測(cè)用線圈反射的功率分量即反射功率的頻率特性的變化來檢測(cè)異物。
[0015]發(fā)明效果
[0016]根據(jù)本發(fā)明，通過利用反射功率的頻率特性的變化，能夠區(qū)分水和金屬來檢測(cè)異物。
【附圖說明】
[0017]圖1是表示本發(fā)明中的異物檢測(cè)裝置的基本構(gòu)成的框圖。
[0018]圖2是表示本發(fā)明的實(shí)施方式I中的異物檢測(cè)裝置的詳細(xì)構(gòu)成的圖。
[0019]圖3是表示向車輛的無線功率傳輸系統(tǒng)的應(yīng)用例的主視圖。
[0020]圖4是圖3中的送電線圈殼體的放大俯視圖。
[0021]圖5是圖3中的送電線圈殼體的放大剖面圖。
[0022]圖6是表示本發(fā)明中的異物所引起的反射功率的頻率特性的變化的圖。
[0023]圖7是表示本發(fā)明的實(shí)施方式2中的異物檢測(cè)裝置的詳細(xì)構(gòu)成的圖。
[0024]圖8是表示本發(fā)明的實(shí)施方式3中的異物檢測(cè)裝置的詳細(xì)構(gòu)成的圖。
[0025]圖9是表示圖8的變形例中的異物檢測(cè)裝置的詳細(xì)構(gòu)成的圖。
[0026]圖10是表示圖9的異物檢測(cè)裝置的等效電路模型的圖。
[0027]圖11是沒有圖10中的線圈LI與線圈L2之間的相互耦合的情況下的線圈LI的反射功率的頻率特性圖，(a)表示沒有異物以及雨水的情況，(b)表示有異物(金屬)的情況，(C)表示有雨水的情況。
[0028]圖12是考慮圖10中的線圈LI與線圈L2之間的相互耦合且不使用短路電路的情況下的線圈LI的反射功率的頻率特性圖，(a)表示沒有異物以及雨水的情況，(b)表示有異物(金屬)的情況，(C)表示有雨水的情況。
[0029]圖13是考慮圖10中的線圈LI與線圈L2之間的相互耦合且使用了短路電路的情況下的線圈LI的反射功率的頻率特性圖，(a)表示沒有異物以及雨水的情況，(b)表示有異物(金屬)的情況，(C)表示有雨水的情況。
[0030]圖14是表示圖9中的短路電路的詳細(xì)構(gòu)成例的電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031]以下，按照附圖對(duì)用于實(shí)施本發(fā)明的異物檢測(cè)裝置、異物檢測(cè)方法以及非接觸充電系統(tǒng)的方式進(jìn)行說明。另外，并非通過該實(shí)施方式來限定本發(fā)明，能夠使用同樣領(lǐng)域的類似的用語(yǔ)或類似的描述來表現(xiàn)，這對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說應(yīng)當(dāng)容易理解。
[0032]圖1是表示本發(fā)明的異物檢測(cè)裝置100的基本構(gòu)成的圖。發(fā)送電路101由電壓源Vg生成給定頻率的高頻功率，并經(jīng)由方向性耦合器107向檢測(cè)用線圈103輸出高頻功率。方向性耦合器107從發(fā)送電路101向檢測(cè)用線圈103輸出功率，并提取從檢測(cè)用線圈103反射的功率分量輸出到檢測(cè)電路108。檢測(cè)電路108接收由方向性耦合器107提取的反射功率，根據(jù)反射功率的頻率特性的變化來檢測(cè)異物。具體來說，根據(jù)反射功率的匹配頻率的變化量來檢測(cè)異物。
[0033]通過該構(gòu)成，能夠區(qū)分金屬的異物201和水來檢測(cè)異物。
[0034](實(shí)施方式I)
[0035]圖2是表示實(shí)施方式I中的異物檢測(cè)裝置100的詳細(xì)構(gòu)成的圖。發(fā)送電路101在給定的進(jìn)行掃描的頻率范圍內(nèi)一邊使頻率變化一邊輸出高頻功率，經(jīng)由對(duì)高頻的不平衡信號(hào)進(jìn)行傳輸?shù)耐S電纜102以及方向性耦合器107，將高頻功率輸出到平衡不平衡變換電路104。同軸電纜102是用外部導(dǎo)體對(duì)中心導(dǎo)體的周圍進(jìn)行了屏蔽的傳輸線路。檢測(cè)用線圈103是為了檢測(cè)金屬的異物201而產(chǎn)生高頻的磁場(chǎng)的線圈，由n(n為2以上的整數(shù))個(gè)排列的線圈LI，L2，…，Ln構(gòu)成。
[0036]平衡不平衡變換電路104與后述的匹配電路105和同軸電纜102連接，將從同軸電纜102輸入的高頻功率即不平衡信號(hào)變換為平衡信號(hào)并輸出到匹配電路105。
[0037]匹配電路105在檢測(cè)用線圈103與平衡不平衡變換電路104之間進(jìn)行阻抗匹配。匹配電路105進(jìn)行檢測(cè)用線圈103的阻抗變換，使得在給定的匹配頻率f0下，與平衡不平衡變換電路104的平衡側(cè)阻抗一致。
[0038]平衡不平衡變換電路104以及匹配電路105被連接在越接近檢測(cè)用線圈103的部位越好。在本發(fā)明的裝置中，如后述那樣，利用伴隨檢測(cè)對(duì)象物所引起的檢測(cè)用線圈103的電感變化的頻率特性來檢測(cè)異物。但是，若對(duì)檢測(cè)用線圈103與平衡不平衡變換電路104以及匹配電路105之間進(jìn)行連接的布線變長(zhǎng)，則布線具有電感分量，檢測(cè)對(duì)象物所引起的檢測(cè)用線圈103的電感的變化量變小。因此，通過將平衡不平衡變換電路104以及匹配電路105連接于更接近檢測(cè)用線圈103的部位，能夠抑制異物檢測(cè)性能下降。
[0039]寄生電容106是在檢測(cè)用線圈103產(chǎn)生的寄生電容，在等效電路中，與各個(gè)檢測(cè)用線圈103并聯(lián)地產(chǎn)生電容分量。在檢測(cè)用線圈103的附近存在電介質(zhì)的情況下，寄生電容106的電容值增加。作為電介質(zhì)，例如，可以列舉后述的送電線圈殼體、在該送電線圈殼體上附著的雨水等。
[0040]方向性耦合器107將來自發(fā)送電路101的高頻功率即不平衡信號(hào)輸出到平衡不平衡變換電路104，提取從檢測(cè)線圈103反射的功率分量，輸出到后述的檢測(cè)電路108。
[0041]檢測(cè)電路108接收由方向性耦合器107提取的反射功率，根據(jù)反射功率最小的匹配頻率的變化量來檢測(cè)異物。
[0042]開關(guān)電路109選擇并切換作為檢測(cè)用線圈103而排列的多個(gè)線圈L1、L2、…、Ln
中使其供電的線圈。
[0043]通過對(duì)以上的異物檢測(cè)裝置100、送電線圈302、和高頻振蕩源305進(jìn)行組合，從而構(gòu)成非接觸充電系統(tǒng)。高頻振蕩源305為了非接觸充電而向送電線圈302供給給定頻率的高頻功率。
[0044]圖3是表示向車輛301的無線功率傳輸系統(tǒng)的應(yīng)用例的主視圖。圖3表示送電線圈302搭載于地上側(cè)、受電線圈303搭載于車輛301側(cè)的例子。送電線圈殼體304由樹脂等電介質(zhì)形成，對(duì)送電線圈302進(jìn)行收納。檢測(cè)用線圈103配置在送電線圈302的上方，并且收納在送電線圈殼體304中。
[0045]圖4是送電線圈殼體304的放大俯視圖。為了檢測(cè)位于送電線圈302之上以及/或者其周圍的異物，無間隙地覆蓋送電線圈302及其周圍而排列有檢測(cè)用線圈103。這些檢測(cè)用線圈103由開關(guān)電路109來切換，對(duì)存在于送電線圈302以及/或者其周圍的金屬的異物201進(jìn)行檢測(cè)。
[0046]在圖2中，檢測(cè)用線圈103不僅與金屬的異物201之間產(chǎn)生磁場(chǎng)耦合，而且與送電線圈302之間也產(chǎn)生磁場(chǎng)耦合，通過檢測(cè)用線圈103在送電線圈302感應(yīng)電流。由于產(chǎn)生檢測(cè)用線圈103與送電線圈302的磁場(chǎng)耦合因而金屬的異物201所引起的接收功率的變化變小，異物檢測(cè)性能劣化。
[0047]圖5是送電線圈殼體304的放大剖面圖。為了減小檢測(cè)用線圈103與送電線圈302的磁場(chǎng)耦合的影響，在將金屬的異物201與檢測(cè)用線圈103之間的距離、例如送電線圈殼體304的(外部)表面與檢測(cè)用線圈103(的上表面)之間的距離設(shè)為a，將送電線圈302與檢測(cè)用線圈103之間的距離、例如送電線圈302的上表面與檢測(cè)用線圈103的下表面之間的距離設(shè)為b時(shí)，最好將檢測(cè)用線圈103配置成距離a比距離b短。由此，檢測(cè)用線圈103與送電線圈302的磁場(chǎng)耦合的影響變小，能夠抑制異物檢測(cè)性能的劣化。
[0048]若對(duì)如上構(gòu)成的異物檢測(cè)裝置100中的異物檢測(cè)方法進(jìn)行概述，則是以給定的頻率生成的高頻功率被輸出到檢測(cè)用線圈103，根據(jù)來自檢測(cè)用線圈103的反射功率的頻率特性的變化來檢測(cè)異物。
[0049]圖6是表示異物所引起的反射功率的頻率特性的變化的圖。在檢測(cè)用線圈103的附近存在金屬的異物201的情況下，在檢測(cè)用線圈103與金屬的異物201之間產(chǎn)生電磁感應(yīng)，檢測(cè)用線圈103的電感下降。由此匹配頻率與沒有金屬的異物201的情況相比變高。
[0050]另一方面，在檢測(cè)用線圈103的附近有雨水的情況下，由于雨水的介電常數(shù)高，因此在檢測(cè)用線圈103與雨水之間產(chǎn)生電容耦合，檢測(cè)用線圈103所具有的寄生電容106變大。由此匹配頻率與沒有雨水的情況相比變低。
[0051]檢測(cè)電路108根據(jù)該匹配頻率的變化來區(qū)分金屬的異物201和雨水進(jìn)行檢測(cè)。以沒有金屬的異物201以及雨水的情況下的匹配頻率fO為基準(zhǔn)，在反射功率的匹配頻率高于基準(zhǔn)匹配頻率fO的情況下，判斷為在檢測(cè)用線圈103的附近有金屬的異物201。此外，在反射功率的匹配頻率低于基準(zhǔn)匹配頻率fO的情況下，判斷為在檢測(cè)用線圈103的附近有雨水。
[0052]另外，基準(zhǔn)匹配頻率fO也可以在設(shè)置本發(fā)明的異物檢測(cè)裝置100時(shí)被初始設(shè)定。此時(shí)的沒有金屬等異物或者雨水的狀態(tài)，既可以通過目視來判斷，也可以通過其他檢測(cè)裝置等來預(yù)先確認(rèn)?；蛘?，基準(zhǔn)匹配頻率fO也可以在本發(fā)明的異物檢測(cè)裝置100出廠時(shí)被設(shè)定。
[0053]接著，對(duì)布線長(zhǎng)度的影響的降