CN104604091A - 非接触供电系统和非接触扩展插件 - Google Patents

Abstract

供电装置(1)的送电线圈(10)和受电装置(2)的受电线圈(20)被配置成满足(L₂/L₁)^1/2＝G/K，其中：L₁是送电线圈(10)的自感，L₂是受电线圈(20)的自感，K是送电线圈(10)与受电线圈(20)的耦合系数，并且G是从受电线圈(20)输出的次级电压相对于施加至送电线圈(10)的初级电压的电压转换增益。

Description

非接触供电系统和非接触扩展插件

技术领域

本发明涉及非接触供电系统和非接触扩展插件。

背景技术

通常，非接触供电系统由包括送电线圈的供电装置和包括受电线圈的受电装置构成。该供电装置生成高频电流并将该高频电流发送至送电线圈以在该送电线圈处产生交变磁场。该受电装置利用与供电装置的送电线圈相对的受电线圈与该送电线圈所产生的交变磁场交链，由此该受电线圈产生感应电动势。该受电装置对受电线圈所产生的感应电动势进行整流以产生直流(DC)电压，并且将该DC电压供给至负载或者对该DC电压进行DC/AC转换并将交流(AC)电压供给至负载。

专利文献1描述了使一个供电装置适用于生成不同的输出电压的多个受电装置的非接触供电系统的示例。该供电装置包括控制部件，其中该控制部件用于在包括作为各受电装置的对象的负载区域的整个区域内，将各受电装置的输出电压控制在预定电压范围内。

作为具体方式，专利文献1描述了在受电装置中共同使用谐振电容器和受电线圈以控制是否向供电装置的送电线圈供给高频电流并控制输出电压。

专利文献2描述了在供电装置和受电装置之间设置非接触扩展插件的非接触供电系统的另一示例。该非接触扩展插件由受电线圈和送电线圈经由谐振电容器串联连接的闭合电路构成。该非接触插件的受电线圈被配置成与供电装置的初级线圈相对，并且该非接触插件的送电线圈被配置成与受电装置的次级线圈相对。

非接触扩展插件使得能够以非接触方式向与供电装置分离的受电装置进行供电。此外，还可以使用非接触扩展插件作为可应用于具有不同的负载电压的电气设备的非接触电压转换插件。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利4135299

专利文献2：日本专利4258505

发明内容

发明要解决的问题

然而，在如专利文献1那样、使一个供电装置适合于生成不同的输出电压的多个受电装置的非接触供电系统中，在负载电压值大大不同的情况下，仅供电装置侧的控制所适用的范围有限。在众所周知的技术中，考虑了在受电装置侧组合使用诸如DC-DC转换器等的稳定化电源。然而，对于负载要求电压波动最小的情况，没有提出具体结构或设计。

专利文献2公开了各种形式的非接触扩展插件，但没有公开用于使传输电压和转换电压最优化的具体方法或装置。因此，需要可以实现期望的输出电压值的非接触扩展插件(非接触电压转换插件)的结构和设计条件。

因此，本发明是为了解决上述问题而作出的，并且本发明的目的是提供使用磁耦合线圈和谐振电容器的非接触供电系统，其中该非接触供电系统利用一个供电装置容易地生成各种电气设备所需的负载电压。

本发明的另一目的是提供配置在供电装置和受电装置之间的非接触扩展插件，其中该非接触扩展插件根据需要容易地设置该非接触扩展插件的输出电压。

用于解决问题的方案

第一方面是一种非接触供电系统，其特征在于，包括：供电装置，其包含基于第一主电源来生成高频电流的第一高频逆变器以及被供给所述高频电流的第一送电线圈；以及受电装置，其包含与所述第一送电线圈所形成的交变磁场交链以产生感应电动势的第一受电线圈以及与所述第一受电线圈串联连接以进行串联谐振的谐振电容器，并且用于基于所述第一受电线圈和所述谐振电容器的串联电路根据施加至所述第一送电线圈的初级电压所生成的次级电压来向第一负载供给电力，其中，所述第一送电线圈和所述第一受电线圈被配置成满足以下关系式：(L₂/L₁)^1/2＝G/K，其中：L₁表示所述第一送电线圈的自感，L₂表示所述第一受电线圈的自感，K表示所述第一送电线圈与所述第一受电线圈的耦合系数，并且G表示所述次级电压相对于所述初级电压的电压转换增益。

在上述结构中，优选地，所述第一送电线圈和所述第一受电线圈除匝数以外具有彼此相同的形状、结构和大小，以及将利用所述电压转换增益G和所述耦合系数K表示的G/K的倒数设置为所述第一送电线圈的匝数和所述第一受电线圈的匝数的匝数比。

在上述结构中，优选地，将所述电压转换增益G设置为1。

在上述结构中，优选地，所述非接触供电系统还包括：至少一个非接触扩展插件，其设置在所述供电装置和所述受电装置之间，并且用于通过电磁感应从所述供电装置向所述受电装置供给电力，并且所述非接触扩展插件包括：插件受电线圈，用于与前级的送电线圈所形成的交变磁场交链，以产生感应电动势；插件谐振电容器，其与所述插件受电线圈串联连接，以进行串联谐振；以及插件送电线圈，其与所述插件受电线圈和所述插件谐振电容器的串联电路相连接，其中，所述插件送电线圈基于所述插件受电线圈和所述插件谐振电容器的串联电路根据施加至所述前级的送电线圈的电压所生成的电压来生成交变磁场，在所述插件送电线圈的后级配置用于与所述插件送电线圈所形成的所述交变磁场交叉以产生感应电动势的后级的受电线圈，所述前级的送电线圈和所述插件受电线圈被配置成满足以下表达式：(L_2a/L₁)^1/2＝G1/K1，其中：L₁表示所述前级的送电线圈的自感，L_2a表示所述插件受电线圈的自感，K1表示所述前级的送电线圈与所述插件受电线圈的耦合系数，并且G1表示施加至所述插件送电线圈的电压相对于施加至所述前级的送电线圈的电压的电压转换增益，以及所述插件送电线圈和所述后级的受电线圈被配置成满足以下关系式：(L₂/L_1a)^1/2＝G2/K2，其中：L_1a表示所述插件送电线圈的自感，L₂表示所述后级的受电线圈的自感，K2表示所述后级的送电线圈与所述插件受电线圈的耦合系数，并且G2表示施加至所述后级的受电线圈的电压相对于施加至所述插件送电线圈的电压的电压转换增益。

在上述结构中，优选地，所述非接触供电系统，还包括：至少一个非接触扩展插件，其设置在所述供电装置和所述受电装置之间，并且用于通过电磁感应从所述供电装置向所述受电装置供给电力，并且所述非接触扩展插件包括：插件受电线圈，用于与前级的送电线圈所形成的交变磁场交链，以产生感应电动势；以及插件送电线圈，其与所述插件受电线圈相连接，其中，所述插件送电线圈基于所述插件受电线圈根据施加至所述前级的送电线圈的电压所生成的电压来生成交变磁场，在所述插件送电线圈的后级配置用于与所述插件送电线圈所形成的所述交变磁场交叉以产生感应电动势的后级的受电线圈，所述前级的送电线圈和所述插件受电线圈被配置成满足以下表达式：(L_2a/L₁)^1/2＝G1/K1，其中：L₁表示所述前级的送电线圈的自感，L_2a表示所述插件受电线圈的自感，K1表示所述前级的送电线圈与所述插件受电线圈的耦合系数，并且G1表示施加至所述插件送电线圈的电压相对于施加至所述前级的送电线圈的电压的电压转换增益，以及所述插件送电线圈和所述后级的受电线圈被配置成满足以下关系式：(L₂/L_1a)^1/2＝G2/K2，其中：L_1a表示所述插件送电线圈的自感，L₂表示所述后级的受电线圈的自感，K2表示所述后级的送电线圈与所述插件受电线圈的耦合系数，并且G2表示施加至所述后级的受电线圈的电压相对于施加至所述插件送电线圈的电压的电压转换增益。

此外，优选地，在上述结构中，所述前级的送电线圈和所述插件受电线圈除匝数以外具有彼此相同的形状、结构和大小，将利用所述电压转换增益G1和所述耦合系数K1表示的G1/K1的倒数设置为所述前级的送电线圈的匝数和所述插件受电线圈的匝数的匝数比，所述插件送电线圈和所述后级的受电线圈除匝数以外具有彼此相同的形状、结构和大小，以及将利用所述电压转换增益G2和所述耦合系数K2表示的G2/K2的倒数设置为所述插件送电线圈的匝数和所述后级的受电线圈的匝数的匝数比。

第二方面是一种非接触供电系统，包括：供电装置；受电装置；以及非接触扩展插件，其设置在所述供电装置和所述受电装置之间，并且用于通过电磁感应从所述供电装置向所述受电装置供给电力，其中，所述供电装置包括用于基于第一主电源来生成高频电流的第一高频逆变器和被供给所述高频电流的第一送电线圈，所述非接触扩展插件包括：插件受电线圈，用于与所述第一送电线圈所形成的交变磁场交链，以产生感应电动势；插件谐振电容器，其与所述插件受电线圈串联连接，以进行串联谐振；以及插件送电线圈，其与所述插件受电线圈和所述插件谐振电容器的串联电路相连接，所述受电装置包括用于与所述插件送电线圈形成的交变磁场交链以产生感应电动势的第一受电线圈，并且用于基于所述第一受电线圈根据施加至所述插件送电线圈的电压所生成的电压来向第一负载供给电力，所述第一送电线圈和所述插件受电线圈被配置成满足以下表达式：(L_2a/L₁)^1/2＝G1/K1，其中：L₁表示所述第一送电线圈的自感，L_2a表示所述插件受电线圈的自感，K1表示所述第一送电线圈与所述插件受电线圈的耦合系数，并且G1表示施加至所述插件送电线圈的电压相对于施加至所述第一送电线圈的电压的电压转换增益，以及所述插件送电线圈和所述第一受电线圈被配置成满足以下关系式：(L₂/L_1a)^1/2＝G2/K2，其中：L_1a表示所述插件送电线圈的自感，L₂表示所述第一受电线圈的自感，K2表示所述插件送电线圈与所述第一受电线圈的耦合系数，并且G2表示施加至所述第一受电线圈的电压相对于施加至所述插件送电线圈的电压的电压转换增益。

在上述第一方面和第二方面中，优选地，所述非接触供电系统还包括：第二高频逆变器，用于基于第二主电源来生成高频电流，其中，所述第一受电线圈能够选择性地连接至所述第二高频逆变器和所述第一负载中的任一个，所述第一送电线圈能够选择性地连接至所述第一高频逆变器和第二负载中的任一个，以及在所述第一受电线圈连接至所述第二高频逆变器并且所述第一送电线圈连接至所述第二负载的情况下，所述第一受电线圈用作第二送电线圈并且所述第一送电线圈用作第二受电线圈。

第三方面是一种非接触扩展插件，用于从前级的送电线圈向后级的受电线圈供给电力，所述非接触扩展插件包括：与所述前级的送电线圈相对配置的插件受电线圈；与所述后级的受电线圈相对配置的插件送电线圈；以及谐振电容器，其串联连接在所述插件受电线圈和所述插件送电线圈之间，以构成闭合电路，其中，所述插件受电线圈与所述前级的送电线圈所形成的交变磁场交链以产生感应电动势，所述插件送电线圈基于所述插件受电线圈所产生的所述感应电动势来形成交变磁场，并且所述后级的受电线圈与所述插件送电线圈所形成的所述交变磁场交链以产生感应电动势，所述前级的送电线圈和所述插件受电线圈被配置成满足以下表达式：(L_2a/L₁)^1/2＝G1/K1，其中：L₁表示所述前级的送电线圈的自感，L_2a表示所述插件受电线圈的自感，K1表示所述前级的送电线圈与所述插件受电线圈的耦合系数，并且G1表示施加至所述插件送电线圈的电压相对于施加至所述前级的送电线圈的电压的电压转换增益，以及所述插件送电线圈和所述后级的受电线圈被配置成满足以下关系式：(L₂/L_1a)^1/2＝G2/K2，其中：L_1a表示所述插件送电线圈的自感，L₂表示所述后级的受电线圈的自感，K2表示所述后级的受电线圈与所述插件送电线圈的耦合系数，并且G2表示施加至所述后级的受电线圈的电压相对于施加至所述插件送电线圈的电压的电压转换增益。

第四方面是一种非接触扩展插件，用于从前级的送电线圈向后级的受电线圈供给电力，所述非接触扩展插件包括：与所述前级的送电线圈相对配置的插件受电线圈；以及与所述后级的受电线圈相对配置的插件送电线圈；其中，所述插件受电线圈与所述前级的送电线圈所形成的交变磁场交链以产生感应电动势，所述插件送电线圈基于所述插件受电线圈所产生的所述感应电动势来形成交变磁场，所述后级的受电线圈与所述插件送电线圈所形成的所述交变磁场交链以产生感应电动势，并且所述前级的送电线圈和所述后级的受电线圈中的至少一个与谐振电容器串联连接，所述前级的送电线圈和所述插件受电线圈被配置成满足以下表达式：(L_2a/L₁)^1/2＝G1/K1，其中：L₁表示所述前级的送电线圈的自感，L_2a表示所述插件受电线圈的自感，K1表示所述前级的送电线圈与所述插件受电线圈的耦合系数，并且G1表示施加至所述插件送电线圈的电压相对于施加至所述前级的送电线圈的电压的电压转换增益，以及所述插件送电线圈和所述后级的受电线圈被配置成满足以下关系式：(L₂/L_1a)^1/2＝G2/K2，其中：L_1a表示所述插件送电线圈的自感，L₂表示所述后级的受电线圈的自感，K2表示所述插件送电线圈与所述后级的受电线圈的耦合系数，并且G2表示施加至所述后级的受电线圈的电压相对于施加至所述插件送电线圈的电压的电压转换增益。

在上述结构中，优选地，所述前级的送电线圈和所述插件受电线圈除匝数以外具有彼此相同的形状、结构和大小，将利用所述电压转换增益G1和所述耦合系数K1表示的G1/K1的倒数设置为所述前级的送电线圈的匝数和所述插件受电线圈的匝数的匝数比，所述插件送电线圈和所述后级的受电线圈除匝数以外具有彼此相同的形状、结构和大小，以及将利用所述电压转换增益G2和所述耦合系数K2表示的G2/K2的倒数设置为所述插件送电线圈的匝数和所述后级的受电线圈的匝数的匝数比。

在上述结构中，优选地，将所述电压转换增益G1设置为1。

在上述结构中，所述前级的送电线圈可以是供电装置的送电线圈。在该结构中，优选地，将所述供电装置的高频逆变器基于来自主电源的电力所产生的高频电流供给至该供电装置的送电线圈。

在上述结构中，所述后级的受电线圈可以是受电装置的受电线圈。在该结构中，优选地，该受电装置的受电线圈与所述插件送电线圈所形成的交变磁场交链以产生感应电动势，并且基于该受电线圈所生成的感应电动势来向负载供给输出电压。

此外，在上述结构中，所述受电线圈和所述插件送电线圈可以容纳在不同的壳体中。在这种情况下，所述插件受电线圈和所述插件送电线圈经由连接线分离配置。

在上述结构中，所述插件受电线圈和所述插件送电线圈可以容纳在同一壳体中。在这种情况下，所述插件受电线圈和所述插件送电线圈配置在彼此靠近的位置。

发明的效果

在使用磁耦合线圈和谐振电容器的非接触供电系统中，本发明利用一个供电装置容易地生成各种电气设备所需的负载电压。

附图说明

图1是说明第一实施例的非接触供电系统的电气电路图。

图2是图1的非接触系统中的电气电路的主要部分的等效电路图。

图3是图1的非接触系统中的次级侧换算的等效电路图。

图4是说明第二实施例的非接触供电系统的电气电路图。

图5是说明图4的非接触供电系统的电气结构的电气电路的等效电路图。

图6是说明图4的非接触供电系统的电气结构的电气电路的等效电路图。

图7是在图4的非接触供电系统中在将增益设置为1的情况下的等效电路图。

图8是说明第三实施例的非接触供电系统的非接触扩展插件的布局图。

图9是说明第三实施例的另一示例的非接触扩展插件的布局图。

图10是说明非接触供电系统的另一示例的非接触扩展插件的布局图。

图11是说明非接触供电系统的另一示例的非接触扩展插件的布局图。

图12是说明非接触供电系统的另一示例的非接触扩展插件的布局图。

图13是说明非接触供电系统的另一示例的电气电路图。

图14是说明非接触供电系统的另一示例的电气电路图。

图15的(a)和(b)是说明双向非接触供电系统的示例的电气电路图。

图16的(a)和(b)是说明双向非接触供电系统的另一示例的电气电路图。

图17是示出图4的非接触供电系统的变形例的电气电路图。

图18是示出图4的非接触供电系统的另一变形例的电气电路图。

具体实施方式

第一实施例

以下将根据附图来说明第一实施例的非接触供电系统。

图1示出非接触供电系统的示意电气电路图。在图1中，非接触供电系统包括供电装置1和用作电气设备的受电装置2。

供电装置1包括送电线圈10、整流平滑电路11和高频逆变器12。包括全波整流电路和平滑电容器的整流平滑电路11利用全波整流电流将商用AC电源14整流为DC电压，利用平滑电容器对该DC电压进行平滑化，并且将平滑化后的DC电压输出至高频逆变器12。

高频逆变器12例如是众所周知的半桥型或全桥型的逆变器，并且基于来自整流平滑电路11的DC电压来生成高频电压(初级电压V₁)。高频逆变器12将该高频电压(初级电压V₁)施加到送电线圈10的输入端子P1、P2之间。因而，将高频电流(初级电流I₁)供给至送电线圈10。

送电线圈10缠绕第一壶型芯15，并且在被供给来自高频逆变器12的高频电流(初级电流I₁)的情况下，产生交变磁场。

受电装置2包括受电线圈20、谐振电容器21、全波整流电路22、平滑电容器23和负载24。

受电线圈20被配置成与供电装置1的送电线圈10相对并且磁耦合，以与送电线圈10所产生的交变磁场交链并产生感应电动势。

受电线圈20缠绕与第一壶型芯15具有相同形状且由相同材料制成的第二壶型芯25。受电线圈20串联连接至谐振电容器21以构成串联电路，并且从该串联电路的输出端子P3、P4输出受电线圈20所产生的感应电动势(次级电压V₂)。

谐振电容器21被设置为用于与负载24的大小无关地将恒定的输出电压Vout输出至负载24的阻抗匹配，并且被设置为后面将说明的电容Cx。

受电线圈20和谐振电容器21的串联电路连接至全波整流电路22。全波整流电路22对受电线圈20所产生的感应电动势(次级电压V₂)进行全波整流。全波整流电路22整流后的感应电动势(次级电压V₂)由平滑电容器23进行平滑化，并且作为输出电压Vout被输出至负载24。

接着将说明如上所述构成的非接触供电系统的各电路元件的设计方法。

图2示出从图1中所提取的供电装置1的送电线圈10和受电装置2的受电线圈20的等效电路。

基于来自高频逆变器12的高频电压(初级电压V₁)的高频电流(初级电流I₁)流向送电线圈10。感应电动势(次级电压V₂)产生的次级电流I₂流向受电线圈20。

在这种情况下，满足以下的等式(1)和(2)所示的关系式。

数学式1

$V_1=L_1\·\frac{{\mathrm{dI}}_1}{\mathrm{dt}}-M\·\frac{{\mathrm{dI}}_2}{\mathrm{dt}}...\left(1\right)$

$V_2=-L_2\·\frac{{\mathrm{dI}}_2}{\mathrm{dt}}+M\·\frac{{\mathrm{dI}}_1}{\mathrm{dt}}...\left(2\right)$

这里，L₁表示送电线圈10的自感，并且L₂表示受电线圈20的自感。

M表示互感，并且满足以下的等式(3)所示的关系式，其中L表示耦合系数。

数学式2

$K=\frac{M}{\sqrt{L1\·L2}}...\left(3\right)$

使用等式(1)将等式(2)变形为如以下等式(4)那样的次级电流I₂的函数。

数学式3

$V_2=V_1\·\frac{M}{L_1}-(L_2-\frac{M^2}{L_1})\·\frac{{\mathrm{dI}}_2}{\mathrm{dt}}...\left(4\right)$

等式(4)是次级侧换算的等效电路的输入/输出关系式。

将等式(4)置换成以下的等式(5)。

数学式4

$V_2=E_2-L_x\·\frac{{\mathrm{dI}}_2}{\mathrm{dt}}...\left(5\right)$

这里，利用以下的等式(6)来表示等式(5)中的第一项E₂，并且利用以下的表达式(7)来表示第二项Lx。

数学式5

$E_2=V_1\·\frac{M}{L_1}...\left(6\right)$

$L_x=L_2-\frac{M^2}{L_1}...\left(7\right)$

图3示出在从基于等式(7)的受电线圈20侧观看送电线圈10侧的情况下的次级侧换算的等效电路。

如等式(6)所示，E₂表示互感M与送电线圈10的自感L₁之比与施加至送电线圈10的初级电压V₁的函数。因此，如果初级电压V是已知的，则E₂可以作为不依赖于负载和输出电路的电压源独立地确定。

如等式(7)所示，Lx表示自感L₁、L₂与互感M的函数，并且表示次级换算得到的次级漏电感。也就是说，次级漏电感Lx成为感抗。因此，显而易见，在高频操作中电流流向受电线圈20的情况下，在受电线圈20中始终发生电压下降。

然后，利用耦合系数K来置换等式(6)的E₂和等式(7)的Lx的成分，从而使用以下的等式(8)、(9)所示的关系式来表示。

数学式6

$E_2=V_1\·K\·\sqrt{\frac{L_2}{L_1}}...\left(8\right)$

L_x-L₂·(1-K²)…(9)

结果，可以使用等式(8)、(9)来将等式(5)表示成如以下的等式(10)所示。

数学式7

$V_2=V_1\·K\·\sqrt{\frac{L_2}{L_1}}-L_2\·(1-K^2)\·\frac{{\mathrm{dI}}_2}{\mathrm{dt}}...\left(10\right)$

等式(10)在耦合系数K成为大元素的非接触供电系统中很重要。

也就是说，如通过等式(10)显而易见，可以理解，E₂(＝V₁·K·(L₂/L₁)^1/2)与耦合系数K成正比。这意味着：如果耦合系数K小，则E₂也成比例地变小。

因此，例如，如果耦合系数为K＝0.1，则E₂减小为发生紧密耦合时的E₂的1/10。如果耦合系数为K＝0.01，则E₂减小为发生紧密耦合时的E₂的1/100。因而，可以理解，E₂变得极小。

另一方面，次级漏电感Lx(＝L₂·(1-K²))变为通过将(1-K²)乘以受电线圈20的自感L₂所获得的数值。

因此，例如，如果耦合系数K为K＝0.7，则Lx的大小为Lx＝0.51×L₂并且变为约一半的漏电感。如果耦合系数K为K＝0.5，则次级漏电感Lx为Lx＝0.75×L₂并且是3/4的漏电感。此外，如果耦合系数K为K＝0.1，则次级漏电感Lx为Lx＝0.99×L₂并且是与受电线圈20的自感L₂大致相同的值。即使耦合系数K变的更小，次级漏电感Lx也基本保持在自感L₂。

换句话说，大致分为次级漏电感Lx相对于耦合系数K的变化而改变的区域和次级漏电感Lx成为(Lx≒L₂)的区域(即，Lx基本没有改变的区域)，并且在非接触供电系统中需要考虑这两个区域。

在非接触供电系统中，在受电装置2中与负载24的大小无关地经由全波整流电路22和平滑电容器23生成DC电流，并且期望相对负载24供给恒定的输出电压Vout。

然而，如上所述，在非接触供电系统中存在成为感抗的次级漏电感Lx，并且在高频操作中，电流流向受电线圈20，这导致电压下降。

因而，在本实施例中，谐振电容器21串联连接至受电线圈20。谐振电容器21利用谐振电容器21的容抗抵消了作为感抗的次级漏电感Lx，由此假定线路阻抗大致为零。结果，获得了大致恒定的负载电流(次级电流I₂)、即不依赖于负载24的大小的大致恒定的输出电压Vout。

通过对以下的等式(11)的串联谐振条件式进行变形后的以下的等式(12)来获得谐振电容器21的电容Cx。这里，f是初级电压V₁的驱动频率。

数学式8

$f=\frac{1}{2\·\mathrm{\π}\sqrt{L_x\·C_x}}...\left(11\right)$

$C_x=\frac{1}{{(2\·\mathrm{\π}\·f)}^2\·L_x}...\left(12\right)$

通过使具有电容Cx的谐振电容器21串联连接至受电线圈20来获得不依赖于负载24的次级电压(V₂≈E₂)。在这种情况下，如果忽略全波整流电路22的电压下降，则获得V₂＝E₂＝Vout的关系式。

换句话说，满足利用以下的等式(13)表示的关系式。

数学式9

$V_2=E_2=V_{\mathrm{out}}=V_1\·\sqrt{\frac{M}{L_1}}=V_1\·K\·\sqrt{\frac{L_2}{L_1}}...\left(13\right)$

这里，通过将次级电压V₂的振幅相对于初级电压V₁的振幅的增益定义为G＝V₂/V₁,，可以将等式(13)整理为等式(14)，并且可以将增益G变形为等式(15)。

数学式10

$E_2=V_2=V_1\·G=V_1\·K\·\sqrt{\frac{L_2}{L_1}}\·\·\·\left(14\right)$

$G=K\·\sqrt{\frac{L_2}{L_1}}...\left(15\right)$

耦合系数K是与送电线圈10所产生的磁通量中与受电线圈20交链的磁通量的比例相对应的概念。因此，如果与线圈的匝数无关地确定送电线圈10和受电线圈20的诸如结构、形状和大小等的规格，则利用这两者的相对位置关系来确定耦合系数K。耦合系数K是可以预先容易地测量到的。

因而，对送电线圈10和受电线圈20的自感L₁、L₂进行设置，以满足通过对等式(15)进行变形得到的等式(16)。

数学式11

$\sqrt{\frac{L_2}{L_1}}=\frac{G}{K}...\left(16\right)$

因此，在本实施例中，如果耦合系数K的测量结果为K＝0.5，则将(L₂/L₁)^1/2设置为4，即将(L₂/L₁)设置为16以将增益G设置为G＝2。如果增益系数K为K＝0.5，则将(L₂/L₁)^1/2设置为2，即将(L₂/L₁)设置为4以将增益G设置为G＝1。

基于等式(16)的送电线圈10和受电线圈20的自感L₁、L₂是电气参数的设置。因而，相对于现实增益G，送电线圈10和受电线圈20的设置更容易、更可靠且更现实。

在利用N₁表示送电线圈10的匝数并且利用Rm1表示如从送电线圈10所观看的周围空间的磁阻的情况下，通过以下的关系式(17)来表示送电线圈10的电感L₁。

同样，在利用N₂表示受电线圈20的匝数并且利用Rm2表示如从受电线圈20所观看的周围空间的磁阻的情况下，通过以下的关系式(18)来表示受电线圈20的电感L₂。

数学式12

$L_1\∝\frac{{N_1}^2}{{\mathrm{Rm}}_1}...\left(17\right)$

$L_2\∝\frac{{N_2}^2}{{\mathrm{Rm}}_2}...\left(18\right)$

也就是说，送电线圈10和受电线圈20的电感L₁、L₂分别与磁阻Rm1、Rm2成反比，并且与匝数N₁、N₂的平方成正比。

在这种情况下，可以由线圈10、20的结构、形状、大小、材料条件以及这两个线圈的位置关系等而不是由线圈10、20的匝数N₁、N₂来确定磁阻Rm1、Rm2。因此，如果缠绕有送电线圈10的第一壶型芯15和缠绕有受电线圈20的第二壶型芯25具有相同的规格并且被配置成彼此相对，则磁阻Rm1、Rm2相同。

也就是说，在耦合系数K相同的情况下，可以通过在送电线圈10和受电线圈20的磁阻Rm1、Rm2处于相同条件的状态下仅改变匝数N₁、N₂来改变感抗L₁、L₂。

因此，在利用以下的等式(19)表示送电线圈10和受电线圈20的匝数比a的情况下，可以将先前的等式(14)和(15)扩展为以下的等式(20)和(21)。此外，利用等式(22)表示等式(19)。

数学式13

$a=\frac{N_1}{N_2}...\left(19\right)$

数学式14

$E_2=V_2=V_1\·G=V_1\·K\·\sqrt{\frac{L_2}{L_1}}\∝V_1\·K\·\frac{N_2}{N_1}=V_1\·K\·\frac{1}{a}...\left(20\right)$

$G=\frac{M}{L_1}=K\·\sqrt{\frac{M}{L_1}}=K\·\frac{1}{a}...\left(21\right)$

$a=\frac{K}{G}...\left(22\right)$

因此，在送电线圈10和受电线圈20中，在除匝数N₁、N₂以外的规格相同或者可以假定规格相同的情况下，如通过等式(22)显而易见，仅需设置这两个线圈10、20的匝数N₁、N₂，从而设置期望的增益G。

换句话说，确定送电线圈10和受电线圈20的结构、形状和大小，以使得送电线圈10所产生的磁阻和受电线圈20所产生的磁阻变得相同。送电线圈10和受电线圈20具有彼此相同的结构、形状和大小。优选地，送电线圈10和受电线圈20的材料条件也相同。

因此，在本实施例中，例如，在耦合系数K为K＝0.5并且增益G为G＝2的情况下，匝数比a(＝N₁/N₂)变为a＝1/4。

结果，例如，将送电线圈10的匝数N₁设置为100匝，并且将受电线圈20的匝数N₂设置为400匝，以获得该匝数比a。可选地，将送电线圈10的匝数N₁设置为10匝，并且将受电线圈20的匝数N₂设置为40匝。匝数N₁、N₂的大小根据设计规格而最优化。

如果增益G为G＝1，则匝数比a与耦合系数K(a＝K)一致。

因此，在本实施例中，例如，在增益G为G＝1的情况下，如果耦合系数K为K＝0.5，则匝数比a变为0.5，因而例如将匝数N₁设置为100匝并且将匝数N₂设置为200匝。

接着，说明第一实施例的效果。

(1)使送电线圈10和受电线圈20的形状、结构和大小相同，并且预先测量得到或理论获得送电线圈10与受电线圈20的耦合系数。

因而，对线圈10、20进行设置，以使得在送电线圈10和受电线圈20的自感L₁、L₂与增益G之间满足等式(16)。发现了在匝数比a和增益G之间满足等式(22)所示的a＝K/G。

结果，在将相对于施加至供电装置1的送电线圈10的初级电压V₁利用期望增益G放大后的输出电压Vout供给至受电装置2的负载24的情况下，利用匝数比a(即，匝数N₁和匝数N₂)来确定输出电压Vout的值。

也就是说，利用匝数N₁和匝数N₂容易地设置了期望的输出电压Vout。

(2)由于通过仅设置匝数N₁、N₂来输出期望的输出电压Vout，因此通过仅改变相对一个供电装置1(送电线圈10)的受电线圈20的匝数N₂来输出不同的稳定输出电压Vout。

换句话说，同一供电装置1(送电线圈10)适用于要求不同的稳定输出电压Vout的多个类型的受电装置。

也就是说，即使多个受电装置要求不同的稳定输出电压Vout，也可以通过根据所要求的输出电压Vout简单地设置各受电线圈20的匝数N₂，来使用同一供电装置1(送电线圈10)。

因此，同一供电装置1(送电线圈10)适用于受电线圈20的匝数N₂不同且所要求的稳定输出电压Vout不同的多个类型的受电装置。

(3)在负载24的前级使用诸如DC-DC转换器等的稳定化电源电路使得能够适用于要求电压波动极小的负载24。

第二实施例

接着将说明非接触供电系统的第二实施例。

在图4所示的第二实施例的非接触供电系统中，在第一实施例所述的供电装置1和受电装置2之间布置有第一非接触扩展插件3和第二非接触扩展插件4这两个非接触扩展插件。

第一非接触扩展插件3包括第一插件受电线圈30、第一插件送电线圈31和第一插件谐振电容器32。

第一插件受电线圈30被配置成与供电装置1的送电线圈10相对以与送电线圈10磁耦合，并且第一插件受电线圈30与送电线圈10所产生的交变磁场交链并输出感应电动势。第一插件受电线圈30缠绕与缠绕有供电装置1的送电线圈10的第一壶型芯15具有相同形状且由相同材料制成的第三壶型芯33。也就是说，将线圈10、30的结构、形状和大小设置成相同，以使得送电线圈10所产生的磁阻和第一插件受电线圈30所产生的磁阻相同。线圈10、30的材料条件也可以相同。

第一插件谐振电容器32串联连接至第一插件受电线圈30以构成串联电路。第一插件送电线圈31连接至该串联电路的输出端子P5、P6。与第一实施例相同，第一插件谐振电容器32抵消了作为感抗的次级漏电感Lxa(参见图6)。以与第一实施例相同的方式，根据等式(12)来获得第一插件谐振电容器32的电容Cxa。

因此，第一插件受电线圈30与供电装置1的送电线圈10的交变磁场交链以将感应电动势(次级电压V_2a)输出至输出端子P5、P6。该感应电动势被施加至第一插件送电线圈31。

在这种情况下，第一非接触扩展插件3的第一插件受电线圈30被形成为除匝数N_2a以外，在形状、结构和大小方面与供电装置1的送电线圈10相同。换句话说，送电线圈10所产生的磁阻和第一插件受电线圈30所产生的磁阻相同。送电线圈10与第一插件受电线圈30的耦合系数K1例如是通过预先进行的测量所获得的。

相对于供电装置1的送电线圈10的匝数N₁来调整第一插件受电线圈30的匝数N_2a。也就是说，通过调整第一插件受电线圈30的匝数N_2a来确定第一非接触扩展插件3的增益G1。

因而，预先设置增益G1，并且基于N₁/N_2a＝K1/G1(参见等式(22))来获得第一插件受电线圈30的匝数N_2a。这样将期望的次级电压V_2a(V_2a＝G1·V₁)从输出端子P5、P6输出至第一插件送电线圈31。

第一插件送电线圈31缠绕与缠绕有第一插件受电线圈30的第三壶型芯33具有相同形状且由相同材料制成的第四壶型芯34。第一插件送电线圈31通过供给基于次级电压V_2a(＝G1·V₁)的次级电流I_2a来产生交变磁场。该交变磁场的频率与供电装置1的送电线圈10所产生的交变磁场的频率f相同。

第二非接触扩展插件4包括第二插件受电线圈40、第二插件送电线圈41和第二插件谐振电容器42。

第二插件受电线圈40被配置成与第一插件送电线圈31相对以与第一插件送电线圈31磁耦合，并且与第一插件送电线圈31所产生的交变磁场交链并输出感应电动势。第二插件受电线圈40缠绕与缠绕有第一非接触扩展插件3的第一插件送电线圈31的第四壶型芯34具有相同形状且由相同材料制成的第五壶型芯43。也就是说，将线圈31、40的结构、形状和大小设置成相同，以使得第一插件送电线圈31所产生的磁阻和第二插件受电线圈40所产生的磁阻变得相同。线圈31、40的材料条件也可以相同。

第二插件谐振电容器42串联连接至第二插件受电线圈40以构成串联电路。第二插件送电线圈41连接至该串联电路的输出端子P7、P8。与第一实施例相同，第二插件谐振电容器42抵消了作为感抗的次级漏电感Lxb(参见图6)。与第一实施例相同，根据等式(12)来获得第二插件谐振电容器42的电容Cxb。

因此，第二插件受电线圈40与第一插件送电线圈31的交变磁场交链，以将感应电动势(次级电压V_2b)输出至输出端子P7、P8。该感应电动势被施加至第二插件送电线圈41。

在这种情况下，第二非接触扩展插件4的第二插件受电线圈40被形成为除匝数N_2b以外，在形状、结构和大小方面与第一非接触扩展插件3的第一插件送电线圈31相同。换句话说，第一插件送电线圈31所产生的磁阻和第二插件受电线圈40所产生的磁阻相同。第一插件送电线圈31与第二插件受电线圈40的耦合系数K2例如是通过预先进行的测量所获得的。

确定第一插件送电线圈31的匝数N_1a和第二插件受电线圈40的匝数N_2b。也就是说，通过确定匝数N_1a和匝数N_2b来确定第二非接触扩展插件4的增益G2。因而，预先设置增益G2，并且基于N_1a/N_2b＝K2/G2(参见等式(22))来确定匝数N_1a和匝数N_2b。

由此将所期望的次级电压V_2b(V_2b＝G2·V_2a＝G2·G1·V₁)从输出端子P7、P8输出至第二插件送电线圈41。

第二插件送电线圈41被配置成与受电装置2的受电线圈20相对以与受电线圈20磁耦合。第二插件送电线圈41缠绕与缠绕有受电装置2的受电线圈20的第二壶型芯25具有相同形状且由相同材料制成的第六壶型芯44。也就是说，将线圈41、20的结构、形状和大小设置成相同，以使得第二插件送电线圈41所产生的磁阻和受电装置2的受电线圈20所产生的磁阻变得相同。线圈41、20的材料条件也可以相同。

第二插件送电线圈41在被供给基于次级电压V_2b的次级电流I_2b的情况下产生交变磁场。该交变磁场的频率与供电装置1的送电线圈10所产生的交变磁场的频率f相同。

第二插件送电线圈41所产生的交变磁场与同第二插件送电线圈41磁耦合的受电装置2的受电线圈20交链，以使得在受电线圈20中产生感应电动势。

在这种情况下，第二非接触扩展插件4的第二插件送电线圈41被形成为除匝数N_1b以外，在形状、结构和大小方面与受电装置2的受电线圈20相同。换句话说，将第一插件送电线圈31所形成的磁阻和第二插件受电线圈40所形成的磁阻设置成相同。第二插件送电线圈41与受电线圈20的耦合系数K例如是通过预先执行的测量所获得的。

确定相对于受电线圈20的匝数N₂的第二插件送电线圈41的匝数N_1b。也就是说，通过确定匝数N_1b来确定受电装置2的增益G。因而，预先设置增益G，并且基于N_1b/N₂＝K/G(参见等式(22))来确定相对于匝数N₂的匝数N_1b。

由此将所期望的次级电压V₂(＝Vout)、即V₂＝Vout＝G·V_2b＝G·G2·G1·V₁输出至输出端子P3、P4。

因此，如果将所有的增益G、G1、G2都设置为G＝G1＝G2＝1，则受电装置2的次级电压V₂、即供给至负载24的输出电压Vout变为与供电装置1的初级电压V₁相同。

图5和图6示出图4的等效电路。图7示出在将增益G、G1、G2设置为G＝G1＝G2＝1的情况下的等效电路。

在增益G1、G2非1的情况下，代替非接触扩展插件，而是将第一非接触扩展插件3和第二非接触扩展插件4称为非接触电压转换插件。例如，将增益G1设置为G1＝2的第一非接触扩展插件3称为非接触电压转换插件。

因而，在第二实施例中，可以利用第一非接触扩展插件3和第二非接触扩展插件4来延长电力的传输距离，并且即使供电装置1和受电装置2在很大程度上分离，受电装置2也可以从供电装置1接收电力。

将供电装置1和第一非接触扩展插件3形成为送电线圈10的磁阻和第一插件受电线圈30的磁阻相同。因此，可以通过简单地设置供电装置1的送电线圈10的匝数N₁和第一插件受电线圈30的匝数N_2a来容易地设置施加至插件送电线圈31的次级电压V_2a、即增益G1。

此外，将第一非接触扩展插件3和第二非接触扩展插件4形成为第一插件送电线圈31的磁阻和第二插件受电线圈40的磁阻相同。因此，可以通过简单地设置第一插件送电线圈31的匝数N_1a和第二插件受电线圈40的匝数N_2b来容易地设置施加至第二插件送电线圈41的次级电压V_2b、即增益G2。

此外，将第二非接触扩展插件4和受电装置2形成为第二插件送电线圈41的磁阻和受电线圈20的磁阻相同。因此，可以通过简单地设置第二插件送电线圈41的匝数N_1b和受电装置2的受电线圈20的匝数N₂来容易地设置施加至受电装置2的负载24的输出电压Vout、即增益G。

在第二实施例中，在供电装置1和受电装置2之间设置第一非接触扩展插件3和第二非接触扩展插件4这两个非接触扩展插件。作为代替，可以设置一个或三个以上的非接触扩展插件。

第三实施例

接着将说明非接触供电系统的第三实施例。

在第三实施例中，将说明使用第二实施例所述的一个非接触扩展插件的示例。为了便于说明，将假定第三实施例的非接触扩展插件是第一非接触扩展插件3来进行说明，并且在第三实施例中将使用相同的附图标记等。

如图8所示，在厚的壁50的两侧上设置送电用插口51和受电用插口52。供电装置1和受电装置2以夹持壁50的方式配置。

供电装置1包括通过使送电线圈10缠绕第一壶型芯15所形成的供电插件55。供电插件55以可移除方式安装至送电用插口51。

受电装置2包括通过使受电线圈20缠绕第二壶型芯25所形成的受电插件56。受电插件56以可移除方式安装至受电用插口52。

在壁50中设置非接触扩展插件3。非接触扩展插件3包括插件受电线圈30、插件送电线圈31和插件谐振电容器(未示出)，其中该插件谐振电容器串联连接在插件受电线圈30和插件送电线圈31之间以构成闭合电路。

插件受电线圈30缠绕第三壶型芯33，并且在送电用插口51的内部底侧上配置内装有插件受电线圈30的壳体57。在供电装置1的供电插件55安装至送电用插口51的情况下，缠绕第三壶型芯33的插件受电线圈30被配置成与缠绕第一壶型芯15的送电线圈10相对。因此，在插件受电线圈30被安装时，插件受电线圈30和送电线圈10的相对位置关系始终保持相同，并且耦合系数K1始终相同。

插件送电线圈31缠绕第四壶型芯34，并且在受电用插口52的内部底侧上设置内装有插件送电线圈31的壳体58。在受电装置2的受电插件56安装至受电用插口52的情况下，缠绕第四壶型芯34的插件送电线圈31被配置成与缠绕第二壶型芯25的受电线圈20相对。因此，在插件送电线圈31被安装时，插件送电线圈31和受电线圈20的相对位置关系始终保持处于相同状态，并且耦合系数K始终相同。

在壁50中，插件受电线圈30和插件送电线圈31利用用作连接线的同轴线缆59相连接，并且插件谐振电容器(未示出)串联连接至插件受电线圈30和插件送电线圈31中的任一个以构成闭合电路。

因而，在第三实施例中，即使供电装置1和受电装置2被厚的壁50分离，受电装置2也可以利用非接触扩展插件3从供电装置1接收电力。

此外，可以通过设置插件受电线圈30的匝数N_2a以及供电装置的送电线圈10的匝数N₁来容易地设置施加至插件送电线圈31的次级电压V_2a、即非接触扩展插件3的增益G1。此外，可以通过设置插件送电线圈31的匝数N_1a以及受电装置2的受电线圈20的匝数N₂来容易地设置施加至受电装置2的负载24的输出电压Vout、即受电装置2的增益G。

在第三实施例中，非接触扩展插件3配置在厚的壁50的内部，并且插件受电线圈30和插件送电线圈31与同轴线缆59电连接。作为代替，如果如图9所示、以恒定间隔并列设置第一绝缘板61和第二绝缘板62这两个绝缘板，则可以在第一绝缘板61和第二绝缘板62之间配置非接触扩展插件3以从供电装置1向受电装置2进行供电。

在这种情况下，在第一绝缘板61的两个侧面上设置第一连结构件61a和第二连结构件61b。将内设有供电装置1的送电线圈10的供电插件55嵌装至第一连结构件61a，由此第一连结构件61a以可移除方式相对于第一绝缘板61支撑供电插件55。

第二连结构件61b设置在与第一连结构件61a相对的位置以将第一绝缘板61夹持在其间。将内设有非接触扩展插件3的受电线圈30的壳体57装配至第二连结构件61b，由此第二连结构件61b以可移除方式相对于第一绝缘板61支撑壳体57。因此，插件受电线圈30和送电线圈10的相对位置关系始终保持相同，并且耦合系数K始终相同。

另一方面，在第二绝缘板62的两个侧面上设置第一连结构件62a和第二连结构件62b。将内设有非接触扩展插件3的送电线圈31的壳体58嵌装至第一连结构件62a，由此第一连结构件62a以可移除方式相对于第二绝缘板62支撑壳体58。

第二连结构件62b设置在与第一连结构件62a相对的位置以将第二绝缘板62夹持在其间。将内设有受电装置2的受电线圈20的受电插件56嵌装至第二连结构件62b，由此第二连结构件62b以可移除方式相对于第二绝缘板62支撑受电插件56。因此，插件送电线圈31和受电线圈20的相对位置关系始终保持相同，并且耦合系数K始终相同。

在第三实施例中，在厚的壁50的内部配置非接触扩展插件3，并且插件受电线圈30和插件送电线圈31电连接至长的同轴线缆59。作为代替，如图10所示，不必使用同轴线缆59，并且可以使非接触扩展插件3嵌入壁50的内部。在这种情况下，缠绕第三壶型芯33的插件受电线圈30和缠绕第四壶型芯34的插件送电线圈31容纳在一个壳体60内。根据壁50的厚度，插件受电线圈30和插件送电线圈31以彼此背对背靠近的方式配置。在这种情况下，在插件受电线圈30和插件送电线圈31之间插入有磁屏蔽膜或电磁屏蔽膜。

如图11所示，图10中的插件受电线圈30和插件送电线圈31以彼此背对背靠近的方式配置的非接触扩展插件3可以以连结至一个绝缘板65的一个侧面上所设置的第一连结构件65a的方式使用。非接触扩展插件3的壳体60嵌装至第一连结构件65a，并且以可移除方式相对于绝缘板65得到支撑。

另一方面，在绝缘板65的另一侧面上，在与第一连结构件65a相对的位置处设置第二连结构件65b以将绝缘板65夹持在其间。将内设有受电装置2的受电线圈20的受电插件56嵌装至第二连结构件65b，由此第二连结构件65b以可移除方式相对于第二绝缘板62支撑并固定受电插件56。因此，插件送电线圈31和受电线圈20的相对位置关系始终保持相同，并且耦合系数K始终相同。

在供电装置1的供电插件55的外周部设置第三连结构件66。可以将非接触扩展插件3的壳体60装配至第三连结构件66。第三连结构件66以可移除方式相对于非接触扩展插件3支撑供电装置1(供电插件55)。因此，插件送电线圈31和送电线圈10的相对位置关系始终保持相同，并且耦合系数K始终相同。

在第三实施例中，非接触扩展插件3是与供电装置1和受电装置2分离形成的，但如图12所示，非接触扩展插件3还可以嵌入受电装置2的壳体内。在图12中，供电装置1经由第一连结板68a连结至绝缘板68，并且受电装置2经由第二连结板68b连结至绝缘板68。

在上述各个实施例中，以彼此相对的方式配置的两个线圈的直径相同。如图13所示，例如，送电线圈10的线圈直径可以较小且第一插件受电线圈30的线圈直径可以较大，并且第一插件送电线圈31的线圈直径可以较小且受电线圈20的线圈直径可以较大。在这种情况下，如图14所示，线圈直径较小的送电线圈10可以嵌套于线圈直径较大的第一插件受电线圈30内并且磁耦合至该第一插件受电线圈30。同样，线圈直径较小的第一插件送电线圈31可以嵌套于线圈直径较大的受电线圈20内并且磁耦合至该受电线圈20。

此外，在上述各实施例中，各线圈缠绕作为磁性体芯的壶型芯。然而，各线圈不必缠绕磁性体芯。

在上述各实施例的非接触供电系统中，可以将连接至送电线圈10的供电侧电路(电源侧)切换至受电侧电路(负载侧)，并且可以将连接至受电线圈20的受电侧电路(负载侧)切换至供电侧电路(电源侧)，以使得能够进行双向送电。

图15的(a)和(b)示出双向非接触供电系统的示例。在该系统中，使用端子P1～P4作为输入/输出端子。端子P1、P2(即，送电线圈10)选择性地连接至图15(a)所示的供电侧电路1A和图15(b)所示的受电侧电路2B中的任一个。供电侧电路1A包括AC电源14、整流平滑电路11和高频逆变器12。受电侧电路2B包括全波整流电路220、平滑电容器23和负载240。端子P1、P2的位置处的供电侧电路1A和受电侧电路2B的切换例如由开关电路(未示出)来进行。

同样，端子P3、P4(即，受电线圈20)选择性地连接至图15(a)所示的受电侧电路2A和图15(b)所示的供电侧电路1B中的任一个。受电侧电路2A包括全波整流电路22、平滑电容器23和负载24。供电侧电路1B包括AC电源140、整流平滑电路110和高频逆变器120。端子P3、P4的位置处的受电侧电路2A和供电侧电路1B的切换例如由开关电路(未示出)来进行。

如图15(a)所示，在端子P1、P2连接至供电侧电路1A的情况下，端子P3、P4连接至受电侧电路2A。在这种情况下，构成了图1的非接触供电系统，并且基于用作第一主电源的AC电源14来从送电线圈10(第一送电线圈)向受电线圈20(第一受电线圈)进行送电。

如图15(b)所示，在端子P1、P2连接至受电侧电路2B的情况下，端子P3、P4连接至供电侧电路1B。在这种情况下，受电线圈20用作送电线圈(第二送电线圈)，并且送电线圈10用作受电线圈(第二受电线圈)。基于用作第二主电源的AC电源140来从第二送电线圈(20)向第二受电线圈(10)进行送电。也就是说，在图15(b)所示的非接触供电系统中，沿与图15(a)所示的送电方向的相反方向进行送电。因而，通过在端子P1、P2的位置和端子P3、P4的位置处切换供电侧电路和受电侧电路，实现了双向非接触供电系统。

图16的(a)和(b)示出双向非接触供电系统的其它示例。该系统与图4的结构相对应，并且包括第一非接触扩展插件3和第二非接触扩展插件4。与上述方式相同，使用端子P1～P4作为输入/输出端子，并且端子P1、P2(即，送电线圈10)选择性地连接至图16(a)所示的供电侧电路1A和图16(b)所示的受电侧电路2B中的任一个，并且端子P3、P4(即，受电线圈20)选择性地连接至图16(a)所示的受电侧电路2A和图16(b)所示的供电侧电路1B中的任一个。端子P1、P2的位置处的供电侧电路1A和受电侧电路2B的切换以及端子P3、P4的位置处的受电侧电路2A和供电侧电路1B的切换例如由开关电路(未示出)来进行。

这样，即使在使用第一非接触扩展插件3和第二非接触扩展插件4的非接触供电系统中，也能够通过使供电侧电路和受电侧电路中的任一个选择性地连接至各线圈10、20来进行双向电力传输。尽管图中未示出，但在使用一个非接触扩展插件的非接触供电系统中，通过与上述方式相同的方式进行供电侧电路和受电侧电路的切换，也能够进行双向送电。

在上述各实施例的非接触供电系统中，谐振电容器21串联连接至受电线圈20。然而，代替该结构或除该结构以外，谐振电容器可以串联连接至送电线圈10。此外，在上述第二实施例(参见图4)的非接触供电系统中，非接触扩展插件3、4分别包括谐振电容器32、42。然而，非接触扩展插件不必包括谐振电容器。

图17示出图4的非接触供电系统的变形例。这种非接触供电系统包括一个非接触扩展插件3A。然而，该非接触扩展插件3A不包括谐振电容器。在受电装置2中，谐振电容器21串联连接至受电线圈20以构成串联电路。此外，在送电装置1中，谐振电容器300串联连接至送电线圈10以构成串联电路。因而，即使对于仅在送电装置1和受电装置2中配置谐振电容器300、21而在非接触扩展插件3A中没有配置谐振电容器的结构，上述各实施例的技术思想也可适用。在这种结构中，非接触扩展插件3A不包括谐振电容器。因而，可以使非接触扩展插件3A小型化。供电装置1和受电装置2之间所配置的非接触扩展插件的数量可以为两个以上，其中在这种情况下，各非接触扩展插件可以不包括谐振电容器。

图18示出图4的非接触供电系统的进一步变形例。这种非接触供电系统包括一个非接触扩展插件3，并且该非接触扩展插件3B包括谐振电容器32(即，与图4相同)。然而，在送电装置1和受电装置2中没有配置谐振电容器。因而，即使对于仅在非接触扩展插件3中配置谐振电容器32而在送电装置1和受电装置2中没有配置谐振电容器的结构，上述各实施例的技术思想也可适用。在这种结构中，送电装置1和受电装置2不包括谐振电容器。因而，可以使送电装置1和受电装置2小型化。供电装置1和受电装置2之间所配置的非接触扩展插件的数量可以为两个以上，其中在这种情况下，各非接触扩展插件可以包括谐振电容器。可选地，两个以上的非接触扩展插件中的至少一个可以包括谐振电容器。

附图标记说明

1…供电装置、2…受电装置、3…第一非接触扩展插件、4…第二非接触扩展插件、10…送电线圈、11…整流平滑电路、12…高频逆变器、14…交流电源(主电源)、15…第一壶型芯、20…受电线圈、21…谐振电容器、22…全波整流电路、23…平滑电容器、24…负载、25…第二壶型芯、30…第一插件受电线圈、31…第一插件送电线圈、32…第一插件谐振电容器、33…第三壶型芯、34…第四壶型芯、40…第二插件受电线圈、41…第二插件送电线圈、42…第二插件谐振电容器、43…第五壶型芯、44…第六壶型芯、50…壁、51…送电用插口、52…受电用插口、55…供电插件、56…受电插件、57,58…壳体、59…同轴线缆(连接线)、60…壳体、61,62…第一绝缘板和第二绝缘板、61a,61b…第一连结构件和第二连结构件、62a,62b…第一连结构件和第二连结构件、65…连结板、65a,65b…第一连结构件和第二连结构件、66…第三连结构件、K…耦合系数、M…互感、L₁,L₂…自感、V₁…初级电压(施加电压)、V₂,V_2a,V_2b…次级电压(施加电压)、Vout…输出电压、N₁,N_1a,N_1b,N₂,N_2a,N_2b…匝数。

Claims (16)

1.一种非接触供电系统，其特征在于，包括：

供电装置，其包含基于第一主电源来生成高频电流的第一高频逆变器以及被供给所述高频电流的第一送电线圈；以及

受电装置，其包含与所述第一送电线圈所形成的交变磁场交链以产生感应电动势的第一受电线圈以及与所述第一受电线圈串联连接以进行串联谐振的谐振电容器，并且用于基于所述第一受电线圈和所述谐振电容器的串联电路根据施加至所述第一送电线圈的初级电压所生成的次级电压来向第一负载供给电力，

其中，所述第一送电线圈和所述第一受电线圈被配置成满足以下关系式：

(L₂/L₁)^1/2＝G/K

其中：L₁表示所述第一送电线圈的自感，L₂表示所述第一受电线圈的自感，K表示所述第一送电线圈与所述第一受电线圈的耦合系数，并且G表示所述次级电压相对于所述初级电压的电压转换增益。

2.根据权利要求1所述的非接触供电系统，其特征在于，

所述第一送电线圈和所述第一受电线圈除匝数以外具有彼此相同的形状、结构和大小，以及

将利用所述电压转换增益G和所述耦合系数K表示的G/K的倒数设置为所述第一送电线圈的匝数和所述第一受电线圈的匝数的匝数比。

3.根据权利要求1或2所述的非接触供电系统，其特征在于，将所述电压转换增益G设置为1。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的非接触供电系统，其特征在于，还包括：

至少一个非接触扩展插件，其设置在所述供电装置和所述受电装置之间，并且用于通过电磁感应从所述供电装置向所述受电装置供给电力，并且所述非接触扩展插件包括：

插件受电线圈，用于与前级的送电线圈所形成的交变磁场交链，以产生感应电动势；

插件谐振电容器，其与所述插件受电线圈串联连接，以进行串联谐振；以及

插件送电线圈，其与所述插件受电线圈和所述插件谐振电容器的串联电路相连接，

其中，所述插件送电线圈基于所述插件受电线圈和所述插件谐振电容器的串联电路根据施加至所述前级的送电线圈的电压所生成的电压来生成交变磁场，

在所述插件送电线圈的后级配置用于与所述插件送电线圈所形成的所述交变磁场交叉以产生感应电动势的后级的受电线圈，

所述前级的送电线圈和所述插件受电线圈被配置成满足以下表达式：

(L_2a/L₁)^1/2＝G1/K1

其中：L₁表示所述前级的送电线圈的自感，L_2a表示所述插件受电线圈的自感，K1表示所述前级的送电线圈与所述插件受电线圈的耦合系数，并且G1表示施加至所述插件送电线圈的电压相对于施加至所述前级的送电线圈的电压的电压转换增益，以及

所述插件送电线圈和所述后级的受电线圈被配置成满足以下关系式：

(L₂/L_1a)^1/2＝G2/K2

其中：L_1a表示所述插件送电线圈的自感，L₂表示所述后级的受电线圈的自感，K2表示所述后级的送电线圈与所述插件受电线圈的耦合系数，并且G2表示施加至所述后级的受电线圈的电压相对于施加至所述插件送电线圈的电压的电压转换增益。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的非接触供电系统，其特征在于，还包括：

至少一个非接触扩展插件，其设置在所述供电装置和所述受电装置之间，并且用于通过电磁感应从所述供电装置向所述受电装置供给电力，并且所述非接触扩展插件包括：

插件受电线圈，用于与前级的送电线圈所形成的交变磁场交链，以产生感应电动势；以及

插件送电线圈，其与所述插件受电线圈相连接，

其中，所述插件送电线圈基于所述插件受电线圈根据施加至所述前级的送电线圈的电压所生成的电压来生成交变磁场，

在所述插件送电线圈的后级配置用于与所述插件送电线圈所形成的所述交变磁场交叉以产生感应电动势的后级的受电线圈，

所述前级的送电线圈和所述插件受电线圈被配置成满足以下表达式：

(L_2a/L₁)^1/2＝G1/K1

其中：L₁表示所述前级的送电线圈的自感，L_2a表示所述插件受电线圈的自感，K1表示所述前级的送电线圈与所述插件受电线圈的耦合系数，并且G1表示施加至所述插件送电线圈的电压相对于施加至所述前级的送电线圈的电压的电压转换增益，以及

所述插件送电线圈和所述后级的受电线圈被配置成满足以下关系式：

(L₂/L_1a)^1/2＝G2/K2

其中：L_1a表示所述插件送电线圈的自感，L₂表示所述后级的受电线圈的自感，K2表示所述后级的送电线圈与所述插件受电线圈的耦合系数，并且G2表示施加至所述后级的受电线圈的电压相对于施加至所述插件送电线圈的电压的电压转换增益。

6.根据权利要求4或5所述的非接触供电系统，其特征在于，

所述前级的送电线圈和所述插件受电线圈除匝数以外具有彼此相同的形状、结构和大小，

将利用所述电压转换增益G1和所述耦合系数K1表示的G1/K1的倒数设置为所述前级的送电线圈的匝数和所述插件受电线圈的匝数的匝数比，

所述插件送电线圈和所述后级的受电线圈除匝数以外具有彼此相同的形状、结构和大小，以及

将利用所述电压转换增益G2和所述耦合系数K2表示的G2/K2的倒数设置为所述插件送电线圈的匝数和所述后级的受电线圈的匝数的匝数比。

7.一种非接触供电系统，包括：

供电装置；

受电装置；以及

非接触扩展插件，其设置在所述供电装置和所述受电装置之间，并且用于通过电磁感应从所述供电装置向所述受电装置供给电力，

其中，所述供电装置包括用于基于第一主电源来生成高频电流的第一高频逆变器和被供给所述高频电流的第一送电线圈，

所述非接触扩展插件包括：

插件受电线圈，用于与所述第一送电线圈所形成的交变磁场交链，以产生感应电动势；

插件谐振电容器，其与所述插件受电线圈串联连接，以进行串联谐振；以及

插件送电线圈，其与所述插件受电线圈和所述插件谐振电容器的串联电路相连接，

所述受电装置包括用于与所述插件送电线圈形成的交变磁场交链以产生感应电动势的第一受电线圈，并且用于基于所述第一受电线圈根据施加至所述插件送电线圈的电压所生成的电压来向第一负载供给电力，

所述第一送电线圈和所述插件受电线圈被配置成满足以下表达式：

(L_2a/L₁)^1/2＝G1/K1

其中：L₁表示所述第一送电线圈的自感，L_2a表示所述插件受电线圈的自感，K1表示所述第一送电线圈与所述插件受电线圈的耦合系数，并且G1表示施加至所述插件送电线圈的电压相对于施加至所述第一送电线圈的电压的电压转换增益，以及

所述插件送电线圈和所述第一受电线圈被配置成满足以下关系式：

(L₂/L_1a)^1/2＝G2/K2

其中：L_1a表示所述插件送电线圈的自感，L₂表示所述第一受电线圈的自感，K2表示所述插件送电线圈与所述第一受电线圈的耦合系数，并且G2表示施加至所述第一受电线圈的电压相对于施加至所述插件送电线圈的电压的电压转换增益。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的非接触供电系统，其特征在于，还包括：

第二高频逆变器，用于基于第二主电源来生成高频电流，

其中，所述第一受电线圈能够选择性地连接至所述第二高频逆变器和所述第一负载中的任一个，

所述第一送电线圈能够选择性地连接至所述第一高频逆变器和第二负载中的任一个，以及

在所述第一受电线圈连接至所述第二高频逆变器并且所述第一送电线圈连接至所述第二负载的情况下，所述第一受电线圈用作第二送电线圈并且所述第一送电线圈用作第二受电线圈。

9.一种非接触扩展插件，用于从前级的送电线圈向后级的受电线圈供给电力，所述非接触扩展插件包括：

与所述前级的送电线圈相对配置的插件受电线圈；

与所述后级的受电线圈相对配置的插件送电线圈；以及

谐振电容器，其串联连接在所述插件受电线圈和所述插件送电线圈之间，以构成闭合电路，

其中，所述插件受电线圈与所述前级的送电线圈所形成的交变磁场交链以产生感应电动势，所述插件送电线圈基于所述插件受电线圈所产生的所述感应电动势来形成交变磁场，并且所述后级的受电线圈与所述插件送电线圈所形成的所述交变磁场交链以产生感应电动势，

所述前级的送电线圈和所述插件受电线圈被配置成满足以下表达式：

(L_2a/L₁)^1/2＝G1/K1

其中：L₁表示所述前级的送电线圈的自感，L_2a表示所述插件受电线圈的自感，K1表示所述前级的送电线圈与所述插件受电线圈的耦合系数，并且G1表示施加至所述插件送电线圈的电压相对于施加至所述前级的送电线圈的电压的电压转换增益，以及

所述插件送电线圈和所述后级的受电线圈被配置成满足以下关系式：

(L₂/L_1a)^1/2＝G2/K2

其中：L_1a表示所述插件送电线圈的自感，L₂表示所述后级的受电线圈的自感，K2表示所述后级的受电线圈与所述插件送电线圈的耦合系数，并且G2表示施加至所述后级的受电线圈的电压相对于施加至所述插件送电线圈的电压的电压转换增益。

10.一种非接触扩展插件，用于从前级的送电线圈向后级的受电线圈供给电力，所述非接触扩展插件包括：

与所述前级的送电线圈相对配置的插件受电线圈；以及

与所述后级的受电线圈相对配置的插件送电线圈；

其中，所述插件受电线圈与所述前级的送电线圈所形成的交变磁场交链以产生感应电动势，所述插件送电线圈基于所述插件受电线圈所产生的所述感应电动势来形成交变磁场，所述后级的受电线圈与所述插件送电线圈所形成的所述交变磁场交链以产生感应电动势，并且所述前级的送电线圈和所述后级的受电线圈中的至少一个与谐振电容器串联连接，

所述前级的送电线圈和所述插件受电线圈被配置成满足以下表达式：

(L_2a/L₁)^1/2＝G1/K1

其中：L₁表示所述前级的送电线圈的自感，L_2a表示所述插件受电线圈的自感，K1表示所述前级的送电线圈与所述插件受电线圈的耦合系数，并且G1表示施加至所述插件送电线圈的电压相对于施加至所述前级的送电线圈的电压的电压转换增益，以及

所述插件送电线圈和所述后级的受电线圈被配置成满足以下关系式：

(L₂/L_1a)^1/2＝G2/K2

其中：L_1a表示所述插件送电线圈的自感，L₂表示所述后级的受电线圈的自感，K2表示所述插件送电线圈与所述后级的受电线圈的耦合系数，并且G2表示施加至所述后级的受电线圈的电压相对于施加至所述插件送电线圈的电压的电压转换增益。

11.根据权利要求9或10所述的非接触扩展插件，其特征在于，

所述前级的送电线圈和所述插件受电线圈除匝数以外具有彼此相同的形状、结构和大小，

将利用所述电压转换增益G1和所述耦合系数K1表示的G1/K1的倒数设置为所述前级的送电线圈的匝数和所述插件受电线圈的匝数的匝数比，

所述插件送电线圈和所述后级的受电线圈除匝数以外具有彼此相同的形状、结构和大小，以及

将利用所述电压转换增益G2和所述耦合系数K2表示的G2/K2的倒数设置为所述插件送电线圈的匝数和所述后级的受电线圈的匝数的匝数比。

12.根据权利要求9至11中任一项所述的非接触扩展插件，其特征在于，将所述电压转换增益G1设置为1。

13.根据权利要求9至12中任一项所述的非接触扩展插件，其特征在于，所述前级的送电线圈是供电装置的送电线圈，并且将所述供电装置的高频逆变器基于来自主电源的电力所产生的高频电流供给至该供电装置的送电线圈。

14.根据权利要求9至12中任一项所述的非接触扩展插件，其特征在于，所述后级的受电线圈是受电装置的受电线圈，该受电装置的受电线圈与所述插件送电线圈所形成的交变磁场交链以产生感应电动势，并且基于该受电线圈所生成的感应电动势来向负载供给输出电压。

15.根据权利要求9至14中任一项所述的非接触扩展插件，其特征在于，所述插件受电线圈和所述插件送电线圈容纳在不同的壳体中，并且经由连接线分离配置。

16.根据权利要求9至14中任一项所述的非接触扩展插件，其特征在于，所述插件受电线圈和所述插件送电线圈容纳在同一壳体中，并且配置在彼此靠近的位置。