本發(fā)明涉及受電器以及電力傳送系統(tǒng)。
背景技術(shù):
以往,有一種非接觸受電裝置,該非接觸受電裝置具備從供電源的共振元件通過共振而以非接觸方式接受交流電力的供給的共振元件、從上述共振元件通過電磁感應(yīng)接受交流電力的供給的激勵元件、從來自上述激勵元件的交流電力生成直流電力并輸出的整流電路以及切換向上述整流電路的交流電力的供給/非供給的切換電路(例如參照專利文獻(xiàn)1)。
專利文獻(xiàn)1:日本特開2011-019291號公報
另外,以往的非接觸受電裝置(受電器)沒有考慮共振元件傳送向受電器供給的電力時的受電效率。如果能夠調(diào)整受電效率,則能夠在供電器與受電器之間高效地傳送電力。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
因此,目的在于提供能夠調(diào)整受電效率的受電器以及電力傳送系統(tǒng)。
本發(fā)明的實(shí)施方式的受電器包括:次級側(cè)諧振線圈,具有諧振線圈部,并通過與初級側(cè)諧振線圈之間產(chǎn)生的磁場共振從上述初級側(cè)諧振線圈接受電力;電容器,被串聯(lián)插入至上述次級側(cè)諧振線圈的上述諧振線圈部;第一開關(guān)以及第二開關(guān)的串聯(lián)電路,與上述電容器并聯(lián)連接;第一整流元件,與上述第一開關(guān)并聯(lián)連接,并具有第一整流方向;第二整流元件,與上述第二開關(guān)并聯(lián)連接,并具有與上述第一整流方向相反的第二整流方向;檢測部,對向上述次級側(cè)諧振線圈供給的電力的電壓波形或者電流波形進(jìn)行檢測;以及控制部,通過在將上述檢測部檢測出的電壓波形或者電流波形與切換上述第一開關(guān)的接通/斷開的第一信號以及切換上述第二開關(guān)的接通/斷開的第二信號的相位差調(diào)整為規(guī)定的相位差的狀態(tài)下,調(diào)整上述第一開關(guān)以及上述第二開關(guān)都接通的期間的長度,從而調(diào)整上述次級側(cè)諧振線圈接受的電力量。
能夠提供可調(diào)整受電效率的受電器以及電力傳送系統(tǒng)。
附圖說明
圖1是表示電力傳送系統(tǒng)50的圖。
圖2是表示從供電器10對電子設(shè)備40a、40b通過磁場共振傳送電力的狀態(tài)的圖。
圖3是表示從供電器10對電子設(shè)備40b1、40b2通過磁場共振傳送電力的狀態(tài)的圖。
圖4是表示實(shí)施方式1的受電器100和供電裝置80的圖。
圖5是表示控制部150的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的圖。
圖6是表示電容器115以及調(diào)整部130中的電流路徑的圖。
圖7是表示次級側(cè)諧振線圈110所產(chǎn)生的交流電壓、和驅(qū)動信號所包含的2個時鐘的圖。
圖8表示受電效率相對于相位差的特性的模擬結(jié)果的圖。
圖9是表示受電效率相對于驅(qū)動信號的占空比的特性的模擬結(jié)果的圖。
圖10是表示使用了實(shí)施方式1的電力傳送系統(tǒng)500的供電裝置80和電子設(shè)備200a以及200b的圖。
圖11是表示驅(qū)動信號的相位差與受電器100a以及100b的受電電力量的關(guān)系的圖。
圖12是表示驅(qū)動信號的占空比與受電器100a以及100b的受電效率的關(guān)系的圖。
圖13是表示供電器10、受電器100a以及100b為了設(shè)定占空比而執(zhí)行的處理的任務(wù)圖。
圖14是表示供電裝置80、電子設(shè)備200a以及200b的等效電路的圖。
圖15是表示將占空比和互感mta與互感mtb的關(guān)系建立關(guān)聯(lián)的表格數(shù)據(jù)的圖。
圖16是將互感mta、mtb和受電效率建立關(guān)聯(lián)的表格數(shù)據(jù)。
圖17是表示實(shí)施方式1的供電器10求出受電器100a或者100b的占空比的方法的流程圖。
圖18是表示實(shí)施方式1的變形例的調(diào)整部130v的圖。
圖19是表示電容器115以及調(diào)整部130v中的電流路徑的圖。
圖20是表示實(shí)施方式2的受電器101和供電裝置80的圖。
圖21是表示實(shí)施方式2的受電器101a、101b和供電器10為了設(shè)定占空比而執(zhí)行的處理的任務(wù)圖。
圖22是表示實(shí)施方式2的受電器101a、101b和供電器10為了設(shè)定占空比而執(zhí)行的處理的任務(wù)圖。
圖23是表示實(shí)施方式2的受電器101a、101b和供電器10為了設(shè)定占空比而執(zhí)行的處理的任務(wù)圖。
圖24是表示實(shí)施方式3中的供電器10和n個受電器101-1、101-2、…、101-n的圖。
圖25是表示根據(jù)實(shí)施方式3的占空比和供電輸出p的決定處理的流程圖。
圖26是表示實(shí)施方式3所使用的表格形式的數(shù)據(jù)的圖。
具體實(shí)施方式
以下,對應(yīng)用本發(fā)明的受電器以及電力傳送系統(tǒng)的實(shí)施方式進(jìn)行說明。
<實(shí)施方式1>
在對應(yīng)用本發(fā)明的受電器以及電力傳送系統(tǒng)的實(shí)施方式1進(jìn)行說明前,使用圖1至圖3,對實(shí)施方式1的受電器以及電力傳送系統(tǒng)的前提技術(shù)進(jìn)行說明。
圖1是表示電力傳送系統(tǒng)50的圖。
如圖1所示,電力傳送系統(tǒng)50包括交流電源1、初級側(cè)(供電側(cè))的供電器10、以及次級側(cè)(受電側(cè))的受電器20。電力傳送系統(tǒng)50可以包括多個供電器10以及受電器20。
供電器10具有初級側(cè)線圈11和初級側(cè)諧振線圈12。受電器20具有次級側(cè)諧振線圈21和次級側(cè)線圈22。次級側(cè)線圈22連接負(fù)載裝置30。
如圖1所示,供電器10以及受電器20通過初級側(cè)諧振線圈(lc諧振器)12與受電諧振線圈(lc諧振器)21之間的磁場共振(磁場諧振)從供電器10向受電器20進(jìn)行能量(電力)的傳送。此處,從初級側(cè)諧振線圈12向次級側(cè)諧振線圈21的電力傳送不僅通過磁場共振也可以通過電場諧振(電場共振)等,在以下的說明中,主要以磁場共振為例進(jìn)行說明。
另外,在實(shí)施方式1中,作為一個例子,對交流電源1輸出的交流電壓的頻率為6.78mhz,初級側(cè)諧振線圈12和次級側(cè)諧振線圈21的諧振頻率為6.78mhz的情況進(jìn)行說明。
此外,從初級側(cè)線圈11向初級側(cè)諧振線圈12的電力傳送利用電磁感應(yīng)來進(jìn)行,另外,從次級側(cè)諧振線圈21向次級側(cè)線圈22的電力傳送也利用電磁感應(yīng)來進(jìn)行。
另外,圖1示出電力傳送系統(tǒng)50包括次級側(cè)線圈22的方式,但電力傳送系統(tǒng)50可以不包括次級側(cè)線圈22,此時,次級側(cè)諧振線圈21直接連接負(fù)載裝置30即可。
圖2是表示從供電器10對電子設(shè)備40a、40b通過磁場共振傳送電力的狀態(tài)的圖。
電子設(shè)備40a以及40b分別是平板電腦以及智能手機(jī),并分別內(nèi)置受電器20a、20b。受電器20a以及20b具有從圖1所示的受電器20(參照圖1)除去次級側(cè)線圈22的結(jié)構(gòu)。即,受電器20a以及20b具有次級側(cè)諧振線圈21。此外,在圖2中簡單示出供電器10,但供電器10與交流電源1(參照圖1)連接。
在圖2中,電子設(shè)備40a、40b被配置在距離供電器10相互相等的距離的位置上,各自內(nèi)置的受電器20a以及20b通過磁場共振從供電器10在非接觸的狀態(tài)下同時接受電力。
此處作為一個例子,假設(shè)在圖2所示的狀態(tài)下,內(nèi)置在電子設(shè)備40a中的受電器20a的受電效率為40%,內(nèi)置在電子設(shè)備40b中的受電器20b的受電效率為40%。
受電器20a以及20b的受電效率以受電器20a以及20b的次級側(cè)線圈22接受的電力相對于從與交流電源1連接的初級側(cè)線圈11傳送的電力的比率表示。此外,在供電器10不包括初級側(cè)線圈11而在交流電源1直接連接初級側(cè)諧振線圈12的情況下,代替從初級側(cè)線圈11傳送的電力而使用從初級側(cè)諧振線圈12傳送的電力來求出受電電力即可。另外,在受電器20a以及20b不包括次級側(cè)線圈22的情況下,代替次級側(cè)線圈22接受的電力而使用次級側(cè)諧振線圈21接受的電力來求出受電電力即可。
受電器20a以及20b的受電效率由供電器10、受電器20a以及20b的線圈規(guī)格、各個之間的距離/姿勢而決定。在圖2中,受電器20a以及20b的結(jié)構(gòu)相同,被配置在距離供電器10相互相等的距離/姿勢的位置上,所以受電器20a以及20b的受電效率相互相等,作為一個例子,為40%。
另外,假設(shè)電子設(shè)備40a的額定輸出為10w,電子設(shè)備40b的額定輸出為5w。
在這種情況下,從供電器10的初級側(cè)諧振線圈12(參照圖1)傳送的電力變?yōu)?8.75w。18.75w通過(10w+5w)/(40%+40%)來求出。
另外,若從供電器10向電子設(shè)備40a以及40b傳送18.75w的電力,則受電器20a以及20b合計(jì)接收15w的電力,由于受電器20a以及20b均等地接受電力,所以分別接受7.5w的電力。
結(jié)果是電子設(shè)備40a的電力缺少2.5w,電子設(shè)備40b的電力多余2.5w。
即,即使從供電器10對電子設(shè)備40a以及40b傳送18.75w的電力,電子設(shè)備40a以及40b也不能夠平衡良好地受電。換言之,電子設(shè)備40a以及40b同時受電時的電力的供給平衡較差。
圖3是表示從供電器10對電子設(shè)備40b1、40b2通過磁場共振傳送電力的狀態(tài)的圖。
電子設(shè)備40b1、40b2為相同類型的智能手機(jī),分別內(nèi)置有受電器20b1、20b2。受電器20b1以及20b2與圖2所示的受電器20b相同。即,受電器20b1以及20b2具有次級側(cè)諧振線圈21。此外,在圖3中,簡單地示出供電器10,但供電器10與交流電源1(參照圖1)連接。
在圖3中,電子設(shè)備40b1以及40b2相對于供電器10的角度(姿勢)相同,但電子設(shè)備40b1被配置在與電子設(shè)備40b2相比距離供電器10較遠(yuǎn)的位置上。電子設(shè)備40b1、40b2分別內(nèi)置的受電器20b1以及20b2通過磁場共振從供電器10在非接觸的狀態(tài)下同時接受電力。
此處作為一個例子,假設(shè)在圖3所示的狀態(tài)下,內(nèi)置在電子設(shè)備40b1中的受電器20b1的受電效率為35%,內(nèi)置在電子設(shè)備40b2中的受電器20b2的受電效率為45%。
此處,由于電子設(shè)備40b1以及40b2相對于供電器10的角度(姿勢)相等,所以受電器20b1以及20b2的受電效率由受電器20b1以及20b2的各個與供電器10之間的距離決定。因此,在圖3中,受電器20b1的受電效率低于受電器20b2的受電效率。此外,電子設(shè)備40b1以及40b2的額定輸出都為5w。
在這種情況下,從供電器10的初級側(cè)諧振線圈12(參照圖1)傳送的電力變?yōu)?2.5w。12.5w通過(5w+5w)/(35%+45%)來求出。
另外,若從供電器10向電子設(shè)備40b1以及40b2傳送12.5w的電力,則受電器20b1以及20b2合計(jì)接收10w的電力。另外,在圖3中,由于受電器20b1的受電效率為35%,受電器20b2的受電效率為45%,所以受電器20b1約接受4.4w的電力,受電器20b2約接受5.6w的電力。
結(jié)果是電子設(shè)備40b1的電力缺少約0.6w,電子設(shè)備40b2的電力多余0.6w。
即,即使從供電器10對電子設(shè)備40b1以及40b2傳送12.5w的電力,電子設(shè)備40b1以及40b2也不能夠平衡良好地受電。換言之,電子設(shè)備40b1以及40b2同時受電時的電力的供給平衡較差(有改善的余地)。
此外,此處針對電子設(shè)備40b1以及40b2相對于供電器10的角度(姿勢)相同且電子設(shè)備40b1以及40b2距離供電器10的距離不同的情況下的電力的供給平衡進(jìn)行了說明。
然而,由于受電效率由供電器10與受電器20b1以及20b2之間的距離和角度(姿勢)決定,所以在圖3所示的位置關(guān)系中如果電子設(shè)備40b1以及40b2的角度(姿勢)不同,則受電器20b1以及20b2的受電效率變?yōu)榕c上述的35%以及45%不同的值。
另外,即使電子設(shè)備40b1以及40b2距離供電器10的距離相等,但如果電子設(shè)備40b1以及40b2相對于供電器10的角度(姿勢)不同,則受電器20b1以及20b2的受電效率變?yōu)橄嗷ゲ煌闹怠?/p>
以上,如圖2所示,在從供電器10對額定輸出相互不同的電子設(shè)備40a、40b通過磁場共振同時傳送電力時,電子設(shè)備40a以及40b較難平衡良好地受電。
另外,如圖3所示,即使電子設(shè)備40b1以及40b2的額定輸出相互相等,但如果電子設(shè)備40b1以及40b2相對于供電器10的角度(姿勢)不同,則受電器20b1以及20b2的受電效率相互不同,所以電子設(shè)備40b1以及40b2較難平衡良好地受電。
另外,在圖2以及圖3中,對電子設(shè)備40a以及40b與電子設(shè)備40b1以及40b2分別同時受電的情況進(jìn)行了說明,但也考慮電子設(shè)備40a和40b或者電子設(shè)備40b1和40b2那樣的多個電子設(shè)備分時地分別受電。
然而,在多個電子設(shè)備分時地分別受電的情況下,由于在各個電子設(shè)備受電的期間,其它電子設(shè)備無法受電,所以產(chǎn)生全部電子設(shè)備的受電完成花費(fèi)時間這一問題。
接下來,使用圖4~圖10,對實(shí)施方式1的受電器以及電力傳送系統(tǒng)進(jìn)行說明。
圖4是表示實(shí)施方式1的受電器100和供電裝置80的圖。供電裝置80包括交流電源1和供電器10。交流電源1和供電器10與圖1所示的相同,但在圖4中示出更具體的結(jié)構(gòu)。
供電裝置80包括交流電源1和供電器10。
供電器10具有初級側(cè)線圈11、初級側(cè)諧振線圈12、匹配電路13、電容器14、控制部15以及天線16。
受電器100包括次級側(cè)諧振線圈110、電容器115、電壓計(jì)116、整流電路120、調(diào)整部130、平滑電容器140、控制部150、電壓計(jì)160v、輸出端子160x、160y以及天線170。在輸出端子160x、160y連接有dc-dc轉(zhuǎn)換器210,在dc-dc轉(zhuǎn)換器210的輸出側(cè)連接有電池220。
首先,對供電器10進(jìn)行說明。如圖4所示,初級側(cè)線圈11為環(huán)狀的線圈,在兩端間經(jīng)由匹配電路13連接于交流電源1。初級側(cè)線圈11與初級側(cè)諧振線圈12以非接觸的方式接近地配置,并與初級側(cè)諧振線圈12電磁場耦合。初級側(cè)線圈11被配設(shè)為自己的中心軸與初級側(cè)諧振線圈12的中心軸一致。使中心軸一致是為了提高初級側(cè)線圈11與初級側(cè)諧振線圈12的耦合強(qiáng)度,并且抑制磁通的泄露,抑制在初級側(cè)線圈11以及初級側(cè)諧振線圈12的周圍產(chǎn)生不必要的電磁場。
初級側(cè)線圈11通過從交流電源1經(jīng)過匹配電路13供給的交流電力來產(chǎn)生磁場,并通過電磁感應(yīng)(相互感應(yīng))將電力供電至初級側(cè)諧振線圈12。
如圖4所示,初級側(cè)諧振線圈12與初級側(cè)線圈11以非接觸的方式接近地配置并與初級側(cè)線圈11電磁場耦合。另外,初級側(cè)諧振線圈12被設(shè)計(jì)為具有規(guī)定的諧振頻率并具有較高的q值。初級側(cè)諧振線圈12的諧振頻率被設(shè)定為與次級側(cè)諧振線圈110的諧振頻率相等。在初級側(cè)諧振線圈12的兩端之間串聯(lián)連接用于調(diào)整諧振頻率的電容器14。
初級側(cè)諧振線圈12的諧振頻率被設(shè)定為與交流電源1輸出的交流電力的頻率相同的頻率。初級側(cè)諧振線圈12的諧振頻率由初級側(cè)諧振線圈12的電感、和電容器14的靜電電容而決定。因此,初級側(cè)諧振線圈12的電感和電容器14的靜電電容被設(shè)定為初級側(cè)諧振線圈12的諧振頻率成為與從交流電源1輸出的交流電力的頻率相同的頻率。
匹配電路13是為了取得初級側(cè)線圈11與交流電源1的阻抗匹配而被插入的,包括電感器l和電容器c。
交流電源1是輸出磁場共振所需的頻率的交流電力的電源,內(nèi)置對輸出電力進(jìn)行放大的放大器。交流電源1例如輸出數(shù)百khz~數(shù)十mhz左右的高頻的交流電力。
電容器14是串聯(lián)插入到初級側(cè)諧振線圈12的兩端之間的可變電容型的電容器。電容器14是為了調(diào)整初級側(cè)諧振線圈12的諧振頻率而設(shè)置的,靜電電容由控制部15設(shè)定。
控制部15進(jìn)行交流電源1的輸出電壓以及輸出頻率的控制、電容器14的靜電電容的控制等。另外,控制部15通過天線16與受電器100進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。
如以上那樣的供電裝置80將從交流電源1供給給初級側(cè)線圈11的交流電力通過磁感應(yīng)供電至初級側(cè)諧振線圈12,從初級側(cè)諧振線圈12通過磁場共振將電力供電至受電器100的次級側(cè)諧振線圈110。
接下來,對受電器100所包含的次級側(cè)諧振線圈110進(jìn)行說明。此處,作為一個例子,對諧振頻率為6.78mhz的方式進(jìn)行說明。
次級側(cè)諧振線圈110被設(shè)計(jì)為具有與初級側(cè)諧振線圈12相同的諧振頻率并具有較高的q值。次級側(cè)諧振線圈110具有諧振線圈部111、和端子112x、112y。此處,諧振線圈部111實(shí)質(zhì)上是次級側(cè)諧振線圈110本身,但此處,將在諧振線圈部111的兩端設(shè)置有端子112x、112y的結(jié)構(gòu)作為次級側(cè)諧振線圈110來對待。
在諧振線圈部111被串聯(lián)插入于用于調(diào)整諧振頻率的電容器115。另外,在電容器115并聯(lián)連接調(diào)整部130。另外,在諧振線圈部111的兩端設(shè)置有端子112x、112y。端子112x、112y與整流電路120連接。端子112x、112y分別為第一端子以及第二端子的一個例子。
次級側(cè)諧振線圈110不經(jīng)由次級側(cè)線圈而與整流電路120連接。次級側(cè)諧振線圈110在通過調(diào)整部130成為能夠產(chǎn)生諧振的狀態(tài)時,將從供電器10的初級側(cè)諧振線圈12通過磁場共振供電的交流電力輸出給整流電路120。
電容器115是為了調(diào)整次級側(cè)諧振線圈110的諧振頻率而被串聯(lián)插入到諧振線圈部111。電容器115具有端子115x以及115y。在電容器115并聯(lián)連接調(diào)整部130。
電壓計(jì)116與電容器115并聯(lián)連接,對電容器115的兩端子間電壓進(jìn)行測量。電壓計(jì)116對次級側(cè)諧振線圈110接受的交流電力的電壓進(jìn)行檢測,并將表示電壓的信號傳送給控制部150。由電壓計(jì)116測量的交流電壓被用于取得驅(qū)動開關(guān)131x以及131y的驅(qū)動信號的同步。
整流電路120具有4個二極管121~124。二極管121~124呈橋狀連接,對從次級側(cè)諧振線圈110輸入的電力進(jìn)行全波整流并輸出。
調(diào)整部130在次級側(cè)諧振線圈110的諧振線圈部111中與電容器115并聯(lián)連接。
調(diào)整部130具有開關(guān)131x、131y、二極管132x、132y、電容器133x、133y以及端子134x、134y。
開關(guān)131x以及131y在端子134x以及134y之間相互串聯(lián)連接。開關(guān)131x以及131y分別為第一開關(guān)以及第二開關(guān)的一個例子。端子134x、134y分別與電容器115的端子115x、115y連接。因此,開關(guān)131x以及131y的串聯(lián)電路與電容器115并聯(lián)連接。
二極管132x和電容器133x與開關(guān)131x并聯(lián)連接。二極管13y和電容器133y與開關(guān)131y并聯(lián)連接。對于二極管132x以及132y,相互的陽極彼此連接,并且相互的陰極與電容器115連接。即,二極管132x以及132y以相互的整流方向成為相反方向的方式連接。
此外,二極管132x以及132y分別為第一整流元件以及第二整流元件的一個例子。另外,調(diào)整部130可以不包括電容器133x以及133y。
作為開關(guān)131x、二極管132x以及電容器133x,例如能夠使用fet(fieldeffecttransistor:場效應(yīng)晶體管)。p溝道型或者n溝道型的fet的漏極-源極間的體二極管被連接為具有二極管132x那樣的整流方向即可。在使用n溝道型的fet的情況下,源極為二極管132x的陽極,漏極為二極管132x的陰極。
另外,開關(guān)131x通過將從控制部150輸出的驅(qū)動信號輸入給柵極來切換漏極-源極間的連接狀態(tài)而實(shí)現(xiàn)。另外,電容器133x能夠通過漏極-源極間的寄生電容來實(shí)現(xiàn)。
同樣地,作為開關(guān)131y、二極管132y以及電容器133y,例如能夠使用fet。p溝道型或者n溝道型的fet的漏極-源極間的體二極管被連接為具有二極管132b那樣的整流方向即可。在使用n溝道型的fet的情況下,源極為二極管132y的陽極,漏極為二極管132y的陰極。
另外,開關(guān)131y通過將從控制部150輸出的驅(qū)動信號輸入給柵極來切換漏極-源極間的連接狀態(tài)而實(shí)現(xiàn)。另外,電容器133y能夠通過漏極-源極間的寄生電容來實(shí)現(xiàn)。
此外,開關(guān)131x、二極管132x以及電容器133x并不限于由fet來實(shí)現(xiàn),也可以通過使開關(guān)、二極管以及電容器并聯(lián)連接來實(shí)現(xiàn)。這對于開關(guān)131y、二極管132y以及電容器133y也是同樣的。
開關(guān)131x和131y以相互相反相位切換接通/斷開。在開關(guān)131x斷開且開關(guān)131y接通時,在調(diào)整部130內(nèi)諧振電流從端子134x經(jīng)過電容器133x以及開關(guān)131y向端子134y的方向流動,并且電容器115中變?yōu)橹C振電流能夠從端子115x向端子115y流動的狀態(tài)。即,在圖4中,在次級側(cè)諧振線圈110中變?yōu)橹C振電流能夠沿順時針方向流動的狀態(tài)。
另外,在開關(guān)131x接通且開關(guān)131y斷開時,在調(diào)整部130內(nèi)產(chǎn)生從端子134x經(jīng)過開關(guān)131x以及二極管132y向端子134y的電流路徑。由于該電流路徑與電容器115并聯(lián),所以在電容器115中不流動電流。
因此,若從使開關(guān)131x斷開且開關(guān)131y接通,在次級側(cè)諧振線圈110中諧振電流沿順時針的方向流動的狀態(tài)被切換為開關(guān)131x接通且開關(guān)131y斷開的狀態(tài),則不產(chǎn)生諧振電流。這是因?yàn)殡娏髀窂讲话娙萜鳌?/p>
另外,在開關(guān)131x接通且開關(guān)131y斷開時,在調(diào)整部130內(nèi),在諧振電流從端子134y經(jīng)過電容器133y以及開關(guān)131x向端子134x的方向流動,并且在電容器115中變?yōu)橹C振電流能夠從端子115y向端子115x流動的狀態(tài)。即,在圖4中,在次級側(cè)諧振線圈110中變?yōu)橹C振電流能夠沿逆時針方向流動的狀態(tài)。
另外,在開關(guān)131x斷開且開關(guān)131y接通時,在調(diào)整部130內(nèi)產(chǎn)生從端子134y經(jīng)過開關(guān)131y以及二極管132x向端子134x的電流路徑。由于該電流路徑與電容器115并聯(lián),所以在電容器115中不流動電流。
因此,若從使開關(guān)131x接通且開關(guān)131y斷開,在次級側(cè)諧振線圈110中諧振電流沿逆時針方向流動的狀態(tài)被切換為開關(guān)131x斷開且開關(guān)131y接通的狀態(tài),則不產(chǎn)生諧振電流。這是因?yàn)殡娏髀窂讲话娙萜鳌?/p>
調(diào)整部130通過如上述那樣切換開關(guān)131x以及131y來切換能夠產(chǎn)生諧振電流的狀態(tài)以及不產(chǎn)生諧振電流的狀態(tài)。開關(guān)131x以及131y的切換通過從控制部150輸出的驅(qū)動信號來進(jìn)行。
驅(qū)動信號的頻率被設(shè)定為次級側(cè)諧振線圈110受電的交流頻率。
開關(guān)131x以及131y以如上述那樣的較高的頻率進(jìn)行交流電流的切斷。例如組合了2個fet的調(diào)整部130能夠高速地進(jìn)行交流電流的切斷。
此外,對于驅(qū)動信號和調(diào)整部130的動作,使用圖6來后述。
平滑電容器140與整流電路120的輸出側(cè)連接,對被整流電路120進(jìn)行了全波整流的電力進(jìn)行平滑化并作為直流電力而輸出。在平滑電容器140的輸出側(cè)連接輸出端子160x、160y。被整流電路120進(jìn)行了全波整流的電力由于使交流電力的負(fù)成分反轉(zhuǎn)為正成分而大致作為交流電力來對待,但通過使用平滑電容器140,即使在進(jìn)行了全波整流的電力包含波動那樣的情況下,也能夠獲得穩(wěn)定的直流電力。
此外,將平滑電容器140的上側(cè)的端子和輸出端子160x連結(jié)的線路為高電壓側(cè)的線路,將平滑電容器140的下側(cè)的端子和輸出端子160y連結(jié)的線路為低電壓側(cè)的線路。
控制部150在內(nèi)部存儲器中保持表示電池220的額定輸出的數(shù)據(jù)。另外,根據(jù)來自供電器10的控制部15的請求,對受電器100從供電器10接受的電力(受電電力)進(jìn)行測量,并將表示受電電力的數(shù)據(jù)經(jīng)由天線170發(fā)送給供電器10。
另外,控制部150若從供電器10接收表示占空比的數(shù)據(jù),則使用接收到的占空比來生成驅(qū)動信號,驅(qū)動開關(guān)131x以及131y。此外,受電電力由控制部150基于由電壓計(jì)160v測量出的電壓v和電池220的內(nèi)部電阻值r求出即可。受電電力p通過p=v2/r來求出。
此處,使用圖5對控制部150進(jìn)行說明。圖5是表示控制部150的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的圖。
控制部150具有比較器151、pll(phaselockedloop:相位同步電路)152、移相電路153、相位控制部154、逆變器155、基準(zhǔn)相位檢測部156、占空比控制部157以及占空比設(shè)定部158。
比較器151將由電壓計(jì)116檢測出的交流電壓與規(guī)定的基準(zhǔn)電壓vref進(jìn)行比較,并將時鐘輸出給pll152。
pll152具有相位比較器152a、補(bǔ)償器152b以及vco(voltagecontrolledoscillator:壓控振蕩器)152c。相位比較器152a、補(bǔ)償器152b以及vco152c串聯(lián)連接,并且以將vco152c的輸出反饋給相位比較器152a的方式連接。根據(jù)這樣的結(jié)構(gòu),pll152輸出與從比較器151輸入的信號同步的時鐘。
移相電路153與pll152的輸出側(cè)連接,基于表示從相位控制部154輸入的相位差的信號的信號,將從pll152輸出的時鐘的相位相對于基準(zhǔn)的相位進(jìn)行相位差分移位并輸出。作為移相電路153,例如使用移相器(phaseshifter)即可。
相位控制部154若被輸入從供電器10發(fā)送的表示相位差的信號,則將表示相位差的信號變換為移相電路153用的信號并輸出。
基于從相位控制部154輸入的信號,相位相對于基準(zhǔn)的相位被移位了相位差分量的時鐘分為兩組,一組保持原樣地作為時鐘clk1被輸出,另一組被逆變器155反轉(zhuǎn)而作為時鐘clk2被輸出。時鐘clk1和clk2為控制部150輸出的控制信號。
此外,此處假設(shè)從供電器10的發(fā)送的信號表示的相位差為0度。因此,移相電路153輸出相位與基準(zhǔn)的相位相等的時鐘。
基準(zhǔn)相位檢測部156通過控制移相電路153對時鐘的相位進(jìn)行移位的移位量來調(diào)整移相電路153輸出的時鐘相對于pll152輸出的時鐘的相位,檢測獲得最大的受電效率的相位。
而且,基準(zhǔn)相位檢測部156將檢測出的相位作為基準(zhǔn)的相位而保持于內(nèi)部存儲器。由于受電效率變?yōu)樽畲蟮膭幼鼽c(diǎn)是由電壓計(jì)116檢測出的電壓值變?yōu)樽畲蟮狞c(diǎn),所以有基準(zhǔn)相位檢測部156一邊調(diào)整由移相電路153給予的相位的移位量一邊檢測由電壓計(jì)檢測出的電壓值變?yōu)樽畲蟮膭幼鼽c(diǎn),并將該動作點(diǎn)中的相位作為基準(zhǔn)的相位而保持于內(nèi)部存儲器。
占空比控制部157控制由占空比設(shè)定部158所設(shè)定的占空比。占空比控制部157若被輸入從供電器10發(fā)送的表示占空比的信號,則將表示占空比的信號變換為占空比設(shè)定部158用的信號并輸出。
占空比設(shè)定部158若從占空比控制部157被輸入表示占空比的信號,則輸出對從移相電路153輸出的時鐘的占空比進(jìn)行了變更的時鐘。從移相電路153輸出的時鐘的占空比為50%。占空比設(shè)定部158將從移相電路153輸出的時鐘的占空比設(shè)定為50%以上的占空比并輸出。
另外,由于移相電路153輸出相位與基準(zhǔn)的相位相等的時鐘,所以占空比設(shè)定部158將相位與基準(zhǔn)的相位相等的時鐘的占空比設(shè)定為50%以上的占空比并輸出。
由于從移相電路153輸出的時鐘的占空比為50%,所以占空比設(shè)定部158輸出的時鐘的占空比為50%的情況是未被占空比設(shè)定部158變更占空比的情況。占空比設(shè)定部158輸出的時鐘的占空比大于50%的情況是被占空比設(shè)定部158變更占空比的情況。
以上那樣的結(jié)構(gòu)的控制部150將相位與基準(zhǔn)的相位相等的時鐘clk1的占空比設(shè)定為50%以上的占空比并輸出。時鐘clk2的相位與時鐘clk1相差180度。時鐘clk1和clk2的占空比都相等。
此處,pll152輸出的時鐘與由電壓計(jì)116檢測出的基于磁場共振的交流電壓的相位對應(yīng)。因此,對pll152輸出的時鐘調(diào)整移相電路153給予的相位的移位量是通過移相電路153控制時鐘的相位相對于由電壓計(jì)116檢測出的電壓波形的移位量。
基準(zhǔn)的相位是獲得最大的受電效率的時鐘clk1和clk2相對于交流電壓的相位。將該基準(zhǔn)的相位作為0度來對待,為了調(diào)整受電電力,而通過移相電路153調(diào)整時鐘clk1和clk2的相位相對于基準(zhǔn)的相位(0度)的相位差。
此處,由于不檢測交流電壓的相位,所以將移相電路153對獲得最大的受電效率時的時鐘clk1和clk2給予的相位的移位量作為基準(zhǔn)的相位來對待。
此外,此處,對通過移相電路153將從pll152輸出的時鐘的相位相對于由電壓計(jì)116檢測出的交流電壓進(jìn)行調(diào)整的方式進(jìn)行了說明,但也可以使用電流計(jì)來代替電壓計(jì)116,通過移相電路153調(diào)整時鐘相對于交流電流的相位。
電壓計(jì)160v連接在輸出端子160x與160y之間。電壓計(jì)160v被用于計(jì)算受電器100的受電電力。如果基于由電壓計(jì)160v測量出的電壓v和電池220的內(nèi)部電阻值r來如上述那樣求出受電電力,則與測量電流來測量受電電力的情況相比,損失較少,所以是優(yōu)選的測量方法。然而,受電器100的受電電力也可以通過測量電流和電壓來求出。在測量電流的情況下,使用霍爾元件、磁電阻元件、檢測線圈或者電阻器等來測量即可。
dc-dc轉(zhuǎn)換器210與輸出端子160x、160y連接,將從受電器100輸出的直流電力的電壓變換為電池220的額定電壓并輸出。dc-dc轉(zhuǎn)換器210在整流電路120的輸出電壓高于電池220的額定電壓的情況下,將整流電路120的輸出電壓降壓到電池220的額定電壓。另外,dc-dc轉(zhuǎn)換器210在整流電路120的輸出電壓低于電池220的額定電壓的情況下,將整流電路120的輸出電壓升壓到電池220的額定電壓。
電池220只要是可反復(fù)充電的二次電池即可,例如能夠使用鋰離子電池。例如在將受電器100內(nèi)置于平板電腦或者智能手機(jī)等電子設(shè)備的情況下,電池220為這樣的電子設(shè)備的主電池。
此外,初級側(cè)線圈11、初級側(cè)諧振線圈12、次級側(cè)諧振線圈110例如通過卷繞銅線而制成。然而,初級側(cè)線圈11、初級側(cè)諧振線圈12、次級側(cè)諧振線圈110的材質(zhì)也可以是銅以外的金屬(例如金、鋁等)。另外,初級側(cè)線圈11、初級側(cè)諧振線圈12、次級側(cè)諧振線圈110的材質(zhì)也可以不同。
在這種結(jié)構(gòu)中,初級側(cè)線圈11以及初級側(cè)諧振線圈12為電力的供電側(cè),次級側(cè)諧振線圈110為電力的受電側(cè)。
由于通過磁場共振方式,利用初級側(cè)諧振線圈12與次級側(cè)諧振線圈110之間所產(chǎn)生的磁場共振來從供電側(cè)向受電側(cè)傳送電力,所以與從供電側(cè)向受電側(cè)通過電磁感應(yīng)傳送電力的電磁感應(yīng)方式相比,能夠進(jìn)行長距離的電力的傳送。
磁場共振方式關(guān)于諧振線圈彼此之間的距離或者位置偏移,與電磁感應(yīng)方式相比,有自由度高、位置自由這些優(yōu)點(diǎn)。
接下來,使用圖6以及圖7,對利用驅(qū)動信號驅(qū)動開關(guān)131x以及131y時的電流路徑進(jìn)行說明。
圖6是表示電容器115以及調(diào)整部130中的電流路徑的圖。圖6與圖4同樣地,將從端子134x通過電容器115或者調(diào)整部130的內(nèi)部流向端子134y的電流的方向稱為順時針(cw(clockwise))。另外,將從端子134y通過電容器115或者調(diào)整部130的內(nèi)部流向端子134x的電流的方向稱為逆時針(ccw(counterclockwise))。
此外,在此處對時鐘clk1和clk2的占空比都為50%的情況進(jìn)行說明。
另外,此處示出開關(guān)131x以及131y為p溝道型的fet的情況下的時鐘clk1以及clk2。開關(guān)131x以及131y在時鐘clk1以及clk2為l電平時接通,在h電平時斷開。
首先,在開關(guān)131x和131y都斷開,電流為順時針(cw)的情況下,諧振電流從端子134x經(jīng)過電容器133x以及二極管132y向端子134y的方向流動,并且諧振電流在電容器115中從端子115x向端子115y流動。因此,在次級側(cè)諧振線圈110中諧振電流沿順時針的方向流動。
在開關(guān)131x和131y都斷開,電流為逆時針(ccw)的情況下,諧振電流從端子134y經(jīng)過電容器133y以及二極管132x向端子134x的方向流動,并且在電容器115中諧振電流從端子115y向端子115x流動。因此,在次級側(cè)諧振線圈110中諧振電流沿逆時針的方向流動。
在開關(guān)131x接通且開關(guān)131y斷開,電流為順時針(cw)的情況下,在調(diào)整部130內(nèi)產(chǎn)生從端子134x經(jīng)過開關(guān)131x以及二極管132y向端子134y的電流路徑。由于該電流路徑與電容器115并聯(lián),所以在電容器115中不流動電流。因此,在次級側(cè)諧振線圈110中不流動諧振電流。此外,此時,即使將開關(guān)131y接通,在次級側(cè)諧振線圈110中也不流動諧振電流。
在開關(guān)131x接通且開關(guān)131y斷開,電流為逆時針(ccw)的情況下,在調(diào)整部130內(nèi),諧振電流從端子134y經(jīng)過電容器133y以及開關(guān)131x向端子134x的方向流動,并且在電容器115中諧振電流從端子115y向端子115x流動。因此,在次級側(cè)諧振線圈110中諧振電流沿逆時針的方向流動。此外,在與開關(guān)131x并聯(lián)的二極管132x中也流動電流。
在開關(guān)131x斷開且開關(guān)131y接通,電流為順時針(cw)的情況下,在調(diào)整部130內(nèi),諧振電流從端子134x經(jīng)過電容器133x以及開關(guān)131y向端子134y的方向流動,并且在電容器115中諧振電流從端子115x向端子115y流動。因此,在次級側(cè)諧振線圈110中諧振電流沿順時針的方向流動。此外,在與開關(guān)131y并聯(lián)的二極管132y中也流動電流。
在開關(guān)131x斷開且開關(guān)131y接通,電流為逆時針(ccw)的情況下,在調(diào)整部130內(nèi)產(chǎn)生從端子134y經(jīng)過開關(guān)131y以及二極管132x向端子134x的電流路徑。由于該電流路徑與電容器115并聯(lián),所以在電容器115中不流動電流。因此,在次級側(cè)諧振線圈110中不流動諧振電流。此外,此時,即使將開關(guān)131x接通,在次級側(cè)諧振線圈110中也不流動諧振電流。
在開關(guān)131x和131y都接通,電流為順時針(cw)的情況下,諧振電流從端子134x經(jīng)過開關(guān)131x以及131y向端子134y的方向流動,并且在電容器115中不流動諧振電流。因此,在次級側(cè)諧振線圈110中不流動諧振電流而沿順時針的方向流動由電磁感應(yīng)所引起的感應(yīng)電流。
該情況下,由于與對次級側(cè)諧振線圈110未連接電容器115、133x以及133y的狀態(tài)相同,所以次級側(cè)諧振線圈110不作為諧振線圈發(fā)揮作用而作為感應(yīng)線圈發(fā)揮作用。
在開關(guān)131x和131y都接通,電流為逆時針(ccw)的情況下,諧振電流從端子134y經(jīng)過開關(guān)131y以及131x向端子134x的方向流動,并且在電容器115中不流動諧振電流。因此,在次級側(cè)諧振線圈110中不流動諧振電流而沿順時針的方向流動由電磁感應(yīng)所引起的感應(yīng)電流。這與開關(guān)131x和131y都接通且電流為順時針(cw)的情況相同。
此外,有助于諧振電流的諧振頻率的靜電電容由電容器115和電容器132x或者132y決定。因此,優(yōu)選電容器132x和132y的靜電電容相等。
圖7是表示次級側(cè)諧振線圈110中產(chǎn)生的交流電壓和驅(qū)動信號所包含的2個時鐘的圖。
圖7(a)以及(b)所示的交流電壓v0為與供電頻率同一頻率的波形,例如為次級側(cè)諧振線圈110中產(chǎn)生的交流電壓,通過電壓計(jì)116(參照圖4)進(jìn)行檢測。
交流電壓v0為正且次級側(cè)諧振線圈110產(chǎn)生諧振時是在次級側(cè)諧振線圈110中從端子134x向端子134y流動順時針(cw)的電流時。交流電壓v0為負(fù)且次級側(cè)諧振線圈110產(chǎn)生諧振時是在次級側(cè)諧振線圈110中從端子134y向端子134x流動逆時針(ccw)的電流時。
另外,時鐘clk1、clk2為驅(qū)動信號所包含的2個時鐘。例如時鐘clk1被使用于開關(guān)131x的驅(qū)動用,時鐘clk2被使用于開關(guān)131y的驅(qū)動用。時鐘clk1以及clk2分別為第一信號以及第二信號的一個例子。
此外,在圖7(a)、(b)中,時鐘clk1和clk2的占空比都為50%。
在圖7(a)中,時鐘clk1、clk2與交流電壓v0同步。即,時鐘clk1、clk2的頻率與交流電壓v0的頻率相等,時鐘clk1的相位與交流電壓v0的相位相等。此外,時鐘clk2的相位與時鐘clk1相差180度,為相反相位。
在圖7(a)中,交流電壓v0的周期t為頻率f的倒數(shù),頻率為6.78mhz。
如圖7(a)那樣,對于與交流電壓v0同步的時鐘clk1、clk2,將開關(guān)131x以及131y斷開的狀態(tài)下,受電器100從供電器10受電而使次級側(cè)諧振線圈110產(chǎn)生諧振電流的狀態(tài)下,控制部150使用pll152來生成即可。
不對次級側(cè)諧振線圈110中產(chǎn)生的交流電壓(交流電壓v0)的相位進(jìn)行直接計(jì)測,但在使開關(guān)131x以及131y斷開的狀態(tài)下,受電器100從供電器10受電而成為使次級側(cè)諧振線圈110產(chǎn)生諧振電流的狀態(tài)。而且,如果控制部150輸出時鐘clk1、clk2,控制部150調(diào)整時鐘clk1、clk2的相位的移位量來求出受電電力變?yōu)樽畲蟮狞c(diǎn),則能夠獲得與交流電壓v0同步的時鐘clk1、clk2。
在圖7(b)中,時鐘clk1、clk2的相位相對于交流電壓v0延遲θ度。這樣對于相對于交流電壓v0具有相位差θ度的時鐘clk1、clk2,由控制部150使用移相電路153生成即可。
控制部150調(diào)整2個時鐘clk1、clk2相對于交流電壓v0的相位差來檢測獲得最大的受電效率的相位。獲得最大的受電效率的相位是受電器100受電的電力變?yōu)樽畲蟮南辔唬鶕?jù)2個時鐘clk1、clk2相對于交流電壓v0的相位差,在整個1周期的期間中在變?yōu)橹C振狀態(tài)時受電電力變?yōu)樽畲?。因此,控制?50一邊使2個時鐘clk1、clk2相對于交流電壓v0的相位差增大以及減少一邊檢測受電電力變?yōu)樽畲蟮南辔徊?,并將檢測出的相位差作為0度來對待。
受電電力變?yōu)樽畲蟮脑蛟谟谌鐖D7(a)所示,時鐘clk1、clk2的相位與交流電壓v0的相位同步。
而且,控制部150基于受電電力變?yōu)樽畲蟮南辔徊?0度)和從供電器10接收的表示相位差的數(shù)據(jù),通過移相電路153設(shè)定2個時鐘相對于交流電壓v0的相位差。
此外,此處假設(shè)從供電器10發(fā)送的信號表示的相位差為0度。因此,移相電路153輸出相位與基準(zhǔn)的相位相等的時鐘。
另外,在實(shí)施方式1中,存在使時鐘clk1、clk2的占空比比50%大的情況。圖7(c)所示的時鐘clk1、clk2為同一相位,占空比大于50%。圖7(c)所示的時鐘clk1、clk2的占空比相互相等。
此處,對圖7(c)所示的期間n1、y1、n2、y2進(jìn)行說明。
在期間n1中,由于時鐘clk1以及clk2都為h電平,所以在次級側(cè)諧振線圈110中不流動諧振電流。在期間y1中,由于時鐘clk1為h電平,時鐘clk2為l電平,電流為順時針(cw),所以在次級側(cè)諧振線圈110中流動諧振電流。
在期間n2中,由于時鐘clk1以及clk2都為h電平,所以在次級側(cè)諧振線圈110中不流動諧振電流。在期間y2中,由于時鐘clk1為l電平且時鐘clk2為h電平,電流為逆時針(ccw),所以在次級側(cè)諧振線圈110中流動諧振電流。
接下來,使用圖8,對調(diào)整了驅(qū)動信號的相位差的情況下,受電器100從供電器10接受的電力的受電效率進(jìn)行說明。
圖8是表示受電效率相對于驅(qū)動信號的相位差的特性的模擬結(jié)果的圖。此外,此處對時鐘clk1和clk2的占空比都為50%的情況進(jìn)行說明。
橫軸的相位差是2個時鐘相對于將受電電力為最大的相位差作為0度時的交流電壓v0的相位差,縱軸的受電效率是受電器100輸出的電力(pout)相對于交流電源1(參照圖1)向供電器10輸入的電力(pin)的比。受電效率與供電器10和受電器100之間的電力的傳送效率相等。
此外,供電器10供給的電力的頻率為6.78mhz,驅(qū)動信號的頻率也與此相同地設(shè)定。另外,相位差為0度的狀態(tài)是在諧振電流的1周期的整個期間中在次級側(cè)諧振線圈110產(chǎn)生基于磁場共振的諧振,諧振電流在次級側(cè)諧振線圈110中流動的狀態(tài)。相位差變大意味在諧振電流的1周期中在次級側(cè)諧振線圈110未產(chǎn)生諧振的期間的增加。因此,相位差為180度的狀態(tài)理論上變?yōu)樵诖渭墏?cè)諧振線圈110完全不流動諧振電流的狀態(tài)。
如圖8所示,若使相位差從0度起增大,則受電效率降低。若相位差變?yōu)榧s60度以上,則受電效率約小于0.1。若這樣使2個時鐘相對于交流電壓v0的相位差變化,則在次級側(cè)諧振線圈110中流動的諧振電流的電力量變化,從而受電效率變化。
圖9是表示受電效率相對于驅(qū)動信號的占空比的特性的模擬結(jié)果的圖。此外,此處對時鐘clk1和clk2的相位與基準(zhǔn)的相位相等的情況(相位差為0度的情況)進(jìn)行說明。
橫軸的占空比為時鐘clk1以及clk2的占空比,被設(shè)定為相互相等的值??v軸的受電效率為受電器100輸出的電力(pout)相對于交流電源1(參照圖1)向供電器10輸入的電力(pin)的比。受電效率與供電器10和受電器100之間的電力的傳送效率相等。
此外,供電器10供給的電力的頻率為6.78mhz,驅(qū)動信號的頻率也與此相同地設(shè)定。另外,將初級側(cè)諧振線圈12和次級側(cè)諧振線圈110的耦合率k設(shè)定為0.1,將初級側(cè)諧振線圈12和次級側(cè)諧振線圈110的q值都設(shè)定為100,將初級側(cè)諧振線圈12和次級側(cè)諧振線圈110的電感都設(shè)定為1μh。另外,將次級側(cè)諧振線圈110的電阻值設(shè)定為4.28ω,將電容器133x、133y的電容設(shè)定為100pf。此時理論上獲得的最大效率為0.819。
占空比為50%的狀態(tài)是在諧振電流的1周期的整個期間中在次級側(cè)諧振線圈110產(chǎn)生基于磁場共振的諧振,諧振電流在次級側(cè)諧振線圈110中流動狀態(tài)。
占空比大于50%意味時鐘clk1和clk2的h電平的區(qū)間變長,產(chǎn)生開關(guān)131x和131y都接通的期間,在諧振電流的1周期中在次級側(cè)諧振線圈110未產(chǎn)生諧振的期間的增加。
因此,若使占空比比50%大,則在諧振電流的1周期中在次級側(cè)諧振線圈110未產(chǎn)生諧振的期間增加,所以受電效率降低。
另外,占空比小于50%意味時鐘clk1和clk2的l電平的區(qū)間變長,產(chǎn)生開關(guān)131x和131y都斷開的期間。開關(guān)131x和131y都斷開的期間如圖6所示,維持諧振狀態(tài)。
因此,即使使占空比比50%小,與占空比為50%時同樣地維持諧振狀態(tài),所以受電效率幾乎沒有變化。
因此,若使占空比從50%起增大,則受電效率降低。若這樣使時鐘clk1和clk的占空比變化,則在次級側(cè)諧振線圈110中流動的諧振電流的電力量變化,由此受電效率變化。
圖10是表示使用實(shí)施方式1的電力傳送系統(tǒng)500的供電裝置80和電子設(shè)備200a以及200b的圖。
供電裝置80與圖4所示的供電裝置80相同,但在圖10中,將圖4中的初級側(cè)線圈11、控制部15以及天線16以外的構(gòu)成要素表示為電源部10a。電源部10a集中示出了初級側(cè)諧振線圈12、匹配電路13、電容器14。此外,也可以將交流電源1、初級側(cè)諧振線圈12、匹配電路13、電容器14集中而體現(xiàn)為電源部。
天線16只要是例如bluetooth(注冊商標(biāo))那樣的能夠進(jìn)行近距離的無線通信的天線即可。天線16被設(shè)置為用于從電子設(shè)備200a以及200b所包含的受電器100a以及100b接收表示受電電力以及額定輸出的數(shù)據(jù),接收到的數(shù)據(jù)被輸入給控制部15??刂撇?5是控制部的一個例子,并且是第3通信部的一個例子。
電子設(shè)備200a以及200b例如分別是平板電腦或者智能手機(jī)等終端機(jī)。電子設(shè)備200a以及200b分別內(nèi)置受電器100a以及100b、dc-dc轉(zhuǎn)換器210a以及210b、以及電池220a以及220b。
受電器100a以及100b具有與圖4所示的受電器100同樣的結(jié)構(gòu)。dc-dc轉(zhuǎn)換器210a以及210b分別與圖4所示的dc-dc轉(zhuǎn)換器210同樣。另外,電池220a以及220b分別與圖4所示的電池220同樣。
受電器100a具有次級側(cè)諧振線圈110a、電容器115a、整流電路120a、調(diào)整部130a、平滑電容器140a、控制部150a以及天線170a。次級側(cè)諧振線圈110a是第一次級側(cè)諧振線圈的一個例子。
次級側(cè)諧振線圈110a、電容器115a、整流電路120a、調(diào)整部130a、平滑電容器140a、控制部150a分別與圖4所示的次級側(cè)諧振線圈110、電容器115、整流電路120、調(diào)整部130、平滑電容器140、控制部150對應(yīng)。此外,在圖10中,簡單地示出次級側(cè)諧振線圈110a、整流電路120a、平滑電容器140a,并省略電壓計(jì)160v以及輸出端子160x、160y。
受電器100b具有次級側(cè)諧振線圈110b、電容器115b、整流電路120b、調(diào)整部130b、平滑電容器140b、控制部150b以及天線170b。受電器100b從受電器100a來看,是其它受電器的一個例子。另外,次級側(cè)諧振線圈110b是第二次級側(cè)諧振線圈的一個例子。
次級側(cè)諧振線圈110b、電容器115b、整流電路120b、調(diào)整部130b、平滑電容器140b、控制部150b分別與圖4所示的次級側(cè)諧振線圈110、電容器115、整流電路120、調(diào)整部130、平滑電容器140、控制部150對應(yīng)。此外,在圖10中,簡單地示出次級側(cè)諧振線圈110b、整流電路120b、平滑電容器140b,并省略電壓計(jì)160v以及輸出端子160x、160y。
天線170a以及170b只要是例如bluetooth(注冊商標(biāo))那樣的能夠進(jìn)行近距離的無線通信的天線即可。天線170a以及170b被設(shè)置為用于與供電器10的天線16進(jìn)行數(shù)據(jù)通信,并分別與受電器100a以及100b的控制部150a以及150b連接。控制部150a以及150b是驅(qū)動控制部的一個例子,并且分別是第一通信部以及第二通信部的一個例子。
受電器100a的控制部150a將次級側(cè)諧振線圈110a的受電電力和表示電池220a的額定輸出的數(shù)據(jù)經(jīng)由天線170a發(fā)送給供電器10。同樣地,受電器100b的控制部150b將次級側(cè)諧振線圈110b的受電電力和表示電池220b的額定輸出的數(shù)據(jù)經(jīng)由天線170b發(fā)送給供電器10。
電子設(shè)備200a以及200b分別能夠以配置在供電裝置80的附近的狀態(tài),不與供電裝置80接觸地對電池220a以及220b進(jìn)行充電。電池220a以及220b的充電可以同時進(jìn)行。
電力傳送系統(tǒng)500由圖10所示的構(gòu)成要素中的供電器10、受電器100a以及100b構(gòu)建。即,供電裝置80、電子設(shè)備200a以及200b采用能夠進(jìn)行基于磁場共振的非接觸狀態(tài)下的電力傳送的電力傳送系統(tǒng)500。
此處,若同時進(jìn)行電池220a以及220b的充電,則如使用圖2以及圖3所說明那樣,能夠產(chǎn)生向電子設(shè)備200a以及200b的電力的供給平衡較差的狀態(tài)。
因此,供電器10為了改善電力供給的平衡,而基于次級側(cè)諧振線圈110a的受電效率、電池220a的額定輸出、次級側(cè)諧振線圈110b的受電效率以及電池220b的額定輸出來設(shè)定驅(qū)動調(diào)整部130a以及130b的驅(qū)動信號(時鐘clk1和clk2)相對于交流電壓v0的占空比。
圖11是表示驅(qū)動信號的相位差與受電器100a以及100b的受電效率的關(guān)系的圖。
此處,對在將驅(qū)動受電器100b的調(diào)整部130b的驅(qū)動信號的相位差固定為受電效率為最大的相位差(0度)的狀態(tài)下,使驅(qū)動受電器100a的調(diào)整部130a的驅(qū)動信號的相位差從受電效率為最大的相位差(0度)起變化的情況進(jìn)行說明。
在圖11中,橫軸表示驅(qū)動受電器100a、100b的調(diào)整部130a、130b的驅(qū)動信號的相位差(θa、θb)。另外,左側(cè)的縱軸表示受電器100a以及100b的各個的受電效率和受電器100a以及100b的受電效率的合計(jì)值。
若在將驅(qū)動受電器100b的調(diào)整部130b的驅(qū)動信號的相位差固定為0度的狀態(tài)下,使驅(qū)動受電器100a的調(diào)整部130a的驅(qū)動信號的相位差從0度起增大或者降低,則如圖11所示,受電器100a的受電效率的比率降低。受電器100a的受電效率在相位差為0度時最大。另外,伴隨著受電器100a的受電效率的降低,受電器100b的受電效率的比率增大。
由于若這樣使驅(qū)動受電器100a的調(diào)整部130a的驅(qū)動信號的相位差變化,則受電器100a的受電量減少,所以在受電器100a中流動的電流也減少。即,因相位差的變化,受電器100a的阻抗發(fā)生變化。
在使用了磁場共振的同時電力傳送中,由受電器100a和100b分配通過磁場共振從供電器10向受電器100a以及100b供給的電力。因此,若使驅(qū)動受電器100a的調(diào)整部130a的驅(qū)動信號的相位差從0度起變化,則受電器100b的受電量增加受電器100a的受電量減少的量。
因此,如圖11所示,受電器100a的受電效率的比率降低。另外,伴隨于此,受電器100b的受電效率的比率增大。
若驅(qū)動受電器100a的調(diào)整部130a的驅(qū)動信號的相位差變化到約±90度,則受電器100a的受電效率的比率大致降低到0,受電器100b的受電效率的比率增大到約0.8。
而且,受電器100a以及100b的受電效率的和在驅(qū)動受電器100a的調(diào)整部130a的驅(qū)動信號的相位差為0度時約為0.85,若驅(qū)動受電器100b的調(diào)整部130a的驅(qū)動信號的相位降低到約±90度,則受電器100a以及100b的受電效率的和約變?yōu)?.8。
若這樣在將驅(qū)動受電器100a的調(diào)整部130b的驅(qū)動信號的相位差固定為0度的狀態(tài)下,使驅(qū)動受電器100a的調(diào)整部130a的驅(qū)動信號的相位差從0度起變化,則受電器100a的受電效率的比率降低,受電器100b的受電效率的比率增大。而且,受電器100a以及100b的受電效率的和約為0.8前后的值,沒有較大地變動。
在使用磁場共振的電力傳送中,由于由受電器100a和100b分配通過磁場共振從供電器10向受電器100a以及100b供給的電力,所以即使相位差發(fā)生變化,受電器100a以及100b的受電效率的和也不會較大地變動。
同樣地,如果在將驅(qū)動受電器100a的調(diào)整部130a的驅(qū)動信號的相位差固定為0度的狀態(tài)下,使驅(qū)動受電器100b的調(diào)整部130b的驅(qū)動信號的相位差從0度起降低,則受電器100b的受電效率的比率降低,受電器100a的受電效率的比率增大。而且,受電器100a以及100b的受電效率的和約為0.8前后的值,沒有較大地變動。
因此,如果調(diào)整驅(qū)動受電器100a或者100b的調(diào)整部130a或者130b的任意一方的驅(qū)動信號的相位差,則能夠調(diào)整受電器100a以及100b的受電效率的比率。
此外,在實(shí)施方式1中,假設(shè)從供電器10發(fā)送的信號表示的相位差為0度,驅(qū)動受電器100a以及100b的調(diào)整部130a以及130b的驅(qū)動信號的相位差都被設(shè)定為0度。
圖12是表示驅(qū)動信號的占空比與受電器100a以及100b的受電效率的關(guān)系的圖。
圖12是表示驅(qū)動信號的占空比與受電器100a以及100b的受電效率的關(guān)系的圖。
此處,使得成為將對驅(qū)動受電器100a和100b的調(diào)整部130a和130b的驅(qū)動信號(時鐘clk1和clk2)給予的相位差固定為受電效率為最大的相位差(0度)的狀態(tài)。
對該狀態(tài)下,將受電器100b的時鐘clk1和clk2的占空比固定為50%,使受電器100a的時鐘clk1和clk2的占空比從50%起增大的情況進(jìn)行說明。
在圖12中,橫軸表示受電器100a的時鐘clk1和clk2的占空比。另外,左側(cè)的縱軸表示受電器100a以及100b的各個的受電效率和受電器100a以及100b的受電效率的合計(jì)值。
若使受電器100a的時鐘clk1和clk2的占空比從50%起增大,則受電器100a的受電效率的比率降低。受電器100a的受電效率在占空比為50%時最大。另外,伴隨著受電器100a的受電效率的降低,受電器100b的受電效率的比率增大。
由于若使受電器100a的時鐘clk1和clk2的占空比從50%起增大,則受電器100a的受電量減少,所以在受電器100a中流動的電流也減少。
在使用了磁場共振的同時電力傳送中,由受電器100a和100b分配通過磁場共振從供電器10向受電器100a以及100b供給的電力。因此,若使驅(qū)動受電器100a的調(diào)整部130a的驅(qū)動信號的占空比從50%起增大,則受電器100b的受電量增加受電器100a的受電量減少的量。
因此,如圖12所示,受電器100a的受電效率的比率降低。另外,伴隨于此,受電器100b的受電效率的比率增大。
受電器100a以及100b的受電效率的和在時鐘clk1的占空比的占空比為50%時約為0.85,如時鐘clk1的占空比的占空比針增大到約90%,則受電器100a以及100b的受電效率的和變?yōu)榧s0.8。
若這樣在將驅(qū)動受電器100a的調(diào)整部130b的驅(qū)動信號的占空比固定為50%的狀態(tài)下,使驅(qū)動受電器100a的調(diào)整部130a的驅(qū)動信號的占空比從50%起增大,則受電器100a的受電效率的比率降低,受電器100b的受電效率的比率增大。而且,受電器100a以及100b的受電效率的和約為0.8前后的值,沒有較大地變動。
在使用了磁場共振的電力傳送中,由于由受電器100a和100b分配通過磁場共振從供電器10向受電器100a以及100b供給的電力,所以即使占空比變化,受電器100a以及100b的受電效率的和也不會較大地變動。
同樣地,如果在使驅(qū)動受電器100a的調(diào)整部130a的驅(qū)動信號的占空比固定為50%的狀態(tài)下,使驅(qū)動受電器100b的調(diào)整部130b的驅(qū)動信號的占空比從50%起增大,則受電器100b的受電效率的比率降低,受電器100a的受電效率的比率增大。而且,受電器100a以及100b的受電效率的和約為0.8前后的值,沒有較大地變動。
因此,如果調(diào)整驅(qū)動受電器100a或者100b的調(diào)整部130a或者130b的任意一方的驅(qū)動信號的占空比,則能夠調(diào)整受電器100a以及100b的受電效率的比率。
若如以上那樣使驅(qū)動調(diào)整部130a或者130b的驅(qū)動信號的占空比變化,則受電器100a以及100b的次級側(cè)諧振線圈110a以及110b的受電效率的比率改變。
因此,在實(shí)施方式1中,使受電器100a以及100b的調(diào)整部130a以及130b的驅(qū)動信號中的任意一方的占空比從基準(zhǔn)的占空比(50%)起變更。
此時,使調(diào)整部130a以及130b的哪個的驅(qū)動信號的占空比從基準(zhǔn)的占空比起變更如下那樣進(jìn)行判定。
首先,求出將電池220a的額定輸出除以次級側(cè)諧振線圈110a的受電效率所得的第一值、和將電池220b的額定輸出除以次級側(cè)諧振線圈110b的受電效率所得的第二值。
而且,使與第一值和第二值中任意較小的一方的受電器(100a或者100b)對應(yīng)的驅(qū)動信號的占空比從50%起增大并設(shè)定為適當(dāng)?shù)恼伎毡取?/p>
將額定輸出除以受電效率所得的值表示供電器10向受電器(100a或者100b)供給的電力量(必要供電量)。必要供電量是指以受電器(100a或者100b)既不產(chǎn)生多余電力也不產(chǎn)生不足電力而能夠受電的方式從供電器10供給的電力量。
因此,如果縮小向必要供電量較小的一方的受電器(100a或者100b)的電力供給量,則能夠增加向必要供電量較大的一方的受電器(100a或者100b)的電力供給量。結(jié)果是能夠改善向受電器100a以及100b的電力供給量的平衡。
從圖12可知,若使任意一方的受電器(100a或者100b)的占空比變化,則該受電器(100a或者100b)的受電電力量降低。另外,任意另一方的受電器(100a或者100b)在占空比被固定為50%的狀態(tài)下,受電電力量增大。
因此,如果使與必要供電量較小的一方的受電器(100a或者100b)對應(yīng)的驅(qū)動信號的占空比從基準(zhǔn)的占空比(50%)起變化,則能夠縮小向必要供電量較小的一方的受電器(100a或者100b)的電力供給量,而能夠增加向必要供電量較大的一方的受電器(100a或者100b)的電力供給量。
這樣改善向受電器100a以及100b的電力供給量的平衡即可。此外,具體的占空比的設(shè)定方法后述。
接下來,使用圖13,對供電器10從受電器100a以及100b得到表示受電效率和額定輸出的數(shù)據(jù)的方法進(jìn)行說明。
圖13是表示供電器10和受電器100a以及100b為了設(shè)定占空比而執(zhí)行的處理的任務(wù)圖。該任務(wù)由控制部15、150a以及150b(參照圖10)執(zhí)行。
首先,受電器100a將表示受電電力的數(shù)據(jù)發(fā)送給供電器10(步驟s1a)。同樣地,受電器100b將表示受電電力的數(shù)據(jù)發(fā)送給供電器10(步驟s1b)。由此,供電器10從受電器100a以及100b接收表示受電電力的數(shù)據(jù)(步驟s1)。
對于表示受電電力的數(shù)據(jù)的發(fā)送,例如根據(jù)來自供電器10的請求,控制部150a以及150b經(jīng)由天線170a以及170b進(jìn)行即可。另外,使表示受電電力的數(shù)據(jù)包含識別受電器100a以及100b的標(biāo)識符即可。
表示受電電力的數(shù)據(jù)如下那樣獲取即可。首先,從供電器10對受電器100b通過無線通信發(fā)送將調(diào)整部130b的兩開關(guān)(圖4的131x以及131y)設(shè)定為接通的信號,并且從供電器10對受電器100a通過無線通信發(fā)送將調(diào)整部130a的兩開關(guān)設(shè)定為斷開的信號。
此處,若使調(diào)整部130b的兩開關(guān)接通,則在調(diào)整部130b不產(chǎn)生諧振,受電器100b變?yōu)椴唤邮茈娏Φ臓顟B(tài)。即,受電器100b被斷開。另外,若使調(diào)整部130a的兩開關(guān)斷開,則變?yōu)樵诖渭墏?cè)諧振線圈110a中流動諧振電流的狀態(tài)。
而且,從供電器10通過磁場共振對受電器100a供給規(guī)定的電力,由受電器100a接受電力。此時,如果將表示由受電器100a接收到的電力量的信號供電至供電器10,則在供電器10能夠測量受電器100a的受電效率。
另外,為了測量受電器100b的受電效率,而從供電器10對受電器100a通過無線通信發(fā)送將調(diào)整部130a的兩開關(guān)設(shè)定為接通的信號,并且從供電器10對受電器100b通過無線通信發(fā)送將調(diào)整部130b的兩開關(guān)設(shè)定為斷開的信號。如果從供電器10通過磁場共振向受電器100b供給規(guī)定的電力,將表示由受電器100b接收到的電力量的信號供電至供電器10,則在供電器10能夠測量受電器100b的受電效率。
接下來,受電器100a將表示額定輸出的數(shù)據(jù)發(fā)送給供電器10(步驟s2a)。同樣地,受電器100b將表示額定輸出的數(shù)據(jù)發(fā)送給供電器10(步驟s2b)。由此,供電器10從受電器100a以及100b接收表示額定輸出的數(shù)據(jù)(步驟s2)。
表示電子設(shè)備200a以及200b的額定輸出的數(shù)據(jù)例如預(yù)先儲存在控制部150a以及150b的內(nèi)部存儲器中,發(fā)出表示受電效率的數(shù)據(jù)后,使得控制部150a以及150b經(jīng)由天線170a以及170b發(fā)送給供電器10即可。
接下來,供電器10基于表示受電器100a的受電效率的數(shù)據(jù)以及表示額定輸出的數(shù)據(jù)和表示受電器100b的受電效率的數(shù)據(jù)以及表示額定輸出的數(shù)據(jù)來運(yùn)算與受電器100a以及100b對應(yīng)的驅(qū)動信號的占空比(步驟s3)。任意一方的占空比是受電效率成為最大的基準(zhǔn)的占空比(50%),另一方的占空比是與基準(zhǔn)的占空比(50%)相比增大并被最優(yōu)化的占空比。步驟s3的詳細(xì)使用圖17來后述。
接下來,供電器10將表示占空比和相位差的數(shù)據(jù)發(fā)送給受電器100a以及100b(步驟s4)。而且,受電器100a以及100b接收占空比和相位差(步驟s4a以及s4b)。此外,從供電器10對受電器100a以及100b發(fā)送表示0度的相位差的數(shù)據(jù)。是因?yàn)閷⑾辔徊罟潭?度,通過調(diào)整占空比來調(diào)整受電量。
此處,供電器10的控制部15設(shè)定為運(yùn)算出占空比后,經(jīng)由天線16將表示占空比的數(shù)據(jù)發(fā)送給受電器100a以及100b。
受電器100a以及100b的控制部150a以及150b對驅(qū)動信號設(shè)定占空比和相位差(步驟s5a以及s5b)。
供電器10開始供電(步驟s6)。步驟s6的處理例如在對供電器10進(jìn)行了表示控制部150a以及150b完成對驅(qū)動信號設(shè)定占空比和相位差的通知時執(zhí)行即可。
此外,此處對步驟s4中除了表示占空比的數(shù)據(jù)之外還將表示相位差的數(shù)據(jù)從供電器10發(fā)送給受電器100a以及100b的方式進(jìn)行了說明。然而,預(yù)先在受電器100a以及100b中設(shè)定將相位差設(shè)定為0度的情況下,在步驟s4中僅將表示占空比的數(shù)據(jù)從供電器10發(fā)送給受電器100a以及100b即可。
此處使用圖14以及圖15,對表示受電器100a以及100b的受電效率的數(shù)據(jù)的獲取方法進(jìn)行說明。
圖14是表示供電裝置80和電子設(shè)備200a以及200b的等效電路的圖。圖14所示的等效電路與圖10所示的供電裝置80和電子設(shè)備200a以及200b對應(yīng)。但是,此處,作為供電裝置80不包括初級側(cè)線圈11,在交流電源1上直接連接初級側(cè)諧振線圈12進(jìn)行說明。另外,受電器100a以及100b分別包括電壓計(jì)160va以及160vb。
在圖14中,次級側(cè)諧振線圈110a為線圈lra和電阻器rra,電容器115a為電容器cra。另外,平滑電容器140a為電容器csa,dc-dc轉(zhuǎn)換器210a和電池220a為電阻器rla。
同樣地,次級側(cè)諧振線圈110b為線圈lrb和電阻器rrb,電容器115b為電容器crb。另外,平滑電容器140b為電容器csb,dc-dc轉(zhuǎn)換器210b和電池220b為電阻器rlb。
另外,供電裝置80的諧振線圈12為電阻器rt和線圈lt,交流電源1為電源vs和電阻器rs。另外,電容器14為電容器ct。
將供電裝置80與電子設(shè)備200a的互感設(shè)為mta,將供電裝置80與電子設(shè)備200b的互感設(shè)為mtb,將電子設(shè)備200a與200b的互感設(shè)為mab。
此處,若將互感mta和互感mtb相比,則互感mab小到能夠忽略的程度,所以此處對互感mta和互感mtb進(jìn)行研究。
互感mta由供電裝置80和電子設(shè)備200a的受電器100a的受電效率決定。是因?yàn)槭茈娦视墒茈娖?00a相對于供電裝置80的位置(距離)和姿勢(角度)決定。同樣地,互感mtb由供電裝置80和電子設(shè)備200b的受電器100b的受電效率決定。
受電器100a的受電效率能夠通過在使受電器100b斷開的狀態(tài)下,從供電器10對受電器100a供給電力,并對受電器100a接受到的電力量進(jìn)行計(jì)測來求出。同樣地,受電器100b的受電效率能夠通過在使受電器100a斷開的狀態(tài)下,從供電器10對受電器100b供給電力,并對受電器100b接受到的電力量進(jìn)行計(jì)測來求出。
因此,如果求出受電器100a和100b單獨(dú)的受電效率,則能夠求出互感mta、和互感mtb。
在實(shí)施方式1中,為了改變受電器100a以及100b的次級側(cè)諧振線圈110a以及110b的受電效率的比率而使驅(qū)動調(diào)整部130a或者130b的驅(qū)動信號的占空比變化。
因此,預(yù)先準(zhǔn)備將占空比與互感mta和互感mtb的關(guān)系建立關(guān)聯(lián)的表格數(shù)據(jù),使用這樣的表格數(shù)據(jù)來調(diào)整驅(qū)動信號的占空比。
圖15是表示將占空比與互感mta和互感mtb的關(guān)系建立關(guān)聯(lián)的表格數(shù)據(jù)的圖。
圖15的(a)是用于在將驅(qū)動調(diào)整部130b的驅(qū)動信號的相位差固定為0度、將占空比固定為50%的狀態(tài)下,調(diào)整驅(qū)動調(diào)整部130a的驅(qū)動信號的占空比的表格數(shù)據(jù)。
互感mta1、mta2、mta3…實(shí)際上取具體的互感mta的值。同樣地,互感mtb1、mtb2、mtb3…實(shí)際上取具體的互感mtb的值。占空比dt1a、dt2a、dt3a、…、dt11a、dt12a、dt13a、…具體而言取通過模擬或者實(shí)驗(yàn)所求出的具體的占空比的值。
圖15的(b)是用于在將驅(qū)動調(diào)整部130a的驅(qū)動信號的相位差固定為0度且將占空比固定為50%的狀態(tài)下,調(diào)整驅(qū)動調(diào)整部130b的驅(qū)動信號的占空比的表格數(shù)據(jù)。
互感mta1、mta2、mta3…、和互感mtb1、mtb2、mtb3…與圖15的(a)同樣。占空比dt1b、dt2b、dt3b、…、dt11b、dt12b、dt13b、…具體而言取通過模擬或者實(shí)驗(yàn)所求出的具體的占空比的值。
為了通過實(shí)驗(yàn)求出圖15的(a)以及(b)所示的表格數(shù)據(jù),而能夠通過在各種各樣地改變受電器100a和100b相對于供電器10的位置以及姿勢的狀態(tài)下,對互感mta和mtb進(jìn)行計(jì)測,并實(shí)現(xiàn)占空比的最優(yōu)化來創(chuàng)建。
圖16是將互感mta、mtb和受電效率建立關(guān)聯(lián)的表格數(shù)據(jù)。圖16的(a)是將互感mta和受電器100a的受電效率建立關(guān)聯(lián)的表格數(shù)據(jù),圖16的(b)是將互感mtb和受電器100b的受電效率建立關(guān)聯(lián)的表格數(shù)據(jù)。
互感mta、mtb分別由供電裝置80和受電器100a、100b的受電效率ea、eb決定。
在圖16(a)中,將互感mta1、mta2、…和受電器100a的受電效率ea1、ea2、…建立關(guān)聯(lián)。另外,在圖16(b)中,將互感mtb1、mtb2、…和受電器100b的受電效率eb1、eb2、…建立關(guān)聯(lián)。
如果預(yù)先通過實(shí)驗(yàn)等測量出受電器100a、100b的互感mta、mtb和受電效率,并創(chuàng)建如圖16的(a)、(b)所示的表格數(shù)據(jù),則能夠根據(jù)受電器100a、100b的受電效率求出受電器100a、100b的互感mta、mtb?;蛘咭部梢酝ㄟ^模擬,根據(jù)受電器100a、100b的受電效率求出受電器100a、100b的互感mta、mtb。
接下來,使用圖17對占空比的設(shè)定方法進(jìn)行說明。
圖17是表示實(shí)施方式1的供電器10求出受電器100a或者100b的占空比的方法的流程圖。該流程表示由供電器10的控制部15執(zhí)行的處理,表示圖13的步驟s3的處理內(nèi)容的詳細(xì)。
若控制部15從受電器100a以及100b接收表示受電電力的信號來求出受電效率,并從受電器100a以及100b接收表示額定輸出的信號而進(jìn)入步驟s3,則開始圖17所示的處理。
控制部15求出將電池220a的額定輸出除以次級側(cè)諧振線圈110a的受電效率所得的第一值和將電池220b的額定輸出除以次級側(cè)諧振線圈110b的受電效率所得的第二值,并判定第一值是否大于第二值(步驟s31)。
若控制部15判定為第一值大于第二值(s31:是),則將驅(qū)動受電器100a的調(diào)整部130a的驅(qū)動信號的相位差固定為0度來將占空比設(shè)定為50%(步驟s31a)。
接下來,控制部15將驅(qū)動受電器100b的調(diào)整部130b的驅(qū)動信號的相位差固定為0度來設(shè)定占空比(步驟s32a)。具體而言,控制部15基于圖16的(a)以及(b)所示的表格數(shù)據(jù),分別根據(jù)受電器100a、100b的受電效率ea、eb求出受電器100a、100b的互感mta、mtb。而且,控制部15根據(jù)圖15的(b)所示的表格數(shù)據(jù),基于受電器100a、100b的互感mta、mtb來求出驅(qū)動受電器100b的調(diào)整部130b的驅(qū)動信號的占空比。
若步驟s32a的處理結(jié)束,則控制部15使流程進(jìn)入步驟s4(參照圖13)。
另外,若控制部15判定為第一值小于第二值(s31:否),則將驅(qū)動受電器100b的調(diào)整部130b的驅(qū)動信號的占空比設(shè)定為50%(步驟s31b)。
接下來,控制部15設(shè)定驅(qū)動受電器100a的調(diào)整部130a的驅(qū)動信號的占空比(步驟s32b)。具體而言,控制部15基于圖16的(a)以及(b)所示的表格數(shù)據(jù),并分別根據(jù)受電器100a、100b的受電效率ea、eb求出受電器100a、100b的互感mta、mtb。而且,控制部15根據(jù)圖15的(a)所示的表格數(shù)據(jù),基于受電器100a、100b的互感mta、mtb來求出驅(qū)動受電器100a的調(diào)整部130a的驅(qū)動信號的占空比。
若步驟s32b的處理結(jié)束,則控制部15使流程進(jìn)入步驟s4(參照圖13)。
如以上那樣,控制部15求出驅(qū)動受電器100a、100b的調(diào)整部130a、130b的驅(qū)動信號的占空比。
以上,根據(jù)實(shí)施方式1,通過受電器100a以及100b的次級側(cè)諧振線圈110a以及110b的受電效率和電子設(shè)備200a以及200b的額定輸出求出對受電器100a以及100b的必要供電量。
而且,使與受電器100a以及100b中必要供電量較小的一方的受電器(100a或者100b)對應(yīng)的驅(qū)動信號的占空比與基準(zhǔn)的占空比(50%)相比增大。
結(jié)果是能夠縮小向必要供電量較小的一方的受電器(100a或者100b)的電力供給量,而增加向必要供電量較大的一方的受電器(100a或者100b)的電力供給量。
這樣改善對受電器100a以及100b的電力供給量的平衡。
因此,根據(jù)實(shí)施方式1,能夠提供可以改善電力供給量的平衡的受電器100a或者100b。另外,根據(jù)實(shí)施方式1,能夠提供可以改善電力供給量的平衡的電力傳送系統(tǒng)500。
另外,以上對通過使與和2個受電器100a以及100b中必要供電量較小的一方的受電器(100a或者100b)對應(yīng)的驅(qū)動信號的占空比與50%相比增大來改善對受電器100a以及100b的電力供給量的平衡的方式進(jìn)行了說明。
然而,也存在同時對3個以上的受電器進(jìn)行充電的情況。這種情況下,使必要電力量,換句話說將各額定電力除以各受電效率所得的電力量最大的受電器以外的受電器的驅(qū)動信號的占空比與50%相比增大即可。
另外,以上,作為一個例子,對電子設(shè)備200a以及200b為平板電腦或者智能手機(jī)等終端機(jī)的方式進(jìn)行了說明,電子設(shè)備200a以及200b例如也可以是內(nèi)置筆記本型的pc(personalcomputer)、移動電話終端機(jī)、便攜式的游戲機(jī)、數(shù)字照相機(jī)、攝像機(jī)等充電式的電池的電子設(shè)備。
另外,以上對移相電路153輸出相位與基準(zhǔn)的相位相等的時鐘,占空比設(shè)定部158將相位與基準(zhǔn)的相位相等的時鐘的占空比變更為大于50%的占空比并輸出的方式進(jìn)行了說明。
然而,相位控制部154可以使移相電路153輸出相對于基準(zhǔn)的相位具有相位差(不是0度的相位差)的時鐘,也可以使得占空比設(shè)定部158調(diào)整相對于基準(zhǔn)的相位設(shè)置有相位差的時鐘的占空比。
另外,在以上對受電器100a以及100b同時對電池220a以及220b進(jìn)行充電的方式進(jìn)行了說明。然而,電子設(shè)備200a以及200b也可以不包括電池220a以及220b而直接消耗受電器100a以及100b接受到的電力來進(jìn)行動作。由于受電器100a以及100b能夠同時高效地受電,所以即使在電子設(shè)備200a以及200b不包括電池220a以及220b的情況下,電子設(shè)備200a以及200b也能夠同時驅(qū)動。這是同時受電的情況下的優(yōu)點(diǎn)之一,由于在分時地受電的情況下是不可能的,而在。此外,在這種情況下,使用電子設(shè)備200a以及200b的驅(qū)動所需的額定輸出來設(shè)定占空比即可。
另外,在以上對供電器10的控制部15生成驅(qū)動信號并發(fā)送給受電器100a以及100b的方式進(jìn)行了說明,但也可以將表示供電器10的供電電力的數(shù)據(jù)發(fā)送給受電器100a、100b,在受電器100a、100b側(cè)生成驅(qū)動信號。在這種情況下,在受電器100a與100b之間進(jìn)行數(shù)據(jù)通信,判定受電器100a或者100b中哪個的受電電力較大,為了增大受電電力較少的一方的受電器(100a或者100b)的驅(qū)動信號的占空比,而使得至少任意一方受電器(100a或者100b)生成驅(qū)動信號即可。
另外,供電器10可以從受電器100a、100b接收表示受電電力和額定輸出的數(shù)據(jù),并使必要供電量較小的一方的受電器(100a或者100b)的控制部(150a或者150b)調(diào)整占空比。在這種情況下,調(diào)整占空比所需的數(shù)據(jù)由控制部(150a或者150b)儲存在內(nèi)部存儲器中即可。
另外,調(diào)整部130的二極管132x以及132y的方向也可以與圖4所示的方向相反。圖18是表示實(shí)施方式1的變形例的調(diào)整部130v的圖。
調(diào)整部130v具有開關(guān)131x、131y、二極管132vx、132vy、電容器133x、133y以及端子134x、134y。二極管132vx、132vy的整流方向分別與圖4所示的二極管132x、132y相反。除此以外,與圖4所示的調(diào)整部130相同,所以在同樣的構(gòu)成要素附加同一符號,省略其說明。
圖19是表示電容器115以及調(diào)整部130v中的電流路徑的圖。在圖19中,將從端子134x通過電容器115或者調(diào)整部130v的內(nèi)部流向端子134y的電流的方向稱為順時針(cw(clockwise))。另外,將從端子134y通過電容器115或者調(diào)整部130v的內(nèi)部流向端子134x的電流的方向稱為逆時針(ccw(counterclockwise))。
在開關(guān)131x斷開且開關(guān)131y接通,電流為順時針(cw)的情況下,在調(diào)整部130v內(nèi)產(chǎn)生從端子134x經(jīng)過二極管132vx以及開關(guān)131y向端子134y的電流路徑。由于該電流路徑與電容器115并聯(lián),所以在電容器115中不流動電流。因此,在次級側(cè)諧振線圈110中不流動諧振電流。
在開關(guān)131x斷開且開關(guān)131y接通,電流為逆時針(ccw)的情況下,在調(diào)整部130v內(nèi),諧振電流從端子134y經(jīng)過開關(guān)131y以及電容器133x向端子134x的方向流動,并且在電容器115中諧振電流從端子115y向端子115x流動。因此,在次級側(cè)諧振線圈110中諧振電流沿逆時針的方向流動。
在開關(guān)131x接通且開關(guān)131y斷開,電流為順時針(cw)的情況下,在調(diào)整部130v內(nèi),諧振電流從端子134x經(jīng)過開關(guān)131x以及電容器133y向端子134y的方向上流動,并且在電容器115中諧振電流從端子115x向端子115y流動。因此,在次級側(cè)諧振線圈110中諧振電流沿順時針的方向流動。
在開關(guān)131x接通且開關(guān)131y斷開,電流為逆時針(ccw)的情況下,在調(diào)整部130v內(nèi)產(chǎn)生從端子134y經(jīng)過二極管132vy以及開關(guān)131x向端子134x的電流路徑。由于該電流路徑與電容器115并聯(lián),所以在電容器115中不流動電流。因此,在次級側(cè)諧振線圈110中不流動諧振電流。
<實(shí)施方式2>
圖20是表示實(shí)施方式2的受電器101和供電裝置80的圖。供電裝置80與圖4所示的相同。
受電器101具有在實(shí)施方式1的受電器100(參照圖4)追加開關(guān)180和虛擬電阻器190的結(jié)構(gòu)。其它結(jié)構(gòu)與受電器100相同,所以同樣的構(gòu)成要素附加同一符號,省略其說明。
開關(guān)180是具有3個端子181、182、183的開關(guān)。端子181、182、183分別與整流電路120的高電壓側(cè)(圖中上側(cè))的輸出端子、虛擬電阻器190的上側(cè)的端子以及平滑電容器140的上側(cè)的端子連接。
開關(guān)180被控制部150驅(qū)動,將端子181的連接目的地切換為端子182以及183中的任意一方。即,開關(guān)180將整流電路120的高電壓側(cè)(圖中上側(cè))的輸出端子的連接目的地切換為虛擬電阻器190的上側(cè)的端子、以及平滑電容器140的上側(cè)的端子中的任意一方。
虛擬電阻器190連接在將平滑電容器140的下側(cè)的端子和輸出端子160y連結(jié)的低電壓側(cè)的線路與開關(guān)180的端子182之間。虛擬電阻器190是具有與電池220的阻抗相等的阻抗的電阻器。
虛擬電阻器190被設(shè)置為用于在對受電器101的受電效率進(jìn)行測量時,代替電池220來使用。原因是與對電池220進(jìn)行充電來測量受電效率相比,使具有與電池220相同的阻抗(電阻值)的虛擬電阻器190流動電流來測量受電效率能夠以較少的電力消耗實(shí)現(xiàn)。
實(shí)施方式2的受電器101利用使用虛擬電阻器190所測量出的受電效率來確定驅(qū)動受電器101的調(diào)整部130的驅(qū)動信號的占空比。
此外,開關(guān)180也可以插入到整流電路120與平滑電容器140之前間將平滑電容器140的下側(cè)的端子和輸出端子160y連結(jié)的低電壓側(cè)的線路上。該情況下,虛擬電阻器190連接在將平滑電容器140的上側(cè)的端子和輸出端子160x連結(jié)的高電壓側(cè)的線路與開關(guān)180之間即可。
以下,在受電器101a以及101b的控制部150a以及150b與接收器10的控制部15之間通信表示受電電力、額定輸出、占空比等數(shù)據(jù)??刂撇?50a以及150b與控制部15之間的通信在天線170a以及170b與天線16之間進(jìn)行(參照圖10)。
圖21~圖23是表示實(shí)施方式2的受電器101a、101b和供電器10為了設(shè)定驅(qū)動信號的占空比而執(zhí)行的處理的任務(wù)圖。
受電器101a、101b具有與圖20所示的受電器101同樣的結(jié)構(gòu)。另外,受電器101a、101b分別與圖10所示的實(shí)施方式1的受電器100a、100b同樣地接受從一個供電器10供給的電力。此處,為了區(qū)分2個受電器101而稱為受電器101a、101b。
另外,作為受電器101a包括次級側(cè)諧振線圈110a、電容器115a、整流電路120a、調(diào)整部130a、平滑電容器140a、控制部150a、開關(guān)180a、虛擬電阻器190a,并連接dc-dc轉(zhuǎn)換器210a以及電池220a(參照圖10)進(jìn)行說明。
同樣地,作為受電器101b包括次級側(cè)諧振線圈110b、電容器115b、整流電路120b、調(diào)整部130b、平滑電容器140b、控制部150b、開關(guān)180b、虛擬電阻器190b,并連接dc-dc轉(zhuǎn)換器210b以及電池220b(參照圖10)進(jìn)行說明。
另外,圖21~圖23所示的處理由供電器10的控制部15(參照圖20)、和受電器101a、101b的控制部150(參照圖20)執(zhí)行,但以下,作為供電器10、受電器101a、101b進(jìn)行處理進(jìn)行說明。
供電器10和受電器101a、101b開始電力傳送的準(zhǔn)備(開始)。電力傳送的準(zhǔn)備例如將供電器10和受電器101a、101b設(shè)定為規(guī)定的準(zhǔn)備模式,從受電器101a、101b對供電器10通過進(jìn)行請求供電的通知而開始。
此處,受電器101a的調(diào)整部130a、和受電器101b的調(diào)整部130b只要未被特別控制就為斷開(開關(guān)131x以及131y為接通的狀態(tài))。在調(diào)整部130a以及130b為斷開的狀態(tài)下,變?yōu)槭茈娖?01a以及101b不產(chǎn)生基于磁場共振的諧振(諧振斷開的)的狀態(tài)。
首先,供電器10對受電器101a發(fā)送測試供電通知(步驟s111)。此處,假設(shè)與受電器101b相比,受電器101a較早地對供電器10進(jìn)行供電請求的通知。供電器10在步驟s111中對最早進(jìn)行了供電請求的通知的受電器101a發(fā)送測試供電通知。此外,供電器10使用識別受電器101a、101b的標(biāo)識符等來識別受電器101a、101b。
受電器101a判定是否從供電器10接收到測試供電通知(步驟s112a)。此外,受電器101a反復(fù)執(zhí)行步驟s112a的處理直至從供電器10接收到測試供電通知為止。
受電器101a使調(diào)整部130a的開關(guān)131x以及131y斷開,將開關(guān)180a的連接目的地切換為虛擬電阻器190a(步驟s113a)。若使調(diào)整部130a的開關(guān)131x以及131y斷開,則變?yōu)樵诨诖艌龉舱竦闹C振的1周期的期間中在次級側(cè)諧振線圈110a中流動諧振電流的狀態(tài)。受電器101a若結(jié)束步驟s113a的處理,則將結(jié)束的情況通知給供電器10。
供電器10開始測試供電(步驟s114)。由此,受電器101a的受電開始。
受電器101a通過控制控制部150a的移相電路153的移位量,從而調(diào)整2個時鐘clk1、clk2的相位來檢測獲得最大的受電效率的基準(zhǔn)的相位。而且,受電器101a將表示在基準(zhǔn)的相位下從供電器10接受到的電力的受電電力和電池220a的額定輸出通知給供電器10,并使調(diào)整部130a的開關(guān)131x以及131y接通(步驟s115a)。由于這樣受電器101a向供電器10通知的受電電力是在基準(zhǔn)的相位下測量出的,所以是受電器101a能夠接受的最大受電電力。
若調(diào)整部130a的開關(guān)131x以及131y被接通,則受電器101a變?yōu)榧词故茈娨膊划a(chǎn)生基于磁場共振的諧振的狀態(tài)。即,變?yōu)橹C振斷開的狀態(tài)。斷開受電器100a的諧振的狀態(tài)是在受電器101b從供電器10受電而測量受電效率時,不會給予影響的狀態(tài)。
供電器10接收表示從受電器101a發(fā)送的受電電力和電池220a的額定輸出的數(shù)據(jù),并檢測受電器101a的受電電力和額定輸出(步驟s116)。
接下來,供電器10對受電器101b發(fā)送測試供電通知(步驟s117)。
受電器101b判定是否從供電器10接收到測試供電通知(步驟s112b)。此外,受電器101b反復(fù)執(zhí)行步驟s112b的處理直至從供電器10接收到測試供電通知為止。
受電器101b使調(diào)整部130b的開關(guān)131x以及131y斷開,將開關(guān)180b的連接目的地切換為虛擬電阻器190b(步驟s113b)。若使調(diào)整部130b的開關(guān)131x以及131y斷開,則變?yōu)樵诨诖艌龉舱竦闹C振的1周期的期間中在次級側(cè)諧振線圈110b中流動諧振電流的狀態(tài)。受電器101b若結(jié)束步驟s113b的處理,則將結(jié)束的情況通知給供電器10。
供電器10開始測試供電(步驟s118)。由此,受電器101b的受電開始。
受電器101b通過控制控制部150b的移相電路153的移位量,從而調(diào)整2個時鐘clk1、clk2的相位來檢測獲得最大的受電效率的基準(zhǔn)的相位。而且,受電器101b將表示在基準(zhǔn)的相位下從供電器10接受到的電力的受電電力和電池220b的額定輸出通知給供電器10,并使調(diào)整部130b的開關(guān)131x以及131y接通(步驟s115b)。由于這樣受電器101a向供電器10通知的受電電力是在基準(zhǔn)的相位下測量出的,所以是受電器101a能夠接受的最大受電電力。
若調(diào)整部130b的開關(guān)131x以及131y被接通,則受電器101b變?yōu)榧词故茈娨膊划a(chǎn)生基于磁場共振的諧振的狀態(tài)。即,變?yōu)橹C振斷開的狀態(tài)。
供電器10接收表示從受電器101b發(fā)送的受電電力和電池220b的額定輸出的數(shù)據(jù),并檢測受電器101b的受電電力和額定輸出(步驟s119)。
以上圖21所示的處理結(jié)束。此外,圖21所示的處理的(1)、(1a)、(1b)分別接著圖22所示的(1)、(1a)、(1b)。
供電器10使用表示從受電器101a以及101b接收到的受電電力和電池220a以及220b的額定輸出的數(shù)據(jù)來決定驅(qū)動受電器101a、101b的調(diào)整部130a、130b的驅(qū)動信號的占空比,并將占空比個相位差通知給受電器101a以及101b(步驟s121)。占空比通過與實(shí)施方式1相同的方法決定即可。此外,在步驟s121中通知的相位差為0度。
受電器101a使用從供電器10接收到的相位差來驅(qū)動調(diào)整部130a(步驟s122a)。同樣地,受電器101b使用從供電器10接收到的相位差來驅(qū)動調(diào)整部130b(步驟s122b)。
受電器100a的控制部150a在步驟s122a中設(shè)定驅(qū)動信號的相位差前,在步驟s115a中檢測基準(zhǔn)的相位。
控制部150a將在基準(zhǔn)的相位加上從供電器10接收到的相位差(此處為0度)所得的相位設(shè)定為2個時鐘的相位。這與在步驟s115b中受電器100b的控制部150b設(shè)定相位的情況也相同。
受電器101a使用從供電器10接收到的占空比來驅(qū)動調(diào)整部130a(步驟s123a)。同樣地,受電器101b使用從供電器10接收到的占空比來驅(qū)動調(diào)整部130b(步驟s123b)。
供電器10開始測試供電(步驟s123)。該測試供電與步驟s114以及s118的測試供電不同,是對受電器101a以及101b這兩方同時進(jìn)行供電的測試。受電器101a以及101b在同時受電的狀態(tài)下,分別對受電電力進(jìn)行計(jì)測。
受電器101a將表示從供電器10接受到的電力的受電電力通知給供電器10,并使調(diào)整部130a的開關(guān)131x以及131y接通(步驟s124a)。同樣地,受電器101b將表示從供電器10接受到的電力的受電電力通知給供電器10,并使調(diào)整部130b的開關(guān)131x以及131y接通(步驟s124b)。
供電器10接收表示從受電器101a以及101b發(fā)送的受電電力的數(shù)據(jù),并檢測受電器101a以及101b的受電電力(步驟s125)。
供電器10判定步驟s125中接收到的受電器101a以及101b的受電電力是否是目標(biāo)范圍內(nèi)(步驟s126)。
此處,受電電力的目標(biāo)范圍例如設(shè)定為將受電器101a以及101b的額定輸出的50%的電力設(shè)為下限值,將受電器101a以及101b的額定輸出的130%設(shè)為上限的范圍。
這樣的受電電力的目標(biāo)范圍由供電器10的控制部15基于在步驟s116以及s119中從受電器101a以及101b接收的電池220a以及220b的額定輸出來設(shè)定即可。這樣的受電電力的目標(biāo)范圍是用于使受電器101a以及101b的受電平衡變得良好。
供電器10若在步驟s126中判定為受電電力的比率不是目標(biāo)范圍內(nèi)(s126:否),則使流程返回到步驟s121。是因?yàn)樵俅握{(diào)整占空比來查明受電效率是否落入目標(biāo)范圍內(nèi)。此外,在返回到步驟s121來重新設(shè)定占空比時,供電器10減小受電器101a以及101b中受電電力為目標(biāo)范圍的下限以下的受電器的占空比即可,增大受電電力為目標(biāo)范圍的上限以上的受電器的占空比即可。
以上圖22所示的處理結(jié)束。此外,圖22所示的處理的(2)、(2a)、(2b)分別緊接著圖23所示的(2)、(2a)、(2b)。
供電器10若判定為受電電力處于目標(biāo)范圍內(nèi)(s126:是),則將表示進(jìn)行正式供電的正式供電通知發(fā)送給受電器101a以及101b(步驟s131)。正式供電與測試供電不同,是指真正為了對受電器101a以及101b進(jìn)行充電而進(jìn)行供電。正式供電通知是指用于供電器10將進(jìn)行正式供電通知給受電器101a以及101b的通知。
受電器101a判定是否從供電器10接收到正式供電通知(步驟s132a)。同樣地,受電器101b判定是否從供電器10接收到正式供電通知(步驟s132b)。
此外,受電器101a以及101b在未接收到正式供電通知的情況下,分別使流程返回到步驟s122a以及122b。是因?yàn)橛捎谙喈?dāng)于在步驟s126中通過供電器10判定為受電電力不在目標(biāo)范圍內(nèi)的情況,所以供電器10返回到步驟s121,使用向受電器101a以及101b發(fā)送的占空比來驅(qū)動調(diào)整部130a以及130b。
受電器101a若判定為從供電器10接收到正式供電通知(s132a:是),則再開始使用了從供電器10接收到的占空比的調(diào)整部130a的驅(qū)動,并且將開關(guān)180a的連接目的地切換為電池220a,將已切換通知給供電器10(步驟s133a)。同樣地,受電器101b若判定為從供電器10接收到正式供電通知(s132b:是),則再開始使用了從供電器10接收到的占空比的調(diào)整部130b的驅(qū)動,并且將開關(guān)180b的連接目的地切換為電池220b,將已切換通知給供電器10(步驟s133b)。
供電器10開始正式供電(步驟s134)。
受電器101a判定電池220a是否為滿充電或者是否有利用者的充電的停止操作(步驟s135a)。同樣地,受電器101b判定電池220b是否為滿充電或者是否有利用者的充電的停止操作(步驟s135b)。
受電器101a若判定為既不是滿充電也沒有充電的停止操作(s135a:否),則判定是否需要占空比的重新調(diào)整(步驟s136a)。
例如在受電器101b變?yōu)闈M充電或者因充電的停止操作而不被充電的狀態(tài)的情況下,需要重新調(diào)整受電器101a的占空比。因此,供電器10在后述的步驟s139中,判定為受電器101b的充電完成或者充電停止,受電器101a從供電器10接收到受電器101b的充電完成或者充電停止的通知的情況下,受電器101a判定為需要占空比的重新調(diào)整。
受電器101b若判定為既不是滿充電也沒有充電的停止操作(s135b:否),則判定是否需要占空比的重新調(diào)整(步驟s136b)。
例如在受電器101a變?yōu)闈M充電或者因充電的停止操作而不被充電的狀態(tài)的情況下,需要重新調(diào)整受電器101b的占空比。因此,供電器10在后述的步驟s139中判定為受電器101a的充電完成或者充電停止,受電器101b從供電器10接收到受電器101a的充電完成或者充電停止的通知的情況下,受電器101b判定為需要占空比的重新調(diào)整。
受電器101a若判定為電池220a的滿充電或者有充電的停止操作(s135a:是),則將充電完成或者有停止操作通知給供電器10。由此,受電器101a結(jié)束處理。
同樣地,受電器101b若判定為電池220b的滿充電或者有充電的停止操作(s135b:是),則將充電完成或者有停止操作通知給供電器10。由此,受電器101a結(jié)束處理。
供電器10判定受電器101a或者101b中是否充電完成或者是否有停止操作(步驟s137)。供電器10基于表示來自受電器101a或者101b的充電完成或者停止操作的通知的有無來進(jìn)行步驟s137的判定。此外,反復(fù)執(zhí)行步驟137的判定,直至來自受電器101a或者101b的充電完成或者有表示停止操作的通知為止。
受電器101a若將電池220a的滿充電或者進(jìn)行了充電的停止操作通知給供電器10,則使調(diào)整部130a的開關(guān)131x以及131y接通(步驟s138a)。由此受電器101a變?yōu)闊o法受電的狀態(tài)。同樣地,受電器101b若將電池220b的滿充電或者進(jìn)行了充電的停止操作通知給供電器10,則使調(diào)整部130b的開關(guān)131x以及131y接通(步驟s138b)。由此受電器101b變?yōu)闊o法受電的狀態(tài)。
供電器10若判定為有表示來自受電器101a或者101b的充電完成(滿充電)或者停止操作的通知(s137:是),則判定是否是受電器101a以及101b的兩方的充電完成或者被充電停止(步驟s139)。是因?yàn)槿绻茈娖?01a以及101b中的一方的充電完成或者未被停止,則需要繼續(xù)供電。
供電器10若判定為受電器101a以及101b中的一方的充電完成或者未被停止(s139:否),則使流程返回到步驟s121。是為了再次設(shè)定占空比來進(jìn)行供電。
另外,供電器10判定為受電器101a的充電完成或者充電停止的情況下,將受電器101a的充電完成或者充電停止通知給受電器101b。同樣地,供電器10判定為受電器101b的充電完成或者充電停止的情況下,將受電器101b的充電完成或者充電停止通知給受電器101a。
供電器10若判定為受電器101a以及101b的兩方的充電完成或者充電停止(s139:是),則結(jié)束處理。
根據(jù)以上,供電器10對受電器101a以及101b的供電處理結(jié)束。
此外,以上對2個受電器101a以及101b從供電器10受電的情況下決定占空比的方式進(jìn)行了說明,但在3個以上的受電器從供電器10受電的情況下也能夠同樣地決定占空比。例如在受電器有3個的情況下,在步驟s115b結(jié)束后,對第三個受電器進(jìn)行與步驟111、s112a、s113a、s114、s115a以及s116同樣的步驟,從而供電器10得到第三個受電器的受電電力和額定輸出即可。
而且,決定3個受電器的占空比,判定受電電力是否是目標(biāo)范圍內(nèi)后,進(jìn)行正式供電即可。這也與受電器有4個以上的情況相同。
以上,根據(jù)實(shí)施方式2,能夠提供可以改善電力供給量的平衡的受電器101a或者101b。另外,根據(jù)實(shí)施方式2,能夠提供可以改善電力供給量的平衡的電力傳送系統(tǒng)。
另外,在實(shí)施方式2中,在決定受電器101a以及101b的占空比時,進(jìn)行步驟s121~s126的測試供電的處理。而且,在測試供電的結(jié)果是受電器101a以及101b的受電電力不在目標(biāo)范圍內(nèi)的情況下,重新調(diào)整占空比來求出更能夠改善受電平衡的占空比。
因此,根據(jù)實(shí)施方式2,能夠提供更加改善電力供給量的平衡的受電器101a或者101b。
<實(shí)施方式3>
圖24是表示實(shí)施方式3中的供電器10和n個受電器101-1、101-2、…、101-n的圖。圖25是表示根據(jù)實(shí)施方式3的占空比和供電輸出p的決定處理的流程圖。圖26是表示實(shí)施方式3中所使用的表格形式的數(shù)據(jù)的圖。
在實(shí)施方式3中,對在從一個供電器10對n個受電器101-1、101-2、…、101-n傳送電力的情況下,決定驅(qū)動受電器101-1~101-n的調(diào)整部130的驅(qū)動信號的占空比的方法進(jìn)行說明。
此處,n為任意的整數(shù),為2以上的整數(shù)即可。
受電器101-1~101-n的各個具有與實(shí)施方式2的受電器101a以及101b相同的結(jié)構(gòu)。另外,作為在受電器101-1~101-n上分別連接dc-dc轉(zhuǎn)換器210和電池220進(jìn)行說明。
以下,在受電器101-1~101-n的控制部150與供電器10的控制部15之間通信表示受電電力、占空比等的數(shù)據(jù)??刂撇?50與控制部15之間的通信在天線170與天線16之間進(jìn)行(參照圖10)。
在實(shí)施方式3中,具體而言,按照以下那樣的順序決定驅(qū)動受電器101-1~101-n的各個所包含的調(diào)整部130的驅(qū)動信號的占空比。
首先,供電器10對受電器101-1~101-n的各個分別供給電力p0(步驟s201)。另外,受電器101-1~101-n若分別接受到電力p0,則將表示受電電力pk(k=1~n)、和電池220的額定輸出pbk(k=1~n)的數(shù)據(jù)發(fā)送給供電器10。
接下來,供電器10接收表示受電電力pk(k=1~n)和電池220的額定輸出pbk(k=1~n)的數(shù)據(jù)(步驟s202)。
受電電力pk通過在受電器101-1~101-n的內(nèi)部,使開關(guān)180與虛擬電阻器190連接來測量。額定輸出pbk是與受電器101-1~101-n的各個連接的電池220的額定輸出。表示電池220的額定輸出的數(shù)據(jù)由受電器101-1~101-n的各個的控制部150保持在內(nèi)部存儲器中。
由于電力的供電是針對受電器101-1~101-n的各個一對一地進(jìn)行,所以供電器10進(jìn)行n次供電。此外,供電器10向受電器101-1~101-n的各個供給的電力p0對于受電器101-1~101-n的各個相等。
接下來,供電器10針對受電器101-1~101-n的各個,求出額定輸出pbk(k=1~n)相對于受電電力pk(k=1~n)的比xk(k=1~n)(步驟s203)。通過xk=pbk/pk求出。
接下來,供電器10求出比xk中的最大值xs,并針對受電器101-1~101-n的各個,求出比xk相對于最大值xs的比yk(k=1~n)(步驟s204)。通過yk=xk/xs求出。
接下來,供電器10求出受電器101-1~101-n的受電電力變?yōu)閥1~yn倍那樣的占空比dt1~dtn(步驟s205)。為了求出變?yōu)閥1~yn倍那樣的占空比dt1~dtn,例如使用圖26所示的表格形式的數(shù)據(jù)即可。
圖26所示的表格形式的數(shù)據(jù)是將比y1~yn的組合和占空比dt1~dtn的組合建立關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)。比y1~yn的組合有ya1、ya2、…、yan、yb1、yb2、…、ybn等。占空比dt1~dtn的值的組合有dta1、dta2、…、dtan、dtb1、dtb2、…、dtbn等。
比y1~yn的組合ya1、ya2、…分別與占空比dt1~dtn的組合dta1、dta2、…、dtan建立關(guān)聯(lián)。比y1~yn的組合yb1、yb2、…分別與占空比dt1~dtn的組合dtb1、dtb2、…、dtbn建立關(guān)聯(lián)。
事先準(zhǔn)備多個這樣的將比y1~yn的組合和占空比dt1~dtn的組合建立關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù),并根據(jù)圖26所示的表格形式的數(shù)據(jù)求出與在步驟s204中針對受電器101-1~101-n所求出的比y1~yn對應(yīng)的占空比dt1~dtn即可。
此外,圖26所示的表格形式的數(shù)據(jù)中不存在步驟s204中針對受電器101-1~101-n所求出的比y1~yn的組合的情況下,使用同與步驟s204中所求出的比y1~yn接近的比y1~yn建立關(guān)聯(lián)的占空比dt1~dtn即可。另外,這樣在步驟s204中所求出的比y1~yn的組合不存在于圖26所示的數(shù)據(jù)中的情況下,通過利用插補(bǔ)處理等求出與步驟s204中所求出的比y1~yn的組合接近的比y1~yn,從而使用占空比dt1~dtn即可。
另外,此處對使用圖26所示的表格形式的數(shù)據(jù)來求出占空比dt1~dtn的方式進(jìn)行了說明,但例如也可以根據(jù)比y1~yn的值來運(yùn)算占空比dt1~dtn。比y1~yn的值在比xk變?yōu)樽畲笾祒s的情況下為1,在其它的情況下成為小于1的值。因此,比y1~yn的值越大,需要的受電電力量越多。因此,比y1~yn的值越大,將占空比dt1~dtn設(shè)定得越大,比y1~yn的值越小,將占空比dt1~dtn設(shè)定得越小即可。
接下來,供電器10對受電器101-1~101-n發(fā)送表示占空比dt1~dtn的數(shù)據(jù)(步驟s206)。
最后,供電器10通過下式設(shè)定供電輸出p(步驟s207)。
[數(shù)1]
以上,占空比dt1~dtn和供電輸出p的設(shè)定結(jié)束。
以上,根據(jù)實(shí)施方式3,能夠提供可以改善電力供給量的平衡的受電器101-1~101-n。另外,根據(jù)實(shí)施方式3,能夠提供可以改善電力供給量的平衡的電力傳送系統(tǒng)(受電器101-1~101-n以及供電器10)。
以上對本發(fā)明的例示的實(shí)施方式的受電器以及電力傳送系統(tǒng)進(jìn)行了說明,但本發(fā)明并不限于具體地公開的實(shí)施方式,能夠進(jìn)行各種變形、變更而不從權(quán)利要求書脫離。
符號說明
10供電器
11初級側(cè)線圈
12初級側(cè)諧振線圈
13匹配電路
14電容器
15控制部
100、100a、100b、101、101-1~101-n、103受電器
110、110a、110b次級側(cè)諧振線圈
120、121、122、123、124整流電路
130、130a、130b調(diào)整部
131x、131y開關(guān)
132x、132y二極管
133x、133y電容器
134x、134y端子
140、140a、140b平滑電容器
150、150a、150b控制部
160x、160y輸出端子
170a、170b天線
180開關(guān)
190虛擬電阻器
200a、200b電子設(shè)備
210、210a、210bdc-dc轉(zhuǎn)換器
220、220a、220b電池
500電力傳送系統(tǒng)