異物檢測裝置、異物檢測方法以及非接觸充電系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及異物檢測裝置、異物檢測方法以及非接觸充電系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]近年來，為了向例如電動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，在充電裝置側設置有送電線圈和高頻振蕩源，在電動汽車側設置有受電線圈。此外，在無線功率傳輸系統(tǒng)中，通過使用電磁感應方式，能夠非接觸地實現高效率的功率傳輸。
[0003]在該基于電磁感應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。因此，充電前以及充電中的金屬的異物的檢測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)中的異物的檢測方法，有對通過金屬與檢測用線圈之間的電磁感應而產生的檢測用線圈的電感的變化進行檢測的方法(例如參照專利文獻1)0
[0005]在先技術文獻
[0006]專利文獻
[0007]專利文獻1:JP特開2012-16125號公報

【發(fā)明內容】

[0008]發(fā)明要解決的課題
[0009]由于電動汽車有時被停在屋外來充電，因此需要能夠不受天氣左右地檢測異物。具體來說，要求在降雨時不受雨水的影響，能夠區(qū)分水和金屬來進行檢測。
[0010]但是，在上述專利文獻I的方法中，在異物的檢測時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)分水和金屬來進行檢測的異物檢測裝置、異物檢測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)明的異物檢測裝置具備:檢測用線圈；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用線圈，并提取從所述檢測用線圈反射的功率分量即反射功率；和檢測電路，其接收由所述方向性耦合器提取的反射功率，根據所述反射功率的頻率特性的變化來檢測異物。
[0014]此外，本發(fā)明的異物檢測方法將以給定的頻率生成的高頻功率輸出到檢測用線圈，根據從所述檢測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異物。
[0015]發(fā)明效果
[0016]根據本發(fā)明，通過利用反射功率的頻率特性的變化，能夠區(qū)分水和金屬來檢測異物。
【附圖說明】
[0017]圖1是表示本發(fā)明中的異物檢測裝置的基本構成的框圖。
[0018]圖2是表示本發(fā)明的實施方式I中的異物檢測裝置的詳細構成的圖。
[0019]圖3是表示向車輛的無線功率傳輸系統(tǒng)的應用例的主視圖。
[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)明的實施方式2中的異物檢測裝置的詳細構成的圖。
[0024]圖8是表示本發(fā)明的實施方式3中的異物檢測裝置的詳細構成的圖。
[0025]圖9是表示圖8的變形例中的異物檢測裝置的詳細構成的圖。
[0026]圖10是表示圖9的異物檢測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構成例的電路圖。
【具體實施方式】
[0031]以下，按照附圖對用于實施本發(fā)明的異物檢測裝置、異物檢測方法以及非接觸充電系統(tǒng)的方式進行說明。另外，并非通過該實施方式來限定本發(fā)明，能夠使用同樣領域的類似的用語或類似的描述來表現，這對于本領域技術人員來說應當容易理解。
[0032]圖1是表示本發(fā)明的異物檢測裝置100的基本構成的圖。發(fā)送電路101由電壓源Vg生成給定頻率的高頻功率，并經由方向性耦合器107向檢測用線圈103輸出高頻功率。方向性耦合器107從發(fā)送電路101向檢測用線圈103輸出功率，并提取從檢測用線圈103反射的功率分量輸出到檢測電路108。檢測電路108接收由方向性耦合器107提取的反射功率，根據反射功率的頻率特性的變化來檢測異物。具體來說，根據反射功率的匹配頻率的變化量來檢測異物。
[0033]通過該構成，能夠區(qū)分金屬的異物201和水來檢測異物。
[0034](實施方式I)
[0035]圖2是表示實施方式I中的異物檢測裝置100的詳細構成的圖。發(fā)送電路101在給定的進行掃描的頻率范圍內一邊使頻率變化一邊輸出高頻功率，經由對高頻的不平衡信號進行傳輸的同軸電纜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是用外部導體對中心導體的周圍進行了屏蔽的傳輸線路。檢測用線圈103是為了檢測金屬的異物201而產生高頻的磁場的線圈，由n(n為2以上的整數)個排列的線圈LI，L2，…，Ln構成。
[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變換為平衡信號并輸出到匹配電路105。
[0037]匹配電路105在檢測用線圈103與平衡不平衡變換電路104之間進行阻抗匹配。匹配電路105進行檢測用線圈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，利用伴隨檢測對象物所引起的檢測用線圈103的電感變化的頻率特性來檢測異物。但是，若對檢測用線圈103與平衡不平衡變換電路104以及匹配電路105之間進行連接的布線變長，則布線具有電感分量，檢測對象物所引起的檢測用線圈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連接于更接近檢測用線圈103的部位，能夠抑制異物檢測性能下降。
[0039]寄生電容106是在檢測用線圈103產生的寄生電容，在等效電路中，與各個檢測用線圈103并聯地產生電容分量。在檢測用線圈103的附近存在電介質的情況下，寄生電容106的電容值增加。作為電介質，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輸出到平衡不平衡變換電路104，提取從檢測線圈103反射的功率分量，輸出到后述的檢測電路108。
[0041]檢測電路108接收由方向性耦合器107提取的反射功率，根據反射功率最小的匹配頻率的變化量來檢測異物。
[0042]開關電路109選擇并切換作為檢測用線圈103而排列的多個線圈L1、L2、…、Ln
中使其供電的線圈。
[0043]通過對以上的異物檢測裝置100、送電線圈302、和高頻振蕩源305進行組合，從而構成非接觸充電系統(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)的應用例的主視圖。圖3表示送電線圈302搭載于地上側、受電線圈303搭載于車輛301側的例子。送電線圈殼體304由樹脂等電介質形成，對送電線圈302進行收納。檢測用線圈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用線圈103。這些檢測用線圈103由開關電路109來切換，對存在于送電線圈302以及/或者其周圍的金屬的異物201進行檢測。
[0046]在圖2中，檢測用線圈103不僅與金屬的異物201之間產生磁場耦合，而且與送電線圈302之間也產生磁場耦合，通過檢測用線圈103在送電線圈302感應電流。由于產生檢測用線圈103與送電線圈302的磁場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。為了減小檢測用線圈103與送電線圈302的磁場耦合的影響，在將金屬的異物201與檢測用線圈103之間的距離、例如送電線圈殼體304的(外部)表面與檢測用線圈103(的上表面)之間的距離設為a，將送電線圈302與檢測用線圈103之間的距離、例如送電線圈302的上表面與檢測用線圈103的下表面之間的距離設為b時，最好將檢測用線圈103配置成距離a比距離b短。由此，檢測用線圈103與送電線圈302的磁場耦合的影響變小，能夠抑制異物檢測性能的劣化。
[0048]若對如上構成的異物檢測裝置100中的異物檢測方法進行概述，則是以給定的頻率生成的高頻功率被輸出到檢測用線圈103，根據來自檢測用線圈103的反射功率的頻率特性的變化來檢測異物。
[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。在檢測用線圈103的附近存在金屬的異物201的情況下，在檢測用線圈103與金屬的異物201之間產生電磁感應，檢測用線圈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，在檢測用線圈103的附近有雨水的情況下，由于雨水的介電常數高，因此在檢測用線圈103與雨水之間產生電容耦合，檢測用線圈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]檢測電路108根據該匹配頻率的變化來區(qū)分金屬的異物201和雨水進行檢測。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，在反射功率的匹配頻率高于基準匹配頻率fO的情況下，判斷為在檢測用線圈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匹配頻率fO的情況下，判斷為在檢測用線圈103的附近有雨水。
[0052]另外，基準匹配頻率fO也可以在設置本發(fā)明的異物檢測裝置100時被初始設定。此時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裝置等來預先確認?；蛘?，基準匹配頻率fO也可以在本發(fā)明的異物檢測裝置100出廠時被設定。
[0053]接著，對布線長度的影響的降