專利名稱：非接觸電功率傳輸系統(tǒng)及該系統(tǒng)中的負載裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及非接觸電功率傳輸系統(tǒng)及該非接觸電功率傳輸系統(tǒng)中的負載裝置。例 如涉及采用了磁共振現(xiàn)象的非接觸電功率傳輸方法及裝置，涉及適用于向搭載了非接觸IC
卡或電池的便攜設(shè)備進行充電的充電裝置。
背景技術(shù)：
例如，公開有日本專利特開平11-188113號公報。在該公報中記載有「課題」即 使收發(fā)線圈的距離變動，線圈的共振狀態(tài)也不會破壞，能夠進行穩(wěn)定地電功率傳輸。「解決 方法」具有夾著表皮對向配置的發(fā)送線圈21和接收線圈11 ;與發(fā)送線圈21連接構(gòu)成共振 電路的可變電容器22 ;與接收線圈11連接構(gòu)成共振電路的可變電容器12 ;分別檢測發(fā)送
線圈21、和接收線圈11中的電壓電平的電壓檢測電路23、13 ;將由電壓檢測電路23檢測出 的電壓水平作為輸入，以該檢測電壓電平始終保持最高值的方式改變可變電容器22的容 量的電容控制電路24 ;將由電壓檢測電路13檢測出的電壓水平作為輸入，以該檢測電壓電 平始終保持最高值的方式改變可變電容器12的容量的電容控制電路14。
另夕卜，例如，有Andre Kurs et al. "Wireless Power Transfer viaStrongly Coupled Magnetic Resonances, " SCIENCE, V0L317pp83-856JULY 2007.該文獻中記載 有"Using self-resonant coils in a stronglycoupled regime, we experime ntally demonstrated efficient nonradiativ印ower transfer over distances up to 8times the radius of the coils. We wrerable to transfer 60watts with 40% efficiency over distances in excess of2meters. We present a quantitative model describing the power transfer, which matches the experimental results to within 5%. We discuss th印ractical applicability of this system and suggest directions for furtherstudy.，， 專利文獻1 :日本專利特開平11-188113號公報 非專利文獻1 :Andre Kurs et al. "Wireless Power Transfer viaStrongly
Coupled Magnetic Resonances, " SCIENCE, V0L317pp83-856JULY 2007. 作為本發(fā)明人研討的技術(shù)，涉及非接觸電功率傳輸裝置的技術(shù)，例如作為一例研
究出如圖8所示的構(gòu)造的裝置。 圖8所示的非接觸電功率傳輸裝置利用電磁感應(yīng)的磁共振現(xiàn)象，由供電側(cè)磁共振 線圈1、負載側(cè)磁共振線圈2、供電側(cè)供電線圈3、負載側(cè)供電線圈4、振蕩器5和負載的燈泡 6構(gòu)成，通過與供電側(cè)磁共振線圈1接近并在距離ks設(shè)置供電側(cè)供電線圈3，通過電磁感應(yīng) 與供電側(cè)磁共振線圈1耦合。此時，利用與主要由供電側(cè)磁共振線圈1的直徑和匝數(shù)決定 的共振頻率相等的頻率，從振蕩器5向供電側(cè)供電線圈3供給傳輸電功率時，供電側(cè)磁共振 線圈1效率良好地被激振，因此，在供電側(cè)磁共振線圈1上利用共振頻率，流過大電流而產(chǎn) 生強磁場。在此，與供電側(cè)磁共振線圈1具有相同的共振頻率的負載側(cè)磁共振線圈2和供 電側(cè)磁共振線圈l強力耦合(磁共振現(xiàn)象)，因此，在負載側(cè)磁共振線圈2也流過大電流，在
4與其接近設(shè)置在距離kD的負載側(cè)供電線圈4上通過電磁感應(yīng)產(chǎn)生電動勢。通常將該現(xiàn)象 稱為基于磁共振的非接觸電功率傳輸。 作為上面的非接觸電功率傳輸?shù)睦樱旅嬲f明非專利文獻1中記載的實驗內(nèi) 容。 非專利文獻1的實驗的構(gòu)成是與圖8所示的技術(shù)的一例相同的構(gòu)成，供電側(cè)磁 共振線圈1和負載側(cè)磁共振線圈2的直徑為60cm，匝數(shù)為5. 25圈，此時的磁共振頻率約 lOMHz。另外，供電側(cè)供電線圈3和負載側(cè)供電線圈4的直徑為50cm，供電線圈和磁共振線 圈間的各距離ks、kD為10cm，能夠得到供電側(cè)磁共振線圈1和負載側(cè)磁共振線圈2的距離 k為100cm時，傳輸效率為90X以上，為200cm時，傳輸效率為45X的實驗結(jié)果。使用通常 的電磁感應(yīng)時，傳輸距離從數(shù)mm到數(shù)cm，效率為約50% 75%左右，由此，延長傳輸距離 時，傳輸效率大幅劣化，因此，可以說利用磁共振現(xiàn)象的電功率傳輸在傳輸距離及傳輸效率 方面優(yōu)異。 另外，作為本發(fā)明人研討的技術(shù)，涉及非接觸電功率傳輸裝置的其他的技術(shù)，例如 作為一例研究出如圖9所示的構(gòu)成。 圖9所示的非接觸電功率傳輸裝置利用電磁感應(yīng)，由供電側(cè)電磁感應(yīng)線圈10、負 載側(cè)電磁感應(yīng)線圈11 、可變?nèi)萘侩娙萜?2 、 13 、平滑用電容器14、整流電路15 、驅(qū)動電路16 、 負載電路17、電壓檢測電路18， 19、以及電容控制電路20，21構(gòu)成，整流電路15利用由整流 用二極管31 、32、33、34組成的橋式電路構(gòu)成。 在該圖中，利用與驅(qū)動電路16連接的供電側(cè)電磁感應(yīng)線圈10的電感和與之并聯(lián) 連接的可變?nèi)萘侩娙萜?2的容量值來決定的共振頻率，此時在供電側(cè)電磁感應(yīng)線圈10中 流過大的電流，產(chǎn)生強的磁場。 另外，負載側(cè)的電磁感應(yīng)線圈11與整流電路15連接，并且并聯(lián)連接有可變?nèi)萘侩?容器13，在供電側(cè)電磁感應(yīng)線圈IO的磁場的頻率，與由負載側(cè)電磁感應(yīng)線圈11的電感和與 之并聯(lián)連接的可變?nèi)萘侩娙萜?3的容量值決定的共振頻率相等時，由于在負載側(cè)電磁感 應(yīng)線圈11的兩端產(chǎn)生的電磁感應(yīng)電壓最大，因此，成為最大的傳輸效率。另外，通過整流電 路15和平滑用電容器14，將由負載側(cè)電磁感應(yīng)線圈11的端子間輸出的傳輸電功率變換為 直流，進行對負載電路17的電功率供給。 此時，按照供電側(cè)電磁感應(yīng)線圈10的兩端產(chǎn)生的電壓變成最高的方式，根據(jù)利用 電壓檢測電路18檢測出的線圈的電壓，通過電容控制電路20調(diào)整可變?nèi)萘慷O管12的容 量值，由此，能夠使來自驅(qū)動電路16的供給電功率搬運波形的頻率和接收側(cè)線圈的共振頻
率一致。 同樣，利用電壓檢測電路19和電容控制電路21調(diào)整可變?nèi)萘慷O管13的容量 值，由此，在負載側(cè)電磁感應(yīng)線圈11上，也可調(diào)整為兩端的電壓為最高，由此，能夠?qū)崿F(xiàn)傳 輸效率的改善。 但是，如上述圖8所示的技術(shù)的非接觸電功率傳輸裝置是使用電磁感應(yīng)的磁共振 現(xiàn)象的裝置，上述圖9所示的技術(shù)是使用電磁感應(yīng)的裝置。將兩者進行比較時，在磁共振現(xiàn) 象中，供電側(cè)磁共振線圈的共振頻率和負載側(cè)磁共振線圈的共振頻率一致時能夠效率良好 地進行電功率傳輸，在這方面上，和電磁感應(yīng)相同。但是，利用磁共振現(xiàn)象的電功率傳輸?shù)?共振頻率的帶域與電磁感應(yīng)相比較窄，共振頻率的值只要稍微偏移，就不能傳輸電功率。
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因此，需要使供電側(cè)和負載側(cè)的共振頻率正確地一致，但是，在圖8中，與供電側(cè) 磁共振線圈或負載側(cè)磁共振線圈并聯(lián)連接圖9那樣的可變?nèi)萘侩娙萜鲿r，就產(chǎn)生由于可變 容量電容器的高頻率的抵抗損失部分等，磁共振線圈的Q值下降且導致傳輸效率的降低的 課題。 再有，在使用磁共振現(xiàn)象的電功率傳輸中，在磁共振線圈上什么也不連接，由此使
線圈的Q值盡可能增高，盡可能使線圈中流過的電流增大，產(chǎn)生強的磁場，因此，與電磁感 應(yīng)方式相比能夠得到長傳輸距離和高的傳輸效率，另一面，磁共振線圈的Q值較高，由此， 供電側(cè)和負載側(cè)的磁共振線圈的共振頻率的帶域較窄，存在難以在供電側(cè)和負載側(cè)使共振 頻率一致的課題。 另外，在使用磁共振現(xiàn)象的電功率傳輸方式中，使供電側(cè)磁共振線圈和負載側(cè)磁 共振線圈靠近利用電磁感應(yīng)方式獲得比較高的傳輸效率的數(shù)mm 數(shù)cm的距離時，相互的 線圈間耦合過強，由此，發(fā)生阻礙磁共振之類的現(xiàn)象。 下面，闡述關(guān)于該現(xiàn)象的詳細。設(shè)隔開一定距離時的磁共振頻率為f時，使磁共振 線圈間距離接近至數(shù)mm 數(shù)cm的距離時，磁共振的頻率擁有f-A f和f+A f兩個共振頻 率。再者，該Af的值隨著距離的漸近而有增大的傾向。 因此，存在將磁共振頻率設(shè)為一定進行電功率傳輸?shù)那闆r下縮短磁共振線圈間的 距離時，從某距離起磁共振頻率的傳輸效率反而劣化的課題。 另外，在圖9所示的技術(shù)中，被傳輸?shù)碾姽β释ㄟ^由二極管構(gòu)成的整流電路變換 為直流電壓，但是，二極管的正向的電壓降低為大致O. 7V左右，因此，存在由于通過該電壓 降低發(fā)生的電功率損失，非接觸電功率傳輸整體的傳輸效率下降的課題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決或者改善上述課題，采用了權(quán)利要求范圍中所述的構(gòu)成。例如，對
于為了調(diào)整上述課題的共振頻率而附加可變?nèi)萘侩娙萜鲿r，磁共振線圈的Q值下降、傳輸
效率降低的課題及線圈間距離接近時傳輸效率反而劣化的課題，在圖8所示的技術(shù)中，做
成以供電側(cè)磁共振線圈和負載側(cè)供電線圈間距離比供電側(cè)磁共振線圈和負載側(cè)磁共振線
圈間的傳輸距離短的方式配置線圈，同時以供電側(cè)供電線圈和負載側(cè)磁共振線圈間距離比
供電側(cè)磁共振線圈和負載側(cè)磁共振線圈間的傳輸距離短的方式配置線圈的結(jié)構(gòu)。 根據(jù)上述的構(gòu)成，做成在供電側(cè)磁共振線圈和負載側(cè)磁共振線圈間放入供電側(cè)供
電線圈和負載側(cè)供電線圈的結(jié)構(gòu)，因此，對于供電側(cè)磁共振線圈和負載側(cè)磁共振線圈間的
耦合，利用供電側(cè)供電線圈及負載側(cè)供電線圈中流過的電流產(chǎn)生的磁場在妨礙磁共振線圈
間的強耦合方向上作用，由此，磁共振線圈間的距離即使縮短，磁共振線圈間的耦合也不會
變成強耦合，因此，能夠抑制磁共振頻率因線圈間距離而較大偏移、磁共振頻率表現(xiàn)為兩個
的現(xiàn)象。 根據(jù)以上所述，用于變更共振頻率的可變?nèi)萘慷O管變?yōu)椴恍枰?，能夠提高磁?振線圈的Q值，因此，能夠保持高傳輸效率。另外，磁共振線圈間的耦合不會變?yōu)閺婑詈?，?此，能夠抑制線圈間距離變近時的傳輸效率的劣化。 另外，例如，關(guān)于在供電側(cè)和負載側(cè)難以使共振頻率一致的課題，做成設(shè)置第一 和第二的負載側(cè)供電線圈，且以供電側(cè)的磁共振線圈和第一負載側(cè)供電線圈間距離比供電側(cè)磁共振線圈和負載側(cè)磁共振線圈間的傳輸距離短，供電側(cè)磁共振線圈和第二負載側(cè)供電 線圈間距離比供電側(cè)磁共振線圈和負載側(cè)磁共振線圈間的傳輸距離長的方式配置線圈，同 時，設(shè)置合成并取出由第一和第二負載側(cè)供電線圈輸出的傳輸電功率的電功率合成電路的 構(gòu)造?；蛘?，做成檢測由第一和第二負載側(cè)供電線圈輸出的傳輸電壓，以從更高的電壓的供 電線圈取出電功率的方式設(shè)置線圈切換電路的構(gòu)造。 通過做成上述的結(jié)構(gòu)，線圈間距離近且為強耦合狀態(tài)的情況下，能夠從第一負載 側(cè)供電線圈取出傳輸電功率，在存在一定線圈間距離的情況下，能夠從第二負載側(cè)供電線 圈取出傳輸電功率，因此，能夠等效地擴大負載側(cè)的共振頻率的帶域。由此，能夠減少線圈 間距離帶來的傳輸效率的劣化。 另外，例如，關(guān)于在整流電路中因使用二極管而變換為直流電壓時的電功率損失 較大的課題，做成使用由M0S晶體管構(gòu)成的同步整流電路的結(jié)構(gòu)。另外，在使用M0S晶體管 的整流電路中，必須與整流電路中輸入的傳輸電功率的頻率同步開關(guān)MOS晶體管的柵極， 做成在負載側(cè)供電線圈上設(shè)置抽頭，通過負載側(cè)供電線圈取出該同步信號的結(jié)構(gòu)。
通過做成上述的結(jié)構(gòu)，在使用二極管的整流電路中，二極管的正向的電壓下降約 0. 7V，與之相對，M0S晶體管的ON時的電壓下降為0. IV左右，所以能夠減小整流電路中的 電功率損失，由此，能夠得到傳輸效率高的非接觸電功率傳輸裝置。 根據(jù)本發(fā)明，上述課題被解決或者改善。例如，能夠抑制線圈間距離近時的共振頻 率的變動帶來的傳輸效率的劣化，同時，即使是離開某種程度的線圈間距離，也能夠得到傳 輸效率的降低較少的非接觸電功率傳輸裝置。另外，不使用改變共振頻率的裝置，因此利用 簡單的結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)。另外，例如，在將傳輸電功率變換為直流時，也使用變換損失少的整 流電路，由此，能夠得到傳輸效率高的非接觸電功率傳輸裝置。


圖1是表示本發(fā)明的非接觸電功率傳輸裝置的第一實施方式的結(jié)構(gòu)的構(gòu)成圖。
圖2是表示本發(fā)明的非接觸電功率傳輸裝置的第二實施方式的動作的方框圖。
圖3是表示本發(fā)明的非接觸電功率傳輸裝置的第三實施方式的動作的方框圖。
圖4是表示本發(fā)明的非接觸電功率傳輸裝置的第一實施方式的動作的方框圖。
圖5是表示本發(fā)明的非接觸電功率傳輸裝置的第一實施方式的通過損失特性的 實驗結(jié)果。 圖6是表示本發(fā)明的非接觸電功率傳輸裝置的第二實施方式的通過損失特性的 模擬結(jié)果。 圖7是表示圖8中所示的現(xiàn)有技術(shù)的通過損失特性的實驗結(jié)果。
圖8是使用磁共振現(xiàn)象的非接觸電功率傳輸?shù)囊焕臉?gòu)成圖。
圖9是表示使用電磁感應(yīng)的非接觸電功率傳輸?shù)囊焕姆娇驁D。
符號說明 1…供電側(cè)磁共振線圈 2…負載側(cè)磁共振線圈
3、101…供電側(cè)供電線圈 4、102、401…負載側(cè)供電線圈
5…振蕩器6…燈泡 10…供電側(cè)電磁感應(yīng)線圈
11…負載側(cè)電磁感應(yīng)線圈 12、13…可變?nèi)萘侩娙萜?br> 14…平滑用電容器 15、202、203、305…整流電路 16…驅(qū)動電路 17…負載電路 18、19…電壓檢測電路 20、21…電容控制電路 31、32、33、34…整流用二極管 201…電功率合成電路 204、205、306、425…調(diào)節(jié)器 206…合成電路 207、208…傳輸電功率輸出端子 301…線圈切換電路 302…切換電路 303…電平檢測電路 304、410…控制電路 402…發(fā)送部電源電路 403…電功率整流電路 404…插口 405…充電控制電路 406…電池 411…2次側(cè)線圈檢測電路 412…電源電路 421、422…整流用MOS晶體管 423…電感 424…電容 426 、427…電阻
具體實施例方式
下面，使用

實施例。
實施例1 根據(jù)

本發(fā)明的非接觸電功率傳輸?shù)牡谝粚嵤├?圖1是表示本發(fā)明中使用的利用了磁共振現(xiàn)象的非接觸電功率裝置的第一實施 例的圖。 圖中，l為供電側(cè)磁共振線圈、2為負載側(cè)磁共振線圈、101為供電側(cè)供電線圈、102 為負載側(cè)供電線圈、5為振蕩器、6為負載即燈泡，和圖8的現(xiàn)有技術(shù)的一例相比較，供電側(cè) 供電線圈101的線圈配置為，使供電側(cè)供電線圈101和負載側(cè)磁共振線圈2的線圈距離比 供電側(cè)磁共振線圈1和負載側(cè)磁共振線圈2的線圈間的傳輸距離短。而且，負載側(cè)供電線 圈102的線圈配置為，使供電側(cè)磁共振線圈1和負載側(cè)供電線圈102的線圈間距離比供電 側(cè)磁共振線圈1和負載側(cè)磁共振線圈2的線圈間的傳輸距離短。 根據(jù)上述的結(jié)構(gòu)，成為在供電側(cè)磁共振線圈1和負載側(cè)磁共振線圈2的線圈間加 入供電側(cè)供電線圈101和負載側(cè)供電線圈102的結(jié)構(gòu)，因此，供電側(cè)磁共振線圈1和負載側(cè) 磁共振線圈2的線圈間的傳輸距離短時，通過供電側(cè)供電線圈101和負載側(cè)供電線圈102 中產(chǎn)生的磁場，抑制上述線圈的耦合變?yōu)閺婑詈?，因此，即使在傳輸距離近的情況下，也能 夠得到抑制傳輸效率降低的非接觸傳輸裝置。 其次，圖2是表示本發(fā)明中使用的利用了磁共振現(xiàn)象的非接觸電功率裝置的第二 實施例的圖。 圖中，201為電功率合成電路、17為負載電路、207、208為傳輸電功率輸出端子，電 功率合成電路201由整流電路202、203、調(diào)節(jié)器204、205、合成電路206構(gòu)成，另外，對于與 圖1對應(yīng)的部分標注同一符號省略說明。 圖中，負載側(cè)供電線圈102配置為，使供電側(cè)磁共振線圈1和負載側(cè)供電線圈102 的線圈間距離比供電側(cè)磁共振線圈1和負載側(cè)磁共振線圈2的線圈間距離短，并且負載側(cè) 供電線圈4配置為，使供電側(cè)磁共振線圈1和負載側(cè)供電線圈4的線圈間距離長，這些供電 線圈與電功率合成電路201連接。
另外，負載側(cè)供電線圈102、4分別通過整流電路202、203與調(diào)節(jié)器204、205連接， 這些調(diào)節(jié)器的輸出與合成電路206連接，與負載電路17連接。 在上面的非接觸電功率傳輸裝置中，利用整流電路202、203將由負載側(cè)供電線 圈102、4輸出的傳輸電功率分別從高頻率電功率變換為直流電功率后，輸入到開關(guān)調(diào)節(jié)器 204、205。被輸入的傳輸電功率通過開關(guān)調(diào)節(jié)器204、205分別變換為等值的直流電壓輸出， 通過合成電路206合成，經(jīng)由傳輸電功率輸出端子207、208對負載電路17供給電功率。
在上面的實施例中，不僅得到和第一實施例相同的效果，而且，由于在距供電側(cè)磁 共振線圈l不同距離上設(shè)置負載側(cè)供電線圈102、4，并對由這些線圈輸出的傳輸電功率進 行合成而供給至負載電路17，因此，能夠等效地擴大負載側(cè)的共振頻率的帶域。由此，能夠 得到線圈間距離對傳輸效率的劣化小的非接觸電功率傳輸裝置。 下面，圖3是表示本發(fā)明中使用的利用磁共振現(xiàn)象的非接觸電功率裝置的第三實 施例的圖。 圖中，301為線圈切換電路，由切換電路302、電平檢測電路303、控制電路304、整 流電路305、調(diào)節(jié)器306構(gòu)成，另外，對于和圖2對應(yīng)的部分標注同一符號省略說明。
圖中，負載側(cè)供電線圈102、4與切換電路302連接，切換電路302的輸出經(jīng)由電平 檢測電路303和整流電路305與開關(guān)調(diào)節(jié)器306連接，并與負載電路17連接。
在上面的非接觸電功率傳輸裝置中，對于由負載側(cè)供電線圈102、4輸出的傳輸電 功率，利用切換電路302和電平檢測電路303，對由負載側(cè)供電線圈102、4輸出的傳輸電功 率的電壓進行比較，在控制電路304中，切換為電壓相對較高的線圈。而且，通過整流電路 305將從較高電壓值輸出的傳輸電功率變換為直流電壓，通過開關(guān)調(diào)節(jié)器306變換為所期 望的電壓值，經(jīng)由傳輸電功率輸出端子207、208，供給至負載電路17。 在上面的實施例中，不僅得到和第二實施例相同的效果，而且，用l個整流電路或 調(diào)節(jié)器就能夠完成，因此，可以利用簡單的結(jié)構(gòu)得到線圈間距離對傳輸效率劣化較小的非 接觸電功率傳輸裝置。 下面，圖4是表示本發(fā)明中使用的利用磁共振現(xiàn)象的非接觸電功率裝置的第一實 施例的圖。 圖中，401為負載側(cè)供電線圈，402為發(fā)送部電源電路，403為電功率整流電路，404 為插口 (outlet) ， 405為充電控制電路，406為電池，發(fā)送部電源電路402由振蕩電路5、控 制電路410、2次側(cè)線圈檢測電路411 、電源電路412構(gòu)成，電功率整流電路403由整流用MOS 晶體管421,422、電感423、電容424、開關(guān)調(diào)節(jié)器425、電阻426、427構(gòu)成，另外，對于和圖2 對應(yīng)的部分標注同一符號省略說明。 圖中，負載側(cè)供電線圈401做成至少3匝以上的匝數(shù)，設(shè)置有兩個中間抽頭tl、t2， 抽頭tl與電功率整流電路403的MOS晶體管421的源極連接，使柵極經(jīng)由電阻426連接于 抽頭tl側(cè)的線圈端，使漏極經(jīng)由電感423連接于開關(guān)調(diào)節(jié)器425。另外，使M0S晶體管422 的源極連接于抽頭t2，且連接于開關(guān)調(diào)節(jié)器425，柵極經(jīng)由電阻427連接于抽頭t2側(cè)的線 圈端，漏極連接于MOS晶體管421的漏極和電感423的接觸點。再者，在開關(guān)調(diào)節(jié)器的輸入 間附加電容424，并且，來自開關(guān)調(diào)節(jié)器425的輸出電功率經(jīng)由傳輸電功率輸出端子207、 208輸出到充電控制電路405。 發(fā)送部電源電路402將來自插口 404的AC100V的電壓通過電源電路412變換為
9直流電壓，向發(fā)送部供給必要的電源。另外，2次側(cè)線圈檢測電路411檢測在發(fā)送側(cè)附近是 否放置了負載側(cè)電磁感應(yīng)線圈，如果在附近放置了負載側(cè)線圈，則利用控制電路410，使振 蕩器5接通(on)，開始電功率傳輸。另外，在電功率傳輸中去除負載側(cè)磁共振線圈時，2次 側(cè)線圈檢測電路411檢測出該情況，控制電路410將振蕩器5變?yōu)榻刂?off)狀態(tài)，使得不 會放射不要的電功率。 如上所述，從振蕩器5輸出的高頻的傳輸電功率經(jīng)由供電側(cè)磁共振線圈1和負載 側(cè)磁共振線圈2而由負載側(cè)供電線圈401輸出，通過電功率整流電路403變換為直流電壓， 向充電控制電路405供給電功率，由此能夠?qū)﹄姵?06充電。 在上面的構(gòu)成中，整流電路中使用MOS晶體管的同步整流電路，由此，與使用現(xiàn)有 的二極管的整流電路相比，能夠減小整流電路中的電功率損失，因此，能夠得到傳輸效率高 的非接觸電功率傳輸裝置。 下面，參照圖5、圖6及圖7說明本發(fā)明的實施例的效果。 圖5是在圖1所示的非接觸電功率傳輸裝置的第一實施例中，相對于供電側(cè)磁共 振線圈和負載側(cè)磁共振線圈的線圈間的傳輸距離的從供電側(cè)線圈向負載側(cè)供電線圈的通 過損失特性的實驗結(jié)果，圖6是對在圖2所示的非接觸電功率傳輸裝置的第二實施例中的 從供電側(cè)供電線圈向負載側(cè)供電線圈的通過損失特性以圖5的結(jié)果為基礎(chǔ)預(yù)測的模擬值。 另外，圖7是在利用圖8的現(xiàn)有技術(shù)表示的使用磁共振現(xiàn)象的非接觸電功率傳輸?shù)默F(xiàn)有的 線圈裝置中的從供電側(cè)供電線圈向負載側(cè)供電線圈的通過損失特性的實驗結(jié)果。此外，這 些實驗中使用的線圈，供電側(cè)磁共振線圈及負載側(cè)磁共振線圈為圓周長20cm，匝數(shù)15匝的 線圈，共振頻率為約33MHz，供電側(cè)供電線圈和負載側(cè)供電線圈為圓周長18cm，匝數(shù)為1匝 的線圈。另外，供電側(cè)磁共振線圈和負載側(cè)磁共振線圈間的距離假定為通過非接觸向電池 充電的充電裝置，是在12mm、16mm、20mm、28mm的比較近距離測定的值，傳輸?shù)碾姽β实念l 率為從26MHz到40MHz波動的值。另外，這些圖的橫軸為傳輸?shù)碾姽β实念l率，縱軸為正向 增益S21。 在圖5中，傳輸電功率頻率設(shè)為固定時，在線圈間距離從12mm到28mm變化時，認 為通過損失小的頻率為32MHz附近，此時的損失為約-3. 2dB -2. 3dB。
圖6中線圈間距離從12mm到28mm變化時，認為通過損失小的頻率為31. 8MHz附 近，此時的損失為約_3. OdB -0. 7dB。 圖7中線圈間距離從12mm到28mm變化時，認為通過損失小的頻率為31MHz附近， 此時的損失為約_6. 80dB -4. OdB。 由上可知，將表示現(xiàn)有技術(shù)的通過損失特性的圖7和表示非接觸電功率傳輸裝置 的第一實施例的通過損失的圖5進行比較，圖5中的第一實施例通過損失少，損失的變動也 小。這認為是由于在現(xiàn)有技術(shù)的情況下縮短線圈間距離時，共振點出現(xiàn)2個，其共振頻率的 變動因線圈間距離而增大，因此，第一實施例在傳輸效率上優(yōu)異。 再者，將表示第一實施例的通過損失的圖5和表示第二實施例的通過損失的圖6 進行比較，第二實施例通過損失較少，使用兩個負載側(cè)供電線圈進行電功率合成，由此進一 步改善傳輸效率，因此，可以說能夠等效實現(xiàn)負載側(cè)磁共振線圈的共振頻率的寬帶域化。
權(quán)利要求
一種非接觸電功率傳輸系統(tǒng)，其特征在于具有供電側(cè)供電線圈、供電側(cè)磁共振線圈、負載側(cè)供電線圈和負載側(cè)磁共振線圈，通過對所述供電側(cè)供電線圈供給與所述供電側(cè)磁共振線圈和負載側(cè)磁共振線圈的磁共振頻率相等的頻率的發(fā)送電功率，激振所述供電側(cè)磁共振線圈，利用供電側(cè)磁共振線圈和所述負載側(cè)磁共振線圈的磁共振現(xiàn)象非接觸地傳輸電功率，并利用所述負載側(cè)供電線圈取出由所述供電側(cè)磁共振線圈傳輸?shù)陌l(fā)送電功率，以使所述供電側(cè)磁共振線圈和所述負載側(cè)供電線圈間距離比所述供電側(cè)磁共振線圈和負載側(cè)磁共振線圈間的傳輸距離短的方式配置線圈。
2. —種非接觸電功率傳輸系統(tǒng)，其特征在于具有供電側(cè)供電線圈、供電側(cè)磁共振線圈、負載側(cè)供電線圈和負載側(cè)磁共振線圈，通過 對所述供電側(cè)供電線圈供給與所述供電側(cè)磁共振線圈和負載側(cè)磁共振線圈的磁共振頻率 相等的頻率的發(fā)送電功率，激振所述供電側(cè)磁共振線圈，利用供電側(cè)磁共振線圈和所述負 載側(cè)磁共振線圈的磁共振現(xiàn)象非接觸地傳輸電功率，并利用所述負載側(cè)供電線圈取出由所 述供電側(cè)磁共振線圈傳輸?shù)陌l(fā)送電功率，以使所述供電側(cè)供電線圈和所述負載側(cè)磁共振線圈間距離比所述供電側(cè)磁共振線圈 和負載側(cè)磁共振線圈間的傳輸距離短的方式配置線圈。
3. 如權(quán)利要求1所述的非接觸電功率傳輸系統(tǒng)，其特征在于以使所述供電側(cè)供電線圈和所述負載側(cè)磁共振線圈間距離比所述供電側(cè)磁共振線圈 和負載側(cè)磁共振線圈間的傳輸距離短的方式配置線圈。
4. 如權(quán)利要求1 3中任一項所述的非接觸電功率傳輸系統(tǒng)，其特征在于 設(shè)置有第一和第二負載側(cè)供電線圈，并以使所述供電側(cè)的磁共振線圈和第一負載側(cè)供電線圈間距離比所述供電側(cè)磁共振線圈和負載側(cè)磁共振線圈間的傳輸距離短，且使所述供 電側(cè)的磁共振線圈和第二負載側(cè)供電線圈間距離比之長的方式配置線圈。
5. 如權(quán)利要求4所述的非接觸電功率傳輸系統(tǒng)，其特征在于設(shè)置有合成并取出由所述第一負載側(cè)供電線圈和所述第二負載側(cè)供電線圈輸出的、被 傳輸?shù)碾姽β实碾姽β屎铣呻娐贰?br> 6. 如權(quán)利要求4所述的非接觸電功率傳輸系統(tǒng)，其特征在于設(shè)置有檢測由所述第一負載側(cè)供電線圈和所述第二負載側(cè)供電線圈輸出的傳輸電壓， 并從較高電壓的供電線圈取出電功率的切換電路。
7. 如權(quán)利要求1 6中任一項所述的非接觸電功率傳輸系統(tǒng)，其特征在于具有將與所述負載側(cè)供電線圈所輸出的磁共振頻率相等的頻率的傳輸電功率變換為直流電功率的整流電路，所述整流電路是由M0S晶體管構(gòu)成的同步整流電路。
8. 如權(quán)利要求7所述的非接觸電功率傳輸系統(tǒng)，其特征在于所述整流電路構(gòu)成為所述負載側(cè)供電線圈為至少3匝以上匝數(shù)的線圈，在所述線圈上設(shè)置第一和第二抽頭，第一 M0S晶體管的源極連接于第一抽頭，將柵極連接于第一抽頭 側(cè)的線圈端，并將漏極經(jīng)由第一電感連接于第一直流電壓輸出端子，將所述第二 M0S晶體 管的源極連接于所述第二抽頭并且連接于第二直流電壓輸出端子，將柵極連接于所述第二 抽頭側(cè)的線圈端，將漏極連接于所述第一MOS晶體管的漏極和所述第一電感的連接點，在 所述第一和第二的直流電壓輸出端子間附加電容。
9. 如權(quán)利要求1 8中任一項所述的非接觸電功率傳輸系統(tǒng)，其特征在于 所述供電側(cè)供電線圈和所述供電側(cè)磁共振線圈配置于充電器， 所述負載側(cè)供電線圈和所述負載側(cè)磁共振線圈配置于搭載了可充電電池的設(shè)備。
10. —種負載裝置，是非接觸電功率傳輸系統(tǒng)中的所述負載裝置，所述非接觸電功率傳 輸系統(tǒng)具有具備供電側(cè)供電線圈及供電側(cè)磁共振線圈的供電裝置；和具備負載側(cè)供電線 圈及負載側(cè)磁共振線圈的負載裝置，通過對所述供電側(cè)供電線圈供給與所述供電側(cè)磁共振 線圈和所述負載側(cè)磁共振線圈的磁共振頻率相等的頻率的發(fā)送電功率，而激振所述供電側(cè) 磁共振線圈，利用供電側(cè)磁共振線圈和所述負載側(cè)磁共振線圈的磁共振現(xiàn)象非接觸地傳輸 電功率，并利用所述負載側(cè)供電線圈取出由所述供電側(cè)磁共振線圈傳輸?shù)陌l(fā)送電功率，其 特征在于，以使所述供電側(cè)磁共振線圈和所述負載側(cè)供電線圈間距離比所述供電側(cè)磁共振線圈 和所述負載側(cè)磁共振線圈間的傳輸距離短的方式配置所述負載側(cè)供電線圈和所述負載側(cè) 磁共振線圈。
11. 一種負載裝置，是非接觸電功率傳輸系統(tǒng)中的所述負載裝置，所述非接觸電功率傳 輸系統(tǒng)具有具備供電側(cè)供電線圈及供電側(cè)磁共振線圈的供電裝置；和具備負載側(cè)供電線 圈及負載側(cè)磁共振線圈的負載裝置，通過對所述供電側(cè)供電線圈供給與所述供電側(cè)磁共振 線圈和所述負載側(cè)磁共振線圈的磁共振頻率相等的頻率的發(fā)送電功率，而激振所述供電側(cè) 磁共振線圈，利用供電側(cè)磁共振線圈和所述負載側(cè)磁共振線圈的磁共振現(xiàn)象非接觸地傳輸 電功率，并利用所述負載側(cè)供電線圈取出由所述供電側(cè)磁共振線圈傳輸?shù)陌l(fā)送電功率，其 特征在于，以使所述供電側(cè)供電線圈和所述負載側(cè)磁共振線圈間距離比所述供電側(cè)磁共振線圈 和所述負載側(cè)磁共振線圈間的傳輸距離短的方式配置所述負載側(cè)供電線圈和所述負載側(cè) 磁共振線圈。
全文摘要
本發(fā)明提供一種非接觸電功率傳輸系統(tǒng)及該系統(tǒng)中的負載裝置，是使用磁共振的非接觸電功率傳輸裝置，其能減小線圈間距離較近時的共振頻率的變動，抑制傳輸效率的劣化。做成在供電側(cè)磁共振線圈(1)和負載側(cè)磁共振線圈(2)間放入供電側(cè)供電線圈(101)和負載側(cè)供電線圈(102)的結(jié)構(gòu)的線圈配置。
文檔編號H02J17/00GK101771297SQ200910207759
公開日2010年7月7日 申請日期2009年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月26日
發(fā)明者市川勝英, 高木卓 申請人:日立民用電子株式會社