CN110832738A - 电力送电装置以及电力受电装置 - Google Patents

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Abstract

电力送电装置(101)具备：高频电力电路(13)，将直流电源(15)变换为开关频率的高频电力；送电线圈(10)，与高频电力电路(13)连接，相对于电力受电装置(201)的受电线圈(20)进行磁耦合；和送电谐振电容器，与送电线圈(10)连接，并与送电线圈(10)一起构成谐振电路。送电线圈(10)具有能够闭合线圈开口的柔软性，送电谐振电容器设定为如下的电容：在送电线圈(10)开口的状态下，谐振电路的谐振频率在开关频率下进行谐振动作，在送电线圈(10)实质上闭口的状态下，谐振电路的谐振频率在开关频率下脱离谐振动作。

Description

电力送电装置以及电力受电装置
技术领域
本发明涉及使用具备送电线圈的电力送电装置和具备受电线圈的电力受电装置从电力送电装置向电力受电装置无线地传输电力的装置。
背景技术
在电力送电装置的送电线圈和电力受电装置的受电线圈经由磁场而耦合从而无线地传输电力的系统中，根据必要的传输电力的大小来设计送电线圈以及受电线圈的尺寸。
一般地，如果为必要的电力消耗少的小型的电力受电装置，则受电线圈能够构成得小。但是，起因于伴随着受电线圈的小型化而电力受电效率急剧变差等，难以使受电线圈变小到电力受电装置主体的小型化的程度。因此，在专利文献1示出能够在不使用时使受电线圈的线圈开口变小的无线电力受电装置。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2013-165190号公报
发明内容
发明要解决的课题
上述的在不使用时使受电线圈的实质上的线圈开口折叠的装置在电力受电装置的不使用时的便携性提高这一点上是有效的。
但是，在专利文献1中，关于伴随线圈开口的开闭而变化的电路动作没有进行特别的考虑。尤其是，若欲将构成为线圈开口开闭自如的线圈应用于送电线圈，则会产生如下的应解决的课题，即，在不使用时产生电力损耗、发热、不必要的辐射。
本发明的目的在于，提供一种使得根据线圈开口的开闭来进行适当的电路动作，抑制了不必要的高频磁场、谐振电流的产生，抑制了异常的电路动作的电力送电装置以及电力受电装置。
用于解决课题的手段
(1)本发明的电力送电装置的特征在于，具备：
高频电力电路，将直流电源变换为开关频率的高频电力；送电线圈，与所述高频电力电路的高频输出电连接，相对于电力受电装置的受电线圈进行磁耦合；和送电谐振电容器，与所述送电线圈电连接，并与所述送电线圈一起构成送电谐振电路，
所述送电线圈具备被绝缘材料覆盖的线圈导体，具有能够闭合线圈开口的柔软性，
所述送电谐振电容器设定为如下的电容：在所述送电线圈开口的状态下，所述送电谐振电路在所述开关频率下进行谐振动作，在所述送电线圈实质上闭口的状态下，所述送电谐振电路的谐振频率在所述开关频率下脱离所述谐振动作。
根据上述结构，在送电线圈开口的状态下，谐振电路在开关频率下进行谐振动作，在送电线圈实质上闭口的状态下，谐振电路脱离开关频率下的谐振动作，因此只是在不使用时将送电线圈实质上闭口，就可抑制该送电线圈中流过的电流，可抑制来自送电线圈的高频磁场的产生(不必要的辐射)。此外，也可抑制无用的电力消耗。进而，也可抑制高频电力电路以及送电线圈的发热。
(2)优选的是，在所述送电线圈闭口的状态下，所述送电线圈将从所述线圈导体产生的磁通相互抵消从而抑制高频磁场的产生。由此，可有效地抑制来自送电线圈的不必要的高频磁场的产生。
(3)优选的是，所述送电线圈在所述送电线圈开口的状态下成为与所述受电线圈的形状相应的形状。由此，能够有效地提高送电线圈与受电线圈的磁耦合，在送电线圈的开口时可获得高的电力传输效率。
(4)优选的是，所述送电线圈在所述送电线圈开口的状态下，该送电线圈的开口变得比所述受电线圈的外形大，在所述送电线圈实质上闭口的状态下，所述送电线圈的开口变得比所述受电线圈的外形小。由此，能够在确保送电线圈的开口时的电力传输效率的同时实现送电线圈的实质上闭口时的小型化。
(5)优选的是，所述送电线圈与所述高频电力电路的输出部之间通过双绞线连接。由此，可抑制来自送电线圈与高频电力电路的连接部的不必要的辐射。此外，由送电线圈和送电谐振电容器构成的谐振电路的区域变得明确(双绞线成为谐振电路外)，可抑制使用状况所引起的谐振频率的变动。
(6)优选的是，所述送电线圈具有4A/mm2以下的有效截面面积。由此，可抑制送电线圈的发热，可防止异常发热。
(7)本发明的电力受电装置的特征在于，具备：
受电线圈，相对于设置于电力送电装置的送电线圈进行磁耦合，且流过与作为磁耦合的对象的送电线圈所产生的高频磁场的振动频率相同的频率的电流；受电谐振电容器，与所述受电线圈电连接，并与所述受电线圈一起构成受电谐振电路；整流电路，与所述受电线圈连接；和负载电路，与所述整流电路连接，
所述受电线圈具备被绝缘材料覆盖的线圈导体，具有能够闭合线圈开口的柔软性，
所述受电谐振电容器设定为如下的电容：在所述受电线圈开口的状态下，所述受电谐振电路的谐振频率在所述高频磁场的振动频率下进行谐振动作，在所述受电线圈实质上闭口的状态下，所述受电谐振电路的谐振频率在所述高频磁场的振动频率下脱离所述谐振动作。
根据上述结构，在受电线圈开口的状态下，谐振电路在高频磁场的频率下进行谐振动作，在受电线圈实质上闭口的状态下，谐振电路脱离高频磁场的频率下的谐振动作，因此只是在不使用时将受电线圈实质上闭口，就可抑制该受电线圈中流过的电流，可抑制无用的电力受电。此外，可抑制负载电路、整流电路以及受电线圈的发热。
(8)优选的是，在所述受电线圈闭口的状态下，所述受电线圈抑制与该受电线圈交链的磁通从而抑制谐振电流的产生。由此，可有效地抑制非受电状态下的受电线圈中流过的电流。
(9)优选的是，所述受电线圈在所述受电线圈开口的状态下成为与所述送电线圈的形状相应的形状。由此，能够有效地提高送电线圈与受电线圈的磁耦合，在受电线圈的开口时可获得高的电力传输效率。
(10)优选的是，所述受电线圈与所述整流电路的输入部之间通过双绞线连接。由此，可抑制来自受电线圈与整流电路的连接部的不必要的辐射。此外，由受电线圈和受电谐振电容器构成的谐振电路的区域变得明确(双绞线成为谐振电路外)，可抑制使用状况所引起的谐振频率的变动。
(11)优选的是，所述受电线圈具有4A/mm2以下的有效截面面积。由此，可抑制受电线圈的发热，可防止异常发热。
发明效果
根据本发明，在电力送电装置中，只是在不使用时将送电线圈实质上闭口，就可抑制该送电线圈中流过的电流，因此可抑制来自送电线圈的不必要的高频磁场的产生，可抑制无用的电力消耗，可抑制高频电力电路以及送电线圈的发热。进而，在送电线圈闭口的状态下，线圈导体中流过的谐振电流将产生的磁通相互抵消从而可抑制高频磁场的产生。此外，在电力受电装置中，只是在不使用时将受电线圈实质上闭口，就可抑制该受电线圈中流过的电流，因此可抑制无用的电力受电，可抑制负载电路、整流电路以及受电线圈的发热。进而，在受电线圈闭口的状态下，抑制与线圈导体交链的磁通从而可抑制谐振电流的产生。
附图说明
图1的(A)、图1的(B)、图1的(C)是作为本发明的一实施方式的电力送电装置101的外观图。
图2是电力送电装置101的电路图。
图3的(A)、图3的(B)、图3的(C)是电力受电装置的电路图。
图4的(A)、图4的(B)是第2实施方式涉及的电力受电装置202的俯视图。
图5的(A)、图5的(B)、图5的(C)是第3实施方式涉及的电力送电装置以及电力受电装置的结构的立体图。
具体实施方式
以下，参照图并列举几个具体的例子示出用于实施本发明的多个方式。在各图中，对同一部位标注同一附图标记。考虑到要点的说明或理解的容易性，方便起见，将实施方式分开示出，但是能够进行在不同的实施方式中示出的结构的部分置换或组合。在第2实施方式以后，省略关于与第1实施方式共同的事项的记述，仅对不同点进行说明。特别是，关于基于同样的结构的同样的作用效果，将不在每个实施方式中逐次提及。
《第1实施方式》
图1的(A)、图1的(B)、图1的(C)是作为本发明的一实施方式的电力送电装置101的外观图。
在图1的(A)所示的例子中，示出两个电力受电装置201、和向这两个电力受电装置201无线地对电力进行送电的一个电力送电装置101。
电力送电装置101具备送电线圈10、送电线圈连接部11、双绞线12、高频电力电路13、电源线缆14、以及直流电源15。
送电线圈10具备被绝缘材料覆盖的线圈导体，具有能够闭合线圈开口的柔软性。在图1的(A)所示的状态下，形成了1匝的大致圆形的线圈。在图1的(B)所示的状态下，送电线圈10几乎被闭口，弯曲地被折叠。进而，在图1的(C)所示的状态下，送电线圈10被完全闭口。即，送电线圈10的线圈导体彼此并行，变为实质上没有成为线圈开口的线圈导体彼此的间隙的状态。在送电线圈10的线圈导体彼此并行的部分，覆盖各自的线圈导体的绝缘材料彼此接触。
在送电线圈连接部11设置有与送电线圈10一起构成谐振电路的送电谐振电容器。
高频电力电路13与送电线圈连接部11之间经由双绞线12连接。高频电力电路13与直流电源15之间经由电源线缆14连接。
电源线缆14是带卷盘的伸缩自如的线缆，一方经由连接器CN1而与高频电力电路13连接，另一方经由连接器CN2而与直流电源15连接。
直流电源15是以电池为电源并变换为给定的直流电压的电源电路。
电力受电装置201具备受电线圈20。该受电线圈20位于送电线圈10的开口内，从而受电线圈20和送电线圈10磁耦合。
图2是电力送电装置101的电路图。如该图2所示，关于电力送电装置101，送电线圈10和送电谐振电容器Cr被串联连接，经由双绞线12而与高频电力电路13连接。高频电力电路13具备：高压侧开关元件Q1和低压侧开关元件Q2、以及对这两个开关元件Q1、Q2进行控制的开关控制电路CNT。高频电力电路13将直流电源15作为输入电源来进行动作。在直流电源15与高频电力电路13之间插入了开关SW。
上述开关控制电路CNT例如以6MHz～14MHz的频带内的给定频率使开关元件Q1、Q2隔着死区时间交替地开关。
如图1的(A)所示，在将送电线圈10开口的状态下，由送电线圈10和送电谐振电容器Cr构成的谐振电路在上述开关频率下进行谐振。即，送电线圈10的开口状态下的谐振电路的谐振频率与开关频率实质上相等。
这样，通过将送电线圈10开口，由此从送电线圈10产生高频磁场，向电力受电装置201无线地对电力进行送电。
如图1的(B)、图1的(C)所示，在将送电线圈10闭口的状态下，不仅仅是送电线圈不作为用于产生磁场的线圈发挥作用，而且其电感变小，因此由送电线圈10和送电谐振电容器Cr构成的谐振电路脱离上述开关频率下的谐振动作。即，由闭口状态的送电线圈10和送电谐振电容器Cr产生的谐振频率与开关频率大幅偏离。
送电谐振电容器Cr的电容被决定为：在上述送电线圈10的开口时，谐振电路在开关频率下进行谐振动作，在上述送电线圈10的闭口时，谐振电路脱离开关频率下的谐振动作。
此外，在送电线圈10的线圈导体彼此并行的部分，由于各自的线圈导体彼此中流过的电流而产生的磁通相互抵消，抑制高频磁场的产生。即，在送电线圈10闭口的状态下，送电线圈10将从线圈导体产生的磁通相互抵消从而抑制高频磁场的产生。
送电线圈10与高频电力电路13的输出部之间通过双绞线12连接，由此可抑制来自送电线圈10与高频电力电路13的连接部的不必要的辐射。此外，由送电线圈10和送电谐振电容器Cr构成的谐振电路的区域变得明确(双绞线12成为谐振电路外)，可抑制使用状况所引起的谐振频率的变动。
优选的是，送电线圈10在送电线圈10开口的状态下成为与受电线圈20的形状相应的形状。由此，能够有效地提高送电线圈10与受电线圈20的磁耦合，在送电线圈10的开口时可获得高的电力传输效率。此外，送电线圈10具有柔软性，在不送电的情况下，容易使之变形，例如捆扎、或折弯、或变为双层地揉成团等，因此便携性、便利性高。
此外，优选的是，送电线圈10在送电线圈10开口的状态下变得比受电线圈20的外形大，在送电线圈10实质上闭口的状态下线圈开口变得比受电线圈20的外形小。由此，能够在确保送电线圈10的开口时的电力传输效率的同时实现送电线圈的实质上闭口时的小型化。
优选的是，送电线圈10具有4A/mm2以下的有效截面面积。由此，可抑制送电线圈10的发热，可防止异常发热。
图3的(A)、图3的(B)、图3的(C)是电力受电装置的电路图。图3的(A)所示的电力受电装置具备受电线圈20、整流电路23A、负载电路24。
在受电线圈20设置有与受电线圈20一起构成谐振电路的受电谐振电容器Crs。
整流电路23A由整流二极管D1以及平滑电容器C1构成。整流电路23A对由受电线圈20和受电谐振电容器Crs构成的谐振电路的电动势进行整流平滑，向负载电路24供给直流电力。
由受电线圈20和受电谐振电容器Crs构成的谐振电路在电力送电装置101的送电线圈10产生的高频磁场的振动频率下进行谐振动作。受电线圈20与电力送电装置101的送电线圈10磁耦合，在受电线圈20流过与送电线圈10所产生的高频磁场的振动频率相同的频率的电流。由此，谐振电路的电动势被整流电路23A整流平滑，向负载电路24供给直流电力。
在图3的(B)所示的例子中，由整流二极管D1、平滑电容器C1以及调节器电路REG构成了整流电路23B。其他结构与图3的(A)所示的电力受电装置相同。调节器电路REG使被整流二极管D1整流并被平滑电容器C1平滑后的直流电压稳定化为固定电压。
在图3的(C)所示的例子中，由二极管桥DB以及平滑电容器C1构成了整流电路23C。其他结构与图3的(A)所示的电力受电装置相同。根据该整流电路23C，被二极管桥DB全波整流，可效率良好地变换为直流电力。
《第2实施方式》
图4的(A)、图4的(B)是第2实施方式涉及的电力受电装置202的俯视图。该电力受电装置202具备受电线圈20、受电线圈连接部21、双绞线22、整流电路23以及负载电路24。
在受电线圈连接部21设置有与受电线圈一起构成谐振电路的受电谐振电容器。整流电路23与受电线圈连接部21之间经由双绞线22连接。
受电线圈20具备被绝缘材料覆盖的线圈导体，具有能够闭合线圈开口的柔软性。
图4的(A)表示受电线圈20的开口状态。图4的(B)表示该受电线圈20的闭口状态。
如图4的(A)所示，在将受电线圈20开口的状态下，由受电线圈20和受电谐振电容器构成的谐振电路在送电线圈10所产生的高频磁场的频率下进行谐振。即，受电线圈20的开口状态下的谐振电路的谐振频率与送电线圈10所产生的高频磁场的频率实质上相等。
这样，通过将受电线圈20开口，从而在由受电线圈20和受电谐振电容器构成的谐振电路中感应的电流被整流电路23整流，并向负载电路24进行电力供给。
如图4的(B)所示，在将受电线圈20闭口的状态下，不仅仅是受电线圈20不作为用于交链磁通的线圈发挥作用，而且其电感变小，因此由受电线圈20和受电谐振电容器构成的谐振电路脱离上述开关频率下的谐振动作。即，由闭口状态的受电线圈20和受电谐振电容器构成的谐振电路的谐振频率与送电线圈10所产生的高频磁场的频率大幅偏离。因此，实质上不受电。
电力受电装置的受电谐振电容器的电容被决定为：在受电线圈20的开口时，在送电线圈10所产生的高频磁场的频率下进行谐振动作，在受电线圈20的闭口时，脱离送电线圈10所产生的高频磁场的频率下的谐振动作。
优选的是，受电线圈20在受电线圈20开口的状态下成为与图1的(A)所示的送电线圈10的形状相应的形状。由此，能够有效地提高送电线圈10与受电线圈20的磁耦合，在受电线圈20的开口时可获得高的电力传输效率。
受电线圈20与整流电路23的输入部之间通过双绞线22连接，由此可抑制来自受电线圈20和整流电路23的连接部的不必要的辐射。此外，由受电线圈20和受电谐振电容器构成的谐振电路的区域变得明确(双绞线成为谐振电路外)，可抑制使用状况所引起的谐振频率的变动。
优选的是，受电线圈20具有4A/mm2以下的有效截面面积。由此，可抑制受电线圈20的发热，可防止异常发热。
《第3实施方式》
图5的(A)、图5的(B)、图5的(C)是第3实施方式涉及的电力送电装置以及电力受电装置的结构的立体图。电力受电装置203的外形为圆柱形状。电力送电装置具备送电线圈10、送电线圈连接部11、双绞线12。送电线圈10的结构与第1实施方式所示的电力送电装置101不同。
本实施方式的送电线圈10为带状，如图5的(B)所示，使送电线圈10覆盖电力受电装置203，用于包围(环绕)电力受电装置203的侧面。电力受电装置203在内部具备以Z轴方向为线圈卷绕轴的受电线圈。因此，在图5的(B)所示的状态下，送电线圈10与受电线圈磁耦合。
在图5的(A)、图5的(C)所示的状态下，送电线圈10和受电线圈不磁耦合。特别是，如图5的(C)所示，通过将送电线圈10闭口，从而电力送电装置的谐振电路脱离谐振动作，可抑制电力消耗。
在图5的(B)所示的例子中，示出用单个送电线圈10包围单个电力受电装置203来使用的方式，但还能够用单个送电线圈10包围多个电力受电装置203从而向这多个电力受电装置同时进行电力送电。
在以上所示的任意实施方式中，基本上均在电力送电装置101的使用时将开关SW接通，在不使用时将开关SW断开即可，但如上所述，只是将送电线圈10实质上闭口，就可停止电力传输。此外，在送电线圈10的实质上闭口状态下，电力消耗少，因此即使在短时间的不使用时将开关SW保持接通也能够利用。此外，即使忘记断开开关SW，无用的电力消耗也少。此外，在送电线圈10的闭口状态下，不进行无线的电力送电，因此不限于将送电线圈10开口之后将开关SW接通这样的操作顺序，也可以先将开关SW接通之后再使送电线圈10开口。即，即使开关SW为接通状态，只要送电线圈10为闭口状态，就没有不必要的辐射，不会给周围造成影响。
另外，在图1的(A)、图1的(B)、图1的(C)、图2所示的例子中，示出使用大致1匝的送电线圈的例子，但送电线圈也可以为多匝。此外，关于受电线圈，也不限于1匝，可以为多匝。此外，也可以为螺旋状。
最后，上述的实施方式的说明在所有的方面均为例示，并不是限制性的。对本领域技术人员而言，能够适当地进行变形以及变更。本发明的范围不是由上述的实施方式示出，而是由权利要求书示出。进而，本发明的范围包括从与权利要求书等同的范围内的实施方式进行的变更。
附图标记说明
C1...平滑电容器；
CN1、CN2...连接器；
CNT...开关控制电路；
Cr...送电谐振电容器；
Crs...受电谐振电容器；
D1...整流二极管；
DB...二极管桥；
Q1...高压侧开关元件；
Q2...低压侧开关元件；
REG...调节器电路；
SW...开关；
10...送电线圈；
11...送电线圈连接部；
12...双绞线；
13...高频电力电路；
14...电源线缆；
15...直流电源；
20...受电线圈；
21...受电线圈连接部；
22...双绞线；
23、23A、23B、23C...整流电路；
24...负载电路；
30...受电线圈；
101...电力送电装置；
201～203...电力受电装置。

Claims (11)

1.一种电力送电装置，其特征在于，具备：
高频电力电路，将直流电源变换为开关频率的高频电力；
送电线圈，与所述高频电力电路的高频输出电连接，相对于电力受电装置的受电线圈进行磁耦合；和
送电谐振电容器，与所述送电线圈电连接，并与所述送电线圈一起构成送电谐振电路，
所述送电线圈具备被绝缘材料覆盖的线圈导体，具有能够闭合线圈开口的柔软性，
所述送电谐振电容器设定为如下的电容：
在所述送电线圈开口的状态下，所述送电谐振电路在所述开关频率下进行谐振动作，在所述送电线圈实质上闭口的状态下，所述送电谐振电路的谐振频率在所述开关频率下脱离所述谐振动作。
2.根据权利要求1所述的电力送电装置，其特征在于，
在所述送电线圈闭口的状态下，所述送电线圈将从所述线圈导体产生的磁通相互抵消从而抑制高频磁场的产生。
3.根据权利要求1或2所述的电力送电装置，其特征在于，
所述送电线圈在所述送电线圈开口的状态下成为与所述受电线圈的形状相应的形状。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的电力送电装置，其特征在于，
所述送电线圈在所述送电线圈开口的状态下变得比所述受电线圈的外形大，在所述送电线圈实质上闭口的状态下变得比所述受电线圈的外形小。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的电力送电装置，其特征在于，
所述送电线圈与所述高频电力电路的输出部之间通过双绞线连接。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的电力送电装置，其特征在于，
所述送电线圈具有4A/mm2以下的有效截面面积。
7.一种电力受电装置，其特征在于，具备：
受电线圈，相对于设置于电力送电装置的送电线圈进行磁耦合，流过与作为磁耦合的对象的送电线圈所产生的高频磁场的振动频率相同的频率的电流；
受电谐振电容器，与所述受电线圈电连接，并与所述受电线圈一起构成受电谐振电路；
整流电路，与所述受电线圈连接；和
负载电路，与所述整流电路连接，
所述受电线圈具备被绝缘材料覆盖的线圈导体，具有能够闭合线圈开口的柔软性，
所述受电谐振电容器设定为如下的电容：
在所述受电线圈开口的状态下，所述受电谐振电路的谐振频率在所述高频磁场的振动频率下进行谐振动作，在所述受电线圈实质上闭口的状态下，所述受电谐振电路的谐振频率在所述高频磁场的振动频率下脱离所述谐振动作。
8.根据权利要求7所述的电力受电装置，其特征在于，
在所述受电线圈闭口的状态下，所述受电线圈抑制与该受电线圈交链的磁通从而抑制谐振电流的产生。
9.根据权利要求7或8所述的电力受电装置，其特征在于，
所述受电线圈在所述受电线圈开口的状态下成为与所述送电线圈的形状相应的形状。
10.根据权利要求7～9中任一项所述的电力受电装置，其特征在于，
所述受电线圈与所述整流电路的输入部之间通过双绞线连接。
11.根据权利要求7～10中任一项所述的电力受电装置，其特征在于，
所述受电线圈具有4A/mm2以下的有效截面面积。
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