TW201320530A - 無線受電裝置、無線供電裝置以及無線供電系統 - Google Patents

Abstract

一種無線受電裝置、無線供電裝置以及無線供電系統。自動調整輔助電路80相對於發送天線20串聯耦合。在自動調整輔助電路80的第1端子81與第2端子82之間，串聯設置著第1開關SWc1以及第2開關SWc2。而且，在第1端子81與第2端子82之間，串聯設置著第3開關SWc3與第4開關SWc4。第1輔助電容器CA5設置在第1開關SWc1與第2開關SWc2的連接點N1、和第3開關SWc3與第4開關SWc4的連接點N2之間。第1控制部40使第1開關SWc1至第4開關SWc4，以與驅動電壓VDRV相同的頻率fTX、且以相對於驅動電壓VDRV呈一相位差θTX而開關。

Description

無線受電裝置、無線供電裝置以及無線供電系統

本發明是有關於一種無線供電技術。

近年來，作為對行動電話終端或筆記型電腦等的電子機器、或者電車的供電技術，而著眼於無線(非接觸)電力傳送。無線電力傳送主要分為電磁感應型、電波接收型、及電場．磁場共鳴型此3類。

電磁感應型被用於短距離(數cm以內)供電，能夠以數百kHz以下的頻帶傳送數百W的電力。電力的利用效率為60%~98%左右。

在數m以上的相對較長的距離中供電的情況下，利用的是電波接收型。電波接收型中，能夠以中波~微波的頻帶傳送數W以下的電力，但電力的利用效率低。作為以相對較高的效率在數m左右的中距離供電的方法，而著眼於電場．磁場共鳴型(參照非專利文獻1)。

[先前技術文獻] [非專利文獻]

[非專利文獻1]A.Karalis, J.D.Joannopoulos, M.Soljacic，「Efficient wireless non-radiative mid-range energy transfer」(有效的無線非輻射中距能量傳輸)，ANNALS of PHYSICS (物理年鑑) Vol.323, pp.34-48,2008, Jan.

圖1是表示比較技術的無線送電系統的圖。無線送電系統1r包括無線供電裝置2r以及無線受電裝置4r。無線供電裝置2r包括發送線圈L_TX、共振用電容器C_TX、及交流電源10r。無線受電裝置4r包括接收線圈L_RX、共振用電容器C_RX、及負載70。

在磁場(電場)共鳴型的電力傳送中重要的是共振頻率。發送側的LC共振電路的共振頻率為f_TX=1/(2π)，接收側的共振頻率為f_RX=1/(2π)，如果適當調節發送接收雙方的共振頻率與交流電源10r的頻率，則可高效地進行電力傳送。然而現實情況是，因各種原因而共振頻率發生變動。在受電裝置側，難以根據自供電裝置傳送而來的磁場(電場)其自身來調整該變動的共振頻率。這是因為，在受電裝置側檢測的共振頻率存在根據受電裝置側的共振頻率或相位的狀態而進而發生變動的可能性。

本發明鑒於上述課題而完成，其一態樣的例示性目的之一在於提供一種可自動地調整共振頻率的無線供電裝置、受電裝置以及供電系統。

本發明的一態樣是有關於一種無線供電裝置，對無線受電裝置發送包含電場、磁場、電磁場中的任一個的電力信號。無線供電裝置包括：多通道的發送天線，分別包含發送線圈；自動調整輔助電路，與作為上述多通道之一的 調整通道的發送天線串聯耦合；以及電源，在調整通道中，對發送天線與自動調整輔助電路的兩端間施加交流的驅動電壓，並且在其他的通道中，對發送天線的兩端間施加交流的驅動電壓。自動調整輔助電路包括：第1端子；第2端子；N個(N為自然數)輔助電容器，分別包括第1電極、第2電極；多個開關，分別設置在第1端子、第2端子、N個輔助電容器的第1電極、第2電極中的2個之間；以及第1控制部，將多個開關分別與驅動電壓同步地進行開關。

本發明的另一態樣亦有關於一種無線供電裝置。無線供電裝置包括：多通道的發送天線，分別包含發送線圈；自動調整輔助電路，與作為多通道之一的調整通道的發送天線串聯耦合；以及電源，在調整通道中，對發送天線與自動調整輔助電路的兩端間施加交流的驅動電壓，並且在其他的通道中，對發送天線的兩端間施加交流的驅動電壓。自動調整輔助電路包括：至少一個輔助電容器；多個開關，為了藉由流經發送線圈的電流對至少一個輔助電容器分別進行充電以及放電而設置；以及第1控制部，藉由對多個開關進行開關，使至少一個輔助電容器各自的兩端間產生電容器電壓，並且使與至少一個輔助電容器各自的電容器電壓相應的修正電壓施加至發送線圈。

在驅動電壓的頻率在與包含發送天線的共振電路的共振頻率不一致的情況下，因共振電路為電容性或感應性，故發送天線中會產生相對於驅動電壓延遲或者超前的相位 的共振電流。若在該狀態下將多個開關以相對於驅動電壓為某相位差而開關(switching)，則各輔助電容器以共振電流與驅動電壓為同相位的方式被充電或放電。而且，各輔助電容器中產生的修正電壓施加至發送天線，藉此可實現模擬的共振狀態。根據該態樣，即便不進行共振用電容器的電容值的調節等，亦可相對於驅動電壓自動調整發送天線。另外，本說明書中亦包含「相位差」為零，亦即同相的情況。

而且，藉由將發送天線設為多通道，從而與藉由單一的線圈及單一的電容器發送電力的供電裝置相比，可使施加至各通道的發送天線的線圈及/或電容器的電壓降低。因此，藉由使用低耐壓的開關或電容器構成自動調整輔助電路，可實現低成本化，或可提高設計的自由度。

該情況下，藉由將多通道的發送線圈彼此磁性結合，即便未相對於各通道分別設置自動調整輔助電路，藉由相對於一個調整通道設置自動調整輔助電路，多通道的發送天線整體上亦可實現模擬的共振狀態。

調整通道亦可為多通道中的多個，自動調整輔助電路針對每個調整通道而設置。調整通道亦可為多通道的全部。

藉由增加調整通道的數量，與調整通道為一個的情況相比，可更靈活或更準確地實現共振狀態。

第1控制部亦可將多個開關分別以與驅動電壓相同的頻率、其奇數倍或奇數分之一倍的頻率而開關。

自動調整輔助電路亦可包括：第1開關以及第1輔助 電容器，在第1端子與第2端子之間串聯設置；以及第2開關，在第1端子與第2端子之間，相對於第1開關以及第1輔助電容器並聯設置。

自動調整輔助電路亦可更包括第2輔助電容器，該第2輔助電容器在第1端子與第2端子之間與第2開關串聯設置。

自動調整輔助電路亦可包括：第1開關以及第2開關，在第1端子與第2端子之間串聯設置；第3開關以及第4開關，在第1端子與第2端子之間，在相對於第1開關以及第2開關並聯的路徑上依序串聯設置；以及第1輔助電容器，在第1開關與第2開關的連接點、和第3開關與第4開關的連接點之間設置。

本發明的另一態樣是有關於一種接收自無線供電裝置發送的包含電場、磁場、電磁場中的任一個的電力信號的無線受電裝置。無線受電裝置包括：多通道的接收天線，分別包含接收線圈，對共用的負載供給所接收的電力；以及自動調整輔助電路，與作為多通道之一的調整通道的接收天線串聯耦合。自動調整輔助電路包括：第1端子；第2端子；N個(N為自然數)輔助電容器，分別包括第1電極、第2電極；多個開關，分別設置在第1端子、第2端子、N個輔助電容器的第1電極、第2電極中的2個之間；以及第2控制部，對多個開關分別進行開關。

本發明的另一態樣亦有關於一種無線受電裝置。無線受電裝置包括：多通道的接收天線，分別包含接收線圈， 對共用的負載供給所接收的電力；以及自動調整輔助電路，與作為多通道之一的調整通道的接收天線串聯耦合。自動調整輔助電路包括：至少一個輔助電容器；多個開關，為了藉由流經接收線圈的電流對至少一個輔助電容器分別進行充電以及放電而設置；以及第2控制部，藉由對多個開關進行開關，使至少一個輔助電容器各自的兩端間產生電容器電壓，並且使與至少一個輔助電容器各自的電容器電壓相應的修正電壓施加至接收線圈。

在電力信號的頻率與包含接收天線的共振電路的共振頻率不一致的情況下，因共振電路為電容性或感應性，在流經共振電路的共振電流與共振電路中產生的共振電壓之間，產生相位延遲或者相位超前。若在該狀態下將多個開關以與電力信號相同的頻率而開關，則各輔助電容器以共振電流與共振電壓為同相位的方式被充電或放電。而且，各輔助電容器中產生的修正電壓施加至接收天線，藉此可實現模擬的共振狀態。根據該態樣，即便不進行共振用電容器的電容值的調節等，亦可相對於電力信號自動調整接收天線。

而且，藉由將接收天線設為多通道，從而與藉由單一的線圈及單一的電容器接收電力的受電裝置相比，可使施加至各通道的線圈及/或電容器的電壓降低。因此，藉由使用電子電路零件的電性元件，可調節電路參數，從而與先前相比能以更低的成本靈活控制。

該情況下，藉由將多通道的發送線圈彼此磁性結合， 即便未相對於各通道分別設置自動調整輔助電路，藉由相對於一個調整通道設置自動調整輔助電路，多通道的發送天線整體上亦可實現模擬的共振狀態。

調整通道亦可為多通道中的多個，自動調整輔助電路針對每個調整通道而設置。調整通道亦可為多通道的全部。

藉由增加調整通道的數量，與調整通道為一個的情況相比，可更靈活或更準確地實現共振狀態。

第2控制部亦可將多個開關分別以與電力信號相同的頻率、其奇數倍或奇數分之一倍的頻率而開關。

自動調整輔助電路亦可包括：第3開關以及第3輔助電容器，在第1端子與第2端子之間串聯設置；以及第4開關，在第1端子與第2端子之間，相對於第3開關以及第3輔助電容器並聯設置。

自動調整輔助電路亦可更包括第4輔助電容器，該第4輔助電容器在第1端子與第2端子之間與第4開關串聯設置。

自動調整輔助電路亦可包括：第5開關以及第6開關，在第1端子與第2端子之間串聯設置；第7開關以及第8開關，在第1端子與第2端子之間，相對於第5開關以及第6開關並聯且依序串聯設置；以及第2輔助電容器，設置在第5開關與第6開關的連接點、和第7開關與第8開關的連接點之間。

本發明的另一態樣是有關於一種無線供電系統。無線供電系統包括上述任一態樣的無線供電裝置，及/或上述任 一態樣的無線受電裝置。

另外，將以上的構成要素的任意組合或本發明的構成要素或表達在方法、裝置、系統等之間相互置換後，作為本發明的態樣亦有效。

根據本發明的一態樣，可自動地調整共振頻率。

以下，一邊根據較佳的實施形態並參照圖式一邊對本發明進行說明。在各圖式所示的相同或同等的構成要素、構件、處理中附上相同的符號，並適當省略重複的說明。而且，實施形態為例示而並非限定發明，實施形態所記述的所有特徵或其組合並非必須限於發明的本質。

本說明書中，「構件A與構件B連接的狀態」或「構件A與構件B耦合的狀態」除了指構件A與構件B物理性地直接連接的情況之外，還包括如下情況：只要不會對構件A與構件B的電性連接狀態造成實質性影響或者不破壞藉由他們的耦合而實現的功能或效果，則構件A與構件B可經由其他的構件間接地連接。

同樣地，「構件C設置在構件A與構件B之間的狀態」除了指構件A與構件C或者構件B與構件C直接連接的情況之外，還包括如下情況：只要不會對他們的電性連接狀態造成實質性影響或者不破壞藉由他們的耦合而實現的功能或效果，則可經由其他的構件而間接地連接。

(第1實施形態)

(無線供電裝置)

圖2是表示第1實施形態的無線供電裝置2的構成的電路圖。無線供電裝置2對無線受電裝置(未圖示)傳送電力信號S1。電力信號S1使用不成為電波的電磁波的近場(電場、磁場、或者電磁場)。

無線供電裝置2包括電源10、發送天線20、自動調整輔助電路30、及第1控制部40。

發送天線20包括設置於其第1端21與其第2端22之間的發送線圈L_TX。共振用電容器C_TX與發送線圈L_TX串聯設置。共振用電容器C_TX與發送線圈L_TX亦可更換。

自動調整輔助電路30與發送天線20串聯耦合。電源10對發送天線20以及自動調整輔助電路30的兩端間施加具有規定的發送頻率f_TX的交流的驅動電壓V_DRV。驅動電壓V_DRV可為以矩形波、梯形波、正弦波為首的任意的交流波形。本實施形態中，驅動電壓V_DRV為以第1電壓位準(電源電壓V_DD)與第2電壓位準(接地電壓V_GND=0 V)擺動(swing)的矩形波。

電源10包括直流電源12、第1高側開關SWH1、及第1低側開關SWL1。直流電源12生成直流的電源電壓V_DD。第1高側開關SWH1以及第1低側開關SWL1在直流電源12的輸出端子與固定電壓端子(接地端子)之間依次串聯設置。第1控制部40將第1高側開關SWH1以及第1低側開關SWL1以發送頻率f_TX而互補地開關。

自動調整輔助電路30包括第1端子31、第2端子32、 第1開關SW1、第2開關SW2、及第1輔助電容器C_A1。

第1開關SW1以及第1輔助電容器C_A1在第1端子31以及第2端子32之間串聯設置。第1開關SW1與第1輔助電容器C_A1亦可更換。第2開關SW2在第1端子31與第2端子32之間，相對於第1開關SW1以及第1輔助電容器C_A1並聯設置。第1輔助電容器C_A1的電容值較理想的是充分大於共振用電容器C_TX的電容值。

第1控制部40將第1開關SW1以及第2開關SW2，以與驅動電壓V_DRV相同的頻率f_TX、且以相對於驅動電壓V_DRV為某相位差θ_TX而互補地開關。較佳為相位差θ_TX亦可為+90°或者-90°(270°)左右。亦即第1控制部40的一部分構成自動調整輔助電路30。

第1開關SW1、第2開關SW2可使用金氧半場效電晶體(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor，MOSFET)、絕緣閘雙極電晶體(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)、雙極電晶體等構成。圖3(a)、圖3(b)是表示使用MOSFET的開關的構成例的圖。

圖3(a)表示使用N通道的MOSFET的構成，圖3(b)是表示使用P通道的MOSFET的構成。若將MOSFET的後閘極與源極連接，則後閘極與汲極間的體二極體(body diode)與閘極電壓無關而成為導通狀態。因此，在以單體使用MOSFET的開關中，無法阻止相對於單向的電流。本說明書中將此種開關稱作單向開關。

圖3(c)~圖3(f)的開關將2個N通道MOSFET、 或者2個P通道MOSFET以他們的體二極體為逆朝向的方式連接(背對背連接(back-to-back connection))。圖3(c)~圖3(f)中，在斷開狀態下，任一方向上均未流動電流。本說明書中，將此種開關稱作雙向開關。

本實施形態中，各開關SW1、開關SW2可包含單向開關、雙向開關中的任一個。另外，在使用單向開關的情況下，必須注意該些開關的相位。以後對其進行敍述。

以上為無線供電裝置2的構成。繼而，對其動作進行說明。

開關SW1、開關SW2分別為在斷開狀態下任一方向上均未流動電流的雙向開關。

圖4是表示圖2的無線供電裝置2的動作的波形圖。圖4中自上方開始依次表示第1高側開關SWH1、第1低側開關SWL1、驅動電壓V_DRV、第1開關SW1、第2開關SW2、第1輔助電容器C_A1的電壓V_CA1、第1端子31的電壓V_A、發送天線20中流動的共振電流I_TX、及發送線圈L_TX與共振用電容器C_TX的兩端間的共振電壓V_TX。在表示開關的波形中，高位準表示導通狀態，低位準表示斷開狀態。而且，共振電流I_TX以及共振電壓V_TX表示使自動調整輔助電路30動作後經過充分時間後的穩定狀態下的波形。

如圖4所示，藉由將第1高側開關SWH1、第1低側開關SWL1互補地開關，而生成矩形波的驅動電壓V_DRV，並施加至發送天線20以及自動調整輔助電路30的兩端 間。第1控制部40以與驅動電壓V_DRV相同的頻率、且以相對於驅動電壓V_DRV延遲了θ_TX(=90°)的相位，將第1開關SW1以及第2開關SW2互補地開關。共振電流I_TX在第1開關SW1的導通時間T_ON1流經第1輔助電容器C_A1，在第2開關SW2的導通時間T_ON2經由第2開關SW2而流經接地。亦即，第1輔助電容器C_A1藉由共振電流I_TX而充放電，其結果，第1輔助電容器C_A1中產生電容器電壓V_CA1。

自動調整輔助電路30對發送天線20的第2端22施加修正電壓V_A。修正電壓V_A在第1開關SW1導通的期間T_ON1，獲取第1輔助電容器電壓V_CA1，在第2開關SW2導通的期間T_ON2，獲取接地電壓V_GND。自動調整輔助電路30可將修正電壓V_A理解為施加至發送天線20的修正電源。圖5是圖2的無線供電裝置2的等效電路圖。

圖6(a)是使自動調整輔助電路30不動作時的狀態的波形圖，圖6(b)是使自動調整輔助電路30動作時的波形圖。

首先參照圖6(a)，對使自動調整輔助電路30不動作的狀態，亦即對將第1開關SW1斷開而固定，將第2開關SW2導通而固定的狀態進行說明。這表示修正電壓V_A固定於接地電壓V_GND的狀態。

發送天線20的阻抗Z由式(1)提供，其共振頻率f_c由式(2)提供。另外，此處雖忽略電阻成分，但當然實際電路中串聯電阻發揮作用。

Z=jωL_TX+1/(jωC_TX)………(1)

發送天線20在驅動電壓V_DRV的頻率f_TX高於共振頻率f_c(f_TX>f_c)時為感應性，發送天線20中流動的共振電流I_TX的相位相對於驅動電壓V_DRV的相位延遲。相反，在頻率f_TX低於共振頻率f_c(f_TX<f_c)時為電容性，共振電流I_TX的相位相對於驅動電壓V_DRV超前。

圖6(a)表示f_c>f_TX的狀態，共振電流I_TX的相位相對於驅動電壓V_DRV超前了相位差φ。φ不為90°是因為共振電路中存在串聯的電阻成分(未圖示)。非共振狀態下阻抗Z變高，因此共振電流I_TX的振幅減小。該狀態下無法傳送大的電力。

繼而，參照圖6(b)，對使自動調整輔助電路30動作時的動作進行說明。

若使自動調整輔助電路30動作，則發送天線20中被施加相對於驅動電壓V_DRV延遲了θ_TX=90°相位的修正電壓V_A。其結果，共振電流I_TX的相位與驅動電壓V_DRV的相位一致，而成為模擬共振狀態。藉此，共振電流I_TX的振幅比非共振狀態增大。

圖7是說明f_c<f_TX的情況下的自動調整輔助電路30的模擬共振狀態的矢量圖(phasor diagram)(向量圖)。

驅動電壓V_DRV的相位為0°，修正電壓V_A的相位為 θ_TX=90°。當f_c<f_TX時，電流的相位相對於電壓而延遲了相位差φ。因此驅動電壓V_DRV與電流成分I_DRV的相位差為φ，修正電壓V_A與電流成分I_A的相位差亦為φ。

藉由「重疊的原理」，共振電流I_TX以藉由驅動電壓V_DRV感應的電流成分I_DRV與藉由修正電壓V_A感應的電流成分I_A的和而提供。因驅動電壓V_DRV與修正電壓V_A具有相位差θ_TX(=90°)，故電流成分I_DRV與I_A的相位差亦成為90°。可知若使修正電壓V_A的振幅、換言之電流成分I_A的振幅最佳化，則能夠使2個電流成分I_DRV與I_A的合成電流、亦即共振電流I_TX的相位與驅動電壓V_DRV的相位(0°)一致，從而可實現模擬共振狀態。

實施形態的無線供電裝置2的優異的優點之一在於能夠自動地生成滿足模擬共振狀態的修正電壓V_A。

圖8是表示非共振狀態以及共振狀態下的共振電流I_TX的圖。波形(I)表示非共振狀態下的共振電流I_TX。在開關SW1為導通的期間T_ON1，第1輔助電容器C_A1藉由共振電流I_TX而充放電。具體來說，第1輔助電容器C_A1在共振電流I_TX為正的期間充電，在為負的期間放電。其結果，若正的期間延長則電容器電壓V_CA1增大，若負的期間延長則電容器電壓V_CA1降低。

在某週期的導通時間T_ON1，電容器電壓V_CA1增大。而且，與增大的電容器電壓V_CA1相應的修正電壓V_A被施加至發送天線20。若如此，則在下一週期內，共振電流I_TX的相位比前一週期超前。若重複此動作，則電容器電壓 V_CA1在每個週期增加，並且共振電流I_TX的相位逐漸超前，並位移至與驅動電壓V_DRV的相位一致的點(共振點)為止。若共振電流I_TX的相位過於超前，則相反第1輔助電容器C_A1的放電電流變大，在電容器電壓VC_A1降低的方向施加反饋，而被拉回到共振點。在共振點，1週期的第1輔助電容器C_A1的充電電流與放電電流取得平衡，電容器電壓V_CA1成為平衡狀態，模擬共振狀態持續。如此，根據圖2的無線供電裝置2，可自動地生成產生模擬共振狀態所需的修正電壓V_A。

以上為無線供電裝置2的動作。

如此根據無線供電裝置2，無須對發送天線20的共振頻率f_c進行調節，便能夠以實現模擬共振狀態的方式自動地調整電路的狀態。無線送電中，根據無線供電裝置2與無線受電裝置4的位置關係，共振頻率時刻變化，而根據無線供電裝置2，可高速地追隨該變化，從而可進行高效的電力傳送。

而且，若欲以無線供電傳送大電力，則共振用電容器C_TX的兩端間的電壓變得非常大，因而可變電容器(variable condenser)(變容(varicap))的利用受到制約。因無須根據無線供電裝置2來調節共振用電容器C_TX的電容值，故亦具有無須使用可變電容器等的優點。

此處，已對將第1開關SW1以相對於第1高側開關SWH1的相位延遲了θ_TX=90°的相位而開關的情況進行了說明，但相位差θ_TX並非必需為90°，亦可為270°(-90°)。 因該情況下電容器電壓V_CA1以成為負電壓的方式而自動地調節。

亦即，在f_c<f_TX的情況下，藉由設為θ_TX=90°或270°，而可實現模擬共振狀態。

相位差θ_TX亦可自90°或者270°偏離。該情況下，在圖7所示的向量圖中，電流成分I_DRV與I_A的相位差θ_TX不為90°，但該情況下，以將合成該些的共振電流I_TX的相位為0°的方式，對電容器電壓V_CA1自動地調節。其中，具有相位差θ_TX越接近90°或者270°，則電流成分I_A的振幅、換言之電容器電壓V_CA1的絕對值越可減小的優點。

另外，在f_c<f_TX的情況下可設為θ_TX=270°限於使用雙向開關構成第1開關SW1、第2開關SW2的情況。在第1開關SW1、第2開關SW2為單向開關的情況下，無法設為θ_TX=270°。這是因為該情況下體二極體中流動著電流。在使用單向開關的情況下，必須以作為逆導通元件的體二極體中不流動電流的相位，來將第1開關SW1、第2開關SW2進行開關。

無線供電裝置2不僅在f_c<f_TX的情況下，而且在f_c>f_TX的情況下，亦可自動地實現模擬共振狀態。該情況下，較佳為設為θ_TX=270°(-90°)。

圖9是說明f_c>f_TX的情況下的自動調整輔助電路30的模擬共振狀態的矢量圖。將驅動電壓V_DRV的相位設為0°，修正電壓V_A的相位設為θ_TX=270°(-90°)。在f_c>f_TX時，電流的相位相對於電壓超前，但即便在該情況下，亦 可實現模擬共振狀態。

另外在f_c>f_TX時，亦可將相位差θ_TX設為90°左右。該情況下，以獲得模擬共振狀態的方式，而電容器電壓V_CA1自動地成為負電壓。

其中，在f_c<f_TX的情況下可設為θ_TX=90°限於使用雙向開關構成第1開關SW1、第2開關SW2的情況。在第1開關SW1、第2開關SW2為單向開關的情況下，無法設為θ_TX=90°。這是因為如上述般體二極體中流動著電流。

繼而，對無線供電裝置2的變形例進行說明。各變形例可與任意的其他變形例組合，而此組合亦包含在本發明的範圍內。

圖10是表示第1變形例的無線供電裝置2a的構成的電路圖。自動調整輔助電路30a包括在第1端子31與第2端子32之間而與第2開關SW2串聯設置的第2輔助電容器C_A2。

該變形例中，修正電壓V_A在第1開關SW1的導通時間T_ON1與電容器電壓V_CA1相等，在第2開關SW2的導通時間T_ON2與電容器電壓V_CA2相等。

根據無線供電裝置2a，藉由將電容器電壓V_CA1、V_CA2最佳化，而在f_TX>f_c、f_TX<f_c的任一情況下均可實現模擬共振狀態。

圖11是表示第2變形例的無線供電裝置2b的構成的電路圖。自動調整輔助電路30b包括充電電路34以及檢測電阻Rs。檢測電流Rs設置在共振電流I_TX的路徑上。檢測 電阻Rs中產生與共振電流I_TX成比例的檢測電壓Vs。充電電路34根據檢測電壓Vs，將第1輔助電容器C_A1充電至成為模擬共振狀態的位準。如上述般，電容器電壓V_CA1自動地成為最佳位準，而藉由設置充電電路34能夠在更短的時間內成為模擬共振狀態。

圖12是表示第3變形例的無線供電裝置2c的構成的電路圖。

至此為止已對電源為半橋式電路的情況進行了說明，而圖12的電源10c包含H橋式電路。第2高側開關SWH2以及第2低側開關SWL2在直流電源12的輸出端子與固定電壓端子(接地端子)之間依次串聯設置。

第1控制部40c使一對(pair)第1高側開關SWH1與第2低側開關SWL2導通的狀態與一對第2高側開關SWH2與第1低側開關SWL1導通的狀態彼此重複。

在第1高側開關SWH1與第1低側開關SWL1的連接點(第1輸出端子)OUT1、和第2高側開關SWH2與第2低側開關SWL2的連接點(第2輸出端子)OUT2中，產生彼此為逆相的驅動電壓V_DRV、#V_DRV。發送天線20以及自動調整輔助電路30c在第1輸出端子OUT1與第2輸出端子OUT2之間串聯耦合。

根據圖12的無線供電裝置2c，亦可獲得與至此為止所說明的無線供電裝置同樣的效果。

圖13(a)、圖13(b)是分別表示第4變形例、第5變形例的無線供電裝置2d、2e的構成的電路圖。省略第1 控制部40。

圖13(a)的無線供電裝置2d中，自動調整輔助電路30d經由第1變壓器T1而與發送天線20串聯耦合。具體來說，第1變壓器T1的2次線圈W2設置在第1端子31與第2端子32之間，且其1次線圈W1與發送天線20串聯設置。電源10對發送天線20與1次線圈W1的兩端間施加驅動電壓。

該無線供電裝置2d中，經由第1變壓器T1而進行發送天線20與自動調整輔助電路30d之間的能量的授受。根據該構成，亦可獲得與至此為止所說明的無線供電裝置同樣的效果。

圖13(b)中，電源10經由第2變壓器T2而對發送天線20以及自動調整輔助電路30d的兩端間施加驅動電壓V_DRV。具體來說，第2變壓器T2的2次線圈W2與發送天線20串聯設置。電源10對第2變壓器T2的1次線圈W1的兩端施加驅動電壓V_DRV。

該無線供電裝置2e中，驅動電壓V_DRV經由第2變壓器T2而施加至發送天線20與自動調整輔助電路30d的兩端間。根據該構成，亦可獲得與至此為止所說明的無線供電裝置同樣的效果。無線供電裝置2e中亦可省略第1變壓器T1。圖13(a)、圖13(b)的電源10可為H橋式電路、半橋式電路、其他電源中的任一個。

(無線受電裝置)

上述自動調整輔助電路亦可利用於無線受電裝置中。 以下對無線受電裝置進行說明。

圖14是表示第1實施形態的無線受電裝置4的構成的電路圖。無線受電裝置4接收自上述的或者完全不同的其他構成的無線供電裝置發送的電力信號S1。電力信號S1利用不成為電波的電磁波的近場(電場、磁場、或者電磁場)。

無線受電裝置4包括接收天線50、自動調整輔助電路60以及應供給電力的負載70。負載70中亦可內置未圖示的整流電路、檢波電路等。

接收天線50包括在第1端51與第2端52之間串聯設置的接收線圈L_RX以及共振用電容器C_RX。

自動調整輔助電路60與上述的自動調整輔助電路30同樣地構成。具體來說，第3開關SW3以及第3輔助電容器C_A3在第1端子61與第2端子62之間串聯設置。第4開關SW4在第1端子61與第2端子62之間，與第3開關SW3以及第3輔助電容器C_A3並聯設置。

第2控制部64將第3開關SW3以及第4開關SW4，以與電力信號S1相同的頻率、且以相對於在發送側施加至天線的驅動電壓(V_DRV)為某相位差θ_RX而互補地開關。例如較佳為θ_RX=180°或0°。

自動調整輔助電路60與接收天線50串聯耦合。而且，應供給電力的負載70與第3輔助電容器C_A3連接。

以上為無線受電裝置4的構成。繼而對其動作進行說明。圖15是圖14的無線受電裝置4的等效電路圖。與無 線供電裝置2的自動調整輔助電路30同樣地，自動調整輔助電路60可將修正電壓V_A理解為施加至接收天線50的修正電源。修正電壓V_A在第3開關SW3的導通時間T_ON3成為第3輔助電容器C_A3的電壓V_CA3，在第4開關SW4的導通時間T_ON4成為接地電壓。

圖16是表示圖14的無線受電裝置4的動作的波形圖。圖16自上方開始依次表示第3開關SW3、第4開關SW4、修正電壓V_A、接收天線50中流動的共振電流I_RX、及接收線圈L_RX與共振用電容器C_RX的兩端間的共振電壓V_RX。在表示開關的波形中，高位準表示導通狀態，低位準表示斷開狀態。共振電流I_RX以及共振電壓V_RX中，實線表示使自動調整輔助電路60動作後經過充分時間後的穩定狀態(模擬共振狀態)的波形，虛線表示不使自動調整輔助電路60動作的非共振狀態下的波形。

將第3開關SW3以及第4開關SW4以相對於無線供電裝置側的驅動電壓V_DRV位移了180°或0°的相位θ_RX而互補地開關，藉此對第3輔助電容器C_A3進行充電或放電。而且，藉由將修正電壓V_A施加至接收天線50，共振電流I_A的相位與發送側的驅動電壓V_DRV的相位一致，從而可實現模擬共振狀態。

為了實現模擬共振狀態，必須使第3開關SW3以及第4開關SW4以適當的頻率f_TX以及相位θ_RX而開關。因此，亦可自無線供電裝置2對無線受電裝置4，發送表示頻率f_TX以及相位θ_RX的資料。或者無線受電裝置4亦可對相位 θ_RX進行掃描(sweep)，而檢測最佳的相位θ_RX。

以上為無線受電裝置4的動作。

如此根據圖14的無線受電裝置4，無須調節共振用電容器C_RX的電容值，而可自動地實現共振狀態。

繼而對無線受電裝置4的變形例進行說明。

圖14中對負載70與第3輔助電容器C_A3連接的情況進行了說明，但負載70亦可設置在其他位置。圖17(a)、圖17(b)是表示第1變形例、第2變形例的無線受電裝置的構成的電路圖。圖17(a)的無線受電裝置4a中，負載70a與接收天線50以及自動調整輔助電路60串聯設置。具體來說負載70a與接收天線50的第1端51連接。

圖17(b)的無線受電裝置4b包括第3變壓器T3，接收天線50與負載70b藉由第3變壓器T3而絕緣。第3變壓器T3的1次線圈W1與接收天線50串聯設置，2次線圈W2上連接著負載70b。

如圖17(a)、圖17(b)所示，具有如下優點：在將接收天線50與負載串聯連接的情況下，在負載的阻抗低的情況下，即便未進行自動調整輔助電路60的調整，亦可獲取一定程度的電力。另一方面，因接收天線50的Q值藉由負載的電阻成分而降低，故難以獲取大電力。

相反，在如圖4所示從自動調整輔助電路60獲取電力的情況下，因接收天線50的Q值並未藉由負載70而降低，故即便在負載70的阻抗高的情況下，亦可獲取大電力。另一方面，在負載70的阻抗過低的情況下，自動調整輔助電 路60的動作存在問題。

因此，考慮應送電的電力或負載的阻抗等來決定將負載配置在哪一位置即可。

圖18是表示第3變形例的無線受電裝置4c的構成的電路圖。自動調整輔助電路60c更包括在第1端子61與第2端子62之間與第4開關SW4串聯設置的第4輔助電容器C_A4。負載70的位置未作限定。

該變形例中，修正電壓V_A在第3開關SW3的導通時間T_ON3與電容器電壓V_CA3相等，在第4開關SW4的導通時間T_ON4與電容器電壓V_CA4相等。根據該無線受電裝置4c，能夠以f_TX>f_c、f_TX<f_c各自的狀態下成為模擬共振狀態的方式，將電容器電壓V_CA1、V_CA2最佳化。

無線受電裝置中，第3開關SW3、第4開關SW4可包含單向開關、雙向開關中的任一個。在包含單向開關的情況下，必須以各自的逆導通元件中不流動電流的相位，將第3開關SW3、第4開關SW4進行開關。

圖19(a)、圖19(b)是分別表示第4變形例、第5變形例的無線受電裝置的構成的電路圖。第2控制部64省略。

圖19(a)的無線受電裝置4d中，自動調整輔助電路60d經由第4變壓器T4而與接收天線50串聯耦合。具體來說，第4變壓器T4的2次線圈W2設置在第1端子61與第2端子62之間，且其1次線圈W1與接收天線50串聯設置。

該無線受電裝置4d中，經由第4變壓器T4進行接收天線50與自動調整輔助電路60d之間的能量的授受。即便根據該構成，亦可獲得與至此為止所說明的無線受電裝置同樣的效果。

圖19(b)中，負載70經由第5變壓器T5而與接收天線50以及自動調整輔助電路60d耦合。具體來說，第5變壓器T5的1次線圈W1與接收天線50串聯連接。負載70與第5變壓器T5的2次線圈W2的兩端連接。

根據該構成，亦可獲得與至此為止所說明的無線受電裝置同樣的效果。無線受電裝置4e中，亦可省略第4變壓器T4。圖19(a)中亦可將負載70與第3輔助電容器C_A3耦合。或者圖19(b)中亦可將負載70經由第5變壓器T5而與第3輔助電容器C_A3耦合。

(無線送電系統)

藉由將上述的無線供電裝置與無線受電裝置組合，而可實現無線送電系統。

圖20是表示第1實施形態的無線送電系統的構成例的電路圖。無線送電系統1包括無線供電裝置2及無線受電裝置4。

負載70除負載電路76外，亦包括整流電路72以及開關調節器(switching regulator)74。整流電路72為同步檢波電路，且包括平滑用電容器C3、第3高側開關SWH3、及第3低側開關SWL3。

開關調節器74為升降壓轉換器，以可對負載電路76 供給最大電力的方式進行控制。開關調節器74的構成以及動作為公知，因此此處的說明省略。

以上為無線送電系統1的構成。圖21是表示圖20的無線送電系統1的動作的波形圖。

無線供電裝置2中，第1開關SW1以及第2開關SW2以相對於驅動電壓V_DRV延遲了θ_TX=90°的相位而被驅動。其結果，無線供電裝置2中模擬共振狀態成立。

無線受電裝置4中，以相對於無線供電裝置2側的驅動電壓V_DRV延遲了θ_RX=180°的相位，來對第3開關SW3以及第4開關SW4進行驅動。而且，第3開關SW3以相對於第1開關SW1延遲了90°的相位而被驅動。其結果，無線受電裝置4中模擬共振狀態亦成立。

整流電路72的第3高側開關SWH3以及第3低側開關SWL3以相對於第3開關SW3以及第4開關SW4延遲了90°的相位而被驅動。其結果，平滑用電容器C3中產生直流電壓。該直流電壓藉由開關調節器74而轉換為對於負載電路76而言最佳的電壓位準。

以上為無線送電系統1的動作。如此根據無線送電系統1，藉由在無線供電裝置2、無線受電裝置4中分別設置自動調整輔助電路，而可對負載70發送最大電力。

當然，不言而喻可將包含變形例的任意的無線供電裝置2與任意的無線受電裝置4組合。

圖20中，已對在無線供電裝置2、無線受電裝置4的兩方安裝自動調整輔助電路的情況進行了說明，但本發明 並不限定於此。

亦可僅在無線供電裝置2中設置自動調整輔助電路，無線受電裝置如先前般進行共振用電容器C_RX的調節。

相反，亦可僅在無線受電裝置4設置自動調整輔助電路，無線供電裝置2如先前般進行共振用電容器C_TX的調節。

進而，亦可僅在無線供電裝置2設置自動調整輔助電路，而無線受電裝置4不具有任何調節機構。或者僅在無線受電裝置4設置自動調整輔助電路，而無線供電裝置2不具有任何調節機構。

該些情況下，藉由單一的自動調整輔助電路，以取得電源10與負載70之間的阻抗匹配的方式進行調整，從而可進行高效的電力傳送。該情況下，應留意自動調整輔助電路的開關的相位θ_TX(θ_RX)的最佳值自90°或者270°(180°或者0°)偏離。

以上，根據第1實施形態對本發明進行了說明。本領域技術人員應當明白，該實施形態為例示，該些各構成要素或各處理製程的組合中能夠有各種變形例，而且此種變形例亦處於本發明的範圍內。以下，對此種變形例進行說明。

在包括自動調整輔助電路30的無線供電裝置2中，存在即便省略共振用電容器C_TX亦可實現模擬共振狀態的情況。該情況下，亦可省略共振用電容器C_TX。同樣地在包括自動調整輔助電路60的無線受電裝置4中，亦可省略共 振用電容器C_RX。

無線供電裝置2根據規定的規則(密碼)，使驅動電壓V_DRV的頻率f_TX以及相位的至少一個發生變化，而對電力信號S1進行加密。已知曉密碼的無線受電裝置4根據該密碼，對自動調整輔助電路60的開關頻率、相位進行控制。其結果，即便在電力信號S1加密的情況下，亦可對其進行解碼而接收電力供給。尚未知曉密碼的無線受電裝置無法對自動調整輔助電路60的開關進行適當控制，因而無法接收電力。無線電力傳送中，惡意的利用者的盜電可能成為問題，但藉由利用自動調整輔助電路而可解決該問題。

或者，在單一的無線供電裝置2對多個無線受電裝置4進行供電時，可藉由利用自動調整輔助電路來對每個終端的供電量進行控制。

(第2實施形態)

第1實施形態中，已對包括2個開關SW1、開關SW2的自動調整輔助電路進行了說明。第2實施形態中的自動調整輔助電路包括4個開關而構成。關於除自動調整輔助電路80外的區塊(block)的構成，則與第1實施形態同樣。而且，第1實施形態中說明的各種變形例在第2實施形態中亦有效。

(無線供電裝置)

圖22是表示第2實施形態的無線供電裝置2的構成的電路圖。無線供電裝置2對無線受電裝置(未圖示)傳送 電力信號S1。電力信號S1利用不成為電波的電磁波的近場(電場、磁場、或者電磁場)。

無線供電裝置6包括電源10、發送天線20、自動調整輔助電路80、及第1控制部40。

發送天線20包括設置在其第1端21與其第2端22之間的發送線圈L_TX。共振用電容器C_TX與發送線圈L_TX串聯設置。共振用電容器C_TX與發送線圈L_TX亦可更換。

自動調整輔助電路80與發送天線20串聯耦合。電源10與圖2同樣地包含半橋式電路，對發送天線20以及自動調整輔助電路80的兩端間，施加具有規定的發送頻率f_TX的交流的驅動電壓V_DRV。驅動電壓V_DRV可為以矩形波、梯形波、正弦波為首的任意的交流波形。本實施形態中，驅動電壓V_DRV為以第1電壓位準(電源電壓V_DD)與第2電壓位準(接地電壓V_GND=0 V)擺動的矩形波。

電源10與圖2的電源10同樣地包含半橋式電路。第1控制部40將第1高側開關SWH1以及第1低側開關SWL1以發送頻率f_TX而互補地開關。

第2實施形態中，自動調整輔助電路80包括第1端子81、第2端子82、第1開關SWc1~第4開關SWc4、及第1輔助電容器C_A5。

第1開關SWc1以及第2開關SWc2在第1端子81與第2端子82之間依次串聯設置。第3開關SWc3以及第4開關SWc4在第1端子81與第2端子82之間依次串聯，且相對於第1開關SWc1以及第2開關SWc2並聯設置。 第1輔助電容器C_A5在第1開關SWc1與第2開關SWc2的連接點N1、和第3開關SWc3與第4開關SWc4的連接點N2之間設置。第1輔助電容器C_A5的電容值較理想的是充分大於共振用電容器C_TX的電容值。

第1控制部40將第1開關SWc1~第4開關SWc4以與驅動電壓V_DRV相同的頻率f_TX、且以相對於驅動電壓V_DRV為某相位差θ_TX而開關。較佳為相位差θ_TX為+90°或者-90°(270°)左右。亦即第1控制部40的一部分構成自動調整輔助電路80。

與第1實施形態同樣地，第1開關SWc1~第4開關SWc4可包含雙向開關、或者單向開關中的任一個。在使用單向開關的情況下，亦如已說明般必須注意該些開關的相位。

以上為無線供電裝置6的構成。繼而對其動作進行說明。

圖23是表示圖22的無線供電裝置6的動作的波形圖。圖23自上方開始依次表示第1高側開關SWH1、第1低側開關SWL1、驅動電壓V_DRV、第1開關SWc1、第2開關SWc2、第3開關SWc3、第4開關SWc4、第1端子81中產生的修正電壓V_A、發送天線20中流動的共振電流I_TX、及發送線圈L_TX與共振用電容器C_TX的兩端間的共振電壓V_TX。表示開關的波形中，高位準表示導通狀態，低位準表示斷開狀態。而且，共振電流I_TX以及共振電壓V_TX表示使自動調整輔助電路30動作後經過充分時間後的穩 定狀態下的波形。

如圖23所示，藉由將第1高側開關SWH1、第1低側開關SWL1互補地開關，而將矩形波的驅動電壓V_DRV施加至發送天線20以及自動調整輔助電路30的兩端間。第1控制部40以與驅動電壓V_DRV相同的頻率、且以相對於驅動電壓V_DRV延遲了θ_TX(=90°)的相位，對包含第1開關SWc1以及第4開關SWc4的第1對P1進行驅動，且與第1對P1互補地，亦即以錯開180°的相位，而對包含第2開關SWc2以及第3開關SWc3的第2對P2進行驅動。

共振電流I_TX在第1對P1的導通時間T_ON1，流經包含第1開關SWc1、第1輔助電容器C_A5、第4開關SWc4的路徑，在第2對P2的導通時間T_ON2，流經包含第3開關SWc3、第1輔助電容器C_A5、第2開關SWc2的路徑中。

亦即，第1輔助電容器C_A5藉由共振電流I_TX而充放電，其結果，第1輔助電容器C_A5中產生電容器電壓V_CA5。

自動調整輔助電路80對發送天線20的第2端22施加修正電壓V_A。修正電壓V_A在第1對P1導通的期間T_ON1設為第1極性，在第2對P2導通的期間T_ON2設為第2極性。自動調整輔助電路80可將修正電壓V_A理解為施加至發送天線20的修正電源。亦即，可知無線供電裝置6的等效電路可視作與圖5的等效電路同等，其動作原理亦同樣。

亦即，若使自動調整輔助電路80動作，則對發送天線20施加相對於驅動電壓V_DRV延遲了θ_TX=90°的相位的修正電壓V_A。其結果，共振電流I_TX的相位與驅動電壓V_DRV 的相位一致，而成為模擬共振狀態。藉此，共振電流I_TX的振幅比非共振狀態大。這如圖7、圖9的矢量圖所示。

第2實施形態中的自動調整輔助電路80的動作為參照第1實施形態中的圖8所說明般，可自動地生成滿足模擬共振狀態的修正電壓V_A。

以上為無線供電裝置6的動作。

如此根據無線供電裝置6，無須調節發送天線20的共振頻率f_c，便能夠以實現模擬共振狀態的方式自動地調整電路的狀態。無線送電中，根據無線供電裝置與無線受電裝置的位置關係，共振頻率時刻變化，而根據無線供電裝置6，可高速地追隨該變化，從而可進行高效的電力傳送。

而且，若欲以無線供電傳送大電力，則共振用電容器C_TX的兩端間的電壓變得非常大，因而可變電容器(變容)的利用受到制約。因無須根據無線供電裝置6來調節共振用電容器C_TX的電容值，故亦具有無須使用可變電容器等的優點。

此處，已對將包含第1開關SWc1、第4開關SWc4的第1對以相對於第1高側開關SWH1(驅動電壓V_DRV)的相位延遲了θ_TX=90°的相位而開關的情況進行了說明，但相位差θ_TX並非必須為90°，亦可為270°(-90°)。這是因為該情況下以電容器電壓V_CA1為逆極性的方式而自動地調節。其中，在使用單向開關構成第1開關SWc1~第4開關SWc4的情況下，必須以逆導通元件中不流動電流的相位來開關。具體來說，較理想的是 在f_c<f_TX時θ_TX=90°

在f_c>f_TX時θ_TX=270°。

而且，如第1實施形態中所說明般，相位差θ_TX亦可自90°或者270°偏離。

繼而，對無線供電裝置6的變形例進行說明。各變形例可與任意的其他變形例組合，此種組合亦包含在本發明的範圍內。

圖24是表示第1變形例的無線供電裝置6a的構成的電路圖。圖24的電源10c包含H橋式電路。發送天線20以及自動調整輔助電路80a在電源10c的第1輸出端子OUT1與第2輸出端子OUT2之間串聯設置。進而直流阻止用的電容器C2與發送天線20及自動調整輔助電路80a串聯設置。自動調整輔助電路80a中，第1輔助電容器C_A5的一端(N2)接地。

根據圖24的無線供電裝置6a，亦可獲得與至此為止所說明的無線供電裝置同樣的效果。

如第1實施形態中所說明般，電源、自動調整輔助電路此兩方亦可經由變壓器而與發送天線20耦合。圖25(a)~圖25(c)是分別表示第2變形例~第4變形例的無線供電裝置6b~6d的構成的電路圖。第1控制部40省略。

在圖25(a)的無線供電裝置6b中，自動調整輔助電路80a經由第6變壓器T6而與發送天線20串聯耦合。具體來說，第6變壓器T6的1次線圈W1與發送天線20串聯設置，其2次線圈W2設置在自動調整輔助電路80a的 第1端子61與第2端子62之間。電源10c對發送天線20與第6變壓器T6的1次線圈W1的兩端間施加驅動電壓。

在圖25(b)的無線供電裝置6c中，電源10c經由第7變壓器T7而與發送天線20以及自動調整輔助電路80a耦合。電源10c對第7變壓器T7的1次線圈W1的兩端施加驅動電壓。發送天線20以及自動調整輔助電路80a與2次線圈W2串聯設置。

在圖25(c)的無線供電裝置6d中，半橋式構成的電源10經由第7變壓器T7而與發送天線20以及自動調整輔助電路80a耦合。在電源10的輸出端子與第7變壓器T7的第1線圈W1之間設置著直流阻止用的電容器C3。

進而亦可將圖25(a)~圖25(c)的變形例組合，而將電源、自動調整輔助電路的兩方利用變壓器而相對於發送天線耦合。

根據該些變形例，亦可獲得與至此為止所說明的無線供電裝置同樣的效果。

(無線受電裝置)

上述第2實施形態的自動調整輔助電路可用於無線受電裝置中。以下，對無線受電裝置進行說明。

圖26是表示第2實施形態的無線受電裝置8的構成的電路圖。無線受電裝置8接收自上述的或者完全不同的其他構成的無線供電裝置發送的電力信號S1。電力信號S1利用不成為電波的電磁波的近場(電場、磁場、或者電磁場)。

無線受電裝置8包括接收天線50、自動調整輔助電路90以及應供給電力的負載70。負載70中亦可內置未圖示的整流電路、檢波電路等。

接收天線50包括在第1端51與第2端52之間串聯設置的接收線圈L_RX以及共振用電容器C_RX。

自動調整輔助電路90與圖22的自動調整輔助電路80同樣地構成。具體來說，包括自動調整輔助電路90、第1端子91、第5開關SWc5~第8開關SWc8、及第2輔助電容器C_A6。

第5開關SWc5以及第6開關SWc6在第1端子91與第2端子92之間串聯設置。第7開關SWc7以及第8開關SWc8在第1端子91與第2端子92之間依次串聯，且相對於第5開關SWc5以及第6開關SWc6並聯設置。第2輔助電容器C_A6在第5開關SWc5與第6開關SWc6的連接點N3、和第7開關SWc7與第8開關SWc8的連接點N4之間設置。第2輔助電容器C_A6的電容值較理想的是充分大於共振用電容器C_RX的電容值。

第2控制部94將第5開關SWc5~第8開關SWc8以與電力信號S1相同的頻率、且以相對於在發送側施加至天線的驅動電壓(V_DRV)為某相位差θ_RX而開關。例如較佳為θ_RX=180°或0°。

自動調整輔助電路90與接收天線50串聯耦合。而且，應供給電力的負載70與接收天線50以及自動調整輔助電路90直接設置。

以上為無線受電裝置8的構成。繼而對其動作進行說明。無線受電裝置8的等效電路圖與圖15的無線受電裝置4同等。與無線供電裝置6中的自動調整輔助電路80同樣地，自動調整輔助電路90可將修正電壓V_A理解為施加至接收天線50的修正電源。

圖27是表示圖26的無線受電裝置8的動作的波形圖。圖27中自上方開始依次表示第5開關SWc5~第8開關SWc8、修正電壓V_A、接收天線50中流動的共振電流I_RX、及接收線圈L_RX與共振用電容器C_RX的兩端間的共振電壓V_RX。在表示開關的波形中，高位準表示導通狀態，低位準表示斷開狀態。

將包含第5開關SWc5以及第8開關SWc8的第1對以相對於無線供電裝置側的驅動電壓V_DRV位移了180°或0°的相位θ_RX而互補地開關。包含第6開關SWc6以及第7開關SWc7的第2對與第1對互補地開關。共振電流I_RX在第1對導通的時間T_ON1，流經包含第5開關SWc5、第2輔助電容器C_A6、第8開關SWc8的路徑，在第2對導通的時間T_ON2，流經包含第6開關SWc6、第2輔助電容器C_A6、第7開關SWc7的路徑。

第2輔助電容器C_A6根據共振電流I_RX而充放電，其結果，第2輔助電容器C_A6中產生電容器電壓V_CA6。而且，藉由將與電容器電壓V_CA6相應的修正電壓V_A施加至接收天線50，而共振電流I_A的相位與發送側的驅動電壓V_DRV的相位一致，從而可實現模擬共振狀態。

為了實現模擬共振狀態，必須將第5開關SWc5以及第8開關SWc8以適當的頻率f_TX以及相位θ_RX而開關。因此亦可自無線供電裝置對無線受電裝置8發送表示頻率f_TX以及相位θ_RX的資料。或者無線受電裝置8亦可對相位θ_RX進行掃描，而檢測最佳相位θ_RX。

以上為無線受電裝置8的動作。

如此根據圖26的無線受電裝置8，無須對共振用電容器C_RX的電容值進行調節，便可自動地實現共振狀態。

繼而對無線受電裝置8的變形例進行說明。

圖26中，將負載70的一端接地而設為基準電位，但亦可代替將負載70的一端接地，而將自動調整輔助電路90的第2輔助電容器C_A6的一端，亦即連接點N3或N4的一方接地。

圖28(a)、圖28(b)是表示第2變形例、第3變形例的無線受電裝置的構成的電路圖。

圖26中，已對負載70與接收天線50串聯連接的情況進行了說明，但負載70亦可設置在其他位置。

圖28(a)所示的第1變形例的無線受電裝置8a中，自動調整輔助電路90a的連接點N4接地。負載70a與第2輔助電容器C_A6並聯設置。亦即負載70a中供給有第2輔助電容器C_A6中產生的電容器電壓V_CA6。

圖28(b)所示的第2變形例的無線受電裝置8b中，負載70b經由第8變壓器T8而耦合於與接收天線50以及自動調整輔助電路90a串聯的路徑。

圖28(c)、圖28(d)是表示負載的構成例的電路圖。 圖28(c)的負載70c包括二極體整流電路72c、及負載電路76。圖28(d)的負載70d包括同步檢波電路72d及負載電路76。負載電路亦可如圖20所示更包括開關調節器74。

自動調整輔助電路90亦可相對於接收天線50經由變壓器而串聯耦合。圖29是表示第3變形例的無線受電裝置8c的構成的電路圖。自動調整輔助電路90a經由第9變壓器T9而與接收天線50串聯耦合。負載可與接收天線50以及1次線圈W1串聯設置，亦可與第2輔助電容器C_A6並聯設置。

藉由該些變形例，亦可獲得與圖26的無線受電裝置8同樣的效果。

在如圖26所示將接收天線50與負載串聯連接的情況下，亦具有如下優點：在負載的阻抗低的情況下，即便不進行自動調整輔助電路90的調整，亦可獲取一定程度的電力。另一方面，因藉由負載的電阻成分而接收天線50的Q值降低，故難以獲取大電力。

相反，在如圖28(a)所示從自動調整輔助電路90a獲取電力的情況下，因接收天線50的Q值不會藉由負載70而降低，故即便在負載70a的阻抗高的情況下，亦可獲取大電力。另一方面，在負載70a的阻抗過低的情況下，存在妨礙自動調整輔助電路60的動作的問題。

因此，考慮到應送電的電力或負載的阻抗等來決定將 負載配置在哪一位置即可。

第5開關SWc5~第8開關SWc8可包括雙向開關、或者單向開關中的任一個。在使用單向開關的情況下，亦如已說明般必須注意該些開關的相位。

(無線送電系統)

藉由將第2實施形態中說明的無線供電裝置6與無線受電裝置8組合，而可實現無線送電系統。

而且，已對在無線供電裝置6、無線受電裝置8的兩方安裝自動調整輔助電路的情況進行了說明，但本發明並不限定於此。

亦可僅在無線供電裝置6中設置自動調整輔助電路，無線受電裝置如先前般進行共振用電容器C_RX的調節。相反，亦可僅在無線受電裝置8中設置自動調整輔助電路，無線供電裝置6如先前般進行共振用電容器C_TX的調節。

進而，亦可僅在無線供電裝置6設置自動調整輔助電路，無線受電裝置8不具有任何調節機構。或者亦可僅在無線受電裝置8設置自動調整輔助電路，無線供電裝置6不具有任何調節機構。

該些情況下，藉由單一的自動調整輔助電路，以取得電源10與負載70之間的阻抗匹配的方式調整，從而可進行高效的電力傳送。該情況下，應留意自動調整輔助電路的開關的相位θ_TX(θ_RX)的最佳值自90°或者270°(180°或者0°)偏離。

或者，可將第1實施形態的無線供電裝置2與第2實 施形態的無線受電裝置8組合，亦可將無線受電裝置4與無線供電裝置6組合。

以上，根據第2實施形態對本發明進行了說明。本領域技術人員應當明白，該實施形態為例示，該些各構成要素或各處理製程的組合中能夠有各種變形例，而且此種變形例亦處於本發明的範圍內。以下，對此種變形例進行說明。

在包括自動調整輔助電路80的無線供電裝置6中，存在即便省略共振用電容器C_TX亦可實現模擬共振狀態的情況。該情況下，亦可省略共振用電容器C_TX。同樣地，在包括自動調整輔助電路90的無線受電裝置8中，亦可省略共振用電容器C_RX。

無線供電裝置6根據規定的規則(密碼)，使驅動電壓V_DRV的頻率f_TX以及相位的至少一個發生變化，而對電力信號S1進行加密。已知曉密碼的無線受電裝置8根據該密碼，對自動調整輔助電路90的開關頻率、相位進行控制。其結果，即便在電力信號S1加密的情況下，亦可對其進行解碼而接收電力供給。尚未知曉密碼的無線受電裝置無法對自動調整輔助電路90的開關進行適當控制，因而無法接收電力。無線電力傳送中，惡意的利用者的盜電可能成為問題，但藉由利用自動調整輔助電路而可解決該問題。

或者，在單一的無線供電裝置6對多個無線受電裝置8進行供電時，可藉由利用自動調整輔助電路來對每個終 端的供電量進行控制。

自動調整輔助電路30的用途並不限定於無線電力傳送，可用於需要進行調整的各種用途中。

(第3實施形態)

在第1實施形態、第2實施形態中，設置著單一的發送線圈L_TX或單一的接收線圈L_RX。與此相對，在第3實施形態中，設置著多個發送線圈L_TX、多個接收線圈L_RX。

(無線供電裝置)

圖30是表示第3實施形態的無線供電裝置3的構成的電路圖。無線供電裝置3包括多個n(n為2以上的整數)通道的發送天線20_1~20_n。各發送天線20包括串聯連接的共振用電容器C_TX以及發送線圈L_TX。在第3實施形態中，第1實施形態、第2實施形態中作為一個的發送線圈L_TX被分割為多個發送線圈L_TX，本實施形態中將該分割稱作「線圈分割」。各通道的發送線圈L_TX捲繞在共用的磁性體(捲芯(core))上，且相互磁性結合。多個發送線圈L_TX亦可為空芯線圈。即便在該情況下，與使用捲芯的情況相比結合度降低，但若線圈彼此一定程度地接近則多個發送線圈L_TX磁性結合。

多通道之一(圖30中為第n個通道)設為調整通道。在調整通道中，上述任一實施形態、或其變形例中說明的自動調整輔助電路30或80與發送天線20_n串聯耦合。

電源10在調整通道中，對發送天線20_n與自動調整輔助電路30(80)的兩端間施加交流的驅動電壓V_DRV。 而且，電源10在其他的通道中，對發送天線20的兩端間施加交流的驅動電壓V_DRV。

電源10包括針對每個通道而設置的電源10_1~10_n。各電源10_1~10_n-1對相對應的發送天線20_1~20_n-1施加驅動電壓V_DRV，電源10_n對發送天線20_n與自動調整輔助電路30(80)的兩端間施加驅動電壓V_DRV。如上述般，驅動電壓V_DRV可為以矩形波、梯形波、正弦波為首的任意的交流波形。

圖31是表示第3實施形態的第1變形例的無線供電裝置3a的構成的電路圖。該變形例中，將被施加了發送天線20_1~20_n各自的驅動電壓V_DRV的端子共用地加以連接，藉由單一的電源來驅動發送天線20_1~20_n。

繼而，對線圈分割的原理進行說明。圖32(a)表示具有單一線圈的無線供電裝置2r的圖，圖32(b)、圖32(c)表示具有分割為2個的線圈的無線供電裝置的圖，圖32(d)表示具有分割為N個的線圈的無線供電裝置3的圖。

圖32(a)的無線供電裝置包括單一的發送線圈L1、及共振用電容器C1，且與圖1的無線供電裝置2r相對應。圖32(b)的發送線圈L1₁、L1₂是將圖32(a)的發送線圈L1進行2分割而成，在將分割前的發送線圈L1的電感設為L時，分割後的線圈L1₁、L1₂的電感直接被理解為L/2。而且，圖32(b)的共振用電容器C1₁、C1₂是將圖32(a)的電容器C1進行2分割而成，在將電容器C1的 電容值設為C時，共振用電容器C1₁、C1₂的電容值直接被理解為2×C。

而且，即便任意地更換圖32(b)的線圈L1₁、L1₂、與共振用電容器C1₁、C1₂的順序，自交流電源10觀察發送天線(共振電路14)的阻抗亦不變。因此，流經各發送線圈L1₁、L1₂的電流亦不變，所生成的電力信號S1的強度亦相同。亦即，如圖32(c)所示，即便以將經分割的發送線圈L1與經分割的共振用電容器C1交替配置的方式進行排序，亦可產生與圖32(a)相同強度的磁場。若將分割數標準化為大於2的整數N，則導出圖32(d)的無線供電裝置3的構成。該情況下，經分割的線圈L1₁~L1_n的電感為L/n，經分割的共振用電容器C1₁~C1_n的電容值為n×C。

將圖32(a)的發送線圈L1的兩端間的電壓的振幅設為V_L，共振用電容器C1的兩端間的電壓的振幅設為VC。當滿足共振條件時，V_L=V_C成立。圖32(d)的無線供電裝置3中，經分割的發送線圈L1_i的兩端間的電壓由V_L/n而提供，經分割的共振用電容器C1_i的兩端間的電壓由V_C/n而提供。

圖32(d)的無線供電裝置3的優點藉由與圖1的無線供電裝置2r的對比而得以明確。為了藉由圖1的無線供電裝置2r供給大電力，發送線圈L1中需要流動大電流，從而共振電壓V_C、V_L可能成為數百V或其以上。

若考慮無線供電裝置的現實用途，則為了共振頻率的 調整或Q值的變更，共振用電容器C1的電容值及/或發送線圈L1的電感必須構成為可進行調節。然而，在共振電壓V_C、V_L為數百V的情況下，若使用耐壓低的電晶體元件或二極體等的電子電路零件則較為困難，必須使用機械性元件。

與此相對，根據圖32(d)的無線供電裝置3，藉由增加線圈數n，可減小經分割的發送線圈L1、經分割的共振用電容器C1各自的共振電壓V_Ci、V_Li的振幅，藉此，藉由使用了電晶體元件或二極體等的電子電路零件的電性元件，可進行共振頻率或Q值的調節等。換句話說，將分割數n規定成共振電壓VC1、VL1降低至可利用電子電路零件的程度為止即可。借助於電性元件進行的共振頻率或Q值的調整，與使用了馬達驅動的可變電容器(variable condenser)等的機械性調整相比亦具有高速的優點。

藉由使共振電壓V_C、V_L比先前小，可進行使用了電晶體元件的實施(implement)。而且，藉由將施加至電晶體元件的電壓下降至數V程度為止，可使用互補金屬氧化半導體(complementary metal-oxide semiconductor，CMOS)製程而形成於半導體基板上。亦即，可將多個交流電源10集成化為單一的IC，或可將用以使共振用電容器C1或發送線圈L1的常數變化的開關元件集成化為單一的IC。

藉由以下的考察可知，根據圖32(d)的無線供電裝置3而可導出圖30的無線供電裝置3。

圖32(d)的無線供電裝置3中，可掌握如下情況： 鄰接的一對(pair)經分割的發送線圈L1i與經分割的共振用電容器C1_i形成了共振電路14_i。而且，當將圖32(d)的交流電源10生成的電信號S2的電壓振幅設為V_DRV時，在共振電路14₁~14_n中分別施加了V_DRV/n的電壓。這是因為各共振電路14₁~14_n各自的阻抗相等。

因此，圖30的交流電源10_1~10_n生成的驅動電壓為圖32(d)的交流電源10生成的驅動電壓VDRV的1/n倍，只要圖30的經分割的發送線圈L11~L1n的結合度K與圖32(d)的經分割的發送線圈L1₁~L1_n的結合度K相等，則圖30的無線供電裝置3可產生與圖32(d)的無線供電裝置3相同強度的電信號S2。

以上為無線供電裝置3的構成。

在第1實施形態、第2實施形態中，發送天線20中產生超過數十V~數百V的共振電壓。因此，構成自動調整輔助電路30(80)的開關以及輔助電容器必須使用高耐壓元件來構成。

與此相對，在第3實施形態中，因施加至自動調整輔助電路30(80)的電壓降低，故可使用低耐壓元件來構成自動調整輔助電路30(80)。因此，可實現低成本化，或可提高設計的自由度。

進而，在藉由磁性體使多個發送線圈L_TX結合的情況下，若在某一通道中對電路的狀態進行控制，則其影響會波及其他通道。換言之，調整通道的自動調整輔助電路30(80)以無線供電裝置3整體上模擬的共振狀態成立的方 式進行動作。因此，無須在所有的通道中設置自動調整輔助電路30(80)，從而可簡化電路。

而且，藉由發送線圈的個數增加，可降低一個發送線圈產生的磁通密度，因而可抑制磁場的空間集中。這就人體保護的觀點而言有利。

(無線受電裝置)

圖33是表示第4實施形態的無線受電裝置5的構成的電路圖。無線受電裝置5包括多個n(n為2以上的整數)通道的接收天線50_1~50_n。各接收天線50包括串聯連接的共振用電容器C_RX以及接收線圈L_RX。各通道的接收線圈L_RX捲繞在共用的磁性體(捲芯)上，且彼此磁性結合。多個接收線圈L_RX亦可為空芯線圈。該情況下，雖然與使用捲芯的情況相比結合度降低，但只要線圈彼此一定程度地接近則多個接收線圈L_RX磁性結合。

由多個接收天線50接收到的電力被供給至共用的負載70。負載70與接收天線50的連接態樣不作限定，可採用上述任一形態。多通道之一(圖33中為第n個通道)設為調整通道。調整通道中，上述任一實施形態、或其變形例中說明的自動調整輔助電路60或90與接收天線50_n串聯耦合。

以上為無線受電裝置5的構成。

根據該無線受電裝置5，隨著接收天線50的個數n的增加，可減小在共振用電容器C_RX、接收線圈L_RX中分別產生的共振電壓的振幅。

在第1實施形態、第2實施形態中，接收天線50中產生超過數十V~數百V的共振電壓。因此，構成自動調整輔助電路60(90)的開關以及輔助電容器，必須使用高耐壓元件來構成。

與此相對，在第3實施形態中，因施加至自動調整輔助電路60(90)的電壓降低，故可使用低耐壓元件來構成自動調整輔助電路60(90)。因此，可實現低成本化，或可提高設計的自由度。

進而，在藉由磁性體使多個接收線圈R_TX結合的情況下，若在某一通道中對電路的狀態進行控制，則其影響會波及其他通道。換句話說，調整通道的自動調整輔助電路60(90)以無線受電裝置5整體上模擬的共振狀態成立的方式進行動作。因此，無須在所有的通道中設置自動調整輔助電路60(90)，因而可簡化電路。

而且，藉由接收線圈的個數增加，可降低各接收線圈的周邊所產生的磁通密度，因而可抑制磁場的空間集中。這就人體保護的觀點而言有利。

(第4實施形態)

(無線供電裝置)

圖34是表示第4實施形態的無線供電裝置3b的構成的電路圖。如第3實施形態中所說明般，在多個發送線圈一定程度地強結合的情況下，藉由僅在單一的通道中設置自動調整輔助電路30(80)，而可在所有通道中實現模擬的共振狀態。然而，在第3實施形態中，多個線圈彼此必 須結合，因而就線圈的布局而言產生制約。

以下說明的第4實施形態的無線供電裝置3b可用於多個線圈的結合弱的情況。

圖30的無線供電裝置3中，調整通道為一個，但本實施形態中，調整通道為多個，針對每個調整通道設置著自動調整輔助電路30(80)。圖34中表示在所有的通道中設置著自動調整輔助電路30(80)的情況。

繼而，對圖34的無線供電裝置3b的動作進行說明。無線供電裝置3b中，各通道的電源10對發送天線20以及自動調整輔助電路30(80)的兩端間，以相同相位施加驅動電壓。而且，各通道的自動調整輔助電路30(80)亦以相對於驅動電壓偏移了相同的角度的相位來進行開關。

無線供電裝置3b的優點藉由與圖30的無線供電裝置3的對比而得以明確。因此，對圖30的無線供電裝置3中可能產生的問題進行說明。為了容易理解，設為n=2，且2個通道的發送線圈的結合非常小。

現在，設為無線受電裝置相對於2個通道的線圈接近。供電裝置與受電裝置分別發揮相互作用。藉由無線受電裝置的接近，各通道各自的共振條件發生變化。此時，在設置著自動調整輔助電路30(80)的調整通道中，以模擬的共振狀態成立的方式線圈電流的相位發生偏移。另一方面，在另一非調整通道中，以與該通道的發送天線20及無線受電裝置的合成阻抗相應的相位而流動線圈電流。

此時，因2個通道的發送線圈中流動的電流的相位不 一致，故2個通道的發送線圈產生的電力信號(電磁場)彼此相互抵消，從而無法對無線受電裝置發送大的電力。

與此相對，根據圖34的無線供電裝置3b，在多個通道中模擬的共振狀態分別成立。亦即，在所有的通道中，同樣地成為線圈電流的相位相對於驅動電壓偏移了90度的狀態。

因此，2個通道的發送線圈產生的電力信號(電磁場)不會相互抵消，從而可對無線受電裝置發送大的電力。

(無線受電裝置)

圖35是表示第4實施形態的無線受電裝置5a的構成的電路圖。如第3實施形態所說明般，在多個接收線圈一定程度地強結合的情況下，藉由僅在單一的通道中設置自動調整輔助電路60(90)，而可在所有的通道中實現模擬的共振狀態。然而，在第3實施形態中，因多個線圈彼此必須結合，故就線圈的布局而言產生制約。

以下說明的第4實施形態的無線受電裝置5a可用於多個線圈的結合弱的情況。

圖33的無線受電裝置5中，調整通道為一個，但在第5實施形態中，調整通道為多個，針對每個調整通道設置著自動調整輔助電路60(90)。圖35中表示在所有的通道中設置著自動調整輔助電路60(90)的情況。

繼而，對圖35的無線受電裝置5a的動作進行說明。無線受電裝置5a中，各通道的自動調整輔助電路60(90)以相同相位而開關。

根據圖35的無線受電裝置5a，在多個接收線圈L_RX彼此的結合弱的情況下，接收大的電力並可供給至負載70。

圖36(a)、圖36(b)是表示第4實施形態的多個發送線圈或接收線圈的布局例的圖。圖36(a)中，多個發送線圈(或接收線圈)配置在同一平面上。

圖36(b)中，多個發送線圈(或接收線圈)配置在不同的平面上。更具體而言，包含各線圈的匝數(loop)的平面以彼此垂直的方式配置。在圖36(a)的布局中，可能產生電力強度非常弱的零點(Null Point)，但在圖36(b)的布局中，可減少零點。

如圖36(a)、圖36(b)所示，第4實施形態中，藉由在多個通道中設置自動調整輔助電路，即便多個發送線圈彼此的結合度、多個接收線圈彼此的結合度低亦可，因而可靈活布局。

已根據實施形態對本發明進行了說明，認為實施形態僅表示本發明的原理、應用，在實施形態中，在不脫離申請專利範圍所規定的本發明的思想的範圍內，可進行多個變形例或配置的變更。

[產業上之可利用性]

本發明是有關於一種無線供電技術。

1、1r‧‧‧無線送電系統

2、2r、2a、2b、2c、2d、2e、3、3a、3b‧‧‧無線供電裝置

4、4r、4a、4b、4c、4d、4e、5、5a‧‧‧無線受電裝置

6、6a、6b、6c、6d‧‧‧無線供電裝置

8、8a、8b‧‧‧無線受電裝置

10、10c、10_1~10_n‧‧‧電源

10r‧‧‧交流電源

12‧‧‧直流電源

14_i、14₁~14_n‧‧‧共振電路

20、20_1~20_n‧‧‧發送天線

22‧‧‧第1端

24‧‧‧第2端

30、30a、30b、30c、30d‧‧‧自動調整輔助電路

31‧‧‧第1端子

32‧‧‧第2端子

34‧‧‧充電電路

40、40c‧‧‧第1控制部

50、50_1~50_n‧‧‧接收天線

51‧‧‧第1端

52‧‧‧第2端

60、60d‧‧‧自動調整輔助電路

61‧‧‧第1端子

62‧‧‧第2端子

64‧‧‧第2控制部

70、70a、70b‧‧‧負載

72、72c、72d‧‧‧整流電路

74‧‧‧開關調節器

76‧‧‧負載電路

80、80a‧‧‧自動調整輔助電路

81‧‧‧第1端子

82‧‧‧第2端子

90、90a‧‧‧自動調整輔助電路

91‧‧‧第1端子

92‧‧‧第2端子

94‧‧‧第2控制部

C‧‧‧電容器C1的電容值

C2‧‧‧電容器

C_A1、C_A5‧‧‧第1輔助電容器

C_A2、C_A6‧‧‧第2輔助電容器

C_A3‧‧‧第3輔助電容器

C_A4‧‧‧第4輔助電容器

C_TX、C1、C1₁~C1_n、C1_i‧‧‧共振用電容器

C_RX‧‧‧共振用電容器

f_c‧‧‧共振頻率

f_TX‧‧‧發送頻率

I_A、I_DRV‧‧‧電流成分

I_TX、I_RX‧‧‧共振電流

L‧‧‧分割前的發送線圈L1的電感

L_RX‧‧‧接收線圈

L_TX、L1、L1₁~L1_n‧‧‧發送線圈

N1‧‧‧第1開關SWc1與第2開關SWc2的連接點

N2‧‧‧第3開關SWc3與第4開關SWc4的連接點

OUT1‧‧‧第1輸出端子

OUT2‧‧‧第2輸出端子

Rs‧‧‧檢測電阻

S1‧‧‧電力信號

S2‧‧‧電信號

SW1‧‧‧第1開關

SW2‧‧‧第2開關

SW3‧‧‧第3開關

SW4‧‧‧第4開關

SWc1‧‧‧第1開關

SWc2‧‧‧第2開關

SWc3‧‧‧第3開關

SWc4‧‧‧第4開關

SWc5‧‧‧第5開關

SWc6‧‧‧第6開關

SWc7‧‧‧第7開關

SWc8‧‧‧第8開關

SWH1‧‧‧第1高側開關

SWH2‧‧‧第2高側開關

SWH3‧‧‧第3高側開關

SWL1‧‧‧第1低側開關

SWL2‧‧‧第2低側開關

SWL3‧‧‧第3低側開關

T1‧‧‧第1變壓器

T2‧‧‧第2變壓器

T3‧‧‧第3變壓器

T_ON1‧‧‧第1開關SW1的導通時間

T_ON2‧‧‧第2開關SW2的導通時間

T_ON3‧‧‧第3開關SW3的導通時間

T_ON4‧‧‧第4開關SW4的導通時間

V_A‧‧‧第1端子31的電壓、修正電壓

V_C、V_Ci、V_L、V_Li‧‧‧共振電壓

V_CA1‧‧‧第1輔助電容器C_A1的電壓

V_CA2‧‧‧電容器電壓

V_CA3‧‧‧第3輔助電容器C_A3的電壓

V_DD‧‧‧電源電壓

V_DRV、#V_DRV‧‧‧驅動電壓

V_GND‧‧‧接地電壓

Vs‧‧‧檢測電壓

V_TX、V_RX‧‧‧共振電壓

W1‧‧‧1次線圈

W2‧‧‧2次線圈

Z‧‧‧阻抗

θ_TX、θ_RX‧‧‧相位

φ‧‧‧相位差

圖1是表示比較技術的無線送電系統的圖。

圖2是表示第1實施形態的無線供電裝置的構成的電 路圖。

圖3(a)~圖3(f)是表示使用了MOSFET的開關的構成例的圖。

圖4是表示圖2的無線供電裝置的動作的波形圖。

圖5是表示圖2的無線供電裝置的等效電路圖。

圖6(a)是不使自動調整輔助電路動作的狀態時的波形圖，圖6(b)是使自動調整輔助電路動作時的波形圖。

圖7是說明f_c<f_TX的情況下的自動調整輔助電路的模擬共振狀態的矢量圖。

圖8是表示非共振狀態以及共振狀態下的共振電流的圖。

圖9是說明f_c>f_TX的情況下的自動調整輔助電路的模擬共振狀態的矢量圖。

圖10是表示第1變形例的無線供電裝置的構成的電路圖。

圖11是表示第2變形例的無線供電裝置的構成的電路圖。

圖12是表示第3變形例的無線供電裝置的構成的電路圖。

圖13(a)、圖13(b)是分別表示第4變形例、第5變形例的無線供電裝置的構成的電路圖。

圖14是表示第1實施形態的無線受電裝置的構成的電路圖。

圖15是圖14的無線受電裝置的等效電路圖。

圖16是表示圖14的無線受電裝置的動作的波形圖。

圖17(a)、圖17(b)表示第1變形例、第2變形例的無線受電裝置的構成的電路圖。

圖18是表示第3變形例的無線受電裝置的構成的電路圖。

圖19(a)、圖19(b)是分別表示第4變形例、第5變形例的無線受電裝置的構成的電路圖。

圖20是表示第1實施形態的無線送電系統的構成例的電路圖。

圖21是表示圖20的無線送電系統的動作的波形圖。

圖22是表示第2實施形態的無線供電裝置的構成的電路圖。

圖23是表示圖22的無線供電裝置的動作的波形圖。

圖24是表示第1變形例的無線供電裝置的構成的電路圖。

圖25(a)~圖25(c)是分別表示第2變形例~第4變形例的無線供電裝置的構成的電路圖。

圖26是表示第2實施形態的無線受電裝置的構成的電路圖。

圖27是表示圖26的無線受電裝置的動作的波形圖。

圖28(a)、圖28(b)是表示第2變形例、第3變形例的無線受電裝置的構成的電路圖，圖28(c)、圖28(d)是表示負載的構成例的電路圖。

圖29是表示第3變形例的無線受電裝置的構成的電路 圖。

圖30是表示第3實施形態的無線供電裝置的構成的電路圖。

圖31是表示第3實施形態的第1變形例的無線供電裝置的構成的電路圖。

圖32(a)是表示具有單一線圈的無線供電裝置的圖，圖32(b)、圖32(c)是表示具有分割為2個的線圈的無線供電裝置的圖，圖32(d)是表示具有分割為N個的線圈的無線供電裝置的圖。

圖33是表示第3實施形態的無線受電裝置的構成的電路圖。

圖34是表示第4實施形態的無線供電裝置的構成的電路圖。

圖35是表示第4實施形態的無線受電裝置的構成的電路圖。

圖36(a)、圖36(b)是表示第4實施形態的多個發送線圈或接收線圈的布局(layout)例的圖。

6‧‧‧無線供電裝置

10‧‧‧電源

12‧‧‧直流電源

20‧‧‧發送天線

21‧‧‧第1端

22‧‧‧第2端

40‧‧‧第1控制部

80‧‧‧自動調整輔助電路

81‧‧‧第1端子

82‧‧‧第2端子

C_A5‧‧‧第1輔助電容器

C_TX‧‧‧共振用電容器

I_TX‧‧‧共振電流

L_TX‧‧‧發送線圈

N1‧‧‧第1開關SWc1與第2開關SWc2的連接點

N2‧‧‧第3開關SWc3與第4開關SWc4的連接點

SWc1~SWc4‧‧‧第1開關~第4開關

SWH1‧‧‧第1高側開關

SWL1‧‧‧第1低側開關

V_A‧‧‧修正電壓

V_CA5‧‧‧第1輔助電容器C_A5的電壓

V_DD‧‧‧電源電壓

V_DRV‧‧‧驅動電壓

V_GND‧‧‧接地電壓

V_TX‧‧‧共振電壓

θ_TX‧‧‧相位

Claims (32)

1. 一種無線供電裝置，對無線受電裝置發送包含電場、磁場、電磁場中的任一個的電力信號，其特徵在於包括：多通道的發送天線，分別包含發送線圈；自動調整輔助電路，與作為上述多通道之一的調整通道的發送天線串聯耦合；以及電源，在上述調整通道中，對上述發送天線與上述自動調整輔助電路的兩端間施加交流的驅動電壓，並且在其他的通道中，對上述發送天線的兩端間施加交流的驅動電壓；上述自動調整輔助電路包括：第1端子；第2端子；N個(N為自然數)輔助電容器，分別包括第1電極、第2電極；多個開關，分別設置在上述第1端子、上述第2端子、上述N個輔助電容器的上述第1電極、上述第2電極中的2個之間；以及第1控制部，將上述多個開關分別與上述驅動電壓同步地進行開關。
2. 如申請專利範圍第1項所述之無線供電裝置，其中上述調整通道為上述多通道中的多個，上述自動調整輔助電路針對每個上述調整通道而設置。
3. 如申請專利範圍第2項所述之無線供電裝置，其中上述調整通道為上述多通道的全部。
4. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述之無線供電裝置，其中上述第1控制部將上述多個開關分別以與上述驅動電壓相同的頻率、其奇數倍或奇數分之一倍的頻率而開關。
5. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述之無線供電裝置，其中上述自動調整輔助電路包括：第1開關以及第1輔助電容器，在上述第1端子與上述第2端子之間串聯設置；以及第2開關，在上述第1端子與上述第2端子之間，相對於上述第1開關及上述第1輔助電容器並聯設置。
6. 如申請專利範圍第5項所述之無線供電裝置，其中上述自動調整輔助電路更包括第2輔助電容器，該第2輔助電容器在上述第1端子與上述第2端子之間，與上述第2開關串聯設置。
7. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述之無線供電裝置，其中上述自動調整輔助電路包括：第1開關以及第2開關，在上述第1端子與上述第2端子之間串聯設置；第3開關以及第4開關，在上述第1端子與上述第2端子之間，在相對於上述第1開關以及上述第2開關並聯 的路徑上依序串聯設置；以及第1輔助電容器，設置在上述第1開關與上述第2開關的連接點、和上述第3開關與上述第4開關的連接點之間。
8. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述之無線供電裝置，其中上述電源包括：直流電源；以及第1高側開關以及第1低側開關，在上述直流電源的輸出端子與固定電壓端子之間依序串聯設置；在上述調整通道中，上述發送天線以及上述自動調整輔助電路在上述第1高側開關以及上述第1低側開關的連接點與上述固定電壓端子之間串聯耦合。
9. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述之無線供電裝置，其中上述電源包括：直流電源；第1高側開關以及第1低側開關，在上述直流電源的輸出端子與固定電壓端子之間依序串聯設置；以及第2高側開關以及第2低側開關，在上述直流電源的輸出端子與上述固定電壓端子之間依序串聯設置；在上述調整通道中，上述發送天線以及上述自動調整輔助電路在上述第1高側開關以及上述第1低側開關的連接點、與上述第2高側開關以及上述第2低側開關的連接 點之間串聯耦合。
10. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述之無線供電裝置，其中上述自動調整輔助電路經由變壓器而與上述調整通道的上述發送天線串聯耦合。
11. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述之無線供電裝置，其中上述發送天線包括與上述發送線圈串聯設置的共振用電容器。
12. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述之無線供電裝置，其中上述電源經由變壓器對上述發送天線以及上述自動調整輔助電路的兩端間施加所述的交流的驅動電壓。
13. 一種無線供電系統，其特徵在於包括：如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述之無線供電裝置；以及無線受電裝置，接收來自上述無線供電裝置的上述電力信號。
14. 一種無線受電裝置，接收自無線供電裝置發送的包含電場、磁場、電磁場中的任一個的電力信號，其特徵在於包括：多通道的接收天線，分別包含接收線圈，對共用的負載供給所接收的電力；以及自動調整輔助電路，與作為上述多通道之一的調整通 道的接收天線串聯耦合；上述自動調整輔助電路包括：第1端子；第2端子；N個(N為自然數)輔助電容器，分別包括第1電極、第2電極；多個開關，分別設置在上述第1端子、上述第2端子、上述N個輔助電容器的上述第1電極、上述第2電極中的2個之間；以及第2控制部，對上述多個開關分別進行開關。
15. 如申請專利範圍第14項所述之無線受電裝置，其中上述調整通道為上述多通道中的多個，上述自動調整輔助電路針對每個上述調整通道而設置。
16. 如申請專利範圍第15項所述之無線受電裝置，其中上述調整通道為上述多通道的全部。
17. 如申請專利範圍第14項至第16項中任一項所述之無線受電裝置，其中上述第2控制部將上述多個開關分別以與上述電力信號相同的頻率、其奇數倍或奇數分之一倍的頻率而開關。
18. 如申請專利範圍第14項至第16項中任一項所述之無線受電裝置，其中上述自動調整輔助電路包括： 第3開關以及第3輔助電容器，在上述第1端子與上述第2端子之間串聯設置；以及第4開關，在上述第1端子與上述第2端子之間，相對於上述第3開關以及上述第3輔助電容器並聯設置。
19. 如申請專利範圍第18項所述之無線受電裝置，其中上述自動調整輔助電路更包括第4輔助電容器，該第4輔助電容器在上述第1端子與上述第2端子之間，與上述第4開關串聯設置。
20. 如申請專利範圍第14項至第16項中任一項所述之無線受電裝置，其中上述自動調整輔助電路包括：第5開關以及第6開關，在上述第1端子與上述第2端子之間串聯設置；第7開關以及第8開關，在上述第1端子與上述第2端子之間，相對於上述第5開關以及上述第6開關並聯且依序串聯設置；以及第2輔助電容器，設置在上述第5開關與上述第6開關的連接點、和上述第7開關與上述第8開關的連接點之間。
21. 如申請專利範圍第14項至第16項中任一項所述之無線受電裝置，其中上述自動調整輔助電路經由變壓器而與上述接收天線串聯耦合。
22. 如申請專利範圍第14項至第16項中任一項所述之無線受電裝置，其中上述接收天線包括與上述接收線圈串聯設置的共振用電容器。
23. 一種無線供電系統，其特徵在於包括：無線供電裝置，發送包含電場、磁場、電磁場中的任一個的電力信號；以及如申請專利範圍第14項至第16項中任一項所述之無線受電裝置，接收上述電力信號。
24. 一種無線供電系統，其特徵在於包括：如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述之無線供電裝置；以及如申請專利範圍第14項至第16項中任一項所述之無線受電裝置，接收來自上述無線供電裝置的上述電力信號。
25. 一種無線供電裝置，對無線受電裝置發送包含電場、磁場、電磁場中的任一個的電力信號，其特徵在於包括：多通道的發送天線，分別包含發送線圈；自動調整輔助電路，與作為上述多通道之一的調整通道的發送天線串聯耦合；以及電源，在上述調整通道中，對上述發送天線與上述自動調整輔助電路的兩端間施加交流的驅動電壓，並且在其他的通道中，對上述發送天線的兩端間施加交流的驅動電壓； 上述自動調整輔助電路包括：至少一個輔助電容器；多個開關，為了藉由流經上述發送線圈的電流對上述至少一個輔助電容器分別進行充電以及放電而設置；以及第1控制部，藉由對上述多個開關進行開關，而使上述至少一個輔助電容器各自的兩端間產生電容器電壓，並且使與上述至少一個輔助電容器各自的上述電容器電壓相應的修正電壓施加至上述發送線圈。
26. 如申請專利範圍第25項所述之無線供電裝置，其中上述調整通道為上述多通道中的多個，上述自動調整輔助電路針對每個上述調整通道而設置。
27. 如申請專利範圍第26項所述之無線供電裝置，其中上述調整通道為上述多通道的全部。
28. 如申請專利範圍第25項至第27項中任一項所述之無線供電裝置，其中上述第1控制部將上述多個開關分別以與上述驅動電壓相同的頻率、其奇數倍或奇數分之一倍的頻率而開關。
29. 一種無線受電裝置，接收自無線供電裝置發送的包含電場、磁場、電磁場中的任一個的電力信號，其特徵在於包括：多通道的接收天線，分別包含接收線圈，對共用的負 載供給所接收的電力；以及自動調整輔助電路，與作為上述多通道之一的調整通道的接收天線串聯耦合；上述自動調整輔助電路包括：至少一個輔助電容器；多個開關，為了藉由流經上述接收線圈的電流對上述至少一個輔助電容器分別進行充電以及放電而設置；以及第2控制部，藉由對上述多個開關進行開關，而使上述至少一個輔助電容器各自的兩端間產生電容器電壓，並且使與上述至少一個輔助電容器各自的上述電容器電壓相應的修正電壓施加至上述接收線圈。
30. 如申請專利範圍第29項所述之無線受電裝置，其中上述調整通道為上述多通道中的多個，上述自動調整輔助電路針對每個上述調整通道而設置。
31. 如申請專利範圍第30項所述之無線受電裝置，其中上述調整通道為上述多通道的全部。
32. 如申請專利範圍第29項至第31項中任一項所述之無線受電裝置，其中上述第2控制部將上述多個開關分別以與上述電力信號相同的頻率、其奇數倍或奇數分之一倍的頻率而開關。