CN110383631B - 谐振型电力接收装置 - Google Patents

Abstract

本发明的谐振型电力接收装置包括：接收从发送天线(2)传输来的电力的接收天线(3)、以及根据发送天线和接收天线之间的互感来控制输入阻抗的接收电路(4)。

Description

谐振型电力接收装置

技术领域

本发明涉及接收高频电力的谐振型电力接收装置。

背景技术

以往的谐振型电力传输系统中，为了抑制由于泄漏电磁场的辐射导致的干扰波与电力传输效率的降低，用磁屏蔽构件分别覆盖发送天线和接收天线(例如参照专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2012－248747号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

以往的结构中，使用磁屏蔽构件来抑制泄漏电磁场的辐射。此时，需要确保磁屏蔽构件与天线之间的间隙来覆盖整个天线，使得磁屏蔽构件不会遮蔽发送天线与接收天线之间的磁场。因此，存在发送装置和接收装置的结构无法小型化的问题。

此外，以往的结构是抑制从收发天线产生的泄漏电磁场的辐射，而没有抑制泄漏电磁场的产生。此外，无法对发送天线与接收天线之间的空隙设置磁屏蔽构件。因此，存在从该空隙部分辐射出泄漏电磁场的问题。该泄漏电磁场是进行电力传输时的基波的高次谐波，在到大约1GHz为止的宽频带内作为干扰波起作用，对广播、无线电或移动电话等的通信频带会产生不良影响。

本发明是为了解决如上所述的问题而完成的，其目的在于，提供一种谐振型电力接收装置，该谐振型电力接收装置能抑制干扰波的产生而不使用磁屏蔽构件。

解决技术问题所采用的技术方案

本发明的谐振型电力接收装置的特征在于，包括：接收从发送天线传输来的电力的接收天线、以及根据发送天线与接收天线之间的互感来控制输入阻抗的接收电路。

发明效果

根据本发明，如上述那样构成，因此能抑制干扰波的产生而不使用磁屏蔽构件。

附图说明

图1是表示本发明实施方式1的谐振型电力传输系统的结构例的图。

图2中，图2A～图2C是说明本发明的实施方式1的接口电源(V_O-I/F)的动作例的图，图2A是示出互感M和输入电压Vin的关系的图，图2B是示出输入电流Iin的控制例的图，图2C是示出使用通常的DC/DC转换器时的输入电流Iin’的控制例的图。

图3是示出本发明实施方式2的谐振型电力接收装置的局部的结构例的图。

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。

实施方式1.

图1是表示本发明实施方式1的谐振型电力传输系统的结构的图。

谐振型电力传输系统如图1所示，包括：谐振型发送电源装置1、发送天线(TX-ANT)2、接收天线(RX-ANT)3、接收电路4及负载5。谐振型发送电源装置1具有接口电源(V_I-I/F)6以及逆变器电路7。接收电路4具有整流电路(REC)8以及接口电源(V_O-I/F)9。谐振型发送电源装置1和发送天线2构成谐振型电力发送装置，接收天线3和接收电路4构成谐振型电力接收装置。

接口电源6具有对输入到谐振型发送电源装置1的电压进行增加或减少并直流输出的转换器的功能。接口电源6在直流电输入至谐振型发送电源装置1时具有DC/DC转换器的功能，而在交流电输入至谐振型发送电源装置1时具有AC/DC转换器的功能。由该接口电源6获得的电力输出至逆变器电路7。

逆变器电路7将从接口电源6输出的电力转换成具有与发送天线2所具有的谐振频率相同(包含大致相同的意思)的频率的高频电力并输出。该逆变器电路7是E级逆变器电路等谐振型开关方式的逆变器电路。

发送天线2通过以与从逆变器电路7输出的高频电力所具有的频率相同(包含大致相同的意思)的频率进行谐振，来传输电力。

接收天线3通过以与发送天线2所具有的谐振频率相同(包含大致相同的意思)的频率进行谐振，从而接收从发送天线2传输来的高频电力。将通过该接收天线3接收到的高频电力(交流电)输出至整流电路8。

此外，发送天线2和接收天线3之间的电力传输方式并无特别限定，可以是磁场共振的方式、电场共振的方式、或电磁感应的方式中的任意一种。发送天线2与接收天线3并不限于图1所示的非接触方式。

整流电路8将从接收天线3输出的交流电转换为直流电。通过该整流电路8获得的直流电输出至接口电源9。

接口电源9具有对从整流电路8输出的直流电压进行增加或减少的DC/DC转换器的功能。将通过该接口电源9获得的直流电输出至负载5。

接口电源9具有根据发送天线2与接收天线3之间的互感M来控制整流电路8(接收电路4)的输入阻抗Ro从而控制发送天线2的输入阻抗Zin的功能。具体而言，接口电源9将上述直流电的电压(输入电压)Vin与电流(输入电流)Iin之比控制成与上述互感M的平方成比例的值。接口电源9根据上述输入电压Vin的变化间接地检测出上述互感M的变化。

负载5是利用从接口电源9输出的直流电而起作用的电路或设备。

接着，对实施方式1所涉及的接口电源9的功能进行说明。

这里，将逆变器电路7的输出阻抗设为Zo。将发送天线2的输入阻抗设为Zin。将整流电路8的输入阻抗设为Ro。将发送天线2的阻抗设为L_TX。将接收天线3的阻抗设为L_RX。将发送天线2和接收天线3的互感设为M。将发送天线2和接收天线3之间的距离设为d。将接口电源9的输入电压设为Vin。将接口电源9的输入电流设为Iin。

这里，用下式(1)表示发送天线2的输入阻抗Zin。在式(1)中，ω＝2πf，f是传输频率。

Zin＝(ωM)²/Ro (1)

用下式(2)表示整流电路8的输入阻抗Ro。式(2)中，假设在整流电路8中几乎没有损耗。

Ro≈Vin/Iin (2)

根据式(1)、(2)，发送天线2的输入阻抗Zin为下式(3)。

Zin≈(ωM)²/(Vin/Iin) (3)

用下式(4)表示发送天线2和接收天线3的互感M。在式(4)中，K是发送天线2的电感L_TX和接收天线3的电感L_RX的耦合系数，与发送天线2和接收天线3之间的距离d成反比。由此，若发送天线2和接收天线3之间的距离d变化，则互感M变化。

因此，接口电源9以与互感M的平方成比例的方式控制Vin/Iin(≈Ro)。结果，发送天线2的输入阻抗Zin≈(ωM)²/(Vin/Iin)保持固定。

另外，接口电源9无法直接检测发送天线2和接收天线3之间的互感M。另一方面，如图2A所示，由于互感M(图2A所示的实线)发生变化，输入电压Vin(图2A所示的虚线)发生变化。另外在图2A中，横轴表示发送天线2和接收天线3之间的距离d，左纵轴表示互感M，右纵轴表示接口电源9的输入电压Vin。

因此，接口电源9通过检测输入电压Vin的变化，间接地检测出互感M的变化。而且，如图2B所示，接口电源9控制输入电流Iin(图2B所示的实线)使其与检测到的输入电压Vin(图2B所示的虚线)成反比地进行动作。由此，接口电源9能对Vin/Iin(≈Ro)进行控制。另外在图2B中，横轴表示发送天线2和接收天线3之间的距离d，左纵轴表示接口电源9的输入电压Vin，右纵轴表示接口电源9的输入电流Iin。

由此，能维持Zo≈Zin的关系，能实现谐振型电力发送装置和谐振型电力接收装置之间的阻抗匹配，因此能抑制干扰波的产生。

另外，图2C中，示出使用通常的DC/DC转换器进行与接口电源9相同的控制的情况。在图2C中，横轴表示发送天线2和接收天线3之间的距离d，左纵轴表示通常的DC/DC转换器的输入电压Vin’，右纵轴表示通常的DC/DC转换器的输入电流Iin’。

如该图2C所示，在使用通常的DC/DC转换器的情况下，无法进行控制使得输入电流I in’(图2C所示的实线)与输入电压Vin’(图2C所示的虚线)成反比地进行动作。这是因为，通常的DC/DC转换器中，DC/DC转换器的输入输出转换效率会随着输入电压Vin’的电平而发生变化，因此在其影响下，输入电流Iin’的斜率会发生变化。

对此，接口电源9具有对由于通常的DC/DC转换器的输入输出转换效率的变化导致的输入电流Iin’的变动量(输入电流Iin’相对于输入电压Vin’的非线性特性)进行补偿的功能。作为具体示例，接口电源9除了具有通常的DC/DC转换器所具有的功能以外，还附加有根据输入电压Vin的电平使输入电流Iin增加或减少的分流电路。或者，接口电源9除了具有通常的DC/DC转换器所具有的功能以外，还附加有根据输入电压Vin的电平使压降的电平可变的串联调节器电路。

由此，根据该实施方式1，具备根据发送天线2与接收天线3之间的互感M控制整流电路8的输入阻抗Ro的接口电源9，因此能抑制干扰波的产生而不使用磁屏蔽构件。

具体而言，谐振型电力传输系统中，由于构成谐振型电力发送装置和谐振型电力接收装置的各电路间的输入输出阻抗不匹配，导致产生干扰波。

对此，通过利用接口电源9根据互感M控制输入阻抗Ro，从而能消除上述各电路间的输入输出阻抗的不匹配，因此能抑制干扰波的产生。

此外，谐振型电力传输系统中，由于构成谐振型电力传输装置和谐振型电力接收装置的各电路上的寄生阻抗造成的谐振也会产生干扰波。

对此，通过利用接口电源9根据互感M控制输入阻抗Ro，从而能消除上述各电路间的输入输出阻抗的不匹配，因此能使进入到各电路的高次谐波的电平尽可能地低。其结果，即使在电路上存在寄生阻抗，会导致高次谐波放大的谐振现象也变少。由此，能抑制干扰波的产生。

此外，谐振型电力传输系统中，谐振型电力接收装置的位置发生变化而使发送天线2、接收天线3位置偏离的情况下，谐振型电力发送装置与谐振型电力接收装置之间的阻抗变得不匹配，因此产生干扰波。

对此，接口电源9中，根据随着发送天线2与接收天线3之间的距离d而变化的互感M控制输入阻抗Ro。因此，即使谐振型电力接收装置的位置变化使得发送天线2、接收天线3的位置偏离，也能维持谐振型电力发送装置与谐振型电力接收装置之间的阻抗匹配，从而能抑制干扰波的产生。

实施方式1的谐振型电力接收装置中，通过电路设计抑制干扰波的产生。因此，能构成电力损耗较少、电力传输效率较高的系统。此外，不使用磁屏蔽构件也能构成装置，因此能实现低成本、小型化以及轻量化。

实施方式2.

实施方式1中，示出了接口电源9根据发送天线2与接收天线3之间的互感M来控制整流电路8的输入阻抗Ro，从而控制发送天线2的输入阻抗Zin的情况。另一方面，在发送天线2的输入阻抗Zin中，不仅包含由纯电阻形成的实部的分量R，还包含由电容C或电感L形成的虚部(电抗)的分量X。然而，实施方式1的接口电源9中，无法对上述虚部的分量X进行补偿。因此，实施方式2的谐振型电力接收装置中，为了使逆变器电路7的输出阻抗Zo与发送天线2的输入阻抗Zin匹配，对输入阻抗Zin中的虚部的分量X进行补偿。

图3是表示本发明实施方式2的谐振型电力接收装置的局部的结构例的图。该图3所示的实施方式2所涉及的谐振型电力接收装置中，在图1所示的实施方式1所涉及的谐振型电力接收装置中添加了匹配电路10(电容器C1、C2以及电感器L1、L2)。其它结构相同，标注相同标号并省略说明。

匹配电路10(电容器C1、C2以及电感器L1、L2)配置在接收天线3与整流电路8之间，对发送天线2的输入阻抗Zin的虚部的分量X进行补偿。匹配电路10可以是构成匹配电路10的元件的常数为固定的固定匹配型、元件的常数可变的可变匹配型、使元件的常数自动可变来进行匹配的自动匹配型中的任意一种。

电容器C1的一端连接至与接收天线3相连接的一对输入端子中的一个端子，另一端连接至该一对输入端子中的另一个端子。

电感器L1的一端与电容器C1的一端连接。

电感器L2的一端与电容器C1的另一端连接。

电容器C2的一端连接至电感器L1的另一端以及整流电路8所具有的一对输入端子中的一个端子，另一端连接至电感器L2的另一端以及该一对输入端子中的另一个端子。

这里，用下式(5)表示发送天线2的输入阻抗Zin。

而且，匹配电路10针对发送天线2的输入阻抗Zin的虚部的分量X，利用电容器C1、C2以及电感器L1、L2的组合来进行补偿。由此，相对于实施方式1，能提高抑制干扰波产生的效果。

另外，上述中，示出了匹配电路10具有全部电容器C1、C2以及电感器L1、L2的情况。然而，不限于此，匹配电路10可以具有电容器C1、C2以及电感器L1、L2中的任意一个以上。例如，作为匹配电路10，可以仅由电容器C1构成，也可以仅由电容器C2以及电感器L1、L2构成，也可以仅由电容器C1以及电感器L1、L2构成。

构成匹配电路10的元件的设计例如在设计系统时对输入阻抗Zin的值进行仿真，或者在系统设计后实际测量输入阻抗Zin等来决定。

此外，本申请发明在其发明的范围内可对各实施方式进行自由组合，或者对各实施方式的任意的结构要素进行变形，或在各实施方式中省略任意的结构要素。

工业上的实用性

本发明的谐振型电力接收装置不使用磁屏蔽构件也能抑制干扰波的产生，适用于接收高频电力的谐振型电力接收装置等。

标号说明

1 谐振型发送电源装置

2 发送天线(TX-ANT)

3 接收天线(RX-ANT)

4 接收电路

5 负载

6 接口电源(V_I-I/F)

7 逆变器电路

8 整流电路(REC)

9 接口电源(V_O-I/F)

10 匹配电路。

Claims (5)

1.一种谐振型电力接收装置，其特征在于，包括：

接收从发送天线传输来的电力的接收天线、以及

根据所述发送天线和所述接收天线之间的互感来控制输入阻抗的接收电路，

所述接收电路包括：

整流电路，该整流电路将由所述接收天线接收到的电力转换成直流电；以及

接口电源，该接口电源将由所述整流电路得到的直流电的电压与电流之比控制成与所述互感的平方成比例的值。

2.如权利要求1所述的谐振型电力接收装置，其特征在于，

所述接口电源根据所述直流电的电压的变化间接地检测出所述互感的变化。

3.如权利要求1所述的谐振型电力接收装置，其特征在于，

包括匹配电路，该匹配电路配置在所述接收天线与所述接收电路之间，对所述发送天线的输入阻抗(Zin)的虚部的分量进行补偿。

4.如权利要求3所述的谐振型电力接收装置，其特征在于，

所述匹配电路具有电感器或电容器中的至少一个。

5.如权利要求1所述的谐振型电力接收装置，其特征在于，

所述接收天线与所述发送天线之间通过磁场共振、电场共振或电磁感应进行电力传输。

Images