CN107343386A - 受电器以及电力传送系统 - Google Patents

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CN107343386A CN201580076375.9A CN201580076375A CN107343386A CN 107343386 A CN107343386 A CN 107343386A CN 201580076375 A CN201580076375 A CN 201580076375A CN 107343386 A CN107343386 A CN 107343386A
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Abstract

本发明提供能够调整受电效率的受电器和电力传送系统。受电器包括:具有谐振线圈部并通过与初级侧谐振线圈之间产生的磁场共振而接受电力的次级侧谐振线圈;被串联插入至次级侧谐振线圈的电容器;与电容器并联连接的第一以及第二开关的串联电路;与第一开关并联连接的第一整流元件;与第二开关并联连接并具有与第一整流元件相反的整流方向的第二整流元件;对与供电频率同一频率的电压波形或者电流波形进行检测的单元;以及通过在将检测部检测出的电压波形或者电流波形与切换第一开关的接通/断开的第一信号以及切换第二开关的接通/断开的第二信号的相位差调整为规定的相位差的状态下,调整第一开关以及第二开关都接通的期间的长度,从而调整次级侧谐振线圈接受的电力量的控制部。

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,有一种非接触受电装置,该非接触受电装置具备从供电源的共振元件通过共振而以非接触方式接受交流电力的供给的共振元件、从上述共振元件通过电磁感应接受交流电力的供给的激励元件、从来自上述激励元件的交流电力生成直流电力并输出的整流电路以及切换向上述整流电路的交流电力的供给/非供给的切换电路(例如参照专利文献1)。
专利文献1:日本特开2011-019291号公报
另外,以往的非接触受电装置(受电器)没有考虑共振元件传送向受电器供给的电力时的受电效率。如果能够调整受电效率,则能够在供电器与受电器之间高效地传送电力。
发明内容
因此,目的在于提供能够调整受电效率的受电器以及电力传送系统。
本发明的实施方式的受电器包括:次级侧谐振线圈,具有谐振线圈部,并通过与初级侧谐振线圈之间产生的磁场共振从上述初级侧谐振线圈接受电力;电容器,被串联插入至上述次级侧谐振线圈的上述谐振线圈部;第一开关以及第二开关的串联电路,与上述电容器并联连接;第一整流元件,与上述第一开关并联连接,并具有第一整流方向;第二整流元件,与上述第二开关并联连接,并具有与上述第一整流方向相反的第二整流方向;检测部,对向上述次级侧谐振线圈供给的电力的电压波形或者电流波形进行检测;以及控制部,通过在将上述检测部检测出的电压波形或者电流波形与切换上述第一开关的接通/断开的第一信号以及切换上述第二开关的接通/断开的第二信号的相位差调整为规定的相位差的状态下,调整上述第一开关以及上述第二开关都接通的期间的长度,从而调整上述次级侧谐振线圈接受的电力量。
能够提供可调整受电效率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是表示从供电器10对电子设备40A、40B通过磁场共振传送电力的状态的图。
图3是表示从供电器10对电子设备40B1、40B2通过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和供电装置80的图。
图5是表示控制部150的内部结构的图。
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是表示次级侧谐振线圈110所产生的交流电压、和驱动信号所包含的2个时钟的图。
图8表示受电效率相对于相位差的特性的模拟结果的图。
图9是表示受电效率相对于驱动信号的占空比的特性的模拟结果的图。
图10是表示使用了实施方式1的电力传送系统500的供电装置80和电子设备200A以及200B的图。
图11是表示驱动信号的相位差与受电器100A以及100B的受电电力量的关系的图。
图12是表示驱动信号的占空比与受电器100A以及100B的受电效率的关系的图。
图13是表示供电器10、受电器100A以及100B为了设定占空比而执行的处理的任务图。
图14是表示供电装置80、电子设备200A以及200B的等效电路的图。
图15是表示将占空比和互感MTA与互感MTB的关系建立关联的表格数据的图。
图16是将互感MTA、MTB和受电效率建立关联的表格数据。
图17是表示实施方式1的供电器10求出受电器100A或者100B的占空比的方法的流程图。
图18是表示实施方式1的变形例的调整部130V的图。
图19是表示电容器115以及调整部130V中的电流路径的图。
图20是表示实施方式2的受电器101和供电装置80的图。
图21是表示实施方式2的受电器101A、101B和供电器10为了设定占空比而执行的处理的任务图。
图22是表示实施方式2的受电器101A、101B和供电器10为了设定占空比而执行的处理的任务图。
图23是表示实施方式2的受电器101A、101B和供电器10为了设定占空比而执行的处理的任务图。
图24是表示实施方式3中的供电器10和N个受电器101-1、101-2、…、101-N的图。
图25是表示根据实施方式3的占空比和供电输出P的决定处理的流程图。
图26是表示实施方式3所使用的表格形式的数据的图。
具体实施方式
以下,对应用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包括交流电源1、初级侧(供电侧)的供电器10、以及次级侧(受电侧)的受电器20。电力传送系统50可以包括多个供电器10以及受电器20。
供电器10具有初级侧线圈11和初级侧谐振线圈12。受电器20具有次级侧谐振线圈21和次级侧线圈22。次级侧线圈22连接负载装置30。
如图1所示,供电器10以及受电器20通过初级侧谐振线圈(LC谐振器)12与受电谐振线圈(LC谐振器)21之间的磁场共振(磁场谐振)从供电器10向受电器20进行能量(电力)的传送。此处,从初级侧谐振线圈12向次级侧谐振线圈21的电力传送不仅通过磁场共振也可以通过电场谐振(电场共振)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为6.78MHz,初级侧谐振线圈12和次级侧谐振线圈21的谐振频率为6.78MHz的情况进行说明。
此外,从初级侧线圈11向初级侧谐振线圈12的电力传送利用电磁感应来进行,另外,从次级侧谐振线圈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,图1示出电力传送系统50包括次级侧线圈22的方式,但电力传送系统50可以不包括次级侧线圈22,此时,次级侧谐振线圈21直接连接负载装置30即可。
图2是表示从供电器10对电子设备40A、40B通过磁场共振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,并分别内置受电器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)除去次级侧线圈22的结构。即,受电器20A以及20B具有次级侧谐振线圈21。此外,在图2中简单示出供电器10,但供电器10与交流电源1(参照图1)连接。
在图2中,电子设备40A、40B被配置在距离供电器10相互相等的距离的位置上,各自内置的受电器20A以及20B通过磁场共振从供电器10在非接触的状态下同时接受电力。
此处作为一个例子,假设在图2所示的状态下,内置在电子设备40A中的受电器20A的受电效率为40%,内置在电子设备40B中的受电器20B的受电效率为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与交流电源1连接的初级侧线圈11传送的电力的比率表示。此外,在供电器10不包括初级侧线圈11而在交流电源1直接连接初级侧谐振线圈12的情况下,代替从初级侧线圈11传送的电力而使用从初级侧谐振线圈12传送的电力来求出受电电力即可。另外,在受电器20A以及20B不包括次级侧线圈22的情况下,代替次级侧线圈22接受的电力而使用次级侧谐振线圈21接受的电力来求出受电电力即可。
受电器20A以及20B的受电效率由供电器10、受电器20A以及20B的线圈规格、各个之间的距离/姿势而决定。在图2中,受电器20A以及20B的结构相同,被配置在距离供电器10相互相等的距离/姿势的位置上,所以受电器20A以及20B的受电效率相互相等,作为一个例子,为40%。
另外,假设电子设备40A的额定输出为10W,电子设备40B的额定输出为5W。
在这种情况下,从供电器10的初级侧谐振线圈12(参照图1)传送的电力变为18.75W。18.75W通过(10W+5W)/(40%+40%)来求出。
另外,若从供电器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合计接收15W的电力,由于受电器20A以及20B均等地接受电力,所以分别接受7.5W的电力。
结果是电子设备40A的电力缺少2.5W,电子设备40B的电力多余2.5W。
即,即使从供电器10对电子设备40A以及40B传送18.75W的电力,电子设备40A以及40B也不能够平衡良好地受电。换言之,电子设备40A以及40B同时受电时的电力的供给平衡较差。
图3是表示从供电器10对电子设备40B1、40B2通过磁场共振传送电力的状态的图。
电子设备40B1、40B2为相同类型的智能手机,分别内置有受电器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具有次级侧谐振线圈21。此外,在图3中,简单地示出供电器10,但供电器10与交流电源1(参照图1)连接。
在图3中,电子设备40B1以及40B2相对于供电器10的角度(姿势)相同,但电子设备40B1被配置在与电子设备40B2相比距离供电器10较远的位置上。电子设备40B1、40B2分别内置的受电器20B1以及20B2通过磁场共振从供电器10在非接触的状态下同时接受电力。
此处作为一个例子,假设在图3所示的状态下,内置在电子设备40B1中的受电器20B1的受电效率为35%,内置在电子设备40B2中的受电器20B2的受电效率为45%。
此处,由于电子设备40B1以及40B2相对于供电器10的角度(姿势)相等,所以受电器20B1以及20B2的受电效率由受电器20B1以及20B2的各个与供电器10之间的距离决定。因此,在图3中,受电器20B1的受电效率低于受电器20B2的受电效率。此外,电子设备40B1以及40B2的额定输出都为5W。
在这种情况下,从供电器10的初级侧谐振线圈12(参照图1)传送的电力变为12.5W。12.5W通过(5W+5W)/(35%+45%)来求出。
另外,若从供电器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合计接收10W的电力。另外,在图3中,由于受电器20B1的受电效率为35%,受电器20B2的受电效率为45%,所以受电器20B1约接受4.4W的电力,受电器20B2约接受5.6W的电力。
结果是电子设备40B1的电力缺少约0.6W,电子设备40B2的电力多余0.6W。
即,即使从供电器10对电子设备40B1以及40B2传送12.5W的电力,电子设备40B1以及40B2也不能够平衡良好地受电。换言之,电子设备40B1以及40B2同时受电时的电力的供给平衡较差(有改善的余地)。
此外,此处针对电子设备40B1以及40B2相对于供电器10的角度(姿势)相同且电子设备40B1以及40B2距离供电器10的距离不同的情况下的电力的供给平衡进行了说明。
然而,由于受电效率由供电器10与受电器20B1以及20B2之间的距离和角度(姿势)决定,所以在图3所示的位置关系中如果电子设备40B1以及40B2的角度(姿势)不同,则受电器20B1以及20B2的受电效率变为与上述的35%以及45%不同的值。
另外,即使电子设备40B1以及40B2距离供电器10的距离相等,但如果电子设备40B1以及40B2相对于供电器10的角度(姿势)不同,则受电器20B1以及20B2的受电效率变为相互不同的值。
以上,如图2所示,在从供电器10对额定输出相互不同的电子设备40A、40B通过磁场共振同时传送电力时,电子设备40A以及40B较难平衡良好地受电。
另外,如图3所示,即使电子设备40B1以及40B2的额定输出相互相等,但如果电子设备40B1以及40B2相对于供电器10的角度(姿势)不同,则受电器20B1以及20B2的受电效率相互不同,所以电子设备40B1以及40B2较难平衡良好地受电。
另外,在图2以及图3中,对电子设备40A以及40B与电子设备40B1以及40B2分别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时地分别受电。
然而,在多个电子设备分时地分别受电的情况下,由于在各个电子设备受电的期间,其它电子设备无法受电,所以产生全部电子设备的受电完成花费时间这一问题。
接下来,使用图4~图10,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和供电装置80的图。供电装置80包括交流电源1和供电器10。交流电源1和供电器10与图1所示的相同,但在图4中示出更具体的结构。
供电装置80包括交流电源1和供电器10。
供电器10具有初级侧线圈11、初级侧谐振线圈12、匹配电路13、电容器14、控制部15以及天线16。
受电器100包括次级侧谐振线圈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160V、输出端子160X、160Y以及天线170。在输出端子160X、160Y连接有DC-DC转换器210,在DC-DC转换器210的输出侧连接有电池220。
首先,对供电器10进行说明。如图4所示,初级侧线圈11为环状的线圈,在两端间经由匹配电路13连接于交流电源1。初级侧线圈11与初级侧谐振线圈12以非接触的方式接近地配置,并与初级侧谐振线圈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谐振线圈12的中心轴一致。使中心轴一致是为了提高初级侧线圈11与初级侧谐振线圈12的耦合强度,并且抑制磁通的泄露,抑制在初级侧线圈11以及初级侧谐振线圈12的周围产生不必要的电磁场。
初级侧线圈11通过从交流电源1经过匹配电路13供给的交流电力来产生磁场,并通过电磁感应(相互感应)将电力供电至初级侧谐振线圈12。
如图4所示,初级侧谐振线圈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电磁场耦合。另外,初级侧谐振线圈12被设计为具有规定的谐振频率并具有较高的Q值。初级侧谐振线圈12的谐振频率被设定为与次级侧谐振线圈110的谐振频率相等。在初级侧谐振线圈12的两端之间串联连接用于调整谐振频率的电容器14。
初级侧谐振线圈12的谐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。初级侧谐振线圈12的谐振频率由初级侧谐振线圈12的电感、和电容器14的静电电容而决定。因此,初级侧谐振线圈12的电感和电容器14的静电电容被设定为初级侧谐振线圈12的谐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。
匹配电路13是为了取得初级侧线圈11与交流电源1的阻抗匹配而被插入的,包括电感器L和电容器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,内置对输出电力进行放大的放大器。交流电源1例如输出数百kHz~数十MHz左右的高频的交流电力。
电容器14是串联插入到初级侧谐振线圈12的两端之间的可变电容型的电容器。电容器14是为了调整初级侧谐振线圈12的谐振频率而设置的,静电电容由控制部15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。
如以上那样的供电装置80将从交流电源1供给给初级侧线圈11的交流电力通过磁感应供电至初级侧谐振线圈12,从初级侧谐振线圈12通过磁场共振将电力供电至受电器100的次级侧谐振线圈110。
接下来,对受电器100所包含的次级侧谐振线圈110进行说明。此处,作为一个例子,对谐振频率为6.78MHz的方式进行说明。
次级侧谐振线圈110被设计为具有与初级侧谐振线圈12相同的谐振频率并具有较高的Q值。次级侧谐振线圈110具有谐振线圈部111、和端子112X、112Y。此处,谐振线圈部111实质上是次级侧谐振线圈110本身,但此处,将在谐振线圈部111的两端设置有端子112X、112Y的结构作为次级侧谐振线圈110来对待。
在谐振线圈部111被串联插入于用于调整谐振频率的电容器115。另外,在电容器115并联连接调整部130。另外,在谐振线圈部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分别为第一端子以及第二端子的一个例子。
次级侧谐振线圈110不经由次级侧线圈而与整流电路120连接。次级侧谐振线圈110在通过调整部130成为能够产生谐振的状态时,将从供电器10的初级侧谐振线圈12通过磁场共振供电的交流电力输出给整流电路120。
电容器115是为了调整次级侧谐振线圈110的谐振频率而被串联插入到谐振线圈部111。电容器115具有端子115X以及115Y。在电容器115并联连接调整部130。
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量。电压计116对次级侧谐振线圈110接受的交流电力的电压进行检测,并将表示电压的信号传送给控制部150。由电压计116测量的交流电压被用于取得驱动开关131X以及131Y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呈桥状连接,对从次级侧谐振线圈110输入的电力进行全波整流并输出。
调整部130在次级侧谐振线圈110的谐振线圈部111中与电容器115并联连接。
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分别为第一开关以及第二开关的一个例子。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,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相反方向的方式连接。
此外,二极管132X以及132Y分别为第一整流元件以及第二整流元件的一个例子。另外,调整部130可以不包括电容器133X以及133Y。
作为开关131X、二极管132X以及电容器133X,例如能够使用FET(Field EffectTransistor:场效应晶体管)。P沟道型或者N沟道型的FET的漏极-源极间的体二极管被连接为具有二极管132X那样的整流方向即可。在使用N沟道型的FET的情况下,源极为二极管132X的阳极,漏极为二极管132X的阴极。
另外,开关131X通过将从控制部150输出的驱动信号输入给栅极来切换漏极-源极间的连接状态而实现。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,作为开关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-源极间的体二极管被连接为具有二极管132B那样的整流方向即可。在使用N沟道型的FET的情况下,源极为二极管132Y的阳极,漏极为二极管132Y的阴极。
另外,开关131Y通过将从控制部150输出的驱动信号输入给栅极来切换漏极-源极间的连接状态而实现。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,也可以通过使开关、二极管以及电容器并联连接来实现。这对于开关131Y、二极管132Y以及电容器133Y也是同样的。
开关131X和131Y以相互相反相位切换接通/断开。在开关131X断开且开关131Y接通时,在调整部130内谐振电流从端子134X经过电容器133X以及开关131Y向端子134Y的方向流动,并且电容器115中变为谐振电流能够从端子115X向端子115Y流动的状态。即,在图4中,在次级侧谐振线圈110中变为谐振电流能够沿顺时针方向流动的状态。
另外,在开关131X接通且开关131Y断开时,在调整部130内产生从端子134X经过开关131X以及二极管132Y向端子134Y的电流路径。由于该电流路径与电容器115并联,所以在电容器115中不流动电流。
因此,若从使开关131X断开且开关131Y接通,在次级侧谐振线圈110中谐振电流沿顺时针的方向流动的状态被切换为开关131X接通且开关131Y断开的状态,则不产生谐振电流。这是因为电流路径不包括电容器。
另外,在开关131X接通且开关131Y断开时,在调整部130内,在谐振电流从端子134Y经过电容器133Y以及开关131X向端子134X的方向流动,并且在电容器115中变为谐振电流能够从端子115Y向端子115X流动的状态。即,在图4中,在次级侧谐振线圈110中变为谐振电流能够沿逆时针方向流动的状态。
另外,在开关131X断开且开关131Y接通时,在调整部130内产生从端子134Y经过开关131Y以及二极管132X向端子134X的电流路径。由于该电流路径与电容器115并联,所以在电容器115中不流动电流。
因此,若从使开关131X接通且开关131Y断开,在次级侧谐振线圈110中谐振电流沿逆时针方向流动的状态被切换为开关131X断开且开关131Y接通的状态,则不产生谐振电流。这是因为电流路径不包括电容器。
调整部130通过如上述那样切换开关131X以及131Y来切换能够产生谐振电流的状态以及不产生谐振电流的状态。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谐振线圈110受电的交流频率。
开关131X以及131Y以如上述那样的较高的频率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,对于驱动信号和调整部130的动作,使用图6来后述。
平滑电容器140与整流电路120的输出侧连接,对被整流电路120进行了全波整流的电力进行平滑化并作为直流电力而输出。在平滑电容器140的输出侧连接输出端子160X、160Y。被整流电路120进行了全波整流的电力由于使交流电力的负成分反转为正成分而大致作为交流电力来对待,但通过使用平滑电容器140,即使在进行了全波整流的电力包含波动那样的情况下,也能够获得稳定的直流电力。
此外,将平滑电容器140的上侧的端子和输出端子160X连结的线路为高电压侧的线路,将平滑电容器140的下侧的端子和输出端子160Y连结的线路为低电压侧的线路。
控制部150在内部存储器中保持表示电池220的额定输出的数据。另外,根据来自供电器10的控制部15的请求,对受电器100从供电器10接受的电力(受电电力)进行测量,并将表示受电电力的数据经由天线170发送给供电器10。
另外,控制部150若从供电器10接收表示占空比的数据,则使用接收到的占空比来生成驱动信号,驱动开关131X以及131Y。此外,受电电力由控制部150基于由电压计160V测量出的电压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来求出。
此处,使用图5对控制部150进行说明。图5是表示控制部150的内部结构的图。
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、逆变器155、基准相位检测部156、占空比控制部157以及占空比设定部158。
比较器151将由电压计116检测出的交流电压与规定的基准电压Vref进行比较,并将时钟输出给PLL152。
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串联连接,并且以将VCO152C的输出反馈给相位比较器152A的方式连接。根据这样的结构,PLL152输出与从比较器151输入的信号同步的时钟。
移相电路153与PLL152的输出侧连接,基于表示从相位控制部154输入的相位差的信号的信号,将从PLL152输出的时钟的相位相对于基准的相位进行相位差分移位并输出。作为移相电路153,例如使用移相器(Phase Shifter)即可。
相位控制部154若被输入从供电器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,相位相对于基准的相位被移位了相位差分量的时钟分为两组,一组保持原样地作为时钟CLK1被输出,另一组被逆变器155反转而作为时钟CLK2被输出。时钟CLK1和CLK2为控制部150输出的控制信号。
此外,此处假设从供电器10的发送的信号表示的相位差为0度。因此,移相电路153输出相位与基准的相位相等的时钟。
基准相位检测部156通过控制移相电路153对时钟的相位进行移位的移位量来调整移相电路153输出的时钟相对于PLL152输出的时钟的相位,检测获得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而保持于内部存储器。由于受电效率变为最大的动作点是由电压计116检测出的电压值变为最大的点,所以有基准相位检测部156一边调整由移相电路153给予的相位的移位量一边检测由电压计检测出的电压值变为最大的动作点,并将该动作点中的相位作为基准的相位而保持于内部存储器。
占空比控制部157控制由占空比设定部158所设定的占空比。占空比控制部157若被输入从供电器10发送的表示占空比的信号,则将表示占空比的信号变换为占空比设定部158用的信号并输出。
占空比设定部158若从占空比控制部157被输入表示占空比的信号,则输出对从移相电路153输出的时钟的占空比进行了变更的时钟。从移相电路153输出的时钟的占空比为50%。占空比设定部158将从移相电路153输出的时钟的占空比设定为50%以上的占空比并输出。
另外,由于移相电路153输出相位与基准的相位相等的时钟,所以占空比设定部158将相位与基准的相位相等的时钟的占空比设定为50%以上的占空比并输出。
由于从移相电路153输出的时钟的占空比为50%,所以占空比设定部158输出的时钟的占空比为50%的情况是未被占空比设定部158变更占空比的情况。占空比设定部158输出的时钟的占空比大于50%的情况是被占空比设定部158变更占空比的情况。
以上那样的结构的控制部150将相位与基准的相位相等的时钟CLK1的占空比设定为50%以上的占空比并输出。时钟CLK2的相位与时钟CLK1相差180度。时钟CLK1和CLK2的占空比都相等。
此处,PLL152输出的时钟与由电压计116检测出的基于磁场共振的交流电压的相位对应。因此,对PLL152输出的时钟调整移相电路153给予的相位的移位量是通过移相电路153控制时钟的相位相对于由电压计116检测出的电压波形的移位量。
基准的相位是获得最大的受电效率的时钟CLK1和CLK2相对于交流电压的相位。将该基准的相位作为0度来对待,为了调整受电电力,而通过移相电路153调整时钟CLK1和CLK2的相位相对于基准的相位(0度)的相位差。
此处,由于不检测交流电压的相位,所以将移相电路153对获得最大的受电效率时的时钟CLK1和CLK2给予的相位的移位量作为基准的相位来对待。
此外,此处,对通过移相电路153将从PLL152输出的时钟的相位相对于由电压计116检测出的交流电压进行调整的方式进行了说明,但也可以使用电流计来代替电压计116,通过移相电路153调整时钟相对于交流电流的相位。
电压计160V连接在输出端子160X与160Y之间。电压计160V被用于计算受电器100的受电电力。如果基于由电压计160V测量出的电压V和电池220的内部电阻值R来如上述那样求出受电电力,则与测量电流来测量受电电力的情况相比,损失较少,所以是优选的测量方法。然而,受电器100的受电电力也可以通过测量电流和电压来求出。在测量电流的情况下,使用霍尔元件、磁电阻元件、检测线圈或者电阻器等来测量即可。
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。DC-DC转换器210在整流电路120的输出电压高于电池220的额定电压的情况下,将整流电路120的输出电压降压到电池220的额定电压。另外,DC-DC转换器210在整流电路120的输出电压低于电池220的额定电压的情况下,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只要是可反复充电的二次电池即可,例如能够使用锂离子电池。例如在将受电器100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为这样的电子设备的主电池。
此外,初级侧线圈11、初级侧谐振线圈12、次级侧谐振线圈110例如通过卷绕铜线而制成。然而,初级侧线圈11、初级侧谐振线圈12、次级侧谐振线圈110的材质也可以是铜以外的金属(例如金、铝等)。另外,初级侧线圈11、初级侧谐振线圈12、次级侧谐振线圈110的材质也可以不同。
在这种结构中,初级侧线圈11以及初级侧谐振线圈12为电力的供电侧,次级侧谐振线圈110为电力的受电侧。
由于通过磁场共振方式,利用初级侧谐振线圈12与次级侧谐振线圈110之间所产生的磁场共振来从供电侧向受电侧传送电力,所以与从供电侧向受电侧通过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。
磁场共振方式关于谐振线圈彼此之间的距离或者位置偏移,与电磁感应方式相比,有自由度高、位置自由这些优点。
接下来,使用图6以及图7,对利用驱动信号驱动开关131X以及131Y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同样地,将从端子134X通过电容器115或者调整部130的内部流向端子134Y的电流的方向称为顺时针(CW(Clockwise))。另外,将从端子134Y通过电容器115或者调整部130的内部流向端子134X的电流的方向称为逆时针(CCW(Counterclockwise))。
此外,在此处对时钟CLK1和CLK2的占空比都为50%的情况进行说明。
另外,此处示出开关131X以及131Y为P沟道型的FET的情况下的时钟CLK1以及CLK2。开关131X以及131Y在时钟CLK1以及CLK2为L电平时接通,在H电平时断开。
首先,在开关131X和131Y都断开,电流为顺时针(CW)的情况下,谐振电流从端子134X经过电容器133X以及二极管132Y向端子134Y的方向流动,并且谐振电流在电容器115中从端子115X向端子115Y流动。因此,在次级侧谐振线圈110中谐振电流沿顺时针的方向流动。
在开关131X和131Y都断开,电流为逆时针(CCW)的情况下,谐振电流从端子134Y经过电容器133Y以及二极管132X向端子134X的方向流动,并且在电容器115中谐振电流从端子115Y向端子115X流动。因此,在次级侧谐振线圈110中谐振电流沿逆时针的方向流动。
在开关131X接通且开关131Y断开,电流为顺时针(CW)的情况下,在调整部130内产生从端子134X经过开关131X以及二极管132Y向端子134Y的电流路径。由于该电流路径与电容器115并联,所以在电容器115中不流动电流。因此,在次级侧谐振线圈110中不流动谐振电流。此外,此时,即使将开关131Y接通,在次级侧谐振线圈110中也不流动谐振电流。
在开关131X接通且开关131Y断开,电流为逆时针(CCW)的情况下,在调整部130内,谐振电流从端子134Y经过电容器133Y以及开关131X向端子134X的方向流动,并且在电容器115中谐振电流从端子115Y向端子115X流动。因此,在次级侧谐振线圈110中谐振电流沿逆时针的方向流动。此外,在与开关131X并联的二极管132X中也流动电流。
在开关131X断开且开关131Y接通,电流为顺时针(CW)的情况下,在调整部130内,谐振电流从端子134X经过电容器133X以及开关131Y向端子134Y的方向流动,并且在电容器115中谐振电流从端子115X向端子115Y流动。因此,在次级侧谐振线圈110中谐振电流沿顺时针的方向流动。此外,在与开关131Y并联的二极管132Y中也流动电流。
在开关131X断开且开关131Y接通,电流为逆时针(CCW)的情况下,在调整部130内产生从端子134Y经过开关131Y以及二极管132X向端子134X的电流路径。由于该电流路径与电容器115并联,所以在电容器115中不流动电流。因此,在次级侧谐振线圈110中不流动谐振电流。此外,此时,即使将开关131X接通,在次级侧谐振线圈110中也不流动谐振电流。
在开关131X和131Y都接通,电流为顺时针(CW)的情况下,谐振电流从端子134X经过开关131X以及131Y向端子134Y的方向流动,并且在电容器115中不流动谐振电流。因此,在次级侧谐振线圈110中不流动谐振电流而沿顺时针的方向流动由电磁感应所引起的感应电流。
该情况下,由于与对次级侧谐振线圈110未连接电容器115、133X以及133Y的状态相同,所以次级侧谐振线圈110不作为谐振线圈发挥作用而作为感应线圈发挥作用。
在开关131X和131Y都接通,电流为逆时针(CCW)的情况下,谐振电流从端子134Y经过开关131Y以及131X向端子134X的方向流动,并且在电容器115中不流动谐振电流。因此,在次级侧谐振线圈110中不流动谐振电流而沿顺时针的方向流动由电磁感应所引起的感应电流。这与开关131X和131Y都接通且电流为顺时针(CW)的情况相同。
此外,有助于谐振电流的谐振频率的静电电容由电容器115和电容器132X或者132Y决定。因此,优选电容器132X和132Y的静电电容相等。
图7是表示次级侧谐振线圈110中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为与供电频率同一频率的波形,例如为次级侧谐振线圈110中产生的交流电压,通过电压计116(参照图4)进行检测。
交流电压V0为正且次级侧谐振线圈110产生谐振时是在次级侧谐振线圈110中从端子134X向端子134Y流动顺时针(CW)的电流时。交流电压V0为负且次级侧谐振线圈110产生谐振时是在次级侧谐振线圈110中从端子134Y向端子134X流动逆时针(CCW)的电流时。
另外,时钟CLK1、CLK2为驱动信号所包含的2个时钟。例如时钟CLK1被使用于开关131X的驱动用,时钟CLK2被使用于开关131Y的驱动用。时钟CLK1以及CLK2分别为第一信号以及第二信号的一个例子。
此外,在图7(A)、(B)中,时钟CLK1和CLK2的占空比都为50%。
在图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的频率相等,时钟CLK1的相位与交流电压V0的相位相等。此外,时钟CLK2的相位与时钟CLK1相差180度,为相反相位。
在图7(A)中,交流电压V0的周期T为频率f的倒数,频率为6.78MHz。
如图7(A)那样,对于与交流电压V0同步的时钟CLK1、CLK2,将开关131X以及131Y断开的状态下,受电器100从供电器10受电而使次级侧谐振线圈110产生谐振电流的状态下,控制部150使用PLL152来生成即可。
不对次级侧谐振线圈110中产生的交流电压(交流电压V0)的相位进行直接计测,但在使开关131X以及131Y断开的状态下,受电器100从供电器10受电而成为使次级侧谐振线圈110产生谐振电流的状态。而且,如果控制部150输出时钟CLK1、CLK2,控制部150调整时钟CLK1、CLK2的相位的移位量来求出受电电力变为最大的点,则能够获得与交流电压V0同步的时钟CLK1、CLK2。
在图7(B)中,时钟CLK1、CLK2的相位相对于交流电压V0延迟θ度。这样对于相对于交流电压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生成即可。
控制部150调整2个时钟CLK1、CLK2相对于交流电压V0的相位差来检测获得最大的受电效率的相位。获得最大的受电效率的相位是受电器100受电的电力变为最大的相位,根据2个时钟CLK1、CLK2相对于交流电压V0的相位差,在整个1周期的期间中在变为谐振状态时受电电力变为最大。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检测受电电力变为最大的相位差,并将检测出的相位差作为0度来对待。
受电电力变为最大的原因在于如图7(A)所示,时钟CLK1、CLK2的相位与交流电压V0的相位同步。
而且,控制部150基于受电电力变为最大的相位差(0度)和从供电器10接收的表示相位差的数据,通过移相电路153设定2个时钟相对于交流电压V0的相位差。
此外,此处假设从供电器10发送的信号表示的相位差为0度。因此,移相电路153输出相位与基准的相位相等的时钟。
另外,在实施方式1中,存在使时钟CLK1、CLK2的占空比比50%大的情况。图7(C)所示的时钟CLK1、CLK2为同一相位,占空比大于50%。图7(C)所示的时钟CLK1、CLK2的占空比相互相等。
此处,对图7(C)所示的期间N1、Y1、N2、Y2进行说明。
在期间N1中,由于时钟CLK1以及CLK2都为H电平,所以在次级侧谐振线圈110中不流动谐振电流。在期间Y1中,由于时钟CLK1为H电平,时钟CLK2为L电平,电流为顺时针(CW),所以在次级侧谐振线圈110中流动谐振电流。
在期间N2中,由于时钟CLK1以及CLK2都为H电平,所以在次级侧谐振线圈110中不流动谐振电流。在期间Y2中,由于时钟CLK1为L电平且时钟CLK2为H电平,电流为逆时针(CCW),所以在次级侧谐振线圈110中流动谐振电流。
接下来,使用图8,对调整了驱动信号的相位差的情况下,受电器100从供电器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。此外,此处对时钟CLK1和CLK2的占空比都为50%的情况进行说明。
横轴的相位差是2个时钟相对于将受电电力为最大的相位差作为0度时的交流电压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)向供电器10输入的电力(Pin)的比。受电效率与供电器10和受电器100之间的电力的传送效率相等。
此外,供电器10供给的电力的频率为6.78MHz,驱动信号的频率也与此相同地设定。另外,相位差为0度的状态是在谐振电流的1周期的整个期间中在次级侧谐振线圈110产生基于磁场共振的谐振,谐振电流在次级侧谐振线圈110中流动的状态。相位差变大意味在谐振电流的1周期中在次级侧谐振线圈110未产生谐振的期间的增加。因此,相位差为180度的状态理论上变为在次级侧谐振线圈110完全不流动谐振电流的状态。
如图8所示,若使相位差从0度起增大,则受电效率降低。若相位差变为约60度以上,则受电效率约小于0.1。若这样使2个时钟相对于交流电压V0的相位差变化,则在次级侧谐振线圈110中流动的谐振电流的电力量变化,从而受电效率变化。
图9是表示受电效率相对于驱动信号的占空比的特性的模拟结果的图。此外,此处对时钟CLK1和CLK2的相位与基准的相位相等的情况(相位差为0度的情况)进行说明。
横轴的占空比为时钟CLK1以及CLK2的占空比,被设定为相互相等的值。纵轴的受电效率为受电器100输出的电力(Pout)相对于交流电源1(参照图1)向供电器10输入的电力(Pin)的比。受电效率与供电器10和受电器100之间的电力的传送效率相等。
此外,供电器10供给的电力的频率为6.78MHz,驱动信号的频率也与此相同地设定。另外,将初级侧谐振线圈12和次级侧谐振线圈110的耦合率k设定为0.1,将初级侧谐振线圈12和次级侧谐振线圈110的Q值都设定为100,将初级侧谐振线圈12和次级侧谐振线圈110的电感都设定为1μH。另外,将次级侧谐振线圈110的电阻值设定为4.28Ω,将电容器133X、133Y的电容设定为100pF。此时理论上获得的最大效率为0.819。
占空比为50%的状态是在谐振电流的1周期的整个期间中在次级侧谐振线圈110产生基于磁场共振的谐振,谐振电流在次级侧谐振线圈110中流动状态。
占空比大于50%意味时钟CLK1和CLK2的H电平的区间变长,产生开关131X和131Y都接通的期间,在谐振电流的1周期中在次级侧谐振线圈110未产生谐振的期间的增加。
因此,若使占空比比50%大,则在谐振电流的1周期中在次级侧谐振线圈110未产生谐振的期间增加,所以受电效率降低。
另外,占空比小于50%意味时钟CLK1和CLK2的L电平的区间变长,产生开关131X和131Y都断开的期间。开关131X和131Y都断开的期间如图6所示,维持谐振状态。
因此,即使使占空比比50%小,与占空比为50%时同样地维持谐振状态,所以受电效率几乎没有变化。
因此,若使占空比从50%起增大,则受电效率降低。若这样使时钟CLK1和CLK的占空比变化,则在次级侧谐振线圈110中流动的谐振电流的电力量变化,由此受电效率变化。
图10是表示使用实施方式1的电力传送系统500的供电装置80和电子设备200A以及200B的图。
供电装置80与图4所示的供电装置80相同,但在图10中,将图4中的初级侧线圈11、控制部15以及天线16以外的构成要素表示为电源部10A。电源部10A集中示出了初级侧谐振线圈12、匹配电路13、电容器14。此外,也可以将交流电源1、初级侧谐振线圈12、匹配电路13、电容器14集中而体现为电源部。
天线16只要是例如Bluetooth(注册商标)那样的能够进行近距离的无线通信的天线即可。天线16被设置为用于从电子设备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,接收到的数据被输入给控制部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同样的结构。DC-DC转换器210A以及210B分别与图4所示的DC-DC转换器210同样。另外,电池220A以及220B分别与图4所示的电池220同样。
受电器100A具有次级侧谐振线圈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。次级侧谐振线圈110A是第一次级侧谐振线圈的一个例子。
次级侧谐振线圈110A、电容器115A、整流电路120A、调整部130A、平滑电容器140A、控制部150A分别与图4所示的次级侧谐振线圈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10中,简单地示出次级侧谐振线圈110A、整流电路120A、平滑电容器140A,并省略电压计160V以及输出端子160X、160Y。
受电器100B具有次级侧谐振线圈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,是其它受电器的一个例子。另外,次级侧谐振线圈110B是第二次级侧谐振线圈的一个例子。
次级侧谐振线圈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所示的次级侧谐振线圈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10中,简单地示出次级侧谐振线圈110B、整流电路120B、平滑电容器140B,并省略电压计160V以及输出端子160X、160Y。
天线170A以及170B只要是例如Bluetooth(注册商标)那样的能够进行近距离的无线通信的天线即可。天线170A以及170B被设置为用于与供电器10的天线16进行数据通信,并分别与受电器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,并且分别是第一通信部以及第二通信部的一个例子。
受电器100A的控制部150A将次级侧谐振线圈110A的受电电力和表示电池220A的额定输出的数据经由天线170A发送给供电器10。同样地,受电器100B的控制部150B将次级侧谐振线圈110B的受电电力和表示电池220B的额定输出的数据经由天线170B发送给供电器10。
电子设备200A以及200B分别能够以配置在供电装置80的附近的状态,不与供电装置80接触地对电池220A以及220B进行充电。电池220A以及220B的充电可以同时进行。
电力传送系统500由图10所示的构成要素中的供电器10、受电器100A以及100B构建。即,供电装置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。
此处,若同时进行电池220A以及220B的充电,则如使用图2以及图3所说明那样,能够产生向电子设备200A以及200B的电力的供给平衡较差的状态。
因此,供电器10为了改善电力供给的平衡,而基于次级侧谐振线圈110A的受电效率、电池220A的额定输出、次级侧谐振线圈110B的受电效率以及电池220B的额定输出来设定驱动调整部130A以及130B的驱动信号(时钟CLK1和CLK2)相对于交流电压V0的占空比。
图11是表示驱动信号的相位差与受电器100A以及100B的受电效率的关系的图。
此处,对在将驱动受电器100B的调整部130B的驱动信号的相位差固定为受电效率为最大的相位差(0度)的状态下,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为最大的相位差(0度)起变化的情况进行说明。
在图11中,横轴表示驱动受电器100A、100B的调整部130A、130B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的各个的受电效率和受电器100A以及100B的受电效率的合计值。
若在将驱动受电器100B的调整部130B的驱动信号的相位差固定为0度的状态下,使驱动受电器100A的调整部130A的驱动信号的相位差从0度起增大或者降低,则如图11所示,受电器100A的受电效率的比率降低。受电器100A的受电效率在相位差为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100B的受电效率的比率增大。
由于若这样使驱动受电器100A的调整部130A的驱动信号的相位差变化,则受电器100A的受电量减少,所以在受电器100A中流动的电流也减少。即,因相位差的变化,受电器100A的阻抗发生变化。
在使用了磁场共振的同时电力传送中,由受电器100A和100B分配通过磁场共振从供电器10向受电器100A以及100B供给的电力。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度起变化,则受电器100B的受电量增加受电器100A的受电量减少的量。
因此,如图11所示,受电器100A的受电效率的比率降低。另外,伴随于此,受电器100B的受电效率的比率增大。
若驱动受电器100A的调整部130A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的受电效率的和在驱动受电器100A的调整部130A的驱动信号的相位差为0度时约为0.85,若驱动受电器100B的调整部130A的驱动信号的相位降低到约±90度,则受电器100A以及100B的受电效率的和约变为0.8。
若这样在将驱动受电器100A的调整部130B的驱动信号的相位差固定为0度的状态下,使驱动受电器100A的调整部130A的驱动信号的相位差从0度起变化,则受电器100A的受电效率的比率降低,受电器100B的受电效率的比率增大。而且,受电器100A以及100B的受电效率的和约为0.8前后的值,没有较大地变动。
在使用磁场共振的电力传送中,由于由受电器100A和100B分配通过磁场共振从供电器10向受电器100A以及100B供给的电力,所以即使相位差发生变化,受电器100A以及100B的受电效率的和也不会较大地变动。
同样地,如果在将驱动受电器100A的调整部130A的驱动信号的相位差固定为0度的状态下,使驱动受电器100B的调整部130B的驱动信号的相位差从0度起降低,则受电器100B的受电效率的比率降低,受电器100A的受电效率的比率增大。而且,受电器100A以及100B的受电效率的和约为0.8前后的值,没有较大地变动。
因此,如果调整驱动受电器100A或者100B的调整部130A或者130B的任意一方的驱动信号的相位差,则能够调整受电器100A以及100B的受电效率的比率。
此外,在实施方式1中,假设从供电器10发送的信号表示的相位差为0度,驱动受电器100A以及100B的调整部130A以及130B的驱动信号的相位差都被设定为0度。
图12是表示驱动信号的占空比与受电器100A以及100B的受电效率的关系的图。
图12是表示驱动信号的占空比与受电器100A以及100B的受电效率的关系的图。
此处,使得成为将对驱动受电器100A和100B的调整部130A和130B的驱动信号(时钟CLK1和CLK2)给予的相位差固定为受电效率为最大的相位差(0度)的状态。
对该状态下,将受电器100B的时钟CLK1和CLK2的占空比固定为50%,使受电器100A的时钟CLK1和CLK2的占空比从50%起增大的情况进行说明。
在图12中,横轴表示受电器100A的时钟CLK1和CLK2的占空比。另外,左侧的纵轴表示受电器100A以及100B的各个的受电效率和受电器100A以及100B的受电效率的合计值。
若使受电器100A的时钟CLK1和CLK2的占空比从50%起增大,则受电器100A的受电效率的比率降低。受电器100A的受电效率在占空比为50%时最大。另外,伴随着受电器100A的受电效率的降低,受电器100B的受电效率的比率增大。
由于若使受电器100A的时钟CLK1和CLK2的占空比从50%起增大,则受电器100A的受电量减少,所以在受电器100A中流动的电流也减少。
在使用了磁场共振的同时电力传送中,由受电器100A和100B分配通过磁场共振从供电器10向受电器100A以及100B供给的电力。因此,若使驱动受电器100A的调整部130A的驱动信号的占空比从50%起增大,则受电器100B的受电量增加受电器100A的受电量减少的量。
因此,如图12所示,受电器100A的受电效率的比率降低。另外,伴随于此,受电器100B的受电效率的比率增大。
受电器100A以及100B的受电效率的和在时钟CLK1的占空比的占空比为50%时约为0.85,如时钟CLK1的占空比的占空比针增大到约90%,则受电器100A以及100B的受电效率的和变为约0.8。
若这样在将驱动受电器100A的调整部130B的驱动信号的占空比固定为50%的状态下,使驱动受电器100A的调整部130A的驱动信号的占空比从50%起增大,则受电器100A的受电效率的比率降低,受电器100B的受电效率的比率增大。而且,受电器100A以及100B的受电效率的和约为0.8前后的值,没有较大地变动。
在使用了磁场共振的电力传送中,由于由受电器100A和100B分配通过磁场共振从供电器10向受电器100A以及100B供给的电力,所以即使占空比变化,受电器100A以及100B的受电效率的和也不会较大地变动。
同样地,如果在使驱动受电器100A的调整部130A的驱动信号的占空比固定为50%的状态下,使驱动受电器100B的调整部130B的驱动信号的占空比从50%起增大,则受电器100B的受电效率的比率降低,受电器100A的受电效率的比率增大。而且,受电器100A以及100B的受电效率的和约为0.8前后的值,没有较大地变动。
因此,如果调整驱动受电器100A或者100B的调整部130A或者130B的任意一方的驱动信号的占空比,则能够调整受电器100A以及100B的受电效率的比率。
若如以上那样使驱动调整部130A或者130B的驱动信号的占空比变化,则受电器100A以及100B的次级侧谐振线圈110A以及110B的受电效率的比率改变。
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的驱动信号中的任意一方的占空比从基准的占空比(50%)起变更。
此时,使调整部130A以及130B的哪个的驱动信号的占空比从基准的占空比起变更如下那样进行判定。
首先,求出将电池220A的额定输出除以次级侧谐振线圈110A的受电效率所得的第一值、和将电池220B的额定输出除以次级侧谐振线圈110B的受电效率所得的第二值。
而且,使与第一值和第二值中任意较小的一方的受电器(100A或者100B)对应的驱动信号的占空比从50%起增大并设定为适当的占空比。
将额定输出除以受电效率所得的值表示供电器10向受电器(100A或者100B)供给的电力量(必要供电量)。必要供电量是指以受电器(100A或者100B)既不产生多余电力也不产生不足电力而能够受电的方式从供电器10供给的电力量。
因此,如果缩小向必要供电量较小的一方的受电器(100A或者100B)的电力供给量,则能够增加向必要供电量较大的一方的受电器(100A或者100B)的电力供给量。结果是能够改善向受电器100A以及100B的电力供给量的平衡。
从图12可知,若使任意一方的受电器(100A或者100B)的占空比变化,则该受电器(100A或者100B)的受电电力量降低。另外,任意另一方的受电器(100A或者100B)在占空比被固定为50%的状态下,受电电力量增大。
因此,如果使与必要供电量较小的一方的受电器(100A或者100B)对应的驱动信号的占空比从基准的占空比(50%)起变化,则能够缩小向必要供电量较小的一方的受电器(100A或者100B)的电力供给量,而能够增加向必要供电量较大的一方的受电器(100A或者100B)的电力供给量。
这样改善向受电器100A以及100B的电力供给量的平衡即可。此外,具体的占空比的设定方法后述。
接下来,使用图13,对供电器10从受电器100A以及100B得到表示受电效率和额定输出的数据的方法进行说明。
图13是表示供电器10和受电器100A以及100B为了设定占空比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10)执行。
首先,受电器100A将表示受电电力的数据发送给供电器10(步骤S1A)。同样地,受电器100B将表示受电电力的数据发送给供电器10(步骤S1B)。由此,供电器10从受电器100A以及100B接收表示受电电力的数据(步骤S1)。
对于表示受电电力的数据的发送,例如根据来自供电器10的请求,控制部150A以及150B经由天线170A以及170B进行即可。另外,使表示受电电力的数据包含识别受电器100A以及100B的标识符即可。
表示受电电力的数据如下那样获取即可。首先,从供电器10对受电器100B通过无线通信发送将调整部130B的两开关(图4的131X以及131Y)设定为接通的信号,并且从供电器10对受电器100A通过无线通信发送将调整部130A的两开关设定为断开的信号。
此处,若使调整部130B的两开关接通,则在调整部130B不产生谐振,受电器100B变为不接受电力的状态。即,受电器100B被断开。另外,若使调整部130A的两开关断开,则变为在次级侧谐振线圈110A中流动谐振电流的状态。
而且,从供电器10通过磁场共振对受电器100A供给规定的电力,由受电器100A接受电力。此时,如果将表示由受电器100A接收到的电力量的信号供电至供电器10,则在供电器10能够测量受电器100A的受电效率。
另外,为了测量受电器100B的受电效率,而从供电器10对受电器100A通过无线通信发送将调整部130A的两开关设定为接通的信号,并且从供电器10对受电器100B通过无线通信发送将调整部130B的两开关设定为断开的信号。如果从供电器10通过磁场共振向受电器100B供给规定的电力,将表示由受电器100B接收到的电力量的信号供电至供电器10,则在供电器10能够测量受电器100B的受电效率。
接下来,受电器100A将表示额定输出的数据发送给供电器10(步骤S2A)。同样地,受电器100B将表示额定输出的数据发送给供电器10(步骤S2B)。由此,供电器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预先储存在控制部150A以及150B的内部存储器中,发出表示受电效率的数据后,使得控制部150A以及150B经由天线170A以及170B发送给供电器10即可。
接下来,供电器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来运算与受电器100A以及100B对应的驱动信号的占空比(步骤S3)。任意一方的占空比是受电效率成为最大的基准的占空比(50%),另一方的占空比是与基准的占空比(50%)相比增大并被最优化的占空比。步骤S3的详细使用图17来后述。
接下来,供电器10将表示占空比和相位差的数据发送给受电器100A以及100B(步骤S4)。而且,受电器100A以及100B接收占空比和相位差(步骤S4A以及S4B)。此外,从供电器10对受电器100A以及100B发送表示0度的相位差的数据。是因为将相位差固定为0度,通过调整占空比来调整受电量。
此处,供电器10的控制部15设定为运算出占空比后,经由天线16将表示占空比的数据发送给受电器100A以及100B。
受电器100A以及100B的控制部150A以及150B对驱动信号设定占空比和相位差(步骤S5A以及S5B)。
供电器10开始供电(步骤S6)。步骤S6的处理例如在对供电器10进行了表示控制部150A以及150B完成对驱动信号设定占空比和相位差的通知时执行即可。
此外,此处对步骤S4中除了表示占空比的数据之外还将表示相位差的数据从供电器10发送给受电器100A以及100B的方式进行了说明。然而,预先在受电器100A以及100B中设定将相位差设定为0度的情况下,在步骤S4中仅将表示占空比的数据从供电器10发送给受电器100A以及100B即可。
此处使用图14以及图15,对表示受电器100A以及100B的受电效率的数据的获取方法进行说明。
图14是表示供电装置80和电子设备200A以及200B的等效电路的图。图14所示的等效电路与图10所示的供电装置80和电子设备200A以及200B对应。但是,此处,作为供电装置80不包括初级侧线圈11,在交流电源1上直接连接初级侧谐振线圈12进行说明。另外,受电器100A以及100B分别包括电压计160VA以及160VB。
在图14中,次级侧谐振线圈110A为线圈LRA和电阻器RRA,电容器115A为电容器CRA。另外,平滑电容器140A为电容器CSA,DC-DC转换器210A和电池220A为电阻器RLA
同样地,次级侧谐振线圈110B为线圈LRB和电阻器RRB,电容器115B为电容器CRB。另外,平滑电容器140B为电容器CSB,DC-DC转换器210B和电池220B为电阻器RLB
另外,供电装置80的谐振线圈12为电阻器RT和线圈LT,交流电源1为电源VS和电阻器RS。另外,电容器14为电容器CT
将供电装置80与电子设备200A的互感设为MTA,将供电装置80与电子设备200B的互感设为MTB,将电子设备200A与200B的互感设为MAB
此处,若将互感MTA和互感MTB相比,则互感MAB小到能够忽略的程度,所以此处对互感MTA和互感MTB进行研究。
互感MTA由供电装置80和电子设备200A的受电器100A的受电效率决定。是因为受电效率由受电器100A相对于供电装置80的位置(距离)和姿势(角度)决定。同样地,互感MTB由供电装置80和电子设备200B的受电器100B的受电效率决定。
受电器100A的受电效率能够通过在使受电器100B断开的状态下,从供电器10对受电器100A供给电力,并对受电器100A接受到的电力量进行计测来求出。同样地,受电器100B的受电效率能够通过在使受电器100A断开的状态下,从供电器10对受电器100B供给电力,并对受电器100B接受到的电力量进行计测来求出。
因此,如果求出受电器100A和100B单独的受电效率,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的次级侧谐振线圈110A以及110B的受电效率的比率而使驱动调整部130A或者130B的驱动信号的占空比变化。
因此,预先准备将占空比与互感MTA和互感MTB的关系建立关联的表格数据,使用这样的表格数据来调整驱动信号的占空比。
图15是表示将占空比与互感MTA和互感MTB的关系建立关联的表格数据的图。
图15的(A)是用于在将驱动调整部130B的驱动信号的相位差固定为0度、将占空比固定为50%的状态下,调整驱动调整部130A的驱动信号的占空比的表格数据。
互感MTA1、MTA2、MTA3…实际上取具体的互感MTA的值。同样地,互感MTB1、MTB2、MTB3…实际上取具体的互感MTB的值。占空比DT1A、DT2A、DT3A、…、DT11A、DT12A、DT13A、…具体而言取通过模拟或者实验所求出的具体的占空比的值。
图15的(B)是用于在将驱动调整部130A的驱动信号的相位差固定为0度且将占空比固定为50%的状态下,调整驱动调整部130B的驱动信号的占空比的表格数据。
互感MTA1、MTA2、MTA3…、和互感MTB1、MTB2、MTB3…与图15的(A)同样。占空比DT1B、DT2B、DT3B、…、DT11B、DT12B、DT13B、…具体而言取通过模拟或者实验所求出的具体的占空比的值。
为了通过实验求出图15的(A)以及(B)所示的表格数据,而能够通过在各种各样地改变受电器100A和100B相对于供电器10的位置以及姿势的状态下,对互感MTA和MTB进行计测,并实现占空比的最优化来创建。
图16是将互感MTA、MTB和受电效率建立关联的表格数据。图16的(A)是将互感MTA和受电器100A的受电效率建立关联的表格数据,图16的(B)是将互感MTB和受电器100B的受电效率建立关联的表格数据。
互感MTA、MTB分别由供电装置80和受电器100A、100B的受电效率EA、EB决定。
在图16(A)中,将互感MTA1、MTA2、…和受电器100A的受电效率EA1、EA2、…建立关联。另外,在图16(B)中,将互感MTB1、MTB2、…和受电器100B的受电效率EB1、EB2、…建立关联。
如果预先通过实验等测量出受电器100A、100B的互感MTA、MTB和受电效率,并创建如图16的(A)、(B)所示的表格数据,则能够根据受电器100A、100B的受电效率求出受电器100A、100B的互感MTA、MTB。或者也可以通过模拟,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17对占空比的设定方法进行说明。
图17是表示实施方式1的供电器10求出受电器100A或者100B的占空比的方法的流程图。该流程表示由供电器10的控制部15执行的处理,表示图13的步骤S3的处理内容的详细。
若控制部15从受电器100A以及100B接收表示受电电力的信号来求出受电效率,并从受电器100A以及100B接收表示额定输出的信号而进入步骤S3,则开始图17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谐振线圈110A的受电效率所得的第一值和将电池220B的额定输出除以次级侧谐振线圈110B的受电效率所得的第二值,并判定第一值是否大于第二值(步骤S31)。
若控制部15判定为第一值大于第二值(S31:是),则将驱动受电器100A的调整部130A的驱动信号的相位差固定为0度来将占空比设定为50%(步骤S31A)。
接下来,控制部15将驱动受电器100B的调整部130B的驱动信号的相位差固定为0度来设定占空比(步骤S32A)。具体而言,控制部15基于图16的(A)以及(B)所示的表格数据,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15的(B)所示的表格数据,基于受电器100A、100B的互感MTA、MTB来求出驱动受电器100B的调整部130B的驱动信号的占空比。
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13)。
另外,若控制部15判定为第一值小于第二值(S31:否),则将驱动受电器100B的调整部130B的驱动信号的占空比设定为50%(步骤S31B)。
接下来,控制部15设定驱动受电器100A的调整部130A的驱动信号的占空比(步骤S32B)。具体而言,控制部15基于图16的(A)以及(B)所示的表格数据,并分别根据受电器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15的(A)所示的表格数据,基于受电器100A、100B的互感MTA、MTB来求出驱动受电器100A的调整部130A的驱动信号的占空比。
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13)。
如以上那样,控制部15求出驱动受电器100A、100B的调整部130A、130B的驱动信号的占空比。
以上,根据实施方式1,通过受电器100A以及100B的次级侧谐振线圈110A以及110B的受电效率和电子设备200A以及200B的额定输出求出对受电器100A以及100B的必要供电量。
而且,使与受电器100A以及100B中必要供电量较小的一方的受电器(100A或者100B)对应的驱动信号的占空比与基准的占空比(50%)相比增大。
结果是能够缩小向必要供电量较小的一方的受电器(100A或者100B)的电力供给量,而增加向必要供电量较大的一方的受电器(100A或者100B)的电力供给量。
这样改善对受电器100A以及100B的电力供给量的平衡。
因此,根据实施方式1,能够提供可以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,能够提供可以改善电力供给量的平衡的电力传送系统500。
另外,以上对通过使与和2个受电器100A以及100B中必要供电量较小的一方的受电器(100A或者100B)对应的驱动信号的占空比与50%相比增大来改善对受电器100A以及100B的电力供给量的平衡的方式进行了说明。
然而,也存在同时对3个以上的受电器进行充电的情况。这种情况下,使必要电力量,换句话说将各额定电力除以各受电效率所得的电力量最大的受电器以外的受电器的驱动信号的占空比与50%相比增大即可。
另外,以上,作为一个例子,对电子设备200A以及200B为平板电脑或者智能手机等终端机的方式进行了说明,电子设备200A以及200B例如也可以是内置笔记本型的PC(Personal Computer)、移动电话终端机、便携式的游戏机、数字照相机、摄像机等充电式的电池的电子设备。
另外,以上对移相电路153输出相位与基准的相位相等的时钟,占空比设定部158将相位与基准的相位相等的时钟的占空比变更为大于50%的占空比并输出的方式进行了说明。
然而,相位控制部154可以使移相电路153输出相对于基准的相位具有相位差(不是0度的相位差)的时钟,也可以使得占空比设定部158调整相对于基准的相位设置有相位差的时钟的占空比。
另外,在以上对受电器100A以及100B同时对电池220A以及220B进行充电的方式进行了说明。然而,电子设备200A以及200B也可以不包括电池220A以及220B而直接消耗受电器100A以及100B接受到的电力来进行动作。由于受电器100A以及100B能够同时高效地受电,所以即使在电子设备200A以及200B不包括电池220A以及220B的情况下,电子设备200A以及200B也能够同时驱动。这是同时受电的情况下的优点之一,由于在分时地受电的情况下是不可能的,而在。此外,在这种情况下,使用电子设备200A以及200B的驱动所需的额定输出来设定占空比即可。
另外,在以上对供电器10的控制部15生成驱动信号并发送给受电器100A以及100B的方式进行了说明,但也可以将表示供电器10的供电电力的数据发送给受电器100A、100B,在受电器100A、100B侧生成驱动信号。在这种情况下,在受电器100A与100B之间进行数据通信,判定受电器100A或者100B中哪个的受电电力较大,为了增大受电电力较少的一方的受电器(100A或者100B)的驱动信号的占空比,而使得至少任意一方受电器(100A或者100B)生成驱动信号即可。
另外,供电器10可以从受电器100A、100B接收表示受电电力和额定输出的数据,并使必要供电量较小的一方的受电器(100A或者100B)的控制部(150A或者150B)调整占空比。在这种情况下,调整占空比所需的数据由控制部(150A或者150B)储存在内部存储器中即可。
另外,调整部130的二极管132X以及132Y的方向也可以与图4所示的方向相反。图18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的整流方向分别与图4所示的二极管132X、132Y相反。除此以外,与图4所示的调整部130相同,所以在同样的构成要素附加同一符号,省略其说明。
图19是表示电容器115以及调整部130V中的电流路径的图。在图19中,将从端子134X通过电容器115或者调整部130V的内部流向端子134Y的电流的方向称为顺时针(CW(Clockwise))。另外,将从端子134Y通过电容器115或者调整部130V的内部流向端子134X的电流的方向称为逆时针(CCW(Counterclockwise))。
在开关131X断开且开关131Y接通,电流为顺时针(CW)的情况下,在调整部130V内产生从端子134X经过二极管132VX以及开关131Y向端子134Y的电流路径。由于该电流路径与电容器115并联,所以在电容器115中不流动电流。因此,在次级侧谐振线圈110中不流动谐振电流。
在开关131X断开且开关131Y接通,电流为逆时针(CCW)的情况下,在调整部130V内,谐振电流从端子134Y经过开关131Y以及电容器133X向端子134X的方向流动,并且在电容器115中谐振电流从端子115Y向端子115X流动。因此,在次级侧谐振线圈110中谐振电流沿逆时针的方向流动。
在开关131X接通且开关131Y断开,电流为顺时针(CW)的情况下,在调整部130V内,谐振电流从端子134X经过开关131X以及电容器133Y向端子134Y的方向上流动,并且在电容器115中谐振电流从端子115X向端子115Y流动。因此,在次级侧谐振线圈110中谐振电流沿顺时针的方向流动。
在开关131X接通且开关131Y断开,电流为逆时针(CCW)的情况下,在调整部130V内产生从端子134Y经过二极管132VY以及开关131X向端子134X的电流路径。由于该电流路径与电容器115并联,所以在电容器115中不流动电流。因此,在次级侧谐振线圈110中不流动谐振电流。
<实施方式2>
图20是表示实施方式2的受电器101和供电装置80的图。供电装置80与图4所示的相同。
受电器101具有在实施方式1的受电器100(参照图4)追加开关180和虚拟电阻器190的结构。其它结构与受电器100相同,所以同样的构成要素附加同一符号,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、虚拟电阻器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,将端子181的连接目的地切换为端子182以及183中的任意一方。即,开关180将整流电路120的高电压侧(图中上侧)的输出端子的连接目的地切换为虚拟电阻器190的上侧的端子、以及平滑电容器140的上侧的端子中的任意一方。
虚拟电阻器190连接在将平滑电容器140的下侧的端子和输出端子160Y连结的低电压侧的线路与开关180的端子182之间。虚拟电阻器190是具有与电池220的阻抗相等的阻抗的电阻器。
虚拟电阻器190被设置为用于在对受电器101的受电效率进行测量时,代替电池220来使用。原因是与对电池220进行充电来测量受电效率相比,使具有与电池220相同的阻抗(电阻值)的虚拟电阻器190流动电流来测量受电效率能够以较少的电力消耗实现。
实施方式2的受电器101利用使用虚拟电阻器190所测量出的受电效率来确定驱动受电器101的调整部130的驱动信号的占空比。
此外,开关180也可以插入到整流电路120与平滑电容器140之前间将平滑电容器140的下侧的端子和输出端子160Y连结的低电压侧的线路上。该情况下,虚拟电阻器190连接在将平滑电容器140的上侧的端子和输出端子160X连结的高电压侧的线路与开关180之间即可。
以下,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之间通信表示受电电力、额定输出、占空比等数据。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10)。
图21~图23是表示实施方式2的受电器101A、101B和供电器10为了设定驱动信号的占空比而执行的处理的任务图。
受电器101A、101B具有与图20所示的受电器101同样的结构。另外,受电器101A、101B分别与图10所示的实施方式1的受电器100A、100B同样地接受从一个供电器10供给的电力。此处,为了区分2个受电器101而称为受电器101A、101B。
另外,作为受电器101A包括次级侧谐振线圈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、虚拟电阻器190A,并连接DC-DC转换器210A以及电池220A(参照图10)进行说明。
同样地,作为受电器101B包括次级侧谐振线圈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、虚拟电阻器190B,并连接DC-DC转换器210B以及电池220B(参照图10)进行说明。
另外,图21~图23所示的处理由供电器10的控制部15(参照图20)、和受电器101A、101B的控制部150(参照图20)执行,但以下,作为供电器10、受电器101A、101B进行处理进行说明。
供电器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将供电器10和受电器101A、101B设定为规定的准备模式,从受电器101A、101B对供电器10通过进行请求供电的通知而开始。
此处,受电器101A的调整部130A、和受电器101B的调整部130B只要未被特别控制就为断开(开关131X以及131Y为接通的状态)。在调整部130A以及130B为断开的状态下,变为受电器101A以及101B不产生基于磁场共振的谐振(谐振断开的)的状态。
首先,供电器10对受电器101A发送测试供电通知(步骤S111)。此处,假设与受电器101B相比,受电器101A较早地对供电器10进行供电请求的通知。供电器10在步骤S111中对最早进行了供电请求的通知的受电器101A发送测试供电通知。此外,供电器10使用识别受电器101A、101B的标识符等来识别受电器101A、101B。
受电器101A判定是否从供电器10接收到测试供电通知(步骤S112A)。此外,受电器101A反复执行步骤S112A的处理直至从供电器10接收到测试供电通知为止。
受电器101A使调整部130A的开关131X以及131Y断开,将开关180A的连接目的地切换为虚拟电阻器190A(步骤S113A)。若使调整部130A的开关131X以及131Y断开,则变为在基于磁场共振的谐振的1周期的期间中在次级侧谐振线圈110A中流动谐振电流的状态。受电器101A若结束步骤S113A的处理,则将结束的情况通知给供电器10。
供电器10开始测试供电(步骤S114)。由此,受电器101A的受电开始。
受电器101A通过控制控制部150A的移相电路153的移位量,从而调整2个时钟CLK1、CLK2的相位来检测获得最大的受电效率的基准的相位。而且,受电器101A将表示在基准的相位下从供电器10接受到的电力的受电电力和电池220A的额定输出通知给供电器10,并使调整部130A的开关131X以及131Y接通(步骤S115A)。由于这样受电器101A向供电器10通知的受电电力是在基准的相位下测量出的,所以是受电器101A能够接受的最大受电电力。
若调整部130A的开关131X以及131Y被接通,则受电器101A变为即使受电也不产生基于磁场共振的谐振的状态。即,变为谐振断开的状态。断开受电器100A的谐振的状态是在受电器101B从供电器10受电而测量受电效率时,不会给予影响的状态。
供电器10接收表示从受电器101A发送的受电电力和电池220A的额定输出的数据,并检测受电器101A的受电电力和额定输出(步骤S116)。
接下来,供电器10对受电器101B发送测试供电通知(步骤S117)。
受电器101B判定是否从供电器10接收到测试供电通知(步骤S112B)。此外,受电器101B反复执行步骤S112B的处理直至从供电器10接收到测试供电通知为止。
受电器101B使调整部130B的开关131X以及131Y断开,将开关180B的连接目的地切换为虚拟电阻器190B(步骤S113B)。若使调整部130B的开关131X以及131Y断开,则变为在基于磁场共振的谐振的1周期的期间中在次级侧谐振线圈110B中流动谐振电流的状态。受电器101B若结束步骤S113B的处理,则将结束的情况通知给供电器10。
供电器10开始测试供电(步骤S118)。由此,受电器101B的受电开始。
受电器101B通过控制控制部150B的移相电路153的移位量,从而调整2个时钟CLK1、CLK2的相位来检测获得最大的受电效率的基准的相位。而且,受电器101B将表示在基准的相位下从供电器10接受到的电力的受电电力和电池220B的额定输出通知给供电器10,并使调整部130B的开关131X以及131Y接通(步骤S115B)。由于这样受电器101A向供电器10通知的受电电力是在基准的相位下测量出的,所以是受电器101A能够接受的最大受电电力。
若调整部130B的开关131X以及131Y被接通,则受电器101B变为即使受电也不产生基于磁场共振的谐振的状态。即,变为谐振断开的状态。
供电器10接收表示从受电器101B发送的受电电力和电池220B的额定输出的数据,并检测受电器101B的受电电力和额定输出(步骤S119)。
以上图21所示的处理结束。此外,图21所示的处理的(1)、(1A)、(1B)分别接着图22所示的(1)、(1A)、(1B)。
供电器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的额定输出的数据来决定驱动受电器101A、101B的调整部130A、130B的驱动信号的占空比,并将占空比个相位差通知给受电器101A以及101B(步骤S121)。占空比通过与实施方式1相同的方法决定即可。此外,在步骤S121中通知的相位差为0度。
受电器101A使用从供电器10接收到的相位差来驱动调整部130A(步骤S122A)。同样地,受电器101B使用从供电器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在步骤S122A中设定驱动信号的相位差前,在步骤S115A中检测基准的相位。
控制部150A将在基准的相位加上从供电器10接收到的相位差(此处为0度)所得的相位设定为2个时钟的相位。这与在步骤S115B中受电器100B的控制部150B设定相位的情况也相同。
受电器101A使用从供电器10接收到的占空比来驱动调整部130A(步骤S123A)。同样地,受电器101B使用从供电器10接收到的占空比来驱动调整部130B(步骤S123B)。
供电器10开始测试供电(步骤S123)。该测试供电与步骤S114以及S118的测试供电不同,是对受电器101A以及101B这两方同时进行供电的测试。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将表示从供电器10接受到的电力的受电电力通知给供电器10,并使调整部130A的开关131X以及131Y接通(步骤S124A)。同样地,受电器101B将表示从供电器10接受到的电力的受电电力通知给供电器10,并使调整部130B的开关131X以及131Y接通(步骤S124B)。
供电器10接收表示从受电器101A以及101B发送的受电电力的数据,并检测受电器101A以及101B的受电电力(步骤S125)。
供电器10判定步骤S125中接收到的受电器101A以及101B的受电电力是否是目标范围内(步骤S126)。
此处,受电电力的目标范围例如设定为将受电器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%设为上限的范围。
这样的受电电力的目标范围由供电器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用于使受电器101A以及101B的受电平衡变得良好。
供电器10若在步骤S126中判定为受电电力的比率不是目标范围内(S126:否),则使流程返回到步骤S121。是因为再次调整占空比来查明受电效率是否落入目标范围内。此外,在返回到步骤S121来重新设定占空比时,供电器10减小受电器101A以及101B中受电电力为目标范围的下限以下的受电器的占空比即可,增大受电电力为目标范围的上限以上的受电器的占空比即可。
以上图22所示的处理结束。此外,图22所示的处理的(2)、(2A)、(2B)分别紧接着图23所示的(2)、(2A)、(2B)。
供电器10若判定为受电电力处于目标范围内(S126:是),则将表示进行正式供电的正式供电通知发送给受电器101A以及101B(步骤S131)。正式供电与测试供电不同,是指真正为了对受电器101A以及101B进行充电而进行供电。正式供电通知是指用于供电器10将进行正式供电通知给受电器101A以及101B的通知。
受电器101A判定是否从供电器10接收到正式供电通知(步骤S132A)。同样地,受电器101B判定是否从供电器10接收到正式供电通知(步骤S132B)。
此外,受电器101A以及101B在未接收到正式供电通知的情况下,分别使流程返回到步骤S122A以及122B。是因为由于相当于在步骤S126中通过供电器10判定为受电电力不在目标范围内的情况,所以供电器10返回到步骤S121,使用向受电器101A以及101B发送的占空比来驱动调整部130A以及130B。
受电器101A若判定为从供电器10接收到正式供电通知(S132A:是),则再开始使用了从供电器10接收到的占空比的调整部130A的驱动,并且将开关180A的连接目的地切换为电池220A,将已切换通知给供电器10(步骤S133A)。同样地,受电器101B若判定为从供电器10接收到正式供电通知(S132B:是),则再开始使用了从供电器10接收到的占空比的调整部130B的驱动,并且将开关180B的连接目的地切换为电池220B,将已切换通知给供电器10(步骤S133B)。
供电器10开始正式供电(步骤S134)。
受电器101A判定电池220A是否为满充电或者是否有利用者的充电的停止操作(步骤S135A)。同样地,受电器101B判定电池220B是否为满充电或者是否有利用者的充电的停止操作(步骤S135B)。
受电器101A若判定为既不是满充电也没有充电的停止操作(S135A:否),则判定是否需要占空比的重新调整(步骤S136A)。
例如在受电器101B变为满充电或者因充电的停止操作而不被充电的状态的情况下,需要重新调整受电器101A的占空比。因此,供电器10在后述的步骤S139中,判定为受电器101B的充电完成或者充电停止,受电器101A从供电器10接收到受电器101B的充电完成或者充电停止的通知的情况下,受电器101A判定为需要占空比的重新调整。
受电器101B若判定为既不是满充电也没有充电的停止操作(S135B:否),则判定是否需要占空比的重新调整(步骤S136B)。
例如在受电器101A变为满充电或者因充电的停止操作而不被充电的状态的情况下,需要重新调整受电器101B的占空比。因此,供电器10在后述的步骤S139中判定为受电器101A的充电完成或者充电停止,受电器101B从供电器10接收到受电器101A的充电完成或者充电停止的通知的情况下,受电器101B判定为需要占空比的重新调整。
受电器101A若判定为电池220A的满充电或者有充电的停止操作(S135A:是),则将充电完成或者有停止操作通知给供电器10。由此,受电器101A结束处理。
同样地,受电器101B若判定为电池220B的满充电或者有充电的停止操作(S135B:是),则将充电完成或者有停止操作通知给供电器10。由此,受电器101A结束处理。
供电器10判定受电器101A或者101B中是否充电完成或者是否有停止操作(步骤S137)。供电器10基于表示来自受电器101A或者101B的充电完成或者停止操作的通知的有无来进行步骤S137的判定。此外,反复执行步骤137的判定,直至来自受电器101A或者101B的充电完成或者有表示停止操作的通知为止。
受电器101A若将电池220A的满充电或者进行了充电的停止操作通知给供电器10,则使调整部130A的开关131X以及131Y接通(步骤S138A)。由此受电器101A变为无法受电的状态。同样地,受电器101B若将电池220B的满充电或者进行了充电的停止操作通知给供电器10,则使调整部130B的开关131X以及131Y接通(步骤S138B)。由此受电器101B变为无法受电的状态。
供电器10若判定为有表示来自受电器101A或者101B的充电完成(满充电)或者停止操作的通知(S137:是),则判定是否是受电器101A以及101B的两方的充电完成或者被充电停止(步骤S139)。是因为如果受电器101A以及101B中的一方的充电完成或者未被停止,则需要继续供电。
供电器10若判定为受电器101A以及101B中的一方的充电完成或者未被停止(S139:否),则使流程返回到步骤S121。是为了再次设定占空比来进行供电。
另外,供电器10判定为受电器101A的充电完成或者充电停止的情况下,将受电器101A的充电完成或者充电停止通知给受电器101B。同样地,供电器10判定为受电器101B的充电完成或者充电停止的情况下,将受电器101B的充电完成或者充电停止通知给受电器101A。
供电器10若判定为受电器101A以及101B的两方的充电完成或者充电停止(S139:是),则结束处理。
根据以上,供电器10对受电器101A以及101B的供电处理结束。
此外,以上对2个受电器101A以及101B从供电器10受电的情况下决定占空比的方式进行了说明,但在3个以上的受电器从供电器10受电的情况下也能够同样地决定占空比。例如在受电器有3个的情况下,在步骤S115B结束后,对第三个受电器进行与步骤111、S112A、S113A、S114、S115A以及S116同样的步骤,从而供电器10得到第三个受电器的受电电力和额定输出即可。
而且,决定3个受电器的占空比,判定受电电力是否是目标范围内后,进行正式供电即可。这也与受电器有4个以上的情况相同。
以上,根据实施方式2,能够提供可以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,能够提供可以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的占空比时,进行步骤S121~S126的测试供电的处理。而且,在测试供电的结果是受电器101A以及101B的受电电力不在目标范围内的情况下,重新调整占空比来求出更能够改善受电平衡的占空比。
因此,根据实施方式2,能够提供更加改善电力供给量的平衡的受电器101A或者101B。
<实施方式3>
图24是表示实施方式3中的供电器10和N个受电器101-1、101-2、…、101-N的图。图25是表示根据实施方式3的占空比和供电输出P的决定处理的流程图。图26是表示实施方式3中所使用的表格形式的数据的图。
在实施方式3中,对在从一个供电器10对N个受电器101-1、101-2、…、101-N传送电力的情况下,决定驱动受电器101-1~101-N的调整部130的驱动信号的占空比的方法进行说明。
此处,N为任意的整数,为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相同的结构。另外,作为在受电器101-1~101-N上分别连接DC-DC转换器210和电池220进行说明。
以下,在受电器101-1~101-N的控制部150与供电器10的控制部15之间通信表示受电电力、占空比等的数据。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10)。
在实施方式3中,具体而言,按照以下那样的顺序决定驱动受电器101-1~101-N的各个所包含的调整部130的驱动信号的占空比。
首先,供电器10对受电器101-1~101-N的各个分别供给电力P0(步骤S201)。另外,受电器101-1~101-N若分别接受到电力P0,则将表示受电电力PK(K=1~N)、和电池220的额定输出PBK(K=1~N)的数据发送给供电器10。
接下来,供电器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通过在受电器101-1~101-N的内部,使开关180与虚拟电阻器190连接来测量。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的各个的控制部150保持在内部存储器中。
由于电力的供电是针对受电器101-1~101-N的各个一对一地进行,所以供电器10进行N次供电。此外,供电器10向受电器101-1~101-N的各个供给的电力P0对于受电器101-1~101-N的各个相等。
接下来,供电器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)的比XK(K=1~N)(步骤S203)。通过XK=PBK/PK求出。
接下来,供电器10求出比XK中的最大值XS,并针对受电器101-1~101-N的各个,求出比XK相对于最大值XS的比YK(K=1~N)(步骤S204)。通过YK=XK/XS求出。
接下来,供电器10求出受电器101-1~101-N的受电电力变为Y1~YN倍那样的占空比DT1~DTN(步骤S205)。为了求出变为Y1~YN倍那样的占空比DT1~DTN,例如使用图26所示的表格形式的数据即可。
图26所示的表格形式的数据是将比Y1~YN的组合和占空比DT1~DTN的组合建立关联的数据。比Y1~YN的组合有Ya1、Ya2、…、YaN、Yb1、Yb2、…、YbN等。占空比DT1~DTN的值的组合有DTa1、DTa2、…、DTaN、DTb1、DTb2、…、DTbN等。
比Y1~YN的组合Ya1、Ya2、…分别与占空比DT1~DTN的组合DTa1、DTa2、…、DTaN建立关联。比Y1~YN的组合Yb1、Yb2、…分别与占空比DT1~DTN的组合DTb1、DTb2、…、DTbN建立关联。
事先准备多个这样的将比Y1~YN的组合和占空比DT1~DTN的组合建立关联的数据,并根据图26所示的表格形式的数据求出与在步骤S204中针对受电器101-1~101-N所求出的比Y1~YN对应的占空比DT1~DTN即可。
此外,图26所示的表格形式的数据中不存在步骤S204中针对受电器101-1~101-N所求出的比Y1~YN的组合的情况下,使用同与步骤S204中所求出的比Y1~YN接近的比Y1~YN建立关联的占空比DT1~DTN即可。另外,这样在步骤S204中所求出的比Y1~YN的组合不存在于图26所示的数据中的情况下,通过利用插补处理等求出与步骤S204中所求出的比Y1~YN的组合接近的比Y1~YN,从而使用占空比DT1~DTN即可。
另外,此处对使用图26所示的表格形式的数据来求出占空比DT1~DTN的方式进行了说明,但例如也可以根据比Y1~YN的值来运算占空比DT1~DTN。比Y1~YN的值在比XK变为最大值XS的情况下为1,在其它的情况下成为小于1的值。因此,比Y1~YN的值越大,需要的受电电力量越多。因此,比Y1~YN的值越大,将占空比DT1~DTN设定得越大,比Y1~YN的值越小,将占空比DT1~DTN设定得越小即可。
接下来,供电器10对受电器101-1~101-N发送表示占空比DT1~DTN的数据(步骤S206)。
最后,供电器10通过下式设定供电输出P(步骤S207)。
[数1]
以上,占空比DT1~DTN和供电输出P的设定结束。
以上,根据实施方式3,能够提供可以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,能够提供可以改善电力供给量的平衡的电力传送系统(受电器101-1~101-N以及供电器10)。
以上对本发明的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地公开的实施方式,能够进行各种变形、变更而不从权利要求书脱离。
符号说明
10 供电器
11 初级侧线圈
12 初级侧谐振线圈
13 匹配电路
14 电容器
15 控制部
100、100A、100B、101、101-1~101-N、103 受电器
110、110A、110B 次级侧谐振线圈
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 虚拟电阻器
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 (13)

1.一种受电器,包括:
次级侧谐振线圈,具有谐振线圈部并通过与初级侧谐振线圈之间产生的磁场共振而从上述初级侧谐振线圈接受电力;
电容器,被串联插入至上述次级侧谐振线圈的上述谐振线圈部;
第一开关和第二开关的串联电路,与上述电容器并联连接;
第一整流元件,与上述第一开关并联连接,并具有第一整流方向;
第二整流元件,与上述第二开关并联连接,并具有与上述第一整流方向相反的第二整流方向;
检测部,对向上述次级侧谐振线圈供给的电力的电压波形或者电流波形进行检测;以及
控制部,通过在将上述检测部检测出的电压波形或者电流波形与切换上述第一开关的接通/断开的第一信号以及切换上述第二开关的接通/断开的第二信号的相位差调整为规定的相位差的状态下,调整上述第一开关和上述第二开关都接通的期间的长度,从而调整上述次级侧谐振线圈接受的电力量。
2.根据权利要求1所述的受电器,其中,
上述控制部通过调整上述第一开关和上述第二开关都接通的期间的长度来调整上述谐振线圈部不产生谐振的状态相对于上述谐振线圈部产生谐振的状态的比例,从而调整上述次级侧谐振线圈接受的电力量。
3.根据权利要求1或者2所述的受电器,其中,
上述控制部通过在将上述相位差调整为规定的相位差的状态下调整上述第一信号的第一占空比和上述第二信号的第二占空比,从而调整上述第一开关和上述第二开关都接通的期间的长度。
4.根据权利要求3所述的受电器,其中,
上述第一信号和上述第二信号是相互相反相位,
上述控制部通过将上述第一占空比和上述第二占空比调整为相互相等的值且大于50%的值,从而调整上述第一开关和上述第二开关都接通的期间的长度。
5.根据权利要求1~4的任意一项所述的受电器,其中,
上述次级侧谐振线圈还具有分别被设置在上述谐振线圈部的两端的第一端子和第二端子,
上述第一整流元件和上述第二整流元件分别具有第一电流输入端子和第二电流输入端子,上述第一整流元件和上述第二整流元件在上述第一电流输入端子和上述第二电流输入端子被连接的状态下,分别与上述第一开关和上述第二开关并联连接,
上述控制部通过在上述谐振线圈部中电流从上述第一端子向上述第二端子流动时使上述第一开关断开并且使上述第二开关接通,且在上述谐振线圈部中电流从上述第二端子向上述第一端子流动时使上述第一开关接通并且使上述第二开关断开,从而使上述谐振线圈部产生基于磁场共振的谐振。
6.根据权利要求5所述的受电器,其中,
上述控制部通过在上述谐振线圈部中电流从上述第一端子向上述第二端子流动时使上述第一开关接通并且使上述第二开关断开或者接通,且在上述谐振线圈部中电流从上述第二端子向上述第一端子流动时使上述第一开关断开或者接通并且使上述第二开关接通,从而生成在上述谐振线圈部未产生基于磁场共振的谐振的状态。
7.根据权利要求1~6的任意一项所述的受电器,其中,
还包括通信部,上述通信部接收向上述初级侧谐振线圈供给电力的电力的电压波形或者电流波形,
上述检测部基于上述通信部接收的向上述初级侧谐振线圈供给电力的电力的电压波形或者电流波形来检测供给至上述次级侧谐振线圈的电力的电压波形或者电流波形。
8.根据权利要求1~6的任意一项所述的受电器,其特征在于,
上述检测部对向上述次级侧谐振线圈供给的电力的电压波形或者电流波形进行检测。
9.根据权利要求1~6的任意一项所述的受电器,其特征在于,
上述第一整流元件和上述第二整流元件分别具有第一电流输出端子和第二电流输出端子,上述第一整流元件和上述第二整流元件在上述第一电流输出端子和上述第二电流输出端子被连接的状态下,分别与上述第一开关和上述第二开关并联连接,
上述控制部通过在上述谐振线圈部中电流从上述第一端子向上述第二端子流动时使上述第一开关接通并且使上述第二开关断开,且在上述谐振线圈部中电流从上述第二端子向上述第一端子流动时使上述第一开关断开并且使上述第二开关接通,从而使上述谐振线圈部产生基于磁场共振的谐振。
10.根据权利要求9所述的受电器,其中,
上述控制部通过在上述谐振线圈部中电流从上述第一端子向上述第二端子流动时使上述第一开关断开或者接通并且使上述第二开关接通,且在上述谐振线圈部中电流从上述第二端子向上述第一端子流动时使上述第一开关接通并且使上述第二开关断开或者接通,从而产生在上述谐振线圈部未产生基于磁场共振的谐振的状态。
11.根据权利要求1~10的任意一项所述的受电器,还包括:
整流电路,与上述第一端子和上述第二端子连接,并对从上述次级侧谐振线圈输入的交流电力进行整流;
平滑电路,与上述整流电路的输出侧连接;以及
一对输出端子,与上述平滑电路的输出侧连接。
12.一种电力传送系统,包括具有初级侧谐振线圈的供电器和从上述供电器接受电力的第一受电器,其中,
上述第一受电器具有:
第一次级侧谐振线圈,具有谐振线圈部,并通过与初级侧谐振线圈之间产生的磁场共振而从上述初级侧谐振线圈接受电力;
电容器,被串联插入至上述第一次级侧谐振线圈的上述谐振线圈部;
第一开关和第二开关的串联电路,与上述电容器并联连接;
第一整流元件,与上述第一开关并联连接,并具有第一整流方向;
第二整流元件,与上述第二开关并联连接,并具有与上述第一整流方向相反的第二整流方向;
检测部,对向上述第一次级侧谐振线圈供给的电力的电压波形或者电流波形进行检测;以及
控制部,通过在将上述检测部检测出的电压波形或者电流波形与切换上述第一开关的接通/断开的第一信号以及切换上述第二开关的接通/断开的第二信号的相位差调整为规定的相位差的状态下,调整上述第一开关和上述第二开关都接通的期间的长度,从而调整上述第一次级侧谐振线圈接受的电力量。
13.根据权利要求12所述的电力传送系统,其中,
还包括第二受电器,上述第二受电器具有第二次级侧谐振线圈,并从从上述供电器接受电力,
上述控制部基于上述第一次级侧谐振线圈的第一受电效率、被从上述第一受电器供给电力的第一负载的第一额定输出、上述第二次级侧谐振线圈的第二受电效率以及被从上述第二受电器供给电力的第二负载的第二额定输出,来设定上述期间的长度。
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