电场耦合型无线电力输送系统以及用于其中的受电装置制造方法

电场耦合型无线电力输送系统以及用于其中的受电装置制造方法
【专利摘要】电力输送系统的受电装置(200)具备与谐振电路(50)并联地连接的过电压抑制单元(70)。过电压抑制单元(70)由阻抗元件构成。阻抗元件的阻抗被设定成下述值：在输电电极(31、32)和受电电极(41、42)之间的耦合电容(Cm)从输电电极(31、32)和受电电极(41、42)具有通常输电时的规定的位置关系之际的值变化为大致零的过程中，较之于不连接阻抗元件的情况而抑制至少一对受电电极(41、42)之间的电压的上升。
【专利说明】电场耦合型无线电力输送系统以及用于其中的受电装置

【技术领域】
[0001] 本发明涉及电场耦合型无线电力输送系统以及用于其中的受电装置。

【背景技术】
[0002] 近年来，针对于例如智能手机、笔记本型个人电脑等的便携式设备，以无线的方式 供给电力的无线电力输送系统已被实用化。作为这种无线电力输送系统，例如有专利文献 1、专利文献2所记载的无线电力输送系统。
[0003] 专利文献1公开了一种电磁感应型无线电力输送系统。电磁感应型无线电力输送 系统具有输电装置和受电装置。输电装置具备输电线圈，受电装置具备受电线圈，在这些线 圈之间通过电磁感应来输送电力。
[0004] 专利文献2公开了一种电场耦合型无线电力输送系统。电场耦合型无线电力输送 系统具有输电装置和受电装置。输电装置具备输电电极，受电装置具备受电电极，在这些电 极之间通过静电感应来输送电力。
[0005] 图11是专利文献2的电场耦合型无线电力输送系统的等效电路图。该电场耦合 型无线电力输送系统由输电装置1101和受电装置1201构成，经由输电装置1101的电容C1 和受电装置1201的电容C2之间的耦合电容Cm来电力送电力。输电装置1101具备由电感 器L1和电容C1构成的LC谐振电路，受电装置1201具备由电感器L2和电容C2构成的LC 谐振电路。在该无线电力输送系统中，在使输电装置1101和受电装置1201发生耦合而使 两个谐振电路发生耦合时，产生两个谐振频率。电力输送系统的电压发生器11的动作频率 (输电频率）被设定成这些谐振频率的中间的频率。
[0006] 在先技术文献
[0007] 专利文献
[0008] 专利文献1 :日本特开2009-118587号公报
[0009] 专利文献2 :W02011/148803号公报


【发明内容】

[0010] 发明要解决的课题
[0011] 在专利文献2那样的电场耦合型无线电力输送系统中，如果在将受电装置载置于 输电装置上进行输电的中途而使受电装置从输电装置分离，则有时受电装置会损坏。
[0012] 本发明的目的在于提供一种即便是在输电中因某些理由而使得受电装置从输电 装置被分离的情况也可防止受电装置损伤的电场耦合型无线电力输送系统以及受电装置。
[0013] 用于解决课题的手段
[0014] 本发明的
【发明者】为了解决上述课题，对在受电装置从输电装置被分离之际受电装 置发生损坏的原因进行了研究，其结果获得下述见解。
[0015] 图12是表示在以往的电场耦合型无线电力输送系统中使受电装置从输电装置分 离的过程中的、受电装置侧主动电极和受电装置侧被动电极之间的电压（以下酌情称作 "受电电极间电压")、以及输电装置侧主动电极和输电装置侧被动电极之间的电压（以下酌 情称作"输电电极间电压"）的频率特性的变化的图。具体而言，图12(a)是表示受电装置 被载置在输电装置上的状态（通常的使用状态）下的频率特性的图。图12(b)是表示受电 装置从输电装置开始被分离的状态下的输电电极间电压以及受电电极间电压的频率特性 的图。图12(c)是表示受电装置从输电装置较之于图12(b)的情况被进一步分离的状态下 的输电电极间电压以及受电电极间电压的频率特性的图。图12(a)、（b)、（c)中的实线A、 A'、A"表示受电电极间电压的频率特性，虚线B、B<、B"表示输电电极间电压的频率特 性。另外，实线A、A'、A"、以及虚线B、B'、B"表示二次电池大致成为充满电状态且负载 阻抗变高的状态时的频率特性。相对于此，图12(a)中的单点划线C表示二次电池还几乎 没被充电且负载阻抗低的状态时的受电电极间电压的频率特性。在图12(b)、（c)中，与之 对应的特性将省略。
[0016] 如从图12(a)可判别的那样，二次电池几乎成为充满电状态且负载阻抗变高的状 态之时，较之于二次电池没被充电的状态，输电电极间电压以及受电电极间电压变高。
[0017] 此外，如图12(a)、（b)、（c)所示那样，输电电极间电压以及受电电极间电压分别 在不同的频率处具有两个峰值。这是与使输电装置以及受电装置所具有的谐振电路的谐振 频率相等而使得输电电极和受电电极发生电容耦合时于该频率的高频侧和低频侧产生的 两个谐振相伴的峰值，各峰值的频率对应于谐振频率。这些峰值（谐振频率）如从图12(a)、 (b)、（c)之中可读取的那样，受电装置越是从输电装置分离、即受电装置和输电装置的距离 越大，则越向高频率侧移动。这样，认为各峰值（谐振频率）移动至高频率侧的原因在于， 随着受电装置和输电装置的距离变大，输电装置的输电电极和受电装置的受电电极的耦合 电容Cm减少的缘故。
[0018] 图12(a)、(b)、（c)中的fl、fV、fl"表示受电电极间电压的低频侧的谐振频率， f2、f2<、f2"表示受电电极间电压的高频侧的谐振频率。此外，f3表示输电装置的动作频 率（输电频率）。动作频率f3是输电装置的输电频率（动作频率），被设定成图12(a)的 状态下的低频侧的谐振频率Π 与高频率侧的谐振频率f2的中间的频率。
[0019] 如从图12(a)、（b)、（c)可读取的那样，如果受电装置从输电装置被分离，则受电 电极间电压的低频侧的谐振频率与fl、fV、fl"连续地逐渐向高频侧移动。此时，如图 12(c)所示，发生低频侧的谐振频率Π "和动作频率f3-致之时，此时在受电装置中产生 的电压变得非常高，成为引起受电装置的损伤的原因。图13表示了相对于与受电装置的分 离相伴的、耦合电容Cm的变化的受电电极间电压的变化。如果伴随着受电装置的分离而耦 合电容Cm变小，则如上述那样谐振频率fl、f2发生变化。其结果，在低频侧的谐振频率和动 作频率重叠的耦合电容的附近的耦合电容Cm，受电电极间电压暂且变高，然后降低。这样， 在输电中急速地发生受电装置从输电装置的分离，如果受电装置与输电装置之间的距离变 大，则有时会在受电电极之间被施加较大的受电电极间电压（过电压）。例如，耦合电容Cm 从Cml变化为Cm2,此时如果受电电极间电压超过了耐电压Vs，则存在受电装置发生损坏的 顾虑。认为以上是受电装置发生损坏的原因。这样，本
【发明者】认为由于与受电装置的分离 相伴的耦合电容的变化而在受电装置中产生高电压是受电装置损坏的原因。为此，本发明 者发明了具有相对于受电装置侧的谐振电路而并联地连接的阻抗元件、且可错开谐振频率 等的、具有以下构成的受电装置以及电力输送系统。
[0020] 本发明的受电装置，接受从输电装置以无线的方式输送的电力，该输电装置具备： 产生规定的输电频率的交流电压的电源电路、至少一对输电电极、和连接在电源电路与至 少一对输电电极之间且在至少一对输电电极之间施加交流电压的谐振电路。该受电装置具 备：负载电路；至少一对受电电极，与输电装置的至少一对输电电极相对应地设置，产生与 至少一对输电电极之间的位置关系相应的稱合电容；谐振电路，连接在负载电路与至少一 对受电电极之间，向负载电路施加交流电压；和过电压抑制单元，相对于所述受电装置侧的 谐振电路而并联地连接，过电压抑制单元由阻抗元件构成，阻抗元件的阻抗被设定成下述 值：在输电电极和受电电极的稱合电容从输电电极和受电电极具有通常输电时的规定的位 置关系之际的值变化为大致零的过程中，较之于不连接所述阻抗元件的情况而抑制至少一 对受电电极之间的电压的上升。
[0021] 本发明的电力输送系统包括：输电装置，该输电装置具备：产生规定的频率的交 流电压的电源电路、至少一对输电电极、和连接在电源电路与至少一对输电电极之间且在 至少一对输电电极之间施加交流电压的谐振电路；和上述本发明的受电装置。
[0022] 发明效果
[0023] 根据本发明的电力输送系统以及受电装置，即便是在输电中受电装置从输电装置 被分离的情况，也不会给负载电路施加谐振频率下的高的受电电极间电压。因此，能够防止 受电装置以及其中包含的负载电路因过电压而发生损坏。

【专利附图】

【附图说明】
[0024] 图1是实施方式1所涉及的输电装置和受电装置的立体图。
[0025] 图2是表示实施方式1所涉及的无线电力输送系统的电路构成的图。
[0026] 图3是表示在实施方式1所涉及的无线电力输送系统中负载阻抗高的状态下的受 电装置侧主动电极和受电装置侧被动电极之间的电压的频率特性的一例的图。图3(a)是 比较了输电装置和受电装置设有作为过电压抑制单元的电容器的情况和未设有的情况的 特性的图，图3(b)是表示了在设有电容器的情况下受电装置从输电装置被分离之际的谐 振频率的变化的图。
[0027] 图4是表示实施方式2所涉及的无线电力输送系统的电路构成的图。
[0028] 图5是表示在实施方式2所涉及的无线电力输送系统中负载阻抗高的状态下的受 电装置侧主动电极和受电装置侧被动电极之间的电压的频率特性的一例的图。图5(a)是 比较了输电装置和受电装置设有作为过电压抑制单元的电感器的情况和未设有的情况的 特性的图，图5(b)是表示了在设有电感器的情况下受电装置从输电装置被分离之际的谐 振频率的变化的图。
[0029] 图6是表示实施方式3所涉及的无线电力输送系统的电路构成的图。
[0030] 图7是表示实施方式4所涉及的无线电力输送系统的电路构成的图。
[0031] 图8是表示实施方式4所涉及的无线电力输送系统中的、相对于耦合电容的负载 输入电压的特性的图。
[0032] 图9是表示实施方式5所涉及的无线电力输送系统的电路构成的图。
[0033] 图10是表示实施方式5所涉及的无线电力输送系统的受电装置的控制电路的更 具体的电路构成的图。
[0034] 图11是以往的无线电力输送系统的等效电路图。
[0035] 图12是表示在以往的电场耦合型无线电力输送系统中使受电装置从输电装置分 离的过程中的、受电装置侧主动电极和受电装置侧被动电极之间的电压、以及输电装置侧 主动电极和输电装置侧被动电极之间的电压的频率特性的变化的图。图12(a)是表示受电 装置被载置在输电装置上的状态下的频率特性的图。图12(b)是表示受电装置从输电装置 开始被分离的状态下的输电电极间电压以及受电电极间电压的频率特性的图。图12(c)是 表示受电装置从输电装置较之于图12(b)的情况被进一步分离的状态下的输电电极间电 压以及受电电极间电压的频率特性的图。
[0036] 图13是表示相对于耦合电容的受电装置侧主动电极和受电装置侧被动电极之间 的电压的特性的图。

【具体实施方式】
[0037] (实施方式1)
[0038] 1.构成
[0039] 图1是实施方式1中的、构成电场耦合型无线电力输送系统的输电装置100和受 电装置200的立体图。
[0040] 输电装置100具备输电装置侧被动电极31和输电装置侧主动电极32,受电装置 200具备受电装置侧被动电极41和受电装置侧主动电极42。
[0041] 通过在输电装置100上载置受电装置200,从而输电装置侧被动电极31和受电装 置侧被动电极41对置，输电装置侧主动电极32和受电装置侧主动电极42对置。此时，在 输电装置侧被动电极31以及输电装置侧主动电极32、与受电装置侧被动电极41以及受电 装置侧主动电极42之间产生耦合电容Cm。输电装置100通过经由了耦合电容Cm的电场耦 合而向受电装置200以无线的方式输送电力。
[0042] 图2是表示实施方式1的无线电力输送系统的电路构成的图。
[0043] 输电装置100具有电源电路10、输电装置侧谐振电路20、输电装置侧被动电极31、 和输电装置侧主动电极32。
[0044] 电源电路10产生规定的频率的交流电压。规定的频率是考虑从输电装置100向 受电装置200输送电力的输送效率、与无线电力输送系统中的谐振频率之间的关系等来设 定的。例如，规定的频率被设定为100kHz?数10MHz之间的高频率，但是并不限定于此。
[0045] 输电装置侧谐振电路20被连接在电源电路10、与输电装置侧被动电极31以及输 电装置侧主动电极32之间。
[0046] 升压变压器TR1使电源电路10所产生的电压进行升压，并将该升压后的电压施加 在输电装置侧被动电极31与输电装置侧主动电极32之间。升压变压器TR1是以提升电场 耦合所带来的电力输送的效率为目的而设置的。
[0047] 电容器Cpl被连接在输电装置侧被动电极31与输电装置侧主动电极32之间以使 升压变压器TR1的输出端短路。电容器Cpl既可以作为部件来设置，也可以通过输电装置 100中包含的布线等的寄生电容来构成。在输电侧，由升压变压器TR1的电感成分（泄漏电 感）、和包含电容器Cpl的电容而构成了输电装置侧谐振电路20。
[0048] 受电装置200具有受电装置侧被动电极41、受电装置侧主动电极42、受电装置侧 谐振电路50以及负载电路60。
[0049] 受电装置侧被动电极41以及受电装置侧主动电极42从输电装置侧被动电极31 以及输电装置侧主动电极32经由耦合电容Cm来接受电力。
[0050] 负载电路60具有：整流电路61，包含二极管D1?D4以及脉动去除用电容器Cr ; 和负载RL，被连接在整流电路61的次级侧。在本实施方式中，负载RL是通过整流后的电力 而被充电的二次电池。二次电池具有越接近于充满电状态则阻抗越增加的特性。
[0051] 受电装置侧谐振电路50被连接在负载电路60、与受电装置侧被动电极41以及受 电装置侧主动电极42之间。受电装置侧谐振电路50具有降压变压器TR2、和电容器Cp2。
[0052] 降压变压器TR2使受电装置侧被动电极41和受电装置侧主动电极42之间的电压 (以下酌情称作"受电电极间电压"）降压并施加给负载电路60。降压变压器TR2是以通过 与升压变压器TR1-起提升电场耦合所带来的电力输送的效率为目的而设置的。
[0053] 电容器Cp2被连接在受电装置侧被动电极41与受电装置侧主动电极42之间。电 容器Cp2既可以作为部件来设置，也可以通过受电装置200中包含的布线等的寄生电容来 构成。在受电侧，由降压变压器TR2的电感成分、和包含电容器Cp2的电容而构成了受电装 置侧谐振电路50。
[0054] 尤其是，在本实施方式中，为了抑制与受电装置200从输电装置100的分离相伴的 受电电压的上升，设有过电压抑制单元70。过电压抑制单元70被设置成：与受电装置侧谐 振电路50并联、S卩：使降压变压器TR2的输出端短路。过电压抑制单元70由阻抗元件构 成。阻抗元件的阻抗被设定成下述值：较之于不连接阻抗元件的情况而抑制一对受电装置 侧被动电极41和受电装置侧主动电极42之间的电压的上升。
[0055] 在本实施方式中，由电容器Cx来构成过电压抑制单元70。电容器Cx通过防止低 频侧谐振频率和动作频率的重叠，由此来抑制受电装置200中的高电压的产生。
[0056] 2.作为过电压抑制单元的电容器Cx
[0057] 关于作为过电压抑制单元70的电容器Cx进行说明。电容器Cx在输电装置谐振电 路20和受电装置侧谐振电路50通过耦合电容发生电容耦合时产生的两个谐振频率之中、 使低频侧的谐振频率向低频侧偏移规定的偏移量。电容器Cx的电容被设定成下述值：使低 频侧的谐振频率向低频侧偏移规定的偏移量。在本实施方式中，规定的偏移量被设定成下 述值：在使受电装置200从载置在输电装置100上的状态向足够远处分离的过程中，即便低 频侧的谐振频率发生了移动，低频侧的谐振频率也不会与动作频率f3重叠。
[0058] 具体而言，电容器Cx的电容被设定成下述值：在输电电极31、32和受电电极41、 42之间的耦合电容Cm从输电电极31、32和受电电极41、42具有通常输电时的规定的位置 关系之际的值变化为大致零的过程中，由受电装置侧谐振电路50产生的低频侧以及高频 侧的各谐振频率不会与动作频率f3重叠。将使输电电极31、32和受电电极41、42发生电 容耦合时产生的低频侧的谐振频率设为Π ，将高频侧的谐振频率设为f2,将动作频率设为 f3。电容器Cx的电容被设定成：在输电电极31、32和受电电极41、42之间的耦合电容Cm 从输电电极31、32和受电电极41、42具有通常输电时的规定的位置关系之际的值变化为大 致零的过程中，满足Π < f3 < f2的关系。在此，输电电极31、32和受电电极41、42之间 的耦合电容Cm大致为零，意味着耦合电容Cm为无限小的值。
[0059] 另外，在本实施方式中，在从输电装置100向受电装置200输电之际，作为受电装 置200被载置于输电装置100上的规定位置的情形，将此时的输电装置与受电装置之间的 位置关系设为通常输电时的规定的位置关系。规定的位置关系并不限定于此。例如，受电 装置200即便不被载置于输电装置100上的规定位置，也能通过使受电装置200和输电装 置100具有规定的位置关系，而使输电装置100的输电电极41、42和受电装置200的受电 电极31、32具有通常输电时的规定的位置关系。在实施方式2?5中也是同样的。
[0060] 此外，规定的偏移量并不限定于上述的值。例如，通过使低频侧的谐振频率向低频 侧偏移规定的偏移量，从而在使受电装置200从载置在输电装置100上的状态向足够远处 分离的过程中，如果低频侧的谐振频率与动作频率f3重叠时的受电电压成为不会导致受 电装置200损坏那样的较低的电压，则也可以被设定成这样的量。
[0061] 关于将电容器Cx的电容设定成满足fl < f3 < f2的关系时的具体例，参照图3 来进行说明。图3是表示二次电池大致成为充满电状态且负载阻抗高的状态下的受电装置 侧主动电极42和受电装置侧被动电极41之间的电压的频率特性的一例的图。具体而言， 图3(a)是比较了输电装置100和受电装置200设有作为过电压抑制单元70的电容器Cx 的情况和未设有的情况的特性的图，实线表示设有电容器Cx的情况，虚线表示未设有电容 器Cx的情况。低频侧以及高频侧的谐振频率在未设有电容器Cx之时为flo、f2o,而在设 有电容器Cx之时成为比f 1〇、f2o低的f lc、f2c。也就是说，通过设置电容器Cx，从而向低 频侧移动。此时，动作频率f3位于两个谐振频率flc、f2c的中间的、受电电极间电压的变 化少的区域。因而，即便因受电装置200向输电装置100载置的载置位置的错位而使得耦 合电容Cm稍微发生变化，从而受电电极间电压的频率特性多少发生了变化，也因为受电电 极间电压的变动少，能够进行稳定的电力输送。此外，由于该中间区域的受电电极间电压具 有为了有效的电力输送而需要的一定以上的大小，因此能够进行有效的电力输送。
[0062] 图3(b)是表示了在设有电容器Cx的情况下受电装置200从输电装置100被分离 之际的谐振频率的变化的图。实线表示受电装置200从输电装置100被分离之前（耦合电 容Cm为第1规定值时），虚线表示受电装置200从输电装置100被分离之后（耦合电容Cm 为第2规定值时）。如果受电装置200从输电装置100被分离，则耦合电容Cm降低。其结 果，低频侧以及高频侧的谐振频率从被离之前的flc、f2c向更高频侧的flc'、f2c'移动。 但是，低频侧的谐振频率不会超过动作频率f3而向高频侧移动。此外，高频侧的谐振频率 向高频侧移动，即向与动作频率f3相反的一侧移动。因此，纵使由于受电装置200从输电 装置100分离所引起的耦合电容Cm的变化（降低）而使得高频侧以及低频侧的各谐振频 率发生了变化，动作频率f3、和高频侧以及低频侧的谐振频率也不会一致（重叠）。由此， 谐振频率下的高的受电电极间电压（过电压）不会施加给负载电路60,能够防止负载电路 60的损坏。
[0063] 3.小结
[0064] 本实施方式的电力输送系统是在输电装置100与受电装置200之间以无线的方式 输送电力的电力输送系统。输电装置100具备：一对输电电极31、32 ;和输电装置侧谐振电 路20,被设置在电源电路10与一对输电电极31、32之间，在一对输电电极31、32间施加交 流电压。受电装置200具备：负载电路60 ;-对受电电极41、42,与输电装置100的一对输 电电极31、32对应地设置，产生与一对输电电极31、32之间的位置关系所相应的耦合电容 Cm ;受电装置侧谐振电路50,被设置在负载电路60与一对受电电极41、42之间，向负载电 路60施加交流电压；和过电压抑制单元70,与受电装置侧谐振电路50并联地连接。过电 压抑制单元70由阻抗元件构成。阻抗元件的阻抗被设定成下述值：在输电电极31、32和受 电电极41、42之间的耦合电容Cm从输电电极31、32和受电电极41、42具有通常输电时的 规定的位置关系之际的值变化为大致零的过程中，较之于不连接阻抗元件的情况而抑制一 对受电电极41、42间的电压的上升。
[0065] 根据该构成，纵使伴随着在输电中受电装置从输电装置被分离时的输电装置100 和受电装置200之间的距离的变化，而受电装置200侧中的谐振频率发生了变化，谐振频率 下的高的受电电极间电压也不会施加给负载电路60。因此，能够防止受电装置200以及其 中包含的负载电路60的损坏。
[0066] 另外，在专利文献1的电磁感应型无线电力输送系统中公开了下述内容：作为用 于使受电装置的负载电路从过电压中得到保护的构成，在受电装置的受电线圈与其下游的 整流电路之间设置熔丝，如果整流电路的输出电压变得过大，则使熔丝熔断。但是，因为一 旦熔断的熔丝是无法恢复的，所以为了能再次抑制过电压，将产生更换熔丝等的工夫。
[0067] 相对于此，在本实施方式中，因为由阻抗元件构成了过电压抑制单元70，所以在保 护动作之际难以损坏。由此，在保护动作后，也无需特殊的修理，能够进行重复保护动作。 [0068] 此外，在本实施方式中，阻抗元件是使低频侧的谐振频率偏移规定的偏移量的元 件，规定的偏移量被设定成下述值：在所述稱合电容Cm从输电电极31、32和受电电极41、 42具有通常输电时的所述规定的位置关系之际的值变化为大致零的过程中，低频侧的谐振 频率不会与规定的输电频率（动作频率f3)重叠。
[0069] 根据该构成，通过过电压抑制单元70,使得由受电装置侧谐振电路50产生的各谐 振频率和动作频率f3不会重叠。由此，谐振频率下的高的受电电极间电压不会施加给负载 电路60。因此，能够防止受电装置200以及其中包含的负载电路60的损坏。
[0070] 此外，在本实施方式中，由电容器Cx构成了过电压抑制单元70。根据该构成，能够 容易且小型化地构成过电压抑制单元70。此外，在不具备电容器Cx的以往的受电装置中， 只是增加电容器Cx、即无需大幅地变更以往的受电装置的构成，便能抑制过电压。
[0071] 此外，在本实施方式中，在将使输电电极31、32和受电电极41、42发生电容耦合时 由受电装置侧的谐振电路50产生的低频侧的谐振频率设为Π ，将高频侧的谐振频率设为 f2,将动作频率设为f3之际，电容器Cx的电容被设定成：在输电电极31、32和受电电极41、 42之间的耦合电容Cm从输电电极31、32和受电电极41、42具有通常输电时的规定的位置 关系之际的值变化为大致零的过程中，满足Π < f3 < f2的关系。
[0072] 根据该构成，由于从输电装置100分离受电装置200而使得输电电极31、32和受 电电极41、42之间的耦合电容Cm从输电电极31、32和受电电极41、42具有通常输电时的 规定的位置关系之际的值变化为大致零的过程中，低频侧以及高频侧的各谐振频率不与动 作频率重叠。也就是说，可以获得前述的防止负载电路60损坏的效果。此外，在低频侧谐 振频率和高频侧谐振频率的中间的区域中存在动作频率，能够获得有效的电力输送所需的 受电电极间电压。即，能够进行有效的电力输送。
[0073] 此外，在本实施方式中，在电源电路10与所述输电电极之间连接有升压变压器 TR1，在负载电路60与受电电极41、42之间连接有降压变压器TR2。根据该构成，能够以高 电压来进行从输电电极31、32向受电电极41、42的电力输送。通过使用高电压，从而即便 输送路径中流动的电流比较小，也能够送出较大的电力。电流越小，输送路径上的电阻值所 引起的损耗越小。因而，能够高效率地进行电力输送。
[0074] 另外，在本实施方式中，电容器Cx的电容被设定成下述值：在输电电极31、32和受 电电极41、42之间的耦合电容Cm从输电电极31、32和受电电极41、42具有通常输电时的 规定的位置关系之际的值变化为大致零的过程中，由受电装置侧谐振电路50产生的低频 侧以及高频侧的各谐振频率不会与动作频率f3重叠，但是并不限于此。例如，电容器Cx的 电容也可以被设定成下述值：在从输电电极31、32和受电电极41、42具有通常输电时的规 定的位置关系之际的值起减少的过程中，纵使由受电装置侧谐振电路50产生的低频侧以 及高频侧的各谐振频率与动作频率f3重叠了，受电电极间电压也不会达到使受电装置200 发生损坏的程度的高的电压。
[0075] (实施方式2)
[0076] 关于实施方式2进行说明。图4是表示实施方式2所涉及的无线电力输送系统的 电路构成的图。
[0077] 在本实施方式中，由电感器Lx构成了过电压抑制单元70。其他的构成与实施方式 1相同。电感器Lx通过防止低频侧谐振频率和动作频率的重叠，由此来抑制受电装置200 中的高电压的产生。
[0078] 关于作为过电压抑制单元70的电感器Lx进行说明。电感器Lx使由受电装置侧 谐振电路50产生的低频侧以及高频侧的谐振频率向高频侧偏移。电感器Lx的电感被设定 成使低频侧的谐振频率向高频侧偏移规定的偏移量这样的值。在本实施方式中，规定的偏 移量被设定成下述值：在使受电装置200从载置在输电装置100上的状态向足够远处分离 的过程中，纵使低频侧的谐振频率发生了移动，低频侧的谐振频率也不会与动作频率f3重 叠。具体而言，电感器Lx的电感被设定成下述值：在输电电极31、32和受电电极41、42之 间的稱合电容Cm从输电电极31、32和受电电极41、42具有通常输电时的规定的位置关系 之际的值变化为大致零的过程中，由受电装置侧谐振电路50产生的低频侧以及高频侧的 各谐振频率不会与动作频率f3重叠。将使输电电极31、32和受电电极41、42的电容耦合 所产生的低频侧的谐振频率设为Π ，将高频侧的谐振频率设为f2,将动作频率设为f3。电 感器Lx的电感被设定成：在从输电电极31、32和受电电极41、42具有通常输电时的规定的 位置关系之际的值变化为大致零的过程中，满足f3 < Π < f2的关系。
[0079] 关于将电感器Lx的电感设定成满足f3 < fl < f2的关系时的具体例，参照图5 来进行说明。图5是表示负载RL(二次电池）大致成为充满电状态且负载阻抗变高的状态 下的受电电极间电压的频率特性的一例的图。具体而言，图5(a)是比较了设有作为过电压 抑制单元70的电感器Lx的情况和未设有的情况的特性的图，实线表示设有电感器Lx的情 况，虚线表示未设有电感器Lx的情况。低频侧以及高频侧的谐振频率在未设有电感器Lx 之时为flo、f2o,而在设有电感器Lx之时为比flo、f2o高的fli、f2i (在图5(a)中，f2i 存在于比Hi更靠高频侧的图外）。也就是说，通过设置电感器Lx，从而向高频侧移动。此 时，动作频率f3成为比低频侧的谐振频率fli稍低的频率。通过设置电感器Lx，从而低频 侧的谐振频率fli下的受电电极间电压较之于未设有电感器Lx的情况而大幅降低，成为有 效的电力输送所需的一定以上的大小。因而，能够进行有效的电力输送。此外，低频侧的谐 振频率Hi下的受电电极间电压的变化较之于未设有电感器Lx的情况而变得缓慢。因而， 纵使受电电极间电压的频率特性多少发生了变化，受电电极间电压的变动也少，能够进行 稳定的电力输送。
[0080] 图5(b)是表示了在设有电感器Lx的情况下受电装置200从输电装置100被分离 之际的谐振频率的变化的图。实线表示受电装置200从输电装置100被分离之前，虚线表 示受电装置200从输电装置100被分离之后。如果受电装置200从输电装置100被分离， 则由于耦合电容Cm的降低，低频侧以及高频侧的谐振频率（高频侧的谐振频率在图5(b) 中存在于图外）从被分离之前的fli、f2i (在图5(b)中，f2i存在于比fli更靠高频侧的 图外）向高频侧移动至Π "、f2W (在图5(b)中，f2i'存在于比fli'更靠高频侧的 图外），即向与动作频率f3相反的一侦彳移动。因此，纵使由于受电装置200从输电装置100 分离所引起的耦合电容Cm的变化（降低）而使得高频侧以及低频侧的谐振频率发生了变 化，动作频率f3、和高频侧以及低频侧的谐振频率也不会重叠。由此，谐振频率下的高的受 电电极间电压（过电压）不会施加给负载电路60,能够防止负载电路60的损坏。
[0081] 此外，根据本实施方式，由电感器Lx构成了过电压抑制单元70,从而在保护动作 之际难以损坏。由此，在保护动作后，也无需特殊的修理，能够进行重复保护动作。此外，能 够容易且小型化地构成过电压抑制单元70。
[0082] 另外，在本实施方式中，电感器Lx的电感被设定成下述值：在输电电极31、32和受 电电极41、42之前的耦合电容Cm从输电电极31、32和受电电极41、42具有通常输电时的 规定的位置关系之际的值变化为大致零的过程中，由受电装置侧谐振电路50产生的低频 侧以及高频侧的各谐振频率不会与动作频率f3重叠，但是并不限于此。例如，电感器Lx的 电感也可以被设定成下述值：在从输电电极31、32和受电电极41、42具有通常输电时的规 定的位置关系之际的值起减少的过程中，纵使由受电装置侧谐振电路50产生的低频侧以 及高频侧的各谐振频率与动作频率f3重叠了，受电电极间电压也不会达到使受电装置200 发生损坏的程度的高的电压。
[0083] 另外，规定的偏移量并不限定于上述的值。例如，通过使低频侧的谐振频率向高频 侧偏移规定的偏移量，从而在使受电装置200载置在输电装置100上的状态向足够远处分 离的过程中，如果低频侧的谐振频率与动作频率f3重叠时的受电电压成为不会导致受电 装置200损坏那样的较低的电压，则也可以被设定成这样的量。
[0084] (实施方式3)
[0085] 关于实施方式3进行说明。图6是表示实施方式3所涉及的无线电力输送系统的 电路构成的图。
[0086] 在本实施方式中，由电阻Rx(阻抗元件）构成了过电压抑制单元70。其他的构成 与实施方式1相同。电阻Rx是较之于不连接电阻Rx的情况而使从受电装置200的受电装 置侧谐振电路50观察到的负载装置60侧的阻抗降低的元件。由此，抑制受电装置200中 的高电压的产生。
[0087] 电阻Rx的电阻值设定成下述值：纵使低频侧谐振频率以及高低频侧谐振频率发 生变化而使得与动作频率一致，受电电极间电压也不会达到使受电装置200发生异常的程 度的高的电压。电阻Rx的电阻值例如被设定成比受电装置侧谐振电路50的阻抗小的值， 使低频侧谐振频率以及高低频侧谐振频率下的受电装置侧谐振电路50的次级侧的阻抗降 低。例如，电阻Rx的电阻值设定成10?100 Ω。由此，受电装置侧谐振电路50的次级侧的 电压降低，施加给负载电路60的电压降低，从而能够防止使负载电路60发生损伤。
[0088] 这样，通过由电阻Rx来构成过电压抑制单元70,从而能够使作为系统整体的阻抗 低于不存在电阻Rx的情况。尤其是，通过将电阻Rx的电阻值设定为10?100 Ω，从而能够 使受电装置侧谐振电路50的次级侧的阻抗确实地低于不存在电阻Rx的情况。因此，纵使 由于受电装置200从输电装置100分离所引起的耦合电容Cm的变化（降低）而使得高频 侧以及低频侧的谐振频率发生变化，从而与动作频率一致，高的受电电极间电压（过电压） 也不会施加给负载电路60。由此，能够防止负载电路60的损坏。
[0089] 此外，根据本实施方式，通过由电阻Rx构成了过电压抑制单元70,从而在保护动 作之际难以损坏。由此，在保护动作后，也无需特殊的修理，能够进行重复保护动作。此外， 能够容易且小型化地构成过电压抑制单元70。
[0090] (实施方式4)
[0091] 关于实施方式4进行说明。图7是表示实施方式4所涉及的无线电力输送系统的 电路构成的图。
[0092] 在本实施方式中，由电容器Cx来构成过电压抑制单元70,并且与电容器Cx串联地 设置开关元件SW。此外，设置下述控制电路80 :检测在整流电路61中整流后的向负载RL 输入的输入电压（以下酌情称作"负载输入电压"），并基于检测到的负载输入电压来控制 开关元件SW的接通（0N)/断开（OFF)。其他的构成与实施方式1相同。
[0093] 控制电路80在检测到的负载输入电压高于规定电压以上时将开关元件SW控制为 接通，除此之外时将开关元件SW控制为断开。规定电压只要基于负载电路60的耐电压等 来酌情设定即可。
[0094] 另外，电容器Cx的电容与实施方式1同样地被设定。
[0095] 根据这种构成，通过使受电装置200从输电装置100分离而耦合电容Cm减少，从 而低频侧的谐振频率接近于动作频率，如果负载输入电压上升至规定电压以上，则开关元 件SW被控制为接通，电容器Cx被连接。由此，低频侧以及高频侧的各谐振频率分别向低频 侧移动。其结果，能够防止低频侧的谐振频率和动作频率的重叠，与上述各实施方式同样 地，谐振频率下的高的受电电极间电压（过电压）不会施加给负载电路60,能够防止负载电 路60的损坏。
[0096] 图8是表不实施方式4所涉及的无线电力输送系统中的、相对于稱合电容Cm的 负载电路输入电压的特性的图。虚线是未设有电容器Cx以及开关元件SW的情况的特性。 根据本实施方式，如果负载电路输入电压上升至规定电压以上，则开关元件SW被控制为接 通，由此来抑制负载输入电压的反弹，能够使负载输入电压稳定化。
[0097] 如以上，在本实施方式中，除了实施方式1的构成之外还具备：控制电路80 (电压 检测电路），检测构成负载电路60的整流电路61的次级侧的负载输入电压，并且在检测到 的负载输入电压高于规定的电压的情况下，输出用于使开关元件SW变为接通的控制信号； 和开关元件SW，接受控制信号，以将电容器Cx的连接切换为接通。
[0098] 由此，如果负载输入电压上升至规定电压以上，则将开关元件SW控制为接通，由 此来抑制负载输入电压的反弹，能够使负载输入电压稳定化。
[0099] 在此，如果即便在通常输电时也连接了电容器Cx，则受电电极间电压变低，电力输 送效率降低。但是，根据本实施方式，因为只在负载输入电压上升至规定电压以上时才连接 电容器Cx，所以能够防止输送效率的降低。
[0100](实施方式5)
[0101] 关于实施方式5进行说明。图9是表示实施方式5所涉及的无线电力输送系统的 电路构成的图。
[0102] 在本实施方式中，由串联地设置的两个电容器Cxi、Cx2来构成过电压抑制单元 70,并且在这些电容器Cxl、Cx2之间设置开关元件SW。此外，设置下述控制电路80 :检测在 整流电路61中整流后的负载输入电压，并且基于检测到的电压来控制开关元件SW的接通 /断开。其他的构成与实施方式1相同。
[0103] 根据这种构成，可获得与实施方式4同样的效果。另外，在实施方式4中关于由一 个电容器Cx构成了过电压抑制单元70的情况进行了说明，在实施方式5中关于由两个电 容器Cxl、Cx2构成了过电压抑制单元70的情况进行了说明。但是，也可以由三个以上的数 目的电容器来构成过电压抑制单元70。
[0104] 图10是表示控制电路80的更具体的构成的图。
[0105] 在降压变压器TR2的一个输出端T1连接了电容器Cxi以及开关元件SW1的串联 电路，在另一个输出端T2连接了电容器Cx2以及开关元件SW2的串联电路。
[0106] 控制电路80具备比较器C0MP、电压源Vc等。比较器C0MP比较对电压源Vc的输 出电压进行了分压的基准电压、和整流电路61的脉动去除用电容器Cr的电压。而且，如果 脉动去除用电容器Cr的电压成为基准电压以上，则比较器C0MP向各开关元件SW1、SW2输 出接通信号。
[0107] 根据这种构成，能以简单的构成来实现控制电路80。除了该电路之外，还能够通过 具有滞后而使动作稳定化。作为开关元件，虽然使用了 FET，但是并不限定于此，也可应用电 磁继电器等的开关元件。
[0108] (其他的实施方式）
[0109] 另外，在实施方式4、5中说明过的具有开关元件的构成，也可以适用于抑制分离 时的电压变动的目的之外的目的。例如，通过在正常动作时控制开关元件，从而能够使谐振 条件发生变化。即，也能够用作想要使向后级电路输出的电压发生变化以缩窄后级电路的 输入电压的范围时的限幅器。
[0110] 在实施方式4、5中，虽然关于由电容器构成了作为过电压抑制单元的阻抗元件的 情况进行了说明，但是实施方式4?5的思想也可以适用于作为过电压抑制单元的阻抗元 件为电感器或电阻的情况。
[0111] 在上述各实施方式中，虽然关于作为负载电路的二次电池大致成为充满电状态从 而负载阻抗变高的情况进行了说明，但是本发明并不限定于此。例如，虽然负载电路不是 二次电池但是却负载阻抗稳定地或者暂时性变高的部件，从而本发明也可以适用于表示图 13(b)那样的特性的情形。
[0112] 在上述各实施方式中，虽然在降压变压器TR2的次级侧并联地设置了过电压抑制 单元70,但是也可以设置在降压变压器TR2的初级侧。在变压器TR2的初级侧设置过电压 抑制单元70的情况下，需要将过电压抑制单元70的电容器设为高耐电压规格的电容器。
[0113] 符号说明
[0114] 10 电源电路
[0115] 20输电装置侧谐振电路
[0116] 31输电装置侧被动电极
[0117] 32输电装置侧主动电极
[0118] 41受电装置侧被动电极
[0119] 42受电装置侧主动电极
[0120] 50受电装置侧谐振电路
[0121] 60负载电路
[0122] 61整流电路
[0123] 70过电压抑制单元
[0124] 80控制电路
[0125] 100输电装置
[0126] 200受电装置
[0127] Cpl电容器
[0128] Cp2电容器
[0129] Cx、Cxl、Cx2 电容器
[0130] Lx 电感器
[0131] Rx 电阻
[0132] RL 负载
[0133] SW、SW1、SW2 开关元件
[0134] TR1升压变压器
[0135] TR2降压变压器
【权利要求】
1. 一种受电装置，接受从输电装置以无线的方式输送的电力，该输电装置具备：产生 规定的输电频率的交流电压的电源电路、至少一对输电电极、和连接在所述电源电路与所 述至少一对输电电极之间且在所述至少一对输电电极之间施加交流电压的谐振电路， 所述受电装置具备： 负载电路； 至少一对受电电极，与所述输电装置的所述至少一对输电电极相对应地设置，产生与 所述至少一对输电电极之间的位置关系相应的耦合电容； 谐振电路，连接在所述负载电路与所述至少一对受电电极之间，向所述负载电路施加 交流电压；和 过电压抑制单元，相对于所述所述受电装置侧谐振电路而并联地连接， 所述过电压抑制单元由阻抗元件构成， 所述阻抗元件的阻抗的值被设定成：在所述输电电极和所述受电电极的耦合电容从所 述输电电极和所述受电电极具有通常输电时的规定的位置关系之际的值变化为大致零的 过程中，较之于不连接所述阻抗元件的情况而抑制所述至少一对受电电极之间的电压的上 升。
2. 根据权利要求1所述的受电装置，其中， 所述阻抗元件是在所述输电装置侧谐振电路和所述受电装置侧谐振电路通过所述耦 合电容发生了电容耦合时产生的两个谐振频率之内、使低频侧的谐振频率偏移规定的偏移 量的元件， 所述规定的偏移量的值被设定成：在所述输电电极和所述受电电极的耦合电容从所述 输电电极和所述受电电极具有通常输电时的规定的位置关系之际的值变化为大致零的过 程中，所述低频侧的谐振频率不与所述规定的输电频率重叠。
3. 根据权利要求1所述的受电装置，其中， 所述阻抗元件是较之于不连接所述阻抗元件的情况而使从该受电装置的所述谐振电 路观察到的所述负载装置侧的阻抗降低的元件。
4. 根据权利要求1或2所述的受电装置，其中， 所述过电压抑制单元为电容器。
5. 根据权利要求4所述的受电装置，其中， 在将使所述输电电极和所述受电电极发生电容耦合时由该受电装置侧的所述谐振电 路产生的所述低频侧的谐振频率设为Π ，将高频侧的谐振频率设为f2,将所述规定的输电 频率设为f3之际， 所述电容器的电容被设定成：在所述输电电极和所述受电电极的稱合电容从所述输电 电极和所述受电电极具有通常输电时的规定的位置关系之际的值变化为大致零的过程中， 满足Π < f3 < f2的关系。
6. 根据权利要求1或2所述的受电装置，其中， 所述过电压抑制单元为电感器。
7. 根据权利要求6所述的受电装置，其中， 在将使所述输电电极和所述受电电极发生电容耦合时由该受电装置侧的所述谐振电 路产生的所述低频侧的谐振频率设为Π ，将高频侧的谐振频率设为f2,将所述规定的输电 频率设为f3之际， 所述电感器的电感被设定成：在所述输电电极和所述受电电极的稱合电容从所述输电 电极和所述受电电极具有通常输电时的规定的位置关系之际的值变化至大致零的过程中， 满足f3 < fl < f2的关系。
8. 根据权利要求1或3所述的受电装置，其中， 所述过电压抑制单元为电阻。
9. 根据权利要求8所述的受电装置，其中， 所述电阻的电阻值被设定为10?100 Ω。
10. 根据权利要求1?9中任一项所述的受电装置，其中， 与所述过电压抑制单元串联地设有开关元件，并且 设有：控制电路，检测构成所述负载电路的整流电路的次级侧的电压，在所检测出的电 压高于规定的电压之际将所述开关元件控制成接通。
11. 根据权利要求1?10中任一项所述的受电装置，其中， 所述输电装置侧谐振电路构成为包含升压变压器， 所述受电装置侧谐振电路构成为包含降压变压器。
12. -种电力输送系统，包括： 输电装置，该输电装置具备：产生规定的频率的交流电压的电源电路、至少一对输电电 极、和连接在所述电源电路与所述至少一对输电电极之间且在所述至少一对输电电极之间 施加交流电压的谐振电路；和 权利要求1?11中任一项所述的受电装置。
【文档编号】H02H9/04GK104126264SQ201280070182
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2012年11月1日 优先权日:2012年3月26日
【发明者】市川敬一, 高桥博宣 申请人:株式会社村田制作所