CN108039777B - 无线电力传送装置以及无线电力接收装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了向无线电力接收装置传送电力的无线电力传送装置以及从无线电力传送装置接收电力的无线电力接收装置。无线电力传送装置具有：第一线圈，沿着第一方向配置；第二线圈，沿着与所述第一方向垂直的第二方向配置，且连接到所述第一线圈的两端；以及电压源，向所述第一线圈以及所述第二线圈供应电压，如果所述电压源供应电压，则所述第一线圈以及所述第二线圈能够产生电场以及磁场。

Description

无线电力传送装置以及无线电力接收装置
技术领域
本发明涉及无线电力传送，更具体地涉及利用磁场及电场来传送电力的无线电力传送装置。
本发明涉及无线电力接收，更具体地涉及从利用磁场及电场来传送电力的无线电力传送装置接收电力的无线电力接收装置。
背景技术
无线电力传送技术表示不使用电线来传送电力的技术。作为以无线方式传送电力的方式，有电磁波、磁感应、磁谐振、电谐振等多种方式。
磁谐振方式利用无线电力传送装置与无线电力接收装置之间的磁场耦合引起的谐振来传送电力。此外，电谐振方式利用无线电力传送装置与无线电力接收装置之间的电场的耦合引起的谐振来传送电力。
现有的无线电力传送技术存在由于空间辐射量大因此发生干扰的问题。而且,存在如果使用现有的无线电力传送技术，则必须提高空间辐射量才能改善电力传送距离的问题。因此,需要减少现有的无线电力传送技术的空间辐射量并增加电力传送距离。
发明内容
本发明提供一种通过一并利用电场及磁场来传送电力，从而增加电力传送距离的无线电力传送装置及无线电力接收装置。
本发明提供一种通过一并利用电场及磁场来传送电力，从而减少空间辐射量的无线电力传送装置及无线电力接收装置。
本发明的一实施例的无线电力传送装置包括：第一线圈，沿着第一方向配置；第二线圈，沿着与所述第一方向垂直的第二方向配置，并连接到所述第一线圈的两端；以及电压源，对所述第一线圈以及所述第二线圈供应电压，如果所述电压源供应电压则所述第一线圈以及所述第二线圈能够产生电场及磁场。
所述第一线圈能够利用沿着所述第一方向绕多圈的导线构成，
所述第二线圈能够利用沿着所述第二方向向所述第一线圈的中心绕多圈的导线构成。
所述第一线圈能够利用沿着所述第一方向以圆形绕多圈的导线构成，所述第二线圈能够利用沿着所述第二方向向所述第一线圈的中心以圆形绕多圈的导线构成。
所述第一线圈能够利用沿着所述第一方向以四角形绕多圈的导线构成，所述第二线圈能够利用沿着所述第二方向向所述第一线圈的中心以四角形绕多圈的导线构成。
所述电压源能够与所述第一线圈连接，并经由所述第一线圈向所述第一线圈及所述第二线圈供应电压。
所述无线电路传送装置能够包括电压供应回路，所述电压供应回路与所述第一线圈及所述第二线圈相隔，且位于与所述第二线圈平行的平面，所述电压源与所述电压供应回路连接，向所述电压供应回路供应电压。
所述电压供应回路如果从所述电压源接受电压供应，则产生磁场，从而能够间接向所述第一线圈及所述第二线圈供应电压。
所述第一线圈能够具有构成所述第一线圈的导线间的间距相比于位于其他部分的导线间的间距宽的区域即间隙(gap)区域。
所述电压源能够连接到构成所述间隙区域的导线。
本发明的一实施例的无线电力接收装置包括：第一线圈，沿着第一方向配置；第二线圈，沿着与所述第一方向垂直的第二方向配置，且连接到所述第一线圈的两端；以及负载，从所述第一线圈以及所述第二线圈接受电压供应，如果所述第一线圈以及所述第二线圈从无线电力传送装置接收电力，则能够对所述负载供应电压。
所述第一线圈能够利用沿着所述第一方向绕多圈的导线构成，所述第二线圈能够利用沿着所述第二方向向所述第一线圈的中心绕多圈的导线构成。
所述第一线圈能够利用沿着所述第一方向以圆形绕多圈的导线构成，所述第二线圈能够利用沿着所述第二方向向所述第一线圈的中心以圆形绕多圈的导线构成。
所述第一线圈能够利用沿着所述第一方向以四角形绕多圈的导线构成，所述第二线圈能够利用沿着所述第二方向向所述第一线圈的中心以四角形绕多圈的导线构成。
所述负载能够与所述第一线圈连接，经由所述第一线圈从所述第一线圈以及所述第二线圈接受电压供应。
所述无线电路接收装置能够包括电压接收回路，该电压接收回路与所述第一线圈以及所述第二线圈相隔，并位于与所述第二线圈平行的平面，所述负载与所述电压接收回路连接，并从所述电压接收回路接受电压供应。
如果所述第一线圈以及所述第二线圈从所述无线电力传送装置接收电力而产生磁场，则所述电压接收回路能够从所述第一线圈以及所述第二线圈接受电压供应。
所述第一线圈能够具有构成所述第一线圈的导线间的间距相对于位于其他部分的导线间的间距宽的区域即间隙区域。
所述负载能够连接到构成所述间隙区域的导线连接。
根据本发明的一实施例，通过将电场以及磁场一并利用而传送电力，能够增加电力传送距离。
根据本发明的一实施例，通过将电场以及磁场一并利用而传送电力，从而能够减少空间辐射量。
附图说明
图1是表示本发明的一实施例的无线电力传送装置及无线电力接收装置的图。
图2是表示本发明的一实施例的利用磁场而传送电力的例子的图。
图3是表示本发明的一实施例的图2所示的例子的等效电路的图。
图4是表示本发明的一实施例的利用电场而传送电力的例子的图。
图5是表示本发明的一实施例的图4所示的例子的等效电路的图。
图6是表示本发明的一实施例的利用磁场及电场而传送电力的例子的图。
图7是表示本发明的一实施例的图6所示的例子的等效电路的图。
图8是表示本发明的一实施例的利用磁场及电场而传送电力的无线电力传送装置的图。
图9是图示了表示本发明的一实施例的图8所示的线圈的电流强度及电荷大小的图表的图。
图10是表示本发明的一实施例的无线电力传送装置及无线电力接收装置的图。
图11是表示本发明的一实施例的线圈以圆形围绕的无线电力传送装置的例子的图。
图12是表示本发明的一实施例的线圈以四角形围绕的无线电力传送装置的例子的图。
图13是表示本发明的一实施例的线圈以四角形围绕的无线电力传送装置及连接部的例子的图。
图14是表示本发明的一实施例的图8的无线电力传送装置及图13的无线电力传送装置的电场分布和磁场分布的图。
图15是比较了本发明的一实施例的图8的无线电力传送装置及图13的无线电力传送装置的S参数特性的图。
图16是表示本发明的一实施例的图8的无线电力传送装置的实现增益的图。
图17是表示本发明的一实施例的图13的无线电力传送装置的实现增益的图。
图18是表示本发明的一实施例的图8的无线电力传送装置及图13的无线电力传送装置的电力传送效率的图。
图19是表示本发明的一实施例的无线电力传送装置的例子的图。
图20是表示本发明的一实施例的图13的无线电力传送装置及图19的无线电力传送装置的耦合系数及耦合系数的倒数的图。
图21是表示本发明的一实施例的图8的无线电力传送装置及图19的无线电力传送装置的电力传送效率的图。
图22是表示本发明的一实施例的由于负载阻抗及传送距离引起的图17的无线电力传送装置的电力传送效率的图。
标号说明
110:无线电力传送装置
120:无线电力接收装置
具体实施方式
以下，参考附图，详细说明本发明的实施例。
图1是表示本发明的一实施例的无线电力传送装置及无线电力接收装置的图。
参考图1，图示了无线电力传送装置110及无线电力接收装置120。
无线电力传送装置110是向无线电力接收装置120传送电力的装置。无线电力传送装置110能够利用电场及磁场，以便传送电力。无线电力传送装置110具有线圈及电压源。
无线电力接收装置120是从无线电力传送装置110接收电力的装置。无线电力接收装置120能够利用电场及磁场，以便接收电力。无线电力接收装置120包含线圈及负载。
如果无线电力传送装置110的电压源向线圈供应电压，则无线电力传送装置110的线圈能够产生电场及磁场。从而，无线电力传送装置110的线圈及无线电力接收装置120的线圈能够谐振。无线电力传送装置110能够通过谐振向无线电力接收装置120传送电力。
在此，谐振包括磁场耦合引起的谐振及电场耦合引起的谐振。即，无线电力传送装置110及无线电力接收装置120能够通过相互之间的谐振而传送或接收电力。
图2是表示本发明的一实施例的利用磁场而传送电力的例子的图。
参考图2，图示了直接供电方式的例子210、无线电力传送装置211、无线电力接收装置212、间接供电方式的例子220、无线电力传送装置221及无线电力接收装置222。
直接供电方式的例子210及间接供电方式的例子220均是利用无线电力传送装置211、221与无线电力接收装置212、222之间的磁场传送电力的例子。无线电力传送装置211、221产生磁场并通过与无线电力接收装置212、222之间的强耦合而传送电力。无线电力传送装置211、221及无线电力接收装置212、222是回路结构。
具体而言，能够对无线电力传送装置211、221及无线电力接收装置212、222串联或并联电容器。或者，能够使无线电力传送装置211、221及无线电力接收装置212、222自主地产生电容。图示的C表示被连接的电容器的电容或者自主产生的电容。
无线电力传送装置211、221及无线电力接收装置212、222分别包括自感。自感能够通过L表示。另外，无线电力传送装置211、221及无线电力接收装置212、222包括无线电力传送装置211、221与无线电力接收装置212、222之间的互感。图示的Lm表示互感。
无线电力接收装置212、222与无线电力传送装置211、221具有相同的谐振频率。如果对无线电力传送装置211、221供应电压，则无线电力接收装置212、222通过磁场耦合引起的谐振而接收电力。
间接供电方式的例子220的无线电力传送装置221包含单独的电压供应回路。电压源连接到电压供应回路。随着对电压供应回路供应电压，通过磁感应而间接对无线电力传送装置221整体供应电压。另外，无线电力接收装置222包含与负载连接的单独的电压接收回路。电压接收回路能够通过磁感应接收电力。
图3是表示本发明的一实施例的图2所示的例子的等效电路的图。
图3图示了直接供电方式的例子210的等效电路。参考图3，图示了第一等效电路310及第二等效电路320。
在第一等效电路310中，假设无线电力传送装置211的电压源的电压为Vs，电压源的阻抗为Zs。此外，假设无线电力接收装置212的负载的阻抗为Zm。考虑第一等效电路310的互感Lm而转换的等效电路是第二等效电路320。
当无线电力传送装置211与无线电力接收装置212相互对称的情况下，第二等效电路320的磁场分布以边界面T-T’为基准而对称。这是因为以边界面T-T’为基准，两边电路的电流的绝对值取相同值。如果磁场分布形成对称，则第二等效电路320在边界面T-T’被断路或被短路。
根据断路(open)或短路(short)，能够产生两种谐振。两种谐振的谐振频率能够通过数学式1或数据式2来表示。
【数学式1】
Figure BDA0001458639210000061
【数学式2】
Figure BDA0001458639210000062
参考数学式1及数学式2，fr1表示第一谐振频率，fr2表示第二谐振频率。
第一谐振频率是具有使边界面T-T’断开的特性的谐振频率。第二谐振频率是具有使边界面T-T’短路的特性的谐振频率。即，在第一谐振频率下产生边界面T-T’断开的效果。此外，在第二谐振频率下产生边界面T-T’断开的效果。
根据数学式1可知，第一谐振频率反比于自感L与互感Lm之和。根据数学式2可知，第二谐振频率反比于自感L与互感Lm之差。
磁耦合量根据第一谐振频率与第二谐振频率之差而决定。第一谐振频率与第二谐振频率的差异越大，磁耦合量越增加。磁耦合量可表示为(fr2 2-fr1 2)/(fr1 2+fr2 2)。由于第一谐振频率与第二谐振频率受到自感与互感的关系的影响，因此磁耦合量也受到自感与互感的影响。具体而言，磁耦合量根据互感相对于自感之比Lm/L而决定。
磁耦合量越大，无线电力传送装置211越能有效地执行无线电力传送。具体来说，如果磁耦合量大，则在传送距离一定时，电力传送效率高。另外，如果磁耦合量大，则电力传送效率为一定值以上的电力传送距离会增加。从而，当利用磁场传送电力的情况下，无线电力传送装置211的性能受到磁耦合量的影响。
图4是表示本发明的一实施例的利用电场场传送电力的例子的图。
参考图4，图示了无线电力传送装置410以及无线电力接收装置420。无线电力传送装置410以及无线电力接收装置420能够利用电场传送电力。具体来说，无线电力传送装置410以及无线电力接收装置420能够耦合电场而传送接收电力。
无线电力传送装置410是产生电场的偶极结构。例如，无线电力传送装置410可以是弯折偶极子结构无线电力接收装置420是在无线电力传送装置410中包括负载而代替电压源的结构。无线电力传送装置410以及无线电力接收装置420包括电感器(inductor)。
无线电力接收装置420的谐振频率能够与无线电力传送装置410的谐振频率相同。此外，无线电力接收装置420与无线电力传送装置410谐振而接收电力。具体而言，无线电力接收装置420能够通过负载而从无线电力传送装置410接收电力。
无线电力传送装置410以及无线电力接收装置420的电感分别为L/2+L/2，即L。另外，无线电力传送装置410以及无线电力接收装置420分别包括自电容C。此外，无线电力传送装置410以及无线电力接收装置420包括位于两端的导线之间产生的互电容Cm。
假设在无线电力传送装置410以及无线电力接收装置420中，导线的电阻为0，导线的电感分量为0的等效电路如图5所示。
图5是表示本发明的一实施例的图4所示的例子的等效电路的图。
参考图5，图示了第一等效电路510以及第二等效电路520。
第一等效电路510中，假设电压源的电压为Vs，电压源的阻抗为Zs。此外，假设无线电力接收装置420的负载的阻抗为Zm。此外，无线电力传送装置410以及无线电力接收装置420包括自感L。考虑第一等效电路510的互电容Cm而转换的等效电路是第二等效电路520。
当无线电力传送装置410以及无线电力接收装置420相互对称的情况下，第二等效电路520的电场分布能够以边界面T-T’为基准而对称。这是因为以边界面T-T’为基准，两侧电路的电流的绝对值取相同值。如果电场分布对称，则第二等效电路520能够在边界面T-T’被断开(open)或被短路(short)。
根据断开(open)或者短路(short)，有可能发生两种谐振。两种谐振的谐振频率能够表示为数学式3以及数学式4。
【数学式3】
Figure BDA0001458639210000081
【数学式4】
Figure BDA0001458639210000082
参考数学式4以及数学式4，fr1表示第一谐振频率，fr2表示第二谐振频率。
第一谐振频率是具有边界面T-T’被短路的特性的谐振频率。第二谐振频率是具有边界面T-T’被断开的特性的谐振频率。即，在第一谐振频率下，产生边界面T-T’被短路的效果。此外，在第二谐振频率下产生边界面T-T’被断开的效果。
根据数学式3可知，第一谐振频率反比于自电容C和互电容Cm之和。根据数学式4可知，第二谐振频率反比于自电容C与互电容Cm之差。
电耦合量与磁耦合量同样地，根据谐振频率的差异而决定。第一谐振频率与第二谐振频率之差越大，电耦合量越增加。电耦合量可表示为(fr2 2-fr1 2)/(fr1 2+fr2 2)。由于第一谐振频率与第二谐振频率受到自电容与互电容的关系的影响，因此电耦合量也受到自电容与互电容的影响。具体而言，电耦合量根据互电容相对于自电容的比(Cm/C)而决定。
电耦合量越大，无线电力传送装置410能够越有效地执行无线电力传送。具体而言，如果电耦合量大，则在传送距离一定时可提高电力传送效率。另外，如果电耦合量大，则电力传送效率为一定值以上的电力传送距离可增加。由此，当利用电场传送电力的情况下，无线电力传送装置410的性能受到电量的影响。
图6是表示本发明的一实施例的利用磁场及电场而传送电力的例子的图。
参考图6，图示了无线电力传送装置610以及无线电力接收装置620。无线电力传送装置610以及无线电力接收装置620能够利用磁场和电场而发送接收电力。
无线电力传送装置610以及无线电力接收装置620包括图2的回路结构和图4的偶极结构两者。位于无线电力传送装置610以及无线电力接收装置620各自的中央的回路结构的导线能耦合磁场。此外，位于无线电力传送装置610以及无线电力接收装置620各自的两端的偶极结构能够耦合电场。
无线电力传送装置610以及无线电力接收装置620的回路结构可产生互感Lm。另外，无线电力传送装置610以及无线电力接收装置620的偶极结构能够产生互电容Cm。
无线电力接收装置620的谐振频率能够与无线电力传送装置610的谐振频率相同。此外，无线电力接收装置620能够与无线电力传送装置610谐振而接收电力。具体而言，无线电力接收装置620能够经由负载而从无线电力传送装置610接收电力。
无线电力传送装置610以及无线电力接收装置620的等效电路如图7所示。
图7是表示本发明的一实施例的图6所示的例子的等效电路的图。
在等效电路中，假设电压源的电压为Vs，电压源的阻抗为Zs。此外，假设无线电力接收装置620的负载的阻抗为Zm。另外，无线电力传送装置610以及无线电力接收装置620分别包括自感L以及自电容C。
当无线电力传送装置610以及无线电力接收装置620如图6所示对称的情况下，以边界面T-T’为基准，电场的分布和磁场的分布相互对称。由于电场和磁场以能量形式存在，因此电场与磁场的相位差可以形成90度。
根据边界面T-T’的上端的断开或短路、以及边界面T-T’的下端的断开或短路，可产生四种谐振。在此，边界面T-T’的上端示出2个Cm的电容之间的边界面，边界面T-T’的下端示出2个Lm之间的边界面。四种谐振可分为负耦合谐振(negative coupled resonance)和正耦合谐振(positive coupled resonance)。负耦合谐振表示边界面T-T’的上端以及边界面T-T’的下端均断开的情况以及均短路的情况。正耦合谐振表示边界面T-T’的上端断开且边界面T-T’的下端短路的情况、以及边界面T-T’的上端短路且边界面T-T’的下端断开的情况。
基于负耦合谐振的谐振频率可通过数学式5以及数学式6来表示。
【数学式5】
Figure BDA0001458639210000101
【数学式6】
Figure BDA0001458639210000102
参考数学式5以及数学式6，fr1表示第一谐振频率，fr2表示第二谐振频率。第一谐振频率是具有边界面T-T’的上端以及边界面T-T’的下端均断开的特性的谐振频率。第二谐振频率是具有边界面T-T’的上端以及边界面T-T’的下端均短路的特性的谐振频率。
基于正耦合谐振的谐振频率可通过数学式7以及数学式8来表示。
【数学式7】
Figure BDA0001458639210000103
【数学式8】
Figure BDA0001458639210000104
参考数学式7以及数学式8，fr1表示第一谐振频率，fr2表示第二谐振频率。第一谐振频率是具有边界面T-T’的上端短路且边界面T-T’的下端被断开的特性的谐振频率。第二谐振频率是具有边界面T-T’的上端被断开且边界面T-T’的下端被短路的特性的谐振频率。
基于负耦合谐振的耦合量与基于正耦合谐振的耦合量能够相互不同。能够将基于磁场耦合的耦合量设为KH＝Lm/L，将基于电场耦合的耦合量设为KE＝Cm/C。从而，负耦合谐振的耦合量以及正耦合谐振的耦合量可通过数学式9以及数学式10来导出。
【数学式9】
Figure BDA0001458639210000111
【数学式10】
Figure BDA0001458639210000112
参考数学式9可知基于负耦合谐振的耦合量KT。此外，参考数学式10可知基于正耦合谐振的耦合量KT。基于正耦合谐振的耦合量大于基于负耦合谐振的耦合量。
由此，利用正耦合谐振可提高无线电力传送中的电力传送效率。此外，利用正耦合谐振可增加无线电力传送中的传送距离。
具体而言，如果利用正耦合谐振，则无线电力传送装置610在一定电力传送距离提高电力传送效率。此外，无线电力传送装置610在电力传送效率一定时可增加电力传送距离。
仔细参考数学式9以及数学式10的特性，可导出与数学式11同样的关系。
【数学式11】
Figure BDA0001458639210000113
参考数学式11可知，基于正耦合谐振的耦合量大于或等于基于电场耦合的耦合量或基于磁场耦合的耦合量。此外，可知基于负耦合谐振的耦合量小于或等于基于电场耦合的耦合量或基于磁场耦合的耦合量。例如，如果KH或KE的大小相似，则基于正耦合谐振的耦合量可成为KH或KE的2倍左右。
相反，当负耦合谐振的情况下，与利用磁场耦合或电场耦合的情况相比，其耦合量可大幅减少。即，当负耦合谐振的情况下，无线电力传送装置610的电力传送性能可大幅减少。
图8是表示本发明的一实施例的利用磁场或电场传送电力的无线电力传送装置的图。
参考图8，图示了无线电力传送装置810以及基准线段811。无线电力传送装置810包括圆柱形线圈以及电压源。基准线段811是用于表示圆柱形线圈的长度的线段。
圆柱形线圈可以是，与主要利用磁场耦合的线圈相比，增加其圆柱形的长度，且增加线圈围绕的匝数而制造的线圈。另外，圆柱形线圈可通过调节围绕的线圈的间距而制作。
此时，有可能周围产生的电场能量及磁场能量低，且圆柱形线圈的中心的电场能量及磁场能量低。此外，可存在无线电力传送装置810的空间辐射量增加的问题。因此，除了线圈的匝数和圆柱形的长度之外，还能够改变线圈的结构。
图9是图示了表示本发明的一实施例的图8所示的线圈的电流强度以及电荷大小的图表的图。
参考图9，实线表示以基准线段811为基准的电流的强度。此外，虚线表示以基准线段811为基准的电荷的大小。
电流强度在基准线段811的中心取大的值，在基准线段811的两端变小。此外，电荷的大小在基准线段811的中心取小的值，在基准线段811的两端变大。
利用这样的电流的强度以及电荷的强度的特性可构成线圈。具体而言，线圈可被构成为，在基准线段811的中心部分产生较强的磁场耦合。此外，线圈可被构成为，在基准线段811的两端产生较强的电场耦合。
换言之，以基准线段811为基准，能够将线圈划分为电场耦合应用区域I以及磁场耦合应用区域II。此外，如果根据划分的区域来制作线圈，则可提高线圈的电场能量及磁场能量。
图10是表示本发明的一实施例的无线电力传送装置以及无线电力接收装置的图。
参考图10，图示了无线电力传送装置1010以及无线电力接收装置1020。
无线电力传送装置1010包括第一线圈1011、第二线圈1012以及电压源1013。此外，无线电力接收装置1020包括第一线圈1021、第二线圈1022以及负载1023。
在此，第一线圈1011与第一线圈1021可以是相同的形状。此外，第二线圈1012与第二线圈1022也可以是相同的形状。即，无线电力传送装置1010与无线电力接收装置1020可以是除了电压源1013以及负载1023之外都相同。
第一线圈1011、1021是沿着第一方向配置的线圈。具体而言，第一线圈1011、1021能够利用沿着第一方向绕多圈的导线构成。举例来说，第一线圈1011、1021能够利用以圆形或四角形围绕的导线构成。第一线圈1011、1021可以是基于磁场耦合应用区域II而配置的线圈。在此，第一方向可以与基准线段811的方向相同。
第二线圈1012、1022沿着与第一方向垂直的第二方向而配置，可连接到第一线圈1011、1021的两端。具体来说，第二线圈1012、1022能够利用沿着第二方向向所述第一线圈的中心绕多圈的导线构成。例如，第二线圈1012、1022能够利用以圆形或四角形围绕的导线构成。第二线圈1012、1022可以是基于电场耦合应用区域I而配置的线圈。
电压源1013对第一线圈1011以及第二线圈1012供应电压。如果电压源1013向第一线圈1011以及第二线圈1012供应电压，则第一线圈1011以及第二线圈1012能够产生电场以及磁场。从而，无线电力传送装置1010能够利用电场以及磁场对无线电力接收装置1020传送电力。具体而言，无线电力传送装置1010能够通过利用了电场以及磁场的谐振，对无线电力接收装置1020传送电力。
从而，无线电力接收装置1020能够从无线电力传送装置1010接收电力。具体而言，第一线圈1021以及第二线圈1022能够从无线电力传送装置1010接收电力。从而，负载1023能够从第一线圈1021以及第二线圈1022接受电压供应。在此，负载1023是被施加电压时流过电流的负载，举例来说，可以是如电池那样可储存电力的装置。
以下，对于第一线圈1011的说明可以与对于第一线圈1021的说明相同。此外，对于第二线圈1012的说明可以与对于第二线圈1021的说明相同。
以下的附图中，除了代替电压源1013而配置负载1023之外，对于无线电力传送装置1010的说明可以与对于无线电力接收装置1020的说明相同。
图11是表示了本发明的一实施例的线圈以圆形围绕的无线电力传送装置的例子的图。
参考图11，表示了对无线电力传送装置1010的直接供电方式的例子1110以及间接供电方式的例子1120。
参考直接供电方式的例子1110，无线电力传送装置1010包括第一线圈1011、第二线圈1012以及电压源1013。第一线圈1011利用沿着第一方向以圆形绕多圈的导线构成。第一线圈1011的导线之间的间距可设定为一定。
第二线圈1012利用沿着与第一方向垂直的第二方向以圆形绕多圈的导线构成。如图所示，第二线圈1012能够连接到第一线圈1011的两端。此外，第二线圈1012能够利用向第一线圈的中心绕多圈的导线构成。第二线圈1012的导线的原形状可随着导线围绕而变小。此外，电压源1013能够与第一线圈1011连接而供应电压。
参考间接供电方式的例子1120，无线电力传送装置1010包括位于与第二线圈1012平行的平面的电压供应回路。电压源1013可连接到电压供应回路。电压供应回路如果从电压源1013接受电压供应，则能够产生磁场并间接向第一线圈1011以及第二线圈1012供电。
第一线圈1011以及第二线圈1012还能够构成为椭圆形。另外，也可以构成为第一线圈1011以及第二线圈1012的各层的导线的周长不同。图示的第一线圈1011以及第二线圈1012的围绕的形状仅仅是例子，本发明的范围还包括以各种形状围绕的线圈。
对于直接供电方式的例子1110以及间接供电方式的例子1120的说明可同样适用于无线电力接收装置1020。无线电力接收装置1020可代替电压源1013而配置负载1023。
图12是本发明的一实施例的线圈以四角形围绕的无线电力传送装置的例子的图。
参考图12，表示了对无线电力传送装置1010的直接供电方式的例子1210以及间接供电方式的例子1220。图示的线圈不同于图11，可构成为长方体形态。
参考直接供电方式的例子1210，无线电力传送装置1010包括第一线圈1011、第二线圈1012以及电压源1013。第一线圈1011利用沿着第一方向以四角形绕多圈的导线构成。能够将第一线圈1011的导线之间的间距设定为一定值。
第二线圈1012利用沿着与第一方向垂直的第二方向以四角形绕多圈的导线构成。如图所示，第二线圈1012能够连接到第一线圈1011的两端。此外，第二线圈1012能够利用向第一线圈的中心绕多圈的导线构成。第二线圈1012的导线的四角形状可随着导线围绕而变小。此外，电压源1013可连接到第一线圈1011而供应电压。
参考间接供电方式的例子1220，无线电力传送装置1010包括位于与第二线圈1012平行的平面上的电压供应回路。电压源1013能够连接到电压供应回路。电压供应回路如果从电压源1013接受电压供应，则能够产生磁场而对第一线圈1011以及第二线圈1012间接供应。
第一线圈1011以及第二线圈1012能够构成为长方形。而且，第一线圈1011以及第二线圈1012还能够构成为长方形之外的其他多角形。另外，也可以构成为图示的第一线圈1011以及第二线圈1012的各层的导线的周长不同。图示的第一线圈1011以及第二线圈1012围绕的形状仅仅是例示，本发明的范围还包括以各种形状围绕的线圈。
这样的形状的第一线圈1011、第二线圈1012以及电压源1013在无线电力传送装置1010的内部是四边形的情况下，可最大限度地利用安装空间。
对于直接供电方式的例子1210以及间接供电方式的例子1220的说明还可同样适用于无线电力接收装置1020。无线电力接收装置1020中，可以配置负载1023而代替电压源1013。
图13是表示本发明的一实施例的线圈以四边形围绕的无线电力传送装置以及连接部的的例子的图。
参考图13，表示了将图12所示的无线电力传送装置1010以组合方式实现的实施例1310。此外，参考图13，表示了无线电力传送装置1010包括第一线圈1011、第二线圈1012以及电压源1013，且图示了第一连接部1301、第二连接部1302、以及第三连接部1303。
第一连接部1301、第二连接部1302以及第三连接部1303是构成第一线圈1011以及第二线圈1012的部件。第一连接部1301、第二连接部1302以及第三连接部1303可以是铜、铝、银等金属材质。此外，第一连接部1301、第二连接部1302以及第三连接部1303各自可在两端包括螺纹。
第一连接部1301能够配置于第一线圈1011以及第二线圈1012的拐角处。此外，第三连接部1303能够配置于第一线圈1011的匝的级数上升或下降的部分。此外，第二连接部1302可连接于第一连接部1301或者第三连接部1303。另外，第二连接部1302可连接于其他的第二连接部1302。
利用图示的第一连接部1301、第二连接部1302以及第三连接部1303能够以组合方式实现无线电力传送装置1010及无线电力接收装置1020。
图14是表示本发明的一实施例的图8的无线电力传送装置及图13的无线电力传送装置的电场分布和磁场分布的图。
参考图14，表示了截面位置1411、截面位置1412、电场分布1410以及磁场分布1420。电场分布1410以及磁场分布1420表示无线电力传送装置810以及实施例1310的电场及磁场分布。
为了比较，无线电力传送装置810以及实施例1310的无线电力传送装置1010其宽度均为60cm，且匝数均为14匝。此外，无线电力传送装置810以及实施例1310的无线电力传送装置1010位于截面位置1411、1412。
无线电力传送装置810在单谐振下其辐射效率为-13.2dB。实施例1310的无线电力传送装置1010的辐射效率为-15.65db。由此，实施例1310的无线电力传送装置1010的辐射效率比无线电力传送装置810低。实施例1310的无线电力传送装置1010由于空间辐射小，因此其对周围的与干扰相关的影响减少。
参考电场分布1410以及磁场分布1420可知，实施例1310的无线电力传送装置1010的电场以及磁场均比无线电力传送装置810大。即，虽然实施例1310的无线电力传送装置1010的空间辐射量比无线电力传送装置810小，但电力传送距离长。
图15是比较了本发明的一实施例的图8的无线电力传送装置以及图13的无线电力传送装置的S参数特性的图。
参考图15，表示了实施例1310的无线电力传送装置1010的输入反射系数1511以及透射系数1512、无线电力传送装置810的输入反射系数1521以及透射系数1522。
在此，与图8不同，无线电力传送装置810是导线围绕成四边形的形态。此外，无线电力传送装置810的线圈围绕的匝数为12匝。实施例1310的无线电力传送装置1010的第一线圈1011围绕的匝数为12匝。此外，实施例1310的无线电力传送装置1010的第二线圈围绕的匝数为5匝。
参考图15，根据输入反射系数1511以及透射系数1512可知，实施例1310的无线电力传送装置1010的第一谐振频率和第二谐振频率的差异。此外，根据输入反射系数1521以及透射系数1522可知无线电力传送装置810的第一谐振频率与第二谐振频率的差异。
即，实施例1310的无线电力传送装置1010的耦合量比无线电力传送装置810的耦合量大。
图16是表示本发明的一实施例的图8的无线电力传送装置的实现增益的图。
参考图16，表示了当无线电力传送装置810的传送距离与线圈的宽度相同时的实现增益(realized gain)。具体而言，θ分量增益1610以及Φ分量增益1620。
第一谐振频率下的无线电力传送装置810的辐射量与第二谐振频率下的无线电力传送装置810的辐射量相比，θ分量增益1610会减少18.6dB。此外，Φ分量增益1620减少16.2dB。但是，能够确定在第二谐振频率下，无线电力传送装置810的TE/TM基底模式分量未被消除。
图17是表示本发明的一实施例的图13的无线电力传送装置的实现增益的图。
参考图17，实施例1310的无线电力传送装置1010的传送距离与线圈的宽度相同时的实现增益。具体来说，表示了θ分量增益1710以及Φ分量增益1720。
第一谐振频率下的实施例1310的无线电力传送装置1010的辐射量与第二谐振频率下的实施例1310的无线电力传送装置1010的辐射量相比，θ分量增益1710被减少34dB。此外，Φ分量增益1620减少22.2dB。
此外，可知第二谐振频率下的实施例1310的无线电力传送装置1010被消除TE/TM模式分量。由此，如果在空间辐射量小的第二谐振频率下使用实施例1310的无线电力传送装置1010，则可形成干扰最小化的电波环境。从而，能够将无线电力传送装置1010的电力传送中的其他通信设备或电子装置的故障最小化。
图18是表示本发明的一实施例的图8的无线电力传送装置以及图13的无线电力传送装置的电力传送效率的图。
参考图18，表示了实施例1310的无线电力传送装置1010的电力传送效率1801以及无线电力传送装置810的电力传送效率1802。图18将线圈的宽度设为W，以W为基准表示了传送距离。
电力传送效率1801、1802分别是将无线电力接收装置820的负载阻抗以及实施例1310的无线电力接收装置1020的负载阻抗均设为20欧姆时的电力传送效率。而且，将无线电力传送装置810、无线电力接收装置820、实施例1310的无线电力传送装置1010以及无线电力接收装置1020的所有导线假设为理想导体。
比较电力传送效率1801与电力传送效率1802可知，电力传送效率1801的基于传送距离的传送效率比电力传送效率1802高。具体而言，电力传送效率1801维持70％以上的传送电力效率的最大传送距离为4.5W。
如果实施例1310的无线电力传送装置1010利用铜、铝、银等金属来制作，则由于内部阻抗损失，从而可能导致与电力传送效率1801相比，传送距离短。
图19是表示本发明的一实施例的无线电力传送装置的例子的图。
参考图19，表示了第一实施例1910以及第二实施例1920。第一实施例1901包括无线电力传送装置1911、第一线圈1011、第二线圈1012、电压源1013以及间隙区域1912。第二实施例1902包括无线电力传送装置1921、第一线圈1011、第二线圈1012、电压源1013以及间隙区域1922。
间隙区域1912、1922是构成第一线圈1011的导线间的间隔相对宽的区域。即，间隙区域1912、1922是比位于第一线圈1011的其他部分的导线间的间隔相对宽的区域。图19中分别仅图示了一个间隙区域1912、1922，但是无线电力传送装置1911、1921能够包括多个间隙区域1912、1922。而且，间隙区域1912、1922也可以不位于第一线圈1011的中心部。
当间隙区域1912、1922位于无线电力传送装置1911、1921的中心位置的情况下，储存在外部的电场对于储存在内部的电场能量会增加。从而，无线电力传送装置1911、1921的自电容减少，互电容能够增加。从而，基于数学式7以及数学式8的第一谐振频率以及第二谐振频率的差异增加。由此，无线电力传送装置1911、1921的耦合量能够增加。
图20是表示本发明的一实施例的图13的无线电力传送装置以及图19的无线电力传送装置的耦合系数以及耦合系数的倒数的图。
参考图20，图示了实施例1310的耦合系数2001、第二实施例1920的耦合系数2002、实施例1310的耦合系数的倒数2003以及第二实施例1920的耦合系数的倒数2004。
比较耦合系数2001与耦合系数2002可确定，第二实施例1920与实施例1310相比，具有更大的耦合系数。即，可确定由于间隙区域1922的影响，第二实施例1920的耦合量增加。由此，第二实施例1920的电力传送距离比实施例1310的电力传送距离大。
比较耦合系数的倒数2003与耦合系数的倒数2004可确定，第二实施例1902与实施例1310相比，具有更低的耦合系数的倒数。这一点根据耦合系数2001、2002与耦合系数的倒数2003、2004处于倒数关系可导出。
图21是表示本发明的一实施例的图8的无线电力传送装置以及图19的无线电力传送装置的电力传送效率的图。
参考图21，图示了无线电力传送装置810的电力传送效率2101以及无线电力传送装置1921的电力传送效率2102。
在此，将无线电力接收装置820的负载阻抗设定为20欧姆。此外，将与无线电力传送装置1921对应的无线电力接收装置(未图示)的负载阻抗也设定为40欧姆。此外，所有导线使用了铜。
比较电力传送效率2101以及电力传送效率2102可知，虽然负载阻抗为40欧姆，大两倍，但电力传送效率2102比电力传送效率2101具有更加的传送效率特性。由于能够将负载阻抗设定为较高，因此当电力传送装置1921利用金属制作的情况下能够减少阻抗损失。
图22是表示本发明的一实施例的负载阻抗以及基于传送距离的图17的无线电力传送装置的电力传送效率的图。
参考图22，表示了负载阻抗以及基于传送距离的无线电力传送装置1921的电力传送效率。参考图示可知，当负载阻抗为17欧姆的情况下，无线电力传装置1921在4W的距离具有70％的电力传送效率。
另一方面，本发明的方法可以被实现为计算机可执行的程序，并且还可以以磁存储介质、光学读取介质、数字存储介质等各种记录介质来实现。
本说明书中说明的各种技术可通过数字电子电路、或计算机硬件、固件、软件、或者他们的组合来实现。这些能够为了基于数字处理装置例如可编程处理器、计算机、或者多个计算机的操作的处理，或者为了控制该操作，可被实现为计算机程序产品、即信息载体例如计算机可读取存储装置(计算机可读取介质)或者在无线传播信号中有形体地具体化的计算机程序。如上述的计算机程序那样的计算机程序可通过包括编译或解译的语言的任意方式的编程语言来记录，可作为独立程序、或者模块、组件、子程序、或者计算环境中的适于使用的其他单元而包括的任意的形态来展开。计算机程序能够被展开，以使在一个网络中在一个计算机或者多个计算机上被处理，或者通过多个网站分配并经由通信网络相互连接。
适于处理计算机程序的处理器例如包括通用以及专用微处理器两者、以及任意种类的数字计算机的任意一个以上的处理器。一般来说，处理器可从只读存储器或随机接入存储器或这两者接收命令以及数据。计算机组件可包括用于执行命令的至少一个处理器、以及存储命令和数据的一个以上的存储器装置。一般来说，计算机可包括用于存储数据的一个以上的大容量存储装置、例如，磁、磁光盘、或者光盘，或者从这些接收数据或向它们传送数据或者以实现两者的方式结合。用于将计算机程序命令以及数据具体化的适当的信息载体例如包括半导体存储装置，例如硬盘、软盘及磁盘等磁介质(Magnetic Media)、如CD-ROM(光盘只读存储器)、DVD那样的光记录介质(Optical Media)、如光磁软盘(FlopticalDisk)那样的磁-光介质(Magneto-Optical Media)、只读存储器(ROM)、随机接入存储器(RAM)、闪速存储器、EPROM(可擦除可编程ROM)、EEPROM(电可擦除可编程ROM)等。处理器及存储器可通过专用逻辑电路追加，或者包含于此。
另外，计算机可读取的介质是可由计算机接入的任意的可用介质，计算机存储介质以及传送介质均可包括。
本说明书包括多数特定的实施例的细节，但这些也不应被理解为限定发明或权利要求，反而应被理解为对特定的发明在特定的实施方式中特有的特征的说明。在单独的实施方式的上下文中记载在本说明书中的特定的特征能够在单一的实施方式中进行组合而实现。相反，在单一的实施方式的上下文中记载的各种特征也能够单独或者以某种适当的下位组合，在多个实施方式中实现。进而，虽然特征能够以特定的组合操作，且可描述为与其一并请求那样，但所请求的组合中的一个以上的特征在某种情况下可从其组合中被排除，该请求的组合可被变更为下位组合或下位组合的变形物。
同样地，按照特定的顺序在附图中描述了操作，但这不应被理解为为了获得优选结果而应按照图示的特定的顺序或按次序执行这些操作，或者应执行所有的图示的操作。在特定的情况下，有可能多任务和并行处理比较有利。另外，在上述的实施方式的各种装置组件的分离不应被理解为在所有的实施方式中都需要这样的分离，说明的程序组件和装置一般集成到单一的软件产品，或者能够打包成多种软件产品，这一点应被理解。
另一方面，本说明书与附图中公开的本发明的实施例仅仅是为了有助于理解而举出的特定例，并不用于限定本发明的范围。本领域技术人员可知，在此公开的实施例以外，还能够实施基于本发明的技术思想的其他变形例。

Claims (18)

1.一种无线电力传送装置，所述无线电力传送装置向无线电力接收装置传送电力，所述无线电力传送装置包括：
第一线圈，沿着第一方向配置；
第二线圈，沿着与第一方向垂直的第二方向配置，且连接到所述第一线圈的两端；以及
电压源，向所述第一线圈以及所述第二线圈供应电压，
其中，所述第一线圈是设置在所述无线电力传送装置的中央的回路结构，用于通过产生互感来耦合磁场，以及
其中，所述第二线圈是设置在所述无线电力传送装置的两端的偶极结构，用于通过产生互电容来耦合电场。
2.如权利要求1所述的无线电力传送装置，其中，
所述第一线圈利用沿着所述第一方向绕多圈的导线构成，
所述第二线圈利用沿着所述第二方向向所述第一线圈的中心绕多圈的导线构成。
3.如权利要求1所述的无线电力传送装置，其中，
所述第一线圈利用沿着所述第一方向以圆形绕多圈的导线构成，
所述第二线圈利用沿着所述第二方向向所述第一线圈的中心以圆形绕多圈的导线构成。
4.如权利要求1所述的无线电力传送装置，其中，
所述第一线圈利用沿着所述第一方向以四角形绕多圈的导线构成，
所述第二线圈利用沿着所述第二方向向所述第一线圈的中心以四角形绕多圈的导线构成。
5.如权利要求1所述的无线电力传送装置，其中，
所述电压源与所述第一线圈连接，并经由所述第一线圈对所述第一线圈及所述第二线圈供应电压。
6.如权利要求1所述的无线电力传送装置，
还包括电压供应回路，该电压供应回路与所述第一线圈以及所述第二线圈相隔，并位于与所述第二线圈平行的平面，
所述电压源与所述电压供应回路连接，并向所述电压供应回路供应电压。
7.如权利要求6所述的无线电力传送装置，其中，
所述电压供应回路如果从所述电压源接受电压供应，则产生磁场从而向所述第一线圈以及所述第二线圈间接供应电压。
8.如权利要求2所述的无线电力传送装置，其中，
所述第一线圈具有构成所述第一线圈的导线间的间距相比于位于其他部分的导线间的间距宽的区域即间隙区域。
9.如权利要求8所述的无线电力传送装置，其中，
所述电压源连接到形成所述间隙区域的导线。
10.一种无线电力接收装置，所述无线电力接收装置从无线电力传送装置接收电力，所述无线电力接收装置包括：
第一线圈，沿着第一方向配置；
第二线圈，沿着与所述第一方向垂直的第二方向配置，并连接到所述第一线圈的两端；以及
负载，从所述第一线圈以及所述第二线圈接受电压供应，
其中，所述第一线圈是设置在所述无线电力接收装置的中央的回路结构，用于耦合磁场，以及
其中，所述第二线圈是设置在所述无线电力接收装置的两端的偶极结构，用于耦合电场。
11.如权利要求10所述的无线电力接收装置，其中，
所述第一线圈利用沿着所述第一方向绕多圈的导线构成，
所述第二线圈利用沿着所述第二方向向所述第一线圈的中心绕多圈的导线构成。
12.如权利要求10所述的无线电力接收装置，其中，
所述第一线圈利用沿着所述第一方向以圆形绕多圈的导线构成，
所述第二线圈利用沿着所述第二方向向所述第一线圈的中心以圆形绕多圈的导线构成。
13.如权利要求10所述的无线电力接收装置，其中，
所述第一线圈利用沿着所述第一方向以四角形绕多圈的导线构成，
所述第二线圈利用沿着所述第二方向向所述第一线圈的中心以四角形绕多圈的导线构成。
14.如权利要求10所述的无线电力接收装置，其中，
所述负载与所述第一线圈连接，并经由所述第一线圈从所述第一线圈以及所述第二线圈接受电压供应。
15.如权利要求10所述的无线电力接收装置，
还包括电压接收回路，该电压接收回路与所述第一线圈以及所述第二线圈相隔，并位于与所述第二线圈平行的平面，
所述负载与所述电压接收回路连接，并从所述电压接收回路接受电压供应。
16.如权利要求15所述的无线电力接收装置，其中，
如果所述第一线圈以及所述第二线圈从所述无线电力传送装置接收电力而产生磁场，则所述电压接收回路从所述第一线圈以及所述第二线圈接受电压供应。
17.如权利要求11所述的无线电力接收装置，其中，
所述第一线圈具有构成所述第一线圈的导线间的间距相比于位于其他部分的导线间的间距宽的区域即间隙区域。
18.如权利要求17所述的无线电力接收装置，其中，
所述负载连接到形成所述间隙区域的导线。
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