CN106505750A

CN106505750A - 无线送电装置

Info

Publication number: CN106505750A
Application number: CN201611003520.3A
Authority: CN
Inventors: 菅野浩
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2013-10-29
Filing date: 2014-10-28
Publication date: 2017-03-15
Anticipated expiration: 2034-10-28
Also published as: US9705338B2; US20170271884A1; CN106505750B; EP2876773B1; EP3098939B1; EP3098939A1; CN104578450A; JP2015111997A; CN104578450B; EP2876773A3; US20150115729A1; EP2876773A2; US9997930B2; JP6242311B2

Abstract

本公开的方式的无线送电装置，具备：送电天线，向多个无线受电装置发送与多个频率对应的各高频电力；接收电路，从多个各无线受电装置的各个无线受电装置，取得各无线受电装置的要求电压的值及通过各无线受电装置从无线送电装置接受到的受电电压的值；以及控制电路，从各接收电路取得要求电压的值及受电电压的值，控制向各无线受电装置发送的高频电力的频率，上述控制电路使从上述送电天线向各无线受电装置送电的高频电力的频率变化，以使得各无线受电装置中的要求电压及受电电压的误差的总和最小化。

Description

无线送电装置

本申请是申请日为2014年10月28日、申请号为201410587664.2、发明创造名称为：“无线送电装置及无线电力传输系统”的中国专利申请的分案申请。

技术领域

本公开涉及通过送电线圈及受电线圈之间的电磁感应以非接触方式发送电力的无线送电装置及无线电力传输系统。

背景技术

近年来，以便携电话机为代表的各种移动设备日益普及。移动设备的消耗电量由于功能及性能的提高以及内容的多样化而持续增大。在利用预定容量的电池而工作的移动设备中，其消耗电量增大时，该移动设备的工作时间变短。作为用于补偿电池的容量有限的技术，无线电力传输系统受到关注。无线电力传输系统通过在无线送电装置的送电线圈和无线受电装置的受电线圈之间的电磁感应，从无线送电装置向无线受电装置以非接触方式发送电力。特别地，采用了谐振型的送电线圈及受电线圈(谐振磁场耦合)的无线电力传输系统即使在送电线圈及受电线圈的位置相互错开时也可以维持高传输效率，因此可以期待在各种领域中的应用。

例如，已知专利文献1～4的无线电力传输系统。根据专利文献1～4的无线电力传输系统，经由在线圈的周边的空间产生的高频磁场使2个线圈耦合，由此经由线圈间的空间以非接触(无线)方式传输电力。

现有技术文献

专利文献1：日本特开2010-016985号公报

专利文献2：国际公开第2012/081519号手册

专利文献3：国际公开第2012/164744号手册

专利文献4：日本特开2013-034367号公报

发明内容

然而，在现有技术中，无法以非接触方式从一个无线送电装置对多个无线受电装置同时进行适当的供电。

本公开的目的在于，提供一种无线送电装置和无线电力传输系统，能够以非接触方式从1个无线送电装置向多个无线受电装置同时进行适当的供电。

本公开的方式的无线送电装置具备：送电天线，向多个无线受电装置发送与多个频率对应的各高频电力；和控制电路，控制接收电路，上述接收电路从多个无线受电装置的各个无线受电装置取得各无线受电装置的要求电压的值和由各无线受电装置从无线送电装置接受的受电电压的值。上述控制电路使从上述送电天线向各无线受电装置送电的高频电力的频率变化，以使得各无线受电装置中的要求电压及受电电压的误差的总和最小化。

根据本公开的无线送电装置，能够以非接触方式从一个无线送电装置对多个无线受电装置同时进行适当的供电。

附图说明

图1是表示第1实施方式的无线电力传输系统的构成的框图。

图2是表示图1的送电天线22-1及受电天线31-1的安装例的等价电路图。

图3是表示图1的送电天线22-1及受电天线31-1的第1变形例的送电天线22a-1及受电天线31a-1的等价电路图。

图4是表示图1的送电天线22-1及受电天线31-1的第2变形例的送电天线22b-1及受电天线31b-1的等价电路图。

图5是表示图1的送电天线22-1及受电天线31-1的第3变形例的送电天线22c-1及受电天线31c-1的等价电路图。

图6是表示由图1的无线送电装置2的控制电路24执行的送电控制处理的流程图。

图7是表示第1实施方式的变形例的无线电力传输系统的构成的框图。

图8是表示第2实施方式的无线电力传输系统的构成的框图。

图9是表示第2实施方式的变形例的无线电力传输系统的构成的框图。

图10是表示图9的振荡电路21C的详细构成的电路图。

图11是表示由图8的无线送电装置2B的控制电路24B执行的送电控制处理的流程图。

图12是表示第3实施方式的无线电力传输系统的构成的框图。

图13是表示图12的送电天线22D-1及受电天线31D-1的安装例的等价电路图。

图14是表示图13的电容器C1的安装例的电路图。

图15是表示实施例1的受电电压V1、V2、整体误差指数Es的频率特性的图。

图16是表示实施例2的受电电压V1、V2、整体误差指数Es的频率特性的图(振荡电路21的输入电压为10V时)。

图17是表示实施例2的受电电压V1、V2、整体误差指数Es的频率特性的图(振荡电路21的输入电压为6.94V时)。

图18是表示实施例3的整体误差指数Es的频率特性的图。

具体实施方式

<成为发明的基础的见解>

本发明人对“背景技术”一栏中所记载的无线电力传输系统，发现了以下的问题。

专利文献1到3仅仅公开了具有送电线圈的1个无线送电装置向具有受电线圈的一个无线受电装置传输电力的通常的无线电力传输系统。

与此相对，在专利文献4中，公开了1个无线送电装置具有送电线圈，而从该送电线圈对多个无线受电装置，以非接触方式同时进行供电的非接触供电装置。上述专利文献4的方法是基于从上述送电线圈向多个无线受电装置供给的电力的和来决定上述送电线圈的频率的方法。在此，以后也可以将上述送电线圈的频率改称为送电侧电路的驱动频率。

一般地说，假定不同的无线受电装置具有不同的负载特性，要求不同的电力。进而，假定与不同的无线受电装置连接的不同的负载分别在不同的输入电压范围内进行动作。例如，无线受电装置是具备充电电池(二次电池)的移动设备，在将无线送电装置以对该充电电池充电的目的使用时，需要根据不同的负载进行精细的充电电压的控制。然而，在基于从上述送电线圈向多个无线受电装置供给的电力的和来决定送电侧电路的驱动频率时，无法分别单独控制向多个无线受电装置发送的电力。

因此，从上述送电线圈向多个无线受电装置同时供给电力时，例如，也考虑以使多个无线受电装置接受的电力的总和最大化的方式决定无线送电装置的送电侧电路的驱动频率。但是，在某一个无线受电装置中，会在上述一个无线受电装置要求的要求电压和上述一个无线受电装置接受电力并向负载输出的电压之间产生差(误差)，特别是会发生向上述负载输出的电压显著超过上述要求电压的情况。在上述一个无线受电装置中，向上述负载输出的电压的超过会妨碍安全的充电动作，也会导致构成上述一个无线受电装置的电路元件的破坏。另外，作为其他状态，会发生向上述负载输出的电压达不到上述要求电压的情况。其结果，存在难以实现稳定的充电动作、供电动作的问题。以后也可以将向上述负载输出的电压改称为输出电压。

上述问题的原因考虑为如下。

例如，在以使多个无线受电装置接受的电力的总和最大化的方式决定送电侧电路的驱动频率时，向各个无线受电装置供给的电力满足各个无线受电装置的要求电力。然而，即使在该情况下，因上述多个各个无线受电装置的谐振频率、要求的电力、要求的电压、连接受电线圈的负载或者送电线圈和受电线圈间的耦合系数未必一致，所以在某一个无线送电装置中，有可能产生要求电压和输出电压的误差。

这样，在上述例中，决定使多个无线受电装置接受的电力的总和最大化这样的送电侧电路的驱动频率尚未实现对多个无线受电装置进行适当的充电及供电动作。

即，尚未考虑减少上述多个无线受电装置的各个无线受电装置中要求电压和受电电压的误差。

即，上述专利文献1到上述专利文献4中，都未考虑尽可能减小多个无线受电装置中要求电压和受电电压的误差。因此，即使以使多个无线受电装置接受的电力的总和最大化的方式决定送电侧电路的驱动频率，有时各无线受电装置的受电电压也无法满足目标电压范围。在此，目标电压范围是指以无线受电装置的要求电压为中心，由无线受电装置容许的电压的范围。

因而，在无线送电装置中，在从一个无线送电装置向多个无线受电装置同时供给电力时，期望进行控制以使得各无线受电装置的受电电压满足目标电压范围。而且，在无线送电装置中，期望从一个无线送电装置对多个无线受电装置，以非接触方式同时进行适当的供电。

通过以上的考察，本发明者们想到了以下的发明的各方式。

本公开的一个方式的无线送电装置，

是向多个无线受电装置发送高频电力的无线电力传输系统的无线送电装置，具备：

送电天线，对上述多个无线受电装置的各个无线受电装置，发送与多个频率对应的各高频电力；

多个接收电路，从上述多个各无线受电装置的各个无线受电装置，取得上述各个无线受电装置的要求电压的值及与上述多个频率的各个频率对应的上述各个无线受电装置的受电电压的值；以及

控制电路，从上述多个接收电路取得上述要求电压的值及上述受电电压的值，控制向上述多个无线受电装置的各个无线受电装置发送的高频电力的频率，

上述控制电路，

以上述多个频率中的各频率依次向上述多个无线受电装置发送与上述各频率对应的高频电力，

比较第1总和与第2总和，上述第1总和是对在发送与上述多个频率中的第1频率对应的高频电力时的上述各个无线受电装置的上述要求电压与上述受电电压的误差进行合计而得到的总和，上述第2总和是对在发送与上述多个频率中的第2频率对应的高频电力时的上述各个无线受电装置的上述要求电压与上述受电电压的误差进行合计而得到的总和，

设定接近与上述第1总和及上述第2总和中某一较小的一方的总和对应的频率的第3频率，向上述多个无线受电装置的各个无线受电装置发送与上述第3频率对应的高频电力，

对于上述多个无线受电装置的各个无线受电装置，使上述误差控制在预定的基准内。

根据上述方式，在从一个无线送电装置向多个无线受电装置同时供给电力时，减少各无线受电装置的要求电压和上述各无线受电装置中从无线送电装置接受到的受电电压的误差的总和。采用减小上述误差的频率向上述多个无线受电装置的各个无线受电装置发送高频电力，由此能够控制受电电压以使得多个无线受电装置的各个无线受电装置中受电电压满足目标电压范围。其结果，能够以非接触方式从一个无线送电装置向多个无线受电装置同时进行适当的供电。在此，1个无线送电装置针对上述多个无线受电装置的各个无线受电装置，仅具备向送电天线发送与多个频率对应的各高频电力的1个振荡电路。

在上述方式中，例如，上述控制电路比较上述第1总和及上述第2总和中较小一方的总和与发送与第3总和，上述第3总和是对发送与上述第3频率对应的高频电力时的上述各个无线受电装置的上述要求电压与上述受电电压的误差进行合计而得到的总和，设定接近与上述较小的一方的总和及上述第3总和中更小一方的总和对应的频率的第4频率，向上述多个无线受电装置的各个无线受电装置发送与上述第4频率对应的高频电力，

重复上述处理来决定上述误差的总和成为最小的频率，向上述多个无线受电装置的各个无线受电装置发送与上述误差的总和成为最小的频率对应的高频电力。

根据上述方式，反复进行决定使上述误差的总和变得更小的频率的处理，由此，决定使上述误差的总和变为最小的频率，因此，能够控制受电电压，以使得各个无线受电装置的受电电压满足目标电压范围。

在上述方式中，例如，上述无线送电装置还可以具备：电压调节电路，使从电源装置输入的电压的电压值变化并向上述送电天线输出，

上述控制电路在使上述误差的总和最小化后，在上述多个无线受电装置中的至少一个无线受电装置中，上述要求电压和上述受电电压的误差超过预定的阈值时，使从上述电压调节电路向上述送电天线输出的电压值降低，使上述至少一个无线受电装置中的上述要求电压和上述受电电压的误差在上述阈值以下。

根据上述方式，在使上述误差的总和最小化后，有时在上述多个无线受电装置中的至少一个中上述无线受电装置的误差会超过预定的阈值。在该情况下，通过降低上述电压调节电路的输出电压，使上述误差在上述阈值以下，能够控制受电电压以使得各无线受电装置的受电电压满足目标电压范围。

在上述方式中，例如，上述送电天线及上述无线受电装置的受电天线的至少一方包括具有可变的电路常数的电路元件，

上述控制电路也可以使上述送电天线及上述受电天线的至少一方的电路常数变化。

即使进行上述的任一方式的送电控制，有时全部无线受电装置的受电电压也依然无法满足目标电压范围。因而，根据上述方式，使上述送电天线及上述受电天线的至少一方的电路常数变化，使上述误差的总和的频率特性变化。即，上述误差的总和的最小值变化。其结果，能够控制受电电压以使得各个无线受电装置的受电电压满足目标电压范围。

在上述方式中，例如，上述各无线受电装置的误差也可以基于该无线受电装置的要求电压、该无线受电装置的受电电压、上述多个无线受电装置的要求电压的平均值及上述多个无线受电装置的受电电压的平均值而计算。

在上述方式中，例如，上述无线送电装置也可以具备产生具有可变的频率的高频电力并向上述送电天线供给的送电电路，上述送电电路也可以包含从输入电压产生可变的输出电压的电力变换电路和从上述电力变换电路的输出电压产生可变的频率的高频电力的变换电路。

在上述方式中，例如，上述送电电路也可以包含通过使对多个开关进行开关的开关信号的相位变化而产生具有可变的输出电压的高频电力的变换电路。

在上述方式中，例如，上述送电电路也可以包含通过以可变的占空比进行开关动作而产生具有可变的输出电压的高频电力的变换电路。

此外，上述的方式也可以作为具有上述无线送电装置和上述多个无线受电装置的无线电力传输系统而实现。

在上述方式中，例如，上述各无线受电装置具备：受电天线，其包含包括受电线圈的谐振电路；和发送电路，向上述无线送电装置发送上述无线受电装置的要求电压的值和由上述无线受电装置从上述无线送电装置接受到的受电电压的值。

在上述方式中，例如，上述各无线受电装置还可以具备充电电池，从上述无线送电装置接受高频电力的供给，对上述充电电池充电。

本公开的其他方式的无线送电装置，

是包含一个无线送电装置及多个无线受电装置的无线电力传输系统的无线送电装置，

上述各无线受电装置具备受电天线，其具备包含受电线圈的谐振电路，

上述无线送电装置具备：

至少一个送电天线，具备包含送电线圈的谐振电路，与上述各无线受电装置的受电天线电磁耦合；

送电电路，产生具有可变频率的高频电力并向上述送电天线供给；

接收电路，从上述各无线受电装置取得该无线受电装置的要求电压的值和由该无线受电装置从上述无线送电装置接受到的受电电压的值；以及

控制上述送电电路的控制电路，

上述控制电路，

对上述各无线受电装置，计算表示该无线受电装置的要求电压与受电电压的误差的相对误差指数，

根据上述各无线受电装置的相对误差指数来计算上述多个无线受电装置的整体误差指数，

使由上述送电电路产生的高频电力的频率变化，以使得上述整体误差指数最小化。

在上述方式中，例如，上述各无线受电装置的相对误差指数也可以基于该无线受电装置的要求电压、该无线受电装置的受电电压、上述多个无线受电装置的要求电压的平均值及上述多个无线受电装置的受电电压的平均值计算。

在上述方式中，例如，上述送电电路具有可变的输出电压，上述控制电路在使上述整体误差指数最小化后，上述多个无线受电装置中的至少一个中该无线受电装置的要求电压与受电电压的误差超过预定的阈值时，降低上述送电电路的输出电压，直到上述误差成为上述阈值以下为止。

在上述方式中，上述送电电路也可以具备：从输入电压产生可变的输出电压的电力变换电路；从上述电力变换电路的输出电压产生可变频率的高频电力的变换电路。

在上述方式中，例如，上述送电电路也可以包含通过使对多个开关进行开关动作的信号的相位变化而产生具有可变的输出电压的高频电力的变换电路。

在上述方式中，例如，上述送电天线及上述受电天线的至少一方具有可变的电路常数，上述控制电路也可以使上述送电天线及上述受电天线的至少一方的电路常数变化。

此外，上述的方式可以作为具备上述无线送电装置和上述多个无线受电装置的无线电力传输系统而实现。

在上述方式中，例如，上述各无线受电装置也可以具备：受电天线，具备包含受电线圈的谐振电路；发送电路，向上述无线送电装置发送上述无线受电装置的要求电压的值和由上述无线受电装置从上述无线送电装置接受到的受电电压的值。

在上述方式中，例如，上述各无线受电装置还可以具备充电电池，从上述无线送电装置接受高频电力的供给并对上述充电电池充电。

以下，参照附图并说明实施方式的无线电力传输系统。

<第1实施方式>

图1是表示第1实施方式的无线电力传输系统的构成的框图。图1的无线电力传输系统具备：与直流的电源装置1连接的一个无线送电装置2；和从无线送电装置2接受电力供给的多个无线受电装置3-1～3-N。

图1的无线送电装置2具备振荡电路21、多个送电天线22-1～22-N、多个接收电路23-1～23-N及控制电路24。振荡电路21是产生具有可变频率f0的高频电力并向送电天线22-1～22-N供给的变换电路。送电天线22-1～24-N分别具备包含送电线圈的谐振电路，与各无线受电装置3-1～3-N的受电天线31-1～31-N(后面叙述)电磁耦合。接收电路23-1～23-N分别与送电天线22-1～24-N连接，通过使各无线受电装置3-1～3-N的消耗电力变化，接收并解调从各无线受电装置3-1～3-N发送到无线送电装置2的负载调制信号。从而，接收电路23-1～23-N从各无线受电装置3-1～3-N取得该无线受电装置的要求电压的值和由该无线受电装置从无线送电装置2接受到的受电电压的值，并发送到控制电路24。控制电路24控制振荡电路21，使由振荡电路21产生的高频电力的频率f0变化。

由振荡电路21产生的高频电力的频率f0设定成例如50Hz～300GHz，在某例中为100kHz～10GHz，典型为500kHz～20MHz。此外，根据用途而设定成10kHz～1GHz、20kHz～20MHz、100kHz～205kHz或者20kHz～100kHz的范围。在本说明书中，将通过这样的频率f0的振动磁场传输的电力称为“高频电力(RF电力)”。

图1的无线受电装置3-1具备受电天线31-1、整流电路32-1、控制电路33-1、发送电路34-1及负载装置35-1。受电天线31-1具备包含受电线圈的谐振电路，与送电天线22-1～24-N中的至少一个送电天线22-1电磁耦合。在存在多个无线受电装置时，送电天线22-1～24-N与各无线受电装置3-1～3-N的受电天线31-1～31-N例如一一对应。整流电路32-1对经由受电天线31-1从无线送电装置2接受到的电力进行整流及平滑化并向负载装置35-1供给。控制电路33-1取得整流电路32-1的输出电压V1的值(即，由无线受电装置3-1从无线送电装置2接受到的受电电压的值)，而且，取得由负载装置35-1要求的要求电压的值。进而，发送电路34-1例如包含通过使无线受电装置3-1的消耗电力变化而产生负载调制信号的负载调制电路。从而，发送电路34-1在控制电路33-1的控制下向无线送电装置2发送无线受电装置3-1的要求电压的值和无线受电装置3-1的受电电压V1的值。负载装置35-1是例如充电电池。在负载装置35-1为充电电池时，无线受电装置3-1从无线送电装置2接受高频电力的供给对充电电池进行充电。

图1的无线受电装置3-2～3-N也与无线受电装置3-1同样构成。

图1的无线电力传输系统包含由第1送电天线22-1及第1受电天线31-1组成的第1送受天线对4-1、由第2送电天线22-2及第2受电天线31-2组成的第2送受天线对4-2、…、由第N送电天线22-N及第N受电天线31-N组成的第N送受天线对4-N，在送受天线对之间通过磁场耦合以非接触方式传输电力。在第n(1≤n≤N)送受天线对中，送电天线22-n和受电天线31-n以适当的耦合系数kn磁场耦合。将适当的耦合系数kn设定成0.01以上不足1，优选0.1以上0.75以下的值。为了获得适当的耦合系数kn，送电天线及受电天线相互邻近配置。

图2是表示图1的送电天线22-1及受电天线31-1的安装例的等价电路图。送电天线22-1及受电天线31-1至少包含线圈形状的电感器L1、L2，通过磁场耦合而耦合。对送电天线及受电天线的至少一方提供电容器，以使得在频率f0附近进行谐振。例如，如图2所示，送电天线22-1是电感器L1与电容器C1串联连接的串联谐振电路，受电天线31-1是电感器L2与电容器C2并联连接的并联谐振电路。此外，送电天线22-1的串联谐振电路具有寄生电阻分量R1，受电天线31-1的并联谐振电路具有寄生电阻分量R2。图3是表示图1的送电天线22-1及受电天线31-1的第1变形例的送电天线22a-1及受电天线31a-1的等价电路图。图4是表示图1的送电天线22-1及受电天线31-1的第2变形例的送电天线22b-1及受电天线31b-1的等价电路图。图5是表示图1的送电天线22-1及受电天线31-1的第3变形例的送电天线22c-1及受电天线31c-1的等价电路图。电感器及电容器的连接可以是串联谐振、并联谐振、两者的组合的任一个。与图2的例子不同，送电天线可以构成并联谐振电路，受电天线也可以构成串联谐振电路。另外，一方的天线也可以是非谐振电路。

图1的其他送电天线22-2～22-N及其他受电天线31-2～31-N也与图2～图5的送电天线及受电天线同样构成。

另外，如由第3实施方式说明的那样，送电天线22-1～22-N的谐振频率及受电天线31-1～31-N的谐振频率也可以为可变。

从振荡电路21输出的高频电力被输入与振荡电路21连接的送电天线22-1～22-N。送电天线22-1～22-N及受电天线31-1～31-N通过相互的谐振电路形成的谐振磁场耦合，受电天线31-1～31-N能够接受由送电天线22-1～22-N送出的高频电力。受电天线31-1～31-N与送电天线22-1～22-N不接触而从送电天线22-1～22-N离开例如1mm～数m左右。

在图1的无线电力传输系统中，当向多个无线受电装置3-1～3-N同时供给电力时，各无线受电装置的要求电压(目标电压)Vc1，Vc2，…，VcN和由该无线受电装置从无线送电装置2接受到的受电电压V1，V2，…，VN之间可能产生误差。以下，说明用于减少该误差的方法。

控制电路24对无线受电装置3-1～3-N的各个无线受电装置，计算表示该无线受电装置的要求电压Vcn与受电电压Vn(1≤n≤N)的误差(＝|Vn-Vcn|)的相对误差指数En，根据各无线受电装置的相对误差指数E1～EN计算无线受电装置3-1～3-N的整体误差指数Es。此外，相对误差指数En也简称为误差。

各无线受电装置的相对误差指数E1～EN和整体误差指数Es如下定义。将要求电压Vc1，Vc2，…，VcN的平均值设为Vcav，受电电压V1，V2，…，VN的平均值设为Vav时，无线受电装置3-1的相对误差指数E1例如用下面的式子赋予。

[式1]

E1＝|(V1×Vcav÷Vav)-Vc1|

要求电压的平均值Vcav由下面的式子定义。

[式2]

Vcav＝(Vc1+Vc2+…+VcN)÷N

受电电压的平均值Vav可以是受电电压V1～VN的单纯平均，也可以是加权后的平均。在为前者的情况下，受电电压的平均值Vav由下面的式子定义。

[式3]

Vav＝(V1+V2+…+VN)÷N

加权后的受电电压的平均值Vav由下面的式子定义。

[式4]

Vav＝(a1·V1+a2·V2+…+aN·VN)/(a1+a2+…+aN)

加权后的受电电压的平均值Vav例如能够用于对具有大的要求电力的无线受电装置3-n(1≤n≤N)设定大的系数an。

无论如何，无线受电装置3-1～3-N的整体误差指数Es根据相对误差指数E1～EN，例如由下面的式子定义。

[式5]

Es＝E1+E2+…+EN

或

[式6]

Es＝E1²+E2²+…+EN²

另外，对于整体误差指数Es，也可以考虑加权，如下面的式子定义。

[式7]

Es＝b1×E1+b2×E2+…+bN×EN

或

[式8]

Es＝c1×E1^m+c2×E2^m+…+cN×EN^m(m：实数)

控制电路24使由振荡电路21产生的高频电力的频率f0变化，以使得整体误差指数Es最小化。

图6是由图1的无线送电装置2的控制电路24执行的送电控制处理的流程图。

在步骤S1中，控制电路24将迭代的参数n初始化为0。在步骤S2中，控制电路24通过振荡电路21以频率f(n)产生高频电力，并开始输送电力。频率f(n)具有预定的初始值f(0)及增幅Δf。频率f(n)从初始值f(0)到最终值f(L)，以增幅Δf增加。振荡电路21被设定为：能够输出从初始值f(0)到最终值f(L)以增幅Δf增加的全部频率的高频电力。在此，增幅Δf也可以不是一定的。

控制电路24在从无线送电装置2向无线受电装置3-1～3-N发送高频电力后，从各无线受电装置3-1～3-N取得该无线受电装置的要求电压Vc1～VcN的值和该无线受电装置的受电电压V1～VN的值。控制电路24根据要求电压Vc1～VcN及受电电压V1～VN，用式1～式8计算整体误差电压Es(n)并存储在内部。在步骤S3中，控制电路24判断全部的无线受电装置3-1～3-N中误差电压是否满足预定的基准，“是”时进入步骤S9，“否”时进入步骤S4。在此，误差电压可以是要求电压Vc1～VcN与受电电压V1～VN的差，也可以是相对误差指数E1～EN。

在步骤S4中，控制电路24使参数n以1递增。在步骤S5中，控制电路24通过振荡电路21以新的频率f(n)产生高频电力并输送电力。控制电路24在从无线送电装置2向无线受电装置3-1～3-N发送高频电力后，从各无线受电装置3-1～3-N取得该无线受电装置的要求电压Vc1～VcN的值和该无线受电装置的受电电压V1～VN的值。控制电路24根据要求电压Vc1～VcN及受电电压V1～VN，用式1～式8计算整体误差电压Es(n)，并存储在内部。在步骤S6中，控制电路24再次判断全部的无线受电装置3-1～3-N中误差电压是否满足预定的基准，“是”时进入步骤S9，“否”时进入步骤S7。在步骤S7中，控制电路24判断当前的整体误差指数Es(n)是否比以前的整体误差指数Es(n-1)低，“是”时返回步骤S4，“否”时进入步骤S8。在步骤S8中，控制电路24使频率的搜索方向反转(即，对增幅Δf乘以-1)，返回步骤S4。

在步骤S4～S8中，通过振荡电路21，将频率从f(n)变更为f(n+1)，并搜索带来最小的整体误差指数Es(n)的频率f(n)。通过将频率从f(n-1)变更为f(n)而使整体误差指数Es增加时，频率f(n+1)能够设定成使(f(n+1)-f(n))和(f(n)-f(n-1))的符号相反这样的值。另外，在通过将频率从f(n-1)变更为f(n)而使整体误差指数Es降低时，能够设定成使(f(n+1)-f(n))和(f(n)-f(n-1))的符号相同这样的值。与频率的增幅(频率调节的分辨率)相当的|f(n+1)-f(n)|及|f(n)-f(n-1)|也可以不是同一值。

详细说明上述的步骤S4～步骤S8。在步骤S7中，控制电路24比较对发送与上述多个频率即初始值f(0)～最终值f(L)中的第1频率f(n-1)对应的高频电力时的上述各个无线受电装置的上述要求电压与上述受电电压的误差进行合计而得到的第1总和Es(n-1)和对发送与上述多个频率中的第2频率f(n)对应的高频电力时的上述各个无线受电装置的上述要求电压与上述受电电压的误差进行合计而得到的第2总和Es(n)

首先，说明步骤S7的“是”时的动作。该情况下，上述第2总和Es(n)比上述第1总和Es(n-1)小，因此，上述第2频率f(n)成为上述误差的总和小的频率。此时，上述各个误差也变小。然后，控制电路24使上述第2频率f(n)增加增幅Δf(步骤S4)，设定接近上述第2频率f(n)的第3频率。

接着，说明步骤S7的“否”时的动作(步骤S8的动作)。该情况下，上述第2总和Es(n)比上述第1总和Es(n-1)大，因此，上述第1频率f(n-1)成为上述误差的总和小的频率。此时，上述各个误差也变小。然后，控制电路24设定接近上述第1频率f(n-1)的第3频率。

在此，说明接近上述第1频率f(n-1)的第3频率的含义。上述第3频率是指比频率f(n)-|f(n)-f(n-1)|/2低的频率。即，第3频率设定成比上述第2频率f(n)低的频率，因此，从上述第2频率f(n)反转为低的频率(步骤S8)。

以上，从上述多个各频率f(0)～f(L)中，通过反复设定降低上述误差的总和并减小上述误差的上述第3频率，能够针对上述多个无线受电装置的全部，将上述误差控制在预定的基准内。

在步骤S9中，受电电压V1～VN分别处于与要求电压Vc1～VcN充分一致的状态，控制电路24继续传输具有频率f(n)的高频电力。在步骤S10中，控制电路24例如在存在来自无线受电装置3-1～3-N的停止送电的要求时，结束高频电力的传输。根据图1的无线电力传输系统，能够控制无线送电装置2的输出电压以使得各无线受电装置3-1～3-N的受电电压满足目标电压范围，从而实现电力传输。

图1的无线电力传输系统的目的是保持相对误差指数E1～EN的平衡，并降低向多个无线受电装置同时供给电力时的整体误差指数Es。在导出各无线受电装置3-n的相对误差指数En(1≤n≤N)的式子中，不仅考虑该无线受电装置3-n的要求电压Vcn及受电电压Vn，还考虑多个无线受电装置3-1～3-N的要求电压的平均值Vcav及多个无线受电装置3-1～3-N的受电电压的平均值Vav，由此能够适当维持多个无线受电装置3-1～3-N的动作的平衡。

图7是表示第1实施方式的变形例的无线电力传输系统的构成的框图。送电天线22-1～22-N和受电天线31-1～31-N不限于一一对应，也可以从一个送电天线向多个受电天线供给电力。图7的无线送电装置2A取代图1的无线送电装置2的送电天线22-1、22-2及接收电路23-1、23-2，具备送电天线22A-1及接收电路23A-1。送电天线22A-1与无线受电装置3-1、3-2的受电天线31-1、31-2电磁耦合。接收电路23A-1与送电天线22A-1连接，接收并解调从无线受电装置3-1、3-2发送到无线送电装置2的负载调制信号。通过图7的无线电力传输系统，与图1的无线电力传输系统同样，也能够控制无线送电装置2A的输出电压以使得各无线受电装置3-1～3-N的受电电压满足目标电压范围，从而实现电力传输。

振荡电路21典型地将所输入的直流电力变换为频率f0的高频电力(DC-RF变换)。振荡电路21可以采用D级、E级、F级等实现高效率且低失真特性的放大器，也可以采用多尔蒂(Doherty)放大器。在振荡电路21中，通过在产生包含失真成分的输出信号的开关元件的后级配置低通滤波器、带通滤波器或带阻滤波器，也可以生成高效率正弦波。振荡电路21也可以将所输入的交流电力变换为高频电力。

无线受电装置3-1～3-N的受电电压V1～VN不限于图1及图7所示整流的直流电压。在无线受电装置不具有整流电路时，该受电电压也可以是受电天线的输出电压。在无线受电装置取代整流电路而具备变频电路时，该受电电压也可以是从变频电路输出的交流电压。在该情况下，无线送电装置2的控制电路24也根据要求电压Vc1～VcN及受电电压V1～VN，计算各无线受电装置的相对误差指数E1～EN及整体误差指数Es。

各无线受电装置3-1～3-N为了向无线送电装置2发送要求电压Vc1～VcN的值及受电电压V1～VN的值，可以采用受电天线31-1～31-N及送电天线22-1～22-N以外的路径，也可以采用负载调制信号以外的通信方法。

<第2实施方式>

在第2实施方式的无线电力传输系统中，第1实施方式的无线电力传输系统的振荡电路21构成为具有可变的输出电压。当增减振荡电路21的输出电压时，能够在大致保持多个无线受电装置3-1～3-N的受电电压V1～VN之间的比的同时增减受电电压V1～VN。

图8是表示第2实施方式的无线电力传输系统的构成的框图。图8的无线送电装置2B除了图1的无线送电装置2的构成以外，还具备电压调节电路25，另外，取代图1的控制电路24而具备控制电路24B。电压调节电路25由从直流的电源装置1获得的输入电压，产生可变的输出电压。电压调节电路25是例如DC/DC变换器、AC/DC变换器等。振荡电路21从电压调节电路25的输出电压，产生可变频率的高频电力。另外，振荡电路21具有可变的输入电压(电压调节电路25的输出电压)，结果，具有可变的输出电压。控制电路24B控制电压调节电路25，使电压调节电路25的输出电压变化，并控制振荡电路21，使由振荡电路21产生的高频电力的频率f0变化。

图9是表示第2实施方式的变形例的无线电力传输系统的构成的框图。图9的无线送电装置2C取代图1的无线送电装置2的振荡电路21及控制电路24而具备振荡电路21C及控制电路24C。振荡电路21C是通过使使多个开关进行开关动作的信号的相位变化而产生具有可变的输出电压的高频电力的变换电路。

图10是表示图9的振荡电路21C的详细构成的电路图。振荡电路21C是具备多个开关S1～S4及脉冲产生电路21Ca的全桥变换电路。脉冲产生电路21Ca在控制电路24C的控制下，产生使开关S1～S4进行开关动作的信号。开关S1在开关S2断开时闭合，开关S2在开关S1断开时闭合。同样，开关S3在开关S4断开时闭合，开关S4在开关S3断开时闭合。使开关S3、S4进行开关动作的信号相对于使开关S1、S2进行开关动作的信号而具有预定的相位差θt。当该相位差θt变化时，振荡电路21C的输出电压变化。

控制电路24C控制振荡电路21C，使由振荡电路21C产生的高频电力的频率f0及输出电压变化。

在图9中，振荡电路21C也可以是取代使多个开关进行开关动作的信号的相位变化，而通过以可变的占空比进行开关动作来产生具有可变的输出电压的高频电力的变换电路。

第2实施方式的无线电力传输系统，通过以上的3个单元之一或者其组合来增减振荡电路21的输出电压，大致保持多个无线受电装置3-1～3-N的受电电压V1～VN之间的比，并使受电电压V1～VN接近要求电压Vc1～VcN。

图11是表示由图8的无线送电装置2B的控制电路24B执行的送电控制处理的流程图。控制电路24B在使整体误差指数Es最小化后，当在多个无线受电装置3-1～3-N中的至少一个中该无线受电装置的要求电压及受电电压的误差超过预定的阈值时，使振荡电路21的输出电压降低，直到误差成为阈值以下。图11的步骤S11～S16、S21～S22与图6的步骤S1～S6、S9～S10同样。在步骤S17中，控制电路24B判断当前的整体误差指数Es(n)是否比以前的整体误差指数Es(n-1)低，“是”时返回步骤S14，“否”时进入步骤S18。在步骤S18中，控制电路24B判断前一个的迭代n-1中的整体误差指数Es(n-1)是否比前2个的迭代n-2中的整体误差指数Es(n-2)低，“是”时进入步骤S19，“否”时进入步骤S22。在步骤S18为“是”时，前一个的迭代n-1中的整体误差指数Es(n-1)为极小值。从而，在以频率f(n-1)传输高频电力时，要求电压Vc1～VcN及受电电压V1～VN间的误差彼此大致相等。在步骤S19中，控制电路24B使参数n以1递增。在步骤S20中，控制电路24B使振荡电路21的输出电压降低。通过降低振荡电路21的输出电压，能够大致保持多个无线受电装置3-1～3-N的受电电压V1～VN之间的比，并进一步降低要求电压Vc1～VcN及受电电压V1～VN之间的误差。降低的电压比为Vc1/V1。在步骤S21中，受电电压V1～VN分别处于与要求电压Vc1～VcN充分一致的状态，控制电路24B继续传输具有频率f(n)的高频电力。在步骤S22中，控制电路24B在存在来自例如无线受电装置3-1～3-N的停止送电的要求时，结束高频电力的传输。

在图11的步骤S20中，当全部的无线受电装置3-1～3-N中误差电压满足预定的基准且具有余裕时，也可以增大振荡电路21的输出电压。

如参照图11所说明的那样，在发现使整体误差指数Es最小化的频率后，通过增减振荡电路21的输出电压，能够进一步降低要求电压Vc1～VcN及受电电压V1～VN间的误差。发明者发现用式1～式8定义各无线受电装置3-1～3-N的相对误差指数E1～EN的情况下，在使振荡电路21的输出电压增减的前后，整体误差指数Es的频率特性几乎不变化。因而，即使在因频率控制而降低的整体误差指数Es未收敛的阶段进行电压控制，整体误差指数Es的值也几乎不变化。因此，能够同时进行频率控制和电压控制，并将同时进行动作的多台的无线受电装置的受电电压控制在目标范围内。

图11的送电控制处理也可以由图9的控制电路24C同样执行。

<第3实施方式>

图12是表示第3实施方式的无线电力传输系统的构成的框图。图12的无线电力传输系统中，送电天线及受电天线的至少一方具有可变的电路常数，无线送电装置的控制电路使送电天线及受电天线的至少一方的电路常数变化。

图12的无线送电装置2D取代图1的无线送电装置2的送电天线22-1～22-N及控制电路24而具备送电天线22D-1～22D-N及控制电路24D。送电天线22D-1～22D-N具有可变的电路常数。控制电路24D使送电天线22D-1～22D-N的电路常数变化。

图12的无线受电装置3D-1取代图1的无线受电装置3-1的受电天线31-1及控制电路33-1而具备受电天线31D-1及控制电路33D-1。受电天线31D-1具有可变的电路常数。控制电路33D-1在无线送电装置2D的控制电路24D的控制下，使受电天线31D-1的电路常数变化。其他无线受电装置3D-2～3D-N也与无线受电装置3D-1同样构成。

图13是表示图12的送电天线22D-1及受电天线31D-1的安装例的等价电路图。送电天线22D-1及受电天线31D-1所包含的电感器及电容器的至少一方的电路常数(电感或电容)是可变的。图14是表示图13的电容器C1的安装例的电路图。图14作为一例，表示送电天线22D-1包含具有可变电容的谐振电容器时的构成。若形成图14的电路构成，则通过开关SW的开闭，能够选择电容C0和C0及Cad的合成电容的任一个。追加的电容Cad的值例如处于相对于C0的0.5倍到10倍左右的范围。控制电路24D送出用于变更电路常数所需的控制信号，通过控制电感或电容等的电路特性，结果使天线特性可变。

在第3实施方式中，通过变更送电天线的电路常数及受电天线的至少一方的电路常数，整体误差指数Es的频率特性变化。由于送电天线及受电天线的至少任一个的等价阻抗变化，所以按与变更前相比整体误差指数Es的频率特性不同的倾向进行调节。即使执行第1及第2实施方式的送电控制处理，依然存在难以将受电电压V1～VN的全部控制在要求电压Vc1～VcN的情况。通过导入第3实施方式的构成，控制整体误差指数Es的频率特性，能够增大解决该问题的可能性。

送电天线的电路常数及受电天线的至少一方的电路常数也可以由无线受电装置3D-1～3D-N的控制电路33D-1～33D-N控制。

由变更电路常数产生的效果独立于由第1实施方式导入的频率控制带来的效果和由第2实施方式导入的电压控制带来的效果。因而，也可以与进行频率及电压的控制的定时独立来控制电路常数。

<变形例>

此外，在无线受电装置的受电电压容许预定的误差范围时，也可以在考虑上述误差范围之后修正受电电压的平均值Vav的定义。例如，在容许受电电压被定义为相对于要求电压Vc1在(Vc10±Vc1e)这一范围内时，能够从(Vc10-Vc1e)以上(Vc10+Vc1e)以下的范围选择反映受电电压的平均值Vav的要求电压Vc1的值。

另外，在对要求送电的无线受电装置的全部无法供给满足要求的电力时，也可以将电力供给的对象的无线受电装置的一部分除外，仅仅对剩余的无线受电装置搜索降低整体误差指数Es的条件，基于该结果进行电力供给。该情况下，将通过无线送电装置2的控制电路24能够进行通断的开关元件设置在振荡电路21和送电天线22-1～22-N之间，在从进行电力供给的对象除外的与无线受电装置的受电天线相对向的送电天线所连接的路径上，将上述开关设定成非导通状态。

以下，参照图15～图18，说明本公开的实施方式的模拟结果。

图15是表示实施方式1的受电电压V1、V2、整体误差指数Es的频率特性的图。作为实施方式1，在频率100kHz～140kHz的动作频率范围，针对耦合系数为0.25的对称的送受天线对，制作成用一个振荡电路(全桥变换电路)同时进行充电的无线电力传输系统。存在2个无线受电装置3-1、3-2，作为充电电压分别要求5V，容许的充电电压误差为200mV。另外，无线受电装置3-1、3-2的充电电池分别处于要求1.16A及0.93A的非对称负载状态。在此，相对于要求电压Vc1＝Vc2＝5V，以8V的直流驱动振荡电路，使动作频率f0变化，并测定受电电压V1、V2。此外，无线受电装置3-1、3-2在受电天线31-1、31-2的后级具备包括二极管桥的整流电路32-1、32-2，对直流的受电电压V1、V2进行了测定。另外，设为Vcav＝5V，用式1计算相对误差指数E1、E2，用式5计算整体误差指数Es。

根据图15，从整体误差指数Es的频率特性可知在126.5kHz时，整体误差指数Es最小。另外，126.5kHz的受电电压V1、V2分别为4.842V和5.16V，能够进行5V±0.16V的充电控制。

图16是表示实施例2的受电电压V1、V2、整体误差指数Es的频率特性的图(振荡电路21的输入电压为10V时)。作为实施例2，在实施例1的无线电力传输系统中，在振荡电路的前级，连接有将12V的输入电压降压到预定电压的DC/DC变换器。实施例2中的无线受电装置3-1、3-2的要求电压Vc1、Vc2为4.3V，所容许的充电电压误差为150mV。另外，无线受电装置3-1、3-2的充电电池分别处于要求1A及0.8A的非对称的负载状态。根据图16，由于整体误差指数Es在127kHz成为极小值，因此可知向多个无线受电装置3-1、3-2同时充电时最佳频率为127kHz。图17是表示实施例2的受电电压V1、V2、整体误差指数Es的频率特性的图(振荡电路21的输入电压为6.94V时)。接着，调整DC/DC变换器的动作条件，控制向振荡电路21输入的直流电压。将输入电压设定成10V而进行动作时的受电电压V1、V2的平均值为6.2V，因此，作为输入电压，选择了10(V)×4.3(V)÷6.2(V)＝6.94(V)。从图16及图17的比较结果可知，整体误差指数Es的频率特性不依赖于振荡电路的输入电压，与输入电压为10V时同样，在向多个无线受电装置3-1、3-2同时充电时指示127kHz为最佳频率。另外，通过频率控制和电压控制功能的并用，获得V1＝4.173V，V2＝4.440V，两方的受电电压都满足要求电压即4.3V(±140mV)。

图18是表示实施方式3的整体误差指数Es的频率特性的图。在实施方式1、2中，在送电天线电路，对电感器连接180nF的串联电容器，形成谐振电路。在实施例3中，将实施例1、2的送电天线的电容器设为图14所示的可变电容电路。设为C0＝180nF，Cad＝360nF。在与无线受电装置3-1、3-2中负载高的一侧即无线受电装置3-1相对向的送电天线22D-1中，构成为可使电容在180nF、和180nF及360nF的合成电容即120nF之间切换。

实施例3中的无线受电装置3-1、3-2的要求电压为4.3V(Vcav＝4.3V)，所容许的充电电压误差为50mV。另外，无线受电装置3-1、3-2的充电电池分别处于要求1A和0.5A的非对称的负载状态。在图18中，虚线表示2个送电天线22D-1、22D-2的电容器的电容都设为固定值即180nF，对向振荡电路21的输入电压设为8V的情况(比较例)。在图18中，实线表示仅仅在与无线受电装置3-1相对向一侧的送电天线22D-1中调节电路常数，将电容器的电容变更为120nF的情况(实施例3)。根据图18可知，与比较例相比，实施例3能够降低整体误差指数Es的极小值。这表示能够通过控制可变电容电路以降低向负载高一侧的无线受电装置供电的送电天线的谐振电容，能够将多个无线受电装置的受电电压平衡良好地控制在要求电压。

为了更具体地验证，在比较例中，将振荡电路21的输入电压(DC/DC变换器的输出电压)设定成最佳值即6.6V，在设定127kHz使振荡电路21进行动作时，无法使从要求电压Vc1、Vc2到受电电压V1、V2为止的误差分别降低到低于-359mV～366mV。另一方面，在实施方式3中，将振荡电路21的输入电压设定成最佳值即5.3V，在设定121kHz使振荡电路21进行动作时，能够将从要求电压Vc1、Vc2到受电电压V1、V2为止的误差分别降低到+22mV～-21mV的范围内。

这里公开的实施方式在所有方面都是例示，而不意在限定。本公开的范围不是由以上的说明决定，而是由权利要求的范围决定，意在包括包含与权利要求的范围等同的含义及权利要求范围内的变形的全部方式。

【产业上的利用可能性】

本公开的无线送电装置及无线电力传输系统在从一个无线送电装置向多个无线受电装置同时供给电力时，无需按对应的无线受电装置设置振荡电路，能够高精度地控制无线送电装置的输出电压。从而，能够提供一种低成本且通用性高的无线送电装置(例如无接点充电器)。

本公开的无线送电装置及无线电力传输系统能够适用于采用充电电池的电子设备、电动摩托车，电动辅助自行车或电动车的充电系统。另外，本公开的无线送电装置及无线电力传输系统能够适用于对AV设备及白色家电等各种设备供电的供电系统。在此，AV设备例如包含智能手机、平板电脑终端装置、电视及膝上型的个人电脑，白色家电例如包含洗衣机、冰箱及空调机。

标号说明

1…电源装置，

2、2A～2D…无线送电装置，

3-1～3-N、3D-1～3D-N…无线受电装置，

4-14～4-N…送受天线对，

21、21C…变换电路，

21Ca…脉冲产生电路，

22-1～22-N、22A、22D-1～22D-N…送电天线，

23-1～23-N、23A…接收电路，

24、24B～24D…控制电路，

25…电压调节电路，

31-1～31-N、31D-1～31D-N…受电天线，

32-1～32-N…整流电路，

33-1～33-N、33D-1～33D-N…控制电路，

34-1～34-N…发送电路，

35-1～35-N…负载装置，

C1～C3、C0、Cad…电容器，

L1…送电线圈，

L2…受电线圈，

R1、R2…寄生电阻分量，

S1～S4、SW…开关。

Claims

1.一种无线送电装置，具备：

送电天线，对多个无线受电装置的各个无线受电装置，发送与多个频率对应的各高频电力；

多个接收电路，从上述多个无线受电装置的各个无线受电装置，取得上述各个无线受电装置的要求电压的值及与上述多个频率的各个频率对应的上述各个无线受电装置的受电电压的值；以及

上述控制电路，

比较第1总和与第2总和，上述第1总和是对发送与上述多个频率中的第1频率对应的高频电力时的上述各个无线受电装置的上述要求电压与上述受电电压的误差进行合计而得到的总和，上述第2总和是对在发送与上述多个频率中的第2频率对应的高频电力时的上述各个无线受电装置的上述要求电压与上述受电电压的误差进行合计而得到的总和，

对于上述多个无线受电装置的各个无线受电装置，将上述误差控制在预定的基准内。

2.根据权利要求1所述的无线送电装置，

上述控制电路比较上述第1总和及上述第2总和中较小的一方的总和与第3总和，上述第3总和是对发送与上述第3频率对应的高频电力时的上述各个无线受电装置的上述要求电压与上述受电电压的误差进行合计而得到的总和，设定接近与上述较小的一方的总和及上述第3总和中更小的一方的总和对应的频率的第4频率，向上述多个无线受电装置的各个无线受电装置发送与上述第4频率对应的高频电力，

3.根据权利要求2所述的无线送电装置，

上述无线送电装置还具备：电压调节电路，使从电源装置输入的电压的电压值变化并向上述送电天线输出，

4.根据权利要求1～3中的任一项所述的无线送电装置，

上述送电天线及上述无线受电装置的受电天线的至少一方包括具有可变的电路常数的电路元件，

上述控制电路使上述送电天线及上述受电天线的至少一方的电路常数变化。