无线电力输送装置、以及使用它的图像显示系统、移动体供电系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种无线电力输送装置、以及使用它的图像显示系统、移动体供电系统。使用具有不同供电点的对的两个天线，以第一供电点的对并使用第一极化波进行电力输送，以第二供电点的对并使用与该第一极化波正交的极化波输送控制信号，以该控制信号控制两个天线的阻抗。从而，可以按照非接触远程的方式实现高效率的电力输送。使用一对天线并使用不同的极化波进行电力输送和控制信号输送，使用与该天线耦合的可变电抗，根据该控制信号而使该天线的匹配状态最优化。
【专利说明】无线电力输送装置、以及使用它的图像显示系统、移动体供电系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及以非接触的方式远程地输送电力的无线电力输送装置以及使用它的各种系统，尤其涉及在电力的发送侧和接收侧的相对位置变化少的状态下可以实现高效率的电力输送的无线电力输送装置以及使用它的各种系统。
【背景技术】
[0002]非接触的电力输送可以使用电磁波来进行，尤其根据电力的发送侧和接收侧的相对位置而各式各样的方式被供于实用。
[0003]在发送侧和接收侧的相对距离极其近的情况下，主要通过使用磁场的电磁感应可以实现高效率的电力输送，其电力输送效率也有时超过90%。
[0004]被商用化的烹饪加热器中，在接收侧将电力立即转换成热能的烹饪加热器的电力输送效率超过90%。针对于交通工具的路径卡(path card)的电力输送是通过电磁感应而实现的，在路径卡和读取机的相对位置极其近的情况下，高效率的电力输送成为可能。超过90%这样的高效率电力输送，即便是非接触的，现有技术也仅停留于相接近的状况。
[0005]与之相对地，在发送侧和接收侧的相对位置没有被固定的状况下远程地输送电力的技术也在各产业领域中确立，但是其电力输送效率低，停留在百分之几左右。
[0006]RFID为其一例，在几厘米至几米的距离中，利用假定为按照将接收侧与发送侧的距离以使用电磁波的波长进行标准化后的值的平方进行衰减的极低的电力输送效率可以输送电力。此时，虽然电力输送中所使用的电磁波通过远场可以将电力输送至远处，但是其输送效率与作为电磁波的其他要素的静电场和感应磁场相比，电力输送能力低。
[0007]与这些高效率且附近、以及低效率且远处的电力输送规格不同的、中距离且中效率这一状况下的、电力输送的请求近年来得以提高。
[0008]对于这种要求的所期待的一个回答是被称作磁共振的电磁场的输送方式。如在专利文献I以及专利文献2所述那样，在几米的发送侧和接收侧的距离中实现了百分之几十的电力输送效率。
[0009]在先技术文献
[0010]专利文献
[0011]专利文献1:日本特开2011-259585号公报
[0012]专利文献2:日本特开2011-211895号公报
【发明内容】
[0013]发明概要
[0014]发明要解决的课题
[0015]利用了被称作磁共振的电磁场的输送方式的技术，在无线电力输送中将电力与空间进行交换的硬件即天线为三维构造，因此存在装置组装需要较大体积的问题。此外，虽然该技术在电力输送中仅使用电磁场的磁场，但是通过同时使用磁场和电场，可以实现同样的中距离且中效率的电力输送。
[0016]在这种的一并使用电场和磁场的电力输送方式中，在发送天线与接收天线之间产生由电场和磁场所引起的共振现象(electromagnetic resonant),虽然认为从发送侧向接收侧进行高效率的电力输送，但是因为使用了共振现象，所以产生能高效率地输送电力的电磁波的频率范围变窄的问题。
[0017]由于频率的倒数为波长，因此波长范围变窄，从而从发送天线向接收天线能高效率地传输电力的距离的范围也变窄。因而，当发送天线和接收天线的距离发生变化时从发送侧向接收侧的电力输送效率也发生较大变动，故存在妨碍从发送侧向接收侧的高效率的电力输送的问题。
[0018]以上，在本发明中，提供一种在一并使用电场和磁场的非接触式中距离的电力无线输送中，能够避免发送天线和接收天线的距离发生变化时的从发送侧向接收侧的电力输送效率的劣化的、无线电力输送装置以及使用它的各种系统。
[0019]用于解决课题的技术方案
[0020]以上，在本发明中，其特征在于，使用具备第一供电点和第二供电点的第一天线和第二天线，以第一天线的第一供电点和第二天线的第一供电点的组进行发送接收的第一电磁波的极化波(polarized wave)、与以第一天线的第二供电点和第二天线的第二供电点的组进行发送接收的第二电磁波的极化波相正交，以第一供电点的组输送电力，以第二供电点的组传递控制信号。
[0021]更具体进行叙述，本发明的无线电力输送装置，其特征在于，具备发送机和接收机，其中，发送机具备:电力产生电路，其经由发送可变电抗电路而与发送天线的电力输送用供电点耦合；控制信号接收电路，其与发送天线的控制信号输送用供电点耦合；和发送控制电路，其根据控制信号接收电路的输出来控制发送可变电抗电路的电抗值；接收机具备:电力负载电路，其经由接收可变电抗电路而与接收天线的电力输送用供电点耦合；控制信号发送电路，其与接收天线的控制信号输送用供电点耦合；和接收控制电路，其使用电力负载电路的电力量来控制接收可变电抗电路的可变电抗值；通过控制信号发送电路将电力量的信息叠加于控制信号并送出至发送机，发送控制电路以及接收控制电路对发送可变电抗电路的电抗值和接收电抗电路的电抗值进行控制以使电力量成为最大。
[0022]发明效果
[0023]根据本发明，能够避免发送天线和接收天线的距离发生变化时的从发送侧向接收侧的电力输送效率的劣化。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1是表示具备发送机以及接收机的无线电力输送装置的构成例的图。
[0025]图2是以二端子对电路表现无线电力输送装置的天线系统的图。
[0026]图3是表示具备发送机以及接收机的无线电力输送装置的其他构成例的图。
[0027]图4是表示具备发送机以及接收机的无线电力输送装置的其他构成例的图。
[0028]图5是表示在无线电力输送装置中使用的发送天线、接收天线的构造例的图。
[0029]图6是表示无线电力输送装置的发送机的控制算法的图。[0030]图7是表示无线电力输送装置的接收机的控制算法的图。
[0031]图8是表示无线电力输送装置的发送机的其他控制算法的图。
[0032]图9是表示无线电力输送装置的接收机的其他控制算法的图。
[0033]图10是表示使用无线电力输送装置所构成的图像显示系统的图。
[0034]图11是表示使用无线电力输送装置所构成的移动体供电系统的图。
【具体实施方式】
[0035]以下，利用附图对实施例进行说明。
[0036][实施例1]
[0037]首先，说明本发明的进行无线电力输送的装置的构成例。图1是构成本实施例的无线电力输送装置的发送机10以及接收机20的构成例。
[0038]首先，对发送机10的发送侧的构成和作用进行说明。在发送机10中，经由发送机可变电抗电路2从发送天线6的电力输送用供电点6T以第一旋转方向Rl的圆极化波的姿态向空中辐射由电力产生电路I产生的高频电力。另外，发送天线6具有2个供电点6T、6P。
[0039]其次，对接收机20中的该电力的接收侧的构成和作用进行说明。接收机20通过接收天线16的电力输送用供电点16P而从空间捕获第一旋转方向Rl的圆极化波的能量，经由接收机可变电抗12而将电力供给至电力负载电路11。另外，接收天线16也具有2个供电点16T、16P。
[0040]被供给至电力负载电路11的电力在此被利用、消耗。所利用的电力的值被传递至接收机控制电路15。接收机控制电路15控制接收机可变电抗电路12的电抗值，以使被供给至电力负载电路11的电力成为最大。
[0041]这样，在接收侧具有为了使接收电力最大化所发挥的功能。此外，另一方面，该电力最大化功能也在发送侧执行。因而，将在接收侧能再现的电力的大小通知给发送侧。
[0042]为此，接收机控制电路15经由控制信号发送电路14、载波产生电路13而将被供给至电力负载电路11的电力的值输送至发送机10侧。具体而言，在与电力输送中所使用的频率同一频率的载波产生电路13中，通过调制来叠加接收电力的值。而且，向与接收天线16的电力输送用供电点16P不同的供电点16T进行供给，利用与电力输送所使用的圆极化波的旋转方向Rl相反的逆旋转R2的圆极化波向空间辐射。
[0043]叠加被供给至接收机20的电力负载电路11的电力的值并辐射到空中的高频信号，在发送机10侧被接收。此时的接收，从与发送天线6的电力输送用供电点6T不同的供电点6P取入至发送机内部。
[0044]接收信号被输入至载波负载电路3，从被叠加在载波上的信号解调成低频率的包括与被供给至接收机的电力负载电路11的电力的值相关的信息在内的信号。其后，由控制信号接收电路4复原电力的值，并输入至发送机控制电路5。发送机控制电路5调整发送机可变电抗2，以使从接收机20以无线的方式输送的被供给至接收机的电力负载电路11的电力的值成为最大。
[0045]如以上说明，从发送机10输送的电力在接收器20侧作为接收电力被使用，且接收到的电力的大小归还至发送机i(H则，被用于为使接收电力最大化的发送电力的调整。而且，即便在接收侧也谋求接收电力的电力最大化。根据相应的一次巡回处理的重复，实现最大效率的电力收发。
[0046]利用图2，对电力的收发所使用的本实施例的天线6、16的动作进行说明。图2以二端子对电路表现本发明的无线电力输送装置的天线系统。发送天线6和接收天线16各自具有两个不同的供电点。为6T、6P、和16Τ、16Ρ。在图示上，粗线示出的是电力收发的线，细线示出的是控制信号收发的线。
[0047]从各供电点输入至天线的高频电力，作为不同旋转方向Rl、R2的圆极化波而辐射到空间，所以根据电磁波的正交性能够独立地在空间输送这些电力。因此，能够独立地实现第一旋转方向Rl的圆极化波所构成的输送路径、和另一个旋转方向R2的圆极化波所构成的输送路径，所以发送天线6以及接收天线16的2个供电点能够实现二组的一对输入输出端子。
[0048]在图2中，与电力产生电路I耦合的供电点6Τ和与电力负载电路11耦合的供电点16Ρ、以及与载波负载电路3耦合的供电点6Ρ和与载波产生电路13耦合的供电点16Τ相互成对。由于这些供电点的对和16Ρ、以及6Ρ和16Τ)形成独立的输送路径，因此形成了如图2所示那样的相互没有关系的二端子对电路。
[0049]另外，两个二端子对电路为电力产生电路1-供电点6Τ-供电点16Ρ-电力负载电路11的第I电路、和载波产生电路13-供电点16Τ-供电点6Ρ-载波负载电路3的第2电路。
[0050]二端子对电路具有2X2的矩阵表现，矩阵的各要素如⑴式、(2)式那样用阻抗进行表现。
[0051][数学式I]
I
[0052]
【权利要求】
1.一种无线电力输送装置，其特征在于， 使用具备第一供电点和第二供电点的第一天线和第二天线，以第一天线的第一供电点和第二天线的第一供电点的组进行发送接收的第一电磁波的极化波、与以第一天线的第二供电点和第二天线的第二供电点的组进行发送接收的第二电磁波的极化波相正交，以第一供电点的组输送电力，以第二供电点的组传递控制信号。
2.根据权利要求1所述的无线电力输送装置，其特征在于， 在所述第一供电点连接可变电抗电路，该可变电抗电路的电抗值根据所接收到的电力的大小而可变地调整。
3.根据权利要求1或2所述的无线电力输送装置，其特征在于， 为了将在一个天线侧接收到的接收电力的大小输送至另一个天线侧而使用所述控制信号。
4.根据权利要求2或3所述的无线电力输送装置，其特征在于， 控制所述可变电抗电路的电抗值以使接收电力成为最大。
5.一种无线电力输送装置，具备发送机和接收机，该无线电力输送装置的特征在于， 所述发送机具备:电力产生电路，其经由发送可变电抗电路而与发送天线的电力输送用供电点耦合；控制信号接收电路，其与所述发送天线的控制信号输送用供电点耦合；和发送控制电路，其根据该控制信号接收电路的输出来控制所述发送可变电抗电路的电抗值， 所述接收机具备:电力`负载电路，其经由接收可变电抗电路而与接收天线的电力输送用供电点耦合；控制信号发送电路，其与所述接收天线的控制信号输送用供电点耦合；和接收控制电路，其使用所述电力负载电路的电力量来控制所述接收可变电抗电路的可变电抗值， 通过所述控制信号发送电路将所述电力量的信息叠加于所述控制信号并送出至所述发送机， 所述发送控制电路以及所述接收控制电路对所述发送可变电抗电路的电抗值和所述接收电抗电路的电抗值进行控制，以使电力量成为最大。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的无线电力输送装置，其特征在于， 使用供电点进行发送接收的电磁波的极化波为旋转方向相互不同的圆极化波。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的无线电力输送装置，其特征在于， 使用供电点进行发送接收的电磁波的极化波为相互正交的直线极化波。
8.根据权利要求5所述的无线电力输送装置，其特征在于， 对电力负载电路连接充电器，并蓄积该电力负载电路的所需电力的一部分。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的无线电力输送装置，其特征在于， 天线由微小矩形体的集合体形成。
10.一种图像显示系统，在无线供电装置上纵横地配置多个图像显示装置而构成，该图像显示系统的特征在于， 所述多个图像显示装置分别在表面侧具有显示器、且在与所述无线供电装置相接的一侧的背面具有电力接收用天线，并在所述显示器与所述电力接收用天线之间具备可变电抗电路，所述无线供电装置在与所述多个图像显示装置的所述电力接收用天线对立的位置配置电力发送用天线，从该电力发送用天线经由可变电抗电路而与电力产生电路连接。
11.根据权利要求10所述的图像显示系统，其特征在于， 所述电力接收用天线以及所述电力发送用天线具备第一供电点和第二供电点，以一个天线的第一供电点和另一个天线的第一供电点的组进行发送接收的第一电磁波的极化波、与以一个天线的第二供电点和另一个天线的第二供电点的组进行发送接收的第二电磁波的极化波相正交，以第一供电点的组输送电力，以第二供电点的组传递控制信号。
12.根据权利要求10或11所述的图像显示系统，其特征在于， 所述可变电抗电路的电抗值根据所接收到的电力的大小而可变地调整。
13.—种移动体供电系统，由移动体和无线供电装置构成，该移动体供电系统的特征在于， 所述移动体具备:蓄电池；电力接收用天线，其设置在面向路面的移动体下部；和可变电抗电路，其设置在所述蓄电池与所述电力接收用天线之间， 所述无线供电装置在所述路面上的与所述电力接收用天线对立的位置配置电力发送用天线，从该电力发送用天线经由可变电抗电路而与电力产生电路连接。
14.根据权利要求13所述的移动体供电系统，其特征在于， 所述电力接收用天线以及所述电力发送用天线具备第一供电点和第二供电点，以一个天线的第一供电点和另一个天线的第一供电点的组进行发送接收的第一电磁波的极化波、与以一个天线的第二供电点和另一个天线的第二供电点的组进行发送接收的第二电磁波的极化波相正交，以第一供电点的组输送电力，以第二供电点的组传递控制信号。
15.根据权利要求13或14所述的移动体供电系统，其特征在于， 所述可变电抗电路的电抗值根据所接收到的电力的大小而可变地调整。
【文档编号】H02J7/00GK103516059SQ201310238056
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2013年6月17日 优先权日:2012年6月20日
【发明者】武井健 申请人:株式会社日立制作所