CN102668324B - 送电装置以及电力传送装置 - Google Patents

Abstract

在送电装置的送电线圈和受电装置的受电共振线圈的距离接近的状态下实现需要的传送电力。送电装置(10)具有共振点与受电共振线圈(21)不同的送电线圈(12)，该送电线圈(12)将由电源部(11)供应的电力作为磁场能量对在产生磁场共鸣的共振频率下共振的受电共振线圈(21)进行送电。受电装置(20)具有受电共振线圈(21)，该受电共振线圈(21)在共振频率下接收从送电线圈(12)发送的磁场能量。

Description

送电装置以及电力传送装置

技术领域

本发明涉及以无线方式供应电力的送电装置以及电力传送装置。

背景技术

作为通过无线的电力供应技术，一般来说，已知有利用电磁感应的技术和利用电磁波的技术。与此相对，近年来，提出了利用磁场共鸣的技术(例如，参照专利文献1)。

在通过磁场共鸣的无线电力供应技术中，例如，在送电装置中设置有具有共振频率fr1的送电共振线圈，并且在受电装置中设置有具有共振频率fr2的受电共振线圈。同调这些线圈的共振频率fr1、fr2，通过适当地调整尺寸和配置，在送电装置和受电装置之间由于磁场共鸣而产生能够传送能量的磁场的耦合状态。由此，通过无线从送电装置的送电共振线圈向受电装置的受电共振线圈传送电力。根据这样的无线电力供应技术，电力的传送效率(能量传送效率)能够达到百分之几十左右，能够使送电装置和受电装置之间的距离比较大，例如，对于几十厘米左右的共振器能够使距离达到几十厘米以上。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利文献特表2009-501510号公报

发明内容

发明所要解决的问题

但是，在通过磁场共鸣的无线电力供应中，存在送电装置的送电共振线圈和受电装置的受电共振线圈之间的距离接近时传送电力下降的问题。

本发明是鉴于该点做出的，其目的在于提供一种送电装置的送电线圈和受电装置的受电共振线圈的距离越近，传送电力越大的送电装置以及电力传送装置。

用于解决问题的手段

为了解决上述问题，提供一种送电装置。该送电装置具有将从电源部供应的电力作为磁场能量发送的送电线圈，该送电线圈的共振点与在产生磁场共鸣的共振频率下共振的受电共振线圈不同。

另外，为了解决上述问题，提供一种电力传送装置。该电力传送装置包括送电装置和受电装置，所述送电装置包括共振点与受电共振线圈不同的送电线圈，送电线圈将由电源部供应的电力作为磁场能量向在产生磁场共鸣的共振频率下共振的受电共振线圈发送电力，所述受电装置具有所述受电共振线圈，所述受电共振线圈在所述共振频率接收从所述送电线圈发送的所述磁场能量。

发明效果

根据公开的送电装置以及电力传送装置，能够使得送电线圈和受电共振线圈之间的距离越近，传送电力越大。

本发明的上述以及其他的目的、特征以及优点通过与描述作为本发明的例子的优选实施方式的附图关联的以下的说明，一定变得更加清晰。

附图说明

图1是示出本实施方式所涉及的电力传送装置的图；

图2是示出送电线圈和受电共振线圈之间的距离与传送电力的关系的图；

图3是示出电力传送装置的应用例的图；

图4是示出电力传送装置的其他的应用例的图；

图5是示出磁场共鸣系统的图；

图6是示出送电共振线圈和受信共振线圈的等价电路的图；

图7是示出在送电共振线圈和受电共振线圈之间的距离最优情况下的传送频率与传送电力的关系的图；

图8是示出送电共振线圈和受电共振线圈之间的距离比最优距离短的情况下的传送频率与传送电力的关系的图；

图9是示出送电共振线圈和受电共振线圈之间距离与传送电力的关系的图。

具体实施方式

首先，对通过磁场共鸣的无线电力供应中，送电共振线圈和受电共振线圈之间的距离与传送电力的关系进行说明。之后，参照附图详细地说明本实施方式。

图5是示出磁场共鸣系统的图。如图5所示，磁场共鸣系统包括：具有电源部101、电力供应线圈102、以及送电共振线圈103的送电装置100；和具有受电共振线圈111、电力取出线圈112、以及负载113的受电装置110。

电源部101向电力供应线圈102供应电力。电源部101例如是科尔皮兹振荡电路，并以送电共振线圈103和受电共振线圈111的共振频率振荡。

电源部101被连接于电力供应线圈102。电力供应线圈102通过电磁感应将电源部101的电力供应给送电共振线圈103。

送电共振线圈103例如是两端开放的具有电感L的螺旋线圈。送电共振线圈103由于浮动电容而具有电容。由此，送电共振线圈103成为LC共振电路。此外，在图5中，推测具有由浮动电容而产生的电容，但是也有向送电共振线圈103中插入电容元件的情况。

与送电共振线圈103一样，受电共振线圈111例如也是两端开放的具有电感L的螺旋线圈。受电共振线圈111与送电共振线圈103同样也具有由浮动电容而产生的电容，另外，也有插入电容元件的情况。由此，受电共振线圈111成为LC共振电路。

设定送电共振线圈103和受电共振线圈111的共振频率使得它们相同。由此，使用磁场共鸣方式将电力作为磁场能量从送电共振线圈103发送到受电共振线圈111。

受电共振线圈111通过电磁感应向电力取出线圈112供应电力。电力取出线圈112被与电池等负载113连接，能够使用接收到的电力进行充电。

图6是示出送电共振线圈和受信共振线圈的等价电路的图。如上所述的那样，送电共振线圈103和受电共振线圈111具有电感L和浮动电容产生的电容C。另外，也有在送电共振线圈103和受电共振线圈111上连接电容元件的情况。由此，送电共振线圈103和受电共振线圈111的等价电路变成如图6所示的LC共振电路，共振频率f用下面的式子(1)表示。

f＝1/{2π(LC)^1/2}…(1)

因此，为了使送电共振线圈103和受电共振线圈111的共振频率匹配，使各个线圈的L和C的乘积相等

图7是示出在送电共振线圈和受电共振线圈之间的距离为最优情况下的传送频率与传送电力的关系的图。在图7中，横轴表示频率，纵轴表示传送电力(dB)。传送频率是送电共振线圈103和受电共振线圈111的共振频率。

在送电共振线圈103和受电共振线圈111之间的距离为最优情况下，传送电力变为如图7的波形W101所示的那样。即，传送电力随着传送频率的变化而变化，传送频率在共振频率f的附近时传送电力最大。

此外，在图7中，波形W101的顶点附近的形状稍微弯曲。这取决于送电共振线圈103和受电共振线圈111的共振频率以外的各种条件。因此，在图7中，在传送频率是共振频率f的情况下，传送电力没有变为最大。但是，在理想的情况下，可以认为传送电力如虚线所示的那样在传送频率为共振频率f时变为最大。

图8是示出当送电共振线圈和受电共振线圈之间的距离比最优距离短的情况下的传送频率与传送电力的关系的图。在图8中，横轴表示频率，纵轴表示传送电力(dB)。此外，在图8中也示出了图7中所示的最优距离时的波形W101。

在送电共振线圈103和受电共振线圈111之间的距离比最优距离短的情况下，传送电力变为如图8的波形W102所示的那样。即，图8的波形W102的传送电力的大小变得具有两个峰值，变为所谓的分割的状态。因此，在送电共振线圈103和受电共振线圈111之间的距离比最优距离短的情况下，在传送频率为共振频率f时传送电力下降。

图9是示出送电共振线圈和受电共振线圈之间的距离与传送电力的关系的图。在图9中，横轴表示送电共振线圈103和受电共振线圈111之间的距离，纵轴表示标准化传送电力(％)。此外，传送频率固定为共振频率f，向送电共振线圈103供应的电力固定为100％。

如图9所示，传送电力随着送电共振线圈103和受电共振线圈111之间的距离即线圈距离的变化而变化。即，传送电力在线圈距离为最优距离d0时最大。也就是说，传送电力最大时的线圈距离是送电共振线圈103和受电共振线圈111在共振频率f时的最优距离d0。

在线圈距离比最优距离d0短的情况下，即，在图9所示的区域a中，传送电力随着线圈距离比最优距离d0变得更短而下降。这相当于图8所示的波形W102的情况。另外，在线圈距离比最优距离d0长的情况下，即，在区域b中，传送电力随着线圈距离比最优距离d0变得更长而下降。这相当于图7所示的波形W101的情况。

由此，在通过磁场共鸣的无线电力供应系统中，送电共振线圈103和受电共振线圈111之间的线圈距离从最优距离d0变动了的情况下，传送电力下降。例如，如图9所示，送电共振线圈103和受电共振线圈111的线圈距离接近时电力的传送电力下降。

图1是示出本实施方式所涉及的电力传送装置的图。如图1所示，电力传送装置包括：具有电源部11以及送电线圈12的送电装置10；和具有受电共振线圈21、电力取出线圈22、以及负载23的受电装置20。此外，受电装置20的受电共振线圈21、电力取出线圈22、以及负载23与图5所示的受电装置110的受电共振线圈111、电力取出线圈112、以及负载113相同，所以省略其详细的说明。

电源部11向送电线圈12供应电力。电源部11例如是科尔皮兹振荡电路，并以受电共振线圈21的共振频率振荡。

电源部11被连接于送电线圈12。送电线圈12将电源部11的电力通过磁场能量的方式供应给受电共振线圈21。

如图5说明的那样，受电共振线圈21由于浮动电容或者电容元件的插入而成为LC共振电路。因此，如果受电共振线圈21的共振频率被设定的与图5所示的送电装置100的送电共振线圈103的共振频率相同，则会产生磁场共鸣，从而能够高传送效率地从送电装置100接收电力。

另一方面，送电线圈12在理想情况下仅有电感分量而不能成为LC共振电路。但是，送电线圈12实际上存在非常小的浮动电容，另外，包含由连接的电源部11导致的电容，因此成为LC共振电路。因此，送电线圈12具有与积极地利用浮动电容、或者插入电容元件而形成LC共振电路的受电共振线圈21不同的共振频率。由此，送电线圈12和受电共振线圈21没有利用如图5所示的磁场共鸣来进行电力的发送接收。

另外，在图1的电力传送装置中，存在于距离送电线圈12最优距离d0以内(图9所示的区域a)并且与由送电线圈12发送的磁场能量共鸣的共振电路只有一个，该共振电路就是受电共振线圈21。通过使区域a中存在的共振电路仅有受电共振线圈21，能够防止如图8所示的那样的，在共振频率处传送电力的减少。另外，通过使区域a中存在的共振电路为受电共振线圈21，传送电力比电磁感应更高，并且位置和姿势的自由度也比电磁感应更广。更优选地是，在比区域a更近的区域，即图2所示的实线和虚线交叉的距离以内的范围(以下称为最优范围)内设置一个共振电路。换句话说，最优范围是与有两个共振线圈的状态相比，有一个共振线圈的状态下传送电力更多的范围。这里所说的共振线圈的个数是指与由送信线圈发送的一个频率的磁场能量共鸣的共振电路的个数。

图2是示出送电线圈和受电共振线圈之间的距离与传送电力的关系的图。在图2中，横轴表示送电线圈12和受电共振线圈21之间的距离，纵轴表示标准化传送电力(％)。此外，传送频率固定为受电共振线圈21的共振频率f，向送电线圈12供应的电力固定。另外，在图2中，以虚线示出了图1的受电装置20接收来自图5的送电装置100的电力时的线圈距离与传送电力的关系。

传送电力如图2的波形W1所示的那样，随着送电线圈12和受电共振线圈21之间的距离即线圈距离的变化而变化。即，图1的电力传送装置的传送电力在线圈距离是0的情况下最大。而且，传送电力随着线圈距离变长而下降。

这样，送电装置10包括共振点与受电共振线圈21不同的送电线圈12，送电线圈12将由电源部11供应的电力作为磁场能量对以使产生磁场共鸣的共振频率共振的受电共振线圈21进行送电。由此，受电装置20在送电线圈12和受电共振线圈21的线圈距离越近的情况下，电力的传送电力越高。

图3是示出电力传送装置的应用例的图。在图3中示出了充电器30和电子设备40。电子设备40例如是携带电话或笔记本电脑。

充电器30具有放置电子设备40的充电台31。充电台31具有图1中所示的送电装置10。虽然在图3的充电台31中仅仅示出了图1的送电线圈12，但是其也具有电源部11。

电子设备40具有图1中所示的受电装置20。虽然在图3的电子设备40中仅仅示出了图1的受电共振线圈21和电力取出线圈22，但是其也具有负载23。以下，将电子设备40的负载23作为电池来说明。

为了对电子设备40的电池进行充电，将电子设备40放置到充电器30的充电台31上。由此，充电器30的送电线圈12和电子设备40的受电共振线圈21的距离例如为数毫米的近距离，电力的传送电力如图2中说明的那样变大。由此，能够通过充足的电力传送来对电子设备40的电池进行充电。

另外，电子设备40的受电共振线圈21的共振频率被设定为与图5的送电共振线圈103相同的共振频率。由此，如以下说明的那样，电子设备40也能够从具有图5的送电装置100的充电器接收电力。

图4是示出电力传送装置的其他的应用例的图。在图4中示出了充电器50和电子设备40。电子设备40与图3中是相同的，省略其详细的说明。

充电器50具有图5中所示的送电装置100。虽然在图4的充电器50中仅仅示出了图5的电力供应线圈102和送电共振线圈103，但是其也具有电源部101。

如上所述，电子设备40的受电共振线圈21的共振频率被设定为与充电器50的送电共振线圈103的共振频率相同。因此，如图9中所示的那样，传送电力在最优距离d0时最大。即，在图4的电力传送装置中，例如，能够在离开数百毫米的距离进行电力送电。

这样，充电器30、50包括共振点与受电共振线圈21不同的送电线圈12，送电线圈12将由电源部11供应的电力作为磁场能量对以可产生磁场共鸣的共振频率共振的电子设备40的受电共振线圈21进行送电。由此，在不对能够通过磁场共鸣接收电力的受电装置20进行改造或者改变的情况下，电子设备40就能够例如图3所示的那样被放置到充电器30的充电台31上(近距离)而对电池进行充电，另外能够例如如图4所示的那样，在离开充电器50(远距离)的情况下对电池进行充电。

另外，能够通过磁场共鸣接收电力的电子设备40不需要为了对应图3的充电器而进行改造或者改变，另外，不需要包括与送电装置10、100相应的电路，因此能够抑制成本的上升。并且，能够实现受电装置20的轻量化。

此外，在图3中，说明了充电台31是水平的，并在其上放置电子设备40的情况，但是不限定于此。例如，充电台31可以是垂直的，只要能够保持使电子设备40接触充电台31即可。即，只要送电装置10的送电线圈12和受电装置20的受电共振线圈21尽量保持近距离即可。

上述简单地示出了本发明的原理。并且，本领域技术人员能够进行各种的变形、改变。本发明不受上述示出的、说明的准确结构以及应用例的限定，与其对应的所有的变形例以及等价物都看做由权利要求及其等价物所确定的本发明的范围。

符号说明

10送电装置

11电源部

12送电线圈

20受电装置

21受电共振线圈

22电力取出线圈

23负载

Claims (5)

1.一种送电装置，其特征在于，

所述送电装置包括共振点与受电共振线圈不同的送电线圈，所述送电线圈将由电源部供应的电力作为磁场能量对在产生磁场共鸣的共振频率下共振的、该共振频率固定的一个所述受电共振线圈进行送电，

所述受电共振线圈被配置在所述送电线圈和电力取出线圈之间，

从所述送电线圈送出的电力经由所述受电共振线圈被传送给所述电力取出线圈。

2.根据权利要求1所述的送电装置，其特征在于，

所述送电线圈连接于所述电源部并由所述电源部供应所述电力。

3.一种电力传送装置，其特征在于，包括：

送电装置，所述送电装置包括共振点与受电共振线圈不同的送电线圈，所述送电线圈将由电源部供应的电力作为磁场能量对在产生磁场共鸣的共振频率下共振的、该共振频率固定的一个所述受电共振线圈进行送电；以及

受电装置，所述受电装置包括所述受电共振线圈和电力取出线圈，所述受电共振线圈在所述共振频率下接收从所述送电线圈发送的所述磁场能量，

所述受电共振线圈被配置在所述送电线圈和电力取出线圈之间，

从所述送电线圈送出的电力经由所述受电共振线圈被传送给所述电力取出线圈。

4.根据权利要求3所述的电力传送装置，其特征在于，

所述送电线圈连接于所述电源部并由所述电源部供应所述电力。

5.根据权利要求3所述的电力传送装置，其特征在于，

与从所述送电线圈发送的磁场能量共鸣的线圈是一个。