無線電力傳輸系統以及送電裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本公開設及W無線方式傳輸電力的無線電力傳輸系統W及送電裝置。
【背景技術】
[0002] 近年來，提出了使用被稱為諧振磁場禪合方式的新方式W無線（非接觸）方式傳 輸電力的技術。例如，專利文獻1所公開的無線電力傳輸系統，通過經由在諧振器（天線） 周圍的空間所產生的振動能量的滲漏巧vanescentTail:漸逝場）使2個諧振器磁禪合， W無線方式傳輸振動能量。運樣的諧振磁場禪合方式的無線電力傳輸，與W往的利用了電 磁感應的方式相比，能夠實現傳輸距離的飛躍性增大。在諧振器間的禪合系數k比各諧振 器的衰減常數ri、r2之積的平方根大的情況下，能夠實現良好的能量傳輸。
[0003] 現有技術文獻
[0004] 專利文獻1:美國專利申請公開第2008/0278264號說明書 陽0化]專利文獻2:日本特開2010-68657號公報
[0006] 專利文獻3:日本特開昭62-135270號公報

【發明內容】

[0007] 但是，對于該W往技術，謀求即使在負載發生變動或天線周圍的環境發生變化的 情況下也能夠對負載輸出恒定電壓并且高效地傳輸電力。
[000引本公開的一個技術方案的無線電力傳輸系統的送電裝置，具備：
[0009] 振蕩電路，其經由與第1開關元件連接的第1輸出端和與第2開關元件連接的第 2輸出端，輸出從由直流電源供給的直流電力轉換后的交流電力；
[0010] 送電天線，其將從所述振蕩電路輸出的所述交流電力送出，W輸出到受電裝置的 負載；
[0011] 存儲器，其保持表示所述受電裝置的要求電壓、要求電流和要求電力的至少一方 的規定值；
[0012] 接收電路，其接收向所述受電裝置的負載供給的電壓、電流和電力的至少一方；W 及
[0013] 控制電路，其使用所述第1開關元件和所述第2開關元件，改變使所述振蕩電路的 所述第1輸出端的電壓和所述第2輸出端的電壓為相同電位的時間來變更從所述振蕩電路 輸出的交流電力的電壓的輸出時間比，
[0014] 改變從所述振蕩電路輸出的交流電力的電壓的頻率來決定所述交流電力的效率 成為最大的交流電力的頻率，
[0015] 使所述接收到的電壓、電流和電力的至少一方收束于所述規定值的范圍，將所述 效率為最大的交流電力輸出到所述負載。
[0016] 根據本公開的一個技術方案，提供一種即使在負載發生變動或天線周圍的環境發 生變化的情況下也能夠對負載輸出恒定電壓并且高效地傳輸電力的送電裝置。
[0017] 此外，運些總括性或具體的技術方案可W通過系統、方法、集成電路、計算機程序 或記錄介質來實現，也可W通過系統、裝置、方法、集成電路、計算機程序和記錄介質的任意 組合來實現。
【附圖說明】
[0018] 圖IA是表示本公開的一個技術方案的比較例的無線電力傳輸系統的傳輸頻率與 向負載供給的電壓（輸出電壓）的關系的例子的坐標圖。
[0019] 圖IB是表示本公開的一個技術方案的比較例的無線電力傳輸系統的傳輸頻率與 傳輸效率的關系的例子的坐標圖。
[0020] 圖2A是表示實施方式1的無線電力傳輸系統的硬件構成的圖。
[0021] 圖2B是表示實施方式1的無線電力傳輸系統的概略構成的圖。
[0022] 圖3是表示實施方式1的振蕩部的框圖。
[0023] 圖4A是示意性表示實施方式1的使相位變化的情況下的向開關元件Sl~S4分 別輸入的脈沖的定時的圖。
[0024] 圖4B是示意性表示實施方式1的使占空比變化的情況下的向開關元件Sl~S4 分別輸入的脈沖的定時的圖。
[0025] 圖5A是表示實施方式1的相位無偏離的情況下的脈沖電壓W及輸出電壓的波形 的例子的圖。
[0026] 圖5B是表示實施方式1的相位偏離90度的情況下的脈沖電壓W及輸出電壓的波 形的例子的圖。
[0027] 圖6是表示實施方式1的送電天線W及受電天線的等效電路的例子的圖。
[002引圖7是表示實施方式1的控制方式的第1例的處理的流程圖。
[0029] 圖8是表示實施方式1的與負載的阻抗、傳輸頻率W及相位偏離值對應的輸出電 壓的變化的表。
[0030] 圖9是表示實施方式1的與負載的阻抗W及傳輸頻率對應的傳輸效率的表。
[0031] 圖10是表示實施方式1的控制方式的第2例的處理的流程圖。
[0032] 圖IlA是表示實施例1的負載5Q時的定電壓化、傳輸效率的改善效果的圖。
[0033] 圖IlB是表示實施例1的負載IOQ時的定電壓化、傳輸效率的改善效果的圖。
[0034] 圖IlC是表示實施例1的負載20Q時的定電壓化、傳輸效率的改善效果的圖。
[0035] 圖12是表示對實施方式1的振蕩電路的構成進行了變更的變形例的框圖。
[0036] 圖13是表示實施方式2的送電裝置的概略構成的圖。
[0037] 圖14A是表示實施方式2的受電裝置的概略構成的圖。
[0038] 圖14B是表示實施方式2的受電裝置的概略構成的圖。
[0039] 圖14C是表示實施方式2的受電裝置的概略構成的圖。
[0040] 圖15是表示實施方式2的控制方式的第3例的處理的流程圖。 陽041]圖16A是表示實施例2的傳輸頻率與受電電壓的關系的圖。
[0042] 圖16B是表不實施例2的傳輸頻率與相位偏離量的關系的圖。
[0043] 圖16C是表示實施例2的傳輸頻率與輸入電流的關系的圖。
[0044] 圖16D是表不實施例2的傳輸頻率與傳輸效率的關系的圖。
[0045] 圖17是表示實施方式2的捜索控制的一例的示意圖。
[0046] 圖18A是表示圖17的捜索控制中的時間與控制誤差的關系的圖。
[0047] 圖18B是表示圖17的捜索控制中的時間與頻率的關系的圖。
[0048] 圖18C是表示圖17的捜索控制中的時間與相位偏離量的關系的圖。
[0049] 圖18D是表示圖17的捜索控制中的時間與電流的關系的圖。
[0050] 圖19A是表示與圖17不同的捜索控制中的控制誤差信息的時間經過的關系的圖。
[0051] 圖19B是表示與圖17不同的捜索控制中的進行了控制的頻率的時間經過的關系 的圖。
[0052] 圖19C是表示與圖17不同的捜索控制中的進行了控制的相位偏離量的時間經過 的關系的圖。
[0053] 圖19D是表示與圖17不同的捜索控制中的在控制誤差十分接近0時由輸入檢測 電路檢測的電流的時間經過的圖。
[0054] 圖20是表示W根據上次的值和上上次的值而預測出的相位偏離量開始輸出調整 的方式下的控制的例子的圖。 陽化5] 圖21是表示實施方式2的控制方式的第4例的處理的流程圖。
[0056] 圖22A是在占空比為50%的情況下對開關元件Sl~S4分別施加的信號的圖。
[0057] 圖22B是在占空比為25%的情況下對開關元件Sl~S4分別施加的信號的圖。 [005引圖23是表示實施方式2的控制方式的第5例的處理的流程圖。
【具體實施方式】
[0059](成為本公開的基礎的見解） W60] 本發明人對在"【背景技術】"一欄中記載的無線電力傳輸系統進行了W下所述的研 究。
[0061] 在專利文獻1那樣的諧振磁場禪合方式的無線電力傳輸系統中，為了維持高的傳 輸效率，預先使傳輸路徑上的各電路模塊的輸入輸出阻抗匹配。但是，實際上，由于天線周 圍的環境發生變化、即送電天線和受電天線間的配置關系發生變化，2個天線的阻抗發生了 變化。其結果是，在專利文獻1中，無法跟隨達到最佳傳輸效率的頻率的變化。另外，在專 利文獻1中，在負載的阻抗發生了變化的情況下，也無法跟隨達到最佳傳輸效率的頻率的 變化。
[0062] 專利文獻2公開了在進行電力傳輸時為了提供最佳傳輸效率而掃描頻率來決定 最佳頻率的無線電力傳輸系統。但是，在專利文獻2中，僅通過輸出電力的頻率控制來進行 傳輸效率的調整。
[0063] 另外，傳輸系統的阻抗變化，是指在向無線電力傳輸系統輸入的輸入電壓恒定的 情況下輸出電壓變化。作為運種情況下的應對，專利文獻3公開了在輕負載時進行調整逆 變器的頻率的頻率控制的電源系統。另外，在專利文獻3中，為了使輸出電壓恒定，在穩定 時調整逆變器的控制脈沖的接通時間比（W后，稱為交流電壓的輸出時間比）。但是，在專 利文獻3中，僅通過輸出電力的頻率控制、或僅通過控制交流電壓的輸出時間比來進行輸 出電壓的調整。
[0064] 如上所述，專利文獻2和專利文獻3都沒有使用輸出電力的頻率控制和交流電壓 的輸出時間比的控制運兩方來進行輸出電壓W及傳輸效率運兩方的調整。
[0065] W下，首先對僅通過控制控制輸出電力的頻率而調整了輸出電壓和傳輸效率時的 問題進行說明。
[0066] 圖IA是表示本公開的一個技術方案的無線電力傳輸系統的比較例中的、從送電 裝置向受電裝置供給的交流電力的頻率（傳輸頻率）與向負載供給的電壓（輸出電壓）的 關系的例子的坐標圖。本例是使用電路模擬器進行了解析的例子。上述無線電力傳輸系統 的構成與后述的圖2A同樣。另外，控制從送電裝置向受電裝置供給的交流電力的控制電 路，與專利文獻2W及專利文獻3同樣，僅使用頻率控制。另外，送電天線W及受電天線的 構成與后述的圖6同樣。
[0067]作為送電天線的規格，例如將電感值設為40 (mF)，將相對于頻率fO的電阻值 設為1.86fO(mQ)，將諧振電容器容量設為73 (P巧，作為受電天線的規格，將電感值設為 25. 84 (mF)，將相對于頻率fO的電阻值設為2. 22f0(mQ)，將諧振電容器容量設為750 (pF)。 接著，將DC電源1030的直流電壓Vdc設為12V，將受電裝置1020的目標電壓設為5V，將頻 率掃描范圍設為110曲Z~140曲Z，示出了負載的阻抗化為5Q、10Q、20Q各情況下的例 子。
[0068] 如該坐標圖所示，輸出電壓隨著負載的阻抗W及傳輸頻率而變化。因此，在負載的 阻抗發生了變化的情況下，為了使輸出電壓恒定，使傳輸頻率變化即可。例如，在圖示的例 子中，在負載的阻抗在5Q~20Q的范圍變動的情況下，為了使輸出電壓維持為5V，使傳輸 頻率在130曲Z~150曲Z的范圍變動即可。 W例然而，如專利文獻2W及專利文獻3那樣，在為了使輸出電壓維持恒定而使傳輸頻 率變化的情況下，傳輸效率未必最佳。圖IB是表示傳輸頻率與傳輸效率的關系的例子的坐 標圖。對圖IB進行詳細描述，圖IB示出了圖IA中的RL= 5Q的情況下的送電裝置的傳輸 效率Eff_Tx、送受電天線的傳輸效率Eff_RFW及整體的傳輸效率Eff。如該坐標圖所示， 可知：在傳輸頻率約為110曲Z時傳輸效率成為最大，在130曲Z~150曲Z的范圍內傳輸效 率沒有達到最大。
[0070] 如此，在專利文獻2W及專利文獻3中，對于目標電壓5V而言頻率130曲Z~ 150曲Z的范圍即可，因此在該范圍內決定傳輸頻率。但是，實際上，在該傳輸頻率130曲Z~ 150曲Z時傳輸效率低于最大傳輸效率。在傳輸頻率約為110曲Z時傳輸效率最大。
[0071] 根據W上所述，可知：僅通過頻率控制，難W兼顧W恒定電壓向負載輸出和W傳輸 效率高的頻率進行傳輸運兩方。
[0072] 接著，在僅通過交流電壓的輸出時間比而調整了輸出電壓和傳輸效率的情況下， 僅通過交流電壓的輸出時間比的調整，雖然能夠調整輸出電壓，但難W兼顧W恒定電壓向 負載輸出和W傳輸效率高的頻率進行傳輸運兩方。在使輸出電壓恒定的狀態下，即使調整 交流電壓的輸出時間比，輸出電力的頻率也恒定，因此無法應對在送電和受電天線間的配 置關系發生了變化后達到最佳傳輸效率的頻率。
[0073] 本發明人銳意研究的結果是發現了上述問題。認為上述的問題是因W下的理由而 產生的。
[0074] 即，無線電力傳輸系統通過使2個諧振器（送電天線W及受電天線）W磁方式諧 振禪合，在諧振頻率下無線傳輸振動能量。并且，在送電天線與受電天線進行諧振的諧振頻 率附近，送電受電時的電力損失成為最小。由此，傳輸效率在2個諧振器的諧振頻率的附近 (約IlOkHz)成為最大。另一方面，對于從負載要求的電壓，根據設備（受電裝置）而要求 各種電壓。因此，傳輸效率成為最大的諧振頻率的附近（約IlOkHz)的輸出電壓不一定成 為受電裝置要求的電壓。例如，對于某負載例如IOQ，傳輸效率成為最大的傳輸頻率為一個 固定值。該情況下，所述決定的傳輸頻率約為110曲Z。如圖IA所示，可知：與該傳輸頻率 (約IlOkHz)對應的負載的輸出電壓也為一個固定值，該輸出電壓為8V。
[00巧]但是，對智能手機、平板終端、便攜電話或電動汽車運些能夠進行非接觸充電的設 備（受電裝置）充電的要求電壓是各種各樣的。例如，在智能手機要求5V的情況下，上述 的8V成為了比要求電壓高的電壓。其結果是，超過了智能手機的要求電壓（5V)，若向智能 手機提供8V的電壓的電力，則有可能會損壞智能手機的電路。
[0076] 因此，考慮上述問題是由于在送電和受電天線的諧振頻率附近成為最大效率的傳 輸頻率與受電裝置所要求的電壓的傳輸頻率不一致而引起的。另外，即使成為最大效率的 傳輸頻率與受電裝置所要求的電壓的傳輸頻率假設一致，當天線周圍的環境發生變化、例 如送電天線與受電天線的距離發生變化時，送電天線和受電天線的諧振頻率發生變化，傳 輸效率成為最大的傳輸頻率發生變化。該情況下，在送電天線和受電天線變化后的諧振頻 率附近傳輸效率成為最大。因此，在傳輸效率成為最大的傳輸頻率與受電裝置所要求的電 壓的傳輸頻率之間產生了偏離。另外，在負載變動的情況下，與天線周圍的環境發生變化的 情況同樣，送電天線和受電天線的諧振頻率發生變化，傳輸效率成為最大的傳輸頻率發生 變化。因此，在傳輸效率成為最大的傳輸頻率與受電裝置所要求的電壓的傳輸頻率之間產 生了偏離。在運些情況下，與上述的情況同樣，當符合達到受電裝置目標電壓的傳輸頻率 時，無法W傳輸效率為最大的電力進行傳輸。另一方面，當符合傳輸效率成為最大的傳輸頻 率時，不能達到目標電壓。
[0077] 上述問題也認為是由于在送電天線和受電天線的諧振頻率附近成為最大效率的 傳輸頻率與受電裝置所要求的電壓的傳輸頻率不一致而引起的。
[0078] 由此，在無線電力傳輸系統的送電裝置中，在負載發生變動、天線周圍的環境發生 變化的情況下，也希望能夠一邊向負載輸出恒定電壓一邊高效地傳輸電力。另外，希望一邊 滿足各種受電裝置的要求電壓一邊高效地傳輸電力。
[0079] 根據W上的考察，本發明人想到了W下的發明的各技術方案。
[0080] 本公開的送電裝置的一個技術方案，具備：
[0081] 振蕩電路，其具有第1開關元件和第2開關元件，經由與所述第1開關元件連接的 第1輸出端和與所述第2開關元件連接的第2輸出端，輸出從所述直流電力轉換后的交流 電力，所述第1開關元件與從直流電源供給的直流電力的高電位側連接，所述第2開關元件 與所述直流電力的低電位側連接；
[0082] 送電天線，其將從所述振蕩電路輸出的所述交流電力送出，W輸出到受電裝置的 負載；
[0083] 存儲器，其保持表示所述受電裝置的要求電壓、要求電流和要求電力的至少一方 的規定值；
[0084] 接收電路，其接收向所述受電裝置的負載供給的電壓、電流和電力的至少一方；W 及
[0085]控制電路，其使用所述第I開關元件和所述第2開關元件，改變使所述振蕩電路的 所述第1輸出端的電壓和所述第2輸出端的電壓為相同電位的時間來變更從所述振蕩電路 輸出的交流電力的電壓的輸出時間比，
[0086] 改變從所述振蕩電路輸出的交流電力的電壓的頻率來決定所述交流電力的效率 成為最大的交流電力的頻率，
[0087] 使所述接收到的電壓、電流和電力的至少一方收束于所述規定值的范圍，將所述 效率為最大的交流電力輸出到所述負載。
[008引在W往的送電裝置中，即使使所述接收到電壓、電流和電力的至少一方收束于表 示所述受電裝置的要求電壓、要求電流和要求電力的至少一方的規定值的范圍，也沒有得 到效率成為最大的交流電力。另一方面，即使所述送電裝置向所述受電裝置輸出了效率成 為最大的交流電力，所述送電裝置從所述受電裝置接收到的電壓、電流和電力的至少一方 也超出了表示所述受電裝置的要求電壓、要求電流和要求電力的至少一方的規定值的范圍 外。
[0089] 根據本技術方案，一邊決定效率成為最大的交流電力的頻率，一邊變更從所述送 電裝置的振蕩電路輸出的交流電力的電壓的輸出時間比W使所述送電裝置從所述受電裝 置接收到的電壓、電流和電力的至少一方收束于所述規定值的范圍。
[0090] 因此，即使在從所述送電裝置輸出而效率成為最大的所述交流電力的頻率與從所 述受電裝置要求的所述交流電力的電壓的頻率不一致的狀態下，也能夠使所述送電裝置從 所述受電裝置接收到的電壓、電流和電力的至少一方收束于所述規定值的范圍，能夠使由 所述受電裝置受電的所述交流電力的效率成為最大。
[0091] W下，參照附圖來說明本公開的更具體的實施方式。在W下的說明中，對相同或對 應的要素標注相同的參照附圖標記。 陽OW](實施方式1)