CN109314404A - 电力传输系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种能够迅速地对受电器进行充电的电力传输系统。电力传输系统包含送电器和通过磁场共振或者电场共振从送电器同时接受电力的多个受电器,多个受电器具有二次侧谐振线圈、调整受电电力的调整部、以及控制调整部的受电侧控制部,送电器具有:一次侧谐振线圈;第一判定部,判定是否存在受电电力过量的受电器和受电电力不足的受电器;第二判定部,判定受电电力过量的受电器的受电电力是否为规定值以上;以及指令输出部,经由送电侧通信部发送通过调整部使受电电力降低以使受电电力成为规定的目标值以下的指令,若通过受电侧通信部接收到指令,则受电侧控制部控制调整部,直至受电电力成为规定的目标值以下,若受电电力成为规定的目标值以下,则受电侧通信部将电力数据发送至送电侧通信部。
Description
技术领域
本发明涉及电力传输系统。
背景技术
以往,有一种非接触充电装置,其特征在于,是具有能够对多台电子设备进行基于非接触充电方式的集中充电的集中充电部的非接触充电装置,具备:获取单元,对每台上述电子设备获取其设备信息;以及判别单元,基于由该获取单元获取的设备信息判别上述电子设备是否能够支持应对集中充电。
还具备:充电控制单元,在通过该判别单元判别为上述多台电子设备全部支持集中充电的情况下,进行集中充电;以及第一通知单元,在通过上述判别单元判别为上述多台电子设备中的至少任意一个电子设备不支持集中充电的情况下,确定该电子设备并进行通知。
另外,上述获取单元的特征在于作为上述电子设备的设备信息,对每个电子设备进一步获取其接收功能的接收灵敏度。上述充电控制单元在判别为上述多台电子设备全部支持集中充电的情况下进行集中充电,并且基于由上述获取单元获取的接收灵敏度来决定上述集中充电部的充电速度(例如,参照专利文献1)。
专利文献1:日本特开2011-120361号公报
然而,以往的非接触充电装置由于基于接收灵敏度来决定上述集中充电部的充电速度,所以存在根据接收灵敏度,充电速度变慢的情况,而存在无法迅速地进行充电的情况。
发明内容
因此,目的在于提供一种能够迅速地对受电器进行充电的电力传输系统。
本发明的实施方式的电力传输系统包含送电器、以及通过磁场共振或者电场谐振从上述送电器同时接受电力的多个受电器,上述多个受电器分别具有:二次侧谐振线圈;调整部,对通过上述二次侧谐振线圈接受的受电电力进行调整;受电侧通信部,与上述送电器进行通信;以及受电侧控制部,控制上述调整部,上述送电器具有:一次侧谐振线圈,通过磁场共振或者电场谐振向上述多个受电器的上述二次侧谐振线圈传输电力;送电侧通信部,与上述多个受电器进行通信;第一判定部,基于从上述多个受电器的每一个接收的与额定电力和上述受电电力相关的电力数据,判定是否存在上述受电电力过量的受电器和上述受电电力不足的受电器;第二判定部,若通过上述第一判定部判定为存在上述受电电力过量的受电器和上述受电电力不足的受电器,则判定上述受电电力过量的受电器的受电电力是否为规定值以上;以及指令输出部,对通过上述第二判定部判定为上述受电电力为上述规定值以上的受电器,经由上述送电侧通信部发送通过上述调整部使上述受电电力降低以使上述受电电力成为规定的目标值以下的指令,若通过上述受电侧通信部接收到上述指令,上述受电侧控制部控制上述调整部,直至上述受电电力成为上述规定的目标值以下,若上述受电电力成为上述规定的目标值以下,则上述受电侧通信部将上述电力数据发送至上述送电侧通信部。
能够提供一种能够迅速地对受电器进行充电的电力传输系统。
附图说明
图1是表示电力传输系统的图。
图2是表示通过磁场共振从送电器向电子设备传输电力的状态的图。
图3是表示通过磁场共振从送电器向电子设备传输电力的状态的图。
图4是表示实施方式的受电器和送电装置的图。
图5是表示使用实施方式的电力传输系统的送电装置和电子设备的图。
图6是表示受电器的占空比与受电效率的关系的图。
图7是表示受电器中的PWM驱动模式的占空比与受电电力的关系的图。
图8是表示受电器的控制部的结构的图。
图9是表示受电器的存储器中储存的数据的图。
图10是表示电力数据与过量程度数据的数据结构的图。
图11是表示受电器的存储器中储存的调整指令的数据结构的图。
图12是表示送电器的控制部的结构的图。
图13是表示由实施方式1的电力传输系统的送电器和受电器执行的处理的流程图。
图14是表示由实施方式1的电力传输系统以及送电器对受电器的受电电力进行调整的情况的图。
图15是表示由实施方式1的电力传输系统以及送电器对受电器的受电电力进行调整的情况的图。
图16是表示由实施方式1的电力传输系统以及送电器对受电器的受电电力进行调整的情况的图。
图17是表示由实施方式1的电力传输系统以及送电器对受电器的受电电力进行调整的情况的图。
图18是表示使用降低指令使受电器的受电电力降低到目标值时的动作的图。
图19是表示实施方式1的第一变形例的受电器的图。
图20是表示实施方式1的第二变形例的受电器和送电装置的图。
图21是表示实施方式1的第二变形例的受电器的控制部的内部结构的图。
图22是表示实施方式1的第二变形例的受电器的电容器以及调整部中的电流路径的图。
图23是表示在实施方式1的第二变形例的受电器的二次侧谐振线圈中产生的交流电压、以及驱动信号所包含的2个时钟的图。
图24是表示相对于驱动信号的相位差的受电效率的特性的模拟结果的图。
图25是表示驱动信号的相位差与2个受电器的受电效率的关系的图。
图26是表示实施方式1的第三变形例的磁场共振型的电力传输系统的概要的图。
图27是表示电力传输系统的频率依赖性的图。
图28是对扫描线圈的谐振频率的方法进行说明的图。
图29是表示实施方式1的第三变形例的电力传输系统的控制部的结构的例子的图。
图30是表示实施方式1的第三变形例的受电器的桥式平衡电路的电路结构的图。
图31是表示驱动实施方式1的第三变形例的受电器的桥式平衡电路的控制信号的波形的图。
图32是表示驱动实施方式1的第三变形例的受电器的桥式平衡电路的控制信号的波形的图。
图33是表示驱动实施方式1的第三变形例的受电器的桥式平衡电路的控制信号的波形的图。
图34是表示由实施方式2的电力传输系统的送电器和受电器执行的处理的流程图。
图35是表示使用降低指令使受电器的受电电力降低到目标值时的动作的图。
具体实施方式
以下,对应用本发明的电力传输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输系统的实施方式1~3进行说明之前,使用图1~图3,对实施方式1~3的受电器以及电力传输系统的前提技术进行说明。
图1是表示电力传输系统50的图。
如图1所示,电力传输系统50包含交流电源1、一次侧(送电侧)的送电器10、以及二次侧(受电侧)的受电器20。电力传输系统50可以包含多个送电器10以及受电器20。
送电器10具有一次侧线圈11和一次侧谐振线圈12。受电器20具有二次侧谐振线圈21和二次侧线圈22。二次侧线圈22与负载装置30连接。
如图1所示,送电器10以及受电器20通过一次侧谐振线圈(LC谐振器)12与二次侧谐振线圈(LC谐振器)21之间的磁场共振(磁场谐振),从送电器10向受电器20进行能量(电力)的传输。在这里,从一次侧谐振线圈12向二次侧谐振线圈21的电力传输不光是磁场共振也可以是电场共振(电场谐振)等,但在以下的说明中,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,一次侧谐振线圈12和二次侧谐振线圈21的谐振频率是6.78MHz的情况进行说明。
此外,从一次侧线圈11向一次侧谐振线圈12的电力传输利用电磁感应来进行,另外,从二次侧谐振线圈21向二次侧线圈22的电力传输也利用电磁感应来进行。
另外,在图1中,示出电力传输系统50包含二次侧线圈22的方式,但电力传输系统50可以不包含二次侧线圈22,此时,二次侧谐振线圈21与负载装置30直接连接即可。
图2是表示通过磁场共振从送电器10向电子设备40A、40B传输电力的状态的图。
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)中除去二次侧线圈22的结构。即,受电器20A以及20B具有二次侧谐振线圈21。此外,在图2中简单地示出送电器10,然而送电器10与交流电源1(参照图1)连接。
在图2中,电子设备40A、40B配置在距离送电器10相互相等的距离的位置,各自所内置的受电器20A以及20B通过磁场共振从送电器10以非接触的状态接受电力。
在这里,作为一个例子,假设在图2所示的状态下,内置于电子设备40A的受电器20A的受电效率为40%,内置于电子设备40B的受电器20B的受电效率为40%。
所谓的受电器20A以及20B的受电效率用受电器20A以及20B的二次侧线圈22接受的电力(受电电力)相对于从与交流电源1连接的一次侧线圈11传输的电力的比率来表示。此外,在送电器10不包含一次侧线圈11而交流电源1与一次侧谐振线圈12直接连接的情况下,代替从一次侧线圈11传输的电力,使用从一次侧谐振线圈12传输的电力来求受电电力即可。另外,在受电器20A以及20B不包含二次侧线圈22的情况下,代替二次侧线圈22接受的电力使用二次侧谐振线圈21接受的电力来求受电电力即可。
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的线圈规格、彼此之间的距离和姿势来决定。在图2中,由于受电器20A以及20B的结构相同,且配置于距离送电器10相互相等的距离和姿势的位置,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(额定电力)为10W,电子设备40B的额定输出为5W。
在这样的情况下,从送电器10的一次侧谐振线圈12(参照图1)传输的电力为18.75W。18.75W通过(10W+5W)/(40%+40%)来求。
然而,若从送电器10朝向电子设备40A以及40B传输18.75W的电力,则受电器20A以及20B合计接收15W的电力,受电器20A以及20B由于均衡地接受电力,所以各自接受7.5W的电力。
其结果,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,即使从送电器10向电子设备40A以及40B传输18.75W的电力,也无法平衡良好地对电子设备40A以及40B进行充电。换言之,同时对电子设备40A以及40B进行充电时的电力的供给平衡较差。
图3是表示通过磁场共振从送电器10向电子设备40B1、40B2传输电力的状态的图。
电子设备40B1、40B2是相同的类型的智能手机,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相等。即,受电器20B1以及20B2具有二次侧谐振线圈21。此外,在图3中简单地示出送电器10,然而送电器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相对于送电器10的角度(姿势)相等,但电子设备40B1配置于比电子设备40B2远离送电器10的位置。电子设备40B1、40B2各自所内置的受电器20B1以及20B2通过磁场共振从送电器10以非接触的状态接受电力。
在这里作为一个例子,假设在图3所示的状态下,内置于电子设备40B1的受电器20B1的受电效率为35%,内置于电子设备40B2的受电器20B2的受电效率为45%。
在这里,由于电子设备40B1以及40B2相对于送电器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的每一个与送电器10之间的距离来决定。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的额定输出均为5W。
在这样的情况下,从送电器10的一次侧谐振线圈12(参照图1)传输的电力为12.5W。12.5W通过(5W+5W)/(35%+45%)来求。
然而,若从送电器10朝向电子设备40B1以及40B2传输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接受约4.4W的电力,受电器20B2接受约5.6%的电力。
其结果,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,即使从送电器10向电子设备40B1以及40B2传输12.5W的电力,也无法平衡良好地对电子设备40B1以及40B2进行充电。换言之,同时对电子设备40B1以及40B2进行充电时的电力的供给平衡较差(有改善的余地)。
此外,在这里,对电子设备40B1以及40B2相对于送电器10的角度(姿势)相等,电子设备40B1以及40B2距离送电器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,由于受电效率由送电器10与受电器20B1以及20B2之间的距离和角度(姿势)来决定,所以在图3所示的位置关系中,若电子设备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距离送电器10的距离相等,若电子设备40B1以及40B2相对于送电器10的角度(姿势)不同,则受电器20B1以及20B2的受电效率相互也为不同的值。
接下来,使用图4以及图5,对实施方式1的受电器以及电力传输系统进行说明。
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300。交流电源1与图1所示的结构相同。
送电装置80包含交流电源1和送电器300。
送电器300具有一次侧线圈11、一次侧谐振线圈12、匹配电路13、电容器14、控制部310。
受电器100包含二次侧谐振线圈110、整流电路120、开关130、平滑电容器140、控制部150、以及输出端子160A、160B。在输出端子160A、160B连接有DC-DC转换器210,在DC-DC转换器210的输出侧连接有蓄电池220。在图4中,负载电路为蓄电池220。
首先,对送电器300进行说明。如图4所示,一次侧线圈11是环状的线圈,在两端间经由匹配电路13与交流电源1连接。一次侧线圈11配置为以非接触的方式与一次侧谐振线圈12接近,而与一次侧谐振线圈12电磁耦合。一次侧线圈11配设为自己的中心轴与一次侧谐振线圈12的中心轴一致。使中心轴一致是为了提高一次侧线圈11和一次侧谐振线圈12的耦合强度,并且抑制磁通的泄露,并抑制在一次侧线圈11以及一次侧谐振线圈12的周围产生不必要的电磁场。
一次侧线圈11通过从交流电源1经由匹配电路13供给的交流电力产生磁场,并通过电磁感应(相互感应)将电力传输至一次侧谐振线圈12。
如图4所示,一次侧谐振线圈12与一次侧线圈11以非接触的方式接近地配置而与一次侧线圈11电磁耦合。另外,一次侧谐振线圈12被设计为具有规定的谐振频率,并具有较高的Q值。一次侧谐振线圈12的谐振频率被设定为与二次侧谐振线圈110的谐振频率相等。用于调整谐振频率的电容器14以串联的方式连接在一次侧谐振线圈12的两端之间。
一次侧谐振线圈12的谐振频率被设定为成为与交流电源1输出的交流电力的频率相同的频率。一次侧谐振线圈12的谐振频率由一次侧谐振线圈12的电感和电容器14的静电电容来决定。因此,一次侧谐振线圈12的电感和电容器14的静电电容被设定为一次侧谐振线圈12的谐振频率为与从交流电源1输出的交流电力的频率相同的频率。
匹配电路13是为了得到一次侧线圈11与交流电源1と的阻抗匹配而插入的,包含电感器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输出例如数百kHz~数十MHz左右的高频的交流电力。
电容器14是串联地插入在一次侧谐振线圈12的两端之间的可变电容型的电容器。电容器14是为了调整一次侧谐振线圈12的谐振频率而设置的,静电电容由控制部310来设定。
控制部310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、从一次侧谐振线圈12传输的电量(输出)的控制、以及受电器100A以及100B的占空比的设定等。
如以上那样的送电装置80通过磁感应将从交流电源1供给至一次侧线圈11的交流电力传输至一次侧谐振线圈12,通过磁场共振将电力从一次侧谐振线圈12传输至受电器100的二次侧谐振线圈110。
接下来,对受电器100所包含的二次侧谐振线圈110进行说明。
二次侧谐振线圈110被设计为具有与一次侧谐振线圈12相同的谐振频率,并具有较高的Q值。二次侧谐振线圈110的一对端子与整流电路120连接。
二次侧谐振线圈110将从送电器300的一次侧谐振线圈12通过磁场共振传输的交流电力输出至整流电路120。
整流电路120具有4个二极管121A~121D。二极管121A~121D连接成桥状,对从二次侧谐振线圈110输入的电力进行全波整流并输出。
开关130串联地插入于连接整流电路120与平滑电容器140之间的一对线路中的高电压侧的线路(图4中的上侧的线路)。开关130是例如如FET那样能够高速地进行直流电压的传输和切断的开关即可。
对开关130输入被整流电路120全波整流的电力。由于被全波整流的电力作为直流电力来处理,所以开关130可以是直流用的开关。由于直流用的开关130能够使用如FET那样的简单的结构的开关,所以能够小型化。在这里,交流用的开关有继电器、三端双向开关、以及使用FET的开关等。由于继电器是机械式的开关,所以存在尺寸较大、进行高速的开关产生耐久性的问题的可能。另外,三端双向开关不适合如6.78MHz这样的高速开关。另外,使用FET的交流用的开关由于包含多个FET所以比直流用的FET大,另外,寄生电容会给交流带来影响。由于这样的理由,作为开关130使用交流用的FET,有利于小型化以及不会产生寄生电容的影响。
另外,有关开关130的驱动模式的详细内容后述,开关130被控制部150进行PWM(Pulse Width Modulation:脉冲宽度调制)驱动。开关130的PWM驱动模式的占空比基于从送电装置80发送的调整指令来设定。对于从送电装置80发送的调整指令后述。
另外,PWM驱动模式的频率被设定为二次侧谐振线圈110接受的交流频率的频率以下。
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全波整流的电力进行平滑化并作为直流电力来输出。在平滑电容器140的输出侧连接输出端子160A、160B。由于被整流电路120全波整流的电力使交流电力的负成分反转为正成分,所以能够大致作为交流电力来处理,通过使用平滑电容器140,即使在被全波整流后的电力中包含波动的情况下,也能够获得稳定的直流电力。
DC-DC转换器210与输出端子160A、160B连接,将从受电器100输出的直流电力的电压转换为蓄电池220的额定电压并输出。DC-DC转换器210在整流电路120的输出电压高于蓄电池220的额定电压的情况下,将整流电路120的输出电压降压到蓄电池220的额定电压。另外,DC-DC转换器210在整流电路120的输出电压低于蓄电池220的额定电压的情况下,将整流电路120的输出电压升压到蓄电池220的额定电压。
蓄电池220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,蓄电池220是这样的电子设备的主蓄电池。
在实施方式1的电力传输系统中,送电器300向受电器100请求充电率数据。充电率数据是表示蓄电池220的充电率的数据。
蓄电池220的充电率有各种求法。例如,内置于蓄电池220的控制部能够基于蓄电池220的正极性端子和负极性端子的端子间电压,参照表示端子间电压与充电率的关系的数据求出充电率。在这种情况下,也可以使用流过正极性端子或者负极性端子的电流的值。蓄电池220的充电率可以通过任意的求法来求。另外,也可以是蓄电池220将表示端子间电压的数据作为充电率数据发送至控制部150,控制部150根据端子间电压来求充电率。
此外,一次侧线圈11、一次侧谐振线圈12、二次侧谐振线圈110例如通过卷绕铜线来制造。然而,一次侧线圈11、一次侧谐振线圈12、二次侧谐振线圈110的材质也可以是铜以外的金属(例如,金、铝等)。另外,一次侧线圈11、一次侧谐振线圈12、二次侧谐振线圈110的材质也可以不同。
在这样的结构中,一次侧线圈11以及一次侧谐振线圈12是电力的送电侧,二次侧谐振线圈110是电力的受电侧。
由于通过磁场共振方式,利用在一次侧谐振线圈12与二次侧谐振线圈110之间产生的磁场共振从送电侧向受电侧传输电力,所以能够进行比通过电磁感应从送电侧向受电侧传输电力的电磁感应方式长距离的电力的传输。
磁场共振方式具有在谐振线圈彼此之间的距离或者位置偏移方面,与电磁感应方式相比自由度高,而位置自由的优点。
图5是表示使用实施方式1的电力传输系统500的送电装置80和电子设备200A以及200B的图。
送电装置80与图4所示的送电装置80相同,然而在图5中,将图4中的一次侧线圈11以及控制部310以外的构成要素表示为电源部10A。电源部10A集中表示一次侧谐振线圈12、匹配电路13、电容器14。此外,也可以将交流电源1、一次侧谐振线圈12、匹配电路13、电容器14集中视为电源部。
送电装置80还包含天线16。天线16例如可以是如Bluetooth(注册商标)那样的能够进行近距离的无线通信的天线。天线16是为了从电子设备200A以及200B所包含的受电器100A以及100B接收表示受电电力的过量或不足等的数据而设置的,所接收的数据被输入至控制部310。
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和100B、DC-DC转换器210A和210B、以及蓄电池220A和220B。
受电器100A以及100B具有在图4所示的受电器100分别追加了天线170A以及170B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相同。另外,蓄电池220A以及220B分别与图4所示的蓄电池220相同。
受电器100A具有二次侧谐振线圈110A、整流电路120A、开关130A、平滑电容器140A、控制部150A、以及天线170A。二次侧谐振线圈110A、整流电路120A、开关130A、平滑电容器140A、控制部150A分别对应于图4所示的二次侧谐振线圈110、整流电路120、开关130、平滑电容器140、控制部150。此外,在图5中,简单地示出二次侧谐振线圈110A、整流电路120A、开关130A、平滑电容器140A,省略输出端子160A、160B。
受电器100B具有二次侧谐振线圈110B、整流电路120B、开关130B、平滑电容器140B、控制部150B、以及天线170B。二次侧谐振线圈110B、整流电路120B、开关130B、平滑电容器140B、控制部150B分别对应于图4所示的二次侧谐振线圈110、整流电路120、开关130、平滑电容器140、控制部150。此外,在图5中,简单地示出二次侧谐振线圈110B、整流电路120B、开关130B、平滑电容器140B,省略输出端子160A、160B。
天线170A以及170B例如是如Bluetooth(注册商标)那样的能够进行近距离的无线通信的天线。天线170A以及170B是为了与送电器300的天线16进行数据通信而设置的,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。
受电器100A的控制部150A将表示受电电力的过量或不足等的数据等经由天线170A发送至送电器300。同样地,受电器100B的控制部150B将表示受电电力的过量或不足等的数据等经由天线170B发送至送电器300。
电子设备200A以及200B分别能够以配置在送电装置80的附近的状态下,不与送电装置80接触地对蓄电池220A以及220B进行充电。蓄电池220A以及220B的充电能够同时进行。
电力传输系统500由图5所示的构成要素中的送电器300、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输的电力传输系统500。
图6是表示PWM驱动模式的占空比与受电器100A以及100B的受电电量的关系的图。
在这里,对在将驱动受电器100A的开关130A的PWM驱动模式的占空比固定为100%的状态下,使驱动受电器100B的开关130B的PWM驱动模式的占空比从100%降低的情况进行说明。
在图6中,横轴表示驱动受电器100B的开关130B的PWM驱动模式的占空比。另外,左侧的纵轴表示受电器100A以及100B的受电效率的比率。另外,右侧的纵轴用百分比表示受电器100A以及100B的受电效率的和。
在这里,受电效率的比率是指在将受电器100A以及100B的受电效率的和设为100%时,受电器100A以及100B各自的受电效率占据受电效率的和的比率。例如,在受电器100A以及100B的受电效率均为40%而相等(受电效率的和为80%)的情况下,受电器100A以及100B的受电效率的比率均为50%。
所谓的受电器100A以及100B的受电效率均为40%而相等的情况是指在2个受电器100A以及100B同时从送电器300受电的情况下,受电器100A以及100B的受电效率均为40%而相等的状态。此外,受电器100A以及100B单独具有85%左右的受电效率。
在这里,作为一个例子,假设在驱动受电器100A以及100B的开关130A以及130B的PWM驱动模式的占空比均为100%的状态下,受电器100A以及100B的受电效率的比率均为50%。
若在将驱动受电器100A的开关130A的PWM驱动模式的占空比固定在100%的状态下,使驱动受电器100B的开关130B的PWM驱动模式的占空比从100%开始降低,则如图6所示,受电器100B的受电效率的比率降低。另外,伴随于此,受电器100A的受电效率的比率增大。
若这样使驱动受电器100B的开关130B的PWM驱动模式的占空比降低,则受电器100B的受电量减少,所以流过受电器100B的电流也减少。即,由于占空比的变化,受电器100B的阻抗发生变化。
在利用磁场共振的电力传输中,将通过磁场共振从送电器300传输至受电器100A以及100B的电力分配至受电器100A和100B。因此,若使驱动受电器100B的开关130B的PWM驱动模式的占空比从100%开始降低,则受电器100A的受电量增加受电器100B的受电量所减少的量。
因此,如图6所示,受电器100B的受电效率的比率降低。另外,伴随于此,受电器100A的受电效率的比率增大。
若驱动受电器100B的开关130B的PWM驱动模式的占空比降低到约10%,则受电器100B的受电效率的比率降低到约13%,受电器100A的受电效率的比率增大到约70%。
而且,受电器100A以及100B的受电效率的和在驱动受电器100B的开关130B的PWM驱动模式的占空比为100%时约为85%,若驱动受电器100B的开关130B的PWM驱动模式的占空比降低到约10%,则受电器100A以及100B的受电效率的和约为87%。
若像这样在将驱动受电器100A的开关130A的PWM驱动模式的占空比固定在100%的状态下,使驱动受电器100B的开关130B的PWM驱动模式的占空比从100%开始降低,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的受电效率的和为80%前后的值,未发生较大变动。
在利用磁场共振的电力传输中,由于将通过磁场共振从送电器300传输至受电器100A以及100B的电力分配到受电器100A和100B,所以即使占空比发生变化,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,若在将驱动受电器100B的开关130B的PWM驱动模式的占空比固定在100%的状态下,使驱动受电器100A的开关130A的PWM驱动模式的占空比从100%开始降低,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的受电效率的和为80%前后的值,不会较大地变动。
因此,若对驱动受电器100A或者100B的开关130A或者130B的任意一方的PWM驱动模式的占空比进行调整,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,改变驱动开关130A或者130B的PWM驱动模式的占空比,则受电器100A以及100B的二次侧谐振线圈110A以及110B的受电效率的比率变化。
因此,在实施方式1中,将受电器100A以及100B的开关130A以及130B的PWM驱动模式中的任意一方的PWM驱动模式的占空比从基准的占空比变更。基准的占空比例如为100%,此时,将任意的占空比设定为小于100%的适当的值。
如图6可知,若减少任意一方的受电器(100A或者100B)的占空比,则该受电器(100A或者100B)的受电电量降低。另外,任意另一方受电器(100A或者100B)在占空比被固定的状态下,受电电量增大。
因此,若减少一方的受电器(100A或者100B)的PWM驱动模式的占空比,则对一方的受电器(100A或者100B)的电力供给量减少,而能够增加对另一方的受电器(100A或者100B)的电力供给量。
但是,在受电器100A以及100B中,存在能够受电的上限值。因此,在通过调整占空比对2个受电器100A以及100B的受电电力的分配进行调整的情况下,若受电电力超过受电器(100A或者100B)的上限值,则无法受电并产生成为损失的电力。
另外,在受电器(100A或者100B)中,存在能够进行电池(220A或者220B)的充电的电力的最小值(下限值)。因此,在使占空比降低使受电电力降低的情况下,若受电电力比下限值低,则无法对电池(220A或者220B)进行充电。
因此,为了高效地对受电器100A以及100B进行充电,优选在通过调整占空比来对2个受电器100A以及100B的受电电力的分配进行调整的情况下,考虑受电器(100A或者100B)的上限值和下限值。
另外,此时,PWM驱动模式的频率设定为通过磁场共振传输的交流电力的频率以下的频率。更为优选,PWM驱动模式的频率设定为小于通过磁场共振传输的交流电力的频率的频率。例如,也可以将PWM驱动模式的频率设定为比通过磁场共振传输的交流电力的频率低1位或者2位左右的频率。
这是因为若PWM驱动模式的频率高于通过磁场共振传输的交流电力的频率,则在全波整流后的电力的1个周期的中途开关130A或者130B的接通/断开被切换,存在无法适当地进行电量的调整的可能。
因此,PWM驱动模式的频率需要设定为通过磁场共振传输的交流电力的频率以下的频率。另外,此时,若将PWM驱动模式的频率设定为比通过磁场共振传输的交流电力的频率低1位或者2位左右的频率,则能够更加适当地进行电量的调整。
例如,在通过磁场共振传输的交流电力的频率为6.78MHz的情况下,将PWM驱动模式的频率设定为数百kHz左右即可。
在这里,使用图7,对PWM驱动模式的占空比与受电电力的关系进行说明。
图7是表示受电器100中的PWM驱动模式的占空比与受电电力的关系的图。
在图7中,简单地示出受电器100的二次侧谐振线圈110、整流电路120、开关130、平滑电容器140,并且示出电力波形(1)、(2)、(3)。
电力波形(1)表示在二次侧谐振线圈110与整流电路120之间获得的电力的波形。电力波形(2)表示在整流电路120与开关130之间获得的电力的波形。电力波形(3)表示在开关130与平滑电容器140之间获得的电力的波形。
在这里,由于开关130的输入侧与输出侧的电力波形大致相等,所以电力波形(2)还是在开关130与平滑电容器140之间获得的电力波形。
此外,在这里,假设交流电源1所输出的交流电压的频率为6.78MHz,一次侧谐振线圈12与二次侧谐振线圈21的谐振频率为6.78MHz。另外,假设PWM驱动模式的PWM脉冲的频率为300kHz,占空比为50%。
受电器100实际上如图4所示,具有在二次侧谐振线圈110与蓄电池220之间形成循环的电路结构。
因此,在开关130接通期间电流流过循环电路,但在开关130断开期间电流不流过循环电路。
电力波形(1)为从二次侧谐振线圈110向整流电路120供给的交流电力根据开关130的接通/断开断续地流动的波形。
电力波形(2)为通过整流电路120全波整流后的电力根据开关130的接通/断开断续地流动的波形。
电力波形(3)为对通过整流电路120进行全波整流,并经由开关130供给至平滑电容器140的电力进行平滑化所得的直流电力。电力波形(3)的电压值随着占空比增大而升高,随着占空比减少而降低。
如以上那样,通过对驱动模式的占空比进行调整,能够调整从平滑电容器140输出的直流电力的电压值。
图8是表示控制部150的结构的图。控制部150包含于图4所示的受电器100,与图5所示的控制部150A、150B相同。
控制部150包含主控制部151、通信部152、驱动控制部153、以及存储器154。
主控制部151统一控制控制部150的控制处理。另外,主控制部151将电力数据、充电率数据、受电电力数据、以及规定值数据经由通信部152发送至送电器300。主控制部151是受电侧控制部的一个例子。
电力数据是表示受电器100的受电电力过量、合适、还是不足的数据。受电电力合适指受电电力处于被认为合适的规定的范围内。
受电器100的受电电力过量、合适、或者不足根据与受电器100的受电电力的上限值以及下限值的关系来决定。受电电力的上限值以及下限值由受电器100的额定输出(额定电力)来决定。因此,电力数据是与受电器100的额定输出和受电电力相关的数据。此外,有关受电电力的上限值以及下限值与受电电力过量、合适、或者不足的关系后述。
另外,充电率数据是表示蓄电池220的充电率的数据,由主控制部151获取。受电电力数据是表示受电器100的二次侧谐振线圈110接受的电力的数据。
另外,规定值数据是表示比受电器100的受电电力的上限值大规定比例的规定值的数据。规定值数据是用于在受电器100的受电电力为高于上限值的过量的状态下,判定是否为比上限值大规定比例的规定值以上的数据。规定值数据储存于存储器154。规定值数据所表示的规定值对每个受电器100预先设定,存在在每个受电器100中不同的情况。
另外,主控制部151若从送电器300经由通信部152接收调整占空比的调整指令,则将调整指令输出至驱动控制部153。驱动控制部153根据调整指令,调整占空比。
通信部152与送电器300进行无线通信。例如,在受电器100与送电器300进行基于Bluetooth(注册商标)的近距离无线通信的情况下,通信部152是Bluetooth用的调制解调器。通信部152是受电侧通信部的一个例子。
驱动控制部153对开关130进行PWM驱动。驱动控制部153基于从主控制部151输入的调整指令,调整对开关130进行PWM驱动的PWM驱动模式的占空比。驱动控制部153是进行开关130的驱动控制的驱动控制部的一个例子,并且是调整PWM驱动模式的占空比的调整部的一个例子。
存储器154储存受电器100的额定输出(额定电力)、受电电力的上限值、以及表示受电电力的下限值的数据、规定值数据、以及目标值数据。存储器154例如也可以是非易失性的存储器。
作为一个例子,目标值数据是高于受电电力的上限值,且低于规定值数据的值。目标值数据是表示使受电电力高于规定值数据所表示的规定值的受电器100的受电电力降低时的目标值的数据。例如,在规定值数据为受电电力的上限值增加10%的值的情况下,目标值数据是受电电力的上限值增加5%的值。此外,目标值数据可以与受电电力的上限值相等,但在这里,对目标值数据高于受电电力的上限值的方式进行说明。
在这里,所谓的受电器100的额定输出是作为受电器100的负载装置的蓄电池220的额定输出。
所谓的受电电力的上限值是在对作为受电器100的负载装置的蓄电池220进行充电时,不会产生无法充电而成为多余的电力地能够对蓄电池220进行充电的电力的上限值。换言之,若受电器100的受电电力比受电电力的上限值多,则在对蓄电池220进行充电时,会产生无法对蓄电池220充电而成为多余的电力。
另外,所谓的受电电力的下限值是能够进行作为受电器100的负载装置的蓄电池220的充电的电力的最小值。换言之,是若受电器100的受电电力小于受电电力的下限值,则无法进行蓄电池220的充电的最小的电力。
图9是表示存储器154中储存的数据的图。
在存储器154中储存受电器100的额定输出、受电电力的上限值、表示受电电力的下限值的数据、规定值数据、以及目标值数据。在图9中,作为一个例子,示出受电器100的额定输出为5W的情况下的受电电力的上限值和下限值。受电电力的上限值为6W,受电电力的下限值为5W。另外,规定值数据所表示的规定值为6.6W,目标值数据所表示的目标值为6.3W。
使用这样的受电电力的上限值和下限值,主控制部151可以例如若受电电力小于5W则判定为受电电力不足。即,主控制部151可以在受电电力<5W的情况下,判定为受电电力不足。
另外,主控制部151可以若受电电力为5W以上6W以下则判定为受电电力合适。即,主控制部151可以在5W≤受电电力≤6W的情况下,判定为受电电力合适。
另外,主控制部151可以若受电电力大于6W则判定为受电电力过量。即,主控制部151可以在6W<受电电力的情况下,判定为受电电力过量。
另外,在额定输出为10W、受电电力的上限值为12W、受电电力的下限值为10W的情况下,作为一个例子,主控制部151可以以如下判定。
主控制部151可以例如若受电电力小于10W则判定为受电电力不足。即,主控制部151可以在受电电力<10W的情况下,判定为受电电力不足。
另外,主控制部151可以若受电电力为10W以上且为12W以下则判定为受电电力合适。即,主控制部151可以在10W≤受电电力≤12W的情况下,判定为受电电力合适。
另外,主控制部151可以若受电电力大于12W则判定为受电电力过量。即,主控制部151可以在12W<受电电力的情况下,判定为受电电力过量。
主控制部151在判定为受电电力不足的情况下,将表示受电电力不足的电力数据发送至送电器300。另外,主控制部151在判定为受电电力合适的情况下,将表示受电电力合适的电力数据发送至送电器300。另外,主控制部151在判定为受电电力过量的情况下,将表示受电电力过量的电力数据发送至送电器300。
另外,主控制部151在受电电力过量的情况下,将表示受电电力过量的程度(过量程度)的数据(过量程度数据)与电力数据一起发送至送电器300。过量程度数据表示受电电力超过上限值的程度。例如,在上限值为6W的情况下,若受电电力为9W,则过量程度数据为50%。
图10是表示电力数据和过量程度数据的数据结构的图。
主控制部151生成的电力数据和过量程度数据与受电器100的ID(Identification)建立关联地储存于存储器154。
电力数据表示受电器100的受电电力是过量、合适、或者不足。电力数据例如能够用2位的数据值来表示。例如,可以将表示过量的数据值设定为‘10’,将表示合适的数据值设定为‘01’,以及将表示不足的数据值设定为‘00’。
过量程度数据是在受电电力过量的情况下,用数值表示过量的程度的数据。由于过量程度数据是在受电电力过量的情况下生成的数据,所以在受电电力合适或者不足的情况下,不生成。在受电电力合适或者不足的情况下,过量程度数据不存在数据值。
在图10中,作为一个例子,表示受电器100的ID为001,电力数据表示过量,过量程度数据为50%的数据。此外,也可以不对电力数据和过量程度数据进行区分,而用一个数据来表示。例如,在受电电力为过量的情况下用正的数值表示过量的程度,用‘0’(零)表示受电电力适当的情况,在受电电力不足的情况下用负的数值表示不足的程度。
另外,送电器300若接收如上述那样的电力数据,则将使占空比增大的调整指令、调整占空比的程度为零的调整指令、或者使占空比减少的调整指令发送至受电器100。
若受电器100从送电器300接收任意一个调整指令,则驱动控制部153基于从主控制部151输入的调整指令,调整对开关130进行PWM驱动的PWM驱动模式的占空比。
更具体而言,驱动控制部153若从主控制部151输入使占空比增大的调整指令,则使对开关130进行PWM驱动的PWM驱动模式的占空比增大。根据调整指令占空比被增大的程度可以在受电器100中预先设定。例如,根据调整指令占空比被增大的程度可以由驱动控制部153作为固定值保持,也可以储存于存储器154。
另外,驱动控制部153若从主控制部151输入调整占空比的程度为零的调整指令,则使PWM驱动模式的占空比维持。即,此时,占空比不会被变更。
另外,驱动控制部153若从主控制部151输入使占空比减少的调整指令,则使对开关130进行PWM驱动的PWM驱动模式的占空比减少。
根据调整指令占空比被减少的程度可以在受电器100中预先设定。例如,根据调整指令占空比被减少的程度可以由驱动控制部153作为固定值保持,也可以储存于存储器154。
此外,也可以是送电器300将表示根据各受电器100的调整指令占空比被减少的程度的数据储存于存储器360,并发送至各受电器100。在这种情况下,送电器300也可以在对进行使用了调整指令的控制处理时所使用的固件进行更新时,获取表示新机型的受电器的程度的数据。
另外,根据调整指令占空比被减少的程度可以与根据调整指令占空比被增大的程度相等。
另外,也可以越是额定输出大的受电器100,根据调整指令占空比被减少的程度设定为越大的值。
此外,使占空比增大的调整指令、调整占空比的程度为零的调整指令、以及使占空比减少的调整指令例如能够通过2位的数据来实现。
作为一个例子,可以将使占空比增大的2位的调整指令的数据值设定为‘10’,将调整占空比的程度为零的2位的调整指令的数据值设定为‘01’,以及将使占空比减少的2位的调整指令的数据值设定为‘00’。
在使用这样的调整指令的情况下,可以在存储器154中储存如图11所示的数据。
图11是表示存储器154中储存的调整指令的数据结构的图。
作为一个例子,使占空比增大的2位的调整指令的数据值为‘10’,调整占空比的程度为零的2位的调整指令的数据值为‘01’,以及使占空比减少的2位的调整指令的数据值为‘00’。
如果存储器154中储存有这样的调整指令的数据,则受电器100的驱动控制部153若从送电器300接收调整指令,则能够参照存储器154中储存的调整指令的数据,判定从送电器300接收的调整指令的内容。而且,驱动控制部153根据从送电器300接收的调整指令驱动开关130。此时驱动开关130的PWM驱动模式的占空比根据调整指令,增大或减少、或者不被调整保持原来的值。
图12是表示控制部310的结构的图。控制部310包含于图4以及图5所示的送电器300。
在这里,作为一个例子,对送电器300(参照图5)与2个以上的受电器100进行通信,并控制受电电力的方式进行说明。
控制部310包含主控制部320、通信部330、判定部340、指令输出部350、以及存储器360。
主控制部320统一控制控制部310的控制处理。
通信部330与受电器100进行无线通信。例如,在送电器300与受电器100进行基于Bluetooth(注册商标)的近距离无线通信的情况下,通信部330是Bluetooth用的调制解调器。通信部330是送电侧通信部的一个例子。
通信部330从受电器100接收电力数据。从受电器100接收的电力数据表示受电器100的受电电力为过量、合适或者不足。
判定部340基于从受电器100接收的电力数据,判定是否存在受电电力过量的受电器100、受电电力不足的受电器100、以及受电电力处于合适范围的受电器100。另外,判定部340基于从受电器100接收的电力数据,判定是否存在受电电力过量的受电器100、和受电电力不足的受电器100双方。判定部340是第一判定部以及第二判定部的一个例子。
若通过判定部340判定为存在受电电力过量的受电器100、和受电电力不足的受电器100双方,则指令输出部350经由通信部330向受电电力过量的受电器100发送使占空比降低的调整指令。在这种情况下,在存在多个受电电力过量的受电器100的情况下,指令输出部350向受电电力过量的多个受电器100发送使占空比降低的调整指令。
另外,若通过判定部340判定为存在1个或者多个受电电力过量的受电器100,且剩余的受电器100的受电电力合适,则指令输出部350经由通信部330向1个或者多个受电电力过量的受电器100发送使占空比降低的调整指令。另外,在这种情况下,指令输出部350经由通信部330向受电电力适当的受电器100发送不调整占空比的调整指令。
另外,若通过判定部340判定为存在1个或者多个受电电力不足的受电器100,且剩余的受电器100的受电电力合适,则指令输出部350经由通信部330向受电电力不足的1个或者多个受电器100发送使占空比增大的调整指令。另外,在这种情况下,指令输出部350经由通信部330向受电电力适当的受电器100发送不调整占空比的调整指令。
另外,若通过判定部340判定为存在多个受电电力适当的受电器100,则指令输出部350经由通信部330向全部的受电器100发送不调整占空比的调整指令。
此外,指令输出部350对调整指令附加受电器ID,并向由受电器ID确定的受电器100发送调整指令。
存储器360储存与受电器100的存储器154中储存的调整指令的数据相同的调整指令的数据。因为通过使用相同的调整指令的数据,能够从送电器300对受电器100的占空比进行调整。
作为一个例子,使占空比增大的2位的调整指令的数据值为‘10’,调整占空比的程度为零的2位的调整指令的数据值为‘01’,以及使占空比减少的2位的调整指令的数据值为‘00’。
图13是表示由实施方式1的电力传输系统500的送电器300和受电器100执行的处理的流程图。在送电器300和受电器100中,分别进行处理,但在这里为了示出整体的流程,也示出送电器300与受电器100之间的数据的流程。
另外,在这里,在多个受电器100同时接受送电器300发送的电力的情况下,进行送电器300的送电电力和多个受电器100的受电电力的优化。受电电力的优化通过对受电器100的PWM驱动模式的占空比进行优化来进行。
此外,将多个受电器100同时接受送电器300发送的电力称为同时供电,并将通过同时供电接受电力的多个受电器100作为同时供电的组来处理。
送电器300开始送电(送电开始)。从送电器300的一次侧谐振线圈12输出电力。此外,也可以在送电开始之后,从一次侧谐振线圈12输出预先设定的初始输出的电力。
另外,受电器100若切换为受电模式则开始处理(开始)。
受电器100通过磁场共振从送电器300接受电力,并生成受电电力数据、电力数据以及过量程度数据,并且检测蓄电池220的充电率(步骤S1)。
送电器300向受电器100请求电力数据、过量程度数据、充电率数据、受电电力数据、以及规定值数据的发送,并从受电器100收集电力数据、过量程度数据、充电率数据、受电电力数据、以及规定值数据(步骤S11)。
电力数据、过量程度数据、充电率数据、受电电力数据、以及规定值数据与受电器100的ID(参照图10)建立关联地发送至送电器300。
受电器100将在步骤S1中生成的电力数据、表示检测出的充电率的充电率数据、受电电力数据以及规定值数据发送至送电器300(步骤S2)。
受电器100判定是否从送电器300接收到降低指令(步骤S2A)。降低指令是使受电电力为过量的受电器100中受电电力为规定值数据所表示的规定值以上的受电器100的受电电力降低到目标值的指令。
受电器100若判定为未接收到降低指令(S2A:否),则判定是否接收到使PWM驱动模式的占空比降低的调整指令(步骤S3)。
受电器100在从送电器300结束步骤S11的处理到结束后述的步骤S15的处理所需要的所需时间待机,并判定是否接收到使PWM驱动模式的占空比降低的调整指令。
受电器100在即使待机所需时间也未从送电器300接收使PWM驱动模式的占空比降低的调整指令的情况下(S3:否),将流程返回到步骤S1。
送电器300基于从受电器100接收到的充电率数据,判定各受电器100是否充满电(步骤S12)。因为在受电器100充满电的情况下,无需进行送电。
送电器300对在步骤S12中被判定为未充满电的受电器100,判定是否存在受电电力过量的受电器100和受电电力不足的受电器100双方(步骤S13)。在存在受电电力过量的受电器100和受电电力不足的受电器100双方的情况下,为了使受电电力过量的受电器100的PWM驱动模式的占空比降低,送电器300进行这样的判定。
送电器300若判定为存在受电电力过量的受电器100和受电电力不足的受电器100双方(S13:是),则判定对受电电力过量的受电器100指示占空比的降低的次数是否为规定次数以下(步骤S14)。
因为若指示占空比的降低的次数较多,则存在该受电器100的受电效率过度降低的可能。因此,对进行占空比的降低的次数设置限制。
另外,规定次数可以通过实验等设定为最佳的次数。另外,例如,越是额定输出较大的受电器100,规定次数设定为越大的值。因为额定输出较大的受电器100能够使占空比降低来调整受电电力的范围较宽。
另外,表示规定次数的数据例如可以是送电器300的主控制部320对各受电器100进行计数,也可以由各受电器100进行计数,进行步骤S14的处理时,由各受电器100发送至送电器300。
送电器300若判定为实施占空比的降低的次数为规定次数以下(S14:是),则判定是否有受电电力为规定值以上的受电器100(步骤S14A)。
步骤S14A的处理是在步骤S14中,判定在被判定为指示占空比的降低的次数为规定次数以下的1个或者多个受电器100中,是否有受电电力为规定值以上的受电器100的处理。
规定值是在步骤S11中从受电器100接收到的规定值数据所表示的值。由于规定值数据与各受电器100的ID建立关联地发送至送电器300,所以送电器300使用ID,进行受电电力和规定值的比较。
步骤S14A中的规定值是略高于受电器100的受电电力的上限值的值。例如,是受电器100的受电电力的上限值增加10%的值。在这里,对步骤S14A中的规定值为受电器100的受电电力的上限值增加10%的值的方式进行说明,但步骤S14A中的规定值并不限于受电器100的受电电力的上限值增加10%的值,也可以通过实验等设定为最佳的值。
例如,步骤S14A中的规定值也可以是受电器100的受电电力的上限值增加5%的值、或者增加15%的值。
送电器300若判定为有受电电力为规定值以上的受电器100(S14A:是),则将使受电电力降低到目标值的指令(降低指令)发送至受电器100(步骤S14B)。在步骤S14B中,在有多个受电器100的情况下,利用ID进行识别,将降低指令发送至各受电器100。表示目标值的目标值数据被储存至受电器100的存储器154。
送电器300若结束步骤S14B的处理,则将流程返回到步骤S11。为了从使受电电力降低到目标值的受电器100,收集电力数据、过量程度数据、充电率数据、受电电力数据、以及规定值数据。
送电器300若判定为没有受电电力为规定值以上的受电器100(S14A:否),则发送使受电电力过量的受电器100的PWM驱动模式的占空比降低的调整指令(步骤S15)。为了通过使受电电力过量的受电器100的PWM驱动模式的占空比降低来降低受电电力,从而改善多个受电器100的整体的受电电力的平衡。
此外,在步骤S15中,在有多个受电电力过量的受电器100的情况下,向受电电力过量的多个受电器100的全部发送使占空比降低的调整指令。
送电器300若结束步骤S15的处理,则将流程返回到步骤S11。
另外,若在步骤S15中使PWM驱动模式的占空比降低的调整指令被发送至受电电力过量的受电器100,则接收到调整指令的受电器100使PWM驱动模式的占空比降低1步(步骤S4)。
送电器300若判定为不是存在受电电力过量的受电器100和受电电力不足的受电器100双方的状态(S13:否),则对从一次侧谐振线圈12发送的电力(送电电力)进行调整(步骤S16)。
在步骤S16中,在存在1个或者多个受电电力过量的受电器100,且剩余的受电器100的受电电力合适的情况下,送电器300使送电电力降低规定电力的量。
在步骤S16中,在存在1个或者多个受电电力不足的受电器100,且剩余的受电器100的受电电力合适的情况下,送电器300将送电电力增大规定电力的量。
在步骤S16中,若通过判定部340判定为存在多个受电电力适当的受电器100,则送电器300维持送电电力。即,送电器300不改变送电电力,保持此时的送电电力。
此外,送电器300不改变送电电力,保持此时的送电电力相当于送电电力的调整程度为零。
另外,表示送电器300使送电电力降低时的规定电力和增大送电电力时的规定电力的数据预先储存于存储器360即可。另外,使送电电力降低时的规定电力和增大送电电力时的规定电力也可以不同。
送电器300若结束步骤S16的处理,则使流程返回到步骤S11。
送电器300若在步骤S14中,判定为实施占空比的降低的次数不是规定次数以下(S14:否),则将受电电力最过量的一个受电器100从同时供电组中移除(步骤S17)。
实施占空比的降低的次数多以规定次数,并且受电电力最过量的一个受电器100是即使使占空比降低比规定次数多1次的次数,受电电力也不会收敛于适当的范围的受电器100。因此,从同时供电组中移除。
此外,受电电力最过量的一个受电器100基于过量程度数据来判定即可。另外,在步骤S17中受电电力过量的受电器100为一个的情况下,也可以不使用过量程度数据,就将受电电力过量的一个受电器100从同时供电组中移除。
送电器300使在步骤S17中从同时供电组中移除的受电器100停止受电(步骤S18)。受电的停止例如通过将使占空比设定为0%的调整指令发送至受电器100来进行即可。
送电器300若结束步骤S18的处理,则将流程返回到步骤S11。
此外,送电器300在步骤S12中,判定为某一个受电器100充满电(S12:是)的情况下,停止充满电的受电器100的供电(步骤S19)。
此时,也可以向在步骤S12中判定为充满电的受电器100发送使占空比设定为0%的调整指令。另外,未达到充满电的受电器100通过继续进行图13所示的处理来进行充电即可。
此外,受电器100在步骤S2A中判定为接收到目标值降低指令的(S2A:是)情况下,使占空比降低1步(步骤S2B)。
受电器100判定受电电力是否为目标值以下(步骤S2C)。目标值是受电器100的存储器154中储存的目标值数据所表示的值。
受电器100若判定为受电电力不是目标值以下(S2C:否),将流程返回到步骤S2B。反复执行步骤S2B以及S2C的处理,直到受电电力成为目标值以下。
受电器100若判定为受电电力是目标值以下(S2C:是),则将流程返回到步骤S1。为了在受电电力为目标值以下的状态下,生成受电电力数据、电力数据、以及过量程度数据,并且检测蓄电池220的充电率。
通过反复进行以上的处理,能够进行受电器100的充电。即,通过检测各受电器100中的受电电力的过量和不足,并根据检测结果对受电器100的PWM驱动模式的占空比进行调整,能够使多个受电器100的受电电力逐渐接近适当的范围。
因此,能够提供一种能够高效地对受电器进行充电的电力传输系统500以及送电器300。
此外,受电器100在从送电器300接受电力的期间始终检测受电状态,并根据来自送电器300的请求(S11),将电力数据、过量程度数据、充电率数据、受电电力数据、以及规定值数据定期地发送至送电器300。送电器300在充电中的多个受电器100中的某一个受电器100的受电电力为零的情况下、或者通信断开的情况下,判定为该受电器100远离能够充电的区域并停止送电。之后,可以通过对剩余的受电器100继续进行图13所示的处理来进行充电。
另外,送电器300在全部的受电器100的受电电力不足,并且,送电器300的输出为最大输出的情况下,判断为产生送电电力不足、或者受电器100的受电效率过度降低的异常的状态并停止送电即可。
另外,送电器300使受电电力为过量的受电器100中的受电电力为规定值以上的受电器100的受电电力降低到目标值。这是基于在步骤S14B中从送电器300发送至受电器100的降低指令进行的处理,且是受电器100未与送电器300进行通信而通过反复步骤S2A~S2C的处理,使受电电力降低到目标值的处理。
例如,在送电器300和受电器100通过Bluetooth Low Energy进行无线通信的情况下,进行1次通信所需要的时间约为0.25秒。例如,若进行20次这样的通信,则所需时间为5秒。若为了设定受电器100的占空比,花费数秒~5秒左右的时间,则无法迅速地对受电器100进行充电。由于在利用者将受电器100拿在手里的情况下,存在受电器100相对于送电器300的位置或者姿势发生变化的可能性,所以希望迅速地充电。
另外,在受电电力过量,并且,为规定值以上的情况下,为受电电力相当大的状态,为了抑制受电器100的发热也希望使受电电力迅速地降低。
在这样的情况下,与送电器300和受电器100进行通信来使受电器100的占空比降低相比,若在受电器100和送电器300之间不进行通信使受电电力降低到目标值,则能够使受电器100的受电电力迅速降低。为了实现这样的迅速的受电电力的降低,针对受电电力过量并且为规定值以上的受电器100通过反复步骤S2A~S2C的处理,来使受电器100的受电电力迅速地降低。
此外,使用图18对这样的动作后述。
接下来,使用图14~图18,对由实施方式1的电力传输系统500以及送电器300进行的受电器100的受电电力的调整的情况进行说明。
图14~图17是表示由实施方式1的电力传输系统500以及送电器300进行的受电器100的受电电力的调整的情况的图。在图14~图17中,使用3个受电器100A、100B、100C进行说明。
图14~图17中的纵轴表示从受电器100A、100B、100C各自的受电电力中减去各自的额定输出得到的电力。在这里,将从受电电力中减去额定输出得到的电力称为标准化受电电力。
存在受电器100A、100B、100C各自的受电电力的上限值和下限值相互不同的情况。因此,在图14~图17中,示出调整受电器100A、100B、100C的受电电力的上限值和下限值的电平,而能够对标准化受电电力的电平进行比较。
在图14的(A)中,受电器100A的标准化受电电力最低,受电器100B的标准化受电电力为中间的值,受电器100C的标准化受电电力最高。
受电器100A以及100B的标准化受电电力均低于下限值,受电器100C的标准化受电电力为下限值。即,受电器100A以及100B的受电电力不足,受电器100C的受电电力合适。
此外,图14(A)所示的状态是刚开始送电器300的送电之后,送电电力是规定的较低的值。因此,送电电力为第一电平。
在这样的状态下,在图13所示的流程的步骤S13中判定为“否”,在步骤S16中送电器300的送电电力从第一电平增大规定电力的量。将从图14(A)所示的状态增大送电电力后的状态示于图14(B)。在图14(B)中,送电电力为第二电平。
在图14(B)中,与图14(A)相比受电器100A、100B、100C的标准化受电电力增大。
在图14(B)中,受电器100A的标准化受电电力低于下限值,受电器100B的标准化受电电力几乎等于下限值,受电器100C的标准化受电电力在下限值与上限值之间。即,受电器100A的受电电力不足,受电器100B以及100C的受电电力合适。
在这样的状态下,在图13所示的流程的步骤S13中判定为“否”,在步骤S16中送电器300的送电电力从第二电平进一步增大规定电力的量。将从图14(B)所示的状态增大送电电力后的状态示于图14(C)。在图14(C)中,送电电力为第三电平。
在图14(C)中,与图14(B)相比,受电器100A、100B、100C的标准化受电电力增大。
在图14(C)中,受电器100A的标准化受电电力低于下限值,受电器100B的标准化受电电力为下限值和上限值之间,受电器100C的标准化受电电力高于上限值。即,受电器100A的受电电力不足,受电器100B的受电电力合适,受电器100C的受电电力过量。
在这样的状态下,在图13所示的流程的步骤S13中判定为“是”,在步骤S14中判定为“是”,在步骤S15中降低受电器100C的占空比。将从图14的(C)所示的状态降低受电器100C的占空比后的状态示于图14的(D)。此外,在图14(D)中,送电电力维持在第三电平。
在图14(D)中,与图14(C)相比,受电器100A以及100B的标准化受电电力增大,受电器100C的标准化受电电力降低。
在图14(D)中,受电器100A、100B、以及100C的标准化受电电力处于下限值与上限值之间。即,受电器100A、100B以及100C的受电电力合适。
因此,通过对送电器300的送电电力和受电器100C的占空比进行调整,能够成为同时对受电器100A、100B、以及100C全部进行充电的状态。
图15的说明所使用的受电器100A、100B、100C与图14的说明所使用的受电器100A、100B、100C相比,占空比根据调整指令被减少的程度不同。
图15(A)~图15(C)所示的状态与图14(A)~图14(C)所示的状态相同,从图15(A)开始送电电力阶段性地增大而达到图15(C)所示的状态。
在图15(C)的状态下,在图13所示的流程的步骤S13中判定为“是”,在步骤S14中判定为“是”,在步骤S15中受电器100C的占空比被降低。将从图15(C)所示的状态受电器100C的占空比被降低后的状态示于图15(D)。此外,在图15(D)中,送电电力维持在第三电平。
在图15(D)中,与图15(C)相比,受电器100A以及100B的标准化受电电力增大,受电器100C的标准化受电电力降低。
在图15(D)中,受电器100A的标准化受电电力低于下限值,受电器100B以及100C的标准化受电电力处于下限值与上限值之间。即,受电器100A的受电电力不足,受电器100B以及100C的受电电力合适。
在图15(D)的状态下,在图13所示的流程的步骤S13中判定为“否”,在步骤S16中送电电力从第三电平进一步增大规定电力的量。将从图15(D)所示的状态送电电力增大后的状态示于图15(E)。在图15(E)中,送电电力为第四电平。
在图15(E)中,与图15(D)相比,受电器100A、100B、100C的标准化受电电力增大。
在图15(E)中,受电器100A的标准化受电电力低于下限值,受电器100B以及100C的标准化受电电力高于上限值。即,受电器100A的受电电力不足,受电器100B以及100C的受电电力过量。
在这样的状态下,在图13所示的流程的步骤S13中判定为“是”,在步骤S14中判定为“是”,在步骤S15中受电器100B以及100C的占空比降低。将从图15(E)所示的状态受电器100B以及100C的占空比降低后的状态示于图15(F)。此外,在图15(F)中,送电电力维持在第四电平。
在图15(F)中,通过受电器100A接受受电器100B以及100C的受电电力降低的量,与图15(E)相比,受电器100A的标准化受电电力增大,受电器100B以及100C的标准化受电电力减少。
其结果,受电器100A、100B以及100C的标准化受电电力处于下限值与上限值之间。即,受电器100A、100B以及100C的受电电力合适。
因此,通过对送电器300的送电电力、受电器100B以及100C的占空比进行调整,能够成为能够同时对受电器100A、100B以及100C的全部进行充电的状态。
图16的说明所使用的受电器100A、100B、100C与图14的说明所使用的受电器100A、100B、100C相同,然而在到图16(A)的状态的时刻,受电器100C的占空比的降低指示次数达到比图13的步骤S14中的规定次数多1次的次数。
图16(A)~图16(C)所示的状态与图14(A)~图14(C)所示的状态相同,从图16(A)开始送电电力阶段性地增大达到图16(C)所示的状态。
在图16(C)的状态下,在图13所示的流程的步骤S13中判定为“是”,由于占空比的降低指示次数比规定次数多1次,所以在步骤S14中判定为“否”。而且,在步骤S17中,将受电电力过量的受电器100C从同时供电组中移除。将从图16(C)所示的状态将受电器100C移除后的状态示于图16(D)。此外,在图16(D)中,送电电力维持在第三电平。
在图16(D)中,与图16(C)相比,受电器100C消失,受电器100A以及100B的标准化受电电力未发生变化。
在图16(D)中,受电器100A的标准化受电电力低于下限值,受电器100B的标准化受电电力处于下限值与上限值之间。即,受电器100A的受电电力不足,受电器100B的受电电力合适。
在图16(D)的状态下,在图13所示的流程的步骤S13中判定为“否”,在步骤S16中送电电力从第三电平进一步增大规定电力的量。将图16(D)所示的状态送电电力增大后的状态示于图16(E)。在图16(E)中,送电电力为第四电平。
在图16(E)中,与图16(D)相比受电器100A、100B的标准化受电电力增大,受电器100A以及100B的标准化受电电力处于下限值与上限值之间。即,受电器100A以及100B的受电电力合适。
因此,通过对送电器300的送电电力和受电器100C的占空比进行调整,能够成为能够同时对受电器100A以及100B进行充电的状态。
此外,受电器100C分配至与受电器100A以及100B不同的供电组进行充电即可。
图17的说明所使用的受电器100A、100B、100C与图16的说明所使用的受电器100A、100B、100C相同。然而,送电器300在图13的步骤S17中,进行控制处理以将受电电力最不足的一个受电器100从同时供电组中移除的点不同。
图17(A)~图17(C)所示的状态与图14(A)~图14(C)所示的状态相同,从图17(A)开始送电电力阶段性地增大达到图17(C)所示的状态。
在图17(C)的状态下,在图13所示的流程的步骤S13中判定为“是”,由于占空比的降低指示次数比规定次数多1次,所以在步骤S14中判定为“否”。而且,在步骤S17中,将受电电力不足的受电器100A从同时供电组中移除。将从图17(C)所示的状态移除受电器100A后的状态示于图17(D)。此外,在图17(D)中,送电电力维持在第三电平。
在图17(D)中,与图17(C)相比,受电器100A消失,受电器100B以及100C的标准化受电电力未发生变化。
在图17(D)中,受电器100B的标准化受电电力处于下限值与上限值之间,受电器100C的标准化受电电力高于上限值。即,受电器100B的受电电力合适,受电器100C的受电电力过量。
在图17(D)的状态下,在图13所示的流程的步骤S13中判定为“否”,在步骤S16中送电电力从第三电平减少规定电力的量。将从图17(D)所示的状态减少送电电力后的状态示于图17(E)。在图17(E)中,送电电力为第二电平。
在图17(E)中,与图17(D)相比受电器100B以及100C的标准化受电电力减少,受电器100B以及100C的标准化受电电力处于下限值与上限值之间。即,受电器100A以及100B的受电电力合适。
因此,通过对送电器300的送电电力和受电器100A的占空比进行调整,能够成为能够同时对受电器100B以及100C进行充电的状态。
此外,受电器100A分配至与受电器100B以及100C不同的供电组进行充电即可。
图18是表示使用降低指令使受电器100A的受电电力降低到目标值时的动作的图。在这里,在从送电器300向2个受电器100A、100B(参照图5)传输电力时,受电器100A位于比受电器100B接近送电器300的位置。
在图18中,横轴是时间轴,3个纵轴表示受电器100A以及100B的受电电力以及占空比、送电器300的送电电力。受电电力表示规定值、目标值、上限、以及下限的电平。另外,用实线表示受电器100A的受电电力以及占空比,用虚线表示受电器100B的受电电力以及占空比。
在时刻t1,送电器300开始送电。此时,受电器100A以及100B的占空比设定为初始值D1。在时刻t1,受电器100A的受电电力超过规定值,受电器100B的受电电力小于上限。在该状态下,受电器100A的受电电力过量,受电器100B的受电电力合适。
在时刻t1~t2,送电器300按照步骤S16的处理控制送电电力,送电电力从PS1稍微降低成为PS2。在该状态下,由于受电器100A以及100B的占空比未被变更,所以为恒定值。另外,在时刻t1~t2,假设送电器300和受电器100A以及100B通过Bluetooth Low Energy进行3次通信,则所需时间约为0.75秒。
在时刻t2,若成为受电器100A的受电电力过量,且受电器100B的受电电力不足的状态,则对于受电器100A,流程进入S14为“是”、S14A为“是”,到S14B,将降低指令从送电器300发送至受电器100A。
若将降低指令从送电器300发送至受电器100A,则接收到降低指令的受电器100A在步骤S2A中判定为“是”,执行步骤S2B以及S2C的处理使占空比降低直到受电电力成为目标值以下。另一方面,对于受电器100B,未特别进行控制,占空比保持在D1。
若从时刻t2开始受电器100A的占空比降低,则由于送电电力为恒定,所以受电器100B的受电电力增加。
在时刻t3,若受电器100A的受电电力成为目标值以下、受电器100A的受电电力过量、受电器100B的受电电力成为合适的状态,则送电器300按照步骤S16的处理控制送电电力。具体而言,送电电力从时刻t3到t4稍微降低,成为PS3。在该状态下,由于受电器100A以及100B的占空比未变更,所以为恒定值。另外,在时刻t3~t4,假设送电器300和受电器100ABluetooth Low Energy进行1次通信,则所需时间约为0.25秒。
在时刻t4,若受电器100A以及100B的受电电力均成为合适,则在步骤S16的处理中送电器300维持送电电力,以占空比保持在恒定的状态对受电器100A以及100B进行充电,直到时刻t5。
如上述那样,在时刻t2~t3,由于在受电器100A和送电器300之间未进行通信使受电电力降低到目标值,所以能够使受电器100A的受电电力迅速地降低。
为了实现这样的迅速的受电电力的降低,对受电电力过量并且为规定值以上的受电器100A反复步骤S2A~S2C的处理,从而使受电器100A的受电电力迅速降低。
另外,在时刻t2与t3之间,由于受电器100A处于受电电力过量的状态,所以无法将受电电力全部充电给蓄电池220A,受电电力的一部分作为二次侧谐振线圈110A的发热等被消耗。因此,受电器100A处于受电效率较低的状态。
但是,由于在时刻t4~t5,受电器100A的受电电力处于上限值且为适当的状态,所以受电器100A处于受电效率较高的状态。
像这样,对受电电力过量并且为规定值以上的受电器100A反复步骤S2A~S2C的处理,从而能够使受电器100A的受电电力迅速地降低,并能够将受电效率迅速地引导至高效率的状态。
另外,在这里,对受电器100A位于比受电器100B接近送电器300的位置,受电器100A的受电电力过量,受电器100B的受电电力合适的情况进行了说明,但在相反的状况的情况下,使受电器100B的占空比迅速地降低,并使受电效率降低。
以上,根据实施方式1的电力传输系统500以及送电器300,根据多个受电器100的受电电力为过量、不足或者合适的哪一个,对送电器300的送电输出和受电器100的PWM驱动模式的占空比进行调整。受电器100的受电电力为过量、不足或者合适的哪一个是受电器100的受电状况。
这样的调整能够通过根据多个受电器100的受电状况,反复执行图13所示的循环处理来实现。
即,在调整送电器300的送电输出和受电器100的PWM驱动模式的占空比时,能够实现不用计算受电器100的二次侧谐振线圈110与送电器300的一次侧谐振线圈12的耦合系数,而基于多个受电器100的受电状况,就能够容易并且简单地进行同时供电的状态。
另外,对受电电力过量并且为规定值以上的受电器100在受电器100与送电器300之间不进行通信而反复步骤S2A~S2C的处理,从而使受电器100的受电电力降低。
因此,能够使受电电力过量并且为规定值以上的受电器100的受电电力迅速地降低,并能够对受电器100迅速地充电。
因此,能够提供一种能够高效地对受电器进行充电的电力传输系统500以及送电器300。
此外,以上,对受电器100生成表示受电电力过量、合适或者不足的电力数据并发送至送电器300,判定部340基于电力数据判定受电电力是否过量、不足、或者合适的方式进行了说明。
然而,电力数据也可以是表示受电器100的额定输出、受电电力的上限值以及下限值的数据。而且,也可以是受电器100将这样的电力数据发送至送电器300,送电器300的控制部310基于表示受电器100的额定输出、受电电力的上限值以及下限值的电力数据,判定受电电力过量、合适、或者不足。
另外,以上,对开关130直接连接于整流电路120的输出侧的方式进行了说明。然而,也可以是如图19那样的电路结构的受电器101。
图19是表示实施方式的变形例的受电器101的图。受电器101具有在图4所示的受电器100中,在整流电路120与开关130之间追加了平滑电容器140C的结构。若这样,由于能够在对通过整流电路120进行全波整流后的电力进行平滑化后输入至开关130,所以例如在产生全波整流后的电力所包含的波动等影响的情况下,对抑制波动的影响有效。
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走在遗体进行了说明,但电子设备200A以及200B例如也可以是节点型的PC(Personal Computer:个人电脑)、移动电话终端机、便携式的游戏机、数码相机、摄像机等内置充电式的蓄电池的电子设备。
另外,以上,对调整PWM驱动受电器100的开关130的PWM驱动模式的占空比的方式进行了说明,但也可以以如下方式变形。
图20是表示实施方式1的受电器100D和送电装置80的图。
送电装置80包含交流电源1和送电器300D。
送电器300D具有一次侧线圈11、一次侧谐振线圈12、匹配电路13、电容器14、控制部310D、以及天线16。送电器300D将图4所示的送电器300的控制部310置换为控制部310D。
控制部310D在进行受电器100D的调整部130D的调整的点与控制部310不同。
受电器100D包含二次侧谐振线圈110、电容器115、电压计116、整流电路120、调整部130D、平滑电容器140、控制部150D、电压计155D、输出端子160A、160B、以及天线170。在输出端子160A、160B连接有DC-DC转换器210,在DC-DC转换器210的输出侧连接有蓄电池220。
二次侧谐振线圈110被设计为具有与一次侧谐振线圈12相同的谐振频率,且具有较高的Q值。二次侧谐振线圈110具有谐振线圈部111、和端子112X、112Y。在这里,谐振线圈部111实际上是二次侧谐振线圈110本身,在这里,将在谐振线圈部111的两端设置有端子112X、112Y的结构作为二次侧谐振线圈110来处理。
在谐振线圈部111,串联地插入有用于调整谐振频率的电容器115。另外,在电容器115并联地连接有调整部130D。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分别是第一端子以及第二端子的一个例子。
二次侧谐振线圈110不经由二次侧线圈与整流电路120连接。二次侧谐振线圈110在处于通过调整部130D可产生谐振的状态时,将通过磁场共振从送电器300D的一次侧谐振线圈12传输的交流电力输出至整流电路120。
电容器115为了调整二次侧谐振线圈110的谐振频率,串联地插入于谐振线圈部111。电容器115具有端子115X以及115Y。在电容器115并联地连接有调整部130D。
电压计116与电容器115并联连接,测定电容器115的两端子间电压。电压计116检测二次侧谐振线圈110接受的交流电力的电压,并将表示电压的信号传送至控制部150D。由电压计116测定的交流电压被用于获得驱动开关131X以及131Y的驱动信号的同步。
整流电路120具有4个二极管121A~121D。二极管121A~121D连接成桥状,对从二次侧谐振线圈110输入的电力进行全波整流并输出。
调整部130D在二次侧谐振线圈110的谐振线圈部111中,与电容器115并联连接。
调整部130D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串联地连接在端子134X以及134Y之间。开关131X以及131Y分别是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。二极管132X以及132Y各自的阳极彼此连接,并且各自的阴极与电容器115连接。即,二极管132X以及132Y被连接为各自的整流方向相反。
此外,二极管132X以及132Y分别是第一整流元件以及第二整流元件的一个例子。另外,调整部130D也可以不包含电容器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-源极间的体二极管连接为具有如二极管132X那样的整流方向即可。在使用N沟道型的FET的情况下,源极是二极管132X的阳极,漏极是二极管132X的阴极。
另外,开关131X通过将从控制部150D输出的驱动信号输入至栅极,切换漏极-源极间的连接状态来实现。另外,电容器133X能够由漏极-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-源极间的体二极管连接为具有如二极管132B那样的整流方向即可。在使用N沟道型的FET的情况下,源极是二极管132Y的阳极,漏极是二极管132Y的阴极。
另外,开关131Y通过将从控制部150D输出的驱动信号输入至栅极,切换漏极-源极间的连接状态来实现。另外,电容器133Y能够由漏极-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,也可以通过将开关、二极管以及电容器并联连接来实现。这一点对于开关131Y、二极管132Y以及电容器133Y也相同。
开关131X和131Y以相互相反相位被切换接通/断开。在开关131X断开且开关131Y接通时,成为在调整部130D内谐振电流沿从端子134X经由电容器133X以及开关131Y朝向端子134Y的方向流动,并且在电容器115中谐振电流可以从端子115X流到端子115Y的状态。即,在图20中,成为在二次侧谐振线圈110中谐振电流可以沿顺时针的方向流动的状态。
另外,在开关131X接通且开关131Y断开时,在调整部130D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。该电流路径由于与电容器115并联,所以在电容器115中没有电流流动。
因此,若从开关131X断开且开关131Y接通,在二次侧谐振线圈110中谐振电流沿顺时针的方向流动的状态,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。这是因为在电流路径中未包含电容器。
另外,在开关131X接通且开关131Y断开时,成为在调整部130D内谐振电流沿从端子134Y经由电容器133Y以及开关131X朝向端子134X的方向流动,并且在电容器115中谐振电流可以从端子115Y流到端子115X的状态。即,在图20中,在二次侧谐振线圈110中成为谐振电流可以沿逆时针的方向流动的状态。
另外,在开关131X断开且开关131Y接通时,在调整部130D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。由于该电流路径与电容器115并联,所以在电容器115中没有电流流动。
因此,若从开关131X接通且开关131Y断开,在二次侧谐振线圈110中谐振电流沿逆时针的方向流动的状态切换为开关131X断开且开关131Y接通的状态,则不产生谐振电流。这是因为在电流路径中不包含电容器。
调整部130D通过如上述那样切换开关131X以及131Y,来切换可以产生谐振电流的状态和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150D输出的驱动信号来进行。
驱动信号的频率被设定为二次侧谐振线圈110接受的交流频率。
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,对2个FET进行组合而成的调整部130D能够以高速进行交流电流的切断。
此外,有关驱动信号和调整部130D的动作,使用图22后述。
平滑电容器140与整流电路120的输出侧连接,对通过整流电路120全波整流后的电力进行平滑化并作为直流电力输出。在平滑电容器140的输出侧,连接输出端子160A、160B。通过整流电路120全波整流后的电力由于使交流电力的负成分反转为正成分,所以大致作为交流电力来处理,但通过使用平滑电容器140,即使在全波整流后的电力中包含波动的情况下,也能够获得稳定的直流电力。
此外,连结平滑电容器140的上侧的端子和输出端子160A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160B的线路是低电压侧的线路。
控制部150D在内部存储器中保持表示蓄电池220的额定输出的数据。另外,根据来自送电器300D的控制部310D的请求,测定受电器100D从送电器300D接受的电力(受电电力),并将表示受电电力的数据经由天线170发送至送电器300D。
另外,控制部150D若从送电器300D接收到表示相位差的数据,则使用所接收的相位差生成驱动信号,驱动开关131X以及131Y。此外,对于受电电力而言,可以由控制部150D基于由电压计155D测定的电压V和蓄电池220的内部电阻值R来求出。受电电力P通过P=V2/R来求。
在这里,使用图21对控制部150D进行说明。图21是表示控制部150D的内部结构的图。
控制部150D具有比较器151D、PLL(Phase Locked Loop:相位同步电路)152D、相移电路153D、相位控制部154D、反相器157D、以及基准相位检测部156D。
比较器151D将由电压计116检测的交流电压与规定的基准电压Vref进行比较,并将时钟输出至PLL152D。
PLL152D具有相位比较器152DA、补偿器152DB、以及VCO(Voltage ControlledOscillator:压控振荡器)152DC。相位比较器152DA、补偿器152DB、以及VCO152DC串联连接,并且连接为VCO152DC的输出被反馈至相位比较器152DA。通过这样的结构,PLL152D输出与从比较器151D输入的信号同步的时钟。
相移电路153D与PLL152D的输出侧连接,基于表示从相位控制部154D输入的相位差的信号,将从PLL152D输出的时钟的相位相对于基准的相位相移相位差量并输出。作为相移电路153D,例如,可以使用Phase Shifter。
相位控制部154D若输入表示从送电器300D发送的相位差的信号,则将表示相位差的信号转换为相移电路153D用的信号并输出。
基于从相位控制部154D输入的信号,相位相对于基准的相位偏移了相位差的量的时钟被分支为两个,一个保持原样作为时钟CLK1输出,另一个被反相器157D反转作为时钟CLK2输出。时钟CLK1和CLK2是控制部150D所输出的控制信号。
基准相位检测部156D通过控制相移电路153D对时钟的相位进行偏移的偏移量,对相移电路153D所输出的时钟相对于PLL152D所输出的时钟的相位进行调整,并检测获得最大的受电效率的相位。
而且,基准相位检测部156D将检测出的相位作为基准的相位保持于内部存储器。由于受电效率最大的动作点为由电压计116检测的电压值最大的点,所以基准相位检测部156D对由相移电路153D给予的相位的偏移量进行调整,并且检测出由电压计检测的电压值最大的动作点,并将该动作点中的相位作为基准的相位保持于内部存储器。
在这里,PLL152D所输出的时钟对应于由电压计116检测的基于磁场共振的交流电压的相位。因此,对相移电路153D对PLL152D所输出的时钟给予的相位的偏移量进行调整为通过相移电路153D控制针对由电压计116检测的电压波形的时钟的相位的偏移量。
基准的相位是针对可获得最大的受电效率的时钟CLK1和CLK2的交流电压的相位。为了将该基准的相位作为0度处理,来调整受电电力,通过相移电路153D对时钟CLK1和CLK2的相位相对于基准的相位(0度)的相位差进行调整。
在这里,由于未检测交流电压的相位,所以将相移电路153D对可获得最大的受电效率时的时钟CLK1和CLK2给予的相位的偏移量作为基准的相位来处理。
此外,在这里,对针对由电压计116检测的交流电压,通过相移电路153D调整从PLL152D输出的时钟的相位的方式进行说明,但也可以代替电压计116使用电流计,通过相移电路153D对针对交流电流的时钟的相位进行调整。
电压计155D连接在输出端子160A和160B之间。电压计155D用于计算受电器100D的受电电力。若基于由电压计155D测定的电压V和蓄电池220的内部电阻值R如上述那样求出受电电力,则与测定电流来测定受电电力的情况相比损失较少,所以是优选的测定方法。然而,受电器100D的受电电力可以通过测定电流和电压来求。在测定电流的情况下,可以使用霍尔元件、磁电阻元件、检测线圈、或者电阻器等来测定。
DC-DC转换器210与输出端子160A、160B连接,将从受电器100D输出的直流电力的电压转换为蓄电池220的额定电压并输出。DC-DC转换器210在整流电路120的输出电压高于蓄电池220的额定电压的情况下,将整流电路120的输出电压降压到蓄电池220的额定电压。另外,DC-DC转换器210在整流电路120的输出电压低于蓄电池220的额定电压的情况下,将整流电路120的输出电压升压到蓄电池220的额定电压。
蓄电池220可以是能够反复充电的二次电池,例如,能够使用锂离子电池。例如,在受电器100D被内置于平板电脑或者智能手机等电子设备的情况下,蓄电池220是这样的电子设备的主蓄电池。
此外,一次侧线圈11、一次侧谐振线圈12、二次侧谐振线圈110例如通过卷绕铜线来制造。然而,一次侧线圈11、一次侧谐振线圈12、二次侧谐振线圈110的材质也可以是铜以外的金属(例如,金、铝等)。另外,一次侧线圈11、一次侧谐振线圈12、二次侧谐振线圈110的材质也可以不同。
在这样的结构中,一次侧线圈11以及一次侧谐振线圈12是电力的送电侧,二次侧谐振线圈110是电力的受电侧。
由于通过磁场共振方式,利用在一次侧谐振线圈12与二次侧谐振线圈110之间产生的磁场共振从送电侧向受电侧传输电力,所以与利用电磁感应从送电侧向受电侧传输电力的电磁感应方式相比能够进行长距离的电力的传输。
磁场共振方式具有在谐振线圈彼此之间的距离或者位置偏移方面,与电磁感应方式相比自由度高,且位置自由的优点。
接下来,使用图22以及图23,对通过驱动信号驱动开关131X以及131Y时的电流路径进行说明。
图22是表示电容器115以及调整部130D中的电流路径的图。图22与图20相同,将从端子134X通过电容器115或者调整部130D的内部流动到端子134Y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130D的内部流动到端子134X的电流的朝向称为逆时针(CCW(Counterclockwise))。
首先,在开关131X和131Y均断开且电流为顺时针(CW)的情况下,谐振电流沿从端子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中谐振电流从端子115X流动到端子115Y。因此,在二次侧谐振线圈110中谐振电流沿顺时针的方向流动。
在开关131X和131Y均断开且电流为逆时针(CCW)的情况下,谐振电流沿从端子134Y经由电容器133Y以及二极管132X朝向端子134X的方向流动,并且在电容器115中谐振电流从端子115Y流动到端子115X。因此,在二次侧谐振线圈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130D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。由于该电流路径与电容器115并联,所以在电容器115中没有电流流动。因此,在二次侧谐振线圈110中没有谐振电流流动。此外,此时,即使接通开关131Y,在二次侧谐振线圈110中也没有谐振电流流动。
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130D内谐振电流沿从端子134Y经由电容器133Y以及开关131X朝向端子134X的方向流动,并且在电容器115中谐振电流从端子115Y流动到端子115X。因此,在二次侧谐振线圈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中也有电流流动。
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130D内谐振电流沿从端子134X经由电容器133X以及开关131Y朝向端子134Y的方向流动,并且在电容器115中谐振电流从端子115X流动到端子115Y。因此,在二次侧谐振线圈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中也有电流流动。
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130D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。由于该电流路径与电容器115并联,所以在电容器115中没有电流流动。因此,在二次侧谐振线圈110中没有谐振电流流动。此外,此时,即使接通开关131X,在二次侧谐振线圈110中也没有谐振电流流动。
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133X或者133Y来决定。因此,优选电容器133X和133Y的静电电容相等。
图23是表示在二次侧谐振线圈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23(A)以及图23(B)所示的交流电压V0是与送电频率相同频率的波形,例如是在二次侧谐振线圈110中产生的交流电压,由电压计116(参照图20)来检测。另外,时钟CLK1、CLK2是驱动信号所包含的2个时钟。例如,时钟CLK1用于开关131X的驱动,时钟CLK2用于开关131Y的驱动。时钟CLK1以及CLK2分别是第一信号以及第二信号的一个例子。
在图23(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与时钟CLK1相位相差180度,为相反相位。
在图23(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23(A)那样,与交流电压V0同步的时钟CLK1、CLK2在断开开关131X以及131Y的状态下,在受电器100D从送电器300D受电使二次侧谐振线圈110产生谐振电流的状态下,由控制部150D使用PLL152D生成即可。
在图23(B)中,时钟CLK1、CLK2的相位相对于交流电压V0延迟θ度。像这样相对于交流电压V0具有θ度的相位差的时钟CLK1、CLK2由控制部150D使用相移电路153D来生成即可。
控制部150D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可获得最大的受电效率的相位。可获得最大的受电效率的相位是受电器100D接受的电力最大的相位,根据2个时钟CLK1、CLK2相对于交流电压V0的相位差,在1个周期的整个期间成为谐振状态时受电电力最大。因此,控制部150D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来检测受电电力最大的相位差,并将检测出的相位差作为0度来处理。
而且,控制部150D基于受电电力最大的相位差(0度)、和表示从送电器300D接收的相位差的数据,通过相移电路153D设定2个时钟相对于交流电压V0的相位差。
接下来,使用图24,对在调整了驱动信号的相位差的情况下,受电器100D从送电器300D接受的电力的受电效率进行说明。
图24是表示相对于驱动信号的相位差的受电效率的特性的模拟结果的图。横轴的相位差为在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,纵轴的受电效率为受电器100D输出的电力(Pout)相对于交流电源1(参照图1)输入至送电器300D的电力(Pin)之比。受电效率与送电器300D和受电器100D之间的电力的传输效率相等。
此外,送电器300D发送的电力的频率为6.78MHz,对于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个周期的整个期间在二次侧谐振线圈110中产生基于磁场共振的谐振,且在二次侧谐振线圈110中有谐振电流流动的状态。相位差增大意味着在谐振电流的1个周期中在二次侧谐振线圈110未产生谐振的期间增多。因此,相位差为180度的状态为在理论上在二次侧谐振线圈110中完全没有谐振电流流动的状态。
如图24所示,若使相位差从0度增大,则受电效率降低。若相位差为约60度以上,则受电效率约小于0.1。这样,若使2个时钟相对于交流电压V0的相位差变化,则在二次侧谐振线圈110中流动谐振电流的电量发生变化,从而受电效率变化。
图25是表示驱动信号的相位差与2个受电器A以及B的受电效率的关系的图。
2个受电器A以及B分别与图20所示的受电器100D相同。在这里,对在从送电器300D对2个受电器A以及B进行送电时,受电器A的控制部310D控制受电器A的调整部130D的方法、和受电器B的控制部310D控制受电器B的调整部130D的方法进行说明。
另外,在这里,对在将驱动受电器B的调整部130D的驱动信号的相位差固定在受电效率最大的相位差(0度)的状态下,使驱动受电器A的调整部130D的驱动信号的相位差从受电效率最大的相位差(0度)开始变化的情况进行说明。
在图25中,横轴表示驱动受电器A的调整部130D的驱动信号的相位差θA与驱动受电器B的调整部130D的驱动信号的相位差θB。另外,左侧的纵轴表示受电器A以及B各自的受电效率、以及受电器A以及B的受电效率的合计值。
若在将驱动受电器B的调整部130D的驱动信号的相位差固定在0度的状态下,使驱动受电器A的调整部130D的驱动信号的相位差从0度开始增大或者降低,则如图25所示,受电器A的受电效率的比率降低。受电器A的受电效率在相位差为0度时最大。另外,随着受电器A的受电效率的降低,受电器A的受电效率的比率增大。
若像这样使驱动受电器A的调整部130D的驱动信号的相位差变化,则受电器A的受电量减少,所以在受电器A中流动的电流也减少。即,由于相位差的变化,受电器A的阻抗发生变化。
在利用磁场共振的同时电力传输中,将通过磁场共振从送电器300D向受电器A以及B传输的电力分配到受电器A和B。因此,若使驱动受电器A的调整部130D的驱动信号的相位差从0度开始变化,则受电器B的受电量增加受电器A的受电量减少的量。
因此,如图25所示,受电器A的受电效率的比率降低。另外,伴随于此,受电器B的受电效率的比率增大。
若驱动受电器A的调整部130D的驱动信号的相位差变化到约±90度,则受电器A的受电效率的比率大致降低到0(零),受电器B的受电效率的比率增大到约0.8。
而且,受电器A以及B的受电效率的和在驱动受电器A的调整部130D的驱动信号的相位差为0度时约为0.85,若驱动受电器B的调整部130D的驱动信号的相位差降低到约±90度,则受电器A以及B的受电效率的和约为0.8。
若像这样,在驱动受电器A的调整部130D的驱动信号的相位差固定在0度的状态下,使驱动受电器A的调整部130D的驱动信号的相位差从0度开始变化,则受电器A的受电效率的比率降低,受电器B的受电效率的比率增大。而且,受电器A以及B的受电效率的和约为0.8前后的值,未较大地变动。
在利用磁场共振的电力传输中,由于将通过磁场共振从送电器300D传输至受电器A以及B的电力分配给受电器A和B,所以即使相位差变化,受电器A以及B的受电效率的和也不会较大地变动。
同样地,若在将驱动受电器A的调整部130D的驱动信号的相位差固定在0度的状态下,使驱动受电器B的调整部130D的驱动信号的相位差从0度开始降低,则受电器B的受电效率的比率降低,受电器A的受电效率的比率增大。而且,受电器A以及B的受电效率的和约为0.8前后的值,未较大地变动。
因此,若对驱动受电器A或者B的调整部130D的任意一方的驱动信号的相位差进行调整,则能够对受电器A以及B的受电效率的比率进行调整。
如以上那样,若改变驱动受电器A或者B的调整部130D的驱动信号的相位差,则受电器A以及B的二次侧谐振线圈110A以及110B的受电效率的比率变化。
因此,在这里,将受电器A以及B的调整部130D的驱动信号中的任意一方的相位差从基准的相位差变更。基准的相位差例如将受电效率最大的相位差定义为基准的相位差(0度),此时,使任意的另一个相位差从0度开始变化。
此时,将调整部130D的哪一个驱动信号的相位差从基准的相位差变更以如下方式来判定。
首先,求出受电器A的蓄电池220的额定输出除以受电器A的二次侧谐振线圈110的受电效率所得的第一值、以及受电器B的蓄电池220的额定输出除以受电器B的二次侧谐振线圈110的受电效率所得的第二值。
然后,使与第一值和第二值中任意一方较小的受电器(A或者B)对应的驱动信号的相位差从0度开始变化并设定为适当的相位差。
额定输出除以受电效率所得的值表示送电器300D对受电器(A或者B)送电的电量(所需送电量)。所谓的所需送电量是以受电器(A或者B)能够既不产生多余电力也不产生不足电力地受电的方式从送电器300D送电的电量。
因此,若减小针对所需送电量较小的受电器(A或者B)的电力供给量,则能够增加针对所需送电量较大的受电器(A或者B)的电力供给量。其结果,能够改善针对受电器A以及B的电力供给量的平衡。
由图25可知,若使任意一方受电器(A或者B)的相位差变化,则该受电器(A或者B)的受电电量降低。另外,任意的另一方受电器(A或者B)在相位差被固定在0度的状态下,受电电量增大。
因此,若使与所需送电量较小的一方的受电器(A或者B)对应的驱动信号的相位差从基准的相位差(0度)变化,则针对所需送电量较小的一方的受电器(A或者B)的电力供给量减少,而能够使针对所需送电量较大的一方的受电器(A或者B)的电力供给量增加。
受电器A的控制部310D和受电器B的控制部310D通过如上述那样,使驱动受电器A的调整部130D的驱动信号的相位差和驱动受电器B的调整部130D的驱动信号的相位差变化,来对受电器A以及B的受电电量进行控制。
另外,也可以以如下方式变形。
图26是表示实施方式1的第三变形例的磁场共振型的电力传输系统500A的概要的图。电力传输系统500A包含送电器300E和受电器100E。
在图26中,送电系线圈SC具备一次侧线圈11以及一次侧谐振线圈12。一次侧线圈11为铜线或者铝线等金属线以圆周状卷绕多圈而成,对其两端施加交流电源1的交流电压(高频电压)。
一次侧谐振线圈12包含铜线或者铝线等金属线卷绕成圆周状而成的线圈12A、和与线圈12A的两端连接的电容器12B,形成由它们构成的谐振电路。谐振频率f0通过下面的(1)式来表示。
[式1]
应予说明,L是线圈12A的电感,C是电容器12B的静电电容。
一次侧谐振线圈12的线圈12A例如是一匝线圈。作为电容器12B,使用各种形式的电容,但优选损失尽可能少且具有充分的耐压的电容器。在实施方式1中,为了使谐振频率可变,作为电容器12B使用可变电容。作为可变电容,可使用例如使用MEMS技术制作而成的可变电容器件。也可以是使用半导体的可变电容器件(变容二极管)。
一次侧线圈11和一次侧谐振线圈12配置为电磁地彼此紧密耦合。例如,配置在同一平面上并且配置在同心上。换句话说,例如,配置为在一次侧谐振线圈12的内周侧嵌入有一次侧线圈11的状态。或者,也可以在同轴上隔开适当的距离来配置。
在该状态下,在从交流电源1向一次侧线圈11供给了交流电压时,通过由在一次侧线圈11中产生的交变磁场引起的电磁感应,在一次侧谐振线圈12中有谐振电流流动。换句话说,通过电磁感应,从一次侧线圈11向一次侧谐振线圈12供给电力。
受电系线圈JC具备二次侧谐振线圈21以及二次侧线圈22。二次侧谐振线圈21包含铜线或者铝线等金属线卷绕成圆周状而成的线圈221、以及连接在线圈221的两端的电容222。二次侧谐振线圈21的谐振频率f0基于线圈221的电感以及电容222的静电电容通过上面的(1)式来表示。
二次侧谐振线圈21的线圈221例如为一匝线圈。作为电容222,如上面叙述的那样可使用各种形式的电容。在实施方式1中,为了使谐振频率可变,作为电容222可使用可变电容。作为可变电容,利用例如使用MEMS技术制作的可变电容器件。也可以是使用半导体的可变电容器件(变容二极管)。
二次侧线圈22是铜线或者铝线等金属线以圆周状卷绕多圈而成,在其两端连接作为负载的蓄电池220。
二次侧谐振线圈21和二次侧线圈22配置为电磁地彼此紧密耦合。例如,配置在同一平面上并且配置在同心上。换句话说,例如,配置成在二次侧谐振线圈21的内周侧嵌入有二次侧线圈22的状态。或者,也可以在同轴上隔开适当的距离来配置。
在该状态下,若在二次侧谐振线圈21中有谐振电流流动,则通过由由此产生的交变磁场引起的电磁感应,在二次侧线圈22中有电流流动。换句话说,通过电磁感应,从二次侧谐振线圈21向二次侧线圈22传输电力。
由于送电系线圈SC和受电系线圈JC通过磁场共振以无线的方式传输电力,所以如图26所示,以线圈面相互平行的方式,并且以线圈轴心相互一致或者不会偏离太多的方式,相互配置在适当的距离的范围内。例如,在一次侧谐振线圈12以及二次侧谐振线圈21的直径为100mm左右的情况下,配置在数百mm左右的距离的范围内。
在图26所示的电力传输系统500A中,沿着线圈轴心KS的方向为磁场KK的主要的放射方向,从送电系线圈SC朝向受电系线圈JC的方向为送电方向SH。
在这里,在一次侧谐振线圈12的谐振频率fs和二次侧谐振线圈21的谐振频率fj均与交流电源1的频率fd一致时,传输最大的电力。但是,若这些谐振频率fs、fj相互偏离、或它们与交流电源1的频率fd偏离,则所传输的电力降低,且效率降低。
图27是表示电力传输系统的频率依赖性的图。
即,在图27中,横轴是交流电源1的频率fd〔MHz〕,纵轴是所传输的电力的大小〔dB〕。曲线CV1表示一次侧谐振线圈12的谐振频率fs与二次侧谐振线圈21的谐振频率fj一致的情况。在这种情况下,根据图27,其谐振频率fs、fj为13.56MHz。
另外,曲线CV2、CV3表示二次侧谐振线圈21的谐振频率fj相对于一次侧谐振线圈12的谐振频率fs分别高出5%、10%的情况。
在图27中,在交流电源1的频率fd为13.56MHz时,在曲线CV1中传输最高的电力,但在曲线CV2、CV3中依次降低。另外,在交流电源1的频率fd与13.56MHz偏移时,除了向上侧稍微偏移时以外,在曲线CV1~CV3的任意一个上所传输的电力都降低。
因此,需要使一次侧谐振线圈12以及二次侧谐振线圈21的谐振频率fs、fj极力与交流电源1的频率fd一致。
图28是对扫描线圈的谐振频率的方法进行说明的图。
在图28中,横轴是频率〔MHz〕,纵轴是在线圈中流动的电流的大小〔dB〕。曲线CV4表示线圈的谐振频率与交流电源1的频率fd一致的情况。在这种情况下,根据图28,其谐振频率为10MHz。
另外,曲线CV5、CV6表示线圈的谐振频率相对于交流电源1的频率fd升高的情况或者降低的情况。
在图28中,在曲线CV4中流动最大的电流,但在曲线CV5、CV6中电流均降低。此外,在线圈的Q值较高的情况下,谐振频率的偏离对电流或者传输电力的降低影响较大。
因此,在实施方式1的第三变形例的电力传输系统500A中,通过控制部310E以及控制部150E,使用交流电源1的相位φvs、在一次侧谐振线圈12以及二次侧谐振线圈21中流动的电流的相位φis、φij,进行谐振频率控制。
在这里,控制部310E对向送电系线圈SC供给的电压Vs的相位φvs以及在送电系线圈SC中流动的电流Is的相位φis进行检测,并使送电系线圈SC的谐振频率fs可变,使得它们的相位差Δφs为规定的目标值φms。表示目标值φms的数据被储存至后述的控制部152E的内部存储器。
即,控制部310E具有电流检测传感器SE1、相位检测部141、142以及相位发送部145。
电流检测传感器SE1对在一次侧谐振线圈12中流动的电流Is进行检测。作为电流检测传感器SE1,能够使用霍尔元件、磁电阻元件、或者检测线圈等。电流检测传感器SE1例如输出与电流Is的波形相应的电压信号。
相位检测部141对向一次侧线圈11供给的电压Vs的相位φvs进行检测。相位检测部141例如输出与电压Vs的波形相应的电压信号。在这种情况下,可以保持原样输出电压Vs、或者也可以通过适当的电阻进行分压并输出。因此,相位检测部141也可以仅由电线、或者一个或者多个电阻器构成。
相位检测部142基于来自电流检测传感器SE1的输出,对在一次侧谐振线圈12中流动的电流Is的相位φis进行检测。相位检测部142例如输出与电流Is的波形相应的电压信号。此时,相位检测部142也可以将电流检测传感器SE1的输出保持原样输出。因此,电流检测传感器SE1也能够兼作相位检测部142。
相位发送部145将有关向一次侧线圈11供给的电压Vs的相位φvs的信息例如以无线的方式发送至控制部150E。相位发送部145例如将与电压Vs的波形相应的电压信号作为模拟信号或者作为数字信号发送。在该情况下,为了提高S/N比,也可以将与电压Vs的波形相应的电压信号倍增整数倍再发送。
控制部150E对向送电系线圈SC供给的电压VS的相位φvs以及在受电系线圈JC中流动的电流IJ的相位φij进行检测,并使受电系线圈JC的谐振频率fj可变,以使它们的相位差Δφj成为规定的目标值φmj。
即,控制部150E具有电流检测传感器SE2、相位接收部241、相位检测部242。
电流检测传感器SE2对在二次侧谐振线圈21中流动的电流Ij进行检测。作为电流检测传感器SE2,能够使用霍尔元件、磁电阻元件、或者检测线圈等。电流检测传感器SE2例如输出与电流Ij的波形相应的电压信号。
相位接收部241接收有关从相位发送部145发送出的相位φvs的信息,并输出该信息。在相位发送部145中将电压信号倍增的情况下,在相位接收部241中为了返回到原来进行分频。相位接收部241例如输出与电压Vs相应的电压信号。
相位检测部242基于来自电流检测传感器SE2的输出,对在二次侧谐振线圈21中流动的电流Ij的相位φij进行检测。相位检测部242例如输出与电流Ij的波形相应的电压信号。此时,相位检测部242也可以保持原样输出电流检测传感器SE2的输出。因此,电流检测传感器SE2也能够兼作相位检测部242。
以下,使用图29进一步进行详细说明。此外,在图29中,存在对于具有与图26所示的要素相同的功能的要素,标注相同的附图标记省略说明或者简化的情况。
图29是表示实施方式1的第三变形例的电力传输系统的控制部的结构的例子的图。
在图29中,电力传输系统(电力传输装置)500B具有送电装置80E以及受电器100E。
送电装置80E具备交流电源1、包含一次侧线圈11和一次侧谐振线圈12的送电系线圈SC、以及谐振频率控制部CTs等。
受电器100E具备包含二次侧谐振线圈21和二次侧线圈22的受电系线圈JC、以及谐振频率控制部CTj等。
送电侧的谐振频率控制部CTs具备相位比较部151E、控制部152E、以及桥式平衡电路160E。相位比较部151E是相位检测部或者第二相位检测部的一个例子。控制部152E是谐振频率控制部或者第二谐振频率控制部的一个例子。桥式平衡电路160E是桥电路或者第二桥电路的一个例子。
相位比较部151E对由电流检测传感器SE1检测出的电流Is的相位φis和交流电源1的电压Vs的相位φvs进行比较,并输出它们的差亦即相位差Δφs。
控制部152E设定相位差Δφs的目标值φms并存储。因此,在控制部152E设置用于存储目标值φms的内部存储器。作为目标值φms,如后面叙述那样,例如,设置“-π”或者“对-π加上适当的修正值a所得的值”等。
此外,目标值φms的设定可以通过从预先存储的一个或者多个数据中选择来进行,另外也可以根据来自CPU、键盘等的指令来进行。
控制部152E基于相位比较部151E输出的相位差Δφs和从桥式平衡电路160E输入的栅极信号Gate,生成用于驱动桥式平衡电路160E所包含的4个开关元件SW1~SW4的驱动信号并输出,以使相位差成为目标值φms。此外,由于目标值φms被设定为相对于作为目标的相位差Δφs正负相反,所以在相位差Δφs和目标值φms的绝对值一致时,相位差Δφs与目标值φms的和为0。
桥式平衡电路160E基于从控制部152E输入的控制信号,移线圈12A的谐振频率,使得相位比较部151E输出的相位差成为目标值φms。此外,对于桥式平衡电路160E的电路结构和动作,使用图30~图33后述。
受电侧的谐振频率控制部CTj具备目标值设定部243、相位比较部251、控制部252以及桥式平衡电路260。桥式平衡电路260是第一桥电路的一个例子。相位比较部251是第一相位检测部的一个例子。控制部252是第一谐振频率控制部的一个例子。
控制部252设定相位差Δφj的目标值φmj并存储。作为目标值φmj,如后面叙述的那样,例如,设定对控制部310E中的目标值φms加上“-π/2”所得的值。换句话说作为目标值φmj,设定“-3π/2”。或者,设定对此加上适当的修正值b所得的值等。此外,对于目标值φmj的设定方法等,与目标值φms的情况相同。
受电侧的谐振频率控制部CTj的各部的结构以及动作与上面叙述的送电侧的谐振频率控制部CTs的各部的结构以及动作相同。
此外,电力传输系统500A、500B中的控制部310E、控制部150E、谐振频率控制部CTs、CTj等能够通过软件或者硬件、或者它们的组合来实现。例如,也可以使用由CPU、ROM以及RAM等存储器、其他的周边元件等构成的计算机,使CPU执行适当的计算机程序。在该情况下,也可以并用适当的硬件电路。
图30是表示桥式平衡电路160E的电路结构的图。
桥式平衡电路160E包含端子161、162、比较器163、开关元件SW1、SW2、SW3、SW4、电阻器R2、R3、以及电容C3。
开关元件SW1、SW2、SW3、SW4连接成H桥式,将开关SW1与SW2的中点设为节点N1,将开关SW3与SW4的中点设为N2。另外,开关SW1和开关SW3与端子161连接,开关SW2和SW4与端子162连接。
在节点N1经由电阻器R2连接有电阻器R3和电容C3的一端。电阻器R3和电容C3相互并联连接。此外,电阻器R3和电容C3的另一端接地。
开关元件SW1~SW4通过从控制部152E输入的控制信号被控制接通/断开。
端子161与电容器12B的一端(图30中的右侧的端子)连接。电容器12B的另一端(图30中的左侧的端子)与线圈12A的一端(图30中的上侧的端子)连接。端子162与线圈12A的另一端(图30中的下侧的端子)连接。
比较器163的非反转输入端子连接在端子162与开关SW2以及SW4之间,反转输入端子接地。向比较器163的非反转输入端子输入表示在线圈12A中流动的线圈电流ICOIL的电压值。
另外,比较器163的输出端子与控制部152E连接,比较器163被输入至非反转输入端子。比较器163将表示线圈电流ICOIL的电压值与接地电位的比较结果的栅极信号Gate输入至控制部152E。
这样的桥式平衡电路160E在从控制部152E输入至开关元件SW1~SW4的控制信号SW1~SW4的占空比为50%,并且,控制信号SW1以及SW4与控制信号SW2以及SW3的相位差为180度的情况下,进行控制,以使相位比较部151E的输出为零。
但是,在本实施方式中,通过转移桥式平衡电路160E的平衡动作点,来转移线圈12A的谐振频率,使得相位比较部151E的输出成为目标值φms。
此外,在图30中,示出桥式平衡电路160E的电路结构,然而桥式平衡电路260(参照图26以及图29)的电路结构相同。在为桥式平衡电路260的情况下,代替电容器12B和线圈12A,将电容222和二次侧谐振线圈21连接,通过从控制部252输出的控制信号SW1~SW4,来驱动开关元件SW1~SW4。因此,在这里,省略桥式平衡电路260的电路结构的附图。
图31~图33是表示驱动实施方式1的第三变形例的桥式平衡电路160E的控制信号SW1~SW4的波形的图。
在图31中,示出栅极信号Gate和控制信号SW1~SW4。图31所示的栅极信号Gate具有将在线圈12A中流动的规定的谐振频率的线圈电流ICOIL的正弦波形二值化为H电平(‘1’)和L电平(‘0’)的信号电平。因此,栅极信号Gate的占空比为50%的信号。
控制部152E包含有移相器(Phase Shifter)电路,输出使Gate信号的相位延迟90度的控制信号SW2以及SW3、和使控制信号SW2以及SW3分别反转后的控制信号SW1以及SW4。
图31所示的控制信号SW1~SW4为与栅极信号Gate相同占空比为50%,并且,控制信号SW1以及SW4与控制信号SW2以及SW3的相位差为180度的信号。这表示进行控制使得相位比较部151E的输出为零的情况下的控制信号SW1~SW4。
桥式平衡电路160E是基于控制信号SW1以及SW4同时控制开关元件SW1以及SW4的接通/断开,并且基于控制信号SW2以及SW3以与开关元件SW1以及SW4反相的方式同时控制开关元件SW2以及SW2的接通/断开,从而收敛于由控制信号SW1~SW4的占空比或者相位确定的平衡动作点的电路。
在实施方式1中,在控制信号SW1~SW4的占空比为50%的情况下,通过桥式平衡电路160E的动作点收敛于通过占空比为50%的控制信号SW1~SW4实现的平衡动作点,相位比较部151E的输出为零。
另外,在控制信号SW1~SW4的占空比为50%±Δ%(Δ≠0%)的情况下,桥式平衡电路160E的动作点收敛于通过占空比为50%±Δ%的控制信号SW1~SW4实现的平衡动作点。占空比为50%±Δ%的情况下的平衡动作点与占空比为50%的情况下的平衡动作点不同。
在实施方式1中,通过将控制信号SW1~SW4的占空比设定为50%±Δ%并转移平衡动作点,来进行控制,使得相位比较部151E的输出成为目标值φms。
在图32中,示出对栅极信号Gate将相位差固定,并且变更了占空比的控制信号SW1~SW4的波形。
如在图32的右侧放大所示,控制部152E变更控制信号SW1~SW4的占空比。其结果,桥式平衡电路160E的开关元件SW1~SW4的接通/断开的期间的比率变化,而能够转移线圈12A的谐振频率。在本实施方式中,控制部152E变更控制信号SW1~SW4的占空比,使得相位比较部151E的输出成为目标值φms。
另外,在图33中,示出对栅极信号Gate,将占空比固定在50%,并且变更了相位差的控制信号SW1~SW4的波形。
如图33的右侧放大所示,控制部152E变更控制信号SW1~SW4的相位。其结果,桥式平衡电路160E的开关元件SW1~SW4的接通/断开的时机变化,而能够转移线圈12A的谐振频率。在本实施方式中,控制部152E变更控制信号SW1~SW4的占空比,使得相位比较部151E的输出成为目标值φms。
在本实施方式中,控制部152E通过变更控制信号SW1~SW4相对于栅极信号Gate的占空比或者相位差来进行控制,使得如上述那样从相位比较部151E的输出为零的动作点移至相位比较部151E的输出为目标值φms的动作点。
如以上那样,能够通过变更谐振条件,来变更谐振频率,在有多个受电器的情况下,能够调整电力的分配。
<实施方式2>
实施方式2由与实施方式1相同的电力传输系统500的送电器300和受电器100来实现。因此,引用实施方式1的说明。在实施方式2中,主控制部151是受电侧控制部以及受电侧判定部的一个例子。
图34是表示由实施方式2的电力传输系统500的送电器300和受电器100执行的处理的流程图。在送电器300和受电器100中,分别进行处理,但在这里为了示出整体的流程,还示出送电器300和受电器100之间的数据的流动。另外,对于与实施方式1的流程图(参照图13)所示的步骤相同的步骤,标注相同的步骤编号。
另外,在这里,在多个受电器100同时接受送电器300传输的电力的情况下,进行送电器300的送电电力和多个受电器100的受电电力的优化。受电电力的优化通过使受电器100的PWM驱动模式的占空比优化来进行。
此外,将多个受电器100同时接受送电器300传输的电力称为同时供电,将通过同时供电接受的多个受电器100作为同时供电组来处理。
送电器300开始送电(送电开始)。从送电器300的一次侧谐振线圈12输出电力。此外,在刚开始送电之后,从一次侧谐振线圈12输出预先设定的初始输出的电力即可。
另外,受电器100若切换为受电模式则开始处理(开始)。
受电器100通过磁场共振从送电器300接受电力,求出受电电力,并生成电力数据以及过量程度数据,并检测蓄电池220的充电率(步骤S1A)。
受电器100判定在步骤S1A中求出的受电电力是否为规定值以下(步骤S1B)。
步骤S1B中的规定值例如为受电器100的受电电力的上限值增加10%的值。在这里,对步骤S1B中的规定值为受电器100的受电电力的上限值增加10%的值的方式进行说明,但步骤S1B中的规定值并不限于受电器100的受电电力的上限值增加10%的值,也可以通过实验等设定为最佳的值。
若判定为受电电力为规定值以下(S1B:是),则受电器100使流程前进到步骤S2D。
送电器300向受电器100请求电力数据、过量程度数据、以及充电率数据的发送,并从受电器100收集电力数据、过量程度数据、充电率数据以及报告信号(步骤S11A)。电力数据、过量程度数据、充电率数据以及报告信号与受电器100的ID建立关联地从受电器100发送至送电器300。
报告信号表示受电器100通过步骤S1C的处理降低的占空比。通过从受电器100向送电器300发送报告信号,送电器300能够获得受电器100单独调整之后的占空比,并能够用于占空比的控制。
若判定为受电电力为规定值以下(S1B:是),并从送电器300请求数据的发送,则受电器100将在步骤S1A中生成的电力数据、表示检测出的充电率的充电率数据、以及表示报告信号的数据发送至送电器300(步骤S2D)。
受电器100若在步骤S2D中将表示电力数据、过量程度数据、充电率数据、以及报告信号的数据发送至送电器300,则判定是否接收到使PWM驱动模式的占空比降低的调整指令(步骤S3)。
受电器100待机从送电器300结束步骤S11A的处理到结束后述的步骤S15的处理所需的所需时间,并判定是否接收到使PWM驱动模式的占空比降低的调整指令。
受电器100在待机所需时间也未从送电器300接收到使PWM驱动模式的占空比降低的调整指令(S3:否)的情况下,将流程返回到步骤S1A。
送电器300基于从受电器100接收到的充电率数据,判定各受电器100是否充满电(步骤S12)。因为在受电器100充满电的情况下,无需进行送电。
送电器300对在步骤S12中判定为不是充满电的受电器100判定是否存在受电电力过量的受电器100、受电电力不足的受电器100双方(步骤S13)。在存在受电电力过量的受电器100和受电电力不足的受电器100双方的情况下,为了使受电电力过量的受电器100的PWM驱动模式的占空比降低,送电器300进行这样的判定。
送电器300若判定为存在受电电力过量的受电器100和受电电力不足的受电器100双方(S13:是),则判定对受电电力过量的受电器100指示占空比的降低的次数是否为规定次数以下(步骤S14)。
因为若指示占空比的降低的次数较多,则存在该受电器100的受电效率过度降低的可能。因此,对进行占空比的降低的次数设置有限制。
另外,规定次数可以通过实验等设定为最佳的次数。另外,例如也可以越是额定输出大的受电器100,将规定次数设定为越大的值。因为额定输出较大的受电器100的一方能够使占空比降低来调整受电电力的范围较宽。
另外,例如,表示规定次数的数据可以是送电器300的主控制部320对各受电器100进行计数,也可以是各受电器100进行计数,进行步骤S14的处理时,各受电器100发送至送电器300。
送电器300若判定为实施占空比的降低的次数为规定次数以下(S14:是),则发送使受电电力过量的受电器100的PWM驱动模式的占空比降低的调整指令(步骤S15)。为了通过使受电电力过量的受电器100的PWM驱动模式的占空比降低来降低受电电力,从而改善多个受电器100的整体的受电电力的平衡。
此外,在步骤S15中,在有多个受电电力过量的受电器100的情况下,向受电电力过量的多个受电器100的全部发送使占空比降低的调整指令。
送电器300若结束步骤S15的处理,则使流程返回到步骤S11A。
另外,若在步骤S15中使PWM驱动模式的占空比降低的调整指令被发送至受电电力过量的受电器100,则受电器100判定为接收到调整指令(S3:是),并判定单独动作标志是否为“off”(步骤S3A)。
所谓的单独动作标志是在受电器100未接收到来自送电器300的调整指令的状态下单独调整占空比的情况下,设定为‘1’的标志。单独动作标志在未单独调整占空比的情况下,设定为‘0’。
受电器100若判定为单独动作标志为“off”(S3A:是),则根据调整指令,使PWM驱动模式的占空比降低1步(步骤S4)。
送电器300若判定为不是存在受电电力过量的受电器100和受电电力不足的受电器100双方的状态(S13:否),则对从一次侧谐振线圈12传输的电力(送电电力)进行调整(步骤S16)。
在步骤S16中,在存在1个或者多个受电电力过量的受电器100,且剩余的受电器100的受电电力合适的情况下,送电器300使送电电力降低规定电力的量。
在步骤S16中,在存在1个或者多个受电电力不足的受电器100,剩余的受电器100的受电电力合适的情况下,送电器300将送电电力增大规定电力的量。
在步骤S16中,若通过判定部340判定为存在受电电力适当的多个受电器100,则送电器300维持送电电力。即,送电器300不改变送电电力,而保持此时的送电电力。
此外,送电器300不改变送电电力,而保持此时的送电电力相当于送电电力的调整程度为零。
另外,表示送电器300使送电电力降低时的规定电力和增大送电电力时的规定电力的数据也可以预先储存于存储器360。另外,使送电电力降低时的规定电力和增大送电电力时的规定电力也可以不同。
送电器300若结束步骤S16的处理,则将流程返回到步骤S11A。
送电器300若在步骤S14中,判定为实施占空比的降低的次数不是规定次数以下(S14:否),则将受电电力最过量的一个受电器100从同时供电组中移除(步骤S17)。
实施占空比的降低的次数比规定次数多并且受电电力最过量的一个受电器100是即使使占空比降低比占空比规定次数多1次的次数,受电电力也不会收敛于适当的范围的受电器100。因此,从同时供电组中移除。
此外,受电电力最过量的一个受电器100可以基于过量程度数据来判定。另外,在步骤S17中受电电力过量的受电器100为一个的情况下,也可以不使用过量程度数据,将受电电力过量的一个受电器100从同时供电组中移除。
送电器300使在步骤S17中从同时供电组中移除的受电器100停止受电(步骤S18)。受电的停止例如可以通过将使占空比设定为0%的调整指令发送至受电器100来进行。
送电器300若结束步骤S18的处理,则将流程返回到步骤S11A。
此外,送电器300在步骤S12中,判定为任意一个受电器100充满电(S12:是)的情况下,使充满电的受电器100的供电停止(步骤S19)。
此时,向在步骤S12中判定为充满电的受电器100发送使占空比设定为0%的调整指令即可。另外,未充满电的受电器100通过继续进行图34所示的处理来进行充电即可。
此外,受电器100若判定为受电电力不是规定值以下(S1B:否),则使占空比降低1步(步骤S1C)。这是在受电器100未从送电器300接收调整指令的状态下,单独地使占空比降低的处理。
接下来,受电器100将单独动作标志设为“on”(‘1’)(步骤S1D)。受电器100在存储器154中设定单独动作标志。
受电器100若结束步骤S1D的处理,则将流程返回到步骤S1A。为了在使占空比降低1步的状态下,求出受电电力,并生成电力数据以及过量程度数据,并且检测蓄电池220的充电率。
反复执行步骤S1B、S1C、S1D的处理,直到在步骤S1B中判定受电电力为规定值以下(S1B:是)。在反复执行步骤S1B、S1C、S1D的处理期间,处于受电器100的受电电力大于步骤S1B中的规定值的状态。
在这样的情况下,受电器100不与发射器300进行通信,受电器100单独调整占空比,使受电电力降低。即,即使受电器100未从送电器300接收调整指令,也通过单独反复执行步骤S1B、S1C、S1D的处理使受电电力降低,所以能够在短时间内使受电电力降低。
与受电器100从送电器300接收调整指令的情况相比,由于跳过步骤S2D、S3、S3A、S4的处理来消除受电器100和送电器300进行通信的时间,所以能够在短时间内使受电电力降低。
受电器100在反复执行步骤S1B、S1C、S1D的处理将单独动作标志设定为“on”之后的步骤S1B中,判定为受电电力为规定值以下(S1B:是),进一步,若判定为单独动作标志不是“off”(S3A:否),则将单独动作标志设为“off”(步骤S3B)。受电器100将单独动作标志设为“off”,以准备下一个控制周期。
在像这样,反复执行步骤S1B、S1C、S1D的处理将单独动作标志设定为“on”之后,流程前进到步骤S1B、S2D、S3、S3A、S3B的情况为受电器100的受电电力降低到步骤S1B中的规定值以下的情况。
受电器100若在步骤S3B中将单独动作标志设为“off”,则将流程返回到步骤S1A。
图35是表示使用降低指令使受电器100的受电电力降低到目标值时的动作的图。在这里,对在从送电器300向受电器100送电时,受电器100移动而接近送电器300的情况进行说明。由于若受电器100接近送电器300,则受电电力增大,所以对受电电力急剧增大的情况下的应对进行说明。
在图35中,横轴为时间轴,3个纵轴表示受电器100的受电电力以及占空比、送电器300的送电电力。对于受电电力,示出破坏上限、规定值、目标值、上限以及下限的电平。若受电电力超过破坏上限,则存在受电器100的二次侧谐振线圈110破坏的可能。因此,规定值、目标值、上限被设定为低于破坏上限的值。此外,这在实施方式1中也相同。
在时刻t11,送电器300开始送电。此时,受电器100的占空比被设定为初始值D11。在时刻t11,受电器100的受电电力为规定值以下。在该状态下,受电器100的受电电力过量。
在时刻t11~t12,送电器300根据步骤S16的处理控制送电电力,送电电力从PS11逐渐降低,在时刻t12成为PS12。在该状态下,由于受电器100的占空比未被变更,所以为恒定值。另外,在时刻t11~t12,假设送电器300和受电器100通过Bluetooth Low Energy进行3次通信,则所需时间约为0.75秒。
在时刻t12,受电器100的受电电力降低到上限值,成为受电电力适当的状态。在时刻t12~t13期间,为受电电力适当的状态,从送电器300向受电器100稳定地送电。受电电力保持在上限值,从送电器300向受电器100发送适当的状态下的最大的电力。占空比保持在D11。
在时刻t13,由于受电器100移动来接近送电器300,所以受电电力增大,变得比规定值大。
受电器100若受电电力增大,变得比规定值大,则在步骤S1B中判定为“否”,并在步骤S1C中使占空比降低1步,并在步骤S1D中将单独动作标志设为“on”。占空比被降低到D12。
反复执行步骤S1B、S1C、S1D的处理,直到受电电力成为规定值以下。在时刻t13~t14期间,由于送电器300和受电器100未进行通信,所以能够使受电器100的受电电力非常迅速地降低。
在时刻t14,由于受电器100的受电电力为规定值以下,但受电电力为过量的状态,所以在步骤S16中送电电力降低。通过在时刻t14~时刻t15反复进行步骤S16的处理,在时刻t15受电电力成为上限,送电电力成为PS13。由于受电器100的受电电力成为上限,所以受电电力成为适当的状态。
在时刻t15,若受电器100的受电电力均合适,则通过步骤S16的处理送电器300维持送电电力,直到时刻t16在占空比保持恒定的状态下对受电器100进行充电。在时刻t16蓄电池220的充电结束,从而送电被停止。
如上述那样,在时刻t13~t14,由于在受电器100和送电器300之间未进行通信使受电电力降低到目标值,所以能够使受电器100的受电电力迅速降低。
为了实现这样的迅速的受电电力的降低,对受电电力过量并且为规定值以上的受电器100反复步骤S1B~S1D的处理,从而使受电器100的受电电力迅速地降低。
此外,在这里,对从送电器300向一个受电器100送电的方式进行了说明,但在有多个受电器100的情况下,各受电器100进行如上述那样的控制即可。通过各受电器100进行如上述那样的控制,实现图34所示的流程。
以上,根据实施方式2的电力传输系统500以及送电器300,根据多个受电器100的受电电力为过量、不足、或者合适的哪一个,来调整送电器300的送电输出、和受电器100的PWM驱动模式的占空比。受电器100的受电电力为过量、不足、或者合适的哪一个是受电器100的受电状况。
这样的调整能够根据多个受电器100的受电状况,通过反复执行图34所示的循环处理来实现。
即,在调整送电器300的送电输出、和受电器100的PWM驱动模式的占空比时,能够实现不用计算受电器100的二次侧谐振线圈110与送电器300的一次侧谐振线圈12的耦合系数,而基于多个受电器100的受电状况,就能够容易并且简单地进行同时供电的状态。
另外,在受电器100从送电器300接受电力时,接近送电器300,若成为受电电力过量并且大于规定值的状态,则在受电器100和送电器300之间不进行通信,通过反复步骤S1B~S1D的处理,使受电器100的受电电力降低。
因此,在接近送电器300的情况下,能够使受电器100的受电电力迅速地降低,并能够抑制受电器100的破损,并迅速地充电。
因此,能够提供一种能够高效地对受电器进行充电的电力传输系统500以及送电器300。
以上,对本发明的例示的实施方式的电力传输系统进行了说明,但本发明并不限于具体地公开的实施方式,能够不脱离权利要求书地进行各种变形、变更。
附图标记说明
100、100A、100B…受电器;110、110A、110B…二次侧谐振线圈;120、120A、120B…整流电路;130、130A、130B…开关;140、140A、140B…平滑电容器;150、150A、150B…控制部;151…主控制部;152…通信部;153…驱动控制部;154…存储器;160A、160B…输出端子;170A、170B…天线;200A、200B…电子设备;300…送电器;11…一次侧线圈;12…一次侧谐振线圈;13…匹配电路;14…电容器;310…控制部;320…主控制部;330…通信部;340…判定部;350…指令输出部;360…存储器;500…电力传输系统。
Claims (9)
1.一种电力传输系统,包含送电器、以及通过磁场共振或者电场共振从上述送电器同时接受电力的多个受电器,
上述多个受电器分别具有:
二次侧谐振线圈;
调整部,对通过上述二次侧谐振线圈接受的受电电力进行调整;
受电侧通信部,与上述送电器进行通信;以及
受电侧控制部,控制上述调整部,
上述送电器具有:
一次侧谐振线圈,通过磁场共振或者电场共振向上述多个受电器的上述二次侧谐振线圈传输电力;
送电侧通信部,与上述多个受电器进行通信;
第一判定部,基于从上述多个受电器的每一个接收的与额定电力和上述受电电力相关的电力数据,判定是否存在上述受电电力过量的受电器和上述受电电力不足的受电器;
第二判定部,若通过上述第一判定部判定为存在上述受电电力过量的受电器和上述受电电力不足的受电器,则判定上述受电电力过量的受电器的受电电力是否为规定值以上;以及
指令输出部,经由上述送电侧通信部对通过上述第二判定部判定为上述受电电力为上述规定值以上的受电器发送指令,该指令通过上述调整部使上述受电电力降低以使上述受电电力成为规定的目标值以下,
若通过上述受电侧通信部接收到上述指令,则上述受电侧控制部控制上述调整部,直至上述受电电力成为上述规定的目标值以下,
若上述受电电力成为上述规定的目标值以下,则上述受电侧通信部将上述电力数据发送至上述送电侧通信部。
2.根据权利要求1所述的电力传输系统,其中,
上述受电侧通信部不向上述送电侧通信部发送上述电力数据,直至上述受电电力成为上述规定的目标值以下。
3.一种电力传输系统,包含送电器、以及通过磁场共振或者电场共振从上述送电器同时接受电力的多个受电器,
上述多个受电器分别具有:
二次侧谐振线圈;
调整部,对通过上述二次侧谐振线圈接受的受电电力进行调整;
受电侧通信部,与上述送电器进行通信;
受电侧判定部,判定上述受电电力是否为规定值以下;以及
控制部,若通过上述受电侧判定部判定为上述受电电力不是规定值以下,则将上述调整部调整规定程度以使上述受电电力降低,若通过上述受电侧判定部判定为上述受电电力为规定值以下,则使表示上述调整部的调整程度的报告信号从上述受电侧通信部发送至上述送电器,
上述送电器具有:
一次侧谐振线圈,通过磁场共振或者电场共振向上述多个受电器的上述二次侧谐振线圈传输电力;
送电侧通信部,与上述多个受电器进行通信;以及
指令输出部,若经由上述送电侧通信部接收到上述报告信号,则经由上述送电侧通信部发送基于上述报告信号所表示的上述调整程度使上述控制部调整上述调整部的指令。
4.根据权利要求3所述的电力传输系统,其中,
上述控制部不使上述报告信号从上述受电侧通信部发送至上述送电器,直至通过上述受电侧判定部判定为上述受电电力为规定值以下。
5.根据权利要求3或4所述的电力传输系统,其中,
上述送电器还具有判定部,该判定部基于从上述多个受电器的每一个接收的与额定电力和上述受电电力相关的电力数据,判定是否存在上述受电电力过量的受电器和上述受电电力不足的受电器,
若通过上述判定部判定为存在上述受电电力过量的受电器和上述受电电力不足的受电器,则上述指令输出部经由上述送电侧通信部向上述受电电力过量的受电器发送使上述调整部调整以使得上述受电电力降低的指令。
6.根据权利要求1、2或5中任一项所述的电力传输系统,其中,
上述电力数据是表示上述受电器的受电电力过量、合适、或者不足的数据。
7.根据权利要求1~6中任一项所述的电力传输系统,其中,
上述受电器还具有:
整流电路,与上述二次侧谐振线圈连接,对从上述二次侧谐振线圈输出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
开关,串联地插入于上述整流电路与上述平滑电路之间的线路,切换上述线路的连接状态,
上述调整部通过调整对上述开关进行PWM驱动的驱动信号的占空比,对上述受电电力进行调整。
8.根据权利要求1~6中任一项所述的电力传输系统,其中,
上述受电器还具有:
电容器,串联地插入于上述二次侧谐振线圈的谐振线圈部;
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;以及
检测部,检测上述二次侧谐振线圈的受电电力的电压波形或者电流波形,
上述调整部通过对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进行调整,来调整上述受电电力。
9.根据权利要求1~6中任一项所述的电力传输系统,其中,
上述受电器还具有电容器,该电容器串联地插入于上述二次侧谐振线圈,
上述调整部通过对上述电容器的静电电容进行调整,来调整上述受电电力。
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