DE112011103929T5 - Leistungssendevorrichtung und System zur drahtlosen Übertragung von Leistung, das diese enthält - Google Patents

Leistungssendevorrichtung und System zur drahtlosen Übertragung von Leistung, das diese enthält Download PDF

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Koichiro Kamata
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Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
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Abstract

Es wird keine Struktur, in der eine Resonanzfrequenz einer Leistungssendevorrichtung eingestellt wird, nachdem eine Resonanzfrequenz einer Leistungsempfangsvorrichtung direkt gemessen worden ist, sondern eine Struktur, in der die Resonanzfrequenzen der Leistungsempfangsvorrichtung und der Leistungssendevorrichtung geschätzt werden, nachdem die Reflexion eines elektromagnetischen Felds zum Übertragen elektrischer Leistung zu der Leistungsempfangsvorrichtung durch die Leistungssendevorrichtung überwacht worden ist, genutzt. Nachdem der Kapazitätswert eines veränderlichen Kondensators in einer Resonanzspule der Leistungsempfangsvorrichtung auf 0 eingestellt worden ist, wird ein Parameter S11 erfasst, während eine Frequenz einer elektromagnetischen Welle geändert wird, und wird die Resonanzfrequenz der Leistungssendevorrichtung auf der Grundlage des Parameters S11 geschätzt.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Leistungssendevorrichtungen und auf Systeme zur drahtlosen Übertragung von Leistung, die die Leistungssendevorrichtungen enthalten.
  • STAND DER TECHNIK
  • Es breiten sich verschiedene Arten elektronischer Vorrichtungen aus und es wird eine breite Vielfalt von Produkten auf den Markt gebracht. In den letzten Jahren breiten sich tragbare elektronische Vorrichtungen wie etwa Mobiltelephone und digitale Videokameras umfassend aus. Ferner erscheinen Elektroantriebs-Fortbewegungsfahrzeuge, die mit elektrischer Leistung versorgt werden, wie etwa Elektromobile, als Produkte auf dem Markt.
  • Mobiltelephone, digitale Videokameras und Elektroantriebs-Fortbewegungsfahrzeuge enthalten Batterien, die Energiespeichermittel sind. Die Batterien werden geladen, während sie in direktem Kontakt mit Heimwechselstromquellen sind, die in vielen Fällen Leistungsübertragungsmittel sind. In einer Struktur ohne eine Batterie oder in einer Struktur, in der in einer Batterie gespeicherte elektrische Leistung nicht verwendet wird, wird elektrische Leistung über einen Draht oder dergleichen von einer Heimwechselstromquelle direkt an eine elektronische Vorrichtung übertragen, damit die elektronische Vorrichtung arbeitet.
  • Andererseits werden Verfahren erforscht und entwickelt, durch die Batterien drahtlos geladen werden oder elektrische Leistung drahtlos zu Lasten übertragen wird. Übliche Verfahren sind ein elektromagnetisches Kopplungsverfahren (auch als ein elektromagnetisches Induktionsverfahren bezeichnet), ein Funkwellenverfahren (auch als ein Mikrowellenverfahren bezeichnet) und ein Resonanzverfahren. Als elektronische Vorrichtungen wie etwa kleine elektrische Haushaltsgeräte breiten sich Vorrichtungen aus, die das elektromagnetische Kopplungsverfahren nutzen.
  • Um die Effizienz der Übertragung elektrischer Leistung zu erhöhen, sind Systeme zur resonanten drahtlosen Übertragung von Leistung entwickelt worden, wie sie in den Literaturhinweisen 1 bis 3 offenbart sind.
  • [Literaturhinweis]
    • Literaturhinweis 1: Japanische veröffentlichte Patentanmeldung Nr. 2010-193598
    • Literaturhinweis 2: Japanische veröffentlichte Patentanmeldung Nr. 2010-239690
    • Literaturhinweis 3: Japanische veröffentlichte Patentanmeldung Nr. 2010-252468
  • OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
  • In einem System zur resonanten drahtlosen Übertragung von Leistung, wie es im Literaturhinweis 1 offenbart ist, ist es beim Erhöhen der Effizienz der Übertragung elektrischer Leistung wichtig, dass die Resonanzfrequenz einer Vorrichtung, die elektrische Leistung empfängt (wobei diese Vorrichtung im Folgenden als eine Leistungsempfangsvorrichtung bezeichnet ist), mit der Resonanzfrequenz einer Vorrichtung, die elektrische Leistung sendet (wobei diese Vorrichtung im Folgenden als eine Leistungssendevorrichtung bezeichnet ist), vereinbar ist.
  • Insbesondere wird die Resonanzfrequenz der Leistungsempfangsvorrichtung in Abhängigkeit von der Anordnung oder dergleichen der Leistungsempfangsvorrichtung geändert. Somit ist es wichtig, eine Änderung der Resonanzfrequenz der Leistungsempfangsvorrichtung durch die Leistungssendevorrichtung zu überwachen.
  • Allerdings ist eine Struktur komplex, falls die Resonanzfrequenz der Leistungsempfangsvorrichtung gemessen wird, der Messwert der Resonanzfrequenz zu der Leistungssendevorrichtung rückgekoppelt wird und die Resonanzfrequenz der Leistungssendevorrichtung geändert wird. Der Literaturhinweis 3 offenbart ein spezifisches Beispiel, in dem eine Struktur komplex ist. In Literaturhinweis 3 ist eine Struktur offenbart, in der in jeder Leistungsempfangsvorrichtung eine Schaltung zum Überwachen einer Änderung der Resonanzfrequenz bereitgestellt ist. Da die zusätzliche Bereitstellung einer Schaltung in jeder Leistungsempfangsvorrichtung zu einer Erhöhung der Kosten führt, ist die Struktur unzweckmäßig. Insbesondere ist es in einer Übertragung unter Verwendung von vier Elementen, in der elektrische Leistung drahtlos zwischen einer ersten Spule (auch als eine Leistungssendespule bezeichnet) einer Leistungssendevorrichtung und einer zweiten Spule (auch als eine Leistungsempfangsspule bezeichnet) einer Leistungsempfangsvorrichtung über eine erste Resonanzspule und eine zweite Resonanzspule durch ein Resonanzverfahren drahtlos übertragen wird, unzweckmäßig, ein Mittel zum Messen einer Resonanzfrequenz in der Leistungsempfangsvorrichtung bereitzustellen, da die Größe der Leistungsempfangsvorrichtung weiter erhöht wird.
  • Somit ist es eine Aufgabe einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur resonanten Sendung von Leistung, mit der eine Resonanzfrequenzanpassung zwischen Resonanzspulen der Leistungssendevorrichtung und einer Leistungsempfangsvorrichtung nur durch eine Änderung des Entwurfs der Struktur der Leistungssendevorrichtung ausgeführt werden kann und mit der die Effizienz der Übertragung elektrischer Leistung erhöht werden kann, und ein System zur drahtlosen Übertragung von Leistung, das die Leistungssendevorrichtung enthält, zu schaffen.
  • Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist keine Struktur, in der die Resonanzfrequenz einer Leistungssendevorrichtung eingestellt wird, nachdem die Resonanzfrequenz einer Leistungsempfangsvorrichtung direkt gemessen worden ist, sondern eine Struktur, in der die Resonanzfrequenzen einer Leistungsempfangsvorrichtung und einer Leistungssendevorrichtung geschätzt werden, nachdem die Reflexion eines elektromagnetischen Felds zum Übertragen elektrischer Leistung zu der Leistungsempfangsvorrichtung durch die Leistungssendevorrichtung überwacht worden ist. Insbesondere wird in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Resonanzfrequenz einer Leistungssendevorrichtung unter der Bedingung geschätzt, dass eine Kapazitätskomponente in einer Resonanzspule der Leistungssendevorrichtung in der Weise gesteuert wird, dass die Überwachung der Reflexion einer elektromagnetischen Welle, wenn die Reflexion der elektromagnetischen Welle überwacht wird, nicht beeinflusst wird. Genauer wird, nachdem der Kapazitätswert eines veränderlichen Kondensators in einer Resonanzspule der Leistungsempfangsvorrichtung einmal auf 0 eingestellt worden ist, ein Parameter S11 erfasst, der eine Angabe in einer Streumatrix (im Folgenden als ein Parameter S bezeichnet) zu dem Zeitpunkt, zu dem die Reflexion einer elektromagnetischen Welle für die Übertragung elektrischer Leistung überwacht wird, gibt, wobei die Frequenz der elektromagnetischen Welle geändert wird und die Resonanzfrequenz der Leistungssendevorrichtung auf der Grundlage des Parameters S11 geschätzt wird.
  • Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Leistungssendevorrichtung, die eine erste Spule, eine erste Resonanzspule, einen Detektor und eine Steuervorrichtung enthält. Die erste Spule ist über einen Koppler mit einer Hochfrequenzleistungsquelle verbunden. Die erste Resonanzspule ist mit einem veränderlichen Kondensator verbunden und ist mit der ersten Spule elektromagnetisch gekoppelt, wobei zwischen der ersten Resonanzspule und einer zweiten Resonanzspule, die mit einer zweiten Spule in einer Leistungsempfangsvorrichtung elektromagnetisch gekoppelt ist, elektromagnetische Resonanz auftritt. Der Detektor erfasst die Stärke eines von dem Koppler ausgegebenen Parameters S11. Die Steuervorrichtung besitzt eine Funktion zum Ändern des Kapazitätswerts des veränderlichen Kondensators und der Schwingungsfrequenz eines von der Hochfrequenzleistungsquelle ausgegebenen Signals, wobei sie den Kapazitätswert des veränderlichen Kondensators auf 0 einstellt, wobei sie eine Frequenz, bei der die Stärke des Parameters S11 unter der Bedingung, dass der Kapazitätswert des veränderlichen Kondensators 0 ist, zu der Zeit geändert wird, zu der die Schwingungsfrequenz des von der Hochfrequenzleistungsquelle ausgegebenen Signals geändert wird, als die Resonanzfrequenz der zweiten Resonanzspule einstellt, wobei sie die Resonanzfrequenz der ersten Resonanzspule, nachdem der Kapazitätswert des veränderlichen Kondensators eingestellt worden ist, in Übereinstimmung mit der Resonanzfrequenz der zweiten Resonanzspule einstellt, und wobei sie die Schwingungsfrequenz des von der Hochfrequenzleistungsquelle ausgegebenen Signals als die Resonanzfrequenzen der ersten Resonanzspule und der zweiten Resonanzspule einstellt.
  • Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Leistungssendevorrichtung, die eine erste Spule, eine erste Resonanzspule, einen Detektor und eine Steuervorrichtung enthält. Die erste Spule ist über einen Koppler mit einer Hochfrequenzleistungsquelle verbunden. Die erste Resonanzspule ist mit einem veränderlichen Kondensator verbunden und ist mit der ersten Spule elektromagnetisch gekoppelt, wobei zwischen der ersten Resonanzspule und einer zweiten Resonanzspule, die mit einer zweiten Spule in einer Leistungsempfangsvorrichtung elektromagnetisch gekoppelt ist, elektromagnetische Resonanz auftritt. Der Detektor erfasst die Stärke eines von dem Koppler ausgegebenen Parameters S11. Die Steuervorrichtung besitzt eine Funktion zum Ändern des Kapazitätswerts des veränderlichen Kondensators und der Schwingungsfrequenz eines von der Hochfrequenzleistungsquelle ausgegebenen Signals, wobei sie den Kapazitätswert des veränderlichen Kondensators auf 0 einstellt, wobei sie eine Frequenz, bei der die Stärke des Parameters S11 unter der Bedingung, dass der Kapazitätswert des veränderlichen Kondensators 0 ist, zu der Zeit geändert wird, zu der die Schwingungsfrequenz des von der Hochfrequenzleistungsquelle ausgegebenen Signals geändert wird, als die Resonanzfrequenz der zweiten Resonanzspule einstellt, wobei sie die Resonanzfrequenz der ersten Resonanzspule nachdem der Kapazitätswert des veränderlichen Kondensators eingestellt worden ist, in Übereinstimmung mit der Resonanzfrequenz der zweiten Resonanzspule einstellt, und wobei sie eine Frequenz, bei der die Stärke des Parameters S11 unter der Bedingung, dass der Kapazitätswert des veränderlichen Kondensators auf einen auf der Resonanzfrequenz der zweiten Resonanzspule beruhenden Kapazitätswert eingestellt ist, zu der Zeit geändert wird, zu der die Schwingungsfrequenz des von der Hochfrequenzleistungsquelle ausgegebenen Signals geändert wird, als die Schwingungsfrequenz des von der Hochfrequenzleistungsquelle ausgegebenen Signals einstellt.
  • In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Leistungssendevorrichtung eine Speicherschaltung enthalten, in der der Kapazitätswert des veränderlichen Kondensators zum Einstellen der Resonanzfrequenz der ersten Resonanzspule auf der Grundlage der Resonanzfrequenz der zweiten Resonanzspule gespeichert ist, wobei die Speicherschaltung mit der Steuervorrichtung verbunden sein kann.
  • Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein System zur drahtlosen Übertragung von Leistung, das eine Leistungssendevorrichtung und eine Leistungsempfangsvorrichtung enthält. Die Leistungssendevorrichtung enthält eine erste Spule, eine erste Resonanzspule, einen Detektor und eine Steuervorrichtung. Die erste Spule ist über einen Koppler mit einer Hochfrequenzleistungsquelle verbunden. Die erste Resonanzspule ist mit der ersten Spule elektromagnetisch gekoppelt und ist mit einem veränderlichen Kondensator verbunden. Der Detektor erfasst die Stärke eines von dem Koppler ausgegebenen Parameters S11. Die Steuervorrichtung besitzt eine Funktion zum Ändern des Kapazitätswerts des veränderlichen Kondensators und der Schwingungsfrequenz eines von der Hochfrequenzleistungsquelle ausgegebenen Signals, wobei sie den Kapazitätswert des veränderlichen Kondensators auf 0 einstellt, wobei sie eine Frequenz, bei der die Stärke des Parameters S11 unter der Bedingung, dass der Kapazitätswert des veränderlichen Kondensators 0 ist, zu der Zeit geändert wird, zu der die Schwingungsfrequenz des von der Hochfrequenzleistungsquelle ausgegebenen Signals geändert wird, als eine Resonanzfrequenz einer zweiten Resonanzspule einstellt, wobei sie die Resonanzfrequenz der ersten Resonanzspule, nachdem der Kapazitätswert des veränderlichen Kondensators eingestellt worden ist, in Übereinstimmung mit der Resonanzfrequenz der zweiten Resonanzspule einstellt, und wobei sie die Schwingungsfrequenz des von der Hochfrequenzleistungsquelle ausgegebenen Signals als die Resonanzfrequenzen der ersten Resonanzspule und der zweiten Resonanzspule einstellt. Die Leistungsempfangsvorrichtung enthält die zweite Resonanzspule, die eine elektromagnetische Resonanz mit der ersten Resonanzspule veranlasst und die mit einem Kondensator und mit einer zweiten Spule, die mit der zweiten Resonanzspule elektromagnetisch gekoppelt ist und die mit einer Last verbunden ist, verbunden ist.
  • Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein System zur drahtlosen Übertragung von Leistung, das eine Leistungssendevorrichtung und eine Leistungsempfangsvorrichtung enthält. Die Leistungssendevorrichtung enthält eine erste Spule, eine erste Resonanzspule, einen Detektor und eine Steuervorrichtung. Die erste Spule ist über einen Koppler mit einer Hochfrequenzleistungsquelle verbunden. Die erste Resonanzspule ist mit der ersten Spule elektromagnetisch gekoppelt und ist mit einem veränderlichen Kondensator verbunden. Der Detektor erfasst die Stärke eines von dem Koppler ausgegebenen Parameters S11. Die Steuervorrichtung besitzt eine Funktion zum Ändern des Kapazitätswerts des veränderlichen Kondensators und der Schwingungsfrequenz eines von der Hochfrequenzleistungsquelle ausgegebenen Signals, wobei sie den Kapazitätswert des veränderlichen Kondensators auf 0 einstellt, wobei sie eine Frequenz, bei der die Stärke des Parameters S11 unter der Bedingung, dass der Kapazitätswert des veränderlichen Kondensators 0 ist, zu der Zeit geändert wird, zu der die Schwingungsfrequenz des von der Hochfrequenzleistungsquelle ausgegebenen Signals geändert wird, als die Resonanzfrequenz der zweiten Resonanzspule einstellt, wobei sie die Resonanzfrequenz der ersten Resonanzspule, nachdem der Kapazitätswert des veränderlichen Kondensators eingestellt worden ist, in Übereinstimmung mit der Resonanzfrequenz der zweiten Resonanzspule einstellt, und wobei sie eine Frequenz, bei der die Stärke des Parameters S11 unter der Bedingung, dass der Kapazitätswert des veränderlichen Kondensators auf einen Kapazitätswert eingestellt ist, der auf der Resonanzfrequenz der zweiten Resonanzspule beruht, zu der Zeit geändert wird, zu der die Schwingungsfrequenz des von der Hochfrequenzleistungsquelle ausgegebenen Signals geändert wird, als die Schwingungsfrequenz des von der Hochfrequenzleistungsquelle ausgegebenen Signals einstellt. Die Leistungsempfangsvorrichtung enthält die zweite Resonanzspule, die eine elektromagnetische Resonanz mit der ersten Resonanzspule veranlasst und die mit einem Kondensator und mit einer zweiten Spule, die mit der zweiten Resonanzspule elektromagnetisch gekoppelt ist und die mit einer Last verbunden ist, verbunden ist.
  • In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Leistungssendevorrichtung in dem System zur drahtlosen Übertragung von Leistung eine Speicherschaltung enthalten, in der der Kapazitätswert des veränderlichen Kondensators zum Einstellen der Resonanzfrequenz der ersten Resonanzspule auf der Grundlage der Resonanzfrequenz der zweiten Resonanzspule gespeichert ist, wobei die Speicherschaltung mit der Steuervorrichtung verbunden sein kann.
  • In Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine Vorrichtung zur resonanten Sendung von Leistung, mit der eine Resonanzfrequenzanpassung zwischen Resonanzspulen der Leistungssendevorrichtung und einer Leistungsempfangsvorrichtung nur durch eine Änderung des Entwurfs der Struktur der Leistungssendevorrichtung ausgeführt werden kann und mit der die Effizienz der Übertragung elektrischer Leistung erhöht werden kann, und ein System zur drahtlosen Übertragung von Leistung, das die Leistungssendevorrichtung enthält, zu schaffen.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • In den beigefügten Zeichnungen zeigen:
  • 1 eine Struktur in der Ausführungsform 1;
  • 2 eine Struktur in der Ausführungsform 1;
  • 3 eine Struktur in der Ausführungsform 1;
  • 4 eine Struktur in der Ausführungsform 1;
  • 5A bis 5C Strukturen in der Ausführungsform 1;
  • 6 eine Struktur in der Ausführungsform 2; und
  • 7A und 7B Strukturen in der Ausführungsform 3.
  • BESTE AUSFÜHRUNGSART DER ERFINDUNG
  • Anhand der Zeichnungen werden im Folgenden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben. Es wird angemerkt, dass die vorliegende Erfindung auf mehrere verschiedene Arten implementiert werden kann, und vom Fachmann auf dem Gebiet wird leicht gewürdigt werden, dass Arten und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung auf verschiedene Weise geändert werden können, ohne von dem Erfindungsgedanken und von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Somit soll die vorliegende Erfindung nicht als auf die Beschreibung der Ausführungsformen beschränkt verstanden werden. Es wird angemerkt, dass in den im Folgenden beschriebenen Strukturen der Erfindung Bezugszeichen, die dieselben Abschnitte bezeichnen, in verschiedenen Zeichnungen gemeinsam verwendet sind.
  • Es wird angemerkt, dass die Größe, die Schichtdicke oder die Signalform jeder in den Zeichnungen und dergleichen in Ausführungsformen dargestellten Komponente in einigen Fällen der Klarheit halber überhöht sind. Somit sind die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung nicht auf diese Maßstäbe beschränkt.
  • Es wird angemerkt, dass Begriffe wie ”erstes”, ”zweites”, ”drittes” und ”n-tes” (wobei n eine natürliche Zahl ist) in dieser Beschreibung verwendet sind, um eine Verwechslung zwischen Komponenten zu vermeiden, und die Anzahl der Komponenten nicht einschränken.
  • (Ausführungsform 1)
  • In dieser Ausführungsform sind eine Vorrichtung zur resonanten drahtlosen Sendung von Leistung und ein System zur resonanten drahtlosen Übertragung von Leistung in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
  • 1 ist ein Blockschaltplan einer Leistungssendevorrichtung und einer Leistungsempfangsvorrichtung. 1 veranschaulicht die Übertragung elektrischer Leistung mit einer elektromagnetischen Welle durch Resonanz einer ersten Resonanzspule in der Leistungssendevorrichtung und einer zweiten Resonanzspule in der Leistungsempfangsvorrichtung.
  • 1 veranschaulicht eine Leistungssendevorrichtung 101 und eine Leistungsempfangsvorrichtung 102. Die Leistungssendevorrichtung 101 enthält eine erste Spule 103 (auch als eine Leistungssendespule bezeichnet), eine Hochfrequenzleistungsquelle 104, einen Koppler 105 (auch als ein Richtkoppler bezeichnet), eine erste Resonanzspule 107, einen veränderlichen Kondensator 106, einen Detektor 108, eine Steuervorrichtung 109 und eine Speicherschaltung 110.
  • Die Leistungsempfangsvorrichtung 102 enthält eine zweite Resonanzspule 111, einen Kondensator 112, eine zweite Spule 113 (auch als eine Leistungsempfangsspule bezeichnet) und eine Last 114.
  • In 1 ist die erste Spule 103 über den Koppler 105 mit der Hochfrequenzleistungsquelle 104 verbunden. Als die erste Spule 103 kann eine Spule verwendet werden, die durch Wickeln eines Drahts gebildet worden ist. Da die Lage der Leistungssendevorrichtung 101 im Vergleich zu der Lage der Leistungsempfangsvorrichtung 102 nicht besonders beschränkt ist, weist die erste Spule 103 in der Leistungssendevorrichtung 101 eine höhere Entwurfsflexibilität als die zweite Spule 113 in der Leistungsempfangsvorrichtung 102 auf.
  • Es wird angemerkt, dass, wenn explizit beschrieben ist, dass ”A mit B verbunden ist”, der Fall, dass A mit B elektrisch verbunden ist, der Fall, dass A mit B funktional verbunden ist, und der Fall, dass A mit B direkt verbunden ist, enthalten sind.
  • In 1 ist die Hochfrequenzleistungsquelle 104 eine Leistungsversorgungsschaltung zum Ausgeben eines Signals, dessen Frequenz in Übereinstimmung mit der Steuerung durch die Steuervorrichtung 109 sukzessiv geändert wird.
  • Es wird angemerkt, dass die Hochfrequenzleistungsquelle 104 einen spannungsgesteuerten Oszillator (VCO) oder dergleichen enthalten kann, damit die Frequenz eines Ausgangssignals in Übereinstimmung mit der Spannungseingabe von der Steuervorrichtung 109 geändert wird.
  • In dieser Ausführungsform gibt es keine besondere Beschränkung einer Frequenz, die mit einem von der Hochfrequenzleistungsquelle 104 in der Leistungssendevorrichtung 101 ausgegebenen Wechselstromsignal in Schwingungen versetzt wird (wobei eine solche Frequenz als eine Schwingungsfrequenz bezeichnet ist), wobei eine Schwingungsfrequenz verwendet werden kann, mit der elektrische Leistung durch ein Resonanzverfahren übertragen werden kann. Die Schwingungsfrequenz einer elektromagnetischen Welle zur Leistungsübertragung kann z. B. in dem Frequenzbereich von mehreren Kilohertz bis zu mehreren Gigahertz verwendet werden. Insbesondere ist in dieser Ausführungsform der Frequenzbereich von mehreren Megahertz hinsichtlich der Übertragungseffizienz bevorzugt, da eine Resonanz (magnetische Resonanz) veranlasst werden kann.
  • In 1 ist der Koppler 105 (der Richtkoppler) eine Schaltung zum Erfassen eines Parameters S in der Schaltung, die die Hochfrequenzleistungsquelle enthält. In dieser Ausführungsform erfasst der Koppler 105 einen Parameter S11, der eine Angabe des Verlusts wegen Reflexion zwischen einem Zwei-Leitungsenden-Anschluss der ersten Spule 103 und einem Zwei-Leitungsenden-Anschluss der zweiten Resonanzspule 111 gibt.
  • In 1 ist die erste Resonanzspule 107 mit dem veränderlichen Kondensator 106 verbunden. Als die erste Resonanzspule 107 kann eine Spule verwendet werden, die durch Wickeln eines Drahts gebildet ist. An die Form der ersten Resonanzspule 107 gibt es keine besondere Beschränkung; allerdings weist die erste Resonanzspule 107 in der Leistungssendevorrichtung 101 eine höhere Entwurfsflexibilität als die zweite Resonanzspule 111 in der Leistungsempfangsvorrichtung 102 auf, da die Lage der Leistungssendevorrichtung 101 im Vergleich zu der Lage der Leistungsempfangsvorrichtung 102 nicht besonders beschränkt ist. Es wird angemerkt, dass Signale zum drahtlosen Zuführen elektrischer Leistung zwischen der ersten Spule 103 und der ersten Resonanzspule 107 drahtlos durch elektromagnetische Kopplung gesendet und empfangen werden. Außerdem werden Signale zum drahtlosen Zuführen elektrischer Leistung zwischen der ersten Resonanzspule 107 und der zweiten Resonanzspule 111 drahtlos durch elektromagnetische Resonanz gesendet und empfangen. Die elektromagnetische Resonanz wird bei der resonanten drahtlosen Übertragung von Leistung verwendet. Durch elektromagnetische Resonanz kann von einem elektrischen Feld oder von einem magnetischen Feld innerhalb einer Strecke von 1 m oder weniger elektrische Leistung, die höher als die durch elektromagnetische Kopplung erzeugte elektrische Leistung ist, übertragen werden.
  • Der veränderliche Kondensator 106 in 1 kann z. B. eine Varaktordiode sein, die die Breite einer Verarmungsschicht wegen eines Halbleitermaterials nutzt, so dass die Kapazität durch eine von außen angelegte Spannung geändert wird. Alternativ kann der veränderliche Kondensator 106 mikroelektromechanische Systeme (MEMS) sein, so dass die Kapazität durch eine von außen angelegte Spannung geändert wird.
  • In 1 erfasst der Detektor 108 die Stärke des in dem Koppler 105 erhaltenen Parameters S11. Genauer ist der Detektor 108 eine Schaltung, die die Stärke des Parameters S11, die ein analoger Wert ist, in einen digitalen Wert umsetzt und die Stärke des Parameters S11, die der digitale Wert ist, an die Steuervorrichtung 109 sendet.
  • In 1 besitzt die Steuervorrichtung 109 eine Funktion zum Ändern des Kapazitätswerts des veränderlichen Kondensators 106 und der Schwingungsfrequenz eines von der Hochfrequenzleistungsquelle 104 ausgegebenen Signals. Die Steuervorrichtung 109 führt mehrere verschiedene Operationen aus.
  • Genauer besitzt die Steuervorrichtung 109 eine Funktion zum Einstellen des Kapazitätswerts des veränderlichen Kondensators 106 auf 0. Ferner besitzt die Steuervorrichtung 109 eine Funktion, um die an die Hochfrequenzleistungsquelle 104 anzulegende Spannung unter der Bedingung, dass der Kapazitätswert des veränderlichen Kondensators 106 0 ist, in der Weise einzustellen, dass die Schwingungsfrequenz der Hochfrequenzleistungsquelle 104 sukzessiv geändert wird.
  • Es wird angemerkt, dass der Ausdruck ”der Kapazitätswert des veränderlichen Kondensators 106 wird auf 0 eingestellt” in dieser Patentschrift bedeutet, dass der Kapazitätswert des veränderlichen Kondensators 106 in der Weise eingestellt wird, dass die erste Resonanzspule 107 zwischen der ersten Spule 103 und der zweiten Resonanzspule 111 gesendete und empfangene Signale nicht beeinflusst.
  • Es wird angemerkt, dass dann, wenn die Schwingungsfrequenz der Hochfrequenzleistungsquelle 104 unter der Bedingung, dass der Kapazitätswert des veränderlichen Kondensators 106 0 ist, sukzessiv geändert wird, der in dem Koppler 105 erhaltene Parameter S11 in Übereinstimmung mit einer Änderung der Schwingungsfrequenz der Hochfrequenzleistungsquelle 104 geändert wird. In der folgenden Beschreibung wird eine Spitzenfrequenz, bei der der Parameter S11, der durch eine sukzessive Änderung der Schwingungsfrequenz der Hochfrequenzleistungsquelle 104 unter der Bedingung erhalten wird, dass der Kapazitätswert des veränderlichen Kondensators 106 0 ist, geändert wird, als f0 bezeichnet. Es wird angemerkt, dass die durch die Steuervorrichtung 109 erfasste Frequenz f0 als die Resonanzfrequenz der zweiten Resonanzspule 111 geschätzt werden kann.
  • 2 ist ein Graph, in dem die horizontale Achse die Schwingungsfrequenz der Hochfrequenzleistungsquelle 104 repräsentiert und die vertikale Achse die Stärke des Parameters S11, der in dem Detektor 108 erhalten wird, repräsentiert. Genauer repräsentiert eine Frequenz f die Stärke (dB) eines magnetischen Felds, das die Stärke des Parameters S11 angibt, während die Frequenz f von 2,0 bis 4,0 MHz geändert wird.
  • In 2 ist die Spitzenfrequenz f0 zu dem Zeitpunkt, zu dem die Stärke des Parameters S11, der in dem Detektor 108 erhalten wird, geändert wird, auf 3 MHz geschätzt. Mit anderen Worten, wenn die Schwingungsfrequenz 3 MHz beträgt, ist die Stärke des Parameters S11 niedrig und ist der Leistungsverlust wegen der Reflexion zwischen der ersten Spule 103 und der zweiten Resonanzspule 111 niedrig.
  • Es wird angemerkt, dass in dieser Patentschrift ”die Spitzenfrequenz zu dem Zeitpunkt, zu dem die Stärke des Parameters S11 geändert wird” eine Frequenz zu dem Zeitpunkt ist, zu dem die Stärke des Parameters S11, wie in 2 dargestellt ist, beim sukzessiven Ändern der Schwingungsfrequenz merklich verringert wird und daraufhin schnell auf die ursprüngliche Stärke zurückgestellt wird. Es wird angemerkt, dass die Spitzenfrequenz zu dem Zeitpunkt, zu dem die Stärke des Parameters S11 geändert wird, als ”eine Frequenz, bei der die Stärke des Parameters S11 geändert wird” bezeichnet werden könnte.
  • Es wird angemerkt, dass 3 ein Graph ist, in dem die horizontale Achse die Schwingungsfrequenz der Hochfrequenzleistungsquelle 104 repräsentiert und die vertikale Achse die Stärke der magnetischen Felder des Parameters S11 und eines Parameters S21, die in dem Koppler 105 erhalten werden, falls die elektromagnetische Resonanz zwischen der ersten Resonanzspule 107 und der zweiten Resonanzspule 111 auftritt, repräsentiert. Der Parameter S21 gibt eine Angabe der Effizienz der Übertragung elektrischer Leistung in dem Parameter S.
  • Wie aus 3 klar ist, werden die Frequenzen f0, bei denen der in dem Detektor 108 erhaltene Parameter S11 geändert wird, bei etwa 2,6 MHz und 3,6 MHz geschätzt. Mit anderen Worten, der Leistungsverlust wegen Reflexion ist niedrig, wenn die Schwingungsfrequenzen 2,6 MHz und 3,6 MHz sind. Ähnlich werden die Frequenzen f0, bei denen der Parameter S21 geändert wird, bei etwa 2,6 MHz und 3,6 MHz geschätzt. 3 zeigt, dass die Spitze des Parameters S11 mit der Spitze des Parameters S21 vereinbar ist. Das heißt, die Effizienz der Übertragung elektrischer Leistung ist hoch, wenn die Schwingungsfrequenzen 2,6 MHz und 3,6 MHz sind. Mit anderen Worten, wenn die Frequenz f0 durch Überwachen einer Änderung der Schwingungsfrequenz des Parameters S11 erhalten wird, kann eine Frequenz mit hoher Effizienz der Übertragung elektrischer Leistung, d. h. die Resonanzfrequenz der zweiten Resonanzspule 111, geschätzt werden.
  • Ferner besitzt die Steuervorrichtung 109 eine Funktion zum Ändern des Kapazitätswerts des veränderlichen Kondensators 106 in einen Wert, der auf der Frequenz f0 beruht, nachdem die Frequenz f0 erfasst worden ist. Darüber hinaus besitzt die Steuervorrichtung 109 eine Funktion zum Festsetzen der Schwingungsfrequenz der Hochfrequenzleistungsquelle 104 auf die Frequenz f0, während der Kapazitätswert des veränderlichen Kondensators 106 auf den auf der Frequenz f0 beruhenden Wert eingestellt wird.
  • In 1 speichert die Speicherschaltung 110 eine Nachschlagetabelle, in der die Spannung zum Einstellen der Kapazität des veränderlichen Kondensators 106 durch die Steuervorrichtung 109 im Voraus geschätzt wird, damit die Steuervorrichtung 109 die Resonanzfrequenz der ersten Resonanzspule 107 in Übereinstimmung mit der Frequenz f0, die die Resonanzfrequenz der zweiten Resonanzspule 111 ist, einstellt.
  • In 1 kann eine durch Wickeln eines Drahts gebildete Spule als die zweite Resonanzspule 111 verwendet werden. An die Form der zweiten Resonanzspule 111 gibt es keine bestimmte Beschränkung; allerdings ist die zweite Resonanzspule 111 in der Leistungsempfangsvorrichtung 102 vorzugsweise so ausgelegt, dass sie kleiner als die erste Resonanzspule 107 in der Leistungssendevorrichtung 101 ist, da die Leistungsempfangsvorrichtung 102 kleiner als die Leistungssendevorrichtung 101 sein muss. Insbesondere ist der Gütefaktor der zweiten Resonanzspule 111 vorzugsweise hoch. Genauer ist der Gütefaktor der zweiten Resonanzspule 111 vorzugsweise 1000 oder mehr. Es wird angemerkt, dass Signale zum drahtlosen Zuführen elektrischer Leistung zwischen der zweiten Resonanzspule 111 und der ersten Resonanzspule 107 durch elektromagnetische Resonanz gesendet und empfangen werden.
  • Obwohl 1 den Kondensator 112 veranschaulicht, kann der Kondensator 112 eine parasitäre Kapazität sein, die zur Zeit der Bildung der zweiten Resonanzspule 111 erzeugt wird. Alternativ kann der Kondensator 112 ein Kondensator sein, der unabhängig von der zweiten Resonanzspule 111 im Voraus bereitgestellt wird.
  • In 1 kann eine durch Wickeln eines Drahts gebildete Spule als die zweite Spule 113 verwendet werden. An die Form der zweiten Spule 113 gibt es keine besondere Beschränkung; allerdings ist die zweite Spule 113 in der Leistungsempfangsvorrichtung 102 vorzugsweise so ausgelegt, dass sie kleiner als die erste Spule 103 in der Leistungssendevorrichtung 101 ist, da die Leistungsempfangsvorrichtung 102 kleiner als die Leistungssendevorrichtung 101 sein muss. Es wird angemerkt, dass die Signale zum drahtlosen Zuführen elektrischer Leistung zwischen der zweiten Spule 113 und der zweiten Resonanzspule 111 durch elektromagnetische Kopplung gesendet und empfangen werden.
  • In 1 muss die Last 114 durch drahtlose Leistungsübertragung arbeiten. Zum Beispiel können eine Batterie, ein Elektromotor oder dergleichen verwendet werden. Genauer kann eine elektronische Vorrichtung, die durch eine Batterie arbeitet, wie etwa ein Mobiltelephon oder ein Elektroantriebs-Fortbewegungsfahrzeug, verwendet werden. Es wird angemerkt, dass in der Leistungsempfangsvorrichtung 102 zwischen der Last 114 und der zweiten Spule 113 eine Schaltung wie etwa ein Gleichstromwandler oder eine Gleichrichterschaltung zum Umsetzen der an die zweite Spule 113 gesendeten Wechselspannung in eine in der Last 114 verwendete Gleichspannung bereitgestellt sein kann.
  • 4 ist ein Ablaufplan eines drahtlosen Systems zur Übertragung von Leistung in der vorliegenden Erfindung. 5A bis 5C sind schematische Diagramme in dem Ablaufplan in 4.
  • In Schritt 201 in 4 wird der Kapazitätswert des veränderlichen Kondensators 106 in der Leistungssendevorrichtung 101 durch Steuerung mit der Steuervorrichtung 109 auf 0 eingestellt. Mit anderen Worten, in dem Schritt 201 in 4, wie er in dem schematischen Diagramm in 5A dargestellt ist, sollen der veränderliche Kondensator 106 und die erste Resonanzspule 107 (die punktierten Linien in dem Diagramm) durch eine Signalausgabe von der ersten Spule 103 nicht beeinflusst werden.
  • In Schritt 202 in 4 wird in der Leistungssendevorrichtung 101 die Schwingungsfrequenz der Hochfrequenzleistungsquelle 104 durch Steuerung mit der Steuervorrichtung 109 in der Weise abgetastet, dass die Schwingungsfrequenz der Hochfrequenzleistungsquelle 104 sukzessiv geändert wird.
  • In Schritt 203 in 4 wird in der Leistungssendevorrichtung 101 bestimmt, ob in der Steuervorrichtung 109 die Frequenz f0, bei der die Stärke des Parameters S11 geändert wird, wenn die Schwingungsfrequenz der Hochfrequenzleistungsquelle 104 sukzessiv geändert wird, erfasst wird. Falls die Frequenz f0 nicht erfasst wird, ist in Schritt 203 ein Umbau der Leistungsempfangsvorrichtung oder dergleichen durch einen Nutzer erforderlich und werden die Schritte von Schritt 201 an erneut ausgeführt. Mit anderen Worten, in den Schritten 202 und 203 in 4, wie sie in dem schematischen Diagramm in 5B dargestellt sind, wird eine Frequenz, bei der ein Leistungsverlust wegen Reflexion zwischen der ersten Spule 103 und der zweiten Resonanzspule 111 verringert wird, bestimmt, während der veränderliche Kondensator 106 und die erste Resonanzspule 107 (die punktierten Linien in dem Diagramm) durch eine Signalausgabe von der ersten Spule 103 nicht beeinflusst werden. Über die Reihe von Schritten wird die Frequenz f0 erfasst.
  • Falls die Frequenz f0 in Schritt 203 erfasst wird, wird in Schritt 204 in 4 der Kapazitätswert des veränderlichen Kondensators in Übereinstimmung mit der Frequenz f0 eingestellt. Der Kapazitätswert des veränderlichen Kondensators 106 kann mit Bezug auf die in der Speicherschaltung 110 gespeicherte Nachschlagetabelle eingestellt werden. Die Nachschlagetabelle speichert die Anlegespannung auf der Grundlage des Kapazitätswerts des veränderlichen Kondensators 106, der in Übereinstimmung mit der Frequenz f0, d. h. mit einer im Voraus geschätzten Resonanzfrequenz, eingestellt wird.
  • In Schritt 205 in 4 wird in der Leistungssendevorrichtung 101 die an die Hochfrequenzleistungsquelle 104 anzulegende Spannung durch Steuerung mit der Steuervorrichtung 109 in der Weise eingestellt, dass die Frequenz f0 als die Schwingungsfrequenz der Hochfrequenzleistungsquelle 104 eingestellt wird. Mit anderen Worten, in den Schritten 204 und 205 in 4, wird, wie in dem schematischen Diagramm in 5C dargestellt ist, eine Resonanzfrequenzanpassung in der Weise ausgeführt, dass zwischen der ersten Resonanzspule 107 und der zweiten Resonanzspule 111 durch Anlegen einer Spannung an den veränderlichen Kondensator 106 eine Resonanz auftritt und von der Hochfrequenzleistungsquelle 104 eine Ausgabe erhalten wird, deren Schwingungsfrequenz die Frequenz f0 ist.
  • In Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine resonante Sendevorrichtung, mit der eine Resonanzfrequenzanpassung zwischen Resonanzspulen der Leistungssendevorrichtung und einer Leistungsempfangsvorrichtung nur durch eine Änderung des Entwurfs der Struktur der Leistungssendevorrichtung ausgeführt werden kann und mit der die Effizienz der Übertragung elektrischer Leistung erhöht werden kann, und ein System zur resonanten drahtlosen Übertragung von Leistung zu schaffen.
  • Diese Ausführungsform kann mit irgendeiner der in den anderen Ausführungsformen beschriebenen Strukturen nach Bedarf kombiniert werden.
  • (Ausführungsform 2)
  • In dieser Ausführungsform ist der Fall beschrieben, dass zu dem Ablaufplan in 4 in der Ausführungsform 1 verschiedene Schritte hinzugefügt sind.
  • Es wird angemerkt, dass die Steuervorrichtung 109 in 1 in der Ausführungsform 1, die in dieser Ausführungsform beschrieben ist, eine Funktion zum Ändern des Kapazitätswerts eines veränderlichen Kondensators und der Schwingungsfrequenz eines von einer Hochfrequenzleistungsquelle ausgegebenen Signals besitzt. Genauer besitzt die Steuervorrichtung 109 eine Funktion zum Einstellen des Kapazitätswerts des veränderlichen Kondensators 106 auf 0. Ferner besitzt die Steuervorrichtung 109 eine Funktion zum Einstellen einer an die Hochfrequenzleistungsquelle 104 anzulegenden Spannung in der Weise, dass die Schwingungsfrequenz der Hochfrequenzleistungsquelle 104 unter der Bedingung, dass der Kapazitätswert des veränderlichen Kondensators 106 0 ist, sukzessiv geändert wird. Ferner besitzt die Steuervorrichtung 109 eine Funktion zum Ändern des Kapazitätswerts des veränderlichen Kondensators 106 in einen Wert, der auf der Frequenz f0 beruht, in Übereinstimmung mit der Frequenz f0, nachdem die Frequenz f0 erfasst worden ist. Darüber hinaus besitzt die Steuervorrichtung 109 eine Funktion zum Einstellen einer Frequenz, bei der die Stärke des Parameters S11 zu der Zeit, zu der die Schwingungsfrequenz des von der Hochfrequenzleistungsquelle ausgegebenen Signals geändert wird, während der Kapazitätswert des veränderlichen Kondensators 106 auf den auf der Frequenz f0 beruhenden Wert eingestellt ist, als die Schwingungsfrequenz des von der Hochfrequenzleistungsquelle ausgegebenen Signals geändert wird.
  • Es wird angemerkt, dass die Schritte 201 bis 204 in 6 ähnlich jenen des Ablaufplans in 4 in der Ausführungsform 1 sind.
  • Während in Schritt 301 in 6 in der Leistungssendevorrichtung 101 der Kapazitätswert des veränderlichen Kondensators 106 auf den in Übereinstimmung mit der Frequenz f0 eingestellten Wert, der die Resonanzfrequenz ist, festgesetzt wird, wird die Schwingungsfrequenz der Hochfrequenzleistungsquelle 104 durch die Steuerung mit der Steuervorrichtung 109 in der Weise abgetastet, dass die Schwingungsfrequenz der Hochfrequenzleistungsquelle 104 sukzessiv geändert wird.
  • In Schritt 302 in 6 wird in der Leistungssendevorrichtung 101 bestimmt, ob in der Steuervorrichtung 109 die Spitze einer Frequenz, bei der die Stärke des Parameters S11 geändert wird, erfasst wird, wenn die Schwingungsfrequenz der Hochfrequenzleistungsquelle 104 sukzessiv geändert wird. In Schritt 302 ist ein Umbau einer Leistungsempfangsvorrichtung oder dergleichen durch einen Nutzer erforderlich, falls die Spitze der Frequenz nicht erfasst wird, wobei die Schritte von Schritt 201 an erneut ausgeführt werden.
  • In Schritt 303 in 6 wird bestimmt, ob die Spitze der Frequenz in Schritt 302 zwei Spitzen von (f0 + Δf) und (f0 – Δf), die von der in Schritt 203 erfassten Frequenz f0 getrennt sind, entspricht.
  • Falls in Schritt 303 bestimmt wird, dass die Anzahl der Spitzen der Frequenz zwei ist, wird in Schritt 304 in 6 in der Leistungssendevorrichtung 101 die an die Hochfrequenzleistungsquelle 104 anzulegende Spannung durch Steuerung mit der Steuervorrichtung 109 in der Weise eingestellt, dass die Frequenz (f0 + Δf) oder die Frequenz (f0 – Δf) als die Schwingungsfrequenz der Hochfrequenzleistungsquelle 104 eingestellt wird. Es wird angemerkt, dass die Frequenz (f0 + Δf) oder die Frequenz (f0 – Δf), bei der die Stärke des durch einen Detektor erfassten Parameters S11 niedriger ist, vorzugsweise als die Schwingungsfrequenz verwendet wird.
  • Falls in Schritt 303 bestimmt wird, dass die Spitze der Frequenz f0 ist, wird in Schritt 305 in 6 in der Leistungssendevorrichtung 101 die an die Hochfrequenzleistungsquelle 104 anzulegende Spannung durch Steuerung mit der Steuervorrichtung 109 in der Weise eingestellt, dass die Frequenz f0 als die Schwingungsfrequenz der Hochfrequenzleistungsquelle 104 eingestellt wird.
  • In Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine Vorrichtung zur resonanten drahtlosen Sendung von Leistung, in der eine Resonanzfrequenzanpassung zwischen Resonanzspulen der Leistungssendevorrichtung und einer Leistungsempfangsvorrichtung nur durch eine Änderung des Entwurfs der Struktur der Leistungssendevorrichtung ausgeführt werden kann und in der die Effizienz der Übertragung elektrischer Leistung erhöht werden kann, und ein System zur resonanten drahtlosen Übertragung von Leistung zu schaffen. Insbesondere kann in der Struktur dieser Ausführungsform eine Abnahme der Effizienz der Übertragung elektrischer Leistung, die durch den Abstand der Frequenzspitzen wegen Verringerung der Entfernung zwischen einer Empfangsvorrichtung und einer Leistungssendevorrichtung verursacht wird, unterdrückt werden, während die Resonanzfrequenzen der Resonanzspulen aneinander angepasst sind.
  • Diese Ausführungsform kann mit einer der in den anderen Ausführungsformen beschriebenen Strukturen nach Bedarf kombiniert werden.
  • (Ausführungsform 3)
  • In dieser Ausführungsform werden Anwendungen des drahtlosen Systems zur Übertragung von Leistung in der obigen Ausführungsform beschrieben. Es wird angemerkt, dass als Anwendungen eines drahtlosen Systems zur Übertragung von Leistung in der vorliegenden Erfindung z. B. tragbare elektronische Vorrichtungen wie etwa ein Mobiltelephon, eine digitale Videokamera, ein Computer, ein tragbares Informationsendgerät (z. B. ein mobiler Computer, eine tragbare Spielemaschine oder ein E-Book-Lesegerät) und eine Bildwiedergabevorrichtung einschließlich eines Aufzeichnungsmediums (genauer einer Digital Versatile Disk (DVD)) gegeben werden können. Außerdem kann ein Elektroantriebs-Fortbewegungsfahrzeug, das durch elektrische Leistung mit Leistung versorgt wird, wie etwa ein Elektromobil gegeben werden. Beispiele solcher elektronischer Vorrichtungen sind im Folgenden anhand der Zeichnungen beschrieben.
  • 7A veranschaulicht eine Anwendung eines drahtlosen Systems zur Übertragung von Leistung an ein Mobiltelephon und an ein tragbares Informationsendgerät, wobei eine Leistungssendevorrichtung 701, ein Mobiltelephon 702A, das eine Leistungsempfangsvorrichtung 703A enthält, und ein Mobiltelephon 702B, das eine Leistungsempfangsvorrichtung 703B enthält, enthalten sind. Das drahtlose System zur Übertragung von Leistung in der obigen Ausführungsform kann zwischen der Leistungssendevorrichtung 701 und der Leistungsempfangsvorrichtung 703A sowie zwischen der Leistungssendevorrichtung 701 und der Leistungsempfangsvorrichtung 703B bereitgestellt sein. Somit ist es möglich, eine Vorrichtung zur resonanten drahtlosen Sendung von Leistung, in der eine Resonanzfrequenzanpassung zwischen Resonanzspulen der Leistungssendevorrichtung und einer Leistungsempfangsvorrichtung nur durch Änderung eines Entwurfs der Struktur der Leistungssendevorrichtung ausgeführt werden kann und in der die Effizienz der Übertragung elektrischer Leistung erhöht werden kann, und ein System zur resonanten drahtlosen Übertragung von Leistung zu schaffen.
  • 7B veranschaulicht eine Anwendung eines drahtlosen Systems zur Übertragung von Leistung an ein Elektromobil, das ein Elektroantriebs-Fortbewegungsfahrzeug ist, wobei eine Leistungssendevorrichtung 711 und ein Elektromobil 712, das eine Leistungsempfangsvorrichtung 713 enthält, enthalten sind. Das drahtlose System zur Übertragung von Leistung in der obigen Ausführungsform kann zwischen der Leistungssendevorrichtung 711 und der Leistungsempfangsvorrichtung 713 bereitgestellt sein. Somit ist es möglich, eine Vorrichtung zur drahtlosen resonanten Sendung von Leistung, in der eine Resonanzfrequenzanpassung zwischen den Resonanzspulen der Leistungssendevorrichtung und einer Leistungsempfangsvorrichtung nur durch eine Änderung eines Entwurfs der Struktur der Leistungssendevorrichtung ausgeführt werden kann und in der die Effizienz der Übertragung elektrischer Leistung erhöht werden kann, und ein System zur resonanten drahtlosen Übertragung von Leistung zu schaffen.
  • Wie oben beschrieben wurde, kann das drahtlose System zur Übertragung von Leistung in der obigen Ausführungsform in einem Objekt, das mit Leistung angetrieben wird, verwendet werden.
  • Die Ausführungsform kann mit irgendeiner der in den anderen Ausführungsformen beschriebenen Strukturen nach Bedarf kombiniert werden.
  • BEZUGSZEICHEN
    • 101: Leistungssendevorrichtung, 102: Leistungsempfangsvorrichtung, 103: erste Spule, 104: Hochfrequenzleistungsquelle, 105: Koppler, 106: veränderlicher Kondensator, 107: erste Resonanzspule, 108: Detektor, 109: Steuervorrichtung, 110: Speicherschaltung, 111: zweite Resonanzspule, 112: Kondensator, 113: zweite Spule, 114: Last, 201: Schritt, 202: Schritt, 203: Schritt, 204: Schritt, 205: Schritt, 301: Schritt, 302: Schritt, 303: Schritt, 304: Schritt, 305: Schritt, 701: Leistungssendevorrichtung, 702A: Mobiltelephon, 702B: Mobiltelephon, 703A: Leistungsempfangsvorrichtung, 703B: Leistungsempfangsvorrichtung, 711: Leistungssendevorrichtung, 712: Elektromobil und 713: Leistungsempfangsvorrichtung.
  • Diese Anmeldung beruht auf der japanischen Patentanmeldung lfd. Nr. 2010-263048 , eingereicht beim japanischen Patentamt am 26. November 2010, deren gesamter Inhalt hier durch Literaturhinweis eingefügt ist.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2010-263048 [0081]

Claims (10)

  1. Leistungssendevorrichtung, die umfasst: eine erste Spule; eine erste Resonanzspule; einen Detektor; und eine Steuervorrichtung, wobei die erste Spule über einen Koppler mit einer Hochfrequenzleistungsquelle verbunden ist, wobei die erste Resonanzspule mit einem veränderlichen Kondensator verbunden ist und mit der ersten Spule elektromagnetisch gekoppelt ist und wobei zwischen der ersten Resonanzspule und einer zweiten Resonanzspule, die mit einer zweiten Spule in einer Leistungsempfangsvorrichtung elektromagnetisch gekoppelt ist, elektromagnetische Resonanz auftritt, wobei der Detektor die Stärke eines von dem Koppler ausgegebenen Parameters S11 erfasst, und wobei die Steuervorrichtung eine Funktion zum Ändern eines Kapazitätswerts des veränderlichen Kondensators und einer Schwingungsfrequenz eines von der Hochfrequenzleistungsquelle ausgegebenen Signals besitzt, wobei sie den Kapazitätswert des veränderlichen Kondensators auf 0 einstellt, wobei sie eine Frequenz, bei der die Stärke des Parameters S11 unter einer Bedingung, dass der Kapazitätswert des veränderlichen Kondensators 0 ist, zu der Zeit geändert wird, zu der die Schwingungsfrequenz des von der Hochfrequenzleistungsquelle ausgegebenen Signals geändert wird, als eine Resonanzfrequenz der zweiten Resonanzspule einstellt, wobei sie eine Resonanzfrequenz der ersten Resonanzspule, nachdem der Kapazitätswert des veränderlichen Kondensators eingestellt worden ist, in Übereinstimmung mit der Resonanzfrequenz der zweiten Resonanzspule einstellt, und wobei sie die Schwingungsfrequenz des von der Hochfrequenzleistungsquelle ausgegebenen Signals als die Resonanzfrequenzen der ersten Resonanzspule und der zweiten Resonanzspule einstellt.
  2. Leistungssendevorrichtung nach Anspruch 1, die ferner eine Speicherschaltung umfasst, in der der Kapazitätswert des veränderlichen Kondensators zum Einstellen der Resonanzfrequenz der ersten Resonanzspule auf der Grundlage der Resonanzfrequenz der zweiten Resonanzspule gespeichert ist, wobei die Speicherschaltung mit der Steuervorrichtung verbunden ist.
  3. Leistungssendevorrichtung, die umfasst: eine erste Spule; eine erste Resonanzspule; einen Detektor; und eine Steuervorrichtung, wobei die erste Spule über einen Koppler mit einer Hochfrequenzleistungsquelle verbunden ist, wobei die erste Resonanzspule mit einem veränderlichen Kondensator verbunden ist und mit der ersten Spule elektromagnetisch gekoppelt ist und wobei zwischen der ersten Resonanzspule und einer zweiten Resonanzspule, die mit einer zweiten Spule in einer Leistungsempfangsvorrichtung elektromagnetisch gekoppelt ist, elektromagnetische Resonanz auftritt, wobei der Detektor die Stärke eines von dem Koppler ausgegebenen Parameters S11 erfasst, und wobei die Steuervorrichtung eine Funktion zum Ändern eines Kapazitätswerts des veränderlichen Kondensators und einer Schwingungsfrequenz eines von der Hochfrequenzleistungsquelle ausgegebenen Signals besitzt, wobei sie den Kapazitätswert des veränderlichen Kondensators auf 0 einstellt, wobei sie eine Frequenz, bei der die Stärke des Parameters S11 unter einer Bedingung, dass der Kapazitätswert des veränderlichen Kondensators 0 ist, zu der Zeit geändert wird, zu der die Schwingungsfrequenz des von der Hochfrequenzleistungsquelle ausgegebenen Signals geändert wird, als eine Resonanzfrequenz der zweiten Resonanzspule einstellt, wobei sie eine Resonanzfrequenz der ersten Resonanzspule, nachdem der Kapazitätswert des veränderlichen Kondensators eingestellt worden ist, in Übereinstimmung mit der Resonanzfrequenz der zweiten Resonanzspule einstellt, und wobei sie eine Frequenz, bei der die Stärke des Parameters S11 unter einer Bedingung, dass der Kapazitätswert des veränderlichen Kondensators auf einen auf der Resonanzfrequenz der zweiten Resonanzspule beruhenden Kapazitätswert eingestellt ist, zu der Zeit geändert wird, zu der die Schwingungsfrequenz des von der Hochfrequenzleistungsquelle ausgegebenen Signals geändert wird, als die Schwingungsfrequenz des von der Hochfrequenzleistungsquelle ausgegebenen Signals einstellt.
  4. Leistungssendevorrichtung nach Anspruch 3, die ferner eine Speicherschaltung umfasst, in der der Kapazitätswert des veränderlichen Kondensators zum Einstellen der Resonanzfrequenz der ersten Resonanzspule auf der Grundlage der Resonanzfrequenz der zweiten Resonanzspule gespeichert ist, wobei die Speicherschaltung mit der Steuervorrichtung verbunden ist.
  5. System zur drahtlosen Übertragung von Leistung, das eine Leistungssendevorrichtung und eine Leistungsempfangsvorrichtung umfasst, wobei die Leistungssendevorrichtung umfasst: eine erste Spule; eine erste Resonanzspule; einen Detektor; und eine Steuervorrichtung, wobei die erste Spule über einen Koppler mit einer Hochfrequenzleistungsquelle verbunden ist, wobei die erste Resonanzspule mit der ersten Spule elektromagnetisch gekoppelt ist und mit einem veränderlichen Kondensator verbunden ist, wobei der Detektor die Stärke eines von dem Koppler ausgegebenen Parameters S11 erfasst, wobei die Steuervorrichtung eine Funktion zum Ändern eines Kapazitätswerts des veränderlichen Kondensators und einer Schwingungsfrequenz eines von der Hochfrequenzleistungsquelle ausgegebenen Signals besitzt, wobei sie den Kapazitätswert des veränderlichen Kondensators auf 0 einstellt, wobei sie eine Frequenz, bei der die Stärke des Parameters S11 unter einer Bedingung, dass der Kapazitätswert des veränderlichen Kondensators 0 ist, zu der Zeit geändert wird, zu der die Schwingungsfrequenz des von der Hochfrequenzleistungsquelle ausgegebenen Signals geändert wird, als eine Resonanzfrequenz einer zweiten Resonanzspule einstellt, wobei sie eine Resonanzfrequenz der ersten Resonanzspule, nachdem der Kapazitätswert des veränderlichen Kondensators eingestellt worden ist, in Übereinstimmung mit der Resonanzfrequenz der zweiten Resonanzspule einstellt, und wobei sie die Schwingungsfrequenz des von der Hochfrequenzleistungsquelle ausgegebenen Signals als die Resonanzfrequenzen der ersten Resonanzspule und der zweiten Resonanzspule einstellt, und wobei die Leistungsempfangsvorrichtung die zweite Resonanzspule, die eine elektromagnetische Resonanz mit der ersten Resonanzspule veranlasst und die mit einem Kondensator und mit einer zweiten Spule, die mit der zweiten Resonanzspule elektromagnetisch gekoppelt ist und die mit einer Last verbunden ist, verbunden ist, enthält.
  6. System zur drahtlosen Übertragung von Leistung nach Anspruch 5, wobei die Leistungssendevorrichtung eine Speicherschaltung enthält, in der der Kapazitätswert des veränderlichen Kondensators zum Einstellen der Resonanzfrequenz der ersten Resonanzspule auf der Grundlage der Resonanzfrequenz der zweiten Resonanzspule gespeichert ist, und wobei die Speicherschaltung mit der Steuervorrichtung verbunden ist.
  7. System zur drahtlosen Übertragung von Leistung, das eine Leistungssendevorrichtung und eine Leistungsempfangsvorrichtung umfasst, wobei die Leistungssendevorrichtung umfasst: eine erste Spule; eine erste Resonanzspule; einen Detektor; und eine Steuervorrichtung, wobei die erste Spule über einen Koppler mit einer Hochfrequenzleistungsquelle verbunden ist, wobei die erste Resonanzspule mit der ersten Spule elektromagnetisch gekoppelt ist und mit einem veränderlichen Kondensator verbunden ist, wobei der Detektor die Stärke eines von dem Koppler ausgegebenen Parameters S11 erfasst, und wobei die Steuervorrichtung eine Funktion zum Ändern eines Kapazitätswerts des veränderlichen Kondensators und einer Schwingungsfrequenz eines von der Hochfrequenzleistungsquelle ausgegebenen Signals besitzt, wobei sie den Kapazitätswert des veränderlichen Kondensators auf 0 einstellt, wobei sie eine Frequenz, bei der die Stärke des Parameters S11 unter einer Bedingung, dass der Kapazitätswert des veränderlichen Kondensators 0 ist, zu der Zeit geändert wird, zu der die Schwingungsfrequenz des von der Hochfrequenzleistungsquelle ausgegebenen Signals geändert wird, als eine Resonanzfrequenz einer zweiten Resonanzspule einstellt, wobei sie eine Resonanzfrequenz der ersten Resonanzspule, nachdem der Kapazitätswert des veränderlichen Kondensators eingestellt worden ist, in Übereinstimmung mit der Resonanzfrequenz der zweiten Resonanzspule einstellt, und wobei sie eine Frequenz, bei der die Stärke des Parameters S11 unter einer Bedingung, dass der Kapazitätswert des veränderlichen Kondensators auf einen Kapazitätswert eingestellt ist, der auf der Resonanzfrequenz der zweiten Resonanzspule beruht, zu der Zeit geändert wird, zu der die Schwingungsfrequenz des von der Hochfrequenzleistungsquelle ausgegebenen Signals geändert wird, als die Schwingungsfrequenz des von der Hochfrequenzleistungsquelle ausgegebenen Signals einstellt, wobei die Leistungsempfangsvorrichtung die zweite Resonanzspule, die eine elektromagnetische Resonanz mit der ersten Resonanzspule veranlasst und die mit einem Kondensator und mit einer zweiten Spule, die mit der zweiten Resonanzspule elektromagnetisch gekoppelt ist und die mit einer Last verbunden ist, verbunden ist, enthält.
  8. System zur drahtlosen Übertragung von Leistung nach Anspruch 7, wobei die Leistungssendevorrichtung eine Speicherschaltung enthält, in der der Kapazitätswert des veränderlichen Kondensators zum Einstellen der Resonanzfrequenz der ersten Resonanzspule auf der Grundlage der Resonanzfrequenz der zweiten Resonanzspule gespeichert ist, und wobei die Speicherschaltung mit der Steuervorrichtung verbunden ist.
  9. System zur drahtlosen Übertragung von Leistung, das eine Leistungssendevorrichtung und eine Leistungsempfangsvorrichtung umfasst, wobei die Leistungssendevorrichtung umfasst: eine erste Spule; eine erste Resonanzspule; einen Detektor; und eine Steuervorrichtung, wobei die erste Spule über einen Koppler mit einer Hochfrequenzleistungsquelle verbunden ist, wobei die erste Resonanzspule mit der ersten Spule elektromagnetisch gekoppelt ist und mit einem veränderlichen Kondensator verbunden ist, wobei die Leistungsempfangsvorrichtung eine zweite Resonanzspule, die eine elektromagnetische Resonanz mit der ersten Resonanzspule veranlasst und die mit einem Kondensator und mit einer zweiten Spule, die mit der zweiten Resonanzspule elektromagnetisch gekoppelt ist und die mit einer Last verbunden ist, verbunden ist, enthält.
  10. System zur drahtlosen Übertragung von Leistung nach Anspruch 9, wobei die Leistungssendevorrichtung eine Speicherschaltung enthält, in der ein Kapazitätswert des veränderlichen Kondensators zum Einstellen einer Resonanzfrequenz der ersten Resonanzspule auf der Grundlage einer Resonanzfrequenz der zweiten Resonanzspule gespeichert ist, und wobei die Speicherschaltung mit der Steuervorrichtung verbunden ist.
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