CN102148537A - 无线电力传输设备 - Google Patents

Abstract

一种无线电力传输设备，包括：发射器，无线传输电力；以及接收器，能够以与发射器共振的关系接收包括从发射器传输的电力的传输信号，其中，接收器包括：频率可变单元，能够改变接收共振频率；检测单元，检测接收电力；以及控制单元，控制频率可变单元以执行频率调节，使得由检测单元检测的接收电力最大化。

Description

无线电力传输设备

技术领域

本发明涉及一种无线传输电力的无线电力传输设备。

背景技术

已知电磁感应系统作为用来无线供给电力的系统。近年来，一种无线电力供给和充电系统引起了人们的注意，该系统采用了利用磁共振现象的称作磁共振系统的系统。

目前，在已经广泛使用的电磁感应系统的非接触型供电系统中，供电源和供电目标(电力接收侧)需要共享磁通量。需要将供电源和供电目标彼此设置得极其靠近，以有效地供给电力。此外，用于耦合的轴对准是非常重要的。

另一方面，在使用磁共振现象的非接触型供电系统中，由于磁共振现象的原理，具有如下优势：可以以将供电源和供电目标彼此设置为比在电磁感应系统中隔离得更开的方式执行电力传输，并且即使轴对准有些不良，传输效率也不会很差。

除了磁共振系统，还有一种作为利用电磁共振现象的共振系统的电共振系统。

例如，JP-A-2001-185939公开了一种采用磁共振系统的无线供电系统。

在JP-A-2001-185939公开的技术中，电力通过电磁感应从连接至供电电路的供电线圈传输到共振线圈。通过连接至共振线圈的电容器和电阻器执行频率的调节。

近年来，据报道，采用了利用磁场的共振现象的磁共振系统的无线电力传输技术，实现了距离为2m的60W的电力传输。

据报道，采用了磁共振系统的高效“无线供电系统”的新技术(development)传输60W的电力并驱动设置在距离为50cm处的电子设备。

在该无线电力传输技术中，由于能够在几米的距离处执行几十瓦特的无线电力传输，因此期望将该无线电力传输技术应用在办公室和家庭中的新概念设备中。

发明内容

然而，在将无线电力传输投入实际使用时，存在下述问题。

a)发射器(transmitter)和接收器的共振频率彼此不完全彼此一致。

b)由于无线传输几十瓦特的电力，因此可能影响外围设备。

c)由于无线传输几十瓦特的电力，因此电力被供给到不期望的设备。

以下更详细的描述这些问题。

“a)该问题在于发射器和接收器的共振频率彼此不完全彼此一致”

在该电力传输原理下，如图1所示，发射器1侧和接收器2侧的共振频率必须彼此一致。

然而，如图2所示，例如，当接收共振频率偏移时，传输损耗可能增大，传输效率劣化，很难使用接收器2。

“b)该问题在于，由于无线传输几十瓦特的电力，所以影响了外围设备”

如果存在具有fr＝fo关系的共振频率的设备，而不考虑不是有意进行电力接收的事实，在设备的共振电路中可能产生几十瓦特的电力。

当共振电路可能经受不住几十瓦特的电力时，就会产生诸如电路变热和损坏电路的风险。

“c)该问题在于，由于无线传输几十瓦特的电力，电力被供给至不期望的设备”

在该传输系统中，位于电力能够被传输的距离范围内的任何设备都能够等同地接收电力。

这意味着不相关的人不用许可就能够接收电力。

因此，期望提供一种无线电力传输设备，其能够防止电力传输效率劣化，防止对其他设备的影响，并防止向不期望的设备提供不必要的电力。

根据本发明实施方式，提供了一种无线电力传输设备，包括：发射器，无线传输电力；以及接收器，能够以与发射器共振的关系接收包括从发射器传输的电力的传输信号，其中，接收器包括：频率可变单元，能够改变接收共振频率；检测单元，检测接收电力；以及控制单元，控制频率可变单元以执行频率调节，使得由检测单元检测的接收电力最大化。

根据本发明实施方式，可以防止电力传输效率劣化，防止对其他设备的影响，并防止向不期望的设备提供不必要的电力。

附图说明

图1是用于说明由磁共振系统进行的无线电力传输的基本原理的示图；

图2是用于说明由磁共振系统进行的无线电力传输的传输损耗的示图；

图3是根据本发明第一实施方式的无线电力传输设备的基本配置示意图；

图4是根据第一实施方式的用来说明用于使得接收器中的接收天线共振频率与传输天线共振频率相等的自动调节功能的示图；

图5是根据第一实施方式的接收器中的接收天线共振频率(fr)调节电路的配置实例的示图；

图6是根据第一实施方式的用于说明由CPU进行的用于控制fr调节电路的反馈回路并调节接收天线共振频率的控制处理的流程图；

图7是用于说明对应于图6中所示的控制处理的DAC设定值或可变电压与接收电压之间的关系的示图；

图8是根据本发明第二实施方式的无线电力传输设备的基本配置的示图；

图9是根据第二实施方式的说明用于使得接收天线共振频率跟随无线电力传输设备的传输天线共振频率变化的处理的示意图；

图10是根据第二实施方式的用于改变发射器的传输天线共振频率的具体配置实例的示图；

图11是根据第二实施方式的顺序选择信号的时序图；

图12是根据第二实施方式的无线电力传输设备中接收器的接收电压电平的实例的示图；

图13是根据第二实施方式的用于说明由CPU进行的用于控制fr调节电路的反馈回路并自动调节接收天线共振频率fr的控制处理的流程图；

图14是用于说明对应于图13中所示的控制处理的可变电压Vc或DAC设定值与接收电压Vr之间的关系示图；

图15是根据本发明第三实施方式的无线电力传输设备的基本配置的示图；

图16是根据第三实施方式的无线电力传输设备中接收器的接收电压电平的实例的示图；

图17是根据第三实施方式的用于改变发射器的传输天线共振频率的具体配置实例的示图；

图18是根据第三实施方式的用于改变接收器的接收天线共振频率的配置实例的示图；

图19是根据第三实施方式的接收器的fr调节电路和用于改变接收天线共振频率的配置实例的示图；

图20是用于说明根据第三实施方式由CPU进行的控制处理以及说明用于实现发射器的顺序选择信号和接收器的顺序选择信号的相位同步的处理的流程图；

图21A～图21C是根据第三实施方式的无线电力传输设备中的接收器的接收电压电平的实例的示图；

图22是根据本发明第四实施方式的无线电力传输设备的配置以及其中存在多个接收器的配置实例的示图；

图23A和23B是根据第四实施方式的无线电力传输设备中接收器的接收电压电平的实例的示图；

图24A和24B是在减小根据第四实施方式的无线电力传输设备中接收器的频率切换周期时获得的接收电压电平的实例的示图；

图25是根据本发明第五实施方式的无线电力传输设备的配置的示图；

图26是根据本发明第六实施方式的具有调制功能的发射器的实例的示图；

图27是根据本发明第七实施方式的接收器的解码电路的实例的示图；

图28是根据本发明第八实施方式的用于向发射器传输信息的接收器的电路的实例的示图；

图29是根据本发明第九实施方式的用于对来自接收器的信息进行解码的发射器的电路的实例的示图；

图30是根据本发明第十实施方式的当切换发射器的fo顺序并且共振频率变为fa时获得的接收器侧的接收电压的实例的示图；

图31是其中将平滑电容器并联添加到负载电阻元件的普通接收器的等效电路图；

图32是通过平滑电容器的接收电压下降的状态的示图；

图33是根据第十实施方式的对应于接收器中用于认证的低电力模式的配置实例的示图；

图34是根据第十实施方式的对应于发射器中用于认证的低电力模式的配置实例的示图；

图35是用于说明图34中示出的电路的认证适配(authentication adaption)的流程图；

图36是根据第十实施方式的无线电力传输设备的示意图，该无线电力传输设备包括用于在无线电力传输设备中周期性地执行认证的认证序列；

图37是根据本发明第十一实施方式的发射器的配置的示图；

图38是根据第十一实施方式的说明用于电源电压的控制处理的流程图；

图39是根据本发明第十二实施方式的发射器的配置实例的示图；

图40是根据本发明第十三实施方式的接收器的配置的示图；以及

图41是根据本发明第十四实施方式的包含了发射器的桌子的实例的示图。

具体实施方式

以下结合附图描述本发明的实施方式。

1.第一实施方式

2.第二实施方式

3.第三实施方式

4.第四实施方式

5.第五实施方式

6.第六实施方式

7.第七实施方式

8.第八实施方式

9.第九实施方式

10.第十实施方式

11.第十一实施方式

12.第十二实施方式

13.第十三实施方式

14.第十四实施方式

<1.第一实施方式>

图3是根据本发明第一实施方式的无线电力传输设备的基本配置的示图。

图4是根据第一实施方式的说明用于使得接收器中的接收天线共振频率与传输天线共振频率相等的自动调节功能的示图。

无线电力传输设备10包括发射器20和接收器30。

在接收器30侧，无线电力传输设备10具有自动改变接收天线共振频率fr以使得发射器20的传输天线共振频率fo和接收器30的接收天线共振频率fr相等的功能。

发射器20包括传输天线单元21和用于电力传输的高频发生电路22。

传输天线单元21等效地包括并联连接而形成共振电路(振荡电路)211的感应器(线圈)L20和电容器C20。

由电容器C20的一端和感应器L20的一端的连接点形成节点ND 21。由电容器C20的另一端和感应器L20的另一端的连接点形成节点ND 22。

将共振电路211的共振频率设为fo。

用于电力传输的高频发生电路22生成将被传输的AC电力信号(传输信号)，并将AC电力信号提供到传输天线单元21。

在发射器20中，共振电路211的等效示出的感应器L20用作磁共振系统的共振线圈。当感应器L20的自共振频率和感应器L30(其为接收器30的共振线圈)的自共振频率彼此一致时，感应器L20和L30为磁共振关系并有效地传输电力。

为了有效地传输电力，接收器30具有自动将发射器20的传输天线共振频率fo和接收器30的接收天线共振频率fr调节至相等(即，图4中示出的fr＝fo)的功能。

接收器30包括接收天线单元31、整流单元32、接收天线共振频率调节单元(fr调节电路)33以及作为控制单元的CPU 34。

接收天线单元31等效地包括并联连接而形成共振电路311的感应器L30和电容器C30。

由电容器C30的一端和感应器L30的一端的连接点形成节点ND 31。由电容器C30的另一端和感应器L30的另一端的连接点形成节点ND 32。

将共振电路311的共振频率设(调节)为fr。

在接收器30中，共振电路311的等效示出的感应器L30用作磁共振系统的共振线圈。当感应器L30的自共振频率和感应器L20(其为发射器20的共振线圈)的自共振频率彼此一致时，感应器L30和L20为磁共振关系，并有效地传输电力。

整流单元32将由接收天线单元31接收的AC电力整流成接收电压Vr(其为DC电力(电压))，并将接收电压Vr供给到fr调节电路33。

整流单元32包括二极管D30和负载电阻元件R30。

二极管D30的正极连接至共振电路311的电容器C30的一端和感应器L30的一端的连接节点ND 31。二极管D30的负极连接至负载电阻元件R30。

fr调节电路33根据由CPU 34生成的控制信号S34将接收天线单元31的接收天线共振频率fr调节为等于发射器20侧上的传输天线共振频率fo。

换句话说，fr调节电路33根据控制信号S34调节接收天线共振频率fr，以最大化接收电压Vr。

图5是根据第一实施方式的接收器中的接收天线共振频率(fr)调节电路的配置实例的示图。

图5中示出的fr调节电路33包括模数转换器(ADC)331、数模转换器(DAC)332、可变电压源V33以及电容器C31、C32和C33。

电容器C32由所谓的变容二极管形成。

电容器C31、C32和C33并联连接至电容器C30，并串联连接于节点ND 31和ND 32之间。

将电容器C30的电容设为C0，电容器C31的电容设为C1，电容器C32的电容设为C2，而电容器C33的电容设为C3。

可变电压源V33的电压值为Vc。

在fr调节电路33中，由变容二极管C32、可变电压源V33以及DAC332形成fr可变单元VRB。由ADC 331(CPU 34)形成用于接收电压的检测单元DTC。

形成包括CPU 34的ADC 331、DAC 332、可变电压源V33的环路作为用来调节接收天线共振频率fr以最大化接收电压的反馈回路FBL。

接收天线共振频率fr由以下公式给出：

其中，L表示感应器L30的电感，C表示电容器C30、C31、C32、和C33的电容C0、C1、C2和C3的组合电容。

变容二极管C32的电容C2具有如下特征，即，当可变电源V33的电压Vc增大时，电容C2减小。

因此，当电压Vc增大时，接收天线共振频率fr升高，而当电压Vc减小时，接收天线共振频率fr降低。

结果，当CPU 34在DAC 332中设置一个大值时，接收天线共振频率fr升高，而当CPU 34在DAC 332中设置一个小值时，接收天线共振频率fr降低。

图6是根据第一实施方式的用于说明由CPU进行的用于控制fr调节电路的反馈回路并自动调节接收天线共振频率fr的控制处理的流程图。

图7是对应于图6中示出的控制处理的DAC设定值或可变电压Vc与接收电压Vr之间的关系的示图。

以下描述了图6中示出的由CPU 34进行的fr自动调节流程ST10。

假设变容二极管C32的电容根据可变电压Vc变化，并且当可变电压Vc增大时，变容二极管C32的电容C2减小，因此，接收天线共振频率fr升高。

[步骤ST11]

首先，在步骤ST11中，CPU 34将DAC 332设为0。

因此，CPU 34将接收天线共振频率fr设为最小频率。

[步骤ST12]

在步骤ST12中，CPU 34将变量Vr_old设为0。

[步骤ST13]

在步骤ST13中，CPU 34检测(测量)来自ADC 331的输出的接收电压Vr的值，并以变量Vr存储该值。

[步骤ST14]

在步骤ST14中，CPU 34确定变量Vr的值是否大于变量Vr_old。

该阶段是图7中示出的由标号<1>和<2>表示的自动调节的中间阶段。在步骤ST14，CPU 34确定变量Vr的值大于变量Vr_old。

在步骤ST14，自动调节处理继续进行。在由图7中示出的标号<3>表示的阶段点，CPU 34确定变量Vr的值小于变量Vr_old。自动调节处理结束。

[步骤ST15]

在步骤ST15中，CPU 34将DAC 332的值增大Δ。Δ是合适的小值。

因此，CPU 34稍微增大了接收天线共振频率fr。

[步骤ST16]

在步骤ST16，CPU 34将变量Vr的值代入变量Vr_old。CPU 34返回到步骤ST13中的处理，并重复步骤ST13至ST16中的处理。

如上文所说明的，在步骤ST14中，在由图7中示出的标号<3>表示的状态下，自动调节处理继续进行，CPU 34确定变量Vr的值小于变量Vr_old。自动调节处理结束。

这样，为了最大化传输效率，自动调节接收天线共振频率fr，以使得接收天线共振频率fr和传输天线共振频率fo相等。

根据第一实施方式，可以防止传输效率劣化，并实现在电力传输环境下以最大传输效率传输电力。

<2.第二实施方式>

图8是根据本发明第二实施方式的无线电力传输设备的基本配置的示图。

根据第二实施方式的无线电力传输设备10A与根据第一实施方式的无线电力传输设备10的不同如下所述。

在无线电力传输设备10A中，发射器20A改变传输天线共振频率fo，而接收器30A使得接收天线共振频率fr跟随改变的传输天线共振频率fo。

图9是根据第二实施方式的说明用于使得接收天线共振频率跟随无线电力传输设备的传输天线共振频率变化的处理的示意图。

在图9中示出的实例中，依次切换三个频率f1、f2和f3。

在时刻T3n，发射器20A将传输天线共振频率fo设为f1。根据传输天线共振频率fo的设置，接收器30A控制接收天线共振频率fr以跟随频率f1。

在时刻T3n+1，发射器20A将传输天线共振频率fo设为f2。根据传输天线共振频率fo的设置，接收器30A控制接收天线共振频率fr以跟随频率f2。

在时刻T3n+2，发射器20A将传输天线共振频率fo设为f3。根据传输天线共振频率fo的设置，接收器30A控制接收天线共振频率fr以跟随频率f3。

重复执行上述序列。

随后将详细描述其中共振频率可以改变的配置实例。

通过执行上述控制，例如，即使在附近放置具有共振频率f1的设备，也可以将设备的共振电路中产生的电力减小至1/3，从而降低发生发热等的风险。

如果将频率的变化从f1扩展为fN，则可以将附近放置的设备的共振电路中产生的电力减小至1/N，从而进一步降低风险。

频率切换周期不必是固定周期。

在根据第二实施方式的无线电力传输设备10A中，如同根据第一实施方式的无线电力传输设备10中那样，当传输天线共振频率fo和接收天线共振频率fr相等时，可以有效地传输电力。

在第二实施方式中，传输天线共振频率fo顺序变化。然而，由于接收天线共振频率fr也跟随传输天线共振频率fo变化，因此传输效率没有劣化。

如上所述，即使附近存在共振频率为f1的设备，由于传输侧上的共振频率每个瞬间以f1、f2和f3的顺序改变，因此可以抑制对附近设备的影响，从而降低了加热等风险。

以下描述用于改变发射器20A中的传输天线共振频率的具体配置实例。

图10是根据第二实施方式的用于改变发射器的传输天线共振频率的具体配置实例的示图。

图10中示出的发射器20A被配置为切换用于电力传输的高频发生电路22-1、22-2和22-3，并与用于电力传输的高频发生电路22-1、22-2和22-3的切换并行同步地同时切换共振电路211A的电容器C20-1、C20-2和C20-3。

发射器20A包括连接至高频发生电路22-1、22-2和22-3的开关SW20-1、SW20-2和SW20-3。

发射器20A包括分别连接在电容器C20-1、C20-2和C20-3的一端和节点ND21之间的开关SW21-1、SW21-2和SW21-3。

发射器20A包括npn型驱动晶体管Q21和电源V21。

驱动晶体管Q21连接在共振电路(振荡电路)211A的节点ND22和基准电位VSS之间。

开关SW20-1、SW20-2和SW20-3的端子“a”分别连接至高频发生电路22-1、22-2和22-3，而开关SW20-1、SW20-2和SW20-3的端子“b”共同连接至晶体管Q21的基极。

开关SW21-1、SW21-2和SW21-3的端子“a”分别连接至电容器C20-1、C20-2和C20-3的另一端，而开关SW21-1、SW21-2和SW21-3的端子“b”连接至节点ND21。

当以频率f1执行电力传输时，开关SW20-1和SW21-1通过由顺序选择信号生成单元23生成的顺序选择信号SEL1保持在ON状态。高频发生电路22-1和电容器C20-1被选择。

当以频率f2执行电力传输时，开关SW20-2和SW21-2通过顺序选择信号SEL2保持在ON状态。高频发生电路22-2和电容器C20-2被选择。

当以频率f3执行电力传输时，开关SW20-3和SW21-3通过顺序选择信号SEL3保持在ON状态。高频发生电路22-3和电容器C20-3被选择。

这样，发射器20A被配置为通过顺序选择信号SEL1、SEL2和SEL3顺序切换频率f1、f2和f3，共振电路(振荡电路)211A的共振频率也与频率f1、f2和f3的切换同步地切换。

例如，共振电路211A的共振频率计算为

图11是根据第二实施方式的顺序选择信号的时序图。

在图11中，数字信号端T1、T2和T3分别对应于电容器C20-1(Cf1)、C20-2(Cf2)和C20-3(Cf3)以及高频发生电路22-1(f1)、22-2(f2)和22-3(f3)。

如上所述，开关SW20-1、SW20-2和SW20-3以及SW21-1、SW21-2和SW21-3在其中顺序选择信号SEL1、SEL2和SEL3处于高电平的部分导通。

在图11示出的实例中，传输频率每0.1ms被自动切换。

图12是根据第二实施方式的无线电力传输设备中接收器的接收电压电平的实例的示图。

在根据第二实施方式的无线电力传输设备10A中，接收器30A的接收电压Vr在由图12中的箭头表示的频率切换时刻T3n、T3n+1和T3n+2的一瞬间内下降。

然而，接收电压Vr根据第一实施方式中描述的接收天线共振频率fr的自动调节功能迅速恢复。

如果接收器的电压下降容许量处于由图12中的虚线表示的电平VL，则即使接收电压Vr在瞬间内下降，也不会出现问题。

图13是根据第二实施方式的说明由CPU进行的用于控制fr调节电路的反馈回路并自动调节接收天线共振频率fr的控制处理的流程图。

图14是用于说明对应于图13中示出的控制处理的可变电压Vc或DAC设定值与接收电压Vr之间的关系的示图。

在第一实施方式中，如图6的流程图所示，自动调节仅执行一次。然而，在第二实施方式中，每次传输天线共振频率fo改变时，需要多次调节接收天线共振频率fr。

因此，在接收天线共振频率fr的fr自动调节流程中，除了fr自动调节流程ST10A外，还将Vr下降检测流程ST20加入到处理中。

以下描述的处理在Vr下降检测流程ST20中执行。

[步骤ST21]

在步骤ST21，CPU 34将变量Vr_old设为0。

[步骤ST22]

在步骤ST22，CPU 34检测(测量)来自ADC 331的输出的接收电压Vr的值，并以变量Vr存储该值。

[步骤ST23和ST24]

在步骤ST23，CPU 34确定变量Vr的值是否小于变量Vr_old值的90％。

当变量Vr的值小于变量Vr_old值的90％时，即，当接收电压Vr减小例如10％时，CPU 34转移到fr自动调节流程ST10A的步骤ST11中的处理。fr自动调节流程自动开始。

当变量Vr的值不小于变量Vr_old值的90％时，在步骤ST24，CPU 34将变量Vr的值代入变量Vr_old，并返回到步骤ST22中的处理。CPU 34重复步骤ST22和ST23中的处理。

在fr自动调节流程ST10A中，处理与图7中示出的处理基本相同。然而，在步骤ST15，在将DAC 332的值增大Δ后，CPU 34确定该值是否超过了DAC 332的最大值。

当该值没有超过最大值时，在步骤ST16，CPU 34将变量Vr的值代入变量Vr_old，并返回到步骤ST13中的处理。CPU 34重复步骤ST13至ST17中的处理。

当CPU 34在步骤ST14确定调节完成或者当CPU 34在步骤ST17确定该值超过了DAC 332的最大值时，CPU 34转移到Vr下降检测流程ST20的步骤ST24中的处理。

这样，在第二实施方式中，当接收电压Vr减小例如10％时，CPU 34控制fr自动调节流程自动开始。fr自动调节流程ST10A完成，CPU 34返回到Vr下降检测流程ST20。

这样，CPU 34使得接收天线共振频率fr跟随以f1、f2和f3依次顺序切换的传输频率。

框图与第一实施方式的框图基本相同。仅需改变CPU程序。

根据第二实施方式，发射器20A改变传输天线共振频率fo，而接收器30A使得接收天线共振频率fr跟随传输天线共振频率fo。

传输天线共振频率fo顺序改变。然而，由于接收天线共振频率fr也跟随传输天线共振频率fo改变，因此传输效率没有劣化。

如上所述，即使附近存在共振频率为f1的设备，由于传输侧的共振频率时刻以f1、f2和f3依次变化，因此可以抑制对附近设备的影响，从而降低加热等风险。

<3.第三实施方式>

图15是根据本发明第三实施方式的无线电力传输设备的基本配置的示图。

图16是根据第三实施方式的无线电力传输设备中接收器的接收电压电平的实例的示图。

在根据第三实施方式的无线电力传输设备10B中，发射器20B和接收器30B据此改变共振频率的用于改变共振频率的顺序相同。

无线电力传输设备10B被配置为使得接收器30B识别发射器20B的fo变化顺序，并且发射器20B和接收器30B彼此同步地改变传输天线共振频率fo。

通过采用这种配置，可以在图16中示出的频率切换时减小接收电压Vr下降。

图17是根据第三实施方式的用于改变发射器的传输天线共振频率的配置实例的示意图。

根据第三实施方式的发射器20B与根据第二实施方式的发射器20A的不同如下所述。

根据第二实施方式的发射器20A的顺序选择信号发生电路23是自运转电路(free-running circuit)。

另一方面，在根据第三实施方式的发射器20B中，顺序选择信号发生单元23B由CPU 34生成的10Hz时钟信号CLK24驱动。

由于时钟信号CLK24的频率是10Hz，如同在第二实施方式中，顺序选择信号生成单元23B生成顺序选择信号SEL1、SEL2和SEL3，使得顺序选择信号SEL1、SEL2和SEL3每0.1ms被顺序选择。

图18是根据第三实施方式的用于改变接收器的接收天线共振频率的配置实例的示图。

图19是根据第三实施方式的接收器的fr调节电路和用于改变接收天线共振频率的配置实例的示图。

图17和18中示出的接收器30B配置为切换共振电路311B中的三个电容器C30-1、C30-2和C30-3。

接收器30B包括连接在电容器C30-1、C30-2以及C30-3和节点ND31之间的开关SW30-1、SW30-2和SW30-3。

开关SW30-1、SW30-2和SW30-3的端子“a”连接到电容器C30-1、C30-2和C30-3的另一端，而开关SW30-1、SW30-2和SW30-3的端子“b”连接到节点ND31。

当以频率f1执行电力接收时，开关SW30-1通过顺序选择信号发生单元35生成的顺序选择信号SEL11保持在ON状态，电容器C30-1被选择。

当以频率f2执行电力接收时，开关SW30-2通过顺序选择信号SEL12保持在ON状态，电容器C30-2被选择。

当以频率f3执行电力接收时，开关SW30-3通过顺序选择信号SEL13保持在ON状态，电容器C30-3被选择。

在第三实施方式中，通过电容器C30-1(Cf1)、C30-2(Cf2)和C30-3(Cf3)的切换实现了粗略的共振频率切换。

精细的共振频率切换通过上述的fr调节电路33来实现。

顺序选择信号发生单元35是具有与发射器20A和20B相同配置的电路。

图20是用于说明根据第三实施方式的由CPU进行的控制处理以及说明用于实现发射器的顺序选择信号和接收器的顺序选择信号的相位同步的处理的流程图。

图21A～图21C是根据第三实施方式的无线电力传输设备中的接收器的接收电压电平的实例的示图。

在图20的流程图中，在Vr下降检测流程ST20B和fr自动调节流程ST10B中，基本上执行与图13中示出的相同的处理。

在图20的流程图中，添加了Vr检测流程ST30。

在时刻T0，当在Vr下降检测流程ST20B检测到接收电压Vr下降时，在步骤ST41，启动0.1ms定时器。

CPU 34生成一个顺序选择时钟的波形(ST42)，从而切换电容器C30-1(Cf1)、C30-2(Cf2)和C30-3(Cf3)。

之后，尽管在fr自动调节流程ST10B进行了调节，但是由于选择正确的电容器Cf的概率为1/3，因此通过最多循环Cf选择循环LP30三次直至选择了正确的电容器Cf来选择正确的电容器Cf。

在Vr检测流程ST30中，在步骤ST31中，CPU 34检测(测量)来自ADC 331的输出的接收电压Vr的值，并以变量Vr存储该值。

在步骤ST32，CPU 34B将接收电压Vr与下限电压VBL进行比较，以确定接收电压Vr是否正常。

在计时0.1ms之后，Cf选择循环LP30通过0.1ms定时器每0.1ms启动(ST43)，接收频率被连续自动调节，从而连续保持传输频率fo和接收频率fr彼此相等。

图21A是其中在时刻T0，正确的电容器Cf在第一循环中被选择的实例。

图21B是其中正确的电容器Cf在第二循环中被选择的实例。

图21C是其中正确的电容器Cf最终在第三循环中被选择的实例。

由图21A～21C中的波形线表示的电压为Vr检测流程的下限电压VBL。

<4.第四实施方式>

图22是根据本发明第四实施方式的无线电力传输设备的配置以及其中存在多个接收器的配置实例的示图。

图23A和23B是根据第四实施方式的无线电力传输设备中接收器的接收电压电平的实例的示图。图23A中示出了第一接收器的接收电压电平的实例。图23B中示出了第二接收器的接收电压电平的实例。

图24A和24B是当减小根据第四实施方式的无线电力传输设备中接收器的频率切换周期时获得的接收电压电平的实例的示图。图24A中示出了第一接收器的接收电压电平的实例。图24B中示出了第二接收器的接收电压电平的实例。

在根据第四实施方式的无线电力传输设备10C中，未披露发射器20C侧上的fo变化顺序。无线电力传输设备10C包括多个接收器，即，在该实例中，第一接收器30C-1和第二接收器30C-2。

发射器20C、第一接收器30C-1以及第二接收器30C-2的基本配置与第二和第三实施方式中的相同。因此，省略了对基本配置的描述。

在第四实施方式中，假设第一接收器30C-1的顺序选择信号SEL21、SEL22和SEL23以与发射器20C的顺序选择信号SEL1、SEL2和SEL3的改变模式相同的模式(f1→f2→f3→...)改变。

假设第二接收器30C-2的顺序选择信号SEL31、SEL32和SEL33以与发射器20C的顺序选择信号SEL1、SEL2和SEL3改变模式不同的模式(f3→f2→f1→...)改变。

换句话说，在第四实施方式中，发射器20C依次生成顺序选择信号SEL1、SEL2和SEL3，并以f1、f2和f3依次选择频率。

根据与发射器20C相同的变化顺序，第一接收器30C-1依次生成顺序选择信号SEL21、SEL22和SEL23，并以f1、f2和f3依次选择频率。

根据与发射器20C不同变化顺序，第二接收器30C-2依次生成顺序选择信号SEL33、SEL32和SEL31，并以f3、f2和f1依次选择频率。

在具有该配置的无线电力传输设备10C中，如图23A所示，第一接收器30C-1的接收电压Vr的频率切换时的下降很小。

另一方面，如图23B所示，第二接收器30C-2的接收电压Vr的频率切换时的下降将很大。

因此，当频率的变化从f1扩展到fN并减小频率切换周期时，如图24B所示，第二接收器30C-2的接收电压Vr的性能将劣化而不能使用。

另一方面，第一接收器30C-1的接收电压Vr没有变的很差，如图24A所示，能够保持可以使用的性能。

因此，可以这样说，除非事先知道发射器的fo改变顺序，否则即使接收器30C设置在接收区域中，接收器30C也不能很好地接收电力。

因此，如果未披露发射器20C的fo改变顺序，可以将发射器20C配置为不向用户不期望向其传输电力的他人供给电力。

<5.第五实施方式>

图25是根据本发明第五实施方式的无线电力传输设备的配置的示图。

根据第五实施方式的无线电力传输设备10D具有认证序列，该认证序列用于使得发射器20D和一个或多个接收器30D共享同一fo变化顺序。

在无线电力传输设备10D中，接收器30D具有一对公钥和密钥(它们是唯一的)。

以下描述了用于实现fo变化顺序的认证和安全发送的具体处理。

图25是无线电力传输设备10D的系统配置和认证序列的实例的示图。

在图25示出的序列中，在图中时间从上到下流逝。

在该实例中，使用公钥加密系统以实现fo变化顺序的安全发送。

发射器20D包括加密电路25和认证程序26。

接收器30D包括密钥生成电路(key generating circuit)36和解密电路37。

以下描述了该序列。

在该序列的描述中出现了用户40、发射器20D、认证传输线50以及接收器30D。

认证传输线50可以是无线电力传输线或者可以是红外通信线。各种形式的认证传输线50都是可以的。

用户40开启接收器30D的电源(SQ1)。这样，认证序列开始。

接收器30D经由认证传输线50向发射器20D传输认证请求和口令(SQ2)。

发射器20D检查口令，并经由认证传输线50向接收器30D返回认证OK(SQ3)。

接收器30D向位于接收器30D中的密钥生成电路36发布密钥生成请求(SQ4)。密钥生成电路36生成公钥和密钥。

接收器30D经由认证传输线50向发射器20D传输公钥(SQ5)。

发射器20D在加密电路25中创建由公钥加密的fo变化顺序，并经由认证传输线50将fo变化顺序返回到接收器30D(SQ6)。

接收器30D通过在序列SQ4中生成的密钥将加密的变化顺序解密，从而获得fo变化顺序(SQ7)。

发射器20D开始电力传输(SQ8)。发射器20D和接收器30D根据fo变化顺序来改变传输共振频率fo。正常的电力传输开始。

在发射器20D和接收器30D之间执行fo变化顺序的发送。然而，由于通过使用公钥对fo变化顺序进行了加密，因此能够实现安全发送。

可以在无线电力传输线中执行认证和fo变化顺序发送(以下简称为认证)。

这只不过是调制信号并经由无线电力传输线执行双向信息传输。因此，以下描述了第六至第九这四个实施方式作为实例。

第六实施方式：具有调制功能的发射器

第七实施方式：接收器的解码电路

第八实施方式：执行将信息传输到发射器的接收器的电路

第九实施方式：将来自接收器的数据解码的发射器的电路

<6.第六实施方式>

图26是根据本发明第六实施方式的具有调制功能的发射器的实例的示图。

根据第六实施方式的发射器20E与根据第三实施方式的发射器20B的不同之处在于，用于调制的开关SW22设置在晶体管Q21的基极和开关SW20-1、SW20-2和SW20-3的端子“b”之间。

在发射器20E中，CPU 24E根据传输数据SD接通和断开开关SW22，并对传输信号SG施加脉冲式调制(burst-like modulation)。

此时，为了防止接收器的故障，停止顺序选择信号而不移动顺序选择信号是可取的。

<7.第七实施方式>

图27是根据本发明第七实施方式的接收器的解码电路的实例的示图。

根据第七实施方式的接收器30F与根据第三实施方式的接收器30B的不同之处在于，具有适于解码的放电时间常数的电容器C34并联连接至负载电阻元件R30，并且波形整形放大器38设置在接收器30F的整流单元32F的输出处。

由于接收器30F是一种整流电路，因此接收器30F严格地说是AM调制电路。

因此，如果加入了具有适于解码的放电时间常数的电容器C34和波形整形放大器38，就可以解码接收数据。

为了防止fr调节流程影响振幅波动，期望启动fr调节电路33、顺序选择时钟以及CPU 34F的fr调节流程。

<8.第八实施方式>

图28是根据本发明第八实施方式的用于向发射器传输信息的接收器的电路实例的示图。

根据第八实施方式的接收器30G与根据第三实施方式的接收器30B的不同之处在于，电容器C34和串联连接的负载电阻元件R31与开关SW32并联连接至负载电阻元件R30。

负载电阻元件R30的电阻是RL，负载电阻元件R31的电阻是RM。

该信息传输电路以与普通非接触式IC等相同的原理运行。

当传输数据SD2为“0”时，开关SW32断开。因此，负载是负载电阻元件R30的电阻RL。

当传输数据SD2是“1”时，负载是{RL×RM/(RL+RM)}。因此，负载增大，并且接收信号Vr的压降增大。因此，可以对接收信号Vr施加AM调制。

为了防止fr调节流程影响振幅波动，期望启动fr调节电路33、顺序选择时钟以及CPU 34G的fr调节流程。

<9.第九实施方式>

图29是根据第九实施方式的用于对来自接收器的信息进行解码的发射器的电路的实例的示图。

根据第九实施方式的发射器20H与根据第三实施方式的发射器20B的不同之处在于，缓冲放大器27、整流单元28以及用于波形整形的反相器29设置在共振电路211H的感应器L20的另一末端侧节点ND22处。

反相器29的输出输入到CPU 24H。

整流单元28包括二极管D21、负载电阻元件R21以及电容器C21。

发射器20H接收的信号SR21由接收器进行AM调制。

接收信号SR21出现在节点ND22处，经由缓冲放大器27由包括二极管D21、负载电阻元件R21以及电容器C21的整流单元28进行AM解码，并且由反相器29进行波形整形，以获得接收数据。

为了防止故障，停止顺序选择信号而不移动顺序选择信号是可取的。

[用于认证的传输线]

还可以使用独立于电力传输线的传输线，例如，红外通信线，来执行认证。

在这种情况下，电力传输线可以仅用作电力传输线，而诸如红外通信线的单独的传输线可以用作用于认证的数据传输线。

<10.第十实施方式>

在第十实施方式中，描述了用于消除如下缺陷的配置和功能：电源没有导通，甚至是由于接收器在认证前不能有效地接收电力而不能执行认证。

在该情况下，例如，采用了以下描述的典型配置。

1)变化顺序是fo变化顺序，其中，一个或多个具体频率fa被周期性地选择。

2)频率fa被用作用于认证的信道。

3)频率fa的传输电力小于除fa之外的频率的传输电力。

4)在直至认证完成的周期中，接收器处于低电力模式(低功率模式，low-power mode)。

5)当共振频率是频率fa时，发射器轮询接收器的认证请求。

6)即使在认证之后，发射器和接收器也周期性地执行认证。

图30是根据本发明第十实施方式的当切换发射器的fo顺序并且共振频率变为fa时获得的接收器侧上的接收电压的实例的示图。

图31是其中将平滑电容器并联添加到负载电阻元件的普通接收器的等效电路的示图。

图32是通过平滑电容器的接收电压下降的状态的示图。

在第十实施方式中，假设接收器30I在认证之前处于用来以共振频率fa进行电力接收的等待状态。

另一方面，发射器20的fo顺序被顺序切换，并且在当传输频率变为fa时的情况下，如图30所示，接收器30I变得能够正常地接收电力，并且接收电压Vr增加。

在大多数情况下，如图31所示，平滑电容器C35(电容CL)并联添加到接收器30I的负载电阻R30(电阻RL)。

如图32所示，根据平滑电容器C35的操作，接收电压Vr的下降速以T＝1/(RL CL)的时间常数下降。

因此，如果保证传输频率偶尔地变为fa，则存在仅需在平滑电容器C35结束放电之前的时间内完成认证操作的余地。

如果除正常模式外在接收器30I中还提供了仅用于认证的低电力模式，则可以进一步延长T。

图33是根据第十实施方式的对应于接收器中用于认证的低电力模式的配置实例的示图。

除了共振电路311、二极管D30和CPU 34J之外，图33中示出的接收器30J还包括平滑电路301、数据接收电路302和数据传输电路303。

接收器30J包括fa检测电路304、上电复位电路305、触发器(FF)306、主电路307以及主电力开关SWV。

fa检测电路304包括缓冲器311、带通滤波器(BPF)312以及将BPF312和阈值Vth进行比较并将比较结果输出到CPU 34J的比较器313。

在图33示出的接收器30J中，触发器(FF)306由上电复位电路305复位，而主电力开关SWV自动断开。

当认证完成并且CPU 34J输出认证完成信号时，设置FF 306并接通主电力开关SWV。

这样，当接收器30J在认证期间具有低电力时，发射器20J可以执行低电力传输。

图34是根据第十实施方式的对应于发射器中用于认证的低电力模式的配置实例的示图。

图34中示出的发射器20J包括常规传输电路单元230和低电力传输电路单元240。

常规传输电路单元230具有与图17中示出的发射器20B基本相同的电路配置，但是有下述不同。

常规传输电路单元230包括100V电源V201和连接至电源V201的负极侧和基准电位VSS的开关SW201。

在常规传输电路单元230中，采用三高电力类型作为驱动晶体管Q21J。

低电力传输电路单元240包括5V电源V202和连接在电源V202的负极侧和基准电位VSS之间的开关SW202。

低电力传输电路单元240包括并联连接而形成共振电路(振荡电路)的感应器L21和电容器C22。连接了感应器L21的一端的节点ND23连接至电源V202的正极侧。感应器L21的另一端连接至节点ND24。

低电力传输电路单元240包括驱动晶体管Q22、开关SW203以及生成频率为fa的信号的信号发生单元241。

驱动晶体管Q22的集电极连接至节点ND24，驱动晶体管Q22的发射极连接至基准电位VSS，而驱动晶体管Q22的基极经由开关SW203连接至信号发生单元241。

开关SW202通过CPU 24J的fa指定信号S24J被接通和断开。常规传输电路单元230的开关SW201通过由反相器IV201反相的fa指定信号来接通和断开。

换句话说，开关SW202和开关SW201互补地接通和断开。

开关SW203通过由CPU 24J生成的传输数据SD11来接通和断开。

在图34中，在正常电力传输期间，以的100V电路电压采用三高电力类型作为驱动晶体管Q21J。

在用于以频率fa认证的低电力传输期间，以5V的电路电压采用小信号晶体管Q22。

当将要传输频率为fa的信号时，CPU 24J将fa指定信号S24J设置为高电平。

图35是用于说明图34中示出的电路的认证适配的流程图。

当传输频率为fa时，接收器30J很可能正在传输认证请求。因此，当传输频率为fa时，发射器20J需要轮询来自接收器30J的认证请求(ST51至ST53)。

以与图25中示出的程序相同的方式执行认证程序。

当不存在接收器时，要求发射器执行控制以不传输电力或者将传输电力设置为低电力。

因此，即使在认证之后，发射器20J和接收器30J也需要周期性地执行认证。

图36是根据第十实施方式的无线电力传输设备的示图，其包括用于周期性地在无线电力传输设备中执行认证的认证序列。

图36中示出的认证序列与图25中示出的认证序列的不同在于，在序列SQ1J中，认证请求是从发射器开始的。

<11.第十一实施方式>

图37是根据本发明第十一实施方式的发射器的配置的示图。

在第十一实施方式中，接收器30K将电力需求请求通知发射器20K。

发射器20K具有根据一个或多个接收器30K的电力需求请求增大或减小传输电力的功能。

当没有需求时，发射器20K将不一直持续输出电力。就节约电力而言，期望根据需求增大或减小传输电力。

作为一个简单的实例，以下描述了这样的一个原理，即，只要没有从接收器30K传输的上电请求，发射器20K就逐渐减小传输电力。

图37中示出的发射器20K与图17中示出的发射器20B的不同之处在于，发射器20K包括用于增大或减小传输电力的Vcc可变电路VR21和用于接收电力需求请求的数据接收电路250。

Vcc可变电路VR21根据CPU 24K的控制信号CTL24K增大或减小电源电压Vcc。

图38是根据第十一实施方式的说明用于电源电压的控制处理的流程图。

CPU 34K最大化传输电源电压Vcc(ST61)，复位定时器(ST62)，并且每隔五秒(ST63)，当没有上电请求时(ST64)，稍微减小Vcc(ST65)。

另一方面，当有上电请求时(ST64)时，CPU 34K稍微增大Vcc(ST66)。

这使得当不存在接收器时，能够自动将传输电力减小至小电力。

<12.第十二实施方式>

图39是根据本发明第十二实施方式的发射器的配置实例的示图。

根据第十二实施方式的发射器20L具有上述实施方式的特有配置。

由于该配置的细节已经在实施方式中进行了描述，因此在第十二实施方式中省略了对细节的说明。

<13.第十三实施方式>

图40是根据本发明第十三实施方式的接收器的配置的示图。

根据第十三实施方式的接收器30L具有上述实施方式的特有配置。

由于该配置的细节已经在实施方式中进行了描述，因此在第十三实施方式中省略了对细节的说明。

<14.第十四实施方式>

图41是根据本发明第十四实施方式的结合了发射器的桌子的实例的示图。

如图所示，在第十四实施方式中，将根据上述实施方式的任一发射器结合在桌子100中。

通过使包括上述任一接收器的便携式电子设备靠近或将该便携式电子设备放置在桌子100上，用户等能够接收电力或自动执行调制信号的交换。

如上所述，根据实施方式，能够获得以下描述的效果。

根据实施方式，可以抑制对位于无线电力传输区域中的不相关设备的影响，并防止引起设备故障。

可以实现一对一或一对多专用无线电力传输。

可以防止对用户不期望向其供给电力的他人无线供电。

由于电力信号本身用作认证信道，因此可以无需用于认证的专用信道，并防止不考虑没有需求的事实而传输电力的浪费。

本专利申请包含与2010年2月5日在日本专利局提交的第JP2010-024478号日本优先权专利申请中公开的相关主题，其全部内容结合于此作为参考。

本领域技术人员应当理解的是，根据设计需要或其他因素，在所附权利要求或其等同替换的范围内，可以进行各种变形、组合、子组合以及修改。

Claims (16)

1.一种无线电力传输设备，包括：

发射器，无线传输电力；以及

接收器，能够以与所述发射器共振的关系接收包括从所述发射器传输的所述电力的传输信号，其中，

所述接收器包括：

频率可变单元，能够改变接收共振频率；

检测单元，检测接收电力；以及

控制单元，控制所述频率可变单元执行频率调节，使得由所述检测单元检测的所述接收电力最大化。

2.根据权利要求1所述的无线电力传输设备，其中，

所述发射器能够在改变传输共振频率的同时传输所述电力；

所述接收器能够在改变所述接收共振频率的同时接收所述电力，以及

所述控制单元改变所述接收共振频率以使所述接收共振频率跟随改变的传输共振频率。

3.根据权利要求2所述的无线电力传输设备，其中，所述发射器中的所述传输共振频率的变化顺序和所述接收器中的所述接收共振频率的变化顺序相同。

4.根据权利要求2所述的无线电力传输设备，其中，所述发射器中的所述传输共振频率的变化顺序不公开。

5.根据权利要求2或3所述的无线电力传输设备，其中，所述发射器和所述接收器包括用于使得能够共享用于同一共振频率的变化顺序的认证序列，并能够彼此无线传输对应于认证的数据。

6.根据权利要求5所述的无线电力传输设备，其中，

所述接收器能够执行包括公钥和密钥的加密处理，以及

所述发射器能够执行对应于所述公钥的加密处理。

7.根据权利要求5或6所述的无线电力传输设备，其中，所述发射器和所述接收器在电力传输线中执行认证和序列发送。

8.根据权利要求5或6所述的无线电力传输设备，其中，所述发射器和所述接收器在独立于电力传输线的无线传输线中执行认证和序列发送。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的无线电力传输设备，其中，所述发射器和所述接收器周期性地选择一个或多个具体频率fa。

10.根据权利要求9所述的无线电力传输设备，其中，所述发射器和所述接收器包括用于使得能够共享用于同一共振频率的变化顺序的认证序列，能够彼此无线传输对应于认证的数据，并使用所述频率fa作为用于所述认证的信道。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的无线电力传输设备，其中，

所述发射器和所述接收器包括用于使得能够共享用于同一共振频率的变化顺序的认证序列，并能够彼此无线传输对应于认证的数据，以及

所述接收器具有在上电后立即将接收系统电路保持在低电力的低电力模式直至认证完成的功能。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的无线电力传输设备，其中，

所述发射器和所述接收器具有用于使得能够共享用于同一共振频率的变化顺序的认证序列，能够彼此无线传输对应于认证的数据，并能够周期性地选择一个或多个具体频率fa，以及

所述发射器具有当所述共振频率是所述频率fa时轮询所述接收器的认证请求的功能

13.根据权利要求1至12中任一项所述的无线电力传输设备，其中，所述发射器和所述接收器包括用于使得能够共享用于同一共振频率的变化顺序的认证序列，能够彼此无线传输对应于认证的数据，并具有甚至在所述认证之后也周期性地执行认证的功能。

14.根据权利要求1至13中任一项所述的无线电力传输设备，其中，所述接收器具有将电力需求请求通知所述发射器的功能。

15.根据权利要求14所述的无线电力传输设备，其中，所述发射器具有根据一个或多个接收器的电力需求请求增大或减小传输电力的功能。

16.根据权利要求1至15中任一项所述的无线电力传输设备，其中，所述发射器结合在桌子中。

Images