專利名稱：無(wú)線受電裝置以及無(wú)線電力傳輸系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于接收無(wú)線饋送的電力的無(wú)線受電裝置、以及無(wú)線電力傳輸系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
不使用電源軟線來(lái)提饋電力的無(wú)線饋電技術(shù)日益得到關(guān)注?，F(xiàn)有的無(wú)線饋電技術(shù)大致可分為㈧利用電磁感應(yīng)的類型(近距離用)、⑶利用電波的類型(遠(yuǎn)距離用)、(C) 利用磁場(chǎng)共振現(xiàn)象的類型(中距離用)這3種。利用電磁感應(yīng)的類型(A) —般用于電動(dòng)剃須刀等身邊的家電產(chǎn)品之中，而由于距離變大時(shí)電力傳輸效率會(huì)急劇降低，因而存在著僅能在幾cm左右的近距離使用的課題。使用電波的類型(B)存在著雖然能遠(yuǎn)距離使用但電力小的課題。使用磁場(chǎng)共振現(xiàn)象的類型 (C)是較為新的技術(shù)，能在幾m左右的中距離實(shí)現(xiàn)較高的電力傳輸效率，因而尤其受到期待。例如，在EV(Electric Vehicle)的車輛下部嵌入受電線圈，以非接觸的形式從地里面的饋電線圈發(fā)送電力的方案也正在研究中。由于是無(wú)線的，因此能構(gòu)成為完全絕緣的系統(tǒng)， 由此可認(rèn)為對(duì)于雨天時(shí)的饋電具有效果。以下將類型(C)稱作“磁場(chǎng)共振型”。磁場(chǎng)共振型是以馬薩諸塞工科大學(xué)在2006年發(fā)表的理論為基礎(chǔ)的(參見專利文獻(xiàn)1)。專利文獻(xiàn)1中準(zhǔn)備了 4個(gè)線圈。從饋電側(cè)起把這些線圈按順序稱作“激勵(lì)線圈”、“饋電線圈”、“受電線圈”、“負(fù)載線圈”。激勵(lì)線圈與饋電線圈近距離相對(duì)并電磁耦合。受電線圈與負(fù)載線圈也同樣近距離相對(duì)并電磁耦合。與它們之間的距離相比，從饋電線圈到受電線圈的距離為較大的“中距離”。該系統(tǒng)的目的在于從饋電線圈對(duì)受電線圈進(jìn)行無(wú)線饋電。如果向激勵(lì)線圈饋送交流電力，則由于電磁感應(yīng)的原理也會(huì)在饋電線圈流過電流。當(dāng)饋電線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)，饋電線圈與受電線圈發(fā)生磁共振時(shí)，在受電線圈中流過大電流。 基于電磁感應(yīng)的原理，在負(fù)載線圈中也流過電流，能從與負(fù)載線圈串聯(lián)的負(fù)載中取出交流電力。通過使用磁場(chǎng)共振現(xiàn)象，即便從饋電線圈到受電線圈的距離遠(yuǎn)也能實(shí)現(xiàn)高電力傳輸效率。[專利文獻(xiàn)1]美國(guó)公開2008/0278264號(hào)公報(bào)[專利文獻(xiàn)2]日本特開2006-230032號(hào)公報(bào)[專利文獻(xiàn)3]國(guó)際公開2006/022365號(hào)公報(bào)[專利文獻(xiàn)4]美國(guó)公開2009/007 號(hào)公報(bào)[專利文獻(xiàn)5]美國(guó)公開2009/0015075號(hào)公報(bào)[專利文獻(xiàn)6]日本特開2006-74848號(hào)公報(bào)[專利文獻(xiàn)7]日本特開2008-288889號(hào)公報(bào)本發(fā)明人為了擴(kuò)展無(wú)線饋電的可利用性，考慮需要實(shí)現(xiàn)一種與饋電側(cè)的驅(qū)動(dòng)頻率無(wú)關(guān)地在受電側(cè)生成期望的輸出電壓波形的構(gòu)造。例如，在想生成商用頻率即50Hz或60Hz 的輸出電壓的情況下，相比將饋電側(cè)的驅(qū)動(dòng)頻率調(diào)整為商用頻帶，比較合理的是將接收到的電力的頻率調(diào)整為商用頻帶。因?yàn)閺碾娏斔托实挠^點(diǎn)出發(fā)，期望用接近共振頻率的驅(qū)動(dòng)頻率進(jìn)行饋電。此外，即使在想從1個(gè)無(wú)線饋電裝置向多個(gè)無(wú)線受電裝置同時(shí)進(jìn)行饋
3電的情況下，比較合理的是在受電側(cè)單個(gè)地調(diào)整輸出電壓波形。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于在磁場(chǎng)共振型的無(wú)線饋電中，在受電側(cè)控制輸出電壓的電壓波形。本發(fā)明的無(wú)線受電裝置是根據(jù)饋電線圈和受電線圈的磁場(chǎng)共振現(xiàn)象，通過受電線圈接收從饋電線圈無(wú)線輸送的交流電力的裝置。該無(wú)裝置具有受電線圈電路，其包括受電線圈和電容器；以及負(fù)載電路，其具有通過與受電線圈進(jìn)行磁耦合從而從受電線圈接收交流電力的負(fù)載線圈、和調(diào)整輸出電壓的調(diào)整電路，調(diào)整電路包括基準(zhǔn)信號(hào)產(chǎn)生電路，其以預(yù)定的基準(zhǔn)頻率產(chǎn)生基準(zhǔn)信號(hào)；以及控制信號(hào)產(chǎn)生電路，其被提供包含低于基準(zhǔn)頻率的頻率成分的輸入信號(hào)，產(chǎn)生表示基準(zhǔn)信號(hào)的信號(hào)電平和輸入信號(hào)的信號(hào)電平的大小關(guān)系的控制信號(hào)，調(diào)整電路根據(jù)控制信號(hào)調(diào)整輸出電壓?？刂菩盘?hào)產(chǎn)生電路也可以將基準(zhǔn)信號(hào)的信號(hào)電平作為基準(zhǔn)來(lái)計(jì)測(cè)輸入信號(hào)的信號(hào)電平，并通過控制信號(hào)的信號(hào)成分來(lái)表示其計(jì)測(cè)結(jié)果。此外，調(diào)整電路也可以根據(jù)控制信號(hào)，改變輸出電壓。能夠根據(jù)這種控制方法，在無(wú)線饋電中在受電側(cè)控制輸出電壓的電壓波形?？刂菩盘?hào)產(chǎn)生電路也可以根據(jù)基準(zhǔn)信號(hào)的信號(hào)電平和輸入信號(hào)的信號(hào)電平的大小關(guān)系改變控制信號(hào)的占空比。調(diào)整電路也可以包括由交流電力生成直流電壓的直流電路。此外，也可以通過根據(jù)控制信號(hào)來(lái)改變直流電壓，從而生成輸出電壓。調(diào)整電路也可以包括第1和第2電流路徑，通過根據(jù)控制信號(hào)使分別與第1和第 2電流路徑串聯(lián)連接的第1和第2開關(guān)交替導(dǎo)通從而由直流電壓生成輸出電壓。調(diào)整電路也可以通過控制信號(hào)使第1和第2開關(guān)互補(bǔ)導(dǎo)通。輸入信號(hào)也可以是商用頻帶的正弦波信號(hào)。此時(shí)，通過放大輸入信號(hào)，容易生成可用作商用電源的輸出電壓。本發(fā)明中的無(wú)線電力傳輸系統(tǒng)具有上述的各種無(wú)線受電裝置；饋電線圈；以及向饋電線圈提供交流電力的電源電路。電源電路也可以從處于與饋電側(cè)的電路要素實(shí)質(zhì)上非共振狀態(tài)的饋電線圈向受電線圈饋送交流電力。這里所謂的“實(shí)質(zhì)上非共振狀態(tài)”是指饋電線圈的共振不作為無(wú)線饋電的必須構(gòu)成要件。這不意味著排除掉饋電線圈與某些電路要素偶然發(fā)生的共振。也可以構(gòu)成為饋電線圈不與饋電側(cè)的線路要素形成以受電線圈的共振頻率作為共振點(diǎn)的共振電路。還可以構(gòu)成為不向饋電線圈串聯(lián)或并聯(lián)插入電容器。并且，將如上的構(gòu)成要素的任意組合、以及本發(fā)明的表現(xiàn)在方法、裝置、系統(tǒng)等之間加以轉(zhuǎn)換后的內(nèi)容作為本發(fā)明的方式也是有效的。根據(jù)本發(fā)明，在磁場(chǎng)共振型的無(wú)線饋電中，在受電側(cè)控制輸出電壓的電壓波形。


圖1是第1實(shí)施方式中的無(wú)線電力傳輸系統(tǒng)的原理圖。圖2是第1實(shí)施方式中的無(wú)線電力傳輸系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
圖3是示出輸入信號(hào)和基準(zhǔn)信號(hào)的關(guān)系的時(shí)序圖。圖4是示出高區(qū)域中的輸入信號(hào)、基準(zhǔn)信號(hào)和控制信號(hào)的關(guān)系的時(shí)序圖。圖5是示出中區(qū)域中的輸入信號(hào)、基準(zhǔn)信號(hào)和控制信號(hào)的關(guān)系的時(shí)序圖。圖6是示出低區(qū)域中的輸入信號(hào)、基準(zhǔn)信號(hào)和控制信號(hào)的關(guān)系的時(shí)序圖。圖7是示出輸入信號(hào)和輸出電壓的關(guān)系的時(shí)序圖。圖8是示出輸入信號(hào)波形的另一例的圖。圖9是第2實(shí)施方式中的無(wú)線電力傳輸系統(tǒng)的原理圖。圖10是第2實(shí)施方式中的無(wú)線電力傳輸系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。附圖標(biāo)號(hào)100 無(wú)線電力傳輸系統(tǒng)；102 交流電源；104 調(diào)整電路；106 直流電路；108 控制信號(hào)產(chǎn)生電路；Iio 基準(zhǔn)信號(hào)產(chǎn)生電路；112 反相器；116 無(wú)線饋電裝置；118 無(wú)線受電裝置；120 饋電線圈電路；122 高端驅(qū)動(dòng)器；IM 低端驅(qū)動(dòng)器；1 輸入信號(hào)；1 基準(zhǔn)信號(hào)；130 受電線圈電路；132 高端控制信號(hào)；134 低端控制信號(hào)；140 負(fù)載電路；L2 饋電線圈；L3受電線圈；L4 負(fù)載線圈；LD 負(fù)載。
具體實(shí)施例方式下面參照

本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式。第1實(shí)施方式圖1是第1實(shí)施方式的無(wú)線電力傳輸系統(tǒng)100的原理圖。第1實(shí)施方式的無(wú)線電力傳輸系統(tǒng)100具有無(wú)線饋電裝置116和無(wú)線受電裝置118。無(wú)線饋電裝置116包括饋電 LC共振電路300。無(wú)線受電裝置118具有受電線圈電路130和負(fù)載電路140。而且，通過受電線圈電路130形成受電LC共振電路302。饋電LC共振電路300包括電容器C2和饋電線圈L2。受電LC共振電路302具有電容器C3和受電線圈L3。將電容器C2、饋電線圈L2、電容器C3、受電線圈L3設(shè)定成，在饋電線圈L2與受電線圈L3充分離開到能夠忽視二者的磁場(chǎng)耦合的狀態(tài)下饋電LC共振電路 300和受電LC共振電路302各自的共振頻率相同。設(shè)該共同的共振頻率為frO。 在饋電線圈L2與受電線圈L3接近到能充分地磁場(chǎng)耦合的狀態(tài)下，通過饋電LC共振電路300、受電LC共振電路302以及它們之間產(chǎn)生的相互阻抗形成新的共振電路。該新共振電路由于相互阻抗的影響而具有2個(gè)共振頻率frl、fr2(frl < frO < fr2)。當(dāng)無(wú)線饋電裝置116從饋電源VG以共振頻率frl向饋電LC共振電路300饋送交流電力時(shí)，作為新共振電路的一部分的饋電LC共振電路300在共振點(diǎn)1 (共振頻率frl)產(chǎn)生共振。當(dāng)饋電LC共振電路300共振時(shí)，饋電線圈L2產(chǎn)生共振頻率frl的交流磁場(chǎng)。同樣作為新共振電路的一部分的受電LC共振電路302也通過該交流磁場(chǎng)而產(chǎn)生共振。當(dāng)饋電LC共振電路 300和受電LC共振電路302以相同的共振頻率frl共振時(shí)，以最大的電力傳輸效率從饋電線圈L2向受電線圈L3進(jìn)行無(wú)線饋電。從無(wú)線受電裝置118的負(fù)載LD中取出受電電力作為輸出電力。并且，新共振電路不僅能在共振點(diǎn)1(共振頻率frl)產(chǎn)生共振，還能在共振點(diǎn) 2(共振頻率frf)產(chǎn)生共振。 圖2是無(wú)線電力傳輸系統(tǒng)100的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。無(wú)線電力傳輸系統(tǒng)100包括饋電側(cè)的無(wú)線饋電裝置116、和受電側(cè)的無(wú)線受電裝置118。無(wú)線饋電裝置116包括交流電源102、
5電容器C2和饋電線圈L2。圖2中的無(wú)線饋電裝置116是不經(jīng)由激勵(lì)線圈而直接驅(qū)動(dòng)饋電線圈L2的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)。無(wú)線受電裝置118包括受電線圈電路130和負(fù)載電路140。在無(wú)線饋電裝置116所具有的饋電線圈L2與受電線圈電路130所具有的受電線圈L3之間存在0.2 1.0m左右的距離(以下稱作“線圈間距離”)。無(wú)線電力傳輸系統(tǒng)100 的主要目的在于以無(wú)線方式從饋電線圈L2向受電線圈L3發(fā)送交流電力。本實(shí)施方式中說(shuō)明的是共振頻率frl = IOOkHz的情況。并且，本實(shí)施方式的無(wú)線電力傳輸系統(tǒng)例如還可以通過ISMandustry-Science-Medical)頻帶那樣的高頻帶進(jìn)行工作。低頻帶具有易于抑制開關(guān)晶體管(后述)的成本和開關(guān)損失、電波法限制較少的優(yōu)勢(shì)。饋電線圈L2的卷繞數(shù)為7次，導(dǎo)體直徑為5mm，饋電線圈L2自身的形狀為 280mmX 280mm的正方形。饋電線圈L2和電容器C2各自的值都被設(shè)定為使得共振頻率fr 為100kHz。圖2中為了便于理解，將饋電線圈L2描繪為圓形。其他線圈也同樣。圖2所示的各線圈的材質(zhì)都是銅。在無(wú)線饋電裝置116中流過交流電流12。受電線圈電路130是受電線圈L3和電容器C3串聯(lián)而成的電路。饋電線圈L2與受電線圈L3彼此相對(duì)。受電線圈L3的卷繞數(shù)為7次，導(dǎo)體直徑為5mm，受電線圈L3自身的形狀為280mmX ^Omm的正方形。受電線圈L3和電容器C3各自的值都被設(shè)定成使得受電線圈電路130的共振頻率frl也為100kHz。饋電線圈L2與受電線圈L3無(wú)需采用相同形狀。 當(dāng)饋電線圈L2以共振頻率frl = IOOkHz產(chǎn)生了磁場(chǎng)時(shí)，饋電線圈L2與受電線圈L3產(chǎn)生磁共振，在受電線圈電路130中也流過交流電流13。負(fù)載電路140具有負(fù)載線圈L4經(jīng)由調(diào)整電路104與負(fù)載LD連接的結(jié)構(gòu)。受電線圈L3與負(fù)載線圈L4彼此相對(duì)。在本實(shí)施方式中，受電線圈L3的線圈平面與負(fù)載線圈L4 的線圈平面大致相同。因此受電線圈L3與負(fù)載線圈L4較強(qiáng)地電磁耦合。負(fù)載線圈L4的卷繞數(shù)為1次，導(dǎo)體直徑為5mm，負(fù)載線圈L4自身的形狀為300mmX 300mm的正方形。在受電線圈L3中流過電流13，從而在負(fù)載電路140中產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，在負(fù)載電路140中流過交流電流14。交流電流14被調(diào)整電路104整流，在負(fù)載LD中流過電流IS。調(diào)整電路104將后述。從無(wú)線饋電裝置116的饋電線圈L2輸送來(lái)的交流電力被無(wú)線受電裝置118的受電線圈L3所接收，最終從負(fù)載LD中取出輸出電壓V5。如果將負(fù)載LD直接連接到受電線圈電路130，則受電線圈電路130的Q值變差。 因此將受電用的受電線圈電路130與取出電力用的負(fù)載電路140分離開來(lái)。為了提高電力傳輸效率，優(yōu)選使饋電線圈L2、受電線圈L3和負(fù)載線圈L4的中心線對(duì)齊。調(diào)整電路104包括直流電路106。直流電路106所具有的電容器CA、CB被接收電力(交流電力)充電，從而作為直流電壓源發(fā)揮作用。電容器CA設(shè)置于圖2所示的點(diǎn)A與點(diǎn)C之間，電容器CB設(shè)置于點(diǎn)C與點(diǎn)B之間。設(shè)電容器CA的電壓(AC間電壓)為VA、電容器CB的電壓(CB間電壓)為VB。以下，將VA+VB(AB間電壓)稱作“直流電源電壓”。在負(fù)載線圈L4中流過的電流14是交流電流，因此交替流過第1路徑和第2路徑。 第1路徑是從負(fù)載線圈L4的端點(diǎn)E起經(jīng)由二極管D1、點(diǎn)A、電容器CA、點(diǎn)C、點(diǎn)D而返回到負(fù)載線圈L4的端點(diǎn)F的路徑。第2路徑與第1的路徑相反，是從負(fù)載線圈L4的端點(diǎn)F起經(jīng)由點(diǎn)D、點(diǎn)C、電容器CB、點(diǎn)B、二極管D2而返回到負(fù)載線圈L4的端點(diǎn)E的路徑。其結(jié)果， 電容器CA、CB被接收電力充電。
此外，點(diǎn)A與開關(guān)晶體管Ql的漏極連接，點(diǎn)B與開關(guān)晶體管Q2的源極連接。開關(guān)晶體管Ql和源極和開關(guān)晶體管Ql的漏極在點(diǎn)H被連接。點(diǎn)H經(jīng)由電感器L5、點(diǎn)J、電容器 C5與點(diǎn)D連接。對(duì)電感器L5和電容器C5進(jìn)行連接的點(diǎn)J與負(fù)載LD的一端連接，負(fù)載LD 的另一端與點(diǎn)D連接。開關(guān)晶體管Ql和開關(guān)晶體管Q2是特性相同的增強(qiáng)型MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect ^Transistor，金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)，但也可以是雙極晶體管等其他晶體管。還可以使用中繼開關(guān)等其他開關(guān)代替晶體管。當(dāng)開關(guān)晶體管Ql導(dǎo)通(ON)時(shí)，開關(guān)晶體管Q2成為非導(dǎo)通(OFF)。具體的控制方法將后述。此時(shí)的主電流路徑(以下稱作“高電流路徑”)是從電容器CA的正極起經(jīng)由點(diǎn) A、開關(guān)晶體管Ql、點(diǎn)H、電感器L5、點(diǎn)J、負(fù)載LD、點(diǎn)D而返回到負(fù)極的路徑。開關(guān)晶體管Ql 作為控制高電流路徑的導(dǎo)通/非導(dǎo)通的開關(guān)發(fā)揮作用。當(dāng)開關(guān)晶體管Q2導(dǎo)通(ON)時(shí)，開關(guān)晶體管Ql成為非導(dǎo)通(OFF)。此時(shí)的主電流路徑(以下稱作“低電流路徑”)是從電容器CB的正極起經(jīng)由點(diǎn)C、點(diǎn)D、負(fù)載LD、點(diǎn)J、電感器L5、開關(guān)晶體管Q2、點(diǎn)B而返回到負(fù)極的路徑。開關(guān)晶體管Q2作為控制低電流路徑的導(dǎo)通/非導(dǎo)通的開關(guān)發(fā)揮作用。在負(fù)載LD中流過的電流IS是交流電流，將流過高電流路徑時(shí)稱作正方向，流過低電流路徑時(shí)稱作負(fù)方向。調(diào)整電路104還包括控制信號(hào)產(chǎn)生電路108、基準(zhǔn)信號(hào)產(chǎn)生電路110、反相器112、 高端驅(qū)動(dòng)器122和低端驅(qū)動(dòng)器124。向控制信號(hào)產(chǎn)生電路108提供輸入信號(hào)。輸入信號(hào)的電壓波形是任意的。調(diào)整電路104將電容器CA、CB作為直流電壓源，向負(fù)載LD提供將該輸入信號(hào)放大后的輸出電壓V5。在本實(shí)施方式中，生成作為商用頻率的1種的50Hz 正弦波的輸出電壓V5，因此設(shè)為將50Hz 正弦波的輸入信號(hào)提供給控制信號(hào)產(chǎn)生電路108來(lái)進(jìn)行說(shuō)明。此外，將輸出電壓V5的有效值設(shè)為IOO(V)，因此直流電源電壓被設(shè)定為141 (V)以上?；鶞?zhǔn)信號(hào)產(chǎn)生電路110產(chǎn)生具有比輸入信號(hào)的頻率(以下稱作“信號(hào)頻率”)高的頻率(以下稱作“基準(zhǔn)頻率”)的基準(zhǔn)信號(hào)。本實(shí)施方式中的基準(zhǔn)信號(hào)是20kHz ·三角波的交流信號(hào)。控制信號(hào)產(chǎn)生電路108產(chǎn)生表示該輸入信號(hào)和基準(zhǔn)信號(hào)的大小關(guān)系的控制信號(hào)。 控制信號(hào)是其占空比根據(jù)輸入信號(hào)和基準(zhǔn)信號(hào)的大小關(guān)系而變化的矩形波狀的交流信號(hào)。 具體將后述。高端驅(qū)動(dòng)器122和低端驅(qū)動(dòng)器IM是為了物理分離控制信號(hào)產(chǎn)生電路108和開關(guān)晶體管Q1、Q2而插入的光電耦合器。在控制信號(hào)為高電平時(shí)，開關(guān)晶體管Ql經(jīng)由高端驅(qū)動(dòng)器122導(dǎo)通。另一方面，反相器112使控制信號(hào)反轉(zhuǎn)，因此開關(guān)晶體管Q2截止。在控制信號(hào)為低電平時(shí)，開關(guān)晶體管Ql截止。反相器112使低電平的控制信號(hào)反轉(zhuǎn)，因此開關(guān)晶體管Q2導(dǎo)通。這樣，開關(guān)晶體管Ql、Q2通過控制信號(hào)互補(bǔ)導(dǎo)通。圖3是示出輸入信號(hào)和基準(zhǔn)信號(hào)的關(guān)系的時(shí)序圖。時(shí)刻tl到t5相當(dāng)于輸入信號(hào) 126的1周期。本實(shí)施方式中的輸入信號(hào)1 是信號(hào)頻率50Hz的正弦波交流信號(hào)，因此1 周期為20msec。另一方面，基準(zhǔn)信號(hào)1 是基準(zhǔn)頻率20kHz的三角波交流信號(hào)，因此1周期為50ysec。在圖3中，為了容易理解，將基準(zhǔn)信號(hào)128的周期描繪得較長(zhǎng)。期望基準(zhǔn)信號(hào)128的振幅在輸入信號(hào)126的振幅以上。在本實(shí)施方式中，輸入信號(hào)126的振幅和基準(zhǔn)信號(hào)128的振幅相同。此外，輸入信號(hào)1 和基準(zhǔn)信號(hào)1 都僅具有正成分。控制信號(hào)產(chǎn)生電路108對(duì)這種輸入信號(hào)1 和基準(zhǔn)信號(hào)1 進(jìn)行比較，并適當(dāng)改變控制信號(hào)的占空比。分別針對(duì)輸入信號(hào)126為最大值附近的高區(qū)域P1、輸入信號(hào)126為中間值附近的中區(qū)域P2、輸入信號(hào)126為最小值附近的低區(qū)域P3，與圖4到圖6關(guān)聯(lián)起來(lái)對(duì)輸入信號(hào)126、基準(zhǔn)信號(hào)1 和控制信號(hào)的關(guān)系進(jìn)行詳細(xì)敘述。圖4是示出高區(qū)域Pl中的輸入信號(hào)、基準(zhǔn)信號(hào)和控制信號(hào)的關(guān)系的時(shí)序圖。圖4 是將圖3所示的高區(qū)域Pl附近沿時(shí)間方向放大后的圖。在高區(qū)域Pl中，輸入信號(hào)126的信號(hào)電平高，因此在大多數(shù)期間輸入信號(hào)126的信號(hào)電平比基準(zhǔn)信號(hào)128的信號(hào)電平高?？刂菩盘?hào)產(chǎn)生電路108對(duì)輸入信號(hào)1 和基準(zhǔn)信號(hào)1 進(jìn)行比較，在輸入信號(hào)126 >基準(zhǔn)信號(hào)128時(shí)輸出高電平的控制信號(hào)，在輸入信號(hào)1 <基準(zhǔn)信號(hào)1 時(shí)輸出低電平的控制信號(hào)?？刂菩盘?hào)被作為高端控制信號(hào)132提供到開關(guān)晶體管Ql的柵極，另一方面，還被反相器112反轉(zhuǎn)并作為低端控制信號(hào)134提供給開關(guān)晶體管Q2。高端控制信號(hào)132的占空比在50%以上，低端控制信號(hào)134的占空比小于50 %， 因此開關(guān)晶體管Ql導(dǎo)通的時(shí)間比開關(guān)晶體管Q2導(dǎo)通的時(shí)間長(zhǎng)。由高端控制信號(hào)132和低端控制信號(hào)134控制的電流IS通過電感器L5和電容器C5被積分從而被平均化。其結(jié)果， 在負(fù)載LD中容易沿正方向流過電流IS，輸出電壓V5成為正的。圖5是示出中區(qū)域P2中的輸入信號(hào)、基準(zhǔn)信號(hào)和控制信號(hào)的關(guān)系的時(shí)序圖。圖5 是將圖3所示的中區(qū)域P2附近沿時(shí)間方向放大后的圖。在中區(qū)域P2中，輸入信號(hào)126的信號(hào)電平成為基準(zhǔn)信號(hào)128的中間電平。高端控制信號(hào)132的占空比為50%附近，低端控制信號(hào)134的占空比也在50%附近，因此開關(guān)晶體管Ql導(dǎo)通的時(shí)間和開關(guān)晶體管Q2導(dǎo)通的時(shí)間平衡。其結(jié)果，負(fù)載LD的輸出電壓V5在零附近。圖6是示出低區(qū)域P3中的輸入信號(hào)、基準(zhǔn)信號(hào)和控制信號(hào)的關(guān)系的時(shí)序圖。圖6 是將圖3所示的低區(qū)域P3附近沿時(shí)間方向放大后的圖。在低區(qū)域Pl中，輸入信號(hào)1 的信號(hào)電平低，因此在大多數(shù)期間，輸入信號(hào)1 的信號(hào)電平都比基準(zhǔn)信號(hào)1 的信號(hào)電平低。高端控制信號(hào)132的占空比在50%以下，低端控制信號(hào)134的占空比在50 %以上，因此開關(guān)晶體管Ql導(dǎo)通的時(shí)間比開關(guān)晶體管Q2導(dǎo)通的時(shí)間短。其結(jié)果，在負(fù)載LD中容易沿負(fù)方向流過電流IS，輸出電壓V5成為負(fù)的。圖7是示出輸入信號(hào)1 和輸出電壓V5的關(guān)系的時(shí)序圖。輸出電壓V5具有將輸入信號(hào)1 放大后的電壓波形。通過基準(zhǔn)信號(hào)1 對(duì)輸入信號(hào)126的信號(hào)電平進(jìn)行定期計(jì)測(cè)，并根據(jù)計(jì)測(cè)結(jié)果適當(dāng)改變控制信號(hào)的占空比，通過占空比的變化控制輸出電壓V5的電壓電平。如果將輸出電壓V5的振幅B設(shè)定為141 (V)，則能夠在無(wú)線受電裝置118側(cè)生成商用頻率50Hz、有效值IOO(V)的交流電壓。由此，即使在通過受電線圈L3接收到共振頻率 frl = IOOkHz附近的交流電力的情況下，也能夠生成可用作商用電源的輸出電壓V5。圖8是示出輸入信號(hào)波形的另一例的圖。輸入信號(hào)1 不需要是正弦波信號(hào)。例如，如果如圖8所示那樣減小輸入信號(hào)1 的波形寬度，則能夠抑制從負(fù)載LD輸出的電力。 如果將輸入信號(hào)126設(shè)為聲音信號(hào)，則無(wú)線電力傳輸系統(tǒng)100能夠作為放大器發(fā)揮作用。音聲信號(hào)被放大，并作為輸出電壓V5被輸出。第2實(shí)施方式
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圖9是第2實(shí)施方式中的無(wú)線電力傳輸系統(tǒng)100的原理圖。第2實(shí)施方式中的無(wú)線電力傳輸系統(tǒng)100也具有無(wú)線饋電裝置116和無(wú)線受電裝置118。其中，無(wú)線受電裝置 118具有受電LC共振電路302，而無(wú)線饋電裝置116不具有饋電LC共振電路300。即，饋電線圈L2不成為L(zhǎng)C共振電路的一部分。更具體而言，饋電線圈L2不與包含于無(wú)線饋電裝置 116中的其他電路要素形成共振電路。不向饋電線圈L2串聯(lián)或并聯(lián)地插入電容器。由此， 饋電線圈L2在傳輸電力時(shí)的頻率時(shí)處于非共振狀態(tài)。饋電電源VG向饋電線圈L2提供共振頻率frl的交流電流。饋電線圈L2雖然不共振，然而產(chǎn)生共振頻率frl的交流磁場(chǎng)。受電LC共振電路302通過該交流磁場(chǎng)而產(chǎn)生共振。其結(jié)果是，在受電LC共振電路302中流過大交流電流。通過本發(fā)明人的研究，得出了在無(wú)線饋電裝置116中不一定需要形成LC共振電路的結(jié)論。饋電線圈LS并非饋電LC共振電路的一部分，因此作為無(wú)線饋電裝置116而言，在共振頻率frl時(shí)不會(huì)轉(zhuǎn)移到共振狀態(tài)。一般而言，可以解釋為磁場(chǎng)共振型無(wú)線饋電會(huì)在饋電側(cè)和受電側(cè)雙方形成共振電路，通過使各個(gè)共振電路以相同的共振頻率frl ( = frO)共振，從而能實(shí)現(xiàn)大電力的輸電。然而已知，即便是不具有饋電LC共振電路300的無(wú)線饋電裝置116，只要無(wú)線受電裝置118具有受電LC共振電路302，則就能實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)共振型的無(wú)線饋電。即便饋電線圈L2與受電側(cè)線圈L3磁場(chǎng)耦合，由于省略了電容器C2，因而不會(huì)形成新的共振電路(由于共振電路彼此的耦合而形成的新的共振電路)。這種情況下，饋電線圈L2與受電側(cè)線圈L3的磁場(chǎng)耦合越強(qiáng)，則越會(huì)對(duì)受電LC共振電路302的共振頻率帶來(lái)影響。通過把該共振頻率、即共振頻率frl附近的頻率的交流電流提供給饋電線圈L2，從而能實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)共振型的無(wú)線饋電。另外，由于不需要電容器C2，因此在尺寸和成本方面而言也是具有優(yōu)勢(shì)的。圖10是第2實(shí)施方式中的無(wú)線電力傳輸系統(tǒng)100的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。在第2實(shí)施方式的無(wú)線電力傳輸系統(tǒng)100中，省略了電容器C2。其他方面都與第1實(shí)施方式相同。以上根據(jù)實(shí)施方式說(shuō)明了無(wú)線電力傳輸系統(tǒng)100。根據(jù)無(wú)線電力傳輸系統(tǒng)100，能夠根據(jù)饋送給受電側(cè)的輸入信號(hào)的波形控制負(fù)載LD的輸出電壓V5。由此，即使饋電側(cè)調(diào)整交流電源102的驅(qū)動(dòng)頻率而追求最大電力效率，受電側(cè)也能夠根據(jù)接收電力穩(wěn)定地生成期望的輸出電壓V5。以上根據(jù)實(shí)施方式說(shuō)明了本發(fā)明。實(shí)施方式僅為示例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言，應(yīng)該能夠理解可在本發(fā)明權(quán)利要求范圍內(nèi)實(shí)施各種變形和變更，而且這種變形例和變更也屬于本發(fā)明的權(quán)利要求范圍。因此本說(shuō)明書中的描述和附圖并不是限定性的，而應(yīng)作為例證來(lái)對(duì)待?；鶞?zhǔn)信號(hào)產(chǎn)生電路110產(chǎn)生的基準(zhǔn)信號(hào)只要是交流信號(hào)即可，不限于三角波，也可以是鋸齒波、正弦波或矩形波等。在本實(shí)施方式中，說(shuō)明為控制信號(hào)的占空比表示輸入信號(hào)的信號(hào)電平，但是也可以通過控制信號(hào)的振幅或頻率來(lái)表現(xiàn)輸入信號(hào)的信號(hào)電平。此外， 通過直流電路106使接收電力直流化的過程不是必需的。例如，也可以通過控制信號(hào)控制交流的接收電力，由此控制輸出電壓V5。在無(wú)線電力傳輸系統(tǒng)100中傳輸?shù)摹敖涣麟娏Α辈幌抻谀芰?，還可以作為信號(hào)進(jìn)行傳輸。在以無(wú)線方式來(lái)發(fā)送模擬信號(hào)或數(shù)字信號(hào)的情況下，也能應(yīng)用本發(fā)明的無(wú)線電力傳輸方法。
權(quán)利要求
1.一種無(wú)線受電裝置，其根據(jù)饋電線圈和受電線圈的磁場(chǎng)共振現(xiàn)象，通過所述受電線圈接收從所述饋電線圈無(wú)線輸送的交流電力，該無(wú)線受電裝置的特征在于，具有受電線圈電路，其包括所述受電線圈和電容器；以及負(fù)載電路，其具有通過與所述受電線圈進(jìn)行磁耦合從而從所述受電線圈接收所述交流電力的負(fù)載線圈、和調(diào)整輸出電壓的調(diào)整電路，所述調(diào)整電路包括基準(zhǔn)信號(hào)產(chǎn)生電路，其以預(yù)定的基準(zhǔn)頻率產(chǎn)生基準(zhǔn)信號(hào)；以及控制信號(hào)產(chǎn)生電路，其被提供包含低于所述基準(zhǔn)頻率的頻率成分的輸入信號(hào)，產(chǎn)生表示所述基準(zhǔn)信號(hào)的信號(hào)電平與所述輸入信號(hào)的信號(hào)電平的大小關(guān)系的控制信號(hào)，所述調(diào)整電路根據(jù)所述控制信號(hào)，調(diào)整所述輸出電壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)線受電裝置，其特征在于，所述控制信號(hào)產(chǎn)生電路根據(jù)所述基準(zhǔn)信號(hào)的信號(hào)電平與所述輸入信號(hào)的信號(hào)電平的大小關(guān)系，改變所述控制信號(hào)的占空比。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)線受電裝置，其特征在于，所述調(diào)整電路包括由所述交流電力生成直流電壓的直流電路，通過根據(jù)所述控制信號(hào)來(lái)改變所述直流電壓，從而生成所述輸出電壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的無(wú)線受電裝置，其特征在于，所述調(diào)整電路包括第1和第2電流路徑，通過根據(jù)所述控制信號(hào)使分別與所述第1和第2電流路徑串聯(lián)連接的第1和第2 開關(guān)交替導(dǎo)通，從而由所述直流電壓生成所述輸出電壓。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的無(wú)線受電裝置，其特征在于，所述調(diào)整電路通過所述控制信號(hào)使所述第1和第2開關(guān)互補(bǔ)導(dǎo)通。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)線受電裝置，其特征在于，所述輸入信號(hào)是商用頻帶的正弦波信號(hào)。
7.一種無(wú)線電力傳輸系統(tǒng)，其特征在于，該無(wú)線電力傳輸系統(tǒng)具有權(quán)利要求1至6中的任意一項(xiàng)所述的無(wú)線受電裝置；所述饋電線圈；以及電源電路，其向所述饋電線圈提供所述交流電力。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的無(wú)線電力傳輸系統(tǒng)，其特征在于，所述電源電路從處于與饋電側(cè)的電路要素實(shí)質(zhì)上非共振的狀態(tài)的所述饋電線圈向所述受電線圈饋送所述交流電力。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的無(wú)線電力傳輸系統(tǒng)，其特征在于，所述饋電線圈不與饋電側(cè)的電路要素形成以所述受電線圈的共振頻率作為共振點(diǎn)的共振電路。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的無(wú)線電力傳輸系統(tǒng)，其特征在于，所述無(wú)線電力傳輸系統(tǒng)是未向所述饋電線圈串聯(lián)或并聯(lián)地插入電容器的結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種無(wú)線受電裝置以及無(wú)線電力傳輸系統(tǒng)。在磁場(chǎng)共振型的無(wú)線饋電中，在受電側(cè)控制輸出電壓的電壓波形。從饋電線圈(L2)向受電線圈(L3)通過磁共振傳輸電力。在無(wú)線受電裝置(118)中，電容器(CA、CB)被接收電力充電，它們作為直流電源發(fā)揮作用。另一方面，向控制信號(hào)產(chǎn)生電路(108)提供基準(zhǔn)信號(hào)和輸入信號(hào)?？刂菩盘?hào)產(chǎn)生電路(108)根據(jù)這兩種信號(hào)產(chǎn)生利用占空比表示輸入信號(hào)的電平的控制信號(hào)。利用該控制信號(hào)，控制負(fù)載(LD)中的輸出電壓(V5)的電壓波形。
文檔編號(hào)H02J17/00GK102214955SQ20111008428
公開日2011年10月12日 申請(qǐng)日期2011年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月5日
發(fā)明者浦野高志 申請(qǐng)人:Tdk株式會(huì)社