电力供应装置以及使用该电力供应装置的电力传输系统的制作方法

专利名称：电力供应装置以及使用该电力供应装置的电力传输系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及电力传输系统，并且更具体地涉及用于通过使用磁场谐振来供应电力 的电力供应装置以及使用该电力供应装置的电力传输系统。
背景技术：
迄今为止，使用电磁感应的技术已广泛用作以无线方式使用的电力传输技术。另 一方面，近些年中，或者使用电场的谐振或者使用磁场的谐振的电力传输技术已吸引了注 意。例如，提出了利用包括线圈和电容器的谐振电路所生成的磁场的谐振现象的电力传输 系统。此电力传输系统例如被公开在美国专利申请公布No. 2007-0222542中(参见图3)。

发明内容
对于上述现有技术而言，电力可通过磁场谐振的耦合来传输。在此情况下，谐振 电路之间的磁场谐振所引起的耦合度根据谐振电路之间的距离而改变。因此，当谐振电 路之间的距离变得更短时，耦合度变高并且电力的传输效率变高。然而，当谐振电路之 间的距离变得太短时，耦合特性从单峰特性变为双峰特性，因为在获得单峰特性的最大 增益的频率上增益减小了。耦合特性以这样的方式变为双峰特性的状态被称为密耦合 (tightcoupling)状态。出于此原因，当通过将供应至谐振电路的电信号的频率设置在与单峰特性的最大 增益相对应的频率来传输电力时，导致了这样的问题当谐振电路之间的距离变得太短时， 电力的传输效率降低。考虑到这样的情况已作出了本发明，并且因此希望提供可抑制谐振电路之间的密 耦合状态的电力传输效率的降低的电力供应装置、以及利用该电力供应装置的电力传输系 统。为了达到上述的希望，根据本发明的一个实施例，提供了一种电力供应装置，该电 力供应装置包括谐振电路，该谐振电路具有电感和电容；以及电力合成电路，该电力合成 电路被配置为将由作为谐振频率附近的频带的近旁频带中的多个频率成分所构成的电信 号的电力彼此合成，并向谐振电路输出通过电力合成而获得的电信号，谐振频率由电感和 电容决定。结果，提供了操作以使得由在谐振电路的谐振频率附近的近旁频带中的多个频 率成分所构成的电信号的电力彼此合成，并且通过电力合成而获得的电信号被输出至谐振 电路，从而从谐振电路生成磁场。此外，优选地，电力供应装置还可包括电感器，谐振电路和电力合成电路通过该电 感器彼此耦合。结果，提供了操作以使得在谐振电路和电力合成电路之间获得阻抗匹配。在 此情况下，优选地，电力供应装置还可包括多个频率生成器，这多个频率生成器被配置为生 成由在近旁频带中的多个频率成分所构成的电信号，并且将这样生成的电信号的电力输出 至电力合成电路。结果，提供了操作以使得由多个频率成分所构成的电信号的电力分别从 多个频率生成器输出至电力合成电路。
此外，在电力供应装置还包括电感器，谐振电路和电力合成电路通过该电感器彼 此耦合的情况下，优选地，电力供应装置还可包括频率生成器，该频率生成器被配置为生 成由在近旁频带中的频率成分所构成的电信号，并且将这样生成的电信号的电力输出至电 力合成电路；以及调制信号创建电路，该调制信号创建电路被配置为创建调制信号，从频率 生成器生成的电信号根据该调制信号而被调制；其中电力合成电路对由多个频率成分所构 成的电信号的电力进行合成，该电信号是根据从频率生成器输出的电信号的电力以及由调 制信号创建电路创建的调制信号来创建的。结果，提供了操作以使得根据从频率生成器输 出的电信号的电力以及由调制信号创建电路创建的调制信号来创建的、由多个频率成分所 构成的电信号的电力由电力合成电路进行彼此合成。此外，优选地，可使得近旁频带是低频带侧与高频带侧之间的频带，低频带侧和高 频带侧中的每一个都是通过将谐振电路与电力接收装置中的谐振电路之间的磁场谐振所 引起的临界耦合状态下的最大增益减小预定的增益而获得的。结果，提供了操作以使得由 在低频带侧与高频带侧之间的频带中的多个频率成分所构成的电信号的电力彼此合成，低 频带侧和高频带侧中的每一个都是通过将临界耦合状态下的最大增益减小预定的增益而 获得的。此外，根据本发明的另一实施例，提供了一种电力传输系统，该电力传输系统包 括电力供应装置，该电力供应装置包括谐振电路，该谐振电路具有电感和电容；以及电 力合成电路，该电力合成电路被配置为将由作为谐振频率附近的频带的近旁频带中的多个 频率成分所构成的电信号的电力彼此合成，并向谐振电路输出通过电力合成而获得的电信 号，谐振频率由电感和电容决定；以及电力接收装置，该电力接收装置包括谐振电路，该谐 振电路被配置为通过与电力供应装置的谐振电路的磁场谐振来接收电力。结果，提供了操 作以使得在电力合成电路中通过对由多个频率成分所构成的电信号的电力合成而获得的 多个频率成分的电信号被输出至谐振电路，从而通过电力供应装置的谐振电路与电力接收 装置的谐振电路之间的磁场谐振所引起的耦合来向电力接收装置供应电力。此外，根据本发明的另一实施例，提供了一种电力传输系统，该电力传输系统包 括电力供应装置，该电力供应装置包括第一谐振电路，该第一谐振电路具有电感和电 容；多个频率生成器，这多个频率生成器被配置为生成由在作为谐振频率附近的频带的近 旁频带中的多个频率成分所构成的电信号，谐振频率由电感和电容来决定；电力合成电路， 该电力合成电路被配置为合成从多个频率生成器分别生成的、由多个频率成分所构成的电 信号的电力，并且电力合成电路被配置为向第一谐振电路输出通过电力合成而获得的电信 号；接收部分，该接收部分被配置为接收如下的频率信息该频率信息表示在从多个频率 生成器分别生成的多个频率成分中被确定为不必要的(一个或多个)频率成分；以及频 率生成器控制部分，该频率生成器控制部分被配置为以如下的方式执行控制根据频率信 息来停止在多个频率生成器中生成由被确定为不必要的(一个或多个)频率成分所构成 的(一个或多个)电信号的(一个或多个)频率生成器；以及电力接收装置，该电力接收 装置包括第二谐振电路，该第二谐振电路被配置为通过磁场谐振从电力供应装置接收电 力；频率信息创建部分，该频率信息创建部分被配置为根据从第二谐振电路输出的电信号 中的频率成分的电平，来确定变得不必要的(一个或多个)频率成分，从而创建频率信息； 以及发送部分，该发送部分被配置为向电力供应装置发送由频率信息创建部分创建的频率信息。结果，提供了操作以使得根据从第二谐振电路输出的电信号中的频率成分的电平，来 确定变得不必要的(一个或多个)频率成分，并且根据表示被确定为不必要的(一个或多 个)频率成分的频率信息，来停止在多个频率生成器中生成由被确定为不必要的(一个或 多个)频率成分所构成的(一个或多个)电信号的(一个或多个)频率生成器。如在上文中所陈述的，根据本发明，可以提供谐振电路之间密耦合状态下的电力 的传输效率的下降被抑制的优良效果。


图1是示出根据本发明的第一实施例的电力传输系统的配置的、部分地处于电路 形式的框图；图2A和图2B分别是谐振电路的等效电路，以及表示了由于在本发明的第一实施 例中操作为双调谐电路的谐振电路之间的磁场耦合所产生的耦合特性的图形表示；图3A到图3C分别是每个都与本发明的第一实施例中的临界耦合状态下传输的电 力相关的图形表示；图3D到图3F分别是每个都与本发明的第一实施例中的密耦合状态下向电力接收 装置传输的电力相关的图形表示；图4是示出根据本发明的第二实施例的电力传输系统的配置的、部分地处于电路 形式的框图；图5是示出本发明的第一实施例中的电力供应装置的第一改变的、部分地处于电 路形式的框图；图6是示出本发明的第一实施例中的电力供应装置的第二改变的、部分地处于电 路形式的框图；并且图7是示出本发明的第一实施例中的电力供应装置的第三改变的、部分地处于电 路形式的框图。
具体实施例方式将参考附图在下文中详细地描述本发明的优选实施例。注意，将根据以下顺序给 出描述。1.第一实施例(电力供应技术通过使用多个频率生成器来供应电力的实施例)。2.第二实施例(频率控制停止(一个或多个)不必要的频率生成器的实施例)。3.第一实施例中的电力供应装置的配置的改变。1.第一实施例电力传输系统的配置图1是示出根据本发明的第一实施例的电力传输系统的配置的、部分地处于电路 形式的框图。该电力传输系统包括电力供应装置100和电力接收装置200。这里，电力供应 装置100通过使用磁场谐振所引起的耦合来供应电力。此外，电力接收装置200从电力供 应装置100接收电力。在此情况下，通过接收来自电力供应装置100的电力而移动至任意 地方的、诸如机器人之类的移动体被假定为电力接收装置200。因为此原因，电力传输系统 中电力供应装置100和电力接收装置200之间的距离改变。
6
电力供应装置100包括频率生成器111到113、电力合成电路120、耦合线圈130 和谐振电路140。此外，电力接收装置200包括负载电路210、整流电路220、耦合线圈230 和谐振电路240。应当注意，这里陈述的电力供应装置100和电力接收装置200仅分别是所 附权利要求中描述的电力供应装置和电力接收装置的示例。频率生成器111到113分别生成包括了作为谐振电路140的谐振频率附近的频带 的近旁频带(neighborhood frequency band)中彼此不同的频率成分的电信号。也就是 说，频率生成器111到113分别生成用于供应给电力接收装置200的电力。此外，频率生成 器111到113分别生成包括了具有谐振电路140的谐振频率附近的近旁频带中的第一频率 Π、第二频率f2和第η频率fn的频率成 分的电信号。频率生成器111到113中的每一个例如以Colpitts振荡电路、Hartley振荡电路 等的形式来实现。此外，频率生成器111到113向电力合成电路120分别输出其所生成的 电信号的电力。应当注意，这里陈述的频率生成器111到113仅分别是所附权利要求中描 述的多个频率生成器的示例。电力合成电路120用来将从多个频率生成器111到113输出的电信号的电力分别 互相合成。此外，电力合成电路120向耦合线圈130输出包括多个频率成分的并且通过对 如下的电信号的电力的合成而获得的电信号所述电信号为包括多个频率成分的并且分别 从多个频率生成器111到113输出的电信号。应当注意，这里陈述的电力合成电路120仅 是所附权利要求中描述的电力合成电路的示例。耦合线圈130是电感器，谐振电路140和电力合成电路120通过该电感器彼此耦 合。耦合线圈130被设置以便获得电力合成电路120和谐振电路140之间的阻抗匹配，从 而防止电信号的反射。耦合线圈130例如以线圈的形式来实现。此外，耦合线圈130根据 电磁感应操作来输出从电力合成电路120供应至它的电信号。应当注意，这里陈述的耦合 线圈130仅是所附权利要求中描述的电感器的示例。谐振电路140是主要用于根据从耦合线圈130输出的电信号来生成磁场的电路。 谐振电路140具有电感和电容。谐振电路140例如以线圈的形式来实现。在此情况下，线 圈的线间电容起到了电容的作用。谐振电路140在谐振频率处具有最高强度的磁场。此谐 振频率由谐振电路140具有的电感和电容来决定。应当注意，这里陈述的谐振电路140仅 是所附权利要求中各个描述的电力供应装置中的谐振电路和第一谐振电路中的每一个的 示例。谐振电路240是用于通过该有关的谐振电路240与谐振电路140之间的磁场谐振 所引起的磁场耦合、从电力供应装置100接收电力的电路。谐振电路240具有电感和电容。 谐振电路240具有与谐振电路140的谐振频率相等的谐振频率。此外，谐振电路240向耦 合线圈230输出通过该有关的谐振电路240与谐振电路140之间的磁场耦合而生成的电信 号的电力。应当注意，这里陈述的谐振电路240仅是所附权利要求中各个描述的电力接收 装置中的谐振电路和第二谐振电路中的每一个的示例。耦合线圈230是电感器，谐振电路240和整流电路220通过该电感器彼此耦合。耦 合线圈230被设置以便获得整流电路220和谐振电路240之间的阻抗匹配，从而防止电信 号的反射。耦合线圈230例如以线圈的形式来实现。此外，耦合线圈230向整流电路220 供应作为利用谐振电路240根据电磁感应操作而生成的电信号的交流电压。
整流电路220用来整流从耦合线圈230供应至它的交流电压，从而创建作为电源 电压的直流电压。整流电路220将这样创建的电源电压供应至负载电路210。负载电路210用来从整流电路220接收电源电压，从而执行给定的操作。负载电 路210例如接收来自整流电路220的电源电压，从而将电力接收装置200移动到任意地方。如已经描述的，包括了谐振频率附近的近旁频带中的多个频率成分的电信号的电 力可通过谐振电路140和240之间的磁场谐振所引起的耦合，而从电力供应装置100供应 至电力接收装置200。这里，下面将参考图2A和图2B、针对谐振电路140和240之间的磁 场谐振所弓I起的耦合来给出描述。谐振电路之间耦合特性的示例图2A和图2B是与本发明的第一实施例中的谐振电路140和240之间的磁场谐振 所引起的耦合有关的图。图2A是例示谐振电路140和240的等效电路的图。在图2A中示出了电感器141 和241以及电容器142和242。电感器141和241是具有各自电感的元件。同样，电容器 142和242是具有各自电容的元件。谐振电路140包括电感器141和电容器142。谐振电路140的谐振频率由电感器 141的电感和电容器142的电容来确定。此外，谐振电路240包括电感器241和电容器242。 谐振电路240的谐振频率由电感器241的电感和电容器242的电容来确定。注意，在此情 况下，出于增强电力的传输效率的目的，谐振电路140和240的谐振频率被调整以便彼此相 同。如已经描述的，谐振电路140和240可通过电感器141和241以及电容器142和 242来等效地表达。对此的原因是因为由于谐振电路140和240具有与双调谐(double tuning)电路的等效电路相同的等效电路，所以谐振电路140和240操作为双调谐电路。因 为此原因，谐振电路140和240之间的耦合可通过如表达式(1)所示的、表示双调谐电路中 的耦合状态的综合指数S来表达<formula>formula see original document page 8</formula> ( 1)其中Ql和Q2分别是谐振电路140和240的性能指数，并且是表示谐振电路140和 240分别具有的磁场的强度的频率特性中的峰的锐度的系数，κ是耦合系数。在本发明的 第一实施例中，性能指数Ql和Q2分别变为常数，因为谐振电路140和240分别具有的磁场 的强度的频率特性是预先确定的。此外，表达式(1)中所示的耦合系数κ通过表达式(2) 来表达
<formula>formula see original document page 8</formula>其中Ll和L2分别是电感器141和241的电感，M是互感并且根据谐振电路140和 240之间的距离而改变。例如，当谐振电路140和240之间的距离变得更短时互感M变大。 在本发明的第一实施例中，因为电感Ll和L2预先被设置，所以耦合系数κ根据谐振电路 140和240之间的距离而改变。如已经描述的，因为综合指数S与耦合系数κ成比例，所以通过表达式(1)表达 的综合指数S根据谐振电路140和240之间的距离而改变。也就是说，当谐振电路140和 240之间的距离变得更短时综合指数S变大。
图2B是例示操作为双调谐电路的谐振电路140和240之间的耦合特性的图 形表示。在此情况下，示出了疏耦合(loose coupling)特性310、临界耦合(critical coupling)特性320和密耦合特性330。此外，横坐标轴表示频率，并且纵坐标轴表示增益。疏耦合特性310是示出当表示谐振电路140和240之间的耦合状态的综合指数S 小于“1”时的谐振电路140和240之间的耦合状态的频率特性。在此情况下，这样的耦合 状态被称为“疏耦合状态”。疏耦合特性310示出单峰特性，在该单峰特性中增益在谐振电 路140和240中的每一个的谐振频率fr处变为最大。临界耦合特性320是示出当表示谐振电路140和240之间的耦合状态的综合指数 S为“1”时的谐振电路140和240之间的耦合状态的频率特性。在此情况下，这样的耦合状 态被称为“临界耦合状态”。临界耦合特性320示出单峰特性，在该单峰特性中谐振频率fr 处的增益Gmax变为最大。在此时，谐振频率fr处的最大增益变为最大的。也就是说，当谐 振电路140和240的谐振频率fr彼此一致时，并且当获得临界耦合状态时，谐振频率fr处 的增益变为最大。密耦合特性330是示出当综合指数S大于“1”时的谐振电路140和240之间的耦 合状态的频率特性。在此情况下，这样的耦合状态被称为“密耦合状态”。密耦合特性330 示出双峰特性，在该双峰特性中谐振频率fr处于两峰之间的谷中。
以此方式，对于谐振电路140和240之间的耦合特性而言，频率特性根据综合指数 S的幅度而改变。如已经描述的，综合指数S的幅度根据谐振电路140和240之间的距离 而改变，因为它是与耦合系数κ的幅度成比例的。因为此原因，当谐振电路140和240之 间的距离变得更短时，对于在谐振电路140和240之间获得的耦合特性而言，综合指数S变 大，从而谐振电路140和240之间的耦合状态从疏耦合状态转变至临界耦合状态。此外，当 谐振电路140和240之间的距离变得太短时，谐振电路140和240之间的耦合状态从临界 耦合状态转变至密耦合状态，示出双峰特性。因为此原因，在仅包括具有与谐振频率fr相同的频率的频率成分的电信号被输 出至谐振电路140、从而将电力供应至电力接收装置200的情况下，当谐振电路140和240 之间的距离变得太短时，耦合状态变为密耦合状态，因此谐振频率fr处的增益减小。结果， 降低了当电力从电力供应装置100传输至电力接收装置200时的传输效率。出于抑制由谐振电路140和240之间的密耦合状态所导致的这样的传输效率降低 的目的，在本发明的第一实施例中，向谐振电路140供应包括了在谐振频率fr附近的近旁 频带中的多个频率成分的电信号。结果，可以抑制密耦合状态下电力的传输效率的降低。这 里，如参考图1所描述的，近旁频带意思是以谐振频率fr的近旁为中心的频带。因此，近旁 频带是如下这样的频带使得可通过向谐振电路140供应包括多个频率成分的电信号来抑 制由密耦合状态导致的电力的传输效率的降低。近旁频带优选地设置在临界耦合特性320 中以谐振频率fr为顶的山的两侧的裾(hoot)附近的频率之间的频带中。近旁频带可被决定为低侧频率fl和高侧频率fh之间的频带，这两个频率每个都 与通过将谐振电路140和240之间的磁场谐振所引起的临界耦合状态下的最大增益Gmax 减小预定的增益AG而获得的增益相对应。例如，近旁频带还可被决定为每个都对应于如 下增益的低侧频率和高侧频率之间的频带该增益是根据多个频率成分的频率间隔或者耦 合特性、通过将最大增益Gmax减小预定增益3dB、5dB、10dB或20dB而获得的。应当注意，这里陈述的近旁频带仅是所附权利要求中描述的近旁频带的示例。接下来，将参考图3A到图3F来简要地描述当包括近旁频带中的多个频率成分的电信号被供应至谐振电路140时电力的传输效率。电力传输效率的降低的抑制的示例图3A到图3F分别是图形表示，它们每个都概念地例示了通过本发明的第一实施 例中的谐振电路140和240之间的磁场谐振所引起的耦合来传输的电力。也就是说，图3A 到图3C分别是每个都与临界耦合状态下向电力接收装置200传输的电力相关的图形表示。 此外，图3D到图3F分别是每个都与密耦合状态下向电力接收装置200传输的电力相关的 图形表示。在图3A到图3F中，横坐标轴表示频率。都在图2B中示出的临界耦合特性320和密耦合特性330分别在图3A和图3D中示 出。都供应至谐振电路140的电信号的频率特性分别在图3B和图3E中示出。在此情况下， 分别由频率生成器111到113创建包括了近旁频带中的频率成分fr_3 327到fr+3 324(321 到327)的电信号的电力。此外，假定通过电力合成电路120中的合成而获得的电信号通过 耦合线圈130供应至谐振电路140。此外，在图3B和图3E中，纵坐标轴表示供应至谐振电 路140的电信号的电力。 出于促进理解的目的，分别在图3C和图3F中示出了通过使图3A和图3D所示的 临界耦合特性320和密耦合特性330分别重叠图3B和图3E所示的频率特性而获得的频率 特性。此外，在图3C和图3F中，纵坐标轴表示从谐振电路240输出的电信号的电力。图3C示出临界耦合状态下从谐振电路240输出的电信号的频率成分fr_3 347到 fr+3 344 (341到347)。频率成分fr_3 347到fr+3 344 (341到347)具有与临界耦合特性320 相对应的各个电平。也就是说，图3B所示的电信号的电力根据谐振电路140和240之间的 磁场谐振所引起的耦合特性而变为包括频率成分fr_3 347到fr+3 344(341到347)的电信 号的电力，然后被供应至电力接收装置200。图3F示出密耦合状态下从谐振电路240输出的电信号的频率成分fr_3357到fr+3 354 (351到357)。频率成分fr_3 357到fr+3 354 (351到357)具有与密耦合特性330相对应 的各个电平。也就是说，图3E所示的电信号的电力根据谐振电路140和240之间的磁场谐 振所引起的耦合特性而变为图3F所示的电信号的电力，然后被供应至电力接收装置200。 以此方式，因为电信号具有多个频率成分，所以即使当谐振电路140和240之间的耦合变为 降低谐振频率fr 351的增益的密耦合状态时，电力的供应也由其他频率成分补偿。以此方式，包括近旁频带中的多个频率成分fr_3 327到fr_3 324(321到327)的电 信号被供应至谐振电路140，从而使得可以减轻密耦合状态下电力的传输效率的降低。也 就是说，即使当谐振电路140和240之间的距离变得太短并且因此磁场耦合变为密耦合状 态时，也可以抑制密耦合状态下电力的传输效率的降低。注意，在本发明的第一实施例中， 在一些情况下根据谐振电路140和240之间的距离而向电力接收装置200供应如下的电信 号在该电信号中包含未那么多地对向电力接收装置200的电力的供应作出贡献的(一个 或多个)频率成分。因此，将在下文中以本发明的第二实施例的形式来详细地描述出于减 少未有助于向电力接收装置200的电力供应的(一个或多个)频率成分的目的、通过改进 第一实施例的电力传输系统而获得的电力传输系统。2.第二实施例
电力传输系统的配置图4是示出根据本发明的第二实施例的电力传输系统的配置的、部分地处于电路 形式的框图。与第一实施例的电力传输系统的情况类似，此电力传输系统包括电力供应装 置100和电力接收装置200。除了图1所示的第一实施例的电力供应装置100的构成元素 以外，电力供应装置100还包括通信部分170和频率生成器控制部分180。此外，除了图1 所示的第一实施例的电力接收装置200的构成元素以外，电力接收装置200还包括谱分析 部分250、频率信息创建部分260和通信部分270。在此情况下，与图1所示的第一实施例 的电力传输系统的构成元素相同的图4所示的第二实施例的电力传输系统的构成元素被 分别指定了相同的标号，并且为了简明而在这里省略了对其的描述。在本发明的第二实施例中，假定包括了分别由频率生成器111到113生成的、彼此 不同的频率成分的电信号的电力由电力合成电路120合成，并且通过电力合成电路120中 的合成而获得的结果的电信号通过耦合线圈130输出至谐振电路140。在此情况下，通过谐 振电路140和240之间所引起的磁场谐振而从谐振电路240输出的电信号的电力，通过耦 合线圈230而被供应至整流电路220和谱分析部分250中的每一个。此外，通过整流电路 220中的整流而获得的电源电压被供应至负载电路210和谱分析部分250中的每一个。谱分析部分250用来计算从耦合线圈230供应的电信号的频率成分以及频率成分 的电力电平。也就是说，例如，谱分析部分250通过使用快速傅里叶变换(FFT)来计算电信 号的频率成分以及频率成分的电力电平。谱分析部分250供应计算结果至频率信息创建部 分 260。频率信息创建部分260用来根据由谱分析部分250计算的计算结果，来将变得不 必要的(一个或多个)频率成分确定为未那么多地对电力的供应作出贡献的(一个或多 个)频率成分。也就是说，例如，频率信息创建部分260根据预先设置的绝对电平阈值以及 频率成分的电平，米确定变得不必要的(一个或多个)频率成分。在本发明的第二实施例 中，频率信息创建部分260将具有(每个都)比绝对电平阈值更低的(一个或多个)电平 的(一个或多个)频率成分确定为变得不必要的(一个或多个)频率成分。对于另一确定示例而言，频率信息创建部分260通过将由谱分析部分250计算的 多个频率成分中具有最高电力电平的频率成分的电平使用为基准电平，来确定为变得不必 要的(一个或多个)频率成分。例如，电力差阈值预先设置在频率信息创建部分260中。因 此，频率信息创建部分260将基准电平与(一个或多个)电力电平(中的每一个)之间的 差大于电力差阈值的(一个或多个)频率成分确定为(一个或多个)不必要的频率成分。 或者，电力比阈值预先设置在频率信息创建部分260中。因此，频率信息创建部分260将基 准电平与(一个或多个)电力电平(中的每一个)之间的比大于电力比阈值的(一个或多 个)频率成分确定为(一个或多个)不必要的频率成分。此外，频率信息创建部分260创建表示了被确定为变得不必要的(一个或多个) 频率成分的(一个或多个)频率成分的(一个或多个)值的频率信息。也就是说，频率信 息创建部分260根据从谐振电路240输出的电信号的频率成分的电平来确定变得不必要的 (一个或多个)频率成分，从而创建频率信息。此外，频率信息创建部分260将这样创建的 频率信息供应至通信部分270。应当注意，频率信息创建部分260仅是所附权利要求中描述 的频率信息创建部分的示例。
通信部分270用来执行该通信部分270与电力供应装置100中的通信部分170之 间的通信。通信部分270将由频率信息创建部分260创建的频率信息发送至通信部分170。 应当注意，通信部分270仅是所附权利要求中描述的发送部分的示例。通信部分170执行该通信部分170与电力接收装置200中的通信部分270之间的 通信。通信部分170从电力接收装置200中的通信部分270接收发送给它的频率信息。此 夕卜，通信部分170将在通信部分170处这样接收到的频率信息供应至频率生成器控制部分 180。应当注意，通信部分170仅是所附权利要求中描述的接收部分的示例。此外，例如，以 诸如蓝牙(Bluetooth)之类的无线通信的形式来实现在通信部分270和170之间建立的通信频率生成器控制部分180以这样的方式执行控制根据从通信部分170供应至它 的频率信息，来对在多个频率生成器111到113中生成包括被确定为不必要的(一个或多 个)频率成分的(一个或多个)电信号的(一个或多个)频率生成器停止操作。也就是说， 频率生成器控制部分180根据被确定为不必要并且在频率信息中表示的(一个或多个)频 率成分的(一个或多个)值，来指定与该(一个或多个)频率成分的(一个或多个)值相对 应的(一个或多个)频率生成器。此外，频率生成器控制部分180停止这样指定的(一个 或多个)频率生成器的操作，从而(分别)停止从(一个或多个)频率生成器生成的(一 个或多个)电信号。应当注意，频率生成器控制部分180仅是所附权利要求中描述的频率 生成器控制部分的示例。也就是说，频率信息创建部分260被设置以便根据从谐振电路240输出的电信号 的频率成分的电平来确定变得不必要的(一个或多个)频率成分，从而使得可以删除变得 不必要的(一个或多个)频率成分。结果，因为可以减少频率生成器111到113的(一个 或多个)浪费的电信号的生成，所以可以抑制电力供应装置100的功耗。注意，虽然在本发明的第二实施例中，已针对用于生成具有被确定为不必要的 (一个或多个)频率成分的(一个或多个)信号的(一个或多个)频率生成器的操作被停 止的情况而给出了描述，但是还可想到电力供应装置100和电力接收装置200之间的距离 变长的情况，从而所供应的电力中存在不足。为此，可使得由于其(一个或多个)电信号的 (一个或多个)频率成分被确定为不必要的原因而已被停止的(一个或多个)频率生成器 的操作在给定时间段流逝之后再次生成(一个或多个)电信号。或者，通过谱分析部分250来测量从耦合线圈230供应的电信号的总电力。此外， 当这样测量的总电力变得低于给定电平时，可创建紧急信息，根据该紧急信息使所有的频 率生成器分别生成电信号。在此情况下，频率生成器控制部分180以这样的方式执行控制 根据紧急信息从已停止的(一个或多个)频率生成器生成(一个或多个)电信号。此外，虽然在本发明的第一和第二实施例中的每一个中，已针对通过提供多个频 率生成器111到113、包括了在谐振频率附近的近旁频带中的多个频率成分的电信号被供 应至谐振电路140的情况而给出了描述，但是本发明决不限于此。在下文中，将针对第一实 施例中的电力供应装置的改变来给出描述，在每种改变中，具有多个频率成分的电信号利 用另一配置来创建。3.第一实施例中的电力供应装置的改变利用具有频谱扩展(Spectrum Spread)的电信号的第一改变
图5是示出本发明的第一实施例中的电力供应装置100的第一改变的配置的、部 分地处于电路形式的框图。第一改变的电力供应装置100包括频率生成器114、调制信号创 建电路115和调制电路121，而不是包括每个都在图1中示出的多个频率生成器111到113 以及电力合成电路120。因为在第一实施例的第一改变中，耦合线圈130和谐振电路140与 图1所示的相同，所以耦合线圈和谐振电路被分别指定了相同的标号130和140，为了简明 而在这里省略了对其的描述。频率生成器114用来生成包括给定频率成分的电信号。例如，频率生成器114创 建包括了具有与谐振电路140的谐振频率fr相同的频率的频率成分的电信号的电力。此 夕卜，频率生成器114将这样生成的电信号的电力供应至调制电路121。应当注意，频率生成 器114仅是所附权利要求中描述的频率生成器的示例。调制信号创建电路115用来创建调制信号，从频率生成器114生成的电信号根据 该调制信号而被调制。例如，调制信号创建电路115创建用于频谱扩展的伪随机噪声码作 为调制信号。此外，调制信号创建电路115将这样创建的调制信号供应至调制电路121。应 当注意，调制信号创建电路115仅是所附权利要求中描述的调制信号创建电路的示例。调制电路121用来对包括多个频率成分的、并且根据从频率生成器114生成的电 信号的电力以及由调制信号创建电路115创建的调制信号来创建的电信号的电力进行合 成。例如，调制电路121将从频率生成器114生成的电信号乘以由调制信号创建电路115创 建的伪随机噪声码，从而创建包括了在谐振频率fr附近的近旁频带中的多个频率成分的 电信号。也就是说，调制电路121扩展了由频率生成器114生成的电信号中的频谱，从而创 建包括了在谐振频率fr附近的近旁频带中的多个频率成分的电信号。此外，调制电路121 将通过合成获得的结果的电信号输出至耦合线圈130。应当注意，调制电路121仅是所附权 利要求中描述的电力合成电路的示例。如已经描述的，对调制电路121的设置使得可以将电信号的频谱扩展在谐振频率 fr附近的近旁频带中。结果，即使当谐振电路140和240之间的耦合变为密耦合状态、从而 耦合特性改变时，也可以抑制电力传输的效率的降低。注意，虽然在第一实施例的第一改变中，已针对由调制电路121执行频谱扩展的 情况而给出了描述，但是本发明决不限于此。也就是说，由频率生成器114生成的电信号可 以是调幅的或者是调相的，从而创建包括了在谐振频率fr附近的近旁频带中的多个频率 成分的电信号。在此情况下，调制信号创建电路115创建调制信号，从而从调制电路121输 出的电信号中的频谱被扩展在近旁频带中。利用数字处理中创建的电信号的第二改变图6是示出本发明的第一实施例中的电力供应装置100的第二改变的配置的、部 分地处于电路形式的框图。第二改变的电力供应装置100包括波形存储器116、处理器122、 数模(D/A)转换器181和低通滤波器182，而不是包括每个都在图1中示出的多个频率生成 器111到113以及电力合成电路120。因为在第一实施例的第二改变中，耦合线圈130和谐 振电路140与图1所示的相同，所以耦合线圈和谐振电路被分别指定了相同的标号130和 140，并且为了简明而在这里省略了对其的描述。波形存储器116用来在其中保存波形创建数据，根据该波形创建数据来创建波形信号，以便生成包括了在谐振频率fr附近的近旁频带中的多个频率成分的电信号。波形存储器116将其中保存的波形创建数据供应至处理器122。处理器122用来根据波形存储器116中保存的波形创建数据，来创建作为数字信 号的波形信号。也就是说，处理器122出于将包括多个频率成分的电信号彼此合成的目的 而创建波形信号。处理器122将这样创建的结果的波形信号供应至D/A转换器181。D/A转换器181用来将从处理器122供应给它的作为数字信号的波形信号转换成 模拟信号，从而创建包括多个频率成分的电信号。D/A转换器181将这样创建的结果的电信 号供应至低通滤波器182。
低通滤波器182是用于去除处理器122所创建的波形信号中所包含的高频成分的 滤波器。此外，低通滤波器182将通过从波形信号中去除高频成分而获得的电信号供应至 耦合线圈130。以此方式，对波形存储器116、处理器122和D/A转换器181的设置使得可以创建 与具有图1所示的配置的电力供应装置100所创建的电信号相同的电信号。注意，虽然已针 对包括多个频率成分的电信号被创建、从而抑制电力的传输效率的降低的情况而给出了描 述，但是单个频率成分可在近旁频带内被改变，从而缓和了密耦合状态下传输效率的降低。 在下文中，将参考图7针对本发明的第一实施例中的电力供应装置100的第三改变来给出 描述，在该第三改变中，单个频率成分在近旁频带内被改变。利用单个频率成分被改变的电信号的第三改变图7是示出本发明的第一实施例中的电力供应装置100的第三改变的、部分地处 于电路形式的框图。电力供应装置100包括可变频率生成器117和频率控制电路118，而不 是包括每个都在图1中示出的多个频率生成器111到113以及电力合成电路120。因为在 第一实施例的第三改变中，耦合线圈130和谐振电路140与图1所示的相同，所以耦合线圈 和谐振电路被分别指定了相同的标号130和140，并且为了简明而在这里省略了对其的描 述。可变频率生成器117用来生成包括单个频率成分的电信号。可变频率生成器117 根据从频率控制电路118供应给它的控制信号，而在近旁频带内改变其所生成的电信号的 频率成分。例如，以压控振荡器(VOC)的形式来实现可变频率生成器117。此外，可变频率 生成器117将由此生成的结果的电信号供应至耦合线圈130。频率控制电路118用来创建控制信号，从可变频率生成器117生成的电信号的频 率成分根据该控制信号而在近旁频带内改变。当可变频率生成器117是压控振荡器时，例 如以压控电路的形式来实现频率控制电路118。此外，频率控制电路118将由此创建的控制 信号供应至可变频率生成器117。以此方式，对可变频率生成器117和频率控制电路118的设置使得可以改变供应 至谐振电路140的电信号的频率成分，以便落在近旁频带内。结果，即使当谐振电路140和 240之间的距离变得太短时，也可以缓和电力的传输效率的降低。如已经描述的，根据本发明的实施例，即使当由于在谐振电路140和240之间所引 起的磁场谐振而产生的耦合变为密耦合状态时，也可以抑制电力的传输效率的降低。应当注意，本发明的实施例仅示出了用于实施本发明的示例，并且因此具有与分 别在所附权利要求的范围内指定本发明的事项的对应关系。然而，本发明决不限于上述实 施例，并且在不脱离本发明的要旨的情况下可进行各种改变。
本发明包含与2009年2月27日递交日本专利局的日本优先专利中请JP 2009-045190中所公开的主题相关的主题，该日本优先专利申请的全部内容由此通过引用而被结合。
权利要求
一种电力供应装置，包括谐振电路，所述谐振电路具有电感和电容；以及电力合成电路，所述电力合成电路被配置为将包括作为谐振频率附近的频带的近旁频带中的多个频率成分的电信号的电力彼此合成，并向所述谐振电路输出通过电力合成而获得的电信号，所述谐振频率由所述电感和所述电容决定。
2.根据权利要求1所述的电力供应装置，还包括电感器，所述谐振电路和所述电力合成电路通过所述电感器彼此耦合。
3.根据权利要求2所述的电力供应装置，还包括多个频率生成器，所述多个频率生成器被配置为生成包括了在所述近旁频带中的所述 多个频率成分的所述电信号，并且将这样生成的所述电信号的电力输出至所述电力合成电路。
4.根据权利要求2所述的电力供应装置，还包括频率生成器，所述频率生成器被配置为生成包括了在所述近旁频带中的频率成分的电 信号，并且将这样生成的该电信号的电力输出至所述电力合成电路；以及调制信号创建电路，所述调制信号创建电路被配置为创建调制信号，从所述频率生成 器生成的电信号根据该调制信号而被调制，其中所述电力合成电路对包括所述多个频率成分的所述电信号的电力进行合成，所述 电信号是根据从所述频率生成器输出的电信号的电力以及由所述调制信号创建电路创建 的所述调制信号来创建的。
5.根据权利要求1所述的电力供应装置，其中所述近旁频带是低频带侧与高频带侧之 间的频带，所述低频带侧和所述高频带侧中的每一个都是通过将所述谐振电路与电力接收 装置中的谐振电路之间的磁场谐振所引起的临界耦合状态下的最大增益减小预定的增益 而获得的。
6.一种电力传输系统，包括电力供应装置，所述电力供应装置包括谐振电路，所述谐振电路具有电感和电容，以及电力合成电路，所述电力合成电路被配置为将包括作为谐振频率附近的频带的近旁频 带中的多个频率成分的电信号的电力彼此合成，并向所述谐振电路输出通过电力合成而获 得的电信号，所述谐振频率由所述电感和所述电容决定；以及电力接收装置，所述电力接收装置包括谐振电路，该谐振电路被配置为通过与所述电力供应装置的所述谐振电路的磁场谐振 来接收电力。
7.一种电力传输系统，包括电力供应装置，所述电力供应装置包括第一谐振电路，所述第一谐振电路具有电感和电容，多个频率生成器，所述多个频率生成器被配置为生成包括了在作为谐振频率附近的频 带的近旁频带中的多个频率成分的电信号，所述谐振频率由所述电感和所述电容来决定，电力合成电路，所述电力合成电路被配置为合成从所述多个频率生成器分别生成的、 包括了所述多个频率成分的所述电信号的电力，并且所述电力合成电路被配置为向所述第一谐振电路输出通过电力合成而获得的电信号，接收部分，所述接收部分被配置为接收如下的频率信息所述频率信息表示在从所述 多个频率生成器分别生成的所述多个频率成分中被确定为不必要的频率成分，以及频率生成器控制部分，所述频率生成器控制部分被配置为以如下的方式执行控制根 据所述频率信息来停止在所述多个频率生成器中生成包括被确定为不必要的频率成分的 电信号的频率生成器；以及电力接收装置，所述电力接收装置包括第二谐振电路，所述第二谐振电路被配置为通过磁场谐振从所述电力供应装置接收电力，频率信息创建部分，所述频率信息创建部分被配置为根据从所述第二谐振电路输出的 电信号中的频率成分的电平，来确定变得不必要的频率成分，从而创建所述频率信息，以及 发送部分，所述发送部分被配置为向所述电力供应装置发送由所述频率信息创建部分 创建的所述频率信息。
全文摘要
本发明公开了电力供应装置以及使用该电力供应装置的电力传输系统。该电力供应装置包括谐振电路，该谐振电路具有电感和电容；以及电力合成电路，该电力合成电路被配置为将由作为谐振频率附近的频带的近旁频带中的多个频率成分所构成的电信号的电力彼此合成，并向谐振电路输出通过电力合成而获得的电信号，谐振频率由电感和电容决定。
文档编号H02J17/00GK101820188SQ20101012165
公开日2010年9月1日 申请日期2010年2月20日 优先权日2009年2月27日
发明者三田宏幸, 藤卷健一, 迂山伸二 申请人:索尼公司