无线电力传输系统和送电装置的制造方法
【技术领域】
[0001 ] 本申请涉及在送电天线和受电天线之间以非接触方式输送电力的无线电力传输系统和送电装置。
【背景技术】
[0002]近年来，以便携式电话机为首的各种移动设备得到普及，移动设备的功耗因功能和性能的提高以及内容的多样化而持续增大。在利用预定容量的电池进行工作的移动设备的功耗增大时，该移动设备的工作时间变短。作为用于补偿电池容量的限制的技术，无线电力传输系统受到关注。无线电力传输系统通过在送电装置的送电天线和受电装置的受电天线之间的电磁感应，以非接触方式从送电装置向受电装置输送电力。尤其是采用了谐振型的送电天线及受电天线的无线电力传输系统的方式，也被称为谐振磁场耦合方式，即使在送电天线和受电天线的位置相互错开时也能够维持高传输效率。因此，不仅是移动设备，还可期待在电动汽车等各种领域中的应用。
[0003]现有技术文献
[0004]专利文献1:日本特开2010-166693号公报
【发明内容】
[0005]但是，在所述现有技术中，要求了安全且高效率的无线电力传输系统的送电装置。
[0006]本申请的一个技术方案的送电装置，以非接触方式对受电装置输送交流电力，所述受电装置具备:受电天线；将所述受电天线接受到的交流电力变换为第I直流电力的受电电路；以及接受从所述受电电路输出的所述第I直流电力的负载，
[0007]所述送电装置具备:
[0008]送电电路，其将从直流电源输入的第2直流电力变换为交流电力；
[0009]送电天线，其将从所述送电电路输出的所述交流电力向所述受电天线输送；以及
[0010]控制电路，其从所述受电装置输入在所述受电装置中从所述受电电路输出到所述负载的所述第I直流电力的电压值，
[0011]所述控制电路控制所述送电电路来切换向所述受电天线输送的所述交流电力的频率，
[0012]在所述输入的所述电压值中，检测与所述电压值的极小值对应的第I频率、和在比所述第I频率高的频率中与成为极大值的电压值对应的第2频率，
[0013]将向所述受电天线输送的所述交流电力的频率设定为所述第I频率和所述第2频率之间的频率。
[0014]上述的一般且特定的技术方案可以由系统、方法、集成电路以及计算机程序、或者记录介质来实现，也可以使用系统、方法、集成电路、计算机程序以及记录介质的任意组合来实现。
[0015]根据本申请的一个技术方案，能够提供安全且高效率的送电装置。
【附图说明】
[0016]图1是表示本申请的一个技术方案的无线电力传输系统的传输效率与传输频率的关系的例子的图。
[0017]图2是表示无线电力传输系统的结构的例子的剖视图。
[0018]图3是表示图2所示的送受电天线间的磁场分布与传输频率的关系的例子的图。
[0019]图4是表示实施方式I的无线电力传输系统的结构的框图。
[0020]图5是表示实施方式I中的送电装置的详细结构的框图。
[0021]图6A是表不实施方式I中的传输效率和提供给负载的电压(输出电压)分别与传输频率的关系的图。
[0022]图6B是表不实施方式I中的磁场分布和输出电压分别与传输频率的关系的图。
[0023]图7是表示实施方式I的变形例的框图。
[0024]图8是表示实施方式I中的控制方式的处理的流程图。
[0025]图9是表示实施方式2中的送电装置的详细结构的框图。
[0026]图1OA是表示送电电路的结构例的图。
[0027]图1OB是用于说明向各开关元件输入的脉冲的相位偏移量的图。
[0028]图1IA是表示相位偏移量为O度的情况下的脉冲电压和输出电压的波形的例子的图。
[0029]图1lB是表示相位偏移量为90度的情况下的脉冲电压和输出电压的波形的例子的图。
[0030]图12A是表示占空比为50%的情况下的脉冲电压和输出电压的波形的例子的图。
[0031]图12B是表示占空比为25%的情况下的脉冲电压和输出电压的波形的例子的图。
[0032]图13是表示实施方式2中的将输出电压维持为预定值时的输出时间比与传输频率的关系的图。
[0033]图14是表示实施方式2中的控制方式的处理的流程图。
[0034]图15是表示实施方式3中的送电装置的详细结构的框图。
[0035]图16是表示实施方式3中的将输出电压维持为预定值时的DC/DC转换器的输出电压与传输频率的关系的图。
[0036]图17是表示具备异物检测电路的送电装置的一例的图。
[0037]图18是表示实施方式I中的控制方式的处理的流程图。
[0038]标号说明
[0039]1000送电装置
[0040]1001送电电路
[0041]1002送电线圈
[0042]1003、1012谐振电容器
[0043]1004输入检测电路
[0044]1005控制电路
[0045]1006输入电压变换电路
[0046]1007送电天线
[0047]1008振荡电路
[0048]1009脉冲输出电路
[0049]1010受电装置
[0050]1011受电线圈
[0051]1013受电电路
[0052]1014 负载
[0053]1015输出检测电路
[0054]1016通信电路
[0055]1017受电天线
[0056]1020直流(DC)电源
[0057]1030频率控制单元
[0058]1031最佳频率检测单元
[0059]1032频率范围设定单元
[0060]1033输出时间比控制单元
[0061]1034最佳输出时间比检测单元
[0062]1035输入电压控制单元
[0063]1036最佳输入电压检测单元
[0064]1040异物检测电路
【具体实施方式】
[0065](成为本申请基础的见解)
[0066]本发明人对于在“【背景技术】”一栏中记载的无线电力传输系统，发现会产生以下的冋题。
[0067]在“【背景技术】”一栏中记载的谐振型的无线电力传输系统中，为了维持高传输效率，需要使传输路径上的各电路块的输入输出阻抗匹配。因此，送电侧电路块和受电侧电路块的电路常数(电感和电容)在系统设计时决定，以使得与预先设定的两个谐振器的输入输出阻抗匹配。
[0068]但是，在这样预先设定电路常数的系统中，例如如送电天线和受电天线间的配置关系发生了变化的情况那样，在因天线周边的环境发生了变化而使两个天线的阻抗发生了变化的情况下，得到最佳传输效率的频率发生变化。另外，在负载的阻抗发生了变化的情况下，同样地，得到最佳传输效率的频率也发生变化。
[0069]因而，例如专利文献I公开了通过在进行电力传输时扫描频率并决定传输效率成为最大的频率来应对上述问题的无线电力传输系统。
[0070]然而，本发明人在实际对上述频率下的磁场强度进行调查时，新搞清了传输效率成为最大的频率并不一定是能进行安全的电力传输的频率。
[0071]本发明人分析其原因如下。
[0072]图1是表示本申请的一个技术方案的无线电力传输系统的传输效率与传输频率的关系的例子的图。横轴是传输频率、纵轴是传输效率Eff。本例中，使用电路模拟装置进行了解析，采用与后述的实施方式1(图4)同样的结构，作为送电天线的规格，将电感值设为7.19 (uH)、将对于频率fO的电阻值设为0.56f0 (m Ω )、将谐振电容器电容设为400 (nF)，作为受电天线的规格，将电感值设为16.7(uH)、将对于频率fO的电阻值设为1.31f0 (πιΩ)、将谐振电容器电容设为137 (nF)，将耦合系数设为0.57。另外，将DC电源1020的直流电压Vdc设为5V，将频率扫描范围设为80kHz?170kHz，将负载的阻抗RL设为5 Ω。如该图所示，传输效率Eff在约90kHz的工作点I成为最大。因而，在使用上述条件的无线电力传输系统进行电力传输的情况下，一边扫描频率来搜索工作点1，一边以尽可能接近工作点I的频率进行工作，由此能够进行高效率的电力传输。专利文献I中也以传输效率最高的频率进行电力传输。
[0073]图2是表示无线电力传输系统的概略结构的示意剖视图。无线电力传输系统具备送电装置1000和受电装置1010。送电装置1000具备送电天线1007，受电装置1010具备受电天线1017。通过这些天线以非接触方式从送电装置1000向受电装置1010传输电力。图2示出了使用了卷绕成平面状的螺旋线圈作为送电天线1007和受电天线1017的线圈的例子。
[0074]图3的左图示出了图2所示的送电天线1007和受电天线1017之间的中心线X上的磁场分布。横轴表示与距各天线的中心轴的距离X、纵轴表示磁场强度H。该磁场分布通过使用电磁场模拟装置进行解析而得到。送电天线1007的线圈使用了外径43mm、内径20.5mm、胆数10胆(turn)、厚度Imm的螺旋线圈。受电天线1017的线圈使用了外径44.5mmX30.5mm、内径28.8mmX 14.8_、胆数14胆、厚度0.5mm的长方形的螺旋线圈。中心线X经过连接两个天线的中心的线段的中点，设为与受电天线的短轴平行的线(参照图2的X轴)，送电天线和受电天线间的距离设为6mm。解析条件与在图1的解析中使用的电路模拟装置的条件相同。
[0075]图3的左图所示的磁场强度H是以频率为90kHz、I1kHz、170kHz的情况为例，针对中心线X上的各点，对I周期内的全部相位的磁场强度的峰值进行绘制(plot)而成的图。图3的左图的频率90kHz的磁场分布与图1中的工作点I对应。根据图3的左图可知，磁场分布因频率而完全不同。
[0076]图3的右图是按图3的左图所示的模拟的扫描范围内的频率、对中心线X上的磁场强度的最大值Hmax进行绘制而得到的图。根据图3的右图可知，对于图1的图中得到最大效率的90kHz，与90kHz以上的其他频率相比，磁场强度非常高。因而，在送电天线和受电天线之间混入了金属异物的情况下、或者在送电天线和受电天线的周边配置有金属部件的情况下，金属异物或金属部件会因两天线产生的磁场而发热，难以进行安全的电力传输。
[0077]根据以上的考察，本发明人发现上述的新问题，针对进行电力传输的传输频率，基于磁场强度这一以往没有的新指标，决定送电装置进行工作的工作频率的范围。由此，降低了磁场强度，实现了安全且高效率的电力传输的兼顾，因此想到了以下的发明的各技术方案。
[0078]本申请的一个技术方案是一种送电装置，以非接触方式对受电装置输送交流电力，所述受电装置具备:受电天线；将所述受电天线接受到的交流电力变换为第I直流电力的受电电路；以及接受从所述受电电路输出的所述第I直流电力的负载，
[0079]所述送电装置具备:
[0080]送电电路，其将从直流电源输入的第2直流电力变换为交流电力；
[0081]送电天线，其将从所述送电电路输出的所述交流电力向所述受电天线输送；以及
[0082]控制电路，其从所述受电装置输入在所述受电装置中从所述受电电路输出到所述负载的所述第I直流电力的电压值，
[0083]所述控制电路控制所述送电电路来切换向所述受电天线输送的所述交流电力的频率，
[0084]在所述输入的所述电压值中，检测与所述电压值的极小值对应的第I频率、和在比所述第I频率高的频率中与成为极大值的电压值对应的第2频率，
[0085]将向所述受电天线输送的所述交流电力的频率设定为所述第I频率和所述第2频率之间的频率。
[0086]本发明人发现了频率越比传输效率成为最大的频率高，磁场强度就越低。另一方面，可知，虽然传输效率不是最大，但是若使用比与从所述受电装置输入的所述第I直流电力的电压值的极小值对应的第I频率高的频率，则在磁场强度低的状态下磁场强度大致一定。进而，发现了在使用比所述频率高的频率的情况下，存在传输效率虽然不是最大但并不怎么降低的频率。该情况下的所述频率是第I频率和在比所述第I频率高的频率中与成为极大值的电压值对应的第2频率之间的频率。因而，可知，磁场强度低且传输效率高的送电装置的工作频率的范围是所述第I频率与所述第2频率之间的频率。
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