CN103248132A

CN103248132A - 控制装置和无线功率传输设备

Info

Publication number: CN103248132A
Application number: CN2013100036333A
Authority: CN
Inventors: 石原宽明; 鬼冢浩平; 杜冢芙美; 大高章二
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2012-02-08
Filing date: 2013-01-05
Publication date: 2013-08-14
Also published as: US20130200719A1; JP2013162709A; JP5662954B2

Abstract

本发明提供一种估计功率传输单元和功率接收单元之间的功率传输效率的控制装置。功率传输单元包括第一线圈和并联或串联到第一线圈的第一电容器。该功率接收单元包括第二线圈和并联或串联到第二线圈的第二电容器，功率接收单元通过第一线圈和第二线圈之间的耦合从功率传输单元接收电功率。该控制装置包括估计器。估计器比较在功率传输单元中第一位置处的第一电压或第一电流的检测值和在功率接收单元中第二位置处的第二电压或第二电流的检测值，并估计出从功率传输单元到功率接收单元的功率传输效率。

Description

控制装置和无线功率传输设备

技术领域

本发明的实施例涉及无线功率传输。

背景技术

在无线功率传输领域，公知电功率的传输效率根据传输距离和负载阻抗而改变。效率在下面定义为从功率传输侧的电源供给的电功率与接收侧接收到的电功率的比率。从电功率能量有效利用的角度看，在无线功率传输中，希望供给到功率传输侧的电功率以尽可能小的损耗传输到功率接收侧，也就是说，希望效率得以改善。

通常，公知这样的方法，其中当传输条件例如传输距离发生变化时对效率进行控制。在该方法中，提供改变功率传输和接收元件的配置的特定装置，然后计算功率传输和接收元件改变前后的效率并进行相互比较，据此控制功率传输和接收元件以便改善效率。

然而，在上述现有技术中，需要直接计算效率以获得改善。为了计算效率，需要功率传输侧的电压和电流信息，以及功率接收侧的电压和电流信息。

发明内容

根据一些实施例，提供一种估计功率传输单元和功率接收单元之间的功率传输效率的控制装置，其中功率传输单元包括第一线圈和并联或串联到第一线圈的第一电容器，而功率接收单元包括第二线圈和并联或串联到第二线圈的第二电容器并通过第一线圈和第二线圈之间的耦合从功率传输单元接收电功率。

该控制装置包括估计器，用于比较在功率传输单元中第一位置处的第一电压或第一电流的检测值和在功率接收单元中第二位置处的第二电压或第二电流的检测值，并基于比较结果估计从功率传输单元到功率接收单元的功率传输效率。

附图说明

图1是根据第一实施例的无线功率传输设备的配置图，其包括用于估计传输效率的控制装置；

图2是用于说明利用施加到电容器的电压来估计效率的实例的视图；

图3是用于说明利用施加到线圈的电压来估计效率的实例的视图；

图4是用于说明利用流过电容器的电流来估计传输效率的实例的视图；

图5是示例了根据第一实施例的无线功率传输设备的配置的图，其中线圈和电容器相互并联连接；

图6是示例了根据第一实施例的无线功率传输设备的配置的图，其包括DC-AC转换器和AC-DC转换器；

图7是示例了根据第二实施例的无线功率传输设备的配置的图，其包括通过反馈来调节效率的控制装置；

图8是示例了图7中所示控制装置的操作流程的图；

图9是示例了图7中所示控制装置的详细配置的图；

图10是示例了根据第三实施例的无线功率传输设备的配置的图，其执行效率控制同时执行电功率控制；

图11是示例了根据第三实施例的无线功率传输设备的另一配置的图，其执行效率控制同时执行电功率控制；以及

图12是示出线圈和电容器的连接配置的图。

具体实施方式

下面，参照附图详细说明多个实施例。

【第一实施例】

图1示出根据第一实施例的无线功率传输设备，它包括控制装置。

无线功率传输设备包括用于传输电功率的功率传输单元21、用于接收电功率的功率接收单元31以及控制装置11。控制装置11可以构建在功率传输单元21或功率接收单元31中，或者独立于功率传输单元21和功率接收单元31单独提供。

功率传输单元21包括产生电功率信号（AC电压信号）的AC功率源22、以及连接到AC功率源22的线圈1和电容器1。线圈1和电容器1相互串联。

功率接收单元31包括负载32、以及连接到负载32的线圈2和电容器2。线圈2和电容器2相互串联。负载32可以是消耗或存储电功率的特定装置。

功率传输和接收单元包括功率传输侧的线圈1和电容器1以及功率接收侧的线圈2和电容器2，并且在功率传输和接收单元中通过磁耦合来进行功率传输。在线圈1中，根据来自AC功率源22的电功率信号产生磁场，然后通过将该磁场耦合到线圈2，从而将电功率信号传输到功率接收侧。传输的电功率供给到负载32，并在该负载32中消耗或存储。

在功率传输单元21中，提供端子1以便检测电容器1的两端部中与线圈1相反一侧的一个端部的电压，也就是功率传输和接收单元的输入电压。此外，在功率接收单元31中，提供端子2以便检测电容器2的两端部中与线圈2相反一侧的一个端部的电压，也就是功率传输和接收单元的输出电压。

控制装置11包括检测器1、检测器2和估计器12。检测器1检测功率传输单元21的预定位置处电压，例如端子1的电压。检测器2检测功率接收单元31的指定位置处的电压，例如端子2的电压。估计器12基于检测器1检测的电压和检测器2检测的电压，估计出从功率传输单元21到功率接收单元31的电功率传输效率。注意到，检测器1和2设置在控制装置11的外部作为独立装置，或者设置在另一个装置内部。

控制装置11可以基于检测器1检测的电压（或电流，下面将进行详细说明）和检测器2检测的电压（或电流，下面将进行详细说明）来控制功率传输，而没有计算电功率传输效率的估计值。这种不计算电功率传输效率的估计值而控制功率传输的方式包含在控制装置11估计电功率传输效率的方式之中。

注意到，在图1中，电容器1连接到AC功率源22的输出侧，线圈1连接到接地端子侧；然而，如图12（A）所示，可以提供连接顺序互换的配置。在功率接收侧可以设置相同的配置。

此外，通过将电容器1和线圈1之一或者两者分成多个部分以便执行连接。例如，当电容器1分成两个时，电容器1a和1b分别连接到线圈1的两侧，如图12（B）所示。可选地，当线圈1分成两个时，线圈1a和1b分别连接到电容器1的两侧，如图12（C）所示。在这种情况下，电功率通过两个线圈1a和1b传输到功率接收侧。注意到，分割部件的数量不限于两个，分割部件的数量也可以是三个或更多。在功率接收侧可以提供相同的配置。

下面说明本装置的具体操作。

当包括电容器1和线圈1的LC谐振电路的谐振频率，以及包括电容器2和线圈2的LC谐振电路的谐振频率都非常接近从AC功率源22输出的电功率的频率时，在线圈之间传输的电功率传输效率由以下等式来表示：

Eff = \frac{k^{2} w L_{2} Q_{1} Q_{2}^{2} R_{L}}{Q_{2}^{2} R_{L}^{2} + (k^{2} w L_{2} Q_{1} Q_{2}^{2} + 2 w L_{2} Q_{2}) R_{L} + k^{2} w^{2} L_{2}^{2} Q_{1} Q_{2} + w^{2} L_{2}^{2}} - - - (1)

这里，“L₁”表示线圈1的电感，“L₂”表示线圈2的电感，“K”表示线圈之间的耦合系数，“Q₁”表示线圈1的Q值，“Q₂”表示线圈2的Q值，以及“R_L”表示负载32的电阻值（阻抗）。

传输效率依赖于负载32的电阻值，当负载电阻值满足以下等式时获得最大值。

R_{Lopt} = \frac{w L_{2} \sqrt{(k^{2} Q_{1} Q_{2} + 1)}}{Q_{2}} - - - (2)

当负载电阻值满足上述等式（2）并且效率变为最大值时，端子1的电压和端子2的电压满足以下等式。

V_{2} = V_{1} j \frac{k * \sqrt{L_{1} L_{2}} Q_{1} \sqrt{k^{2} * Q_{1} * Q_{2} + 1}}{L_{1} \sqrt{k^{2} Q_{1} Q_{2} + 1} + k^{2} L_{1} Q_{1} Q_{2} + L_{1}} - - - (3)

这里，“V₁”表示端子1的电压，“V₂”表示端子2的电压。可以提供任意电压值，只要值是基于AC电压幅值确定的值，例如均方根（rms）值和峰值。

当在上述等式（3）中取绝对值时，在“K²Q₁Q₂>>1”的情况下获得以下等式，并且电压比率基本上等于″√(L₂/L₁)√(Q₁/Q₂).″。

| V_{2} | \approx | V_{1} | \sqrt{\frac{L_{2}}{L_{1}}} \sqrt{\frac{Q_{1}}{Q_{2}}} - - - (4)

这里，当“L₁”和“L₂”的寄生电阻值分别是“R₁”和“R₂”时，上述等式（4）变成下面的等式。

V_{2} \approx V_{1} \sqrt{\frac{R_{2}}{R_{1}}} - - - (5)

″√(R₂/R₁)″是线圈1的寄生电阻和线圈2的寄生电阻的比率的平方根。也就是说，通过将端子1和端子2的电压比率与基于线圈1和线圈2的寄生电阻比率确定的预定值（阈值）进行比较，能够确定出当前连接的负载32的电阻值和具有最佳效率的负载电阻值之间的接近度。换言之，可以通过检测端子1的电压和端子2的电压来估计功率传输效率。传统上，需要计算传输功率和接收功率以计算出传输效率；然而，在本实施例中不必如此，而只需检测电压即可。因此，能够更简便地估计出传输效率。

注意到，当分别相比于线圈1和线圈2的寄生电阻分量而言电容器1和电容器2的寄生电阻分量太大而不能被忽略时，“R₁”为包括电容器1的寄生电阻的值，“R₂”为包括电容器2的寄生电阻的值。

作为控制装置11中的估计器12执行的特定传输效率估计方法，可以考虑多种形式。

例如，可以计算“V₁”和“V₂”的比率（或差），计算的电压比率（或差）本身可认为是表示效率的指标。

此外，该电压比率和″√(R₂/R₁)"（也就是，具有最佳效率的负载电阻值）之间的接近度通过计算该计算的电压比率和″√(R₂/R₁)"的比率（或差）来确定，以及该比率可以认为是效率。在这种情况下，当该比率接近1（或者，当差接近0）时，负载电阻值接近最佳效率。

此外，获得“V₁”和“V₂”的比率（或差）的范围可以划分成多个范围，为每个划分的范围给出表示效率高低的标签。可以识别出估计器12计算出的“V₁”和“V₂”比率（或差值）所属的范围，识别出的该范围上的标签可以认为就是效率。

类似的，上述电压比和″√(R₂/R₁)"的比率（或差值）的范围可以划分成多个子范围，对于每个子范围设定标签来表示效率优度（goodness）。可以识别出估计器12计算出的电压比率和″√(R₂/R₁)″的比率（或差）所属的范围，以及赋予该识别的范围的标签可认为是效率。

在图1的示例中，已经利用端子1的电压和端子2的电压估计出传输效率；然而，如图2所示，可以利用跨电容器1的电压和跨电容器2的电压来估计传输效率。在这种情况下，控制装置11中的检测器1和检测器2分别检测出跨电容器1的电压和跨电容器2的电压。估计器12利用跨电容器1的电压和跨电容器2的电压估计出传输效率。注意到，在图2中省略了对控制装置的说明。

在该示例中，可以通过下面的等式来表示传输效率。

V_{2} = V_{1} \frac{jk \sqrt{L_{1} L_{2}} Q_{2}}{L_{1} \sqrt{k^{2} Q_{1} Q_{2} + 1} + L_{1}} - - - (6)

“V₁”和“V₂”分别是跨电容器1的电压和跨电容器2的电压。当取绝对值并且进行近似化时，得到以下等式。

| V_{2} | \approx | V_{1} | \frac{L_{1}}{L_{2}} \sqrt{\frac{L_{1} Q_{2}}{L_{2} Q_{1}}} - - - (7)

\approx | V_{1} | \frac{L_{1}}{L_{2}} \sqrt{\frac{R_{1}}{R_{2}}} - - - (8)

“V₁”和“V₂”的比率变成依赖于电感比率和寄生电阻比率来确定的值。也就是说，通过将电容器1和2的电压比率与依赖于电感比率和寄生电阻比率确定的预定值（阈值）进行比较，可以确定出当前所连负载32的电阻和具有最佳效率的负载电阻值之间的接近度。具体执行的估计方法和利用端子1的电压和端子2的电压的上述情形类似。

在图2的实例中，已经利用跨电容器1的电压和跨电容器2的电压估计出传输效率；然而，如图3所示，可以利用跨线圈1的电压和跨线圈2的电压来估计传输效率。在这种情况下，控制装置11中的检测器1和检测器2分别检测出跨线圈1的电压和跨线圈2的电压。注意到，在图3中省略了对控制装置的说明。估计器12利用跨线圈1的电压和跨线圈2的电压估计出传输效率。

在该示例中，可以通过下面的等式来表示传输效率。

V_{2} = V_{1} \frac{jk L_{1} \sqrt{L_{1} L_{2}} Q_{2}}{{L_{2}}^{2} \sqrt{k^{2} Q_{1} Q_{2} + 1} + {L_{2}}^{2}} - - - (9)

“V₁”和“V₂”分别是跨线圈1的电压和跨线圈2的电压。当取绝对值并且进行近似化时，得到以下等式。

| V_{2} | \approx | V_{1} | \sqrt{\frac{L_{2} Q_{2}}{L_{1} Q_{1}}} - - - (10)

\approx | V_{1} | \frac{L_{2}}{L_{1}} \sqrt{\frac{R_{1}}{R_{2}}} - - - (11)

也就是说，在这种情况下，“V₁”和“V₂”的比率变成依赖于电感比率和寄生电阻比来确定的值。也就是说，通过将线圈1和2的电压比与依赖于电感比率和寄生电阻比率确定的预定值（阈值）进行比较，可以确定出当前所连负载32的电阻和具有最佳效率的负载电阻值之间的接近度。执行的具体估计方法和利用上述端子1的电压和端子2的电压的情形类似。

在图1至3所示实例中，利用端子1的电压和端子2的电压来估计传输效率，而可选地，如图4所示，利用流过电容器1和2的电流来估计传输效率。在这种情况下，在控制装置11中，检测器1检测出流过电容器1的电流，检测器2检测出流过电容器2的电流。估计器12利用流过电容器1的电流和流过电容器2的电流估计出传输效率。注意到，图4中省略了对控制装置的说明。

在该实例中，可以通过下面的等式来表示传输效率。

I_{2} = I_{1} \frac{jk \sqrt{L_{1} L_{2}} Q_{2}}{L_{2} \sqrt{k^{2} Q_{1} Q_{2} + 1} + L_{2}} - - - (12)

“I₁”和“I₂”分别是流过电容器1的电流和流过电容器2的电流。当进程近似化处理时，得到以下等式。

| I_{2} | \approx | I_{1} | \sqrt{\frac{L_{1}}{L_{2}}} \sqrt{\frac{Q_{2}}{Q_{1}}} - - - (13)

\approx | I_{1} | \sqrt{\frac{R_{1}}{R_{2}}} - - - (14)

电流比率变成依赖于“R₁”和“R₂”的比率来确定的值，也就是说，通过将流过电容器1的电流和流过电容器2的电流的比率与依赖于“R₁”和“R₂”的比率确定的预定值（阈值）进行比较，可以确定出当前连接的负载32的电阻和具有最佳效率的负载电阻值之间的接近度。执行的具体估计方法和利用端子1的电压和端子2的电压的上述情形类似。

在图1至4的实例中，上面描述了电容器1和电容器2分别串联到线圈1和线圈2的情况；然而，如图5所示，电容器1和电容器2分别并联到线圈1和线圈2。注意到，图5中省略了对控制装置的说明。

此时，当包括电容器2和线圈2的LC谐振电路的谐振频率良好接近从AC功率源22输出的电功率的频率时，连接具有最佳效率的电阻值的负载电阻32时的端子1的电压和端子2的电压的关系参见以下等式（15）。

注意到，在图5的结构中，当满足“K²<<1”的情况下，具有最佳效率的电容器2的值基本与包括电容器2和线圈2的LC谐振电路与AC功率源22输出的电功率频率发生谐振时电容器2的值一致。因此，下面仅仅是包括电容器2和线圈2的LC谐振电路与AC功率源22输出的电功率频率发生谐振情况下的等式。

V_{2} = V_{1} \frac{k_{2} \sqrt{L_{1} L_{2}} Q_{1} Q_{2} \sqrt{\frac{{Q_{2}}^{2} + k^{2} Q_{1} Q_{2} + 1}{k^{2} Q_{1} Q_{2} + 1}}}{(k^{2} L_{1} Q_{1} Q_{2} + j L_{1} Q_{1} + L_{1}) \sqrt{\frac{{Q_{2}}^{2} + k^{2} Q_{1} Q_{2} + 1}{k^{2} Q_{1} Q_{2} + 1}} + ((j - {jk}^{2}) L_{1} Q_{1} + L_{1}) Q_{2} + L_{1} Q_{1} - {jL}_{1}} - - - (15)

这里，“V₁”和“V₂”分别是端子1的电压和端子2的电压。在耦合系数“K”满足“K²<<1”、“Q₁”和“Q₂”具有基本相同大小的情况下，当对等式两边取绝对值时，可以近似化处理为以下等式。

| V_{2} | \approx | V_{1} | \frac{\sqrt{L_{2}} \sqrt{Q_{2}}}{(\sqrt{L_{1}} \sqrt{Q_{1}})} - - - (16)

\approx | V_{1} | \frac{L_{2}}{L_{1}} \sqrt{\frac{R_{1}}{R_{2}}} - - - (17)

也就是说，利用电感比率和寄生电阻比率可以近似“V₁”和“V₂”的关系。也就是说，通过将端子1和端子2的电压比率与依赖于电感比率和寄生电阻比率确定的预定值（阈值）进行比较，可以确定出当前连接的负载32的电阻和具有最佳效率的负载电阻值之间的接近度。执行的具体估计方法和利用端子1的电压和端子2的电压的上述情形类似。

此外，在图5的配置中，可以利用流过线圈1的电流和流过线圈2的电流估计出传输效率。

此时，当负载电阻值具有最佳效率时流过线圈1的电流和流过线圈2的电流可以通过以下等式得到。

I_{2} = I_{1} \frac{k \sqrt{L_{1}} Q_{2} (j \sqrt{k^{2} Q_{1} Q_{2} + 1} \sqrt{{Q_{2}}^{2} + k^{2} Q_{1} Q_{2} + 1} + k^{2} Q_{1} Q_{2} + 1)}{\sqrt{L_{2}} (- \sqrt{k^{2} Q_{1} Q_{2} + 1} \sqrt{{Q_{2}}^{2} + k^{2} Q_{1} Q_{2} + 1} - k^{2} Q_{1} {Q_{2}}^{2} + j (k^{2} Q_{1} Q_{2} + 1) - Q_{2})} - - - (18)

“I₁”和“I₂”分别是流过线圈1的电流和流过线圈2的电流。通过如上所述相同的方式，当近似化处理时，得到以下等式。

| I_{2} | \approx | I_{1} | \sqrt{\frac{R_{1}}{R_{2}}} - - - (19)

电流比率也可以通过基于寄生电阻“R₁”和“R₂”的比率的关系式来近似化处理。也就是说，通过将流过线圈1的电流和流过线圈2的电流与依赖于寄生电阻“R₁”和“R₂”的比率确定的预定值（阈值）进行比较，可以确定出当前连接的负载32的电阻和具有最佳效率的负载电阻值之间的接近度。执行的具体估计方法和上述方法类似。

类似的，通过基于“R₁”和“R₂”的比率的关系式，可以近似图5中的流过电容器1的电流和流过电容器2的电流的关系。这里省略了近似化处理的详细说明，因为通过上述说明可以清楚获悉。

作为与图1和5的配置不同的配置，在线圈1和线圈2中的一个中可以串联电容器，以及在线圈1和线圈2中的另一个并联电容器。无论哪种情况，以相同方式通过利用电感值和寄生电阻值的比率的关系式，可以近似当连接具有最大效率的电阻值的负载时功率传输侧电压或电流和功率接收侧电压或电流之间的关系。

图6示出一个配置实例，其中DC功率源和DC-AC转换器设置在功率传输侧，AC-DC转换器设置在功率接收侧。图1中的功率传输侧的AC功率源由DC功率源41替代，同时增加了DC-AC转换器51。在功率接收侧增加了AC-DC转换器61。相同的参考标记被赋予具有与图1的部件相同名称的部件，其它冗余说明在此省略。

在图6的结构中，DC-AC转换器51中的输入电压或电流和AC-DC转换器61中的输出电压或电流可以用作效率估计所用电压或电流。在这种情况下，阈值为根据DC-AC转换器和AC-DC转换器的转换比率从图1至5中所示配置中使用的阈值转换得到的阈值。

检测器1检测DC-AC转换器51中的输入电压或电流，以及检测器2检测AC-DC转换器61中的输出电压或电流。如上参照图1和5所述，估计器12利用检测器1检测的电压或电流和检测器2检测的电压或电流估计出传输功率。注意到，DC-AC转换器51可以由例如逆变器构成，而AC-DC转换器61例如由整流器构成。

在图6的结构中，通过检测DC电压或DC电流，可以更简单地实现实施例。

如上所述，根据本实施例，可以利用简单结构估计出功率传输效率。

【第二实施例】

图7示出根据第二实施例的无线功率传输设备，它包括控制装置。控制装置81通过延展图1的控制装置的功能而形成，该控制装置81包括根据估计的效率自动调节负载32的负载电阻的功能。

控制装置81利用端子1中检测的电压、端子2中检测的电压和预定值，调节负载32的负载电阻值以变为更加接近最佳传输效率。

下面详细说明根据第二实施例的操作。

控制装置81控制负载电阻，以使得端子1和2的电压比率更加接近或者与预定值（阈值）一致。例如，当预定值（阈值）是1时，控制装置81控制负载电阻，以使得所述电压比率与1一致。可选地，当预定值（阈值）是1时，控制装置81可以控制电压差与0一致，以替代控制电压比率与1一致。要控制的方向基于电压比是率大于还是小于预定值（阈值）而确定。例如，这样便足够，当电压比率“V₁/V₂”大于预定值（阈值）时，控制装置81增大负载电阻值，而当电压比率“V₁/V₂”小于预定值（阈值）时，控制装置81减小负载电阻值。作为控制负载电阻的实例，当负载32是包括DC-DC转换器的负载单元时，DC-DC转换器的电压转换比率的改变被包括。这仅仅只是实例，本实施例不限于此。

如上所述已经说明了图1所示配置控制装置的操作，类似的，在图2至5所示配置的情况下，可以基于检测的电压或检测的电流，利用预定值（阈值）来执行负载电阻控制。

图8示出通过图7所示控制装置81执行的负载电阻调节的操作流程的示例图。

控制装置81计算端子1中的电压和端子2中的电压的比率（步骤S11），然后检查该电压比率和预定值（阈值）之间的差的绝对值是否等于阈值（参考值）或更高（步骤S12）。当差小于参考值时，控制装置81确定获取合适传输效率，然后终止该过程。另一方面，当差等于或高于参考值时，控制装置81比较所述电压比率和预定值（阈值）之间的大小关系（步骤S13）；当电压比率更大时，控制装置81控制负载电阻增大（步骤S14）；当预定值更大时，控制装置81控制负载电阻减小（步骤S15）。

注意到，图8中在步骤S14中增大负载电阻和在步骤S15中减小负载电阻值的顺序可以依赖于配置而颠倒。

作为控制装置81的特定配置实例，可以采用图9所示的反馈配置。电压比率计算单元（估计器、检测器1、检测器2）82计算出端子1中电压和端子2中电压的比率，放大器（控制器）83放大电压比率和预定值（阈值）之间的差，然后将放大的差输加到负载32。根据该放大信号来控制负载32的负载电阻。

在本实施例中，已经说明了这样的实例，其中通过调节负载32的负载电阻值来控制电压比率以更加接近预定值或与预定值一致；可选地，通过调节电感或耦合系数，可以执行另一种方法来控制电压比更加接近或与预定值一致。

例如，作为电感的改变，可以改变线圈中或线圈周围的磁性材料的设置（包括增加和去除磁性材料）。包含在功率传输单元和功率接收单元之一或两者中的线圈是设计目标。

此外，作为耦合系数的改变，可以改变功率传输单元和功率接收单元中线圈之间的相对位置。可选地，和电感的改变类似，可以进行线圈中或线圈周围的磁性材料的设置的改变（包括增加和去除磁性材料）。

如上所述，在第二实施例中，可以将负载（阻抗）调节到更加接近具有最佳效率的负载电阻值的值。此外，可以将电感或耦合系数调节到更加接近具有最佳效率的负载电阻值的值。

【第三实施例】

图10示出根据第三实施例的无线功率传输设备。在功率接收侧增加负载功率控制器33，并且延展控制装置81的功能。相同的参考标记被赋予具有与图9的部件相同名称的部件。

负载功率控制器33包括将供给到负载32的电功率调节为恒定值的功能。负载32例如由DC-DC转换器和消耗或存储电功率的装置等等来实现，以及负载功率控制器33控制负载32的负载电阻（阻抗），以使得功率消耗或存储装置处于恒定电压、恒定电流、恒定电功率等等。

控制装置81调节功率传输侧的AC功率源22，以使得端子1和端子2的电压比率变成预定值（阈值）（也就是，获得最佳传输效率）。AC功率源的调节可以通过改变AC波形来实现。作为波形的改变，例如，包括电压幅值、占空比、相位（多相逆变器中多个相位之间的相位关系）等等的改变。

在第三实施例中，可以实现具有高传输效率的功率传输，同时负载32的电功率保持在恒定值。

图11示出根据第三实施例的无线功率传输设备的另一个配置实例。在图11中，控制装置和负载功率控制器的功能从图10中的功能部分改变。相同的参考标记被赋予具有与图10的部件相同名称的部件。

在图11的配置中，负载功率控制器33调节AC功率源22，以使得负载32的电功率保持在恒定值。控制装置81调节负载32的负载电阻，以使得端子1和端子2的电压比率变成预定值（阈值）。这也使得可以实现具有高传输效率的功率传输，同时促使负载32的电功率成为恒定值。

虽然已经说明了若干实施例，但是这些实施例都仅是示例性的，并且不用于限制本发明的范围。实际上，这里所述的新颖实施例可以实现为多种其它形式；而且，可以对这里所述的实施例进行形式上的多种省略、替换和改变而不会脱离本发明的本质。所附的权利要求及其等价物用于覆盖落入本发明的范围和本质之内的所有这些形式或变型。

Claims

1.一种控制装置，所述控制装置估计功率传输单元和功率接收单元之间的功率传输效率，所述功率传输单元包括第一线圈和并联或串联到所述第一线圈的第一电容器，以及所述功率接收单元包括第二线圈和并联或串联到所述第二线圈的第二电容器，所述功率接收单元通过所述第一线圈和所述第二线圈之间的耦合从所述功率传输单元接收电功率，所述控制装置包括：

估计器，被配置为比较在所述功率传输单元中第一位置处的第一电压或第一电流的检测值和在所述功率接收单元中第二位置处的第二电压或第二电流的检测值，并基于比较结果估计从所述功率传输单元到所述功率接收单元的功率传输效率。

2.根据权利要求1所述的控制装置，其中

所述估计器计算所述第一电压和所述第二电压的电压比率或者所述第一电流和所述第二电流的电流比率，并基于所述电压比率或所述电流比率估计所述功率传输效率。

3.根据权利要求2所述的控制装置，其中

所述估计器通过比较所述电压比率或所述电流比率与阈值而估计所述功率传输效率。

4.根据权利要求3所述的控制装置，其中

所述阈值是：

依赖于所述第一线圈的寄生电阻和所述第二线圈的寄生电阻的比率的值；

依赖于所述第一线圈的电感和所述第二线圈的电感的比率的值；或者

依赖于所述第一线圈的所述寄生电阻和所述第二线圈的所述寄生电阻的比率和所述第一线圈的所述电感和所述第二线圈的所述电感的比率二者的值。

5.根据权利要求1所述的控制装置，其中

所述第一电压是所述第一电容器的端子中的不同于连接到所述第一线圈的端子的端子的电压、所述第一线圈的端子中的不同于连接到所述第一电容器的端子的端子的电压、所述第一电容器的电压或者所述第一线圈的电压，

所述第一电流是流过所述第一电容器的电流或者流过所述第一线圈的电流，

所述第二电压是所述第二电容器的端子中的不同于连接到所述第二线圈的端子的端子的电压、所述第二线圈的端子中的不同于连接到所述第二电容器的端子的端子的电压、所述第二电容器的电压或者所述第二线圈的电压，以及

所述第二电流是流过所述第二电容器的电流或者流过所述第二线圈的电流。

6.根据权利要求1所述的控制装置，其中

所述功率传输单元包括产生DC功率信号的DC功率源，以及对所述DC功率信号执行DC-AC转换并且将转换后的功率信号提供给所述第一电容器和所述第一线圈的DC-AC转换器，

所述功率接收单元包括对从所述功率传输单元接收的功率信号执行AC-DC转换的AC-DC转换器，

所述第一电压或所述第一电流分别是所述DC-AC转换器的输入电压或输入电流，以及

所述第二电压或所述第二电流分别是所述AC-DC转换器的输出电压或输出电流。

7.根据权利要求3所述的控制装置，其中

调节所述功率接收单元中的负载的阻抗，以使得所述电压比率或所述电流比率更加接近所述阈值。

8.根据权利要求3所述的控制装置，其中

调节所述第一线圈和所述第二线圈中至少一个线圈的电感，以使得所述电压比率或所述电流比率更加接近所述阈值。

9.根据权利要求3所述的控制装置，其中

调节所述第一线圈和所述第二线圈之间的耦合系数，以使得所述电压比率或所述电流比率更加接近所述阈值。

10.一种无线功率传输设备，包括：

功率接收单元，其包括线圈和并联或串联连接到所述线圈的电容器，通过所述线圈从功率传输单元接收电功率，以及

控制装置，其包括估计器，所述估计器将所述功率传输单元中第一位置处的第一电压或第一电流的检测值与所述功率接收单元中第二位置处的第二电压或第二电流的检测值进行比较，并基于比较结果估计从所述功率传输单元到所述功率接收单元的功率传输效率。

11.根据权利要求10所述的无线功率传输设备，其中

所述功率接收单元包括负载，所述负载使用从所述功率传输单元接收的电功率，

所述估计器计算所述第一电压和所述第二电压的电压比率或者所述第一电流和所述第二电流的电流比率，

所述控制装置改变所述功率传输单元中的AC功率源产生的功率信号波形，以使得所述电压比率或所述电流比率更加接近阈值，以及

所述功率接收单元包括负载功率控制器，其控制所述负载的阻抗，以使得所述负载的电功率保持恒定。

12.根据权利要求10所述的无线功率传输设备，其中

所述控制装置控制所述负载的阻抗，以使得所述电压比率或所述电流比率更加接近阈值，以及

所述功率接收单元包括负载功率控制器，其改变由所述AC功率源产生的功率信号波形，以使得所述负载的电功率保持恒定。

13.一种功率传输效率估计方法，包括：

检测功率传输单元中第一位置处的第一电压或第一电流，所述功率传输单元包括第一线圈和并联或串联到所述第一线圈的第一电容器；

检测功率接收单元中第二位置处的第二电压或第二电流，所述功率接收单元包括第二线圈和并联或串联到所述第二线圈的第二电容器并通过所述第一线圈和所述第二线圈之间的耦合从所述功率传输单元接收电功率；以及

比较所述第一电压和所述第二电压或比较所述第一电流和所述第二电流，并基于比较结果估计从所述功率传输单元到所述功率接收单元的功率传输效率。