無(wú)線電力輸送裝置、以及使用它的圖像顯示系統(tǒng)、移動(dòng)體供電系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種無(wú)線電力輸送裝置、以及使用它的圖像顯示系統(tǒng)、移動(dòng)體供電系統(tǒng)。使用具有不同供電點(diǎn)的對(duì)的兩個(gè)天線，以第一供電點(diǎn)的對(duì)并使用第一極化波進(jìn)行電力輸送，以第二供電點(diǎn)的對(duì)并使用與該第一極化波正交的極化波輸送控制信號(hào)，以該控制信號(hào)控制兩個(gè)天線的阻抗。從而，可以按照非接觸遠(yuǎn)程的方式實(shí)現(xiàn)高效率的電力輸送。使用一對(duì)天線并使用不同的極化波進(jìn)行電力輸送和控制信號(hào)輸送，使用與該天線耦合的可變電抗，根據(jù)該控制信號(hào)而使該天線的匹配狀態(tài)最優(yōu)化。
【專利說(shuō)明】無(wú)線電力輸送裝置、以及使用它的圖像顯示系統(tǒng)、移動(dòng)體供電系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及以非接觸的方式遠(yuǎn)程地輸送電力的無(wú)線電力輸送裝置以及使用它的各種系統(tǒng)，尤其涉及在電力的發(fā)送側(cè)和接收側(cè)的相對(duì)位置變化少的狀態(tài)下可以實(shí)現(xiàn)高效率的電力輸送的無(wú)線電力輸送裝置以及使用它的各種系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]非接觸的電力輸送可以使用電磁波來(lái)進(jìn)行，尤其根據(jù)電力的發(fā)送側(cè)和接收側(cè)的相對(duì)位置而各式各樣的方式被供于實(shí)用。
[0003]在發(fā)送側(cè)和接收側(cè)的相對(duì)距離極其近的情況下，主要通過(guò)使用磁場(chǎng)的電磁感應(yīng)可以實(shí)現(xiàn)高效率的電力輸送，其電力輸送效率也有時(shí)超過(guò)90%。
[0004]被商用化的烹飪加熱器中，在接收側(cè)將電力立即轉(zhuǎn)換成熱能的烹飪加熱器的電力輸送效率超過(guò)90%。針對(duì)于交通工具的路徑卡(path card)的電力輸送是通過(guò)電磁感應(yīng)而實(shí)現(xiàn)的，在路徑卡和讀取機(jī)的相對(duì)位置極其近的情況下，高效率的電力輸送成為可能。超過(guò)90%這樣的高效率電力輸送，即便是非接觸的，現(xiàn)有技術(shù)也僅停留于相接近的狀況。
[0005]與之相對(duì)地，在發(fā)送側(cè)和接收側(cè)的相對(duì)位置沒(méi)有被固定的狀況下遠(yuǎn)程地輸送電力的技術(shù)也在各產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域中確立，但是其電力輸送效率低，停留在百分之幾左右。
[0006]RFID為其一例，在幾厘米至幾米的距離中，利用假定為按照將接收側(cè)與發(fā)送側(cè)的距離以使用電磁波的波長(zhǎng)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化后的值的平方進(jìn)行衰減的極低的電力輸送效率可以輸送電力。此時(shí)，雖然電力輸送中所使用的電磁波通過(guò)遠(yuǎn)場(chǎng)可以將電力輸送至遠(yuǎn)處，但是其輸送效率與作為電磁波的其他要素的靜電場(chǎng)和感應(yīng)磁場(chǎng)相比，電力輸送能力低。
[0007]與這些高效率且附近、以及低效率且遠(yuǎn)處的電力輸送規(guī)格不同的、中距離且中效率這一狀況下的、電力輸送的請(qǐng)求近年來(lái)得以提高。
[0008]對(duì)于這種要求的所期待的一個(gè)回答是被稱作磁共振的電磁場(chǎng)的輸送方式。如在專利文獻(xiàn)I以及專利文獻(xiàn)2所述那樣，在幾米的發(fā)送側(cè)和接收側(cè)的距離中實(shí)現(xiàn)了百分之幾十的電力輸送效率。
[0009]在先技術(shù)文獻(xiàn)
[0010]專利文獻(xiàn)
[0011]專利文獻(xiàn)1:日本特開2011-259585號(hào)公報(bào)
[0012]專利文獻(xiàn)2:日本特開2011-211895號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]發(fā)明概要
[0014]發(fā)明要解決的課題
[0015]利用了被稱作磁共振的電磁場(chǎng)的輸送方式的技術(shù)，在無(wú)線電力輸送中將電力與空間進(jìn)行交換的硬件即天線為三維構(gòu)造，因此存在裝置組裝需要較大體積的問(wèn)題。此外，雖然該技術(shù)在電力輸送中僅使用電磁場(chǎng)的磁場(chǎng)，但是通過(guò)同時(shí)使用磁場(chǎng)和電場(chǎng)，可以實(shí)現(xiàn)同樣的中距離且中效率的電力輸送。
[0016]在這種的一并使用電場(chǎng)和磁場(chǎng)的電力輸送方式中，在發(fā)送天線與接收天線之間產(chǎn)生由電場(chǎng)和磁場(chǎng)所引起的共振現(xiàn)象(electromagnetic resonant),雖然認(rèn)為從發(fā)送側(cè)向接收側(cè)進(jìn)行高效率的電力輸送，但是因?yàn)槭褂昧斯舱瘳F(xiàn)象，所以產(chǎn)生能高效率地輸送電力的電磁波的頻率范圍變窄的問(wèn)題。
[0017]由于頻率的倒數(shù)為波長(zhǎng)，因此波長(zhǎng)范圍變窄，從而從發(fā)送天線向接收天線能高效率地傳輸電力的距離的范圍也變窄。因而，當(dāng)發(fā)送天線和接收天線的距離發(fā)生變化時(shí)從發(fā)送側(cè)向接收側(cè)的電力輸送效率也發(fā)生較大變動(dòng)，故存在妨礙從發(fā)送側(cè)向接收側(cè)的高效率的電力輸送的問(wèn)題。
[0018]以上，在本發(fā)明中，提供一種在一并使用電場(chǎng)和磁場(chǎng)的非接觸式中距離的電力無(wú)線輸送中，能夠避免發(fā)送天線和接收天線的距離發(fā)生變化時(shí)的從發(fā)送側(cè)向接收側(cè)的電力輸送效率的劣化的、無(wú)線電力輸送裝置以及使用它的各種系統(tǒng)。
[0019]用于解決課題的技術(shù)方案
[0020]以上，在本發(fā)明中，其特征在于，使用具備第一供電點(diǎn)和第二供電點(diǎn)的第一天線和第二天線，以第一天線的第一供電點(diǎn)和第二天線的第一供電點(diǎn)的組進(jìn)行發(fā)送接收的第一電磁波的極化波(polarized wave)、與以第一天線的第二供電點(diǎn)和第二天線的第二供電點(diǎn)的組進(jìn)行發(fā)送接收的第二電磁波的極化波相正交，以第一供電點(diǎn)的組輸送電力，以第二供電點(diǎn)的組傳遞控制信號(hào)。
[0021]更具體進(jìn)行敘述，本發(fā)明的無(wú)線電力輸送裝置，其特征在于，具備發(fā)送機(jī)和接收機(jī)，其中，發(fā)送機(jī)具備:電力產(chǎn)生電路，其經(jīng)由發(fā)送可變電抗電路而與發(fā)送天線的電力輸送用供電點(diǎn)耦合；控制信號(hào)接收電路，其與發(fā)送天線的控制信號(hào)輸送用供電點(diǎn)耦合；和發(fā)送控制電路，其根據(jù)控制信號(hào)接收電路的輸出來(lái)控制發(fā)送可變電抗電路的電抗值；接收機(jī)具備:電力負(fù)載電路，其經(jīng)由接收可變電抗電路而與接收天線的電力輸送用供電點(diǎn)耦合；控制信號(hào)發(fā)送電路，其與接收天線的控制信號(hào)輸送用供電點(diǎn)耦合；和接收控制電路，其使用電力負(fù)載電路的電力量來(lái)控制接收可變電抗電路的可變電抗值；通過(guò)控制信號(hào)發(fā)送電路將電力量的信息疊加于控制信號(hào)并送出至發(fā)送機(jī)，發(fā)送控制電路以及接收控制電路對(duì)發(fā)送可變電抗電路的電抗值和接收電抗電路的電抗值進(jìn)行控制以使電力量成為最大。
[0022]發(fā)明效果
[0023]根據(jù)本發(fā)明，能夠避免發(fā)送天線和接收天線的距離發(fā)生變化時(shí)的從發(fā)送側(cè)向接收側(cè)的電力輸送效率的劣化。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0024]圖1是表示具備發(fā)送機(jī)以及接收機(jī)的無(wú)線電力輸送裝置的構(gòu)成例的圖。
[0025]圖2是以二端子對(duì)電路表現(xiàn)無(wú)線電力輸送裝置的天線系統(tǒng)的圖。
[0026]圖3是表示具備發(fā)送機(jī)以及接收機(jī)的無(wú)線電力輸送裝置的其他構(gòu)成例的圖。
[0027]圖4是表示具備發(fā)送機(jī)以及接收機(jī)的無(wú)線電力輸送裝置的其他構(gòu)成例的圖。
[0028]圖5是表示在無(wú)線電力輸送裝置中使用的發(fā)送天線、接收天線的構(gòu)造例的圖。
[0029]圖6是表示無(wú)線電力輸送裝置的發(fā)送機(jī)的控制算法的圖。[0030]圖7是表示無(wú)線電力輸送裝置的接收機(jī)的控制算法的圖。
[0031]圖8是表示無(wú)線電力輸送裝置的發(fā)送機(jī)的其他控制算法的圖。
[0032]圖9是表示無(wú)線電力輸送裝置的接收機(jī)的其他控制算法的圖。
[0033]圖10是表示使用無(wú)線電力輸送裝置所構(gòu)成的圖像顯示系統(tǒng)的圖。
[0034]圖11是表示使用無(wú)線電力輸送裝置所構(gòu)成的移動(dòng)體供電系統(tǒng)的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0035]以下，利用附圖對(duì)實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明。
[0036][實(shí)施例1]
[0037]首先，說(shuō)明本發(fā)明的進(jìn)行無(wú)線電力輸送的裝置的構(gòu)成例。圖1是構(gòu)成本實(shí)施例的無(wú)線電力輸送裝置的發(fā)送機(jī)10以及接收機(jī)20的構(gòu)成例。
[0038]首先，對(duì)發(fā)送機(jī)10的發(fā)送側(cè)的構(gòu)成和作用進(jìn)行說(shuō)明。在發(fā)送機(jī)10中，經(jīng)由發(fā)送機(jī)可變電抗電路2從發(fā)送天線6的電力輸送用供電點(diǎn)6T以第一旋轉(zhuǎn)方向Rl的圓極化波的姿態(tài)向空中輻射由電力產(chǎn)生電路I產(chǎn)生的高頻電力。另外，發(fā)送天線6具有2個(gè)供電點(diǎn)6T、6P。
[0039]其次，對(duì)接收機(jī)20中的該電力的接收側(cè)的構(gòu)成和作用進(jìn)行說(shuō)明。接收機(jī)20通過(guò)接收天線16的電力輸送用供電點(diǎn)16P而從空間捕獲第一旋轉(zhuǎn)方向Rl的圓極化波的能量，經(jīng)由接收機(jī)可變電抗12而將電力供給至電力負(fù)載電路11。另外，接收天線16也具有2個(gè)供電點(diǎn)16T、16P。
[0040]被供給至電力負(fù)載電路11的電力在此被利用、消耗。所利用的電力的值被傳遞至接收機(jī)控制電路15。接收機(jī)控制電路15控制接收機(jī)可變電抗電路12的電抗值，以使被供給至電力負(fù)載電路11的電力成為最大。
[0041]這樣，在接收側(cè)具有為了使接收電力最大化所發(fā)揮的功能。此外，另一方面，該電力最大化功能也在發(fā)送側(cè)執(zhí)行。因而，將在接收側(cè)能再現(xiàn)的電力的大小通知給發(fā)送側(cè)。
[0042]為此，接收機(jī)控制電路15經(jīng)由控制信號(hào)發(fā)送電路14、載波產(chǎn)生電路13而將被供給至電力負(fù)載電路11的電力的值輸送至發(fā)送機(jī)10側(cè)。具體而言，在與電力輸送中所使用的頻率同一頻率的載波產(chǎn)生電路13中，通過(guò)調(diào)制來(lái)疊加接收電力的值。而且，向與接收天線16的電力輸送用供電點(diǎn)16P不同的供電點(diǎn)16T進(jìn)行供給，利用與電力輸送所使用的圓極化波的旋轉(zhuǎn)方向Rl相反的逆旋轉(zhuǎn)R2的圓極化波向空間輻射。
[0043]疊加被供給至接收機(jī)20的電力負(fù)載電路11的電力的值并輻射到空中的高頻信號(hào)，在發(fā)送機(jī)10側(cè)被接收。此時(shí)的接收，從與發(fā)送天線6的電力輸送用供電點(diǎn)6T不同的供電點(diǎn)6P取入至發(fā)送機(jī)內(nèi)部。
[0044]接收信號(hào)被輸入至載波負(fù)載電路3，從被疊加在載波上的信號(hào)解調(diào)成低頻率的包括與被供給至接收機(jī)的電力負(fù)載電路11的電力的值相關(guān)的信息在內(nèi)的信號(hào)。其后，由控制信號(hào)接收電路4復(fù)原電力的值，并輸入至發(fā)送機(jī)控制電路5。發(fā)送機(jī)控制電路5調(diào)整發(fā)送機(jī)可變電抗2，以使從接收機(jī)20以無(wú)線的方式輸送的被供給至接收機(jī)的電力負(fù)載電路11的電力的值成為最大。
[0045]如以上說(shuō)明，從發(fā)送機(jī)10輸送的電力在接收器20側(cè)作為接收電力被使用，且接收到的電力的大小歸還至發(fā)送機(jī)i(H則，被用于為使接收電力最大化的發(fā)送電力的調(diào)整。而且，即便在接收側(cè)也謀求接收電力的電力最大化。根據(jù)相應(yīng)的一次巡回處理的重復(fù)，實(shí)現(xiàn)最大效率的電力收發(fā)。
[0046]利用圖2，對(duì)電力的收發(fā)所使用的本實(shí)施例的天線6、16的動(dòng)作進(jìn)行說(shuō)明。圖2以二端子對(duì)電路表現(xiàn)本發(fā)明的無(wú)線電力輸送裝置的天線系統(tǒng)。發(fā)送天線6和接收天線16各自具有兩個(gè)不同的供電點(diǎn)。為6T、6P、和16Τ、16Ρ。在圖示上，粗線示出的是電力收發(fā)的線，細(xì)線示出的是控制信號(hào)收發(fā)的線。
[0047]從各供電點(diǎn)輸入至天線的高頻電力，作為不同旋轉(zhuǎn)方向Rl、R2的圓極化波而輻射到空間，所以根據(jù)電磁波的正交性能夠獨(dú)立地在空間輸送這些電力。因此，能夠獨(dú)立地實(shí)現(xiàn)第一旋轉(zhuǎn)方向Rl的圓極化波所構(gòu)成的輸送路徑、和另一個(gè)旋轉(zhuǎn)方向R2的圓極化波所構(gòu)成的輸送路徑，所以發(fā)送天線6以及接收天線16的2個(gè)供電點(diǎn)能夠?qū)崿F(xiàn)二組的一對(duì)輸入輸出端子。
[0048]在圖2中，與電力產(chǎn)生電路I耦合的供電點(diǎn)6Τ和與電力負(fù)載電路11耦合的供電點(diǎn)16Ρ、以及與載波負(fù)載電路3耦合的供電點(diǎn)6Ρ和與載波產(chǎn)生電路13耦合的供電點(diǎn)16Τ相互成對(duì)。由于這些供電點(diǎn)的對(duì)和16Ρ、以及6Ρ和16Τ)形成獨(dú)立的輸送路徑，因此形成了如圖2所示那樣的相互沒(méi)有關(guān)系的二端子對(duì)電路。
[0049]另外，兩個(gè)二端子對(duì)電路為電力產(chǎn)生電路1-供電點(diǎn)6Τ-供電點(diǎn)16Ρ-電力負(fù)載電路11的第I電路、和載波產(chǎn)生電路13-供電點(diǎn)16Τ-供電點(diǎn)6Ρ-載波負(fù)載電路3的第2電路。
[0050]二端子對(duì)電路具有2X2的矩陣表現(xiàn)，矩陣的各要素如⑴式、(2)式那樣用阻抗進(jìn)行表現(xiàn)。
[0051][數(shù)學(xué)式I]
I
[0052]
【權(quán)利要求】
1.一種無(wú)線電力輸送裝置，其特征在于， 使用具備第一供電點(diǎn)和第二供電點(diǎn)的第一天線和第二天線，以第一天線的第一供電點(diǎn)和第二天線的第一供電點(diǎn)的組進(jìn)行發(fā)送接收的第一電磁波的極化波、與以第一天線的第二供電點(diǎn)和第二天線的第二供電點(diǎn)的組進(jìn)行發(fā)送接收的第二電磁波的極化波相正交，以第一供電點(diǎn)的組輸送電力，以第二供電點(diǎn)的組傳遞控制信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)線電力輸送裝置，其特征在于， 在所述第一供電點(diǎn)連接可變電抗電路，該可變電抗電路的電抗值根據(jù)所接收到的電力的大小而可變地調(diào)整。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的無(wú)線電力輸送裝置，其特征在于， 為了將在一個(gè)天線側(cè)接收到的接收電力的大小輸送至另一個(gè)天線側(cè)而使用所述控制信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的無(wú)線電力輸送裝置，其特征在于， 控制所述可變電抗電路的電抗值以使接收電力成為最大。
5.一種無(wú)線電力輸送裝置，具備發(fā)送機(jī)和接收機(jī)，該無(wú)線電力輸送裝置的特征在于， 所述發(fā)送機(jī)具備:電力產(chǎn)生電路，其經(jīng)由發(fā)送可變電抗電路而與發(fā)送天線的電力輸送用供電點(diǎn)耦合；控制信號(hào)接收電路，其與所述發(fā)送天線的控制信號(hào)輸送用供電點(diǎn)耦合；和發(fā)送控制電路，其根據(jù)該控制信號(hào)接收電路的輸出來(lái)控制所述發(fā)送可變電抗電路的電抗值， 所述接收機(jī)具備:電力`負(fù)載電路，其經(jīng)由接收可變電抗電路而與接收天線的電力輸送用供電點(diǎn)耦合；控制信號(hào)發(fā)送電路，其與所述接收天線的控制信號(hào)輸送用供電點(diǎn)耦合；和接收控制電路，其使用所述電力負(fù)載電路的電力量來(lái)控制所述接收可變電抗電路的可變電抗值， 通過(guò)所述控制信號(hào)發(fā)送電路將所述電力量的信息疊加于所述控制信號(hào)并送出至所述發(fā)送機(jī)， 所述發(fā)送控制電路以及所述接收控制電路對(duì)所述發(fā)送可變電抗電路的電抗值和所述接收電抗電路的電抗值進(jìn)行控制，以使電力量成為最大。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的無(wú)線電力輸送裝置，其特征在于， 使用供電點(diǎn)進(jìn)行發(fā)送接收的電磁波的極化波為旋轉(zhuǎn)方向相互不同的圓極化波。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的無(wú)線電力輸送裝置，其特征在于， 使用供電點(diǎn)進(jìn)行發(fā)送接收的電磁波的極化波為相互正交的直線極化波。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的無(wú)線電力輸送裝置，其特征在于， 對(duì)電力負(fù)載電路連接充電器，并蓄積該電力負(fù)載電路的所需電力的一部分。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的無(wú)線電力輸送裝置，其特征在于， 天線由微小矩形體的集合體形成。
10.一種圖像顯示系統(tǒng)，在無(wú)線供電裝置上縱橫地配置多個(gè)圖像顯示裝置而構(gòu)成，該圖像顯示系統(tǒng)的特征在于， 所述多個(gè)圖像顯示裝置分別在表面?zhèn)染哂酗@示器、且在與所述無(wú)線供電裝置相接的一側(cè)的背面具有電力接收用天線，并在所述顯示器與所述電力接收用天線之間具備可變電抗電路，所述無(wú)線供電裝置在與所述多個(gè)圖像顯示裝置的所述電力接收用天線對(duì)立的位置配置電力發(fā)送用天線，從該電力發(fā)送用天線經(jīng)由可變電抗電路而與電力產(chǎn)生電路連接。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的圖像顯示系統(tǒng)，其特征在于， 所述電力接收用天線以及所述電力發(fā)送用天線具備第一供電點(diǎn)和第二供電點(diǎn)，以一個(gè)天線的第一供電點(diǎn)和另一個(gè)天線的第一供電點(diǎn)的組進(jìn)行發(fā)送接收的第一電磁波的極化波、與以一個(gè)天線的第二供電點(diǎn)和另一個(gè)天線的第二供電點(diǎn)的組進(jìn)行發(fā)送接收的第二電磁波的極化波相正交，以第一供電點(diǎn)的組輸送電力，以第二供電點(diǎn)的組傳遞控制信號(hào)。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的圖像顯示系統(tǒng)，其特征在于， 所述可變電抗電路的電抗值根據(jù)所接收到的電力的大小而可變地調(diào)整。
13.—種移動(dòng)體供電系統(tǒng)，由移動(dòng)體和無(wú)線供電裝置構(gòu)成，該移動(dòng)體供電系統(tǒng)的特征在于， 所述移動(dòng)體具備:蓄電池；電力接收用天線，其設(shè)置在面向路面的移動(dòng)體下部；和可變電抗電路，其設(shè)置在所述蓄電池與所述電力接收用天線之間， 所述無(wú)線供電裝置在所述路面上的與所述電力接收用天線對(duì)立的位置配置電力發(fā)送用天線，從該電力發(fā)送用天線經(jīng)由可變電抗電路而與電力產(chǎn)生電路連接。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的移動(dòng)體供電系統(tǒng)，其特征在于， 所述電力接收用天線以及所述電力發(fā)送用天線具備第一供電點(diǎn)和第二供電點(diǎn)，以一個(gè)天線的第一供電點(diǎn)和另一個(gè)天線的第一供電點(diǎn)的組進(jìn)行發(fā)送接收的第一電磁波的極化波、與以一個(gè)天線的第二供電點(diǎn)和另一個(gè)天線的第二供電點(diǎn)的組進(jìn)行發(fā)送接收的第二電磁波的極化波相正交，以第一供電點(diǎn)的組輸送電力，以第二供電點(diǎn)的組傳遞控制信號(hào)。
15.根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的移動(dòng)體供電系統(tǒng)，其特征在于， 所述可變電抗電路的電抗值根據(jù)所接收到的電力的大小而可變地調(diào)整。
【文檔編號(hào)】H02J7/00GK103516059SQ201310238056
【公開日】2014年1月15日 申請(qǐng)日期:2013年6月17日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月20日
【發(fā)明者】武井健 申請(qǐng)人:株式會(huì)社日立制作所