CN204068434U - 电力传输系统以及输电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种电力传输系统以及输电装置，其中受电装置(30)具备：受电电极(E3)～(E4)，其与设置在输电装置(10)的输电电极(E1)～(E2)电场耦合；和变压器(32)以及整流电路(34)，其向负载(36)提供基于在受电电极(E3)～(E4)中激发出的电场的电力。这里，受电电极(E3)～(E4)以及变压器(32)形成并联谐振电路。另一方面，输电装置(10)具备：变压器(20)，其生成向输电电极(E1)～(E2)施加的交流电压；和表(22)，其记述多个谐振频率与多个额定功率之间的对应关系。输电装置(10)的CPU(16)扫描PWM信号的频率来检测并联谐振电路的谐振频率，参照表(22)来确定被检测出的谐振频率所对应的额定功率，并以遵照被确定出的额定功率的方式来调整PWM信号的占空比。

Description

电力传输系统以及输电装置

技术领域

本实用新型涉及一种电力传输系统，特别地，涉及一种利用电场以及/或者磁场而从输电装置向受电装置传输电力的电力传输系统。 

本实用新型还涉及一种输电装置，涉及一种被应用于上述电力传输系统的输电装置。 

背景技术

这种电力传输系统的一例被公开于专利文献1。根据本背景技术，在通常输电开始前的认证时，从受电装置对输电装置发送认证信息(开始代码、制造商ID、产品ID、额定功率信息、谐振特性信息等)。输电装置进行机器认证，并调整最大传输功率，以使得适合于受电装置侧的额定功率。通常输电在这样的功率调整结束之后执行。 

在先技术文献 

专利文献 

专利文献1：日本特开2008-206233号公报 

实用新型内容

实用新型要解决的课题 

但是，在背景技术中，为了获取额定功率信息，需要执行输电装置与受电装置之间的认证处理，进一步地，作为认证处理的前提，需要向受电装置提供电力。因此，在背景技术中，存在电路结构复杂化的担心。 

因此，本实用新型的主要目的在于，提供一种能够简化电路结构并且适当地对向负载提供的电力进行控制的电力传输系统以及输电装置。 

解决课题的手段 

根据本实用新型的电力传输系统由输电装置与受电装置形成，其中，输电装置具备基于交流电压来激发电场以及/或者磁场的激发单元，受电 装置具备表示额定功率所对应的谐振频率的谐振单元、以及将基于通过激发单元而激发出的电场以及/或者磁场的电力提供给负载的提供单元，输电装置还具备：保持单元，该保持单元对多个谐振频率与多个额定功率之间的对应关系进行保持；检测单元，该检测单元扫描交流电压的频率来检测谐振单元的谐振频率；确定单元，该确定单元参照由保持单元保持的对应关系，对由检测单元检测出的谐振频率所对应的额定功率进行确定；以及调整单元，该调整单元以遵照由确定单元确定出的额定功率的方式，对通过激发单元激发出的电场以及/或者磁场的大小进行调整。 

优选地，激发单元包含被施加交流电压的多个第1电极，谐振单元包含：与多个第1电极电场耦合的多个第2电极、以及第1电感器，向该第1电感器施加在多个第2电极中被激发出的交流电压提供单元包含与第1电感器感应耦合的第2电感器。 

优选地，检测单元包含：变更单元，该变更单元对交流电压的频率反复进行变更；测定单元，该测定单元与变更单元的处理并列地测定阻抗；以及决定单元，该决定单元在通过变更单元指定的多个频率中，将由测定单元测出的阻抗的极大值所对应的频率决定为谐振单元的谐振频率。 

在某一方面，输电装置还具备：提供电流的电流提供单元；以及为了生成交流电压，对由电流提供单元提供的电流的导通周期性地进行切换的切换单元，测定单元参照电流提供单元的输出端的电压来测定阻抗。 

在另一方面，决定单元在通过测定单元测定出的阻抗具有多个极大值时，将高频带侧的极大值所对应的频率决定为谐振频率。 

优选地，调整单元含有对交流电压的高度进行调整的电压调整单元。 

优选地，输电装置还具备通过电磁感应来生成交流电压的生成单元，调整单元包含对生成单元的电磁感应特性进行调整的特性调整单元。 

优选地，谐振单元的谐振频率根据额定功率的增大而减少，由保持单元保持的对应关系相当于高频带谐振频率与低额定功率建立对应的关系。 

根据本实用新型的输电装置与受电装置耦合，该受电装置具备：表示额定功率所对应的谐振频率的谐振单元、以及将基于激发电场以及/或者激发磁场的电力提供给负载的提供单元，该输电装置具备：激发单元，该激发单元基于交流电压来激发电场以及/或者磁场；保持单元，该保持单 元对多个谐振频率与多个额定功率之间的对应关系进行保持；检测单元，该检测单元扫描交流电压的频率来检测谐振单元的谐振频率；确定单元，该确定单元参照由保持单元保持的对应关系，对通过检测单元检测出的谐振频率所对应的额定功率进行确定；以及调整单元，该调整单元以遵照由确定单元确定叉股的额定功率的方式，对通过激发单元激发出的电场以及/或者磁场的大小进行调整。 

实用新型效果 

根据本实用新型，设置在受电装置的谐振单元被设计为表示受电装置的额定功率所对应的谐振频率。因此，具有某个额定功率的受电装置的谐振单元表示某个谐振频率，具有另一额定功率的受电装置的谐振单元表示另一谐振频率。在保持单元中，保持这样的额定功率以及谐振频率的对应关系。 

综上所述，输电装置对设置在耦合对象的受电装置的谐振单元的谐振频率进行检测，并参照由保持单元保持的对应关系，来确定被检测出的谐振频率所对应的额定功率。由此，能够简化电路结构并适当地控制提供给负载的电力。 

根据参照附图来进行的下面的实施例的详细说明，来更加明确本实用新型的上述目的、其它目的、特征以及优点。 

附图说明

图1是表示本实用新型的一个实施例的结构的框图。 

图2是表示图1实施例的外观的一例的示意图。 

图3是表示由图1实施例的输电装置参照的表的结构的一例的示意图。 

图4是表示阻抗相对于频率的变化的一例的图表。 

图5是表示被应用于图1实施例的CPU的动作的一部分的流程图。 

图6是表示被应用于图1实施例的CPU的动作的其余部分的流程图。 

图7是表示被应用于本实用新型的另一实施例的输电装置的结构的一部分的框图。 

图8是表示被应用于另一实施例的CPU的动作的一部分的流程图。 

图9是表示被应用于本实用新型的其他实施例的输电装置的结构的一部分的框图。 

图10是表示被应用于其他实施例的CPU的动作的一部分的流程图。 

图11是表示本实用新型的又一实施例的结构的框图。 

图12是表示由另一实施例的输电装置参照的表的结构的一例的示意图。 

图13是表示被应用于其它实施例的输电装置的CPU的动作的一部分的流程图。 

具体实施方式

参照图1以及图2，本实施例的电力传输系统100由具有输电电极E1以及E2所被埋入的上表面的输电装置10和具有受电电极E3以及E4所被埋入的下表面的受电装置30形成。若以受电电极E3以及E4与输电电极E1以及E2对置的方式来使受电装置30的下表面接近输电装置10的上表面(参见图2)，则受电装置30与输电装置10电场耦合。由此，输电装置10的电力被传送到受电装置30。 

如图1所示，直流电源12向与端子T1以及T2的任意一个连接的开关SW1的输入端施加直流电压。端子T1直接与逆变器18连接，端子T2经由电阻R1而与逆变器18连接。因此，在开关SW1与端子T1连接时，直流电压被提供给逆变器18，在开关SW1与端子T2连接时，通过电阻R1进行了电压下降的电压被提供给逆变器18。 

逆变器18在从PWM产生电路14输出的PWM信号表示H电平的期间成为导通状态，在从PWM产生电路14输出的PWM信号表示L电平的期间成为断开状态。逆变器18还与形成变压器20并且感应耦合的电感器L1以及L2中的电感器L1连接。 

因此，若逆变器18按照上述要领来导通/断开，则在电感器L1以及L2分别感应交流电压。其中，电感器L2的匝数比电感器L1的匝数大，电感器L2中感应的交流电压表示比电感器L1中感应的交流电压高的值。此外，电感器L1以及L2分别感应的交流电压的频率以及高度分别依赖于PWM信号的频率以及占空比。 

电感器L2中感应出的交流电压被施加到输电电极E1以及E2。在与输电电极E1以及E2电场耦合的受电电极E3以及E4，激发出具有与被施加的交流电压的频率相应的频率以及依赖于电场耦合度的高度的交流电压。 

这样被激发出的交流电压经由形成变压器32并且感应耦合的电感器L3以及L4，被提供给整流电路34。其中，电感器L4的匝数比电感器L3的匝数小，被提供给整流电路34的交流电压表示比在受电电极E3以及E4激发出的交流电压低的值。整流电路34将这样的交流电压整流为直流电压，并将被整流了的直流电压提供给负载36。 

在图1所示的电力传输系统100的受电电路30，设置由电容器C与电感器L3构成的并联谐振电路。并联谐振电路的谐振频率通过式1来定义。 

[式1] 

$\mathrm{Fpr}=1/\left(2\mathrm{\π}\sqrt{\mathrm{}}(L3*C\right)$

Fpr：并联谐振电路的谐振频率 

在本实施例的电力传输系统100中，以谐振频率Fpr根据受电装置30的额定功率来显示不同的值的方式，来调整电容器C以及电感器L3的特性(也就是受电电极E3～E4以及变压器32的特性)。 

具体来讲，若受电装置30的额定功率为1W，则以谐振频率Fpr被收敛在频率f1～f2的范围内的方式，来调整电容器C以及电感器L3的特性，若受电装置30的额定功率为3W，则以谐振频率Fpr被收敛在频率f2～f3的范围内的方式，来调整电容器C以及电感器L3的特性。 

此外，若受电装置30的额定功率为5W，则以谐振频率Fpr被收敛在频率f3～f4的范围内的方式，来调整电容器C以及电感器L3的特性，若受电装置30的额定功率为7W，则以谐振频率Fpr被收敛在频率f4～f5的范围内的方式，来调整电容器C以及电感器L3的特性。 

这样的谐振频率Fpr与额定功率的关系以图3所示的要领，被登记在设置于输电装置10的表22。设置于输电装置10的CPU16在开始向电场耦合的受电装置30进行供电时，参照该表22来确定受电装置30的额定功率，并以遵照被确定的额定功率的方式，来控制PWM产生电路14的 动作。 

具体说明，CPU16首先将开关SW1的连接对象从端子T1切换为端子T2，将PWM信号的占空比设定为固定值，然后将PWM信号的频率从“f1”扫描到“f5”。 

PWM产生电路14将具有这样定义的占空比以及频率的PWM信号提供给逆变器18。由此，具有高度以及频率的交流电压被施加到输电电极E1～E2，其中，高度依赖于占空比以及频率，进一步地，阻抗Z是基于逆变器18的输入端的电压来测定的。 

在额定功率为3W的受电装置30与输电装置10电场耦合时，阻抗Z表示图4中由实线所示的频率特性。与此相对的，在额定功率为5W的受电装置30与输电装置10电场耦合时，阻抗Z表示图4中由虚线所示的频率特性。 

CPU16将被测定的阻抗Z表示极大值的频率作为谐振频率Fpr来进行检测，将检测出的频率对照表22的记述来确定受电装置30的额定功率。其结果，对应图4中由实线所示的频率特性来确定出3W的额定功率，对应图4中由虚线所示的频率特性来确定出5W的额定功率。 

若额定功率被确定，则CPU16将PWM信号的频率设定为谐振频率Fpr，并以遵照于额定功率的方式来调整PWM信号的占空比，然后将开关SW1的连接对象恢复为端子T1。由此，开始向受电装置30的供电。 

具体来讲，CPU16执行根据图5～图6所示的流程图的处理。另外，该流程图所对应的控制程序被存储在闪存16m。 

参照图5，在步骤S1中将开关SW1的连接对象从端子T1切换为端子T2，在步骤S3中将PWM信号的频率设定为“f1”，在步骤S5中将PWM信号的占空比设定为固定值。PWM产生电路14将具有被设定了的频率以及占空比的PWM信号提供给逆变器18。 

在步骤S7中基于逆变器18的输入端的电压来测定阻抗Z，在步骤S9中对设定频率是否达到了“f5”进行判断。若判断结果为否，则在步骤S11中使设定频率仅增大已定宽度，然后返回到步骤S7。由此，频率f1～f5的范围内的阻抗Z的频率特性被判明。 

若步骤S9的判断结果为是，则进入步骤S13，将阻抗Z表示极大值 的频率作为谐振频率Fpr来检测。在步骤S15中，将检测出的频率对照表22来确定受电装置30的额定功率。在步骤S17中，将PWM信号的频率设定为谐振频率Fpr，在步骤S19中，以遵照在步骤S15中确定的额定功率的方式来调整PWM信号的占空比。若调整结束，则在步骤S21中将开关SW1的连接对象恢复为端子T1，然后结束处理。 

由以上的说明可知，受电装置30具备：受电电极E3～E4，其与被设置在输电装置10中的输电电极E1～E2电场耦合；和变压器32以及整流电路34，其将基于通过电场耦合而在受电电极E3～E4中激发出的电场的电力提供给负载36。这里，受电电极E3～E4以及变压器32形成并联谐振电路。另一方面，输电装置10具备：变压器20，其生成向输电电极E1～E2施加的交流电压；和表22，其对多个谐振频率与多个额定功率之间的对应关系进行记述。输电装置10的CPU16扫描PWM信号的频率并对并联谐振电路的谐振频率Fpr进行检测，参照表22的记述来对检测出的谐振频率Fpr所对应的额定功率进行确定，以遵照所确定出的额定功率的方式来调整PWM信号的占空比。 

设置在受电装置30的并联谐振电路被设计为显示受电装置30的额定功率所对应的谐振频率。因此，被设置在具有某个额定功率的受电装置30的并联谐振电路的谐振频率Fpr表示某个值，被设置在具有其他额定功率的受电装置30的并联谐振电路的谐振频率Fpr表示其他的值。在表22中，记述这样的额定功率以及谐振频率Fpr的对应关系。 

综上所述，输电装置10对设置在耦合对象的受电装置30中的并联谐振电路的谐振频率Fpr进行检测，并参照表22所记述的对应关系对被检测出的谐振频率Fpr所对应的额定功率进行确定。由此，能够简化电路结构并且适当地控制提供给负载的电力。 

另外，在本实施例中，为了使施加到输电电极E1～E2的交流电压的高度适合受电装置30的额定功率而调整PWM信号的占空比(参见步骤S19)。但是，也可以在输电装置10设置1W、3W、5W以及7W分别对应的4个变压器20a～20d以及对其连接进行控制的开关SW2以及SW3来代替变压器20(参见图7)，并以遵照受电装置30的额定功率的方式来调整开关SW2以及SW3的连接。在这种情况下，需要执行对开关SW2 以及SW3的连接进行调整的步骤S31来代替图6所示的步骤S19(参见图8)。 

此外，也可以将1W、3W、5W以及7W分别对应的4个输出端以及选择其任意一个的开关SW4与变压器20的电感器L2连接(参见图9)，并以遵照受电装置30的额定功率的方式来调整开关SW4的连接。在这种情况下，需要执行调整开关SW4的连接的步骤S41来代替图6所示的步骤S19(参见图10)。 

进一步地，虽然在本实施例中，假定电场耦合方式的电力传输系统，但本实用新型也可以应用于图11所示的感应耦合方式的电力传输系统。根据图11，电容器C11以及电感器L11与逆变器18串联连接，电感器L12以及电容器C12与整流电路34并联连接，交流电压通过电感器L11以及L12来传送。 

此外，在图1～图10所示的实施例中，受电装置30的谐振频率Fpr对应于1W的额定功率而在频率f1～f2的范围内被调整，对应于3W的额定功率而在频率f2～f3的范围内被调整，对应于5W的额定功率而在频率f3～f4的范围内被调整，并且，对应于7W的额定功率而在频率f4～f5的范围内被调整。进一步地，这种谐振频率Fpr与额定功率之间的对应关系被登记在设于输电装置10的表22中(参见图3)。 

但是，也可以按照根据受电装置30的额定功率的增大来减小谐振频率Fpr的方式来调整受电装置30的频率特性，并将这样的谐振频率Fpr与额定功率之间的对应关系登记在表22。 

在这种情况下，受电装置30的谐振频率Fpr对应于7W的额定功率而在频率f1～f2的范围内被调整，对应于5W的额定功率而在频率f2～f3的范围内被调整，对应于3W的额定功率而在频率f3～f4的范围内被调整，并且对应于1W的额定功率而在频率f4～f5的范围内被调整。进一步地，在表22中登记图12所示的对应关系。根据图12，7W的额定功率被分配给频率f1～f2，5W的额定功率被分配给频率f2～f3，3W的额定功率被分配给频率f3～f4，并且1W的额定功率被分配给频率f4～f5。 

若输电装置10与受电装置30之间夹着异物，或者受电装置30相对于输电装置10的位置偏移，则输电电极E1～E2与受电电极E3～E4之间 的耦合电容减少，由此，谐振频率Fpr向高频带侧移动。这样，在图1～图10所示的实施例中，存在：根据图3所示的表22，比受电装置30的额定功率高的电力被误检测，并且由于高电力的提供而导致受电装置30被破坏的担心。 

因此，在本实施例中，采用图12所示的表22，并按照与其对应的方式来调整受电装置30的频率特性。由此，能够防止由额定功率的误检测引起的受电装置30的破坏。 

此外，在上述实施例中，以通过图5所示的步骤S3～S11的处理来测定出的阻抗Z仅表示受电装置30的谐振频率所对应的极大值为前提。但是，若被扫描的频率的范围扩大，则除了受电装置30的谐振频率所对应的极大值，输电装置10的谐振频率所对应的极大值也可能显示于测定阻抗Z。考虑这种可能性，则在图5所示的步骤S13中，需要执行根据图13所示的子流程的处理。 

参照图13，在步骤S1301中，从通过步骤S3～S13的处理来测定出的阻抗Z中，检测极大值即极大阻抗，将被检测出的极大阻抗的数量设定为变量CNT。在步骤S1303中，对变量CNT是否超过“1”进行判断，若判断结果为是，则直接进入步骤S1305，另一方面，若判断结果为否，则进入步骤S1307。 

在步骤S1305中，从被检测出的多个极大阻抗中，指定最高频带侧的极大阻抗。在步骤S1307中，指定被检测出的唯一的极大阻抗。若步骤S1305或者S1307的处理结束，则进入步骤S1309，并将被指定的极大阻抗所对应的频率作为谐振频率Fpr来检测。若谐振频率Fpr的检测结束，则回到上一层的程序。 

需要明确的是，虽然本实用新型被详细说明并图示，但这仅作为图解以及一例来使用，不应被理解为限定，本实用新型的主旨以及范围仅通过添加的权利要求的文字来限定。 

符号说明： 

10…输电装置 

14…PWM产生电路 

16…CPU 

18…逆变器 

20、32…变压器 

22…表 

34…整流电路 

E1～E2…输电电极 

E3～E4…受电电极 

Claims (16)

1.一种电力传输系统，其由输电装置与受电装置形成，其中， 

该输电装置具备基于交流电压来激发电场以及/或者磁场的激发单元，该受电装置具备：表示额定功率所对应的谐振频率的谐振单元、以及将基于由所述激发单元激发出的电场以及/或者磁场的电力提供给负载的提供单元， 

所述输电装置还具备： 

保持单元，该保持单元对多个谐振频率与多个额定功率之间的对应关系进行保持； 

检测单元，该检测单元扫描所述交流电压的频率来检测所述谐振单元的谐振频率； 

确定单元，该确定单元参照由所述保持单元保持的对应关系，对由所述检测单元检测出的谐振频率所对应的额定功率进行确定；以及 

调整单元，该调整单元以遵照由所述确定单元确定出的额定功率的方式，对由所述激发单元激发出的电场以及/或者磁场的大小进行调整。 

2.根据权利要求1所述的电力传输系统，其特征在于， 

所述激发单元包含被施加所述交流电压的多个第1电极， 

所述谐振单元包含：与所述多个第1电极电场耦合的多个第2电极、以及第1电感器，向该第1电感器施加在所述多个第2电极中被激发出的交流电压， 

所述提供单元包含与所述第1电感器感应耦合的第2电感器。 

3.根据权利要求1所述的电力传输系统，其特征在于， 

所述输电装置具有对所述交流电压进行升压的变压器， 

所述检测单元包含：变更单元，该变更单元对所述交流电压的频率反复进行变更；测定单元，该测定单元与所述变更单元的处理并列地测定所述变压器的阻抗；以及决定单元，该决定单元在由所述变更单元指定的多个频率中，将由所述测定单元测出的阻抗的极大值所对应的频率决定为所述谐振单元的谐振频率。 

4.根据权利要求2所述的电力传输系统，其特征在于， 

所述输电装置具有对所述交流电压进行升压的变压器， 

所述检测单元包含：变更单元，该变更单元对所述交流电压的频率反复进行变更；测定单元，该测定单元与所述变更单元的处理并列地测定所述变压器的阻抗；以及决定单元，该决定单元在由所述变更单元指定的多个频率中，将由所述测定单元测出的阻抗的极大值所对应的频率决定为所述谐振单元的谐振频率。 

5.根据权利要求3所述的电力传输系统，其特征在于， 

所述输电装置还具备：提供电流的电流提供单元；以及为了生成所述交流电压而对由所述电流提供单元提供的电流的导通周期性地进行切换的切换单元， 

所述测定单元参照所述电流提供单元的输出端的电压来测定所述阻抗。 

6.根据权利要求4所述的电力传输系统，其特征在于， 

所述输电装置还具备：提供电流的电流提供单元；以及为了生成所述交流电压而对由所述电流提供单元提供的电流的导通周期性地进行切换的切换单元， 

所述测定单元参照所述电流提供单元的输出端的电压来测定所述阻抗。 

7.根据权利要求3所述的电力传输系统，其特征在于， 

所述决定单元在由所述测定单元测出的阻抗具有多个极大值时，将高频带侧的极大值所对应的频率决定为所述谐振频率。 

8.根据权利要求4所述的电力传输系统，其特征在于， 

所述决定单元在由所述测定单元测出的阻抗具有多个极大值时，将高频带侧的极大值所对应的频率决定为所述谐振频率。 

9.根据权利要求5所述的电力传输系统，其特征在于， 

所述决定单元在由所述测定单元测出的阻抗具有多个极大值时，将高频带侧的极大值所对应的频率决定为所述谐振频率。 

10.根据权利要求6所述的电力传输系统，其特征在于， 

所述决定单元在由所述测定单元测出的阻抗具有多个极大值时，将高频带侧的极大值所对应的频率决定为所述谐振频率。 

11.根据权利要求1至10的任意一项所述的电力传输系统，其特征在于， 

所述调整单元含有对所述交流电压的高度进行调整的电压调整单元。 

12.根据权利要求1至10的任意一项所述的电力传输系统，其特征在于， 

所述输电装置还具备通过电磁感应来生成所述交流电压的生成单元， 

所述调整单元包含对所述生成单元的电磁感应特性进行调整的特性调整单元。 

13.根据权利要求1至10的任意一项所述的电力传输系统，其特征在于， 

所述谐振单元的谐振频率根据所述额定功率的增大而减少， 

由所述保持单元保持的对应关系相当于高频带谐振频率与低额定功率建立对应的关系。 

14.根据权利要求11所述的电力传输系统，其特征在于， 

所述谐振单元的谐振频率根据所述额定功率的增大而减少， 

由所述保持单元保持的对应关系相当于高频带谐振频率与低额定功率建立对应的关系。 

15.根据权利要求12所述的电力传输系统，其特征在于， 

所述谐振单元的谐振频率根据所述额定功率的增大而减少， 

由所述保持单元保持的对应关系相当于高频带谐振频率与低额定功率建立对应的关系。 

16.一种输电装置，其与受电装置耦合，该受电装置具备：表示额定功率所对应的谐振频率的谐振单元、以及将基于激发电场以及/或者激发磁场的电力提供给负载的提供单元， 

该输电装置具备： 

激发单元，该激发单元基于交流电压来激发电场以及/或者磁场； 

保持单元，该保持单元对多个谐振频率与多个额定功率之间的对应关系进行保持； 

检测单元，该检测单元扫描所述交流电压的频率来检测所述谐振单元的谐振频率； 

确定单元，该确定单元参照由所述保持单元保持的对应关系，对由所述检测单元检测出的谐振频率所对应的额定功率进行确定；以及 

调整单元，该调整单元以遵照由所述确定单元所确定的额定功率的方式，对由所述激发单元激发出的电场以及/或者磁场的大小进行调整。