CN103370850A - 无线电力供给系统 - Google Patents

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CN103370850A CN2012800076103A CN201280007610A CN103370850A CN 103370850 A CN103370850 A CN 103370850A CN 2012800076103 A CN2012800076103 A CN 2012800076103A CN 201280007610 A CN201280007610 A CN 201280007610A CN 103370850 A CN103370850 A CN 103370850A
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Abstract

本发明目的是提供一种站在与以往完全不同的观点的利用磁场谐振状态的无线电力供给系统，在无线电力供给系统(101)中，将通过使供电共振器(102)和受电共振器(103)共振而以磁场能方式输送的电力为规定的有效电力以上的供电共振器(102)与受电共振器(103)的位置关系(距离C)作为电力供给范围F。通过这样，能够仅对保持了上述位置关系的电力供给范围F输送规定的有效电力。另一方面，在受电共振器(103)偏离了该电力供给范围F的情况下不输送电力。

Description

无线电力供给系统
技术领域
本发明涉及通过创造出磁场谐振状态来以非接触方式输送电力的无线电力供给系统。
背景技术
以往，作为无线方式的电力供给技术，已知利用电磁感应的技术、利用电波的技术。除此之外，近年来提出了一种利用磁场谐振状态的无线电力供给技术。
利用该磁场谐振状态(也叫做磁谐振、磁场谐振、磁场共振)的电力供给技术是使磁场在共振的两个共振器之间耦合由此能够输送能量(电力)的技术。根据利用这种磁场谐振状态的无线电力供给技术，与利用电磁感应的无线电力供给技术相比，能够延长能量(电力)的输送距离。
例如，在专利文献1中公开了如下一种无线电力供给系统：即使在送电共振线圈与受电共振线圈之间的距离发生变动的情况下，也能够通过变更送电共振线圈的共振频率和受电共振线圈的共振频率，来逐次变更送电共振线圈与受电共振线圈之间的耦合强度以维持谐振状态，由此防止从送电装置向受电装置的电力的送电效率的降低。另外，在专利文献2中公开了如下一种无线电力装置：通过使送电线圈与受电线圈的耦合强度变化，能够提高装置整体的送电效率。并且，在专利文献3中公开了如下一种供电系统：在供电线圈与受电线圈之间设置供电侧谐振线圈和受电侧谐振线圈来以非接触方式供给电力的供电系统中，即使供电侧谐振线圈与受电侧谐振线圈的距离发生变化也能够维持或者提高电力供给效率。
专利文献1：日本特开2010-239769
专利文献2：日本特开2010-239777
专利文献3：日本特开2010-124522
发明内容
发明要解决的问题
这样，近年来，还如各文献1～3所公开那样，利用磁场谐振状态的无线电力供给技术受到关注，利用该磁场谐振状态的更进步的电力供给系统也备受期待。
因此，本发明的目的在于提供一种站在与以往完全不同的观点上的利用磁场谐振状态的无线电力供给系统。
用于解决问题的方案
用于解决上述问题的发明之一是一种无线电力供给系统，其特征在于，将通过使供电共振器和受电共振器共振而以磁场能方式输送的电力为规定的有效电力以上的上述供电共振器与上述受电共振器的位置关系作为电力供给范围。
根据上述结构，设定供电共振器与受电共振器的位置关系，使得通过使供电共振器和受电共振器共振而以磁场能方式输送的电力为规定的有效电力以上，由此仅在供电共振器和受电共振器处于上述位置关系时能够作为电力供给范围输送规定的有效电力。
另外，用于解决上述问题的发明之一是一种无线电力供给系统，其特征在于，具备：电力供给部，其供给电力；供电共振器，其将从上述电力供给部供给的上述电力以磁场能方式进行输送；受电共振器，其具有与上述供电共振器相同的共振频率，将从上述供电共振器输送来的上述磁场能作为电力来接收；以及电力接收部，其输出由上述受电共振器接收到的上述电力，当该电力为规定的有效电力以上时进行动作，其中，上述供电共振器与上述受电共振器的位置关系被设定为，在上述共振频率的频带中使输出到上述电力接收部的电力相对于供给到上述供电共振器的电力的比率为上述有效电力以上。
根据上述结构，使供电共振器和受电共振器以共振频率进行同步，并在供电共振器与受电共振器之间创造出磁场谐振状态，由此能够将从电力供给部供给的电力以磁场能的方式从供电共振器无线地输送到受电共振器。而且，电力接收部能够在所输送的该电力为规定的有效电力以上时进行动作。
而且，设定供电共振器与受电共振器的位置关系，使得在共振频率的频带中，输出到电力接收部的电力相对于供给到供电共振器的电力的比率为有效电力以上，由此在该位置关系中受电共振器能够高效地接收有效电力。另一方面，在受电共振器被放置在偏离了该位置关系的位置的情况下，受电共振器的受电效率降低而不能接收规定的有效电力。通过这样，仅当供电共振器和受电共振器被置于上述位置关系时，才将电力接收部进行动作所需的有效电力输出到该电力接收部。
另外，用于解决上述问题的发明之一的特征在于，在上述无线电力供给系统中，上述供电共振器具有供电共振线圈以及与上述电力供给部相连接的供电线圈，上述受电共振器具有受电共振线圈以及与上述电力接收部相连接的受电线圈。
根据上述结构，在供电线圈与供电共振线圈之间，不创造出磁场谐振状态而通过使用电磁感应就能够从供电线圈向供电共振线圈输送电力。另外，同样地，在受电共振线圈与受电线圈之间，不创造出磁场谐振状态而通过使用电磁感应就能够从受电共振线圈向受电线圈输送电力。由此，供电线圈与供电共振线圈之间以及受电共振线圈与受电线圈之间不需要在共振频率处同步，因此能够实现设计的简单化。
另外，用于解决上述问题的发明之一的特征在于，在上述无线电力供给系统中，能够自由地设定上述供电线圈与上述供电共振线圈之间的第一距离以及上述受电共振线圈与上述受电线圈之间的第二距离中的至少一个。
根据上述结构，将供电线圈与供电共振线圈之间的第一距离以及受电共振线圈与受电线圈之间的第二距离中的至少一个设定为期望的值，由此在共振频率的频带中，能够自由地设定输出到电力接收部的电力相对于供给到供电共振线圈的电力的比率为有效电力以上的位置。
另外，用于解决上述问题的发明之一是一种无线电力供给方法，其特征在于，将通过使供电共振器和受电共振器共振而以磁场能方式输送的电力为规定的有效电力以上的上述供电共振器与上述受电共振器的位置关系作为电力供给范围。
根据上述方法，设定供电共振器与受电共振器的位置关系，使得通过使供电共振器和受电共振器共振而以磁场能方式输送的电力为规定的有效电力以上，由此仅在供电共振器和受电共振器被置于上述位置关系时，能够作为电力供给范围输送规定的有效电力。
发明的效果
能够提供一种站在与以往完全不同的观点的利用磁场谐振状态的无线电力供给系统。
附图说明
图1是本发明所涉及的无线电力供给系统的说明图。
图2是实施例1所涉及的无线电力供给系统的概要结构图。
图3是示出使供电共振线圈与受电共振线圈之间的距离C变动时的插入损失的测量结果的图。
图4是通过蓝色LED的发光状况来说明使供电共振线圈与受电共振线圈之间的距离C变动时的送电效率的说明图。
图5是实施方式1所涉及的无线电力供给系统的说明图。
图6是实施例2所涉及的无线电力供给系统的概要结构图。
图7是关于在改变供电线圈与供电共振线圈之间的距离A以及受电共振线圈与受电线圈之间的距离B的情况下送电效率为最大的距离C进行说明的说明图。
图8是实施方式2所涉及的无线电力供给系统的说明图。
图9是实施方式3所涉及的无线电力供给系统的说明图
具体实施方式
首先，下面基于图1对本发明所涉及的无线电力供给系统以及无线电力供给方法的概要进行说明。
关于本发明所涉及的无线电力供给系统101，如图1所示，将通过使供电共振器102和受电共振器103共振而以磁场能方式输送的电力成为规定的有效电力以上的上述供电共振器102与上述受电共振器103的位置关系(距离C)作为电力供给范围F。
在此，所谓供电共振器102和受电共振器103，例如在使用了线圈的共振器中能够列举出螺旋型、螺线管型、环型等线圈。所谓共振是指供电共振器102和受电共振器103以共振频率进行同步(例如，通过从交流电源106输出与供电共振器102和受电共振器103所具有的共振频率相同的频率的电力来实现)。所谓规定的有效电力是指受电共振器103侧所需的电力，是根据期望的电力而设定的值(例如是使电力接收部109可动所需的电力)。所谓供电共振器102与受电共振器103的位置关系，是指使用于供电共振器102的线圈的线圈面与用于受电共振器103的线圈的线圈面以彼此不正交的方式相向配置时的线圈面之间的直线距离(在图1中用距离C表示)。所谓电力供给范围F是指输送规定的有效电力以上的电力的范围(在图1中是距离C满足Y～Y’的范围)。
由此，将供电共振器102与受电共振器103的位置关系设定为通过使供电共振器102和受电共振器103共振而以磁场能方式输送的电力为规定的有效电力以上，由此能够仅对保持上述位置关系的电力供给范围F输送规定的有效电力。另一方面，在受电共振器103偏离该电力供给范围F的情况下不输送电力。
(实施例1)
接着，对以简单的结构实现上述说明的无线电力供给系统101的无线电力供给系统1进行说明。图2所示的无线电力供给系统1是包括供电共振器2和受电共振器3的系统，将电力以磁场能方式从供电共振器2输送到受电共振器3。如图2所示，供电共振器2的内部具有供电线圈4和供电共振线圈5。而且，供电线圈4与交流电源6(电力供给部)相连接。另外，受电共振器3的内部具有受电线圈7和受电共振线圈8。而且，受电线圈7与蓝色LED9(电力接收部)相连接。
交流电源6以与供电共振线圈5和受电共振线圈8的共振频率相同的频率即16MHz来输出电力。因此，供电共振线圈5和受电共振线圈8在共振频率16MHz处共振。此外，在本实施方式中，从交流电源6输出0.5W的电力。
蓝色LED9是主要以氮化镓为材料的发出蓝色光的二极管。在输入了发光所需的有效电力即0.35W以上的电力的情况下，该蓝色LED9发出蓝色光。另一方面，该蓝色LED9构成为在输入了比有效电力0.35W少的电力的情况下不发光。
供电线圈4发挥以下作用：通过电磁感应将从交流电源6得到的电力供给到供电共振线圈5。该供电线圈4由将一边为2mm的方形类型的铜线材料(附有绝缘覆膜)盘绕一圈而得到的线圈直径为80mmφ的线圈形成。
这样，经由供电线圈4，通过电磁感应向供电共振线圈5输送电力，由此不需要将供电共振线圈5与其它电路电连接，就能够任意且高精度地设计供电共振线圈5。
受电线圈7发挥以下作用：通过电磁感应将从供电共振线圈5以磁场能的形式输送到受电共振线圈8的电力输出到蓝色LED9。与供电线圈4同样地，该受电线圈7由将一边为2mm的方形类型的铜线材料(附有绝缘覆膜)盘绕一圈而得到的线圈直径为80mmφ的线圈形成。
而且，在磁场谐振状态下被输送到受电共振线圈8的电力通过电磁感应将能量从受电共振线圈8移动到受电线圈7。受电线圈7与蓝色LED9电连接，通过电磁感应移动到受电线圈7的能量作为电力被输出到蓝色LED9。
这样，经由受电线圈7，通过电磁感应从受电共振线圈8向蓝色LED9输送电力，由此不需要将受电共振线圈8与其它电路电连接，就能够任意且高精度地设计受电共振线圈8。
如图2所示，供电共振线圈5和受电共振线圈8分别为LC共振电路，起到创造出磁场谐振状态的作用。此外，在本实施方式中，通过元件来实现LC共振电路的电容器成分，但也可以打开线圈的两端，通过寄生电容来实现LC共振电路的电容器成分。在该LC共振电路中，当将电感设为L、将电容器容量设为C时，以(式1)决定的f为共振频率。
f = 1 / ( 2 π ( LC ) ) ···(式1)
另外，供电共振线圈5和受电共振线圈8二者都由将一边为2mm的方形类型的铜线材料(附有绝缘覆膜)盘绕三圈而得到的线圈内径为100mmφ、线圈外直径为124mmφ的线圈形成。另外，关于供电共振线圈5和受电共振线圈8，需要使以(式1)决定的共振频率f相同，因此将共振频率设为16MHz。此外，为了使共振频率相同，不一定需要是相同的形状。
而且，在本实施方式中，如图2所示，在将供电线圈4的内径与供电共振线圈5的内径之间的距离设为10mm之后在同一平面基板上印刷配置，来作为供电共振器2，但供电线圈4与供电共振线圈5的配置是能够产生电磁感应的距离和配置即可。另外，同样地，在将受电线圈7的内径与受电共振线圈8的内径之间的距离设为10mm之后在同一平面基板上印刷配置，来作为受电共振器3，但受电线圈7与受电共振线圈8的配置是能够产生电磁感应的距离和配置即可。
如上所述，在将供电共振线圈5的共振频率和受电共振线圈8的共振频率设为同一值的情况下，能够在供电共振线圈5与受电共振线圈8之间创造出磁场谐振状态。当在供电共振线圈5共振的状态下创造出磁场谐振状态时，能够将电力以磁场能方式从供电共振线圈5输送到受电共振线圈8。
另外，将供电共振线圈5与受电共振线圈8之间的距离设为C，将供电共振器2的供电共振线圈5与受电共振器3的受电共振线圈8的位置关系配置为使供电共振线圈5与受电共振线圈8之间的距离C为100mm。
在此，对将供电共振线圈5与受电共振线圈8之间的距离C设为100mm的理由进行以下说明。首先，参照图3和图4，对在无线电力供给系统1中将供电线圈4和供电共振线圈5固定在同一基板上、将受电共振线圈8和受电线圈7固定在同一基板上之后，使供电共振线圈5与受电共振线圈8之间的距离C变动时的送电效率的变化进行说明。此外，当测量送电效率时，代替交流电源6而将网络分析器(Agilent Technologies股份有限公司制)的输出端子与供电线圈4相连接，代替蓝色LED9而将网络分析器的输入端子与受电线圈7相连接，在图3中，将横轴设为传送频率，将纵轴设为插入损失“S21”来进行测量。另外，在图4中，将曲线的横轴设为距离C，将纵轴设为送电效率来进行说明。
在此，所谓送电效率是指输出到电力接收部的电力相对于供给到供电共振器的电力的比率。即，是电力从供电共振器被输送到受电共振器时的能量传送效率。所谓插入损失“S21”，是表示从输出端子输入信号时通过输入端子的信号，以分贝表示，数值越大表示送电效率越高。即，插入损失“S21”越高，意味着输出到作为电力接收部的蓝色LED9的电力相对于供给到供电共振器2的电力的比率(送电效率)越高。
下面，参照图3和图4，对使供电共振线圈5与受电共振线圈8之间的距离C变动时的插入损失“S21”以及送电效率的测量结果进行说明。图3的(a)是设为距离C=37mm时的插入损失“S21”的测量结果。图3的(b)是设为距离C=50mm时的插入损失“S21”的测量结果。图3的(c)是设为距离C=70mm时的插入损失“S21”的测量结果。图3的(d)是设为距离C=100mm时的插入损失“S21”的测量结果。图3的(e)是设为距离C=150mm时的插入损失“S21”的测量结果。图3的(f)是设为距离C=200mm时的插入损失“S21”的测量结果。
在供电共振线圈5与受电共振线圈8之间的磁场谐振状态下，被传送的磁场能成为峰值的传送频率(送电效率最大时的传送频率)在共振频率附近(在本实施方式中为16MHz)。然而，如图3的(a)～(c)所示，当供电共振线圈5与受电共振线圈8之间的距离C某种程度上接近时(C=37mm、50mm、70mm)，确认为与“S21”的值为最大的传送频率处相分离，在共振频率附近“S21”的值变低。即，当供电共振线圈5与受电共振线圈8之间的距离C某种程度接近时，如图4所示可知在共振频率的频带中送电效率降低。
另一方面，如图3的(d)所示，当将供电共振线圈5与受电共振线圈8之间的距离C设定为100mm时(本实施方式)，在共振频率附近“S21”的值最大。即，当将供电共振线圈5与受电共振线圈8之间的距离C设定为100mm时，如图4所示可知在共振频率(16MHz)的频带中送电效率最大(送电效率74%)。
另外，如图3的(e)(f)所示，当供电共振线圈5与受电共振线圈8之间的距离C某种程度疏远时(C=150mm、200mm)，在“S21”的值最大的传送频率处虽不会看到分离，但在共振频率附近“S21”的值变低。即，当供电共振线圈5与受电共振线圈8之间的距离C某种程度疏远时，如图4所示可知在共振频率的频带中送电效率降低。
如上所述，之所以将供电共振线圈5与受电共振线圈8之间的距离C设定为100mm，是为了使送电效率变为最大，使得在共振频率(16MHz)的频带中能够在供电共振线圈5与受电共振线圈8之间充分地输送蓝色LED9发光所需的有效电力。
此外，在本实施例中，将距离C设定为100mm，但蓝色LED9发光所需的有效电力为0.35W，因此距离C只要是使送电效率为70%以上的距离即可。具体地说，如图4所示，如果将距离C设定为88mm～105mm之间，则在共振频率(16MHz)的频带中能够输送送电效率为70%以上、蓝色LED9发光所需的0.35W以上的有效电力。在此，将距离C为88mm～105mm之间称为能够输送蓝色LED9发光所需的0.35W以上的有效电力的电力供给范围。
(动作)
在以这种方式构成的无线电力供给系统1中，从交流电源6供给到供电线圈4的电力(0.5W)经由供电线圈4与供电共振线圈5之间的电磁感应，利用供电共振线圈5与受电共振线圈8之间的磁场谐振状态以送电效率74%被输送，之后经由受电共振线圈8与受电线圈7之间的电磁感应，以蓝色LED9发光所需的有效电力0.35W以上的值被输出。而且，获得有效电力的蓝色LED9发出蓝光。
接着，参照图4，利用蓝色LED9的发光状况(动作)进行比较来说明在无线电力供给系统1中使供电共振线圈5与受电共振线圈8之间的距离C变动时的送电效率的变化。
此外，在本实施例中，交流电源6以与供电共振线圈5和受电共振线圈8的共振频率相同的频率即16MHz来输出0.5W的电力。另外，从交流电源6输出的电力为0.5W，因此为了使有效电力0.35W以上的蓝色LED9发出蓝光，需要使送电效率为70%以上，在送电效率小于70%的情况下不发光。
(比较例1)
如图4的(a)所示，当将距离C设为20mm时，在共振频率(16MHz)的频带中，送电效率极低约为4%，蓝色LED9不发光。
(比较例2)
接着，如图4的(b)所示，当将距离C设为50mm时，在共振频率(16MHz)的频带中，送电效率约为39%，但没有达到蓝色LED9发光所需的有效电力，因此不发光。
(本实施例)
接着，如图4的(c)所示，当将距离C设为100mm时，在共振频率(16MHz)的频带中，送电效率升高到约为74%，达到了蓝色LED9发光所需的有效电力，因此蓝色LED9发光。
(比较例3)
接着，如图4的(d)所示，当将距离C设为150mm时，在共振频率(16MHz)的频带中，送电效率降低到约为27%，蓝色LED9不发光。
这样，参照图4的曲线图可知，在将距离C设定为88mm～105mm之间(电力供给范围)的情况下，在共振频率(16MHz)的频带中，送电效率为70%以上(有效电力0.35W以上)，蓝色LED9发光，在将距离C设定为除此以外的值的情况下，送电效率小于70%(小于有效电力0.35W)，蓝色LED9不发光。即可知如下内容：能够输送规定的有效电力以上的电力的范围即电力供给范围真实存在，由于存在该电力供给范围能够充分地实现本发明。
根据上述无线电力供给系统1(无线电力供给方法)，使供电共振器2和受电共振器3在共振频率16MHz处同步，在供电共振器2与受电共振器3之间创造出磁场谐振状态，由此能够将从交流电源6供给的电力(0.5W)作为磁场能以无线方式从供电共振器2向受电共振器3输送。而且，蓝色LED9构成为在输入了发光所需的有效电力即0.35W以上的电力的情况下发出蓝光，在输入了小于有效电力0.35W的电力的情况下不发光。
而且，将供电共振器2的供电共振线圈5与受电共振器3的受电共振线圈8之间的距离C设定为处于88mm～105mm之间的100mm，使得在共振频率16MHz的频带中，输出到蓝色LED9的电力相对于供给到供电共振器2的电力的比率(送电效率)为70%以上，即成为输出蓝色LED9发光所需的有效电力即0.35W以上的电力的状态。通过这样，在将距离C设定为大约88mm～大约105mm之间的情况下，受电共振器3能够接收0.35W以上的有效电力并对蓝色LED9输出有效电力以使其发光。另一方面，在距离C从88mm～105mm之间偏离出的情况下，受电共振器3所接收的电力的送电效率降低而无法接收蓝色LED9发光所需的有效电力。因此，仅当供电共振器2的供电共振线圈5与受电共振器3的受电共振线圈8的位置关系、即距离C被设定为88mm～105mm之间时，能够输出使蓝色LED9发光所需的有效电力而使蓝色LED9发光。
即，对供电共振器2的供电共振线圈5与受电共振器3的受电共振线圈8的位置关系进行配置，使得距离C被设定为88mm～105mm之间，由此通过使供电共振线圈5和受电共振线圈8共振，从而能够使以磁场能方式输送的电力为有效电力(0.35W)以上。因此，仅当供电共振器2和受电共振器3被置于上述位置关系时才能够作为电力供给范围而输送有效电力。
另外，根据上述结构，在供电线圈4与供电共振线圈5之间，不创造出磁场谐振状态而通过使用电磁感应就能够将电力从供电线圈4输送到供电共振线圈5。另外，同样地，在受电共振线圈8与受电线圈7之间，不创造出磁场谐振状态而通过使用电磁感应就能够将电力从受电共振线圈8输送到受电线圈7。由此，不需要使供电线圈4与供电共振线圈5之间以及受电共振线圈8与受电线圈7之间在共振频率处同步，因此实现了设计的简化。
(实施方式1)
作为具体例，将上述实施例1所说明的本发明所涉及的无线电力供给系统充当实施方式1所涉及的无线电力供给系统201并进行说明。
基于图1和图4所示的曲线图可知，在使供电共振器和受电共振器在共振频率处同步而使供电共振器与受电共振器之间处于磁场谐振状态的情况下，当对使供电共振器与受电共振器之间的距离发生变化时的送电效率进行测量时，描绘出具有峰值点的像山那样的线。即，当将供电共振器与受电共振器之间的距离配置在峰值点的位置时送电效率最大。另外可知，当供电共振器与受电共振器之间的距离比峰值点更接近时送电效率降低。另外可知，当供电共振器与受电共振器之间的距离比峰值点更远离时送电效率降低。在此，所谓送电效率是指从受电共振器输出的电力相对于供给到供电共振器的电力的比率。
而且，实施方式1所涉及的无线电力供给系统201是利用了以下情况的无线电力供给系统：在改变供电共振器与受电共振器的位置关系时送电效率发生变化。
(无线电力供给系统201的结构)
图5是实施方式1所涉及的无线电力供给系统201的说明图。图5所示的无线电力供给系统201由挂在办公室220的墙壁上的送电装置210和放在桌子221上的便携式电话212等受电装置构成。送电装置210具备交流电源206和供电共振器202，供电共振器202由与交流电源206相连接的供电线圈204和供电共振线圈205构成。另外，便携式电话212等受电装置具备电力接收部209和受电共振器203，受电共振器203由与电力接收部209相连接的受电线圈207和受电共振线圈208构成。此外，如图5所示，设为便携式电话212从与送电装置210相距距离X”并由人226携带的状态移动到与送电装置210相距距离X’而被放置在桌子221上的状态并进行说明。
供电线圈204发挥以下作：将从交流电源206获得的电力通过电磁感应供给到供电共振线圈205。在此，将供电线圈204与供电共振线圈205之间的距离设为A。此外，供电线圈204与供电共振线圈205的配置只要是能够产生电磁感应的距离和配置即可。
这样，经由供电线圈204，通过电磁感应向供电共振线圈205输送电力，由此不需要将供电共振线圈205与其它电路电连接，就能够任意且高精度地设计供电共振线圈205。
受电线圈207发挥以下作用：将从供电共振线圈205以磁场能方式输送到受电共振线圈208的电力通过电磁感应输出到电力接收部209。在此，将受电共振线圈208与受电线圈207之间的距离设为B。此外，受电线圈207与受电共振线圈208的配置只要是能够产生电磁感应的距离和配置即可。
而且，在磁场谐振状态下被输送到受电共振线圈208的电力将能量通过电磁感应从受电共振线圈208移动到受电线圈207。受电线圈207与电力接收部209电连接，通过电磁感应移动到受电线圈207的能量作为电力被输出到电力接收部209。
这样，经由受电线圈207，通过电磁感应从受电共振线圈208向电力接收部209输送电力，由此不需要将受电共振线圈208与其它电路电连接，就能够任意且高精度地设计受电共振线圈208。
供电共振线圈205和受电共振线圈208分别是LC共振电路，发挥着创造出磁场谐振状态的作用。此外，在本实施方式中，通过元件来实现LC共振电路的电容器成分，但也可以将线圈的两端打开来通过寄生电容实现LC共振电路的电容器成分。在该LC共振电路中，当将电感设为L、将电容器容量设为C时，以(式1)决定的f为共振频率。
另外，供电共振线圈205和受电共振线圈208需要使以(式1)决定的共振频率f相同。此外，为了使共振频率f相同，不一定需要是相同的形状。
如上所述，当将供电共振线圈205的共振频率和受电共振线圈208的共振频率设为同一值时，能够在供电共振线圈205与受电共振线圈208之间创造出磁场谐振状态。当在供电共振线圈205共振的状态下创造出磁场谐振状态时，能够将电力以磁场能的方式从供电共振线圈205输送到受电共振线圈208。
另外，将送电装置210的供电共振线圈205与便携式电话212的受电共振线圈208之间的距离设为C，如图5所示，人226所携带的便携式电话212(受电共振线圈208)位于与送电装置210(供电共振线圈205)相距距离X”的位置。而且，被移动到桌子221上的便携式电话212(受电共振线圈208)位于与送电装置210(供电共振线圈205)相距距离X’的位置。
交流电源206以与供电共振线圈205和受电共振线圈208的共振频率相同的频率输出电力。
电力接收部209具备：与受电线圈207相连接的整流电路、与整流电路相连接的充电控制装置以及与充电控制装置相连接的电池。电力接收部209发挥以下作用：将从受电线圈207输送来的电力经由整流电路和充电控制装置蓄积到电池。此外，作为电池，例如能够列举镍氢电池、锂离子电池以及其它二次电池。另外，充电控制装置发挥以下作用：进行控制使得在输入电池充电所需的有效电力时进行充电。因此，构成为在输入比有效电力少的电力时不对电池充电。此外，设为如果从受电共振器203输出的电力相对于供给到供电共振器202的电力的比率(送电效率)为70%以上，则输入电池充电所需的有效电力(参照图5)。
(动作)
在以这种方式构成的无线电力供给系统201中，从交流电源206供给的电力经由供电线圈204与供电共振线圈205之间的电磁感应、利用供电共振线圈205与受电共振线圈208之间的磁场谐振状态的送电、以及受电共振线圈208与受电线圈207之间的电磁感应，而被供给到便携式电话212的电力接收部209，该便携式电话212被放置在桌子221上以使送电装置210的供电共振线圈205与受电共振线圈208之间的距离C为X’。另一方面，在由人226携带以使送电装置210的供电共振线圈205与受电共振线圈208之间的距离C为X”的情况下，不对便携式电话212供给电力。
之所以能够对被这样放置在桌子221上的便携式电话212的电力接收部209的电池进行充电，是由于以能够在共振频率的频带中确保对便携式电话212的电池充电所需的有效电力的方式来将送电装置210的供电共振线圈205与受电共振线圈208之间的距离C设定为使送电效率为70%以上的距离X’。此外，在本实施方式中，设为距离C=X’，但距离C也可以是使送电效率为70%以上的距离。具体地说，如图5所示，如果距离C被设定在Y～Y’之间，则能够在共振频率的频带内送电效率为70%以上而输送对便携式电话的电池充电所需的有效电力。在此，将距离C为Y～Y’之间称为能够输送对电力接收部209的电池充电所需的有效电力的电力供给范围F。
另一方面，之所以在由人226携带便携式电话212的情况下不对便携式电话212的电力接收部209的电池进行充电，是由于送电装置210的供电共振线圈205与便携式电话212的受电共振线圈208之间的距离C被设定为不能在共振频率的频带中确保对便携式电话212的电力接收部209的电池充电所需的有效电力(小于送电效率70%)的距离X”。即，在如图5所示那样由人226携带便携式电话212的情况下，便携式电话212处于电力供给范围F以外，因此不能对便携式电话212的电池进行充电。
由此，能够设为在便携式电话212处于电力供给范围F以外的情况下不能进行充电，而在便携式电话212被拿进电力供给范围F内的情况下能够进行充电。即，仅在所限定的范围(电力供给范围F)内能够对便携式电话212的电池进行充电。
(无线电力供给方法)
当将此作为无线电力供给方法进行说明时，首先，设为送电装置210被固定在办公室220的墙壁上，将电力供给范围F设定为能够在共振频率的频带内确保对便携式电话212的电池充电所需的有效电力的送电效率为70%以上的距离Y～Y’的范围。而且，使便携式电话212在桌子221上移动，以使送电装置210的供电共振线圈205与便携式电话212的受电共振线圈208之间的距离C进入距离Y～Y’的范围(电力供给范围F)内。于是，从交流电源206供给的电力经由供电线圈204与供电共振线圈205之间的电磁感应、利用供电共振线圈205与受电共振线圈208之间的磁场谐振状态的送电、以及经由受电共振线圈208与受电线圈207之间的电磁感应，，从受电线圈207输送来的电力经由电力接收部209所具备的整流电路和充电控制装置作为电池的充电所需的有效电力被蓄积到电池中。
根据上述结构，仅在便携式电话212等受电装置被放置在图5所示的电力供给范围F的情况下，能够对电力接收部209所具备的电池进行充电。
(实施例2)
下面，参照图6和图7说明实施例2所涉及的无线电力供给系统301。
在此，参照图6和图7，对通过在无线电力供给系统301中改变供电线圈304与供电共振线圈305之间的距离A以及受电共振线圈308与受电线圈307之间的距离B中的至少一个，能够自由地设定送电效率最大的供电共振线圈305与受电共振线圈308之间的距离C的情况进行说明。
(无线电力供给系统301的结构)
图6所示的无线电力供给系统301是包括供电共振器302和受电共振器303的系统，将电力以磁场能的方式从供电共振器302输送到受电共振器303。如图6所示，供电共振器302在其内部具有供电线圈304和供电共振线圈305。另外，受电共振器303在其内部具有受电线圈307和受电共振线圈308。
供电线圈304和受电线圈307由将线径为1mmφ的圆形的铜线材料(附有绝缘覆膜)盘绕一圈而得到的线圈直径为100mmφ的线圈形成。而且，代替交流电源而将网络分析器340(Agilent Technologies股份有限公司制)的输出端子341与供电线圈304相连接，网络分析器的输入端子342与受电线圈307相连接。
网络分析器340能够以任意的频率将交流电力从输出端子341输出到供电线圈304。另外，网络分析器340能够对从受电线圈307输入到输入端子342的电力进行测量。并且，网络分析器340能够测量如图7所示的送电效率。
供电共振线圈305和受电共振线圈308分别是LC共振电路，供电共振线圈305和受电共振线圈308由将线径为1mmφ的圆形的铜线材料(附有绝缘覆膜)螺旋状地盘绕三圈而得到的线圈直径为100mmφ的线圈形成。另外，供电共振线圈305和受电共振线圈308需要使以(式1)决定的共振频率f相同，因此将共振频率设为15MHz。
另外，所谓供电线圈304与供电共振线圈305之间的距离A是指将供电线圈304的线圈面与供电共振线圈305的线圈面以彼此不正交的方式相向配置时的线圈面之间的直线距离。同样地，所谓受电共振线圈308与受电线圈307之间的距离B是指将受电线圈307的线圈面与受电共振线圈308的线圈面以彼此不正交的方式相向配置时的线圈面之间的直线距离。另外，所谓供电共振线圈305与受电共振线圈308之间的距离C是指将供电共振线圈305的线圈面与受电共振线圈308的线圈面以彼此不正交的方式相向配置时的线圈面之间的直线距离。
接着，参照图7针对使用上述无线电力供给系统301改变供电线圈304与供电共振线圈305之间的距离A以及受电共振线圈308与受电线圈307之间的距离B时的送电效率为最大的供电共振线圈305与受电共振线圈308之间的距离C由网络分析器340得到的测量结果进行说明。此外，在图7的曲线图中，将横轴设为距离C，将纵轴设为送电效率。
关于图7的曲线图所示的设计I的折线是在将供电线圈304与供电共振线圈305之间的距离A以及受电共振线圈308与受电线圈307之间的距离B均设定为1mm(A=B=1mm)的情况下，将使供电共振线圈305与受电共振线圈308之间的距离C变动时的送电效率标在图上而得到的。由此可知在距离C被设定为20mm的情况下送电效率最大。
接着，设计II的折线是在将供电线圈304与供电共振线圈305之间的距离A以及受电共振线圈308与受电线圈307之间的距离B均设定为7mm(A=B=7mm)的情况下，将使供电共振线圈305与受电共振线圈308之间的距离C变动时的送电效率标在图上而得到的。由此可知在距离C被设定为50mm的情况下送电效率最大。
接着，设计III的折线是在将供电线圈304与供电共振线圈305之间的距离A以及受电共振线圈308与受电线圈307之间的距离B均设定为17mm(A=B=17mm)的情况下，将使供电共振线圈305与受电共振线圈308之间的距离C变动时的送电效率标在图上而得到的。由此可知在距离C被设定为100mm的情况下送电效率最大。
根据以上内容可知，通过改变供电线圈304与供电共振线圈305之间的距离A、受电共振线圈308与受电线圈307之间的距离B，送电效率为最大的供电共振线圈305与受电共振线圈308之间的距离C发生变化。
(实施方式2)
根据上述实施例2所涉及的测量结果对实施方式2所涉及的无线电力供给系统401进行说明。实施方式2所涉及的无线电力供给系统401是利用了如下方式的无线电力供给系统：通过改变供电线圈404与供电共振线圈405之间的距离A以及受电共振线圈408与受电线圈407之间的距离B中的至少一个，能够自由地设定送电效率为最大的供电共振线圈405与受电共振线圈408之间的距离C。此外，与实施方式1相同的结构省略说明。
(无线电力供给系统401的结构)
图8是实施方式2所涉及的无线电力供给系统401的说明图。与实施方式1同样地，图8所示的无线电力供给系统401由被挂在办公室420的墙壁上的送电装置410和被放置在桌子421上的便携式电话412等受电装置构成。送电装置410具备交流电源406、供电共振器402以及调整器418，供电共振器402具备与交流电源406相连接的供电线圈404和供电共振线圈405。调整器418能够对供电线圈404与供电共振线圈405之间的距离A进行可变调整。另外，便携式电话412具备电力接收部409和受电共振器403，受电共振器403由与电力接收部409相连接的受电线圈407和受电共振线圈408构成。
首先，如图8的(a)所示，在利用调整器418对供电共振器402与受电共振器403的位置关系进行可变调整使得距离A=a(距离B被固定为固定值)、设定为送电效率为最大时的距离C=c的情况下，在图8所示的电力供给范围G内，送电效率为对便携式电话412的电力接收部409所具备的电池充电所需的有效电力以上。
根据上述设定，在便携式电话412等受电装置被放置在图8所示的电力供给范围G内的情况下，电池的充电有效。另一方面，在便携式电话412等受电装置被放置在图8所示的电力供给范围G以外的区域的情况下，不执行电池的充电。
接着，如图8的(b)所示，在利用调整器418对供电共振器402与受电共振器403的位置关系进行可变调整使得距离A=a’(距离B被固定为固定值)、设定为送电效率为最大的距离C=c’的情况下，在图8所示的电力供给范围H内，送电效率为对便携式电话412的电力接收部409所具备的电池充电所需的有效电力以上。
根据上述设定，在便携式电话412等受电装置被放置在图8所示的电力供给范围H内的情况下，电池的充电有效。另一方面，在便携式电话412等受电装置被放置在图8所示的电力供给范围H以外的区域的情况下，不执行电池的充电。
并且，如图8的(c)所示，在利用调整器418对供电共振器402与受电共振器403的位置关系进行可变调整使得距离A=a”(距离B被固定为固定值)、设定为送电效率为最大的距离C=c”的情况下，在图8所示的电力供给范围I内，送电效率为对便携式电话412的电力接收部409所具备的电池充电所需的有效电力以上。
根据上述设定，在便携式电话412等受电装置被放置在图8所示的电力供给范围I内的情况下，电池的充电有效。另一方面，在便携式电话412等受电装置被放置在图8所示的电力供给范围I以外的区域的情况下，不执行电池的充电。
如果使用上述无线电力供给系统401，则通过自由地设定供电线圈404与供电共振线圈405之间的距离A以及受电共振线圈408与受电线圈407之间的距离B中的至少一个，能够在共振频率频带内自由地设定送电效率为电池充电所需的有效电力以上的电力供给范围(例如，电力供给范围G、电力供给范围H、电力供给范围I)。即，能够自由地设定可充电的电力供给范围。
(实施方式3)
另外，如图9所示，对于用于进入办公室的非接触型IC卡也可以采用本发明所涉及的无线电力供给系统601。具体地说，在办公室630的门631的旁边的墙壁上设置读卡器610(具备与交流电源606相连接的供电共振器602)，准备具备与个人识别用的IC芯片609相连接的受电共振器603的IC卡611。而且，如图9所示，将送电效率为读取IC芯片609所需的有效电力以上的电力供给范围P设定在门631的正前方附近。
根据上述结构，在将IC卡611放在口袋650中的人通过电力供给范围P的情况下，IC芯片的读取发挥实际效力，在个人识别完成之后门631能够自动打开。
(其它实施方式)
另外，例如本发明所涉及的无线电力供给系统还能够应用于作业机器人、电动汽车等电力供给装置。在应用于作业机器人的情况下，通过将该作业机器人进行动作所需的有效电力以上的电力供给范围决定为作业区域，能够使作业机器人偏离该作业区域时的动作停止。由此，即使作业机器人由于某种原因偏离了作业区域也能够停止对作业机器人供电从而使其停止动作，因此能够提高作业机器人的安全性。
另外，在实施方式1中，在将送电装置210侧的供电共振线圈205的共振频率与便携式电话212侧的受电共振线圈208的共振频率设为同一值的情况下，能够将电力以磁场能方式从供电共振线圈205输送到便携式电话212的受电共振线圈208，但并不限于此。
例如，将便携式电话所具备的受电共振线圈的共振频率设为15MHz，将个人计算机所具备的受电共振线圈的共振频率设为16MHz，将平板型PC所具备的受电共振线圈的共振频率设为14MHz并分别置于电力供给范围F。而且，也可以在送电装置侧准备共振频率为14MHz、15MHz、16MHz的供电共振线圈，通过将从交流电源输送到供电共振线圈的交流电源的送电频率自由地变换为14MHz、15MHz或者16MHz，能够经由各自共振的供电共振线圈和受电共振线圈分别将电力以磁场能方式输送。即，将交流电源的送电频率设定为14MHz，对共振频率为14MHz的供电共振线圈供给电力，由此仅对共振频率为14MHz的平板型PC所具备的受电共振线圈输送电力(对共振频率不一致的便携式电话所具备的受电共振线圈、个人计算机所具备的受电共振线圈不输送电力)。同样地，将交流电源的送电频率设定为15MHz，对共振频率为15MHz的供电共振线圈供给电力，由此仅对共振频率为15MHz的便携式电话所具备的受电共振线圈输送电力(对共振频率不一致的个人计算机所具备的受电共振线圈、平板PC所具备的受电共振线圈不输送电力)。同样地，将交流电源的送电频率设定为16MHz，对共振频率为16MHz的供电共振线圈供给电力，由此仅对共振频率为16MHz的个人计算机所具备的受电共振线圈输送电力(对共振频率不一致的便携式电话所具备的受电共振线圈、平板PC所具备的受电共振线圈不输送电力)。
在这种情况下，通过变换送电装置侧的送电频率，能够对被置于电力供给范围F的便携式电话、个人计算机、平板PC中的所期望的一方进行电力供给。
在以上的详细说明中，为了更加容易地理解本发明，以特征性的部分为中心进行了说明，但本发明并不限定于以上详细说明中所记载的实施方式，还能够应用于其它实施方式，应该理解为其适用范围尽可能地广泛。另外，外，本说明书中使用的用语和语法是为了可靠地说明本发明而使用的，而并不是为了限制本发明的解释而使用的。另外，如果是本领域的技术人员，想必能够容易地从本说明书所记载的发明的概念推出本发明的概念所包含的其它结构、系统、方法等。因而，应该视为权利要求书的记载在不脱离本发明的技术思想的范围内还包括相等的结构。另外，为了充分理解本发明的目的和本发明的效果，希望充分地参考已经公开的文献等。
附图标记说明
1：无线电力供给系统；2：供电共振器；3：受电共振器；4：供电线圈；5：供电共振线圈；6：交流电源；7：受电线圈；8：受电共振线圈；9：蓝色LED。

Claims (5)

1.一种无线电力供给系统，其特征在于，
将通过使供电共振器和受电共振器共振而以磁场能方式输送的电力为规定的有效电力以上的上述供电共振器与上述受电共振器的位置关系作为电力供给范围。
2.根据权利要求1所述的无线电力供给系统，其特征在于，具备：
电力供给部，其供给电力；
上述供电共振器，其将从上述电力供给部供给的上述电力以磁场能方式进行输送；
上述受电共振器，其具有与上述供电共振器相同的共振频率，将从上述供电共振器输送来的上述磁场能作为电力来接收；以及
电力接收部，其输出由上述受电共振器接收到的上述电力，当该电力为规定的有效电力以上时进行动作，
其中，上述供电共振器与上述受电共振器的位置关系被设定为，在上述共振频率的频带中使输出到上述电力接收部的电力相对于供给到上述供电共振器的电力的比率为上述有效电力以上。
3.根据权利要求2所述的无线电力供给系统，其特征在于，
上述供电共振器具有供电共振线圈以及与上述电力供给部相连接的供电线圈，
上述受电共振器具有受电共振线圈以及与上述电力接收部相连接的受电线圈。
4.根据权利要求3所述的无线电力供给系统，其特征在于，
能够自由地设定上述供电线圈与上述供电共振线圈之间的第一距离以及上述受电共振线圈与上述受电线圈之间的第二距离中的至少一个。
5.一种无线电力供给方法，其特征在于，
将通过使供电共振器和受电共振器共振而以磁场能方式输送的电力为规定的有效电力以上的上述供电共振器与上述受电共振器的位置关系作为电力供给范围。
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