CN109742870A - 无线电力传送装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种无线电力传送装置，在二次线圈侧构成谐振电路，对流入至谐振电路的谐振电流的相位信息进行检测，并基于所述相位信息，以使流入至一次线圈的驱动电流的电流相位较电压相位略微延迟的方式规定驱动频率而驱动一次线圈。另外，将由二次线圈的漏电感(短路电感)、谐振电容器的电容、及等效负载电阻所决定的Q值设定为由Q＝2/k2(k为耦合系数)规定的值以上的值。本申请不受一次线圈的谐振频率限制，因此可自动选择自一次线圈侧观察到的功率因素最佳的频率作为驱动频率，故而可大幅提升稳固性。

Description

无线电力传送装置
本申请为申请日为2014年09月19日，申请号为201480079144.9(国际申请号PCT/JP2014/004827)，发明名称为“无线电力传送装置”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种无线电力传送装置，尤其涉及一种将连接于高频电源的一次线圈(coil)、及连接于负载的二次线圈以耦合系数k加以隔离而配置，而自一次线圈对二次线圈非接触地供给电力的无线电力传送装置。
背景技术
近年来，自提倡磁场谐振(磁谐振)方式的无线电力传送(非接触供电)以来，其应用迅速扩大。尤其，一次线圈与二次线圈之间的耦合系数k小、并且所述耦合系数k也大幅变化的情况下的线圈间的电力传递受到诸多重视。
另外，在原始申请的说明书中，术语“漏电感”使用于各处，但是根据JIS C 5602：1986电子设备用被动零件术语PP.34 4305(http://kikakurui.com/c5/C5602-1986-01.html#34)，作为“短路电感”或“漏电感(短路电感)”被认为是合适的。
因此，在本说明书中使用术语“漏电感(短路电感)”。
图24是表示现有的磁场谐振方式的无线电力传送装置的构成的方块图，图25表示其等效电路图。
无线电力传送装置200包含一次侧电路(Source Electronics，电源侧电子器件)210、及二次侧电路(Device Electronics，设备侧电子器件)230。
一次侧电路210包含：交流/直流(Alternating Current/Direct Current，AC/DC)转换电路213，将自交流(AC)电源(AC Mains)211供给的交流转换为直流；高频驱动电路215，将所述直流(DC)转换为规定的高频(RF，Radio Frequency，射频)，进行放大并加以输出；一次侧谐振器(Source Resonator，电源侧谐振器)219，被供给所述高频作为驱动电力；以及阻抗匹配电路(Impedance Matching Networks，IMN)217，在与所述一次侧谐振器219之间进行阻抗匹配。
二次侧电路230包含：二次侧谐振器(Device Resonator，设备侧谐振器)231；阻抗匹配电路(IMN)233；RF/DC整流电路(RF/DC Rectifier)235，其将高频(RF)转换为直流，进行整流并输出；以及负载(Load)237，其被供给经整流的直流电力。
一次侧谐振器219包含一次线圈、及一次谐振电容器(condenser)，二次侧谐振器231包含二次线圈、及二次谐振电容器。
在磁场谐振方式的无线电力传送中，通过使一次侧谐振器219与二次侧谐振器231的谐振频率一致，使双方的谐振器彼此谐振，而即便在距离远的线圈间也可实现高效率的电力传送。
另外，磁场谐振方式中，通过使用阻抗匹配电路(IMN)217及阻抗匹配电路(IMN)233分别使阻抗条件匹配，来控制各个谐振器219及谐振器231。
在图25所示的等效电路图中，一次侧电路210的Vg、Rg、Cs、Ls、Rs分别表示高频驱动电压、高频驱动电路的等效电阻、谐振电容器的电容(capacitance)、一次线圈的自感(self-inductance)、及一次线圈的等效电阻，二次侧电路的RL、Cd、Ld、Rd分别表示负载的等效电阻、谐振电容器的电容、二次线圈的自感、及二次线圈的等效电阻。另外，M表示一次线圈与二次线圈之间的相互电感。
此处，在磁场谐振方式中，需要包含图24所示的一次侧谐振器219，这是磁场谐振方式的最大特征。因此，如图25所示，一次谐振电容器Cs成为必需的构成要素。
若原理上考察无线电力传送，则可使包含一次线圈与二次线圈的漏磁通变压器(transformer)的耦合系数k变化，且负载也同时变化。另外，对于无线电力传送，若着眼于构成其的电子电路，则变化的磁参数(parameter)多，因此可以说非常难以同时实现高效率与稳定度、可靠性等。进而，在近年来的电磁相容性(Electro-Magnetic Compatibility，EMC)限制下，还有必要引入用以减少噪声电力(噪声电场强度)的软开关(soft switching)方式即零电压开关(Zero Voltage Switching，ZVS)技术。
因此，自电力控制的观点而言，即便欲求出驱动电路的构成要素的参数的最佳值，也多有各参数值未必协调，成为取舍(trade off)的关系而相互竞争，因此极其难以同时实现各参数的最佳值。
因此，现有的无线电力传送中，通过牺牲任一参数而实现电力控制。另外，关于无线电力传送中传送的电力的大小，当前虽已获得有实用性的值，但进行驱动的一次线圈中的发热大成为问题。所述发热几乎均由铜耗造成，所述铜耗的克服成为课题。
在无线电力传送中，在使一次侧与二次侧双方具有谐振电路的情况下，一次侧的谐振频率与线圈间的距离无关而为固定，但关于二次侧的谐振频率，在线圈间的距离改变而耦合系数变化的情况下，谐振频率也改变。将其表示为数式，则若将二次线圈的电感设为L2，将谐振电容器设为Cp，将耦合系数设为k，则成为：
[数1]
因此，现有的磁场谐振方式中，仅在线圈间的距离为预先规定的距离的情况下一次侧与二次侧的谐振频率一致，在为除此以外的线圈间距离时谐振频率不一致。
因此，在一次线圈与二次线圈具有规定的位置关系的情况下可获得实用上充分的效率，但若线圈间距离远离预先规定的固定的距离关系，或一次线圈与二次线圈的中心轴偏移，则自一次线圈观察到的功率因素急剧恶化。在所述情况下，存在虽可进行电力传送但效率差，而发热进一步增加的问题。
进而，还存在如下问题：为了确保驱动一次线圈的开关元件的ZVS动作，需要将一次线圈与二次线圈的相位关系限制于特定的范围内，而仅在非常有限的条件下才可进行ZVS动作。
因此，现有的无线电力传送为了恒定地确保ZVS动作，进行一面观察负载的状态一面依照一定的程序(program)使驱动频率可变等处理。
[现有技术文献]
[专利文献]
专利文献1：日本专利特开2002-272134
专利文献2：日本专利特开昭63-73837
专利文献3：日本专利特开2011-97671
专利文献4：日本专利第4921466号
专利文献5：日本专利第5190108号
发明内容
[发明要解决的问题]
本发明的目的在于解决伴随现有的磁场谐振方式的所述各种课题的一部分。
尤其，目的在于提供一种无线电力传送装置，在线圈间距离变化，或一次线圈与二次线圈的中心轴偏移等条件变化时，也可将自一次线圈的驱动单元侧与一次线圈的双方观察到的功率因素同时维持为良好的关系，从而可实现有效率的电力传送。
另外，目的在于提供一种无线电力传送装置，通过自动获得进行有效率的电力传送的最佳驱动频率，而可利用简单的电路同时减少铜耗与开关损耗，高稳固(robust)性地进行高效率的驱动。
[解决问题的技术手段]
本发明的第1实施例是一种无线电力传送装置，将连接于高频电源的一次线圈、与连接于负载的二次线圈以耦合系数k加以隔离而配置，自一次线圈对二次线圈非接触地供给电力，无线电力传送装置设置有：谐振电流相位检测单元，将谐振电容器耦合于二次线圈而构成谐振电路，并对流入至谐振电容器的谐振电流的相位信息进行检测；相位信息传递单元，以相位前进的方式修正并传递检测到的相位信息；以及驱动电路，基于相位信息，以使流入至一次线圈的驱动电流的电流相位较施加于一次线圈的驱动电压的电压相位略微延迟的方式规定驱动频率而驱动一次线圈，将由二次线圈的漏电感(leakageinductance)、谐振电容器的电容、及二次线圈侧的等效负载电阻所决定的Q值设定为Q＝2/k2所规定的值以上的值。
本发明的第2实施例是一种无线电力传送装置，将连接于高频电源的一次线圈、与连接于负载的二次线圈以耦合系数k加以隔离而配置，自一次线圈对二次线圈非接触地供给电力，无线电力传送装置设置有：谐振电流相位检测单元，将谐振电容器耦合于二次线圈而构成谐振电路，并对流入至二次线圈的谐振电流的相位信息进行检测；相位信息传递单元，以相位前进的方式修正并传递检测到的相位信息；以及驱动电路，基于相位信息，以使流入至一次线圈的驱动电流的电流相位较施加于一次线圈的驱动电压的电压相位略微延迟的方式规定驱动频率而驱动一次线圈，将由二次线圈的漏电感、谐振电容器的电容、及二次线圈侧的等效负载电阻所决定的Q值设定为Q＝2/k2所规定的值以上的值。
本发明的第3实施例是一种无线电力传送装置，将连接于高频电源的一次线圈、与连接于负载的二次线圈以耦合系数k加以隔离而配置，自一次线圈对二次线圈非接触地供给电力，无线电力传送装置设置有：谐振电流相位检测单元，将谐振电容器耦合于二次线圈而构成谐振电路，并自一次线圈对流入至谐振电路的谐振电流的相位信息进行检测；相位信息传递单元，以相位前进的方式修正并传递检测到的相位信息；以及驱动电路，基于相位信息，以使流入至一次线圈的驱动电流的电流相位较施加于一次线圈的驱动电压的电压相位略微延迟的方式规定驱动频率而驱动一次线圈，将由二次线圈的漏电感、谐振电容器的电容、及二次线圈侧的等效负载电阻所决定的Q值设定为Q＝2/k2所规定的值以上的值。
本发明的第4实施例是一种无线电力传送装置，将连接于高频电源的一次线圈、与连接于负载的二次线圈以耦合系数k加以隔离而配置，自一次线圈对二次线圈非接触地供给电力，无线电力传送装置设置有：谐振电流相位检测单元，将谐振电容器耦合于二次线圈而构成谐振电路，并基于如下波形来检测谐振电流的相位信息，波形是将流入至谐振电容器的谐振电流的波形、流入至二次线圈的谐振电流的波形、或流入至一次线圈的谐振电流的波形中的任一波形、与将任一波形反转并积分所得的波形加以重叠合成所得；相位信息传递单元，以相位前进的方式修正并传递检测到的相位信息；以及驱动电路，基于相位信息，以使流入至一次线圈的驱动电流的电流相位较施加于一次线圈的驱动电压的电压相位略微延迟的方式规定驱动频率而驱动一次线圈，将由二次线圈的漏电感、谐振电容器的电容、及二次线圈侧的等效负载电阻所决定的Q值设定为Q＝2/k2所规定的值以上的值。
本发明的第5实施例根据第1实施例至第4实施例中的任一实施例，其包括滤波器(filter)，滤波器将谐振电流的波形中所含的失真去除，而仅提取基谐波。
本发明的第6实施例根据第1实施例至第5实施例中任一实施例，其中驱动电路包含驱动一次线圈的开关单元，开关单元使ON-OFF(导通-断开)的占空比(duty ratio)可变，并基于相位信息而使开关单元ON，在固定时间后使开关单元OFF，由此进行电力控制。
本发明的第7实施例根据第1实施例或第4实施例，其中谐振电流相位检测单元根据流入至并联连接于谐振电容器的小电容电容器的电流来检测相位信息。
本发明的第8实施例是一种无线电力传送装置，包括：一次线圈，连接于高频电源；二次线圈，连接于负载；以及第三线圈，接近二次线圈或作为自耦变压器(autotransformer)而包含于二次线圈，且以相对于二次线圈中感应的电压为降压的关系而卷绕，将一次线圈与二次线圈以耦合系数k加以隔离而配置，自一次线圈通过二次线圈而对第三线圈非接触地供给电力，无线电力传送装置设置有：谐振电流相位检测单元，将谐振电容器耦合于二次线圈而构成谐振电路，并对流入至谐振电容器的谐振电流的相位信息进行检测；相位信息传递单元，以相位前进的方式修正并传递检测到的相位信息；以及驱动电路，基于相位信息，以使流入至一次线圈的驱动电流的电流相位较施加于一次线圈的驱动电压的电压相位略微延迟的方式规定驱动频率而驱动一次线圈，将由二次线圈的漏电感、谐振电容器的电容、及二次线圈侧的等效负载电阻所决定的Q值设定为Q＝2/k2所规定的值以上的值。
本发明的第9实施例是一种无线电力传送装置，连接于高频电源的一次线圈、连接于负载的二次线圈、接近二次线圈或二次线圈为自耦变压器，且以相对于二次线圈中感应的电压为降压的关系而卷绕的第三线圈成为包含于自耦变压器的关系，将一次线圈与二次线圈以耦合系数k加以隔离而配置，自一次线圈对二次线圈非接触地供给电力，无线电力传送装置设置有：谐振电流相位检测单元，将谐振电容器耦合于二次线圈而构成谐振电路，并对流入至二次线圈的谐振电流的相位信息进行检测；相位信息传递单元，以相位前进的方式修正并传递检测到的相位信息；以及驱动电路，基于相位信息，以使流入至一次线圈的驱动电流的电流相位较施加于一次线圈的驱动电压的电压相位略微延迟的方式规定驱动频率而驱动一次线圈，将由二次线圈的漏电感、谐振电容器的电容、及二次线圈侧的等效负载电阻所决定的Q值设定为Q＝2/k2所规定的值以上的值。
本发明的第10实施例是一种无线电力传送装置，连接于高频电源的一次线圈、连接于负载的二次线圈、接近二次线圈或二次线圈为自耦变压器，且以相对于二次线圈中感应的电压为降压的关系而卷绕的第三线圈成为包含于自耦变压器的关系，将一次线圈与二次线圈以耦合系数k加以隔离而配置，自一次线圈对二次线圈非接触地供给电力，无线电力传送装置设置有：谐振电流相位检测单元，将谐振电容器耦合于二次线圈而构成谐振电路，并自一次线圈对流入至谐振电路的谐振电流的相位信息进行检测；相位信息传递单元，以相位前进的方式修正并传递检测到的相位信息；以及驱动电路，基于相位信息，以使流入至一次线圈的驱动电流的电流相位较施加于一次线圈的驱动电压的电压相位略微延迟的方式规定驱动频率而驱动一次线圈，将由二次线圈的漏电感、谐振电容器的电容、及二次线圈侧的等效负载电阻所决定的Q值设定为Q＝2/k2所规定的值以上的值。
本发明的第11实施例是一种无线电力传送装置，连接于高频电源的一次线圈、连接于负载的二次线圈、接近二次线圈或二次线圈为自耦变压器，且以相对于二次线圈中感应的电压为降压的关系而卷绕的第三线圈成为包含于自耦变压器的关系，将一次线圈与二次线圈以耦合系数k加以隔离而配置，自一次线圈对二次线圈非接触地供给电力，无线电力传送装置设置有：谐振电流相位检测单元，将谐振电容器耦合于二次线圈而构成谐振电路，并基于如下波形来检测谐振电流的相位信息，波形是将流入至谐振电容器的谐振电流的波形、流入至二次线圈的谐振电流的波形、或流入至一次线圈的谐振电流的波形中的任一波形、与将任一波形反转并积分所得的波形加以重叠合成所得，相位信息传递单元，以相位前进的方式修正并传递检测到的相位信息；以及驱动电路，基于相位信息，以使流入至一次线圈的驱动电流的电流相位较施加于一次线圈的驱动电压的电压相位略微延迟的方式规定驱动频率而驱动一次线圈，将由二次线圈的漏电感、谐振电容器及二次线圈侧的等效负载电阻所决定的Q值设定为Q＝2/k2所规定的值以上的值。
本发明的第12实施例根据第8实施例至第11实施例中任一实施例，其包括滤波器，滤波器将谐振电流的波形中所含的失真去除，而仅提取基谐波。
本发明的第13实施例根据第8实施例至第12实施例项中任一实施例，其中驱动电路包含驱动一次线圈的开关单元，开关单元使ON-OFF的占空比可变，并基于相位信息而使开关单元ON，在固定时间后使开关单元OFF，由此进行电力控制。
本发明的第14实施例是根据第8实施例或第11实施例，其中谐振电流相位检测单元根据流入至并联连接于谐振电容器的小电容电容器的电流来检测相位信息。
本发明的15实施例是一种无线电力传送装置，将连接于高频电源的一次线圈、与连接于负载的二次线圈以耦合系数k加以隔离而配置，自一次线圈对二次线圈非接触地供给电力，无线电力传送装置设置有：谐振电流相位检测单元，将谐振电容器耦合于二次线圈而构成谐振电路，并对流入至谐振电容器的谐振电流的相位信息进行检测，且谐振电流相位检测单元包括当检测到的相位信息中具有相位延迟时，于相位前进的方向上对相位信息进行修正，以修正相位延迟的相位修正单元，谐振电流相位检测单元将修正后的相位信息作为谐振电流的相位信息进行检测；以及驱动电路，基于修正后的相位信息，以使流入至一次线圈的驱动电流的电流相位较施加于一次线圈的驱动电压的电压相位略微延迟的方式规定驱动频率而驱动一次线圈，将由二次线圈的漏电感、谐振电容器的电容、及二次线圈侧的等效负载电阻所决定的Q值设定为Q＝2/k2所规定的值以上的值。
本发明的第16实施例是一种无线电力传送装置，将连接于高频电源的一次线圈、与连接于负载的二次线圈以耦合系数k加以隔离而配置，自一次线圈对二次线圈非接触地供给电力，无线电力传送装置设置有：谐振电流相位检测单元，将谐振电容器耦合于二次线圈而构成谐振电路，并对流入至二次线圈的谐振电流的相位信息进行检测，且谐振电流相位检测单元包括当检测到的相位信息中具有相位延迟时，于相位前进的方向上对相位信息进行修正，以修正相位延迟的相位修正单元，谐振电流相位检测单元将修正后的相位信息作为谐振电流的相位信息进行检测；以及驱动电路，基于修正后的相位信息，以使流入至一次线圈的驱动电流的电流相位较施加于一次线圈的驱动电压的电压相位略微延迟的方式规定驱动频率而驱动一次线圈，将由二次线圈的漏电感、谐振电容器的电容、及二次线圈侧的等效负载电阻所决定的Q值设定为Q＝2/k2所规定的值以上的值。
本发明的第17实施例是一种无线电力传送装置，将连接于高频电源的一次线圈、与连接于负载的二次线圈以耦合系数k加以隔离而配置，自一次线圈对二次线圈非接触地供给电力，无线电力传送装置设置有：谐振电流相位检测单元，将谐振电容器耦合于二次线圈而构成谐振电路，并自一次线圈对流入至谐振电路的谐振电流的相位信息进行检测，且谐振电流相位检测单元包括当检测到的相位信息中具有相位延迟时，于相位前进的方向上对相位信息进行修正，以修正相位延迟的相位修正单元，谐振电流相位检测单元将修正后的相位信息作为谐振电流的相位信息进行检测；以及驱动电路，基于修正后的相位信息，以使流入至一次线圈的驱动电流的电流相位较施加于一次线圈的驱动电压的电压相位略微延迟的方式规定驱动频率而驱动一次线圈，将由二次线圈的漏电感、谐振电容器的电容、及二次线圈侧的等效负载电阻所决定的Q值设定为Q＝2/k2所规定的值以上的值。
本发明的第18实施例根据第15实施例至第17实施例中的任一实施例，其包括滤波器，滤波器去除谐振电流的波形中所含的失真而仅提取基谐波。
本发明的第19实施例根据第15实施例至第17实施例中的任一实施例，其中驱动电路包含驱动一次线圈的开关单元，开关单元使导通-断开的占空比可变，并基于相位信息而使开关单元导通，在固定时间后使开关单元断开，由此进行电力控制。
本发明的第20实施例根据第15实施例至，其中谐振电流相位检测单元根据流入至并联连接于谐振电容器的小电容电容器的电流来检测相位信息。
本发明的第21实施例是一种无线电力传送装置，包括：一次线圈，连接于高频电源；二次线圈，连接于负载；以及第三线圈，接近二次线圈或作为自耦变压器而包含于二次线圈，且以相对于二次线圈中感应的电压为降压的关系而卷绕，将一次线圈与二次线圈以耦合系数k加以隔离而配置，自一次线圈通过二次线圈而对第三线圈非接触地供给电力，无线电力传送装置设置有：谐振电流相位检测单元，将谐振电容器耦合于二次线圈而构成谐振电路，并对流入至谐振电容器的谐振电流的相位信息进行检测，且谐振电流相位检测单元包括当检测到的相位信息中具有相位延迟时，于相位前进的方向上对相位信息进行修正，以修正相位延迟的相位修正单元，谐振电流相位检测单元将修正后的相位信息作为谐振电流的相位信息进行检测；以及驱动电路，基于修正后的相位信息，以使流入至一次线圈的驱动电流的电流相位较施加于一次线圈的驱动电压的电压相位略微延迟的方式规定驱动频率而驱动一次线圈，将由二次线圈的漏电感、谐振电容器的电容、及二次线圈侧的等效负载电阻所决定的Q值设定为Q＝2/k2所规定的值以上的值。
本发明的第22实施例是一种无线电力传送装置，连接于高频电源的一次线圈、连接于负载的二次线圈、接近二次线圈或二次线圈为自耦变压器，且以相对于二次线圈中感应的电压为降压的关系而卷绕的第三线圈成为包含于自耦变压器的关系，将一次线圈与二次线圈以耦合系数k加以隔离而配置，自一次线圈对二次线圈非接触地供给电力，无线电力传送装置设置有：谐振电流相位检测单元，将谐振电容器耦合于二次线圈而构成谐振电路，并对流入至二次线圈的谐振电流的相位信息进行检测，且谐振电流相位检测单元包括当检测到的相位信息中具有相位延迟时，于相位前进的方向上对相位信息进行修正，以修正相位延迟的相位修正单元，谐振电流相位检测单元将修正后的相位信息作为谐振电流的相位信息进行检测；以及驱动电路，基于修正后的相位信息，以使流入至一次线圈的驱动电流的电流相位较施加于一次线圈的驱动电压的电压相位略微延迟的方式规定驱动频率而驱动一次线圈，将由二次线圈的漏电感、谐振电容器的电容、及二次线圈侧的等效负载电阻所决定的Q值设定为Q＝2/k2所规定的值以上的值。
本发明的第23实施例是一种无线电力传送装置，连接于高频电源的一次线圈、连接于负载的二次线圈、接近二次线圈或二次线圈为自耦变压器，且以相对于二次线圈中感应的电压为降压的关系而卷绕的第三线圈成为包含于自耦变压器的关系，将一次线圈与二次线圈以耦合系数k加以隔离而配置，自一次线圈对二次线圈非接触地供给电力，无线电力传送装置设置有：谐振电流相位检测单元，将谐振电容器耦合于二次线圈而构成谐振电路，并自一次线圈对流入至谐振电路的谐振电流的相位信息进行检测，且谐振电流相位检测单元包括当检测到的相位信息中具有相位延迟时，于相位前进的方向上对相位信息进行修正，以修正相位延迟的相位修正单元，谐振电流相位检测单元将修正后的相位信息作为谐振电流的相位信息进行检测；以及驱动电路，基于修正后的相位信息，以使流入至一次线圈的驱动电流的电流相位较施加于一次线圈的驱动电压的电压相位略微延迟的方式规定驱动频率而驱动一次线圈，将由二次线圈的漏电感、谐振电容器的电容、及二次线圈侧的等效负载电阻所决定的Q值设定为Q＝2/k2所规定的值以上的值。
本发明的第24实施例根据第21实施例至第23实施例中任一实施例，其包括滤波器，滤波器去除谐振电流的波形中所含的失真而仅提取基谐波。
本发明的第25实施例根据第21实施例至第24实施例中任一实施例，其中驱动电路包含驱动一次线圈的开关单元，开关单元使导通-断开的占空比可变，并基于相位信息而使开关单元导通，在固定时间后使开关单元断开，由此进行电力控制。
本发明的第26实施例根据第21实施例，其中谐振电流相位检测单元根据流入至并联连接于谐振电容器的小电容电容器的电流来检测相位信息。
[发明效果]
本发明中，在一次线圈中未设置谐振电路可得到更好的结果。若谐振电容器仅耦合于二次线圈而设置谐振电路，谐振电流不会流入至一次线圈，因而可抑制一次线圈中的发热。然而，例如将可变电容器等的技术进行并用等，而利用一次侧谐振是任意的。
另外，由于不受一次线圈的谐振频率限制，因此可自动选择自一次线圈侧观察到的功率因素最佳的频率作为驱动频率，故而可大幅提升稳固性。
进而，本发明中始终维持ZVS动作，因此可采用半桥接(half bridge)的电路构成作为驱动电路，与现有的无线电力传送装置相比可通过简单的电路构成实现装置。
附图说明
图1是表示本发明的无线电力传送装置的主要部分的构成的方块图。
图2A、图2B是表示本发明所使用的开关单元的一例的电路图。
图3是表示包含本发明的谐振电流相位检测单元的检测部的构成的图。
图4是表示本发明的谐振电流相位检测单元的另一例的图。
图5A、图5B、图5C是表示本发明的谐振电流相位检测单元又一例的图。
图6是对因谐振电流相位波形中所含的失真而扰乱相位信息的情况进行说明的图。
图7是表示自谐振电流相位波形中去除高次谐波失真的概念图。
图8是表示谐振电流相位信息中产生相位延迟的情况下的各种波形的变化的概念图。
图9是表示谐振电流相位信息的相位延迟小的情况下流入至正进行ZVS动作的开关单元的电流的波形的图。
图10是表示谐振电流相位信息的相位延迟大的情况下流入至未进行ZVS动作的开关单元的电流的波形的图。
图11是表示对谐振电流相位信息的相位进行修正的电路的一例的图。
图12A、图12B是对相位信息的修正进行说明的图。
图13是进行相位修正的情况下的具体电路图。
图14是进行相位修正的情况下的另一具体电路图。
图15是进行相位修正的情况下的又一具体电路图。
图16是对谐振电容器的电流相位与一次线圈的电流相位的关系进行说明的图。
图17是求出用以获得功率因素1的所需最小Q值的图。
图18是最小所需的Q值伴随k的降低而逐渐接近k2Q＝2的情况的说明图。
图19是表示在设为Q＝2/k2的情况下一次线圈的电流相位曲线横穿0度的情况的图。
图20是对本发明的电力控制的一例进行说明的图。
图21是对本发明的电力控制的另一例进行说明的图。
图22是对进行本发明的电力控制的情况下的与一次线圈的电流相位的关系进行说明的图。
图23是表示可保持与Qi(气)规格的相容性并进行效率改善的电路的一例的图。
图24是表示现有的磁场谐振方式的无线电力传送装置的构成的方块图。
图25是现有的磁场谐振方式的无线电力传送装置的等效电路图。
附图标号说明：
100：无线电力传送装置；
110：一次线圈；
120：驱动电路；
122：驱动单元；
124：开关单元；
140：二次线圈；
150：谐振电容器；
155：小电容电容器；
160：谐振电流相位检测单元；
165：滤波器；
170：相位信息传递单元；
190：第三线圈。
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明的无线电力传送装置的实施例进行详细说明。
图1是表示本发明的无线电力传送装置100的一实施例的主要部分的构成的方块图。
一次侧包含一次线圈(Primary coil)110及通过电容器Cc而与一次线圈连接的驱动电路120，驱动电路120包含驱动单元(Driving means)122、及开关单元(Switchingmeans)124。另外，开关单元124构成为包含晶体管元件Q1～晶体管元件Q4的桥接(bridge)电路。
二次侧包含与一次线圈110以耦合系数k加以隔离而配置的二次线圈(Secondarycoil)140、耦合于所述二次线圈140而构成谐振电路的谐振电容器(Cp)150、及对流入至所述谐振电容器(Cp)150的谐振电流的相位信息进行检测的谐振电流相位检测单元(Resonance current phase detection means)160。在本发明中，包括相位信息传递单元170，所述相位信息传递单元170将由谐振电流相位检测单元160检测到的相位信息无相位延迟地传递至驱动电路120，且驱动电路120基于所述相位信息规定驱动频率而驱动一次线圈110。相位信息传递单元170包含相位信息发送单元(Phase information Transmitter)172及相位信息接收单元(Phase information Receiver)174。
另外，二次侧连接于未图示的负载。
在本发明中，仅就谐振电路而言，以谐振电容器(Cp)150耦合于二次线圈140而构成的谐振电路为本质，即便未在一次线圈110设置串联谐振电容器亦可进行效率足够好的电力传送。
图1所示的电容器Cc仅仅是为了阻断直流而设置，并非作为谐振电容器设置。
更详细而言，虽然亦可作为改良方法而对本发明设置一次侧谐振，但其于本发明中为任意且为非本质。
另外，只要可精密地控制开关单元124的驱动时序(timing)，而可保持流入至各晶体管元件Q1～晶体管元件Q4的电流的平衡(balance)，则也可省略电容器Cc。
在本发明中，通过谐振电流相位检测单元160对流入至谐振电路的谐振电流的相位信息进行检测，所述谐振电路包含二次线圈140及与所述二次线圈并联或串联地连接的谐振电容器(Cp)150，并将所述相位信息自位于二次侧的相位信息发送单元172发送至位于一次侧的相位信息接收单元174，从而基于所述相位信息来决定驱动单元122的驱动时序。
在本发明中，由于设为一次侧未设置谐振电路的构成，故一次线圈110的圈数与现有的需要一次侧谐振电路的磁场谐振方式相比而圈数不同。
另外，相位信息传递单元170“无相位延迟地”传递通过谐振电流相位检测单元160而检测到的相位信息，但所有检测单元或传递单元必然存在相位延迟，因此，此处“无相位延迟地”意为，使相位延迟尽可能小，目的在于使一次侧驱动单元与二次侧共有绝对时间即可。
其次，对图1的方块图所示的各构成要素进行说明。
驱动单元122基于自相位信息传递单元170传递的相位信息，以使流入至一次线圈110的驱动电流的电流相位较施加于一次线圈110的驱动电压的电压相位略微延迟的方式来决定驱动频率，从而驱动开关单元124。关于其详细动作将在下文进行叙述。
开关单元124包含两个或四个晶体管等开关元件(Q1～Q4)，通过直流阻断电容器Cc来驱动一次线圈110。
图2A、图2B是表示开关单元124的一例的电路图，A表示全桥接(full bridge)电路，B表示半桥接电路。在本发明中，开关单元124可包含全桥接电路也可包含半桥接电路。
在现有的无线电力传送中，自开关单元124侧观察到的施加于一次线圈110的驱动电压、与流入至一次线圈110的驱动电流的相位关系会根据驱动频率而大幅变化，因此难以在各种条件下保持ZVS而防止硬开关(hard switching)。因此，出于即便发生硬开关也不易产生异常电压的理由，优选采用全桥接电路。
在本发明中，可放心采用以往认为会发生硬开关而欠佳的半桥接电路。原因在于，在本发明中，可在各种条件下保持ZVS。详细情况将在下文进行叙述。但，全桥接电路仅具有电源的利用效率高的优点，在本发明中并非必需条件，因此以下用使用全桥接电路作为开关单元124的情况来进行说明。
图3是表示包含本发明的谐振电流相位检测单元160的检测部的构成的图。
在二次线圈140并联连接有谐振电容器(Cp)150及小电容的电容器(Cps)155。
谐振电流检测单元160可如图1所示，为直接对流入至谐振电容器(Cp)150的电流的相位信息进行检测者，也可如图3所示，为对流入至并联连接的小电容电容器(Cps)155的电流的相位信息进行检测者(160a)。原因在于，施加于谐振电容器(Cp)150的电压、与施加于与其并联连接的小电容电容器(Cps)155电压均为相同，因此流入至各电容器的电流的相位信息也相同。在多数情况下，流入至谐振电容器(Cp)150的电流非常大，因此若欲直接检测所述电流，则谐振电流检测单元160需要包含大电容的零件，但若对流入至小电容电容器(Cps)的电流进行检测，则可包含小电容的零件。
由谐振电流相位检测单元160检测到的谐振电流的相位信息利用谐振电流相位传递单元170而传递至一次侧的驱动电路120。
就谐振电流相位传递单元170的构成而言，可考虑各种，可为使用发光二极管(Light Emitting Diode，LED)与光电晶体管(phototransistor)的光耦合，可利用将相位信息数字化(digital)所得的信号对磁电路进行调变而进行传递，也可为使用高频载波(carrier)的电磁波的无线方法。但，在使用光电晶体管作为受光部的情况下因存储电荷导致的延迟大，使光电晶体管饱和而使用的方法欠佳。因此，光电晶体管优选为非饱和动作，进而，更优选为用以抑制镜像(mirror)效应的定电压动作。另外，更优选为使用PIN光电二极管(PIN photodiode)，或进而将其以反向偏压(bias)使用而实现高速动作等。
另外，谐振电流相位检测单元160也可如图4所示，为对流入至二次线圈140的电流进行检测者(160b)。但，在所述情况下，检测到的相位信息中还包含并合成有流入至负载的电流的相位成分。流入至负载的电流的相位成分较谐振电流相位延迟90°，因此合成有这些矢量(vector)而相位信息会产生若干相位延迟。若基于所述相位信息来驱动一次线圈110则并非进行ZVS动作，容易产生硬开关。
若产生硬开关，则会在开关单元124的元件(Q1～Q4)产生高频的寄生振动，在所述情况下，电磁干扰(Electro-Magnetic Interference，EMI)、尤其是噪声电力/噪声电场强度(辐射)变多。因此需要加以对策，关于此将在下文进行叙述。
谐振电流相位检测单元160也可如图5A、图5B、图5C所示，为对流入至一次线圈110的电流进行检测者(160c)。图5A表示自二次线圈140将电力提取至负载R的类型(type)，
图5B表示在二次线圈中包含作为自耦变压器的第三线圈190，自第三线圈190将电力提取至负载R的类型，图5C表示自与二次线圈140接近且作为独立的线圈而设置的第三线圈190将电力提取至负载R的类型。另外，关于在二次侧设置有第三线圈190的图5B、图5C的类型的详细情况将在下文进行叙述。这些情况下大多会产生硬开关，因此需要另外进行相位修正，关于此将在下文进行叙述。
另外，有时会在作为谐振电流相位信息的延迟的原因而被检测到的谐振电流中产生失真。所述失真会扰乱谐振电流相位信息，一次线圈110的驱动时序变得不准确，结果无法准确检测出谐振频率的峰值(peak)。
图6是谐振电流中包含三次高频的情况下的示例，是对因所述失真而扰乱相位信息的情况进行说明的说明图。在此种情况下，利用适当的滤波器单元而仅提取基本成分来作为谐振电流相位信息，由此可提升相位信息的精度。另外，也可不使用滤波器，将谐振电流数字地级数展开而仅使用基谐波的相位信息。
图7是表示在谐振电流相位检测单元160设置仅提取基谐波的滤波器(基本波形滤波器(Fundamental waveform filter))165而自谐振电流相位波形中去除高次谐波失真的概念图。
其次，对本发明中重要的二次侧谐振电路的Q值的设定进行说明。
无线电力传送与一般的利用漏磁变压器(leakage transformer)的供电大不相同。在利用漏磁变压器进行供电的情况下，一次线圈与二次线圈之间的耦合系数(k)在所有驱动条件下大致为固定，与此相对，在无线电力传送中，耦合系数(k)大幅变化。在现有的利用漏磁变压器的供电中，二次侧谐振电路的Q值无需那么高。
另一方面，在无线电力传送的情况下，由于耦合系数(k)变化，故在耦合系数(k)小的情况下需要高Q值。
原因在于：在Q值低的情况、使用的条件大幅变化的情况下，难以良好地维持一次线圈的功率因素，且在若Q值过高则使用的条件仍大幅变化的情况下，难以满足如下条件(即ZVS动作条件)：以使流入至一次线圈的驱动电流的电流相位较施加于一次线圈的驱动电压的电压相位略微延迟的方式规定驱动频率而驱动一次线圈。
在本发明中，在欲提升稳固性的情况下需要高Q值。然而，Q值越高则半宽度会变得非常窄，微小的频率混乱便成为问题。因此，需要使谐振电流相位信息的传送单元中的相位延迟(或时间的延迟)尽量变小。若谐振电流相位信息的传递单元中产生延迟，则会发生如下情况。
图8是表示在谐振电流相位信息产生相位延迟的情况下的各种波形的变化的概念图。
a是谐振电路的谐振电流的波形，b是由谐振电流相位检测单元160检测到的相位信息的波形，c是自相位信息接收单元174输出的相位信息的波形，d是流过一次线圈11的电流的电流波形。自相位信息接收单元174输出的波形c较波形b延迟，几乎保持原样成为开关单元124的驱动波形。
图9是表示在谐振电流相位信息的相位延迟小的情况下流入至正进行ZVS动作的情况下的开关单元124的电流的波形的图。
在相位信息接收单元174的波形不存在延迟的情况下、或极小的情况下(c)，与开关单元124的开关时序相比，流入至一次线圈110的电流的时序稍微提前(d)，因此开关单元124的开关元件Q1、开关元件Q2的电流波形(e、f)成为ZVS动作。所述情况下，开关单元124的中心分接(center tap)电压成为整齐的方形波(g)。
与此相对，图10是表示谐振电流相位信息的相位延迟大的情况下流入至未进行ZVS动作时的开关单元124的电流的波形的图。
与开关单元124的开关时序相比，流入至一次线圈110的电流的时序变迟(d)，因此开关元件Q1、开关元件Q2的电流波形(e、f)未成为ZVS动作，在开关单元124的中心分接电压产生回跳(rebound)引起的特有的脉冲(pulse)波形(g)。若产生所述回跳波形则还可能破坏开关元件Q1、开关元件Q2或驱动单元122，或者成为产生EMI的原因。
根据以上，在本发明中，需要使相位信息传递单元170中的相位延迟尽可能小。在无法避免相位延迟的情况下，使用如下的相位修正单元。
图11是表示对谐振电流相位信息的相位进行修正的电路的一例的图。
在谐振电流相位检测单元160内设置：谐振电流波形检测电路162；反转积分电路164，将检测到的谐振电流的波形反转后进行积分或积分后进行反转；以及加法运算电路166，将来自谐振电流波形检测电路162的输出与来自反转积分电路164的输出加以重叠合成。进行反转积分所得的波形较原本的谐振电流的波形相位前进90度。由此，可通过基于如下的波形来检测谐振电流的相位信息，而获得在相位前进的方向上得到修正的谐振电流相位信息，所述波形是以适当的比率将原本的谐振电流的波形、及将其反转并积分所得的波形加以重叠合成所得。然后，将所述谐振电流相位信息通过相位信息发送单元172而发送至相位信息接收单元174。
图12A、图12B是对所述相位信息的修正进行说明的图。
a是原本的谐振电流波形信息，b是将其反转积分所得者。c是将a与b加以重叠合成所得的合成波形。由此，在相位前进的方向上得到修正的相位信息d成为无延迟地传递原本的谐振电流波形信息a的波形。
另外，反转积分电路164也可使用运算放大器(operational amplifier)而构成，也可构成为在使用变压器进行反转后，使用电容器(C)与电阻(R)进行积分。
图13是表示进行相位修正的情况下的谐振电流相位检测单元160a的具体电路图的图。
谐振电流波形信息a通过缓冲放大器(buffer amplifier)并通过反转积分电路164进行反转积分，由合成电路166进行合成，由此获得相位前进、并进行过修正的波形c(参照图12A)。
图14是表示谐振电流相位检测单元160b另一具体电路图的图，着眼于谐振电容器Cp150的两端电压相对于谐振电流波形成为积分波形的情况，将其适当分压并反转而进行相位修正。
谐振电流波形信息a通过合成电路166而与经反转的谐振电容器电压合成，由此获得相位前进、进行过修正的波形c(参照图12B)。
图15是表示谐振电流相位检测单元160c的又一具体电路图的图。在所述例中，将自一次线圈110通过电流变压器167而检测到的谐振电流波形与其反转积分波形加以合成而进行相位修正。在一次侧检测到的谐振电流相位波形为a，经反转积分的谐振电流相位波形为b，通过将这些加以合成而获得进行过修正的波形c。
另外，也可不进行反转，使用微分波形而非积分，其作为本发明中的适当的设计事项包含于反转积分的含义中。然而，在微分波形中，多数情况下，加强并重叠有高次谐波成分，因此与使用积分波形的情况相比无法称为优选。另外，相位的修正单元可进而将160a、160b、160c各自的谐振电流相位波形a与其反转积分波形b适当单独组合，也可替换电流检测单元160a、电流检测单元160b各自的电路。
所述中，对模拟地处理谐振电流波形信息或谐振电流相位信息的情况进行了说明，但对于本发明中的相位的传递单元而言，目的在于使一次侧驱动单元与二次侧共有绝对时间，本发明中的相位修正单元只要以包含谐振电流相位信息的波形为基础，结果获得相位前进的修正波形即可。
另外，若可通过某种方法获得绝对时间的共有，则也可根据与所述绝对时间的差获得经修正的相位信息从而获得经修正的相位波形。即，毋庸置疑可基于这些见解而数字地进行处理。
其次，对本发明中重要的在二次侧构成的谐振电路的Q值的设定进行说明。
如上所述，在无线电力传送的情况下，由于耦合系数(k)发生变化，故在耦合系数(k)低的情况下，谐振电路中尤其需要大Q值。在Q值低的情况、使用的条件大幅变化的情况下，难以满足如流入至一次线圈的驱动电流的电流相位较施加于一次线圈的驱动电压的电压相位略微延迟的条件而驱动一次线圈。
为了解决所述问题，驱动频率不宜为固定(也称为所谓固定频率方式或他励(separate excitation)方式)，需要基于流入至二次侧的谐振电路的谐振电容器的谐振电流、流入至二次线圈的谐振电流、或反映于一次线圈的谐振电流的相位信息来控制驱动电路。其结果为，不得不使驱动频率可变。在磁场谐振方式的无线电力传送中，根据负载的电阻成分使驱动频率变化已记载于专利文献1中。
在专利文献1中记载的发明中，利用通过进行负载电阻的检测而预先程序化的预测信息或计算、及可饱和电感器(Inductor)而获得最佳的驱动频率，从而对驱动单元进行驱动。然而，所述方法中，仅自驱动一次线圈的驱动电路的开关单元观察到的功率因素接近1，而自一次线圈观察到的功率因素并不接近1，因此虽可抑制开关单元的发热但自一次线圈侧观察到的功率因素非常差，成为一次线圈发热的原因。
在本发明中，为了排除一次线圈侧的谐振电路，导出用以使自一次线圈观察到的功率因素接近1的条件，而将二次线圈侧的谐振电路的Q值设定得较通常更高。
图16是对耦合于二次线圈的谐振电容器的电流相位与一次线圈的电流相位的关系进行说明的图，是通过仿真(simulation)求出使耦合系数(k)变化的情况下所必需的Q值的图。
a是一次线圈的电流相位，纵轴是相位角，横轴是驱动频率。b是二次侧谐振电容器的电流相位，纵轴是相位角，横轴是驱动频率。c是传递比，纵轴是传递比，横轴是驱动频率。就传递比而言，若将其乘以一次线圈的圈数与二次线圈的圈数的比则大致成为升压比。
可知在耦合系数(k)为0.5的情况下，通过将Q值设为8以上，而满足流入至一次线圈的电流相位较驱动一次线圈的驱动电路的驱动电压的相位略微延迟的条件。在图16的例中，在耦合系数(k)为0.5的情况下，传递比为最高的频率为85kHz。在所述频率下，流入至一次线圈的电流的延迟角Δθ为25度以下，cosθ、即功率因素为0.9以上，因此可说85kHz为最佳的驱动频率。
在所述最佳的驱动频率下，流过二次侧的谐振电容器的谐振电流相位为0度。即，可无相位延迟地将所述谐振电流相位信息通过相位信息传递单元而传递至驱动电路，若对驱动电路进行驱动则自动地以最佳的驱动频率来驱动开关单元。另外，所述开关条件也为ZVS动作，因此即便将开关单元设为半桥接构成也可实现稳定的ZVS动作。
如此，在本发明中，在基于谐振电流的相位信息而决定的驱动频率下，驱动电路被驱动而自动地成为ZVS动作。但在无线电力传送中需要高Q值，因此略有相位延迟(或时间延迟)便无法成为ZVS动作，故而需要相位修正。
其次，对目标Q值的设定进行说明。
谐振电路的Q值是由二次线圈的漏电感(短路电感)(L)、谐振电容器的电容(C)、及二次线圈侧的等效负载电阻(R)以如下方式决定。
[数2]
(串联谐振电路)
(并联谐振电路)
在本发明中，二次线圈与谐振电容器的连接可利用串联连接、并联连接中的任一种，但以下对并联连接的示例进行说明。原因在于：作为本发明之一的在二次线圈并联地设置谐振电容器的谐振，为在自驱动侧观察的情况下成为串联谐振，在自负载侧观察的情况下成为并联谐振的变形的谐振电路。其被称为串并联负载谐振(Serial Parallel-LoadedResonance)等其他各种名称。所述情况下的Q的计算式应用并联谐振。即，为了将Q值设定为规定的高值，而与等效负载电阻R相比使谐振电容器的电容C变大，使二次线圈的漏电感(短路电感)L变小。
另外，本发明中的漏电感(短路电感)Lsc的定义由以下式确定。
[数3]
LSC＝L2·(1-k2)
此处，L2为二次线圈的电感。
关于漏电感，还有时根据各国的工业会或学会，将由
[数4]
Le＝L2·(1-k)
规定的Le设为漏电感，存在各种情况，无法统一。
另外，在本发明中，将二次线圈与谐振电容器耦合而在二次侧构成的谐振电路，包含谐振电容器相对于二次线圈并联、或串联连接而构成中的任一种。另外，对于自第三线圈提取要连接到负载的电力的构成将在下文进行叙述。
在本发明中，将k设为耦合系数，将目标二次侧的谐振电路的Q值设定为满足Q＝2/k2的值以上的值。
图17是通过仿真求出用以自一次线圈观察获得功率因素时所必须的最小所需Q值的图。横轴为驱动频率。纵轴中，a表示一次线圈相对于一次线圈的开关电压的电流相位，b表示二次侧的谐振电容器的谐振电流相位，c6表示传递比(传递系数)。
图18是对用以自一次线圈观察获得功率因素1时最小所需Q值伴随耦合系数k的降低而逐渐接近k2·Q＝2的关系的情况进行说明的图。
根据图18明显可知，k2·Q的值当k变小时逐渐接近2，且不会超过2。其在无线电力传送中，在一次线圈与二次线圈的距离远且耦合系数k足够小的情况下，用以自一次线圈观察获得功率因素1的二次侧的谐振电路的Q值符合：
[数5]
k2·Q＝2 [数式1]
此处，在考虑到自一次线圈检测流入至二次侧的谐振电路的谐振电流的相位信息的动作的情况下，一次线圈的电流相位曲线必然需要横穿0度的横轴，在所述情况下，伴随驱动频率增加，相位需要以自正、即电容性，成为负、即感应性的方式横穿。
因此，在将最低限的Q值设为高于[数式1]的Q值的情况下，一次线圈的电流相位曲线必然横穿0度的横轴。对所述情况进行说明的为图19。
在图19中，a、b、c分别与图17相对应。在图19中，在耦合系数k＝0.7的情况下，一次线圈的电流相位曲线如a所示，伴随驱动频率增加而以自正、即电容性，成为负、即感应性的方式横穿0度的横轴。
另外，所述说明为k＝0.7的情况，但k即便为其他值也相同。此处，在将功率因素正好设为1的情况下，一次线圈的电流相位略微提前便会发生硬开关，因此通常的动作点是将感应性、即一次线圈的电流相位略微延迟的点设为动作点。已知所述为ZVS动作条件。
所述情况下，若相位的延迟角为0度～-30度的范围，则可说功率因素足够好，效率非常良好。另外，在使用来自流入至谐振电容器的谐振电流的相位信息的情况下，若所述相位信息无相位延迟或时间延迟，则只要依照所述相位信息来驱动一次侧的开关单元，则在耦合系数小的情况下也以高Q值的状态自动地在ZVS的动作点进行动作。
其次，对本发明中的电力控制进行说明。
通常，电力控制是以使开关单元的占空比小于50％的方式可变地进行。
图20是对本发明的电力控制的一例进行说明的图。a表示谐振电流的相位信息，b表示一次线圈的电流波形，c、d表示将开关单元(Q2、Q1)设为场效应晶体管(Field EffectTransistor，FET)或绝缘栅双极性晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)等的情况下的栅极控制电压。
本发明中的电力控制是通过如下来进行，即，基于谐振电流的相位信息，将驱动一次线圈的驱动电路的开关单元设为ON，在固定时间后设为OFF。在所述情况下，通常担心硬开关，但在本发明中，一次线圈的电流相位已较开关相位迟(参照b)，因此进行工作周期控制的情况下的电流相位较ON相位进一步延迟(参照c、d)，故而不会发生硬开关。此时，为了不使(Q2、Q1)同时成为ON而通常需要若干空载时间(Dead time)，在所述说明中省略。
图21是对本发明的电力控制的另一例进行说明的图。在所述电力控制中，将控制工作周期的一侧设为仅开关单元的一个或同时成为ON的一对，另一个或另一对通过反转信号而控制。此时，在由反转信号控制的一侧仍需要若干的空载时间(Dead time)(参照d)。
此种控制方法被称为不均等半桥接或不均等全桥接控制。所述控制方法在二次线圈容易产生偶数次高次谐波电压，但在本发明中将Q值设定为非常高，因此二次线圈的电压几乎接近正弦波故而不存在问题。
图22是对进行本发明的电力控制的情况下的与一次线圈的电流相位的关系进行说明的图。
以本发明的控制方法进行控制的情况下的驱动频率也上升，根据图22也可明确得知，若频率上升则驱动电压的ON相位会较谐振电流的相位信息的相位进一步延迟。另外，虽功率因素降低，但同时传递比也变低，因此可控制的电力的范围非常大。
在以上说明的无线电力传送装置中，将谐振电容器耦合于二次线圈而构成谐振电路，但在使用电磁感应方式的例如Qi(气)规格中，如本发明中的二次侧的谐振电路并非为必需。因此，对如下情况进行说明，即，为了保持与Qi规格的相容性，并且应用本发明，而如图5C那样与二次线圈并排地设置第三线圈，自所述第三线圈提取要连接到负载的电力。
图23是表示可保持与Qi规格的相容性且进行效率改善的电路的一例的图。第三线圈190可如图5C所示，接近二次线圈140且作为独立的线圈而设置，也可如图23或图5B所示，设为如下第三线圈190：在二次线圈140中包含作为自耦变压器的第三线圈，且以相对于二次线圈140中感应的电压为降压的关系而卷绕。
将谐振电容器(Cp)150耦合于二次线圈140，在Qi相容规格时，通过开关181设为OFF，在进行效率改善的情况下设为ON而Cp作为谐振电容器150进行动作。与此同时地，二次线圈140侧的开关183成为OFF，开关185成为ON。在开关183与开关185，在与二次侧GND之间连接未图示的负载。当开关181成为ON时，谐振电路的Q值变高。
若以此种方式进行动作，则在一次线圈110产生功率因素良好的频率，因此将由设置于一次侧的谐振电流相位检测单元160c检测到的谐振电流波形与其反转积分波形加以合成而进行相位修正，基于所述谐振电流相位信息来驱动高频电源的驱动电路即可。另外，在图23的电路图中，就开关181、开关183、开关185而言，通过二极管而使用FET或晶体管，但只要为可进行开关动作的元件则并不限定于此，可使用任何元件。
如图5C或图5B、图23所示，若将第三线圈以相对于二次线圈中感应的电压为降压的关系而卷绕，则连接于第三线圈的负载电阻与降压比的平方成反比地被阻抗转换，而在二次线圈虚拟地连接有高值的等效负载电阻，因此可依照所述比而将谐振电路的Q值设定得高。而且，通过所述降压比的设定，还可容易地设定为所需的Q＝2/k2所规定的值以上的Q值。
进而，由于谐振电流与圈数成反比，故谐振电流所引起的铜耗与电流的平方成比例地变少，从而可减少发热，提升效率。

Claims (26)

1.一种无线电力传送装置，将连接于高频电源的一次线圈、与连接于负载的二次线圈以耦合系数k加以隔离而配置，自所述一次线圈对所述二次线圈非接触地供给电力，所述无线电力传送装置的特征在于设置有：
谐振电流相位检测单元，将谐振电容器耦合于所述二次线圈而构成谐振电路，并对流入至所述谐振电容器的谐振电流的相位信息进行检测；
相位信息传递单元，以相位前进的方式修正并传递检测到的所述相位信息；以及
驱动电路，基于所述相位信息，以使流入至所述一次线圈的驱动电流的电流相位较施加于所述一次线圈的驱动电压的电压相位略微延迟的方式规定驱动频率而驱动所述一次线圈，
将由所述二次线圈的漏电感、所述谐振电容器的电容、及所述二次线圈侧的等效负载电阻所决定的Q值设定为Q＝2/k2所规定的值以上的值。
2.一种无线电力传送装置，将连接于高频电源的一次线圈、与连接于负载的二次线圈以耦合系数k加以隔离而配置，自所述一次线圈对所述二次线圈非接触地供给电力，所述无线电力传送装置的特征在于设置有：
谐振电流相位检测单元，将谐振电容器耦合于所述二次线圈而构成谐振电路，并对流入至所述二次线圈的谐振电流的相位信息进行检测；
相位信息传递单元，以相位前进的方式修正并传递检测到的所述相位信息；以及
驱动电路，基于所述相位信息，以使流入至所述一次线圈的驱动电流的电流相位较施加于所述一次线圈的驱动电压的电压相位略微延迟的方式规定驱动频率而驱动所述一次线圈，
将由所述二次线圈的漏电感、所述谐振电容器的电容、及所述二次线圈侧的等效负载电阻所决定的Q值设定为Q＝2/k2所规定的值以上的值。
3.一种无线电力传送装置，将连接于高频电源的一次线圈、与连接于负载的二次线圈以耦合系数k加以隔离而配置，自所述一次线圈对所述二次线圈非接触地供给电力，所述无线电力传送装置的特征在于设置有：
谐振电流相位检测单元，将谐振电容器耦合于所述二次线圈而构成谐振电路，并自所述一次线圈对流入至所述谐振电路的谐振电流的相位信息进行检测；
相位信息传递单元，以相位前进的方式修正并传递检测到的所述相位信息；以及
驱动电路，基于所述相位信息，以使流入至所述一次线圈的驱动电流的电流相位较施加于所述一次线圈的驱动电压的电压相位略微延迟的方式规定驱动频率而驱动所述一次线圈，
将由所述二次线圈的漏电感、所述谐振电容器的电容、及所述二次线圈侧的等效负载电阻所决定的Q值设定为Q＝2/k2所规定的值以上的值。
4.一种无线电力传送装置，将连接于高频电源的一次线圈、与连接于负载的二次线圈以耦合系数k加以隔离而配置，自所述一次线圈对所述二次线圈非接触地供给电力，所述无线电力传送装置的特征在于设置有：
谐振电流相位检测单元，将谐振电容器耦合于所述二次线圈而构成谐振电路，并基于如下波形来检测谐振电流的相位信息，所述波形是将流入至所述谐振电容器的谐振电流的波形、流入至所述二次线圈的谐振电流的波形、或流入至所述一次线圈的谐振电流的波形中的任一波形、与将所述任一波形反转并积分所得的波形加以重叠合成所得，
相位信息传递单元，以相位前进的方式修正并传递检测到的所述相位信息；以及
驱动电路，基于所述相位信息，以使流入至所述一次线圈的驱动电流的电流相位较施加于所述一次线圈的驱动电压的电压相位略微延迟的方式规定驱动频率而驱动所述一次线圈，
将由所述二次线圈的漏电感、所述谐振电容器的电容、及所述二次线圈侧的等效负载电阻所决定的Q值设定为Q＝2/k2所规定的值以上的值。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的无线电力传送装置，其特征在于包括：
滤波器，所述滤波器去除所述谐振电流的波形中所含的失真而仅提取基谐波。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的无线电力传送装置，其特征在于：
所述驱动电路包含驱动所述一次线圈的开关单元，
所述开关单元使导通-断开的占空比可变，并基于所述相位信息而使所述开关单元导通，在固定时间后使开关单元断开，由此进行电力控制。
7.根据权利要求1或4所述的无线电力传送装置，其特征在于：
所述谐振电流相位检测单元根据流入至并联连接于所述谐振电容器的小电容电容器的电流来检测所述相位信息。
8.一种无线电力传送装置，包括：一次线圈，连接于高频电源；二次线圈，连接于负载；以及第三线圈，接近所述二次线圈或作为自耦变压器而包含于所述二次线圈，且以相对于所述二次线圈中感应的电压为降压的关系而卷绕，将所述一次线圈与所述二次线圈以耦合系数k加以隔离而配置，自所述一次线圈通过所述二次线圈而对第三线圈非接触地供给电力，所述无线电力传送装置的特征在于设置有：
谐振电流相位检测单元，将谐振电容器耦合于所述二次线圈而构成谐振电路，并对流入至所述谐振电容器的谐振电流的相位信息进行检测；
相位信息传递单元，以相位前进的方式修正并传递检测到的所述相位信息；以及
驱动电路，基于所述相位信息，以使流入至所述一次线圈的驱动电流的电流相位较施加于所述一次线圈的驱动电压的电压相位略微延迟的方式规定驱动频率而驱动所述一次线圈，
将由所述二次线圈的漏电感、所述谐振电容器的电容、及所述二次线圈侧的等效负载电阻所决定的Q值设定为Q＝2/k2所规定的值以上的值。
9.一种无线电力传送装置，连接于高频电源的一次线圈、连接于负载的二次线圈、接近所述二次线圈或所述二次线圈为自耦变压器，且以相对于所述二次线圈中感应的电压为降压的关系而卷绕的第三线圈成为包含于所述自耦变压器的关系，将所述一次线圈与所述二次线圈以耦合系数k加以隔离而配置，自所述一次线圈对所述二次线圈非接触地供给电力，所述无线电力传送装置的特征在于设置有：
谐振电流相位检测单元，将谐振电容器耦合于所述二次线圈而构成谐振电路，并对流入至所述二次线圈的谐振电流的相位信息进行检测；
相位信息传递单元，以相位前进的方式修正并传递检测到的所述相位信息；以及
驱动电路，基于所述相位信息，以使流入至所述一次线圈的驱动电流的电流相位较施加于所述一次线圈的驱动电压的电压相位略微延迟的方式规定驱动频率而驱动所述一次线圈，
将由所述二次线圈的漏电感、所述谐振电容器的电容、及所述二次线圈侧的等效负载电阻所决定的Q值设定为Q＝2/k2所规定的值以上的值。
10.一种无线电力传送装置，连接于高频电源的一次线圈、连接于负载的二次线圈、接近所述二次线圈或所述二次线圈为自耦变压器，且以相对于所述二次线圈中感应的电压为降压的关系而卷绕的第三线圈成为包含于所述自耦变压器的关系，将所述一次线圈与所述二次线圈以耦合系数k加以隔离而配置，自所述一次线圈对所述二次线圈非接触地供给电力，所述无线电力传送装置的特征在于设置有：
谐振电流相位检测单元，将谐振电容器耦合于所述二次线圈而构成谐振电路，并自所述一次线圈对流入至所述谐振电路的谐振电流的相位信息进行检测；
相位信息传递单元，以相位前进的方式修正并传递检测到的所述相位信息；以及
驱动电路，基于所述相位信息，以使流入至所述一次线圈的驱动电流的电流相位较施加于所述一次线圈的驱动电压的电压相位略微延迟的方式规定驱动频率而驱动所述一次线圈，
将由所述二次线圈的漏电感、所述谐振电容器的电容、及所述二次线圈侧的等效负载电阻所决定的Q值设定为Q＝2/k2所规定的值以上的值。
11.一种无线电力传送装置，连接于高频电源的一次线圈、连接于负载的二次线圈、接近所述二次线圈或所述二次线圈为自耦变压器，且以相对于所述二次线圈中感应的电压为降压的关系而卷绕的第三线圈成为包含于所述自耦变压器的关系，将所述一次线圈与所述二次线圈以耦合系数k加以隔离而配置，自所述一次线圈对所述二次线圈非接触地供给电力，所述无线电力传送装置的特征在于设置有：
谐振电流相位检测单元，将谐振电容器耦合于所述二次线圈而构成谐振电路，并基于如下波形来检测谐振电流的相位信息，所述波形是将流入至所述谐振电容器的谐振电流的波形、流入至所述二次线圈的谐振电流的波形、或流入至所述一次线圈的谐振电流的波形中的任一波形、与将所述任一波形反转并积分所得的波形加以重叠合成所得；
相位信息传递单元，以相位前进的方式修正并传递检测到的所述相位信息；以及
驱动电路，基于所述相位信息，以使流入至所述一次线圈的驱动电流的电流相位较施加于所述一次线圈的驱动电压的电压相位略微延迟的方式规定驱动频率而驱动所述一次线圈，
将由所述二次线圈的漏电感、所述谐振电容器的电容、及所述二次线圈侧的等效负载电阻所决定的Q值设定为Q＝2/k2所规定的值以上的值。
12.根据权利要求8至11中任一项所述的无线电力传送装置，其特征在于包括：
滤波器，所述滤波器去除所述谐振电流的波形中所含的失真而仅提取基谐波。
13.根据权利要求8至11中任一项所述的无线电力传送装置，其特征在于：
所述驱动电路包含驱动所述一次线圈的开关单元，
所述开关单元使导通-断开的占空比可变，并基于所述相位信息而使所述开关单元导通，在固定时间后使开关单元断开，由此进行电力控制。
14.根据权利要求8或11所述的无线电力传送装置，其特征在于：
所述谐振电流相位检测单元根据流入至并联连接于所述谐振电容器的小电容电容器的电流来检测所述相位信息。
15.一种无线电力传送装置，将连接于高频电源的一次线圈、与连接于负载的二次线圈以耦合系数k加以隔离而配置，自所述一次线圈对所述二次线圈非接触地供给电力，所述无线电力传送装置的特征在于设置有：
谐振电流相位检测单元，将谐振电容器耦合于所述二次线圈而构成谐振电路，并对流入至所述谐振电容器的谐振电流的相位信息进行检测，且所述谐振电流相位检测单元包括当检测到的所述相位信息中具有相位延迟时，于相位前进的方向上对所述相位信息进行修正，以修正所述相位延迟的相位修正单元，所述谐振电流相位检测单元将修正后的相位信息作为所述谐振电流的相位信息进行检测；以及
驱动电路，基于所述修正后的相位信息，以使流入至所述一次线圈的驱动电流的电流相位较施加于所述一次线圈的驱动电压的电压相位略微延迟的方式规定驱动频率而驱动所述一次线圈，
将由所述二次线圈的漏电感、所述谐振电容器的电容、及所述二次线圈侧的等效负载电阻所决定的Q值设定为Q＝2/k2所规定的值以上的值。
16.一种无线电力传送装置，将连接于高频电源的一次线圈、与连接于负载的二次线圈以耦合系数k加以隔离而配置，自所述一次线圈对所述二次线圈非接触地供给电力，所述无线电力传送装置的特征在于设置有：
谐振电流相位检测单元，将谐振电容器耦合于所述二次线圈而构成谐振电路，并对流入至所述二次线圈的谐振电流的相位信息进行检测，且所述谐振电流相位检测单元包括当检测到的所述相位信息中具有相位延迟时，于相位前进的方向上对所述相位信息进行修正，以修正所述相位延迟的相位修正单元，所述谐振电流相位检测单元将修正后的相位信息作为所述谐振电流的相位信息进行检测；以及
驱动电路，基于所述修正后的相位信息，以使流入至所述一次线圈的驱动电流的电流相位较施加于所述一次线圈的驱动电压的电压相位略微延迟的方式规定驱动频率而驱动所述一次线圈，
将由所述二次线圈的漏电感、所述谐振电容器的电容、及所述二次线圈侧的等效负载电阻所决定的Q值设定为Q＝2/k2所规定的值以上的值。
17.一种无线电力传送装置，将连接于高频电源的一次线圈、与连接于负载的二次线圈以耦合系数k加以隔离而配置，自所述一次线圈对所述二次线圈非接触地供给电力，所述无线电力传送装置的特征在于设置有：
谐振电流相位检测单元，将谐振电容器耦合于所述二次线圈而构成谐振电路，并自所述一次线圈对流入至所述谐振电路的谐振电流的相位信息进行检测，且所述谐振电流相位检测单元包括当检测到的所述相位信息中具有相位延迟时，于相位前进的方向上对所述相位信息进行修正，以修正所述相位延迟的相位修正单元，所述谐振电流相位检测单元将修正后的相位信息作为所述谐振电流的相位信息进行检测；以及
驱动电路，基于所述修正后的相位信息，以使流入至所述一次线圈的驱动电流的电流相位较施加于所述一次线圈的驱动电压的电压相位略微延迟的方式规定驱动频率而驱动所述一次线圈，
将由所述二次线圈的漏电感、所述谐振电容器的电容、及所述二次线圈侧的等效负载电阻所决定的Q值设定为Q＝2/k2所规定的值以上的值。
18.根据权利要求15至17中任一项所述的无线电力传送装置，其特征在于包括：
滤波器，所述滤波器去除所述谐振电流的波形中所含的失真而仅提取基谐波。
19.根据权利要求15至17中任一项所述的无线电力传送装置，其特征在于：
所述驱动电路包含驱动所述一次线圈的开关单元，
所述开关单元使导通-断开的占空比可变，并基于所述相位信息而使所述开关单元导通，在固定时间后使开关单元断开，由此进行电力控制。
20.根据权利要求15所述的无线电力传送装置，其特征在于：
所述谐振电流相位检测单元根据流入至并联连接于所述谐振电容器的小电容电容器的电流来检测所述相位信息。
21.一种无线电力传送装置，包括：一次线圈，连接于高频电源；二次线圈，连接于负载；以及第三线圈，接近所述二次线圈或作为自耦变压器而包含于所述二次线圈，且以相对于所述二次线圈中感应的电压为降压的关系而卷绕，将所述一次线圈与所述二次线圈以耦合系数k加以隔离而配置，自所述一次线圈通过所述二次线圈而对第三线圈非接触地供给电力，所述无线电力传送装置的特征在于设置有：
谐振电流相位检测单元，将谐振电容器耦合于所述二次线圈而构成谐振电路，并对流入至所述谐振电容器的谐振电流的相位信息进行检测，且所述谐振电流相位检测单元包括当检测到的所述相位信息中具有相位延迟时，于相位前进的方向上对所述相位信息进行修正，以修正所述相位延迟的相位修正单元，所述谐振电流相位检测单元将修正后的相位信息作为所述谐振电流的相位信息进行检测；以及
驱动电路，基于所述修正后的相位信息，以使流入至所述一次线圈的驱动电流的电流相位较施加于所述一次线圈的驱动电压的电压相位略微延迟的方式规定驱动频率而驱动所述一次线圈，
将由所述二次线圈的漏电感、所述谐振电容器的电容、及所述二次线圈侧的等效负载电阻所决定的Q值设定为Q＝2/k2所规定的值以上的值。
22.一种无线电力传送装置，连接于高频电源的一次线圈、连接于负载的二次线圈、接近所述二次线圈或所述二次线圈为自耦变压器，且以相对于所述二次线圈中感应的电压为降压的关系而卷绕的第三线圈成为包含于所述自耦变压器的关系，将所述一次线圈与所述二次线圈以耦合系数k加以隔离而配置，自所述一次线圈对所述二次线圈非接触地供给电力，所述无线电力传送装置的特征在于设置有：
谐振电流相位检测单元，将谐振电容器耦合于所述二次线圈而构成谐振电路，并对流入至所述二次线圈的谐振电流的相位信息进行检测，且所述谐振电流相位检测单元包括当检测到的所述相位信息中具有相位延迟时，于相位前进的方向上对所述相位信息进行修正，以修正所述相位延迟的相位修正单元，所述谐振电流相位检测单元将修正后的相位信息作为所述谐振电流的相位信息进行检测；以及
驱动电路，基于所述修正后的相位信息，以使流入至所述一次线圈的驱动电流的电流相位较施加于所述一次线圈的驱动电压的电压相位略微延迟的方式规定驱动频率而驱动所述一次线圈，
将由所述二次线圈的漏电感、所述谐振电容器的电容、及所述二次线圈侧的等效负载电阻所决定的Q值设定为Q＝2/k2所规定的值以上的值。
23.一种无线电力传送装置，连接于高频电源的一次线圈、连接于负载的二次线圈、接近所述二次线圈或所述二次线圈为自耦变压器，且以相对于所述二次线圈中感应的电压为降压的关系而卷绕的第三线圈成为包含于所述自耦变压器的关系，将所述一次线圈与所述二次线圈以耦合系数k加以隔离而配置，自所述一次线圈对所述二次线圈非接触地供给电力，所述无线电力传送装置的特征在于设置有：
谐振电流相位检测单元，将谐振电容器耦合于所述二次线圈而构成谐振电路，并自所述一次线圈对流入至所述谐振电路的谐振电流的相位信息进行检测，且所述谐振电流相位检测单元包括当检测到的所述相位信息中具有相位延迟时，于相位前进的方向上对所述相位信息进行修正，以修正所述相位延迟的相位修正单元，所述谐振电流相位检测单元将修正后的相位信息作为所述谐振电流的相位信息进行检测；以及
驱动电路，基于所述修正后的相位信息，以使流入至所述一次线圈的驱动电流的电流相位较施加于所述一次线圈的驱动电压的电压相位略微延迟的方式规定驱动频率而驱动所述一次线圈，
将由所述二次线圈的漏电感、所述谐振电容器的电容、及所述二次线圈侧的等效负载电阻所决定的Q值设定为Q＝2/k2所规定的值以上的值。
24.根据权利要求21至23中任一项所述的无线电力传送装置，其特征在于包括：
滤波器，所述滤波器去除所述谐振电流的波形中所含的失真而仅提取基谐波。
25.根据权利要求21至23中任一项所述的无线电力传送装置，其特征在于：
所述驱动电路包含驱动所述一次线圈的开关单元，
所述开关单元使导通-断开的占空比可变，并基于所述相位信息而使所述开关单元导通，在固定时间后使开关单元断开，由此进行电力控制。
26.根据权利要求21所述的无线电力传送装置，其特征在于：
所述谐振电流相位检测单元根据流入至并联连接于所述谐振电容器的小电容电容器的电流来检测所述相位信息。
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