CN104685761A - 无线电力传输装置及其供给电力控制方法 - Google Patents

无线电力传输装置及其供给电力控制方法 Download PDF

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CN104685761A CN201480002540.1A CN201480002540A CN104685761A CN 104685761 A CN104685761 A CN 104685761A CN 201480002540 A CN201480002540 A CN 201480002540A CN 104685761 A CN104685761 A CN 104685761A
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Abstract

能够在供电模块和受电模块位于可供电区域内的情况与不位于可供电区域内的情况中使输入阻抗的相位产生差，通过检测该相位的差，来判定是否供给电力，防止不位于可供电区域内时的电力消耗。无线电力传输装置(1)具备供电模块(2)、受电模块(3)、相位检测器(4)以及控制设备(5)，该无线电力传输装置(1)的相对于电源频率的传输特性的值被设定为具有双峰性的特性，控制设备(5)利用相位检测器(4)所检测到的待机状态下的输入阻抗(Zin)的相位与供电状态下的输入阻抗(Zin)的相位之差，判定是否对供电模块(2)供给电力。

Description

无线电力传输装置及其供给电力控制方法
技术领域
本发明涉及一种利用谐振现象从与电源连接的供电模块对受电模块供给电力的无线电力传输装置及其供给电力控制方法。
背景技术
近年来，笔记本型PC、平板型PC、数码相机、移动电话、便携式游戏机、耳机型音乐播放器、无线式头戴型耳机、助听器、记录器等人可携带使用的便携式的电子设备正快速普及。而且，这些便携式的电子设备的大部分中搭载有充电电池，需要定期充电。为了简化对该电子设备的充电电池的充电作业，通过在供电模块与搭载于电子设备的受电模块之间利用无线传输电力的供电技术(通过改变磁场来进行电力传输的无线电力传输技术)来对充电电池进行充电的设备正不断增加。
作为无线电力传输技术，可列举利用线圈间的电磁感应来进行电力传输的技术(例如参照专利文献1)、通过利用供电装置(供电模块)和受电装置(受电模块)所具备的谐振器(线圈)间的谐振现象(磁场谐振态)使磁场耦合来进行电力传输的技术(例如参照专利文献2)。
例如，在通过利用上述供电模块和受电模块所具备的谐振器(线圈)间的谐振现象(磁场谐振态)使磁场耦合来进行无线电力传输时，需要以使受电模块靠近供电模块而成为能够从供电模块对受电模块供电的距离(可供电区域)的方式配置使用。在这样的使用过程中，在供电模块和受电模块不位于可供电区域内的情况下，存在如下问题：在供电模块中，始终被持续供给电力以备受电模块被接近配置在可供电区域，而导致消耗多余的电力(待机电力变大)。
针对该问题，提出如下应对方法：将某些检测部(传感器等)设置于供电模块或受电模块，该检测部检测因供电模块和受电模块被配置在可供电区域内而产生的各种变化，将其检测结果作为触发而对供电模块开始电力供给。
例如，记载有如下结构：在专利文献3的供电系统的供电装置(供电模块)中设置检测部(电流/电压检测部113)，基于由该检测部测定出的电流值、电压值求出阻抗，将该阻抗的变化(阻抗的增加量等：参照[0047]段等)与预先设定的阈值进行比较，由此判断供电装置(供电模块)与次级设备(受电模块)是否位于可供电区域内。
如果确实如上述那样设置检测部来判断供电模块和受电模块是否位于可供电区域内，则在判断为供电模块和受电模块不位于可供电区域内的情况下，能够停止对供电模块供给电力来防止消耗多余的电力。
专利文献1：日本专利第4624768号公报
专利文献2：日本特开2010-239769号公报
专利文献3：日本特开2013-62895号公报
发明内容
发明要解决的问题
但是，根据供电装置(供电模块)和次级设备(受电模块)的条件设定，有时判断供电装置(供电模块)和次级设备(受电模块)是否位于可供电区域内的阻抗的变化未明显出现。
因此，在本发明中，提供一种无线电力传输装置，其着眼于供电模块或受电模块的输入阻抗的相位，能够在供电模块和受电模块位于可供电区域内的情况和不位于可供电区域内的情况中使输入阻抗的相位产生差，通过检测该相位的差，来判定是否供给电力，由此能够防止在不位于可供电区域内时消耗多余的电力。
用于解决问题的方案
用于解决上述问题的本发明之一是一种无线电力传输装置，利用谐振现象从与电源连接的供电模块对受电模块供给电力，该无线电力传输装置的特征在于，
上述供电模块具备：
相位检测器，其检测输入阻抗的相位；以及
控制设备，其控制对上述供电模块供给的电力，
其中，上述供电模块和上述受电模块被设定为具有如下双峰性的特性，即相对于供给至上述供电模块的电力的电源频率的传输特性的值在比上述供电模块和上述受电模块的谐振频率低的电源频带以及在比上述谐振频率高的电源频带分别具有波峰，
上述控制设备利用上述相位检测器所检测到的在没有从上述供电模块对上述受电模块供给电力的待机状态下的输入阻抗的相位与在从上述供电模块对上述受电模块供给电力的供电状态下的输入阻抗的相位之差，来判定是否对上述供电模块供给电力。
以往，通过将供电模块和受电模块的传输特性的值设定为具有单峰性的特性，而设定为传输特性的值的波峰出现在谐振频率附近。在这种情况下，通过将电源频率设定为谐振频率来使用，能够使从供电模块向受电模块的电力传输效率最大化。
但是，由于将电源频率设定为谐振频率，因此成为待机状态下的输入阻抗的相位与供电状态下的输入阻抗的相位之间不产生差的设定。
因此，利用上述结构，将供电模块和受电模块的传输特性的值设定为具有双峰性的特性，从而能够设定为使传输特性的值的波峰出现在非谐振频率的频带。由此，由于能够将电源频率设定为在非谐振频率的频带出现的波峰附近来使用，因此能够在待机状态下的输入阻抗的相位与供电状态下的输入阻抗的相位之间设置差。然后，通过相位检测器检测该相位的差，从而控制设备判定是否对供电模块供给电力，由此能够减少待机状态下的消耗电力。
另外，本发明之一的特征在于，在上述无线电力传输装置中，上述供电模块和上述受电模块具备供电线圈、供电谐振器、受电谐振器以及受电线圈，
上述供电线圈具备以电阻R1和线圈L1为要素的RL电路，
上述供电谐振器具备以电阻R2、线圈L2以及电容器C2为要素的RLC电路，
上述受电谐振器具备以电阻R3、线圈L3以及电容器C3为要素的RLC电路，
上述受电线圈具备以电阻R4和线圈L4为要素的RL电路。
根据上述结构，关于供电模块和受电模块，能够设为具备供电线圈、供电谐振器、受电谐振器以及受电线圈的结构，能够通过比较简单的RL电路来构成供电线圈和受电线圈。
另外，本发明之一的特征在于，在上述无线电力传输装置中，上述供电模块和上述受电模块具备供电线圈、供电谐振器、受电谐振器以及受电线圈，
上述供电线圈具备以电阻R1、线圈L1以及电容器C1为要素的RLC电路，
上述供电谐振器具备以电阻R2、线圈L2以及电容器C2为要素的RLC电路，
上述受电谐振器具备以电阻R3、线圈L3以及电容器C3为要素的RLC电路，
上述受电线圈具备以电阻R4、线圈L4以及电容器C4为要素的RLC电路(其中，在上述供电线圈为RLC串联电路的情况下，以满足如下关系中的至少一种关系为条件：线圈L1和线圈L2之间的耦合系数k12与线圈L2和线圈L3之间的耦合系数k23的关系为k12≠k23的关系；以及供电线圈的谐振频率f1与供电谐振器/受电谐振器的谐振频率f0的关系为f1≠f0的关系)。
根据上述结构，关于供电模块和受电模块，能够设为具备供电线圈、供电谐振器、受电谐振器以及受电线圈的结构，能够通过RLC电路构成供电线圈和受电线圈。通过像这样通过RLC电路构成供电线圈和受电线圈，从而在设计上可变更的要素增加，因此能够提高设计自由度(用于将供电模块和受电模块的传输特性的值设定为具有双峰性的特性的可变要素增加)。
另外，本发明之一是一种无线电力传输装置的供给电力控制方法，该无线电力传输装置利用谐振现象从与电源连接的供电模块对受电模块供给电力，该方法的特征在于，
上述供电模块具备：
相位检测器，其检测输入阻抗的相位；以及
控制设备，其控制对上述供电模块供给的电力，
其中，上述供电模块和上述受电模块被设定为具有如下双峰性的特性，即相对于供给至上述供电模块的电力的电源频率的传输特性的值在比上述供电模块和上述受电模块的谐振频率低的驱动频带以及在比上述谐振频率高的驱动频带分别具有波峰，
上述控制设备执行如下处理：利用上述相位检测器所检测到的在没有从上述供电模块对上述受电模块供给电力的待机状态下的输入阻抗的相位与在从上述供电模块对上述受电模块供给电力的供电状态下的输入阻抗的相位之差，来判定是否对上述供电模块供给电力。
以往，通过将供电模块和受电模块的传输特性的值设定为具有单峰性的特性，从而设定为传输特性的值的波峰出现在谐振频率附近。在这种情况下，通过将电源频率设定为谐振频率来使用，能够使从供电模块向受电模块的电力传输效率最大化。
但是，由于将电源频率设定为谐振频率，因此成为待机状态下的输入阻抗的相位与供电状态下的输入阻抗的相位之间不产生差的设定。
因此，利用上述方法，将供电模块和受电模块的传输特性的值设定为具有双峰性的特性，由此能够设定为使传输特性的值的波峰出现在非谐振频率的频带。由此，能够将电源频率设定为在非谐振频率的频带出现的波峰附近来使用，因此，能够在待机状态下的输入阻抗的相位与供电状态下的输入阻抗的相位之间设置差。然后，通过相位检测器检测该相位的差，从而控制设备判定是否对供电模块供给电力，由此能够减少待机状态下的消耗电力。
发明的效果
能够提供一种无线电力传输装置，其能够在供电模块和受电模块位于可供电区域内的情况下与不位于可供电区域内的情况下使输入阻抗的相位产生差，通过检测该相位的差，来判定是否供给电力，由此能够防止在不位于可供电区域内时消耗多余的电力。
附图说明
图1是搭载有供电模块的充电器以及搭载有受电模块的无线式头戴型耳机的说明图。
图2是无线电力传输装置的框图。
图3是待机状态下的无线电力传输装置的说明图。
图4是利用等效电路表示供电状态下的无线电力传输装置的说明图。
图5是利用等效电路表示待机状态下的无线电力传输装置的说明图。
图6是表示相对于电源频率的传输特性“S21”的关系的说明图。
图7的(A)是表示比较例1所涉及的待机状态下的相对于电源频率的输入阻抗Zin和供电状态下的相对于电源频率的输入阻抗Zin的解析结果的曲线图。图7的(B)是表示比较例1所涉及的待机状态下的相对于电源频率的输入阻抗Zin的相位和供电状态下的相对于电源频率的输入阻抗Zin的相位的解析结果的曲线图。
图8的(A)是表示实施例1所涉及的待机状态下的相对于电源频率的输入阻抗Zin和供电状态下的相对于电源频率的输入阻抗Zin的解析结果的曲线图。图8的(B)是表示实施例1所涉及的待机状态下的相对于电源频率的输入阻抗Zin的相位和供电状态下的相对于电源频率的输入阻抗Zin的相位的解析结果的曲线图。
图9是利用等效电路表示比较例2和实施例2所涉及的无线电力传输装置的说明图。
图10的(A)是表示比较例2所涉及的待机状态下的相对于电源频率的输入阻抗Zin和供电状态下的相对于电源频率的输入阻抗Zin的解析结果的曲线图。图10的(B)是表示比较例2所涉及的待机状态下的相对于电源频率的输入阻抗Zin的相位和供电状态下的相对于电源频率的输入阻抗Zin的相位的解析结果的曲线图。
图11的(A)是表示实施例2所涉及的待机状态下的相对于电源频率的输入阻抗Zin和供电状态下的相对于电源频率的输入阻抗Zin的解析结果的曲线图。图11的(B)是实施例2所涉及的待机状态下的相对于电源频率的输入阻抗Zin的相位和供电状态下的相对于电源频率的输入阻抗Zin的相位的解析结果的曲线图。
图12的(A)是表示实施例3所涉及的待机状态下的相对于电源频率的输入阻抗Zin和供电状态下的相对于电源频率的输入阻抗Zin的解析结果的曲线图。图12的(B)是表示实施例3所涉及的待机状态下的相对于电源频率的输入阻抗Zin的相位和供电状态下的相对于电源频率的输入阻抗Zin的相位的解析结果的曲线图。
图13的(A)是表示实施例4所涉及的待机状态下的相对于电源频率的输入阻抗Zin和供电状态下的相对于电源频率的输入阻抗Zin的解析结果的曲线图。图13的(B)是表示实施例4所涉及的待机状态下的相对于电源频率的输入阻抗Zin的相位和供电状态下的相对于电源频率的输入阻抗Zin的相位的解析结果的曲线图。
图14是说明控制设备执行的供电动作流程的流程图。
具体实施方式
以下，对作为本发明的用于无线电力传输的无线电力传输装置以及无线电力传输装置的电力供给方法的实施方式进行说明。
首先，在本实施方式中，如图1所示，作为无线电力传输装置1，以具备供电模块2的充电器101和具备受电模块3的无线式头戴型耳机102为例进行说明。
(无线电力传输装置1的结构)
如图1所示，无线电力传输装置1由充电器101和无线式头戴型耳机102构成。而且，如图2所示，充电器101具备具有供电线圈21和供电谐振器22的供电模块2、相位检测器4以及控制设备5。另外，无线式头戴型耳机102具备耳机扬声器部102a、具有受电线圈31和受电谐振器32的受电模块3、对所接收到的交流电力进行整流的稳定电路7、防止过充电的充电电路8以及二次电池9(锂离子二次电池等)(此外，省略作为音频设备的装置)。而且，对供电模块2供给电力的交流电源6(外部的电力供给源61、振荡电路62)经由控制设备5连接于供电模块2，二次电池9经由稳定电路7和充电电路8连接于受电模块3。此外，在图中，为了便于说明，将稳定电路7、充电电路8以及二次电池9记载于受电模块3之外，但实际上配置在螺线管状的受电线圈31和受电谐振器32的线圈内周侧。另外，本实施方式中的稳定电路7、充电电路8以及二次电池9如图1和图2所示那样是成为最终的电力供电目标的被供电设备10，被供电设备10是与受电模块3连接的电力供电目标的设备整体的总称。
另外，虽未图示，但充电器101设置有用于收纳无线式头戴型耳机102的符合无线式头戴型耳机102的形状的收纳槽，通过将无线式头戴型耳机102收纳于该充电器101的收纳槽，能够以充电器101所具备的供电模块2与无线式头戴型耳机102所具备的受电模块3相向配置的方式将无线式头戴型耳机102定位。
供电线圈21发挥将从交流电源6获得的电力通过电磁感应而供给至供电谐振器22的作用。如图4所示，该供电线圈21构成为以电阻器R1和线圈L1为要素的RL电路。此外，线圈L1部分使用铜线材(带有绝缘覆膜)，并将线圈直径设定为15mmφ。另外，将构成供电线圈21的电路元件所具有的合计阻抗设为Z1，在本实施方式中，将构成供电线圈21的以电阻器R1和线圈L1为要素的RL电路(电路元件)所具有的合计的阻抗设为Z1。另外，将流向供电线圈21的电流设为I1。
受电线圈31发挥如下作用：通过电磁感应接收作为磁场能量从供电谐振器22传输至受电谐振器32的电力，并经由稳定电路7和充电电路8供给至二次电池9。该受电线圈31与供电线圈21同样地，如图4所示那样构成为以电阻器R4和线圈L4为要素的RL电路。此外，线圈L4部分使用铜线材(带有绝缘覆膜)，并设定为线圈直径15mmφ。另外，将构成受电线圈31的电路元件所具有的合计阻抗设为Z4，在本实施方式中，将构成受电线圈31的以电阻器R4和线圈L4为要素的RL电路(电路元件)所具有的合计的阻抗设为Z4。另外，将与受电线圈31连接的被供电设备10(稳定电路7、充电电路8以及二次电池9)的合计阻抗设为ZL。另外，将流向受电线圈31的电流设为I4。此外，将被供电设备10的合计阻抗设为ZL，但为方便起见，也可以置换为RL。
如图4所示，供电谐振器22构成为以电阻器R2、线圈L2以及电容器C2为要素的RLC电路。另外，如图4所示，受电谐振器32构成为以电阻器R3、线圈L3以及电容器C3为要素的RLC电路。而且，供电谐振器22和受电谐振器32分别成为谐振电路，发挥产生磁场谐振态的作用。在此，磁场谐振态(谐振现象)是指两个以上的线圈在谐振频率下发生谐振。另外，将构成供电谐振器22的电路元件所具有的合计阻抗设为Z2，在本实施方式中，将构成供电谐振器22的以电阻器R2、线圈L2以及电容器C2为要素的RLC电路(电路元件)所具有的合计的阻抗设为Z2。另外，将构成受电谐振器32的电路元件所具有的合计阻抗设为Z3，在本实施方式中，将构成受电谐振器32的以电阻器R3、线圈L3以及电容器C3为要素的RLC电路(电路元件)所具有的合计阻抗设为Z3。另外，将流向供电谐振器22的电流设为I2，将流向受电谐振器32的电流设为I3。
另外，在供电谐振器22和受电谐振器32中的作为谐振电路的RLC电路中，当将电感设为L、将电容器电容设为C时，通过(式1)确定的f为谐振频率。而且，本实施方式中的供电谐振器22和受电谐振器32的谐振频率(f0)设为1MHz。
f = 1 2 π LC
     ...(式1)
另外，供电谐振器22使用由铜线材(带绝缘覆膜)构成的线圈直径15mmφ的螺线管型的线圈。另外，受电谐振器32使用由铜线材(带绝缘覆膜)构成的线圈直径15mmφ的螺线管型的线圈。另外，如上所述，使供电谐振器22和受电谐振器32的谐振频率一致。此外，供电谐振器22和受电谐振器32只要是使用了线圈的谐振器，则可以是螺旋型、螺线管型等的线圈。
另外，将供电线圈21与供电谐振器22之间的距离设为d12，将供电谐振器22与受电谐振器32之间的距离设为d23，将受电谐振器32与受电线圈31之间的距离设为d34(参照图1)。
另外，如图4所示，将供电线圈21的线圈L1与供电谐振器22的线圈L2之间的互感设为M12，将供电谐振器22的线圈L2与受电谐振器32的线圈L3之间的互感设为M23，将受电谐振器32的线圈L3与受电线圈31的线圈L4之间的互感设为M34。另外，在无线电力传输装置1中，将线圈L1与线圈L2之间的耦合系数表述为k12，将线圈L2与线圈L3之间的耦合系数表述为k23，将线圈L3与线圈L4之间的耦合系数设为k34。
另外，当表示无线电力传输装置1(包括稳定电路7、充电电路8以及二次电池9)的电路图时，如图4的下图那样。这是将构成无线电力传输装置1的供电模块2和受电模块3(包括稳定电路7、充电电路8以及二次电池9)整体置换为一个输入阻抗Zin来表示的，将施加于无线电力传输装置1的电压设为电压Vin，将输入至无线电力传输装置1的电流设为Iin。
此外，为了更详细地表示无线电力传输装置1的输入阻抗Zin，当利用等效电路表示无线电力传输装置1的结构时，如图4所示。而且，根据图4的等效电路，无线电力传输装置1的输入阻抗Zin能够如(式2)那样表述。
Z in = Z 1 + ( ω M 12 ) 2 Z 2 + ( ω M 23 ) 2 Z 3 + ( ω M 34 ) 2 Z 4 + Z L
M 12 = k 12 L 1 L 2 , M 23 = k 23 L 2 L 3 , M 34 = k 34 L 3 L 4
(kij为Li与Lj之间的耦合系数)
               ...（式2)
而且，本实施方式中的无线电力传输装置1的供电线圈21、供电谐振器22、受电谐振器32以及受电线圈31的阻抗Z1、Z2、Z3、Z4、ZL能够分别如(式3)那样表述。
Z1＝R1+jωL1
Z 2 = R 2 + j ( ω L 2 - 1 ω C 2 )
Z 3 = R 3 + j ( ω L 3 - 1 ω C 3 )
Z4＝R4+jωL4
ZL＝RL
            ...(式3)
另外，供电线圈21的RL电路的R1、L1、供电谐振器22的RLC电路的R2、L2、C2、受电谐振器32的RLC电路的R3、L3、C3、受电线圈31的RL电路的R4、L4的电阻值、电感、电容器电容以及耦合系数k12、k23、k34被设定为在设计、制造阶段等能够变更的参数。
另外，充电器101所具备的相位检测器4能够检测无线电力传输装置1的输入阻抗Zin，并根据所检测到的输入阻抗Zin来检测输入阻抗Zin的相位。例如，作为相位检测器4，使用电流检测器和电压检测器，分别检测施加到无线电力传输装置1的电压Vin、输入到无线电力传输装置1的电流Iin。然后，根据所检测到的电压Vin和电流Iin求出输入阻抗Zin(参照式4)，并根据求出的输入阻抗Zin检测输入阻抗Zin的相位。
Z in = V in I in
                   ...(式4)
此外，从无线电力传输装置1的消耗电力的削减的必要性出发，期望相位检测器4所进行的输入阻抗Zin的相位的检测是隔开规定的时间间隔定期地进行而非始终进行。
控制设备5的详细情况在后面记述，但是控制设备5具有依据相位检测器4所检测到的输入阻抗Zin的相位的变化来判断是否从交流电源6对供电模块2供给电力的功能，并具有在得到了不供给电力的意思的判断的情况下将从交流电源6向供电模块2的电力供给切断的功能。具体地说，在供电状态下的输入阻抗Zin的相位与待机状态下的输入阻抗Zin的相位之间设定规定的阈值，在超过该阈值的情况下，进行从供电状态切换为待机状态(将从交流电源6向供电模块2的电力的供给切断)或从待机状态切换为供电状态(从交流电源6向供电模块2供给电力)的控制。此外，控制设备5例如由微计算机、存储装置等构成。
在此，如图1和图4所示，将从供电模块2对受电模块3供给电力的状态设为供电状态。该供电状态也可以说是供电模块2和受电模块3所具备的供电谐振器22和受电谐振器32产生磁场谐振态时。另外，供电状态还是在供电谐振器22与受电谐振器32之间的距离d23以某种程度接近配置的情况下(可供电区域)成立的状态。另外，在本实施方式中，对无线式头戴型耳机102中的充电电池9进行充电的状态可称为供电状态。
另一方面，如图3和图5所示，将没有从供电模块2对受电模块3供给电力的状态设为待机状态。该待机状态也可以说是供电模块2和受电模块3所具备的供电谐振器22和受电谐振器32没有产生磁场谐振态时。另外，待机状态还是在供电谐振器22与受电谐振器32之间的距离d23处于不产生上述磁场谐振态的程度的配置关系的情况下成立的状态。另外，在本实施方式中，不对无线式头戴型耳机102中的充电电池9进行充电的状态可称为待机状态。
例如，在供电状态下的输入阻抗Zin的相位为29°、待机状态下的输入阻抗Zin的相位为88°的情况下(参照下述实施例1)，事先将阈值设定为它们之间的58°，在相位检测器4所检测到的相位值从较低的值(29°)超过作为阈值的58°而变化为较高的值(88°)的情况下，控制设备5判断为从供电状态转变成了待机状态，从而将从交流电源6向供电模块2的电力的供给切断。另一方面，在相位检测器4所检测到的相位值从高的值(88°)超过作为阈值的58°而变化为低的值(29°)的情况下，控制设备5判断为从待机状态转变成了供电状态，从而进行从交流电源6向供电模块2的电力供给。
根据上述无线电力传输装置1，在使供电谐振器22的谐振频率与受电谐振器32的谐振频率一致的情况下，能够在供电谐振器22与受电谐振器32之间产生磁场谐振态。当在供电谐振器22和受电谐振器32谐振的状态下产生磁场谐振态时，能够将电力作为磁场能量从供电谐振器22传输至受电谐振器32，如果由控制设备5判断为可以从交流电源6对供电模块2供给电力，则将电力从具备供电模块2的充电器101无线传输至具备受电模块3的无线式头戴型耳机102，来对设置于无线式头戴型耳机102内的充电电池9进行充电。
(必须防止待机状态下的多余的消耗电力的原因)
接着，基于上述待机状态和供电状态的概念，对在利用无线电力传输的电力传输中必须防止待机状态下的多余的消耗电力的原因进行说明。如上所述，在通过利用供电模块2和受电模块3所具备的供电谐振器22与受电谐振器32之间的谐振现象(磁场谐振态)使磁场耦合来进行无线电力传输时，需要以使受电模块3靠近供电模块2而成为能够从供电模块2对受电模块3供电的距离(可供电区域)的方式配置使用(参照图1和图4)。在这样的使用过程中，在供电模块和受电模块不位于可供电区域内的情况下(待机状态)，在供电模块中，成为始终被持续供给电力以备受电模块被接近地配置于可供电区域(供电状态)的状态。
这样，导致待机状态下的供电模块2的消耗电力浪费。
因此，在待机状态下，要求将从交流电源6向供电模块2的电力的供给切断。
在本实施方式中，设为如下结构：设定为在供电状态下的无线电力传输装置1的输入阻抗Zin的相位与待机状态下的无线电力传输装置1的输入阻抗Zin的相位之间产生差，在利用所产生的相位的差判断为待机状态的情况下，将从交流电源6向供电模块2的电力供给切断。
(输入阻抗Zin的相位差的设定)
在本实施方式中，作为在供电状态下的无线电力传输装置1的输入阻抗Zin的相位与待机状态下的无线电力传输装置1的输入阻抗Zin的相位之间产生差的设定，通过设定为相对于供给至无线电力传输装置1的电力的电源频率的无线电力传输装置1的传输特性“S21”具有双峰性的性质来实现。此外，为了使无线电力传输装置1具有双峰性的性质，通过分别调整供电线圈21的RL电路的R1、L1、供电谐振器22的RLC电路的R2、L2、C2、受电谐振器32的RLC电路的R3、L3、C3、受电线圈31的RL电路的R4、L4的电阻值、电感、电容器电容以及耦合系数k12、k23、k34来实现。
(双峰性的性质)
在此，传输特性“S21”表示将网络分析仪(安捷伦科技股份有限公司制造的E5061B等)与供电模块2和受电模块3连接来进行测量的信号，以分贝表示，数值越大则意味着电力传输效率越高。而且，相对于供给至供电模块2和受电模块3的电力的电源频率的传输特性“S21”根据供电模块2和受电模块3之间的磁场的耦合程度(磁场耦合)的强度而分为具有单峰性的性质的传输特性和具有双峰性的性质的传输特性。而且，单峰性是指相对于电源频率的传输特性“S21”的波峰为一个且该波峰在谐振频带(f0)处出现(参照图6的虚线51)。另一方面，双峰性是指相对于电源频率的传输特性“S21”的波峰有两个且这两个波峰在比谐振频率低的电源频带(fL)和在比谐振频率高的电源频带(fH)处出现(参照图6的实线52)。如果更详细地定义双峰性，则是指将供电模块2和受电模块3连接于上述网络分析仪而测量的反射特性“S11”具有两个波峰的状态。因而，在即使相对于电源频率的传输特性“S21”的波峰看似为一个但测量出的反射特性“S11”具有两个波峰的情况下，也设为具有双峰性的性质。
在具有上述单峰性的性质的无线电力传输装置1(供电模块2和受电模块3)中，如图6的虚线51所示，在电源频率为谐振频率f0时传输特性“S21”最大化(电力传输效率最大化)。
另一方面，在具有双峰性的性质的无线电力传输装置1(供电模块2和受电模块3)中，如图6的实线52所示，传输特性“S21”在比谐振频率f0低的电源频带(fL)和比谐振频率f0高的电源频带(fH)最大化。
此外，一般地，如果供电谐振器22与受电谐振器32之间的距离相同，则双峰性的传输特性“S21”的最大值(在fL或fH时的传输特性“S21”的值)成为比单峰性的传输特性“S21”的最大值(在f0时的传输特性“S21”的值)低的值(参照图6的曲线图)。
例如，在传输特性“S21”具有双峰性的性质的情况下，在将供给至供电模块2的交流电力的电源频率设定为在比谐振频率f0低的频带出现的波峰(fL)附近的频带时，供电谐振器22和受电谐振器32为相同相位且成为谐振状态，流向供电谐振器22的电流的朝向与流向受电谐振器32的电流的朝向成为相同朝向。其结果，如图6的曲线图所示，虽然未达到以电力传输效率的最大化为目的的一般的无线电力传输装置的传输特性“S21”(虚线51)，但即使在使电源频率与供电谐振器22和受电谐振器32所具有的谐振频率不一致的情况下，也能够使传输特性“S21”的值为比较高的值(实线52)。在此，将流向供电谐振器22的电流的朝向与流向受电谐振器32的电流的朝向成为相同朝向的谐振状态称为同相谐振模式。
另外，在上述同相谐振模式中，在供电谐振器22的外周侧产生的磁场和在受电谐振器32的外周侧产生的磁场相互抵消，由此在供电谐振器22和受电谐振器32的外周侧，磁场所产生的影响减小，从而能够形成具有比供电谐振器22和受电谐振器32的外周侧以外的磁场强度(例如供电谐振器22和受电谐振器32的内周侧的磁场强度)小的磁场强度的磁场空间。而且，在该磁场空间收纳有期望减小磁场影响的稳定电路7、充电电路8、充电电池9等的情况下，能够减小、防止对于稳定电路7、充电电路8、充电电池9等产生因磁场引起的涡电流，从而能够抑制发热所导致的不良影响。
另一方面，例如在传输特性“S21”具有双峰性的性质的情况下，将供给至供电模块2的交流电力的电源频率设定为在比谐振频率f0高的频带出现的波峰(fH)附近的频带的情况下，供电谐振器22和受电谐振器32为相反相位且成为谐振状态，流向供电谐振器22的电流的朝向与流向受电谐振器32的电流的朝向成为相反朝向。其结果，如图6的曲线图所示，虽然未达到以电力传输效率的最大化为目的的一般的无线电力传输装置的传输特性“S21”(虚线51)，但即使在使电源频率与供电谐振器22和受电谐振器32所具有的谐振频率不一致的情况下，也能够使传输特性“S21”的值为比较高的值(实线52)。在此，将流向供电谐振器22的电流的朝向与流向受电谐振器32的电流的朝向为相反朝向的谐振状态称为反相谐振模式。
另外，在上述反相谐振模式中，在供电谐振器22的内周侧产生的磁场与在受电谐振器32的内周侧产生的磁场相互抵消，由此在供电谐振器22和受电谐振器32的内周侧，磁场所产生的影响减小，从而能够形成具有比供电谐振器22和受电谐振器32的内周侧以外的磁场强度(例如供电谐振器22和受电谐振器32的外周侧的磁场强度)小的磁场强度的磁场空间。而且，在该磁场空间收纳有期望减小磁场影响的稳定电路7、充电电路8、充电电池9等的情况下，能够减小、防止对于稳定电路7、充电电路8、充电电池9等产生因磁场引起的涡电流，从而能够抑制发热所导致的不良影响。另外，通过该反相谐振模式形成的磁场空间形成于供电谐振器22和受电谐振器32的内周侧，因此通过在该空间嵌入稳定电路7、充电电路8、充电电池9等电子部件而能够实现供电模块2和受电模块3自身的小型化、提高设计自由度。
(比较例和实施例)
以下，示出比较例和实施例来说明设为在供电状态下的无线电力传输装置1的输入阻抗Zin的相位与待机状态下的无线电力传输装置1的输入阻抗Zin的相位之间产生差并设定为相对于供给至无线电力传输装置1的电力的电源频率的无线电力传输装置1的传输特性“S21”具有双峰性的性质较佳。在以下的比较例、实施例中，使用进行了各种设定的供电模块2和受电模块3，表示待机状态(关(OFF))下的相对于电源频率的输入阻抗Zin和供电状态(开(ON))下的相对于电源频率的输入阻抗Zin的解析结果以及待机状态(OFF)下的相对于电源频率的输入阻抗Zin的相位和供电状态(ON)下的相对于电源频率的输入阻抗Zin的相位的解析结果。此外，在比较例和实施例中，代替稳定电路7、充电电路8以及充电电池9而连接可变电阻器11(Rl)来进行解析。
另外，在比较例1中，以供电状态下的相对于供给至供电模块2和受电模块3的电力的电源频率的传输特性“S21”具有单峰性的性质而进行解析。另外，在比较例2和实施例1～4中，以供电状态下的相对于供给至供电模块2和受电模块3的电力的电源频率的传输特性“S21”具有双峰性的性质来进行解析。
(比较例1)
如图4所示，比较例1所涉及的无线电力传输装置1的供电模块2构成为具备供电线圈21和供电谐振器22。另一方面，受电模块3构成为具备受电谐振器32和受电线圈31。而且，在比较例1的无线电力传输装置1中，将R1、R2、R3、R4的值分别设定为0.5Ω。另外，将L1、L2、L3、L4的值分别设定为4.5μH。另外，被供电设备10的RL为100Ω。另外，供电谐振器22和受电谐振器32的谐振频率为1.0MHz。另外，耦合系数k12、k34为0.3，耦合系数k23为0.03(此外，是供电状态下的耦合系数的值)。另外，如上所述，比较例1所涉及的无线电力传输装置1具有单峰性的性质。
如图5所示，在待机状态下，将构成供电模块2的供电线圈21和供电谐振器22的输入阻抗设为Zin。另外，如图4所示，在供电状态下，将构成供电模块2的供电线圈21、供电谐振器22以及构成受电模块3的受电谐振器32、受电线圈31的输入阻抗设为Zin。
图7的(A)示出与比较例1的无线电力传输装置1相关的待机状态(OFF)下的相对于电源频率的输入阻抗Zin(图7的(A)的虚线)和供电状态(ON)下的相对于电源频率的输入阻抗Zin(图7的(A)的实线)的解析结果。当观察图7的(A)时，可知在待机状态和供电状态下均是通过将电源频率设为谐振频率f0(1MHz：使电力传输效率最大化)而输入阻抗Zin最大化。
图7的(B)示出与比较例1的无线电力传输装置1相关的待机状态(OFF)下的相对于电源频率的输入阻抗Zin的相位(图7的(B)的虚线)和供电状态(ON)下的相对于电源频率的输入阻抗Zin的相位(图7的(B)的实线)的解析结果。当观察图7的(B)时，在无线电力传输装置1具有单峰性的性质的情况下，在使电力传输效率最大化的谐振频率f0时，供电状态(ON)的输入阻抗Zin的相位为19°，待机状态(OFF)的输入阻抗Zin的相位为11°。在这种情况下，可知如下情况：在供电状态下的输入阻抗Zin的相位与待机状态下的输入阻抗Zin的相位之间略微产生差，但由于该差小，因此不适合于控制设备5的判定。此外，严格地说，由于在供电状态下的输入阻抗Zin的相位与待机状态下的输入阻抗Zin的相位之间略微产生差，因此也可能检测出该差。但是，在这种情况下，由于相位的差小，因此对检测该差并进行判断的检测器、控制设备要求高精度(防止错误动作)，因此从无线电力传输装置1的性价比的观点来看判断为不合适。
(实施例1)
实施例1所涉及的无线电力传输装置1的供电模块2与比较例1同样地，如图4所示那样构成为具备供电线圈21和供电谐振器22。另外，受电模块3也与比较例1同样地构成为具备受电谐振器32和受电线圈31。而且，在实施例1的无线电力传输装置1中，耦合系数k23设定为0.3(其它的设定与比较例1相同)。像这样，通过将耦合系数k23设定为0.3，从而设定为实施例1所涉及的无线电力传输装置1具有双峰性的性质。
在待机状态下，如图5所示，将构成供电模块2的供电线圈21和供电谐振器22的输入阻抗设为Zin。另外，如图4所示，在供电状态下，将构成供电模块2的供电线圈21、供电谐振器22以及构成受电模块3的受电谐振器32、受电线圈31的输入阻抗设为Zin。
图8的(A)示出与实施例1的无线电力传输装置1相关的待机状态(OFF)下的相对于电源频率的输入阻抗Zin(图8的(A)的虚线)和供电状态(ON)下的相对于电源频率的输入阻抗Zin(图8的(A)的实线)的解析结果。当观察图8的(A)时，可知在供电状态下在成为同相谐振模式(fL：0.88MHz)或反相谐振模式(fH：1.19MHz)的电源频率具有波峰。
图8的(B)示出与实施例1的无线电力传输装置1相关的待机状态(OFF)下的相对于电源频率的输入阻抗Zin的相位(图8的(B)的虚线)和供电状态(ON)下的相对于电源频率的输入阻抗Zin的相位(图8的(B)的实线)的解析结果。
当观察图8的(B)时，在无线电力传输装置1具有双峰性的性质的情况下，在提高电力传输效率的同相谐振模式(fL)中，供电状态(ON)的输入阻抗Zin的相位为29°，待机状态(OFF)的输入阻抗Zin的相位为88°。在这种情况下，供电状态下的输入阻抗Zin的相位与待机状态下的输入阻抗Zin的相位之间产生59°的差。因此，例如当假设将阈值设定为58°时，在该阈值(58°)与供电状态(ON)的输入阻抗Zin的相位(29°)之间产生较大的差(29°的差)，因此控制设备5能够精度良好地进行从供电状态向待机状态的转移(如果相位的差小，则容易产生错误检测，即受因相位检测器4的精度而导致的相位的检测值的偏移等影响)。同样地，由于该阈值(58°)与待机状态(OFF)的输入阻抗Zin的相位(88°)之间产生大的差(30°的差)，因此控制设备5能够精度良好地进行从待机状态向供电状态的转移。
另外，由于供电状态下的输入阻抗Zin的相位与待机状态下的输入阻抗Zin的相位之间的差大，因此相位检测器4、控制设备5所使用的设备不需要高精度，因此从无线电力传输装置1的性价比的观点来看也较为理想。
另一方面，在无线电力传输装置1具有双峰性的性质的情况下，在提高电力传输效率的反相谐振模式(fH)中，供电状态(ON)的输入阻抗Zin的相位为26°，待机状态(OFF)的输入阻抗Zin的相位为87°。在这种情况下，供电状态下的输入阻抗Zin的相位与待机状态下的输入阻抗Zin的相位之间产生61°的差。因此，与同相谐振模式同样地，控制设备5能够精度良好地进行从供电状态向待机状态的转移。
(比较例2)
在比较例2所涉及的无线电力传输装置1中，供电模块2的供电线圈21如图9所示是以电阻R1、线圈L1以及电容器C1为要素的RLC串联电路，受电模块3的受电线圈31设为以电阻R4、线圈L4以及电容器C4为要素的RLC串联电路，其它的设定与实施例1相同。另外，供电线圈21的谐振频率(f1)以及受电线圈31的谐振频率(f4)是1.0MHz，另外，供电谐振器22和受电谐振器32的谐振频率(f0)是1.0MHz(f1＝f0)。另外，耦合系数k12、k23、k34设定为0.3(k12＝k23)。另外，比较例2所涉及的无线电力传输装置1设定为具有双峰性的性质。
在待机状态下，将构成供电模块2的供电线圈21和供电谐振器22的输入阻抗设为Zin。另外，如图9所示，在供电状态下，将构成供电模块2的供电线圈21、供电谐振器22以及构成受电模块3的受电谐振器32、受电线圈31的输入阻抗设为Zin。
图10的(A)示出与比较例2的无线电力传输装置1相关的待机状态(OFF)下的相对于电源频率的输入阻抗Zin(图10的(A)的虚线)和供电状态(ON)下的相对于电源频率的输入阻抗Zin(图10的(A)的实线)的解析结果。当观察图10的(A)时，可知在供电状态下在成为同相谐振模式(fL：0.88MHz)或反相谐振模式(fH：1.19MHz)的电源频率具有波峰。
图10的(B)示出与比较例2的无线电力传输装置1相关的待机状态(OFF)下的相对于电源频率的输入阻抗Zin的相位(图10的(B)的虚线)与供电状态(ON)下的相对于电源频率的输入阻抗Zin的相位(图10的(B)的实线)的解析结果。
当观察图10的(B)时，在无线电力传输装置1具有双峰性的性质的情况下，在提高电力传输效率的同相谐振模式(fL)中，供电状态(ON)的输入阻抗Zin的相位为0°，待机状态(OFF)的输入阻抗Zin的相位为0°。在这种情况下，供电状态下的输入阻抗Zin的相位与待机状态下的输入阻抗Zin的相位之间未产生差。另一方面，在无线电力传输装置1具有双峰性的性质的情况下，在提高电力传输效率的反相谐振模式(fH)中，供电状态(ON)的输入阻抗Zin的相位也为0°，待机状态(OFF)的输入阻抗Zin的相位也为0°。在这种情况下，供电状态下的输入阻抗Zin的相位与待机状态下的输入阻抗Zin的相位之间未产生差。像这样，可知如下情况：将供电模块2的供电线圈21设为以电阻R1、线圈L1以及电容器C1为要素的RLC串联电路，在耦合系数满足k12＝k23的关系、供电线圈21的谐振频率(f1)与供电谐振器22和受电谐振器32的谐振频率(f0)的关系满足f1＝f0的关系的情况下，在同相谐振模式和反相谐振模式中，供电状态下的输入阻抗Zin的相位与待机状态下的输入阻抗Zin的相位之间均不产生差。
因此，需要设定为即使在将供电模块2的供电线圈21设为以电阻R1、线圈L1以及电容器C1为要素的RLC串联电路的情况下，在同相谐振模式和反相谐振模式中供电状态下的输入阻抗Zin的相位与待机状态下的输入阻抗Zin的相位之间也产生差。在以下的实施例2～4中示出该设定。
(实施例2)
在实施例2所涉及的无线电力传输装置1中，与比较例2同样地，供电模块2的供电线圈21如图9所示那样是以电阻R1、线圈L1以及电容器C1为要素的RLC串联电路，受电模块3的受电线圈31设为以电阻R4、线圈L4以及电容器C4为要素的RLC串联电路。而且，在实施例2中，将耦合系数k12设定为0.2，耦合系数k23、k34设定为0.3(k12≠k23)。另外，供电线圈21的谐振频率(f1)和受电线圈31的谐振频率(f4)是1.0MHz，另外，供电谐振器22和受电谐振器32的谐振频率(f0)是1.0MHz(f1＝f0)。此外，实施例2所涉及的无线电力传输装置1与比较例2同样地设定为具有双峰性的性质。
在待机状态下，将构成供电模块2的供电线圈21以及供电谐振器22的输入阻抗设为Zin。另外，如图9所示，在供电状态下，将构成供电模块2的供电线圈21、供电谐振器22以及构成受电模块3的受电谐振器32、受电线圈31的输入阻抗设为Zin。
图11的(A)示出与实施例2的无线电力传输装置1相关的待机状态(OFF)下的相对于电源频率的输入阻抗Zin(图11的(A)的虚线)和供电状态(ON)下的相对于电源频率的输入阻抗Zin(图11的(A)的实线)的解析结果。当观察图11的(A)时，可知在供电状态下在成为同相谐振模式(fL：0.88MHz)或反相谐振模式(fH：1.19MHz)的电源频率具有波峰。
图11的(B)示出与实施例2的无线电力传输装置1相关的待机状态(OFF)下的相对于电源频率的输入阻抗Zin的相位(图11的(B)的虚线)和供电状态(ON)下的相对于电源频率的输入阻抗Zin的相位(图11的(B)的实线)的解析结果。
当观察图11的(B)时，在无线电力传输装置1具有双峰性的性质的情况下，在提高电力传输效率的同相谐振模式(fL)中，供电状态(ON)的输入阻抗Zin的相位为-33°，待机状态(OFF)的输入阻抗Zin的相位为-79°。在这种情况下，供电状态下的输入阻抗Zin的相位与待机状态下的输入阻抗Zin的相位之间产生46°的差。因此，例如当将阈值设定为-56°时，在该阈值(-56°)与供电状态(ON)的输入阻抗Zin的相位(-33°)之间产生大的差(23°的差)，因此控制设备5能够精度良好地进行从供电状态向待机状态的转移。同样地，在该阈值(-56°)与待机状态(OFF)的输入阻抗Zin的相位(-79°)之间产生大的差(23°的差)，因此控制设备5能够精度良好地进行从待机状态向供电状态的转移。
另外，由于供电状态下的输入阻抗Zin的相位与待机状态下的输入阻抗Zin的相位之间的差大，因此相位检测器4、控制设备5所使用的设备不需要高精度，因此从无线电力传输装置1的性价比的观点来看也较为理想。
另一方面，在无线电力传输装置1具有双峰性的性质的情况下，在提高电力传输效率的反相谐振模式(fH)中，供电状态(ON)的输入阻抗Zin的相位为30°，待机状态(OFF)的输入阻抗Zin的相位为82°。在这种情况下，供电状态下的输入阻抗Zin的相位与待机状态下的输入阻抗Zin的相位之间产生52°的差。因此，与同相谐振模式同样地，控制设备5能够精度良好地进行从供电状态向待机状态的转移。
(实施例3)
在实施例3所涉及的无线电力传输装置1中，与实施例2同样地，供电模块2的供电线圈21如图9所示是以电阻R1、线圈L1以及电容器C1为要素的RLC串联电路，受电模块3的受电线圈31设为以电阻R4、线圈L4以及电容器C4为要素的RLC串联电路。而且，在实施例3中，将耦合系数k12设定为0.2，耦合系数k23、k34设定为0.3(k12≠k23)。另外，供电线圈21的谐振频率(f1)和受电线圈31的谐振频率(f4)是0.9MHz，另外，供电谐振器22和受电谐振器32的谐振频率(f0)是1.0MHz(f1≠f0)。此外，实施例3所涉及的无线电力传输装置1与实施例2同样地设定为具有双峰性的性质。
在待机状态下，将构成供电模块2的供电线圈21和供电谐振器22的输入阻抗设为Zin。另外，如图9所示，在供电状态下，将构成供电模块2的供电线圈21、供电谐振器22以及构成受电模块3的受电谐振器32、受电线圈31的输入阻抗设为Zin。
图12的(A)示出与实施例3的无线电力传输装置1相关的待机状态(OFF)下的相对于电源频率的输入阻抗Zin(图12的(A)的虚线)和供电状态(ON)下的相对于电源频率的输入阻抗Zin(图12的(A)的实线)的解析结果。当观察图12的(A)时，可知在供电状态下在成为同相谐振模式(fL：0.88MHz)或反相谐振模式(fH：1.19MHz)的电源频率具有波峰。
图12的(B)示出与实施例3的无线电力传输装置1相关的待机状态(OFF)下的相对于电源频率的输入阻抗Zin的相位(图12的(B)的虚线)和供电状态(ON)下的相对于电源频率的输入阻抗Zin的相位(图12的(B)的实线)的解析结果。
当观察图12的(B)时，在无线电力传输装置1具有双峰性的性质的情况下，在提高电力传输效率的同相谐振模式(fL)中，供电状态(ON)的输入阻抗Zin的相位为-15°，待机状态(OFF)的输入阻抗Zin的相位为72°。在这种情况下，供电状态下的输入阻抗Zin的相位与待机状态下的输入阻抗Zin的相位之间产生87°的差。因此，例如在将阈值设定为29°时，在该阈值(29°)与供电状态(ON)的输入阻抗Zin的相位(-15°)之间产生大的差(44°的差)，因此控制设备5能够精度良好地进行从供电状态向待机状态的转移。同样地，在该阈值(29°)与待机状态(OFF)的输入阻抗Zin的相位(72°)之间产生大的差(43°的差)，因此控制设备5能够精度良好地进行从待机状态向供电状态的转移。
另外，由于供电状态下的输入阻抗Zin的相位与待机状态下的输入阻抗Zin的相位之间的差大，因此相位检测器4、控制设备5所使用的设备不需要高精度，因此从无线电力传输装置1的性价比的观点来看也较为理想。
另一方面，在无线电力传输装置1具有双峰性的性质的情况下，在提高电力传输效率的反相谐振模式(fH)中，供电状态(ON)的输入阻抗Zin的相位为38°，待机状态(OFF)的输入阻抗Zin的相位为86°。在这种情况下，供电状态下的输入阻抗Zin的相位与待机状态下的输入阻抗Zin的相位之间产生48°的差。因此，与同相谐振模式同样地，控制设备5能够精度良好地进行从供电状态向待机状态的转移。
(实施例4)
在实施例4的无线电力传输装置1中，与实施例2同样地，供电模块2的供电线圈21如图9所示是以电阻R1、线圈L1以及电容器C1为要素的RLC串联电路，受电模块3的受电线圈31设为以电阻R4、线圈L4以及电容器C4为要素的RLC串联电路。而且，在实施例4中，耦合系数k12、k23、k34设定为0.3(k12＝k23)。另外，供电线圈21的谐振频率(f1)和受电线圈31的谐振频率(f4)是0.9MHz，另外，供电谐振器22和受电谐振器32的谐振频率(f0)是1.0MHz(f1≠f0)。此外，实施例4所涉及的无线电力传输装置1与实施例2同样地设定为具有双峰性的性质。
在待机状态下，将构成供电模块2的供电线圈21和供电谐振器22的输入阻抗设为Zin。另外，如图9所示，在供电状态下，将构成供电模块2的供电线圈21、供电谐振器22以及构成受电模块3的受电谐振器32、受电线圈31的输入阻抗设为Zin。
图13的(A)示出与实施例4的无线电力传输装置1相关的待机状态(OFF)下的相对于电源频率的输入阻抗Zin(图13的(A)的虚线)和供电状态(ON)下的相对于电源频率的输入阻抗Zin(图13的(A)的实线)的解析结果。当观察图13的(A)时，可知在供电状态下在成为同相谐振模式(fL：0.88MHz)或反相谐振模式(fH：1.19MHz)的电源频率具有波峰。
图13的(B)示出与实施例4的无线电力传输装置1相关的待机状态(OFF)下的相对于电源频率的输入阻抗Zin的相位(图13的(B)的虚线)和供电状态(ON)下的相对于电源频率的输入阻抗Zin的相位(图13的(B)的实线)的解析结果。
当观察图13的(B)时，在无线电力传输装置1具有双峰性的性质的情况下，在提高电力传输效率的同相谐振模式(fL)中，供电状态(ON)的输入阻抗Zin的相位为-13°，待机状态(OFF)的输入阻抗Zin的相位为81°。在这种情况下，供电状态下的输入阻抗Zin的相位与待机状态下的输入阻抗Zin的相位之间产生94°的差。因此，例如在将阈值设定为34°时，在该阈值(34°)与供电状态(ON)的输入阻抗Zin的相位(-13°)之间产生大的差(47°的差)，因此控制设备5能够精度良好地进行从供电状态向待机状态的转移。同样地，在该阈值(34°)与待机状态(OFF)的输入阻抗Zin的相位(81°)之间产生大的差(47°的差)，因此控制设备5能够精度良好地进行从待机状态向供电状态的转移。
另外，由于供电状态下的输入阻抗Zin的相位与待机状态下的输入阻抗Zin的相位之间的差大，因此相位检测器4、控制设备5所使用的设备不需要高精度，因此从无线电力传输装置1的性价比的观点来看也较为理想。
另一方面，在无线电力传输装置1具有双峰性的性质的情况下，在提高电力传输效率的反相谐振模式(fH)中，供电状态(ON)的输入阻抗Zin的相位为23°，待机状态(OFF)的输入阻抗Zin的相位为76°。在这种情况下，在供电状态下的输入阻抗Zin的相位与待机状态下的输入阻抗Zin的相位之间产生53°的差。因此，与同相谐振模式同样地，控制设备5能够精度良好地进行从供电状态向待机状态的转移。
如上述比较例2中所说明的那样，将供电模块2的供电线圈21设为以电阻R1、线圈L1以及电容器C1为要素的RLC串联电路，在耦合系数满足k12＝k23的关系、供电线圈21的谐振频率(f1)与供电谐振器22和受电谐振器32的谐振频率(f0)的关系满足f1＝f0的关系的情况下，在同相谐振模式和反相谐振模式中，在供电状态下的输入阻抗Zin的相位与待机状态下的输入阻抗Zin的相位之间不产生差。
然而，如实施例2以及实施例3中所说明的那样，可知如下情况：即使在将供电线圈21设为RLC串联电路的情况下，如果线圈L1和线圈L2之间的耦合系数k12与线圈L2和线圈L3之间的耦合系数k23的关系满足k12≠k23的关系，则也能够设定为在同相谐振模式和反相谐振模式中，在供电状态下的输入阻抗Zin的相位与待机状态下的输入阻抗Zin的相位之间产生差。
另外，如实施例3以及实施例4中所说明的那样，可知如下情况：即使在将供电线圈21设为RLC串联电路的情况下，如果供电线圈21的谐振频率(f1)与供电谐振器22和受电谐振器32的谐振频率(f0)的关系满足f1≠f0的关系，则也能够设定为在同相谐振模式和反相谐振模式中，在供电状态下的输入阻抗Zin的相位与待机状态下的输入阻抗Zin的相位之间产生差。
此外，如实施例3中所说明的那样，可知如下情况：在将供电线圈21设为RLC串联电路并满足k12≠k23的关系且满足f1≠f0的关系的情况下，也能够设定为在同相谐振模式和反相谐振模式中，在供电状态下的输入阻抗Zin的相位与待机状态下的输入阻抗Zin的相位之间产生差。
(供电的开/关(ON/OFF)的切换控制：供电动作流程)
基于上述无线电力传输装置1的结构等，对利用无线电力传输装置1的针对二次电池9的供电(充电)动作进行说明(供给电力控制方法)。具体地说，参照图14对无线电力传输装置1中主要由控制设备5执行的供电动作流程(处理)进行说明。此外，在本供电动作流程中，以上述实施例1的无线电力传输装置1的设定(同相谐振模式)进行说明。
实施例1的无线电力传输装置1具有双峰性的性质，交流电源6的电源频率以成为同相谐振模式(0.88MHz)的方式进行设定。而且，在实施例1的无线电力传输装置1中，供电状态(ON)的输入阻抗Zin的相位为29°，待机状态(OFF)的输入阻抗Zin的相位为88°。而且，将阈值设定为供电状态(ON)的输入阻抗Zin的相位(29°)与待机状态(OFF)的输入阻抗Zin的相位(88°)之间的(58°)。
首先，控制设备5检测由相位检测器4所检测到的无线电力传输装置1的输入阻抗Zin的相位的值(S1)。具体地说，将隔开规定的时间间隔所检测到的无线电力传输装置1的输入阻抗Zin的相位的值依次保存到控制设备5内所存放的存储装置。
接着，控制设备5判断通过S1所检测到的无线电力传输装置1的输入阻抗Zin的相位的值是否超过作为阈值的58°(S2)。具体地说，在通过S1的处理依次保存的隔开规定的时间间隔的两点的输入阻抗Zin的相位的值从比阈值58°低的值侧超过阈值而变化到比阈值高的值侧的情况下、或通过S1的处理依次保存的隔开规定的时间间隔的两点的输入阻抗Zin的相位的值从比阈值58°高的值侧超过阈值而变化到比阈值低的值侧的情况下，判断为无线电力传输装置1的输入阻抗Zin的相位的值超过作为阈值的58°。
然后，在未判断为无线电力传输装置1的输入阻抗Zin的相位的值超过作为阈值的58°的情况下(S2：“否”)，转移至S1的处理。
另一方面，在判断为无线电力传输装置1的输入阻抗Zin的相位的值超过作为阈值的58°的情况下(S2：“是”)，控制设备5判断通过S1的处理依次保存的隔开规定的时间间隔的两点的输入阻抗Zin的相位的值是否从比阈值58°低的值侧(供电状态)超过阈值而变化到比阈值高的值侧(待机状态)(S3)。
然后，在判断为通过S1的处理依次保存的隔开规定的时间间隔的两点的输入阻抗Zin的相位的值从比阈值58°低的值侧超过阈值而变化到比阈值高的值侧的情况下(S3：“是”)，控制设备5判断为从供电状态转移成了待机状态，从而将从交流电源6向供电模块2的电力的供给切断(S4)。即，结束对二次电池9的充电。然后，本流程结束。
另一方面，在判断为通过S1的处理依次保存的隔开规定的时间间隔的两点的输入阻抗Zin的相位的值没有从比阈值58°低的值侧超过阈值而变化到比阈值高的值侧的情况下(S3：“否”)，即，通过S1的处理依次保存的隔开规定的时间间隔的两点的输入阻抗Zin的相位的值从比阈值58°高的值侧超过阈值而变化到比阈值低的值侧的情况下，控制设备5判断为从待机状态转移成了供电状态，从而从交流电源6向供电模块2供给电力(S5)。即，开始对二次电池9进行充电。然后，本流程结束。
(效果)
根据上述结构、方法，通过将无线电力传输装置1(供电模块2和受电模块3)的传输特性“S21”的值设定为具有双峰性的特性，能够设定为使传输特性的值的波峰出现在非谐振频率的频带。由此，能够将电源频率设定为在非谐振频率(f0)的频带出现的波峰附近(同相谐振模式或反相谐振模式)进行使用，因此能够在待机状态下的输入阻抗Zin的相位与供电状态下的输入阻抗Zin的相位之间设置差。然后，通过相位检测器4检测该相位的差，由此控制设备5判定是否对供电模块2供给电力，从而能够减少待机状态下的消耗电力。
另外，根据实施例1的结构，关于供电模块2和受电模块3，能够设为具备供电线圈21、供电谐振器22、受电谐振器32以及受电线圈31的结构，并能够利用比较简单的RL电路构成供电线圈21和受电线圈31。
另外，根据实施例2的结构，关于供电模块2和受电模块3，能够设为具备供电线圈21、供电谐振器22、受电谐振器32以及受电线圈31的结构，并能够利用RLC电路构成供电线圈21和受电线圈31。通过像这样利用RLC电路构成供电线圈21和受电线圈31，在设计上可变更的要素增加，因此能够提高设计自由度(用于将供电模块2和受电模块3的传输特性“S21”的值设定为具有双峰性的特性的可变要素增加)。
(其它实施方式)
在上述说明中，例示充电器101以及无线式头戴型耳机102进行了说明，但是只要为具备充电电池的设备，则也能够使用在平板型PC、数码相机、移动电话、耳机型音乐播放器、助听器、集音器等。
另外，在上述说明中，设为在被供电设备10中包括充电电池9进行了说明，但不限定于此，被供电设备10也可以采用直接消耗电力并活动的设备。
另外，在上述说明中，假定将供电模块2和受电模块3搭载在便携式的电子设备的情况进行了说明，但用途不限于这些小型设备，通过对照必要电量来变更规格，例如，也可以搭载在比较大型的电动汽车(EV)的无线充电系统、更小型的医疗用的无线式胃内相机等。
在以上的详细说明中，为了能够更容易理解本发明，而以特征部分为中心进行了说明，但本发明并不限定于以上的详细说明所记载的实施方式、实施例，也可以应用在其它实施方式、实施例，应尽可能广地解释其应用范围。另外，本说明书中使用的用语和语法是用于准确地对本发明进行说明，而不是用于限制本发明的解释。另外，本领域技术人员能够根据本说明书所记载的发明的概念而容易地推想出本发明的概念所包含的其它结构、系统、方法等。因而，申请专利范围的记载应理解为在不脱离本发明的技术思想的范围内包含等同的结构的范围。另外，为充分理解本发明的目的以及本发明的效果，期望充分参考已经公开的文献等。
附图标记说明
1：无线电力传输装置；2：供电模块；3：受电模块；4：相位检测器；5：控制设备；6：交流电源；7：稳定电路；8：充电电路；9：充电电池；10：被供电设备；21：供电线圈；22：供电谐振器；31：受电线圈；32：受电谐振器；101：充电器；102：无线式头戴型耳机。

Claims (4)

1.一种无线电力传输装置，利用谐振现象从与电源连接的供电模块对受电模块供给电力，该无线电力传输装置的特征在于，
上述供电模块具备：
相位检测器，其检测输入阻抗的相位；以及
控制设备，其控制对上述供电模块供给的电力，
其中，上述供电模块和上述受电模块被设定为具有如下双峰性的特性，即相对于供给至上述供电模块的电力的电源频率的传输特性的值在比上述供电模块和上述受电模块的谐振频率低的电源频带以及在比上述谐振频率高的电源频带分别具有波峰，
上述控制设备利用上述相位检测器所检测到的在没有从上述供电模块对上述受电模块供给电力的待机状态下的输入阻抗的相位与在从上述供电模块对上述受电模块供给电力的供电状态下的输入阻抗的相位之差，来判定是否对上述供电模块供给电力。
2.根据权利要求1所述的无线电力传输装置，其特征在于，
上述供电模块和上述受电模块具备供电线圈、供电谐振器、受电谐振器以及受电线圈，
上述供电线圈具备以电阻R1和线圈L1为要素的RL电路，
上述供电谐振器具备以电阻R2、线圈L2以及电容器C2为要素的RLC电路，
上述受电谐振器具备以电阻R3、线圈L3以及电容器C3为要素的RLC电路，
上述受电线圈具备以电阻R4和线圈L4为要素的RL电路。
3.根据权利要求1所述的无线电力传输装置，其特征在于，
上述供电模块和上述受电模块具备供电线圈、供电谐振器、受电谐振器以及受电线圈，
上述供电线圈具备以电阻R1、线圈L1以及电容器C1为要素的RLC电路，
上述供电谐振器具备以电阻R2、线圈L2以及电容器C2为要素的RLC电路，
上述受电谐振器具备以电阻R3、线圈L3以及电容器C3为要素的RLC电路，
上述受电线圈具备以电阻R4、线圈L4以及电容器C4为要素的RLC电路(其中，在上述供电线圈为RLC串联电路的情况下，以满足如下关系中的至少一种关系为条件：线圈L1和线圈L2之间的耦合系数k12与线圈L2和线圈L3之间的耦合系数k23的关系为k12≠k23的关系；以及供电线圈的谐振频率f1与供电谐振器和受电谐振器的谐振频率f0的关系为f1≠f0的关系)。
4.一种无线电力传输装置的供给电力控制方法，该无线电力传输装置利用谐振现象从与电源连接的供电模块对受电模块供给电力，该方法的特征在于，
上述供电模块具备：
相位检测器，其检测输入阻抗的相位；以及
控制设备，其控制对上述供电模块供给的电力，
其中，上述供电模块和上述受电模块被设定为具有如下双峰性的特性，即相对于供给至上述供电模块的电力的电源频率的传输特性的值在比上述供电模块和上述受电模块的谐振频率低的驱动频带以及在比上述谐振频率高的驱动频带分别具有波峰，
上述控制设备执行如下处理：利用上述相位检测器所检测到的在没有从上述供电模块对上述受电模块供给电力的待机状态下的输入阻抗的相位与在从上述供电模块对上述受电模块供给电力的供电状态下的输入阻抗的相位之差，来判定是否对上述供电模块供给电力。
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Application publication date: 20150603

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