CN111555469B - 受电单元、输电单元以及无线供电装置 - Google Patents

Abstract

本发明抑制电力的传输效率的变动。一种接受从输电单元输出的电力的受电单元，其特征在于，具备利用与上述输电单元的输电线圈的磁耦合来接受电力的多个受电线圈和与上述受电线圈接近地配置的负载线圈，由上述多个受电线圈的各个和谐振电容构成以与输电频率相等的频率谐振的多个串联谐振电路，上述多个串联谐振电路串联地呈环状连接，上述负载线圈从上述串联谐振电路取出受电电力。

Description

受电单元、输电单元以及无线供电装置

技术领域

本发明涉及一种无线供电装置。

背景技术

对于移动终端等小型电子设备推进着小型、薄型化，但充电时的连接器连接繁琐，从而要求通过无线供电来进行充电。

在无线供电中，研究出使用微波等电波的方式、使用磁的磁场耦合的电磁感应方式等。微波的传输距离优异但传输效率较差，因为尚未达到实用化。相对于此，电磁感应方式的传输距离为几cm左右，但电力的输送和接收所使用的线圈的传输效率为90％左右，获得较高的效率，因而认为在无线充电中通过磁场耦合进行的传输成为主流。但是，在传输距离较短的电磁感应方式中，需要使输电线圈与受电线圈的位置一致，因而使用便利性较差。

并且，在电动机等旋转体中，以预知故障等为目的，要求将应变计、加速度传感器等传感器安装于轴来获取计测数据的旋转体传感检测。在旋转体传感检测中，需要向旋转的传感器供给电力，并获取传感器数据。现有的集电环等具有机械式接点的结构因接点磨损，而需要定期更换，而且因从接点产生的噪声，有所传输的数据恶化的担忧，因而期望通过无线进行的供电以及数据传输。

在专利文献1所记载的旋转体用无线通信系统中，在旋转体等可动部中以非接触的方式供电，其结构如图15所示地从已固定的输电线圈向卷绕在旋转体上的受电线圈供电。

如图示，在轴3的周向上卷绕有细长形状的受电线圈1506，并在受电线圈1506内配置多个谐振器1507。并且，在受电线圈1506的附近配置有输电线圈1505。利用输电线圈1505与受电线圈1506的磁耦合，将输入至输入端子1501、1502的高频电力非接触地传输至受电线圈1506，并由输出端子1503、1504输出。此时，谐振器1507以与输电频率相等的频率谐振，由此提高输电线圈1505与受电线圈1506之间的传输效率。在以上的结构中，通过将多个谐振器1507配置于受电线圈1506，来高效率地无线供给来自输电线圈1505的输电电力。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2013-34140号公报

发明内容

发明所要解决的课题

在上述的专利文献1的(图15所示)结构中，为了提高传输效率，构成为在受电线圈1506的回路内配置有多个谐振器1507，而且各谐振器1507是独立的。此时，由于各谐振器1507是独立的，所以即使谐振器1507的谐振频率相同，流向各谐振器1507的电流的大小和相位也会因输电线圈1505与谐振器1507的耦合状态而不同。例如，在谐振器1507与输电线圈1505对置的情况、在相邻的两个谐振器1507的边界存在输电线圈1505的情况下，流向各谐振器1507的电流的大小和相位不同。因此，受电电压因轴3的旋转角而变动。尤其在流向相邻的谐振器1507的电流为反相的情况下，由于彼此的磁通相互抵消，因而传输效率大幅度地降低。

若受电电压变动，则在旋转体传感检测中，传感器电压变得不稳定，因而传感器检测精度劣化。并且，在使用负载调制的传感器数据传输中，对受电电力信号实加振幅调制并向输电侧传输数据，但若受电电压变动，则会传输错误的数据。

另外，除了谐振器的结构上的要因之外，输电线圈与受电线圈之间的距离因轴的偏心、制造上的误差等而变化，由此有时传输效率因轴的旋转角而变动，并且在通过负载调制进行的数据传输中产生误动作。

另外，需求以下高效率的无线供电方法：不需要输电线圈与受电线圈的严密对位，即使放置在从预定位置偏离的位置，也能够供给充足的电力。

用于解决课题的方案

如下示出在本申请中公开的发明的代表性的一例。即，一种受电单元，接受从输电单元输出的电力，其特征在于，具备：多个受电线圈，其利用与上述输电单元的输电线圈的磁耦合来接受电力；和负载线圈，其与上述受电线圈接近地配置，由上述多个受电线圈的各个和谐振电容构成以与输电频率相等的频率谐振的多个串联谐振电路，上述多个串联谐振电路串联地呈环状连接，上述负载线圈从上述串联谐振电路取出受电电力。

发明的效果

根据本发明的一个方案，能够抑制电力的传输效率的变动。通过以下的实施例的说明，上述以外的课题、结构以及效果会变得清楚。

附图说明

图1是示出第一实施例的无线供电装置的构造的图。

图2是示出第一实施例的无线供电装置的电路结构的图。

图3是示出第一实施例的无线供电装置的线圈的动作的图。

图4是示出第一实施例的无线供电装置的传输特性的图。

图5是示出第一实施例的无线供电装置的传输效率的频率特性的图。

图6是示出第二实施例的无线供电装置的电路结构的图。

图7是示出第三实施例的无线供电装置的电路结构的图。

图8是示出第三实施例的无线供电装置的构造的图。

图9是示出第四实施例的无线供电装置的电路结构的图。

图10是示出第四实施例的无线供电装置的构造的图。

图11是第四实施例的无线供电装置的动作的特性图。

图12是第四实施例的无线供电装置所执行的处理的流程图。

图13是示出第五实施例的无线供电装置的结构的图。

图14是示出第六实施例的无线供电装置的结构的图。

图15是示出现有的无线供电装置的一例的图。

符号的说明

1—输电部，2—受电部，3、1308—轴，4—输电电路，5—输电线圈架，6—受电线圈架，7a、7b—夹紧部，8—受电电路，9a、9b—电路安装部，10—支撑部，101、1505、1412a、1412b、1412c—输电线圈，102、113a、113b、113c、1413a、1413b、1413c—谐振电容，111a、111b、111c、1506、701a、701b、701c、1422—受电线圈，112—负载线圈，201—信号源，202—E级放大器，203、901—传感器数据输出端子，204—收信机，205、245—天线，210、1403—低通滤波器，211、213、221、621—静电电容，212、223、224—电感器，220、1424—匹配电路，230、1425—整流电路，231、232、233、234—整流二极管，235—平滑电容，241、1426—电源电路，242—发信机，243—AD转换器，244—传感器，301、302、1501、1502—输入端子，304、305、1503、1504—输出端子，1507—谐振器，600、601—共模滤波器，601a、601b、611a、611b—线圈变压器，602—数据信号请求端子，603—电阻，604a、604b、622a、622b—开关元件，605—解调输出端子，606—解调电路，607a、607b—电阻，623—检波电路，624—计时电路，902—控制电路，903—霍尔元件，904—磁铁，1301—主轴，1302—主轴头，1303—柱，1304—基座，1305—工作台，1306—转台，1307—臂，1309—卡盘，1310—工具，1311—锥形部，1320—刀架部，1321a、1321b—应变计，1401—信号源，1402—开关电源，1411—供电线圈，1427—电池。

具体实施方式

在本发明的实施例中，对无线供电装置的用于通过非接触的方式对例如移动终端等小型电子设备的电池进行充电的无线供电、对安装于旋转体的传感器等进行供电的无线供电技术、以及在无线供电中能够进行来自传感器的传感器数据的通信的无线供电技术进行说明。

＜实施例1＞

参照附图对第一实施例进行说明。图1是示出第一实施例的无线供电装置的构造的图，图2是示出电路结构的图。

首先，使用图1对第一实施例的无线供电装置的整体结构进行说明。第一实施例的无线供电装置分为输电部1和受电部2来构成。输电部1具有输电电路4、输电线圈架5、输电线圈101以及谐振电容102。受电部2具有受电线圈架6、夹紧部7a、7b、受电电路8、电路安装部9a、9b、支撑部10、受电线圈111a、111b、111c、负载线圈112以及谐振电容113a、113b、113c。

受电部2利用构成为以支撑部10为支点能够开闭的夹紧部7a、7b而固定于作为旋转体的轴3，并能够与轴3一起旋转或者转动。在夹紧部7a、7b的外周，例如通过粘贴而安装有受电线圈架6。另外，在受电线圈架6且在轴3的周向上相互接近地配置有受电线圈111a、111b、111c。受电线圈111a、111b、111c配置为相对于轴3的轴线成为对称，即在夹紧部7a、7b的周向上等间隔地配置。在各受电线圈111a、111b、111c串联地连接谐振电容113a、113b、113c，分别构成串联谐振电路。上述串联谐振电路呈环状地串联连接。并且，在受电线圈111a、111b、111c的外周配置有负载线圈112，并且负载线圈112的输出与受电电路8连接。受电电路8构成在夹紧部7a、7b的沿轴向开口的电路安装部9a内。并且，通过在受电线圈架6与夹紧部7a、7b之间设置遮断磁的磁性片(图示省略)，受电线圈111a、111b、111c的电感以及负载线圈112的电感值不会因轴3的金属部而降低。另外，受电线圈111a、111b、111c以及负载线圈112通过在由聚酰亚胺等树脂材料构成的绝缘片上形成图案来构成。

并且，在受电线圈111a、111b、111c的附近配置输电部1。在输电部1的输电线圈架5上配置有输电线圈101，并经由谐振电容102而与输电电路4连接。输电线圈架5以沿轴3的圆周的方式形成为圆弧状，配置在输电线圈架5上的输电线圈101也形成为圆弧状。附图中，输电线圈101形成于输电线圈架5的外周，但可以将输电线圈101形成于输电线圈架5的内周侧，也可以粘贴形成在聚酰亚胺等的绝缘片上的导电图案。输电线圈101沿轴3的周向配置在受电线圈111a、111b、111c的外侧。输电线圈101在轴3的周向上的长度最好为半周以下的大小。

如图2所示，第一实施例的无线供电装置中，输电电路4具有信号源201、E级放大器202、低通滤波器210、传感器数据输出端子203、收信机204以及天线205，受电电路8具有匹配电路220、整流电路230、电源电路241、发信机242、AD转换器243、传感器244以及天线245。在本实施例中，在提高放大效果的观点中使用E级的输电放大器，但也可以使用其它形式的输电放大器。低通滤波器210是基于静电电容211、213及电感器212的π型滤波器。匹配电路220是基于静电电容221及电感器222、223的平衡L型匹配电路，也作为低通滤波器发挥功能。整流电路230利用由整流二极管231、232、233、234构成的全波整流电路和平滑电容235来形成。从电源电路241输出的电源向发信机242、AD转换器243以及传感器244供给。传感器244计测周边的物理量(例如应变量、加速度、温度等)。

使用图2对第一实施例的无线供电装置的动作进行说明。来自信号源201的输电频率的输电信号由E级放大器202放大，并向低通滤波器210输入。该发送信号是以由输电线圈101和谐振电容102形成的串联谐振电路以及由受电线圈111a、111b、111c和谐振电容113a、113b、113c形成的串联谐振电路的谐振频率变化的高频信号。低通滤波器210减少所输入的输电信号中由E级放大器产生的高次谐波成分，并对由输电线圈101和谐振电容102形成的串联谐振电路施加基波。由于输电线圈101及谐振电容102的谐振频率为与输电频率相等的值，所以较大的谐振电流流向输电线圈101而产生较强的磁场。并且，对于设置在输电线圈101的附近的受电线圈111a、111b、111c而言，由于分别由谐振电容113a、113b、113c形成串联谐振电路，所以输电线圈101所产生的较强的磁场(磁通)在受电线圈111a、111b、111c中感应谐振电流。并且，由于各串联谐振电路呈环状地连接，所以相同大小的谐振电流流向各受电线圈111a、111b、111c。由于受电线圈111a、111b、111c与配置于周围的负载线圈112磁耦合，所以利用流向受电线圈111a、111b、111c的谐振电流，取出受电线圈111a、111b、111c所接受到的电力。所接受到的电力在匹配电路220中匹配阻抗后，由整流电路230转换成直流电压，并由电源电路241输出恒定的电压，之后作为电源向传感器244供给。并且，传感器244的传感器输出由AD转换器243进行AD转换，并作为无线信号由发信机242及天线245发送。发送出的信号由天线205及收信机204接收并解调，作为传感器数据从输出端子203输出。

在以上的结构中，向设置于旋转体的传感器244进行无线供电，并且，无线机(发信机242、收信机204)传输传感器数据，由此能够通过非接触进行供电及数据传输。但是，电源电路241吸收某程度的输入电压的变动而输出恒定的电压，但若传输效率因旋转角而变动，从而受电电压的变动变大，则电源电路241的响应性无法追随。因此，供给至传感器244的电源电压产生波动，从而来自传感器244的输出电压变动，传感器244的检测精度降低。因此，使流向受电线圈111a、111b、111c的电流相等，受电线圈111a、111b、111c相对于轴3的轴线配置为对称，并且相邻的线圈彼此接近地配置，所以因与输电线圈101的磁耦合而流向相邻的受电线圈111a、111b、111c的电流成为反相。因此，能够抑制磁场由相邻的受电线圈111a、111b、111c抵消而引起的受电效率的降低的情况。并且，由于能够与旋转角无关地使输电线圈101与受电线圈111a、111b、111c的耦合强度大致恒定，所以能够抑制由旋转角引起的传输效率的变动。由此能够抑制传感器检测精度变差。

此外，附图中设有三个受电线圈111a、111b、111c，但不限定于此。并且，以一圈构成负载线圈112，但若由后段的匹配电路220来匹配阻抗，则也可以是两圈以上。

接下来，使用图3对由旋转角引起的传输效率的变动较少的动作原理进行说明。图3示出图2中的谐振电容102、输电线圈101、受电线圈111a、111b、111c、谐振电容、113a、113b、113c以及负载线圈112，其它结构省略。附图中，多个受电线圈111a、111b、111c以流向各受电线圈111a、111b、111c的电流为相同相位的方式串联连接来形成回路(loop)，相邻的受电线圈111a、111b、111c以在周向上接近的方式配置，而且相对于轴3的轴线形成为对称。因此，流向受电线圈111a、111b、111c的接近的布线的电流大小相同且成为反相。另外，若将受电线圈111a、111b、111c卷绕于轴3，则其两端接近，从而沿轴3的轴向流动的电流所引起的磁通抵消。另外，由于流向谐振电容113a、113b、113c的布线的电流的大小也相同且成为反相，所以谐振电容113a、113b、113c的布线所产生的磁通也抵消。因此，受电线圈111a、111b、111c所产生的磁通的密度在周向上成为恒定的大小，从而能够抑制由旋转引起的传输效率的变动。

图4、图5示出第一实施例的电力传输/接收线圈和图15所示的现有技术的电力传输/接收线圈的传输特性的实验结果。实验中，使用直径为82mm的轴，将大小为27mm×90mm的六圈受电线圈配置于三个轴的周围，约分离5mm地将一圈负载线圈112配置于受电线圈的周围，并由距受电线圈离开10mm的位置的输电线圈供电。并且，对于图15所示的现有技术的电力传输/接收线圈而言，对形状与上述相同的受电线圈的每一个形成独立的谐振电路，并进行了实验。

图4是示出第一实施例的电力传输/接收线圈间的传输特性和图15所示的现有技术的电力传输/接收线圈间的传输特性的实验结果的图。附图的横轴是旋转角，纵轴是线圈间的传输效率。如图示，可知：在现有技术中，传输效率因旋转角而变动10％左右，但在第一实施例的收发电线圈中，传输效率与旋转角无关而大致恒定。

图5中，附图的横轴是频率，纵轴是线圈间的传输特性。如图示，在现有技术的电力传输/接收线圈中，存在传输效率大幅度地降低的频率，但在第一实施例的电力传输/接收线圈中，在通带内没发现传输效率的大幅度降低。认为这是因为：通过使相邻的线圈的相位彼此成为反相来抵消磁通。

如上所述，在第一实施例中，由于与受电线圈交链的磁通变得恒定，所以能够抑制由旋转角引起的传输效率的变动。

＜实施例2＞

第二实施例与上述的第一实施例不同点在于使用了负载调制方式：利用受电侧线圈的阻抗根据传感器所检测到的数据的变化而变化所引起的输电电力的反射波的变化来进行通信。在第二实施例中，主要说明与上述的实施例的不同点，对与第一实施例相同的结构标注相同的符号，并省略其说明。

图6是示出第二实施例的无线供电装置的电路结构的图。

在第二实施例的无线供电装置中，输电电路4具有信号源201、E级放大器202、低通滤波器210、传感器数据输出端子203、收信机204、天线205、共模滤波器600、数据信号请求端子602、电阻603、开关元件(场效应晶体管)604A、604B、解调输出端子605、解调电路606、电阻607a、607b以及电阻608，受电电路8具有匹配电路220、整流电路230、电源电路241、发信机242、AD转换器243、传感器244、天线245、共模滤波器610、场效应晶体管622A、622B、静电电容621、检波电路623以及计时电路624。共模滤波器600由通过环形铁心等相互强耦合后的线圈变压器601a和601b构成，同样，共模滤波器610也由通过环形铁心等相互强耦合后的线圈变压器611a和611b构成。

若开关元件604a、604b因从数据信号请求端子602输入的请求信号而成为接通状态，则由于电阻603经由电阻608而接地，所以低通滤波器210的输电信号电平降低，受电侧的负载线圈112的受电电压降低。受电侧的检波电路623检测受电电压的降低，使计时电路624成为接通状态。计时电路在预定时间内成为接通状态，由此AD转换器243成为启用状态，并仅在计时电路成为接通状态的预定时间内由传感器244输出的传感器值由AD转换器243进行AD转换。而且，场效应晶体管622a、622b根据转换成数字值后的传感器数据进行接通、断开。由此，负载线圈112的阻抗经由静电电容621而变化，因而输电电力的反射波变化。输电侧的解调电路606对该变化进行检波、解调并从解调输出端子605输出传感器数据。

在以上的结构中，通过串联连接由受电线圈111a、111b、111c构成的串联谐振电路，来减少由旋转角引起的受电电压(传输效率)的变动，因而能够进行基于负载调制的传感器数据通信。

此外，若使与开关元件604a的漏极连接的电阻603的值变小，则成为触发的输电电力的变化变大，但输电效率降低。同样，若使与场效应晶体管622a的漏极连接的静电电容621的值变大，则负载调制的调制度变大，但受电效率降低。因此，需要适当地设定电阻603的值及静电电容621的值。并且，计时电路624接通的预定时间设定为比AD转换器243的一个转换循环时间稍长。这是因为：场效应晶体管622根据AD转换后的数据值而接通、断开，并且检波电路623因场效应晶体管622的接通、断开所引起的信号电平的变化而动作而不会使AD转换器243成为禁用状态(在AD转换后的数据的通信中使检波电路623的输出无效)。

另外，通过在输电侧和受电侧分别设置共模滤波器600、610，抑制在输电线圈101、受电线圈111a、111b、111c以及负载线圈112之间产生的寄生电容成分所引起的耦合，抑制传输效率的降低，进一步抑制共模的波动与对受电电压的重叠。

＜实施例3＞

第三实施例上述的第一实施例不同点在于，使卷绕于夹紧部7a、7b的受电线圈701a、701b、701c中的两端部分的受电线圈701a、701c的形状变形。在第三实施例中，主要说明与上述的实施例的不同点，对与第一实施例相同的结构标注相同的符号，并省略其说明。

图7是示出第三实施例的无线供电装置的电路结构的图，图8是示出其构造的图。

在第三实施例的无线供电装置中，输电电路4具有信号源201、E级放大器202、低通滤波器210、传感器数据输出端子203、收信机204以及天线205，受电电路8具有匹配电路220、整流电路230、电源电路241、发信机242、AD转换器243、传感器244以及天线245。

与第一实施例比较，在图7及图8所示的结构中，卷绕于夹紧部7a、7b的受电线圈的两端部分的受电线圈701a、701c的形状不同。在将各受电线圈的电感值设为Lr1、Lr2、Lr3并将线圈的面积设为S1、S2、S3的情况下，受电线圈701a、701c构成为满足在各线圈中电感值与面积之比相等的条件(式1)的形状。

Lr1/S1＝Lr2/S2＝Lr3/S3…(1)

这是因为由于流向各线圈的电流相同，若满足式2则各线圈的磁通密度相等，因而通过使电感值与面积之比相等，能够使在各线圈中产生的磁通密度相等。即，若满足该条件，则即使线圈形状不同，也能够抑制由旋转角引起的传输效率变动。

(Lr1/S1)I＝(Lr2/S2)I＝(Lr3/S3)I…(2)

图8示出第三实施例的无线供电装置的结构例。对与第一实施例的结构的不同点进行说明。附图中，受电侧是由夹紧部7a、7b夹持轴3并固定的构造，但因轴3的直径，有时在夹紧部7a、7b接近的部位空开间隙g。此时，受电线圈701a与701c的间隔以间隙g的量而比其它受电线圈间宽，磁通密度降低，因而在间隙g在输电线圈101的附近通过时，传输效率降低。因此，通过使端部的受电线圈701a、701c的端部附近的宽度变宽，来抑制间隙g通过时的磁通密度的降低。此时，由于线圈的电感值与面积比在各线圈中相等，所以即使在使线圈变形的情况下也能够容易地设计。

＜实施例4＞

第四实施例与上述第二实施例的不同点在于：由磁铁904及霍尔元件903检测旋转周期，废弃根据传输效率的变化而传输的数据。在第四实施例中，主要说明与上述的实施例的不同点，对与第二实施例相同的结构标注相同的符号，并省略其说明。

图9是示出第四实施例的无线供电装置的电路结构的图，图10是示出其结构的图。

在第四实施例的无线供电装置中，输电电路4具有信号源201、E级放大器202、低通滤波器210、传感器数据输出端子203、收信机204、天线205、共模滤波器600、数据信号请求端子602、电阻603、开关元件(场效应晶体管)604A、604B、解调输出端子605、解调电路606以及控制电路902，受电电路8具有匹配电路220、整流电路230、电源电路241、发信机242、AD转换器243、传感器244、天线245、共模滤波器610、场效应晶体管622A、622B、静电电容621、检波电路623以及计时电路624。

向输电电路4的控制电路902输入霍尔元件903的输出。霍尔元件903对设置于受电旋转侧的磁铁904进行检测，其设置于输电线圈的附近。在伴随轴3的旋转而磁铁904在霍尔元件903附近通过时，从霍尔元件903输出信号，因而控制电路902能够检测旋转周期。并且，在控制电路902连接输入、输出数据信号请求信号及传感器数据的解调输出端子605。

如图示，在旋转体无线供电装置中，因轴3的偏芯、夹紧部7a、7b的直径的偏差、夹紧部7a、7b向轴3安装的偏心，固定侧的输电线圈101与旋转侧的受电线圈111a、111b、111c之间的距离因旋转角而变化，传输效率变动。因此，在通过负载调制来传输数据的情况下，线圈间输电的电压的变动与负载调制重叠，从而传输错误的数据。在第四实施例中，为了避免由这样的线圈间距离的变化引起的负载调制的误动作，在开始基于负载调制的数据传输之前(例如电源接通时)，在确认是否误动作产生后开始数据传输。如图示，控制电路902在电源接通时，不向数据信号请求端子602输入数据请求信号，一边仅进行无线供电一边使轴3旋转一周以上。此时，在输出来自解调电路606的数据的情况下，由于在负载调制中发生误动作，所以根据霍尔元件903的周期检测值来相对地求出输出数据后的旋转角，并将其存储在控制电路902的存储器中。之后，控制电路902输出数据请求信号，并赋予传感器数据的发送触发。而且，废弃存储在存储器中的误动作产生的旋转角附近的数据，并由传感器数据输出端子901输出传感器数据。

图10示出检测旋转周期的霍尔元件903的配置的一例。在输电线圈架5安装霍尔元件903，并在受电线圈架6的用霍尔元件903能够检测的位置安装磁铁904。另外，在输电电路4安装控制电路902。由此，能够检测旋转周期。

图11是在第四实施例中由旋转角表示横轴的动作的特性图。图11的(a)示出基于旋转角的霍尔元件903检测磁铁904的例子。霍尔元件903在每一个周期检测磁铁904，并输出检测电压。此外，附图中，在每一周检测磁铁904，但若每隔180°地设置磁铁904，则能够每隔半周来检测。

图11的(b)示出未进行数据传输时的受电电力的一例。在图示的例子中，在一周中的三处，传输效率变动。因此，如图11的(c)所示，因该三处传输效率的变动，解调输出变化，从而发生误动作。因而，如图11的(d)所示，控制电路902废弃发生误动作的部位(旋转角)的数据，并由传感器数据输出端子901输出传感器数据。

图12是第四实施例的控制电路902所执行的处理的流程图。将电源设为接通状态并从E级放大器202开始输电(S1201)。而且，由于由霍尔元件903把握一周的时间，不发送数据请求信号，使轴3旋转一周以上(S1202)。

此时，若未检测到解调数据，则判定为没有误动作(S1203中否)，输出数据信号请求信号并开始通常的数据传输(S1204)。另一方面，若检测到解调数据，则认为发生了负载调制的误动作(S1203中是)，并把握发生误动作的时机(例如一个周期内的旋转角)(S1205)。而且，从输电侧输出数据请求信号并开始数据传输(S1206)，废弃检测到误动作的角度附近的传感器数据(S1207)。也可以停止在检测到误动作的角度附近且在预定时间内的数据请求信号的发送，来代替传感器数据的废弃。

在第四实施例中，在传输传感器数据前(例如电源接通时)，在不传输数据信号的状态下检测解调输出，来判定误动作的有无，但也能够从受电侧发送一周以上的预先决定的图案的信号(例如01反复的周期性信号)，确认预先决定的图案的数据输出，也能够判定误动作的有无、误动作发生的时机。

在第四实施例中，通过以上的结构，能够避免因输电线圈与受电线圈之间的距离变动、相邻的受电线圈间的非对称性等发生的旋转角所引起的效率变动所致的负载调制的误动作。

＜实施例5＞

接下来，作为第五实施例，对在铣床等机床安装无线供电装置的例子进行说明。在第五实施例中，主要说明与上述的实施例的不同点，对与上述的实施例相同的结构标注相同的符号，并省略其说明。

图13是示出第五实施例的无线供电装置的结构的图。在第五实施例的机床中，主轴头1302由基座1304及柱1303支撑，在主轴头1302内内置有电动机(图示省略)，使主轴1301旋转。在主轴1301安装有刀架部1320，并在刀架部1320的前端，通过卡盘1309而安装有工具1310。若电动机旋转，则工具1310旋转，对固定在可动式工作台1305上的被加工物进行加工。另外，刀架部1320由锥形部1311、轴1308、受电部2、卡盘1309以及工具1310构成，在轴1308上安装有应变计1321a、1321b，通过将锥形部1311与主轴1301嵌合，来将刀架部1320安装于主轴1301。另外，由于需要根据加工的种类来更换工具，所以在转台1306上放置有多个装配有不同工具的刀架部1320，通过使转台1306旋转并沿主轴1301方向移动，能够更换工具。

并且，在装配于主轴1301的刀架部1320的受电部2的附近，由臂1307而固定有输电部1，进行从输电部1向受电部2的无线供电。另外，供电后的电源向应变计1321a、1321b供给，使用应变计1321a、1321b来计测形变量，由此能够获取在轴1308的加工时施加的应力数据。此时使用的电力传输/接收线圈可以是上述的第一至第四实施例(图2、图6、图7、图9)中任一种。

在图示的例子中，安装两个应变计1321a、1321b，在两处计测应变，但应变的计测部位不限定于此，也可以是三处以上。并且，传感器也可以是加速度传感器等其它种类的传感器。

＜实施例6＞

接下来，作为第六实施例，对非接触地对电动车进行充电的例子进行说明。在第六实施例中，主要说明与上述的实施例的不同点。

图14是示出第六实施例的无线供电装置的结构的图。第六实施例是非接触地对电动车1421的电池1427进行充电的结构，例如若大范围地配置供电线圈1412a、1412b、1412c，则在行驶中也能够供电。如图示，在第六实施例中，输电线圈及受电线圈的结构与上述的实施例相反，在输电单元141中，由输电线圈1412a、1412b、1412c和谐振电容1413a、1413b、1413c构成的串联谐振串联连接而呈环状地构成。在其外周配置有向输电线圈1412a、1412b、1412c供给输电电力的供电线圈1411。经由低通滤波器1403对供电线圈1411施加来自开关放大器1402的电源，该开关放大器1402根据来自信号源1401的信号而开关。在受电单元142中，由受电线圈1422和谐振电容1423的串联谐振电路接受来自输电线圈1412a、1412b、1412c的输电电力，在匹配电路1424匹配阻抗后，整流电路1425进行整流，之后经由电源电路1426对电池1427进行充电。

在第六实施例中，由于流向输电线圈1412a、1412b、1412c的电流相同，所以从各线圈产生的磁场的磁通密度相等。因此，即使在电动汽车1421的行驶中，若在设置有输电线圈1412a、1412b、1412c的范围内，则能够接受传输效率的变动较少的电力。在第六实施例中，流向输电线圈的电流的相位为反相，磁场抵消，不会产生输电电力降低的部位，能够与线圈位置无关地进行稳定的受电，即使电动汽车1421因交通阻塞等而停止，也能够继续充电。

在第六实施例中，示出电动汽车的非接触充电的例子，但本发明的无线供电装置也能够应用于小型电子设备(例如移动电话机、智能手机、平板终端等)的非接触供电。通过将本发明的无线供电装置应用于小型电子设备，能够扩大为了对电子设备进行充电而设置的位置，即使放置于从预定位置偏离的位置，也能够供给充足的电力。

如上所述，本发明的实施例的受电单元2具备利用与输电单元1的输电线圈的磁耦合来接受电力的多个受电线圈111a～111c和与受电线圈111a～111c接近地配置的负载线圈112，由多个受电线圈111a～111c的各个和谐振电容113a～113c构成以与输电频率相等的频率谐振的多个串联谐振电路，多个串联谐振电路串联地呈环状连接，并且负载线圈112从串联谐振电路取出受电电力，因而流向各受电线圈111a～111c的电流的大小和相位相同，能够抑制无线供电中的传输效率的变动。

并且，多个受电线圈111a～111c以相对于轴3的轴线成为对称的方式沿轴3的周向配置，能够抑制因轴3的旋转引起的传输效率的变动。

并且，邻接的受电线圈(111a和111b、111b和111c)以流向该两个受电线圈的邻接的导线的电流的方向相互相反的方式接近配置，因而由流向邻接的导线的电流引起的磁场相互抵消，能够抑制无线供电中的传输效率的变动。

并且，多个受电线圈111a～111c分别设计为电感值与线圈的面积之比相等，因而能够抑制在受电线圈的间隔较大的部位通过时的磁通密度的降低。此时，由于线圈的电感值与面积比在各线圈中相等，所以即使在线圈变形的情况下，也能够容易地设计。

并且，本发明的实施例的输电单元141具备利用与受电单元142的受电线圈1422的磁耦合来输出电力的多个输电线圈1412a～1412c和与输电线圈1412a～1412c接近地配置的供电线圈1411，由多个输电线圈1412a～1412c的各个和谐振电容1413a～1413c构成以与输电频率相等的频率谐振的多个串联谐振电路，多个串联谐振电路串联地呈环状连接，并且供电线圈1411向串联谐振电路供给输电电力，因而流向各输电线圈1412a～1412c的电流的大小和相位相同，能够抑制无线供电中的传输效率的变动。尤其，由于能够在输电侧的较大的范围内向受电线圈1422输电，所以即使将受电线圈1422放置于从预定位置偏离的位置，也能够供给充足的电力。

并且，邻接的输电线圈(1412a和1412b、1412b和1412c)以流向该两个输电线圈的邻接的导线的电流的方向相互相反的方式接近配置，因而由流向邻接的导线的电流引起的磁场相互抵消，能够抑制无线供电中的传输效率的变动。

并且，本发明的实施例的无线供电装置具备受电单元2和具有向受电单元2供给电力的输电线圈101的输电单元1，输电单元1具有与谐振电容102构成串联谐振电路的输电线圈101、放大预定频率的输电信号的放大器(E级放大器202)、以及在E级放大器202的后段除去高频成分的低通滤波器210，由E级放大器202及低通滤波器210生成与串联谐振电路的谐振频率相等的频率的输电电力，并且受电单元2具有经由匹配电路220而与负载线圈112连接的整流电路230和转换整流电路230的输出的电源电路241，因而能够通过无线供电来供给稳定的电源。

并且，输电线圈101形成为沿上述轴的周向的圆弧状，并且沿轴3的周向以周向长度为半周以下的方式配置于受电线圈111a、111b、111c的外侧，因而结构简单且能够容易地供电。

并且，受电单元2具有由电源电路241供给电源的传感器244和发送从传感器244输出的传感器数据的发信机242，并且输电单元1具有接收从上述受电单元发送出的传感器数据的收信机，因而能够提高传感器的计测精度。并且，能够抑制由传感器数据的传输引起的电力传输效率的变动，能够高效地传输电力。

并且，受电单元2具有由电源电路241供给电源的传感器244和生成用于发送从传感器244输出的传感器数据的信号的负载调制电路(晶体管622a、622b)，并且输电单元1具有将负载调制电路所生成的信号进行解调的解调电路606，因而能够提高传感器的计测精度。并且，也能够在电力传输的同时通过负载调制来传输传感器数据。因此，不需要无线收信机，能够减少数据传输所花费的成本。

并且，在轴7上安装有磁铁904，输电单元1具有根据磁变化来检测受电线圈111a～111c的旋转周期的磁检测部(霍尔元件903)和计算在负载调制中发生误动作的时机的控制电路902，并且控制电路902输出将在负载调制中发生了误动作的时机的前后的预定期间内的传感器数据除去后的传感器数据，因而能够避免因输电线圈101与受电线圈111a～111c之间的距离变动、相邻的受电线圈111a～111c间的非对称性等产生的旋转角所引起的效率变动所致的负载调制的误动作。

并且，负载调制电路生成预先决定的图案的误动作检测用的信号，并且控制电路902根据负载调制电路所生成的误动作检测用的信号来计算发生动作的时机，从而能够高精度地检测由旋转角产生的负载调制的误动作。

并且，本发明的实施例的无线供电装置具备输电单元141和具有接受从输电单元141输出的电力的受电线圈1422的受电单元142，输电单元141具有与谐振电容1413a～1413c构成串联谐振电路的输电线圈1412a～1412c、放大预定频率的输电信号的放大器1402、以及在放大器1402的后段除去高频成分的低通滤波器1403，由放大器1402及低通滤波器1403生成与串联谐振电路的谐振频率相等的频率的输电电力，并且受电单元142具有经由匹配电路1424而与受电线圈1422连接的整流电路1425和转换整流电路1425的输出的电源电路1426，因而能够通过无线供电来供给稳定的电源。

此外，本发明不限定于上述的实施例，包括权利要求书的主旨内的各种变形例及等效的结构。例如，上述的实施例是为了容易理解地说明本发明而进行了详细说明，本发明不限定于必须具备所说明的所有结构。并且，也可以将某实施例的结构的一部分置换成其它实施例的结构。并且，也可以在某实施例的结构中追加其它实施例的结构。并且，也可以对各实施例的结构的一部分进行其它结构的追加、删除、置换。

并且，对于上述的各结构、功能、处理部、处理单元等而言，可以通过例如在集成电路中设计它们的一部分或者全部等来由硬件实现，也可以通过由处理器解释并执行实现各功能的程序来由软件实现。

能够在存储器、硬盘、SSD(Solid State Drive)等存储装置或者IC卡、SD卡、DVD等记录介质中储存实现各功能的程序、表格、文件等信息。

并且，控制线、信息线示出认为在说明上需要的部分，不限定于示出在安装上需要的所有控制线、信息线。实际上，可以认为几乎所有的结构相互连接。

Claims (14)

1.一种受电单元，接受从输电单元输出的电力，其特则在于，具备：

多个受电线圈，其利用与上述输电单元的输电线圈的磁耦合来接受电力；

负载线圈，其与上述受电线圈接近地配置；以及

整流电路，其经由匹配电路而与上述负载线圈连接；以及

电源电路，其转换上述整流电路的输出，

由上述多个受电线圈的各个和谐振电容构成以与输电频率相等的频率谐振的多个串联谐振电路，

上述多个串联谐振电路串联地呈环状连接，

上述负载线圈从上述串联谐振电路取出受电电力，

上述受电单元还具有由上述电源电路供给电源的传感器和生成用于发送从上述传感器输出的传感器数据的信号的负载调制电路，

上述负载调制电路生成上述负载调制的误动作检测用的周期性信号，

上述输电单元的控制电路根据上述负载调制电路所生成的周期性信号来计算发生误动作的时机。

2.根据权利要求1所述的受电单元，其特征在于，

上述多个受电线圈以相对于轴的轴线成为对称的方式沿上述轴的周向配置。

3.根据权利要求1所述的受电单元，其特征在于，

邻接的上述受电线圈以流向该两个受电线圈的邻接的导线的电流的方向相互相反的方式接近配置。

4.根据权利要求1所述的受电单元，其特征在于，

上述多个受电线圈的各个受电线圈的电感值与线圈的面积之比相等。

5.一种输电单元，向受电单元输出电力，其特征在于，具备：

多个输电线圈，其利用与上述受电单元的受电线圈的磁耦合来输出电力；和

供电线圈，其与上述输电线圈接近地配置，

由上述多个输电线圈的各个和谐振电容构成以与输电频率相等的频率谐振的多个串联谐振电路，

上述多个串联谐振电路串联地呈环状连接，

上述供电线圈向上述串联谐振电路供给输电电力，

上述受电单元的受电线圈以相对于轴的轴线成为对称的方式沿上述轴的周向配置，

上述多个输电线圈形成为沿上述轴的周向的圆弧状，并且沿上述轴的周向以周向长度为半周以下的方式配置于上述受电线圈的外侧。

6.根据权利要求5所述的输电单元，其特征在于，

邻接的上述输电线圈以流向该两个输电线圈的邻接的导线的电流的方向相互相反的方式接近配置。

7.一种无线供电装置，无线地传输电力，其特征在于，具备：

权利要求1、3和4中任一项所述的受电单元；和

输电单元，其具有向上述受电单元供给电力的输电线圈，

上述输电单元具有与谐振电容构成串联谐振电路的输电线圈、放大预定频率的输电信号的放大器、以及在上述放大器的后段除去高频成分的滤波器，

由上述放大器及上述滤波器生成与上述串联谐振电路的谐振频率相等的频率的输电电力。

8.根据权利要求7所述的无线供电装置，其特征在于，

上述多个受电线圈以相对于轴的轴线成为对称的方式沿上述轴的周向配置。

9.根据权利要求8所述的无线供电装置，其特征在于，

上述输电线圈形成为沿上述轴的周向的圆弧状，并且沿上述轴的周向以周向长度为半周以下的方式配置于上述受电线圈的外侧。

10.根据权利要求7所述的无线供电装置，其特征在于，

上述受电单元具有由上述电源电路供给电源的传感器和发送从上述传感器输出的传感器数据的发信机，

上述输电单元具有接收从上述受电单元发送出的传感器数据的收信机。

11.根据权利要求7所述的无线供电装置，其特征在于，

上述输电单元具有将上述负载调制电路所生成的信号进行解调的解调电路。

12.根据权利要求8所述的无线供电装置，其特征在于，

在上述轴上安装有磁铁，

上述输电单元具有根据磁变化来检测上述受电线圈的旋转周期的磁检测部，

上述控制电路输出将在负载调制中发生误动作的时机的前后的预定期间内的传感器数据除去后的传感器数据。

13.根据权利要求12所述的无线供电装置，其特征在于，

上述输电单元具有将上述负载调制电路所生成的信号进行解调的解调电路。

14.一种无线供电装置，无线地传输电力，其特征在于，具备：

权利要求5或6所述的输电单元；和

受电单元，其具有接受从上述输电单元输出的电力的受电线圈，

上述输电单元具有与谐振电容构成串联谐振电路的输电线圈、放大预定频率的输电信号的放大器、以及在上述放大器的后段除去高频成分的滤波器，

由上述放大器及上述滤波器生成与上述串联谐振电路的谐振频率相等的频率的输电电力，

上述受电单元具有经由匹配电路而与上述受电线圈连接的整流电路和转换上述整流电路的输出的电源电路。