TWI555294B - A wireless power supply system and a wireless power supply method - Google Patents

Description

無線電力供給系統及無線電力供給方法 發明領域

本發明係關於一種無線電力供給系統，係藉由創造出磁界共鳴狀態而非接觸地輸送電力者。

發明背景

習知無線之電力供給技術，有利用電磁感應之技術、利用電波之技術為人所知。再加上近年來，有提案利用磁界共鳴狀態之無線電力供給技術。

利用該磁界共鳴狀態(亦有稱為磁力共鳴、磁場共鳴、磁界共振)之電力供給技術，係使磁界於共振的2個共振器間耦合，藉此使能量(電力)可輸送之技術。依據利用如此之磁界共鳴之無線電力供給技術，相較於利用電磁感應之無線電力供給技術，其可增加能量(電力)之送電距離。

但，利用如上述般之磁界共鳴狀態之電力供給技術中，有2個共振器間之磁耦合變得不穩定，而使送電效率降低之問題。

為解決如此之問題，例如專利文獻1揭示一種無線電力供給系統，即使於供電共振線圈和受電共振線圈間的距離已變動之情況，也可藉由變更供電共振線圈之共振頻率及受電共振線圈之共振頻率，來將送電共振線圈和受電共振線圈間之結合強度逐漸變更而維持共鳴狀態，藉此防止電力從送電裝置到受電裝置的送電效率降低。又，專利文獻2 揭示一種無線電力裝置，可藉由使送電線圈和受電線圈的耦合強度改變來提高裝置全體之送電效率。再者，專利文獻3揭示一種供電系統，於供電線圈和受電線圈間設有供電共振線圈和受電共振線圈，在非接觸地供給電力時，檢測出供電共振線圈和受電共振線圈間之距離c，並可根據該距離c來改變調整供電線圈和供電共振線圈的距離a、及受電線圈和受電共振線圈的距離b，以使供電效率變得最大。

【先行技術文獻】 【專利文獻】

【專利文獻1】日本特開2010-239769

【專利文獻2】日本特開2010-239777

【專利文獻3】日本特開2010-124522

的確，藉由上述所揭示之技術可防止送電效率降低。但，上述揭示之技術中，需要變更共振頻率之控制裝置、使2個共振器間之耦合強度改變之控制裝置、或調整供電線圈和供電共振線圈之距離及受電線圈和受電共振線圈之距離之控制裝置，不僅構成變得複雜且成本也會增加。

因此，本發明之目的係提供一種無線電力供給系統，可不像習知般使用變更共振頻率之控制裝置、使2個共振器間之耦合強度改變之控制裝置、或調整供電線圈和供電共振線圈之距離及受電線圈和受電共振線圈之距離之控制裝置，而將2個共振器間之磁耦合維持於穩定之狀態，來擴大 可在已使送電效率穩定之狀態下送電之空間區域。

用以解決上述課題的發明之一者，係一種藉由使供電共振線圈和受電共振線圈共振，而將電力作為磁能從前述供電共振線圈輸送至前述受電共振線圈之無線電力供給系統，其特徵在於相對於前述供電共振線圈的線圈徑，使前述受電共振線圈的線圈徑較小。

根據上述之構成，於受電共振線圈之線圈徑相對於供電共振線圈之線圈徑較小之空間區域，即使不調整送電頻率等，也可維持供電共振線圈和受電共振線圈之磁耦合於穩定之狀態。即，習知之供電共振線圈和受電共振線圈之線圈徑相同時，由於成為穩定之磁耦合的距離範圍極為狹窄，因此要常進行調整送電頻率等，但本發明由於可於較習知更寬之距離來維持磁耦合之穩定，因此不需要調整送電頻率等之作業。藉此，從供電共振線圈送電至受電共振線圈時，可在已使送電效率穩定之狀態下擴大可送電之空間區域。

又，用以解決上述課題的發明之一者，係一種無線電力供給系統，其特徵在於前述供電共振線圈之線圈徑和前述受電共振線圈之線圈徑之比係在從100：7至100：15之範圍內。

根據上述之構成，將供電共振線圈之線圈徑和受電共振線圈之線圈徑之比構成在從100：7至100：15之範圍內，藉此可維持供電共振線圈和受電共振線圈的磁耦合於更穩 定之狀態。即，較習知於更寬之距離維持磁耦合之穩定。藉此，從供電共振線圈送電至受電共振線圈時，可在已使送電效率穩定之狀態下更擴大可送電之空間區域。

又，用以解決上述課題的發明之一者，係一種無線電力供給系統，包含有：電力供給部，係供給交流電者；供電線圈，係連接於前述電力供給部，且藉由電磁感應對前述供電共振線圈供給前述電力者；受電線圈，係藉由電磁感應，從前述受電共振線圈受到前述電力供給者；及，電力接受部，係連接於前述受電線圈者。

根據上述構成，將從電力供給部供給之電力從供電線圈輸送至供電共振線圈時，可不創造出送電磁界共鳴狀態而用電磁感應來輸送電力。又，同樣地，將已受電之電力從受電共振線圈輸送至受電線圈時，可不創造出送電磁界共鳴狀態而用電磁感應來送電並輸出至電力接受部。藉此，於供電線圈和供電共振線圈間，及受電共振線圈和受電線圈間，變得不必於共振頻率同調，因此可謀求設計的簡易化。

又，用以解決上述課題的發明之一者，係一種藉由使供電共振線圈和受電共振線圈共振，而將電力作為磁能從供電共振線圈輸送至受電共振線圈之無線電力供給方法，其特徵在於相對於前述供電共振線圈的線圈徑，使前述受電共振線圈的線圈徑較小。

根據上述方法，於受電共振線圈之線圈徑相對於供電共振線圈之線圈徑較小之空間區域，即使不調整送電頻率 等，也可維持供電共振線圈和受電共振線圈之磁耦合於穩定之狀態。即，習知之供電共振線圈和受電共振線圈徑相同時，由於成為穩定之磁耦合的距離範圍極為狹窄，因此要常進行調整送電頻率等，但本依據發明，由於可於較習知更寬之距離來維持磁耦合之穩定，因此不需要調整送電頻率等之作業。藉此，從供電共振線圈送電至受電共振線圈時，可擴大在已使送電效率穩定之狀態下可送電之空間區域。

本發明可提供一種無線電力供給系統，可不像習知般使用變更共振頻率之控制裝置、使2個共振器間之耦合強度變化之控制裝置、或調整供電線圈和供電共振線圈之距離及受電線圈和受電共振線圈之距離之控制裝置，而可將2個共振器間之磁耦合維持於穩定之狀態，防止送電效率降低。

圖式之簡單說明

第1圖係本發明之無線電力供給系統之說明圖。

第2圖係實施例之無線電力供給系統之構成圖。

第3圖係實施例之插入損失之測定例。

第4圖係實施例中，將使距離C改變後之耦合係數k加以描點之圖。

第5圖係關於比較例1，顯示使供電共振線圈和受電共振線圈間之距離變動後之送電效率之圖。

第6圖係關於實施例1，顯示使供電共振線圈和受電共 振線圈間之距離變動後之送電效率之圖。

第7圖係關於實施例2，顯示使供電共振線圈和受電共振線圈間之距離變動後之送電效率之圖。

第8圖係實施形態1之無線電力供給系統之說明圖。

用以實施發明之形態

首先，以下根據第1圖說明關於本發明之無線電力供給系統及無線電力供給方法之概要。

本發明之無線電力供給系統101，其特徵在於藉由使供電共振線圈105和受電共振線圈108共振，將電力作為磁能從供電共振線圈105輸送至受電共振線圈108時，相對於供電共振線圈105的線圈徑D，使受電共振線圈108的線圈徑E較小。

在此，舉例言之，供電共振線圈105及受電共振線圈108係使用線圈之共振器，有例如螺旋型或螺線(solenoid)型或環型等線圈。共振係指供電共振線圈105及受電共振線圈108於共振頻率同調(例如藉由從交流電源106輸出與供電共振線圈105和受電共振線圈108具有之頻率相同頻率之電力來實現)。而，線圈徑係指於線圈之徑方向之長度。

藉此，於供電共振線圈105和受電共振線圈108間，即使不做送電頻率等之調整，也可將供電共振線圈105和受電共振線圈108間之磁耦合維持於穩定之狀態。即，習知之供電共振線圈105和受電共振線圈108徑相同時，由於成為穩定之磁耦合的距離範圍極為狹窄，因此要常進行調整送電 頻率等，但依據本構成，由於可於較習知寬之距離來維持磁耦合之穩定，因此不需要調整送電頻率等之作業。藉此，從供電共振線圈105向受電共振線圈108送電時，可擴大在已使送電效率穩定之狀態下可送電之空間區域，進而，可擴大無線電力供給系統的用途，例如對具有可搬運至任意場所之電池等之電力接受部109供電。

(實施例)

接著，說明以簡易構成實現上述所說明之無線電力供給系統101之無線電力供給系統1。

(無線電力供給系統1之構成)

第2圖所示之無線電力供給系統1，係包含送電裝置10和受電裝置12之系統，將電力作為磁能從送電裝置10送電至受電裝置12。如第2圖所示，送電裝置10其內部具有供電線圈4和供電共振線圈5。且，供電線圈4連接至網路分析器20(Agilent Technology公司製)之輸出端子21而代替交流電源。又，受電裝置12其內部具有受電線圈7和受電共振線圈8。且，受電線圈7連接至網路分析器20之輸入端子22而代替電力接受部。

網路分析器20可以任意之頻率將交流電力從輸出端子21輸出至供電線圈4。又，網路分析器20可測定從受電線圈7輸入至輸入端子22之電力。再者，網路分析器20會於後詳述，可測定第3圖所示之插入損失『S21』、第4圖所示之耦合係數、或送電效率。

供電線圈4係有將從網路分析器20所得到之電力，藉由 電磁感應供給至供電共振線圈5之功能。該供電線圈4係將線徑1mm ψ之銅線材(具絕緣被膜)捲1圈，設定在配合本實施例及比較例之供電線圈徑。在此，以供電線圈4和供電共振線圈5間之距離為A，在本實施例及比較例中將供電線圈4和供電共振線圈5間之距離A固定於預定值。

受電線圈7係有將從供電共振線圈5作為磁能輸送至受電共振線圈8之電力，藉由電磁感應輸出至網路分析器20之輸入端子22之功能。該受電線圈7係將線徑1mm ψ之銅線材(附絕緣被膜)捲1圈，設定在配合本實施例和比較例之受電線圈徑。在此，以受電共振線圈8和受電線圈7之間之距離為B，在本實施例及比較例中將受電線圈7和受電共振線圈8間之距離B固定於預定值。

供電共振線圈5及受電共振線圈8係分別為LC共振電路，有創造出磁界共鳴狀態之功能。而，本實施形態中，LC共振電路之電容成分係藉由元件實現，但亦可將線圈之兩端開放而藉由雜散電容來實現。該LC共振回路中以電感為L、電容量為C時，藉由(第1式)所決定之f為共振頻率。

f=1/(2π√(LC))………(第1式)

又，供電共振線圈5係設定在配合本實施例及比較例之供電共振線圈徑，將線徑1mm ψ之銅線材(附絕緣被膜)配合供電共振線圈徑捲數圈。又，受電共振線圈8係設定在配合本實施例及比較例之受電共振線圈徑，將線徑1mm ψ之銅線材(附絕緣被膜)配合受電共振線圈徑捲複數圈。接著，如第2圖所示，以供電共振線圈徑為線圈徑D，受電共振線 圈徑為線圈徑E。又，供電共振線圈5及受電共振線圈8，由於必須使(第1式)所決定之共振頻率f相同，因此使共振頻率為15.3MHz。

如上述，使供電共振線圈5之共振頻率和受電共振線圈8之共振頻率為相同值時，可於供電共振線圈5和受電共振線圈8間創造出磁界共鳴狀態。在供電共振線圈5共鳴之狀態下創造出磁界共鳴狀態時，可將電力作為磁能從供電共振線圈5輸送至受電共振線圈8。

又，以供電共振線圈5和受電共振線圈8間之距離為C。且，使該距離C配合本實施例和比較例加以改變。

(測定方法)

接著，使用網路分析器20，在供電共振線圈之線圈徑固定在100mm ψ後，將受電共振線圈8之線圈徑E改變為13mm ψ、25mm ψ、55mm ψ、100mm ψ，而分別測定改變供電共振線圈5和受電共振線圈8間之距離C後之耦合係數k。在此，耦合係數k係表示供電共振線圈5和受電共振線圈8之耦合強度之指標。

首先，當測定上述耦合係數k時，例如使受電共振線圈8之線圈徑E為100mm ψ，使距離C從0變到160mm，同時測定插入損失『S21』。同樣地，將受電共振線圈8之線圈徑變為13mm ψ、25mm ψ、55mm ψ來測定插入損失『S21』。此時，如第3圖之圖表所示，以橫軸為從輸出端子21輸出之頻率，以縱軸為插入損失『S21』來測定。

而，當供電線圈4和供電共振線圈5之耦合強時，會影 響供電共振線圈5和受電共振線圈8間之耦合狀態而不能正確的測定，因此，供電線圈4和供電共振線圈5間之距離A有必要保持於供電共振線圈5可充分地激發、使供電共振線圈5之磁場生成、且供電線圈4和供電共振線圈5盡可能不耦合之距離。又，以同樣的理由受電共振線圈8和受電線圈7間之距離B亦有必要保持於受電共振線圈8可充分地激發、使受電共振線圈8之磁場生成、且受電共振線圈8和受電線圈7盡可能不耦合之距離。

在此，插入損失『S21』係表示從輸出端子21將信號輸入時，通過輸入端子22之信號，以分貝表示，數值越大表示送電效率越高。又，送電效率係從輸出端子21供給至供電共振線圈5之電力相對輸出至輸入端子22之電力的比率。即，意謂插入損失『S21』越高，送電效率越高。

如此測定之插入損失『S21』之測定波形之尖峰分離為低頻側和高頻側。分離之尖峰中，高頻側之頻率表示為f_e，低頻側之頻率表示為f_m。如此，可依據(第2式)求得結合係數k。

k=(f_e ²-f_m ²)/(f_e ²+f_m ²)………(第2式)

接著，將受電共振線圈8之線圈徑改變為13mm ψ、25mm ψ、55mm ψ、100mm ψ來測定使距離C改變時之耦合係數k之結果，描繪於第4圖上。

見到第4圖之測定結果時，可瞭解相對於供電共振線圈 5之線圈徑D之尺寸，使受電共振線圈8之線圈徑E之尺寸較小時，相對於距離C之耦合係數k的上下變動變得較小而趨向穩定。

又，改變供電共振線圈5之線圈徑D和受電共振線圈8之線圈徑E之比，來測定供電共振線圈5和受電共振線圈8間之距離C之變化所伴隨之送電效率之變化。而，使供電共振線圈5之中心軸和受電共振線圈8之中心軸一致來測定。又，使供電線圈4和供電共振線圈5間之距離A、及受電線圈7和受電共振線圈8間之距離B係配合各實施例和比較例而固定。又，從網路分析器20送電之送電頻率係包含供電共振線圈5和受電共振線圈8之共振頻率者。且，送電效率係於和供電共振線圈5及受電共振線圈8之共振頻率相同之15.3MHz，來量測將從輸出端子21供給至供電共振線圈5之電力輸出至輸入端子22之電力的比率者。即，送電效率為一基準，該基準係送電頻率為15.3MHz，而使供電共振線圈5及受電共振線圈8共振，來計算將電力從共振的供電共振線圈5輸送至受電共振線圈8時電力的損失比率。

(比較例1)

比較例1之無線電力供給系統係設定供電線圈4之供電線圈徑為100mm ψ，供電共振線圈5係將線徑1mm ψ之銅線材(附絕緣被膜)捲3圈而使線圈徑D到達100mm ψ，並將供電線圈4和供電共振線圈5間之距離A設定於17mm。又，受電線圈7之受電線圈徑設定於100mm ψ，受電共振線圈8係將線徑1mm ψ之銅線材(附絕緣被膜)捲3圈而使線圈徑E到達 100mm ψ，並將受電線圈7和受電共振線圈8間之距離B設定於17mm。接著，藉由上述設定，測定比較例1之無線電力供給系統中，供電共振線圈5和受電共振線圈8間之距離C之變化所伴隨之送電效率之變化(線圈徑D：線圈徑E=100：100)。如此一來，如第5圖之圖表，於供電共振線圈5和受電共振線圈8間靠近之處(送電效率變得最大之距離C=P之左側)，送電效率會變低。這意謂著從距離C為0之地點到送電效率變得最大之距離P間之送電效率是從低值變到高值，因此送電效率不穩定。

(實施例1)

接著，實施例1之無線電力供給系統係設定供電線圈4之供電線圈徑為100mm ψ，供電共振線圈5將線徑1mm ψ之銅線材(附絕緣被膜)捲3圈而使線圈徑D到達100mm ψ，並將供電線圈4和供電共振線圈5間之距離A設定於10mm。又，受電線圈7之受電線圈徑設定於13mm ψ，受電共振線圈8係將線徑1mm ψ之銅線材(附絕緣被膜)捲13圈而使線圈徑E到達13mm ψ，將受電線圈7和受電共振線圈8間之距離B設定於1mm。接著，藉由上述設定，測定實施例1之無線電力供給系統中，供電共振線圈5和受電共振線圈8間之距離C之變化所伴隨之送電效率之變化(線圈徑D：線圈徑E=100：13)。如此一來，如第6圖之圖表所示，由從距離C為0之地點到距離P間之送電效率係平滑地下降，與比較例1相比，可知送電效率較穩定。這意謂著從距離C為0之地點到距離P間，輸送預定之電力時，如專利文獻1或專利文獻3所提出地，不 必進行送電頻率之可變控制、或供電線圈4和供電共振線圈5間之距離A及受電線圈7和受電共振線圈8間之距離B之可變控制，而可用一定之效率輸送電力。

(實施例2)

接著，實施例2之無線電力供給系統係設定供電線圈4之供電線圈徑為320mm ψ，供電共振線圈5係將線徑1mm ψ之銅線材(附絕緣被膜)捲2圈而使線圈徑D到達320mm ψ，並將供電線圈4和供電共振線圈5間之距離A設定於110mm。又，受電線圈7之受電線圈徑設定於25mm ψ，且受電共振線圈8係將線徑1mm ψ之銅線材(附絕緣被膜)捲11圈而使線圈徑E到達25mm ψ，並將受電線圈7和受電共振線圈8間之距離B設定於1mm。接著，藉由上述設定，測定實施例2相關之無線電力供給系統中，供電共振線圈5和受電共振線圈8間之距離C之變化所伴隨之送電效率之變化(線圈徑D：線圈徑E=100：7.8)。如此一來，如第7圖之圖表所示，由從距離C為0之地點到距離P間之送電效率係平滑地下降，與比較例1相比，可知送電效率較穩定。此係意謂著從距離C為0之地點到距離P間，輸送預定之電力時，如專利文獻1或專利文獻3所提出地，不必進行送電頻率之可變控制、或供電線圈4和供電共振線圈5間之距離A及受電線圈7和受電共振線圈8間之距離B之可變控制，而可用一定之效率輸送電力。

將上述比較例和實施例加以比較、參照時，可知藉由使受電共振線圈8之線圈徑E相對於供電共振線圈5之線圈徑D較小，會防止於供電共振線圈5和受電共振線圈8間靠近 之處的距離C之變化所伴隨之送電效率之降低。即，可知實施例之無線電力供給系統1與比較例相比，可藉由磁耦合於廣範圍穩定化而送電效率穩定。這意謂著例如在對連接至受電共振線圈8之電池充電時，可在已使送電效率穩定之狀態下擴大可送電之空間區域。

因此，藉由使受電共振線圈8之線圈徑E相對於供電共振線圈5之線圈徑D較小，即使不調整從交流電源輸出之頻率、或供電線圈4和供電共振線圈5間之距離A及受電線圈7和受電共振線圈8間之距離B，也可維持供電共振線圈5及受電共振線圈8間之磁耦合穩定之狀態。即，習知之供電共振線圈5和受電共振線圈8之線圈徑相同時，由於成為穩定之磁耦合之距離範圍極為狹窄，因此要常調整從交流電源輸出之頻率、或距離A及距離B，但本發明由於可於較習知寬之距離來維持磁耦合之安定，且不需要調整頻率或距離A及距離B之作業，進而，可擴大無線電力供給系統之用途，例如對可搬運到任意場所之電池等家電機器供電。

又，參照上述實施例時，可知供電共振線圈5之線圈徑D和受電共振線圈8之線圈徑E之比在從100：7到100：15之範圍內時，可更有效率地防止供電共振線圈5和受電共振線圈8間之距離C之變化所伴隨之送電效率之降低。即，由從距離C為0之地點到距離P間之送電效率係平滑地下降之情形與比較例1相比，可知送電效率較穩定。這意謂著從距離C為0之地點到距離P間，輸送預定之電力時，如專利文獻1或專利文獻3所提出地，不必進行送電頻率之可變控制、或 供電線圈4和供電共振線圈5間之距離A及受電線圈7和受電共振線圈8間之距離B之可變控制，而可用一定之效率輸送電力。這意謂著例如對連接至受電共振線圈8之電池充電時，可在使送電效率更穩定之狀態下更擴大可送電之空間區域。

如此藉由上述實施例所示之無線電力供給系統1之測定結果的存在，可知本發明可充分地實現。

(實施形態1)

作為具體範例，將上述實施例所說明之本發明之無線電力供給系統帶入實施形態1之無線電力供給系統201來說明。

(無線電力供給系統201之構成)

第8圖係實施形態1之無線電力供給系統201之說明圖。第8圖所示之無線電力供給系統201係由辦公室220壁上所掛之送電裝置210、和置於桌子221之行動電話212等受電裝置所構成。送電裝置210係由交流電源206、連接於交流電源206之供電線圈204、和供電共振線圈205所構成。又，行動電話212等之受電裝置係由電力接受部209、連接於電力接受部209之受電線圈207、和受電共振線圈208所構成。

供電線圈204係有將從交流電源206得到之電力藉由電磁感應供給至供電共振線圈205之功能。在此，將供電線圈204和供電共振線圈205間之距離設為A。且，供電線圈204及供電共振線圈205係在固定供電線圈204及供電共振線圈205間之距離A後配置於同一平面基板202。

如此，透過供電線圈204，利用電磁感應將電力輸送至供電共振線圈205，藉此變得不需要供電共振線圈205和其他電路間之電連接，而變得可任意地且高精度地設計供電共振線圈205。

受電線圈207係有將作為磁能而從供電共振線圈205輸送到受電共振線圈208之電力藉由電磁感應輸出至電力接受部209之功能。在此，將受電共振線圈208和受電線圈207間之距離設為B。且，受電共振線圈208及受電線圈207係在固定受電共振線圈208及受電線圈207間之距離B後配置於同一平面基板203。

接著，在磁界共鳴狀態下輸送至受電共振線圈208之電力，其能量藉由電磁感應從受電共振線圈208移動到受電線圈207。受電線圈207係電連接於電力接受部209，並將藉由電磁誘導移動至受電線圈207之能量作為電力輸出至電力接受部209。

如此，透過受電線圈207，並藉由電磁感應將電力從受電共振線圈208輸送至電力接受部209，藉此變得不需要受電共振線圈208和其他電路間之電連接，而變得可任意地且高精度地設計供電共振線圈205。

供電共振線圈205及受電共振線圈208係分別為LC共振電路，有創造出磁界共鳴狀態之功能。而，本實施形態中，關於LC共振電路之電容成分雖係藉由元件實現，但亦可將線圈之兩端開放而藉由雜散電容來實現。該LC共振電路中，以電感為L，電容為C時，藉由(第1式)所決定之f為 共振頻率。

又，使供電共振線圈205及受電共振線圈208係使藉由(第1式)所決定之共振頻率f相同。

又，供電共振線圈205及受電共振線圈208係由附絕緣被膜之銅線材所形成。且，和實施例相同地設計為供電共振線圈205之線圈徑D和受電共振線圈208之線圈徑E之比為100：13。

如上述般，供電共振線圈205之共振頻率和受電共振線圈208之共振頻率相同時，可於供電共振線圈205和受電共振線圈208間創造出磁界共鳴狀態。在供電共振線圈205共振之狀態創造出磁界共鳴狀態時，可將電力作為磁能從供電共振線圈205輸送至受電共振線圈208。

又，如第8圖所示，以供電共振線圈205和受電共振線圈208間之距離為C，配置使送電裝置210之供電共振線圈205和行動電話212之受電共振線圈208間之距離C變成X。又，距離C係指供電共振線圈205之線圈面和受電共振線圈208之線圈面間相對向配置成不正交時的線圈面間之直線距離。

交流電源206係以和供電共振線圈205及受電共振線圈208之共振頻率相同之頻率輸出交流電力。

電力接受部209係有具連接於受電線圈207之整流電路、連接於整流電路之充電控制裝置、及連接於充電控制裝置之電池。電力接受部209係有將從受電線圈207送電之電力透過整流電路和充電控制裝置蓄電至電池之功能。 而，電池可舉例如鎳氫電池或鋰離子電池或其他蓄電池。又，充電控制裝置係有在已輸入電池充電所必要之有效電力時控制充電之功能。因此，構造成在輸入了較有效電力少之電力時不對電池充電。而，本實施形態中，如果從受電線圈207輸出到電力接受部209之電力相對於從交流電源206供給至供電線圈204之電力之比率(送電效率)在45%以上時，輸入對電池充電所必要之有效電力(參照第8圖之實線250)。

(動作)

如此構成之無線電力供給系統201中，從交流電源206所供給之電力係經由利用了供電線圈204和供電共振線圈205間之電磁感應、供電共振線圈205和受電共振線圈208間之磁界共鳴狀態的送電，和受電共振線圈208和受電線圈207間之電磁感應，來供給電力至行動電話212之電力接受部209所具備之電池，而行動電話212係配置成使送電裝置210之供電共振線圈205和受電共振線圈208間之距離C變為X。

如此對行動電話212之電池進行充電，係可於送電裝置210之供電共振線圈205和受電共振線圈208間之距離C從0到X之空間區域F中，滿足供電共振線圈205之線圈徑D和受電共振線圈208之線圈徑E比為100：13之關係，藉此可將供電共振線圈205和受電共振線圈208間之磁耦合維持在穩定之狀態，這是因為可使送電效率在45%以上。即，於空間區域F從共振線圈205向受電共振線圈208送電時，可維持使送 電效率穩定在45%以上之狀態。

而，第8圖中，將為比較而設計使供電共振線圈205之線圈徑D和受電共振線圈208之線圈徑E之比為100：100時(線圈徑D和線圈徑E徑相同之狀況)相對於距離C之送電效率以虛線260表示。此時，以有效電力以上送電之空間區域G和空間區域F相比變得狹窄。即，使受電共振線圈208之線圈徑E小於供電共振線圈205之線圈徑D，如此在從供電共振線圈205朝受電共振線圈208送電時，較能擴大可在使送電效率穩定之狀態下送電之供電共振線圈205和受電共振線圈208間之空間區域F。

另一方面，於空間區域F以外之區域無法對行動電話212之電池進行充電，係由於送電效率未滿45%而無法確保對電池充電所必要的有效電力之故。

(無線電力供給方法)

以此作為無線電力供給方法說明時，首先，將送電裝置210固定於辦公室220之壁上，將滿足送電裝置210之供電共振線圈205之線圈徑D和受電共振線圈208之線圈徑E之比為100：13之關係的行動電話212置於桌子221上，而使其進入空間區域F內。如此一來，從交流電源206供給之電力經由利用供電線圈204和供電共振線圈205間之電磁感應、供電共振線圈205和受電共振線圈208間之磁界共鳴狀態的送電、及受電共振線圈208和受電線圈207間之電磁感應，作為對電力接受部209所具備之電池充電所必要的有效電力供給至電池。

根據以上構成，送電裝置210之供電共振線圈205和受電共振線圈208間之距離C從0到X之空間區域F中，供電共振線圈205之線圈徑D和受電共振線圈208之線圈徑E比滿足100：13之關係，藉此可將供電共振線圈205和受電共振線圈208間之磁耦合維持在穩定之狀態，且可使送電效率在45%以上，確保對電池充電所必要的有效電力。即，習知之送電裝置210之供電共振線圈205和受電共振線圈208徑相同時，由於成為穩定之磁耦合之空間區域極為狹窄，因此要常進行調整送電頻率或供電線圈204和供電共振線圈205間之距離等，但依據上述構成，由於可於較習知寬之距離來維持磁耦合之穩定，因此不需要調整送電頻率或供電線圈204和供電共振線圈205間之距離之裝置、作業。藉此，從供電共振線圈205朝受電共振線圈208送電時，可擴大可在已使送電效率穩定之狀態下送電之空間區域，進而，可擴大無線電力供給系統的用途，例如對搬運至任意場所之行動電話212等之電池供電。

又，將從交流電源206供給之電力從供電線圈204送電至供電共振線圈205時，可不創造出送電磁界共鳴狀態而使用電磁感應來輸送電力。又，同樣地，將已受電之電力從受電共振線圈208輸送至受電線圈207時，可不創造出送電磁界共鳴狀態而使用電磁感應來輸送電力至電力接受部209。藉此，於供電線圈204和供電共振線圈205間、及受電共振線圈208和受電線圈207間，變得不必使共振頻率同調，因此可謀求設計的簡易化。

又，供電線圈204及供電共振線圈205，係在固定供電線圈204和供電共振線圈205間之距離A後配置於同一個平面基板202。同樣地，受電共振線圈208及受電線圈207，也在固定受電線圈204和受電共振線圈205間之距離B後，配置於同一個平面基板203。因此，可不必分離供電線圈204和供電共振線圈205、及受電共振線圈208和受電線圈207而一體形成。藉此，可削減無線電力供給系統201製作時之零件數。

以上詳細說明中，雖以特徵部分為中心來說明以使本發明更容易理解，但本發明不限定於以上詳細說明所記載之實施形態，亦可適用於其他之實施形態，該適用範圍應盡可能廣泛地解釋。又，本說明書中使用之用語和語法係用來確切地說明本發明，並非用以限制本發明之解釋。又，熟悉此項技藝者，可輕易地從本說明書所記載之發明概念推知本發明概念所包含之其他構成、系統和方法等。因此，申請專利範圍之記載應視為包含在不逸脫本發明技術思想之範圍內均等之構成者。又，為充分地理解本發明之目的及本發明之效果，希望充分地參酌已揭示之文獻等。

1,101,201‧‧‧無線電力供給系統

4,104,204‧‧‧供電線圈

5,105,205‧‧‧供電共振線圈

106,206‧‧‧交流電源

7,107,207‧‧‧受電線圈

8,108,208‧‧‧受電共振線圈

10,210‧‧‧送電裝置

12‧‧‧受電裝置

20‧‧‧網路分析器

21‧‧‧輸出端子

22‧‧‧輸入端子

202,203‧‧‧平面基板

209‧‧‧電力接受部

212‧‧‧行動電話

220‧‧‧辦公室

221‧‧‧桌子

250‧‧‧實線

260‧‧‧虛線

A‧‧‧供電線圈和供電共振線圈的距離

B‧‧‧受電線圈和受電共振線圈的距離

C‧‧‧供電共振線圈和受電共振線圈的距離

D‧‧‧供電共振線圈之線圈徑

E‧‧‧受電共振線圈之線圈徑

G,F‧‧‧空間區域

第1圖係本發明之無線電力供給系統之說明圖。

第2圖係實施例之無線電力供給系統之構成圖。

第3圖係實施例之插入損失之測定例。

第4圖係實施例中，將使距離C改變後之耦合係數k加以描點之圖。

第5圖係關於比較例1，顯示使供電共振線圈和受電共振線圈間之距離變動後之送電效率之圖。

第6圖係關於實施例1，顯示使供電共振線圈和受電共振線圈間之距離變動後之送電效率之圖。

第7圖係關於實施例2，顯示使供電共振線圈和受電共振線圈間之距離變動後之送電效率之圖。

第8圖係實施形態1之無線電力供給系統之說明圖。

101‧‧‧無線電力供給系統

104‧‧‧供電線圈

105‧‧‧供電共振線圈

106‧‧‧交流電源

107‧‧‧受電線圈

108‧‧‧受電共振線圈

109‧‧‧電力接受部

A‧‧‧供電線圈和供電共振線圈的距離

B‧‧‧受電線圈和受電共振線圈的距離

C‧‧‧供電共振線圈和受電共振線圈的距離

D‧‧‧供電共振線圈之線圈徑

E‧‧‧受電共振線圈之線圈徑

Claims (3)

1. 一種無線電力供給系統，係藉由使供電共振線圈和受電共振線圈共振，而將電力作為磁能從前述供電共振線圈輸送至前述受電共振線圈者，其特徵在於：相對於前述供電共振線圈的線圈徑，使前述受電共振線圈的線圈徑較小，前述供電共振線圈之線圈徑和前述受電共振線圈之線圈徑之比係在從100：7至100：15之範圍內。
2. 如申請專利範圍第1項之無線電力供給系統，包含有：電力供給部，係供給交流電者；供電線圈，係連接於前述電力供給部，藉由電磁感應對前述供電共振線圈供給前述電力者；受電線圈，係藉由電磁誘導，從前述受電共振線圈受到前述電力供給者；及電力接受部，係連接於前述受電線圈者。
3. 一種無線電力供給方法，係藉由使供電共振線圈和受電共振線圈共振，而將電力作為磁能從供電共振線圈輸送至受電共振線圈者，其特徵在於：相對於前述供電共振線圈的線圈徑，使前述受電共振線圈的線圈徑較小，前述供電共振線圈之線圈徑和前述受電共振線圈之線圈徑之比係在從100：7至100：15之範圍內。