TW201725829A

TW201725829A - 傳送系統、傳送裝置以及傳送方法

Info

Publication number: TW201725829A
Application number: TW105136057A
Authority: TW
Inventors: Takanori Washiro
Original assignee: Enfc Inc
Priority date: 2015-12-08
Filing date: 2016-11-07
Publication date: 2017-07-16
Also published as: JP2017108498A; WO2017098833A1; JP5975555B1

Abstract

傳送系統100包括：第1輸受電裝置110，含輸出規定頻率電力的振盪器；升壓部140，其特性阻抗高於第1輸受電裝置110的阻抗，且具與電長度為規定頻率對應波長的四分之一長度的傳送線路等效的電特性；以及第2輸受電裝置120，含對升壓部140供給的規定頻率電力進行整流的整流部，第1輸受電裝置110及第2輸受電裝置120分別包括耦合電極，在第1輸受電裝置110及第2輸受電裝置120的耦合電極電性耦合傳送介質的狀態下，第1輸受電裝置110將規定頻率電力傳送至第2輸受電裝置120，第2輸受電裝置120含至少一部分升壓部140，升壓部140含使一端子輸出信號的相位相對於另一端子輸入信號延遲90度或-90度的電路及第1輸受電裝置110及第2輸受電裝置120各自的耦合電極與傳送介質。

Description

傳送系統、傳送裝置以及傳送方法

本發明是有關於一種經由包含導體或介電體的傳送介質來傳送高頻信號或高頻電力的傳送系統、傳送裝置以及傳送方法。

已知電力傳送系統使輸電裝置與受電裝置接觸或接近而傳送高頻（例如10 kHz至10 GHz）電力。

例如專利文獻1中所揭示包括升壓部的輸電裝置，該升壓部包含升壓變壓器。專利文獻1所揭示的輸電裝置在升壓部將電壓升壓至例如100 V～10 kV之後，藉由電場耦合將電力傳送至受電裝置。

而且，例如專利文獻2中所揭示包括壓電變壓器（piezoelectric transformer）的輸電裝置。在專利文獻2所揭示的輸電裝置中，壓電變壓器對交流電壓進行升壓之後，將該交流電壓施加至輸電側線圈，藉此，藉由磁場耦合進行輸電。 [現有技術文獻]

[專利文獻]： [專利文獻1]日本專利特開2014-33546號； [專利文獻2]日本專利特開2015-156741號。

[發明所欲解決之課題]

在電力傳送裝置經由導體或介電體所構成的傳送介質來傳送高頻電力的情況下，電力傳送裝置所傳送的高頻電力在輸入受電裝置的整流電路時，電壓會因傳送介質內產生的傳送損失而降低。整流電路中的受電電壓越小，則受電裝置所具備的二極體（diode）的順向電壓降（forward voltage drop）相對於受電電壓的比例越高。結果是即使進行阻抗匹配（亦稱為阻抗整合），受電裝置中的大部分接收電力會在二極體中損失。因此，電力傳送裝置中的電力傳送效率容易降低。

在使用變壓器（transformer）對從電力傳送裝置傳送至受電裝置的高頻電力的電壓進行升壓的情況下，例如，若將變壓器的二次線圈與一次線圈的匝數比設為N，則當從一次線圈側向二次線圈側傳送電力時，向二次線圈側輸出的電壓為輸入至一次線圈的電壓的N倍。然而，在從二次線圈側向一次線圈側傳送電力的情況下，向一次線圈側輸出的電壓為輸入至二次線圈的電壓的N分之一倍。如此，在使用變壓器的情況下，在向規定的一個方向傳送電力時升壓，但在向相反方向傳送電力時降壓，因此，於在兩個方向的電力傳送過程中均需要升壓的情況下，不適合使用變壓器。

鑒於所述情況，本發明的目的在於提供能夠提高傳送效率的傳送系統、傳送裝置以及傳送方法。 [解決課題之手段]

為了解決所述課題，第1觀點的傳送系統包括：第1傳送部，包含輸出規定頻率的電力的振盪器；升壓部，其特性阻抗高於所述第1傳送部的阻抗，且具有與電長度為所述規定頻率對應的波長的四分之一的長度的傳送線路等效的電特性；以及第2傳送部，其包含對經由所述升壓部而供給的所述規定頻率的電力進行整流的整流部，所述第1傳送部及所述第2傳送部分別包括耦合電極，在所述第1傳送部及所述第2傳送部的所述耦合電極電性耦合於傳送介質的狀態下，由所述第1傳送部傳送所述規定頻率的電力至所述第2傳送部，所述第2傳送部包含所述升壓部的至少一部分，所述升壓部包含使從一個端子輸出的信號的相位相對於從另一個端子輸入的信號延遲90度或-90度的電路，並且包含所述第1傳送部及所述第2傳送部各自具備的耦合電極與所述傳送介質。

而且，在第2觀點的傳送系統中，所述升壓部為由分佈常數電路（distributed constant circuit）構成的傳送線路。

而且，在第3觀點的傳送系統中，所述升壓部為由集中常數電路（lumped constant circuit）構成的傳送線路的等效電路，所述集中常數電路包含電感器與電容器。

而且，在第4觀點的傳送系統中，所述傳送介質為導體或介電體。

而且，第5觀點的傳送系統包括：第1傳送部，包含輸出規定頻率的電力的振盪器；升壓部，其特性阻抗高於所述第1傳送部的阻抗，且具有與電長度為所述規定頻率對應的波長的四分之一的長度的傳送線路等效的電特性；以及第2傳送部，包含對經由所述升壓部而供給的所述規定頻率的電力進行整流的整流部，所述第1傳送部及所述第2傳送部分別包括耦合電極，在所述第1傳送部及所述第2傳送部的所述耦合電極電性耦合於傳送介質的狀態下，由所述第1傳送部傳送所述規定頻率的電力至所述第2傳送部，所述第2傳送部包含所述升壓部的至少一部分，所述第1傳送部更包括對所述規定頻率的電力進行整流的整流部，所述第2傳送部更包括輸出所述規定頻率的電力的振盪器，所述升壓部的特性阻抗高於所述第2傳送部的阻抗，且具有與電長度為所述第2傳送部所輸出的規定頻率對應的波長的四分之一的長度的傳送線路等效的電特性。

而且，在第6觀點的傳送系統中，所述第1傳送部輸出對所述規定頻率的電力進行編碼所得的規定頻率的信號。

而且，在第7觀點的傳送系統中，所述第1傳送部為讀寫器，所述第2傳送部為射頻（Radio Frequency，RF）標籤（tag）。

而且，第8觀點的傳送裝置包括：輸受電控制部，對規定頻率的電力的傳送動作進行控制；耦合電極，連接於所述輸受電控制部；終端線路，連接於所述輸受電控制部，且電長度為大致90度；以及電感器，連接於所述耦合電極與所述終端線路之間，當傳送裝置經由電性耦合於所述耦合電極的傳送介質與其他傳送裝置之間傳送電力時，所述耦合電極、所述終端線路以及所述電感器作為對所述電力進行升壓的升壓部的一部分而發揮功能。

而且，第9觀點的傳送方法為傳送系統中的傳送方法，該傳送系統包括：發送裝置，具有輸電部及耦合於傳送介質的耦合電極，所述輸電部包括產生規定頻率的電力的振盪器；接收裝置，具有對所述規定頻率的電力進行整流的整流部及耦合於所述傳送介質的耦合電極；以及升壓部，其特性阻抗高於所述輸電部的阻抗，且具有與電長度為所述規定頻率對應的波長的四分之一的長度的傳送線路等效的電特性，所述傳送方法包括如下步驟：所述升壓部藉由使所述規定頻率的電力反射及諧振來使所述規定頻率的電力的阻抗及電壓上升；以及所述升壓部將所述阻抗及電壓上升後的規定頻率的電力供給至所述整流部，所述升壓部是包含所述發送裝置的耦合電極與所述接收裝置的耦合電極而構成。

本發明的其他目的、特徵或優點藉由基於後述的本發明的實施形態或隨附圖式的更詳細的說明而變得明確。

以下，一面參照圖式，一面對本發明的一實施形態進行說明。

高頻（例如10 kHz至10 GHz）傳送系統在輸電側與受電側之間進行阻抗匹配而減少反射波，藉此來提高系統整體的傳送效率。然而，對於包含二極體的非線性電路而言，與進行阻抗匹配相比，藉由使受電側的受電電壓升高來減小二極體的順向電壓降相對於受電電壓的比例，更能夠使高頻傳送系統整體的電力傳送效率提高。在本實施形態中，對使受電側的受電電壓升高的高頻傳送系統進行說明。

首先，參照圖1～圖3來對本實施形態的高頻傳送系統中的高頻傳送的原理進行說明。

圖1是用以對本實施形態的高頻傳送系統的原理進行說明的功能方塊圖。高頻傳送系統10包括輸電裝置20、受電裝置30以及升壓部40。在高頻傳送系統10中，輸電裝置20輸出高頻電力或高頻信號。以下，在本實施形態中，以輸電裝置20輸出高頻電力進行說明。輸電裝置20所輸出的高頻電力由升壓部40升壓而輸入至受電裝置30。

輸電裝置20包括電源21與高頻振盪器22。電源21輸出供給至高頻振盪器22的電力。高頻振盪器22基於電源21所供給的電力而輸出規定頻率或可變頻率的高頻電力。

受電裝置30包括整流器31與負載32。整流器31經由升壓部，將從輸電裝置20供給至受電裝置30的高頻電力轉換為直流電力。圖2是表示受電裝置30所具備的整流器31的一例的電路圖。圖2所示的整流器31是包括兩個電容器（capacitor）33與兩個二極體34的所謂的半波倍壓整流電路。而且，在受電裝置30中，負載32連接於整流器31，由整流器31整流後的直流電力供給至負載32。

升壓部40連接於輸電裝置20與受電裝置30之間，對輸電裝置20所輸出的高頻電力進行升壓，將其供給至受電裝置30的整流器31。升壓部40的特性阻抗高於輸電裝置20的阻抗，且具有與四分之一波長傳送線路等效的電特性。此處，所謂四分之一波長傳送線路，是指電長度為四分之一波長的傳送線路，即，是指與輸入端的高頻電力的相位相比較，輸出端的高頻電力的相位延遲了90度的電路。換言之，升壓部40的S參數（散射矩陣中的散射參數）的S21（從雙端子對電路中的一個端子輸入信號時，通過其他端子的信號）的相位為-90度。而且，所謂特性阻抗，是指高頻信號或高頻電力在傳送線路中不被反射地傳送時的電壓與電流之比。

圖3是模式性地表示升壓部40所具有的四分之一波長傳送線路的一例的圖，且是表示所謂的微帶（microstrip）線路的圖。升壓部40包括介電體41、設置於介電體41的一個面的導體42以及設置於介電體41的另一個面的帶狀導體43。升壓部40的長度即從輸入側至輸出側為止的長度，其為所傳送高頻信號的波長的四分之一波長。

升壓部40發揮阻抗轉換器的作用，該升壓部40的特性阻抗高於輸電裝置20的阻抗，且具有與長度為四分之一波長的傳送線路等效的電特性。即，輸電裝置20所輸出的高頻電力在升壓部40中進行反射及諧振，藉此，轉換為更高的阻抗。因此，升壓部40減小輸電裝置20所輸出的高頻電力的電流且增大電壓，將該高頻電力供給至受電裝置30。

本實施形態的高頻傳送系統包括根據所述原理來對高頻電力進行升壓的升壓部40，藉此，對兩個方向的高頻電力進行升壓。升壓部40具有與傳送線路等效的電特性，且輸入輸出的構造對稱，因此，無論高頻電力的傳送方向如何，均能夠使向受電側供給的高頻電力的電壓大於輸電側所輸出的高頻電力的電壓。

其次，對本實施形態的高頻傳送系統的詳情進行說明。圖4是表示本實施形態的高頻傳送系統的概略構成的功能方塊圖。

本實施形態的高頻傳送系統100包括第1輸受電裝置110、第2輸受電裝置120以及升壓部140。第1輸受電裝置110及第2輸受電裝置120包括輸電部150及受電部160。輸電部150具有相當於圖1的輸電裝置20的功能，受電部160包括整流器，且具有相當於圖1的受電裝置30的功能。第1輸受電裝置110及第2輸受電裝置120均包括輸電部150及受電部160，因此，高頻傳送系統100能夠在第1輸受電裝置110與第2輸受電裝置120之間，向兩個方向傳送高頻電力。

升壓部140連接於第1輸受電裝置110與第2輸受電裝置120之間，對第1輸受電裝置110及第2輸受電裝置120中的一個輸受電裝置所輸出的高頻電力進行升壓而供給至另一個輸受電裝置。升壓部140的特性阻抗高於輸出高頻電力的第1輸受電裝置110及第2輸受電裝置120的阻抗，且具有與四分之一波長傳送線路等效的電特性。

第1輸受電裝置110的阻抗是在將不反射第1輸受電裝置110的輸電部150所輸出的高頻電力的負載連接於第1輸受電裝置110時，以輸電部150輸出的輸出電壓與輸出電流之比表示。將此時的第1輸受電裝置110的阻抗設為Z1，將輸出電壓設為V1。而且，亦同樣地表示第2輸受電裝置120的阻抗。將第2輸受電裝置120的阻抗設為Z2，將輸出電壓設為V2。而且，將升壓部140的特性阻抗設為Z3。

首先，說明將高頻電力從第1輸受電裝置110傳送至第2輸受電裝置120的情況。在該情況下，從升壓部140的輸出側輸出的高頻電力即供給至第2輸受電裝置120的高頻電力的阻抗Z1'、與輸入電壓V1'，由如下的兩個數式表示：

[式1] Z1'＝（Z3）² /（Z1）（1）

[式2] V1'＝（V1）×（Z3）/（Z1）（2）

升壓部140的特性阻抗Z3高於輸出高頻電力的第1輸受電裝置110的阻抗Z1（Z3＞Z1），因此，基於所述式（2），輸入至第2輸受電裝置120的輸入電壓V1'高於第1輸受電裝置110的輸出電壓V1。

相反地，在將高頻電力從第2輸受電裝置120傳送至第1輸受電裝置110的情況下，從升壓部140的輸出側輸出的高頻電力即供給至第1輸受電裝置110的高頻電力的阻抗Z2'、與輸入電壓V2'，由如下的兩個數式表示：

[式3] Z2'＝（Z3）² /（Z2）（3）

[式4] V2'＝（V2）×（Z3）/（Z2）（4）

升壓部140的特性阻抗Z3高於輸出高頻電力的第2輸受電裝置120的阻抗Z2（Z3＞Z2），因此，基於所述式（4），輸入至第1輸受電裝置110的輸入電壓V2'高於第2輸受電裝置120的輸出電壓V2。

如此，由於高頻傳送系統100包括升壓部140，該升壓部140的特性阻抗高於輸電側的輸受電裝置的阻抗，且具有與四分之一波長傳送線路等效的電特性，故而無論傳送方向如何，均能夠使受電電壓高於輸電電壓。而且，根據高頻傳送系統100，能夠藉由升壓部140使受電側的受電電壓高於來自電力輸出側的輸電電壓，因此，能夠減小受電側的二極體的順向電壓降相對於受電電壓的比例。因此，高頻傳送系統100能夠提高系統整體的電力傳送效率。

此處，對升壓部140所具有的四分之一波長傳送線路的變形例進行說明。在所述圖3的說明中，說明了升壓部140所具有的四分之一波長傳送線路為所謂的微帶線路，但四分之一波長傳送線路不限於此，亦可包含分佈常數電路。

而且，升壓部140的四分之一波長傳送線路例如亦可為包含電感器與電容器的集中常數傳送線路的等效電路。圖5是表示四分之一波長傳送線路的變形例的圖。

集中常數傳送線路的等效電路例如可為如圖5（a）所示的所謂的π型等效電路，例如可為如圖5（b）所示的所謂的平衡電路型等效電路，例如亦可為如圖5（c）所示的所謂的T型等效電路。

而且，集中常數傳送線路的等效電路例如亦可為如圖5（d）所示的所謂反向波型等效電路，所述反向波型等效電路是調換了圖5（a）的π型等效電路中的電感器與電容器的位置而成的電路。在集中常數傳送線路的等效電路為圖5（a）所示的π型的情況下，相對於向升壓部140輸入的輸入電力，來自升壓部140的輸出電力的相位延遲90度，而在集中常數傳送線路的等效電路為圖5（d）所示的反向波型的情況下，相對於向升壓部140輸入的輸入電力，來自升壓部140的輸出電力的相位前進90度，但升壓部140在任一個情況下均具有同樣的升壓功能。因此，在集中常數傳送線路的等效電路為反向波型的情況下，升壓部140的S參數的S21為+90度。

而且，集中常數傳送線路的等效電路例如亦可為如圖5（e）所示的所謂接地分離型等效電路，所述接地分離型等效電路是圖5（d）的反向波型等效電路的各電感器接地而成的電路。

例如，將圖5（a）所示的π型等效電路所具備的電容器的電容設為C，將電感器的電感設為L，將高頻傳送系統100所傳送的高頻電力的頻率設為f，將升壓部140的特性阻抗設為Z。π型等效電路能夠使用滿足C＝1/（2πfZ）及L＝Z/（2πf）的元件分別作為電容器及電感器。在圖5所示的其他集中常數傳送線路的等效電路中，亦同樣能夠使用基於頻率f與特性阻抗Z而決定的規定的電容C及電感L的電容器及電感器。

再者，升壓部140所具有的四分之一波長傳送線路亦可為傳送特性與圖5所示的等效電路同等的其他電路。即，升壓部140亦可具有其他電路，所述其他電路的輸入電力與輸出電力的相位差為90度，且特性阻抗大於發送高頻電壓的發送裝置的阻抗。

所述高頻傳送系統100亦能夠實現為經由包含導體或介電體的傳送介質來傳送高頻電力的高頻傳送系統。此處，使用圖6～圖10來說明將本實施形態的高頻傳送系統100實現為經由傳送介質進行傳送的高頻傳送系統時的高頻傳送的原理。

圖6是表示高頻傳送系統的一例的概略構成的功能方塊圖。如圖6所示，高頻傳送系統200具有兩個電力傳送裝置211及電力傳送裝置212。電力傳送裝置211及電力傳送裝置212分別相當於圖4的第1輸受電裝置110及第2輸受電裝置120。電力傳送裝置211及電力傳送裝置212藉由傳送介質250而電性連接。在高頻傳送系統210中，電力傳送裝置211及電力傳送裝置212中的一個電力傳送裝置經由傳送介質250發送高頻信號或電力，另一個電力傳送裝置經由傳送介質250接收高頻信號或電力。電力傳送裝置211及電力傳送裝置212分別包括輸受電機260及輸受電機270。

輸受電機260在兩端包括輸入輸出端子261a及輸入輸出端子261b，輸受電機270在兩端包括輸入輸出端子271a及輸入輸出端子271b。

電力傳送裝置211包括兩個輸入輸出端子261a及輸入輸出端子261b。輸入輸出端子261a與包含金屬等導體或介電體的終端線路240電性耦合（以下僅稱為「耦合」），輸入輸出端子261b與包含金屬等導體或介電體的傳送介質250耦合。

電力傳送裝置211中的輸受電機260包括對輸受電機260的輸受電動作進行控制的控制部。在輸受電機260與耦合於傳送介質250的其他電力傳送裝置212之間，經由傳送介質250傳送高頻信號或電力。

電力傳送裝置212包括兩個輸入輸出端子271a及輸入輸出端子271b。輸入輸出端子271a與包含金屬等導體或介電體的終端線路240電性耦合，輸入輸出端子271b與包含金屬等導體或介電體的傳送介質250耦合。

電力傳送裝置212中的輸受電機270包括對輸受電機270的輸受電動作進行控制的控制部。在輸受電機270與耦合於傳送介質250的其他電力傳送裝置211之間，經由傳送介質250傳送高頻信號或電力。再者，此處說明由電力傳送裝置211傳輸高頻信號或電力，由電力傳送裝置212接受電力。

在藉由高頻傳送系統210來傳送高頻信號或電力時，電流從連接於終端線路240的輸受電機260的輸入輸出端子261a流入至終端線路240。與此同時，大小與流入至終端線路240的電流相同且流向相反的電流從另一個輸入輸出端子261b流入至傳送介質250。如此，輸受電機260將高頻信號或電力送出至傳送介質50。

另一方面，電流從與傳送介質250耦合的輸入輸出端子271b供給至輸受電機270。與此同時，大小與供給至輸受電機270的電流相同且流向相反的電流從終端線路240流入至另一個輸入輸出端子271a。如此，輸受電機270從傳送介質250接收高頻信號或電力。

終端線路240具有90度的電長度。所謂90度的電長度，是指從連接於輸入輸出端子261a或輸入輸出端子271a的端部240a至另一個端部240b為止的線路長度為所傳送的高頻信號的波長的四分之一的長度，即在從連接於輸入輸出端子261a或輸入輸出端子271a的端部240a到達另一個端部240b的期間，所傳送的高頻信號的相位前進90度的長度。

因此，若從連接於輸入輸出端子261a或輸入輸出端子271a的端部240a向終端線路240側流動的電流由終端線路240的另一個端部240b反射，往返而再次返回至連接於輸入輸出端子261a或輸入輸出端子271a的端部240a，則在此期間，經過相當於二分之一波長的距離，相位前進180度。

此時，如圖7所示，輸受電機260將高頻信號輸入至電長度為90度即長度為傳送的高頻信號的波長的四分之一且端部240b開放的終端線路240，因此，終端線路240中會產生端部240b的電壓振幅最大且電流振幅為零、端部240a的電壓振幅為零且電流振幅最大的駐波，電流流入至端部240a。即，在終端線路240具有90度的電長度的情況下，端部240a的電壓振幅為零，而電流流動，因此，如圖8模式性所示，端部240a以虛擬地接地短路的方式進行動作。因此，連接於終端線路240的輸入輸出端子261a及輸入輸出端子271a能夠視為虛擬地連接於接地的短路端子。

如圖7所示，當終端線路240的電長度為90度，即從終端線路240的連接於輸受電機260的輸入輸出端子261a及輸受電機270的輸入輸出端子271a的端部240a輸入的信號由另一個端部240b反射，往返而來的反射波的相位為180度時，流入至輸入輸出端子261a及輸入輸出端子271a的電流最大。因此，在終端線路240的電長度為90度的情況下，高頻傳送系統210會最有效果地進行動作。然而，即使在終端線路240的電長度處於以90度為中心的±45度的範圍內，即反射波的相位處於大於90度且小於270度的範圍內，高頻傳送系統210進行動作亦會產生用以傳送高頻的規定效果。因此，終端線路240只要具有包含以90度為中心的±45度的範圍內的大致90度的電長度即可。

圖9是使參照圖8所說明的原理對應於圖6的整個高頻傳送系統210進行說明的圖。如圖9所示，輸受電機260的輸入輸出端子261a藉由90度的電長度的終端線路240而虛擬地接地短路，輸受電機270的輸入輸出端子271a藉由另一個90度的電長度的終端線路240而虛擬地接地短路。而且，輸受電機260的輸入輸出端子261b及輸受電機270的輸入輸出端子271b與傳送介質250耦合，藉此，經由傳送介質250而連接。高頻傳送系統210實際上是僅包含經由一個傳送介質250的一條通信路徑的開放電路，但整體上，經由虛擬的接地而宛如閉合電路般地進行動作，藉此，能夠穩定地從輸受電機260向輸受電機270傳送高頻信號或電力。

如此，根據包括連接於輸受電機260的終端電路、輸受電機260、輸受電機270以及連接於輸受電機270的終端電路的高頻傳送系統200，能夠經由一個傳送介質250，利用僅包含一條通信路徑的開放電路從輸受電機260向輸受電機270傳送高頻信號或電力。

藉此，電力傳送裝置211在與傳送介質250耦合時傳送高頻信號或電力，在不與傳送介質250耦合時不進行傳送，因此，能夠提供易於設計，構成簡單，不易受到外部環境的影響且穩定性高的高頻傳送系統。

傳送介質250成為在輸受電機260與輸受電機270之間傳送高頻信號或電力的介質。傳送介質250是包含導體或介電體、或者導體與介電體的組合而構成。傳送介質250與輸受電機260例如亦可如圖10（a）所示，將耦合電極262設置於輸受電機260的輸入輸出端子261b，當耦合電極262與傳送介質250接近時，耦合電極262與傳送介質250的表面進行電容耦合，藉此，實現傳送介質250與輸受電機260的輸入輸出端子261b的耦合。該耦合同樣亦能夠適用於輸受電機270。在該情況下，當輸受電機260的耦合電極262與輸受電機270的耦合電極未接近傳送介質250時，不傳送高頻信號或電力。另一方面，當輸受電機260的耦合電極262與輸受電機270的耦合電極接近傳送介質250時，高頻信號或電力經由傳送介質250，從輸受電機260傳送至輸受電機270。

在傳送介質250為導體或介電體，且藉由設置於輸受電機260的輸入輸出端子261b的耦合電極262與傳送介質250的表面之間的電容耦合來實現傳送介質250與輸受電機260的輸入輸出端子261b的耦合的情況下，如圖10（b）所示，亦可進而將線圈設置於耦合電極262與輸受電機260的輸入輸出端子261b之間。在該情況下，藉由線圈的電感（L）、與耦合電極262及傳送介質250的表面之間的電容（C）而產生LC串聯諧振。該耦合同樣亦能夠適用於輸受電機270。

若將傳送的高頻信號或電力的頻率設為f，則產生LC串聯諧振時的電感L與電容C的值滿足下述的式（5）。

[式5]（5）

在該情況下，當輸受電機260的耦合電極262與輸受電機270的耦合電極未接近傳送介質250時，不傳送高頻信號或電力。另一方面，當輸受電機260的耦合電極262與輸受電機270的耦合電極接近傳送介質250時，高頻信號或電力經由傳送介質250，從輸受電機260傳送至輸受電機270。此時，在產生LC串聯諧振的情況下，與未使用LC串聯諧振而僅藉由電容耦合進行耦合的情況相比較，輸入輸出端子261b及輸入輸出端子271b與傳送介質250會更強地耦合，從而能夠有效率地傳送高頻信號或電力。

在將本實施形態的高頻傳送系統100實現為經由傳送介質進行傳送的高頻傳送系統的情況下，如參照圖6～圖10所說明的，該高頻傳送系統100為僅包含經由一個傳送介質的一條路徑的開放電路，但整體上，經由虛擬的接地而宛如閉合電路般地進行動作，藉此，能夠穩定地從第1輸受電裝置110向第2輸受電裝置120傳送高頻信號或電力。該高頻傳送系統亦能夠實現為所謂的人體通信系統，所述人體通信系統使用介電體即人體作為傳送介質。

圖11是表示作為經由傳送介質進行傳送的高頻傳送系統而實現的本實施形態的高頻傳送系統的一例的功能方塊圖。

高頻傳送系統300包括第1電力傳送裝置310、第2電力傳送裝置320以及傳送介質330。第1電力傳送裝置310及第2電力傳送裝置320與包含導體或介電體的傳送介質330耦合，且經由傳送介質330，基於圖6～圖10所說明的原理來傳送高頻電力。

第1電力傳送裝置310包括輸受電控制部311、串聯地連接於輸受電控制部311的電感器312及耦合電極313、以及終端線路。輸受電控制部311對第1電力傳送裝置310中的高頻電力的傳送動作進行控制。而且，第1電力傳送裝置310的終端線路例如包含具有90度的電長度的介電體，且在高頻傳送系統300進行傳送動作時，作為虛擬的接地而發揮功能。

第2電力傳送裝置320包括輸受電控制部321、串聯地連接於輸受電控制部321的電感器322及耦合電極323、升壓部324以及終端線路。輸受電控制部321對第2電力傳送裝置320中的高頻電力的傳送動作進行控制。而且，第2電力傳送裝置320的終端線路例如包含具有90度的電長度的介電體，且在高頻傳送系統300進行傳送動作時，作為虛擬的接地而發揮功能。而且，升壓部324連接於輸受電控制部321。升壓部324的特性阻抗高於輸出高頻電力的輸受電控制部311及輸受電控制部321的阻抗，且具有與四分之一波長傳送線路等效的電特性。

第1電力傳送裝置310及第2電力傳送裝置320分別經由耦合電極313及耦合電極323而與傳送介質330耦合，藉此，實現經由傳送介質330的高頻電力的傳送。在該情況下，根據圖10（b）所說明的原理，實現高頻傳送系統300中的有效率的高頻傳送。

根據圖11所示的高頻傳送系統300，依據參照圖4所說明的原理，升壓部324的特性阻抗高於輸電側的輸受電控制部的阻抗，且具有與四分之一波長傳送線路等效的電特性，因此，無論高頻電力的傳送方向如何，均能夠使受電電壓高於輸電電壓。因此，根據高頻傳送系統300，能夠藉由升壓部324使受電側的受電電壓高於來自輸電側的輸電電壓，因此，能夠減小受電側的二極體的順向電壓降相對於受電電壓的比例，從而能夠提高系統整體的電力傳送效率。

繼而，說明了在圖11所示的高頻傳送系統300中，第1電力傳送裝置310不包括升壓部，第2電力傳送裝置320包括升壓部324。然而，不會產生如下效果，即，包括升壓部的電力傳送裝置彼此使受電電壓高於輸電電壓。

圖12是表示由包括升壓部的電力傳送裝置彼此形成的高頻傳送系統的概略構成的功能方塊圖。圖12所示的第1輸受電裝置110、第2輸受電裝置120及升壓部140分別對應於圖4所示的第1輸受電裝置110、第2輸受電裝置120及升壓部140。圖12與圖4不同，在第1輸受電裝置110與第2輸受電裝置120之間設置有兩個升壓部140。兩個升壓部140的特性阻抗設為相等的（Z3）。

在圖12所示的高頻傳送系統中，將第1輸受電裝置110的阻抗設為Z1，將輸出電壓設為V1。在將高頻電力從第1輸受電裝置110傳送至第2輸受電裝置120的情況下，對於來自第1輸受電裝置110的輸出電壓V1，藉由第一個升壓部140而輸出電壓基於數式（2）所計算出的、較輸出電壓V1更高的輸出電壓V1'。然而，來自第一個升壓部140的輸出電壓V1'輸入至第二個升壓部140之後，從第二個升壓部輸出基於數式（2）而計算出的電壓V1。如此，在經由兩個升壓部140的高頻電力的傳送過程中，利用第一個升壓部140對電力進行升壓，而利用第二個升壓部140對已升壓的電力進行降壓。因此，在如所述例子般，經由兩個升壓部來傳送高頻電力的情況下，來自第1輸受電裝置110的輸電電壓、與輸入至第2輸受電裝置120的輸入電壓相等，不會產生使受電電壓高於輸電電壓的效果。此對於將高頻電力從第2輸受電裝置120傳送至第1輸受電裝置110的情況而言亦相同。

圖13是表示作為經由傳送介質進行傳送的高頻傳送系統而實現的本實施形態的高頻傳送系統的另一例的功能方塊圖。

高頻傳送系統400包括第1電力傳送裝置410、第2電力傳送裝置420以及傳送介質430。第1電力傳送裝置410及第2電力傳送裝置420與包含導體或介電體的傳送介質430耦合，且經由傳送介質430，基於圖6～圖10所說明的原理來傳送高頻電力。

第1電力傳送裝置410包括輸受電控制部411、連接於輸受電控制部411的耦合電極413、連接於輸受電控制部411的終端線路414、以及設置於耦合電極413及終端線路414之間的電感器412。輸受電控制部411對第1電力傳送裝置410中的高頻電力的傳送動作進行控制。而且，第1電力傳送裝置410的終端線路414例如包含具有90度的電長度的介電體，且在高頻傳送系統400進行傳送動作時，作為虛擬的接地而發揮功能。

第2電力傳送裝置420包括輸受電控制部421、連接於輸受電控制部421的耦合電極423、連接於輸受電控制部421的終端線路424以及設置於耦合電極423及終端線路424之間的電感器422。輸受電控制部421對第2電力傳送裝置420中的高頻電力的傳送動作進行控制。而且，第2電力傳送裝置420的終端線路424例如包含具有90度的電長度的介電體，且在高頻傳送系統400進行傳送動作時，作為虛擬的接地而發揮功能。

第1電力傳送裝置410及第2電力傳送裝置420分別經由耦合電極413及耦合電極423而與傳送介質430耦合，藉此，實現經由傳送介質430的高頻電力的傳送。此時，在耦合電極413及耦合電極423各自與傳送介質430的耦合過程中所形成的電容、電感器412及電感器422、以及藉由終端線路414及終端線路424形成的虛擬的接地形成圖14所示的電路。圖14所示的等效電路與圖5（e）所示的接地分離型的集中常數傳送線路的等效電路相同，因此，在傳送高頻電力時，耦合電極413及耦合電極423、傳送介質430、電感器412及電感器422、以及終端線路414及終端線路424至此為止，與圖11中的升壓部324同樣地發揮功能。

如此，在圖13所示的高頻傳送系統400中，將「特性阻抗高於輸電側的阻抗且與長度為四分之一波長的傳送線路等效的電路」二等分而成的電路作為升壓部而分別安裝於輸電側與受電側的電力傳送裝置410及電力傳送裝置420。因此，在兩個電力傳送裝置410及電力傳送裝置420經由傳送介質430而彼此傳送電力的情況下，將升壓部二等分而成的電路介隔傳送介質430，整體上作為一個升壓部而位於輸電側與受電側之間，藉此，高頻傳送系統的傳送效率提高。

而且，本實施形態中所說明的傳送高頻電力的高頻傳送系統亦能夠實現為傳送高頻信號的高頻傳送系統。在傳送高頻信號的高頻傳送系統中，藉由設置升壓部，能夠將輸入至受電側的A/D轉換器的信號的電壓振幅放大，改善通信系統的S/N比，從而改善受電感度，所述升壓部包含特性阻抗高於輸電側的阻抗且與長度為四分之一波長的傳送線路等效的電路。

而且，本實施形態中所說明的傳送高頻電力的高頻傳送系統亦可設為如下電力傳送系統，該電力傳送系統經由傳送介質與升壓部而傳送對高頻電力進行編碼所得的高頻信號，傳送電力，並且進行通信。圖15是表示將所述實施形態所說明的高頻傳送系統實現為傳送電力且進行通信的電力傳送系統時的概略構成的功能方塊圖。

如圖15所示，電力傳送系統500包括第1電力傳送裝置510、第2電力傳送裝置520以及傳送介質530。

電力傳送系統500的第1電力傳送裝置510與圖13所示的高頻傳送系統400的第1電力傳送裝置410相比較，包括讀寫器部511來代替輸受電控制部411。讀寫器部511包括控制部515、發送部516以及接收部517。讀寫器部511藉由控制部515的控制，將包含電力的讀取信號從發送部516發送至第2電力傳送裝置520，且利用接收部517接收來自第2電力傳送裝置520的信號（反射波）。

電力傳送系統500的第2電力傳送裝置520與圖13所示的高頻傳送系統400的第2電力傳送裝置420相比較，包括RF標籤部521來代替輸受電控制部421。RF標籤部521包括控制部525、發送部526、整流及接收部527以及記憶體（memory）528。RF標籤部521藉由控制部525的控制，在整流及接收部517中接收來自第1電力傳送裝置510的讀取信號，讀出記憶體528所儲存的資訊（例如包含ID資訊），將讀出的資訊作為經負載調變的反射波，從發送部526發送至第1電力傳送裝置510。

電力傳送系統500是在第1電力傳送裝置510的耦合電極513與第2電力傳送裝置520的耦合電極523耦合於傳送介質530的狀態下進行傳送。此時，在耦合電極513及耦合電極523各自與傳送介質530的耦合過程中所形成的電容、電感器512及電感器522、以及藉由終端線路514及終端線路524形成的虛擬的接地形成圖5（e）所示的接地分離型的集中常數傳送線路的等效電路，且作為升壓部而發揮功能。因此，在電力傳送系統500中，RF標籤部521基於經由傳送介質530與升壓部而接收的電力，讀出記憶體528的資訊且進行編碼，將編碼所得的高頻信號經由相同的傳送介質530與升壓部而傳送至讀寫器部511。讀寫器部511對接收的信號進行解碼，將資料傳輸至外部。

再者，本實施形態的傳送系統例如亦能夠實現為人體通信系統，該人體通信系統以介電體即人體作為通信介質，在人體與電極耦合時確立通信。

以上，一面參照實施形態，一面對本發明進行了詳細說明。然而，本領域技術人員可在不脫離本發明宗旨的範圍內，對該實施形態進行修正或替換。即，本發明並非僅限定於所述實施形態，能夠進行許多變形或變更。例如，各構成部等所含的功能等能夠以邏輯上不矛盾的方式重新配置，能夠將複數個構成部等組合為一個，或對複數個構成部等進行分割。

而且，本說明書的記載並非是指本說明書所記載的發明的全部。換言之，本說明書的記載並不否定本申請案未請求的發明的存在，即，並不否定將來分割申請或藉由補正而追加的發明的存在。

本說明書以例示的形態揭示了本發明，不應對本說明書的記載內容進行限定性解釋。

10、100、200、210、300、400‧‧‧高頻傳送系統
20‧‧‧輸電裝置
21‧‧‧電源
22‧‧‧高頻振盪器
30‧‧‧受電裝置
31‧‧‧整流器
32‧‧‧負載
33‧‧‧電容器
34‧‧‧二極體
40、140、324‧‧‧升壓部
41‧‧‧介電體
42、43‧‧‧導體
50、250、330、430、530‧‧‧傳送介質
110‧‧‧第1輸受電裝置
120‧‧‧第2輸受電裝置
150‧‧‧輸電部
160‧‧‧受電部
211、212‧‧‧電力傳送裝置
240、414、424、514、524‧‧‧終端線路
240a、240b‧‧‧端部
260、270‧‧‧輸受電機
261a、261b、271a、271b‧‧‧輸入輸出端子
262、313、323、413、423、513、523‧‧‧耦合電極
310、410、510‧‧‧第1電力傳送裝置
311、321、411、421‧‧‧輸受電控制部
312、322、412、422、512、522‧‧‧電感器
320、420、520‧‧‧第2電力傳送裝置
500‧‧‧電力傳送系統
511‧‧‧讀寫器部
515、525‧‧‧控制部
516、526‧‧‧發送部
517‧‧‧接收部
521‧‧‧RF標籤部
527‧‧‧整流及接收部
528‧‧‧記憶體
C‧‧‧電容
L‧‧‧電感
V1、V2‧‧‧輸出電壓
V1'、V2'‧‧‧輸入電壓
Z1、Z1'、Z2、Z2'‧‧‧阻抗
Z3‧‧‧特性阻抗

圖1是用以對本發明的一實施形態的高頻傳送系統的原理進行說明的功能方塊圖。圖2是表示圖1的受電裝置所具備的整流器的一例的電路圖。圖3是模式性地表示圖1的升壓部所具有的四分之一波長傳送線路的一例的圖。圖4是表示本發明的一實施形態的高頻傳送系統的概略構成的功能方塊圖。圖5是表示升壓部所具備的四分之一波長傳送線路的變形例的圖。圖6是表示高頻傳送系統的一例的概略構成的功能方塊圖。圖7是對圖6的終端線路的動作的結構進行說明的概略圖。圖8是模式性地表示圖7中的傳送裝置的動作的圖。圖9是模式性地表示圖6中的高頻傳送系統的動作的圖。圖10是模式性地表示傳送裝置與傳送介質的耦合方法的例子的圖。圖11是表示作為經由傳送介質進行傳送的高頻傳送系統而實現的本實施形態的高頻傳送系統的一例的功能方塊圖。圖12是表示由包括升壓部的電力傳送裝置彼此形成的高頻傳送系統的概略構成的功能方塊圖。圖13是表示作為經由傳送介質進行傳送的高頻傳送系統而實現的本實施形態的高頻傳送系統的另一例的功能方塊圖。圖14是表示圖13所示的高頻傳送系統的等效電路的圖。圖15是表示傳送電力且進行通信的電力傳送系統的概略構成的功能方塊圖。

100‧‧‧高頻傳送系統

110‧‧‧第1輸受電裝置

120‧‧‧第2輸受電裝置

140‧‧‧升壓部

150‧‧‧輸電部

160‧‧‧受電部

V1、V2‧‧‧輸出電壓

V1'、V2'‧‧‧輸入電壓

Z1、Z1'、Z2、Z2'‧‧‧阻抗

Claims

一種傳送系統，包括：第1傳送部，包含輸出規定頻率的電力的振盪器；升壓部，其特性阻抗高於所述第1傳送部的阻抗，且具有與電長度為所述規定頻率對應的波長的四分之一的長度的傳送線路等效的電特性；以及第2傳送部，其包含對經由所述升壓部而供給的所述規定頻率的電力進行整流的整流部，所述第1傳送部及所述第2傳送部分別包括耦合電極，在所述第1傳送部及所述第2傳送部的所述耦合電極電性耦合於傳送介質的狀態下，由所述第1傳送部傳送所述規定頻率的電力至所述第2傳送部，所述第2傳送部包含所述升壓部的至少一部分，所述升壓部包含使從一個端子輸出的信號的相位相對於從另一個端子輸入的信號延遲90度或-90度的電路，並且包含所述第1傳送部及所述第2傳送部各自具備的耦合電極與所述傳送介質。
如申請專利範圍第1項所述的傳送系統，其中所述升壓部為由分佈常數電路構成的傳送線路。
如申請專利範圍第1項所述的傳送系統，其中所述升壓部為由集中常數電路構成的傳送線路的等效電路，所述集中常數電路包含電感器與電容器。
如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述的傳送系統，其中所述傳送介質為導體或介電體。
一種傳送系統，包括：第1傳送部，包含輸出規定頻率的電力的振盪器；升壓部，其特性阻抗高於所述第1傳送部的阻抗，且具有與電長度為所述規定頻率對應的波長的四分之一的長度的傳送線路等效的電特性；以及第2傳送部，包含對經由所述升壓部而供給的所述規定頻率的電力進行整流的整流部，所述第1傳送部及所述第2傳送部分別包括耦合電極，在所述第1傳送部及所述第2傳送部的所述耦合電極電性耦合於傳送介質的狀態下，由所述第1傳送部傳送所述規定頻率的電力至所述第2傳送部，所述第2傳送部包含所述升壓部的至少一部分，所述第1傳送部更包括對所述規定頻率的電力進行整流的整流部，所述第2傳送部更包括輸出所述規定頻率的電力的振盪器，所述升壓部的特性阻抗高於所述第2傳送部的阻抗，且具有與電長度為所述第2傳送部所輸出的規定頻率對應的波長的四分之一的長度的傳送線路等效的電特性。
如申請專利範圍第1項或第5項所述的傳送系統，其中所述第1傳送部輸出對所述規定頻率的電力進行編碼所得的規定頻率的信號。
如申請專利範圍第1項或第5項所述的傳送系統，其中所述第1傳送部為讀寫器，所述第2傳送部為RF標籤。
一種傳送裝置，包括：輸受電控制部，對規定頻率的電力的傳送動作進行控制；耦合電極，連接於所述輸受電控制部；終端線路，連接於所述輸受電控制部，且電長度為大致90度；以及電感器，連接於所述耦合電極與所述終端線路之間，當傳送裝置經由電性耦合於所述耦合電極的傳送介質與其他傳送裝置之間傳送電力時，所述耦合電極、所述終端線路以及所述電感器作為對所述電力進行升壓的升壓部的一部分而發揮功能。
一種傳送方法，其為傳送系統中的傳送方法，所述傳送系統包括：發送裝置，具有輸電部及耦合於傳送介質的耦合電極，所述輸電部包括產生規定頻率的電力的振盪器；接收裝置，具有對所述規定頻率的電力進行整流的整流部及耦合於所述傳送介質的耦合電極；以及升壓部，其特性阻抗高於所述輸電部的阻抗，且具有與電長度為所述規定頻率對應的波長的四分之一的長度的傳送線路等效的電特性，所述傳送方法包括如下步驟：所述升壓部藉由使所述規定頻率的電力反射及諧振來使所述規定頻率的電力的阻抗及電壓上升；以及所述升壓部將所述阻抗及電壓上升後的規定頻率的電力供給至所述整流部，所述升壓部是包含所述發送裝置的耦合電極與所述接收裝置的耦合電極而構成。