CN105379067B - 电力传输系统 - Google Patents

Abstract

本发明的电力传输系统(1)，其通过有源电极(15、25)、无源电极(16、26)电场耦合，来从输电装置(101)向受电装置(201)传输电力，输电装置(101)具备：对直流电压进行升降压的升降压电路(12)；和将来自升降压电路(12)的直流电压变换为交流电压，并向有源电极(15)以及无源电极(16)输出的逆变器电路(13)。输电装置(101)控制升降压电路(12)来扫描变压比M＝Vol/Vin，检测向升降压电路(12)的输入输出(Pin)为极小的变压比M。输电装置(101)驱动升降压电路(12)，以使得成为检测出的变压比M，进行向受电装置(201)的电力传输。由此，提供一种与受电装置侧的负载变动的状态无关地、能够高效地进行电力传输的电力传输系统。

Description

电力传输系统

技术领域

本发明涉及从输电装置向受电装置传输电力的电力传输系统。

背景技术

电力传输系统使输电装置和受电装置电场耦合或者磁场耦合，通过该耦合来从输电装置向受电装置传输电力。在一般提高电力传输系统的传输效率的手法中，将低损耗的谐振电路设置于输电装置以及受电装置是有效的。在经由谐振电路从输电装置的电源向受电装置的负载进行电力传输的情况下，存在使效率最大的负载电阻。一般地，该负载电阻被设定为使效率在额定功率附近(例如，30W)最大化。但是，在不知道使用什么作为负载的情况下，或者在负载的阻抗变化的情况下，在偏离额定负载时，效率降低。

专利文献1中公开了一种能够高效地进行稳定的供电的共振方式的非接触供电系统。在专利文献1所述的非接触供电系统中，为了使效率最大，将设定负载电阻的功能设置于受电装置。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2013-078171号公报

发明内容

-发明要解决的课题-

但是，在受电装置是希望小型化以及薄型化的便携式电子设备等的情况下，通过对受电装置附加特别的功能，可能会阻碍小型化以及薄型化。

因此，本发明的目的在于，提供一种与受电装置侧的负载变动的状态无关的、能够高效地进行电力传输的电力传输系统。

-解决课题的手段-

本发明是一种电力传输系统，其具备输电装置和受电装置，其中，该输电装置具有：输电侧耦合部；输电侧谐振电路，与所述输电侧耦合部连接或者其一部分包含所述输电侧耦合部；和电力变换电路，将直流电压变换为交流电压并向所述输电侧谐振电路输出，该受电装置具有：受电侧耦合部；受电侧谐振电路，与所述受电侧耦合部连接或者其一部分包含所述受电侧耦合部，所述受电侧谐振电路在与所述输电侧谐振电路相同的谐振频率下谐振；和恒定负载电力输出电路，与所述受电侧谐振电路连接并将由所述受电侧耦合部感应的电压变换为规定值并向负载输出，通过所述输电侧耦合部与所述受电侧耦合部电场耦合或者磁场耦合，从而从所述输电装置向所述受电装置传输电力，其特征在于，所述输电装置具有：输出电力设定部，其设定所述电力变换电路的输出电力；和驱动控制部，其对所述电力变换电路进行驱动控制，以使得从所述电力变换电路输出由所述输出电力设定部设定的输出电力，所述输出电力设定部具有：频率设定部，其将所述交流电压的频率设定为根据所述输电侧谐振电路以及所述受电侧谐振电路的谐振频率来决定的频率；输出电力变化部，其在由所述频率设定部设定的频率下，使所述电力变换电路的输出电力变化；输入电力检测部，其检测使所述电力变换电路的输出电力发生了变化时的向所述电力变换电路的输入电力；和极小值检测部，其检测所述输入电力检测部所检测到的输入电力的极小值，将与成为所述极小值检测部所检测到的极小值时的所述输入电力对应的输出电力设定为所述电力变换电路的输出电力。

在该结构中，与受电装置侧的负载的状态无关地，在输电装置侧，将向电力变换电路的输入电力设为极小来进行电力传输。若一直输入大电力来进行传输电力，则存在损耗变大、传输效率降低的问题，通过与受电装置侧的负载的状态无关地，利用极小的输入电力来进行传输电力，则能够避免这样的问题，能够进行高效率的传输电力。此外，通过控制为在输电装置侧输入电力为极小，从而不需要在受电装置侧设置特别的电路等。因此，不会妨碍受电装置的薄型化以及小型化。

优选在向所述电力变换电路输入恒定电压的情况下，所述输入电力检测部检测向所述电力变换电路的输入电流，所述极小值检测部检测所述输入电力检测部所检测到的输入电流的极小值。

在该结构中，由于向电力变换电路的输入电压恒定，因此通过检测输入电流的极小值，能够检测向电力变换电路的输入电力的极小值。在该情况下，不需要电力的运算处理，能够简化处理。

优选所述电力变换电路具有：变压电路，其对直流电压进行升压、降压或者升降压；和逆变器电路，其与所述变压电路连接，将由所述变压电路升降压过的所述直流电压变换为交流电压，所述驱动控制部驱动所述变压电路来对所述直流电压进行升压或降压，或者对所述逆变器电路进行控制。

在该结构中，通过简易的结构，能够使输入电力极小。

优选所述输电装置具有电压检测电路，其检测所述变压电路的输入电压以及输出电压，所述输出电力变化部使所述变压电路的输入电压以及输出电压的变压比变化。

在该结构中，由于如调整变压比则能够使输入电力极小，因此能够通过简易的构成来使输入电力极小。

优选在所述输出电力设定部反复设定所述电力变换电路的输出电力的情况下，所述输出电力变化部根据所述电力变换电路的输出电力刚刚之前被设定时的所述变压电路的输入电压以及输入电流来计算输入电力，将基于所述输入电力的平方根的初始值设为所述变压比的初始值，从所述初始值起使所述变压比变化。

在该结构中，通过在反复设定电力变换电路的输出电力时，设定变压比的初始值，从而能够缩短以下的电力变换电路的输出电力的设定处理所需要的时间。

优选所述输出电力变化部使所述逆变器电路的占空比或者脉冲密度变化。

在该结构中，不需要对直流电压进行升压、降压或者升降压的变压电路，电路结构变得简易。

优选所述受电装置具有：输入电压检测电路，其检测所述恒定负载电力输出电路的输入电压；和错误信号发送电路，其在所述输入电压检测电路所检测到的输入电压小于阈值的情况下，向所述输电装置发送错误信号。

在该结构中，能够避免受电装置侧的电压不足。

-发明效果-

根据本发明，在不在受电装置侧设置特别的电路等的情况下，仅通过输电装置侧的处理，就能够实现电力传输效率的高效率化。

附图说明

图1是实施方式1所涉及的电力传输系统的电路图。

图2是图1的等效电路图。

图3是具备控制部所具有的功能框图的输电装置的电路图。

图4是表示变压比与输入电力的关系的图表。

图5是表示使负载状态变化时的、变压比M与输入电力的关系的图表。

图6是表示使负载状态变化时的、变压比与电力传输效率的关系的图表。

图7是表示输入电力为极小的变压比与输出电压的关系的图表。

图8是表示控制部的动作的流程图。

图9是表示控制部的其它动作的流程图。

图10是表示控制部的其它动作的流程图。

图11是表示控制部的其它动作的流程图。

图12是逆变器电路的各开关元件的栅极信号的脉冲波形图。

图13是表示实施方式2所涉及的受电装置的一部分的电路的图。

图14是实施方式3所涉及的电力传输系统的电路图。

图15是实施方式4所涉及的电力传输系统的电路图。

具体实施方式

(实施方式1)

图1是实施方式1所涉及的电力传输系统1的电路图。图2是图1的等效电路图。

本实施方式所涉及的电力传输系统1由输电装置101和受电装置201构成。受电装置201具备负载电路RL。该负载电路RL包含充电电路以及二次电池。并且，受电装置201是具备该二次电池的例如便携式电子设备。作为便携式电子设备，举例有：移动电话机、便携式音乐播放器、笔记本电脑、数码相机等。输电装置101是用于对被承载的受电装置201的二次电池进行充电的充电台。

输电装置101具备输出直流电压的直流电源11。直流电源11是与工业电源连接的AC适配器。

直流电源11与升降压电路12连接。升降压电路12对来自直流电源11的直流电压进行升压或者降压。以下，将从直流电源11输出的直流电压、即升降压电路12的输入电压表示为Vin。升降压电路12相当于本发明所涉及的“变压电路”。

升降压电路12与逆变器电路13连接，通过升降压电路12而被升压或者降压的电压被输入到逆变器电路13。以下，将升降压电路12的输出电压表示为Vo1。输出电压Vo1也是逆变器电路13的输入电压。逆变器电路13具备MOS-FET的开关元件Q1、Q2、Q3、Q4。在逆变器电路13中，开关元件Q1、Q2串联连接，开关元件Q3、Q4串联连接。此外，开关元件Q1、Q2的连接点和开关元件Q3，Q4的连接点与升压变压器T1的初级线圈连接。

升降压电路12以及逆变器电路13相当于本发明所涉及的“电力变换电路”。

逆变器电路13的各开关元件Q1、Q2、Q3、Q4被后述的控制部14进行PWM控制。逆变器电路13通过利用控制部14使开关元件Q1、Q4和开关元件Q2、Q3交替地接通断开，从而将输出电压Vo1转换为交流电压。

升压变压器T1的次级线圈与有源电极15以及无源电极16连接。升压变压器T1对由逆变器电路13转换过的交流电压进行升压，并施加到有源电极15以及无源电极16。有源电极15以及无源电极16是本发明所涉及的“输电侧耦合部”的一个例子。

此外，升压变压器T1的次级线圈与电容器C1连接，通过次级线圈和电容器C1来构成并联谐振电路17。并联谐振电路17相当于本发明所涉及的“输电侧谐振电路”。

受电装置201具备有源电极25以及无源电极26。有源电极25以及无源电极26在将受电装置201承载于输电装置101的情况下，与输电装置101的有源电极15以及无源电极16隔开间隔地对置。通过向有源电极15以及无源电极16之间施加电压，从而对置配置的有源电极15、25电场耦合，无源电极16、26电场耦合。经由该耦合，在电极彼此非接触的状态下从输电装置101向受电装置201传输电力。

有源电极25以及无源电极26相当于本发明所涉及的“受电侧耦合部”。

受电装置201的有源电极25以及无源电极26与压电变压器24连接。压电变压器24具备由PZT系陶瓷等形成的压电体板，在该压电体板的两端部形成相互对置的外部电极3A、3B和外部电极4A、4B。压电体板被极化，若向外部电极3A、3B之间施加交流电压，则在压电变压器24，压电体板的长度方向的振动被激励，压电体板的整体振动。由此，能够从外部电极4A、4B之间取出被降压了的电压。

图2中，图示了压电变压器24的等效电路。压电变压器24被表示为电容器C21、C22、电容器Cp、电感器Lp以及电阻Rp等。电容器C21是压电变压器24的等效输入电容，是在外部电极3A、3B之间产生的电容。电容器C22是压电变压器24的等效输出电容，是在外部电极4A、4B之间产生的电容。此外，电容器Cp以及电感器Lp是与电气机械的振动对应的参数。另外，虽未图示，但在图2的电阻Rp以及电容器C22之间构成有理想变压器。

压电变压器24的谐振频率主要由基于电容器Cp和电感器Lp的串联谐振电路241的谐振来决定。由于电能转换是经由弹性振动的，因此具有由压电体陶瓷的弹性波传播速度和尺寸决定的固有谐振频率。该压电变压器24的串联谐振电路241被设计为谐振频率与构成输电装置101侧的并联谐振电路17相同。

压电变压器24的输出侧与电感器L2连接，通过该电感器L2与作为压电变压器24的等效输出电容的电容器C22来构成并联谐振电路242。电感器L2按照该并联谐振电路242的谐振频率与并联谐振电路17以及串联谐振电路241相同的方式而被设定电路常数。

串联谐振电路241以及并联谐振电路242相当于本发明所涉及的“受电侧谐振电路”。

被压电变压器24降压后的电压被输出到整流平滑电路23。整流平滑电路23包含由电容器以及电感器构成的平滑电路以及二极管桥。整流平滑电路23与DC-DC转换器22连接。DC-DC转换器22将被整流平滑电路23整流平滑过的电压转换为规定值的电压，并输出到负载电路RL。DC-DC转换器22相当于本发明所涉及的“恒定负载电力输出电路”。

以下，说明输电装置101所具备的控制部14的结构。图3是具备控制部14所具有的功能框图的输电装置101的电路图。控制部14相当于本发明所涉及的“输出电力设定部”以及“驱动控制部”。

控制部14是具备例如微型计算机的控制电路，具备频率设定部141、输入电流检测部142、输入电压检测部143、输出电压检测部144、运算部145以及电压变换部146。

频率设定部141将逆变器电路13控制在规定的驱动频率。输电装置101以及受电装置201分别具有谐振电路，在将受电装置201承载于输电装置101的情况下，各自的谐振电路耦合谐振(复合谐振)。频率设定部141扫描频率，搜索该复合谐振的谐振频率，将搜索得到的谐振频率作为驱动频率来驱动逆变器电路13，进行向受电装置201的电力传输。由此，能够在电力传输效率良好的频率下进行从输电装置101向受电装置201的电力传输。

输入电流检测部142检测向升降压电路12的输入电流Iin。详细来讲，在直流电源11与升降压电路12之间连接电流检测用的电阻R3，输入电流检测部142根据该电阻R3的下降电压来检测被输入到升降压电路12的输入电流Iin。输入电流检测部142相当于本发明所涉及的“输入电力检测部”。

输入电压检测部143检测向升降压电路12的输入电压Vin。输入电压检测部143根据被电阻R1、R2分压的电压，检测输入电压Vin。在本实施方式中，Vin是恒定的。

输出电压检测部144检测升降压电路12的输出电压Vo1。输出电压检测部144根据被电阻R4、R5分压的电压，检测升降压电路12的输出电压Vo1。

运算部145进行各种必要的运算。例如，运算部145根据输入电流Iin以及输入电压Vin，导出向升降压电路12的输入电力Pin。此外，运算部145根据电压Vin、Vo1，计算升降压电路12的变压比M(＝Vo1/Vin)。

电压变换部146相当于本发明所涉及的“输出电力变化部”。电压变换部146控制升降压电路12，来对输入电压Vin进行升压或者降压。通过利用电压变换部146的控制来对输入电压Vin进行升压或者降压，能够增减(扫描)变压比M。在Vin＝Vo1的情况下，变压比M是“1”。在升降压电路12将输入电压Vin升压了的情况下，变为M＞1，在升降压电路12将输入电压Vin降压了的情况下，变为M＜1。

随着变压比M的扫描，输入电力Pin变化。运算部145导出变化的输入电力Pin的极小值。运算部145根据使变压比M扫描时的变压比M的改变量dM与输入电力Pin的改变量dPin，来运算输入电力Pin的极小值。运算部145相当于本发明所涉及的“极小值检测部”。

图4是表示变压比M与输入电力Pin的关系的图表。图4中，表示将向负载电路RL的输入电力设为12W的情况的图表。

在图4所示的图表中，在斜率为0的位置，输入电力Pin取极小值。因此，运算部145根据使变压比M扫描时的变压比M的改变量dM与输入电力Pin的改变量dPin，运算dPin/dM。每当电压变换部146对输出电压Vo1进行升降压，运算部145就进行dPin/dM的运算，并将为dPin/dM＝0时的输入电力Pin导出为极小值。

另外，电压变换部146扫描变压比M以使得根据运算部145的运算结果，输入电力Pin为极小。例如，在基于运算部145的运算的结果是dPin/dM＜0的情况下，电压变换部146使升降压电路12进行升压动作，增加变压比M。在dPin/dM＞0的情况下，电压变换部146使升降压电路12进行降压动作，降低变压比M。反复该处理，直到电压变换部146使得接近于dPin/dM＝0。

这里，若变压比M变小(图4中为接近0.5)，则输入电力Pin急剧变大，受电装置201的输入电压降低。在该情况下，若在额定负载的状态下输电，则从受电装置201的压电变压器24的输出来看负载侧的负载电阻比用于使压电变压器24高效地动作的负载电阻低。也就是说，压电变压器24与负载电路RL的耦合变弱，压电变压器24的振动速度过度。因此，在扫描变压比M的情况下，优选决定变压比M的适当范围，并在该范围内扫描变压比M，以使得输入电力Pin不变得过大。例如，最好在dPin/dM≥0的区域内扫描变压比M。

电压变换部146将输入电力Pin取极小值时的变压比M设定为升降压电路12的控制参数，对升降压电路12进行驱动控制，以使得成为设定的变压比M。由此，减小向升降压电路12的输入电力Pin，来进行电力传输。

每当负载电路RL的负载状态变化，运算部145以及电压变换部146就检测取输入电力Pin的极小值的变压比M，电压变换部146将该变压比M设定为升降压电路12的控制参数。也就是说，与负载电路RL的负载状态无关地，使输入电力Pin一直为极小，进行电力传输。由此，从受电装置201的压电变压器24来看的负载电阻与DC-DC转换器22的损耗都被最佳化。换句话说，不需要考虑DC-DC转换器22的效率特性，仅通过输入电力Pin的响应就能够使电力传输效率高效率化。

图5是表示使负载状态变化时的、变压比M与输入电力Pin的关系的图表。图6是表示使负载状态变化时的、变压比M与电力传输效率的关系的图表。

图5以及图6中，表示将向负载电路RL的输入电力设为12W、9W、6W、3W、1W的情况下的图表。图5的图表将横轴设为变压比M，纵轴设为输入电力Pin。图6的横轴是变压比，纵轴是效率(电力传输效率)。若将向负载电路RL的输入电力表示为Pout，则效率是Pout/Pin。图6所示的(A)～(E)的各点相当于图5所示的(A)～(E)的各点。通过使用图5所示的、各负载状态下为极小的输入电力Pin的变压比M来进行电力传输，从而如图6所示，能够使电力传输效率一直较高。

图7是表示输入电力Pin为极小的变压比M与输出电压Vo2的关系的图表。如图1以及图2所示，输出电压Vo2是压电变压器24的输出电压。

如图7的图表所示，变压比M与输出电压Vo2是几乎成正比的关系。如前面所述，电力传输系统1的输电装置101以及受电装置201分别具有谐振频率相同的谐振电路。在该情况下，在电力传输系统1的谐振系统中，从输电装置101来看受电装置201侧时的负载电阻是由谐振电路决定的，通过与负载电路RL的负载状态无关地，使负载电阻一直恒定，从而使电力传输效率为最大。

变压比M为M＝Vo1/Vin，输入电力Pin为Pin＝Vin*Iin。因此，成为M＝Vo1*lin/Pin。由于变压比M与输出电压Vo2为正比的关系，变压比表示为如前所述，因此输出电压Vo2与输入电流lin也处于正比关系。也就是说，与负载电路RL的负载状态无关地，负载电阻为恒定。由此，通过与负载电路RL的负载状态无关地，使输入电力Pin为极小来进行电力传输，从而能够使电力传输效率一直为最大。

接下来，说明控制部14的动作。图8是表示控制部14的动作的流程图。

控制部14判断在输电装置101是否承载有受电装置201(S1)。在该处理中，频率设定部141对逆变器电路13的各开关元件Q1～Q4进行PWM控制，扫描逆变器电路13的驱动频率。控制部14通过利用频率扫描来检测谐振，从而检测受电装置201的承载。在未检测到受电装置201的承载的情况下(S1：否)，控制部14反复执行S1的处理。在检测到受电装置201的承载的情况下(S1：是)，控制部14开始电力传输(S2)。此时的电力传输的驱动频率是通过频率扫描而得到的谐振频率。

接下来，控制部14使变压比M扫描(S3)，检测输入电力Pin的极小值(S4)。具体来讲，如前所述，电压变换部146扫描变压比M。运算部145根据扫描时的变压比M的改变量dM与被导出的输入电力Pin的改变量dPin，运算dPin/dM。并且，检测成为dPin/dM＝0的点。

若运算部145导出输入电力Pin的极小值，则电压变换部146将此时的变压比M设定为升降压电路12的控制参数(S5)。

电压变换部146对升降压电路12进行控制以使得成为S5中设定的变压比M，来进行电力传输(S6)。然后，根据输入电流检测部142以及输入电压检测部143检测出的输入电流Iin以及输入电压Vin，运算部145监视输入电力Pin(S7)。运算部145判断Δpin是否是允许变动量P_TH的范围内(S8)。

Δpin是在不同定时检测出的输入电力Pin的差分。例如，若将即将调整为极小值时的输入电力表示为Pin’，将该时间Δt后检测出的输入电力表示为Pin，则ΔPin＝Pin-Pin’。

若负载电路RL的负载状态变化，不调整输入电力Pin，则传输效率降低。允许变动量P_TH是用于在需要调整输入电力Pin的程度上，判断负载电路RL的负载状态是否变化的阈值。该允许变动量P_TH能够适当地变化。

若Δpin是允许变动量P_TH的范围内(S8：是)，则运算部145判断为负载状态没有较大变化，继续电力传输。然后，控制部14判断是否继续电力传输(S9)。所谓不继续电力传输的情况，例如是受电装置201被从输电装置101取下的情况等。在继续电力传输的情况下(S9：是)，控制部14执行S6的处理。在不继续电力传输的情况下(S9：否)，控制部14结束本处理。

在S8中，在Δpin不在允许变动量P_TH的范围内的情况下(S8：否)，即负载状态较大变化的情况下，运算部145设定变压比M的初始值(S10)，为了检测输入电力Pin的极小值，对设定了初始值的变压比M进行扫描(S3)。这里，变压比M以及输入电力Pin是Pin＝αM²(α：比例常数)的关系。若将即将调整为极小值时的输入电力表示为Pin0，将此时的变压比表示为M0，则系数α表示为α＝Pin0/M0²。并且，相对于S7中导出的输入电力Pin的变压比M为(Pin/Pin0)，将其设定为初始值。控制部14在S3中，以被设定的初始值为基准，扫描变压比M。这样，在负载状态变化时，通过根据之前的输入电力Pin来设定变压比M的初始值，从而能够缩短负载状态变化后的输入电力Pin的调整时间。

图9是表示控制部14的其它动作的流程图。相对于在图8中，若开始电力传输则进行变压比M的调整处理，在图9中，在电力传输的开始后，以规定时间间隔间歇地调整变压比M。

控制部14对在输电装置101是否承载有受电装置201进行判断(S21)。在未检测到受电装置201的承载的情况下(S21：否)，控制部14反复执行S21的处理。在检测到受电装置201的承载的情况下(S21：是)，控制部14开始电力传输(S22)。

控制部14判断是否经过了规定时间(S23)。在未经过规定时间的情况下(S23：否)，根据输入电流检测部142以及输入电压检测部143检测出的输入电流Iin以及输入电压Vin，运算部145监视输入电力Pin(S24)。运算部145判断Δpin是否为允许变动量P_TH的范围内(S25)。

若Δpin为允许变动量P_TH的范围内(S25：是)，则运算部145判断为负载状态没有较大变化，继续电力传输。然后，控制部14判断是否继续电力传输(S26)。在继续电力传输的情况下(S26：是)，控制部14执行S23的处理。在不继续电力传输的情况下(S26：否)，控制部14结束本处理。

在S23中经过了规定时间的情况下(S23：是)，或者在S25中Δpin不是允许变动量P_TH的范围内的情况下(S25：否)，控制部14使变压比M扫描(S27)，检测输入电力Pin的极小值(S28)。若运算部145导出输入电力Pin的极小值，则电压变换部146将此时的变压比M设定为升降压电路12的控制参数(S29)。然后，控制部14执行S26的处理。

在该图9的动作的情况下，通过定期调整变压比M，能够较高地维持电力传输效率。

图10是表示控制部14的其它动作的流程图。在该例子中，控制部14在变压比M不过小的范围内，扫描变压比M。如图4中所说明的那样，若变压比M变小，则输入电力Pin急剧变大，电力传输效率变差，此外，压电变压器24的动作变得不稳定。因此，在扫描变压比M的情况下，决定变压比M的适当范围，在该范围内扫描变压比M，使得输入电力Pin不变得过大。

控制部14对在输电装置101是否承载有受电装置201进行判断(S31)。在未检测到受电装置201的承载的情况下(S31：否)，控制部14反复执行S31的处理。在检测到受电装置201的承载的情况下(S31：是)，控制部14开始电力传输(S32)。

电压变换部146使变压比M扫描(S33)，运算部145运算dPin/dM(S34)，判断是否dPin/dM＜0(S35)。在dPin/dM＜0的情况下，是变压比M变小的情况，如前所述，若变压比M变小则输入电力Pin急剧变大。在该情况下，压电变压器24的动作变得不稳定。因此，在dPin/dM＜0的情况下(S35：是)，电压变换部146增大变压比M(S36)，运算部145运算增大变压比M后的dPin/dM(S34)。

在不是dPin/dM＜0的情况下(S35：否)，运算部145判断是否dPin/dM＝0(S37)。在不是dPin/dM＝0的情况下(S37：否)，由于输入电力Pin不是极小，因此电压变换部146再次扫描变压比M(S33)。

在是dPin/dM＝0的情况下(S37：是)，输入电力Pin极小，电压变换部146将此时的变压比M设定为升降压电路12的控制参数(S38)。然后，控制部14判断是否继续电力传输(S39)。在继续电力传输的情况下(S39：是)，控制部14执行S33的处理。在该情况下，如图8中所说明的那样，监视输入电力Pin，也可以根据Δpin是否为允许变动量P_TH的范围内的判断结果，进行变压比M的调整处理。在不继续电力传输的情况下(S39：否)，控制部14结束本处理。

在该图10中的动作中，能够在压电变压器24不产生故障的情况下，有效地较高地维持电力传输效率。

图11是表示控制部14的其它动作的流程图。在该例子中，在变压比M的调整的基础上，使驱动频率变化，使输入电力Pin为极小，从而提高电力传输效率。

图11的S41～S48与图10的S31～S38相同，因此说明省略。

在S49中，频率设定部141对逆变器电路13的各开关元件Q1～Q4进行PWM控制，扫描逆变器电路13的输出电压的频率(S49)。每次扫描频率，就检测输入电流Iin以及输入电压Vin，运算部145检测输入电力Pin的极小值(S50)。频率设定部141将输入电力Pin为极小时的频率设定为驱动频率，控制逆变器电路13(S51)。

控制部14判断是否继续电力传输(S52)。在继续电力传输的情况下(S52：是)，控制部14执行S43的处理。在不继续电力传输的情况下(S52：否)，控制部14结束本处理。

在该例子中，在变压比M的调整的基础上，进一步调整频率，以使得输入电力Pin为极小。压电变压器24随着时间的经过，存在谐振频率偏离驱动频率的情况。在该情况下，传输效率降低。因此，在该例子中，调整频率以使得输入电力Pin为极小。由此，特别是在使用了压电变压器24的情况下，能够实现高效率化。

虽然在以上所说明的实施方式中，扫描变压比M，检测输入电力Pin的极小值，但也可以改变逆变器电路13的各开关元件Q1～Q4的占空比，来检测输入电力Pin的极小值。或者，也可以通过相位偏移驱动、脉冲密度调制驱动，来检测输入电力Pin的极小值。

图12是逆变器电路13的各开关元件Q1～Q4的栅极信号的脉冲波形图。在图12中，表示占空比的变化前后的脉冲波形。频率设定部141在不改变周期T的情况下，将开关元件Q1～Q4的栅极信号的接通时间T1变更为T2(＜T1)，对逆变器电路13进行PWM控制。然后，检测变更后的输入电流Iin以及输入电压Vin，检测输入电力Pin是否为极小。反复该处理，检测成为极小的输入电力Pin时的占空比，频率设定部141以该占空比来控制逆变器电路13，进行电力传输。在该情况下也能够实现高效率化。另外，在改变占空比的情况下，也可以没有升降压电路12。在该情况下，频率设定部141相当于本发明所涉及的“输出电压变化部”。

另外，在本实施方式中，扫描变压比M以使得输入电力Pin为极小，但从直流电源11输入到升降压电路12的输入电压Vin恒定。因此，也可以扫描变压比M以使得输入电流Iin为极小。在该情况下，不需要根据输入电流和输入电压来计算输入电力，能够简化运算处理。

此外，虽然在本实施方式中，输电装置101具备对来自直流电源的直流电压进行升压或者降压的升降压电路12，但也可以根据直流电源的规格，具备仅对来自直流电源的直流电压进行降压的降压电路或者仅进行升压的升压电路的一个。

(实施方式2)

在实施方式2中，例如，为了对应于在输电装置与受电装置之间的耦合相对于假定值较低的情况下输入到负载电路RL的电压不足，不能正常动作的情况，最好受电装置201具备向输电装置101侧发送错误信号的功能。

图13是表示实施方式2所涉及的受电装置201的一部分的电路的图。受电装置201在DC-DC转换器22的输入侧，连接电容器C3与开关SW的串联电路。此外，在DC-DC转换器22的输入侧，作为向DC-DC转换器22的输入电压Vconv的检测电路，连接电阻R6、R7。

电容器C3以及开关SW相当于本发明所涉及的“错误信号发送电路”。电阻R6、R7相当于本发明所涉及的“输入电压检测电路”。

受电装置201具备控制电路20。控制电路20具备信号处理部20A以及切换部20B的功能。信号处理部20A根据电阻R6、R7的分压电压，检测输入电压Vconv，判断输入电压Vconv是否小于阈值。在小于阈值的情况下，信号处理部20A判断为由于电压不足，导致DC-DC转换器22不正常动作。此时，切换部20B通过对开关SW进行PWM控制，来向输电装置101发送二进制数据。

在开关SW被接通的情况下，受电装置201的谐振点变化。因此，输电装置101侧的输入电流Iin变化。因此，输电装置101根据该输入电流Iin的变化，读取从受电装置201发送来的二进制数据的调制信号。由此，输电装置101能够接收来自受电装置201侧的错误信号。

输电装置101在从受电装置201接收到错误信号的情况下，例如，增大输电装置的输入电力，避免受电装置201侧的电压不足。

另外，从受电装置201侧向输电装置101的错误信号的发送方法可以是说明过的负载调制方式，也可以使用其它的通信手段。

此外，也可以设定输入电压Vconv的下限，在小于下限时，停止DC-DC转换器22的动作。在该情况下，电力传输被复位，但通过接下来的起动、动作，增加输电装置101的输入电力Pin来使其动作，从而能够使其正常动作。

(实施方式3)

图14是实施方式3所涉及的电力传输系统2的电路图。在本实施方式中，在以下方面与实施方式1不同：输电装置102以及受电装置202分别构成串联谐振电路；以及受电装置202不具备压电变压器而具备线圈型的降压变压器T2。

在该例子中，在输电装置102，升压变压器T1的次级线圈与电感器L1连接。该电感器L1与在有源电极15以及无源电极16之间形成的电容共同形成串联谐振电路18。

在受电装置202，有源电极25以及无源电极26与降压变压器T2的初级线圈连接。降压变压器T2的次级线圈与整流平滑电路23连接。此外，在降压变压器T2的初级线圈与有源电极25之间，连接电感器L3。该电感器L3与在有源电极25以及无源电极26之间形成的电容共同形成串联谐振电路28。串联谐振电路28被常数设定以使得谐振频率与输电装置102的串联谐振电路18相同。

在该电力传输系统2，也与实施方式1同样地，扫描变压比M，将输入电力Pin为极小时的变压比M设定为升降压电路12的控制参数，来进行电力传输。由此，能够将电力传输效率维持在高效率状态。

(实施方式4)

图15是实施方式4所涉及的电力传输系统3的电路图。在该例子中，输电装置103以及受电装置203通过磁场耦合，从输电装置103向受电装置203传输电力。

输电装置103与实施方式1同样地，具备：直流电源11、升降压电路12、逆变器电路13以及升压变压器T1。升压变压器T1的次级线圈与磁场耦合用的电感器L4连接。电感器L4相当于本发明所涉及的“输电侧耦合部”。

在升压变压器T1的次级线圈与电感器L4之间连接电容器C6。电容器C6与电感器L4共同形成串联谐振电路19。串联谐振电路19相当于本发明所涉及的“输电侧谐振电路”。

受电装置203具备与电感器L4磁场耦合的电感器L5。该电感器L5相当于本发明所涉及的“受电侧耦合部”。电感器L5与电容器C7连接。电感器L5以及电容器C7形成串联谐振电路29。串联谐振电路29被常数设定以使得谐振频率与串联谐振电路19相同。串联谐振电路29相当于本发明所涉及的“受电侧谐振电路”。

串联谐振电路29与降压变压器T2的初级线圈连接。降压变压器T2的次级线圈与实施方式3同样地，依次与整流平滑电路23、DC-DC转换器22以及负载电路RL连接。

在该电力传输系统3中，也与实施方式1同样地，扫描变压比M，将输入电力Pin为极小时的变压比M设定为升降压电路12的控制参数，来进行电力传输。由此，能够将电力传输效率维持在高效率状态。

-符号说明-

1、2、3…电力传输系统

11…直流电源

12…升降压电路

13…逆变器电路

14…控制部

15、25…有源电极

16、26…无源电极

17…并联谐振电路

18…串联谐振电路

19…串联谐振电路

20…控制电路

20A…信号处理部

20B…切换部

22…DC-DC转换器

23…整流平滑电路

24…压电变压器

28、29…串联谐振电路

101、102、103…输电装置

141…频率设定部

142…输入电流检测部

143…输入电压检测部

144…输出电压检测部

145…运算部

146…电压变换部

201、202、203…受电装置

241…串联谐振电路

242…并联谐振电路

Claims (7)

1.一种电力传输系统，其具备输电装置和受电装置，其中，该输电装置具有：输电侧耦合部；输电侧谐振电路，与所述输电侧耦合部连接或者其一部分包含所述输电侧耦合部；和电力变换电路，将直流电压变换为交流电压并向所述输电侧谐振电路输出，该受电装置具有：受电侧耦合部；受电侧谐振电路，与所述受电侧耦合部连接或者其一部分包含所述受电侧耦合部，所述受电侧谐振电路在与所述输电侧谐振电路相同的谐振频率下谐振；和恒定负载电力输出电路，与所述受电侧谐振电路连接并将由所述受电侧耦合部感应出的电压变换为规定值并向负载输出，通过所述输电侧耦合部与所述受电侧耦合部电场耦合或者磁场耦合，从而从所述输电装置向所述受电装置传输电力，所述电力传输系统的特征在于，

所述输电装置具有：

输出电力设定部，其设定所述电力变换电路的输出电力；和

驱动控制部，其对所述电力变换电路进行驱动控制，以使得从所述电力变换电路输出由所述输出电力设定部设定的输出电力，

所述输出电力设定部具有：

频率设定部，其将所述交流电压的频率设定为根据所述输电侧谐振电路以及所述受电侧谐振电路的谐振频率来决定的频率；

输出电力变化部，其在由所述频率设定部设定的频率下，使所述电力变换电路的输出电力变化；

输入电力检测部，其检测使所述电力变换电路的输出电力发生了变化时的向所述电力变换电路的输入电力；和

极小值检测部，其检测所述输入电力检测部所检测到的输入电力的极小值，

将与成为所述极小值检测部所检测到的极小值时的所述输入电力对应的输出电力设定为所述电力变换电路的输出电力。

2.根据权利要求1所述的电力传输系统，其特征在于，

在向所述电力变换电路输入恒定电压的情况下，

所述输入电力检测部检测向所述电力变换电路的输入电流，

所述极小值检测部检测所述输入电力检测部所检测到的输入电流的极小值。

3.根据权利要求1或2所述的电力传输系统，其特征在于，

所述电力变换电路具有：

变压电路，其对直流电压进行升压、降压或者升降压；和

逆变器电路，其与所述变压电路连接，将由所述变压电路升降压过的所述直流电压变换为交流电压，

所述驱动控制部驱动所述变压电路来对所述直流电压进行升压或降压，或者对所述逆变器电路进行控制。

4.根据权利要求3所述的电力传输系统，其特征在于，

所述输电装置具有电压检测电路，其检测所述变压电路的输入电压以及输出电压，

所述输出电力变化部使所述变压电路的输入电压以及输出电压的变压比变化。

5.根据权利要求4所述的电力传输系统，其特征在于，

在所述输出电力设定部反复设定所述电力变换电路的输出电力的情况下，

所述输出电力变化部根据所述电力变换电路的输出电力刚刚之前被设定时的所述变压电路的输入电压以及输入电流来计算输入电力，将基于所述输入电力的平方根的初始值设为所述变压比的初始值，从所述初始值起使所述变压比变化。

6.根据权利要求3所述的电力传输系统，其特征在于，

所述输出电力变化部使所述逆变器电路的占空比或者脉冲密度变化。

7.根据权利要求1或2所述的电力传输系统，其特征在于，

所述受电装置具有：

输入电压检测电路，其检测所述恒定负载电力输出电路的输入电压；和

错误信号发送电路，其在所述输入电压检测电路所检测到的输入电压小于阈值的情况下，向所述输电装置发送错误信号。