CN107078549A - 受电器、以及电力传送系统 - Google Patents

受电器、以及电力传送系统 Download PDF

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CN107078549A CN201480083000.0A CN201480083000A CN107078549A CN 107078549 A CN107078549 A CN 107078549A CN 201480083000 A CN201480083000 A CN 201480083000A CN 107078549 A CN107078549 A CN 107078549A
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power transmission
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下川聪
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Abstract

本发明是在受电器或者电力传送系统中,能够对受电效率进行调整的发明。本发明的受电器(100)具有:利用磁场共振来受电的次级侧共振线圈(110);被串联插入到上述次级侧共振线圈(110)的共振线圈部(111)的电容器(115);被并联连接于上述电容器的第1开关(131X)以及第2开关(131Y)的串联电路;被并联连接于上述第1开关的第1整流元件(132X);被并联连接于上述第2开关并具有与上述第1整流元件相反的方向的第2整流元件(132Y);对与送电频率相关的波形进行检测的检测部(116);通过对上述检测部检测出的波形与对上述第1开关的断开/闭合进行切换的第1信号以及对上述第2开关的断开/闭合进行切换的第2信号的相位差进行调整,来对受电电量进行调整的控制部(150)。

Description

受电器、以及电力传送系统
技术领域
本发明涉及受电器、以及电力传送系统。
背景技术
以往,存在具备从供电源的共振元件通过共振以非接触的方式来接受交流电力的供给的共振元件、利用电磁感应从上述共振元件接受交流电力的供给的激发元件、根据来自上述激发元件的交流电力来生成并输出直流电力的整流电路、切换对上述整流电路进行的交流电力的供给/非供给的切换电路的非接触受电装置(例如,参照专利文献1)。
专利文献1:日本特开2011-019291号公报
然而,以往的非接触受电装置(受电器)未考虑向受电器传送的电力在共振元件感应电力时的受电效率。若能够调整受电效率的话,则能够在送电器和受电器之间高效地传送电力。
发明内容
因此,本发明的目的在于提供一种能够对受电效率进行调整的受电器、以及电力传送系统。
本发明的实施方式的受电器,具有:次级侧共振线圈,该次级侧共振线圈具有共振线圈部,并通过在与初级侧共振线圈之间产生的磁场共振从上述初级侧共振线圈接受电力;电容器,其被串联插入上述次级侧共振线圈的上述共振线圈部;被并联连接于上述电容器的第1开关以及第2开关的串联电路;第1整流元件,其被并联连接于上述第1开关,具有第1整流方向;第2整流元件,其被并联连接于上述第2开关,具有与上述第1整流方向相反的第2整流方向;检测部,其对被供给至上述次级侧共振线圈的电源的电压波形或者电流波形进行检测;以及控制部,其通过对上述检测部检测出的电压波形或者电流波形、与第1信号以及第2信号的相位差进行调整,从而调整上述次级侧共振线圈接受的电力量,上述第1信号是对上述第1开关的闭合/断开进行切换的信号,上述第2信号是对上述第2开关的闭合/断开进行切换的信号。
本发明能够提供一种能够对受电效率进行调整的受电器、以及电力传送系统。
附图说明
图1是表示电力传送系统50的图。
图2是表示从送电器10向电子设备40A、40B利用磁场共振传送电力的状态的图。
图3是表示从送电器10向电子设备40B1、40B2利用磁场共振传送电力的状态的图。
图4是表示实施方式1的受电器100和送电装置80的图。
图5是表示控制部150的内部构成的图。
图6是表示电容器115以及调整部130中的电流路径的图。
图7是表示次级侧共振线圈110产生的交流电压和驱动信号所包含的2个时钟的图。
图8是表示对受电效率相对于相位差的特性进行表示的模拟结果的图。
图9是表示使用了实施方式1的电力传送系统500的送电装置80和电子设备200A以及200B的图。
图10是表示驱动信号的相位差和受电器100A以及100B的受电电力量的关系的图。
图11是表示送电器10和受电器100A以及100B为了设定相位差而执行的处理的任务图。
图12是表示送电装置80和电子设备200A以及200B的等效电路的图。
图13是表示相位差相对于相互电感MTA与相互电感MTB的关系建立关联的表数据的图。
图14是表示将相互电感MTA、MTB和受电效率建立关联的表数据。
图15是表示实施方式1的送电器10对受电器100A或者100B的相位差进行设定的方法的流程图。
图16是表示实施方式1的变形例的调整部130V的图。
图17是表示电容器115以及调整部130V中的电流路径的图。
图18是表示实施方式2的受电器101和送电装置80的图。
图19是表示实施方式2的受电器101A、101B和送电器10为了设定相位差而执行的处理的任务图。
图20是表示实施方式2的受电器101A、101B和送电器10为了设定相位差而执行的处理的任务图。
图21是表示实施方式2的受电器101A、101B和送电器10为了设定相位差而执行的处理的任务图。
图22是表示实施方式3中的送电器10和N个受电器101-1、101-2…101-N的图。
图23是表示实施方式3进行的相位差和送电输出P的决定处理的流程图。
图24是表示实施方式3所使用的表形式的数据的图。
具体实施方式
以下,对应用了本发明的受电器、以及电力传送系统的实施方式进行说明。
<实施方式1>
在对应用了本发明的受电器、以及电力传送系统的实施方式1进行说明之前,使用图1至图3对实施方式1的受电器、以及电力传送系统的前提技术进行说明。
图1是表示电力传送系统50的图。
如图1所示,电力传送系统50包含交流电源1,初级侧(送电侧)的送电器10,以及次级侧(受电侧)的受电器20。电力传送系统50也可以包含多个送电器10以及受电器20。
送电器10具有初级侧线圈11和初级侧共振线圈12。受电器20具有次级侧共振线圈21和次级侧线圈22。次级侧线圈22与负载装置30连接。
如图1所示,送电器10以及受电器20通过初级侧共振线圈(LC共振器)12与受电共振线圈(LC共振器)21之间的磁场共振(磁共振),从送电器10向受电器20进行能量(电力)的传送。这里,从初级侧共振线圈12向次级侧共振线圈21的电力传送,不仅是磁场共振还可以是电场共振(电共振)等,在以下的说明中,主要以磁场共振为例进行说明。
另外,在实施方式1中,作为一个例子,对交流电源1输出的交流电压的频率是6.78MHz,初级侧共振线圈12和次级侧共振线圈21的共振频率是6.78MHz的情况进行说明。
此外,从初级侧线圈11向初级侧共振线圈12的电力传送利用电磁感应来进行,另外,从次级侧共振线圈21向次级侧线圈22的电力传送也利用电磁感应来进行。
另外,在图1中虽表示电力传送系统50包含次级侧线圈22的形态,但电力传送系统50也可不包含次级侧线圈22,该情况下只要次级侧共振线圈21直接与负载装置30连接即可。
图2是表示从送电器10利用磁场共振向电子设备40A、40B传送电力的状态的图。
电子设备40A以及40B分别是平板电脑以及智能手机,分别内置有受电器20A,20B。受电器20A以及20B具有从图1所示的受电器20(参照图1)除去了次级侧线圈22的构成。即,受电器20A以及20B具有次级侧共振线圈21。此外,在图2中对送电器10进行了简单化地表示,送电器10与交流电源1(参照图1)连接。
在图2中,电子设备40A、40B被设置于距送电器10相互相等的距离,各自内置的受电器20A以及20B利用磁场共振从送电器10以非接触的状态同时接受电力。
这里作为一个例子,在图2所示的状态下,被内置于电子设备40A的受电器20A的受电效率是40%,被内置于电子设备40B的受电器20B的受电效率是40%。
受电器20A以及20B的受电效率,以受电器20A以及20B的次级侧线圈22接受的电力相对于从被连接于交流电源1的初级侧线圈11传送来的电力的比率来表示。此外,在送电器10不包含初级侧线圈11而交流电源1直接与初级侧共振线圈12连接的情况下,代替从初级侧线圈11传送的电力,可以使用从初级侧共振线圈12传送的电力来求得受电电力。另外,在受电器20A以及20B不包含次级侧线圈22的情况下,可以代替次级侧线圈22接受的电力而使用次级侧共振线圈21接受的电力来求得受电电力。
受电器20A以及20B的受电效率由送电器10和受电器20A以及20B的线圈式样、各自之间的距离/姿势决定。在图2中,受电器20A以及20B的构成是相同的,被配置于距离送电器10相互相等的距离/姿势的位置,因此受电器20A以及20B的受电效率相互相等,作为一个例子,是40%。
另外,电子设备40A的额定输出是10W,电子设备40B的额定输出是5W。
这样的情况下,从送电器10的初级侧共振线圈12(参照图1)传送的电力成为18.75W。18.75W利用(10W+5W)/(40%+40%)来求出。
然而,若从送电器10向电子设备40A以及40B传送18.75W的电力,则受电器20A以及20B合计接受15W的电力,由于受电器20A以及20B均衡地接受电力,所以分别接受7.5W的电力。
其结果,电子设备40A的电力不足2.5W,而电子设备40B的电力超过2.5W。
即,即使从送电器10向电子设备40A以及40B传送18.75W的电力,电子设备40A以及40B也无法均衡地受电。换言之,电子设备40A以及40B同时受电时的电力的供给平衡并不好。
图3是表示从送电器10向电子设备40B1、40B2利用磁场共振来传送电力的状态的图。
电子设备40B1、40B2是相同类型的智能手机,各自内置有受电器20B1、20B2。受电器20B1以及20B2,与图2所示的受电器20B相同。即,受电器20B1以及20B2具有次级侧共振线圈21。此外,在图3中对送电器10进行了简化表示,送电器10与交流电源1(参照图1)连接。
在图3,电子设备40B1以及40B2虽相对于送电器10的角度(姿势)相同,但电子设备40B1被配置于与电子设备40B2相比远离送电器10的位置。电子设备40B1、40B2各自内置的受电器20B1以及20B2,利用磁场共振从送电器10以非接触的状态同时接受电力。
这里作为一个例子,在图3所示的状态中,被内置于电子设备40B1的受电器20B1的受电效率是35%,被内置于电子设备40B2的受电器20B2的受电效率是45%。
这里,电子设备40B1以及40B2相对于送电器10的角度(姿势)相同,因此受电器20B1以及20B2的受电效率,由受电器20B1以及20B2各自与送电器10之间的距离决定。因此,在图3中,受电器20B1的受电效率比受电器20B2的受电效率低。此外,电子设备40B1以及40B2的额定输出都是5W。
在这样的情况下,从送电器10的初级侧共振线圈12(参照图1)传送的电力是12.5W。12.5W通过(5W+5W)/(35%+45%)而求出。
然而,若从送电器10向电子设备40B1以及40B2传送12.5W的电力,则受电器20B1以及20B2合计接受10W的电力。另外,在图3中,受电器20B1的受电效率是35%,受电器20B2的受电效率是45%,因此受电器20B1接受约4.4W的电力,受电器20B2接受约5.6W的电力。
其结果,电子设备40B1的电力不到0.6W,电子设备40B2的电力超过0.6W。
即,即使从送电器10向电子设备40B1以及40B2传送12.5W的电力,电子设备40B1以及40B2也无法均衡受电。换言之,电子设备40B1以及40B2同时受电际时的电力的供给平衡并不好(有改善的余地)。
此外,这里对电子设备40B1以及40B2相对于送电器10的角度(姿势)相同,电子设备40B1以及40B2距送电器10的距离不同时的电力的供给平衡进行了说明。
然而,受电效率由送电器10与受电器20B1以及20B2之间的距离和角度(姿势)决定,因此若在图3所示的位置关系中电子设备40B1以及40B2的角度(姿势)不同的话,则受电器20B1以及20B2的受电效率,会成为与上述的35%以及45%不同的值。
另外,电子设备40B1以及40B2距送电器10的距离即使相同,若电子设备40B1以及40B2相对于送电器10的角度(姿势)不同的话,受电器20B1以及20B2的受电效率也成为相互不同的值。
以上,如图2所示,在向额定输出相互不同的电子设备40A、40B利用磁场共振从送电器10同时传送电力时,电子设备40A以及40B均衡受电是困难的。
另外,如图3所示,即使电子设备40B1以及40B2的额定输出相互相同,若电子设备40B1以及40B2相对于送电器10的角度(姿势)不同的话,则受电器20B1以及20B2的受电效率相互不同,因此电子设备40B1以及40B2均衡受电是困难的。
另外,在图2以及图3中,对电子设备40A以及40B,电子设备40B1以及40B2各自同时受电的情况进行了说明,但也考虑电子设备40A和40B,或者电子设备40B1和40B2那样的多个电子设备分别分时受电的情况。
然而,在多个电子设备分别分时受电情况下,各自的电子设备受电的期间,其他的电子设备无法受电,因此产生为了结束全部电子设备的受电而花费时间这样的问题。
接下来,使用图4至图9对实施方式1的受电器、以及电力传送系统进行说明。
图4是表示实施方式1的受电器100和送电装置80的图。送电装置80包含交流电源1和送电器10。交流电源1和送电器10与图1所示的相同,在图4中表示更具体的构成。
送电装置80包含交流电源1和送电器10。
送电器10具有初级侧线圈11、初级侧共振线圈12、匹配电路13、电容器14、控制部15以及天线16。
受电器100包含:次级侧共振线圈110、电容器115、电压计116、整流电路120、调整部130、平滑电容器140、控制部150、电压计155、输出端子160X、160Y、以及天线170。输出端子160X、160Y与DC-DC转换器210连接,DC-DC转换器210的输出侧与电池220连接。
首先,对送电器10进行说明。如图4所示,初级侧线圈11是环状的线圈,两端间经由匹配电路13与交流电源1连接。初级侧线圈11与初级侧共振线圈12以非接触的方式接近地配置,与初级侧共振线圈12电磁场耦合。初级侧线圈11被配设为自己的中心轴与初级侧共振线圈12的中心轴一致。使中心轴一致是为了提高初级侧线圈11和初级侧共振线圈12的耦合强度,并且抑制磁束的泄漏,抑制在初级侧线圈11以及初级侧共振线圈12的周围产生不必要的电磁场。
初级侧线圈11利用从交流电源1经由匹配电路13而被供给的交流电力来产生磁场,通过电磁感应(相互感应)将电力传送给初级侧共振线圈12。
如图4所示,初级侧共振线圈12与初级侧线圈11以非接触的方式接近地配置并与初级侧线圈11电磁耦合。另外,初级侧共振线圈12被设计为具有规定的共振频率,具有高的Q值。初级侧共振线圈12的共振频率被设定为与次级侧共振线圈110的共振频率相等。在初级侧共振线圈12的两端之间串联连接用于调整共振频率的电容器14。
初级侧共振线圈12的共振频率被设定为与交流电源1输出的交流电力的频率相同的频率。初级侧共振线圈12的共振频率由初级侧共振线圈12的电感以及电容器14的静电电容决定。因此,初级侧共振线圈12的电感及电容器14的静电电容,以初级侧共振线圈12的共振频率成为与从交流电源1输出的交流电力的频率相同的频率方式被设定。
匹配电路13为了获得初级侧线圈11与交流电源1的阻抗匹配而被插入,包括电感L电容器C。
交流电源1是输出磁场共振所需的频率的交流电力的电源,内置放大输出电力的放大器。交流电源1,例如输出数百kHz至数十MHz左右的高频的交流电力。
电容器14是被以串联的方式插入到初级侧共振线圈12的两端之间的可变容量型的电容器。电容器14为了调整初级侧共振线圈12的共振频率而被设置,静电电容由控制部15来设定。
控制部15进行交流电源1的输出电压以及输出频率的控制、电容器14的静电电容的控制等。另外,控制部15通过天线16与受电器100进行数据通信。
以上那样的送电装置80利用磁感应将从交流电源1供给至初级侧线圈11的交流电力向初级侧共振线圈12传送,利用磁场共振将电力从初级侧共振线圈12向受电器100的次级侧共振线圈110传送。
接下来,对受电器100所包含的次级侧共振线圈110进行说明。这里,作为一个例子,对共振频率是6.78MHz的情况进行说明。
次级侧共振线圈110被设计为具有与初级侧共振线圈12相同的共振频率,具有高的Q值。次级侧共振线圈110具有共振线圈部111以及端子112A、112B。这里,共振线圈部111虽实质上是次级侧共振线圈110,但在这里,将在共振线圈部111的两端设置端子112X、112Y的元件作为次级侧共振线圈110来看待。
共振线圈部111被串联插入用于调整调共振频率的电容器115。另外,电容器115与开关130并联连接。另外,在共振线圈部111的两端设置有端子112X、112Y。端子112X、112Y与整流电路120连接。端子112X、112Y分别是第1端子以及第2端子的一个例子。
次级侧共振线圈110未经由次级侧线圈而与整流电路120连接。次级侧共振线圈110在利用调整部130而处于可产生共振的状态时,将从送电器10的初级侧共振线圈12利用磁场共振而传送来的交流电力向整流电路120输出。
电容器115为了调整次级侧共振线圈110的共振频率,而被串联插入共振线圈部111。电容器115具有端子115X以及115Y。电容器115与调整部130并联连接。
电压计116与电容器115并联连接,对电容器115的两端子间电压进行测定。电压计116对次级侧共振线圈110接受的交流电力的电压进行检测,将表示电压的信号向控制部150传送。由电压计116测定的交流电压被用于获得对开关131X以及131Y进行驱动的驱动信号的同步。
整流电路120具有4个二极管121~124。二极管121~124被连接为桥状,对从次级侧共振线圈110输入的电力进行全波整流并输出。
开关130在次级侧共振线圈110的共振线圈部111中,与电容器115以并联的方式连接。
调整部130具有开关131X、131Y,二极管132X、132Y,电容器133X、133Y,以及端子134X、134Y。
开关131X以及131Y在端子134X以及134Y之间相互串联连接。开关131X以及131Y分别是第1开关以及第2开关的一个例子。端子134X、134Y分别与电容器115的端子115X,115Y连接。因此,开关131X以及131Y的串联电路与电容器115并联连接。
二极管132X和电容器133X与开关131X并联连接。二极管13Y和电容器133Y与开关131Y并联连接。对于二极管132X以及132Y而言,相互的阳极彼此连接,并且,相互的阴极与电容器115连接。即,二极管132X以及132Y以相互的整流方向成为反向的方式连接。
此外,二极管132X以及132Y分别是第1整流元件以及第2整流元件的一个例子。另外,调整部130也可不包含电容器133X以及133Y。
作为闭合关131X、二极管132X、以及电容器133X,例如,能够使用FET(FieldEffect Transistor::场效应晶体管)。P沟道型或者N沟道型的FET的漏极-源极间的体二极管以具有二极管132X那样的整流方向的方式连接即可。在使用N沟道型的FET的情况下,源极是二极管132X的阳极,漏极是二极管132X的阴极。
另外,从控制部150输出的驱动信号被向栅极输入,从而对漏极-源极间的连接状态进行切换,由此实现开关131X。另外,电容器133X能够通过漏极-源极间的寄生电容来实现。
同样地,作为闭合关131Y、二极管132Y、以及电容器133Y,例如,能够使用FET。P沟道型或者N沟道型的FET的漏极-源极间的体二极管以具有二极管132B那样的整流方向的方式连接即可。在使用N沟道型的FET的情况下,源极是二极管132Y的阳极,漏极是二极管132Y的阴极。
另外,从控制部150输出的驱动信号被向栅极输入,从而对漏极-源极间的连接状态进行切换,由此实现开关131Y。另外,电容器133Y能够通过漏极-源极间的寄生电容来实现。
此外,开关131X、二极管132X、以及电容器133X并不限于由FET来实现,也可通过对开关、二极管、以及电容器进行并联连接来实现。关于开关131Y、二极管132Y、以及电容器133Y也同样。
开关131X和131Y以相互逆相来切换断开/闭合。开关131X为断开而开关131Y为闭合时,成为在调整部130内从端子134X经由电容器133X以及开关131Y朝向端子134Y的方向流动共振电流,并且在电容器115从端子115X向端子115Y可流动共振电流的状态。即,在图4中,次级侧共振线圈110成为共振电流以顺时针的方向流动的状态。
另外,开关131X为闭合而开关131Y为断开时,在调整部130内产生从端子134X经由开关131X以及二极管132Y朝向端子134Y的电流路径。该电流路径与电容器115并列,因此在电容器115中电流不流动。
因此,若从设为开关131X为断开而开关131Y为闭合,次级侧共振线圈110中以顺时针的方向流动共振电流的状态,切换到开关131X为闭合而开关131Y为断开的状态,则不产生共振电流。这是由于电流路径中不包含电容器的原因。
另外,在开关131X为闭合而开关131Y为断开时,成为在调整部130内从端子134Y经由电容器133Y以及开关131X朝向端子134X的方向流动共振电流,并且在电容器115共振电流能够从端子115Y向端子115X流动的状态。即,在图4中,次级侧共振线圈110成为共振电流能够以逆时针的方向流动的状态。
另外,在开关131X为断开而开关131Y为闭合时,在调整部130内产生从端子134Y经由开关131Y以及二极管132X朝向端子134X的电流路径。该电流路径与电容器115并列,因此电容器115中电流不流动。
因此,若从使开关131X为闭合而开关131Y为断开,共振电流在次级侧共振线圈110中以逆时针的方向流动的状态,切换为开关131X为断开而开关131Y为闭合的状态,则不产生共振电流。这是由于电流路径不包含电容器的原因。
调整部130如上述那样通过对开关131X以及131Y进行切换,来对产生共振电流的状态和不产生共振电流的状态进行切换。开关131X以及131Y的切换通过从控制部150输出的驱动信号来进行。
驱动信号的频率被设定为次级侧共振线圈110接受的交流频率。
开关131X以及131Y以上述那样的高的频率来进行交流电流的切断。例如,组合了2个FET的调整部130能够高速地进行交流电流的切断。
此外,关于驱动信号和调整部130的动作将使用图6后述。
平滑电容器140与整流电路120的输出侧连接,并对由整流电路120进行了全波整流的电力进行平滑化而作为直流电力输出。平滑电容器140的输出侧与输出端子160X、160Y连接。由整流电路120进行了全波整流的电力由于将交流电力的负成分反转成正成分,因此能够作为近似交流电力来对待,通过使用平滑电容器140,即使在被全波整流的电力中包含脉动电流的情况下,也能够得到稳定的直流电力。
此外,连结平滑电容器140的上侧的端子和输出端子160X的线路是高电压侧的线路,连结平滑电容器140的下侧的端子和输出端子160Y的线路是低电压侧的线路。
控制部150在内部存储器中存储表示电池220的额定输出的数据。另外,根据来自送电器10的控制部15的请求,对受电器100从送电器10接受的电力(受电电力)进行测定,将表示受电电力的数据经由天线170向送电器10发送。
另外,控制部150若从送电器10接收表示相位差的数据,则使用接收到的相位差来生成驱动信号,从而对开关131X以及131Y进行驱动。此外,受电电力可以由控制部150基于被电压计155测定出的电压V和电池220的内部电阻值R求出即可。受电电力P通过P=V2/R而被求出。
这里,使用图5来对控制部150进行说明。图5是表示控制部150的内部构成的图。
控制部150具有比较器151、PLL(Phase Locked Loop:相位同步电路)152、移相电路153、相位控制部154、变频器155以及基准相位检测部156。
比较器151将由电压计116检测出的交流电压和规定的基准电压Vref进行比较,将时钟向PLL152输出。
PLL152具有相位比较器152A、补偿器152B、以及VCO(Voltage ControlledOscillator:压控振荡器)152C。相位比较器152A、补偿器152B、以及VCO152C被串联连接,并且以VCO152C的输出被反馈给相位比较器152A的方式被连接。根据这样的构成PLL152输出与从比较器151输入的信号同步了的时钟。
移相电路153与PLL152的输出侧连接,基于从相位控制部154输入的表示相位差的信号,将从PLL152输出的时钟的相位相对于基准的相位来进行相位差偏移并输出。移相电路153例如可以使用移相器(Phase Shifter)。
相位控制部154若被输入从送电器10发送的表示相位差的信号,则将表示相位差的信号变换为移相电路153用的信号并输出。
基于从相位控制部154输入的信号,相对于基准的相位使相位偏移了相位差的量的时钟被分支为两方,一方被输出为保持原样的时钟CLK1,另一方由变频器155进行了反转而被输出为时钟CLK2。时钟CLK1和CLK2是控制部150输出的控制信号。
基准相位检测部156通过移相电路153对使时钟的相位偏移的偏移量进行控制,从而对相对于PLL152输出的时钟的移相电路153输出的时钟的相位进行调整,检测得到最大的受电效率的相位。
而且,基准相位检测部156将检测出的相位作为基准的相位保存于内部存储器。受电效率最大的动作点是由电压计116检测的电压值是最大的点,因此基准相位检测部156对由移相电路153给予的相位的偏移量进行调整,并且对由电压计检测的电压值成为最大的动作点进行检测,将该动作点中的相位作为基准的相位保存于内部存储器。
这里,PLL152输出的时钟与由电压计116检测的基于磁场共振的交流电压的相位相对应。因此,对PLL152输出的时钟调整移相电路153所给予的相位的偏移量,是利用移相电路153来对相对于由电压计116检测的电压波形的时钟的相位的偏移量进行控制。
基准的相位是相对于得到最大的受电效率的时钟CLK1和CLK2的交流电压的相位。该基准的相位被设为0度,为了对受电电力进行调整,时钟CLK1和CLK2的相位相对于基准的相位(0度)的相位差由移相电路153来调整。
这里,由于不对交流电压的相位进行检测,所以将得到最大的受电效率时的移相电路153对时钟CLK1和CLK2给予的相位的偏移量作为基准的相位来处理。
此外,这里虽说明了相对于由电压计116检测的交流电压,由移相电路153对从PLL152输出的时钟的相位进行调整的形态,但也可代替电压计116而使用电流计,由移相电路153来对相对于交流电流的时钟的相位进行调整。
电压计155被连接于输出端子160X和160Y之间。电压计155用于对受电器100的受电电力进行计算。若基于由电压计155测定的电压V和电池220的内部电阻值R如上述那样来求出受电电力,则与对电流进行测定从而测定受电电力的情况相比损失小,因此是优选的测定方法。然而,受电器100的受电电力也可通过对电流和电压进行测定而求出。在对电流进行测定的情况下,使用霍尔元件、磁电阻元件、检测线圈、或者电阻器等来测定即可。
DC-DC转换器210与输出端子160X、160Y连接,将从受电器100输出的直流电力的电压变换为电池220的额定电压并输出。对于DC-DC转换器210,在整流电路120的输出电压比电池220的额定电压高的情况下,将整流电路120的输出电压降压至电池220的额定电压。另外,对于DC-DC转换器210,在整流电路120的输出电压比电池220的额定电压低的情况下,将整流电路120的输出电压升压到电池220的额定电压。
电池220只要是能够反复充电的二次电池即可,例如,能够使用锂离子电池。例如,在受电器100被内置于平板电脑或者智能手机等电子设备的情况下,电池220是这样的电子设备的主电池。
此外,初级侧线圈11、初级侧共振线圈12、次级侧共振线圈110,例如通过对铜线进行卷绕而制成。然而,初级侧线圈11、初级侧共振线圈12、次级侧共振线圈110的材质,也可是铜以外的金属(例如,金、铝等)。另外,初级侧线圈11、初级侧共振线圈12、次级侧共振线圈110的材质也可不同。
在这样的构成中,初级侧线圈11以及初级侧共振线圈12是电力的送电侧,次级侧共振线圈110是电力的受电侧。
通过磁场共振方式,利用在初级侧共振线圈12和次级侧共振线圈110之间产生的磁场共振从送电侧向受电侧传送电力,因此与从送电侧向受电侧利用电磁感应传送电力的电磁感应方式相比,能够进行长距离的电力的传送。
磁场共振方式对于共振线圈彼此之间的距离或者位置偏移而言,与电磁感应方式相比具有自由度高、位置自由这样的优点。
接下来,使用图6以及图7来对用驱动信号对开关131X以及131Y进行驱动时的电流路径进行说明。
图6是表示电容器115以及调整部130中的电流路径的图。图6与图4相同,将从端子134X通过电容器115或者调整部130的内部而向端子134Y流动的电流的朝向称为顺时针(CW(Clockwise))。另外,将从端子134Y通过电容器115或者调整部130的内部而向端子134X流动的电流的朝向称为逆时针(CCW(Counterclockwise))。
首先,在开关131X和131Y均为断开而电流是顺时针(CW)的情况下,共振电流沿从端子134X经由电容器133X以及二极管132Y朝向端子134Y的方向流动,并且,在电容器115中共振电流从端子115X向端子115Y流动。因此,次级侧共振线圈110中共振电流向顺时针的方向流动。
开关131X和131Y均为断开而电流是逆时针(CCW)的情况下,共振电流沿从端子134Y经由电容器133Y以及二极管132X朝向端子134X的方向流动,并且共振电流在电容器115中从端子115Y向端子115X流动。因此,次级侧共振线圈110中共振电流以逆时针的方向流动。
在开关131X为闭合而开关131Y为断开并且电流是顺时针(CW)的情况下,在调整部130内产生从端子134X经由开关131X以及二极管132Y朝向端子134Y的电流路径。该电流路径是与电容器115并列,因此在电容器115中电流不流动。因此,在次级侧共振线圈110中共振电流不流动。此外,该情况下,即使将开关131Y设为闭合,在次级侧共振线圈110中共振电流也不流动。
在开关131X为闭合而开关131Y为断开、电流是逆时针(CCW)的情况下,在调整部130内共振电流在从端子134Y经由电容器133Y以及开关131X朝向端子134X的方向上流动,并且电容器115中共振电流从端子115Y向端子115X流动。因此,在次级侧共振线圈110中共振电流以逆时针的方向流动。此外,与开关131X并列的二极管132X中也流动电流。
在开关131X为断开而开关131Y为闭合、电流是顺时针(CW)的情况下,在调整部130内共振电流在从端子134X经由电容器133X以及开关131Y朝向端子134Y的方向上流动,并且在电容器115中共振电流从端子115X向端子115Y流动。因此,在次级侧共振线圈110中共振电流以顺时针的方向流动。此外,在于开关131Y的二极管132Y中也流动电流。
在开关131X为断开而开关131Y为闭合、电流是逆时针(CCW)的情况下,在调整部130内产生从端子134Y经由开关131Y以及二极管132X朝向端子134X的电流路径。该电流路径由于与电容器115并列,所以在电容器115中电流不流动。因此,在次级侧共振线圈110中共振电流不流动。此外,该情况下即使将开关131X设为闭合,在次级侧共振线圈110中共振电流也不流动。
此外,有助于共振电流的共振频率的静电电容由电容器115、电容器132X或者132Y来决定。因此,优选电容器132X和132Y的静电电容相等。
图7是表示次级侧共振线圈110产生的交流电压和驱动信号所包含的2个时钟的图。
图7(A)以及(B)所示的交流电压V0是与送电频率相同的频率的波形,例如是次级侧共振线圈110产生的交流电压,由电压计116(参照图4)检测。另外,时钟CLK1、CLK2是驱动信号所包含的2个时钟。例如,时钟CLK1被用于开关131X的驱动,时钟CLK2被用于开关131Y的驱动。时钟CLK1以及CLK2分别是第1信号以及第2信号的一个例子。
图7(A)中,时钟CLK1、CLK2与交流电压V0同步。即,时钟CLK1、CLK2的频率与交流电压V0的频率相同,时钟CLK1的相位与交流电压V0的相位相同。此外,时钟CLK2与时钟CLK1相差180度相位,是逆相。
图7(A)中,交流电压V0的周期T是频率f的倒数,频率是6.78MHz。
如图7(A)那样,对于与交流电压V0同步的时钟CLK1、CLK2,在将开关131X以及131Y设为断开的状态下,且在受电器100从送电器10受电而在次级侧共振线圈110产生共振电流的状态下,由控制部150使用PLL152来生成即可。
图7(B)中,时钟CLK1、CLK2的相位相对于交流电压V0延迟θ度。这样相对于交流电压V0具有相位差θ度的时钟CLK1、CLK2由控制部150使用移相电路153来生成即可。
控制部150对2个时钟CLK1、CLK2相对于交流电压V0的相位差进行调整并检测得到最大的受电效率的相位。得到最大的受电效率的相位是受电器100接受的电力为最大的相位,根据2个时钟CLK1、CLK2相对于交流电压V0的相位差,在遍及1周期的整个期间都成为共振状态时受电电力为最大。因此,控制部150一边使2个时钟CLK1、CLK2相对于交流电压V0的相位差增大以及减少,一边对受电电力为最大的相位差进行检测,将检测出的相位差作为0度来处理。
而且,控制部150基于受电电力为最大的相位差(0度)和表示从送电器10接收的相位差的数据,由移相电路153对2个时钟相对于交流电压V0的相位差进行设定。
接下来,使用图8来对调整驱动信号的相位差时,受电器100从送电器10接受的电力的受电效率进行说明。
图8是表示受电效率相对于驱动信号的相位差的特性的模拟结果的图。横轴的相位差是将受电电力为最大的相位差设为0度时的2个时钟相对于交流电压V0的相位差,纵轴的受电效率是受电器100输出的电力(Pout)相对于交流电源1(参照图1)向送电器10输入的电力(Pin)之比。受电效率等于在送电器10和受电器100之间的电力的传送效率。
此外,送电器10传送的电力的频率是6.78MHz,将驱动信号的频率也设定为与其相同的频率。另外,相位差为0度的状态是遍及共振电流的1周期的整个期间在次级侧共振线圈110产生基于磁场共振的共振,共振电流在次级侧共振线圈110中流动的状态。相位差大意味着在共振电流的1周期中次级侧共振线圈110没有产生共振的期间增加。因此,相位差为180度的状态,理论上是次级侧共振线圈110中完全没有共振电流流动的状态。
如图8所示,若使相位差从0度增大,则受电效率下降。若相位差为约60度以上,则受电效率小于0.1。这样,若使2个时钟相对于交流电压V0的相位差进行变化,则次级侧共振线圈110中流动的共振电流的电力量变化,从而受电效率变化。
图9是表示使用了实施方式1的电力传送系统500的送电装置80和电子设备200A以及200B的图。
送电装置80是与图4所示的送电装置80相同的装置,在图9中,将图4中的初级侧线圈11、控制部15、以及天线16以外的构成要素作为电源部10A来表示。电源部10A是将初级侧共振线圈12、整合电路13、电容器14汇总表示的装置。此外,也可将交流电源1、初级侧共振线圈12、整合电路13、电容器14汇总而作为电源部来看待。
天线16例如是能够进行Bluetooth(注册商标)那样的近距离的无线通信的天线即可。天线16为了从电子设备200A以及200B所包含的受电器100A以及100B接收表示受电电力以及额定输出的数据而被设置,接收到的数据被输入到控制部15。控制部15是控制部的一个例子并且是第3通信部的一个例子。
电子设备200A以及200B例如分别是平板电脑或者智能手机等终端机。电子设备200A以及200B分别内置受电器100A以及100B、DC-DC转换器210A以及210B、以及电池220A以及220B。
受电器100A以及100B具有与图4所示的受电器100相同的构成。DC-DC转换器210A以及210B分别与图4所示的DC-DC转换器210相同。另外,电池220A以及220B分别与图4所示的电池220相同。
受电器100A具有次级侧共振线圈110A、电容器115A、整流电路120A、调整部130A、平滑电容器140A、控制部150A以及天线170A。次级侧共振线圈110A是第1次级侧共振线圈的一个例子。
次级侧共振线圈110A、电容器115A、整流电路120A、开关130A、平滑电容器140A、控制部150A分别与图4所示的次级侧共振线圈110、电容器115、整流电路120、调整部130、平滑电容器140、控制部150对应。此外,在图9中,对次级侧共振线圈110A、整流电路120A、平滑电容器140A进行简化表示,省略电压计155以及输出端子160X、160Y。
受电器100B具有次级侧共振线圈110B、电容器115B、整流电路120B、调整部130B、平滑电容器140B、控制部150B以及天线170B。受电器100B从受电器100A来看是其他受电器的一个例子。另外,次级侧共振线圈110B是第2次级侧共振线圈的一个例子。
次级侧共振线圈110B、电容器115B、整流电路120B、调整部130B、平滑电容器140B、控制部150B分别与图4所示的次级侧共振线圈110、电容器115、整流电路120、调整部130、平滑电容器140、控制部150对应。此外,在图9中,对次级侧共振线圈110B、整流电路120B、平滑电容器140B进行简化表示,省略电压计155以及输出端子160X、160Y。
天线170A以及170B,例如是能够进行Bluetooth(注册商标)那样的近距离的无线通信的天线即可。天线170A以及170B为了与送电器10的天线16进行数据通信而被设置,分别与受电器100A以及100B的控制部150A以及150B连接。控制部150A以及150B是驱动控制部的一个例子,并且分别是第1通信部以及第2通信部的一个例子。
受电器100A的控制部150A,将表示次级侧共振线圈110A的受电电力和电池220A的额定输出的数据经由天线170A向送电器10发送。同样地,受电器100B的控制部150B,将表示次级侧共振线圈110B的受电电力和电池220B的额定输出的数据经由天线170B向送电器10发送。
电子设备200A以及200B,分别在配置于送电装置80的附近的状态下,能够不与送电装置80接触而对电池220A以及220B进行充电。电池220A以及220B的充电能够同时进行。
电力传送系统500由图9所示的构成要素中的送电器10、受电器100A以及100B构建。即,送电装置80、电子设备200A以及200B,采用能够进行基于磁场共振的非接触状态下的电力传送的电力传送系统500。
这里,当同时进行电池220A以及220B的充电时,如使用图2以及图3所说明的那样,可能产生对电子设备200A以及200B的电力的供给平衡不良的状态。
因此,送电器10为了改善电力供给的平衡,基于次级侧共振线圈110A的受电效率、电池220A的额定输出、次级侧共振线圈110B的受电效率、以及电池220B的额定输出,设定对调整部130A以及130B进行驱动的驱动信号(时钟CLK1和CLK2)相对于交流电压V0的相位差。
图10是表示驱动信号的相位差和受电器100A以及100B的受电效率的关系的图。
这里,对将驱动受电器100B的调整部130B的驱动信号的相位差固定于受电效率成为最大的相位差(0度)的状态中,使驱动受电器100A的调整部130A的驱动信号的相位差从受电效率成为最大的相位差(0度)进行变化的情况进行说明。
图10中,横轴表示对受电器100A、100B的调整部130A、130B进行驱动的驱动信号的相位差(θA、θB)。另外,左侧的纵轴表示受电器100A以及100B各自的受电效率、和受电器100A以及100B的受电效率的合计值。
在将对受电器100B的调整部130B进行驱动的驱动信号的相位差固定于0度的状态下,若使对受电器100A的调整部130A进行驱动的驱动信号的相位差从0度增大或者降低,则如图10所示,受电器100A的受电效率的比率降低。受电器100A的受电效率是相位差为0度时最大。另外,伴随着受电器100A的受电效率的降低,受电器100A的受电效率的比率增大。
这样若使对受电器100A的调整部130A进行驱动的驱动信号的相位差进行变化,则受电器100A的受电量减少,因此在受电器100A中流动的电流也减少。即,通过相位差的变化,受电器100A的阻抗发生变化。
在使用磁场共振的同时电力传送中,由受电器100A和100B分配利用磁场共振从送电器10向受电器100A以及100B传送的电力。因此,若使驱动受电器100A的调整部130A的驱动信号的相位差从0度开始变化,则受电器100A的受电量减少,相应地受电器100B的受电量增加。
因此,如图10所示,受电器100A的受电效率的比率降低。另外,与此相伴受电器100B的受电效率的比率增大。
若对受电器100A的调整部130A进行驱动的驱动信号的相位差变化到约±90度,则受电器100A的受电效率的比率大致降低到0,受电器100B的受电效率的比率增大到约0.8。
而且,受电器100A以及100B的受电效率之和,在对受电器100A的调整部130A进行驱动的驱动信号的相位差为0度时约0.85,若对受电器100B的调整部130A进行驱动的驱动信号的相位差下降到约±90度,则受电器100A以及100B的受电效率之和为约0.8。
这样,在将对受电器100A的调整部130B进行驱动的驱动信号的相位差固定于0度的状态下,若使对受电器100A的调整部130A进行驱动的驱动信号的相位差从0度变化,则受电器100A的受电效率的比率下降,而受电器100B的受电效率的比率增大。而且,受电器100A以及100B的受电效率之和为约0.8前后的值而不会大幅变动。
在使用磁场共振的电力传送中,由于由受电器100A和100B分配利用磁场共振从送电器10向受电器100A以及100B传送的电力,因此即使相位差变化,受电器100A以及100B的受电效率之和也不会大幅变动。
同样地,在将驱动受电器100A的调整部130A的驱动信号的相位差固定于0度的状态下,若使驱动受电器100B的调整部130B的驱动信号的相位差从0度降低,则受电器100B的受电效率的比率下降,而受电器100A的受电效率的比率增大。并且,受电器100A以及100B的受电效率之和是约0.8前后的值而并没有大幅变动。
因此,若调整对受电器100A或者100B的调整部130A或者130B的任一方进行驱动的驱动信号的相位差,则能够对受电器100A以及100B的受电效率的比率进行调整。
以上那样,若使驱动调整部130A或者130B的驱动信号的相位差变化,则受电器100A以及100B的次级侧共振线圈110A以及110B的受电效率的比率变化。
因此,在实施方式1中,使受电器100A以及100B的调整部130A以及130B的驱动信号中任一方的相位差从基准的相位差发生变更。基准的相位差例如是将受电效率成为最大的相位差定义为基准的相位差(0度),在该情况下,使任意另一方的相位差从0度变化。
此时,调整部130A以及130B中的哪个驱动信号的相位差从基准的相位差产生变更,如以下那样进行判定。
首先,求出将电池220A的额定输出除以次级侧共振线圈110A的受电效率而得到的第1值,和将电池220B的额定输出除以次级侧共振线圈110B的受电效率而得到的第2值。
然后,使与第1值和第2值中的、任一个小的一方的受电器(100A或者100B)对应的驱动信号的相位差从0度变化而设定为适当的相位差。
额定输出除以受电效率而得到的值,表示送电器10向受电器(100A或者100B)传送的电量(必要送电量)。必要送电量是以受电器(100A或者100B)能够不产生多余电力或电力不足而进行受电的方式,从送电器10传送的电量。
因此,若消减对必要送电量小的一方的受电器(100A或者100B)供给的电力供给量,则能够使对必要送电量大的一方的受电器(100A或者100B)供给的电力供给量增加。其结果,能够改善针对受电器100A以及100B的电力供给量的平衡。
根据图10可知,若使任一方的受电器(100A或者100B)的相位差变化,则该受电器(100A或者100B)的受电电量降低。另外,任一另一方的受电器(100A或者100B)在相位差被固定于0度的状态下,受电电量增大。
因此,若使与必要送电量小的一方的受电器(100A或者100B)对应的驱动信号的相位差从基准的相位差(0度)变化的话,则针对必要送电量小的一方的受电器(100A或者100B)的电力供给量被消减,而能够使针对必要送电量大的一方的受电器(100A或者100B)的电力供给量增加。
这样,若能改善针对受电器100A以及100B的电力供给量的平衡即可。此外,对于具体的相位差的设定方法将在后述。
接下来,使用图11来对送电器10从受电器100A以及100B获得表示受电效率和额定输出的数据的方法进行说明。
图11是表示送电器10和受电器100A以及100B为了设定相位差而执行的处理的任务图。该任务由控制部15、150A以及150B(参照图9)执行。
首先,受电器100A将表示受电电力的数据向送电器10发送(步骤S1A)。同样的,受电器100B将表示受电电力的数据向送电器10发送(步骤S1B)。由此,送电器10从受电器100A以及100B接收表示受电电力的数据(步骤S1)。
表示受电电力的数据的发送,例如,根据来自送电器10的请求,控制部150A以及150B经由天线170A以及170B来执行即可。另外,表示受电电力的数据中还可包含对受电器100A以及100B进行识别的标识符。
表示受电电力的数据如以下那样获得即可。首先,以无线通信的方式从送电器10向受电器100B发送将调整部130B的两开关(图4的131X以及131Y)均设为闭合的信号,并且,以无线通信的方式从送电器10向受电器100A发送将调整部130A的两开关均设为断开的信号。
这里,若将调整部130B的两开关均设为闭合,则在调整部130B中不产生共振,受电器100B成为不接受电力的状态。即,受电器100B被设为断开。另外,若将调整部130A的两开关均设为断开,则成为在次级侧共振线圈110A中共振电流流动的状态。
而且,从送电器10利用磁场共振将规定的电力向受电器100A传送,由受电器100A接受电力。此时,若将表示由受电器100A接收的电量的信号向送电器10发送,则能够由送电器10测定受电器100A的受电效率。
另外,在对受电器100B的受电效率进行测定中,从送电器10向受电器100A以无线通信的方式发送将调整部130A的两开关均设为闭合的信号,并且,从送电器10向受电器100B以无线通信的方式发送将调整部130B的两开关均设为断开的信号。若从送电器10利用磁场共振将规定的电力向受电器100B传送,将表示由受电器100B接收的电量的信号向送电器10发送的话,则能够由送电器10对受电器100B的受电效率进行测定。
接下来,受电器100A将表示额定输出的数据向送电器10发送(步骤S2A)。同样地,受电器100B将表示额定输出的数据向送电器10发送(步骤S2B)。由此,送电器10从受电器100A以及100B接收表示额定输出的数据(步骤S2)。
表示电子设备200A以及200B的额定输出的数据,例如,当预先存储在控制部150A以及150B的内部存储器时,在发送表示受电电力的数据之后,控制部150A以及150B经由天线170A以及170B向送电器10发送即可。
接下来,送电器10基于表示受电器100A的受电效率的数据以及表示额定输出的数据、和表示受电器100B的受电效率的数据以及表示额定输出的数据,对与受电器100A以及100B对应的驱动信号的相位差进行运算(步骤S3)。任一方的相位差是受电效率成为最大的基准的相位差(0度),另一方的相位差是从基准的相位差(0度)发生变化而被最佳化的相位差。步骤S3的详细内容将使用图15后述。
接下来,送电器10将表示相位差的数据向受电器100A以及100B发送(步骤S4)。而且,受电器100A以及100B,对相位差进行接收(步骤S4A以及S4B)。
这里,送电器10的控制部15被设定为:对相位差进行运算后,经由天线16将表示相位差的数据向受电器100A以及100B发送。
受电器100A以及100B的控制部150A以及150B将相位差设定为驱动信号(步骤S5A以及S5B)。
送电器10开始送电(步骤S6)。步骤S6的处理,例如,在将表示控制部150A以及150B完成了对驱动信号的相位差的设定的通知发送给送电器10时来执行即可。
这里,使用图12以及图13来对表示受电器100A以及100B的受电效率的数据的取得方法进行说明。
图12是表示送电装置80和电子设备200A以及200B的等效电路的图。图12所示的等效电路与图9所示的送电装置80和电子设备200A以及200B对应。但是,这里对送电装置80不包含初级侧线圈11,交流电源1与初级侧共振线圈12直接连接的情况进行说明。另外,受电器100A以及100B分别包含电压计155A以及155B。
在图12中,次级侧共振线圈110A是线圈LRA和电阻器RRA,电容器115A是电容器CRA。另外,平滑电容器140A是电容器CSA,DC-DC转换器210A和电池220A是电阻器RLA
同样地,次级侧共振线圈110B是线圈LRB和电阻器RRB,电容器115B是电容器CRB。另外,平滑电容器140B是电容器CSB,DC-DC转换器210B和电池220B是电阻器RLB
另外,送电装置80的共振线圈12是电阻器RT和线圈LT,交流电源1是电源VS和电阻器RS。另外,电容器14是电容器CT
将送电装置80和电子设备200A的互感设为MTA,送电装置80和电子设备200B的互感设为MTB,电子设备200A和200B的互感设为MAB
这里,与互感MTA和互感MTB相比时,互感MAB是可以忽略的小,在此对互感MTA和互感MTB进行研究。
互感MTA由送电装置80与电子设备200A的受电器100A的受电效率决定。受电效率由受电器100A相对于送电装置80的位置(距离)和姿势(角度)决定。同样,互感MTB由送电装置80与电子设备200B的受电器100B的受电效率决定。
对于受电器100A的受电效率,在将受电器100B设为断开的状态下,从送电器10向受电器100A传送电力,对受电器100A接受的电量进行计测,从而能够求出。同样,对于受电器100B的受电效率,在受电器100A处于断开的状态下,从送电器10向受电器100B传送电力,并对受电器100B接受的电量进行计测,从而能够求出。
因此,若求出受电器100A和100B各自的受电效率,则能够求出互感MTA和互感MTB
在实施方式1中,为了改变受电器100A以及100B的次级侧共振线圈110A以及110B的受电效率的比率,使驱动调整部130A或者130B的驱动信号的相位差变化。
因此,预先准备将相位差相对于互感MTA与互感MTB的关系建立了关联的表数据,使用这样的表数据,对驱动信号的相位差进行调整。
图13是表示相位差相对于互感MTA与互感MTB的关系建立了关联的表数据的图。
图13的(A)是在将驱动调整部130B的驱动信号的相位差固定于0度的状态下,用于对驱动调整部130A的驱动信号的相位差进行调整的表数据。
互感MTA1、MTA2、MTA3…实际上是取具体的互感MTA的值。同样,互感MTB1、MTB2、MTB3…,实际上是取具体的互感MTB的值。相位差PD1A、PD2A、PD3A…、PD11A、PD12A、PD13A…具体而言是取通过模拟或实验而求出的具体的相位差的值。
图13的(B)是将驱动调整部130A的驱动信号的相位差固定于0度的状态下,对驱动调整部130B的驱动信号的相位差进行调整的表数据。
互感MTA1、MTA2、MTA3…和互感MTB1、MTB2、MTB3…与图13的(A)相同。相位差PD1B、PD2B、PD3B…、PD11B、PD12B、PD13B…具体而言是通过模拟或实验而求出的具体的相位差的值。
在通过实验求出图13的(A)以及(B)所示的表数据时,在使受电器100A和100B相对于送电器10的位置以及姿势进行种种变化的状态下,对互感MTA和MTB进行计测,并实现相位差的最佳化,从而能够制成。
图14是将互感MTA、MTB和受电效率进行了关联的表数据。图14的(A)是将互感MTA和受电器100A的受电效率进行了关联的表数据,图14的(B)是将互感MTB和受电器100B的受电效率进行了关联的表数据
互感MTA、MTB分别由送电装置80及受电器100A、100B的受电效率EA、EB来决定。
在图14的(A)中将互感MTA1、MTA2…与受电器100A的受电效率EA1、EA2…进行了关联。另外,在图14的(B)中将互感MTB1、MTB2…与受电器100B的受电效率EB1、EB2…进行了关联。
若通过预先实验等测定受电器100A、100B的互感MTA、MTB及受电效率,制成图14的(A)、(B)所示那样的表数据的话,能够根据受电器100A、100B的受电效率,求出受电器100A、100B的互感MTA、MTB。或者,也可通过模拟,根据受电器100A、100B的受电效率求出受电器100A、100B的互感MTA、MTB
接下来,使用图15对相位差的设定方法进行说明。
图15是表示实施方式1的送电器10设定受电器100A或者100B的相位差的方法的流程图。该流程表示由送电器10的控制部15执行的处理,并详细表示图11的步骤S3的处理内容。
控制部15当从受电器100A以及100B接收表示受电电力的信号并求出受电效率,并从受电器100A以及100B接收表示额定输出的信号而进入到步骤S3时,开始图15所示的处理。
控制部15求出将电池220A的额定输出除以次级侧共振线圈110A的受电效率而得到的第1值,和将电池220B的额定输出除以次级侧共振线圈110B的受电效率而得到的第2值,对第1值是否大于第2值进行判定(步骤S31)。
控制部15在判定为第1值比第2值大时(S31:是),将驱动受电器100A的调整部130A的驱动信号的相位差设定为0度(步骤S31A)。
接着,控制部15对驱动受电器100B的调整部130B的驱动信号的相位差进行设定(步骤S32A)。具体而言,控制部15基于图14的(A)以及(B)所示的表数据,分别根据受电器100A、100B的受电效率EA、EB求出受电器100A、100B的互感MTA、MTB。而且,控制部15根据图13的(B)所示的表数据,基于受电器100A、100B的互感MTA、MTB,求出驱动受电器100B的调整部130B的驱动信号的相位差。
若步骤S32A的处理结束,则控制部15使流程进入步骤S4(参照图11)。
另外,控制部15在判定为第1值比第2值小(S31:否)时,将驱动受电器100B的调整部130B的驱动信号的相位差设定为0度(步骤S31B)。
接着,控制部15对驱动受电器100A的调整部130A的驱动信号的相位差进行设定(步骤S32B)。具体而言,控制部15基于图14的(A)以及(B)所示的表数据,分别根据受电器100A、100B的受电效率EA、EB来求出受电器100A、100B的互感MTA、MTB。并且,控制部15,根据图13的(A)所示的表数据,基于受电器100A、100B的互感MTA、MTB,求出驱动受电器100A的调整部130A的驱动信号的相位差。
若步骤S32B的处理结束,则控制部15使流程进入步骤S4(参照图11)。
以上那样,控制部15对驱动受电器100A、100B的调整部130A、130B的驱动信号的相位差进行设定。
以上,根据实施方式1,通过受电器100A以及100B的次级侧共振线圈110A以及110B的受电效率、和电子设备200A以及200B的额定输出,求出针对受电器100A以及100B的必要送电量。
而且,使与受电器100A以及100B中的、必要送电量小的一方的受电器(100A或者100B)对应的驱动信号的相位差从基准的相位差发生变化。
其结果,能够使针对必要送电量小的一方的受电器(100A或者100B)的电力供给量消减,而使针对必要送电量大的一方的受电器(100A或者100B)的电力供给量增加。
这样,改善针对受电器100A以及100B的电力供给量的平衡。
因此,根据实施方式1,能够提供可改善电力供给量的平衡的受电器100A或者100B。另外,根据实施方式1,能够提供能够改善电力供给量的平衡的电力传送系统500。
另外,以上对通过使与2个受电器100A以及100B中的、必要送电量小的一方的受电器(100A或者100B)对应的驱动信号的相位差减少来改善针对受电器100A以及100B的电力供给量的平衡的形态进行了说明。
然而,还存在3个以上的受电器同时充电的情况。该情况下,使必要电量、换句话说各额定电力除以各受电效率而得到的电量最大的受电器以外的受电器的驱动信号的相位差减少即可。
另外,以上作为一个例子对电子设备200A以及200B是平板电脑或者智能手机等终端机的情况进行了说明,但电子设备200A以及200B,例如,也可以是节点型的PC(PersonalComputer:个人电脑)、移动电话终端机,便携式的游戏机、数字照相机、摄像机等内置充电式的电池的电子设备。
另外,以上对根据2个受电器100A以及100B的受电效率和额定输出来求出相位差,控制部150A或者150B调整对开关131A以及131B进行驱动的驱动信号的相位差的形态进行了说明。
然而,在一个送电器10和一个受电器100(参照图4)之间传送电力的情况下,受电器100的控制部150也可使用通过实验等预先求出的相位差来驱动开关131A以及131B。在该情况下,不需要在控制部150的内部存储器存储表示电池220的额定输出的数据。
另外,在一个送电器10和一个受电器100(参照图4)之间传送电力的情况下,通过受电器100的控制部150对时钟CLK1、CLK2的相位差进行调整,能够对受电电力进行调整。在该情况下,不需要对受电器100接受的电力为最大的相位差进行检测。
另外,以上对受电器100A以及100B对电池220A以及220B进行同时充电的形态进行了说明。然而,电子设备200A以及200B也可不包含电池220A以及220B,而直接消耗受电器100A以及100B接受的电力来进行动作。由于受电器100A以及100B能够同时高效地受电,因此即使在电子设备200A以及200B不包含电池220A以及220B的情况下,也能够同时驱动电子设备200A以及200B。这是分时受电时所不可能的,因此是同时受电时的优点之一。此外,在这样的情况下,使用电子设备200A以及200B的驱动所需的额定输出来设定相位差即可。
另外,以上对送电器10的控制部15生成驱动信号,并向受电器100A以及100B发送的形态进行了说明,但也可将表示送电器10的送电电力的数据向受电器100A、100B发送,在受电器100A、100B侧生成驱动信号。在这种情况下,在受电器100A和100B之间进行数据通信,由受电器100A或者100B判定哪个受电电力大,并使受电电力少的一方的受电器(100A或者100B)的驱动信号的相位差增大,至少任一方的受电器(100A或者100B)生成驱动信号即可。
另外,也可是送电器10从受电器100A、100B接收表示受电电力和额定输出的数据,使必要送电量小的一方的受电器(100A或者100B)的控制部(150A或者150B)对相位差进行调整。在这种情况下,为了对相位差进行调整而所需的数据,由控制部(150A或者150B)存储于内部存储器即可。
另外,调整部130的二极管131X以及131Y的朝向,也可是与图4所示的朝向相反。图16是表示实施方式1的变形例的调整部130V的图。
调整部130V具有开关131X、131Y,二极管132VX、132VY,电容器133X、133Y,以及端子134X、134Y。二极管132VX、132VY的整流方向分别是与图4所示的二极管132X、132Y相反。此外,与图4所示的调整部130相同,因此对相同的构成要素赋予相同附图标记而省略其说明。
图17是表示电容器115以及调整部130V中的电流路径的图。图17中,将从端子134X通过电容器115或者调整部130V的内部而向端子134Y流动的电流的朝向称为顺时针(CW(Clockwise))。另外,将从端子134Y通过电容器115或者调整部130V的内部而向端子134X流动的电流的朝向称为逆时针(CCW(Counterclockwise))。
在开关131X为断开而开关131Y为闭合、电流是顺时针(CW)的情况下,在调整部130V内产生从端子134X经由二极管132VX以及开关131Y朝向端子134Y的电流路径。该电流路径与电容器115并列,因此在电容器115中电流不流动。因此,在次级侧共振线圈110中共振电流不流动。
开关131X为断开而开关131Y为闭合、电流是逆时针(CCW)的情况下,在调整部130V内共振电流在从端子134Y经由开关131Y以及电容器133X朝向端子134X的方向上流动,并且在电容器115中共振电流从端子115Y向端子115X流动。因此,在次级侧共振线圈110中共振电流以逆时针的方向流动。
在开关131X为闭合而开关131Y为断开、电流是顺时针(CW)的情况下,在调整部130V内共振电流在从端子134X经由开关131X以及电容器133Y朝向端子134Y的方向上流动,并且在电容器115中共振电流从端子115X向端子115Y流动。因此,在次级侧共振线圈110中共振电流以顺时针的方向流动。
在开关131X为闭合而开关131Y为断开、电流是逆时针(CCW)的情况下,调整部130V内产生从端子134Y经由二极管132VY以及开关131X朝向端子134X的电流路径。该电流路径与电容器115并列,因此在电容器115中电流不流动。因此,在次级侧共振线圈110中共振电流不流动。
<实施方式2>
图18是表示实施方式2的受电器101和送电装置80的图。送电装置80是与图4所示的装置相同。
受电器101具有在实施方式1的受电器100(参照图4)中添加了开关180及虚设电阻器190的构成。其他的构成与受电器100相同,因此对相同的构成要素赋予相同的附图标记并省略其说明。
开关180是具有3个端子181、182、183的开关。端子181、182、183分别与整流电路120的高电压侧(图中上侧)的输出端子、虚设电阻器190的上侧的端子以及平滑电容器140的上侧的端子连接。
开关180被控制部150驱动,使端子181的连接目标切换于端子182以及183的任一方。即,开关180使整流电路120的高电压侧(图中上侧)的输出端子的连接目标切换于虚设电阻器190的上侧的端子、以及平滑电容器140的上侧的端子的任一方。
虚设电阻器190被连接在连结平滑电容器140的下侧的端子与输出端子160B的低电压侧的线路、和开关180的端子182之间。虚设电阻器190是具有与电池220的阻抗相等的阻抗的电阻器。
在对受电器101的受电效率进行测定时,为了代替电池220而设置虚设电阻器190。与对电池220进行充电来对受电效率进行测定的情况相比,对于使具有与电池220相同的阻抗(电阻值)的虚设电阻器190中流动电流来对受电效率进行测定而言则能够以少的电力消耗来实现。
实施方式2的受电器101利用使用虚设电阻器190而测定出的受电效率,对驱动受电器101的调整部130的驱动信号的相位差进行决定。
此外,开关180也可在整流电路120与平滑电容器140之间,被插入连结平滑电容器140的下侧的端子与输出端子160B的低电压侧的线路中。该情况下,虚设电阻器190被连接于对平滑电容器140的上侧的端子和输出端子160A进行连结的高电压侧的线路、与开关180之间即可。
以下,表示受电电力、额定输出、相位差等的数据,在受电器101A以及101B的控制部150A以及150B、与接收器10的控制部15之间进行通信。控制部150A以及150B与控制部15之间的通信,在天线170A以及170B与天线16之间进行(参照图9)。
图19至图21是表示实施方式2的受电器101A、101B和送电器10为了设定驱动信号的相位差而执行的处理的任务图。
受电器101A、101B具有与图18所示的受电器101相同的构成。另外,受电器101A、101B分别与图9所示的实施方式1的受电器100A、100B相同,接受从一个送电器10传送的电力。这里,为了区别2个受电器101而称为受电器101A、101B。
另外,对受电器101A作为包含次级侧共振线圈110A、电容器115A、整流电路120A、调整部130A、平滑电容器140A、控制部150A、开关180A、虚设电阻器190A,并与DC-DC转换器210A以及电池220A(参照图9)连接的受电器进行说明。
同样,对受电器101B作为包含次级侧共振线圈110B、电容器115B、整流电路120B、调整部130B、平滑电容器140B、控制部150B、开关180B、虚设电阻器190B,并与DC-DC转换器210B以及电池220B(参照图9)连接的受电器进行说明。
另外,图19至图21所示的处理,虽由送电器10的控制部15(参照图18)、和受电器101A、101B的控制部150(参照图18)来执行,但以下对送电器10、受电器101A、101B进行处理的情况进行说明。
送电器10和受电器101A、101B开始电力传送的准备(开始)。电力传送的准备例如通过将送电器10和受电器101A、101B设定为规定的准备模式,并从受电器101A、101B向送电器10发送请求送电的通知而被开始。
这里,受电器101A的调整部130A、及受电器101B的调整部130B只要没有被特别地控制就处于关(开关131X和开关131Y是闭合的状态)。在调整部130A以及130B关的状态下,受电器101A以及101B成为不产生基于磁场共振的共振(共振停止的)的状态。
首先,送电器10向受电器101A发送测试送电通知(步骤S111)。这里,设为与受电器101B相比受电器101A一方较早地向送电器10发送送电要求的通知。在步骤S111中,送电器10向最早发送送电要求的通知的受电器101A,发送测试送电通知。此外,送电器10,使用对受电器101A、101B进行识别的标识符等来对受电器101A、101B进行识别。
受电器101A判定是否从送电器10接收到了测试送电通知(步骤S112A)。此外,受电器101A在从送电器10接收到测试送电通知之前反复执行步骤S112A的处理。
受电器101A使调整部130A的开关131X及131Y断开,将开关180A的连接目标切换到虚设电阻器190A(步骤S113A)。若调整部130A的开关131X及131Y设为断开,则在遍及基于磁场共振的共振的1个周期的期间成为在次级侧共振线圈110A中共振电流流动的状态。受电器101A在步骤S113A的处理结束时,将结束的情况通知给送电器10。
送电器10开始测试送电(步骤S114)。由此,受电器101A的受电开始。
受电器101A通过对控制部150A的移相电路153的偏移量进行控制,对2个时钟CLK1、CLK2的相位进行调整,并对得到最大的受电效率的基准的相位进行检测。而且,受电器101A在基准的相位下将表示从送电器10接受的电力的受电电力和电池220A的额定输出通知给送电器10,并将调整部130A的开关131X以及131Y设为闭合(步骤S115A)。这样受电器101A通知给送电器10的受电电力,在基准的相位中被测定,因此是受电器101A能够接受的最大的受电电力。
若将调整部130A的开关131X以及131Y设为闭合,则受电器101A处于即使受电也不产生基于磁场共振的共振的状态。即,成为共振停止的状态。使受电器100A的共振停止的状态是受电器101B从送电器10受电而对受电效率进行测定时不给予影响的状态。
送电器10对表示从受电器101A发送的受电电力和电池220A的额定输出的数据进行接收,对受电器101A的受电电力和额定输出进行检测(步骤S116)。
接下来,送电器10向受电器101B发送测试送电通知(步骤S117)。
受电器101B对是否从送电器10接收了测试送电通知进行判定(步骤S112B)。此外,受电器101B在从送电器10接收到测试送电通知为止反复执行步骤S112B的处理。
受电器101B使调整部130B的开关131X以及131Y为断开,将开关180B的连接目标切换到虚设电阻器190B(步骤S113B)。若将调整部130B的开关131X以及131Y设为断开,则在遍及基于磁场共振的共振的1个周期的期间成为共振电流在次级侧共振线圈110中流动的状态。受电器101B在步骤S113B的处理结束时,将结束的情况通知给送电器10。
送电器10开始测试送电(步骤S118)。由此,受电器101B的受电开始。
受电器101B通过对控制部150B的移相电路153的偏移量进行控制,来对2个时钟CLK1、CLK2的相位进行调整,并对得到最大的受电效率的基准的相位进行检测。而且,受电器101B在基准的相位下,将表示从送电器10接受的电力的受电电力和电池220B的额定输出通知给送电器10,将调整部130B的开关131X以及131Y设为闭合(步骤S115B)。这样,受电器101A向送电器10通知的受电电力,在基准的相位中被测定,因此是受电器101A能够接受的最大的受电电力。
若将调整部130B的开关131X以及131Y设为闭合,则受电器101B成为即使受电也不产生基于磁场共振的共振的状态。即,成为共振停止的状态。
送电器10对表示从受电器101B发送的受电电力和电池220B的额定输出的数据进行接收,对受电器101B的受电电力和额定输出进行检测(步骤S119)。
以上图19所示的处理结束。此外,图19所示的处理的(1)、(1A)、(1B)分别接续图20所示的(1)、(1A)、(1B)。
送电器10使用表示从受电器101A以及101B接收到的受电电力和电池220A以及220B的额定输出的数据,决定对受电器101A、101B的调整部130A、130B进行驱动的驱动信号的相位差,将相位差通知给受电器101A以及101B(步骤S121)。相位差以与实施方式1相同的方法决定即可。
受电器101A使用从送电器10接收到的相位差来驱动调整部130A(步骤S122A)。同样,受电器101B使用从送电器10接收到的相位差来驱动调整部130B(步骤S122B)。
受电器100A的控制部150A在由步骤S122A对驱动信号的相位差进行设定之前,在步骤S115A中,对基准的相位进行检测。
控制部150A将在基准的相位加上从送电器10接收到的相位差而得到的相位作为2个时钟的相位而设定。这与在步骤S115B中受电器100B的控制部150B对相位进行设定的情况相同。
送电器10开始测试送电(步骤S123)。该测试送电与步骤S114以及S118的测试送电不同,是相对于受电器101A以及101B这两者同时进行送电的测试。受电器101A以及101B在同时受电的状态下,分别对受电电力进行计测。
受电器101A将表示从送电器10接受的电力的受电电力通知给送电器10,将调整部130A的开关131X以及131Y设为闭合(步骤S124A)。同样,受电器101B将表示从送电器10接受的电力的受电电力通知给送电器10,将调整部130B的开关131X以及131Y设为闭合(步骤S124B)。
送电器10对表示从受电器101A以及101B发送的受电电力的数据进行接收,对受电器101A以及101B的受电电力进行检测(步骤S125)。
送电器10对在步骤S125中接收到的受电器101A以及101B的受电电力是否在目标范围内进行判定(步骤S126)。
这里,受电电力的目标范围例如作为以下范围来设定,即将受电器101A以及101B的额定输出的50%的电力设为下限值,将受电器101A以及101B的额定输出的130%设为上限。
这样的受电电力的目标范围由送电器10的控制部15基于在步骤S116以及S119中从受电器101A以及101B接收的电池220A以及220B的额定输出来设定即可。这样的受电电力的目标范围是为了使受电器101A以及101B的受电平衡良好而使用的。
送电器10在步骤S126中,若判定为受电电力的比率未在目标范围内(S126:否),则使流程返回步骤S121。对相位差进行再度调整,这是为了确定受电效率是否收缩在目标范围内。此外,返回到步骤S121并对相位差进行再次设定时,送电器10可以将受电器101A以及101B中的、受电电力在目标范围的下限以下的受电器的相位差的绝对值变小,也可将受电电力在目标范围的上限以上的受电器的相位差的绝对值变大。
以上图20所示的处理结束。此外,图20所示的处理的(2)、(2A)、(2B)分别接续图21所示的(2)、(2A)、(2B)。
送电器10若判定为受电电力在目标范围内(S126:是),则将表示进行正式送电的正式送电通知向受电器101A以及101B发送(步骤S131)。正式送电是指与测试送电不同,为了正式对受电器101A以及101B进行充电而进行送电。正式送电通知是指用于送电器10向受电器101A以及101B通知进行正式送电的通知。
受电器101A对是否从送电器10接收到正式送电通知进行判定(步骤S132A)。同样,受电器101B对是否从送电器10接收到正式送电通知进行判定(步骤S132B)。
此外,受电器101A以及101B在未接收正式送电通知的情况下,分别将流程返回步骤S122A以及122B。在步骤S126中,相当于由送电器10判定为受电电力不在目标范围内的情况,因此送电器10返回步骤S121而使用发送至受电器101A以及101B的相位差来对调整部130A以及130B进行驱动。
受电器101A若判定为从送电器10接收到正式送电通知(S132A:是),则对使用了相位差的调整部130A的驱动进行再开,并且将开关180A的连接目标切换到电池220A,将切换的情况通知给送电器10(步骤S133A)。同样,受电器101B若判定为从送电器10接收到正式送电通知(S132B:是),则对使用了相位差的调整部130B的驱动进行再开,并且将开关180B的连接目标切换到电池220B,将切换的情况通知给送电器10(步骤S133B)。
送电器10开始正式送电(步骤S134)。
受电器101A对电池220A是充满电、或者还是由利用者进行的充电的停止操作进行判定(步骤S135A)。同样,受电器101B对电池220B是充满电、或者还是由利用者进行的充电的停止操作进行判定(步骤S135B)。
受电器101A若判定为既不是充满电也不是充电的停止操作(S135A:否),则对是否需要相位差的再调整进行判定(步骤S136A)。
例如,在受电器101B充满电、或者由于充电的停止操作而处于未充电的状态时,需要对受电器101A的相位差进行再调整。因此,送电器10在后述的步骤S139中,判定为受电器101B的充电结束、或者充电停止,并且受电器101A从送电器10接收到受电器101B的充电结束、或者充电停止的通知的情况下,受电器101A判定为需要相位差的再调整。
受电器101B若判定为既不是充满电也不是充电的停止操作(S135B:否),则对是否需要相位差的再调整进行判定(步骤S136B)。
例如,在受电器101A充满电、或者由于充电的停止操作而处于未充电的状态的情况下,需要对受电器101B的相位差进行再调整。因此,送电器10在后述的步骤S139中,判定为受电器101A的充电结束、或者充电停止,并且受电器101B从送电器10接收到受电器101A的充电结束、或者充电停止的通知的情况下,受电器101B判定为需要相位差的再调整。
受电器101A若判定为是电池220A的充满电、或者充电的停止操作(S135A:是),则将是充电结束、或者停止操作的情况通知给送电器10。由此,受电器101A结束处理。
同样,受电器101B若判定为是电池220B的充满电、或者充电的停止操作(S135B:是),则将是充电结束、或者停止操作的情况通知给送电器10。由此,受电器101A结束处理。
送电器10在受电器101A或者101B中,对是否存在充电结束、或者停止操作进行判定(步骤S137)。送电器10基于来自受电器101A或者101B的表示充电结束、或者停止操作的通知的有无,进行步骤S137的判定。此外,步骤137的判定被反复执行直到存在来自受电器101A或者101B的充电结束、或者停止操作的通知。
受电器101A若将电池220A的充满电、或者进行了充电的停止操作的情况通知给送电器10,则将调整部130A的开关131X及131Y设为闭合(步骤S138A)。由此,受电器101A成为不受电的状态。同样,受电器101B在将电池220B的充满电、或者进行了充电的停止操作的情况通知给送电器10时,将调整部130B的开关131X及131Y设为闭合(步骤S138B)。由此,受电器101B成为不受电的状态。
送电器10在判定为存在来自受电器101A或者101B的表示充电结束(充满电)、或者停止操作的通知(S137:是)时,若对受电器101A以及101B这两者的充电是结束、或者还是充电被停止进行判定(步骤S139)的受电器101A以及101B中的一方的充电未结束或者未停止,则需要继续送电。
送电器10在判定为受电器101A以及101B中的一方的充电未结束或者未停止时(S139:否),使流程返回步骤S121。因为要再次对相位差进行设定来进行送电。
另外,送电器10在判定为受电器101A的充电结束、或者充电已停止的情况下,将受电器101A的充电结束、或者充电已停止的情况通知给受电器101B。同样,送电器10在判定为受电器101B的充电结束、或者充电已停止的情况下,将受电器101B的充电结束、或者充电已停止的情况通知给受电器101A。
送电器10若判定为受电器101A以及101B这两方的充电已结束、或者充电已停止(S139:是),则结束处理。
以上,由送电器10对受电器101A以及101B的送电处理结束。
此外,以上,虽对2个受电器101A以及101B从送电器10受电时决定相位差的形态进行了说明,但在3个以上的受电器从送电器10受电的情况下也能够同样地决定相位差。例如,在受电器是3个的情况下,在步骤S115B结束后,通过相对于第3个受电器进行与步骤111、S112A、S113A、S114、S115A以及S116相同的步骤,送电器10获得第3个受电器的受电电力和额定输出即可。
而且,在决定3个受电器的相位差,并对受电电力是否在目标范围内进行判定之后,进行正式送电即可。受电器是4个以上的情况也是同样。
以上,根据实施方式2,能够提供能够改善电力供给量的平衡的受电器101A或者101B。另外,根据实施方式2,能够提供能够改善电力供给量的平衡的电力传送系统。
另外,在实施方式2中,在决定受电器101A以及101B的相位差时,进行步骤S121~S126的测试送电的处理。而且,在测试送电的结果是受电器101A以及101B的受电电力不在目标范围内的情况下,对相位差进行再调整从而求出能够进一步改善受电平衡的相位差。
因此,根据实施方式2,能够提供进一步改善了电力供给量的平衡的受电器101A或者101B。
<实施方式3>
图22是表示实施方式3中的送电器10和N个受电器101-1、101-2…101-N的图。图23是表示实施方式3的相位差和送电输出P的决定处理的流程图。图24是表示实施方式3中使用的表形式的数据的图。
在实施方式3中,对在从一个送电器10向N个受电器101-1、101-2…101-N传送电力的情况下,决定对受电器101-1~101-N的调整部130进行驱动的驱动信号的相位差的方法进行说明。
这里,N是任意的整数,只要是2以上的整数即可。
受电器101-1~101-N的各个具有与实施方式2的受电器101A以及101B相同的构成。另外,对受电器101-1~101-N分别与DC-DC转换器210和电池220连接的情况进行说明。
以下,表示受电电力、相位差等的数据,在受电器101-1~101-N的控制部150与接收器10的控制部15之间通信。控制部150与控制部15之间的通信,在天线170与天线16之间进行(参照图9)。
在实施方式3中,具体而言,按照以下那样的步骤来决定对受电器101-1~101-N各自所包含的调整部130进行驱动的驱动信号的相位差。
首先,送电器10向受电器101-1~101-N的各个独立地传送电力P0(步骤S201)。另外,受电器101-1~101-N若分别接受电力P0,则将表示受电电力PK(K=1~N)、电池220的额定输出PBK(K=1~N)的数据向送电器10发送。
接下来,送电器10接收表示受电电力PK(K=1~N)、和电池220的额定输出PBK(K=1~N)的数据(步骤S202)。
受电电力PK在受电器101-1~101-N的内部,通过将开关180连接于虚设电阻器190而被测定。额定输出PBK是与受电器101-1~101-N的各个连接的电池220的额定输出。表示电池220的额定输出的数据由受电器101-1~101-N各自的控制部150保存于内部存储器。
电力的传送相对于受电器101-1~101-N的各个,是1对1地进行,因此送电器10进行N次送电。此外,送电器10向受电器101-1~101-N的各个传送的电力P0,对于受电器101-1~101-N的各个来说是相等的。
接下来,送电器10针对受电器101-1~101-N的各个,求出额定输出PBK(K=1~N)相对于受电电力PK(K=1~N)之比XK(K=1~N)(步骤S203)。用XK=PBK/PK来求出。
接下来,送电器10求出比XK中的最大值XS,针对受电器101-1~101-N的每一个,求出比XK与最大值XS之比YK(K=1~N)(步骤S204)。通过YK=XK/XS来求出。
接下来,送电器10求出受电器101-1~101-N的受电电力成为Y1~YN倍那样的相位差D1~DN(步骤S205)。求出成为Y1~YN倍那样的相位差D1~DN例如使用图24所示那样的表形式的数据即可。
图24所示的表形式的数据是将比Y1~YN的组合与相位差D1~DN的组合相关联的数据。比Y1~YN的组合中存在Ya1、Ya2…YaN、Yb1、Yb2…YbN等。相位差D1~DN的值的组合中存在Da1、Da2…DaN、Db1、Db2…DbN等。
比Y1~YN的组合Ya1、Ya2…YaN分别与相位差D1~DN的组合Da1、Da2…DaN相关联。比Y1~YN的组合Yb1、Yb2…YbN分别与相位差D1~DN的组合Db1、Db2…DbN相关联。
准备多个这样的将比Y1~YN的组合与相位差D1~DN的组合相关联的数据,在步骤S204中根据图24所示的表形式的数据求出与针对受电器101-1~101-N而求出的比Y1~YN对应的相位差D1~DN即可。
此外,在图24所示的表形式的数据中不存在步骤S204中针对受电器101-1~101-N而求出的比Y1~YN的组合的情况下,使用与和在步骤S204中求出的比Y1~YN相近的比Y1~YN相关联的相位差D1~DN即可。另外,这样在图24所示的数据中不存在在步骤S204中求出的比Y1~YN的组合的情况下,通过插补处理等求出与在步骤S204中求出的比Y1~YN的组合相近的比Y1~YN,从而使用相位差D1~DN即可。
另外,这里虽对使用图24所示的表形式的数据而求出相位差D1~DN的形态进行了说明,但例如也可根据比Y1~YN的值,对相位差D1~DN进行运算。比Y1~YN的值是在比XK为最大值XS的情况下成为1,而在其他的情况下小于1的值。因此,比Y1~YN的值越大,则需要的受电电量越多。因此,比Y1~YN的值越大则将相位差D1~DN设定为越大,比Y1~YN的值越小则将相位差D1~DN设定为越小。
接下来,送电器10向受电器101-1~101-N发送表示相位差D1~DN的数据(步骤S206)。
最后,送电器10以下式来设定送电输出P(步骤S207)。
[数1]
以上,相位差D1~DN和送电输出P的设定结束。
以上,根据实施方式3,能够提供能够改善电力供给量的平衡的受电器101-1~101-N。另外,根据实施方式3,能够提供能够改善电力供给量的平衡的电力传送系统(受电器101-1~101-N以及送电器10)。
以上,对本发明例示的实施方式的受电器、以及电力传送系统进行了说明,但本发明并不限于具体公开的实施方式,在没有脱离技术方案的范围内能够进行各种的变形、变更。
附图标记的说明
10 送电器
11 初级侧线圈
12 初级侧共振线圈
13 整合电路
14 电容器
15 控制部
100、100A、100B、101、101-1~101-N、103 受电器
110、110A、110B 次级侧共振线圈
120、121、122、123、124 整流电路
130、130A、130B 调整部
131X、131Y 开关
132X、132Y 二极管
133X、133Y 电容器
134X、134Y 端子
140、140A、140B 平滑电容器
150、150A、150B 控制部
160X、160Y 输出端子
170A、170B 天线
180 开关
190 虚设电阻器
200A、200B 电子设备
210、210A、210B DC-DC转换器
220、220A、220B 电池
500 电力传送系统

Claims (11)

1.一种受电器,其中,具有:
次级侧共振线圈,该次级侧共振线圈具有共振线圈部,并通过在与初级侧共振线圈之间产生的磁场共振从上述初级侧共振线圈接受电力;
电容器,其被串联插入上述次级侧共振线圈的上述共振线圈部;
被并联连接于上述电容器的第1开关以及第2开关的串联电路;
第1整流元件,其被并联连接于上述第1开关,具有第1整流方向;
第2整流元件,其被并联连接于上述第2开关,具有与上述第1整流方向相反的第2整流方向;
检测部,其对被供给至上述次级侧共振线圈的电源的电压波形或者电流波形进行检测;以及
控制部,其通过对上述检测部检测出的电压波形或者电流波形与第1信号以及第2信号的相位差进行调整,从而调整上述次级侧共振线圈接受的电力量,上述第1信号是对上述第1开关的闭合/断开进行切换的信号,上述第2信号是对上述第2开关的闭合/断开进行切换的信号。
2.根据权利要求2所述的受电器,其中,
上述控制部通过对上述相位差进行调整,来调整在上述共振线圈部中不产生共振的状态相对于在上述共振线圈部中产生上述共振的状态的比例,从而对上述次级侧共振线圈接受的电力量进行调整。
3.根据权利要求2所述的受电器,其中,
上述次级侧共振线圈还具有被分别设置于上述共振线圈部的两端的第1端子以及第2端子,
上述第1整流元件以及上述第2整流元件分别具有第1电流输入端子以及第2电流输入端子,上述第1整流元件以及上述第2整流元件在连接上述第1电流输入端子以及上述第2电流输入端子的状态下,分别被并联连接于上述第1开关以及上述第2开关,
在上述共振线圈部中电流从上述第1端子朝向上述第2端子流动时,上述控制部将上述第1开关设为断开并将上述第2开关设为闭合,并且,在上述共振线圈部中电流从上述第2端子朝向上述第1端子流动时,上述控制部将上述第1开关设为闭合并将上述第2开关设为断开,从而使上述共振线圈部产生基于磁场共振的共振。
4.根据权利要求3所述的受电器,其中,
在上述共振线圈部中电流从上述第1端子朝向上述第2端子流动时,上述控制部将上述第1开关设为闭合并将上述第2开关设为断开或者闭合,并且,在上述共振线圈部中电流从上述第2端子朝向上述第1端子流动时,上述控制部将上述第1开关设为断开或者闭合并将上述第2开关设为闭合,从而使上述共振线圈部产生不发生基于磁场共振的共振的状态。
5.权利要求1至4中任一项所述的受电器,其中,
还具有接收对上述初级侧共振线圈供给电力的电源的电压波形或者电流波形的通信部,
上述检测部基于上述通信部接收的对上述初级侧共振线圈供给电力的电源的电压波形或者电流波形,来对被供给至上述次级侧共振线圈的电源的电压波形或者电流波形进行检测。
6.权利要求1至4中任一项所述的受电器,其中,
上述检测部检测对上述次级侧共振线圈供给的电力的电压波形或者电流波形。
7.根据权利要求2所述的受电器,其中,
上述第1整流元件以及上述第2整流元件分别具有第1电流输出端子以及第2电流输出端子,上述第1整流元件以及上述第2整流元件在与上述第1电流输出端子以及上述第2电流输出端子连接的状态下,被分别并联连接于上述第1开关以及上述第2开关,
在上述共振线圈部中电流从上述第1端子朝向上述第2端子流动时,上述控制部将上述第1开关设为闭合并将上述第2开关设为断开,并且,在上述共振线圈部中电流从上述第2端子朝向上述第1端子流动时,上述控制部将上述第1开关设为断开并将上述第2开关设为闭合,从而使上述共振线圈部产生基于磁场共振的共振。
8.根据权利要求7所述的受电器,其中,
在上述共振线圈部中电流从上述第1端子朝向上述第2端子流动时,上述控制部将上述第1开关设为断开或者闭合并将上述第2开关设为闭合,并且,在上述共振线圈部中电流从上述第2端子朝向上述第1端子流动时,上述控制部将上述第1开关设为闭合并将上述第2开关设为断开或者闭合,从而使上述共振线圈部产生不发生基于磁场共振的共振的状态。
9.权利要求1至8中任一项所述的受电器,其中,还具有:
整流电路,其被连接于上述第1端子以及上述第2端子,对从上述次级侧共振线圈输入的交流电力进行整流;
平滑电路,其被连接于上述整流电路的输出侧;以及
一对输出端子,其被连接于上述平滑电路的输出侧。
10.一种电力传送系统,其包含具有初级侧共振线圈的送电器、以及从上述送电器接受电力的第1受电器,其中,
上述第1受电器具有:
第1次级侧共振线圈,该第1次级侧共振线圈具有共振线圈部、并通过在与初级侧共振线圈之间产生的磁场共振从上述初级侧共振线圈接受电力;
电容器,其被串联插入上述第1次级侧共振线圈的上述共振线圈部;
被并联连接于上述电容器的第1开关以及第2开关的串联电路;
第1整流元件,其被并联连接于上述第1开关,具有第1整流方向;
第2整流元件,其被并联连接于上述第2开关,具有与上述第1整流方向相反的第2整流方向;
检测部,其对被供给至上述次级侧共振线圈的电源的电压波形或者电流波形进行检测;以及
控制部,其通过对上述检测部检测出的电压波形或者电流波形与第1信号以及第2信号的相位差进行调整,从而调整上述第1次级侧共振线圈接受的电力量,上述第1信号是对上述第1开关的闭合/断开进行切换的信号,上述第2信号是对上述第2开关的闭合/断开进行切换的信号。
11.根据权利要求10所述的电力传送系统,其中,
还包含第2受电器,该第2受电器具有第2次级侧共振线圈,并从上述送电器接受电力,
基于上述第1次级侧共振线圈的第1受电效率、被连接于上述一对输出端子的第1负载的第1额定输出、上述第2次级侧共振线圈的第2受电效率、以及被从上述第2受电器供给电力的第2负载的第2额定输出来设定上述相位差,
上述控制部将与切换上述第2开关的闭合/断开的第2信号的相位差调整为上述被设定的相位差。
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