專(zhuān)利名稱(chēng)：無(wú)線(xiàn)饋電裝置、無(wú)線(xiàn)電力接收機(jī)以及無(wú)線(xiàn)電力傳輸系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無(wú)線(xiàn)交流饋電，更具體地說(shuō)，涉及無(wú)線(xiàn)交流饋電裝置的電力控制。
背景技術(shù)：
不需要輸電線(xiàn)來(lái)供電的無(wú)線(xiàn)供電技術(shù)現(xiàn)在正吸引著人們的注意力。當(dāng)前的無(wú)線(xiàn)供 電技術(shù)大致可分為三種類(lèi)型(A)利用電磁感應(yīng)的類(lèi)型(針對(duì)短距離)；(B)利用無(wú)線(xiàn)電波 的類(lèi)型(針對(duì)長(zhǎng)距離)；以及(C)利用磁場(chǎng)的共振現(xiàn)象的類(lèi)型(針對(duì)中等距離)。利用電磁感應(yīng)的類(lèi)型㈧通常用于諸如電動(dòng)剃須刀的常見(jiàn)的家用電器；然而，其 僅在幾厘米的短距離中有效。利用無(wú)線(xiàn)電波的類(lèi)型(B)可用于長(zhǎng)距離，然而，其不能饋送大 的電力。利用共振現(xiàn)象的類(lèi)型(C)是相對(duì)較新的技術(shù)，由于其即使在大約幾米的中等距離 也有較高的電力傳輸效率，因此，其尤為弓丨人關(guān)注。例如，正在研究這樣一個(gè)計(jì)劃，即，將接 收線(xiàn)圈掩埋在EV(電動(dòng)車(chē))的下面部分，從而以非接觸的方式從地面的饋送線(xiàn)圈供電。該 無(wú)線(xiàn)構(gòu)造使得能夠?qū)崿F(xiàn)完全絕緣的系統(tǒng)，這對(duì)于雨中的供電特別有效。下文中，將類(lèi)型(C) 稱(chēng)為“磁場(chǎng)共振類(lèi)型”。該磁場(chǎng)共振類(lèi)型基于2006年麻省理工大學(xué)發(fā)表的理論(參照專(zhuān)利文獻(xiàn)1)。在專(zhuān) 利文獻(xiàn)1中，準(zhǔn)備了四個(gè)線(xiàn)圈。以從饋送側(cè)開(kāi)始的順序，這四個(gè)線(xiàn)圈被稱(chēng)為“激勵(lì)線(xiàn)圈”、“饋 送線(xiàn)圈”、“接收線(xiàn)圈”和“負(fù)載線(xiàn)圈”。激勵(lì)線(xiàn)圈和饋送線(xiàn)圈彼此靠近并且相互面對(duì)，以進(jìn)行 電磁耦合。類(lèi)似地，接收線(xiàn)圈和負(fù)載線(xiàn)圈彼此靠近并且相互面對(duì)，以進(jìn)行電磁耦合。饋送線(xiàn) 圈和接收線(xiàn)圈之間的距離(中等距離)大于激勵(lì)線(xiàn)圈和饋送線(xiàn)圈之間的距離以及接收線(xiàn)圈 和負(fù)載線(xiàn)圈之間的距離。此系統(tǒng)致力于從饋送線(xiàn)圈向接收線(xiàn)圈供電。當(dāng)交流供電饋送到激勵(lì)線(xiàn)圈時(shí)，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，電流還流入饋送線(xiàn)圈。當(dāng)饋送 線(xiàn)圈產(chǎn)生磁場(chǎng)導(dǎo)致饋送線(xiàn)圈和接收線(xiàn)圈磁共振時(shí)，大電流流入接收線(xiàn)圈。此時(shí)，根據(jù)電磁感 應(yīng)原理，電流還流入負(fù)載線(xiàn)圈，并且，從與負(fù)載線(xiàn)圈串聯(lián)的負(fù)載中取出電力。通過(guò)利用磁場(chǎng) 共振現(xiàn)象，即使饋送線(xiàn)圈和接收線(xiàn)圈彼此之間存在大的間距，也能夠?qū)崿F(xiàn)較高的電力傳輸 效率。[引用列表][專(zhuān)利文獻(xiàn)][專(zhuān)利文獻(xiàn)1]美國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)No. 2008/0278264[專(zhuān)利文獻(xiàn)2]日本專(zhuān)利公開(kāi)No. 2006-230032[專(zhuān)利文獻(xiàn) 3] PCT 國(guó)際公開(kāi) No. W02006/022365[專(zhuān)利文獻(xiàn)4]美國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)No. 2009/0072629[專(zhuān)利文獻(xiàn)5]美國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)No. 2009/0015075[專(zhuān)利文獻(xiàn)6]日本專(zhuān)利公開(kāi)No. 2008-172872[專(zhuān)利文獻(xiàn)7]日本專(zhuān)利公開(kāi)No. 2006-74848[專(zhuān)利文獻(xiàn)8]日本專(zhuān)利公開(kāi)No. 2003-33011本發(fā)明人考慮需要用來(lái)自動(dòng)控制饋電以使得輸出電力穩(wěn)定的機(jī)制，以便擴(kuò)展無(wú)線(xiàn)饋電的應(yīng)用性。在專(zhuān)利文獻(xiàn)7中公開(kāi)的非接觸類(lèi)型饋電裝置(其為類(lèi)型(A)的饋電裝置) 中，接收方的次級(jí)方單元向發(fā)送方的初級(jí)方單元通知輸出電壓的幅值，并且初級(jí)方單元根 據(jù)輸出電壓來(lái)控制饋電。更具體地說(shuō)，從線(xiàn)圈L4(次級(jí)方單元)向線(xiàn)圈L3(初級(jí)方單元) 發(fā)送指示輸出電壓的幅值的信號(hào)。在專(zhuān)利文獻(xiàn)7的非接觸類(lèi)型的饋電裝置中，默認(rèn)將初級(jí)方串聯(lián)共振電路或者次級(jí) 方串聯(lián)共振電路的共振頻率設(shè)置為固定值。然而，在磁場(chǎng)共振類(lèi)型的饋電情況中，共振頻率 很容易根據(jù)饋送線(xiàn)圈和接收線(xiàn)圈之間的位置關(guān)系而改變，因此，專(zhuān)利文獻(xiàn)7的機(jī)制不能實(shí) 際應(yīng)用于磁場(chǎng)共振類(lèi)型。此外，認(rèn)為在磁場(chǎng)共振類(lèi)型的情況下，由饋送線(xiàn)圈或接收線(xiàn)圈產(chǎn)生 的磁場(chǎng)顯著影響了利用電磁波從線(xiàn)圈L4向線(xiàn)圈L3的信號(hào)傳輸。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的是有效控制磁場(chǎng)共振類(lèi)型的無(wú)線(xiàn)饋電中的饋送電力。根據(jù)本發(fā)明第一方面的無(wú)線(xiàn)饋電裝置是按照無(wú)線(xiàn)方式從饋送線(xiàn)圈向接收線(xiàn)圈供 電的裝置。所述無(wú)線(xiàn)饋電裝置包括電力傳輸控制電路，其以驅(qū)動(dòng)頻率向所述饋送線(xiàn)圈饋 送交流電；饋送線(xiàn)圈電路，其包括所述饋送線(xiàn)圈和電容器，并以所述接收線(xiàn)圈的共振頻率共 振；相位檢測(cè)電路，其檢測(cè)所述交流電的電壓相位和電流相位之間的相位差；以及信號(hào)接 收電路，其從電力接收方接收指示輸出的幅值的輸出信號(hào)，其中，所述電力傳輸控制電路對(duì) 所述驅(qū)動(dòng)頻率進(jìn)行調(diào)整，使得所述相位差減小，從而使所述驅(qū)動(dòng)頻率跟蹤所述共振頻率。所 述相位檢測(cè)電路根據(jù)所述輸出信號(hào)對(duì)所述電壓相位和電流相位中的兩者或其中之一的檢 測(cè)值執(zhí)行事后調(diào)整。比較所述交流電的所述電流相位和所述電壓相位，以檢測(cè)所述電流相位和所述電 壓相位之間的所述相位差。調(diào)整所述驅(qū)動(dòng)頻率以減小所檢測(cè)的相位差，以使得所述驅(qū)動(dòng)頻 率跟蹤所述共振頻率。結(jié)果，即使所述共振頻率被改變，所述電力傳輸效率也能方便地保持 恒定。此外，即使根據(jù)所述輸出電壓的變化來(lái)對(duì)所述電壓相位和所述電流相位進(jìn)行事后調(diào) 整，也導(dǎo)致所述驅(qū)動(dòng)頻率將根據(jù)所述經(jīng)調(diào)整的相位差而改變。因此，可以利用所述驅(qū)動(dòng)頻率 作為參數(shù)來(lái)對(duì)所述饋電進(jìn)行反饋控制，使得可以方便地穩(wěn)定所述輸出電壓。所述相位檢測(cè)電路可以將所述交流電的電壓和電流分量中的兩者或其中之一轉(zhuǎn) 換為用于檢測(cè)所述相位差的具有鋸齒波形的信號(hào)。所述信號(hào)接收電路可以以諸如紅外線(xiàn)的 光信號(hào)的形式接收所述輸出信號(hào)。所述輸出信號(hào)可以是利用信號(hào)頻率的幅值來(lái)指示所述輸 出的幅值的交流信號(hào)。所述相位檢測(cè)電路可以對(duì)第一相位值和第二相位值進(jìn)行比較以檢測(cè) 所述相位差，并且所述相位檢測(cè)電路基于所述輸出信號(hào)來(lái)改變所述第一基準(zhǔn)值和所述第二 基準(zhǔn)值中的兩者或其中之一，從而對(duì)所述第一相位值和所述第二相位值中的兩者或其中之 一執(zhí)行事后調(diào)整，其中，所述第一相位值指示所述交流電的電壓水平變?yōu)榈谝换鶞?zhǔn)值的時(shí) 刻，所述第二相位值指示所述交流電的電流水平變?yōu)榈诙鶞?zhǔn)值的時(shí)刻。所述無(wú)線(xiàn)饋電裝置還可以包括激勵(lì)線(xiàn)圈，該激勵(lì)線(xiàn)圈與所述饋送線(xiàn)圈磁耦合，并 將交流電從所述電力傳輸控制電路饋送到所述饋送線(xiàn)圈。所述電力傳輸控制電路可以包 括第一電流通路和第二電流通路，并使得分別串聯(lián)連接到所述第一電流通路和所述第二電 流通路的第一開(kāi)關(guān)和第二開(kāi)關(guān)以所述驅(qū)動(dòng)頻率交替導(dǎo)通，以向所述激勵(lì)線(xiàn)圈饋送所述交流 H1^ ο
無(wú)線(xiàn)饋電裝置還可以包括檢測(cè)線(xiàn)圈，該檢測(cè)線(xiàn)圈利用由所述交流電產(chǎn)生的磁場(chǎng)來(lái) 產(chǎn)生感應(yīng)電流。所述相位檢測(cè)電路可以測(cè)量流入所述檢測(cè)線(xiàn)圈的所述感應(yīng)電流的相位，以 實(shí)現(xiàn)對(duì)所述交流電的電流相位的測(cè)量。由于根據(jù)流入所述檢測(cè)線(xiàn)圈的所述感應(yīng)電流來(lái)測(cè)量 所述電流相位，因此沒(méi)有直接將測(cè)量負(fù)載施加于所述饋送線(xiàn)圈。所述檢測(cè)線(xiàn)圈可以利用由 流入所述饋送線(xiàn)圈的所述交流電所產(chǎn)生的磁場(chǎng)來(lái)產(chǎn)生所述感應(yīng)電流。根據(jù)本發(fā)明第二方面的無(wú)線(xiàn)電力接收機(jī)是通過(guò)無(wú)線(xiàn)方式在接收線(xiàn)圈處接收從上 述無(wú)線(xiàn)饋電裝置饋送的交流電的裝置。該無(wú)線(xiàn)電力接收機(jī)包括接收線(xiàn)圈電路，其包括所 述接收線(xiàn)圈和電容器，并以所述饋送線(xiàn)圈的共振頻率共振；負(fù)載電路，其包括負(fù)載線(xiàn)圈和負(fù) 載，該負(fù)載線(xiàn)圈磁耦合到所述接收線(xiàn)圈，以從所述接收線(xiàn)圈接收所述交流電，所述負(fù)載從所 述負(fù)載線(xiàn)圈接收電力；以及信號(hào)發(fā)送電路，其向所述無(wú)線(xiàn)饋電裝置發(fā)送輸出信號(hào)，該輸出信 號(hào)指示將要應(yīng)用于所述負(fù)載電路的一部分的輸出電壓的幅值。信號(hào)發(fā)送電路可以以指示所述輸出電壓和基準(zhǔn)電壓之間的差值的信號(hào)的形式發(fā) 送所述輸出信號(hào)?？梢允謩?dòng)調(diào)整所述基準(zhǔn)電壓的數(shù)值。所述輸出信號(hào)可以是按照信號(hào)頻率 的幅值來(lái)指示所述輸出電壓的幅值的交流信號(hào)?？梢岳盟鲐?fù)載電路中提供的所述整流 電路以直流電流的形式產(chǎn)生所述輸出電壓。根據(jù)本發(fā)明第三方面的無(wú)線(xiàn)電力傳輸系統(tǒng)是通過(guò)無(wú)線(xiàn)方式從饋送線(xiàn)圈向接收線(xiàn) 圈饋電的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括電力傳輸控制電路，其以驅(qū)動(dòng)頻率向所述饋送線(xiàn)圈饋送交流 電；饋送線(xiàn)圈電路，其包括所述饋送線(xiàn)圈和第一電容器；接收線(xiàn)圈電路，其包括所述接收線(xiàn) 圈和第二電容器；負(fù)載電路，其包括負(fù)載線(xiàn)圈和負(fù)載，所述負(fù)載線(xiàn)圈磁耦合到所述接收線(xiàn)圈 以從所述接收線(xiàn)圈接收所述交流電，所述負(fù)載從所述負(fù)載線(xiàn)圈接收電力；以及相位檢測(cè)電 路，其檢測(cè)所述交流電的電壓相位和電流相位之間的相位差。所述電力傳輸控制電路對(duì)所 述驅(qū)動(dòng)頻率進(jìn)行調(diào)整以減小所述相位差。所述相位檢測(cè)電路根據(jù)將要施加于所述負(fù)載電路 的一部分的輸出電壓的幅值來(lái)對(duì)所述電壓相位和所述電流相位中的兩者或其中之一的檢 測(cè)值執(zhí)行事后調(diào)整。根據(jù)本發(fā)明第四方面的無(wú)線(xiàn)饋電裝置是通過(guò)無(wú)線(xiàn)方式從饋送線(xiàn)圈向接收線(xiàn)圈饋 電的裝置。該無(wú)線(xiàn)饋電裝置包括電力傳輸控制電路，其以驅(qū)動(dòng)頻率向所述饋送線(xiàn)圈饋送交 流電；饋送線(xiàn)圈電路，其包括所述饋送線(xiàn)圈和電容器，并以所述接收線(xiàn)圈的共振頻率共振； 相位檢測(cè)電路，其檢測(cè)所述交流電的電壓相位和電流相位之間的相位差；以及信號(hào)接收電 路，其按照占空比從所述交流電的電力接收方接收指示輸出的輸出信號(hào)，并根據(jù)所述占空 比對(duì)所述輸出信號(hào)進(jìn)行直流轉(zhuǎn)換。所述電力傳輸控制電路對(duì)所述驅(qū)動(dòng)頻率進(jìn)行調(diào)整以減小 所述相位差，從而使所述驅(qū)動(dòng)頻率跟蹤所述共振頻率。所述相位檢測(cè)電路根據(jù)經(jīng)過(guò)直流轉(zhuǎn) 換的所述輸出信號(hào)的信號(hào)電平對(duì)所述電壓相位和電流相位中的兩者或其中之一的檢測(cè)值 執(zhí)行事后調(diào)整。對(duì)所述交流電的電流相位和電壓相位進(jìn)行比較，以檢測(cè)所述電流相位和所述電壓 相位之間的相位差。調(diào)整所述驅(qū)動(dòng)頻率以減小所檢測(cè)的相位差，以使得所述驅(qū)動(dòng)頻率跟蹤 所述共振頻率。結(jié)果，即使所述共振頻率被改變，所述電力傳輸效率也能方便地保持恒定。 此外，即使根據(jù)所述輸出電壓的變化來(lái)對(duì)所述電壓相位和所述電流相位進(jìn)行事后調(diào)整，也 會(huì)導(dǎo)致所述驅(qū)動(dòng)頻率將根據(jù)所述經(jīng)調(diào)整的相位差而改變。因此，可以利用所述驅(qū)動(dòng)頻率作 為參數(shù)來(lái)對(duì)所述饋電進(jìn)行反饋控制，使得可以方便地穩(wěn)定所述輸出電壓。
所述相位檢測(cè)電路可以對(duì)第一相位值和第二相位值進(jìn)行比較以檢測(cè)所述相位差， 并且所述相位檢測(cè)電路基于所述信號(hào)電平來(lái)改變所述第一基準(zhǔn)值和所述第二基準(zhǔn)值中的 兩者或其中之一，從而對(duì)所述第一相位值和所述第二相位值中的兩者或其中之一執(zhí)行事后 調(diào)整，其中，所述第一相位值指示所述交流電的電壓水平變?yōu)榈谝换鶞?zhǔn)值的時(shí)刻，所述第二 相位值指示所述交流電的電流水平變?yōu)榈诙鶞?zhǔn)值的時(shí)刻。所述信號(hào)接收電路可以以諸如 紅外線(xiàn)的光信號(hào)的形式接收所述輸出信號(hào)。所述無(wú)線(xiàn)饋電裝置還可以包括激勵(lì)線(xiàn)圈，該激勵(lì)線(xiàn)圈與所述饋送線(xiàn)圈磁耦合，并 將交流電從所述電力傳輸控制電路饋送到所述饋送線(xiàn)圈。所述電力傳輸控制電路可包括第 一電流通路和第二電流通路，并使得分別串聯(lián)連接到所述第一電流通路和所述第二電流通 路的第一開(kāi)關(guān)和第二開(kāi)關(guān)以所述驅(qū)動(dòng)頻率交替導(dǎo)通，以向所述激勵(lì)線(xiàn)圈饋送交流電。 所述無(wú)線(xiàn)饋電裝置還可包括檢測(cè)線(xiàn)圈，該檢測(cè)線(xiàn)圈利用由交流電產(chǎn)生的磁場(chǎng)來(lái)產(chǎn) 生感應(yīng)電流。所述相位檢測(cè)電路可以測(cè)量流入所述檢測(cè)線(xiàn)圈的所述感應(yīng)電流的相位，以實(shí) 現(xiàn)對(duì)所述交流電的電流相位的測(cè)量。由于根據(jù)流入所述檢測(cè)線(xiàn)圈的所述感應(yīng)電流來(lái)測(cè)量所 述電流相位，因此沒(méi)有直接將測(cè)量負(fù)載施加于所述饋送線(xiàn)圈。所述檢測(cè)線(xiàn)圈可以利用由流 入所述饋送線(xiàn)圈的所述交流電所產(chǎn)生的磁場(chǎng)來(lái)產(chǎn)生感應(yīng)電流。根據(jù)本發(fā)明第五方面的無(wú)線(xiàn)電力接收機(jī)是通過(guò)無(wú)線(xiàn)方式在接收線(xiàn)圈處接收從上 述無(wú)線(xiàn)饋電裝置饋送的交流電的裝置。該無(wú)線(xiàn)電力接收機(jī)包括接收線(xiàn)圈電路，其包括所 述接收線(xiàn)圈和電容器，并以所述饋送線(xiàn)圈的共振頻率共振；負(fù)載電路，其包括負(fù)載線(xiàn)圈和負(fù) 載，該負(fù)載線(xiàn)圈磁耦合到所述接收線(xiàn)圈，以從所述接收線(xiàn)圈接收所述交流電，該負(fù)載從所述 負(fù)載線(xiàn)圈接收電力；以及信號(hào)發(fā)送電路，其按照占空比向所述無(wú)線(xiàn)饋電裝置發(fā)送輸出信號(hào)， 該輸出信號(hào)指示將要應(yīng)用于所述負(fù)載電路的一部分的輸出電壓。所述信號(hào)發(fā)送電路可以按照所述占空比以指示所述輸出電壓和基準(zhǔn)電壓之間的 差值的信號(hào)的形式發(fā)送所述輸出信號(hào)?？梢允謩?dòng)調(diào)整所述基準(zhǔn)電壓的數(shù)值。所述無(wú)線(xiàn)電力接收機(jī)還可包括控制信號(hào)生成電路，其以預(yù)定的控制頻率生成控 制信號(hào)；以及比較電路，當(dāng)在所述控制信號(hào)的所述信號(hào)電平與所述輸出電壓之間建立預(yù)定 的幅值關(guān)系時(shí)，所述比較電路生成使能信號(hào)。所述信號(hào)發(fā)送電路可以基于所述使能信號(hào)的 所述占空比來(lái)確定所述輸出信號(hào)的占空比。所述“預(yù)定的幅值關(guān)系”可以是所述控制信號(hào) 的電平高于表示所述輸出電壓的變化的預(yù)定電平，或者所述控制信號(hào)的電平低于表示所述 輸出電壓的變化的預(yù)定電平。所述無(wú)線(xiàn)電力接收機(jī)還可包括基準(zhǔn)信號(hào)生成電路，其生成基準(zhǔn)信號(hào)，該基準(zhǔn)信號(hào) 的基準(zhǔn)頻率高于所述控制頻率。所述信號(hào)發(fā)送電路可以?xún)H當(dāng)生成所述使能信號(hào)時(shí)將所述基 準(zhǔn)信號(hào)作為所述輸出信號(hào)進(jìn)行發(fā)送。根據(jù)本發(fā)明第六方面的無(wú)線(xiàn)電力傳輸系統(tǒng)是通過(guò)無(wú)線(xiàn)方式從饋送線(xiàn)圈向接收線(xiàn) 圈饋電的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括電力傳輸控制電路，其以驅(qū)動(dòng)頻率向所述饋送線(xiàn)圈饋送交流 電；饋送線(xiàn)圈電路，其包括所述饋送線(xiàn)圈和第一電容器；接收線(xiàn)圈電路，其包括所述接收線(xiàn) 圈和第二電容器；負(fù)載電路，其包括負(fù)載線(xiàn)圈和負(fù)載，所述負(fù)載線(xiàn)圈磁耦合到所述接收線(xiàn)圈 以從所述接收線(xiàn)圈接收所述交流電，所述負(fù)載從所述負(fù)載線(xiàn)圈接收電力；相位檢測(cè)電路，其 檢測(cè)所述交流電的電壓相位和電流相位之間的相位差；信號(hào)發(fā)送電路，其按照占空比向饋 電裝置方發(fā)送指示將施加于所述負(fù)載電路的一部分的輸出電壓的輸出信號(hào)；以及信號(hào)接收電路，其在所述饋電裝置方接收所述輸出信號(hào)，并根據(jù)所述占空比對(duì)所述輸出信號(hào)進(jìn)行直 流轉(zhuǎn)換。所述電力傳輸控制電路調(diào)整所述驅(qū)動(dòng)頻率以減小所述相位差。所述相位檢測(cè)電路 根據(jù)經(jīng)過(guò)了直流轉(zhuǎn)換的所述輸出信號(hào)的信號(hào)電平來(lái)對(duì)所述電壓相位和所述電流相位中的 兩者或其中之一的檢測(cè)值執(zhí)行事后調(diào)整。應(yīng)當(dāng)注意，在方法、裝置和系統(tǒng)等之間變化的上述結(jié)構(gòu)組件和表述的任意組合都 是有效的，并且涵蓋在這里所述的實(shí)施方式中。根據(jù)本發(fā)明，可以對(duì)磁場(chǎng)共振類(lèi)型的無(wú)線(xiàn)供電中的電力傳輸有效地執(zhí)行控制。


結(jié)合附圖，本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點(diǎn)將從特定優(yōu)選實(shí)施方式的如下說(shuō)明中變得更 加明顯，附圖中圖1是第一實(shí)施方式中的無(wú)線(xiàn)電力傳輸系統(tǒng)的系統(tǒng)構(gòu)造圖；圖2是示出負(fù)載電流和負(fù)載電壓之間的關(guān)系的曲線(xiàn)圖；圖3是示出線(xiàn)圈間距離和負(fù)載電壓的曲線(xiàn)圖；圖4是示出饋送線(xiàn)圈電路的阻抗和驅(qū)動(dòng)頻率之間的關(guān)系的曲線(xiàn)圖；圖5是示出輸出電力效率和驅(qū)動(dòng)頻率之間的關(guān)系的曲線(xiàn)圖；圖6是第一實(shí)施方式中的信號(hào)發(fā)送電路的電路圖；圖7是示出VF轉(zhuǎn)換器中的信號(hào)頻率和TO信號(hào)之間的關(guān)系的曲線(xiàn)圖；圖8是第一實(shí)施方式中的信號(hào)接收電路的電路圖；圖9是示出FV轉(zhuǎn)換器中的信號(hào)頻率和T2信號(hào)之間的關(guān)系的曲線(xiàn)圖；圖10是第一實(shí)施方式中的電流相位檢測(cè)電路的電路圖；圖11是示出SO和Sl信號(hào)之間的關(guān)系的時(shí)序圖；圖12是示出第一實(shí)施方式中的無(wú)線(xiàn)電力接收機(jī)的修改示例的電路圖；圖13是示出第一實(shí)施方式中的無(wú)線(xiàn)電力傳輸系統(tǒng)的修改示例的系統(tǒng)構(gòu)造圖；圖14是第二實(shí)施方式中的無(wú)線(xiàn)電力傳輸系統(tǒng)的系統(tǒng)構(gòu)造圖；圖15是示出負(fù)載電流和負(fù)載電壓之間的關(guān)系的曲線(xiàn)圖；圖16是示出線(xiàn)圈間距離和負(fù)載電壓的曲線(xiàn)圖；圖17是示出饋送線(xiàn)圈電路的阻抗和驅(qū)動(dòng)頻率之間的關(guān)系的曲線(xiàn)圖；圖18是示出輸出電力效率和驅(qū)動(dòng)頻率之間的關(guān)系的曲線(xiàn)圖；圖19是第二實(shí)施方式中的控制信號(hào)生成電路的電路圖；圖20是示出TO至T2信號(hào)之間的關(guān)系的時(shí)序圖；圖21是第二實(shí)施方式中的信號(hào)發(fā)送電路的電路圖；圖22是示出T2、T3和T6信號(hào)之間的關(guān)系的時(shí)序圖；圖23是示出第二實(shí)施方式中的電流相位檢測(cè)電路和信號(hào)接收電路的電路圖；圖M是示出Si、S3和T5信號(hào)之間的關(guān)系的時(shí)序圖；圖25是示出Sl和S2信號(hào)之間的關(guān)系的時(shí)序圖；圖沈是示出第二實(shí)施方式中的無(wú)線(xiàn)電力接收機(jī)的修改示例的電路圖；以及圖27是示出第二實(shí)施方式中的無(wú)線(xiàn)電力傳輸系統(tǒng)的修改示例的系統(tǒng)構(gòu)造圖。
具體實(shí)施例方式下文將參照附圖來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式。圖1是根據(jù)第一實(shí)施方式的無(wú)線(xiàn)電力傳輸系統(tǒng)100的系統(tǒng)構(gòu)造圖。無(wú)線(xiàn)電力傳輸 系統(tǒng)100包括無(wú)線(xiàn)饋電裝置116和無(wú)線(xiàn)電力接收機(jī)118。無(wú)線(xiàn)饋電裝置116包括電力傳輸 控制電路200、激勵(lì)電路110、饋送線(xiàn)圈電路120、相位檢測(cè)電路114和信號(hào)接收電路112作 為基本組件。無(wú)線(xiàn)電力接收機(jī)118包括接收線(xiàn)圈電路130、負(fù)載電路140和信號(hào)發(fā)送電路 122。在饋送線(xiàn)圈電路120的饋送線(xiàn)圈L2和接收線(xiàn)圈電路130的接收線(xiàn)圈L3之間設(shè)置 長(zhǎng)度約為0.2米至1米的距離(此后，稱(chēng)為“線(xiàn)圈間距離”)。無(wú)線(xiàn)電力傳輸系統(tǒng)100主要致 力于按照無(wú)線(xiàn)方式從饋送線(xiàn)圈L2向接收線(xiàn)圈L3饋送電力。在第一實(shí)施方式中，假設(shè)共振頻 率fr為IOOkHz來(lái)進(jìn)行說(shuō)明。第一實(shí)施方式的無(wú)線(xiàn)電力傳輸系統(tǒng)100可以在諸如ISM(工 業(yè)-科學(xué)-醫(yī)學(xué))頻帶的高頻帶中進(jìn)行操作。在減少開(kāi)關(guān)晶體管的成本(稍后將說(shuō)明)以 及減少切換損失方面，低頻段相比高頻段具有優(yōu)勢(shì)。此外，低頻段較少受到無(wú)線(xiàn)電法規(guī)的限 制。在激勵(lì)電路110中，激勵(lì)線(xiàn)圈Ll和變壓器T2的次級(jí)線(xiàn)圈Li串聯(lián)連接。變壓器T2 的次級(jí)線(xiàn)圈Li與變壓器T2的初級(jí)線(xiàn)圈Lb —起組成耦合變壓器T2，并通過(guò)電磁感應(yīng)從電力 傳輸控制電路200接收交流電。激勵(lì)線(xiàn)圈Ll的匝數(shù)是1，導(dǎo)線(xiàn)直徑是5mm，而激勵(lì)線(xiàn)圈Ll本 身的形狀是210mmX210mm的正方形。在圖1中，為簡(jiǎn)明起見(jiàn)，用圓來(lái)表示激勵(lì)線(xiàn)圈Li。同 理，也可以用圓來(lái)表示其它線(xiàn)圈。圖1所示的所有線(xiàn)圈都由銅制成。流入激勵(lì)電路110的 電流Il是交流電流。在饋送線(xiàn)圈電路120中，饋送線(xiàn)圈L2和電容器C2串聯(lián)連接。激勵(lì)線(xiàn)圈Ll和饋送 線(xiàn)圈L2彼此面對(duì)。激勵(lì)線(xiàn)圈Ll和饋送線(xiàn)圈L2之間的距離相對(duì)較小，其為IOmm或者更小。 因此，激勵(lì)線(xiàn)圈Ll和饋送線(xiàn)圈L2彼此進(jìn)行強(qiáng)電磁耦合。饋送線(xiàn)圈L2的匝數(shù)是7，導(dǎo)線(xiàn)的直 徑是5mm，而饋送線(xiàn)圈L2本身的形狀是^OmmX^Omm的正方形。當(dāng)使得交流電流Il流入 激勵(lì)線(xiàn)圈Ll時(shí)，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，在饋送線(xiàn)圈L2中出現(xiàn)電動(dòng)勢(shì)，使得交流電流12流入饋 送線(xiàn)圈電路120。交流電流12明顯大于交流電流II。設(shè)置饋送線(xiàn)圈L2和電容器C2的值 使得饋送線(xiàn)圈電路120的共振頻率fr是100kHz。在接收線(xiàn)圈電路130中，接收線(xiàn)圈L3和電容器C3串聯(lián)連接。饋送線(xiàn)圈L2和接收 線(xiàn)圈L3彼此面對(duì)。接收線(xiàn)圈L3的匝數(shù)是7，導(dǎo)線(xiàn)的直徑是5mm，而接收線(xiàn)圈L3本身的形狀 是^OmmX^Omm的正方形。設(shè)置接收線(xiàn)圈L3和電容器C3的值使得接收線(xiàn)圈電路130的 共振頻率fr也是IOOkHz。因此，饋送線(xiàn)圈L2和接收線(xiàn)圈L3不必具有同樣的形狀。當(dāng)饋送 線(xiàn)圈L2以共振頻率fr = IOOkHz產(chǎn)生磁場(chǎng)時(shí)，饋送線(xiàn)圈L2和接收線(xiàn)圈L3磁共振，導(dǎo)致大 電流13流入接收線(xiàn)圈電路130。在負(fù)載電路140中，負(fù)載線(xiàn)圈L4通過(guò)整流電路IM和測(cè)量電路1 連接到負(fù)載LD。 接收線(xiàn)圈L3和負(fù)載線(xiàn)圈L4彼此面對(duì)。接收線(xiàn)圈L3和負(fù)載線(xiàn)圈L4之間的距離相對(duì)較小， 約為IOmm或者更小。因此，接收線(xiàn)圈L3和負(fù)載線(xiàn)圈L4彼此進(jìn)行強(qiáng)電磁耦合。負(fù)載線(xiàn)圈L4 的匝數(shù)是1，負(fù)載線(xiàn)圈L4的電線(xiàn)的直徑是5mm，而負(fù)載線(xiàn)圈L4本身的形狀是300mmX 300mm 的正方形。當(dāng)使得電流13流入接收線(xiàn)圈L3時(shí)，在負(fù)載電路140中出現(xiàn)電動(dòng)勢(shì)，使得交流電 14流入負(fù)載電路140。利用整流電路124將交流電流14整流為直流電流。盡管直流電流的一部分流入測(cè)量電路126，但是大部分直流電流作為直流電流15流入負(fù)載LD。整流電路 124是由橋式電路1 和電容器C5構(gòu)成的通用電路。稍后將說(shuō)明測(cè)量電路126的細(xì)節(jié)。利用無(wú)線(xiàn)電力接收機(jī)118的接收線(xiàn)圈L3來(lái)接收從無(wú)線(xiàn)饋電裝置116的饋送線(xiàn)圈 L2饋送的交流電，然后從負(fù)載LD提取該交流電作為直流電。將施加于負(fù)載LD的電壓稱(chēng)為 “負(fù)載電壓V5”。如果負(fù)載LD與接收線(xiàn)圈電路130串聯(lián)連接，則接收線(xiàn)圈電路130的Q值下降。因 此，用于電力接收的接收線(xiàn)圈電路130和用于電力提取的負(fù)載電路140彼此分離開(kāi)。為了 提高電力傳輸效率，優(yōu)選的是，使得饋送線(xiàn)圈L2、接收線(xiàn)圈L3和負(fù)載線(xiàn)圈L4的中心線(xiàn)相互重合。測(cè)量電路126包括電阻器Rl和R2、控制電源Vs和比較器132。利用電阻器Rl和 R2來(lái)對(duì)負(fù)載電壓V5進(jìn)行分壓。將施加于電阻器R2兩端的電壓稱(chēng)為“輸出電壓”。將電阻 器Rl和R2之間的連接點(diǎn)T處的電動(dòng)勢(shì)輸入比較器132的負(fù)端作為“測(cè)量電動(dòng)勢(shì)”?？刂齐?源Vs連接到比較器132的正端。將在比較器132的正端處由控制電源Vs產(chǎn)生的輸入電壓 稱(chēng)為“基準(zhǔn)電動(dòng)勢(shì)”。控制電源Vs是可變的直流電壓源，并且可以任意調(diào)整控制電源Vs的 電壓。比較器132放大測(cè)量電動(dòng)勢(shì)和基準(zhǔn)電動(dòng)勢(shì)之間的差異(此后，稱(chēng)為“校正電壓”)，并 作為T(mén)O信號(hào)輸出經(jīng)放大的數(shù)值。TO信號(hào)是直流電壓信號(hào)，指示校正電壓的幅值。換言之， TO信號(hào)是指示負(fù)載電壓V5的變化的信號(hào)。盡管稍后將詳細(xì)說(shuō)明，但是，在第一實(shí)施方式的 無(wú)線(xiàn)電力傳輸系統(tǒng)100中，對(duì)饋電進(jìn)行控制，以使得校正電壓為零，從而穩(wěn)定輸出電壓(負(fù) 載電壓％)。信號(hào)發(fā)送電路122將作為直流電壓信號(hào)的TO信號(hào)轉(zhuǎn)換為作為交流光信號(hào)的Tl信 號(hào)。Tl信號(hào)是指示輸出的幅值并由無(wú)線(xiàn)饋電裝置116的信號(hào)接收電路112接收的“輸出信 號(hào)”。電力饋送方能夠基于Tl信號(hào)得知校正電壓的幅值。稍后將利用圖6和圖7來(lái)說(shuō)明信 號(hào)發(fā)送電路122的電路構(gòu)造和處理。并且，稍后將利用圖8和圖9來(lái)說(shuō)明信號(hào)接收電路112 的電路構(gòu)造和處理。將說(shuō)明電力傳輸控制電路200的構(gòu)造。VCO(壓控振蕩器)202連接到柵極驅(qū)動(dòng)變 壓器Tl的初級(jí)端。VCO 202充當(dāng)以驅(qū)動(dòng)頻率fo生成交流電壓Vo的“振蕩器”。盡管交流 電壓Vo的波形可以是正弦波，但是，這里假設(shè)電壓波形是方波(數(shù)字波)。交流電壓Vo使 得電流在正方向和負(fù)方向這兩個(gè)方向交替地流入變壓器Tl的初級(jí)線(xiàn)圈Lh。變壓器Tl的初 級(jí)線(xiàn)圈Lh、變壓器Tl的次級(jí)線(xiàn)圈Lf和變壓器Tl的次級(jí)線(xiàn)圈Lg組成柵極驅(qū)動(dòng)耦合變壓器 Tl。電磁感應(yīng)導(dǎo)致電流在正方向和負(fù)方向這兩個(gè)方向交替地流入變壓器Tl的次級(jí)線(xiàn)圈Lf 和變壓器Tl的次級(jí)線(xiàn)圈Lg。將摩托羅拉公司制造的內(nèi)置單元(產(chǎn)品序號(hào)MC14046B)用作第一實(shí)施方式的VCO 202。VCO 202還具有基于從相位檢測(cè)電路150饋送的相位差指示電壓SC來(lái)動(dòng)態(tài)改變驅(qū)動(dòng) 頻率fo的功能(稍后將詳細(xì)說(shuō)明)。將假設(shè)驅(qū)動(dòng)頻率fo的最小值fol為90kHz并且最大值fo2為99kHz來(lái)進(jìn)行如下說(shuō) 明。相位差指示電壓SC的適當(dāng)范圍是l.O(V)至4.0 (V)。相位差指示電壓SC和驅(qū)動(dòng)頻率 fo彼此直接成比例。也就是說(shuō)，當(dāng)相位差指示電壓SC是1. O(V)時(shí)，驅(qū)動(dòng)頻率fo( = fol) 是90kHz，而當(dāng)相位差指示電壓SC是4. O(V)時(shí)，驅(qū)動(dòng)頻率fo( = fo2)是99kHz。由直流電源Vdd充電的電容器CA和CB各自充當(dāng)電力傳輸控制電路200的電源。電容器CA設(shè)置在圖1的點(diǎn)C和點(diǎn)E之間，而電容器CB設(shè)置在點(diǎn)E和點(diǎn)D之間。假設(shè)電容 器CA的電壓(點(diǎn)C和點(diǎn)E之間的電壓)是VA，電容器CB的電壓(點(diǎn)E和點(diǎn)D之間的電壓) 是VB，則VA+VB (點(diǎn)C和點(diǎn)D之間的電壓)表示輸入電壓。也就是說(shuō)，電容器CA和CB分別 充當(dāng)直流電源。變壓器Tl的次級(jí)線(xiàn)圈Lf的一端連接到開(kāi)關(guān)晶體管Ql的柵極，而變壓器Tl的次 級(jí)線(xiàn)圈Lf的另一端連接到開(kāi)關(guān)晶體管Ql的源極。變壓器Tl的次級(jí)線(xiàn)圈Lg的一端連接到 開(kāi)關(guān)晶體管Q2的柵極，而變壓器Tl的次級(jí)線(xiàn)圈Lg的另一端連接到開(kāi)關(guān)晶體管Q2的源極。 當(dāng)振蕩器202產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)頻率為fo的交流電壓Vo時(shí)，按照驅(qū)動(dòng)頻率fo交替地向開(kāi)關(guān)晶體管 Ql和Q2的柵極施加電壓Vx (Vx > 0)。結(jié)果，開(kāi)關(guān)晶體管Ql和Q2以驅(qū)動(dòng)頻率fo交替地導(dǎo) 通/關(guān)斷。開(kāi)關(guān)晶體管Ql和Q2是具有同樣特性的增強(qiáng)型MOSFET (金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效 應(yīng)晶體管)，但是也可以是諸如雙極性晶體管的其它晶體管。此外，可以使用諸如中繼開(kāi)關(guān) 的其它開(kāi)關(guān)來(lái)取代該晶體管。開(kāi)關(guān)晶體管Ql的漏極連接到電容器CA的正極。電容器CA的負(fù)極經(jīng)由變壓器T2 的初級(jí)線(xiàn)圈Lb連接到開(kāi)關(guān)晶體管Ql的源極。開(kāi)關(guān)晶體管Q2的源極連接到電容器CB的負(fù) 極。電容器CB的正極經(jīng)由變壓器T2的初級(jí)線(xiàn)圈Lb連接到開(kāi)關(guān)晶體管Q2的漏極。將開(kāi)關(guān)晶體管Ql的源極和漏極之間的電壓稱(chēng)為源極-漏極電壓VDS1，將開(kāi)關(guān)晶體 管Q2的源極和漏極之間的電壓稱(chēng)為源極-漏極電壓VDS2。將開(kāi)關(guān)晶體管Ql的源極和漏極 之間流動(dòng)的電流稱(chēng)為源極-漏極電流IDS1，將開(kāi)關(guān)晶體管Q2的源極和漏極之間流動(dòng)的電流 稱(chēng)為源極-漏極電流IDS2。示圖中的箭頭的方向指示正方向，與箭頭方向相反的方向指示 負(fù)方向。當(dāng)開(kāi)關(guān)晶體管Ql導(dǎo)通(ON)時(shí)，開(kāi)關(guān)晶體管Q2不導(dǎo)通(OFF)。此時(shí)的主要電流通 路(下文稱(chēng)為“第一電流通路”)從電容器CA的正極開(kāi)始，經(jīng)過(guò)點(diǎn)C、開(kāi)關(guān)晶體管Q1、變壓器 T2的初級(jí)線(xiàn)圈Lb和點(diǎn)E，然后返回到電容器CA的負(fù)極。開(kāi)關(guān)晶體管Ql充當(dāng)控制第一電流 通路的導(dǎo)通/不導(dǎo)通的開(kāi)關(guān)。當(dāng)開(kāi)關(guān)晶體管Q2導(dǎo)通(ON)時(shí)，開(kāi)關(guān)晶體管Ql不導(dǎo)通(OFF)。此時(shí)的主要電流通 路(下文稱(chēng)為“第二電流通路”)從電容器CB的正極開(kāi)始，經(jīng)過(guò)點(diǎn)E、變壓器T2的初級(jí)線(xiàn)圈 Lb、開(kāi)關(guān)晶體管Q2和點(diǎn)D，然后返回電容器CB的負(fù)極。開(kāi)關(guān)晶體管Q2充當(dāng)控制第二電流通 路的導(dǎo)通/不導(dǎo)通的開(kāi)關(guān)。將流入電力傳輸控制電路200中的變壓器T2的初級(jí)線(xiàn)圈Lb的電流稱(chēng)為“電流 IS”。電流IS是交流電流，并且將第一電流通路中的電流流動(dòng)定義為正方向，將第二電流通 路中的電流流動(dòng)定義為負(fù)方向。當(dāng)VCO 202以驅(qū)動(dòng)頻率fo饋送交流電壓Vo時(shí)，第一電流通路和第二電流通路以 共振頻率fo進(jìn)行切換。由于驅(qū)動(dòng)頻率為fo的交流電流Is流入變壓器T2的初級(jí)線(xiàn)圈Lb， 因此交流電流Il以驅(qū)動(dòng)頻率fo流入激勵(lì)電路110，并且驅(qū)動(dòng)頻率為fo的交流電流12流 入饋送電路120。驅(qū)動(dòng)頻率fo的值越接近于共振頻率fr，則電力傳輸效率變得越高。當(dāng)驅(qū) 動(dòng)頻率fo等于共振頻率fr時(shí)，饋送線(xiàn)圈電路120的饋送線(xiàn)圈L2和電容器C2處于共振狀 態(tài)。接收線(xiàn)圈電路130也是共振頻率為fr的共振電路，從而饋送線(xiàn)圈L2和接收線(xiàn)圈L3磁 共振。此時(shí)，可以得到最大傳輸效率。然而，在第一實(shí)施方式的情況中，共振頻率fr不包含在驅(qū)動(dòng)頻率fo的工作范圍中，從而電力傳輸效率沒(méi)有達(dá)到最大值。這是因?yàn)樨?fù)載電壓V5的穩(wěn)定性?xún)?yōu)先于使電力傳輸 效率最大化?？梢愿鶕?jù)校正電壓來(lái)檢測(cè)負(fù)載電壓V5，使得無(wú)線(xiàn)饋電裝置116自動(dòng)調(diào)整驅(qū)動(dòng) 頻率fo，從而使校正電壓為零。稍后將進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。共振頻率fr根據(jù)饋送線(xiàn)圈電路120或者接收線(xiàn)圈電路130的使用條件或使用環(huán) 境而略微改變。此外，在用新電路替換饋送線(xiàn)圈電路120或者接收線(xiàn)圈電路130時(shí)，共振頻 率fr會(huì)發(fā)生改變。另選的是，可能存在需要通過(guò)設(shè)置電容器C2或電容器C3的靜電電容變 量來(lái)積極地改變共振頻率的情況。此外，根據(jù)本發(fā)明人進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)當(dāng)饋送線(xiàn)圈L2 和接收線(xiàn)圈L3之間的距離小于一定程度時(shí)，共振頻率開(kāi)始降低。當(dāng)共振頻率fr和驅(qū)動(dòng)頻 率fo之間的差異變化時(shí)，電力傳輸效率發(fā)生變化。當(dāng)電力傳輸效率變化時(shí)，負(fù)載電壓V5也 發(fā)生變化。因此，為了穩(wěn)定負(fù)載電壓V5，即使共振頻率fr變化，也必須使共振頻率fr和驅(qū) 動(dòng)頻率fo之間的差異保持恒定。第一實(shí)施方式中的無(wú)線(xiàn)電力傳輸系統(tǒng)100具有驅(qū)動(dòng)頻率跟蹤功能，該功能使得驅(qū) 動(dòng)頻率fo自動(dòng)跟蹤共振頻率fr的變化。相位檢測(cè)電路114包括電流相位檢測(cè)電路144、相位比較電路150和低通濾波器 152。在低通濾波器152中，電阻器R3與電容器C6串聯(lián)連接，并切斷相位差指示電壓SC的 高頻分量。像VCO 202的情況那樣，將摩托羅拉公司制造的內(nèi)置單元(相位比較器)(產(chǎn)品 序號(hào)MC14046B)用作第一實(shí)施方式中的相位比較電路150。因此，可以在一個(gè)芯片中實(shí)現(xiàn)相 位比較電路150和VCO 202。電流相位檢測(cè)電路144生成Sl信號(hào)作為指示電流相位的信號(hào)。將Sl信號(hào)輸入相 位比較電路150。將由VCO 202產(chǎn)生的交流電壓Vo輸入相位比較電路150作為指示電壓相 位的SO信號(hào)。相位比較電路150根據(jù)SO信號(hào)和Sl信號(hào)檢測(cè)電流相位和電壓相位之間的 偏離(相位差)，并產(chǎn)生指示相位差幅值的相位差指示電壓SC。檢測(cè)該相位差使得檢測(cè)共 振頻率fr和驅(qū)動(dòng)頻率fo之間的偏離的幅值。通過(guò)根據(jù)相位差指示電壓SC來(lái)控制驅(qū)動(dòng)頻 率fo，可以使驅(qū)動(dòng)頻率fo和共振頻率fr之間的相位差保持恒定。例如，當(dāng)驅(qū)動(dòng)頻率fo和共振頻率fr彼此偏離時(shí)，相位差相應(yīng)地增加，使得相位比 較電路150產(chǎn)生相位差指示電壓SC，從而減小該相位差。因此，即使共振頻率fr變化，也能 夠保持電力傳輸效率恒定，從而穩(wěn)定負(fù)載電壓V5。稍后將利用圖10來(lái)說(shuō)明電流相位檢測(cè)電 路144的電路構(gòu)造，并且稍后將利用圖11和圖12來(lái)說(shuō)明SO信號(hào)和Sl信號(hào)之間的關(guān)系?？梢酝ㄟ^(guò)將電阻器并聯(lián)到變壓器Tl的初級(jí)線(xiàn)圈Lh的兩端來(lái)對(duì)交流電壓Vo進(jìn)行 分壓來(lái)得到SO信號(hào)。即使在VCO 202所產(chǎn)生的交流電壓Vo較大的情況下，也能夠?qū)⒔涣?電壓降低到可利用電壓分壓來(lái)進(jìn)行管理的水平?？梢愿鶕?jù)源-漏電壓VDSl和VDS2或者 源-柵電壓VGSl和VGS2來(lái)測(cè)量電壓相位。即使共振頻率fr恒定，在一些情況下，負(fù)載電壓V5也會(huì)變化。例如，在負(fù)載LD是 可變電阻器的情況下或者在負(fù)載LD被新的負(fù)載取代時(shí)，負(fù)載電壓V5改變。在第一實(shí)施方 式中，以校正電壓的形式檢測(cè)到負(fù)載電壓V5的變化，并且自動(dòng)調(diào)整驅(qū)動(dòng)頻率fo，以使得校 正電壓為零，從而使負(fù)載電壓V5穩(wěn)定。以Tl信號(hào)(交流光信號(hào))的形式從信號(hào)發(fā)送電路122向信號(hào)接收電路112發(fā)送 校正電壓。信號(hào)接收電路112將作為交流光信號(hào)的Tl信號(hào)轉(zhuǎn)換為作為直流電壓信號(hào)的T2 信號(hào)。T2信號(hào)的電壓水平與校正電壓直接成正比。
電流相位檢測(cè)電路144利用指示校正電壓的T2信號(hào)(直流電壓信號(hào))來(lái)調(diào)整指 示電流相位的S2信號(hào)(交流電壓信號(hào))，并輸出Sl信號(hào)(交流電壓信號(hào))作為校正電流相 位。當(dāng)T2信號(hào)為零時(shí)，也就是說(shuō)，當(dāng)假設(shè)負(fù)載電壓V5為期望值時(shí)，S2信號(hào)直接變?yōu)镾l信 號(hào)。相位比較電路150基于SO和Sl信號(hào)來(lái)檢測(cè)交流電的電壓相位和電流相位之間的相位 差，并輸出相位差指示電壓SC。VCO 202基于相位差指示電壓SC來(lái)調(diào)整驅(qū)動(dòng)頻率fo。更具 體地說(shuō)，VCO 202改變交流電壓Vo的脈沖寬度，從而改變驅(qū)動(dòng)頻率fo。并且，當(dāng)校正電壓(即，T2信號(hào))不為零時(shí)，相位比較電路150基于SO和Sl信號(hào) 來(lái)檢測(cè)交流電的電壓相位和電流相位之間的相位差，并輸出相位差指示電壓Sc。然而，此 時(shí)，Sl信號(hào)是通過(guò)根據(jù)T2信號(hào)來(lái)校正S2信號(hào)所獲得的信號(hào)，從而Sl信號(hào)不指示實(shí)際的電 流相位。稍后將利用圖11來(lái)說(shuō)明基于校正電壓的調(diào)整邏輯。在饋送線(xiàn)圈電路120處提供檢測(cè)線(xiàn)圈LSS。檢測(cè)線(xiàn)圈LSS是圍繞具有穿透孔的鐵 心154(環(huán)形鐵心)纏繞NS次的線(xiàn)圈。由諸如鐵、硅鋼或坡莫合金(permalloy)的公知材 料制成鐵心154。在本實(shí)施方式中，檢測(cè)線(xiàn)圈LSS的匝數(shù)NS是100。饋送線(xiàn)圈電路120的電流通路的一部分穿透鐵心154的穿透孔。這意味著饋送線(xiàn) 圈電路120相對(duì)于鐵心154的匝數(shù)NP是1。利用上述構(gòu)造，檢測(cè)線(xiàn)圈LSS和饋送線(xiàn)圈L2組 成耦合變壓器。饋送線(xiàn)圈L2的交流電流12所產(chǎn)生的交流磁場(chǎng)導(dǎo)致感應(yīng)電流ISS具有與流 入檢測(cè)線(xiàn)圈LSS的電流12相同的相位。根據(jù)等安匝定律，用12 · (NP/NS)來(lái)表示感應(yīng)電流 ISS的幅值。電阻器R4連接到檢測(cè)線(xiàn)圈LSS的兩端。電阻器R4的一端B接地，電阻器R4的另 一端A經(jīng)由比較器142連接到相位檢測(cè)電路150。利用比較器142來(lái)將電勢(shì)VSS數(shù)字化為S2信號(hào)。當(dāng)電勢(shì)Vql超過(guò)預(yù)定閾值(例 如，0.1 (V))時(shí)，比較器142輸出飽和電壓3.0 (V)。因此，通過(guò)比較器142將電勢(shì)VSS轉(zhuǎn)換 為數(shù)字波形的S2信號(hào)。電流12和感應(yīng)電流ISS具有相同的相位，并且感應(yīng)電流ISS和電 勢(shì)VSS(S2信號(hào))具有相同的相位。此外，流入電力傳輸控制電路200的交流電流Is與電 流12具有相同的相位。因此，通過(guò)觀察S2信號(hào)的波形，可以測(cè)量交流電流Is的電流相位。圖2是示出負(fù)載電流15和負(fù)載電壓V5之間的關(guān)系的曲線(xiàn)圖。橫軸表示流入負(fù)載 LD的負(fù)載電流15(直流)的幅值，而縱軸表示負(fù)載電壓V5。未調(diào)整特性134表示在沒(méi)有基 于校正電壓執(zhí)行調(diào)整的情況下所得到的電流-電壓特性。在未調(diào)整特性134的情況下，當(dāng) 負(fù)載LD增加時(shí)，負(fù)載電流15降低并且負(fù)載電壓V5增加。另一方面，當(dāng)負(fù)載LD降低時(shí)，負(fù) 載電流15增加并且負(fù)載電壓V5降低。如上所述，當(dāng)負(fù)載LD變化時(shí)，即使饋送的是恒定的 電力，負(fù)載電壓V5也變化。第一實(shí)施方式中的無(wú)線(xiàn)電力傳輸系統(tǒng)100實(shí)現(xiàn)了用調(diào)整特性136表示的電流-電 壓特性。具體地說(shuō)，基于校正電壓來(lái)調(diào)整Si信號(hào)，以改變電力傳輸效率，從而穩(wěn)定負(fù)載電壓 V5。圖3是示出線(xiàn)圈間距離d和負(fù)載電壓V5之間的關(guān)系的曲線(xiàn)圖。橫軸表示饋送線(xiàn) 圈L2和接收線(xiàn)圈L3之間的線(xiàn)圈間距離d，而縱軸表示負(fù)載電壓V5。未調(diào)整特性146表示 在沒(méi)有基于校正電壓執(zhí)行調(diào)整的情況下所得到電壓-距離特性。如上所述，共振頻率fr根 據(jù)線(xiàn)圈間距離d而改變。當(dāng)共振頻率fr變化以導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)頻率fo和共振頻率fr之間的差 異變化時(shí)，電力傳輸效率變化。即使當(dāng)驅(qū)動(dòng)頻率fo跟蹤共振頻率fr時(shí)，負(fù)載電壓V5根據(jù)線(xiàn)圈間距離d也會(huì)發(fā)生一定程度的改變。第一實(shí)施方式中的無(wú)線(xiàn)電力傳輸系統(tǒng)100實(shí)現(xiàn)了用調(diào)整特性148表示的電壓-距 離特性。也就是說(shuō)，基于校正電壓來(lái)調(diào)整Sl信號(hào)，以改變電力傳輸效率，從而穩(wěn)定負(fù)載電壓 V5。圖4是示出驅(qū)動(dòng)頻率fo和饋送線(xiàn)圈電路120的阻抗Z之間的關(guān)系的曲線(xiàn)圖?？v軸 表示饋送線(xiàn)圈電路120(電容器C2和饋送線(xiàn)圈L2在其中串聯(lián)連接的電路)的阻抗Z。橫軸 表示驅(qū)動(dòng)頻率fo。阻抗Z在共振狀態(tài)下是最小值加化。盡管理想情況下共振狀態(tài)時(shí)Siiin =0，由于饋送線(xiàn)圈電路120中包含一些電阻元件，所以，Zmin 一般不為零。當(dāng)驅(qū)動(dòng)頻率fo和共振頻率fr彼此一致時(shí)，阻抗Z變?yōu)樽钚?，電容器C2和饋送線(xiàn) 圈L2處于共振狀態(tài)。當(dāng)驅(qū)動(dòng)頻率fo和共振頻率fr彼此偏離時(shí)，電容性電抗和電感性電抗 中的一個(gè)比另一個(gè)占優(yōu)勢(shì)，從而阻抗Z也增加。隨著驅(qū)動(dòng)頻率fo和共振頻率fr之間的偏離變大，阻抗Z增加，結(jié)果電力傳輸效率 下降。也就是說(shuō)，可以通過(guò)改變驅(qū)動(dòng)頻率fo和共振頻率fr之間的差異來(lái)改變電力傳輸效率。圖5是示出輸出電力效率和驅(qū)動(dòng)頻率fo之間的關(guān)系的曲線(xiàn)圖。輸出電力效率是 實(shí)際從饋送線(xiàn)圈L2饋送的電力相對(duì)于最大輸出值的比例。當(dāng)驅(qū)動(dòng)頻率fo與共振頻率fr 一致時(shí)，電流相位和電壓相位之間的差異變?yōu)榱?，因此，電力傳輸效率變得最大，結(jié)果可以 獲得100(%)的輸出電力效率。可以根據(jù)從負(fù)載LD獲取的電力的幅值來(lái)測(cè)量輸出電力效 率。在第一實(shí)施方式的無(wú)線(xiàn)電力傳輸系統(tǒng)100中，在fol至fo2的范圍內(nèi)調(diào)整驅(qū)動(dòng)頻率fo， 該驅(qū)動(dòng)頻率fo低于共振頻率fr。圖6是第一實(shí)施方式中的信號(hào)發(fā)送電路122的電路圖。信號(hào)發(fā)送電路122包括紅 外線(xiàn)LED (發(fā)光二極管)158、晶體管Q3和VF轉(zhuǎn)換器156。晶體管Q3是發(fā)射極接地的雙極 型晶體管，晶體管Q3的基極和發(fā)射極通過(guò)電阻器R6相連接。紅外線(xiàn)LED 158的一端通過(guò) 電阻器R5連接到電源Vcc，而其另一端連接到晶體管Q3的集電極。VF轉(zhuǎn)換器156也連接 到晶體管Q3的基極。測(cè)量電路126向VF轉(zhuǎn)換器156發(fā)送指示校正電壓的TO信號(hào)(直流電壓信號(hào))。 VF轉(zhuǎn)換器156生成T3信號(hào)(交流電壓信號(hào))，T3信號(hào)是占空比為50%的脈沖信號(hào)。Τ3信 號(hào)的信號(hào)頻率fsl根據(jù)TO信號(hào)(校正電壓)而改變。圖7是示出VF轉(zhuǎn)換器156中的信號(hào) 頻率fsl和TO信號(hào)之間的關(guān)系的曲線(xiàn)圖。利用紅外線(xiàn)LED 158將T3信號(hào)(交流電壓信號(hào))改變?yōu)門(mén)l信號(hào)(交流光信號(hào))。 紅外線(xiàn)LED 158向信號(hào)接收電路112發(fā)送Tl信號(hào)(交流光信號(hào))。Tl信號(hào)是以信號(hào)頻率 fsl閃爍的光信號(hào)(紅外線(xiàn)信號(hào))。Tl信號(hào)的波長(zhǎng)約為940nm。Tl信號(hào)傳播達(dá)幾米，使得即 使線(xiàn)圈間距離較大也不會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。此外，紅外線(xiàn)幾乎不會(huì)受到饋送線(xiàn)圈L2所產(chǎn)生的磁場(chǎng) 的影響，能夠獲得Tl信號(hào)和饋電彼此不相互影響的優(yōu)點(diǎn)。圖8是第一實(shí)施方式中的信號(hào)接收電路112的電路圖。信號(hào)接收電路112包括光 電二極管160、電壓轉(zhuǎn)換部分164和FV轉(zhuǎn)換器138。電壓轉(zhuǎn)換部分164包括比較器162和 電阻器R7。光電二極管160接收信號(hào)頻率為fsl的Tl信號(hào)(交流光信號(hào))。利用電壓轉(zhuǎn)換 部分164將Tl信號(hào)(交流光信號(hào))轉(zhuǎn)換為T(mén)4信號(hào)(交流電壓信號(hào))。在電壓轉(zhuǎn)換部分164中，將電阻器R7調(diào)整為每1勒克斯(Iux)輸出lmv。Tl信號(hào)在接收時(shí)的亮度是約0至 20001ux,因此，T4信號(hào)的電壓電平是0至2. O(V)。T4信號(hào)是以信號(hào)頻率fsl變化的類(lèi)脈 沖電壓信號(hào)。T4信號(hào)的占空比是50%。利用FV轉(zhuǎn)換器138將T4信號(hào)(交流電壓信號(hào)) 轉(zhuǎn)換為固定的T2值(直流電壓信號(hào))。圖9是示出FV轉(zhuǎn)換器138中的信號(hào)頻率fsl和T2 信號(hào)之間的關(guān)系的曲線(xiàn)圖。信號(hào)頻率fsl越高，則將T2信號(hào)的電壓電平設(shè)置得越高。圖10是第一實(shí)施方式中的電流相位檢測(cè)電路144的電路圖。電流相位檢測(cè)電路 144包括比較器166和電流波形成型電路168。利用比較器142將電勢(shì)VSS成型為數(shù)字波 形的S2信號(hào)，并將其輸入電流波形成型電路168。電流波形成型電路168將數(shù)字波形(矩 形波形)的S2信號(hào)成型為鋸齒波形的S3信號(hào)。在電流波形成型電路168中，將電阻器R8 插入S2信號(hào)的通路上，并將二極管Dl并聯(lián)連接到電阻器R8。通過(guò)電容器C7將S2信號(hào)的 傳輸通路接地。將S3信號(hào)(交流電壓信號(hào))輸入到比較器166的正端，并將從信號(hào)接收電路112 輸出的T2信號(hào)(直流電壓信號(hào))輸入到比較器166的負(fù)端。S3信號(hào)是指示電流相位的信 號(hào)，而T2信號(hào)是指示校正電壓的直流電壓信號(hào)。比較器166在S3信號(hào)的電平高于S2信號(hào)的電平時(shí)輸出高電平的Sl信號(hào)，而在其 余時(shí)間，其輸出低電平的Sl信號(hào)。稍后將利用圖11和隨后的附圖來(lái)說(shuō)明實(shí)際的輸出波長(zhǎng)。圖11是示出SO和Sl信號(hào)之間的關(guān)系的時(shí)序圖。從時(shí)刻to至?xí)r刻tl的時(shí)間周 期(此后，稱(chēng)為“第一周期”)是開(kāi)關(guān)晶體管Ql開(kāi)啟并且開(kāi)關(guān)晶體管Q2關(guān)閉的時(shí)間周期。 從時(shí)刻tl至?xí)r刻t2的時(shí)間周期(此后，稱(chēng)為“第二周期”)是開(kāi)關(guān)晶體管Ql關(guān)閉并且開(kāi)關(guān) 晶體管Q2開(kāi)啟的時(shí)間周期。從時(shí)刻t2至?xí)r刻t3的時(shí)間周期(此后，稱(chēng)為“第三周期”)是 開(kāi)關(guān)晶體管Ql開(kāi)啟并且開(kāi)關(guān)晶體管Q2關(guān)閉的時(shí)間周期。從時(shí)刻t3至?xí)r刻t4的時(shí)間周期 (此后，稱(chēng)為“第四周期”)是開(kāi)關(guān)晶體管Ql關(guān)閉并且開(kāi)關(guān)晶體管Q2開(kāi)啟的時(shí)間周期。在時(shí)刻t0，交流電壓Vo (SO信號(hào))從最小值0.0 (V)改變?yōu)樽畲笾?.0 (V)。在第 一時(shí)間周期結(jié)束的時(shí)刻tl，交流電壓Vo (SO信號(hào))從最大值3. O(V)改變?yōu)樽钚≈?.0 (V)。 此后，將SO信號(hào)上升的時(shí)刻(例如，表示為時(shí)刻to)稱(chēng)為“電壓相位值”。在驅(qū)動(dòng)頻率fo低于共振頻率fr的情況下，在饋送線(xiàn)圈電路120(LC共振電路)的 阻抗Z中出現(xiàn)電容性阻抗分量，并且電流Is的電流相位相對(duì)于電壓相位超前。因此，指示 電流相位的S2信號(hào)在比時(shí)刻t0更早的時(shí)刻t6上升。此后，將S2信號(hào)上升的時(shí)刻(例如， 表示為時(shí)刻t6)稱(chēng)為“電流相位值”。在圖11的示例中，通過(guò)t0-t6所得到的值表示該相位 差。這里，t0-t6 > 0成立，從而電流相位相對(duì)于電壓相位超前。當(dāng)S2信號(hào)在時(shí)刻t6上升時(shí)，S3信號(hào)的電平開(kāi)始增加。在S2信號(hào)的電平變?yōu)榱?的時(shí)刻t8，S3信號(hào)的電平也從最大值3. O(V)急劇降低為0. O(V)。T2信號(hào)是電平根據(jù)校正電壓的幅值而改變的直流電壓信號(hào)。在圖11中，檢測(cè)到校 正電壓，也就是說(shuō)，負(fù)載電壓V5偏離期望值。分別將S3信號(hào)和T2信號(hào)輸入到比較器166的正端和負(fù)端，并從比較器166輸出 Sl信號(hào)。在S3信號(hào)的電平高于T3信號(hào)的電平的周期期間(S3>T3)，S1信號(hào)的電平高于 0(S1 >0)，而在其余時(shí)間中，Sl信號(hào)的電平為0(S1 = 0)。在圖11中，S3信號(hào)的電平在晚 于時(shí)刻t0的時(shí)刻t7 (此后，也將這樣的時(shí)刻稱(chēng)為“經(jīng)校正的電流相位值”)高于T3的電平 (S3 > T3)。T2信號(hào)的電壓電平作為用來(lái)確定經(jīng)校正的電流相位值的“基準(zhǔn)值”。
相位比較電路150對(duì)SO信號(hào)的上升沿時(shí)刻t0和Sl信號(hào)的上升沿時(shí)刻t7進(jìn)行比 較，以計(jì)算相位差td。盡管實(shí)際的相位差是t0-t6(>0)，但是通過(guò)t0-t7(<0)得到相位 比較電路150所得知的相位差。相位比較電路150輸出相位差指示電壓SC，該相位差指示 電壓SC對(duì)應(yīng)于通過(guò)t0-t7所得到的數(shù)值。VCO 202確定電流相位相對(duì)于電壓相位存在延 遲，也就是說(shuō)，驅(qū)動(dòng)頻率fo高于共振頻率fr，并且嘗試通過(guò)降低驅(qū)動(dòng)頻率fo來(lái)消除該相位 差。結(jié)果，執(zhí)行反饋控制，使得電力傳輸效率下降，負(fù)載電壓V5降低，并且校正電壓被消除。圖12是示出第一實(shí)施方式中的無(wú)線(xiàn)電力接收機(jī)118的修改示例的電路圖。盡管 在圖1中將直流電流15饋送到負(fù)載LD，但是，在修改示例中，可直接將交流電流14饋送到 負(fù)載LD。在這種情況中，整流電路IM和測(cè)量電路1 連接到負(fù)載線(xiàn)圈L4的一部分，從而 允許輸出TO信號(hào)。圖13是示出作為第一實(shí)施方式的修改示例的無(wú)線(xiàn)電力傳輸系統(tǒng)100的系統(tǒng)構(gòu)造 圖。在該修改例的無(wú)線(xiàn)電力傳輸系統(tǒng)100中，電力傳輸控制電路200直接驅(qū)動(dòng)饋送線(xiàn)圈電 路120而無(wú)需激勵(lì)電路110的干預(yù)。利用與圖1相同的附圖標(biāo)記所指示的組件與圖1中的 對(duì)應(yīng)組件具有相同的或?qū)?yīng)的功能。在該修改例中的饋送線(xiàn)圈電路120中，變壓器T2的次級(jí)線(xiàn)圈Li串聯(lián)連接至饋送 線(xiàn)圈L2和電容器C2。變壓器T2的次級(jí)線(xiàn)圈Li與變壓器T2的初級(jí)線(xiàn)圈Lb —起構(gòu)成耦合 變壓器T2，并利用電磁感應(yīng)從電力傳輸控制電路200接收交流電。因此，可以直接從電力傳 輸控制電路200向饋送線(xiàn)圈電路120饋送交流電，而無(wú)需激勵(lì)電路110的干預(yù)。盡管電力傳輸控制電路200是半橋式電路，但是，也可以將其構(gòu)造成推挽式電路。 電流波形成型電路168所生成的S3信號(hào)可以是不僅具有鋸齒波形還具有三角波或正弦波 的交流信號(hào)，其中，電壓值在預(yù)定的時(shí)間周期內(nèi)逐漸地增加或降低。盡管在第一實(shí)施方式中 將電流相位設(shè)置為調(diào)整目標(biāo)，但是，也可以基于TO信號(hào)來(lái)調(diào)整電壓相位。此外，可以不僅基 于輸出電壓還基于電流或功率來(lái)實(shí)現(xiàn)反饋控制。盡管Tl信號(hào)(交流光信號(hào))的信號(hào)頻率fsl在第一實(shí)施方式中指示校正電壓， 但是，可以用Tl信號(hào)的幅值或占空比來(lái)表示校正電壓。另選地，可以作為數(shù)字信號(hào)來(lái)發(fā)送 指示校正電壓的數(shù)值信息。Tl信號(hào)不限于諸如紅外線(xiàn)的光信號(hào)，還可以是無(wú)線(xiàn)電信號(hào)。在 任何速率上，只需Tl信號(hào)的頻段足夠遠(yuǎn)離驅(qū)動(dòng)頻率fo或共振頻率fr的頻段。紅外線(xiàn)LED 158和光電二極管160的價(jià)格相對(duì)較低，因此在第一實(shí)施方式中采用了光信號(hào)。[第二實(shí)施方式]圖14是根據(jù)第二實(shí)施方式的無(wú)線(xiàn)電力傳輸系統(tǒng)1100的系統(tǒng)構(gòu)造圖。無(wú)線(xiàn)電力傳 輸系統(tǒng)1100包括無(wú)線(xiàn)饋電裝置1116和無(wú)線(xiàn)電力接收機(jī)1118。無(wú)線(xiàn)饋電裝置1116包括電 力傳輸控制電路1200、激勵(lì)電路1110、饋送線(xiàn)圈電路1120、相位檢測(cè)電路1114和信號(hào)接收 電路1112作為基本組件。無(wú)線(xiàn)電力接收機(jī)1118包括接收線(xiàn)圈電路1130、負(fù)載電路1140、 控制信號(hào)生成電路1170、基準(zhǔn)信號(hào)生成電路1172和信號(hào)發(fā)送電路1122。在饋送線(xiàn)圈電路1120的饋送線(xiàn)圈L2和接收線(xiàn)圈電路1130的接收線(xiàn)圈L3之間 設(shè)置長(zhǎng)度約為0. 2米至1米的距離(此后，稱(chēng)為“線(xiàn)圈間距離”)。無(wú)線(xiàn)電力傳輸系統(tǒng)1100 主要致力于按照無(wú)線(xiàn)方式從饋送線(xiàn)圈L2向接收線(xiàn)圈L3饋送電力。在第二實(shí)施方式中，假 設(shè)共振頻率為IOOkHz來(lái)進(jìn)行說(shuō)明。第二實(shí)施方式的無(wú)線(xiàn)電力傳輸系統(tǒng)可以在諸如ISM(工 業(yè)-科學(xué)-醫(yī)學(xué))頻帶的高頻帶中進(jìn)行操作。在減少開(kāi)關(guān)晶體管的成本(稍后將說(shuō)明)以及減少切換損失方面，低頻段相比高頻段具有優(yōu)勢(shì)。此外，低頻段較少受到無(wú)線(xiàn)電法規(guī)的限 制。在激勵(lì)電路1110中，激勵(lì)線(xiàn)圈Ll和變壓器T2的次級(jí)線(xiàn)圈Li串聯(lián)連接。變壓器 T2的次級(jí)線(xiàn)圈Li與變壓器T2的初級(jí)線(xiàn)圈Lb —起組成耦合變壓器T2，并通過(guò)電磁感應(yīng)從 電力傳輸控制電路1200接收交流電。激勵(lì)線(xiàn)圈Ll的匝數(shù)是1，導(dǎo)線(xiàn)直徑是5mm，而激勵(lì)線(xiàn) 圈Ll本身的形狀是210mmX210mm的正方形。在圖1中，為簡(jiǎn)明起見(jiàn)，用圓來(lái)表示激勵(lì)線(xiàn)圈 Li。同理，也可以用圓來(lái)表示其它線(xiàn)圈。圖1所示的所有線(xiàn)圈都由銅制成。流入激勵(lì)電路 1110的電流Il是交流電流。在饋送線(xiàn)圈電路1120中，饋送線(xiàn)圈L2和電容器C2串聯(lián)連接。激勵(lì)線(xiàn)圈Ll和饋 送線(xiàn)圈L2彼此面對(duì)。激勵(lì)線(xiàn)圈Ll和饋送線(xiàn)圈L2之間的距離相對(duì)較小，其為IOmm或者更 小。因此，激勵(lì)線(xiàn)圈Ll和饋送線(xiàn)圈L2彼此進(jìn)行強(qiáng)電磁耦合。饋送線(xiàn)圈L2的匝數(shù)是7，導(dǎo)線(xiàn) 的直徑是5mm，而饋送線(xiàn)圈L2本身的形狀是^OmmX ^Omm的正方形。當(dāng)使得交流電流Il 流入激勵(lì)線(xiàn)圈Ll時(shí)，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，在饋送線(xiàn)圈L2中出現(xiàn)電動(dòng)勢(shì)，使得交流電流12流 入饋送線(xiàn)圈電路1120。交流電流12明顯大于交流電流II。設(shè)置饋送線(xiàn)圈L2和電容器C2 的值使得饋送線(xiàn)圈電路1120的共振頻率fr是100kHz。在接收線(xiàn)圈電路1130中，接收線(xiàn)圈L3和電容器C3串聯(lián)連接。饋送線(xiàn)圈L2和接 收線(xiàn)圈L3彼此面對(duì)。接收線(xiàn)圈L3的匝數(shù)是7，導(dǎo)線(xiàn)的直徑是5mm，而接收線(xiàn)圈L3本身的形 狀是^OmmX^Omm的正方形。設(shè)置接收線(xiàn)圈L3和電容器C3的值使得接收線(xiàn)圈電路130 的共振頻率fr也是IOOkHz。因此，饋送線(xiàn)圈L2和接收線(xiàn)圈L3不必具有同樣的形狀。當(dāng)饋 送線(xiàn)圈L2以共振頻率fr = IOOkHz產(chǎn)生磁場(chǎng)時(shí)，饋送線(xiàn)圈L2和接收線(xiàn)圈L3磁共振，導(dǎo)致 大電流13流入接收線(xiàn)圈電路1130。在負(fù)載電路140中，負(fù)載線(xiàn)圈L4通過(guò)整流電路IlM和測(cè)量電路11 連接到負(fù)載 LD。接收線(xiàn)圈L3和負(fù)載線(xiàn)圈L4彼此面對(duì)。接收線(xiàn)圈L3和負(fù)載線(xiàn)圈L4之間的距離相對(duì)較小， 約為IOmm或者更小。因此，接收線(xiàn)圈L3和負(fù)載線(xiàn)圈L4彼此進(jìn)行強(qiáng)電磁耦合。負(fù)載線(xiàn)圈L4 的匝數(shù)是1，負(fù)載線(xiàn)圈L4的電線(xiàn)的直徑是5mm，而負(fù)載線(xiàn)圈L4本身的形狀是300mmX300mm 的正方形。當(dāng)使得電流13流入接收線(xiàn)圈L3時(shí)，在負(fù)載電路1140中出現(xiàn)電動(dòng)勢(shì)，使得交流 電14流入負(fù)載電路1140。利用整流電路IlM將交流電流14整流為直流電流。盡管直流 電流的一部分流入測(cè)量電路1126，但是大部分直流電流作為直流電流15流入負(fù)載LD。整 流電路IlM是由橋式電路11 和電容器C5構(gòu)成的通用電路。稍后將說(shuō)明測(cè)量電路11 的細(xì)節(jié)。利用無(wú)線(xiàn)電力接收機(jī)1118的接收線(xiàn)圈L3來(lái)接收從無(wú)線(xiàn)饋電裝置1116的饋送線(xiàn) 圈L2饋送的交流電，然后從負(fù)載LD提取該交流電作為直流電。將施加于負(fù)載LD的電壓稱(chēng) 為“負(fù)載電壓V5”。如果負(fù)載LD與接收線(xiàn)圈電路1130串聯(lián)連接，則接收線(xiàn)圈電路1130的Q值下降。 因此，用于電力接收的接收線(xiàn)圈電路1130和用于電力提取的負(fù)載電路1140彼此分離開(kāi)。為 了增強(qiáng)電力傳輸效率，優(yōu)選的是，使得饋送線(xiàn)圈L2、接收線(xiàn)圈L3和負(fù)載線(xiàn)圈L4的中心線(xiàn)相
互重合。測(cè)量電路11 包括電阻器Rl和R2、控制電源Vs和比較器1132。利用電阻器Rl 和R2來(lái)對(duì)負(fù)載電壓V5進(jìn)行分壓。將施加于電阻器R2兩端的電壓稱(chēng)為“輸出電壓”。將電阻器Rl和R2之間的連接點(diǎn)F處的電動(dòng)勢(shì)輸入比較器1132的負(fù)端作為“測(cè)量電動(dòng)勢(shì)”。控 制電源Vs連接到比較器1132的正端。將在比較器1132的正端處由控制電源Vs產(chǎn)生的輸 入電壓稱(chēng)為“基準(zhǔn)電動(dòng)勢(shì)”。比較器1132對(duì)測(cè)量電動(dòng)勢(shì)和基準(zhǔn)電動(dòng)勢(shì)之間的差異(此后，稱(chēng)為“校正電壓”)進(jìn) 行放大，并將放大后的數(shù)值作為T(mén)O信號(hào)輸出。TO信號(hào)是直流電壓信號(hào)，指示校正電壓的幅 值。換言之，TO信號(hào)是指示負(fù)載電壓V5的變化的信號(hào)。盡管稍后將詳細(xì)說(shuō)明，但是，在第二 實(shí)施方式的無(wú)線(xiàn)電力傳輸系統(tǒng)1100中，對(duì)饋電進(jìn)行控制，以使得校正電壓為零，從而穩(wěn)定 輸出電壓(負(fù)載電壓V5)。在第二實(shí)施方式中，將基準(zhǔn)電勢(shì)設(shè)置為2. 5(V)。此外，將電阻器 Rl和R2設(shè)置為使得當(dāng)負(fù)載電壓乂5為M(V)時(shí)測(cè)量電勢(shì)為2.5(V)并且校正電壓為O(V)。 控制電壓Vs是可變直流電壓源，能夠被任意調(diào)整?？刂菩盘?hào)生成電路1170是生成控制頻率為fc的交流電壓信號(hào)作為T(mén)l信號(hào)的電 路。第二實(shí)施方式中的控制頻率fc是1.0kHz。稍后將利用圖19來(lái)詳細(xì)說(shuō)明控制信號(hào)生 成電路1170。比較器1174對(duì)TO信號(hào)和Tl信號(hào)進(jìn)行比較，在Tl信號(hào)的電平高于TO信號(hào) 的電平(Tl > TO)時(shí)，比較器1174生成高電平的T2信號(hào)(使能信號(hào)交流電壓信號(hào))。盡 管稍后將進(jìn)行詳述，但是，T2信號(hào)的占空比根據(jù)校正電壓而改變。稍后將利用圖20來(lái)說(shuō)明 TO至T2信號(hào)之間的關(guān)系?；鶞?zhǔn)信號(hào)生成電路1172生成基準(zhǔn)頻率為fs的交流電壓信號(hào)作為T(mén)3信號(hào)。第二 實(shí)施方式中的基準(zhǔn)頻率fs是38kHz。信號(hào)發(fā)送電路1122基于T2和T3信號(hào)以交流光信號(hào) 的形式生成T4信號(hào)。T4信號(hào)是指示電力接收方的輸出的幅值的“輸出信號(hào)”，并由無(wú)線(xiàn)饋 電裝置1116的信號(hào)接收電路1112接收。電力饋送方能夠基于T4信號(hào)得知校正電壓的幅 值(即，負(fù)載電壓V5的變化)。稍后將利用圖21和圖22來(lái)說(shuō)明信號(hào)發(fā)送電路1122和基準(zhǔn) 信號(hào)生成電路1172的電路構(gòu)造和處理。將說(shuō)明電力傳輸控制電路1200的構(gòu)造。VCO(壓控振蕩器)1202連接到柵極驅(qū)動(dòng) 變壓器Tl的初級(jí)端。VCO 1202充當(dāng)以驅(qū)動(dòng)頻率fo生成交流電壓Vo的“振蕩器”。盡管交 流電壓Vo的波形可以是正弦波，但是，這里假設(shè)電壓波形是方波(數(shù)字波)。交流電壓Vo 使得電流在正方向和負(fù)方向這兩個(gè)方向交替地流入變壓器Tl的初級(jí)線(xiàn)圈Lh。變壓器Tl的 初級(jí)線(xiàn)圈Lh、變壓器Tl的次級(jí)線(xiàn)圈Lf和變壓器Tl的次級(jí)線(xiàn)圈Lg組成柵極驅(qū)動(dòng)耦合變壓 器Tl。電磁感應(yīng)導(dǎo)致電流在正方向和負(fù)方向這兩個(gè)方向交替地流入變壓器Tl的次級(jí)線(xiàn)圈 Lf和變壓器Tl的次級(jí)線(xiàn)圈Lg。將摩托羅拉公司制造的內(nèi)置單元(產(chǎn)品序號(hào)MC14046B)用作第二實(shí)施方式的VCO 1202。VCO 1202還具有基于從相位檢測(cè)電路1150饋送的相位差指示電壓SC來(lái)動(dòng)態(tài)改變驅(qū) 動(dòng)頻率fo的功能(稍后將詳細(xì)說(shuō)明)。將假設(shè)驅(qū)動(dòng)頻率fo的最小值fol為90kHz并且最大值fo2為99kHz來(lái)進(jìn)行如下說(shuō) 明。相位差指示電壓SC的適當(dāng)范圍是l.O(V)至4.0 (V)。相位差指示電壓SC和驅(qū)動(dòng)頻率 fo彼此直接成比例。也就是說(shuō)，當(dāng)相位差指示電壓SC是1. O(V)時(shí)，驅(qū)動(dòng)頻率fo( = fol) 是90kHz，而當(dāng)相位差指示電壓SC是4. O(V)時(shí)，驅(qū)動(dòng)頻率fo( = fo2)是99kHz。由直流電源Vdd充電的電容器CA和CB各自充當(dāng)電力傳輸控制電路1200的電源。 電容器CA設(shè)置在圖14的點(diǎn)C和點(diǎn)E之間，而電容器CB設(shè)置在點(diǎn)E和點(diǎn)D之間。假設(shè)電容 器CA的電壓(點(diǎn)C和點(diǎn)E之間的電壓)是VA，電容器CB的電壓(點(diǎn)E和點(diǎn)D之間的電壓)是VB，則VA+VB (點(diǎn)C和點(diǎn)D之間的電壓)表示輸入電壓。也就是說(shuō)，電容器CA和CB分別
充當(dāng)直流電源。變壓器Tl的次級(jí)線(xiàn)圈Lf的一端連接到開(kāi)關(guān)晶體管Ql的柵極，而變壓器Tl的次 級(jí)線(xiàn)圈Lf的另一端連接到開(kāi)關(guān)晶體管Ql的源極。變壓器Tl的次級(jí)線(xiàn)圈Lg的一端連接到 開(kāi)關(guān)晶體管Q2的柵極，而變壓器Tl的次級(jí)線(xiàn)圈Lg的另一端連接到開(kāi)關(guān)晶體管Q2的源極。 當(dāng)振蕩器1202產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)頻率為fo的交流電壓Vo時(shí)，則對(duì)開(kāi)關(guān)晶體管Ql和Q2的柵極交替 地施加驅(qū)動(dòng)頻率為fo的電壓Vx (Vx > 0)。結(jié)果，開(kāi)關(guān)晶體管Ql和Q2以驅(qū)動(dòng)頻率fo交替 地導(dǎo)通/關(guān)斷。開(kāi)關(guān)晶體管Ql和Q2是具有同樣特性的增強(qiáng)型MOSFET (金屬氧化物半導(dǎo)體 場(chǎng)效應(yīng)晶體管)，但是也可以是諸如雙極性晶體管的其它晶體管。此外，可以使用諸如中繼 開(kāi)關(guān)的其它開(kāi)關(guān)來(lái)取代該晶體管。開(kāi)關(guān)晶體管Ql的漏極連接到電容器CA的正極。電容器CA的負(fù)極經(jīng)由變壓器T2 的初級(jí)線(xiàn)圈Lb連接到開(kāi)關(guān)晶體管Ql的源極。開(kāi)關(guān)晶體管Q2的源極連接到電容器CB的負(fù) 極。電容器CB的正極經(jīng)由變壓器T2的初級(jí)線(xiàn)圈Lb連接到開(kāi)關(guān)晶體管Q2的漏極。將開(kāi)關(guān)晶體管Ql的源極和漏極之間的電壓稱(chēng)為源極-漏極電壓VDS1，將開(kāi)關(guān)晶體 管Q2的源極和漏極之間的電壓稱(chēng)為源極-漏極電壓VDS2。將開(kāi)關(guān)晶體管Ql的源極和漏極 之間流動(dòng)的電流稱(chēng)為源極-漏極電流IDS1，將開(kāi)關(guān)晶體管Q2的源極和漏極之間流動(dòng)的電流 稱(chēng)為源極-漏極電流IDS2。示圖中的箭頭的方向指示正方向，與箭頭方向相反的方向指示 負(fù)方向。當(dāng)開(kāi)關(guān)晶體管Ql導(dǎo)通(ON)時(shí)，開(kāi)關(guān)晶體管Q2不導(dǎo)通(OFF)。此時(shí)的主要電流通 路(下文稱(chēng)為“第一電流通路”)從電容器CA的正極開(kāi)始，經(jīng)過(guò)點(diǎn)C、開(kāi)關(guān)晶體管Q1、變壓器 T2的初級(jí)線(xiàn)圈Lb和點(diǎn)E，然后返回到電容器CA的負(fù)極。開(kāi)關(guān)晶體管Ql充當(dāng)控制第一電流 通路的導(dǎo)通/不導(dǎo)通的開(kāi)關(guān)。當(dāng)開(kāi)關(guān)晶體管Q2導(dǎo)通(ON)時(shí)，開(kāi)關(guān)晶體管Ql不導(dǎo)通(OFF)。此時(shí)的主要電流通 路(下文稱(chēng)為“第二電流通路”)從電容器CB的正極開(kāi)始，經(jīng)過(guò)點(diǎn)E、變壓器T2的初級(jí)線(xiàn)圈 Lb、開(kāi)關(guān)晶體管Q2和點(diǎn)D，然后返回電容器CB的負(fù)極。開(kāi)關(guān)晶體管Q2充當(dāng)控制第二電流通 路的導(dǎo)通/不導(dǎo)通的開(kāi)關(guān)。將流入電力傳輸控制電路1200中的變壓器T2的初級(jí)線(xiàn)圈Lb的電流稱(chēng)為“電流 IS”。電流IS是交流電流，并且將第一電流通路中的電流流動(dòng)定義為正方向，將第二電流通 路中的電流流動(dòng)定義為負(fù)方向。當(dāng)VCO 1202以驅(qū)動(dòng)頻率fo饋送交流電壓Vo時(shí)，第一電流通路和第二電流通路以 驅(qū)動(dòng)頻率fo進(jìn)行切換。由于驅(qū)動(dòng)頻率為fo的交流電流Is流入變壓器T2的初級(jí)線(xiàn)圈Lb， 因此交流電流Il以驅(qū)動(dòng)頻率fo流入激勵(lì)電路1110，并且驅(qū)動(dòng)頻率為fo的交流電流12流 入饋送電路1120。驅(qū)動(dòng)頻率fo的值越接近于共振頻率fr，則電力傳輸效率變得越高。當(dāng) 驅(qū)動(dòng)頻率fo等于共振頻率fr時(shí)，饋送線(xiàn)圈電路1120的饋送線(xiàn)圈L2和電容器C2處于共振 狀態(tài)。接收線(xiàn)圈電路1130也是共振頻率為fr的共振電路，從而饋送線(xiàn)圈L2和接收線(xiàn)圈L3 磁共振。此時(shí)，可以得到最大傳輸效率。然而，在第二實(shí)施方式的情況中，共振頻率fr不包含在驅(qū)動(dòng)頻率fo的工作范圍 中，從而電力傳輸效率沒(méi)有達(dá)到最大值。這是因?yàn)樨?fù)載電壓V5的穩(wěn)定性?xún)?yōu)先于使電力傳輸 效率最大化?？梢愿鶕?jù)校正電壓來(lái)檢測(cè)負(fù)載電壓V5，使得無(wú)線(xiàn)饋電裝置116自動(dòng)調(diào)整驅(qū)動(dòng)頻率fo，從而使校正電壓為零。稍后將進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。共振頻率fr根據(jù)饋送線(xiàn)圈電路1120或者接收線(xiàn)圈電路1130的使用條件或使用 環(huán)境而略微改變。此外，在用新電路替換饋送線(xiàn)圈電路1120或者接收線(xiàn)圈電路1130時(shí)，共 振頻率fr會(huì)發(fā)生改變。另選的是，可能存在需要通過(guò)設(shè)置電容器C2或電容器C3的靜電電 容變量來(lái)積極地改變共振頻率的情況。此外，根據(jù)本發(fā)明人進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)當(dāng)饋送線(xiàn) 圈L2和接收線(xiàn)圈L3之間的距離小于一定程度時(shí)，共振頻率開(kāi)始降低。當(dāng)共振頻率fr和驅(qū) 動(dòng)頻率fo之間的差異變化時(shí)，電力傳輸效率發(fā)生變化。當(dāng)電力傳輸效率變化時(shí)，負(fù)載電壓 V5也發(fā)生變化。因此，為了穩(wěn)定負(fù)載電壓V5，即使共振頻率fr變化，也必須使共振頻率fr 和驅(qū)動(dòng)頻率f0之間的差異保持恒定。在饋送線(xiàn)圈電路1120處提供檢測(cè)線(xiàn)圈LSS。檢測(cè)線(xiàn)圈LSS是圍繞具有穿透孔的鐵 心1154(環(huán)形鐵心)纏繞NS次的線(xiàn)圈。由諸如鐵、硅鋼或坡莫合金(permalloy)的公知材 料制成鐵心1巧4。在本實(shí)施方式中，檢測(cè)線(xiàn)圈LSS的匝數(shù)NS是100。饋送線(xiàn)圈電路1120的電流通路的一部分穿透鐵心IlM的穿透孔。這意味著饋送 線(xiàn)圈電路1120相對(duì)于鐵心IlM的匝數(shù)NP是1。利用上述構(gòu)造，檢測(cè)線(xiàn)圈LSS和饋送線(xiàn)圈 L2組成耦合變壓器。饋送線(xiàn)圈L2的交流電流12所產(chǎn)生的交流磁場(chǎng)導(dǎo)致感應(yīng)電流ISS具有 與流入檢測(cè)線(xiàn)圈LSS的電流12相同的相位。根據(jù)等安匝定律，用12 · (NP/NS)來(lái)表示感應(yīng) 電流ISS的幅值。電阻器R4連接到檢測(cè)線(xiàn)圈LSS的兩端。電阻器R4的一端B接地，電阻器R4的另 一端A經(jīng)由比較器1142連接到相位檢測(cè)電路150。利用比較器1142來(lái)將電勢(shì)VSS數(shù)字化為S2信號(hào)。當(dāng)電勢(shì)VSS超過(guò)預(yù)定閾值(例 如，0. 1 (V))時(shí)，比較器1142輸出飽和電壓3. 0 (V)。因此，通過(guò)比較器1142將電勢(shì)VSS轉(zhuǎn) 換為數(shù)字波形的SO信號(hào)。電流12和感應(yīng)電流ISS具有相同的相位，并且感應(yīng)電流ISS和 電勢(shì)VSS(S0信號(hào))具有相同的相位。此外，流入電力傳輸控制電路1200的交流電流Is與 電流12具有相同的相位。因此，通過(guò)觀察S2信號(hào)的波形，可以測(cè)量交流電流Is的電流相 位。當(dāng)共振頻率fr和驅(qū)動(dòng)頻率fo彼此一致時(shí)，電流相位和電壓相位也彼此一致?？?以根據(jù)電流相位和電壓相位之間的相位差來(lái)測(cè)量共振頻率fr和驅(qū)動(dòng)頻率fo之間的偏離。 本實(shí)施方式中的無(wú)線(xiàn)電力傳輸系統(tǒng)1100基于該相位差來(lái)測(cè)量共振頻率fr和驅(qū)動(dòng)頻率fo 之間的偏離，從而使得驅(qū)動(dòng)頻率fo自動(dòng)跟蹤共振頻率fr的變化。相位檢測(cè)電路1114包括電流相位檢測(cè)電路1144、相位比較電路1150和低通濾波 器1152。低通濾波器1152是公知的電路，其被插入以切斷相位差指示電壓SC的高頻分 量。像VCO 1202的情況那樣，將摩托羅拉公司制造的內(nèi)置單元(相位比較器)(產(chǎn)品序號(hào) MC14046B)用作第二實(shí)施方式中的相位比較電路1150。因此，可以在一個(gè)芯片中實(shí)現(xiàn)相位 比較電路1150和VCO 1202。電流相位檢測(cè)電路1144生成Sl信號(hào)作為指示電流相位的信號(hào)。將Sl信號(hào)輸入 相位比較電路1150。將由VCO 1202產(chǎn)生的交流電壓Vo輸入相位比較電路1150作為指示 電壓相位的S2信號(hào)。相位比較電路1150根據(jù)Sl信號(hào)和S2信號(hào)來(lái)檢測(cè)電流相位和電壓相 位之間的偏離(相位差)，并產(chǎn)生指示相位差的幅值的相位差指示電壓SC。檢測(cè)該相位差 使得檢測(cè)共振頻率fr和驅(qū)動(dòng)頻率fo之間的偏離的幅值。通過(guò)根據(jù)相位差指示電壓SC來(lái)控制驅(qū)動(dòng)頻率fo，可以使驅(qū)動(dòng)頻率fo和共振頻率fr之間的相位差保持恒定。例如，當(dāng)驅(qū)動(dòng)頻率fo和共振頻率fr彼此偏離時(shí)，相位差相應(yīng)地增加，使得相位比 較電路1150產(chǎn)生相位差指示電壓SC，從而減小該相位差。因此，即使共振頻率fr變化，也 能夠保持電力傳輸效率恒定，從而穩(wěn)定負(fù)載電壓V5。稍后將利用圖23來(lái)說(shuō)明電流相位檢測(cè) 電路1144和信號(hào)接收電路1112的電路構(gòu)造，并且稍后將利用圖M來(lái)說(shuō)明Sl信號(hào)和S2信 號(hào)之間的關(guān)系。可以通過(guò)將電阻器并聯(lián)到變壓器Tl的初級(jí)線(xiàn)圈Lh兩端對(duì)交流電壓Vo進(jìn)行分壓 來(lái)得到S2信號(hào)。即使在VCO 1202所產(chǎn)生的交流電壓Vo較大的情況下，也能夠?qū)⒔涣麟妷?降低到可利用電壓分壓來(lái)進(jìn)行管理的水平?？梢愿鶕?jù)源-漏電壓VDSl和VDS2或者源-柵 電壓VGSl和VGS2來(lái)測(cè)量電壓相位。即使共振頻率fr恒定，在一些情況下，負(fù)載電壓V5也會(huì)變化。例如，在負(fù)載LD是 可變電阻器的情況下或者在負(fù)載LD被新的負(fù)載取代時(shí)，負(fù)載電壓V5改變。在第二實(shí)施方 式中，以校正電壓的形式檢測(cè)到負(fù)載電壓V5的變化，并且自動(dòng)調(diào)整驅(qū)動(dòng)頻率fo，以使得校 正電壓為零，從而使負(fù)載電壓V5穩(wěn)定。以T4信號(hào)(交流光信號(hào))的形式從信號(hào)發(fā)送電路1122向信號(hào)接收電路1112發(fā) 送校正電壓。信號(hào)接收電路1112將作為交流光信號(hào)的T4信號(hào)轉(zhuǎn)換為作為直流電壓信號(hào)的 T5信號(hào)。T5信號(hào)的電壓水平與校正電壓V5直接成正比。電流相位檢測(cè)電路1144利用指示校正電壓的T5信號(hào)(直流電壓信號(hào))來(lái)調(diào)整指 示電流相位的SO信號(hào)(交流電壓信號(hào))，并輸出Sl信號(hào)(交流電壓信號(hào))作為校正電流相 位。當(dāng)假設(shè)負(fù)載電壓V5為期望值M(V)時(shí)，SO信號(hào)直接變?yōu)镾l信號(hào)。相位比較電路1150 基于Sl和S2信號(hào)來(lái)檢測(cè)交流電的電壓相位和電流相位之間的相位差，并輸出相位差指示 電壓SC。VCO 1202基于相位差指示電壓SC來(lái)調(diào)整驅(qū)動(dòng)頻率fo。更具體地說(shuō)，VCO 1202改 變交流電壓Vo的脈沖寬度，從而改變驅(qū)動(dòng)頻率fo。并且，當(dāng)校正電壓不為零時(shí)，即，當(dāng)利用T5信號(hào)調(diào)整Sl信號(hào)時(shí)，相位比較電路1150 基于Sl和S2信號(hào)來(lái)檢測(cè)交流電的電壓相位和電流相位之間的相位差，并輸出相位差指示 電壓SC。然而，此時(shí)，Sl信號(hào)是通過(guò)根據(jù)T5信號(hào)來(lái)校正SO信號(hào)所獲得的信號(hào)，從而Sl信 號(hào)不指示實(shí)際的電流相位。稍后將利用圖25來(lái)說(shuō)明基于校正電壓的調(diào)整邏輯。圖15是示出負(fù)載電流15和負(fù)載電壓V5之間的關(guān)系的曲線(xiàn)圖。橫軸表示流入負(fù) 載LD的負(fù)載電流15 (直流)的幅值，而縱軸表示負(fù)載電壓V5。未調(diào)整特性1134表示在沒(méi) 有基于校正電壓執(zhí)行調(diào)整的情況下所得到的電流-電壓特性。在未調(diào)整特性1134的情況 下，當(dāng)負(fù)載LD增加時(shí)，負(fù)載電流15降低并且負(fù)載電壓V5增加。另一方面，當(dāng)負(fù)載LD降低 時(shí)，負(fù)載電流15增加并且負(fù)載電壓V5降低。如上所述，當(dāng)負(fù)載LD變化時(shí)，即使饋送的是恒 定的電力，但負(fù)載電壓V5也變化。第二實(shí)施方式中的無(wú)線(xiàn)電力傳輸系統(tǒng)1100實(shí)現(xiàn)了用調(diào)整特性1136表示的電 流-電壓特性。具體地說(shuō)，基于校正電壓來(lái)調(diào)整Sl信號(hào)，以改變電力傳輸效率，從而穩(wěn)定負(fù) 載電壓V5。圖16是示出線(xiàn)圈間距離d和負(fù)載電壓V5的曲線(xiàn)圖。橫軸表示饋送線(xiàn)圈L2和接 收線(xiàn)圈L3之間的線(xiàn)圈間距離d，而縱軸表示負(fù)載電壓V5。未調(diào)整特性1146表示在沒(méi)有基 于校正電壓執(zhí)行調(diào)整的情況下所得到電壓-距離特性。如上所述，共振頻率fr根據(jù)線(xiàn)圈間距離d而改變。當(dāng)共振頻率fr變化以導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)頻率fo和共振頻率fr之間的差異變化時(shí)， 電力傳輸效率變化。即使當(dāng)驅(qū)動(dòng)頻率fo跟蹤共振頻率fr，負(fù)載電壓V5也會(huì)在一定程度上 根據(jù)線(xiàn)圈間距離d而改變。第二實(shí)施方式中的無(wú)線(xiàn)電力傳輸系統(tǒng)1100實(shí)現(xiàn)了用調(diào)整特性1148表示的電 壓-距離特性。也就是說(shuō)，基于校正電壓來(lái)調(diào)整Sl信號(hào)，以改變電力傳輸效率，從而穩(wěn)定負(fù) 載電壓V5。圖17是示出驅(qū)動(dòng)頻率fo和饋送線(xiàn)圈電路1120的阻抗Z之間的關(guān)系的曲線(xiàn)圖?？v 軸表示饋送線(xiàn)圈電路1120(電容器C2和饋送線(xiàn)圈L2在其中串聯(lián)連接的電路)的阻抗Z。 橫軸表示驅(qū)動(dòng)頻率f0。阻抗Z是共振狀態(tài)下的最小值^??！化。盡管理想情況下共振狀態(tài)時(shí) Zmin = 0，但是由于饋送線(xiàn)圈電路1120中包含一些電阻元件，所以，Zmin 一般不為零。當(dāng)驅(qū)動(dòng)頻率fo和共振fr彼此一致時(shí)，阻抗Z變?yōu)樽钚?，電容器C2和饋送線(xiàn)圈L2 處于共振狀態(tài)。當(dāng)驅(qū)動(dòng)頻率fo和共振頻率fr彼此偏離時(shí)，電容性電抗和電感性電抗中的 一個(gè)比另一個(gè)占優(yōu)勢(shì)，從而阻抗Z也增加。隨著驅(qū)動(dòng)頻率fo和共振頻率fr之間的偏離變大，阻抗Z增加，結(jié)果電力傳輸效率 下降。也就是說(shuō)，可以通過(guò)改變驅(qū)動(dòng)頻率fo和共振頻率fr之間的差異來(lái)改變電力傳輸效率。圖18是示出輸出電力效率和驅(qū)動(dòng)頻率fo之間的關(guān)系的曲線(xiàn)圖。輸出電力效率是 實(shí)際從饋送線(xiàn)圈L2饋送的電力相對(duì)于最大輸出值的比例。當(dāng)驅(qū)動(dòng)頻率fo與共振頻率fr 一 致時(shí)，電流相位和電壓相位之間的差異變?yōu)榱?，因此，電力傳輸效率變得最大，結(jié)果可以獲 得100(%)的輸出電力效率。在第二實(shí)施方式的無(wú)線(xiàn)電力傳輸系統(tǒng)1100中，在fol至fo2 的范圍內(nèi)調(diào)整驅(qū)動(dòng)頻率fo，該驅(qū)動(dòng)頻率fo低于共振頻率fr。圖19是控制信號(hào)生成電路1170的電路圖。將從控制信號(hào)生成電路1170輸出的 Tl信號(hào)(控制信號(hào))輸入到比較器1174的正端。將從測(cè)量電路11 輸出的TO信號(hào)輸入 到比較器1174的負(fù)端。TO信號(hào)是指示校正電壓的直流電壓信號(hào)?？刂菩盘?hào)生成電路1170產(chǎn)生控制頻率為1. OkHz的鋸齒波形交流電壓作為T(mén)l信 號(hào)?？刂菩盘?hào)生成電路1170包括電阻器R5到R7、電容器C6以及硅可控整流器1138。將 利用電阻器R5和R6對(duì)電源VCC的電源電壓進(jìn)行分壓所得到的柵電壓VG施加于硅可控整 流器1138的柵極G。柵電壓VG是固定值。硅可控整流器1138的陽(yáng)極A分別通過(guò)電阻器 R7和電容器C6連接到電源VCC和接地端。電源電壓跨電阻器R7下降，從而陽(yáng)極電勢(shì)VA施 加于硅可控整流器1138。Tl信號(hào)表示該陽(yáng)極電勢(shì)VA。當(dāng)陽(yáng)極電勢(shì)VA不高于柵電壓VG時(shí)，在硅可控整流器1138的陽(yáng)極和陰極之間不提 供電導(dǎo)性，并且電容器C6在此時(shí)間段被充電。在電容器C6完成充電之后，陽(yáng)極電勢(shì)VA(Tl 信號(hào))增加，并且，當(dāng)陽(yáng)極電勢(shì)VA變得高于柵電勢(shì)VG時(shí)，在硅可控整流器1138的陽(yáng)極和陰 極之間提供電導(dǎo)性。此時(shí)，通過(guò)硅可控整流器1138對(duì)電容器C6的電荷進(jìn)行放電，結(jié)果陽(yáng)極 電勢(shì)VA再次不高于柵電壓VG。控制信號(hào)生成電路1170以1.0kHz (控制頻率fc)重復(fù)上述 過(guò)程。結(jié)果，如稍后在圖20中所述，產(chǎn)生鋸齒波形的Tl信號(hào)。利用電容器C6和電阻器R7 的時(shí)間常數(shù)來(lái)確定控制頻率fc。比較器1174在Tl信號(hào)的電平高于TO信號(hào)的電平時(shí)輸出高電平的T2信號(hào)(使能 信號(hào))，而在其余的時(shí)間中輸出低電平的T2信號(hào)。也就是說(shuō)，Tl信號(hào)的電平高于TO信號(hào)的電平的時(shí)間段是使能周期，而其余的時(shí)間段是禁用周期。校正電勢(shì)越高，則TO信號(hào)的電平 越高，并且使能周期越短。圖20是示出TO至T2信號(hào)之間的關(guān)系的時(shí)序圖。在控制信號(hào)生成電路1170中， 在時(shí)刻t0開(kāi)始對(duì)電容器C6充電。陽(yáng)極電勢(shì)VA逐漸增加，并且，相應(yīng)地，Tl信號(hào)的電平逐 漸增加。在時(shí)刻tl，陽(yáng)極電勢(shì)VA變得高于柵電勢(shì)VG，并且在硅可控整流器1138的陽(yáng)極和 陰極之間提供電導(dǎo)性。由于電容器C6正在對(duì)電荷進(jìn)行放電，因此陽(yáng)極電勢(shì)VA(Si信號(hào))急 劇下降。將從時(shí)刻to至?xí)r刻tl的時(shí)間段稱(chēng)為“單位周期”。時(shí)刻tl之后的時(shí)間段也是這 樣。由于控制頻率fc是1. 0kHz，所以，各個(gè)單位周期的長(zhǎng)度是1. 0(毫秒)。TO信號(hào)是電壓電平根據(jù)校正電壓而變化的直流電壓信號(hào)。比較器1174對(duì)TO信號(hào) 和Tl信號(hào)進(jìn)行比較，并且在Tl信號(hào)的電平高于TO信號(hào)的電平時(shí)生成高電平的T2信號(hào)，而 在其余的時(shí)間輸出低電平的T2信號(hào)。在從t0至tl的單位周期中，T2信號(hào)假設(shè)從時(shí)刻t0 至t4為低電平，并假設(shè)從時(shí)刻t4至tl為高電平。也就是說(shuō)，在從時(shí)刻t0至tl的單位周 期中，從時(shí)刻t0至t4的時(shí)間段是禁用周期，從時(shí)刻t4至?xí)r刻tl的時(shí)間段是使能周期。利 用校正電壓來(lái)改變TO信號(hào)的電平，導(dǎo)致使能周期和禁用周期之間的占空比變化。當(dāng)負(fù)載電 壓V5增加時(shí)，校正電勢(shì)下降，結(jié)果T2信號(hào)的占空比增加。相反，當(dāng)負(fù)載電壓V5下降時(shí)，校 正電勢(shì)增加，結(jié)果T2信號(hào)的占空比下降。在本實(shí)施方式中，進(jìn)行設(shè)置使得即使校正電壓變 為零占空比也不會(huì)達(dá)到100%。圖21是第二實(shí)施方式中的信號(hào)發(fā)送電路1122的電路圖。信號(hào)發(fā)送電路1122包 括紅外線(xiàn)LED(發(fā)光二極管)1158、晶體管Q3和信號(hào)控制電路1156。晶體管Q3是發(fā)射極接 地的雙極型晶體管，晶體管Q3的基極和發(fā)射極通過(guò)電阻器R9相連接。紅外線(xiàn)LED 1158的 一端通過(guò)電阻器R8連接到電源VCC，而其另一端連接到晶體管Q3的集電極。信號(hào)控制電路 1156也連接到晶體管Q3的基極。作為公知電路的信號(hào)控制電路1156能夠使用德州儀器公司制造的產(chǎn)品序號(hào)為 UCC37321的IC (集成電路)?；鶞?zhǔn)信號(hào)生成電路1172和比較器1174連接到信號(hào)控制電路 1156。信號(hào)控制電路1156接收T2和T3信號(hào)并輸出T6信號(hào)?；鶞?zhǔn)信號(hào)生成電路1172是 用于以預(yù)定的基準(zhǔn)頻率fs生成T3信號(hào)(基準(zhǔn)信號(hào))的振蕩器。在第二實(shí)施方式中，假設(shè) 將基準(zhǔn)頻率fs設(shè)置為38kHz，該基準(zhǔn)頻率足夠高于控制頻率fc。盡管T3信號(hào)的波形可以 是正弦波形，但是，這里假設(shè)T3信號(hào)的波形是矩形波(數(shù)字波形)。信號(hào)控制電路1156僅在使能周期期間輸出T3信號(hào)(基準(zhǔn)信號(hào))作為T(mén)6信號(hào)。在 禁用周期期間，將T6信號(hào)固定為低電平。利用紅外線(xiàn)LED 1158將T6信號(hào)(交流電壓信號(hào))改變?yōu)門(mén)4信號(hào)(交流光信號(hào))。 紅外線(xiàn)LED 1158向信號(hào)接收電路1112發(fā)送T4信號(hào)(交流光信號(hào))。第二實(shí)施方式中的 T4信號(hào)是紅外線(xiàn)信號(hào)。紅外線(xiàn)的一般波長(zhǎng)約為940nm。T4信號(hào)傳送達(dá)幾米，使得即使線(xiàn)圈 間距離較大也不會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。此外，紅外線(xiàn)幾乎不會(huì)受到饋送線(xiàn)圈L2或接收線(xiàn)圈L3所產(chǎn) 生的磁場(chǎng)的影響，能夠獲得T4信號(hào)和饋電彼此不相互影響的優(yōu)點(diǎn)。圖22是示出T2、T3和T6信號(hào)之間的關(guān)系的時(shí)序圖。如圖20所示，Τ2信號(hào)(使 能信號(hào))是控制頻率fc為1. OkHz的交流電壓信號(hào)，其中，將從t0至tl、tl至t2等的各個(gè) 時(shí)間段設(shè)置為單位周期。假設(shè)T2信號(hào)為高電平的時(shí)間段是使能周期，并假設(shè)T2信號(hào)為低 電平的時(shí)間段是禁用周期。T3信號(hào)是基準(zhǔn)頻率fs為38kHz的交流電壓信號(hào)。信號(hào)控制電路1156僅在使能周期期間輸出T3信號(hào)作為T(mén)6信號(hào)。也就是說(shuō)，T2信號(hào)和T3信號(hào)之間的 邏輯AND對(duì)應(yīng)于T6信號(hào)。將作為交流電壓信號(hào)的T6信號(hào)轉(zhuǎn)換為作為交流光信號(hào)的T4信號(hào)，并朝信號(hào)接收 電路1112發(fā)射。紅外線(xiàn)LED 1158在使能周期以38kHz的基準(zhǔn)頻率fs閃爍，并在禁用周期 關(guān)閉。以控制頻率fc重復(fù)該閃爍周期和關(guān)閉周期。閃爍周期和關(guān)閉周期之間的占空比根 據(jù)校正電壓而變化。校正電壓越高，閃爍周期越短。將閃爍周期相對(duì)于整個(gè)單位周期的比 例稱(chēng)為“T4信號(hào)(輸出信號(hào))的占空比”。T2信號(hào)可以替代T6信號(hào)來(lái)開(kāi)啟紅外線(xiàn)LED 1158。在這種情況下，紅外線(xiàn)LED 1158 在使能周期持續(xù)發(fā)光。采用其中使得紅外線(xiàn)LED 1158在使能時(shí)間期間根據(jù)T3信號(hào)來(lái)閃爍 的第二實(shí)施方式的構(gòu)造有效地降低了紅外線(xiàn)LED 1158的功耗。圖23是第二實(shí)施方式中的電流相位檢測(cè)電路1144和信號(hào)接收電路1112的電路 圖。電流相位檢測(cè)電路1144包括比較器1166和電流波形成型電路1168。利用比較器1142 將電勢(shì)VSS成型為數(shù)字波形的SO信號(hào)，并將其輸入電流波形成型電路1168。電流波形成 型電路1168將數(shù)字波形(矩形波形)的SO信號(hào)成型為鋸齒波形的S3信號(hào)。在電流波形 成型電路1168中，將電阻器RlO插入SO信號(hào)的通路上，并將二極管Dl并聯(lián)連接到電阻器 RlO0通過(guò)電容器C7將SO信號(hào)的傳輸通路接地。將S3信號(hào)(交流電壓信號(hào))輸入到比較 器1166的正端。S3信號(hào)是指示電流相位的信號(hào)。信號(hào)接收電路1122包括光電二極管1160、電壓轉(zhuǎn)換部分1164和低通濾波器 1176。電壓轉(zhuǎn)換部分1164包括比較器1162和電阻器R12。光電二極管1160接收間歇閃爍的T4信號(hào)。利用電壓轉(zhuǎn)換部分1164將T4信號(hào) (交流光信號(hào))轉(zhuǎn)換為T(mén)7信號(hào)(交流電壓信號(hào))。在電壓轉(zhuǎn)換部分1164中，將電阻器R12 調(diào)整為每1勒克斯(Iux)輸出lmv。T4信號(hào)在接收時(shí)的亮度是約0至2000 (Iux)，因此，T7 信號(hào)的電壓電平是0至2.0(V)。T7信號(hào)的占空比指示校正電壓。利用低通濾波器1176將 T7信號(hào)(交流電壓信號(hào))轉(zhuǎn)換為具有固定值的T5信號(hào)(直流電壓信號(hào))。低通濾波器1176 是包括電阻器Rll和電容器C8的通用電路。校正電壓越高，則設(shè)置的T5信號(hào)的電壓電平 越低。將T5信號(hào)(直流電壓信號(hào))輸入到比較器1166的負(fù)端。T5信號(hào)是指示校正電壓的 直流電壓信號(hào)。比較器1166在S3信號(hào)的電平高于T5信號(hào)的電平時(shí)輸出高電平的Sl信號(hào)，并在 其余的時(shí)間中輸出低電平的Si信號(hào)。圖M是示出Si、S3和T5信號(hào)之間的關(guān)系的時(shí)序圖。S3信號(hào)是具有驅(qū)動(dòng)頻率fo 的交流電壓信號(hào)。S3信號(hào)指示電流相位。S3信號(hào)的電平在時(shí)刻tlO開(kāi)始增加，并在時(shí)刻til 急劇下降。從時(shí)刻tlO至?xí)r刻til的時(shí)間段對(duì)應(yīng)于S3信號(hào)的單位周期。由于驅(qū)動(dòng)頻率fo 為90至99kHz，因此單位周期的時(shí)間長(zhǎng)度約為0. 01 (毫秒)。T5信號(hào)是電壓電平根據(jù)校正電壓而變化的直流電壓信號(hào)。比較器1166對(duì)S3信號(hào) 和T5信號(hào)進(jìn)行比較，并且在S3信號(hào)的電平高于T5信號(hào)的電平時(shí)生成高電平的Sl信號(hào)，而 在其余的時(shí)間輸出低電平的Sl信號(hào)。在從tlO至til的單位周期中，Sl信號(hào)假設(shè)從時(shí)刻 tlO至tl4為低電平，并假設(shè)從時(shí)刻tl4至til為高電平。利用校正電壓來(lái)改變T5信號(hào)的 電平，導(dǎo)致Sl信號(hào)的占空比變化。盡管稍后將詳細(xì)說(shuō)明，當(dāng)負(fù)載電壓V5增加時(shí)，校正電勢(shì) 下降，并且T5信號(hào)的電平增加。結(jié)果，Sl信號(hào)的占空比下降，并且Sl信號(hào)的上升時(shí)刻稍晚于S3信號(hào)的上升時(shí)刻。圖23是示出Sl和S2信號(hào)之間的關(guān)系的時(shí)序圖。從時(shí)刻t20至?xí)r刻t21的時(shí)間 周期(此后，稱(chēng)為“第一周期”)是開(kāi)關(guān)晶體管Ql開(kāi)啟并且開(kāi)關(guān)晶體管Q2關(guān)閉的時(shí)間周期。 從時(shí)刻t21至?xí)r刻t22的時(shí)間周期(此后，稱(chēng)為“第二周期”)是開(kāi)關(guān)晶體管Ql關(guān)閉并且 開(kāi)關(guān)晶體管Q2開(kāi)啟的時(shí)間周期。從時(shí)刻t22至?xí)r刻t23的時(shí)間周期(此后，稱(chēng)為“第三周 期”)是開(kāi)關(guān)晶體管Ql開(kāi)啟并且開(kāi)關(guān)晶體管Q2關(guān)閉的時(shí)間周期。從時(shí)刻t23至?xí)r刻t24 的時(shí)間周期(此后，稱(chēng)為“第四周期”)是開(kāi)關(guān)晶體管Ql關(guān)閉并且開(kāi)關(guān)晶體管Q2開(kāi)啟的時(shí) 間周期。在時(shí)刻t20，交流電壓Vo (S2信號(hào))從最小值改變?yōu)樽畲笾?。在第一時(shí)間周期結(jié)束 的時(shí)刻t21，交流電壓Vo(S2信號(hào))從最大值改變?yōu)樽钚≈?。此后，將S2信號(hào)上升的時(shí)刻 (例如，表示為時(shí)刻t20)稱(chēng)為“電壓相位值”。在驅(qū)動(dòng)頻率fo低于共振頻率fr的情況下，在饋送線(xiàn)圈電路1120(LC共振電路)的 阻抗Z中出現(xiàn)電容性阻抗分量，并且電流Is的電流相位相對(duì)于電壓相位超前。因此，指示 電流相位的SO信號(hào)在比時(shí)刻t20更早的時(shí)刻tlO上升。此后，將SO信號(hào)上升的時(shí)刻(例 如，表示為時(shí)刻tlO)稱(chēng)為“電流相位值”。在圖25的示例中，通過(guò)t20-tl0所得到的值表示 該相位差。這里，t20-tl0 > 0成立，從而電流相位相對(duì)于電壓相位超前。當(dāng)SO信號(hào)在時(shí)刻tlO上升時(shí)，S3信號(hào)的電平開(kāi)始增加。在SO信號(hào)的電平變?yōu)榱?的時(shí)刻111，S3信號(hào)的電平也急劇下降。T5信號(hào)是電平根據(jù)校正電壓的幅值而改變的直流電壓信號(hào)。在圖25中，檢測(cè)到校 正電壓，也就是說(shuō)，負(fù)載電壓V5偏離期望值。分別將S3信號(hào)和T5信號(hào)輸入到比較器1166的正端和負(fù)端，并從比較器1166輸出 Sl信號(hào)。在S3信號(hào)的電平高于T5信號(hào)的電平期間，將Sl信號(hào)的電平設(shè)置為高電平，而在 其余時(shí)間中，將Sl信號(hào)的電平設(shè)置為低電平。在圖25中，S3信號(hào)的電平在晚于時(shí)刻tlO的 時(shí)刻tl4(此后，也將這樣的時(shí)刻稱(chēng)為“經(jīng)校正的電流相位值”)高于T5的電平(S3>T5)。 T5信號(hào)的電壓電平作為用來(lái)確定經(jīng)校正的電流相位值的“基準(zhǔn)值”。相位比較電路1150對(duì)S2信號(hào)的上升沿時(shí)刻tlO和Sl信號(hào)的上升沿時(shí)刻tl4進(jìn) 行比較，以計(jì)算相位差td。盡管實(shí)際的相位差是t20-tl0( > 0)，但是通過(guò)t20-tl4( < 0) 得到相位比較電路1150所得知的相位差。相位比較電路1150輸出相位差指示電壓SC，該 相位差指示電壓SC對(duì)應(yīng)于通過(guò)t20-tl4所得到的數(shù)值。VCO 1202確定電流相位相對(duì)于電 壓相位的延遲，也就是說(shuō)，驅(qū)動(dòng)頻率fo高于共振頻率fr，并且嘗試通過(guò)降低驅(qū)動(dòng)頻率fo來(lái) 消除該相位差。結(jié)果，執(zhí)行反饋控制，使得電力傳輸效率下降，負(fù)載電壓V5降低，并且校正 電壓被消除。例如，負(fù)載LD的電阻值增加，則負(fù)載電流15增加，并且負(fù)載電壓V5增加(參照?qǐng)D ㈤。當(dāng)負(fù)載電壓V5增加時(shí)，則測(cè)量電勢(shì)增加并且校正電壓降低。結(jié)果，TO信號(hào)(直流電 壓信號(hào))的電壓電平降低。當(dāng)TO信號(hào)的電壓電平下降時(shí)，T2信號(hào)的占空比增加(參照?qǐng)D20)。結(jié)果，T4信號(hào) (輸出信號(hào))的占空比也增加(參照?qǐng)D22)。當(dāng)T4信號(hào)的占空比增加時(shí)，T5信號(hào)(直流電 壓信號(hào))的電壓電平增加。結(jié)果，Sl信號(hào)的占空比下降。此外，Sl信號(hào)的上升沿出現(xiàn)晚于 S2信號(hào)，使得相位比較電路1150得知電流相位相對(duì)于電壓相位延遲。為了消除電流相位的延遲，相位比較電路1150向VCO 1202發(fā)送相位差指示電壓SC，以降低驅(qū)動(dòng)頻率fo。然 后，共振頻率fr和驅(qū)動(dòng)頻率fo之間的偏離變大，導(dǎo)致電力傳輸效率降低(參照?qǐng)D17和圖 18)，結(jié)果負(fù)載電壓V5下降。通過(guò)這樣的反饋控制，能夠?qū)⒇?fù)載電壓V5保持為固定值。當(dāng) 負(fù)載電壓V5下降時(shí)，執(zhí)行同樣的反饋控制。圖沈是示出第二實(shí)施方式中的無(wú)線(xiàn)電力接收機(jī)1118的修改示例的電路圖。盡管 在圖14中將直流電流15饋送到負(fù)載LD，但是，在修改示例中，可直接將交流電流14饋送到 負(fù)載LD。在這種情況中，整流電路IlM和測(cè)量電路11 連接到負(fù)載線(xiàn)圈L4的一部分，從 而允許輸出TO信號(hào)。圖27是示出作為第二實(shí)施方式的修改示例的無(wú)線(xiàn)電力傳輸系統(tǒng)1100的系統(tǒng)構(gòu)造 圖。在該修改例的無(wú)線(xiàn)電力傳輸系統(tǒng)1100中，電力傳輸控制電路1200直接驅(qū)動(dòng)饋送線(xiàn)圈 電路1120而無(wú)需激勵(lì)電路1110的干預(yù)。利用與圖14相同的附圖標(biāo)記所指示的組件具有 與圖14中的對(duì)應(yīng)組件相同的或?qū)?yīng)的功能。在該修改例中的饋送線(xiàn)圈電路1120中，變壓器T2的次級(jí)線(xiàn)圈Li串聯(lián)至饋送線(xiàn)圈 L2和電容器C2。變壓器T2的次級(jí)線(xiàn)圈Li與變壓器T2的初級(jí)線(xiàn)圈Lb —起構(gòu)成耦合變壓 器T2，并利用電磁感應(yīng)從電力傳輸控制電路1200接收交流電。因此，可以直接從電力傳輸 控制電路1200向饋送線(xiàn)圈電路1120饋送交流電，而無(wú)需激勵(lì)電路1110的干預(yù)。已經(jīng)基于實(shí)施方式說(shuō)明了無(wú)線(xiàn)電力傳輸系統(tǒng)。在磁場(chǎng)共振類(lèi)型的無(wú)線(xiàn)饋電中，可 以利用共振頻率fr和驅(qū)動(dòng)頻率fo之間的差異來(lái)控制電力傳輸效率?？梢允跪?qū)動(dòng)頻率fo 自動(dòng)跟蹤共振頻率fr的變化，使得即使使用條件改變也能夠方便地保持電力傳輸效率恒 定。此外，即使負(fù)載LD或線(xiàn)圈間距離d變化，也能夠基于校正電壓來(lái)利用反饋控制使負(fù)載 電壓V5保持恒定?；谛Ｕ妷旱腟l信號(hào)的電平的變化使得可以對(duì)電力傳輸效率進(jìn)行事 后(ex-post)調(diào)整。根據(jù)本發(fā)明人進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)與Sl信號(hào)的電平調(diào)整相關(guān)聯(lián) 的顯著的電力損失。將作為直流電壓信號(hào)的TO信號(hào)轉(zhuǎn)換為作為交流光信號(hào)的T4信號(hào)，并且從無(wú)線(xiàn)電 力接收機(jī)向無(wú)線(xiàn)饋電裝置發(fā)射T4信號(hào)。作為光信號(hào)的T4信號(hào)幾乎不會(huì)受到由饋送線(xiàn)圈L2 等產(chǎn)生的磁場(chǎng)的影響，所以，能夠獲得有利地發(fā)送信號(hào)的優(yōu)勢(shì)。此外，可以在電力接收方手動(dòng)調(diào)整基準(zhǔn)電勢(shì)。這使得不僅在測(cè)量電勢(shì)改變時(shí)而且 在基準(zhǔn)電壓改變時(shí)能夠檢測(cè)到校正電壓，結(jié)果可以調(diào)整電力傳輸效率。例如，當(dāng)使基準(zhǔn)電勢(shì) 下降時(shí)，可以進(jìn)行這樣的反饋控制以降低測(cè)量電勢(shì)，即，使得負(fù)載電壓V5下降。也就是說(shuō)， 可以在電力接收方控制饋電。作為應(yīng)用示例，如下的構(gòu)造是可能的。也就是說(shuō)，無(wú)線(xiàn)饋電裝置和桌子彼此成一 體，并且無(wú)線(xiàn)接收機(jī)被合并在放置在桌子上的臺(tái)燈中。在傳統(tǒng)的臺(tái)燈的情況下，電線(xiàn)會(huì)擋 路，從而通常將吊燈用于餐桌。根據(jù)上述應(yīng)用示例，可以消除提供臺(tái)燈的電力線(xiàn)的必要，從 而增強(qiáng)了臺(tái)燈的可用性。例如，可能存在在臺(tái)燈的照明下食物看上去更誘人的情況。此外， 在吊燈的情況下，照明位置是固定的，而臺(tái)燈可以自由放置，允許各種形式的照明。此外，在 將多個(gè)臺(tái)燈放置在桌子上的情況中，僅調(diào)整一個(gè)臺(tái)燈的基準(zhǔn)電勢(shì)就能夠同時(shí)控制其它燈的 亮度。上述實(shí)施方式僅是對(duì)本發(fā)明的例示，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，可以對(duì)本發(fā)明的組 件和處理過(guò)程的組合進(jìn)行各種修改，并且，這些修改包含在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
盡管在上述實(shí)施方式中作為半橋式電路形成電力傳輸控制電路1200，但是，也可 以將電力傳輸控制電路1200形成為推挽式電路。電流波形成型電路1168所生成的S3信 號(hào)或者控制信號(hào)生成電路1170所生成的Tl信號(hào)可以是不僅具有鋸齒波形還具有三角波或 正弦波的交流信號(hào)，其中，電壓值在預(yù)定的時(shí)間周期內(nèi)逐漸地增加或降低。盡管在本實(shí)施方 式中將電流相位設(shè)置為調(diào)整目標(biāo)，但是，也可以基于TO信號(hào)來(lái)調(diào)整電壓相位。此外，可以不 僅基于輸出電壓還基于電流或功率來(lái)實(shí)現(xiàn)反饋控制。T4信號(hào)不限于諸如紅外線(xiàn)的光信號(hào)，還可以是無(wú)線(xiàn)電信號(hào)。在任何速率上，只需 T4信號(hào)的頻段足夠遠(yuǎn)離驅(qū)動(dòng)頻率fo或共振頻率fr的頻段即可。紅外線(xiàn)LED 1158和光電 二極管1160的價(jià)格相對(duì)較低，從而在本實(shí)施方式中采用光信號(hào)。
權(quán)利要求
1.一種用于按照無(wú)線(xiàn)方式從饋送線(xiàn)圈向接收線(xiàn)圈饋電的無(wú)線(xiàn)饋電裝置，所述無(wú)線(xiàn)饋電 裝置包括電力傳輸控制電路，其以驅(qū)動(dòng)頻率向所述饋送線(xiàn)圈饋送交流電； 饋送線(xiàn)圈電路，其包括所述饋送線(xiàn)圈和電容器，并以所述接收線(xiàn)圈的共振頻率共振； 相位檢測(cè)電路，其檢測(cè)所述交流電的電壓相位與電流相位之間的相位差；以及 信號(hào)接收電路，其從所述交流電的電力接收方接收指示輸出幅值的輸出信號(hào)，其中， 所述電力傳輸控制電路對(duì)所述驅(qū)動(dòng)頻率進(jìn)行調(diào)整，使得所述相位差減小，從而使所述 驅(qū)動(dòng)頻率跟蹤所述共振頻率，并且，所述相位檢測(cè)電路根據(jù)所述輸出信號(hào)對(duì)所述電壓相位與所述電流相位兩者或其中之 一的檢測(cè)值執(zhí)行事后調(diào)整。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)線(xiàn)饋電裝置，其中，所述相位檢測(cè)電路將所述交流電的電壓成分與電流成分兩者或其中之一轉(zhuǎn)換為用于 檢測(cè)所述相位差的具有鋸齒波形的信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)線(xiàn)饋電裝置，其中， 所述信號(hào)接收電路以光信號(hào)的形式接收所述輸出信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)線(xiàn)饋電裝置，其中，所述相位檢測(cè)電路對(duì)第一相位值和第二相位值進(jìn)行比較以檢測(cè)所述相位差，并且基于 所述輸出信號(hào)改變第一基準(zhǔn)值和第二基準(zhǔn)值兩者或其中之一，從而對(duì)所述第一相位值與所 述第二相位值兩者或其中之一執(zhí)行事后調(diào)整，其中，所述第一相位值指示所述交流電的電 壓水平變?yōu)樗龅谝换鶞?zhǔn)值的時(shí)刻，而所述第二相位值指示所述交流電的電流水平變?yōu)樗?述第二基準(zhǔn)值的時(shí)刻。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)線(xiàn)饋電裝置，其中，所述輸出信號(hào)是通過(guò)信號(hào)頻率的幅值來(lái)指示所述輸出幅值的交流信號(hào)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)線(xiàn)饋電裝置，該無(wú)線(xiàn)饋電裝置還包括激勵(lì)線(xiàn)圈，該激勵(lì)線(xiàn) 圈與所述饋送線(xiàn)圈磁耦合，并將交流電從所述電力傳輸控制電路饋送到所述饋送線(xiàn)圈，其 中，所述電力傳輸控制電路包括第一電流通路和第二電流通路，并使得分別與所述第一電 流通路和所述第二電流通路串聯(lián)連接的第一開(kāi)關(guān)和第二開(kāi)關(guān)以所述驅(qū)動(dòng)頻率交替導(dǎo)通，以 向所述激勵(lì)線(xiàn)圈饋送所述交流電。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)線(xiàn)饋電裝置，所述無(wú)線(xiàn)饋電裝置還包括檢測(cè)線(xiàn)圈，該檢測(cè) 線(xiàn)圈利用由所述交流電產(chǎn)生的磁場(chǎng)來(lái)產(chǎn)生感應(yīng)電流，其中，所述相位檢測(cè)電路測(cè)量在所述檢測(cè)線(xiàn)圈中流動(dòng)的所述感應(yīng)電流的相位，以實(shí)現(xiàn)對(duì)所述 交流電的電流相位的測(cè)量。
8.一種按照無(wú)線(xiàn)方式在接收線(xiàn)圈處接收從根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的無(wú)線(xiàn)饋 電裝置饋送的交流電的無(wú)線(xiàn)電力接收機(jī)，該無(wú)線(xiàn)電力接收機(jī)包括接收線(xiàn)圈電路，其包括所述接收線(xiàn)圈和電容器，并以所述饋送線(xiàn)圈的共振頻率共振； 負(fù)載電路，其包括負(fù)載線(xiàn)圈和負(fù)載，該負(fù)載線(xiàn)圈磁耦合到所述接收線(xiàn)圈以從所述接收 線(xiàn)圈接收所述交流電，所述負(fù)載從所述負(fù)載線(xiàn)圈接收電力；以及信號(hào)發(fā)送電路，其向所述無(wú)線(xiàn)饋電裝置發(fā)送輸出信號(hào)，該輸出信號(hào)指示要施加于所述負(fù)載電路的一部分的輸出電壓的幅值。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的無(wú)線(xiàn)電力接收機(jī)，其中，所述信號(hào)發(fā)送電路將指示所述輸出電壓和基準(zhǔn)電壓之間的差值的信號(hào)作為所述輸出 信號(hào)進(jìn)行發(fā)送。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的無(wú)線(xiàn)電力接收機(jī)，其中， 所述基準(zhǔn)電壓的值是可調(diào)的。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的無(wú)線(xiàn)電力接收機(jī)，其中，所述輸出信號(hào)是通過(guò)信號(hào)頻率的幅值來(lái)指示所述輸出電壓的幅值的交流信號(hào)。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的無(wú)線(xiàn)電力接收機(jī)，其中， 所述負(fù)載電路包括整流電路，并且利用所述整流電路將所述輸出電壓生成為直流電流。
13.一種按照無(wú)線(xiàn)方式從饋送線(xiàn)圈向接收線(xiàn)圈饋電的無(wú)線(xiàn)電力傳輸系統(tǒng)，該無(wú)線(xiàn)電力 傳輸系統(tǒng)包括電力傳輸控制電路，其以驅(qū)動(dòng)頻率向所述饋送線(xiàn)圈饋送交流電； 饋送線(xiàn)圈電路，其包括所述饋送線(xiàn)圈和第一電容器； 接收線(xiàn)圈電路，其包括所述接收線(xiàn)圈和第二電容器；負(fù)載電路，其包括負(fù)載線(xiàn)圈和負(fù)載，所述負(fù)載線(xiàn)圈磁耦合到所述接收線(xiàn)圈以從所述接 收線(xiàn)圈接收所述交流電，所述負(fù)載從所述負(fù)載線(xiàn)圈接收電力；以及相位檢測(cè)電路，其檢測(cè)所述交流電的電壓相位與電流相位之間的相位差，其中， 所述電力傳輸控制電路對(duì)所述驅(qū)動(dòng)頻率進(jìn)行調(diào)整以減小所述相位差，并且 所述相位檢測(cè)電路根據(jù)要施加于所述負(fù)載電路的一部分的輸出電壓的幅值來(lái)對(duì)所述 電壓相位與所述電流相位兩者或其中之一的檢測(cè)值執(zhí)行事后調(diào)整。
14.一種按照無(wú)線(xiàn)方式從饋送線(xiàn)圈向接收線(xiàn)圈饋電的無(wú)線(xiàn)饋電裝置，該無(wú)線(xiàn)饋電裝置 包括電力傳輸控制電路，其以驅(qū)動(dòng)頻率向所述饋送線(xiàn)圈饋送交流電； 饋送線(xiàn)圈電路，其包括所述饋送線(xiàn)圈和電容器，并以所述接收線(xiàn)圈的共振頻率共振； 相位檢測(cè)電路，其檢測(cè)所述交流電的電壓相位與電流相位之間的相位差；以及 信號(hào)接收電路，其按照占空比從所述交流電的電力接收方接收指示輸出的輸出信號(hào)， 并根據(jù)所述占空比對(duì)所述輸出信號(hào)進(jìn)行直流轉(zhuǎn)換，其中，所述電力傳輸控制電路對(duì)所述驅(qū)動(dòng)頻率進(jìn)行調(diào)整以減小所述相位差，從而使所述驅(qū)動(dòng) 頻率跟蹤所述共振頻率，并且所述相位檢測(cè)電路根據(jù)經(jīng)過(guò)直流轉(zhuǎn)換的所述輸出信號(hào)的信號(hào)電平對(duì)所述電壓相位與 電流相位兩者或其中之一的檢測(cè)值執(zhí)行事后調(diào)整。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的無(wú)線(xiàn)饋電裝置，其中，所述相位檢測(cè)電路對(duì)第一相位值與第二相位值進(jìn)行比較以檢測(cè)所述相位差，并且根據(jù) 所述信號(hào)電平改變第一基準(zhǔn)值與第二基準(zhǔn)值兩者或其中之一，從而對(duì)所述第一相位值與所 述第二相位值兩者或其中之一執(zhí)行事后調(diào)整，其中，所述第一相位值指示所述交流電的電 壓水平變?yōu)樗龅谝换鶞?zhǔn)值的時(shí)刻，而所述第二相位值指示所述交流電的電流水平變?yōu)樗?述第二基準(zhǔn)值的時(shí)刻。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的無(wú)線(xiàn)饋電裝置，其中， 所述信號(hào)接收電路以光信號(hào)的形式接收所述輸出信號(hào)。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的無(wú)線(xiàn)饋電裝置，該無(wú)線(xiàn)饋電裝置還包括激勵(lì)線(xiàn)圈，該激勵(lì) 線(xiàn)圈與所述饋送線(xiàn)圈磁耦合，并將交流電從所述電力傳輸控制電路饋送到所述饋送線(xiàn)圈， 其中，所述電力傳輸控制電路包括第一電流通路和第二電流通路，并使得分別與所述第一電 流通路和所述第二電流通路串聯(lián)連接的第一開(kāi)關(guān)和第二開(kāi)關(guān)以所述驅(qū)動(dòng)頻率交替導(dǎo)通，以 向所述激勵(lì)線(xiàn)圈饋送所述交流電。
18.根據(jù)權(quán)利要求14所述的無(wú)線(xiàn)饋電裝置，該無(wú)線(xiàn)饋電裝置還包括檢測(cè)線(xiàn)圈，該檢測(cè) 線(xiàn)圈利用由所述交流電產(chǎn)生的磁場(chǎng)來(lái)產(chǎn)生感應(yīng)電流，其中，所述相位檢測(cè)電路測(cè)量在所述檢測(cè)線(xiàn)圈中流動(dòng)的所述感應(yīng)電流的相位，以實(shí)現(xiàn)對(duì)所述 交流電的電流相位的測(cè)量。
19.一種按照無(wú)線(xiàn)方式在接收線(xiàn)圈處接收從根據(jù)權(quán)利要求14-18中任一項(xiàng)所述的無(wú)線(xiàn) 饋電裝置饋送的交流電的無(wú)線(xiàn)電力接收機(jī)，該無(wú)線(xiàn)電力接收機(jī)包括接收線(xiàn)圈電路，其包括所述接收線(xiàn)圈和電容器，并以所述饋送線(xiàn)圈的共振頻率共振； 負(fù)載電路，其包括負(fù)載線(xiàn)圈和負(fù)載，該負(fù)載線(xiàn)圈磁耦合到所述接收線(xiàn)圈，以從所述接收 線(xiàn)圈接收所述交流電，所述負(fù)載從所述負(fù)載線(xiàn)圈接收電力；以及信號(hào)發(fā)送電路，其按照占空比向所述無(wú)線(xiàn)饋電裝置發(fā)送輸出信號(hào)，該輸出信號(hào)指示要 施加于所述負(fù)載電路的一部分的輸出電壓。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的無(wú)線(xiàn)電力接收機(jī)，其中，所述信號(hào)發(fā)送電路按照所述占空比將指示所述輸出電壓和基準(zhǔn)電壓之間的差值的信 號(hào)作為所述輸出信號(hào)進(jìn)行發(fā)送。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的無(wú)線(xiàn)電力接收機(jī)，其中， 所述基準(zhǔn)電壓的值是可調(diào)的。
22.根據(jù)權(quán)利要求19所述的無(wú)線(xiàn)電力接收機(jī)，該無(wú)線(xiàn)電力接收機(jī)還包括 控制信號(hào)生成電路，其以預(yù)定的控制頻率生成控制信號(hào)；以及比較電路，當(dāng)在所述控制信號(hào)的信號(hào)電平與所述輸出電壓之間建立預(yù)定的幅值關(guān)系 時(shí)，所述比較電路生成使能信號(hào)，其中，所述信號(hào)發(fā)送電路基于所述使能信號(hào)的占空比確定所述輸出信號(hào)的占空比。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的無(wú)線(xiàn)電力接收機(jī)，所述無(wú)線(xiàn)電力接收機(jī)還包括基準(zhǔn)信號(hào)生 成電路，該基準(zhǔn)信號(hào)生成電路生成基準(zhǔn)信號(hào)，所述基準(zhǔn)信號(hào)的基準(zhǔn)頻率高于所述控制頻率， 其中，所述信號(hào)發(fā)送電路僅當(dāng)所述使能信號(hào)處于激活態(tài)時(shí)發(fā)送所述基準(zhǔn)信號(hào)作為所述輸出信號(hào)。
24.一種按照無(wú)線(xiàn)方式從饋送線(xiàn)圈向接收線(xiàn)圈饋電的無(wú)線(xiàn)電力傳輸系統(tǒng)，該無(wú)線(xiàn)電力 傳輸系統(tǒng)包括電力傳輸控制電路，其以驅(qū)動(dòng)頻率向所述饋送線(xiàn)圈饋送交流電； 饋送線(xiàn)圈電路，其包括所述饋送線(xiàn)圈和第一電容器； 接收線(xiàn)圈電路，其包括所述接收線(xiàn)圈和第二電容器；負(fù)載電路，其包括負(fù)載線(xiàn)圈和負(fù)載，所述負(fù)載線(xiàn)圈磁耦合到所述接收線(xiàn)圈以從所述接 收線(xiàn)圈接收所述交流電，所述負(fù)載從所述負(fù)載線(xiàn)圈接收電力；相位檢測(cè)電路，其檢測(cè)所述交流電的電壓相位與電流相位之間的相位差； 信號(hào)發(fā)送電路，其按照占空比向饋電裝置方發(fā)送指示要施加于所述負(fù)載電路的一部分 的輸出電壓的輸出信號(hào)；以及信號(hào)接收電路，其在所述饋電裝置方接收所述輸出信號(hào)，并根據(jù)所述占空比對(duì)所述輸 出信號(hào)進(jìn)行直流轉(zhuǎn)換，其中，所述電力傳輸控制電路對(duì)所述驅(qū)動(dòng)頻率進(jìn)行調(diào)整以減小所述相位差，以及， 所述相位檢測(cè)電路根據(jù)經(jīng)過(guò)直流轉(zhuǎn)換的所述輸出信號(hào)的信號(hào)電平對(duì)所述電壓相位與 所述電流相位兩者或其中之一的檢測(cè)值執(zhí)行事后調(diào)整。
全文摘要
無(wú)線(xiàn)饋電裝置、無(wú)線(xiàn)電力接收機(jī)以及無(wú)線(xiàn)電力傳輸系統(tǒng)。通過(guò)磁共振從饋送線(xiàn)圈(L2)向接收線(xiàn)圈(L3)饋送電力。VCO(202)以驅(qū)動(dòng)頻率(fo)交替導(dǎo)通/關(guān)閉開(kāi)關(guān)晶體管(Q1)和(Q2)，從而向饋送線(xiàn)圈(L2)饋送交流電，然后從饋送線(xiàn)圈(L2)向接收線(xiàn)圈(L3)饋送交流電。相位檢測(cè)電路(114)檢測(cè)電流相位和電壓相位之間的相位差，而VCO(202)調(diào)整驅(qū)動(dòng)頻率(fo)，使得相位差變?yōu)榱?。?dāng)負(fù)載電壓發(fā)生改變時(shí)，利用調(diào)整驅(qū)動(dòng)頻率(fo)的結(jié)果來(lái)調(diào)整所檢測(cè)的電流相位值。
文檔編號(hào)H02M7/48GK102082469SQ201010573498
公開(kāi)日2011年6月1日 申請(qǐng)日期2010年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月30日
發(fā)明者浦野高志 申請(qǐng)人:Tdk株式會(huì)社