无线供电系统以及无线供电装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种以无线方式向受电装置提供电力的无线供电系统以及无线供电
目.0
【背景技术】
[0002]近年来，不使用配线电缆就能向电动汽车、便携式设备、薄型电视机等提供电力的无线供电系统的研究较为活跃。尤其是，进行供电的送电侧电极与接受供电的受电侧电极不接触也能够对对象设备的电池进行充电的电场耦合方式备受关注(例如，参照专利文献I以及专利文献2)。
[0003]作为非接触的供电方式，除了电场耦合方式之外还有电磁感应方式、磁共振方式等。其优点在于，在使用高频域进行无线供电时，即使调谐线圈或电极间介质的介电率小，也能够输送大的电力。
[0004]无线供电中，在受电侧有必要将交流电力转换为直流电力。但是，目前尚无可对应高频率的令人满意的整流结构，频率越高越易损失部分能量，因此存在直流转换时的电力効率降低的问题。例如，在使用二极管的情况下，由于在该二极管的正极与负极之间的耗尽层形成的寄生静电容量(1pF?10pF)，部分高频率不经整流就会通过。通过了二极管的交流电流(电力)被用于进行平滑的电容器等消耗，而造成供电的电力効率降低。为了提供大电力，可以考虑提高供电侧的高频输出，但随着高频输出的増大，整流部的损失也増大，因此并不能改善电力効率。另外，高频输出的増大，可能会导致平滑电容器破损。
[0005]<现有技术文献>
[0006]<专利文献>
[0007]专利文献1:日本特开2010-148287号公报
[0008]专利文献2:日本特开2012-034447号公报
【发明内容】
[0009]<本发明要解决的课题>
[0010]因此，能够提高高频无线供电时的电力効率的结构和方法为众之所望。
[0011]本申请的目的在于，提供一种以简单的结构就能够提高电力効率的无线供电系统以及供电装置。
[0012]<解决上述课题的手段>
[0013]为了达成上述目的，通过同时提供具有第一频率以及第二频率的至少2个不同频率的交流电力，来提高在受电侧转换成直流电力时的电力効率。具体是，在由供电装置向受电装置以非接触的方式提供电力的供电系统中，所述供电装置同时提供不同频率的多个交流电力，并且，所述受电装置具有将被提供的所述多个交流电力转换成直流电力的整流电路。并且，所述第一频率为0.5MHz?10GHz，所述第二频率比所述第一频率低1Hz?300kHz ο
[0014]作为优选结构例，所述第一频率与所述第二频率的交流电力在所述供电装置内混合，而生成混合波，并将该混合波作为电力供给所述受电装置。
[0015]〈发明的效果〉
[0016]通过同时提供至少2个不同频率的交流电力，在通过介电体以非接触方式供电时，能够有效传输高频的交流电力，并在受电侧有效地对交流电力进行整流。通过对不同频率的交流电力进彳丁混合处理并提供混合波，能够提尚整体的供电効率。
【附图说明】
[0017]图1是表示本申请的实施方式的无线供电系统的结构例的方框图。
[0018]图2是表示本申请的实施方式的无线供电系统的一例的图。
[0019]图3是对只有第一频率的交流电力、第一频率与第二频率的混合波的交流电力的供电効率进行比较的图表。
[0020]图4是实施方式的无线供电系统的变形例1，是在受电装置插入共振电路时的概略结构图。
[0021]图5是实施方式的无线供电系统的变形例2，是将实施方式的结构应用于电磁感应以及磁共振方式时的概略结构图。
[0022]图6是实施方式的无线供电系统的变形例3，是电场耦合方式的供电系统中，在供电侧插入并联共振电路时的概略结构图。
[0023]图7是实施方式的无线供电系统的变形例4，是电场耦合方式的供电系统中，在供电侧和受电侧插入并联共振电路时的概略结构图。
【具体实施方式】
[0024]以下，参照附图来说明发明的实施方式。实施方式中为了以简单的结构提高高频供电的电力効率，作为交流电源使用混合波发生部21。
[0025]图1是本发明的实施方式的无线供电系统10的概略方框图。无线供电系统10包括供电装置20和受电装置30。作为一例，无线供电系统10采用电场耦合方式。供电装置20具有供电电极29a、29b，受电装置30具有受电电极31a、31b。供电电极29a、29b以及受电电极31a、31b，例如是平板电极，能够使用金属、金属氧化物、炭素等任意的材料，以任意厚度形成该平板电极。供电电极29a、29b作为非接触送电部发挥功能。供电时，供电电极29a与受电电极3Ia相对，供电电极29b与受电电极3Ib相对，通过电极间的电场耦合，向受电装置30提供电力。
[0026]例如，供电装置20是被固定的装置，受电装置30是移动体。使受电装置30的受电电极31a、31b，通过任意的介质(空气、树脂薄片、树脂板等)，与供电装置30的供电电极29a,29b相对，从而能够由供电装置20向受电装置30以非接触(无线)的方式提供电力。
[0027]供电装置20除了具有供电电极29a、29b之外，还具有作为交流源的混合波发生部21和第I线圈L21、第2线圈L22。
[0028]受电装置30具有整流装置D31和负载R31。整流装置D31可以是由二极管形成的桥式整流电路、使用MOSFET的同步整流电路等。
[0029]图2是本发明的实施方式的无线供电系统1A的概略结构图。在此省略与图1相同部分的说明。混合波发生部21A具有第一频率电力生成部22、第二频率电力生成部25以及混合器23。
[0030]第一频率电力生成部22生成第一频率的交流电力，该第一频率为0.5MHz?1GHz、优选为IMHz?30MHz、更优选为2MHz?15MHz。在第一频率不足0.5MHz的情况下，整流装置，例如整流二极管的效率原本不差，因此形成混合波的必要性较低。第一频率大于1GHz时，即使利用混合波，电力効率的改善效果也较小。
[0031]第二频率电力生成部25生成第二频率的交流电力，该第二频率比第一频率低1Hz?300kHz、优选为20Hz?150kH、更优选为40Hz?10kHz频率。第一频率与第二频率之差不足1Hz时，在通过介电体以非接触的方式供电的过程中，电力効率显著降低。所述频率之差为300kHz以上的情况下，难以显出混合波的效果。在实施方式中，为了使非接触方式提供电力时的电力効率增大，而利用混合波。
[0032]优选为第一频率电力与第二频率电力尽量是相同电力。两者不同的情况下，可获得的所述电力効率増大効果为，较小一方的电力的2倍电力为止。
[0033]混合器23对由第一频率电力生成部22生成的第一频率电力C、由第二频率电力生成部25生成的第二频率电力S进行混合处理，并输出混合波D。向混合器23输入第一频率电力C与第二频率电力S之后，生成具有两者之差的频率起伏(振幅调制)的波，并作为混合波D由混合器23输出。该混合波D成为混合波发生部21的输出。
[0034]混合波D的电力从第I线圈L21通过第2线圈L22，作为交流电流而被提供到电极29a、29b 上。
[0035]受电装置30除了具有电极3la、3Ib之外，还具有线圈L31、整流装置(例如整流二极管)D31和负载R31。通过使电极31a、31b与供电装置20的电极29a、29b对应，相对的电极29a、31a之间(以及29b、31b之间)电界耦合，使受电装置30感应交流电流。
[0036]线圈L31发挥作为防反射滤波器的功能，防止被提供给受电装置30的电力在供电装置20侧被反射。该防反射滤波器并不限定于线圈L31，亦可由电容器实现。
[0037]通过线圈L31的交流电力在整流装置(例如，整流二极管)D3被整流。一般而言，由整流二极管进行整流时，尤其是高频効率容易降低。即使在此情况下，实施方式中通过利用混合波，也能够改善电力効率。
[0038]经整流装置D31转换成直流的电流被提供给负载R31。
[0039]图3是表示实施方式的无线供电系统1A的电力効率改善効果的图表。标示了提供第一频率与比它低20kHz或10kHz的第二频率的混合波的交流电力时的效率，以及作为比较例提供只有第一频率的交流电力时的効率。分别表示了将第一频率为IMHz时的効率作为100%，随着频率提高而显现出的效率变化。在此，测定各第一频率时的受电电力，并将各第一频率时的受电电力除以第一频率为IMHz时的受电电力，从而求出所述効率。随着从IMHz开始逐渐提高第一频率，混合波的効率维持効果占优势，成为2MHz以上之后効率维持効果变得更明确，成为4MHz以上尤为显著。该效果在更高的频率也持续。
[0040]如上所述，通过在无线供电系统的供电侧使用实施方式的混合波发生部21，能够对广范围的频域，防止供电効率的降低。
[0041]另外，上述实施方式中将第一频率与