專利名稱：無線電力傳輸設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無線傳輸電力的無線電力傳輸設(shè)備。
背景技術(shù)：
已知電磁感應(yīng)系統(tǒng)作為用來無線供給電力的系統(tǒng)。近年來，一種無線電力供給和 充電系統(tǒng)引起了人們的注意，該系統(tǒng)采用了利用磁共振現(xiàn)象的稱作磁共振系統(tǒng)的系統(tǒng)。目前，在已經(jīng)廣泛使用的電磁感應(yīng)系統(tǒng)的非接觸型供電系統(tǒng)中，供電源和供電目 標(biāo)(電力接收側(cè))需要共享磁通量。需要將供電源和供電目標(biāo)彼此設(shè)置得極其靠近，以有 效地供給電力。此外，用于耦合的軸對準(zhǔn)是非常重要的。另一方面，在使用磁共振現(xiàn)象的非接觸型供電系統(tǒng)中，由于磁共振現(xiàn)象的原理，具 有如下優(yōu)勢可以以將供電源和供電目標(biāo)彼此設(shè)置為比在電磁感應(yīng)系統(tǒng)中隔離得更開的方 式執(zhí)行電力傳輸，并且即使軸對準(zhǔn)有些不良，傳輸效率也不會很差。除了磁共振系統(tǒng)，還有一種作為利用電磁共振現(xiàn)象的共振系統(tǒng)的電共振系統(tǒng)。例如，JP-A-2001-185939公開了一種采用磁共振系統(tǒng)的無線供電系統(tǒng)。在JP-A-2001-185939公開的技術(shù)中，電力通過電磁感應(yīng)從連接至供電電路的供 電線圈傳輸?shù)焦舱窬€圈。通過連接至共振線圈的電容器和電阻器執(zhí)行頻率的調(diào)節(jié)。近年來，據(jù)報(bào)道，采用了利用磁場的共振現(xiàn)象的磁共振系統(tǒng)的無線電力傳輸技術(shù)， 實(shí)現(xiàn)了距離為an的60W的電力傳輸。據(jù)報(bào)道，采用了磁共振系統(tǒng)的高效“無線供電系統(tǒng)”的新技術(shù)(development)傳輸 60W的電力并驅(qū)動設(shè)置在距離為50cm處的電子設(shè)備。在該無線電力傳輸技術(shù)中，由于能夠在幾米的距離處執(zhí)行幾十瓦特的無線電力傳 輸，因此期望將該無線電力傳輸技術(shù)應(yīng)用在辦公室和家庭中的新概念設(shè)備中。

發(fā)明內(nèi)容
然而，在將無線電力傳輸投入實(shí)際使用時(shí)，存在下述問題。a)發(fā)射器(transmitter)和接收器的共振頻率彼此不完全彼此一致。b)由于無線傳輸幾十瓦特的電力，因此可能影響外圍設(shè)備。c)由于無線傳輸幾十瓦特的電力，因此電力被供給到不期望的設(shè)備。以下更詳細(xì)的描述這些問題。"a)該問題在于發(fā)射器和接收器的共振頻率彼此不完全彼此一致”在該電力傳輸原理下，如圖1所示，發(fā)射器1側(cè)和接收器2側(cè)的共振頻率必須彼此一致。然而，如圖2所示，例如，當(dāng)接收共振頻率偏移時(shí)，傳輸損耗可能增大，傳輸效率劣 化，很難使用接收器2。"b)該問題在于，由于無線傳輸幾十瓦特的電力，所以影響了外圍設(shè)備”如果存在具有fr = fo關(guān)系的共振頻率的設(shè)備，而不考慮不是有意進(jìn)行電力接收的事實(shí)，在設(shè)備的共振電路中可能產(chǎn)生幾十瓦特的電力。當(dāng)共振電路可能經(jīng)受不住幾十瓦特的電力時(shí)，就會產(chǎn)生諸如電路變熱和損壞電路 的風(fēng)險(xiǎn)?！癈)該問題在于，由于無線傳輸幾十瓦特的電力，電力被供給至不期望的設(shè)備”在該傳輸系統(tǒng)中，位于電力能夠被傳輸?shù)木嚯x范圍內(nèi)的任何設(shè)備都能夠等同地接 收電力。這意味著不相關(guān)的人不用許可就能夠接收電力。因此，期望提供一種無線電力傳輸設(shè)備，其能夠防止電力傳輸效率劣化，防止對其 他設(shè)備的影響，并防止向不期望的設(shè)備提供不必要的電力。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式，提供了一種無線電力傳輸設(shè)備，包括發(fā)射器，無線傳輸電 力；以及接收器，能夠以與發(fā)射器共振的關(guān)系接收包括從發(fā)射器傳輸?shù)碾娏Φ膫鬏斝盘枺?中，接收器包括頻率可變單元，能夠改變接收共振頻率；檢測單元，檢測接收電力；以及控 制單元，控制頻率可變單元以執(zhí)行頻率調(diào)節(jié)，使得由檢測單元檢測的接收電力最大化。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式，可以防止電力傳輸效率劣化，防止對其他設(shè)備的影響，并防 止向不期望的設(shè)備提供不必要的電力。


圖1是用于說明由磁共振系統(tǒng)進(jìn)行的無線電力傳輸?shù)幕驹淼氖緢D；圖2是用于說明由磁共振系統(tǒng)進(jìn)行的無線電力傳輸?shù)膫鬏敁p耗的示圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式的無線電力傳輸設(shè)備的基本配置示意圖；圖4是根據(jù)第一實(shí)施方式的用來說明用于使得接收器中的接收天線共振頻率與 傳輸天線共振頻率相等的自動調(diào)節(jié)功能的示圖；圖5是根據(jù)第一實(shí)施方式的接收器中的接收天線共振頻率(fr)調(diào)節(jié)電路的配置 實(shí)例的示圖；圖6是根據(jù)第一實(shí)施方式的用于說明由CPU進(jìn)行的用于控制fr調(diào)節(jié)電路的反饋 回路并調(diào)節(jié)接收天線共振頻率的控制處理的流程圖；圖7是用于說明對應(yīng)于圖6中所示的控制處理的DAC設(shè)定值或可變電壓與接收電 壓之間的關(guān)系的示圖；圖8是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施方式的無線電力傳輸設(shè)備的基本配置的示圖；圖9是根據(jù)第二實(shí)施方式的說明用于使得接收天線共振頻率跟隨無線電力傳輸 設(shè)備的傳輸天線共振頻率變化的處理的示意圖；圖10是根據(jù)第二實(shí)施方式的用于改變發(fā)射器的傳輸天線共振頻率的具體配置實(shí) 例的示圖；圖11是根據(jù)第二實(shí)施方式的順序選擇信號的時(shí)序圖；圖12是根據(jù)第二實(shí)施方式的無線電力傳輸設(shè)備中接收器的接收電壓電平的實(shí)例 的示圖；圖13是根據(jù)第二實(shí)施方式的用于說明由CPU進(jìn)行的用于控制fr調(diào)節(jié)電路的反饋 回路并自動調(diào)節(jié)接收天線共振頻率fr的控制處理的流程圖；圖14是用于說明對應(yīng)于圖13中所示的控制處理的可變電壓Vc或DAC設(shè)定值與接收電壓Vr之間的關(guān)系示圖；圖15是根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施方式的無線電力傳輸設(shè)備的基本配置的示圖；圖16是根據(jù)第三實(shí)施方式的無線電力傳輸設(shè)備中接收器的接收電壓電平的實(shí)例 的示圖；圖17是根據(jù)第三實(shí)施方式的用于改變發(fā)射器的傳輸天線共振頻率的具體配置實(shí) 例的示圖；圖18是根據(jù)第三實(shí)施方式的用于改變接收器的接收天線共振頻率的配置實(shí)例的 示圖；圖19是根據(jù)第三實(shí)施方式的接收器的fr調(diào)節(jié)電路和用于改變接收天線共振頻率 的配置實(shí)例的示圖；圖20是用于說明根據(jù)第三實(shí)施方式由CPU進(jìn)行的控制處理以及說明用于實(shí)現(xiàn)發(fā) 射器的順序選擇信號和接收器的順序選擇信號的相位同步的處理的流程圖；圖21A 圖21C是根據(jù)第三實(shí)施方式的無線電力傳輸設(shè)備中的接收器的接收電壓 電平的實(shí)例的示圖；圖22是根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施方式的無線電力傳輸設(shè)備的配置以及其中存在多個(gè) 接收器的配置實(shí)例的示圖；圖23A和2 是根據(jù)第四實(shí)施方式的無線電力傳輸設(shè)備中接收器的接收電壓電平 的實(shí)例的示圖；圖24A和24B是在減小根據(jù)第四實(shí)施方式的無線電力傳輸設(shè)備中接收器的頻率切 換周期時(shí)獲得的接收電壓電平的實(shí)例的示圖；圖25是根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施方式的無線電力傳輸設(shè)備的配置的示圖；圖沈是根據(jù)本發(fā)明第六實(shí)施方式的具有調(diào)制功能的發(fā)射器的實(shí)例的示圖；圖27是根據(jù)本發(fā)明第七實(shí)施方式的接收器的解碼電路的實(shí)例的示圖；圖觀是根據(jù)本發(fā)明第八實(shí)施方式的用于向發(fā)射器傳輸信息的接收器的電路的實(shí) 例的示圖；圖四是根據(jù)本發(fā)明第九實(shí)施方式的用于對來自接收器的信息進(jìn)行解碼的發(fā)射器 的電路的實(shí)例的示圖；圖30是根據(jù)本發(fā)明第十實(shí)施方式的當(dāng)切換發(fā)射器的fo順序并且共振頻率變?yōu)閒a 時(shí)獲得的接收器側(cè)的接收電壓的實(shí)例的示圖；圖31是其中將平滑電容器并聯(lián)添加到負(fù)載電阻元件的普通接收器的等效電路 圖；圖32是通過平滑電容器的接收電壓下降的狀態(tài)的示圖；圖33是根據(jù)第十實(shí)施方式的對應(yīng)于接收器中用于認(rèn)證的低電力模式的配置實(shí)例 的示圖；圖34是根據(jù)第十實(shí)施方式的對應(yīng)于發(fā)射器中用于認(rèn)證的低電力模式的配置實(shí)例 的示圖；圖35是用于說明圖；34中示出的電路的認(rèn)證適配(authentication adaption)的 流程圖；圖36是根據(jù)第十實(shí)施方式的無線電力傳輸設(shè)備的示意圖，該無線電力傳輸設(shè)備包括用于在無線電力傳輸設(shè)備中周期性地執(zhí)行認(rèn)證的認(rèn)證序列；圖37是根據(jù)本發(fā)明第十一實(shí)施方式的發(fā)射器的配置的示圖；圖38是根據(jù)第十一實(shí)施方式的說明用于電源電壓的控制處理的流程圖；圖39是根據(jù)本發(fā)明第十二實(shí)施方式的發(fā)射器的配置實(shí)例的示圖；圖40是根據(jù)本發(fā)明第十三實(shí)施方式的接收器的配置的示圖；以及圖41是根據(jù)本發(fā)明第十四實(shí)施方式的包含了發(fā)射器的桌子的實(shí)例的示圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖描述本發(fā)明的實(shí)施方式。1.第一實(shí)施方式2.第二實(shí)施方式3.第三實(shí)施方式4.第四實(shí)施方式5.第五實(shí)施方式6.第六實(shí)施方式7.第七實(shí)施方式8.第八實(shí)施方式9.第九實(shí)施方式10.第十實(shí)施方式11.第^^一實(shí)施方式12.第十二實(shí)施方式13.第十三實(shí)施方式14.第十四實(shí)施方式<1.第一實(shí)施方式>圖3是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式的無線電力傳輸設(shè)備的基本配置的示圖。圖4是根據(jù)第一實(shí)施方式的說明用于使得接收器中的接收天線共振頻率與傳輸 天線共振頻率相等的自動調(diào)節(jié)功能的示圖。無線電力傳輸設(shè)備10包括發(fā)射器20和接收器30。在接收器30側(cè)，無線電力傳輸設(shè)備10具有自動改變接收天線共振頻率fr以使得 發(fā)射器20的傳輸天線共振頻率fo和接收器30的接收天線共振頻率fr相等的功能。發(fā)射器20包括傳輸天線單元21和用于電力傳輸?shù)母哳l發(fā)生電路22。傳輸天線單元21等效地包括并聯(lián)連接而形成共振電路(振蕩電路)211的感應(yīng)器 (線圈)L20和電容器C20。由電容器C20的一端和感應(yīng)器L20的一端的連接點(diǎn)形成節(jié)點(diǎn)ND 21。由電容器C20 的另一端和感應(yīng)器L20的另一端的連接點(diǎn)形成節(jié)點(diǎn)ND 22。將共振電路211的共振頻率設(shè)為fo。用于電力傳輸?shù)母哳l發(fā)生電路22生成將被傳輸?shù)腁C電力信號(傳輸信號)，并將 AC電力信號提供到傳輸天線單元21。在發(fā)射器20中，共振電路211的等效示出的感應(yīng)器L20用作磁共振系統(tǒng)的共振線圈。當(dāng)感應(yīng)器L20的自共振頻率和感應(yīng)器L30(其為接收器30的共振線圈)的自共振頻率 彼此一致時(shí)，感應(yīng)器L20和L30為磁共振關(guān)系并有效地傳輸電力。為了有效地傳輸電力，接收器30具有自動將發(fā)射器20的傳輸天線共振頻率fο和 接收器30的接收天線共振頻率fr調(diào)節(jié)至相等(即，圖4中示出的fr = fo)的功能。接收器30包括接收天線單元31、整流單元32、接收天線共振頻率調(diào)節(jié)單元(fr調(diào) 節(jié)電路)33以及作為控制單元的CPU 34。接收天線單元31等效地包括并聯(lián)連接而形成共振電路311的感應(yīng)器L30和電容 器 C30 ο由電容器C30的一端和感應(yīng)器L30的一端的連接點(diǎn)形成節(jié)點(diǎn)ND 31。由電容器C30 的另一端和感應(yīng)器L30的另一端的連接點(diǎn)形成節(jié)點(diǎn)ND 32。將共振電路311的共振頻率設(shè)(調(diào)節(jié))為fr。在接收器30中，共振電路311的等效示出的感應(yīng)器L30用作磁共振系統(tǒng)的共振線 圈。當(dāng)感應(yīng)器L30的自共振頻率和感應(yīng)器L20(其為發(fā)射器20的共振線圈)的自共振頻率 彼此一致時(shí)，感應(yīng)器L30和L20為磁共振關(guān)系，并有效地傳輸電力。整流單元32將由接收天線單元31接收的AC電力整流成接收電壓Vr (其為DC電 力(電壓))，并將接收電壓Vr供給到fr調(diào)節(jié)電路33。整流單元32包括二極管D30和負(fù)載電阻元件R30。二極管D30的正極連接至共振電路311的電容器C30的一端和感應(yīng)器L30的一端 的連接節(jié)點(diǎn)ND 31。二極管D30的負(fù)極連接至負(fù)載電阻元件R30。fr調(diào)節(jié)電路33根據(jù)由CPU 34生成的控制信號S34將接收天線單元31的接收天 線共振頻率fr調(diào)節(jié)為等于發(fā)射器20側(cè)上的傳輸天線共振頻率fo。換句話說，fr調(diào)節(jié)電路33根據(jù)控制信號S34調(diào)節(jié)接收天線共振頻率fr，以最大化 接收電壓Vr。圖5是根據(jù)第一實(shí)施方式的接收器中的接收天線共振頻率(fr)調(diào)節(jié)電路的配置 實(shí)例的示圖。圖5中示出的fr調(diào)節(jié)電路33包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC) 331、數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)332、 可變電壓源V33以及電容器C31、C32和C33。電容器C32由所謂的變?nèi)荻O管形成。電容器C31、C32和C33并聯(lián)連接至電容器C30，并串聯(lián)連接于節(jié)點(diǎn)ND 31和ND 32 之間。將電容器C30的電容設(shè)為C0，電容器C31的電容設(shè)為Cl，電容器C32的電容設(shè)為 C2，而電容器C33的電容設(shè)為C3。可變電壓源V33的電壓值為Vc。在fr調(diào)節(jié)電路33中，由變?nèi)荻O管C32、可變電壓源V33以及DAC332形成fr可 變單元VRB。由ADC 331 (CPU 34)形成用于接收電壓的檢測單元DTC。形成包括CPU 34的ADC 33UDAC 332、可變電壓源V33的環(huán)路作為用來調(diào)節(jié)接收 天線共振頻率fr以最大化接收電壓的反饋回路FBL。接收天線共振頻率fr由以下公式給出
權(quán)利要求
1.一種無線電力傳輸設(shè)備，包括 發(fā)射器，無線傳輸電力；以及接收器，能夠以與所述發(fā)射器共振的關(guān)系接收包括從所述發(fā)射器傳輸?shù)乃鲭娏Φ膫?輸信號，其中，所述接收器包括頻率可變單元，能夠改變接收共振頻率； 檢測單元，檢測接收電力；以及控制單元，控制所述頻率可變單元執(zhí)行頻率調(diào)節(jié)，使得由所述檢測單元檢測的所述接 收電力最大化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線電力傳輸設(shè)備，其中，所述發(fā)射器能夠在改變傳輸共振頻率的同時(shí)傳輸所述電力；所述接收器能夠在改變所述接收共振頻率的同時(shí)接收所述電力，以及所述控制單元改變所述接收共振頻率以使所述接收共振頻率跟隨改變的傳輸共振頻率。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的無線電力傳輸設(shè)備，其中，所述發(fā)射器中的所述傳輸共振頻 率的變化順序和所述接收器中的所述接收共振頻率的變化順序相同。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的無線電力傳輸設(shè)備，其中，所述發(fā)射器中的所述傳輸共振頻 率的變化順序不公開。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的無線電力傳輸設(shè)備，其中，所述發(fā)射器和所述接收器包括 用于使得能夠共享用于同一共振頻率的變化順序的認(rèn)證序列，并能夠彼此無線傳輸對應(yīng)于 認(rèn)證的數(shù)據(jù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的無線電力傳輸設(shè)備，其中， 所述接收器能夠執(zhí)行包括公鑰和密鑰的加密處理，以及 所述發(fā)射器能夠執(zhí)行對應(yīng)于所述公鑰的加密處理。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的無線電力傳輸設(shè)備，其中，所述發(fā)射器和所述接收器在電 力傳輸線中執(zhí)行認(rèn)證和序列發(fā)送。
8.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的無線電力傳輸設(shè)備，其中，所述發(fā)射器和所述接收器在獨(dú) 立于電力傳輸線的無線傳輸線中執(zhí)行認(rèn)證和序列發(fā)送。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的無線電力傳輸設(shè)備，其中，所述發(fā)射器和所述接 收器周期性地選擇一個(gè)或多個(gè)具體頻率fa。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的無線電力傳輸設(shè)備，其中，所述發(fā)射器和所述接收器包括用 于使得能夠共享用于同一共振頻率的變化順序的認(rèn)證序列，能夠彼此無線傳輸對應(yīng)于認(rèn)證 的數(shù)據(jù)，并使用所述頻率fa作為用于所述認(rèn)證的信道。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的無線電力傳輸設(shè)備，其中，所述發(fā)射器和所述接收器包括用于使得能夠共享用于同一共振頻率的變化順序的認(rèn) 證序列，并能夠彼此無線傳輸對應(yīng)于認(rèn)證的數(shù)據(jù)，以及所述接收器具有在上電后立即將接收系統(tǒng)電路保持在低電力的低電力模式直至認(rèn)證 完成的功能。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至11中任一項(xiàng)所述的無線電力傳輸設(shè)備，其中，所述發(fā)射器和所述接收器具有用于使得能夠共享用于同一共振頻率的變化順序的認(rèn) 證序列，能夠彼此無線傳輸對應(yīng)于認(rèn)證的數(shù)據(jù)，并能夠周期性地選擇一個(gè)或多個(gè)具體頻率 fa，以及所述發(fā)射器具有當(dāng)所述共振頻率是所述頻率fa時(shí)輪詢所述接收器的認(rèn)證請求的功能
13.根據(jù)權(quán)利要求1至12中任一項(xiàng)所述的無線電力傳輸設(shè)備，其中，所述發(fā)射器和所述 接收器包括用于使得能夠共享用于同一共振頻率的變化順序的認(rèn)證序列，能夠彼此無線傳 輸對應(yīng)于認(rèn)證的數(shù)據(jù)，并具有甚至在所述認(rèn)證之后也周期性地執(zhí)行認(rèn)證的功能。
14.根據(jù)權(quán)利要求1至13中任一項(xiàng)所述的無線電力傳輸設(shè)備，其中，所述接收器具有將 電力需求請求通知所述發(fā)射器的功能。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的無線電力傳輸設(shè)備，其中，所述發(fā)射器具有根據(jù)一個(gè)或多 個(gè)接收器的電力需求請求增大或減小傳輸電力的功能。
16.根據(jù)權(quán)利要求1至15中任一項(xiàng)所述的無線電力傳輸設(shè)備，其中，所述發(fā)射器結(jié)合在 桌子中。
全文摘要
一種無線電力傳輸設(shè)備，包括發(fā)射器，無線傳輸電力；以及接收器，能夠以與發(fā)射器共振的關(guān)系接收包括從發(fā)射器傳輸?shù)碾娏Φ膫鬏斝盘?，其中，接收器包括頻率可變單元，能夠改變接收共振頻率；檢測單元，檢測接收電力；以及控制單元，控制頻率可變單元以執(zhí)行頻率調(diào)節(jié)，使得由檢測單元檢測的接收電力最大化。
文檔編號H04L9/30GK102148537SQ20111003175
公開日2011年8月10日 申請日期2011年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月5日
發(fā)明者伊藤明, 平坂久門, 廣瀨俊彥, 廣瀨壽幸, 牧瀨哲郎 申請人:索尼公司