專利名稱：供電裝置、受電裝置和無(wú)線供電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及以非接觸或無(wú)線方式提供和接收電力的非接觸供電型的供電裝置、受 電裝置和無(wú)線供電系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
作為無(wú)線方式的電力供給方法，已知電磁感應(yīng)方式。此外，近年來(lái)，已經(jīng)并正在關(guān)注無(wú)線供電系統(tǒng)和無(wú)線充電系統(tǒng)，其中，使用了利用 電磁共振現(xiàn)象的被稱作磁場(chǎng)共振方法的方法。在目前被最廣泛使用的電磁感應(yīng)型的非接觸供電方式中，供電源和作為受電側(cè)的 供電目標(biāo)需要共同使用磁通量。因此，為了高效傳輸電力，需要將供電源與供電目標(biāo)彼此非 ?？拷卦O(shè)置，用于耦合(couple)的對(duì)準(zhǔn)也很重要。同時(shí)，利用電磁共振現(xiàn)象的非接觸供電方式的優(yōu)點(diǎn)在于，根據(jù)電磁共振現(xiàn)象的原 理，電力能夠比利用電磁感應(yīng)方式傳輸更遠(yuǎn)的距離，此外，即使對(duì)準(zhǔn)有些不好，但是傳輸效 率不會(huì)下降很多。應(yīng)注意，關(guān)于電磁共振現(xiàn)象，不僅是磁場(chǎng)共振，而且電場(chǎng)共振也是可用的。例如，在日本專利公開(kāi)第2001-185939號(hào)(下文中，稱作專利文獻(xiàn)1)中，公開(kāi)了采 用磁場(chǎng)共振方式的無(wú)線供電系統(tǒng)。在專利文獻(xiàn)1的無(wú)線供電系統(tǒng)中，電力通過(guò)電磁感應(yīng)從連接至供電電路的供電線 圈傳輸至共振線圈。通過(guò)連接至共振線圈的電容器和電阻器調(diào)節(jié)要傳輸?shù)碾娏Φ念l率。近年來(lái)，已經(jīng)報(bào)道了一種無(wú)線電力傳輸技術(shù)，其通過(guò)采用利用磁場(chǎng)的共振現(xiàn)象的 磁場(chǎng)共振方式，在ail距離實(shí)現(xiàn)60W的電力傳輸。此外，已經(jīng)報(bào)道了高效“無(wú)線供電系統(tǒng)”的開(kāi)發(fā)，其通過(guò)采用磁場(chǎng)共振方式傳輸60W 的電力以驅(qū)動(dòng)間隔50cm的電子設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容
如上文所述，磁場(chǎng)共振型的無(wú)線供電或電力傳輸系統(tǒng)與電磁感應(yīng)系統(tǒng)的相同之處 在于通過(guò)磁場(chǎng)傳輸電力。然而，與利用電磁感應(yīng)系統(tǒng)相比，磁場(chǎng)共振系統(tǒng)能夠通過(guò)利用共振 現(xiàn)象實(shí)現(xiàn)近似10倍的傳輸距離的傳輸。然而，為了實(shí)現(xiàn)這樣的高性能，要求優(yōu)異的共振器，換言之，需要具有高Q值的共 振器。Q值高表示頻率特性很靈敏(sharp)，并且這與帶寬具有此消彼長(zhǎng)的關(guān)系。然后， 窄帶寬涉及以下缺點(diǎn)。1)如果載波的頻率偏移，則傳輸效率顯著下降。2)如果共振頻率隨著周?chē)鸂顟B(tài)的變化或溫度變化而偏移，則傳輸效率顯著下降。3)不能通過(guò)除共振點(diǎn)之外的其他頻率傳輸電力。為了通過(guò)除預(yù)先設(shè)定的共振頻率之外的頻率來(lái)傳輸電力，需要改變共振頻率。因此，需要改變某些常數(shù)的設(shè)定。這會(huì)引起機(jī)械復(fù)雜性以及諸如共振器Q值下降的電子特性的劣化。4)也可調(diào)節(jié)用于電力傳輸?shù)妮d波以在載波上疊加數(shù)據(jù)。在這種情況下，由于在具 有耐高噪聲性質(zhì)的相位調(diào)制和頻率調(diào)制中，數(shù)據(jù)的傳輸速率和所占帶寬具有彼此成比例的 關(guān)系，所以如果傳輸帶寬很窄，則難以執(zhí)行高速數(shù)據(jù)傳輸。如上所述，磁場(chǎng)共振型的電力傳輸系統(tǒng)基本上包括兩個(gè)共振器，并且根據(jù)條件，與 單獨(dú)的每個(gè)共振器的頻率特性相比，能夠獲取寬的帶寬。然而，作為磁場(chǎng)共振型電力傳輸系 統(tǒng)的本質(zhì)，需要每個(gè)共振器都具有高Q值，并且期望更大的帶寬。因此，期望提供能夠?qū)崿F(xiàn)更大帶寬的頻率特性的磁場(chǎng)共振型的供電裝置、受電裝 置以及無(wú)線供電系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，提供了一種供電裝置，包括發(fā)電部，用于生成待提供的 電力；供電元件，用于接收發(fā)電部所生成并從發(fā)電部提供至該供電元件的電力；以及多個(gè) 共振元件，多級(jí)設(shè)置并且通過(guò)磁場(chǎng)共振關(guān)系彼此耦合，一個(gè)共振元件通過(guò)電磁感應(yīng)與供電 元件耦合。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式，提供了一種受電裝置，包括多個(gè)共振元件，多級(jí)設(shè) 置并且用于通過(guò)磁場(chǎng)共振關(guān)系彼此耦合；以及供電元件，用于通過(guò)電磁感應(yīng)與共振元件耦 合，并從共振元件接收所接收的電力，一個(gè)共振元件通過(guò)磁場(chǎng)共振關(guān)系接收傳輸至其的電 力，同時(shí)，另一個(gè)共振元件通過(guò)電磁感應(yīng)與供電元件耦合。根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施方式，提供了一種無(wú)線供電系統(tǒng)，包括供電裝置；以及受 電裝置，用于通過(guò)磁場(chǎng)共振關(guān)系接收傳輸信號(hào)，該傳輸信號(hào)包括從供電裝置傳輸至該受電 裝置的電力，該供電裝置包括發(fā)電部，用于生成待提供的電力；供電元件，用于接收通過(guò) 發(fā)電部所生成并從發(fā)電部提供至該供電元件的電力；以及至少一個(gè)共振元件，用于通過(guò)電 磁感應(yīng)與供電元件耦合，該受電裝置包括共振元件，用于通過(guò)磁場(chǎng)共振關(guān)系接收從供電裝 置所傳輸?shù)碾娏Γ灰约肮╇娫?，用于通過(guò)電磁感應(yīng)與共振元件耦合，并從共振元件接收所 接收的電力，供電裝置和受電裝置的中的至少一個(gè)包括多級(jí)設(shè)置并通過(guò)磁場(chǎng)共振關(guān)系彼此 耦合的多個(gè)共振元件。通過(guò)這樣的供電裝置、受電裝置以及無(wú)線供電系統(tǒng)，在采用磁場(chǎng)共振系統(tǒng)的同時(shí)， 能夠獲取更大帶寬的頻率特性。


圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式的無(wú)線供電系統(tǒng)的構(gòu)造實(shí)例的框圖；圖2是示出了圖1的無(wú)線供電系統(tǒng)的等效塊的示意圖；圖3是示出了圖1的無(wú)線供電系統(tǒng)的等效電路的電路圖；圖4A和圖4B是示出了在適當(dāng)設(shè)計(jì)圖3的電路中包括耦合度的電路常數(shù)的情況下 頻率特性的模擬結(jié)果的值的示圖；圖5A和圖5B是示出了在適當(dāng)設(shè)計(jì)圖3的電路中包括耦合度的電路常數(shù)的情況下 的頻率特性的實(shí)際測(cè)量值的示圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施方式的無(wú)線供電系統(tǒng)的構(gòu)造實(shí)例的框圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施方式的無(wú)線供電系統(tǒng)的構(gòu)造實(shí)例的框圖8是示出了圖7的無(wú)線供電系統(tǒng)的等效塊的示意圖；以及圖9是圖7的無(wú)線供電系統(tǒng)的等效電路的電路圖。
具體實(shí)施例方式下面，參照附圖描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式。應(yīng)注意，以下面的順序給出描述1.第一實(shí)施方式(無(wú)線供電系統(tǒng)的第一構(gòu)造實(shí)例)2.第二實(shí)施方式(無(wú)線供電系統(tǒng)的第二構(gòu)造實(shí)例)3.第三實(shí)施方式(無(wú)線供電系統(tǒng)的第三構(gòu)造實(shí)例)<1.第一實(shí)施方式>圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的無(wú)線供電系統(tǒng)的構(gòu)造實(shí)例。參照?qǐng)D1，無(wú)線供電系統(tǒng)10包括供電裝置20和受電裝置30。供電裝置20包括電力傳輸線圈部21、以及包括振蕩器OSC的高頻發(fā)電部22。電力傳輸線圈部21包括作為供電元件的供電線圈211、以及作為多級(jí)彼此耦合的 共振元件的多個(gè)共振線圈212-1和212-2。應(yīng)注意，盡管在本實(shí)施方式中，多級(jí)耦合的共振線圈數(shù)為2，但是也可增加待耦合 的共振線圈的級(jí)數(shù)。盡管共振線圈也被稱作共鳴線圈，但是在本實(shí)施方式的描述中，使用術(shù)語(yǔ)共振線 圈。例如，供電線圈211由環(huán)形線圈形成，其中向該環(huán)形線圈提供交流(即，AC)電流。共振線圈212-1用作共振器TX1，由通過(guò)電磁感應(yīng)與供電線圈211耦合的空心線圈 形成，并且有效地?zé)o線傳輸從供電線圈211提供的AC電力。應(yīng)注意，在供電側(cè)，供電線圈211和共振線圈212-1通過(guò)電磁感應(yīng)強(qiáng)烈地彼此耦
口 O共振線圈212-1和共振線圈212-2通過(guò)磁場(chǎng)共振關(guān)系彼此耦合，并且共振線圈 212-2用作在中間級(jí)的共振器MXl。類(lèi)似于共振線圈212-1，共振線圈212-2由空心線圈形成，并且當(dāng)共振線圈212_2 和受電裝置30的共振線圈312的自共振頻率彼此基本一致時(shí)，在共振線圈212-2與共振線 圈312之間建立高效傳輸電力的磁場(chǎng)共振關(guān)系。高頻發(fā)電部22生成用于無(wú)線電力傳輸?shù)母哳l電力(S卩，AC電力)。通過(guò)高頻發(fā)電部22所生成的高頻電力被提供或施加至電力傳輸線圈部21的供電 線圈211。受電裝置30包括受電線圈部31、整流電路32以及作為接收電力的供給目的地的 載荷33。受電線圈部31包括作為供電元件的供電線圈311、以及作為共振元件的共振線圈 312。通過(guò)電磁感應(yīng)從共振線圈312為供電線圈311提供AC電流。共振線圈312由通過(guò)電磁感應(yīng)而耦合至供電線圈311的空心線圈形成，并且當(dāng)共 振線圈312和供電裝置20的共振線圈212-2的自共振頻率彼此基本一致時(shí)，建立高效接收電力的磁場(chǎng)共振關(guān)系。共振線圈312用作受電側(cè)共振器RXl。應(yīng)注意，設(shè)置了在供電線圈311的負(fù)載端具有阻抗匹配功能的匹配電路(未示 出)。整流電路32將接收到的AC電力整流成DC (直流)電力。未示出的穩(wěn)壓電路將從 整流電路32提供的DC電力轉(zhuǎn)換成符合DC電力供給目標(biāo)的電子設(shè)備的規(guī)格的DC電壓，并 且穩(wěn)定的DC電壓被提供至負(fù)載33的電子設(shè)備的處理系統(tǒng)?，F(xiàn)在，將描述無(wú)線供電系統(tǒng)10的總體操作。圖2示出了圖1的無(wú)線供電系統(tǒng)的等效塊，并且圖3示出了圖1的無(wú)線供電系統(tǒng) 的等效電路。參照?qǐng)D2和圖3，供電側(cè)共振器TXl包括由線圈Ll和線圈Ll的浮置電容、或者由 線圈Ll和與線圈Ll并聯(lián)連接的電容器Cl形成的共振電路RC1。類(lèi)似地，在中間級(jí)的共振器MXl包括由線圈L21和線圈L21的浮置電容、或者由線 圈L21和與線圈L21并聯(lián)連接的電容器C2等效形成的第一共振電路RC21。此外，在中間級(jí)的共振器MXl包括由線圈L22和線圈L22的浮置電容、或者由線圈 L22和與線圈L22并聯(lián)連接的電容器C2等效形成的第二共振電路RC22。受電側(cè)共振器RXl包括由線圈L3和線圈L3的浮置電容、或者由線圈L3和與線圈 L3并聯(lián)連接的電容器C3形成的共振電路RC3。以這種方式，根據(jù)本第一實(shí)施方式的無(wú)線供電系統(tǒng)10被配置為包括三個(gè)共振器 TXl、MXl 禾口 RXl。在供電裝置20側(cè)，高頻發(fā)電部22的振蕩器OSC所生成的AC電力被提供至供電線 圈211，然后利用電磁感應(yīng)的耦合通過(guò)供電線圈211被傳輸至共振線圈212-1。共振線圈212-1和共振線圈212-2以磁場(chǎng)共振關(guān)系彼此耦合，使得共振線圈212_1 的電力被提供至共振線圈212-2。在這種情況下，由于供電側(cè)共振器TXl與供電或耦合線圈211以感應(yīng)耦合方式被 耦合，所以它們?cè)谛盘?hào)傳輸?shù)耐瑫r(shí)用作變壓器Tl以執(zhí)行阻抗轉(zhuǎn)換或變壓器操作。供電或耦合線圈211連接至振蕩器OSC的輸出，從而其被振蕩器OSC驅(qū)動(dòng)以激勵(lì) 供電側(cè)共振器TXl。在所激勵(lì)的供電側(cè)共振器TXl周?chē)赏ㄟ^(guò)線圈所形成的感應(yīng)磁場(chǎng)，并且鄰近下 一級(jí)(即，鄰近中間級(jí))所設(shè)置的共振器MXl拾取感應(yīng)磁場(chǎng)。因此，能量被傳輸。因此，在中間級(jí)的共振器MXl被激勵(lì)，并且在共振器MXl周?chē)捎删€圈所形成的 感應(yīng)磁場(chǎng)。由于受電側(cè)上的受電側(cè)共振器RXl設(shè)置在中間級(jí)的共振器MXl的附近，例如，與距 離共振器MXl距離幾十cm，所以通過(guò)受電裝置30拾取感應(yīng)磁場(chǎng)。因此，能量被傳輸。類(lèi)似于供電裝置20，在受電側(cè)共振器RXl中所激勵(lì)的電力被傳輸至供電或耦合線 圈311。因此，高頻電力通過(guò)整流電路32而最終被轉(zhuǎn)化成DC電力。通過(guò)將中間級(jí)的共振器MXl插入在供電裝置20的供電側(cè)共振器TXl與受電裝置 30的受電側(cè)共振器RXl之間以允許多級(jí)傳輸，可以調(diào)節(jié)頻帶，并且通過(guò)執(zhí)行適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)，能 夠預(yù)期寬頻帶。
在根據(jù)本第一實(shí)施方式的無(wú)線供電系統(tǒng)10中，中間級(jí)的共振器MXl設(shè)置在供電裝 置20側(cè)。圖4A和圖4B示出了在適當(dāng)設(shè)計(jì)圖3的電路中包括耦合度k的電路常數(shù)的情況下 頻率特性的模擬結(jié)果的值。同時(shí)，圖5A和圖5B示出了在適當(dāng)設(shè)計(jì)圖3的電路中包括耦合 度κ的電路常數(shù)的情況下頻率特性的實(shí)際測(cè)量值。具體地，圖4A和圖5A示出了作為包括兩個(gè)共振器的比較例的普通磁場(chǎng)共振型無(wú) 線供電系統(tǒng)的頻率特性。同時(shí)，圖4B和圖5B示出了根據(jù)本實(shí)施方式的磁場(chǎng)共振型無(wú)線供 電系統(tǒng)的頻率特性。應(yīng)注意，圖5A和圖5B的實(shí)際測(cè)量值為使用不同頻率所進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。在圖4A至圖5B中，橫坐標(biāo)軸表示頻率，縱坐標(biāo)軸表示電力傳輸效率。從圖4A至圖5B可以看出，與普通無(wú)線供電系統(tǒng)相比，根據(jù)本實(shí)施方式的磁場(chǎng)共振 型無(wú)線供電系統(tǒng)可增大傳輸帶寬。<2.第二實(shí)施方式>圖6示出了根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施方式的無(wú)線供電系統(tǒng)的構(gòu)造實(shí)例。根據(jù)本第二實(shí)施方式的無(wú)線供電系統(tǒng)IOA類(lèi)似于根據(jù)第一實(shí)施方式的無(wú)線供電 系統(tǒng)10，但不同之處在于形成在中間級(jí)的共振器MXl的共振線圈不是設(shè)置在供電裝置20A 側(cè)，而是設(shè)置在受電裝置30A側(cè)。具體地，供電裝置20A的電力傳輸線圈部21A包括供電線圈211和單個(gè)共振線圈 212。同時(shí)，受電裝置30A包括由供電線圈311和作為多級(jí)彼此耦合的共振元件的多個(gè) 共振線圈312-1和312-2形成的受電線圈部31A。共振線圈312-1和共振線圈312-2通過(guò)磁場(chǎng)共振關(guān)系被彼此耦合，并且共振線圈 312-2用作在中間級(jí)的共振器MXl。共振線圈312-1用作共振器RX1，并且由通過(guò)電磁感應(yīng)由耦合至供電線圈311的空 心線圈形成。當(dāng)共振線圈312-2與供電裝置20的共振線圈212的自共振頻率彼此基本一致時(shí)， 它們建立了磁場(chǎng)共振關(guān)系。當(dāng)磁場(chǎng)共振關(guān)系建立時(shí)，共振線圈312-2高效接收電力。根據(jù)本第二實(shí)施方式的無(wú)線供電系統(tǒng)IOA的等效塊和等效電路分別與參照?qǐng)D2和 圖3在上文所描述的根據(jù)第一實(shí)施方式的無(wú)線供電系統(tǒng)10的等效塊和等效電路類(lèi)似。在供電裝置20側(cè)，高頻發(fā)電部22的振蕩器OSC所生成的AC電力被提供至供電線 圈211，然后利用電磁感應(yīng)的耦合通過(guò)供電線圈211被傳輸至共振線圈212。在這種情況下，由于振蕩器TXl與供電或耦合線圈211以感應(yīng)耦合方式被耦合，所 以它們?cè)谛盘?hào)傳輸?shù)耐瑫r(shí)用作變壓器Tl，從而執(zhí)行阻抗轉(zhuǎn)換或變壓器操作。供電或耦合線圈211連接至振蕩器OSC的輸出，從而其被振蕩器OSC驅(qū)動(dòng)以激勵(lì) 供電側(cè)振蕩器TXl。在所激勵(lì)的供電側(cè)振蕩器TXl周?chē)捎删€圈形成的感應(yīng)磁場(chǎng)。由于受電側(cè)的中 間級(jí)共振器MXl設(shè)置在供電側(cè)共振器TXl的附近，所以感應(yīng)磁場(chǎng)被受電裝置30拾取。因此， 能量傳輸至共振線圈312-2。因此，中間級(jí)的共振器MXl被激勵(lì)，并且在共振器MXl周?chē)捎删€圈形成的感應(yīng)磁場(chǎng)。隨后，共振線圈312-2和共振線圈312-1通過(guò)磁場(chǎng)共振關(guān)系被彼此耦合，并且共振 線圈312-2的電力被傳輸至共振線圈312-1。因此，類(lèi)似于供電裝置20，在由共振線圈312-1形成的共振器RXl中所感生的電力 被傳輸至供電或耦合線圈311，并且高頻電力通過(guò)整流電路32而最終被轉(zhuǎn)換成DC電力。通過(guò)將中間級(jí)的共振器MXl插入在供電裝置20A的供電側(cè)共振器TXl與受電裝置 30A的受電側(cè)共振器RXl之間以允許多級(jí)傳輸，可以調(diào)節(jié)頻帶，并且通過(guò)執(zhí)行適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)， 能夠預(yù)期寬頻帶。在根據(jù)本第二實(shí)施方式的無(wú)線供電系統(tǒng)IOA中，在中間級(jí)的共振器MXl設(shè)置在受 電裝置30A側(cè)。<3.第三實(shí)施方式〉圖7示出了根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施方式的無(wú)線供電系統(tǒng)的構(gòu)造實(shí)例。根據(jù)本第三實(shí)施方式的無(wú)線供電系統(tǒng)IOB類(lèi)似于根據(jù)第一實(shí)施方式的無(wú)線供電 系統(tǒng)10，不同之處在于形成在中間級(jí)的共振器MXl的共振線圈不僅設(shè)置在供電裝置20側(cè)， 而且還設(shè)置在受電裝置30B側(cè)。具體地，受電裝置30B的受電線圈部31B包括供電線圈311、以及作為多級(jí)耦合的 共振元件的多個(gè)共振線圈312-1和312-2。共振線圈312-1和共振線圈312-2通過(guò)磁場(chǎng)共振關(guān)系被彼此耦合，并且共振線圈 312-2用作在中間級(jí)的共振器MX2。共振線圈312-1用作共振器RX1，并且由通過(guò)電磁感應(yīng)耦合至供電線圈311的空心 線圈形成。當(dāng)共振線圈312-2與供電裝置20的共振線圈212_2的自共振頻率彼此基本一致 時(shí)，它們建立了磁場(chǎng)共振關(guān)系。當(dāng)磁場(chǎng)共振關(guān)系建立時(shí)，共振線圈312-2高效接收電力。圖8示出了根據(jù)第三實(shí)施方式的無(wú)線供電系統(tǒng)的等效塊，并且圖9示出了圖8的 無(wú)線供電系統(tǒng)的等效電路。參照?qǐng)D8和圖9，供電側(cè)共振器TXl包括由線圈Ll和線圈Ll的浮置電容、或者由 線圈Ll和與線圈Ll并聯(lián)連接的電容器Cl形成的共振電路RC1。類(lèi)似地，在中間級(jí)的共振器MXl包括由線圈L21和線圈L21的浮置電容、或者由線 圈L21和與線圈L21并聯(lián)連接的電容器C2等效形成的第一共振電路RC21。此外，在中間級(jí)的共振器MXl包括由線圈L22和線圈L22的浮置電容、或者由線圈 L22和與線圈L22并聯(lián)連接的電容器C2等效形成的第二共振電路RC22。類(lèi)似地，在中間級(jí)的共振器MX2包括由線圈L41和線圈L41的浮置電容、或者由線 圈L41和與線圈L41并聯(lián)連接的電容器C4等效形成的第一共振電路RC41。此外，在中間級(jí)的共振器MX2包括由線圈L42和線圈L42的浮置電容、或者由線圈 L42和與線圈L42并聯(lián)連接的電容器C4等效形成的第二共振電路RC42。受電側(cè)共振器RXl包括由線圈L3和線圈L3的浮置電容、或者由線圈L3和與線圈 L3并聯(lián)連接的電容器C3形成的共振電路RC3。以這種方式，根據(jù)本第三實(shí)施方式的無(wú)線供電系統(tǒng)IOB被配置為包括四個(gè)共振器 TX1、MX1、MX2 禾口 RXl。
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在供電裝置20側(cè)，由高頻發(fā)電部22的振蕩器OSC生成的AC電力被提供至供電線 圈211，然后利用電磁感應(yīng)的耦合通過(guò)供電線圈211被傳輸至共振線圈212-1。共振線圈212-1和共振線圈212-2以磁場(chǎng)共振關(guān)系彼此耦合，使得共振線圈212_1 的電力被提供至共振線圈212-2。在這種情況下，由于供電側(cè)共振器TXl與供電或耦合線圈211以感應(yīng)耦合方式耦 合，所以它們?cè)谛盘?hào)傳輸?shù)耐瑫r(shí)用作變壓器Tl，從而執(zhí)行阻抗轉(zhuǎn)換或變壓器操作。供電或耦合線圈211連接至振蕩器OSC的輸出，從而其被振蕩器OSC驅(qū)動(dòng)以激勵(lì) 供電側(cè)共振器TXl。在所激勵(lì)的共振器TXl周?chē)捎删€圈所形成的感應(yīng)磁場(chǎng)，并且鄰近下一級(jí)(即， 鄰近中間級(jí))所設(shè)置的共振器MXl拾取感應(yīng)磁場(chǎng)。因此，能量被傳輸。因此，在中間級(jí)的共振器MXl被激勵(lì)，并且在共振器MXl周?chē)捎删€圈所形成的 感應(yīng)磁場(chǎng)。由于形成受電側(cè)共振器MX2的共振線圈312-2設(shè)置在中間級(jí)的共振器MXl的附 近，例如，與共振器MXl距離幾十cm處，所以受電裝置30拾取感應(yīng)磁場(chǎng)。因此，能量被傳輸。換言之，通過(guò)受電裝置30拾取感應(yīng)磁場(chǎng)，從而將能量傳輸至共振線圈312-2。因此，在中間級(jí)的共振器MX2被激勵(lì)，并且在共振器MX2周?chē)捎删€圈所形成的 感應(yīng)磁場(chǎng)。隨后，共振線圈312-2和共振線圈312-1通過(guò)磁場(chǎng)共振關(guān)系彼此耦合，并且共振線 圈312-2的電力被傳輸至共振線圈312-1。因此，類(lèi)似于在供電裝置20中，在由共振線圈312-1所形成的共振器RXl中所激 勵(lì)的電力被傳輸至供電或耦合線圈311。因此，高頻電力通過(guò)整流電路32而最終被轉(zhuǎn)化成 DC電力。通過(guò)將在中間級(jí)的共振器MXl和MX2插入供電裝置20的共振器TXl與受電裝置 30B的共振器RXl之間以允許多級(jí)傳輸，可以調(diào)節(jié)頻帶，并且通過(guò)執(zhí)行適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)，能夠預(yù)
期寬頻帶。在根據(jù)本第三實(shí)施方式的無(wú)線供電系統(tǒng)IOB中，在中間級(jí)的共振器MXl和MX2分 別設(shè)置在供電裝置20側(cè)和受電裝置30B側(cè)。這里應(yīng)注意，盡管描述了多至四個(gè)共振器的多級(jí)數(shù)的實(shí)例，但是也可增加級(jí)數(shù)。這 樣能夠?qū)崿F(xiàn)寬頻帶的進(jìn)一步增大。然而，在共振器級(jí)數(shù)增大的情況下，通過(guò)多級(jí)具有的電阻所生成的總熱損增大，從 而導(dǎo)致傳輸效率下降。因此，需要考慮傳輸效率的下降及設(shè)計(jì)中的復(fù)雜可能性，并且需要選 擇適用于系統(tǒng)的級(jí)數(shù)。如上所述，通過(guò)本實(shí)施方式，能夠?qū)崿F(xiàn)以下優(yōu)點(diǎn)。具體地，通過(guò)本實(shí)施方式，能夠?qū)崿F(xiàn)更寬頻帶，同時(shí)維持實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)共振型無(wú)線供電 系統(tǒng)的長(zhǎng)傳輸距離所必需的共振器的高性能，即，高Q值。即使載波的頻率偏移，也能防止傳輸效率的降低。因此，傳輸器中振蕩器的頻率精 度可以為低。此外，無(wú)線供電系統(tǒng)不受溫度變化或電源變化而引起的頻率變化影響。盡管共振器的共振頻率根據(jù)周?chē)h(huán)境或所連接的電路的參數(shù)變化而變化，但是由 于頻帶很寬，所以無(wú)線供電系統(tǒng)不受變化影響。
在電力傳輸中，處理無(wú)法與通信相比的非常高的電力。因此，不應(yīng)對(duì)位于附近的通 信終端或接收器產(chǎn)生干擾。在引起干擾妨礙的這種情況下，需要快速將頻率改變?yōu)椴煌l 率的這種對(duì)策。由于本實(shí)施方式維持了寬頻帶傳輸特性，所以在載波頻率改變的情況下，也 不需要改變由共振器構(gòu)成的傳輸部。因此，容易采取防止干擾的適當(dāng)?shù)膶?duì)策。在磁場(chǎng)共振型電力傳輸中，也可以通過(guò)調(diào)制載波而疊加數(shù)據(jù)。然而，為了以高速率 發(fā)送數(shù)據(jù)，而不會(huì)降低耐噪聲性質(zhì)，需要相應(yīng)的更寬的頻帶。通過(guò)本實(shí)施方式，由于本實(shí)施 方式的無(wú)線供電系統(tǒng)具有寬頻帶，同時(shí)其為磁場(chǎng)共振型，所以也能夠容易地執(zhí)行數(shù)據(jù)的疊 加。如果共振器的級(jí)數(shù)增加為4以上，則能夠預(yù)期頻帶的進(jìn)一步加寬。本發(fā)明包含于2010年1月21日向日本專利局提交的日本在先專利申請(qǐng)JP 2010-011128中所公開(kāi)的主題，其全部?jī)?nèi)容結(jié)合于此作為參考。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，根據(jù)設(shè)計(jì)要求和其他因素，可以進(jìn)行各種修改、組 合、子組合和變形，均應(yīng)包含在所附權(quán)利要求或其等同物的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種供電裝置，包括發(fā)電部，用于生成待提供的電力；供電元件，用于接收所述發(fā)電部所生成并從所述發(fā)電部提供至所述供電元件的電力；以及多個(gè)共振元件，多級(jí)設(shè)置并通過(guò)磁場(chǎng)共振關(guān)系彼此耦合； 一個(gè)所述共振元件通過(guò)電磁感應(yīng)與所述供電元件耦合。
2.一種受電裝置，包括多個(gè)共振元件，多級(jí)設(shè)置并且用于通過(guò)磁場(chǎng)共振關(guān)系彼此耦合；以及 供電元件，用于通過(guò)電磁感應(yīng)與所述共振元件耦合，并且從所述共振元件接收所接收 的電力；一個(gè)所述共振元件通過(guò)磁場(chǎng)共振關(guān)系接收傳輸至其的電力，同時(shí)另一個(gè)所述共振元件 通過(guò)電磁感應(yīng)與所述供電元件耦合。
3.一種無(wú)線供電系統(tǒng)，包括 供電裝置；以及受電裝置，用于通過(guò)磁場(chǎng)共振關(guān)系接收傳輸信號(hào)，所述傳輸信號(hào)包括從所述供電裝置 傳輸至所述受電裝置的電力； 所述供電裝置包括 發(fā)電部，用于生成待提供的電力，供電元件，用于接收所述發(fā)電部所生成并從所述發(fā)電部提供至所述供電元件的電力，以及至少一個(gè)共振元件，用于通過(guò)電磁感應(yīng)與所述供電元件耦合， 所述受電裝置包括共振元件，用于通過(guò)磁場(chǎng)共振關(guān)系接收從所述供電裝置所傳輸?shù)碾娏?，以?供電元件，用于通過(guò)電磁感應(yīng)與所述共振元件耦合，并且從所述共振元件接收所接收 的電力，所述供電裝置和所述受電裝置中的至少一個(gè)包括多級(jí)設(shè)置并通過(guò)磁場(chǎng)共振關(guān)系彼此 耦合的多個(gè)共振元件。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的無(wú)線供電系統(tǒng)，其中，所述供電裝置包括多級(jí)設(shè)置并通過(guò)磁 場(chǎng)共振關(guān)系彼此耦合的多個(gè)共振元件，以及一個(gè)所述共振元件通過(guò)電磁感應(yīng)與所述供電元件耦合。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的無(wú)線供電系統(tǒng)，其中，所述受電裝置包括多級(jí)設(shè)置并通過(guò)磁 場(chǎng)共振關(guān)系彼此耦合的多個(gè)共振元件，以及一個(gè)所述共振元件通過(guò)磁場(chǎng)共振關(guān)系接收傳輸至其的電力，同時(shí)另一個(gè)所述共振元件 通過(guò)電磁感應(yīng)與所述供電元件耦合。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的無(wú)線供電系統(tǒng)，其中，所述供電裝置包括多級(jí)設(shè)置并通過(guò)磁 場(chǎng)共振關(guān)系彼此耦合的多個(gè)共振元件，以及一個(gè)所述共振元件通過(guò)電磁感應(yīng)與所述供電元件耦合；以及 所述受電裝置包括多級(jí)設(shè)置并通過(guò)磁場(chǎng)共振關(guān)系彼此耦合的多個(gè)共振元件，以及 一個(gè)所述共振元件通過(guò)磁場(chǎng)共振關(guān)系接收傳輸至其的電力，同時(shí)另一個(gè)所述共振元件通過(guò)電磁感應(yīng)與所述供電元件耦合。
全文摘要
本發(fā)明提供了供電裝置、受電裝置和無(wú)線供電系統(tǒng)，該供電裝置包括發(fā)電部，用于生成待提供的電力；供電元件，用于接收通過(guò)發(fā)電部所生成并從發(fā)電部提供至該供電元件的電力；以及多個(gè)共振元件，多級(jí)設(shè)置并通過(guò)磁場(chǎng)共振關(guān)系彼此耦合；一個(gè)共振元件通過(guò)電磁感應(yīng)與供電元件耦合。
文檔編號(hào)H02J17/00GK102136764SQ20111000861
公開(kāi)日2011年7月27日 申請(qǐng)日期2011年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月21日
發(fā)明者込山伸二 申請(qǐng)人:索尼公司