CN105226764A - 受电装置和输电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供非接触电力传送系统，受电装置，和输电装置。为了解决如果将进行非接触通信单元和非接触的电力受电的单元内置于便携终端则因它们的天线而导致安装容积增大的课题，将使用于受电侧的非接触通信和受电的天线共用化，并且该天线使用对应磁谐振方式的天线。

Description

受电装置和输电装置
(本申请是申请日为2012年3月12日，申请号为201210064098.8，发明名称为《非接触电力传送系统、受电装置和输电装置》的发明专利申请的分案申请)
技术领域
本发明涉及使用非接触数据通信单元和磁谐振的非接触电力传送单元、装置和进行它们的输送接收的天线，涉及应用于对装载有非接触IC卡和电池的便携设备的非接触的充电装置的有效技术。
背景技术
作为本发明者研究的技术，关于非接触充电系统的现有技术，例如能够考虑图24所示的结构作为一例。
图24是表示非接触的充电系统的现有技术的一例的框图，图中的系统包括设置在铁路车站和店铺等电力提供者一侧的输电装置701和使用者具有的便携终端装置702。本系统中，便携终端装置702由输电装置701充电。
输电装置701包括：RFID读取器等非接触型处理模块713、非接触型输电模块712和输电控制模块711。
便携终端装置702包括：用于RFID等非接触型处理动作的非接触型处理模块723、用于充电的非接触型受电模块722、进行充电的判断和控制的受电控制模块721和能够高速充电的大容量蓄电模块720。
图中是如下结构：持有便携终端702的使用者，为了在设置在车站和店铺等的输电装置701上装载的非接触型处理模块713与便携终端702上装载的非接触型处理模块723之间进行电子结算等而进行数据传送时，对比输电装置701上装载的非接触型输电模块712更靠终端侧的非接触型输电模块722通过非接触输送电力，并且在非接触型输电模块722中，对接受的电力整流后对高速大容量蓄电模块720进行充电，图中的输电控制模块711和受电控制模块721中，进行这些模块之间的非接触的输电的控制，并且进行对高速大容量蓄电模块720进行充电的充电控制。
以上的结构中，由于是在非接触型处理模块713、723之间进行通信期间进行便携终端装置702的电源的充电的结构，所以在减少便携终端装置702的充电时间的基础上，只要频繁地在非接触型处理模块713、723之间进行通信，无需特别对便携终端装置702充电就能够持续进行终端的使用(例如，参照专利文献1)。
进而在图24所示的非接触的通信和用于充电的输电中，数cm以下距离较近的非接触通信和非接触输电，一般是通过电磁感应方式和磁谐振方式等磁耦合进行的传送。这是因为，作为其他传送方式被认为有效的使用电波的传送方式与传送的距离r成反比，与此相对，使用电磁耦合的传送的强度与传送距离r的2次方成反比，例如在传送距离小于1m的情况下，1/(r2)这一项比1/r大。
因此，非接触的通信和用于充电的输电所使用的频率使用100kHz频域到十几MHz程度的频率，作为这些输送接收使用的天线，为了使磁耦合较强，如图25所示，一般使用数圈到数十圈的线圈状的天线，使用像图24所示的用于便携终端的非接触通信和非接触的输电那样的直径4cm程度的线圈状的天线(例如，参照非专利文献1)。
作为本发明者研究的其他技术，已知有非专利文献2和专利文献2记载的技术。关于该非接触电力传送系统，例如能够考虑如图26所示的结构作为一例。
图26是表示非接触的电力传送系统的现有技术的一例的结构图，非接触电力传送系统730中，由高频电源731、经由可变阻抗电路737与高频电源731连接的供电线圈732和谐振线圈733构成一次侧线圈，由谐振线圈734和负载线圈735构成二次侧线圈，具有与负载线圈735连接的负载736。
进而，在谐振线圈733、734分别连接有谐振电容738、739，供电线圈732、谐振线圈733、734、负载线圈735构成谐振系统740。此外，高频电源731的输出频率设定为谐振系统740的谐振频率。
阻抗可变电路737，由2个可变电容741、742和电感器743构成。一个可变电容741与高频电源731并联连接，另一个可变电容742与供电线圈732并联连接。电感器743连接在两个可变电容741、742之间。阻抗可变电路737，通过变换可变电容741、742的容量来变更其阻抗。该阻抗可变电路737调整阻抗使谐振系统740的谐振频率下的输入阻抗与高频电源731一侧的阻抗相匹配。可变电容741、742通过由电机驱动旋转轴来使容量可变，这是众所周知的结构，是电机根据来自控制装置744的驱动信号驱动的结构。
从高频电源731经由阻抗可变电路737对供电线圈732以谐振系统740的频率输出高频电压，在供电线圈732产生磁场。该磁场通过谐振线圈733、734产生的磁场谐振而增强。从增强后的谐振线圈734附近的磁场通过负载线圈735利用电磁感应取得电力供给到负载736。
此时，如果谐振线圈733、734的线圈间距离变化，则谐振系统740的输入阻抗也发生变化。因此，在没有阻抗可变电路737的情况下，因谐振线圈733、734的线圈间距离，无法取得阻抗匹配，产生对高频电源731的反射电力，传送效率降低。此外，从其他观点来看，因线圈间距离使产生磁谐振现象的频率发生变动，所以磁谐振频率对于高频电源731的输出频率偏离时传送损耗增大。因此，虽然可以将高频电源的频率与线圈间距离对应地调整成传送损耗最小的频率，但改变发送频率可能会对其他通信设备造成影响所以一般不实行。因此，在线圈间距离发生变动，谐振系统740的输入阻抗发生变动的情况下，通过控制装置744调整可变电容741、742来取得阻抗匹配。
先行技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2006-353042号公报图1
专利文献2：日本特开2010-141976号公报图1
非专利文献1：日经Business2009年1月26日号78页日经BP社
非专利文献2：NIKKEIELECTRONICS2007.12.3117项～128项
发明内容
发明要解决的课题
但是，上述图24所示的现有技术的充电系统中，个别地使用非接触通信和非接触的输电，所以分别需要直径4cm程度的线圈状的天线。因此，特别是要在小型化的要求高的便携终端上装载图24所示的充电系统的情况下，需要内置2个上述线圈状的天线元件，所以具有便携终端装置的小型化困难的课题。
进而，上述图24所示的现有技术的充电系统中，在非接触的输电中，非接触部的传送损耗较大时输电装置的效率降低，消耗电力增加，所以一般使用在近距离(数cm以下)获得较高效率的电磁感应方式，反之当传送距离增大某种程度时(例如1～2cm程度)传送效率急剧劣化，所以在想要在便携终端装置上装载现有技术的受电装置的情况下，需要将受电装置的天线贴在便携终端装置的表面等使充电时输电装置与受电装置之间的传送距离缩短，所以存在装载位置受到限制的课题。
进而，便携终端装置的通信频率是800MHz频域和2GHz频域等较高的频率，用于该通信的天线得以小型化，能够内置于通信终端。但是，在将接受上述的非接触通信和非接触的输电的天线内置于便携终端的情况下，来自所内置的便携终端装置的通信天线的电波，比进行非接触通信和非接触的输电的频率高数百倍程度，所以进行非接触通信和非接触的受电的天线看起来只会像金属板那样。因此进行非接触通信和非接触的受电的天线部会发生反射，所以具有对便携终端装置的接收灵敏度造成影响的课题。
此外，上述图26所示的现有技术的非接触的电力传送系统中，因磁谐振线圈的线圈间距离的变动而使谐振系统的输入阻抗变动，由此导致一次线圈侧与二次线圈侧之间的频率特性改变、传送效率劣化，这种现象用通过调整可变阻抗电路的可变电容实现高频电源与谐振系统的阻抗匹配的结构来改善，但在传送数W以上的电力的情况下，出于电力容量和耐压的问题，可变电容难以使用可变电容二极管等半导体。因此，需要使用可变电容器等机械式的可变电容，无法实现输电器的小型化。此外，因为可变电容是机械式的，所以在耐久性的方面存在课题。
进而，上述图26所示的非接触的电力传送系统中，在磁谐振线圈的线圈间距离为数mm程度的非常近距离的传送中，与利用磁谐振线圈间的磁谐振的传送相对地，利用电磁感应的传送的比例增加会产生影响，具有使线圈更近时传送效率反而降低的课题。
用于解决课题的方法
本发明为了达成上述目的，对于上述课题、即在要装载接受非接触通信和非接触的输电的天线的情况下便携终端装置的小型化困难的课题，通过构成为使非接触通信用天线与接受非接触的输电的天线共用化，并且在共用化的天线的接收输出部设置切换电路，共用化的天线接受来自输电装置的输电电力的情况下，将切换电路切换到充电侧，经由该切换电路在整流电路中将受电信号整流对电池充电，在接收非接触通信信号的情况下，切换电路就这样保持非接触通信侧，由此能够进行非接触通信。
接着，关于在进行充电的情况下，需要缩短输电装置与受电装置间的传送距离以使效率不会劣化，所以装载位置受到限制的课题，构成为，作为在输电装置中用于输电的天线，为由具有与用于输电的频率谐振的长度的线圈长度的两端未电连接的谐振线圈和对谐振线圈将输电电力磁耦合供电的供电线圈组成的被称为磁谐振方式的方式，通过供电线圈供给来自输电装置的输电电力，并且非接触通信信号也与输电信号叠加发送。
同样在受电装置中作为用于受电的天线，也是从具有与用于输电的频率谐振的和输电侧相等的长度的线圈长度的两端未电连接的谐振线圈和将谐振线圈接受的受电电力磁耦合的负载线圈取得受电电力的磁谐振方式。
通过使用以上的结构，使输电侧的谐振线圈与接收侧的谐振线圈的谐振频率相等，由此使流过输电侧的谐振线圈的电流所产生的磁通与流过接收侧的谐振线圈的电流所产生的磁通的相位为同相，由此上述谐振线圈之间较强地耦合。该现象被称为磁谐振现象，由于具有与以往的非接触传送中主要使用的电磁感应方式相比即使线圈间距离远，效率的降低也较少的特长，所以即使线圈间距离远，效率的降低也较少，所以在便携终端装置上装载受电装置的情况下，能够成为受电天线的装载位置的限制更少的结构。
对于在进行非接触通信和非接触的受电的天线部发生反射，对便携终端装置的接收灵敏度造成影响的课题，构成为与上述装载位置受到限制的课题同样地，输电和受电用天线使用磁谐振方式，并且删除受电侧的天线的谐振线圈。
该结构中，构成为输电侧为磁谐振方式，受电侧为电磁感应方式，而线圈间的传送距离能获得与接收侧为磁谐振方式的情况大致同等的传送距离。
通过使用以上结构，受电侧的天线只有负载线圈，所以仅为直径3cm程度的1～数圈的环形线圈，与以往的数十圈的密集卷绕的线圈相比，用于便携终端装置的通信的电波的反射较小，所以能够进一步减小对通信天线的影响。
以上，电力传送频率与非接触通信为相同的频率，以下说明频率不同的情况下使天线共用化的方法。
一般而言在磁谐振方式的传送中，与对谐振线圈供电的供电线圈和取得从谐振线圈接收的电力的负载线圈相比，谐振线圈的圈数更多，电感值也较大。
非接触通信的频率与非接触的电力传送的频率不同的情况下，构成为与上述接收侧谐振线圈并联地连接第一电容，并且将第二电容经由第一滤波器电路串联或者并联地连接之后，取得较低频率的信号，并且构成为以与谐振线圈磁耦合的方式将负载线圈接近受电线圈设置，经由第二滤波器电路将较高频率的信号取出至负载线圈，第一电容为谐振线圈与较高频率的信号谐振的值，第二电容为谐振线圈与较低频率的信号谐振的值，进而构成为第一滤波器电路使较低频率的信号通过，阻止较高频率的信号的通过，第二滤波器电路使较高频率的信号通过，阻止较低频率的信号的通过。
通过使用以上的结构，能够从谐振线圈输出由谐振线圈与第二电容谐振的较低频率的信号，并且能够从负载线圈与图26所示的现有技术同样地通过磁谐振方式输出谐振线圈与第一电容谐振的较高频率的信号。
此处，作为现有的电磁感应方式的非接触的电力传送中使用的线圈的大小的一例，一般而言，如果是用于对便携设备等的充电等的5W程度以下，则为直径数cm、数十圈程度的圈数，是用于对电动汽车等的充电的数kW级别，则为直径数十cm、数十圈程度的圈数，使用的频率是数十kHz至数百kHz，传送距离为数cm以下。此外，磁谐振方式的非接触的电力传送中使用的线圈的大小，如果是用于对便携设备等的充电等的5W程度以下，则为直径数cm、数十圈程度的圈数，是用于对电动汽车等的充电的数kW级别，则为直径数十cm、数圈到数十圈程度的圈数，使用的频率为数MHz至十几MHz，对谐振线圈供给电力的供电线圈和从谐振线圈取得电力的负载线圈的圈数为1圈程度。此外，一般而言，磁谐振方式的传送距离是数cm至数十cm程度，供电线圈与谐振线圈和谐振线圈与负载线圈之间的距离为1cm以下程度。
接着，关于对因磁谐振线圈(谐振线圈)的线圈间距离的变动而导致的谐振系统的输入阻抗的变动用可变阻抗电路调整的情况下，发送侧的电路也会增大的课题，构成为和上述接收侧的线圈与装载设备相比较大的课题同样地对负载线圈至少通过串联连接或者并联连接附加与负载线圈的电感谐振的谐振电容。
通过使用以上结构，实验性地获得了因磁谐振线圈的线圈间距离的变动导致的一次线圈与二次线圈之间的频率特性的变动减小(因线圈间距离的变动导致输入阻抗变动减小)的结果，所以即使不使用可变阻抗电路，也能够将因线圈间距离的变动导致的一次线圈与二次线圈之间的频率特性的变动抑制得较小，对于发送电路能够实现小型化。
进而，作为减小因磁谐振线圈的线圈间距离的变动而导致的一次线圈与二次线圈之间的频率特性的变动的方法，通过设置多个一次线圈侧的谐振线圈，使各线圈为与其和负载线圈的距离对应、传送效率最良好的圈数，由于主要在与同一次侧的谐振线圈和负载线圈之间的距离对应、效率最优的谐振线圈之间传送，所以根据上述手段也能够减小因线圈间距离的变动导致的一次线圈与二次线圈之间的频率特性的变动。
此外，关于磁谐振线圈的线圈间距离在数mm程度的非常近的距离下传送效率降低的课题，替换供电线圈和一次侧的磁谐振线圈的线圈的配置结构，使供电线圈与负载线圈之间的距离比一次侧的谐振线圈与负载线圈间的距离近。由此，即使在一次线圈与二次线圈在数mm程度的磁谐振传送中传送效率劣化的非常近距离传送的情况下也能够抑制传送效率的降低。这是由于在非常近距离下，使供电线圈与负载线圈在距离上接近，能够从供电线圈对负载线圈直接通过电磁感应传送电力。
进而，在非接触电力传送系统中，作为用于进行用于确认是否对应非接触充电的设备的认证以及发送电力量的控制等的通信单元，通过构成为使用发送侧对输电电力的信号施加ASK(AmplitudeShiftKeying：幅移键控)调制方式等调制，并且在接收侧即使内部不具有电力也能够利用受电的信号进行通信的负载调制方式，能够获得能较为简易地进行通信的非接触电力传送系统。
发明效果
根据本发明，能够获得非接触电力传送系统、受电装置和输电装置，其即使在便携终端装置等上装载有非接触通信单元和用于进行对电池的充电的非接触的受电装置的情况下，也能够尽可能抑制因装载它们而导致的终端的大型化，并且在进行非接触通信和非接触的受电的情况下，通过使用磁谐振方式，即使传送距离增大，也能够使天线间的传送损耗少，对便携终端装置等的通信灵敏度的影响少。
附图说明
图1是表示实施例1的非接触充电系统的结构的结构图。
图2是表示实施例2的非接触充电系统的结构的结构图。
图3是表示实施例3的非接触充电系统的结构的结构图。
图4是表示发送为磁谐振方式、接收为电磁感应方式与现有的电磁感应方式下因线圈间距离造成的传送效率之差的实验结果。
图5是表示磁谐振方式与现有的电磁感应方式下的传送效率特性因线圈间距离造成的依赖性之差的实验结果。
图6是表示发送为磁谐振方式、接收为电磁感应方式的线圈间距离造成的依赖性之差的实验结果。
图7a是示意地表示实施例1的磁谐振方式的线圈的结构的示意图。
图7b是相对于传送方向从正侧面看实施例1的磁谐振方式的线圈的结构的示意图。
图8是表示实施例4的非接触充电系统的结构的结构图。
图9是表示实施例5的非接触充电系统的结构的结构图。
图10是表示实施例6的非接触充电系统的结构的结构图。
图11是表示实施例7的非接触充电系统的结构的结构图。
图12是表示实施例8的非接触充电系统的结构的结构图。
图13是表示实施例9的非接触充电系统的结构的结构图。
图14是表示实施例10的非接触充电系统的结构的结构图。
图15是表示实施例11的非接触充电系统的结构的结构图。
图16a是表示实施例12的非接触充电系统的结构的结构图。
图16b是表示实施例12的非接触充电系统的一次侧的谐振线圈组的其他例子的图。
图17是表示实施例13的非接触充电系统的结构的结构图。
图18是表示实施例14的非接触充电系统的结构的结构图。
图19是表示实施例15的非接触充电系统的结构的结构图。
图20是表示实施例16的非接触充电系统的结构的结构图。
图21是表示实施例17的非接触充电系统的结构的结构图。
图22是示意地表示实施例12的非接触充电系统的频率特性的示意图。
图23是示意地表示实施例13的非接触充电系统的频率特性的示意图。
图24是表示进行非接触通信和非接触的输电的情况下的现有例的框图。
图25是示意地表示用现有技术实现的电磁感应方式的线圈结构的示意图。
图26是表示用磁谐振方式非接触地进行电力传送的情况下的现有例的结构图。
符号说明
101、141、504、521、612……磁谐振线圈，102、402、505……负载线圈，103、154、221、312……非接触数据通信部，104……充电控制部，105、472……电池，106……终端无线通信部，107……检测输出部，101、210……切换开关，111、112、211……衰减电阻，121、122、123、124、125、126、127、128……整流用二极管，130、131……平滑用电容，140、220、310、420、460、610、701……输电装置，142……供电线圈，143……放大部，144、153、424、464、476、615……起振器，145、425、465……控制部，146……检测部，151、401、421、461、481……电磁感应线圈，152、301、302、405、422、462、482、512、552a、552b、552c……谐振电容，311……合成器，313……滤波器，711……输电控制模块，712……非接触型输电模块，713……非接触型处理模块，720……大容量蓄电模块，721……受电控制模块，722……用于充电的非接触型受电模块，723……非接触型处理模块，150、460、480……非接触通信装置，403、553、738、739……谐振电容，404……低通滤波器，406、412、456、485……整流电路，407……电源电路，408……负载电路，409、473……高通滤波器，410、441、477、483、642……负载调制电路，411、442、478……检波解调电路，413、487……存储器，414、443、486、543、616……控制电路，430、475、613、652……调制解调电路，153……起振器，453、454、455、541、521a、521b、521c、551a、551b、551c……场效应晶体管，452……切换和电源电路，471……充电控制电路，501……输电器，502……受电器，505、511……负载线圈，506……高频电源，523……激励线圈，531、532、631……谐振线圈组，542……电平检测电路，614……可变增益电力放大器，641、651……天线
具体实施方式
[实施例1]
用附图说明本发明的非接触的充电系统的第一实施例。
图1是表示具有本发明使用的非接触的充电系统的第一实施例的图。
图中，702是便携终端装置，140是对电力非接触地进行输电的输电装置，150是非接触通信装置，图中的便携终端装置702包括：磁谐振线圈101、负载线圈102、切换开关110、整流用二极管121、122、123、124、125、126、127、128、平滑用电容130、131、非接触数据通信部103、充电控制部104、电池105、终端无线通信部106、检测输出部107，进而对切换开关110附加有衰减电阻111、112。此外，图中的输电装置140包括：磁谐振线圈141、供电线圈142、放大部143、起振器144、控制部145、检测部146，非接触通信装置150包括：电磁感应线圈151、谐振电容152、起振器153、非接触数据通信部154。
图中，便携终端装置702，对两端未连接的十数圈程度的平面形的磁谐振线圈101，在隔开数mm程度的位置设置负载线圈102，并且在负载线圈102的输出端连接有切换开关110。进而，将由整流用二极管121～124构成的全波整流电路输入到切换开关110的一个输出，将整流输出输入到非接触数据通信部103。
此外，将由整流用二极管125～128构成的全波整流电路输入到切换开关110的另一个输出，将整流输出经由充电控制部104供给到电池105。
此外，图中的输电装置140对两端未连接的十数圈程度的平面形的磁谐振线圈141，在隔开数mm程度的位置设置供电线圈142，并且在供电线圈142的输入端经由放大器143连接有起振器144。
进而，图中的非接触通信装置150，在十数圈以上的电磁感应线圈151的线圈端与谐振电容152一同并联连接有起振器153。
以上的充电系统中，首先，说明从非接触通信装置150对便携终端装置702通过非接触进行通信的情况下的动作。
在位于非接触通信装置150的起振器153中，以进行非接触通信的载波频率(例如RFID为13.56MHz等)起振，并且在非接触数据通信部154中，与进行发送的数据对应地对起振频率施加调制，调制后的信号，通过调整成电磁感应线圈151和谐振用电容152的谐振频率与载波频率相等的天线，电磁能效率良好地被放射。
另一方面，便携终端装置702中，磁谐振线圈101被调整成以与非接触通信信号相等的频率谐振，所以通过来自非接触通信装置150的放射在线圈101中流过最大电流，在负载线圈102的两端激励高的电压，该激励的电压经由切换开关110保持原样地被输入到由整流用二极管121～124构成的整流电路。被输入的非接触通信信号，通过平滑用电容130平滑化，成为直流电压，向非接触数据通信部103作为电源供给，并且被调制的数据也在非接触数据通信部103中被解调。另一方面，从非接触数据通信部103向非接触通信装置150的通信，对于磁谐振线圈101接收到的信号，与发送数据对应地使非接触数据通信部103的输入阻抗变化，由此用非接触通信装置150检测出从磁谐振线圈101向电磁感应线圈151的反射量发生变动，由此进行逆向的通信。
接着，说明从输电装置140对便携终端装置702通过非接触进行输电的情况下的动作。
在位于输电装置140的起振器144中，作为将电力非接触地输电的频率，以与非接触通信装置150中使用的RFID等相同的13.56MHz起振，在放大部143中电力放大，通过供电线圈142激励磁谐振线圈141。由于磁谐振线圈141被调整成以与输电频率相等的频率谐振，所以在输电频率下流过最大电流，产生强的磁场。
另一方面，便携终端装置702中，磁谐振线圈101以与输电频率相等的频率谐振，因输电信号而流过最大电流，在负载线圈102的两端激励较高的电压。该激励的电压成为某个一定以上的值的情况下，充电控制部104将切换开关110切换到电力受电侧，所以受电后的信号通过由整流用二极管125～128构成的整流电路被整流，通过平滑用电容131成为直流电压供给到充电控制部104。充电控制部104中将所供给的直流电压对电池105进行充电，并且进行充电量的控制以使不会因过充电等使电池105破损。
其中，便携终端装置702的检测输出部107输出特定的标识符，便携终端装置702接近输电装置140，当由检测部146检测到来自检测输出部107的标识符时，控制部145使起振器144为导通(ON)状态，开始输电。
进而，在进行来自输电装置140的输电的情况下，切换开关110被切换到受电侧，而此时，采用在非接触通信侧经由衰减电阻111、112使也在非接触通信侧受电的信号衰减也输入到非接触通信侧的结构。通过采用这样的结构，在将非接触通信信号与输电信号叠加的情况下，在受电的同时还能够进行非接触通信。此处，之所以通过衰减电阻降低受电信号电平，是因为与非接触通信信号相比，输电信号的电平相当高。
通过采用以上结构，由于输电装置140与便携终端装置702之间的传送，用磁谐振方式耦合，所以与现有的电磁感应方式相比，能够获得即使传送距离长损耗也小的充电系统，进而，通过使用于非接触通信和非接触的电力传送的天线共用化，能够尽可能抑制装载它们的情况下伴随的便携终端装置702的安装容积的增加。
[实施例2]
图2是表示本发明中使用的非接触的充电系统的第二实施例的图。
该图与图1中表示的第一实施例相比，在便携终端装置702中使用电磁感应方式的线圈，在输电装置220中使用磁谐振方式的线圈。其中，图中使用使通信装置与输电装置一体化的输电装置220，但不限于此。如图1所示，在通信装置和输电装置是分开的情况下，也可以在便携终端装置中使用电磁感应方式的线圈，在输电装置中使用磁谐振方式的线圈。
图中，201是2～3圈程度的环形天线线圈，202、203是与环形天线线圈201以发送信号频率谐振的谐振电容，220是兼用作非接触通信单元的非接触的电力输电装置，具有非接触通信单元的输电装置220具有非接触数据通信部221，对于其他与图1对应的部分附加相同的符号并省略说明。
输电装置220，在与便携终端装置702进行非接触通信的情况下，非接触数据通信部221对起振器144的起振信号根据通信数据进行调制，将调制后的信号用放大部143放大，通过由供电线圈142和磁谐振线圈141构成的输电天线发送。
从输电装置发送的信号，由便携终端装置702的环形天线线圈201接收，通过经由切换开关110与谐振电容202的电容值谐振，在由整流用二极管121～124构成的整流电路加上发送频率下最高的电压信号。然后从整流电路输出的非接触通信信号，通过平滑用电容130平滑化成为直流电压，对非接触通信部103作为电源供给，并且调制后的数据也在非接触数据通信部103中被解调。
接着，说明从输电装置220对便携终端装置702进行输电的情况下的动作。
将输电装置220中的起振器144的信号在放大部143中进行电力放大，通过供电线圈142激励磁谐振线圈141，由此从磁谐振线圈141输出输电信号。
所输电的信号被便携终端装置702的环形天线线圈201受电，而在该受电的电压成为某个一定以上的值的情况下，充电控制部104将切换开关110切换到电力受电侧，所以经由切换开关110与谐振电容203的电容值谐振，由此在由整流用二极管125～128构成的整流电路中成为输电频率下最高的电压，并且所受电的信号通过平滑用电容131成为直流电压供给到充电控制部104。充电控制部104中，所供给的直流电压对电池105进行充电，并且进行充电量的控制以使不会因过充电等而使电池105破损。
进而，在进行来自输电装置220的输电的情况下，切换开关110被切换到受电侧，而此时，由于是在非接触通信侧经由衰减电阻111、112使也在非接触通信侧受电的信号衰减也输入到非接触通信侧的结构，所以通过将输电信号与非接触通信信号叠加，在受电的同时还能够进行非接触通信。
通过采用以上的结构，在获得与第一实施例同样的效果的基础上，能够使用2～3圈程度的环形天线线圈作为受电用天线，所以能够使便携终端装置702更小型。
进而，通过使用2～3圈程度的环形天线线圈作为受电用天线，用于终端无线通信部106的通信的电波的反射变小，所以能够进一步减小对终端无线通信部106的影响。
[实施例3]
图3是表示本发明中使用的非接触的充电系统的第三实施例的图。
图中，301是谐振电容，310是切换开关，311是衰减电阻，312、313、314、315是非接触通信和非接触的电力的受电中共用化的整流用二极管，对于其他与图2对应的部分附加相同的符号，省略说明。
输电装置220中，在与便携终端装置702进行非接触通信的情况下，非接触数据通信部221对起振器144的起振信号根据通信数据进行调制，将调制后的信号用放大部143放大，通过由供电线圈142和磁谐振线圈141构成的输电天线输电。
该发送的信号通过便携终端装置702的环形天线线圈201和谐振电容301以发送频率信号谐振，以最大的信号振幅被接收，被共用化的整流用二极管312～315整流。此时在充电控制部104中当被整流的电压为某个一定值以上时判断其是用于充电的输电，将切换开关310切换到充电侧，所以被整流的电压通过平滑用电容131平滑化，由充电控制部104对电池105供给用于充电的直流电压。
以上的实施例中，在获得与第二实施例同样的效果的基础上，通过使非接触通信用和受电用的整流二极管共用化，能够使便携终端装置702更小型。
接着，参照图4、图5和图6说明本发明的实施例的效果。
图4表示如图2的非接触的充电系统的第二实施例所示，使发送侧为磁谐振方式、接收侧为由环形的天线线圈和谐振电容构成的现有的电磁感应方式时的传送效率特性，和如图25所示发送接收侧也使用现有的电磁感应方式的情况下的针对线圈间距离的传送效率的实验结果，图中的横轴为线圈间距离，纵轴为传送效率。
图2的发送侧的磁谐振线圈的直径是4cm，圈数是大约30圈，谐振频率是大约20MHz，接收侧是由直径3cm的大约3圈的环形线圈和100pF的谐振电容组成的串联谐振型的环形天线线圈，图25的电磁感应方式的发送接收线圈的直径是4cm，圈数是大约20圈，传送频率是大约120kHz，谐振电容是数μF。
从图中可知，图25的现有技术的电磁感应方式下线圈间距离短的情况下传送效率良好，而线圈间距离隔开4mm程度时效率会降到50％程度。与此相对，第二实施例中即使线圈间距离是4mm效率也能获得大约75％，即使线圈间距离远离，也是发送为磁谐振方式、接收为电磁感应方式的传送的传送效率降低更少。
此外，图5表示作为图1所示的第一实施例的非接触电力传送方式，发送、接收均为磁谐振方式时的针对线圈间距离的传送损耗的频率特性，和发送、接收均由2～3圈程度的环状的线圈和谐振电容构成的现有的电磁感应方式下传送损耗的频率特性的实验结果，图中的横轴为频率，纵轴为传送损耗。
此外，作为用于实验的线圈，图1的磁谐振方式下，磁谐振线圈的直径是4cm，圈数是大约30圈，谐振频率是大约20MHz，供电线圈和负载线圈均是直径3cm且圈数是1圈。另一方面，现有的电磁感应方式的环形天线线圈，直径是4cm，圈数是大约3圈，传送频率与磁谐振方式相同是大约20MHz，谐振电容是一百数十pF。
从图中可知图1表示的第一实施例的使用磁谐振方式的电力传送方式下因线圈间距离而存在频率依赖性，但是传送损耗比现有的电磁感应方式少。
接着，图6表示图2所示的非接触的充电系统的第二实施例中作为非接触通信单元使发送侧为磁谐振方式、接收侧为现有的由2～3圈程度的环状的天线和谐振电容构成的电磁感应方式时针对线圈间距离的频率特性的实验结果。用于实验的线圈的直径是4cm，圈数是大约3圈，谐振电容是一百数十pF。
对图5和图6进行比较，则与图5所示的发送接收均使用磁谐振方式相比，像图2中所示的第二实施例那样，采用使发送侧为磁谐振方式、接收侧为现有的磁场耦合型环形天线，针对线圈间距离的频率特性变动更少，所以即使在将发送频率固定为例如13.56MHz等情况下也能够与线圈间距离无关地获得稳定的受电电力。
此外，图7a是表示本发明的非接触的充电系统的第一实施例的磁谐振方式的线圈的结构的示意图，图7b是相对于传送方向从正侧面看图7a的示意图，对于与图1对应的部分附加相同的符号并省略说明。供电线圈142、磁谐振线圈141、101、负载线圈102的线圈面相互平行地配置，线圈的中心点在一条直线上的图7b的结构中如果使z轴上的线圈间距离最优化则线圈间的传送效率最高，所以作为实施方式也基于图7b的配置对以下的实施方式进行说明。
[实施例4]
图8是表示本发明中使用的非接触的充电(电力传送)系统的第四实施例的图。
图中，702是便携终端装置，150是非接触通信装置，420由电磁感应方式的输电装置构成，图中的便携终端装置702包括兼用作磁谐振线圈的电磁感应线圈401、负载线圈402、谐振电容403、低通滤波器404、谐振电容405、整流电路406、电源电路407、负载电路408、高通滤波器409、负载调制电路410、检波解调电路411、整流电路412、存储器413、控制电路414。此外，利用电磁感应的输电装置420，具有电磁感应线圈421、谐振电容422、电力放大器423、起振器424、控制部425、检测部426，对于其他与图1对应的部分附加相同的符号并省略说明。
图中，便携终端装置702中，与兼用作磁谐振线圈的电磁感应线圈401并联地连接谐振电容403，并且经由低通滤波器404并联地连接有谐振电容405，连接有整流电路406、电源电路407、负载电路408。
此外，负载线圈402以数mm程度接近兼用作磁谐振线圈的电磁感应线圈401地配置，与兼用作磁谐振线圈的电磁感应线圈401磁耦合。进而，负载线圈402经由高通滤波器409与负载调制电路410、检波解调电路411、整流电路412连接。
此外，电磁感应方式的输电装置420是如下结构：与电磁感应线圈421并联地连接有谐振电容422，与用电力放大器423放大的来自起振电路424的输电信号频率谐振。
在以上的非接触电力传送系统中，首先说明从非接触通信装置150对便携终端装置702通过非接触进行通信的情况下的动作。
在非接触通信装置150中的起振器153中，以进行非接触通信的载波频率(例如RFID是13.56MHz等)起振，并且在非接触数据通信部154和调制解调电路430中，与进行发送的数据对应地对起振频率施加调制，将被调制后的通信信号通过调整成电磁感应线圈151和谐振电容152的谐振频率与载波频率相等的天线，作为电磁能效率良好地被放射。
另一方面，便携终端装置702中，调整成使兼用作磁谐振线圈的电磁感应线圈401与谐振电容403中的谐振频率成为非接触通信频率的13.56MHz，所以在兼用作磁谐振线圈的电磁感应线圈401中流过大的电流产生强的磁场。将非接触信号解调输入控制电路414，该非接触信号通过因该强的磁场而磁耦合的负载线圈402经由高通滤波器409和负载调制电路410输入到检波解调电路411而被接收到。在控制电路414中从存储器413读出与接收信号对应的数据，用负载调制电路410施加负载调制。与此相对，在非接触通信装置150中，是由调制解调电路430检测到便携终端装置702的接收阻抗与来自负载调制电路410的负载调制对应地变动，并解调传送到非接触数据通信部154的结构。此时，低通滤波器404对于接收到的信号频率阻止通过，所以能够忽略低通滤波器404之后的电路，并且高通滤波器409对于接收到的信号频率是通过特性，所以能够忽略这里的损耗。此外，对控制电路414和存储器413的电力供给，通过使用将从非接触通信装置150接收到的信号用整流电路412整流的电力，不需要电池，此外，也可以从便携终端装置702中内置的电池供给。
接着，说明从采用电磁感应方式的输电装置420对便携终端装置702通过非接触进行输电的情况下的动作。
采用电磁感应方式的输电装置420中，用检测部426检测出便携终端装置702放置在附近的情况，通过控制部425使起振器424和电力放大器423成为导通(ON，开)状态。由此，在起振器424中，作为将电力非接触地输电的频率，以比非接触通信装置150中使用的RFID等的13.56MHz更低的例如100kHz频域的频率起振，在电力放大器423中进行电力放大后对电磁感应线圈421和谐振电容422组成的谐振电路供给输电电力。电磁感应线圈421和谐振电容422以所供给的输电电力的频率即100kHz频域谐振，所以在电磁感应线圈421中流过大的电流，产生强的磁场。此时，通过与电磁感应线圈421接近地放置便携终端装置702，使兼用作磁谐振线圈的电磁感应线圈401和谐振电容405组成的谐振电路与输电电力的频率相等，所以电磁感应线圈421和兼用作磁谐振线圈的电磁感应线圈401通过电磁感应较强地耦合，所以能够从谐振电容405取出受电的100kHz频域的电力。因此，通过被与谐振电容405连接的整流电路406整流为直流电压的电源电路407变换为固定的电压之后，对负载电路408供给受电的电力。此时，低通滤波器404对于受电的电力的频率是通过特性，所以能够忽略此处的损耗。此外，高通滤波器409对于受电的电力的频率阻止通过，所以能够忽略负载线圈402和高通滤波器409之后的电路的影响。
此外，能够通过将电源电路407替换为充电控制电路，将负载电路408替换为电池实现非接触充电系统。
通过采用以上结构，对于100kHz频域的受电电力进行采用电磁感应方式的非接触电力传送，在13.56MHz的非接触通信中，通过将用于受电的电磁感应线圈用作磁谐振线圈，在获得与图1所示的非接触的充电(电力传送)系统同样的效果的基础上，能够获得即使在非接触通信的频率与非接触的电力传送的频率不同的情况下也能够进行通信和受电的充电(电力传送)系统。
[实施例5]
图9是表示本发明中使用的非接触的充电(电力传送)系统的第五实施例的图。
图中，441是负载调制电路，442是检波解调电路，443是控制电路，444是调制解调部，对于其他与图8对应的部分附加相同的符号并省略说明。
图9中，在便携终端装置702中，是在谐振电容405与整流电路406之间附加负载调制电路441和检波解调电路442的结构，采用电磁感应方式的输电装置420，是在放大器423与谐振电容422之间附加调制解调部444的结构。
图中，由于非接触通信装置150与便携终端装置702之间的非接触通信与图8所示的第四实施例相同，所以省略说明，对于从采用电磁感应方式的输电装置420对便携终端装置702通过非接触进行输电的情况下的动作进行说明。
在采用电磁感应方式的输电装置420中，将对来自起振器424的起振信号在电力放大器423中进行电力放大后的输电电力信号，在调制解调部444中调制，从谐振线圈421输电。通过便携终端装置702的兼用作磁谐振线圈的电磁感应线圈401接受该输电电力。所受电的受电信号被整流电路406整流进行受电，并且用检波解调电路442将受电的信号解调，将接收数据信号输入到控制电路443。控制电路443中，将与接收到的数据信号对应的数据信号用负载调制电路441施加负载调制。该负载调制信号，被采用电磁感应方式的输电装置420的调制解调部444解调。
通过采用以上结构，在获得与图8所示的非接触的充电(电力传送)系统相同的效果的基础上，在非接触的电力传送中也能够通过也对于输电电力信号施加调制而与电力传送同时进行通信，所以例如也能够与电力传送和信号叠加地进行便携终端装置702是否对应非接触电力传送等的认证和进行输电电力控制时所需的用于控制的通信。
[实施例6]
图10是表示本发明中使用的非接触的充电(电力传送)系统的第六实施例的图。
图中，451是电平检测电路，452是切换和电源电路，453、454、455是场效应晶体管，456是整流电路，460是采用电磁感应方式的输电装置。进而，采用电磁感应方式的输电装置460由电磁感应线圈461、谐振电容462、电力放大器463、起振器464、控制部465、检测部467构成，对于其他与图8对应的部分附加相同符号并省略说明。
图中，便携终端装置702，在谐振电容403与谐振电容405之间设置有电平检测电路451和场效应晶体管453，并且整流电路406经由切换和电源电路452与负载电路408连接。进而，在负载线圈402经由场效应晶体管454和整流电路456连接有切换和电源电路452。进而，采用电磁感应方式的输电装置460，是与电磁感应线圈461并联地连接有谐振电容462，与由电力放大器463放大的来自起振电路464的输电信号频率谐振的结构，是与采用电磁感应方式的输电装置420同样的结构，而电磁感应线圈461与谐振电容462的谐振频率和起振器464的起振频率，是与非接触通信装置150的谐振频率相等的13.56MHz。
以上的非接触电力传送系统中，首先说明从非接触通信装置150对便携终端装置702通过非接触进行通信的情况。
便携终端装置702的电平检测电路451，在未接收到任何信号的状态下使场效应晶体管455为导通状态，并且使场效应晶体管453、454为断开状态，由此在从非接触通信装置150接收到13.56MHz的非接触通信信号的情况下，通过由兼用作磁谐振线圈的电磁感应线圈401、谐振电容403和负载线圈402构成的磁谐振耦合，被负载调制电路410、检波解调电路414和整流电路412接收进行通信。
接着，在接受来自采用电磁感应方式的输电装置420的100kHz频域的非接触的输电电力的情况下，电平检测电路451使场效应晶体管453为导通状态，并且使场效应晶体管454、455为断开状态。由此，由兼用作磁谐振线圈的电磁感应线圈401和谐振电容405构成的谐振电路用电磁感应方式接受来自采用电磁感应方式的输电装置420的输电电力，经由整流电路406及切换和电源电路452对负载电路408供给电力。
接着，在从采用电磁感应方式的输电装置460接受13.56MHz的非接触的输电电力的情况下，电平检测电路451使场效应晶体管454为导通状态，并且使场效应晶体管453、455为断开状态。由此，通过由兼用作磁谐振线圈的电磁感应线圈401、谐振电容403和负载线圈402构成的磁谐振耦合，接受来自采用电磁感应方式的输电装置460的输电电力，经由整流电路456及切换和电源电路452对负载电路408供给电力。
通过采用以上的结构，在获得与图8所示的非接触的充电(电力传送)系统相同的效果的基础上，通过对于非接触的电力传送，对100kHz频域的输电进行利用电磁感应的受电，对于13.56MHz的电力传送进行使用磁谐振方式的受电，即使在频域不同的情况下也能够进行接触的电力传送的受电。
[实施例7]
图11是表示本发明中使用的非接触的充电(电力传送)系统的第七实施例的图。
图中，470是非接触通信部，471是充电控制电路，472是电池，473是高通滤波器，480是非接触通信装置，图中的非接触通信部470由切换电路474、调制解调电路475、起振器476、负载调制电路477、检波解调电路478构成，非接触通信装置480由电磁感应线圈481、谐振电容482、负载调制电路483、检波解调电路484、整流电路485、控制电路486、存储器487构成，对于其他与图8对应的部分附加相同符号并省略说明。
图中，在便携终端装置702中，在整流电路406的输出连接有充电控制电路471、电池472，负载线圈402经由高通滤波器473和切换电路474连接有调制解调电路475和起振器476。进而在切换电路474上连接有负载调制电路477和检波解调电路478。
此外，非接触通信装置480中，与电磁感应线圈481并联地连接有谐振电容482，进而连接有负载调制电路483、检波解调电路484以及整流电路485。
图中，说明接受来自采用电磁感应方式的输电装置420的输电电力的情况下的动作。由输电装置420输送的100kHz频域的输电电力信号，通过便携终端装置702的由兼用作磁谐振线圈的电磁感应线圈401和谐振电容405组成的谐振电路受电并通过整流电路406和充电控制电路471对电池472进行充电。
接着，说明从非接触通信装置150对便携终端装置702通过非接触进行通信的情况下的动作。从非接触通信装置150发送的非接触通信信号，通过由兼用作磁谐振的电磁感应线圈401、谐振电容403和负载线圈402构成的磁谐振方式接收，经由高通滤波器473被输入到切换电路474。在切换电路474中，由于在未输入信号的状态下切换到负载调制电路477一侧，所以接收到的非接触通信信号通过检波解调电路478和负载调制电路477进行调制解调，所以能够进行非接触通信。
接着，说明与非接触通信装置480进行通信的情况。由于非接触通信装置480中没有内置起振器，所以例如是像RFID卡这样内部不具有电源的被动的通信，所以想要在便携终端装置702中与非接触通信装置480进行通信的情况下，使起振器476和调制解调电路475为导通状态，并且将切换电路474切换到调制解调电路475一侧。由此，将来自起振器475的起振信号用调制解调电路475调制后发送到非接触通信装置480。在非接触通信装置480中将接收到的来自便携终端装置702的非接触通信信号用检波解调电路484解调。此外，来自非接触通信装置480的非接触通信信号由负载调制电路483进行负载调制。在便携终端装置702中，通过对阻抗的变动用调制解调电路475解调，能够进行与非接触通信装置480的通信。
通过采用以上的结构，在获得与图8所示的非接触的充电(电力传送)系统相同的效果的基础上，非接触通信装置150相当于询问器(RFID中的读写器)，非接触通信装置480相当于响应器(RFID中的RFID卡)。此外，对便携终端装置702除了负载调制电路477、检波解调电路478(相当于响应器)之外附加调制解调电路475、起振器476(相当于询问器)，由此能够实现与内部不具有起振器的RFID卡等的通信。
[实施例8]
图12是表示本发明中使用的非接触的充电(电力传送)系统的第八实施例的图。
图中，便携终端装置702将2台图11的第七实施例所示的便携终端装置接近配置，为了区别彼此的装置对于另一个便携终端装置对附图编号附加撇号(’)。
图中，对从便携终端装置702读出便携终端装置702’中的存储器413’的内容的情况下的动作进行说明。在便携终端装置702中使起振器476和调制解调电路475为导通状态并且将切换电路474切换到调制解调电路475一侧。由此，将来自起振器476的起振信号用调制解调电路475调制后发送到便携终端装置702’。由于在便携终端装置702’中通常切换到负载调制电路477’一侧，所以将接收到的来自便携终端装置702的非接触通信信号用检波解调电路478’解调，在控制电路414’中将与接收数据对应的数据信号从存储器413’读出后通过负载调制电路477’进行负载调制。便携终端装置702中，用调制解调电路475检测出阻抗的变动并解调，接收来自便携终端装置702’的接收数据信号。
通过采用以上结构，在获得与图11中所示的非接触的充电(电力传送)系统同样的效果的基础上，通过对便携终端装置702附加与询问器对应的电路(调制解调电路475、起振器476)，在便携终端装置之间也能够进行非接触通信。
[实施例9]
图13是表示本发明中使用的非接触的充电(电力传送)系统的第九实施例的图。
图中，501是输电器，502是受电器，503是供电线圈，504是一次侧谐振线圈，505是负载电路，506是高频电源，对于其他与图8的第四实施例对应的部分附加相同符号并省略说明。
图中，输电器501由高频电源506、供电线圈503和一次侧谐振线圈504构成，接近供电线圈503放置一次侧谐振线圈504，并且在供电线圈503连接有高频电源506。
受电器502由负载线圈505、整流电路406、电源电路407和负载电路408构成，在负载线圈505经由整流电路406和电源电路407连接有负载电路408，由输电器501和受电器502构成非接触电力传送系统。
图中，从高频电源506，以与由一次侧谐振线圈504的自感和线圈的绕线之间的杂散电容(寄生电容)确定的自谐振频率相等的频率对供电线圈503进行供电。供电线圈503通过电磁感应作用以与自谐振频率相等的频率激励一次侧谐振线圈504，由此在一次侧谐振线圈504中流过大的电流产生强的磁场。
此处，设一次侧谐振线圈的电感值为L，绕线之间的杂散电容为C时，线圈的自谐振频率f用下式求出。
f＝1/(2π√(LC))
但是，自谐振频率因供电线圈503和负载线圈505的耦合状态而使谐振频率变动，所以实际上的自谐振频率需要通过模拟和实验进行确认。
通过以上的结构，当受电器502接近输电器501地放置时，来自一次侧谐振线圈504的强的磁场与受电器502的负载线圈505磁耦合，在负载线圈505的两个端子之间产生电动势。产生的电动势被整流电路406整流为直流电压，输入到电源电路407。从整流电路406输出的电压因输电电力和一次侧谐振线圈504与负载线圈505之间的距离所导致的谐振线圈的自谐振频率的偏离以及线圈间距离导致的传送效率的变化而变动，所以电源电路407将其变换为负载电路需要的固定的电压值供给到负载电路408。
通过采用以上的结构，能够对来自输电器501的输电电力在受电器502中通过磁耦合非接触地受电，并且作为用于受电器502的线圈能够只用负载线圈505受电，所以能够实现受电器502的小型化。
其中，表示图13所示的线圈形状一般使用的大小和圈数的一例，对数W程度的小型便携设备充电的情况下，供电线圈503的直径是数cm，圈数是1圈至数圈程度，一次侧谐振线圈504的直径是数cm，圈数是数十圈程度，自谐振频率使用10MHz频域，负载线圈505的直径是数cm，圈数是1圈至数圈程度。
另一方面，作为用于对笔记本型的个人计算机的供电和充电、对电动车的充电等数十W至数百W以上的输电的线圈形状一般使用的大小和圈数的一例，供电线圈503的直径是数十cm，圈数是1圈至数圈程度，一次侧谐振线圈504的直径是数十cm，圈数是数圈程度，自谐振频率是数百Hz到1MHz程度，负载线圈505的直径是数十cm，圈数是1圈至数圈程度。
上述磁谐振方式中谐振线圈的绕线的电阻成分造成的损耗较大时有传送效率降低的倾向，所以线圈的线材一般使用直径1mm～数mm程度的铜线，但只要是导电率高，也可以是其他线材。此外，发送接收的线圈的直径与传送距离相关，有直径越大传送距离越延伸的倾向。此外，发送接收的线圈的直径相等易于获得更高的效率，而由于与现有的电磁感应方式相比线圈间的耦合较强，所以发送接收线圈的直径略微不同也能够获得较高的传送效率，这也是磁谐振方式的特征。
由此，各线圈的直径可以是相同的也可以是不同的，各线圈可以是圆筒形的线圈，还可以是螺旋状的平面线圈。进而，平面线圈可以在基板上形成铜图案，也可以在膜状上形成铜图案。
[实施例10]
接着，根据附图说明本发明的非接触的充电(电力传送)系统的第十实施例。
图14是表示本发明中使用的非接触的电力传送系统的第十实施例的图。
图中，511是有谐振的负载线圈，512是谐振电容，对于其他与图13对应的部分附加相同符号并省略说明。
图14中，与图13所示的非接触的充电系统的第九实施例相比，使有谐振的负载线圈511与谐振电容512串联地连接形成串联谐振电路，以使其谐振频率与一次谐振线圈504的自谐振频率相等的方式确定有谐振的负载线圈511和谐振电容512的值。此外，有谐振的负载线圈511的电感值比供电线圈503的电感值大。
通过采用以上结构，在获得与图13所示的第九实施例同样的效果的基础上，由于用有谐振的负载线圈511和谐振电容512构成谐振电路，所以与来自一次谐振线圈504的磁通较强地耦合，所以能够进一步减小使线圈间距离远离的情况下传送效率的降低。换言之，即使线圈间距离变动，输入阻抗的变化也较少，所以能够减少线圈间距离导致的频率特性的变动。
例如，线圈的直径是数cm的情况的传送距离是数cm程度，直径是数cm的情况能够获得数十cm至1m程度的传送距离，所以与现有的电磁感应方式的1cm至2cm程度相比能够获得较长的传送距离。
[实施例11]
图15是具有本发明中使用的非接触的电力传送系统的第十一实施例的图。
图中，521是一次侧谐振线圈，522是谐振电容，523是激励线圈，对于其他与图14对应的部分附加相同符号并省略说明。
图中，将与由一次侧谐振线圈521的电感值和谐振电容522的电容值确定的谐振频率相等的信号从高频电源506经由激励线圈523供给时，因谐振线圈521和谐振电容522而产生谐振现象，流过大的电流产生强的磁场。该结构中主要用于数十W以上的高电力传送，线圈的大小和圈数的一般的一例，谐振线圈521的直径是数十cm至1m程度，线圈的线径是1cm程度，圈数是1至2圈程度。此外，激励线圈的线径是数mm程度，一般用对谐振线圈521卷绕数圈或者使用铁氧体芯等磁性体激励的方法。
图15是与图14所示的非接触电力传送系统的第十实施例相比，通过代替供电线圈使用激励线圈523，对一次侧的谐振线圈通过局部的电磁感应激励进行供电，所以在获得与第十实施例同样的效果的基础上，由于输电侧的谐振线圈能够由1圈程度构成，所以还能够实现输电器侧的小型化。
[实施例12]
图16a是表示具有本发明中使用的非接触的充电(电力传送)的第十二实施例的图。
图中，531是一次侧的谐振线圈组，由螺旋形的谐振线圈531a、531b构成，它们并行地以一定间隔螺旋状地卷绕。此处，螺旋形的谐振线圈531a、531b以各自的自谐振频率不同的方式构成，对于其他与图14对应的部分附加相同符号并省略说明。
图16a中，在能够用受电器502受电的距离内将螺旋形的谐振线圈531a和531b的圈数调整成在各自不同的距离下效率最优。例如，设螺旋形的谐振线圈531a效率最优的距离为距离a，谐振线圈531b效率最优的距离为距离b，则当一次侧的谐振线圈531与有谐振的负载线圈511的距离是距离a时，来自供电线圈503的供电电力主要经由螺旋形的谐振线圈531a供给到有谐振的负载线圈511，另一方面，螺旋形的谐振线圈531b由于阻抗匹配偏离最佳值，所以几乎不进行电力传送。此外，当一次侧的谐振线圈531与有谐振的负载线圈511的距离是距离b时，来自供电线圈503的供电电力主要经由螺旋形的谐振线圈531b供给到有谐振的负载线圈511。
其中，能够通过改变螺旋形的谐振线圈531a、531b的线圈的绕线的长度(圈数)和线圈的绕线的线径来分别改变自谐振频率。
此时，线圈间的寄生电容通过彼此的谐振线圈并行地卷绕，除了供电线线圈和负载线圈的影响之外还有相互耦合的影响，所以自谐振频率需要用模拟和实验求出。
通过采用以上的结构，在获得与图14所示的第十实施例同样的效果的基础上，在输电器侧还能够进一步使因一次侧的谐振线圈531与有谐振的负载线圈511的线圈间距离导致的频率特性的变动变小。
此外，图16b表示一次侧的谐振线圈组531的另一个例子。
图中，532是圆筒形的谐振线圈组，由圆筒形的谐振线圈532a、532b构成，它们并行地以一定间隔圆筒形地卷绕，彼此的自谐振频率不同。其中，通过改变圆筒形的谐振线圈532a、532b的线圈的绕线的长度(圈数)、线圈的绕线的线径和线圈的内径，能够改变各自的自谐振频率。
在这些图中，线圈组在图中为2个的结构，但也可以为3个以上，只要能够用供电线圈供电，也可以不并行地卷绕而是各自独立，还可以一个是螺旋状的平面线圈，另一个是圆筒形的线圈。
图22表示使用以上多个谐振线圈的情况下发送接收线圈之间的频率特性。图中，是示意地表示使图16a所示的一次侧的谐振线圈由自谐振频率相互不同的多个线圈构成的情况下从一次侧供电线圈到二次侧负载线圈间的传送特性的示意图。图中横轴是频率，纵轴是传送损耗。图中可知通过将自谐振频率相互不同的线圈用于谐振线圈，使频率特性变广。由此，即使在因线圈间距离使频率特性变动的情况下，也能够因频域较广而减小传送效率的降低。
[实施例13]
图17是表示本发明中使用的非接触的充电(电力传送)系统的第十三实施例的图。
图中，542是电平检测电路，543是控制电路，541是场效应晶体管，对于其他与图14所示的非接触电力传送系统的第十实施例对应的部分附加相同符号并省略说明。
图中，与图14所示的第十实施例相比，在谐振电容512的两端连接有场效应晶体管541的漏极和源极。进而，用电平检测542检测出被整流电路406整流后的直流输出的一部分，输出到控制电路543，并且控制电路543将被电源电路407整流的电源电压的一部分用于电源，控制场效应晶体管541的栅极。
在以上的结构中，场效应晶体管541是断开状态时，一次侧谐振线圈504中产生的磁场与由有谐振的负载线圈511和谐振电容512构成的谐振电路较强地耦合，通过这些谐振电路在整流电路406中流过接收电流。此时，控制电路543使场效应晶体管541为导通状态时，由于谐振电容512的两端成为短路状态，有谐振的负载线圈511不再是谐振点。因此，在一次侧谐振线圈504产生的磁场，由负载线圈511在二次侧通过不伴随谐振的电磁感应对整流电路406供给接收电力。控制电路543通过定期地将场效应晶体管541导通断开，比较从整流电路406输出的整流电压，进行切换到接收电力更高的一方的动作。
负载线圈511与谐振电容512产生的谐振状态下的受电，在一次侧谐振线圈504与负载线圈511的距离隔开某种程度时传送效率最高，反之线圈间距离为数mm以下的非常近距离时因阻抗的变动反而使传送效率降低。与此相对，仅使用负载线圈511的受电中，受电侧不具有谐振电路，在非常近距离下为电磁感应传送，所以受电侧不具有谐振电路时传送效率更高。这是因为，供电线圈与谐振线圈的耦合以及谐振线圈与负载线圈的耦合同样被视为用电磁感应的传送。因此，通过采用在线圈间距离隔开某种程度的情况下，使场效应晶体管541为断开状态，在非常近距离下，使场效应晶体管541为导通状态，从而在受电侧不具有谐振电路的结构，在获得与图14所示的实施例10同样的效果的基础上，能够获得即使线圈间距离是非常近的距离传送效率的劣化也较小的非接触电力传送系统。
此外，图23表示示意地表示用场效应晶体管导通断开与负载线圈串联地连接的谐振电容的示意图。图中横轴是线圈间距离，纵轴是传送损耗。图中，在使场效应晶体管为导通状态的情况下，负载线圈为不具有谐振频率的电磁感应的传送，所以线圈间距离增大时损耗急剧增加。另一方面，在使场效应晶体管为断开状态的情况下，负载线圈因谐振电容成为串联谐振电路，即使线圈间距离隔开一定程度传送损耗的增加也较小，但成为非常近距离时传送效率反而会降低。因此，如果在非常近距离下使场效应晶体管为导通状态使负载线圈不具有谐振电路，则能够抑制近距离下传送效率的降低。
[实施例14]
图18是表示具有本发明中使用的非接触的充电(电力传送)系统的第十四实施例的图。
图中，551a、551b、551c是场效应晶体管，552a、552b、552c是谐振电容，553是谐振电容，对于与图17所示的第十三实施例对应的部分附加相同符号并省略说明。
图中，与图17所示的第十三实施例相比，与一次侧谐振线圈并联地连接有谐振电容553，在有谐振的负载线圈511，并联地连接有场效应晶体管551a、551b、551c与谐振电容552a、552b、552c分别串联连接后的电路。
从供电线圈503主要以一次侧谐振线圈504的电感值和谐振电容553确定的自谐振频率供给电力。一次侧谐振线圈504以与谐振电容553的自谐振频率供电，所以在上述谐振电路中流过大的电流，产生较的磁场。此时，由于与一次侧谐振线圈504并联地连接有谐振电容553，所以在用相同的谐振频率进行比较的情况下，与没有谐振电容的情况相比，能够减小一次侧谐振线圈504的电感值，所以能够使输电器501的形状较小。
另一方面，与场效应晶体管551a、551b、551c串联连接的谐振电容552a、552b、552c，分别与有谐振的负载线圈511构成并联谐振电路，并且各电容为谐振频率不同的电容值。因此，成为根据一次侧谐振线圈504与有谐振的负载线圈511的线圈间距离选择传送效率最高的电容值的结构。
在以上结构中，以下说明选择最佳的电容值的方法的一例。
在用有谐振的负载线圈511接收来自一次侧谐振线圈504的磁场的情况下，控制电路543使线圈间距离最远时传送效率高的谐振电容对应的场效应晶体管为导通状态。然后，在开始电力受电的情况下，控制电路543定期地使其他为断开状态的场效应晶体管成为导通状态，用电平检测542检测出此时的受电电力。然后通过选择受电电力最大的谐振电容，能够以较高的传送效率受电。此时，控制电路543定期地用电平检测542检测受电电力，选择传送效率最高的场效应晶体管使其成为导通状态。
以上的结构中，在获得与图17所示的第十三的实施例同样的效果的基础上，通过设置多个谐振电容用场效应晶体管进行切换，能够根据线圈间距离实现电力的传送效率的进一步最佳化。
在线圈间距离近的情况下(直径是数cm的线圈的情况，1cm程度以下)，因为谐振线圈504的线圈的绕线与负载线圈511的线圈的绕线之间也存在寄生电容，所以在线圈间距离近的情况下，由于谐振线圈与负载线圈间的电容增加，谐振线圈的自谐振频率也下降。在这种情况下，当输电频率恒定时，通过距离越近反而使负载线圈的谐振电容越小，提高负载线圈与谐振电容的谐振频率，能够抑制谐振线圈的自谐振频率下降，所以能够抑制线圈间距离导致的传送效率的变动。
[实施例15]
图19是表示具有本发明中使用的非接触的充电(电力传送)系统的第十五实施例的图。
图中，输电装置610由供电线圈611、螺旋形的一次侧谐振线圈612、调制解调电路613、可变增益电力放大器614、起振器615、控制电路616构成，对于其他与图17的非接触的电力传送系统的第十三实施例对应的部分附加相同符号并省略说明。
图中螺旋形的一次谐振线圈612是平面上卷绕的线圈，与圆筒形的立体线圈同样存在因线圈的绕线间的寄生电容而产生的自谐振频率，该谐振频率与圆筒形线圈同样地求得。
此外，在便携终端装置702中，在有谐振的负载线圈511与整流电路406之间附加负载调制电路441、检波解调电路442，输电装置610在高频电源615上经由可变增益电力放大器614和调制解调电路613连接于供电线圈611。
以上的结构中，具有从输电装置610对便携终端装置702非接触地传送电力，并且进行电力传送时需要的输电装置610与便携终端装置702之间的认证和输电电力控制所需要的通信单元。
首先，说明从输电装置610对便携终端装置702非接触地传送电力的动作。
以与一次侧谐振线圈612的自谐振频率相等的频率从高频电源615输出的信号，被增益可变电力放大器614放大，经由调制解调电路613对供电线圈611供电。由于被供电的输电信号是与一次侧谐振线圈612的自谐振频率相等的频率，所以从一次侧谐振线圈612产生强的磁场。
另一方面，有谐振的供电线圈511由于与谐振电容512的谐振，与来自一次侧谐振线圈612的磁场较强地耦合，效率良好地接受电力，经由负载调制电路441、检波解调电路442被整流电路406整流，经由电源电路407供给到负载电路408。此外，控制电路543进行参照电平检测542的值使场效应晶体管541导通或者断开，切换到受电电力更大的一方的动作。
接着对于非接触地进行通信的情况下的动作，首先说明从输电装置610对便携终端装置702传送数据的情况。
图中，对来自增益可变电力放大器614的输电信号施加ASK调制等调制对供电线圈611供电。被供给的输电信号产生比一次侧谐振线圈612强的磁场，被有谐振的负载线圈511和谐振电容512效率良好地接收，经由负载调制电路441被输入到检波解调电路442。被输入的输电信号由使用二极管等的检波电路解调并输入到控制电路502。此外，受电电力被整流电路406整流，由电源电路407对负载电路408供给。
接着，说明从便携终端装置702对输电装置610传送数据的情况。
在进行通信的情况下，由于便携终端装置702从输电装置610接受电力，总是对负载调制电路441加上信号振幅。因此，在负载调制电路441中，将该点的阻抗与调制信号对应地改变时磁耦合的输电装置610一侧的阻抗也会受到影响变化(负载调制方式)。所以，在调制解调电路613中通过二极管检波等，能够取出输电信号被因负载调制电路441的负载变动而产生的输电电力的反射解调后的信号，所以能够进行通信。
以上的结构中，在获得得到与图17的非接触的电力传送系统的第13实施例同样的效果的基础上，能够获得具有能够以简易的结构通信的通信单元的非接触电力传送系统。
[实施例16]
图20是表示具有本发明中使用的非接触的充电(电力传送)系统的第十六实施例的图。
图中，631是一次侧的谐振线圈组，632是供电线圈，一次侧的谐振线圈组631由螺旋形的谐振线圈631a、631b构成，它们并行地以一定间隔螺旋状地卷绕，对于其他与图18的非接触电力传送系统的第十四实施例和图19的非接触电力传送系统的第十五实施例对应的部分附加相同符号并省略说明。
图中，构成为输电装置610的一次侧谐振线圈使用螺旋形的谐振线圈631a和631b多个线圈，并且改变线圈的圈数等使相互的自谐振频率不同。进而，改变一次侧谐振线圈组631和供电线圈632的位置上的结构，使供电线圈632与有谐振的负载线圈511之间的距离比一次侧谐振线圈组631与有谐振的负载线圈511之间的距离近。
通过采用以上的结构，在获得与图16a的非接触电力传送系统的第十二实施例、图18的非接触电力传送系统的第十四实施例和图19的非接触电力传送系统的第十五实施例同样的效果的基础上，通过使供电线圈632与有谐振的负载线圈511之间的距离比一次侧谐振线圈组631与有谐振的负载线圈511之间的距离近，在供电线圈632与有谐振的负载线圈511的线圈之间距离非常近的情况下，比起经由一次侧谐振线圈组631的磁谐振传送，能够从供电线圈632对有谐振的负载线圈511通过电磁感应直接传送，所以能够抑制非常近距离下传送效率的降低。
以上的结构中，当线圈间距离较近时，谐振线圈的谐振频率由于负载线圈接近而增加等价的寄生电容从而导致谐振频率下降，所以输电频率恒定时传送效率会降低。在这种情况下，通过改变谐振线圈与供电线圈的配置使供电线圈与负载线圈的距离接近，并且由于谐振线圈不再进入它们之间，所以供电线圈与负载线圈之间电磁感应的耦合增强。此时，在线圈间距离较远时利用电磁感应的传送较小而线圈间距离非常近的情况下，谐振线圈的谐振频率会偏向较低一方，但是供电线圈与负载线圈之间利用电磁感应的传送增大，抑制了线圈间距离非常近的情况下的传送效率的降低。
[实施例17]
图21是表示具有本发明中使用的非接触的充电(电力传送)系统的第十七实施例。
图中，641、651是天线，642是负载调制电路，643是检波解调电路，652是调制解调电路，653是起振电路，对于与图19的非接触电力传送系统的第十五实施例对应的部分附加相同符号并省略说明。
图中的输电装置610中起振电路653经由调制解调电路652与天线651连接，便携终端装置702中天线641经由负载调制电路642与检波解调电路643连接。
说明以上结构中，在输电装置610与便携终端装置702之间进行通信的动作。其中，对于电力的传送动作省略说明。
图中，对来自起振电路653的发送信号在调制解调电路652中，施加ASK调制等调制供电到天线651。被供电的发送信号通过天线651电磁波或者磁性地作为能量被放射。被放射的发送信号被天线641接收，经由负载调制电路642被输入到检波解调电路643。被输入的发送信号通过二极管检波等检波电路被解调后输入到控制电路604。
接着，说明从便携终端装置702对输电装置610传送数据的情况。考虑到便携终端装置702在通过输电装置610接收信号的状态时进行通信的情况，总是对负载调制电路642加上信号振幅。因此，负载调制电路642中，是使用通过使该点的负载变动来进行调制的负载调制方式的结构。
以上的结构中，在获得与图19的非接触电力传送系统的第十五实施例同样的效果的基础上，由于以与电力传送不同的频率进行通信，所以还能够更高速地进行通信，所以在传送认证和发输电力控制等的电力传送所需的数据以外还能够传送其他数据。

Claims (12)

1.一种以非接触方式接受电力的受电装置，其特征在于：
至少包括相互磁耦合的谐振线圈和负载线圈，
还包括：
第一谐振电路，其与所述谐振线圈并联连接，且以第一频率与所述谐振线圈谐振；
第二谐振电路，其经由滤波器与所述谐振线圈连接，且以第二频率与所述谐振线圈谐振；和
第一输出端子，其与所述第二谐振电路连接，
所述滤波器使所述第二频率的信号通过并使所述第一频率的信号衰减，
所述第一输出端子输出通过所述滤波器后的所述第二频率的信号，
所述负载线圈与所述谐振线圈磁耦合来接收所述第一频率的信号。
2.一种以非接触方式供给电力的输电装置，其特征在于：
至少包括相互磁耦合的谐振线圈和供电线圈，
还包括：
第一谐振电路，其与所述谐振线圈连接，且以第一频率与所述谐振线圈谐振；
第二谐振电路，其经由滤波器与所述谐振线圈连接，且以第二频率与所述谐振线圈谐振；和
第一输入端子，其与所述第二谐振电路连接，
所述滤波器使所述第二频率的信号通过并使所述第一频率的信号衰减，
所述第一输入端子输入所述第二频率的信号，
所述谐振线圈通过与所述供电线圈磁耦合来传送所述第一频率的信号。
3.一种以非接触方式接受电力的受电装置，其特征在于，包括：
天线线圈，其进行非接触通信并接受电力；
第一谐振电路，其与所述天线线圈并联连接，且以第一频率与所述天线线圈谐振；
第二谐振电路，其经由第一滤波器电路与所述第一谐振电路串联或并联连接，且以第二频率与所述天线线圈谐振；
受电部，其与所述第二谐振电路连接；
负载线圈，其与所述天线线圈邻近地设置；和
非接触通信部，其经由第二滤波器电路与所述负载线圈连接，
所述第一滤波器电路使所述第二频率的信号通过并使所述第一频率的信号衰减，
所述受电部接受通过所述第一滤波器电路后的所述第二频率的信号，
所述第二滤波器电路使所述第一频率的信号通过并使所述第二频率的信号衰减，
所述非接触通信部基于通过所述第二滤波器电路后的所述第一频率的信号进行非接触通信。
4.一种输电装置，以非接触方式将电力输送到根据权利要求3所述的受电装置，其特征在于：
包括非接触通信装置，其以非接触方式以所述第一频率进行数据传送，所述数据传送用于执行认证、数据的读写。
5.根据权利要求3所述的受电装置，其特征在于：
所述第二频率是比所述第一频率低的频率，
所述第一滤波器电路是低通滤波器，
所述第二滤波器电路是高通滤波器，
所述第一谐振电路和所述第二谐振电路是电容。
6.根据权利要求3所述的受电装置，其特征在于：
所述非接触通信部包括询问器和响应器，
进行询问数据信号的发送和响应数据信号的接收。
7.一种输电装置，其特征在于，包括：
一次侧线圈，其具有：
供电线圈，其以规定的频率供给电力，并且该供电线圈的电感比受电侧的线圈的电感小；和
磁谐振线圈，其与所述供电线圈磁耦合，以规定的谐振频率谐振，并且该磁谐振线圈的电感比所述受电侧的线圈的电感大；和
谐振电容，其与所述磁谐振线圈并联连接，
所述供电线圈以所述谐振频率供给电力，激励所述磁谐振线圈，
所述磁谐振线圈利用所述谐振频率下的磁耦合来以非接触方式传送电力。
8.一种受电装置，从根据权利要求7所述的输电装置接受电力，其特征在于：
包括负载线圈，所述负载线圈以所述谐振频率与所述磁谐振线圈磁耦合来接受电力，
所述负载线圈的电感比所述供电线圈的电感大且比所述磁谐振线圈的电感小。
9.根据权利要求8所述的受电装置，其特征在于：
还设置有谐振电路，所述谐振电路与所述负载线圈并联或串联连接，且与所述负载线圈谐振。
10.根据权利要求7所述的输电装置，其特征在于：
包括与所述供电线圈连接的第一调制解调电路，
所述一次侧线圈以叠加从所述调制解调电路输出的调制信号的方式传送所述电力。
11.一种受电装置，从根据权利要求10所述的输电装置接受电力，其特征在于，包括：
负载线圈，其与所述磁谐振线圈以所述谐振频率磁耦合来接受电力；和
第二调制解调电路，其与所述负载线圈连接，
所述负载线圈的电感比所述供电线圈的电感大，且比所述磁谐振线圈的电感小，
所述负载线圈接收从所述一次侧线圈输出的所述调制信号。
12.根据权利要求11所述的受电装置，其特征在于：
所述负载线圈通过负载调制方式向所述一次侧线圈通信。
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