TW201434227A - 無線電力傳送裝置、無線電力傳送裝置之供給電力控制方法、及無線電力傳送裝置之製造方法 - Google Patents
無線電力傳送裝置、無線電力傳送裝置之供給電力控制方法、及無線電力傳送裝置之製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- TW201434227A TW201434227A TW102143088A TW102143088A TW201434227A TW 201434227 A TW201434227 A TW 201434227A TW 102143088 A TW102143088 A TW 102143088A TW 102143088 A TW102143088 A TW 102143088A TW 201434227 A TW201434227 A TW 201434227A
- Authority
- TW
- Taiwan
- Prior art keywords
- power
- power supply
- value
- resonator
- coil
- Prior art date
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
- H02J50/10—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling
- H02J50/12—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling of the resonant type
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F38/00—Adaptations of transformers or inductances for specific applications or functions
- H01F38/14—Inductive couplings
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
- H02J7/0029—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits
- H02J7/00302—Overcharge protection
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
- H02J7/0029—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits
- H02J7/00304—Overcurrent protection
Abstract
本發明提供一種不追加新的機器、而是藉由調整設於進行無線電力傳送之供電裝置及受電裝置之線圈間之耦合係數,來設定輸入阻抗之值,由此能夠控制供給之電力(電流)之無線電力傳送裝置、供給電力控制方法、及無線電力傳送裝置之製造方法。作為使磁場改變而自供電模組2對受電模組3供給電力之無線電力傳送裝置1之供給電力控制方法,藉由分別調整鄰接之線圈間之耦合係數之值,將無線電力傳送裝置1之輸入阻抗Zin之值設定為所需之值而調整供給之電力。
Description
本發明係關於一種可調整無線電力傳送之電力之無線電力傳送裝置、無線電力傳送裝置之供給電力控制方法、及無線電力傳送裝置之製造方法。
近年來,筆記型PC、平板型PC、數位攝像機、行動電話、行動式遊戲機、耳機型音樂播放器、無線式頭戴型耳機、助聽器、記錄器等人可行動使用之行動式之電子機器正快速普及。而且,該等行動式之電子機器之大部分中搭載有充電電池,需要定期充電。為了簡化對該電子機器之充電電池之充電作業,藉由於供電裝置與搭載於電子機器之受電裝置之間利用無線傳送電力之供電技術(改變磁場而進行電力傳送之無線電力傳送技術)來對充電電池進行充電的機器正不斷增加。
例如,作為無線電力傳送技術,列舉利用線圈間之電磁感應進行電力傳送之技術(例如參照專利文獻1)、藉由利用供電裝置及受電裝置具備之共振器(線圈)間之共振現象(磁場共振態)使磁場耦合而進行電力傳送的技術(例如參照專利文獻2)。
藉由使用此種無線電力傳送技術穩定地對充電電池進行充電時,要求將供給至充電電池之電力(電流)以特定範圍內之值供給。其理由列舉:若供給至充電電池之電力(電流)小於特定範圍內之值則變
成小電力(小電流),根據充電電池之特性,無法進行充電;另一方面,若供給至充電電池之電力(電流)大於特定範圍內之值則變成過電流,充電電池或充電電路發熱而有可能縮短充電電池或充電電路之壽命。
為了回應上述要求,考慮藉由控制進行無線電力傳送之供電裝置及受電裝置中之輸入阻抗,而將供給至充電電池之電力(電流)控制為特定範圍內之值。
而且,為了控制進行無線電力傳送之供電裝置及受電裝置中之輸入阻抗,考慮於受電裝置等個別地設置阻抗匹配器(例如,參照專利文獻3)。
[專利文獻1]日本專利第4624768號公報
[專利文獻2]日本專利特開2010-239769號公報
[專利文獻3]日本專利特開2011-050140號公報
然而,個別地將阻抗匹配器設於受電裝置等者,對於要求行動性、精簡化、低成本化之行動電子機器而言,有零件件數變多之不佳狀況。
換言之,較理想為不於進行無線電力傳送之供電裝置及受電裝置追加新的機器而控制輸入阻抗。
因此,本發明之目的在於提供一種不追加新的機器而是藉由調整設於進行無線電力傳送之供電裝置及受電裝置之線圈間之耦合係數,設定輸入阻抗之值,由此能夠控制所供給之電力(電流)的無線電力傳送裝置、供給電力控制方法、及無線電力傳送裝置之製造方法。
用於解決上述問題之本發明係一種無線電力傳送裝置之供給電力控制方法,其特徵在於,該無線電力傳送裝置係使磁場改變而自具備供電線圈及供電共振器之至少一者之供電模組對具備受電共振器及受電線圈之至少一者之受電模組供給電力,上述供電線圈、供電共振器、受電共振器、及受電線圈分別具有至少一個線圈,分別調整鄰接之上述線圈間之耦合係數之值,藉此設定該無線電力傳送裝置之輸入阻抗之值,調整上述供給之電力。
根據上述方法,於供電線圈、供電共振器、受電共振器、及受電線圈中,分別調整鄰接之線圈間之耦合係數之值,藉此可設定無線電力傳送裝置之輸入阻抗之值而調整所供給之電力。藉此,不設置新的機器,便可實現藉由設定無線電力傳送裝置之輸入阻抗之值而調整進行無線電力傳送時供給之電力。即,可不增加無線電力傳送裝置之零件件數而控制供電之電力。
又,用於解決上述問題之本發明係一種無線電力傳送裝置之供給電力控制方法,其特徵在於,該無線電力傳送裝置係藉由共振現象而自至少具備供電線圈及供電共振器之供電模組對至少具備受電共振器及受電線圈之受電模組供給電力,且該供給電力控制方法藉由調整上述供電線圈與上述供電共振器之間之耦合係數k12、上述供電共振器與上述受電共振器之間之耦合係數k23、及上述受電共振器與上述受電線圈之間之耦合係數k34之值中之至少一者,設定該無線電力傳送裝置之輸入阻抗之值而調整上述供給之電力。
根據上述方法,以控制藉由共振現象自供電模組相對於受電模組供給電力之無線電力傳送裝置之供給電力為目的,而調整供電線圈與供電共振器之間之耦合係數k12、供電共振器與受電共振器之間之耦合係數k23、及受電共振器與受電線圈之間之耦合係數k34之值,藉
此可設定無線電力傳送裝置之輸入阻抗之值,而調整自無線電力傳送裝置輸出之電力。
又,用於解決上述問題之本發明係如上述無線電力傳送裝置之供給電力控制方法,其特徵在於,上述各耦合係數k12、k23、k34之值分別係藉由改變上述供電線圈與上述供電共振器之間之距離、上述供電共振器與上述受電共振器之間之距離、及上述受電共振器與上述受電線圈之間之距離之至少一者而調整。
根據上述方法,藉由改變供電線圈與供電共振器之間之距離而可改變耦合係數k12之值,藉由改變供電共振器與受電共振器之間之距離而可改變耦合係數k23之值,藉由改變受電共振器與受電線圈之間之距離而可改變耦合係數k34之值。藉此,藉由物理地改變供電線圈與供電共振器之間之距離、供電共振器與受電共振器之間之距離、及受電共振器與受電線圈之間之距離這樣的簡單作業,便可改變各線圈間之耦合係數之值。即,藉由物理地改變供電線圈與供電共振器之間之距離、供電共振器與受電共振器之間之距離、及受電共振器與受電線圈之間之距離這樣的簡單作業,便可調整無線電力傳送裝置之輸入阻抗之值,由此可控制自無線電力傳送裝置輸出之電力。
又,用於解決上述問題之本發明係如上述無線電力傳送裝置之供給電力控制方法,其特徵在於,於將上述供電共振器與上述受電共振器之間之距離、及上述受電共振器與上述受電線圈之間之距離固定之情形時,利用上述共振現象而供給之電力係基於如下特性進行調整:隨著上述供電線圈與上述供電共振器之間之距離縮短,而上述供電線圈與上述供電共振器之間之上述耦合係數k12之值變大,隨著將上述耦合係數k12之值變大,上述無線電力傳送裝置之輸入阻抗之值變大。
根據上述方法,於將供電共振器與受電共振器之間之距離、及
受電共振器與受電線圈之間之距離固定之情形時,藉由縮短供電線圈與供電共振器之間之距離,可增大供電線圈與供電共振器之間之耦合係數k12之值,藉由增大耦合係數k12之值,而可增大無線電力傳送裝置之輸入阻抗之值。相反,藉由延長供電線圈與供電共振器之間之距離,可減小供電線圈與供電共振器之間之耦合係數k12之值,藉由減小耦合係數k12之值,而可減小無線電力傳送裝置之輸入阻抗之值。藉由利用上述特性之無線電力傳送裝置之供給電力控制方法,藉由物理地改變供電線圈與供電共振器之間之距離這樣的簡單作業,可調整無線電力傳送裝置之輸入阻抗之值,由此可簡單地控制自無線電力傳送裝置輸出之電力。
又,用於解決上述問題之本發明係如上述無線電力傳送裝置之供給電力控制方法,其特徵在於,於將上述供電線圈與上述供電共振器之間之距離、及上述供電共振器與上述受電共振器之間之距離固定之情形時,利用上述共振現象供給之電力係基於如下特性進行調整:隨著將上述受電共振器與上述受電線圈之間之距離縮短,上述受電共振器與上述受電線圈之間之上述耦合係數k34之值變大,隨著上述耦合係數k34之值變大,上述無線電力傳送裝置之輸入阻抗之值變小。
根據上述方法,於將供電線圈與供電共振器之間之距離、及供電共振器與受電共振器之間之距離固定之情形時,藉由縮短受電共振器與受電線圈之間之距離而可增大受電共振器與受電線圈之間之耦合係數k34之值,藉由增大耦合係數k34之值而可減小無線電力傳送裝置之輸入阻抗之值。相反,藉由延長受電共振器與受電線圈之間之距離而可減小受電共振器與受電線圈之間之耦合係數k34之值,藉由減小耦合係數k34之值而可增大無線電力傳送裝置之輸入阻抗之值。藉由利用上述特性之無線電力傳送裝置之供給電力控制方法,藉由物理地改變受電共振器與受電線圈之間之距離這樣的簡單作業,便可調整無
線電力傳送裝置之輸入阻抗之值,由此可簡單地控制自無線電力傳送裝置輸出之電力。
又,用於解決上述問題之本發明係如上述無線電力傳送裝置之供給電力控制方法,其特徵在於,相對於供給至上述供電模組之電力之驅動頻率之傳送特性之值係以於低於上述供電模組及受電模組中之共振頻率之驅動頻帶及高於上述共振頻率之驅動頻帶分別具有波峰的方式設定,供給至上述供電模組之電力之上述驅動頻率係與於低於上述共振頻率之驅動頻帶出現之傳送特性之峰值相對應的帶域。
根據上述方法,相對於供給至供電模組之電力之驅動頻率之傳送特性之值以於低於供電模組及受電模組中之共振頻率之驅動頻帶及高於共振頻率之驅動頻帶分別具有波峰之方式設定的情形時,將供給至供電模組之電力之驅動頻率設定為與於低於共振頻率之驅動頻帶出現之傳送特性之峰值相對應的帶域之頻率,藉此可確保較高之傳送特性。
又,產生於供電模組之外周側之磁場與產生於受電模組之外周側之磁場抵消,藉此,於供電模組及受電模組之外周側,磁場所致之影響減小,可形成具有比供電模組及受電模組之外周側以外之磁場強度小之磁場強度的磁場空間。藉此,於所形成之磁場空間儲存不期望受到磁場影響之電路等,藉此可有效活用空間,從而能夠實現無線電力傳送裝置自身之小型化。
又,用於解決上述問題之本發明係如上述無線電力傳送裝置之供給電力控制方法,其特徵在於,相對於供給至上述供電模組之電力之驅動頻率之傳送特性之值係以於低於上述供電模組及受電模組中之共振頻率之驅動頻帶及高於上述共振頻率之驅動頻帶分別具有波峰的方式設定,且供給至上述供電模組之電力之上述驅動頻率係與於高於上述共振頻率之驅動頻帶出現之傳送特性之峰值相對應之帶域。
根據上述方法,於相對於供給至供電模組之電力之驅動頻率之傳送特性之值以於低於供電模組及受電模組中之共振頻率之驅動頻帶及高於共振頻率之驅動頻帶分別具有波峰之方式設定的情形時,將供給至供電模組之電力之驅動頻率設定為與於高於共振頻率之驅動頻帶出現之傳送特性之峰值相對應之帶域之頻率,藉此可確保較高之傳送特性。
又,產生於供電模組之內周側之磁場與產生於受電模組之內周側之磁場抵消,藉此,於供電模組及受電模組之內周側,磁場所致之影響減小,可形成具有比供電模組及受電模組之內周側以外之磁場強度小之磁場強度的磁場空間。藉此,於所形成之磁場空間儲存不期望受到磁場影響之電路等,藉此可有效活用空間,從而能夠實現無線電力傳送裝置自身之小型化。
又,作為用於解決上述問題之本發明亦可為一種無線電力傳送裝置,其特徵在於其係藉由上述供給電力控制方法而經調整。
根據上述構成,不設置新的機器便可實現藉由設定無線電力傳送裝置之輸入阻抗之值而調整進行無線電力傳送時供給之電力。即,可不增加無線電力傳送裝置之零件件數而控制供電之電力。
又,用於解決上述問題之本發明係一種無線電力傳送裝置之製造方法,其特徵在於,該無線電力傳送裝置係使磁場改變而自具備供電線圈及供電共振器之至少一者之供電模組對具備受電共振器及受電線圈之至少一者之受電模組供給電力,該製造方法包含如下設計步驟:於上述供電線圈、供電共振器、受電共振器、及受電線圈中分別設置至少一個線圈,並分別調整鄰接之上述線圈間之耦合係數之值,藉此設定該無線電力傳送裝置之輸入阻抗之值而調整所供給之電力。
根據上述方法,可製造不設置新的機器便可藉由設定無線電力傳送裝置之輸入阻抗之值而調整進行無線電力傳送時供給之電力的無
線電力傳送裝置。即,可製造不增加無線電力傳送裝置之零件件數便可控制供電之電力之無線電力傳送裝置。
可提供藉由調整設於進行無線電力傳送之供電裝置及受電裝置之線圈間之耦合係數而設定輸入阻抗之值,由此可控制所供給之電力(電流)的無線電力傳送裝置、供給電力控制方法、及無線電力傳送裝置之製造方法。
1‧‧‧無線電力傳送裝置
2‧‧‧供電模組
3‧‧‧受電模組
6‧‧‧交流電源
7‧‧‧穩定電路
8‧‧‧充電電路
9‧‧‧充電電池
21‧‧‧供電線圈
22‧‧‧供電共振器
31‧‧‧受電線圈
32‧‧‧受電共振器
51‧‧‧虛線
52‧‧‧實線
200‧‧‧無線式頭戴型耳機
201‧‧‧充電器
201a‧‧‧耳機揚聲器部
C1~C4‧‧‧電容器
Iin‧‧‧電流
L1~L4‧‧‧線圈
R1~R4‧‧‧電阻器
S1~S7‧‧‧步驟
S21‧‧‧傳送特性
Zin‧‧‧輸入阻抗
圖1係無線電力傳送裝置之概略說明圖。
圖2係適當電流範圍之說明圖。
圖3係無線電力傳送裝置之等效電路之說明圖。
圖4係表示相對於驅動頻率之傳送特性『S21』之關係的說明圖。
圖5(A)、(B)係表示測定實驗1之測定結果之圖表。
圖6(A)、(B)係表示測定實驗2之測定結果之圖表。
圖7(A)、(B)係表示測定實驗3之測定結果之圖表。
圖8(A)、(B)係表示測定實驗4之測定結果之圖表。
圖9(A)、(B)係表示測定實驗5之測定結果之圖表。
圖10(A)、(B)係表示測定實驗6之測定結果之圖表。
圖11係表示無線電力傳送中之線圈間距離與耦合係數之關係之曲線。
圖12係說明無線電力傳送裝置之製造方法之說明圖。
圖13係說明包含無線電力傳送裝置之無線式頭戴型耳機及充電器之設計方法的流程圖。
以下說明本發明之無線電力傳送裝置、供給電力控制方法、及無線電力傳送裝置之製造方法之實施形態。
首先,在說明無線電力傳送裝置之供給電力控制方法、及無線電力傳送裝置之製造方法之前,先說明藉由供給電力控制方法或製造方法而設計、製造之無線電力傳送裝置1。
如圖1所示,無線電力傳送裝置1包括具備供電線圈21及供電共振器22之供電模組2、以及具備受電線圈31及受電共振器32之受電模組3。而且,對供電模組2之供電線圈21連接具備將供給至供電模組2之電力之驅動頻率設定為特定值之振盪電路的交流電源6,且於受電模組3之受電線圈31經由將接收到之交流電力整流化之穩定電路7及防止過充電之充電電路8而連接有充電電池9。
供電線圈21發揮將自交流電源6獲得之電力藉由電磁感應而供給至供電共振器22之作用。如圖3所示,該供電線圈21構成為以電阻器R1、線圈L1、及電容器C1為要素之RLC電路。再者,線圈L1部分係將銅線材(具絕緣被膜)捲繞一次,並將線圈徑設定為96mm 。又,將構成供電線圈21之電路元件所具有之合計之阻抗設為Z1,於本實施形態中,係將構成供電線圈21之以電阻器R1、線圈L1、及電容器C1為要素之RLC電路(電路元件)所具有的合計之阻抗設為Z1。
受電線圈31發揮如下作用:藉由電磁感應而接收作為磁場能量自供電共振器22傳送至受電共振器32之電力,並經由穩定電路7及充電電路8而供給至充電電池9。該受電線圈31係與供電線圈21同樣地,如圖3所示,構成為以電阻器R4、線圈L4、及電容器C4為要素之RLC電路。再者,線圈L4部分係將銅線材(具絕緣被膜)捲繞一次,並將線圈徑設定為96mm 。又,將構成受電線圈31之電路元件所具有之合
計之阻抗設為Z4,於本實施形態中,係將構成受電線圈31之以電阻器R4、線圈L4、及電容器C4為要素之RLC電路(電路元件)所具有的合計之阻抗設為Z4。又,於圖3中,將連接於受電線圈31之穩定電路7、充電電路8及充電電池9之負荷阻抗設為Z1,且於測定該負荷阻抗Z1時為方便起見置換為電阻器R1。
如圖3所示,供電共振器22構成以電阻器R2、線圈L2、及電容器C2為要素之RLC電路。又,如圖3所示,受電共振器32構成為以電阻器R3、線圈L3、及電容器C3為要素之RLC電路。而且,供電共振器22及受電共振器32分別成為共振電路,發揮產生磁場共振態之作用。此處,所謂磁場共振態(共振現象),係指2個以上之線圈於共振頻率調諧。又,將構成供電共振器22之電路元件所具有之合計之阻抗設為Z2,於本實施形態中,係將構成供電共振器22之以電阻器R2、線圈L2、及電容器C2為要素之RLC電路(電路元件)所具有之合計之阻抗設為Z2。又,將構成受電共振器32之電路元件所具有之合計之阻抗設為Z3,於本實施形態中,係將構成受電共振器32之以電阻器R3、線圈L3、及電容器C3為要素之RLC電路(電路元件)所具有之合計之阻抗設為Z3。
又,於供電共振器22及受電共振器32中之作為共振電路之RLC電路中,若將電感設為L、將電容器電容設為C,則由(式1)規定之f成為共振頻率。而且,本實施形態中之供電線圈21、供電共振器22、受電線圈31、及受電共振器32之共振頻率係設為12.8MHz。
又,供電共振器22及受電共振器32係使用將銅線材(具絕緣被膜)捲繞四次且線圈徑96mm 之螺線管型之線圈。又,供電共振器22及受電共振器32中之共振頻率一致。再者,供電共振器22及受電共振器32只要為使用有線圈之共振器則可為螺旋型或螺線管型等之線圈。
又,將供電線圈21與供電共振器22之間之距離設為d12,將供電共振器22與受電共振器32之間之距離設為d23,將受電共振器32與受電線圈31之間之距離設為d34(參照圖1)。
又,如圖3所示,將供電線圈21之線圈L1與供電共振器22之線圈L2之間之互感設為M12,將供電共振器22之線圈L2與受電共振器32之線圈L3之間之互感設為M23,將受電共振器32之線圈L3與受電線圈31之線圈L4之間之互感設為M34。又,於無線電力傳送裝置1中,將線圈L1與線圈L2之間之耦合係數表述為k12,將線圈L2與線圈L3之間之耦合係數表述為k23,將線圈L3與線圈L4之間之耦合係數表述為k34。
再者,供電線圈21之RLC電路之R1、L1、C1、供電共振器22之RLC電路之R2、L2、C2、受電共振器32之RLC電路之R3、L3、C3、受電線圈31之RLC電路之R4、L4、C4之電阻值、電感、電容器電容、及耦合係數k12、k23、k34較理想為於設計、製造階段等作為可變更之參數,以滿足後述之(式3)之關係式的方式設定。
根據上述無線電力傳送裝置1,於使供電共振器22之共振頻率與受電共振器32之共振頻率一致之情形時,可於供電共振器22與受電共振器32之間產生磁場共振態。若於供電共振器22及受電共振器32共振之狀態下產生磁場共振態,則可將電力作為磁場能量自供電共振器22傳送至受電共振器32。
基於上述無線電力傳送裝置1之構成,說明調整無線電力傳送裝置1供給之電力之供給電力控制方法。
首先,若表示根據上述構成之無線電力傳送裝置1(包含穩定電路7、充電電路8及充電電池9)之電路圖則如圖1之下圖所示。其係將無線電力傳送裝置1全體置換為一個輸入阻抗Zin而表示者。據此,可知控制自無線電力傳送裝置1輸出之電力時,若交流電源6為通常使用之定電壓電源則電壓Vin被保持為一定,故需要控制電流Iin之值。
而且,若以基於電壓Vin及輸入阻抗Zin之關係式表示該電流Iin則如(式2)所示。
此處,於自本實施形態之無線電力傳送裝置1向充電電池9供給電力時,要求電流Iin之值如圖2所示處於適當電流範圍內(Iin(MIN)~Iin(MAX))。要求電流Iin以適當電流範圍內之值供給之理由可列舉:若供給至充電電池9之電流小於Iin(MIN)之值則變成小電流,根據充電電池9之特性,導致無法進行充電;另一方面,若供給至充電電池9之電流大於Iin(MAX)之值則變成過電流,穩定電路7、充電電路8及充電電池9發熱,有可能縮短壽命;或者因構成無線電力傳送裝置1之供電模組2、受電模組3之線圈之發熱,有可能導致配置於線圈附近之電源6、穩定電路7、充電電路8及充電電池9等之壽命縮短。
根據上述理由,為將電流Iin之值控制於適當電流範圍內(Iin(MIN)~Iin(MAX)),如圖2所示,需要將輸入阻抗Zin之值調整為Zin(MIN)~Zin(MAX)之範圍內。即,根據(式2),若增大輸入阻抗Zin之值便可減小電流Iin之值,若減小輸入阻抗Zin之值便可增大電流Iin之值。
因此,為了更詳細地表示無線電力傳送裝置1之輸入阻抗Zin而利
用等效電路表示無線電力傳送裝置1之構成時則如圖3所示。而且,根據圖3之等效電路,無線電力傳送裝置1之輸入阻抗Zin可如(式3)般表述。
而且,本實施形態中之無線電力傳送裝置1之供電線圈21、供電共振器22、受電共振器32、及受電線圈31之阻抗Z1、Z2、Z3、Z4、Z1分別可如(式4)般表述。
其次,若將(式4)導入(式3),則成為(式5)。
而且,供電線圈21之RLC電路之R1、L1、C1、供電共振器22之RLC電路之R2、L2、C2、受電共振器32之RLC電路之R3、L3、C3、受電線圈31之RLC電路之R4、L4、C4之電阻值、電感、電容器電容、及耦合係數k12、k23、k34可於設計、製造階段等作為可變更之參數,以自上述(式5)之關係式導出之無線電力傳送裝置1之輸入阻抗Zin之值收於Zin(MIN)~Zin(MAX)之範圍內的方式進行調整。
於如上所述之無線電力傳送裝置中,已知藉由使供給至供電模組2之電力之驅動頻率與供電模組2具備之供電線圈21、供電共振器22及受電模組3具備之受電線圈31、受電共振器32所具有的共振頻率一致,可使無線電力傳送之電力傳送效率最大,通常係求出電力傳送效率之最大化而將驅動頻率設定為共振頻率。此處,所謂電力傳送效率係指受電模組3接收之電力相對於供給至供電模組2之電力之比率。
若如此,於無線電力傳送裝置1中,為使電力傳送效率最大化,要求滿足如使驅動頻率、與供電模組2及受電模組3之各RLC電路分別所具有之共振頻率一致之電容器或線圈等之電容條件、共振條件(ωL=1/ωC)。
具體而言,於無線電力傳送裝置1中,若將為使電力傳送效率最大而滿足共振條件(ωL=1/ωC)之情形時之無線電力傳送裝置1之輸入
阻抗Zin應用於(式5),則變成(ωL1-1/ωC1=0)、(ωL2-1/ωC2=0)、(ωL3-1/ωC3=0)、(ωL4-1/ωC4=0),成為(式6)之關係式。
根據上述關係式(式6),可知為將無線電力傳送裝置1之輸入阻抗Zin之值調整為收於Zin(MIN)~Zin(MAX)之範圍內而可變更之主要參數僅有供電線圈21之RLC電路之R1、供電共振器22之RLC電路之R2、受電共振器32之RLC電路之R3、受電線圈31之RLC電路之R4等之電阻值、及耦合係數k12、k23、k34。
如上述般,為使無線電力傳送裝置1之電力傳送效率最大化而使供給至供電模組2之電力之驅動頻率與共振頻率一致的情形時,可使用耦合係數k12、k23、k34作為用於以使無線電力傳送裝置1之輸入阻抗Zin之值收於Zin(MIN)~Zin(MAX)之範圍內之方式被控制的參數。
又,如上述般,於使供給至供電模組2之電力之驅動頻率與供電模組2具備之供電共振器22及受電模組3具備之受電共振器32所具有之共振頻率不一致之情形時(ωL≠1/ωC),亦可使用耦合係數k12、k23、k34作為用於使無線電力傳送裝置1之輸入阻抗Zin之值收於Zin(MIN)~Zin(MAX)之範圍內之方式被控制的參數。
其次,根據變更條件之測定實驗1~6,說明於改變耦合係數k12、k23、k34之情形時,無線電力傳送裝置1之輸入阻抗Zin做出何種
改變。
於測定實驗1~6中,將圖3所示之無線電力傳送裝置1連接於網路分析儀110(於本實施形態中,使用安捷倫科技股份有限公司製之E5061B),而測定相對於耦合係數之輸入阻抗Zin。再者,於測定實驗1~6中,係代替穩定電路7、充電電路8、及充電電池9,連接可變電阻器11(R1)而進行測定。
又,於本測定實驗中,係以相對於供給至無線電力傳送裝置1之電力之驅動頻率的無線電力傳送裝置1之傳送特性『S21』為具有雙峰性之性質者而進行測定。
此處,所謂傳送特性『S21』,係表示於網路分析儀110連接無線電力傳送裝置1而測量之信號,以分貝表示,數值越大則表示電力傳送效率越高。而且,相對於供給至無線電力傳送裝置1之電力之驅動頻率的無線電力傳送裝置1之傳送特性『S21』,根據供電模組2及受電模組3之間之磁場所致之連接程度(磁場耦合)之強度,而分為具有單峰性之性質者與具有雙峰性之性質者。而且,所謂單峰性,係指相對於驅動頻率之傳送特性『S21』之波峰為一個且此波峰於共振頻帶(fo)出現(參照圖4之虛線51)。另一方面,所謂雙峰性係指相對於驅動頻率之傳送特性『S21』之波峰為兩個、且此兩個波峰於低於共振頻率之驅動頻帶(fL)與高於共振頻率之驅動頻帶(fH)出現(參照圖4之實線52)。若更詳細地定義雙峰性,則係指於上述網路分析儀110連接無線電力傳送裝置而測量之反射特性『S11』具有兩個波峰之狀態。因此,即便相對於驅動頻率之傳送特性『S21』之波峰看似為一個,但測量之反射特性『S11』具有兩個波峰之情形時,亦為具有雙峰性之性質者。
於具有上述單峰性之性質之無線電力傳送裝置1中,如圖4之虛線51所示,驅動頻率在共振頻率f0時其傳送特性『S21』最大化(電力
傳送效率最大化)。
另一方面,於具有雙峰性之性質之無線電力傳送裝置1中,如圖4之實線52所示,傳送特性『S21』係於低於共振頻率f0之驅動頻帶(fL)與高於共振頻率f0之驅動頻帶(fH)最大化。
再者,一般而言,若供電共振器與受電共振器之間之距離相同,則雙峰性之傳送特性『S21』之最大值(fL或fH之傳送特性『S21』之值)成為比單峰性之傳送特性『S21』之最大值(在f0之傳送特性『S21』之值)更低的值(參照圖4之曲線)。
具體而言,將供給至供電模組2之交流電力之驅動頻率設定為雙峰性之低頻側之波峰附近之頻率fL之情形時(同相共振模式),供電共振器22及受電共振器32為同相位且成為共振狀態,流向供電共振器22之電流之朝向與流向受電共振器32之電流之朝向成為相同朝向。其結果為,如圖4之曲線所示,雖然未達到以電力傳送效率之最大化為目的之一般的無線電力傳送裝置之傳送特性『S21』(虛線51),但即便於使驅動頻率與供電模組2具備之供電共振器22及受電模組3具備之受電共振器32所具有之共振頻率不一致的情形時,亦可將傳送特性『S21』之值設為較高之值。此處,將流向供電模組2之線圈(供電共振器22)之電流之朝向與流向受電模組3之線圈(受電共振器32)之電流之朝向成為相同朝向的共振狀態稱為同相共振模式。
又,於上述同相共振模式下,產生於供電共振器22之外周側之磁場與產生於受電共振器32之外周側的磁場抵消,藉此於供電共振器22及受電共振器32之外周側,磁場所致之影響減小,從而可形成較供電共振器22及受電共振器32之外周側以外之磁場強度(例如,供電共振器22及受電共振器32之內周側之磁場強度)更小之磁場強度的磁場空間。而且,於該磁場空間收納有欲使磁場之影響減小之穩定電路7、充電電路8或充電電池9等之情形時,可減少或防止對於穩定電路
7、充電電路8或充電電池9等發生由磁場引起之渦電流,從而能夠抑制發熱所致之負面影響。
另一方面,將供給至供電模組2之交流電力之驅動頻率設定為雙峰性之高頻側之波峰附近之頻率fH的情形時(逆相共振模式),供電共振器22及受電共振器32為逆相位且成為共振狀態,流向供電共振器22之電流之朝向與流向受電共振器32之電流之朝向成為相反朝向。其結果為,如圖4之曲線所示,雖然未達到以電力傳送效率之最大化為目的之一般的無線電力傳送裝置之傳送特性『S21』(虛線51),但即便於使驅動頻率與供電模組2具備之供電共振器22及受電模組3具備之受電共振器32所具有之共振頻率不一致的情形時,亦可使傳送特性『S21』之值成為較高之值。此處,將流向供電模組2之線圈(供電共振器22)之電流之朝向與流向受電模組3之線圈(受電共振器32)之電流之朝向成為相反朝向的共振狀態稱為逆相共振模式。
又,於上述逆相共振模式中,產生於供電共振器22之內周側之磁場與產生於受電共振器32之內周側之磁場抵消,藉此於供電共振器22及受電共振器32之內周側,磁場所致之影響減小,可形成具有比供電共振器22及受電共振器32之內周側以外之磁場強度(例如,供電共振器22及受電共振器32之外周側之磁場強度)小之磁場強度的磁場空間。而且,於該磁場空間收納有期望減小磁場影響之穩定電路7、充電電路8或充電電池9等之情形時,可減小或防止對於穩定電路7、充電電路8或充電電池9等發生由磁場引起之渦電流,從而能夠抑制發熱所致之負面影響。又,藉由該逆相共振模式而形成之磁場空間係形成於供電共振器22及受電共振器32之內周側,故而藉由於該空間組入穩定電路7、充電電路8或充電電池9等電子零件而可提高無線電力傳送裝置1自身之精簡化、設計自由度。
於測定實驗1所使用之無線電力傳送裝置1中,供電線圈21構成為以電阻器R1、線圈L1為要素之RL電路(無共振),線圈L1部分係將銅線材(具絕緣被膜)捲繞一次,並將線圈徑設定為96mm 。同樣地,受電線圈31構成為以電阻器R4、線圈L4為要素之RL電路(無共振),線圈L4部分係將銅線材(具絕緣被膜)捲繞一次,並將線圈徑設定為96mm 。又,供電共振器22構成為以電阻器R2、線圈L2、及電容器C2為要素之RLC電路,線圈L2部分係使用將銅線材(具絕緣被膜)捲繞四次且線圈徑96mm 之螺線管型之線圈。又,受電共振器32構成為以電阻器R3、線圈L3、及電容器C3為要素之RLC電路,線圈L3部分係使用將銅線材(具絕緣被膜)捲繞四次且線圈徑96mm 之螺線管型之線圈。而且,將測定實驗1所使用之無線電力傳送裝置1中之R1、R2、R3、R4之值分別設定為0.05Ω、0.5Ω、0.5Ω、0.05Ω。又,將L1、L2、L3、L4之值分別設定為0.3μH、4μH、4μH、0.3μH。又,供電共振器22及受電共振器32中之共振頻率為12.8MHz。
於測定實驗1中,在將可變電阻器11(R1)之值設定為51Ω、100Ω、270Ω、500Ω之值之4種情況下,測定分別將耦合係數k23固定為0.10、將耦合係數k34固定為0.35,然後將耦合係數k12之值設定為0.11、0.15、0.22、0.35之4個值時之、相對於供給至供電模組2之電力之驅動頻率的無線電力傳送裝置1之輸入阻抗Zin之值(關於耦合係數之調整方法之詳細說明於後文敍述)。而且,將供給至供電模組2之交流電力之驅動頻率設定為雙峰性之低頻側之波峰附近之頻率fL之情形時(同相共振模式:12.2MHz)之測定值示於圖5(A)。又,將供給至供電模組2之交流電力之驅動頻率設定為雙峰性之高頻側之波峰附近之頻率fH之情形時(逆相共振模式:13.4MHz)的測定值示於圖5(B)。
根據圖5(A)之同相共振模式之測定結果,於將可變電阻器11(R1)之值設定為51Ω之情形時,若耦合係數k12之值以0.11、→0.15、
→0.22、→0.35之順序變大,則無線電力傳送裝置1之輸入阻抗Zin之值以31.4Ω、→35.9Ω、→47.5Ω、→79.0Ω之情況變大。
又,於將可變電阻器11(R1)之值設定為100Ω之情形時,若耦合係數k12之值以0.11、→0.15、→0.22、→0.35之順序變大,則無線電力傳送裝置1之輸入阻抗Zin之值以33.1Ω、→39.0Ω、→54.8Ω、→97.1Ω之情況變大。
又,於將可變電阻器11(R1)之值設定為270Ω之情形時,若耦合係數k12之值以0.11、→0.15、→0.22、→0.35之順序變大,則無線電力傳送裝置1之輸入阻抗Zin之值以37.8Ω、→48.2Ω、→76.0Ω、→148.5Ω之情況變大。
又,於將可變電阻器11(R1)之值設定為500Ω之情形時,若耦合係數k12之值以0.11、→0.15、→0.22、→0.35之順序變大,則無線電力傳送裝置1之輸入阻抗Zin之值以40.9Ω、→54.5Ω、→90.1Ω、→183.1Ω之情況變大。
如上述般可知,於同相共振模式下亦有如下傾向:無論將可變電阻器11(R1)之值設定為51Ω、100Ω、270Ω、500Ω之任一者之值之情形時,隨著耦合係數k12之值以0.11、→0.15、→0.22、→0.35之順序變大,則無線電力傳送裝置1之輸入阻抗Zin之值變大。
又,關於圖5(B)之逆相共振模式之測定結果亦相同,於將可變電阻器11(R1)之值設定為51Ω之情形時,若耦合係數k12之值以0.11、→0.15、→0.22、→0.35之順序變大,則無線電力傳送裝置1之輸入阻抗Zin之值以27.5Ω、→28.1Ω、→30.2Ω、→33.3Ω之情況變大。
又,於將可變電阻器11(R1)之值設定為100Ω之情形時,若耦合係數k12之值以0.11、→0.15、→0.22、→0.35之順序變大,則無線電力傳送裝置1之輸入阻抗Zin之值以28.7Ω、→29.4Ω、→32.6Ω、→50.3Ω之情況變大。
又,於將可變電阻器11(R1)之值設定為270Ω之情形時,若耦合係數k12之值以0.11、→0.15、→0.22、→0.35之順序變大,則無線電力傳送裝置1之輸入阻抗Zin之值以30.7Ω、→33.5Ω、→43.0Ω、→80.6Ω之情況變大。
又,於將可變電阻器11(R1)之值設定為500Ω之情形時,若耦合係數k12之值以0.11、→0.15、→0.22、→0.35之順序變大,則無線電力傳送裝置1之輸入阻抗Zin之值以31.8Ω、→35.8Ω、→49.1Ω、→96.7Ω之情況變大。
如上述般可知,於逆相共振模式下亦有如下傾向:無論將變電阻器11(R1)之值設定為51Ω、100Ω、270Ω、500Ω之任一者之值之情形時,隨著耦合係數k12之值以0.11、→0.15、→0.22、→0.35之順序變大,則無線電力傳送裝置1之輸入阻抗Zin之值變大。
於測定實驗2所使用之無線電力傳送裝置1中,與測定實驗1不同地,供電線圈21構成以電阻器R1、線圈L1、及電容器C1為要素之RLC電路(有共振),線圈L1部分係將銅線材(具絕緣被膜)捲繞一次,並將線圈徑設定為96mm 。同樣地,受電線圈31亦構成以電阻器R4、線圈L4、及電容器C4為要素之RLC電路,且線圈L4部分係將銅線材(具絕緣被膜)捲繞一次,並將線圈徑設定為96mm 。再者,其他構成係與測定實驗1相同。而且,將測定實驗2所使用之無線電力傳送裝置1中之R1、R2、R3、R4之值分別設定為0.05Ω、0.5Ω、0.5Ω、0.05Ω。又,將L1、L2、L3、L4之值分別設定為0.3μH、4μH、4μH、0.3μH。又,供電線圈21、供電共振器22、受電共振器32、及受電線圈31中之共振頻率為12.8MHz。
於測定實驗2中,在將可變電阻器11(R1)之值設定為51Ω、100Ω、270Ω、500Ω之值之4種情況下,測定分別將耦合係數k23固定為
0.10、將耦合係數k34固定為0.35,然後將耦合係數k12之值設定為0.11、0.15、0.22、0.35之4個值之情形時之、相對於供給至供電模組2之電力之驅動頻率的無線電力傳送裝置1之輸入阻抗Zin之值。而且,將供給至供電模組2之交流電力之驅動頻率設定為雙峰性之低頻側之波峰附近之頻率fL的情形時(同相共振模式:12.2MHz)之測定值示於圖6(A)。又,將供給至供電模組2之交流電力之驅動頻率設定為雙峰性之高頻側之波峰附近之頻率fH之情形時(逆相共振模式:13.4MHz)的測定值示於圖6(B)。
根據圖6(A)之同相共振模式之測定結果,於將可變電阻器11(R1)之值設定為51Ω之情形時,若耦合係數k12之值以0.11、→0.15、→0.22、→0.35之順序變大,則無線電力傳送裝置1之輸入阻抗Zin之值以6.5Ω、→11.5Ω、→22.4Ω、→48.8Ω之情況變大。
又,於將可變電阻器11(R1)之值設定為100Ω之情形時,若耦合係數k12之值以0.11、→0.15、→0.22、→0.35之順序變大,則無線電力傳送裝置1之輸入阻抗Zin之值以10.0Ω、→18.1Ω、→35.4Ω、→77.6Ω之情況變大。
又,於將可變電阻器11(R1)之值設定為270Ω之情形時,若耦合係數k12之值以0.11、→0.15、→0.22、→0.35之順序變大,則無線電力傳送裝置1之輸入阻抗Zin之值以17.3Ω、→31.8Ω、→62.2Ω、→136.5Ω之情況變大。
又,於將可變電阻器11(R1)之值設定為500Ω之情形時,若耦合係數k12之值以0.11、→0.15、→0.22、→0.35之順序變大,則無線電力傳送裝置1之輸入阻抗Zin之值以21.8Ω、→40.3Ω、→79.0Ω、→173.1Ω之情況變大。
如上述般可知,於同相共振模式下亦有如下傾向:無論將可變電阻器11(R1)之值設定為51Ω、100Ω、270Ω、500Ω之任一者之值之
情形時,隨著耦合係數k12之值以0.11、→0.15、→0.22、→0.35之順序變大,則無線電力傳送裝置1之輸入阻抗Zin之值變大。
又,關於圖6(B)之逆相共振模式之測定結果亦相同,於將可變電阻器11(R1)之值設定為51Ω之情形時,若耦合係數k12之值以0.11、→0.15、→0.22、→0.35之順序變大,則無線電力傳送裝置1之輸入阻抗Zin之值以5.5Ω、→6.8Ω、→13.6Ω、→35.9Ω之情況變大。
又,於將可變電阻器11(R1)之值設定為100Ω之情形時,若耦合係數k12之值以0.11、→0.15、→0.22、→0.35之順序變大,則無線電力傳送裝置1之輸入阻抗Zin之值以6.9Ω、→9.5Ω、→19.3Ω、→49.8Ω之情況變大。
又,於將可變電阻器11(R1)之值設定為270Ω之情形時,若耦合係數k12之值以0.11、→0.15、→0.22、→0.35之順序變大,則無線電力傳送裝置1之輸入阻抗Zin之值以9.3Ω、→14.9Ω、→31.2Ω、→79.0Ω之情況變大。
又,於將可變電阻器11(R1)之值設定為500Ω之情形時,若耦合係數k12之值以0.11、→0.15、→0.22、→0.35之順序變大,則無線電力傳送裝置1之輸入阻抗Zin之值以10.7Ω、→18.0Ω、→38.1Ω、→95.9Ω之情況變大。
如上述般可知,於逆相共振模式下亦有如下傾向:無論將變電阻器11(R1)之值設定為51Ω、100Ω、270Ω、500Ω之任一者之值之情形時,隨著耦合係數k12之值以0.11、→0.15、→0.22、→0.35之順序變大,則無線電力傳送裝置1之輸入阻抗Zin之值變大。
於測定實驗3所使用之無線電力傳送裝置1中,與測定實驗1、2不同地,供電線圈21、供電共振器22、受電共振器32、受電線圈31之線圈部分係使用於平面上捲繞線圈而作成之圖案線圈(pattern coil)。
具體而言,供電線圈21構成以電阻器R1、線圈L1、及電容器C1為要素之RLC電路(有共振),線圈L1部分係使用藉由銅箔之蝕刻而形成之捲繞12次且線圈徑35mm 之圖案線圈。同樣地,受電線圈31構成以電阻器R4、線圈L4、及電容器C4為要素之RLC電路,線圈L4部分係使用藉由銅箔之蝕刻而形成之捲繞12次且線圈徑35mm 之圖案線圈。又,供電共振器22構成以電阻器R2、線圈L2、及電容器C2為要素之RLC電路,線圈L2部分係使用藉由銅箔之蝕刻而形成之捲繞12次且線圈徑35mm 之圖案線圈。又,受電共振器32構成為以電阻器R3、線圈L3、及電容器C3為要素之RLC電路,線圈L3部分係使用藉由銅箔之蝕刻而形成之捲繞12次且線圈徑35mm 之圖案線圈。而且,分別將測定實驗3所使用之無線電力傳送裝置1中之R1、R2、R3、R4之值設定為1.8Ω、1.8Ω、1.8Ω、1.8Ω。又,分別將L1、L2、L3、L4之值設定為2.5μH、2.5μH、2.5μH、2.5μH。又,供電線圈21、供電共振器22、受電共振器32、及受電線圈31中之共振頻率為8.0MHz。
於測定實驗3中,在將可變電阻器11(R1)之值設定為51Ω、100Ω、270Ω、500Ω之值之4種情況下,測定分別將耦合係數k23固定為0.05、將耦合係數k34固定為0.08,然後將耦合係數k12之值設定為0.05、0.06、0.07、0.08之4個值之情形時之、相對於供給至供電模組2之電力之驅動頻率的無線電力傳送裝置1之輸入阻抗Zin之值。而且,將供給至供電模組2之交流電力之驅動頻率設定為雙峰性之低頻側之波峰附近之頻率fL之情形時(同相共振模式:7.9MHz)之測定值示於圖7(A)。又,將供給至供電模組2之交流電力之驅動頻率設定為雙峰性之高頻側之波峰附近之頻率fH之情形時(逆相共振模式:8.2MHz)之測定值示於圖7(B)。
根據圖7(A)之同相共振模式之測定結果,於將可變電阻器11(R1)之值設定為51Ω之情形時,若耦合係數k12之值以0.05、→0.06、
→0.07、→0.08之順序變大,則無線電力傳送裝置1之輸入阻抗Zin之值以9.1Ω、→18.0Ω、→29.5Ω、→35.9Ω之情況變大。
又,於將可變電阻器11(R1)之值設定為100Ω之情形時,若耦合係數k12之值以0.05、→0.06、→0.07、→0.08之順序變大,則無線電力傳送裝置1之輸入阻抗Zin之值以10.5Ω、→20.7Ω、→34.1Ω、→42.3Ω之情況變大。
又,於將可變電阻器11(R1)之值設定為270Ω之情形時,若耦合係數k12之值以0.05、→0.06、→0.07、→0.08之順序變大,則無線電力傳送裝置1之輸入阻抗Zin之值以12.3Ω、→24.0Ω、→39.8Ω、→49.9Ω之情況變大。
又,於將可變電阻器11(R1)之值設定為500Ω之情形時,若耦合係數k12之值以0.05、→0.06、→0.07、→0.08之順序變大,則無線電力傳送裝置1之輸入阻抗Zin之值以12.8Ω、→25.4Ω、→41.9Ω、→51.9Ω之情況變大。
如上述般可知,於同相共振模式下亦有如下傾向:無論將變電阻器11(R1)之值設定為51Ω、100Ω、270Ω、500Ω之任一者之值之情形時,隨著耦合係數k12之值以0.05、→0.06、→0.07、→0.08之順序變大,則無線電力傳送裝置1之輸入阻抗Zin之值變大。
又,關於圖7(B)之逆相共振模式之測定結果亦相同,於將可變電阻器11(R1)之值設定為51Ω之情形時,若耦合係數k12之值以0.05、→0.06、→0.07、→0.08之順序變大,則無線電力傳送裝置1之輸入阻抗Zin之值以8.7Ω、→14.9Ω、→25.0Ω、→32.1Ω之情況變大。
又,於將可變電阻器11(R1)之值設定為100Ω之情形時,若耦合係數k12之值以0.05、→0.06、→0.07、→0.08之順序變大,則無線電力傳送裝置1之輸入阻抗Zin之值以9.5Ω、→15.8Ω、→26.6Ω、→34.2Ω之情況變大。
又,於將可變電阻器11(R1)之值設定為270Ω之情形時,若耦合係數k12之值以0.05、→0.06、→0.07、→0.08之順序變大,則無線電力傳送裝置1之輸入阻抗Zin之值以10.5Ω、→17.3Ω、→29.4Ω、→37.8Ω之情況變大。
又,於將可變電阻器11(R1)之值設定為500Ω之情形時,若耦合係數k12之值以0.05、→0.06、→0.07、→0.08之順序變大,則無線電力傳送裝置1之輸入阻抗Zin之值以10.8Ω、→18.0Ω、→30.5Ω、→38.7Ω之情況變大。
如上述般可知,於逆相共振模式下亦有如下傾向:無論將變電阻器11(R1)之值設定為51Ω、100Ω、270Ω、500Ω之任一者之值之情形時,隨著耦合係數k12之值以0.05、→0.06、→0.07、→0.08之順序變大,則無線電力傳送裝置1之輸入阻抗Zin之值變大。
於測定實驗4所使用之無線電力傳送裝置1中,與測定實驗1同樣地,供電線圈21構成為以電阻器R1、線圈L1為要素之RL電路(無共振),線圈L1部分係將銅線材(具絕緣被膜)捲繞一次,並將線圈徑設定為96mm 。同樣地,受電線圈31構成為以電阻器R4、線圈L4為要素之RL電路(無共振),線圈L4部分係將銅線材(具絕緣被膜)捲繞一次,並將線圈徑設定為96mm 。再者,其他構成亦與測定實驗1相同。又,分別將測定實驗4所使用之無線電力傳送裝置1中之R1、R2、R3、R4之值設定為0.05Ω、0.5Ω、0.5Ω、0.05Ω。又,分別將L1、L2、L3、L4之值設定為0.3μH、4μH、4μH、0.3μH(與測定實驗1相同)。又,供電共振器22及受電共振器32中之共振頻率為12.8MHz。
於測定實驗4中,在將可變電阻器11(R1)之值設定為51Ω、100Ω、270Ω、500Ω之值之4種情況下,測定分別將耦合係數k12固定為0.35、將耦合係數k23固定為0.10,然後將耦合係數k34之值設定為
0.11、0.15、0.22、0.35之4個值之情形時之、相對於供給至供電模組2之電力之驅動頻率的無線電力傳送裝置1之輸入阻抗Zin之值(關於耦合係數之調整方法於下文詳細敍述)。而且,將供給至供電模組2之交流電力之驅動頻率設定為雙峰性之低頻側之波峰附近之頻率fL的情形時(同相共振模式:12.2MHz)之測定值示於圖8(A)。又,將供給至供電模組2之交流電力之驅動頻率設定為雙峰性之高頻側之波峰附近之頻率fH之情形時(逆相共振模式:13.4MHz)的測定值示於圖8(B)。
根據圖8(A)之同相共振模式之測定結果,於將可變電阻器11(R1)之值設定為51Ω之情形時,若耦合係數k34之值以0.11、→0.15、→0.22、→0.35之順序變大,則無線電力傳送裝置1之輸入阻抗Zin之值以202.5Ω、→165.8Ω、→127.4Ω、→79.0Ω之情況變小。
又,於將可變電阻器11(R1)之值設定為100Ω之情形時,若耦合係數k34之值以0.11、→0.15、→0.22、→0.35之順序變大,則無線電力傳送裝置1之輸入阻抗Zin之值以228.2Ω、→197.7Ω、→152.8Ω、→97.1Ω之情況變小。
又,於將可變電阻器11(R1)之值設定為270Ω之情形時,若耦合係數k34之值以0.11、→0.15、→0.22、→0.35之順序變大,則無線電力傳送裝置1之輸入阻抗Zin之值以259.1Ω、→242.0Ω、→209.7Ω、→148.5Ω之情況變小。
又,於將可變電阻器11(R1)之值設定為500Ω之情形時,若耦合係數k34之值以0.11、→0.15、→0.22、→0.35之順序變大,則無線電力傳送裝置1之輸入阻抗Zin之值以269.2Ω、→259.3Ω、→230.2Ω、→183.1Ω之情況變小。
如上述般可知,於同相共振模式下亦有如下傾向:無論將變電阻器11(R1)之值設定為51Ω、100Ω、270Ω、500Ω之任一者之值之情形時,隨著耦合係數k34之值以0.11、→0.15、→0.22、→0.35之順序變
大,則無線電力傳送裝置1之輸入阻抗Zin之值變小。
又,關於圖8(B)之逆相共振模式之測定結果亦相同,於將可變電阻器11(R1)之值設定為51Ω之情形時,若耦合係數k34之值以0.11、→0.15、→0.22、→0.35之順序變大,則無線電力傳送裝置1之輸入阻抗Zin之值以117.1Ω、→96.1Ω、→66.1Ω、→33.3Ω之情況變小。
又,於將可變電阻器11(R1)之值設定為100Ω之情形時,若耦合係數k34之值以0.11、→0.15、→0.22、→0.35之順序變大,則無線電力傳送裝置1之輸入阻抗Zin之值以127.4Ω、→112.8Ω、→86.8Ω、→50.3Ω之情況變小。
又,於將可變電阻器11(R1)之值設定為270Ω之情形時,若耦合係數k34之值以0.11、→0.15、→0.22、→0.35之順序變大,則無線電力傳送裝置1之輸入阻抗Zin之值以138.0Ω、→131.1Ω、→115.0Ω、→80.6Ω之情況變小。
又,於將可變電阻器11(R1)之值設定為500Ω之情形時,若耦合係數k34之值以0.11、→0.15、→0.22、→0.35之順序變大,則無線電力傳送裝置1之輸入阻抗Zin之值以141.3Ω、→137.6Ω、→126.5Ω、→96.7Ω之情況變小。
如上述般可知,於逆相共振模式下亦有如下傾向:無論將變電阻器11(R1)之值設定為51Ω、100Ω、270Ω、500Ω之任一者之值之情形時,隨著耦合係數k34之值以0.11、→0.15、→0.22、→0.35之順序變大,則無線電力傳送裝置1之輸入阻抗Zin之值變小。
於測定實驗5所使用之無線電力傳送裝置1中,與測定實驗4不同地,供電線圈21構成為以電阻器R1、線圈L1、及電容器C1為要素之RLC電路(有共振),線圈L1部分係將銅線材(具絕緣被膜)捲繞一次,並將線圈徑設定為96mm 。同樣地,受電線圈31亦構成為以電阻器
R4、線圈L4、及電容器C4為要素之RLC電路,線圈L4部分係將銅線材(具絕緣被膜)捲繞一次,並將線圈徑設定為96mm 。再者,其他構成係於測定實驗4相同。而且,分別將測定實驗5所使用之無線電力傳送裝置1中之R1、R2、R3、R4之值設定為0.05Ω、0.5Ω、0.5Ω、0.05Ω。又,分別將L1、L2、L3、L4之值設定為0.3μH、4μH、4μH、0.3μH。又,供電線圈21、供電共振器22、受電共振器32、及受電線圈31中之共振頻率為12.8MHz。
於測定實驗5中,在將可變電阻器11(R1)之值設定為51Ω、100Ω、270Ω、500Ω之值之4種情況下,測定分別將耦合係數k12固定為0.35、將耦合係數k23固定為0.10,然後將耦合係數k34之值設定為0.11、0.15、0.22、0.35之4個值之情形時之、相對於供給至供電模組2之電力之驅動頻率的無線電力傳送裝置1之輸入阻抗Zin之值。而且,將供給至供電模組2之交流電力之驅動頻率設定為雙峰性之低頻側之波峰附近之頻率fL之情形時(同相共振模式:12.2MHz)的測定值示於圖9(A)。又,將供給至供電模組2之交流電力之驅動頻率設定為雙峰性之高頻側之波峰附近之頻率fH之情形時(逆相共振模式:13.4MHz)的測定值示於圖9(B)。
根據圖9(A)之同相共振模式之測定結果,於將可變電阻器11(R1)之值設定為51Ω之情形時,若耦合係數k34之值以0.11、→0.15、→0.22、→0.35之順序變大,則無線電力傳送裝置1之輸入阻抗Zin之值以170.5Ω、→134.9Ω、→94.2Ω、→48.8Ω之情況變小。
又,於將可變電阻器11(R1)之值設定為100Ω之情形時,若耦合係數k34之值以0.11、→0.15、→0.22、→0.35之順序變大,則無線電力傳送裝置1之輸入阻抗Zin之值以204.9Ω、→176.5Ω、→133.4Ω、→77.6Ω之情況變小。
又,於將可變電阻器11(R1)之值設定為270Ω之情形時,若耦合
係數k34之值以0.11、→0.15、→0.22、→0.35之順序變大,則無線電力傳送裝置1之輸入阻抗Zin之值以238.0Ω、→222.8Ω、→193.8Ω、→136.5Ω之情況變小。
又,於將可變電阻器11(R1)之值設定為500Ω之情形時,若耦合係數k34之值以0.11、→0.15、→0.22、→0.35之順序變大,則無線電力傳送裝置1之輸入阻抗Zin之值以246.7Ω、→239.7Ω、→216.2Ω、→173.1Ω之情況變小。
如上述般可知,於同相共振模式下亦有如下傾向:無論將變電阻器11(R1)之值設定為51Ω、100Ω、270Ω、500Ω之任一者之值之情形時,隨著耦合係數k34之值以0.11、→0.15、→0.22、→0.35之順序變大,則無線電力傳送裝置1之輸入阻抗Zin之值變小。
又,關於圖9(B)之逆相共振模式之測定結果亦相同,於將可變電阻器11(R1)之值設定為51Ω之情形時,若耦合係數k34之值以0.11、→0.15、→0.22、→0.35之順序變大,則無線電力傳送裝置1之輸入阻抗Zin之值以105.5Ω、→86.6Ω、→63.0Ω、→35.9Ω之情況變小。
又,於將可變電阻器11(R1)之值設定為100Ω之情形時,若耦合係數k34之值以0.11、→0.15、→0.22、→0.35之順序變大,則無線電力傳送裝置1之輸入阻抗Zin之值以119.3Ω、→105.2Ω、→83.3Ω、→49.8Ω之情況變小。
又,於將可變電阻器11(R1)之值設定為270Ω之情形時,若耦合係數k34之值以0.11、→0.15、→0.22、→0.35之順序變大,則無線電力傳送裝置1之輸入阻抗Zin之值以130.6Ω、→123.4Ω、→110.9Ω、→79.0Ω之情況變小。
又,於將可變電阻器11(R1)之值設定為500Ω之情形時,若耦合係數k34之值以0.11、→0.15、→0.22、→0.35之順序變大,則無線電力傳送裝置1之輸入阻抗Zin之值以133.9Ω、→129.3Ω、→122.1Ω、
→95.9Ω之情況變小。
如上述般可知,於逆相共振模式下亦有如下傾向:無論將變電阻器11(R1)之值設定為51Ω、100Ω、270Ω、500Ω之任一者之值之情形時,隨著耦合係數k34之值以0.11、→0.15、→0.22、→0.35之順序變大,則無線電力傳送裝置1之輸入阻抗Zin之值變小。
於測定實驗6所使用之無線電力傳送裝置1中,與測定實驗4、5不同,供電線圈21、供電共振器22、受電共振器32、受電線圈31之線圈部分係使用於平面上捲繞線圈而作成之圖案線圈。具體而言,供電線圈21構成為以電阻器R1、線圈L1、及電容器C1為要素之RLC電路(有共振),且線圈L1部分係使用藉由銅箔之蝕刻而形成之捲繞12次且線圈徑35mm 之圖案線圈。同樣地,受電線圈31構成為以電阻器R4、線圈L4、及電容器C4為要素之RLC電路,且線圈L4部分係使用藉由銅箔之蝕刻而形成之捲繞12次且線圈徑35mm 之圖案線圈。又,供電共振器22構成為以電阻器R2、線圈L2、及電容器C2為要素之RLC電路,且線圈L2部分係使用藉由銅箔之蝕刻而形成之捲繞12次且線圈徑35mm 之圖案線圈。又,受電共振器32構成為以電阻器R3、線圈L3、及電容器C3為要素之RLC電路,且線圈L3部分係使用藉由銅箔之蝕刻而形成之捲繞12次且線圈徑35mm 之圖案線圈。而且,分別將測定實驗6所使用之無線電力傳送裝置1中之R1、R2、R3、R4之值設定為1.8Ω、1.8Ω、1.8Ω、1.8Ω。又,分別將L1、L2、L3、L4之值設定為2.5μH、2.5μH、2.5μH、2.5μH。又,供電線圈21、供電共振器22、受電共振器32、及受電線圈31中之共振頻率為8.0MHz。
於測定實驗6中,在將可變電阻器11(R1)之值設定為51Ω、100Ω、270Ω、500Ω之值之4種情況下,測定分別將耦合係數k12固定為0.08、將耦合係數k23固定為0.05,然後將耦合係數k34之值設定為
0.05、0.06、0.07、0.08之4個值之情形時之、相對於供給至供電模組2之電力之驅動頻率的無線電力傳送裝置1之輸入阻抗Zin之值。而且,將供給至供電模組2之交流電力之驅動頻率設定為雙峰性之低頻側之波峰附近之頻率fL之情形時(同相共振模式:7.9MHz)的測定值示於圖10(A)。又,將供給至供電模組2之交流電力之驅動頻率設定為之情形時(逆相共振模式:8.2MHz)的測定值示於圖10(B)。
根據圖10(A)之同相共振模式之測定結果,於將可變電阻器11(R1)之值設定為51Ω之情形時,若耦合係數k34之值以0.05、→0.06、→0.07、→0.08之順序變大,則無線電力傳送裝置1之輸入阻抗Zin之值以55.8Ω、→50.2Ω、→45.3Ω、→35.9Ω之情況變小。
又,於將可變電阻器11(R1)之值設定為100Ω之情形時,若耦合係數k34之值以0.05、→0.06、→0.07、→0.08之順序變大,則無線電力傳送裝置1之輸入阻抗Zin之值以59.7Ω、→56.1Ω、→51.4Ω、→42.3Ω之情況變小。
又,於將可變電阻器11(R1)之值設定為270Ω之情形時,若耦合係數k34之值以0.05、→0.06、→0.07、→0.08之順序變大,則無線電力傳送裝置1之輸入阻抗Zin之值以62.6Ω、→60.6Ω、→58.6Ω、→49.9Ω之情況變小。
又,於將可變電阻器11(R1)之值設定為500Ω之情形時,若耦合係數k34之值以0.05、→0.06、→0.07、→0.08之順序變大,則無線電力傳送裝置1之輸入阻抗Zin之值以63.5Ω、→62.0Ω、→61.0Ω、→51.9Ω之情況變小。
如上述般可知,於同相共振模式下亦有如下傾向:無論將變電阻器11(R1)之值設定為51Ω、100Ω、270Ω、500Ω之任一者之值之情形時,隨著耦合係數k34之值以0.05、→0.06、→0.07、→0.08之順序變大,則無線電力傳送裝置1之輸入阻抗Zin之值變小。
又,關於圖10(B)之逆相共振模式之測定結果亦相同,於將可變電阻器11(R1)之值設定為51Ω之情形時,若耦合係數k34之值以0.05、→0.06、→0.07、→0.08之順序變大,則無線電力傳送裝置1之輸入阻抗Zin之值以43.9Ω、→41.0Ω、→39.4Ω、→32.1Ω之情況變小。
又,於將可變電阻器11(R1)之值設定為100Ω之情形時,若耦合係數k34之值以0.05、→0.06、→0.07、→0.08之順序變大,則無線電力傳送裝置1之輸入阻抗Zin之值以45.6Ω、→43.7Ω、→41.2Ω、→34.2Ω之情況變小。
又,於將可變電阻器11(R1)之值設定為270Ω之情形時,若耦合係數k34之值以0.05、→0.06、→0.07、→0.08之順序變大,則無線電力傳送裝置1之輸入阻抗Zin之值以46.8Ω、→45.7Ω、→44.6Ω、→37.8Ω之情況變小。
又,於將可變電阻器11(R1)之值設定為500Ω之情形時,若耦合係數k34之值以0.05、→0.06、→0.07、→0.08之順序變大,則無線電力傳送裝置1之輸入阻抗Zin之值以47.1Ω、→46.2Ω、→45.1Ω、→38.7Ω之情況變小。
如上述般可知,於逆相共振模式下亦有如下傾向:無論將變電阻器11(R1)之值設定為51Ω、100Ω、270Ω、500Ω之任一者之值之情形時,隨著耦合係數k34之值以0.05、→0.06、→0.07、→0.08之順序變大,無線電力傳送裝置1之輸入阻抗Zin之值變小。
根據上述測定實驗1~6,於具備供電線圈21、供電共振器22、受電共振器32、及受電線圈31之無線電力傳送裝置1中,藉由分別調整鄰接之線圈間之耦合係數、例如耦合係數k12之值、或耦合係數k34之值,可將無線電力傳送裝置1之輸入阻抗Zin之值設定為所需之值而調整供給之電力。
其次,說明控制無線電力傳送裝置1之輸入阻抗Zin之參數即耦合係數k12、k23、k34的調整方法。
一般而言,如圖11所示,已知於無線電力傳送中,線圈與線圈之間之距離和耦合係數k之關係存在若線圈與線圈之間之距離縮短(變短)則耦合係數k之值變高之傾向。若將該關係套入本實施形態之無線電力傳送裝置1,則藉由分別縮短供電線圈21與供電共振器22之間之距離d12、供電共振器22與受電共振器32之間之距離d23、受電共振器32與受電線圈31之間之距離d34,可增大供電線圈21(線圈L1)與供電共振器22(線圈L2)之間之耦合係數k12、供電共振器22(線圈L2)與受電共振器32(線圈L3)之間之耦合係數k23、受電共振器32(線圈L3)與受電線圈31(線圈L4)之間之耦合係數k34。相反的,藉由分別延長供電線圈21與供電共振器22之間之距離d12、供電共振器22與受電共振器32之間之距離d23、受電共振器32與受電線圈31之間之距離d34,可降低供電線圈21(線圈L1)與供電共振器22(線圈L2)之間之耦合係數k12、供電共振器22(線圈L2)與受電共振器32(線圈L3)之間之耦合係數k23、受電共振器32(線圈L3)與受電線圈31(線圈L4)之間之耦合係數k34。
根據上述耦合係數之調整方法、及藉由改變耦合係數而改變輸入阻抗Zin之測定實驗,於將供電共振器22與受電共振器32之間之距離d23、及受電共振器32與受電線圈31之間之距離d34固定之情形時,藉由縮短供電線圈21與供電共振器22之間之距離d12,可增大供電線圈21與供電共振器22之間之耦合係數k12之值;藉由增大耦合係數k12之值,可增大無線電力傳送裝置1之輸入阻抗Zin之值。相反的,藉由延長供電線圈21與供電共振器22之間之距離d12,可減小供電線圈21與供電共振器22之間之耦合係數k12之值,藉由減小耦合係數k12之值,可減小無線電力傳送裝置1之輸入阻抗Zin之值。
即,藉由縮短供電線圈21與供電共振器22之間之距離d12,可增
大輸入阻抗Zin之值,根據(式2),藉由增大輸入阻抗Zin之值,可減小流通於無線電力傳送裝置1之電流Iin之值,從而可將自無線電力傳送裝置1輸出之電力控制為較小。相反的,藉由延長供電線圈21與供電共振器22之間之距離d12,可減小輸入阻抗Zin之值,根據(式2),藉由減小輸入阻抗Zin之值,而可增大流通於無線電力傳送裝置1之電流Iin之值,從而可將自無線電力傳送裝置1輸出之電力控制為較大。
藉由利用上述特性之無線電力傳送裝置1之供給電力控制方法,藉由物理地改變供電線圈21與供電共振器22之間之距離d12這樣的簡單作業,便可調整無線電力傳送裝置1之輸入阻抗Zin之值,由此可簡單地控制自無線電力傳送裝置1輸出之電力。
又,於將供電線圈21與供電共振器22之間之距離d12、及供電共振器22與受電共振器32之間之距離d23固定之情形時,藉由縮短受電共振器32與受電線圈31之間之距離d34,可增大受電共振器32與受電線圈31之間之耦合係數k34之值,藉由增大耦合係數k34之值而可減小無線電力傳送裝置1之輸入阻抗Zin之值。相反,藉由延長受電共振器32與受電線圈31之間之距離d34,可減小受電共振器32與受電線圈31之間之耦合係數k34之值,藉由減小耦合係數k34之值而可增大無線電力傳送裝置1之輸入阻抗Zin之值。
即,藉由縮短受電共振器32與受電線圈31之間之距離d34,可減小輸入阻抗Zin之值,根據(式2),藉由減小輸入阻抗Zin之值,可增大流通於無線電力傳送裝置1之電流Iin之值,從而可將自無線電力傳送裝置1輸出之電力控制為較大。相反,藉由延長受電共振器32與受電線圈31之間之距離d34,可增大輸入阻抗Zin之值,根據(式2),藉由增大輸入阻抗Zin之值可減小流通於無線電力傳送裝置1之電流Iin之值,從而可將自無線電力傳送裝置1輸出之電力控制為較小。
藉由利用上述特性之無線電力傳送裝置1之供給電力控制方法,
藉由物理地改變受電共振器32與受電線圈31之間之距離d34這樣的簡單作業,便可調整無線電力傳送裝置1之輸入阻抗Zin之值,由此可簡單地控制自無線電力傳送裝置1輸出之電力。
再者,於上述說明中,作為控制無線電力傳送裝置1之輸入阻抗Zin之參數即耦合係數k12、k23、k34之調整方法,係例示分別改變供電線圈21與供電共振器22之間之距離d12、及受電共振器32與受電線圈31之間之距離d34的方法而進行說明。但,作為耦合係數k12、k23、k34之調整方法並不限定於此,可列舉使供電共振器22之中心軸與受電共振器32之中心軸錯開之方法、對供電共振器22之線圈面與受電共振器32之線圈面賦予角度之方法、改變供電線圈21、供電共振器22或受電共振器32、受電線圈31等各元件(電阻、電容器、線圈)之電容之方法、或改變供給至供電模組2之交流電力之驅動頻率的方法等。
其次,參照圖12及圖13,對作為製造無線電力傳送裝置1之一步驟之設計方法(設計步驟)進行說明。於本說明中,作為搭載無線電力傳送裝置1之行動機器係以具備耳機揚聲器部201a之無線式頭戴型耳機200、及充電器201為例而進行說明(參照圖12)。
藉由本設計方法而設計之無線電力傳送裝置1於圖12所示之無線式頭戴型耳機200及充電器201中分別係作為受電模組3(受電線圈31、受電共振器32)及供電模組2(供電線圈21、供電共振器22)而搭載。又,於圖12中,為便於說明,而將穩定電路7、充電電路8及充電電池9記載於受電模組3之外,但實際上係配置於螺線管狀之受電線圈31及受電共振器32之線圈內周側。即,以於無線式頭戴型耳機200中搭載受電模組3、穩定電路7、充電電路8及充電電池9、於充電器201中搭載供電模組2、且於供電模組2之供電線圈21連接有交流電源6之狀態進行使用。
首先,如圖13所示,根據充電電池9之電容、及充電電池9之充電所需之充電電流,而決定受電模組3接收之受電電量(S1)。
其次,決定供電模組2與受電模組3之間之距離(S2)。該距離係將內置有受電模組3之無線式頭戴型耳機200載置於內置有供電模組2之充電器201時之供電共振器22與受電共振器32之間的距離d23,使用形態為充電中之狀態。更詳細而言,供電共振器22與受電共振器32之間之距離d23係考慮無線式頭戴型耳機200及充電器201之形狀、構造而決定。
又,基於無線式頭戴型耳機200之大小、形狀、構造,而決定受電模組3之受電線圈31及受電共振器32之線圈徑(S3)。
又,基於充電器201之大小、形狀、構造,而決定供電模組2之供電線圈21及供電共振器22之線圈徑(S4)。
經過上述S2~S4之順序而決定無線電力傳送裝置1之供電共振器22(線圈L2)與受電共振器32(線圈L3)之間之耦合係數k23、及電力傳送效率。
根據藉由上述S1決定之受電模組3接收之受電電量、及經過S2~S4之順序而決定之電力傳送效率,來決定向供電模組2供電所需之最低限度之供電電量(S5)。
而且,基於上述受電模組3接收之受電電量、電力傳送效率、及向供電模組2供電所需之最低限度之供電電量,而決定無線電力傳送裝置1中之輸入阻抗Zin之設計值(S6)。
而且,以變成藉由S6決定之輸入阻抗Zin之設計值之方式,決定供電線圈21與供電共振器22之間之距離d12、及受電共振器32與受電線圈31之間之距離d34(S7)。具體而言,於將供電共振器22與受電共振器32之間之距離d23、及受電共振器32與受電線圈31之間之距離d34
固定之情形時,藉由縮短供電線圈21與供電共振器22之間之距離d12,基於無線電力傳送裝置1之輸入阻抗Zin之值變大之特性進行調整,或者於將供電線圈21與供電共振器22之間之距離d12、及供電共振器22與受電共振器32之間之距離d23固定之情形時,藉由縮短受電共振器32與受電線圈31之間之距離d34,基於無線電力傳送裝置1之輸入阻抗Zin之值變小之特性而進行調整,藉此決定如變成藉由S6決定之輸入阻抗Zin之設計值之供電線圈21與供電共振器22之間之距離d12、及受電共振器32與受電線圈31之間的距離d34。
根據包含上述設計方法之無線電力傳送裝置1之製造方法、及經由上述設計步驟而製造之無線電力傳送裝置1,可製造不設置新的機器便可藉由設定無線電力傳送裝置1之輸入阻抗Zin之值而調整進行無線電力傳送時供給之電力的無線電力傳送裝置1。即,可製造不增加無線電力傳送裝置1之零件件數便可控制供電之電力之無線電力傳送裝置1。
於上述製造方法之說明中,係例示無線式頭戴型耳機200而進行說明,但只要為具備充電電池之機器,則亦可使用於平板型PC、數位攝像機、行動電話、耳機型音樂播放器、助聽器、集音器等。
又,於上述說明中,係例示藉由利用供電模組2及受電模組3具備之共振器(線圈)間之共振現象(磁場共振態)使磁場耦合而進行電力傳送之無線電力傳送裝置1進行說明,但亦可應用於利用線圈間之電磁感應而進行電力傳送之無線電力傳送裝置1。
又,於上述說明中,係假定將無線電力傳送裝置1搭載於行動式之電子機器之情形而進行說明,但用途並不限於該等小型者,藉由對照必要電量而變更規格,例如亦可搭載於相對大型之電動汽車(EV)之無線充電系統、或更小型之醫療用之無線式胃內相機等。
以上之詳細說明中,為了更容易理解本發明,而以特徵部分為中心進行說明,但本發明並不限定於以上之詳細說明所記載之實施形態、實施例,亦可應用於其他實施形態、實施例,應儘可能廣地理解其應用範圍。又,本說明書中使用之用語及語法係用於準確地對本發明進行說明者,而非限制本發明之解釋者。又,本領域技術人員可根據本說明書所記載之發明之概念而容易地推想出包含於本發明之概念之其他構成、系統、方法等。因此,申請專利範圍之記載應理解為於不脫離本發明之技術思想之範圍內包含均等構成者。又,為充分理解本發明之目的及本發明之效果,較理想為充分參考業已公開之文獻等。
1‧‧‧無線電力傳送裝置
2‧‧‧供電模組
3‧‧‧受電模組
6‧‧‧交流電源
7‧‧‧穩定電路
8‧‧‧充電電路
9‧‧‧充電電池
21‧‧‧供電線圈
22‧‧‧供電共振器
31‧‧‧受電線圈
32‧‧‧受電共振器
200‧‧‧無線式頭戴型耳機
201‧‧‧充電器
201a‧‧‧耳機揚聲器部
Claims (11)
- 一種無線電力傳送裝置之供給電力控制方法,其特徵在於,該無線電力傳送裝置係使磁場改變而自具備供電線圈及供電共振器之至少一者之供電模組對具備受電共振器及受電線圈之至少一者的受電模組供給電力,上述供電線圈、供電共振器、受電共振器、及受電線圈分別具有至少一個線圈,藉由分別調整鄰接之上述線圈間之耦合係數之值,設定該無線電力傳送裝置之輸入阻抗之值而調整上述供給之電力。
- 如請求項1之無線電力傳送裝置之供給電力控制方法,其中該無線電力傳送裝置係藉由共振現象而自至少具備供電線圈及供電共振器之供電模組,對至少具備受電共振器及受電線圈之受電模組供給電力,且該供給電力控制方法藉由調整上述供電線圈與上述供電共振器之間之耦合係數k12、上述供電共振器與上述受電共振器之間之耦合係數k23、及上述受電共振器與上述受電線圈之間之耦合係數k34之值中的至少一者,設定該無線電力傳送裝置之輸入阻抗之值而調整上述供給之電力。
- 如請求項2之無線電力傳送裝置之供給電力控制方法,其中上述各耦合係數k12、k23、k34之值係藉由分別改變上述供電線圈與上述供電共振器之間之距離、上述供電共振器與上述受電共振器之間之距離、及上述受電共振器與上述受電線圈之間之距離中的至少一者而調整。
- 如請求項3之無線電力傳送裝置之供給電力控制方法,其中於將上述供電共振器與上述受電共振器之間之距離、及上述受電共 振器與上述受電線圈之間之距離固定的情形時,利用上述共振現象而供給之電力係基於如下特性而調整:隨著將上述供電線圈與上述供電共振器之間之距離縮短,上述供電線圈與上述供電共振器之間之上述耦合係數k12之值變大,隨著將上述耦合係數k12之值變大,上述無線電力傳送裝置之輸入阻抗之值變大。
- 如請求項3之無線電力傳送裝置之供給電力控制方法,其中於將上述供電線圈與上述供電共振器之間之距離、及上述供電共振器與上述受電共振器之間之距離固定的情形時,利用上述共振現象供給之電力係基於如下特性而調整:隨著將上述受電共振器與上述受電線圈之間之距離縮短,上述受電共振器與上述受電線圈之間之上述耦合係數k34之值變大,隨著上述耦合係數k34之值變大,上述無線電力傳送裝置之輸入阻抗之值變小。
- 如請求項2至5中任一項之無線電力傳送裝置之供給電力控制方法,其中相對於供給至上述供電模組之電力之驅動頻率之傳送特性之值係以於低於上述供電模組及受電模組中之共振頻率之驅動頻帶及高於上述共振頻率之驅動頻帶分別具有波峰的方式設定,供給至上述供電模組之電力之上述驅動頻率係與於低於上述共振頻率之驅動頻帶出現之傳送特性之峰值相對應的帶域。
- 如請求項2至5中任一項之無線電力傳送裝置之供給電力控制方法,其中相對於供給至上述供電模組之電力之驅動頻率之傳送特性之值係以於低於上述供電模組及受電模組中之共振頻率之驅動頻帶及高於上述共振頻率之驅動頻帶分別具有波峰的方式設定, 供給至上述供電模組之電力之上述驅動頻率係與於高於上述共振頻率之驅動頻帶出現之傳送特性之峰值相對應的帶域。
- 一種無線電力傳送裝置,其特徵在於,其係藉由如請求項1至5中任一項之供給電力控制方法而經調整。
- 一種無線電力傳送裝置,其特徵在於,其係藉由如請求項6之供給電力控制方法而經調整。
- 一種無線電力傳送裝置,其特徵在於,其係藉由如請求項7之供給電力控制方法而經調整。
- 一種無線電力傳送裝置之製造方法,其特徵在於,該無線電力傳送裝置係使磁場改變而自具備供電線圈及供電共振器之至少一者之供電模組對具備受電共振器及受電線圈之至少一者的受電模組供給電力,該製造方法包含如下設計步驟:於上述供電線圈、供電共振器、受電共振器、及受電線圈中分別設置至少一個線圈,藉由分別調整鄰接之上述線圈間之耦合係數之值,設定該無線電力傳送裝置之輸入阻抗之值而調整供給之電力。
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013039797A JP2014168359A (ja) | 2013-02-28 | 2013-02-28 | 無線電力伝送装置、無線電力伝送装置の供給電力制御方法、及び、無線電力伝送装置の製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
TW201434227A true TW201434227A (zh) | 2014-09-01 |
Family
ID=51427773
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
TW102143088A TW201434227A (zh) | 2013-02-28 | 2013-11-26 | 無線電力傳送裝置、無線電力傳送裝置之供給電力控制方法、及無線電力傳送裝置之製造方法 |
Country Status (8)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20160013659A1 (zh) |
EP (1) | EP2985861A4 (zh) |
JP (1) | JP2014168359A (zh) |
KR (1) | KR20150122739A (zh) |
CN (1) | CN105009409A (zh) |
SG (1) | SG11201506809UA (zh) |
TW (1) | TW201434227A (zh) |
WO (1) | WO2014132479A1 (zh) |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR102025899B1 (ko) * | 2014-09-11 | 2019-09-26 | 주식회사 위츠 | 비접촉 방식 충전 장치 및 비접촉 방식 배터리 장치 |
KR102183127B1 (ko) * | 2014-12-09 | 2020-11-25 | 엘지이노텍 주식회사 | 무선 전력 송신 장치 |
JP6348854B2 (ja) * | 2015-02-03 | 2018-06-27 | 富士フイルム株式会社 | 内視鏡用プロセッサ装置、内視鏡システム及び内視鏡システムの非接触給電方法 |
CN106158331B (zh) * | 2016-08-16 | 2018-04-13 | 路丝拓戈(上海)照明系统有限公司 | 无线供电方法及系统及其耦合电感线圈 |
RU2753765C1 (ru) * | 2020-11-27 | 2021-08-23 | Леонид Петрович Гаврилов | Генератор переменного тока на основе циклотронного преобразователя энергии СВЧ-колебаний |
KR20230118763A (ko) * | 2022-02-04 | 2023-08-14 | 주식회사 와이파워원 | 무선전력전송을 위한 다상 급전장치 및 그 제어방법 |
Family Cites Families (22)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000217279A (ja) * | 1999-01-26 | 2000-08-04 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 非接触電源装置 |
JP4624768B2 (ja) | 2004-11-29 | 2011-02-02 | オリンパス株式会社 | 被検体内導入装置および被検体内導入システム |
JP5308127B2 (ja) * | 2008-11-17 | 2013-10-09 | 株式会社豊田中央研究所 | 給電システム |
JP5262785B2 (ja) * | 2009-02-09 | 2013-08-14 | 株式会社豊田自動織機 | 非接触電力伝送装置 |
JP2012518382A (ja) * | 2009-02-13 | 2012-08-09 | ウィットリシティ コーポレイション | 損失性環境における無線エネルギー伝達 |
JP5365306B2 (ja) | 2009-03-31 | 2013-12-11 | 富士通株式会社 | 無線電力供給システム |
JP2011050140A (ja) | 2009-08-26 | 2011-03-10 | Sony Corp | 非接触給電装置、非接触受電装置、非接触給電方法、非接触受電方法および非接触給電システム |
KR101730824B1 (ko) * | 2009-11-30 | 2017-04-27 | 삼성전자주식회사 | 무선 전력 트랜시버 및 무선 전력 시스템 |
JP2011142748A (ja) * | 2010-01-07 | 2011-07-21 | Sony Corp | ワイヤレス給電システム |
EP2536002A4 (en) * | 2010-02-10 | 2017-03-29 | Fujitsu Limited | Resonance frequency control method, power transmission device, and power reception device for magnetic-resonant-coupling type power transmission system |
JP5211088B2 (ja) * | 2010-02-12 | 2013-06-12 | トヨタ自動車株式会社 | 給電装置および車両給電システム |
JP2012039707A (ja) * | 2010-08-05 | 2012-02-23 | Panasonic Corp | 非接触充電装置 |
KR101842180B1 (ko) * | 2010-12-24 | 2018-03-26 | 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 | 급전 장치 및 급전 장치를 구비한 비접촉 급전 시스템 |
JP2012143117A (ja) * | 2011-01-06 | 2012-07-26 | Toyota Industries Corp | 非接触電力伝送装置 |
JP2012165527A (ja) * | 2011-02-04 | 2012-08-30 | Nitto Denko Corp | 無線電力供給システム |
US9356449B2 (en) * | 2011-03-01 | 2016-05-31 | Tdk Corporation | Wireless power receiver, wireless power transmission system, and power controller |
JP5490046B2 (ja) * | 2011-03-22 | 2014-05-14 | 株式会社東芝 | 伝送装置 |
JP2014155375A (ja) * | 2013-02-12 | 2014-08-25 | Nitto Denko Corp | 無線電力伝送装置、無線電力伝送装置の供給電力制御方法、及び、無線電力伝送装置の製造方法 |
JP2014209813A (ja) * | 2013-04-16 | 2014-11-06 | 日東電工株式会社 | 無線電力伝送装置、無線電力伝送装置の発熱制御方法、及び、無線電力伝送装置の製造方法 |
JP5639693B1 (ja) * | 2013-07-09 | 2014-12-10 | 日東電工株式会社 | 無線電力伝送装置及び無線電力伝送装置の供給電力制御方法 |
JP6315382B2 (ja) * | 2013-12-19 | 2018-04-25 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | 無線電力伝送のための送電装置および受電装置ならびに無線電力伝送システム |
JP2015133834A (ja) * | 2014-01-14 | 2015-07-23 | 日東電工株式会社 | 無線電力伝送装置及びその製造方法 |
-
2013
- 2013-02-28 JP JP2013039797A patent/JP2014168359A/ja active Pending
- 2013-10-09 US US14/771,426 patent/US20160013659A1/en not_active Abandoned
- 2013-10-09 EP EP13876721.5A patent/EP2985861A4/en not_active Withdrawn
- 2013-10-09 SG SG11201506809UA patent/SG11201506809UA/en unknown
- 2013-10-09 WO PCT/JP2013/077436 patent/WO2014132479A1/ja active Application Filing
- 2013-10-09 CN CN201380074093.6A patent/CN105009409A/zh active Pending
- 2013-10-09 KR KR1020157026544A patent/KR20150122739A/ko not_active Application Discontinuation
- 2013-11-26 TW TW102143088A patent/TW201434227A/zh unknown
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2014168359A (ja) | 2014-09-11 |
KR20150122739A (ko) | 2015-11-02 |
SG11201506809UA (en) | 2015-09-29 |
EP2985861A1 (en) | 2016-02-17 |
WO2014132479A1 (ja) | 2014-09-04 |
CN105009409A (zh) | 2015-10-28 |
US20160013659A1 (en) | 2016-01-14 |
EP2985861A4 (en) | 2017-01-11 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
TWI542110B (zh) | Radio power transmission device, heating control method of wireless power transmission device, and method for manufacturing wireless power transmission device | |
TWI572111B (zh) | Radio power transmission device, heating control method of wireless power transmission device, and method for manufacturing wireless power transmission device | |
TWI572110B (zh) | Radio power transmission device, power supply control method of wireless power transmission device, and manufacturing method of wireless power transmission device | |
TWI568126B (zh) | A power transmission method of a wireless power transmission device and a wireless power transmission device | |
JP6199058B2 (ja) | 無線電力伝送によって電力供給される被給電機器の受電電圧制御方法、当該受電電圧制御方法によって調整された無線電力伝送装置、及び、その無線電力伝送装置の製造方法 | |
TW201434227A (zh) | 無線電力傳送裝置、無線電力傳送裝置之供給電力控制方法、及無線電力傳送裝置之製造方法 | |
WO2015108030A1 (ja) | 無線電力伝送装置及びその製造方法 | |
WO2014199830A1 (ja) | 無線電力伝送装置及び無線電力伝送装置の電力供給方法 | |
WO2014199827A1 (ja) | 無線電力伝送に用いる給電モジュール及び給電モジュールの電力供給方法 | |
TW201433040A (zh) | 無線電力傳送裝置、無線電力傳送裝置之供給電力控制方法、及無線電力傳送裝置之製造方法 | |
TW201436413A (zh) | 無線電力傳送裝置、無線電力傳送裝置中輸入阻抗之負荷變動回應性之調整方法、及無線電力傳送裝置之製造方法 |