TWI667858B - 無線電力傳送裝置 - Google Patents

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TWI667858B
TWI667858B TW104115405A TW104115405A TWI667858B TW I667858 B TWI667858 B TW I667858B TW 104115405 A TW104115405 A TW 104115405A TW 104115405 A TW104115405 A TW 104115405A TW I667858 B TWI667858 B TW I667858B
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牛嶋昌和
Masakazu Ushijima
湯浅肇
Hajime Yuasa
荻野剛
Go Ogino
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日商速充股份有限公司
Wqc,Inc.
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Abstract

於本發明的無線電力傳送裝置中，僅於二次線圈側構成諧振電路，對流入至諧振電路的諧振電流的相位資訊進行檢測，並基於上述相位資訊，以使流入至一次線圈的驅動電流的電流相位較電壓相位略微延遲的方式規定驅動頻率而驅動一次線圈。另外，將由二次線圈的漏電感、諧振電容器的電容、及等效負載電阻所決定的Q值設定為由Q=2/k2(k為耦合係數)規定的值以上的值。

Description

無線電力傳送裝置
本發明是有關於一種無線電力傳送裝置，尤其是有關於一種將連接於高頻電源的一次線圈(coil)、及連接於負載的二次線圈以耦合係數k加以隔離而配置，而自一次線圈對二次線圈非接觸地供給電力的無線電力傳送裝置。
近年來，自提倡磁場諧振(磁諧振)方式的無線電力傳送(非接觸供電)以來，其應用迅速擴大。尤其，一次線圈與二次線圈之間的耦合係數k小、並且該耦合係數k亦大幅變化的情況下的線圈間的電力傳遞受到諸多重視。
圖24是表示現有的磁場諧振方式的無線電力傳送裝置的構成的方塊圖，圖25表示其等效電路圖。
無線電力傳送裝置200包含一次側電路(Source Electronics，電源側電子器件)210、及二次側電路(Device Electronics，設備側電子器件)230。
一次側電路210包含：交流/直流(Alternating Current/Direct Current，AC/DC)轉換電路213，將自交流(AC)電源(AC Mains)211供給的交流轉換為直流；高頻驅動電路215， 將該直流(DC)轉換為規定的高頻(RF，Radio Frequency，射頻)，進行放大並加以輸出；一次側諧振器(Source Resonator，電源側諧振器)219，被供給該高頻作為驅動電力；以及阻抗匹配電路(Impedance Matching Networks，IMN)217，於與該一次側諧振器219之間進行阻抗匹配。
二次側電路230包含：二次側諧振器(Device Resonator，設備側諧振器)231；阻抗匹配電路(IMN)233；RF/DC整流電路(RF/DC Rectifier)235，其將高頻(RF)轉換為直流，進行整流並輸出；以及負載(Load)237，其被供給經整流的直流電力。
一次側諧振器219包含一次線圈、及一次諧振電容器(condenser)，二次側諧振器230包含二次線圈、及二次諧振電容器。
於磁場諧振方式的無線電力傳送中，藉由使一次側諧振器219與二次側諧振器231的諧振頻率一致，使雙方的諧振器彼此諧振，而即便於距離遠的線圈間亦可實現高效率的電力傳送。
另外，磁場諧振方式中，藉由使用阻抗匹配電路(IMN)217及阻抗匹配電路(IMN)233分別使阻抗條件匹配，來控制各個諧振器219及諧振器231。
於圖25所示的等效電路圖中，一次側電路210的Vg、Rg、Cs、Ls、Rs分別表示高頻驅動電壓、高頻驅動電路的等效電阻、諧振電容器的電容(capacitance)、一次線圈的自電感(self-inductance)、及一次線圈的等效電阻，二次側電路的RL、Cd、Ld、Rd分別表示負載的等效電阻、諧振電容器的電容、二次線圈 的自電感、及二次線圈的等效電阻。另外，M表示一次線圈與二次線圈之間的相互電感。
此處，於磁場諧振方式中，需要包含圖24所示的一次側諧振器219，這是磁場諧振方式的最大特徵。因此，如圖25所示，一次諧振電容器Cs成為必需的構成要素。
若原理上考察無線電力傳送，則可使包含一次線圈與二次線圈的漏磁通變壓器(transformer)的耦合係數k變化，且負載亦同時變化。另外，對於無線電力傳送，若著眼於其構成的電子電路，則變化的磁參數(parameter)多，因此可以說非常難以同時實現高效率與穩定度、可靠性等。進而，於近年來的電磁相容性(Electro-Magnetic Compatibility，EMC)限制下，亦有必要引入用以減少雜訊電力(雜訊電場強度)的軟開關(soft switching)方式即零電壓開關(Zero Voltage Switching，ZVS)技術。
因此，自電力控制的觀點而言，即便欲求出驅動電路的構成要素的參數的最佳值，亦多有各參數值未必協調，成為取捨(trade off)的關係而相互競爭，因此極其難以同時實現各參數的最佳值。
因此，現有的無線電力傳送中，藉由犧牲任一參數而實現電力控制。另外，關於無線電力傳送中傳送的電力的大小，當前雖已獲得有實用性的值，但進行驅動的一次線圈中的發熱成為大問題。該發熱幾乎均由銅耗造成，該銅耗的克服成為課題。
於無線電力傳送中，於使一次側與二次側雙方具有諧振電路的情況下，一次側的諧振頻率與線圈間的距離無關而為固定，但關於二次側的諧振頻率，於線圈間的距離改變而耦合係數 變化的情況下，諧振頻率亦改變。將其表式為數式，則若將二次線圈的電感設為L2，將諧振電容器設為Cp，將耦合係數設為k，則成為：
因此，現有的磁場諧振方式中，僅於線圈間的距離為預先規定的距離的情況下一次側與二次側的諧振頻率一致，於為除此以外的線圈間距離時諧振頻率不一致。
因此，於一次線圈與二次線圈具有規定的位置關係的情況下可獲得實用上充分的效率，但若線圈間距離遠離預先規定的固定的距離關係，或一次線圈與二次線圈的中心軸偏移，則自一次線圈觀察到的功率因素急遽惡化。於該情況下，存在雖可進行電力傳送但效率差，而發熱進一步增加的問題。
進而，亦存在如下問題：為了確保驅動一次線圈的開關元件的ZVS動作，需要將一次線圈與二次線圈的相位關係限制於特定的範圍內，而僅於非常有限的條件下才可進行ZVS動作。
因此，現有的無線電力傳送為了恆定地確保ZVS動作，進行一面觀察負載的狀態一面依照一定的程式(program)使驅動頻率可變等處理。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2002-272134
[專利文獻2]日本專利特開昭63-73837
[專利文獻3]日本專利特開2011-97671
[專利文獻4]日本專利第4921466號
[專利文獻5]日本專利第5190108號
本發明的目的在於解決伴隨現有的磁場諧振方式的上述各種課題的一部分。
尤其，目的在於提供一種無線電力傳送裝置，於線圈間距離變化，或一次線圈與二次線圈的中心軸偏移等條件變化時，亦可將自一次線圈的驅動單元側與一次線圈的雙方觀察到的功率因素同時維持為良好的關係，從而可實現有效率的電力傳送。
另外，藉由自動獲得進行有效率的電力傳送的最佳驅動頻率，而可利用簡單的電路同時減少銅耗與開關損耗，高穩固(robust)性地進行高效率的驅動。
本發明的第1形態是一種無線電力傳送裝置，將連接於高頻電源的一次線圈、與連接於負載的二次線圈以耦合係數k加以隔離而配置，自上述一次線圈對上述二次線圈非接觸地供給電力，上述無線電力傳送裝置的特徵在於設置有：諧振電流相位檢測單元，將諧振電容器耦合於上述二次線圈而構成諧振電路，並對流入至上述諧振電容器的諧振電流的相位資訊進行檢測；相位資訊傳遞單元，無相位延遲地傳遞檢測到的上述相位資訊；以及驅動電路，基於上述相位資訊，以使流入至上述一次線圈的驅動 電流的電流相位較施加於上述一次線圈的驅動電壓的電壓相位略微延遲的方式規定驅動頻率而驅動上述一次線圈，將由上述二次線圈的漏電感(leakage inductance)、上述諧振電容器的電容、及上述二次線圈側的等效負載電阻所決定的Q值設定為Q=2/k2所規定的值以上的值。
本發明的第2形態是一種無線電力傳送裝置，將連接於高頻電源的一次線圈、與連接於負載的二次線圈以耦合係數k加以隔離而配置，自上述一次線圈對上述二次線圈非接觸地供給電力，上述無線電力傳送裝置的特徵在於設置有：諧振電流相位檢測單元，將諧振電容器耦合於上述二次線圈而構成諧振電路，並對流入至上述二次線圈的諧振電流的相位資訊進行檢測；相位資訊傳遞單元，無相位延遲地傳遞檢測到的上述相位資訊；以及驅動電路，基於上述相位資訊，以使流入至上述一次線圈的驅動電流的電流相位較施加於上述一次線圈的驅動電壓的電壓相位略微延遲的方式規定驅動頻率而驅動上述一次線圈，將由上述二次線圈的漏電感、上述諧振電容器的電容、及上述二次線圈側的等效負載電阻所決定的Q值設定為Q=2/k2所規定的值以上的值。
本發明的第3形態是一種無線電力傳送裝置，將連接於高頻電源的一次線圈、與連接於負載的二次線圈以耦合係數k加以隔離而配置，自上述一次線圈對上述二次線圈非接觸地供給電力，上述無線電力傳送裝置的特徵在於設置有：諧振電流相位檢測單元，將諧振電容器耦合於上述二次線圈而構成諧振電路，並自上述一次線圈對流入至上述諧振電路的諧振電流的相位資訊進行檢測；相位資訊傳遞單元，無相位延遲地傳遞檢測到的上述相 位資訊；以及驅動電路，基於上述相位資訊，以使流入至上述一次線圈的驅動電流的電流相位較施加於上述一次線圈的驅動電壓的電壓相位略微延遲的方式規定驅動頻率而驅動上述一次線圈，將由上述二次線圈的漏電感、上述諧振電容器的電容、及上述二次線圈側的等效負載電阻所決定的Q值設定為Q=2/k2所規定的值以上的值。
本發明的第4形態是一種無線電力傳送裝置，將連接於高頻電源的一次線圈、與連接於負載的二次線圈以耦合係數k加以隔離而配置，自上述一次線圈對上述二次線圈非接觸地供給電力，上述無線電力傳送裝置的特徵在於設置有：諧振電流相位檢測單元，將諧振電容器耦合於上述二次線圈而構成諧振電路，並基於如下波形來檢測諧振電流的相位資訊，上述波形是將流入至上述諧振電容器的諧振電流的波形、流入至上述二次線圈的諧振電流的波形、或流入至上述一次線圈的諧振電流的波形中的任一波形、與將上述任一波形反轉並積分所得的波形加以重疊合成所得；相位資訊傳遞單元，無相位延遲地傳遞檢測到的上述相位資訊；以及驅動電路，基於上述相位資訊，以使流入至上述一次線圈的驅動電流的電流相位較施加於上述一次線圈的驅動電壓的電壓相位略微延遲的方式規定驅動頻率而驅動上述一次線圈，將由上述二次線圈的漏電感、上述諧振電容器的電容、及上述二次線圈側的等效負載電阻所決定的Q值設定為Q=2/k2所規定的值以上的值。
本發明的第5形態如第1形態至第4形態中的任一形態，其包括濾波器(filter)，該濾波器將上述諧振電流的波形中所 含的失真去除，而僅提取基諧波。
本發明的第6形態如第1形態至第5形態中任一形態，其中上述驅動電路包含驅動上述一次線圈的開關單元，上述開關單元使ON-OFF(導通-斷開)的工作週期比(duty ratio)可變，並基於上述相位資訊而使上述開關單元ON，於固定時間後使開關單元OFF，藉此進行電力控制。
本發明的第7形態如第1形態或第4形態，其中上述諧振電流相位檢測單元根據流入至並聯連接於上述諧振電容器的小電容電容器的電流來檢測上述相位資訊。
本發明的第8形態是一種無線電力傳送裝置，包括：一次線圈，連接於高頻電源；二次線圈，連接於負載；以及第三線圈，接近上述二次線圈或作為自耦變壓器(autotransformer)而包含於上述二次線圈，且以相對於上述二次線圈中感應的電壓為降壓的關係而捲繞，將上述一次線圈與上述二次線圈以耦合係數k加以隔離而配置，自上述一次線圈經由上述二次線圈而對第三線圈非接觸地供給電力，上述無線電力傳送裝置的特徵在於設置有：諧振電流相位檢測單元，將諧振電容器耦合於上述二次線圈而構成諧振電路，並對流入至上述諧振電容器的諧振電流的相位資訊進行檢測；相位資訊傳遞單元，無相位延遲地傳遞檢測到的上述相位資訊；以及驅動電路，基於上述相位資訊，以使流入至上述一次線圈的驅動電流的電流相位較施加於上述一次線圈的驅動電壓的電壓相位略微延遲的方式規定驅動頻率而驅動上述一次線圈，將由上述二次線圈的漏電感、上述諧振電容器的電容、及上述二次線圈側的等效負載電阻所決定的Q值設定為Q=2/k2所 規定的值以上的值。
本發明的第9形態是一種無線電力傳送裝置，包括：連接於高頻電源的一次線圈、連接於負載的二次線圈及第三線圈，上述第三線圈接近上述二次線圈或作為自耦變壓器而包含於上述二次線圈，且以相對於上述二次線圈中感應的電壓為降壓的關係而捲繞，上述第三線圈成為包含於自耦變壓器的關係，將上述一次線圈與上述二次線圈以耦合係數k加以隔離而配置，自上述一次線圈對上述二次線圈非接觸地供給電力，上述無線電力傳送裝置的特徵在於設置有：諧振電流相位檢測單元，將諧振電容器耦合於上述二次線圈而構成諧振電路，並對流入至上述二次線圈的諧振電流的相位資訊進行檢測；相位資訊傳遞單元，無相位延遲地傳遞檢測到的上述相位資訊；以及驅動電路，基於上述相位資訊，以使流入至上述一次線圈的驅動電流的電流相位較施加於上述一次線圈的驅動電壓的電壓相位略微延遲的方式規定驅動頻率而驅動上述一次線圈，將由上述二次線圈的漏電感、上述諧振電容器的電容、及上述二次線圈側的等效負載電阻所決定的Q值設定為Q=2/k2所規定的值以上的值。
本發明的第10形態是一種無線電力傳送裝置，包括：連接於高頻電源的一次線圈、連接於負載的二次線圈及第三線圈，上述第三線圈接近上述二次線圈或作為自耦變壓器而包含於上述二次線圈，且以相對於上述二次線圈中感應的電壓為降壓的關係而捲繞，上述第三線圈成為包含於自耦變壓器的關係，將上述一次線圈與上述二次線圈以耦合係數k加以隔離而配置，自上述一次線圈對上述二次線圈非接觸地供給電力，上述無線電力傳 送裝置的特徵在於設置有：諧振電流相位檢測單元，將諧振電容器耦合於上述二次線圈而構成諧振電路，並自上述一次線圈對流入至上述諧振電路的諧振電流的相位資訊進行檢測；相位資訊傳遞單元，無相位延遲地傳遞檢測到的上述相位資訊；以及驅動電路，基於上述相位資訊，以使流入至上述一次線圈的驅動電流的電流相位較施加於上述一次線圈的驅動電壓的電壓相位略微延遲的方式規定驅動頻率而驅動上述一次線圈，將由上述二次線圈的漏電感、上述諧振電容器的電容、及上述二次線圈側的等效負載電阻所決定的Q值設定為Q=2/k2所規定的值以上的值。
本發明的第11形態是一種無線電力傳送裝置，包括：連接於高頻電源的一次線圈、連接於負載的二次線圈及第三線圈，上述第三線圈接近上述二次線圈或作為自耦變壓器而包含於上述二次線圈，且以相對於上述二次線圈中感應的電壓為降壓的關係而捲繞，上述第三線圈成為包含於自耦變壓器的關係，將上述一次線圈與上述二次線圈以耦合係數k加以隔離而配置，自上述一次線圈對上述二次線圈非接觸地供給電力，上述無線電力傳送裝置的特徵在於設置有：諧振電流相位檢測單元，將諧振電容器耦合於上述二次線圈而構成諧振電路，並基於如下波形來檢測諧振電流的相位資訊，上述波形是將流入至上述諧振電容器的諧振電流的波形、流入至上述二次線圈的諧振電流的波形、或流入至上述一次線圈的諧振電流的波形中的任一波形、與將上述任一波形反轉並積分所得的波形加以重疊合成所得，相位資訊傳遞單元，無相位延遲地傳遞檢測到的上述相位資訊；以及驅動電路，基於上述相位資訊，以使流入至上述一次線圈的驅動電流的電流 相位較施加於上述一次線圈的驅動電壓的電壓相位略微延遲的方式規定驅動頻率而驅動上述一次線圈，將由上述二次線圈的漏電感、上述諧振電容器及上述二次線圈側的等效負載電阻所決定的Q值設定為Q=2/k2所規定的值以上的值。
本發明的第12形態如第8形態至第11形態中任一形態，其包括濾波器，該濾波器將上述諧振電流的波形中所含的失真去除，而僅提取基諧波。
本發明的第13形態如第8形態至第12形態項中任一形態，其中上述驅動電路包含驅動上述一次線圈的開關單元，上述開關單元使ON-OFF的工作週期比可變，並基於上述相位資訊而使上述開關單元ON，於固定時間後使開關單元OFF，藉此進行電力控制。
本發明的第14形態是如第8形態或第11形態，其中上述諧振電流相位檢測單元根據流入至並聯連接於上述諧振電容器的小電容電容器的電流來檢測上述相位資訊。
本發明中，在一次線圈中未設置諧振電路可得到更好的結果。在將諧振電容器僅耦合於二次線圈而設置諧振電路的情況下，諧振電流不會流入至一次線圈，因而可抑制一次線圈中的發熱。將可變電容器等的技術進行併用等，而利用一次側諧振是任意的。
另外，由於不受一次線圈的諧振頻率限制，因此可自動選擇自一次線圈側觀察到的功率因素最佳的頻率作為驅動頻率，故而可大幅提昇穩固性。
進而，本發明中始終維持ZVS動作，因此可採用半橋接(half bridge)的電路構成作為驅動電路，與現有的無線電力傳送裝置相比可藉由簡單的電路構成實現裝置。
100‧‧‧無線電力傳送裝置
110‧‧‧一次線圈
120‧‧‧驅動電路
122‧‧‧驅動單元
124‧‧‧開關單元
140‧‧‧二次線圈
150‧‧‧諧振電容器(Cp)
155‧‧‧小電容電容器(Cps)
160、160a、160b、160c‧‧‧諧振電流相位檢測單元
162‧‧‧諧振電流波形檢測電路
164‧‧‧反轉積分電路
165‧‧‧濾波器
166‧‧‧加法運算電路
167‧‧‧電流變壓器
170‧‧‧相位資訊傳遞單元
172‧‧‧相位資訊發送單元
174‧‧‧相位資訊接收單元
181、183、185‧‧‧開關
190‧‧‧第三線圈
200‧‧‧現有的無線電力傳送裝置
210‧‧‧一次側電路(電源側電子器件)
211‧‧‧交流電源
213‧‧‧AC/DC轉換電路
215‧‧‧高頻驅動電路
217、233‧‧‧阻抗匹配電路
219‧‧‧一次側諧振器(電源側諧振器)
230‧‧‧二次側電路(設備側電子器件)
231‧‧‧二次側諧振器(設備側諧振器)
235‧‧‧RF/DC整流電路
237‧‧‧負載(Load)
a‧‧‧諧振電流相位波形、諧振電流波形資訊、一次線圈的電流相位、諧振電流的相位資訊
b‧‧‧檢測到的相位資訊的波形、二次側的諧振電容器的諧振電流相位、反轉積分波形、一次線圈的電流波形
c‧‧‧輸出的相位資訊的波形、合成資訊、傳遞比(傳遞係數)、閘極控制電壓
Cc‧‧‧電容器
Cd‧‧‧諧振電容器的電容
Cp‧‧‧諧振電容器
Cs‧‧‧諧振電容器的電容
d‧‧‧流過一次線圈的電流的電流波形、相位前進的方向上得到修正的相位資訊、閘極控制電壓
e‧‧‧開關元件的電流波形
f‧‧‧開關元件的電流波形
g‧‧‧方形波
Ls‧‧‧一次線圈的自電感
Ld‧‧‧二次線圈的自電感
M‧‧‧相互電感
Q1~Q4‧‧‧電晶體元件
R‧‧‧負載
Rd‧‧‧二次線圈的等效電阻
Rg‧‧‧高頻驅動電路的等效電阻
RL‧‧‧負載的等效電阻
Rs‧‧‧一次線圈的等效電阻
Vg‧‧‧高頻驅動電壓
圖1是表示本發明的無線電力傳送裝置的主要部分的構成的方塊圖。
圖2A、圖2B是表示本發明所使用的開關單元的一例的電路圖。
圖3是表示包含本發明的諧振電流相位檢測單元的檢測部的構成的圖。
圖4是表示本發明的諧振電流相位檢測單元的另一例的圖。
圖5A、圖5B、圖5C是表示本發明的諧振電流相位檢測單元又一例的圖。
圖6是對因諧振電流相位波形中所含的失真而擾亂相位資訊的情況進行說明的圖。
圖7是表示自諧振電流相位波形中去除高次諧波失真的概念圖。
圖8是表示諧振電流相位資訊中產生相位延遲的情況下的各種波形的變化的概念圖。
圖9是表示諧振電流相位資訊的相位延遲小的情況下流入至正進行ZVS動作的開關單元的電流的波形的圖。
圖10是表示諧振電流相位資訊的相位延遲大的情況下流入 至未進行ZVS動作的開關單元的電流的波形的圖。
圖11是表示對諧振電流相位資訊的相位進行修正的電路的一例的圖。
圖12A、圖12B是對相位資訊的修正進行說明的圖。
圖13是進行相位修正的情況下的具體電路圖。
圖14是進行相位修正的情況下的另一具體電路圖。
圖15是進行相位修正的情況下的又一具體電路圖。
圖16是對諧振電容器的電流相位與一次線圈的電流相位的關係進行說明的圖。
圖17是求出用以獲得功率因素1的所需最小Q值的圖。
圖18是最小所需的Q值伴隨k的降低而逐漸接近k2Q=2的情況的說明圖。
圖19是表示於設為Q=2/k2的情況下一次線圈的電流相位曲線橫穿0度的情況的圖。
圖20是對本發明的電力控制的一例進行說明的圖。
圖21是對本發明的電力控制的另一例進行說明的圖。
圖22是對進行本發明的電力控制的情況下的與一次線圈的電流相位的關係進行說明的圖。
圖23是表示可保持與Qi(氣)規格的相容性並進行效率改善的電路的一例的圖。
圖24是表示現有的磁場諧振方式的無線電力傳送裝置的構成的方塊圖。
圖25是現有的磁場諧振方式的無線電力傳送裝置的等效電路圖。
以下，參照隨附圖式，對本發明的無線電力傳送裝置的形態進行詳細說明。
圖1是表示本發明的無線電力傳送裝置100的一實施例的主要部分的構成的方塊圖。
一次側包含一次線圈(Primary coil)110及經由電容器Cc而與一次線圈連接的驅動電路120，驅動電路120包含驅動單元(Driving means)122、及開關單元(Switching means)124。另外，開關單元124構成為包含電晶體元件Q1~電晶體元件Q4的橋接(bridge)電路。
二次側包含與一次線圈110以耦合係數k加以隔離而配置的二次線圈(Secondary coil)140、耦合於該二次線圈140而構成諧振電路的諧振電容器(Cp)150、及對流入至該諧振電容器(Cp)150的諧振電流的相位資訊進行檢測的諧振電流相位檢測單元(Resonance current phase detection means)160。於本發明中，包括相位資訊傳遞單元170，該相位資訊傳遞單元170將藉由諧振電流相位檢測單元160檢測到的相位資訊無相位延遲地傳遞至驅動電路120，且驅動電路120基於該相位資訊規定驅動頻率而驅動一次線圈110。相位資訊傳遞單元170包含相位資訊發送單元(Phase information Transmitter)172及相位資訊接收單元(Phase information Receiver)174。
另外，二次側連接於未圖示的負載。
於本發明中，就諧振電路而言，僅以諧振電容器(Cp) 150耦合於二次線圈140而構成的諧振電路為本質，即便未於一次線圈110設置串聯諧振電容器亦可進行效率足夠好的電力傳送。
圖1所示的電容器Cc僅僅是為了阻斷直流而設置，並非作為諧振電容器設置。
更詳細而言，雖然亦可作為改良方法而對本發明設置一次側諧振，但其於本發明中為任意且為非本質。
另外，只要可精密地控制開關單元124的驅動時序(timing)，而可保持流入至各電晶體元件Q1~電晶體元件Q4的電流的平衡(balance)，則亦可省略電容器Cc。
於本發明中，藉由諧振電流相位檢測單元160對流入至諧振電路的諧振電流的相位資訊進行檢測，該諧振電路包含二次線圈140及與該二次線圈並聯或串聯地連接的諧振電容器(Cp)150，並將該相位資訊自位於二次側的相位資訊發送單元172發送至位於一次側的相位資訊接收單元174，從而基於該相位資訊來決定驅動單元122的驅動時序。
於本發明中，由於設為一次側未設置諧振電路的構成，故一次線圈110的圈數與現有的需要一次側諧振電路的磁場諧振方式相比而圈數不同。
另外，相位資訊傳遞單元170「無相位延遲地」傳遞藉由諧振電流相位檢測單元160而檢測到的相位資訊，但所有檢測單元或傳遞單元必然存在相位延遲，因此，此處「無相位延遲地」意為，使相位延遲儘可能小，目的在於使一次側驅動單元與二次側共有絕對時間即可。
其次，對圖1的方塊圖所示的各構成要素進行說明。
驅動單元122基於自相位資訊傳遞單元170傳遞的相位資訊，以使流入至一次線圈110的驅動電流的電流相位較施加於一次線圈110的驅動電壓的電壓相位略微延遲的方式來決定驅動頻率，從而驅動開關單元124。關於其詳細動作將於下文進行敍述。
開關單元124包含兩個或四個電晶體等開關元件(Q1~Q4)，經由直流阻斷電容器Cc來驅動一次線圈110。
圖2A、圖2B是表示開關單元124的一例的電路圖，圖2A表示全橋接(full bridge)電路，圖2B表示半橋接電路。於本發明中，開關單元124可包含全橋接電路亦可包含半橋接電路。
在現有的無線電力傳送中，自開關單元124側觀察到的施加於一次線圈110的驅動電壓、與流入至一次線圈110的驅動電流的相位關係會根據驅動頻率而大幅變化，因此難以於各種條件下保持ZVS而防止硬開關(hard switching)。因此，出於即便發生硬開關亦不易產生異常電壓的理由，較佳採用全橋接電路。
於本發明中，可放心採用以往認為會發生硬開關而欠佳的半橋接電路。原因在於，於本發明中，可於各種條件下保持ZVS。詳細情況將於下文進行敍述。但，全橋接電路僅具有電源的利用效率高的優點，於本發明中並非必需條件，因此以下用使用全橋接電路作為開關單元124的情況來進行說明。
圖3是表示包含本發明的諧振電流相位檢測單元160的檢測部的構成的圖。
於二次線圈140並聯連接有諧振電容器(Cp)150及小電容的電容器(Cps)155。
諧振電流檢測單元160可如圖1所示，為直接對流入至諧振 電容器(Cp)150的電流的相位資訊進行檢測者，亦可如圖3所示，為對流入至並聯連接的小電容電容器(Cps)155的電流的相位資訊進行檢測者(160a)。原因在於，施加於諧振電容器(Cp)150的電壓、與施加於與其並聯連接的小電容電容器(Cps)155電壓均為相同，因此流入至各電容器的電流的相位資訊亦相同。於多數情況下，流入至諧振電容器(Cp)150的電流非常大，因此若欲直接檢測該電流，則諧振電流檢測單元160需要包含大電容的零件，但若對流入至小電容電容器(Cps)的電流進行檢測，則可包含小電容的零件。
藉由諧振電流相位檢測單元160檢測到的諧振電流的相位資訊利用諧振電流相位傳遞單元170而傳遞至一次側的驅動電路120。
就諧振電流相位傳遞單元170的構成而言，可考慮各種，可為使用發光二極體(Light Emitting Diode，LED)與光電晶體(phototransistor)的光耦合，可藉由將相位資訊數位化(digital)所得的信號對磁電路進行調變而進行傳遞，亦可為使用高頻載波(carrier)的電磁波的無線方法。但，在使用光電晶體作為受光部的情況下因儲存電荷導致的延遲大，使光電晶體飽和而使用的方法欠佳。因此，光電晶體較佳為非飽和動作，進而，更佳為用以抑制鏡像(mirror)效應的定電壓動作。另外，更佳為使用PIN光電二極體(PIN photodiode)，或進而將其以反向偏壓(bias)使用而實現高速動作等。
另外，諧振電流相位檢測單元160亦可如圖4所示，為對流入至二次線圈140的電流進行檢測者(160b)。但，於該情況 下，檢測到的相位資訊中亦包含並合成有流入至負載的電流的相位成分。流入至負載的電流的相位成分較諧振電流相位延遲90°，因此合成有該些向量(vector)而相位資訊會產生若干相位延遲。若基於該相位資訊來驅動一次線圈110則並非進行ZVS動作，容易產生硬開關。
若產生硬開關，則會於開關單元124的元件(Q1~Q4)產生高頻的寄生振動，於該情況下，電磁干擾(Electro-Magnetic Interference，EMI)、尤其是雜訊電力/雜訊電場強度(輻射)變多。因此需要加以對策，關於此將於下文進行敍述。
諧振電流相位檢測單元160亦可如圖5A、圖5B、圖5C所示，為對流入至一次線圈110的電流進行檢測者(160c)。圖5A表示自二次線圈140將電力提取至負載R的類型(type)，圖5B表示於二次線圈中包含作為自耦變壓器的第三線圈190，自第三線圈190將電力提取至負載R的類型，圖5C表示自與二次線圈140接近且作為獨立的線圈而設置的第三線圈190將電力提取至負載R的類型。另外，關於在二次側設置有第三線圈190的圖5B、圖5C的類型的詳細情況將於下文進行敍述。該些情況下大多會產生硬開關，因此需要另外進行相位修正，關於此將於下文進行敍述。
另外，有時會在作為諧振電流相位資訊的延遲的原因而被檢測到的諧振電流中產生失真。上述失真會擾亂諧振電流相位資訊，一次線圈110的驅動時序變得不準確，而無法準確檢測出諧振頻率的峰值(peak)的結果。
圖6是諧振電流中包含三次諧波的情況下的示例，是對因該失真擾亂相位資訊的情況進行說明的說明圖。於此種情況 下，藉由適當的濾波器單元而僅提取基諧波成分來作為諧振電流相位資訊，藉此可提昇相位資訊的精度。另外，亦可不使用濾波器，將諧振電流數位地級數展開而僅使用基諧波的相位資訊。
圖7是表示於諧振電流相位檢測單元160設置僅提取基諧波的濾波器(基本波形濾波器(Fundamental waveform filter))165而自諧振電流相位波形中去除高次諧波失真的概念圖。
其次，對本發明中重要的二次側諧振電路的Q值的設定進行說明。
無線電力傳送與一般的藉由漏磁變壓器(leakage transformer)的供電大不相同。於藉由漏磁變壓器進行供電的情況下，一次線圈與二次線圈之間的耦合係數(k)於所有驅動條件下大致為固定，與此相對，於無線電力傳送中，耦合係數(k)大幅變化。於現有的藉由漏磁變壓器的供電中，二次側諧振電路的Q值無需那麼高。
另一方面，於無線電力傳送的情況下，由於耦合係數(k)變化，故於耦合係數(k)小的情況下需要高Q值。
原因在於：於Q值低、使用的條件大幅變化的情況下，難以良好地維持一次線圈的功率因素，且於若Q值過高則使用的條件仍大幅變化的情況下，難以滿足如下條件(即ZVS動作條件)：以使流入至一次線圈的驅動電流的電流相位較施加於一次線圈的驅動電壓的電壓相位略微延遲的方式規定驅動頻率而驅動一次線圈。
於本發明中，於欲提昇穩固性的情況下需要高Q值。然而，Q值越高則半寬度會變得非常窄，微小的頻率混亂便成為問 題。因此，需要使諧振電流相位資訊的傳送單元中的相位延遲(或時間的延遲)儘量變小。若諧振電流相位資訊的傳遞單元中產生延遲，則會發生如下情況。
圖8是表示於諧振電流相位資訊產生相位延遲的情況下的各種波形的變化的概念圖。
a是諧振電路的諧振電流的波形，b是藉由諧振電流相位檢測單元160檢測到的相位資訊的波形，c是自相位資訊接收單元174輸出的相位資訊的波形，d是流過一次線圈110的電流的電流波形。自相位資訊接收單元174輸出的波形c較波形b延遲，幾乎保持原樣成為開關單元124的驅動波形。
圖9是表示於諧振電流相位資訊的相位延遲小的情況下流入至正進行ZVS動作的情況下的開關單元124的電流的波形的圖。
於相位資訊接收單元174的波形不存在延遲的情況下、或極小的情況下(c1)，與開關單元124的開關時序相比，流入至一次線圈110的電流的時序稍微提前(d1)，因此開關單元124的開關元件Q1、開關元件Q2的電流波形(e1、f1)成為ZVS動作。該情況下，開關單元124的中心分接(center tap)電壓成為整齊的方形波(g1)。
與此相對，圖10是表示諧振電流相位資訊的相位延遲大的情況下流入至未進行ZVS動作時的開關單元124的電流的波形的圖。
與開關單元124的開關時序相比，流入至一次線圈110的電流的時序變遲(d2)，開關元件Q1、開關元件Q2的電流波形(e2、 f2)未成為ZVS動作，於開關單元124的中心分接電壓產生回跳(rebound)引起的特有的脈波(pulse)波形(g2)。若產生該回跳波形則可能破壞開關元件Q1、開關元件Q2或驅動單元122，或者成為產生EMI的原因。
根據以上，於本發明中，需要使相位資訊傳遞單元170中的相位延遲儘可能小。於無法避免相位延遲的情況下，使用如下的相位修正單元。
圖11是表示對諧振電流相位資訊的相位進行修正的電路的一例的圖。
於諧振電流相位檢測單元160內設置：諧振電流波形檢測電路162；反轉積分電路164，將檢測到的諧振電流的波形反轉後進行積分或積分後進行反轉；以及加法運算電路166，將來自諧振電流波形檢測電路162的輸出與來自反轉積分電路164的輸出加以重疊合成。進行反轉積分所得的波形較原本的諧振電流的波形相位前進90度。藉此，可藉由基於如下的波形來檢測諧振電流的相位資訊，而獲得於相位前進的方向上得到修正的諧振電流相位資訊，上述波形是以適當地比率將原本的諧振電流的波形、及將其反轉並積分所得的波形加以重疊合成所得。然後，將上述諧振電流相位資訊經由相位資訊發送單元172而發送至相位資訊接收單元174。
圖12A、圖12B是對上述相位資訊的修正進行說明的圖。
a3是原本的諧振電流波形資訊，b3是將其反轉積分所得者。c3是將a3與b3加以重疊合成所得的合成波形。藉此，於相位前進的方向上得到修正的相位資訊d3成為無延遲地傳遞原本的諧振 電流波形資訊a3的波形。
另外，反轉積分電路164亦可使用運算放大器(operational amplifier)，亦可構成為於使用變壓器進行反轉後，使用電容器(C)與電阻(R)進行積分。
圖13是表示進行相位修正的情況下的諧振電流相位檢測單元160a的具體電路圖的圖。
諧振電流波形資訊a3經由緩衝放大器(buffer amplifier)並藉由反轉積分電路164進行反轉積分，藉由合成電路166進行合成，由此獲得相位前進、並進行過修正的波形c3(參照圖12A)。
圖14是表示諧振電流相位檢測單元160b另一具體電路圖的圖，著眼於諧振電容器Cp150的兩端電壓相對於諧振電流波形成為積分波形的情況，將其適當分壓並反轉而進行相位修正。
諧振電流波形資訊a藉由合成電路166而與經反轉的諧振電容器電壓合成，藉此獲得相位前進、進行過修正的波形c3(參照圖12B)。
圖15是表示諧振電流相位檢測單元160c的又一具體電路圖的圖。於該例中，將自一次線圈110經由電流變壓器167而檢測到的諧振電流波形與其反轉積分波形加以合成而進行相位修正。於一次側檢測到的諧振電流相位波形為a4，經反轉積分的諧振電流相位波形為b4，藉由將該些加以合成而獲得進行修正過的波形c4。
另外，亦可不進行反轉，使用微分波形而非積分，其作為本發明中的適當的設計事項包含於反轉積分的含義中。然而，於微分波形中，多數情況下，加強並重疊有高次諧波成分，因此與使 用積分波形的情況相比無法稱為較佳。另外，相位的修正單元可進而將160a、電流檢測單元160b、電流檢測單元160c各自的諧振電流相位波形a4與反轉積分波形b4適當單獨組合，亦可替換電流檢測單元160a、電流檢測單元160b各自的電路。
上述中，對類比地處理諧振電流波形資訊或諧振電流相位資訊的情況進行了說明，但對於本發明中的相位的傳遞單元而言，目的在於使一次側驅動單元與二次側共有絕對時間，本發明中的相位修正單元只要以包含諧振電流相位資訊的波形為基礎，結果獲得相位前進的修正波形即可。
另外，若可藉由某種方法獲得絕對時間的共有，則亦可根據與該絕對時間之差獲得經修正的相位資訊從而獲得經修正的相位波形。即，毋庸置疑可基於該些見解而數位地進行處理。
其次，對本發明中重要的於二次側構成的諧振電路的Q值的設定進行說明。
如上所述，於無線電力傳送的情況下，由於耦合係數(k)發生變化，故於耦合係數(k)低的情況下，諧振電路中尤其需要大Q值。於Q值低、使用的條件大幅變化的情況下，難以滿足如流入至一次線圈的驅動電流的電流相位較施加於一次線圈的驅動電壓的電壓相位略微延遲的條件而驅動一次線圈。
為了解決該問題，驅動頻率不宜為固定(亦稱為所謂固定頻率方式或他勵(separate excitation)方式)，需要基於流入至二次側的諧振電路的諧振電容器的諧振電流、流入至二次線圈的諧振電流、或反映於一次線圈的諧振電流的相位資訊來控制驅動電路。其結果為，不得不使驅動頻率可變。於磁場諧振方式的無 線電力傳送中，根據負載的電阻成分使驅動頻率變化已記載於專利文獻1中。
於專利文獻1中記載的發明中，利用藉由進行負載電阻的檢測而預先程式化的預測資訊或計算、及可飽和電感器(Inductor)而獲得最佳的驅動頻率，從而對驅動單元進行驅動。然而，該方法中，僅自驅動一次線圈的驅動電路的開關單元觀察到的功率因素接近1，而自一次線圈觀察到的功率因素並不接近1，因此雖可抑制開關單元的發熱但自一次線圈側觀察到的功率因素非常差，成為一次線圈發熱的原因。
於本發明中，為了排除一次線圈側的諧振電路，導出用以使自一次線圈觀察到的功率因素接近1的條件，而將二次線圈側的諧振電路的Q值設定得較通常更高。
圖16是對耦合於二次線圈的諧振電容器的電流相位與一次線圈的電流相位的關係進行說明的圖，是藉由模擬(simulation)求出使耦合係數(k)變化的情況下所必需的Q值的圖。
a5是一次線圈的電流相位，縱軸是相位角，橫軸是驅動頻率。b5是二次側諧振電容器的電流相位，縱軸是相位角，橫軸是驅動頻率。c5是傳遞比，縱軸是傳遞比，橫軸是驅動頻率。就傳遞比而言，若將其乘以一次線圈的圈數與二次線圈的圈數之比則大致成為升壓比。
可知於耦合係數(k)為0.5的情況下，藉由將Q值設為8以上，而滿足流入至一次線圈的電流相位較驅動一次線圈的驅動電路的驅動電壓的相位略微延遲的條件。於圖16的例中，於 耦合係數(k)為0.5的情況下，傳遞比為最高的頻率為85kHz。於該頻率下，流入至一次線圈的電流的延遲角△θ為25度以下，cosθ、即功率因素為0.9以上，因此可說85kHz為最佳的驅動頻率。
於該最佳的驅動頻率下，流過二次側的諧振電容器的諧振電流相位為0度。即，可無相位延遲地將該諧振電流相位資訊通過相位資訊傳遞單元而傳遞至驅動電路，若對驅動電路進行驅動則自動地以最佳的驅動頻率來驅動開關單元。另外，該開關條件亦為ZVS動作，因此即便將開關單元設為半橋接構成亦可實現穩定的ZVS動作。
如此，於本發明中，於基於諧振電流的相位資訊而決定的驅動頻率下，驅動電路被驅動而自動地成為ZVS動作。但於無線電力傳送中需要高Q值，因此略有相位延遲(或時間延遲)便無法成為ZVS動作，故而需要相位修正。
其次，對目標Q值的設定進行說明。
諧振電路的Q值是藉由二次線圈的漏電感(L)、諧振電容器的電容(C)、及二次線圈側的等效負載電阻(R)以如下方式決定。
於本發明中，二次線圈與諧振電容器的連接可利用串聯連接、並聯連接中的任一種，但以下對並聯連接的示例進行說明。原因在於：作為本發明之一的於二次線圈並聯地設置諧振電容器 的諧振，為於自驅動側觀察的情況下成為串聯諧振，於自負載側觀察的情況下成為並聯諧振的變形的諧振電路。其被稱為串並聯負載諧振(Serial Parallel-Loaded Resonance)等其他各種名稱。該情況下的Q的計算式應用並聯諧振。即，為了將Q值設定為規定的高值，而與等效負載電阻R相比使諧振電容器的電容C變大，使二次線圈的漏電感L變小。
另外，本發明中的漏電感Lsc的定義由以下式確定。
[數3]LSC=L2．(1-k2)
此處，L2為二次線圈的電感或獨立的第三線圈的電感。關於漏電感，亦有時根據各國的工業會或學會，將由
[數5]Le=L2．(1-k)
規定的Le設為漏電感，存在各種情況，無法統一。
另外，於本發明中，將二次線圈與諧振電容器耦合而於二次側構成的諧振電路，包含諧振電容器相對於二次線圈並聯、或串聯連接而構成中的任一種。另外，對於自第三線圈提取要連接到負載的電力的構成將於下文進行敍述。
於本發明中，將k設為耦合係數，將目標二次側的諧振電路的Q值設定為滿足Q=2/k2的值以上的值。
圖17是藉由模擬求出自一次線圈觀察獲得功率因素1時最小所需Q值的圖。橫軸為驅動頻率。縱軸中，a6表示一次線圈相對於一次線圈的開關電壓的電流相位，b6表示二次側的諧振電容器的諧振電流相位，c6表示傳遞比(傳遞係數)。
圖18是對自一次線圈觀察獲得功率因素1時最小所需Q值伴隨耦合係數k的降低而逐漸接近k2．Q=2的關係的情況進行說明的圖。
根據圖18明顯可知，k2．Q的值當k變小時逐漸接近2，且不會超過2。其於無線電力傳送中，於一次線圈與二次線圈的距離遠且耦合係數k足夠小的情況下，用以自一次線圈觀察獲得功率因素1的二次側的諧振電路的Q值符合：[數5]k2．Q=2
此處，於考慮到自一次線圈檢測流入至二次側的諧振電路的諧振電流的相位資訊的動作的情況下，一次線圈的電流相位曲線需要橫穿0度的橫軸，於該情況下，伴隨驅動頻率增加，相位需要以自正、即電容性，成為負、即感應性的方式橫穿。
因此，於將最低限的Q值設為高於[數5]的Q值的情況下，一次線圈的電流相位曲線必然橫穿0度的橫軸。對該情況進行說明的為圖19。
於圖19中，a6、b6、c6分別與圖17相對應。於圖19中，於耦合係數k=0.7的情況下，一次線圈的電流相位曲線如a6所示，伴隨驅動頻率增加而以自正、即電容性，成為負、即感應性的方式橫穿0度的橫軸。
另外，上述說明為k=0.7的情況，但k即便為其他值亦相同。此處，於將功率因素正好設為1的情況下，一次線圈的電流相位略微提前便會發生硬開關，因此通常的動作點是將感應性、即一次線圈的電流相位略微延遲的點設為動作點。已知上述 為ZVS動作條件。
該情況下，若相位的延遲角為0度~-30度的範圍，則可說功率因素足夠好，效率非常良好。另外，於使用來自流入至諧振電容器的諧振電流的相位資訊的情況下，若該相位資訊無相位延遲或時間延遲，則只要依照該相位資訊來驅動一次側的開關單元，則於耦合係數小的情況下亦以高Q值的狀態自動地於ZVS的動作點進行動作。
其次，對本發明中的電力控制進行說明。
通常，電力控制是以使開關單元的工作週期比小於50%的方式可變地進行。
圖20是對本發明的電力控制的一例進行說明的圖。a7表示諧振電流的相位資訊，b7表示一次線圈的電流波形，c7、d7表示將開關單元(Q2、Q1)設為場效應電晶體(Field Effect Transistor，FET)或絕緣閘雙極性電晶體(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)等的情況下的閘極控制電壓。
本發明中的電力控制是藉由如下來進行，即，基於諧振電流的相位資訊，將驅動一次線圈的驅動電路的開關單元設為ON，於固定時間後設為OFF。於該情況下，通常擔心硬開關，但於本發明中，一次線圈的電流相位已較開關相位遲(參照b7)，因此進行工作週期控制的情況下的電流相位較ON相位進一步延遲(參照c7、d7)，故而不會發生硬開關。此時，為了不使(Q2、Q1)同時成為ON而通常需要若干空載時間(Dead time)，於該說明中省略。
圖21是對本發明的電力控制的另一例進行說明的圖。 於該電力控制中，將控制工作週期的一側設為僅開關單元的一個或同時成為ON的一對，另一個或另一對藉由反轉信號而控制。此時，於藉由反轉信號控制的一側亦需要若干的空載時間(Dead time)(參照d7)。
此種控制方法被稱為不均等半橋接或不均等全橋接控制。該控制方法於二次線圈容易產生偶數次高次諧波電壓，但於本發明中將Q值設定為非常高，因此二次線圈的電壓幾乎接近正弦波故而不存在問題。
圖22是對進行本發明的電力控制的情況下的與一次線圈的電流相位的關係進行說明的圖。
以本發明的控制方法進行控制的情況下的驅動頻率亦上升，根據圖22亦可明確得知，若頻率上升則驅動電壓的ON相位會較諧振電流的相位資訊的相位進一步延遲。另外，雖功率因素降低，但同時傳遞比亦變低，因此可控制的電力的範圍非常大。
於以上說明的無線電力傳送裝置中，將諧振電容器耦合於二次線圈而構成諧振電路，但於使用電磁感應方式的例如Qi(氣)規格中，如本發明中的二次側的諧振電路並非為必需。因此，對如下情況進行說明，即，為了保持與Qi規格的相容性，並且應用本發明，而如圖5C般與二次線圈並排地設置第三線圈，自該第三線圈提取要連接到負載的電力。
圖23是表示可保持與Qi規格的相容性且進行效率改善的電路的一例的圖。第三線圈190可如圖5C所示，接近二次線圈140且作為獨立的線圈而設置，亦可如圖23或圖5B所示，設為如下第三線圈190：於二次線圈140中包含作為自耦變壓器的第三 線圈，且以相對於二次線圈140中感應的電壓為降壓的關係而捲繞。
將諧振電容器(Cp)150耦合於二次線圈140，於Qi相容規格時，藉由開關181設為OFF，於進行效率改善的情況下設為ON而Cp作為諧振電容器150進行動作。與此同時地，二次線圈140側的開關183成為OFF，開關185成為ON。於開關183與開關185，在與二次側GND之間連接未圖示的負載。當開關181成為ON時，諧振電路的Q值變高。
若以此種方式進行動作，則於一次線圈110產生功率因素良好的頻率，因此將藉由設置於一次側的諧振電流相位檢測單元160c檢測到的諧振電流波形與其反轉積分波形加以合成而進行相位修正，基於該諧振電流相位資訊來驅動高頻電源的驅動電路即可。另外，於圖23的電路圖中，就開關181、開關183、開關185而言，經由二極體而使用FET或電晶體，但只要為可進行開關動作的元件並不限定於此，可使用任何元件。
如圖5C或圖5B、圖23所示，若將第三線圈以相對於二次線圈中感應的電壓為降壓的關係而捲繞，則連接於第三線圈的負載電阻與降壓比的平方成反比地被阻抗轉換，而於二次線圈虛擬地連接有高值的等效負載電阻，因此可依照該比而將諧振電路的Q值設定得高。而且，藉由該降壓比的設定，亦可容易地設定為所需的Q=2/k2所規定的值以上的Q值。
進而，由於諧振電流與圈數成反比，故諧振電流所引起的銅耗與電流的平方成正比例地變少，從而可減少發熱，提昇效率。

Claims (14)

  1. 一種無線電力傳送裝置，將連接於高頻電源的一次線圈、與連接於負載的二次線圈以耦合係數k加以隔離而配置，自上述一次線圈對上述二次線圈非接觸地供給電力，上述無線電力傳送裝置的特徵在於設置有：諧振電流相位檢測單元，將諧振電容器耦合於上述二次線圈而構成諧振電路，並對流入至上述諧振電容器的諧振電流的相位資訊進行檢測；相位資訊傳遞單元，無相位延遲地傳遞檢測到的上述相位資訊；以及驅動電路，基於上述相位資訊，以使流入至上述一次線圈的驅動電流的電流相位較施加於上述一次線圈的驅動電壓的電壓相位略微延遲的方式規定驅動頻率而驅動上述一次線圈，將由上述二次線圈的漏電感、上述諧振電容器的電容、及上述二次線圈側的等效負載電阻所決定的Q值設定為Q=2/k2所規定的值以上的值。
  2. 一種無線電力傳送裝置，將連接於高頻電源的一次線圈、與連接於負載的二次線圈以耦合係數k加以隔離而配置，自上述一次線圈對上述二次線圈非接觸地供給電力，上述無線電力傳送裝置的特徵在於設置有：諧振電流相位檢測單元，將諧振電容器耦合於上述二次線圈而構成諧振電路，並對流入至上述二次線圈的諧振電流的相位資訊進行檢測；相位資訊傳遞單元，無相位延遲地傳遞檢測到的上述相位資訊；以及驅動電路，基於上述相位資訊，以使流入至上述一次線圈的驅動電流的電流相位較施加於上述一次線圈的驅動電壓的電壓相位略微延遲的方式規定驅動頻率而驅動上述一次線圈，將由上述二次線圈的漏電感、上述諧振電容器的電容、及上述二次線圈側的等效負載電阻所決定的Q值設定為Q=2/k2所規定的值以上的值。
  3. 一種無線電力傳送裝置，將連接於高頻電源的一次線圈、與連接於負載的二次線圈以耦合係數k加以隔離而配置，自上述一次線圈對上述二次線圈非接觸地供給電力，上述無線電力傳送裝置的特徵在於設置有：諧振電流相位檢測單元，將諧振電容器耦合於上述二次線圈而構成諧振電路，並自上述一次線圈對流入至上述諧振電路的諧振電流的相位資訊進行檢測；相位資訊傳遞單元，無相位延遲地傳遞檢測到的上述相位資訊；以及驅動電路，基於上述相位資訊，以使流入至上述一次線圈的驅動電流的電流相位較施加於上述一次線圈的驅動電壓的電壓相位略微延遲的方式規定驅動頻率而驅動上述一次線圈，將由上述二次線圈的漏電感、上述諧振電容器的電容、及上述二次線圈側的等效負載電阻所決定的Q值設定為Q=2/k2所規定的值以上的值。
  4. 一種無線電力傳送裝置，將連接於高頻電源的一次線圈、與連接於負載的二次線圈以耦合係數k加以隔離而配置，自上述一次線圈對上述二次線圈非接觸地供給電力，上述無線電力傳送裝置的特徵在於設置有：諧振電流相位檢測單元，將諧振電容器耦合於上述二次線圈而構成諧振電路，並基於如下波形來檢測諧振電流的相位資訊，上述波形是將流入至上述諧振電容器的諧振電流的波形、流入至上述二次線圈的諧振電流的波形、或流入至上述一次線圈的諧振電流的波形中的任一波形、與將上述任一波形反轉並積分所得的波形加以重疊合成所得，相位資訊傳遞單元，無相位延遲地傳遞檢測到的上述相位資訊；以及驅動電路，基於上述相位資訊，以使流入至上述一次線圈的驅動電流的電流相位較施加於上述一次線圈的驅動電壓的電壓相位略微延遲的方式規定驅動頻率而驅動上述一次線圈，將由上述二次線圈的漏電感、上述諧振電容器的電容、及上述二次線圈側的等效負載電阻所決定的Q值設定為Q=2/k2所規定的值以上的值。
  5. 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述的無線電力傳送裝置，其包括濾波器，上述濾波器去除上述諧振電流的波形中所含的失真而僅提取基諧波。
  6. 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述的無線電力傳送裝置，其中上述驅動電路包含驅動上述一次線圈的開關單元，上述開關單元使導通-斷開的工作週期比可變，並基於上述相位資訊而使上述開關單元導通，於固定時間後使開關單元斷開，藉此進行電力控制。
  7. 如申請專利範圍第1項或第4項所述的無線電力傳送置，其中上述諧振電流相位檢測單元根據流入至並聯連接於上述諧振電容器的小電容電容器的電流來檢測上述相位資訊。
  8. 一種無線電力傳送裝置，包括：一次線圈，連接於高頻電源；二次線圈，連接於負載；以及第三線圈，接近上述二次線圈或作為自耦變壓器而包含於上述二次線圈，且以相對於上述二次線圈中感應的電壓為降壓的關係而捲繞，將上述一次線圈與上述二次線圈以耦合係數k加以隔離而配置，自上述一次線圈經由上述二次線圈而對第三線圈非接觸地供給電力，上述無線電力傳送裝置的特徵在於設置有：諧振電流相位檢測單元，將諧振電容器耦合於上述二次線圈而構成諧振電路，並對流入至上述諧振電容器的諧振電流的相位資訊進行檢測；相位資訊傳遞單元，無相位延遲地傳遞檢測到的上述相位資訊；以及驅動電路，基於上述相位資訊，以使流入至上述一次線圈的驅動電流的電流相位較施加於上述一次線圈的驅動電壓的電壓相位略微延遲的方式規定驅動頻率而驅動上述一次線圈，將由上述二次線圈的漏電感、上述諧振電容器的電容、及上述二次線圈側的等效負載電阻所決定的Q值設定為Q=2/k2所規定的值以上的值。
  9. 一種無線電力傳送裝置，連接於高頻電源的一次線圈、連接於負載的二次線圈及第三線圈成為包含於自耦變壓器的關係，上述第三線圈與上述二次線圈接近或上述二次線圈為自耦變壓器，且以相對於上述二次線圈中感應的電壓為降壓的關係而捲繞，將上述一次線圈與上述二次線圈以耦合係數k加以隔離而配置，自上述一次線圈對上述二次線圈非接觸地供給電力，上述無線電力傳送裝置的特徵在於設置有：諧振電流相位檢測單元，將諧振電容器耦合於上述二次線圈而構成諧振電路，並對流入至上述二次線圈的諧振電流的相位資訊進行檢測；相位資訊傳遞單元，無相位延遲地傳遞檢測到的上述相位資訊；以及驅動電路，基於上述相位資訊，以使流入至上述一次線圈的驅動電流的電流相位較施加於上述一次線圈的驅動電壓的電壓相位略微延遲的方式規定驅動頻率而驅動上述一次線圈，將由上述二次線圈的漏電感、上述諧振電容器的電容、及上述二次線圈側的等效負載電阻所決定的Q值設定為Q=2/k2所規定的值以上的值。
  10. 一種無線電力傳送裝置，連接於高頻電源的一次線圈、連接於負載的二次線圈及第三線圈成為包含於自耦變壓器的關係，上述第三線圈與上述二次線圈接近或上述二次線圈為自耦變壓器，且以相對於上述二次線圈中感應的電壓為降壓的關係而捲繞，將上述一次線圈與上述二次線圈以耦合係數k加以隔離而配置，自上述一次線圈對上述二次線圈非接觸地供給電力，上述無線電力傳送裝置的特徵在於設置有：諧振電流相位檢測單元，將諧振電容器耦合於上述二次線圈而構成諧振電路，並自上述一次線圈對流入至上述諧振電路的諧振電流的相位資訊進行檢測；相位資訊傳遞單元，無相位延遲地傳遞檢測到的上述相位資訊；以及驅動電路，基於上述相位資訊，以使流入至上述一次線圈的驅動電流的電流相位較施加於上述一次線圈的驅動電壓的電壓相位略微延遲的方式規定驅動頻率而驅動上述一次線圈，將由上述二次線圈的漏電感、上述諧振電容器的電容、及上述二次線圈側的等效負載電阻所決定的Q值設定為Q=2/k2所規定的值以上的值。
  11. 一種無線電力傳送裝置，連接於高頻電源的一次線圈、連接於負載的二次線圈及第三線圈成為包含於自耦變壓器的關係，上述第三線圈與上述二次線圈接近或上述二次線圈為自耦變壓器，且以相對於上述二次線圈中感應的電壓為降壓的關係而捲繞，將上述一次線圈與上述二次線圈以耦合係數k加以隔離而配置，自上述一次線圈對上述二次線圈非接觸地供給電力，上述無線電力傳送裝置的特徵在於設置有：諧振電流相位檢測單元，將諧振電容器耦合於上述二次線圈而構成諧振電路，並基於如下波形來檢測諧振電流的相位資訊，上述波形是將流入至上述諧振電容器的諧振電流的波形、流入至上述二次線圈的諧振電流的波形、或流入至上述一次線圈的諧振電流的波形中的任一波形、與將上述任一波形反轉並積分所得的波形加以重疊合成所得；相位資訊傳遞單元，無相位延遲地傳遞檢測到的上述相位資訊；以及驅動電路，基於上述相位資訊，以使流入至上述一次線圈的驅動電流的電流相位較施加於上述一次線圈的驅動電壓的電壓相位略微延遲的方式規定驅動頻率而驅動上述一次線圈，將由上述二次線圈的漏電感、上述諧振電容器的電容、及上述二次線圈側的等效負載電阻所決定的Q值設定為Q=2/k2所規定的值以上的值。
  12. 如申請專利範圍第8項至第11項中任一項所述的無線電力傳送裝置，其包括濾波器，上述濾波器去除上述諧振電流的波形中所含的失真而僅提取基諧波。
  13. 如申請專利範圍第8項至第11項中任一項所述的無線電力傳送裝置，其中上述驅動電路包含驅動上述一次線圈的開關單元，上述開關單元使導通-斷開的工作週期比可變，並基於上述相位資訊而使上述開關單元導通，於固定時間後使開關單元斷開，藉此進行電力控制。
  14. 如申請專利範圍第8項或第11項所述的無線電力傳送裝置，其中上述諧振電流相位檢測單元根據流入至並聯連接於上述諧振電容器的小電容電容器的電流來檢測上述相位資訊。
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