无线电力传输装置、无线电力传输装置中的输入阻抗的负荷变动响应性的调整方法以及 ...的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种无线电力传输装置、无线电力传输装置中的输入阻抗的负荷变动 响应性的调整方法以及无线电力传输装置的制造方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，笔记本型PC(PersonalComputer:个人电脑）、平板型PC、数码相机、移动 电话、便携式游戏机、耳机型音乐播放器、无线式头戴型耳机、助听器、记录器等人所能够携 带使用的便携式的电子设备正快速普及。而且，这些便携式的电子设备的大部分中搭载有 充电电池，需要定期充电。为了简化对该电子设备的充电电池的充电作业，通过在供电装置 与搭载于电子设备的受电装置之间利用无线传输电力的供电技术（改变磁场而进行电力 传输的无线电力传输技术）来对充电电池进行充电的设备正不断增加。
[0003]例如，作为无线电力传输技术，能够列举利用线圈间的电磁感应进行电力传输的 技术（例如参照专利文献1)、通过利用供电装置和受电装置所具备的谐振器（线圈）间的 谐振现象（磁场谐振态）使磁场耦合而进行电力传输的技术（例如参照专利文献2)。
[0004]另外，关于对充电电池（例如锂离子二次电池等）进行充电的方式，已知有恒定电 流恒定电压充电方式。而且，在通过利用上述无线进行电力传输的无线电力传输装置以恒 定电流恒定电压充电方式对锂离子二次电池进行充电的情况下，在从恒定电流充电转变为 恒定电压充电时，所供给的电流值衰减，包括充电电池在内的被供电设备（包括充电电池、 稳定电路、充电电路等）的负荷阻抗的值上升。
[0005]这样，包括被供电设备在内的无线电力传输装置整体的输入阻抗也上升，但只要 能够增大与该被供电设备的负荷阻抗的值的上升相应的输入阻抗的变化量，就能够减少充 电时所消耗的电力量。即，为了减少充电时所消耗的电力量，要求能够调整负荷变动响应 性，该负荷变动响应性是针对被供电设备的负荷阻抗的单位变化量的、无线电力传输装置 的输入阻抗的值的变化量。
[0006]而且，为了能够调整负荷变动响应性，考虑个别地设置阻抗匹配器。
[0007] 专利文献1:日本专利第4624768号公报
[0008] 专利文献2:日本特开2010-239769号公报
【发明内容】
[0009]发明要解决的问题
[0010] 然而，个别地设置阻抗匹配器对于要求便携性、小型化、低成本化的便携式电子设 备而言会产生零件件数变多的不佳状况。
[0011]换言之，期望在无线电力传输装置（供电装置和受电装置）中不追加新的设备地 调整负荷变动响应性。
[0012] 因此，本发明的目的在于提供一种不追加新的设备、而是通过调整无线电力传输 装置中的供电装置和受电装置中设置的线圈间的耦合系数来调整负荷变动响应性、由此能 够控制所供给的电力量的无线电力传输装置中的输入阻抗的负荷变动响应性的调整方法 等。
[0013] 用于解决问题的方案
[0014] 用于解决上述问题的发明之一是一种无线电力传输装置中的输入阻抗的负荷变 动响应性的调整方法，该无线电力传输装置从供电模块以改变磁场的方式对连接有消耗电 力的被供电设备的受电模块供给电力，该方法的特征在于，上述供电模块和上述受电模块 各自至少具有一个线圈，通过分别调整邻接的上述线圈间的耦合系数的值来调整负荷变动 响应性，该负荷变动响应性是针对上述被供电设备的负荷阻抗的单位变化量的、该无线电 力传输装置的输入阻抗的值的变化量。
[0015] 根据上述方法，在被无线电力传输装置供给电力的被供电设备中的负荷阻抗发生 变化的情况下，能够通过改变供电模块以及受电模块所具备的线圈间的耦合系数的值来调 整负荷变动响应性，该负荷变动响应性是针对被供电设备的负荷阻抗的单位变化量的、无 线电力传输装置的输入阻抗的值的变化量。由此，例如，如果通过改变上述线圈间的耦合系 数的值来减小负荷变动响应性，则能够减小针对被供电设备中的负荷阻抗的变化的、无线 电力传输装置的输入阻抗的值的变化量。反之，如果通过改变上述线圈间的耦合系数的值 来提高负荷变动响应性，则能够增大针对被供电设备中的负荷阻抗的变化的、无线电力传 输装置的输入阻抗的值的变化量。
[0016] 而且，如果能够提高负荷变动响应性，则能够追随被供电设备中的负荷阻抗的变 化来改变无线电力传输装置的输入阻抗的值，从而能够减少此时供给的电力。另一方面，如 果能够减小负荷变动响应性，则即使被供电设备中的负荷阻抗发生变化，也能够维持无线 电力传输装置的输入阻抗的值，从而能够维持此时供给的电力。
[0017] 并且，不设置新的设备就能够实现无线电力传输装置中的输入阻抗的负荷变动响 应性的调整。即，不增加无线电力传输装置的零件件数就能够调整无线电力传输装置中的 输入阻抗的负荷变动响应性。
[0018] 用于解决上述问题的发明之一是一种无线电力传输装置中的输入阻抗的负荷变 动响应性的调整方法，该无线电力传输装置利用谐振现象来从至少具备供电线圈和供电谐 振器的供电模块对至少具备受电谐振器和受电线圈且连接有消耗电力的被供电设备的受 电模块供给电力，该方法的特征在于，通过调整上述供电线圈与上述供电谐振器之间的耦 合系数k12、上述供电谐振器与上述受电谐振器之间的耦合系数k23以及上述受电谐振器与 上述受电线圈之间的耦合系数k34的值中的至少一个，来调整上述负荷变动响应性。
[0019] 根据上述方法，关于利用谐振现象从供电模块对受电模块供给电力的无线电力传 输装置，通过调整供电线圈与供电谐振器之间的耦合系数k12、供电谐振器与受电谐振器之 间的耦合系数k23以及受电谐振器与受电线圈之间的耦合系数k34的值，能够调整无线电力 传输装置中的输入阻抗的负荷变动响应性。
[0020] 用于解决上述问题的发明之一是上述无线电力传输装置中的输入阻抗的负荷变 动响应性的调整方法，其特征在于，通过分别改变上述供电线圈与上述供电谐振器之间的 距离、上述供电谐振器与上述受电谐振器之间的距离以及上述受电谐振器与上述受电线圈 之间的距离中的至少一个，来调整各上述耦合系数k12、k23、k34的值。
[0021] 根据上述方法，能够通过改变供电线圈与供电谐振器之间的距离来改变耦合系数 k12的值，能够通过改变供电谐振器与受电谐振器之间的距离来改变耦合系数k23的值，能够 通过改变受电谐振器与受电线圈之间的距离来改变耦合系数k34的值。由此，能够通过物理 地改变供电线圈与供电谐振器之间的距离、供电谐振器与受电谐振器之间的距离以及受电 谐振器与受电线圈之间的距离这样的简单作业，来改变各个线圈间的耦合系数的值。即，能 够通过物理地改变供电线圈与供电谐振器之间的距离、供电谐振器与受电谐振器之间的距 离以及受电谐振器与受电线圈之间的距离这样的简单作业，来调整无线电力传输装置中的 输入阻抗的负荷变动响应性。
[0022] 用于解决上述问题的发明之一是上述无线电力传输装置中的输入阻抗的负荷变 动响应性的调整方法，其特征在于，在将上述供电谐振器与上述受电谐振器之间的距离以 及上述受电谐振器与上述受电线圈之间的距离固定的情况下，基于以下特性来调整上述负 荷变动响应性：随着上述供电线圈与上述供电谐振器之间的距离缩短，上述供电线圈与上 述供电谐振器之间的上述耦合系数k12的值变大，随着上述耦合系数k12的值变大，该无线电 力传输装置中的输入阻抗的负荷变动响应性变高。
[0023] 根据上述方法，在将供电谐振器与受电谐振器之间的距离以及受电谐振器与受电 线圈之间的距离固定的情况下，能够通过缩短供电线圈与供电谐振器之间的距离来增大供 电线圈与供电谐振器之间的耦合系数k12的值，通过增大耦合系数k12的值来提高该无线电 力传输装置中的输入阻抗的负荷变动响应性。反之，能够通过延长供电线圈与供电谐振器 之间的距离来减小供电线圈与供电谐振器之间的耦合系数k12的值，通过减小耦合系数k12 的值来减小该无线电力传输装置中的输入阻抗的负荷变动响应性。
[0024] 而且，如果能够提高负荷变动响应性，则能够增大针对被供电设备中的负荷阻抗 的变化的、无线电力传输装置的输入阻抗的值的变化量，因此，能够追随被供电设备中的负 荷阻抗的变化来大幅改变无线电力传输装置的输入阻抗的值，从而能够减少此时供给的电 力。另一方面，如果能够减小负荷变动响应性，则能够减小针对被供电设备中的负荷阻抗的 变化的、无线电力传输装置的输入阻抗的值的变化量，因此即使被供电设备中的负荷阻抗 发生变化，也能够维持无线电力传输装置的输入阻抗的值，从而能够维持此时供给的电力。
[0025] 用于解决上述问题的发明之一是上述无线电力传输装置中的输入阻抗的负荷变 动响应性的调整方法，其特征在于，在将上述供电线圈与上述供电谐振器之间的距离以及 上述供电谐振器与上述受电谐振器之间的距离固定的情况下，基于以下特性来调整上述负 荷变动响应性：随着上述受电谐振器与上述受电线圈之间的距离缩短，上述受电谐振器与 上述受电线圈之间的上述耦合系数k34的值变大，随着上述耦合系数k34的值变大，该无线电 力传输装置中的输入阻抗的负荷变动响应性变高。
[0026] 根据上述方法，在将供电线圈与供电谐振器之间的距离以及供电谐振器与受电谐 振器之间的距离固定的情况下，能够通过缩短受电谐振器与受电线圈之间的距离来增大受 电谐振器与受电线圈之间的耦合系数k34的值，通过增大耦合系数k34的值来提高该无线电 力传输装置中的输入阻抗的负荷变动响应性。反之，能够通过延长受电谐振器与受电线圈 之间的距离来减小受电谐振器与受电线圈之间的耦合系数k34的值，通过减小耦合系数k34 的值来减小该无线电力传输装置中的输入阻抗的负荷变动响应性。
[0027] 而且，如果能够提高负荷变动响应性，则能够增大针对被供电设备中的负荷阻抗 的变化的、无线电力传输装置的输入阻抗的值的变化量，因此，能够追随被供电设备中的负 荷阻抗的变化来大幅改变无线电力传输装置的输入阻抗的值，从而能够减少此时供给的电 力。另一方面，如果能够减小负荷变动响应性，则能够减小针对被供电设备中的负荷阻抗的 变化的、无线电力传输装置的输入阻抗的值的变化量，因此即使被供电设备中的负荷阻抗 发生变化，也能够维持无线电力传输装置的输入阻抗的值，从而能够维持此时供给的电力。
[0028] 用于解决上述问题的发明之一是上述无线电力传输装置中的输入阻抗的负荷变 动响应性的调整方法，其特征在于，设定成与供给至上述供电模块的电力的驱动频率相对 的传输特性的值在低于上述供电模块和上述受电模块中的谐振频率的驱动频带和高于上 述谐振频率的驱动频带分别具有波峰，供给至上述供电模块的电力的上述驱动频率处于与 在低于上述谐振频率的驱动频带出现的传输特性的峰值对应的频带。
[0029] 根据上述方法，在设定成与供给至供电模块的电力的驱动频率相对的传输特性的 值在低于供电模块和受电模块中的谐振频率的驱动频带和高于谐振频率的驱动频带分别 具有波峰的情况下，将供给至供电模块的电力的驱动频率设定为与在低于谐振频率的驱动 频带出现的传输特性的峰值对应的频带的频率，由此能够确保较高的传输特性。
[0030] 另外，在供电模块的外周侧产生的磁场与在受电模块的外周侧产生的磁场相抵 消，由此，在供电模块和受电模块的外周侧，磁场造成的影响减少，能够形成具有比供电模 块和受电模块的外周侧以外的磁场强度小的磁场强度的磁场空间。由此，将不期望受到磁 场影响的电路等保存在所形成的磁场空间内，由此能够有效活用空间，从而能够实现无线 电力传输装置自身的小型化。
[0031] 用于解决上述问题的发明之一是上述无线电力传输装置中的输入阻抗的负荷变 动响应性的调整方法，其特征在于，设定成与供给至上述供电模块的电力的驱动频率相对 的传输特性的值在低于上述供电模块和上述受电模块中的谐振频率的驱动频带和高于上 述谐振频率的驱动频带分别具有波峰，供给至上述供电模块的电力的上述驱动频率处于与 在高于上述谐振频率的驱动频带出现的传输特性的峰值对应的频带。
[0032] 根据上述方法，在设定成与供给至供电模块的电力的驱动频率相对的传输特性的 值在低于供电模块和受电模块中的谐振频率的驱动频带和高于谐振频率的驱动频带分别 具有波峰的情况下，将供给至供电模块的电力的驱动频率设定为与在高于谐振频率的驱动 频带出现的传输特性的峰值对应的频带的频率，由此能够确保较高的传输特性。
[0033] 另外，在供电模块的内周侧产生的磁场与在受电模块的内周侧产生的磁场相抵 消，由此，在供电模块和受电模块的内周侧，磁场造成的影响减少，能够形成具有比供电模 块和受电模块的内周侧以外的磁场强度小的磁场强度的磁场空间。由此，将不期望受到磁 场影响的电路等保存在所形成的磁场空间内，由此能够有效活用空间，从而能够实现无线 电力传输装置自身的小型化。
[0034] 用于解决上述问题的发明之一是一种无线电力传输装置，其特征在于，通过上述 记载的无线电力传输装置中的输入阻抗的负荷变动响应性的调整方法被进行调整。
[0035] 根据上述结构，不设置新的设备就能够实现无线电力传输装置中的输入阻抗的负 荷变动响应性的调整。即，不增加无线电力传输装置的零件件数就能够调整无线电力传输 装置中的输入阻抗的负荷变动响应性。
[0036] 用于解决上述问题的发明之一是一种无线电力传输装置的制造方法，该无线电力 传输装置从供电模块以改变磁场的方式对连接有消耗电力的被供电设备的受电模块供给 电力，该方法的特征在于，上述供电模块和上述受电模块各自至少设置一个线圈，该方法包 括以下步骤：通过分别调整邻接的上述线圈间的耦合系数的值来调整负荷变动响应性，该 负荷变动响应性是针对上述被供电设备的负荷阻抗的单位变化量的、该无线电力传输装置 的输入阻抗的值的变化量。
[0037] 根据上述方法，能够制造不设置新的设备就能够调整无线电力传输装置中的输入 阻抗的负荷变动响应性的无线电力传输装置。即，能够制造不增加无线电力传输装置的零 件件数就能够调整无线电力传输装置中的输入阻抗的负荷变动响应性的无线电力传输装 置。
[0038] 发明的效果
[0039] 能够提供一种通过调整无线电力传输装置中的供电装置和受电装置中设置的线 圈间的耦合系数来调整负荷变动响应性、由此能够控制所供给的电力量的无线电力传输装 置中的输入阻抗的负荷变动响应性的调整方法等。
【附图说明】
[0040] 图1是无线电力传输装置的概要说明图。
[0041] 图2是无线电力传输装置的等效电路的说明图。
[0042] 图3是表示锂离子二次电池的充电特性以及被供电设备的负荷阻抗的负荷变动 特性的图表。
[0043] 图4是示出了与驱动频率相对的传输特性"S21"的关系的说明图。
[0044] 图5是表示测定实验1所涉及的测定结果的图表。
[0045] 图6是表示测定实验2所涉及的测定结果的图表。
[0046] 图7是表示测定实验3所涉及的测定结果的图表。
[0047] 图8是表示测定实验4所涉及的测定结果的图表。
[0048] 图9是表示测定实验5所涉及的测定结果的图表。
[0049] 图10是表示测定实验6所涉及的测定结果的图表。
[0050] 图11是表示无线电力传输中的线圈间距离与耦合系数的关系的图表。
[0051] 图12是说明无线电力传输装置的制造方法的说明图。
[0052] 图13是说明包含无线电力传输装置的无线式头戴型耳机以及充电器的设计方法 的流程图。
【具体实施方式】