无线供电装置制造方法及图纸

设于送电装置(PSU)的送电环形线圈(np)从直流电源取出电能，并在空间产生周期性变化的电磁场共振能量。设于受电装置(PRU)的受电环形线圈(ns)从空间取出周期性变化的电磁场共振能量作为电能并向负载供给电力。送电环形线圈(np)和受电环形线圈(ns)发生电磁场共振耦合，以无线的方式从送电装置(PSU)向受电装置(PRU)供给电力。

【技术实现步骤摘要】
无线供电装置本申请是申请号为“201380053064.1”，申请日为2013年10月09日，专利技术名称为“无线供电装置”之申请的分案申请。
本专利技术涉及由电力发送装置和电力接收装置构成的无线供电装置。
技术介绍
近年来，伴随着电子设备的小型轻量化以及低耗电化，进而伴随着电池容量的增大化，电池驱动的电子设备不断增加。此外，在近距离时以无线的方式进行设备间的数据通信的利用形态也有所增加。伴随着这些情形，对于电力也要求非接触下的输送技术。例如，现有的非接触型的充电系统如专利文献1所示，由在充电台等中具备初级侧线圈的送电装置和具备次级线圈以及充电电池的便携式电子设备构成，用户将便携式电子设备载置于送电装置。由此，送电装置的初级侧线圈和便携式电子设备的次级侧线圈发生电磁感应耦合(磁场耦合)来向充电装置侧供给电力，从而二次电池被充电。在先技术文献专利文献专利文献1：日本特开2008-206327号公报
技术实现思路
专利技术要解决的课题在专利文献1的非接触型的充电系统中，送电线圈和受电线圈作为利用了电磁感应的绝缘变压器来起作用，只不过作为利用了磁耦合的变压器来加以利用。在利用了电磁感应的变压器中，使由初级绕组中流动的电流所产生的磁通与次级绕组发生交链而流动电流，效率良好地从电变换为磁然后变换为电是较为重要的。在利用了电磁感应的无线供电装置中，为了提高电力变换效率，如何提高初级绕组和次级绕组的磁耦合度较为重要。然而，为了防止磁饱和，或者受到物理上的制约，难以增大变压器的磁耦合度的情形也较多，其结果无法获得高的电力变换效率。此外，近年来，使用了共振方式的无线供电技术的研究开发变得活跃。2007年由MIT(麻省理工学院)报告而吸引关注的、频率10MHz、输送距离2m的电力输送实验中，电力效率非常低约15％。其主要理由被推测为使用科尔皮兹振荡电路来产生高频交流电流的缘故。认为在科尔皮兹振荡电路中的功率放大电路之中，在产生交流电流的阶段损失许多电力。可以说无线供电中的最重要的课题就是高效率的高频交流电流的产生。本专利技术涉及形成电磁场共振耦合来进行无线供电的装置。在以电磁场共振耦合来进行无线供电的情况下，存在如下这种的课题。(1)在形成磁场共振耦合来进行无线供电的装置中，使用电力输送器件来进行电力的发送、接收，但在到目前为止的电力输送器件中，使用的是具有复杂构造的螺旋形线圈等。然而，在高频率下发生共振来形成耦合的电磁场共振耦合中，电力输送器件在构造上具有的电容成分即杂散电容会给共振频率带来较大影响。但是，在工业应用上，对在构造上所决定的杂散电容进行管理、调整是非常困难的，故谋求形成使用了由简单构造构成的电力输送器件的电磁场共振耦合来进行无线供电的技术。(2)关于作为目标的负载所消耗的电力相对于在电力源中产生的电力的比例即电力效率，若将匝数多的线圈设为电力输送器件，则等效串联交流电阻将变大，所以电力效率大幅下降。(3)若在用于形成电磁场共振耦合的交流电力发生源中使用功率放大电路，则该功率放大电路中的电力损耗大，例如在A级放大电路中，用于产生交流电力的电力效率在理论上最高也只为50％。因而，若使用功率放大电路，则只能构成电力效率非常差的无线供电系统。本专利技术的目的在于，提供作为电力输送器件而使用环形线圈、且非常简单的无线供电装置。用于解决课题的手段本专利技术的无线供电装置如下那样构成。(1)一种无线供电装置，由具备送电线圈的送电装置和具备受电线圈的受电装置构成，所述无线供电装置的特征在于具备：与所述送电线圈等效地串联连接来构成送电侧谐振电路的至少一个谐振电容器Cr；送电侧开关电路，其具备与所述送电侧谐振电路连接且通过接通断开从而向所述送电侧谐振电路断续地施加直流电源以使送电侧谐振电路产生谐振电流的开关元件、和对该开关元件进行控制的开关控制电路；与所述受电线圈等效地串联连接来构成受电侧谐振电路的至少一个谐振电容器Crs；和受电侧整流电路，其与所述受电侧谐振电路连接，且具备对谐振电流进行整流并向负载供给电流的整流元件，所述送电线圈或者所述受电线圈当中的至少一方为环形线圈(送电环形线圈np或者受电环形线圈ns)，所述送电线圈从所述直流电源取出电能，并在空间产生周期性变化的电磁场共振能量，所述受电线圈从空间取出周期性变化的电磁场共振能量作为电能并向负载供给电力，在所述送电线圈与所述受电线圈之间由于相互感应而等效地形成互电感Lm，所述送电侧谐振电路和所述受电侧谐振电路发生共振，通过所述互电感Lm中流动谐振电流的电磁场共振耦合，从所述送电装置向所述受电装置输送电力。通过上述构成，不使用复杂的线圈而使用简单的环形线圈便能形成电磁场共振耦合，能够构成简单的开关无线供电装置。此外，环形线圈由于等效串联交流电阻小，因此环形线圈中的电力损耗小，通过磁场谐振耦合能够从送电电路向受电电路效率良好地输送电力，能够谋求无线供电装置的高效率化。(2)优选所述环形线圈被形成在二维平面。由此，能够构成简单且薄型的无线供电装置。(3)根据需要，优选所述环形线圈被形成在相互正交的两个二维平面上，构成了三维空间的环形线圈。通过该构造，在xyz轴的三个轴之中两个轴方向上能够容易地收发能量，关于送受电装置的位置关系，自由度大幅提升。(4)优选所述环形线圈被形成在相互正交的三个二维平面上，构成了三维空间的环形线圈。根据该构造，关于xyz轴的三个法线方向，能够容易地收发能量，关于送受电装置的位置关系，自由度大幅扩大。(5)根据需要，优选所述环形线圈在相同的二维平面上被回旋多次形成。根据该构成，环形线圈所形成的磁能变大，每单位周期的电磁场共振能量变大，能够增大电力发送量。由此，能够谋求无线供电装置的小型轻量化。(6)优选在所述受电装置的输出连接了适当的负载的情况下，若用fr来表征从与所述送电侧开关电路连接的送电侧谐振电路的输入观察负载侧整体的输入阻抗为极小的谐振频率，用fs来表征开关频率，则所述开关控制电路被构成为以fs＝fr±20％来动作。根据该构成，开关频率fs在谐振频率fr附近动作，因此共振能量变大，能够增大能量发送量。由此，能够谋求无线供电装置的小型轻量化。(7)优选在所述受电装置的输出连接了适当的负载的情况下，若用fr来表征从与所述送电侧开关电路连接的送电侧谐振电路的输入观察负载侧整体的输入阻抗为极小的谐振频率，用fs来表征开关频率，则所述开关控制电路被构成为以fs＞fr来动作。根据该构成，从开关电路观察的多谐振电路的输入阻抗变为感应性，鉴于此，在构成送电电路的开关元件中能够实现零电压开关ZVS动作。此外，可以遍及所有负载范围来进行开关元件的ZVS动作。通过该ZVS动作，来降低开关损耗，从而能够谋求高效率化，能够谋求无线供电装置的小型轻量化。(8)优选所述开关控制电路被构成为按照在所述开关元件的两端电压下降至零电压附近时开启所述开关元件的方式进行控制，来进行零电压开关动作。根据该构成，在两端电压下降至零电压附近时开启，从而能够将开关损耗降低得更少。此外，通过ZVS动作来降低开关损耗，从而能够谋求高效率化，能够谋求无线供电装置的小型轻量化。(9)也可以所述受电侧整流电路相对于构成所述受电侧谐振电路的谐振电容器而被例如串联连接，按照取出所述谐振电容器中流动的电流的方式进行整流并本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无线供电装置，由具备送电线圈的送电装置和具备受电线圈的受电装置构成，所述无线供电装置具备：与所述送电线圈等效地串联连接来构成送电侧谐振电路的至少一个谐振电容器；送电侧开关电路，其具备与所述送电侧谐振电路连接且通过接通断开从而向所述送电侧谐振电路断续地施加直流电源以使送电侧谐振电路产生谐振电流的开关元件、和对该开关元件进行控制的开关控制电路；与所述受电线圈等效地串联连接来构成受电侧谐振电路的至少一个谐振电容器；和受电侧整流电路，其与所述受电侧谐振电路连接，且具备对谐振电流进行整流而向负载供给电流的整流元件，所述送电线圈或者所述受电线圈当中的至少一方为与导体线相比具有10倍以上的直径的环形线圈，所述环形线圈与所述开关元件或者所述整流元件直接地电连接，所述送电线圈从所述直流电源取出电能，在空间产生周期性变化的电磁场共振能量，所述受电线圈从空间取出周期性变化的电磁场共振能量作为电能而向负载供给电力，在所述送电线圈与所述受电线圈之间通过相互感应而等效地形成互电感，不参与所述相互感应的所述环形线圈的漏电感构成所述送电侧谐振电路或所述受电侧谐振电路的一部分，通过使开关频率与所述送电侧谐振电路和所述受电侧谐振电路不发生电容耦合而是发生电磁场共振耦合而形成的多谐振电路的谐振频率相调谐，由此形成电磁场共振耦合，所述送电侧谐振电路和所述受电侧谐振电路发生共振，通过在所述互电感中流过谐振电流的电磁场共振耦合，从所述送电装置向所述受电装置输送电力，进行所述电磁场共振耦合的电路的阻抗变大的高次的频率分量被切断，通过进行所述共振，在所述环形线圈中主要仅流过开关频率分量的共振电流，所述环形线圈形成电磁场共振耦合，将来自所述环形线圈的反射电力不作为能量损耗而是作为谐振能量来保存，与所述环形线圈一起构成所述送电侧谐振电路或所述受电侧谐振电路的所述谐振电容器被构成为：在所述受电装置的输出连接有负载的状态下，从与所述送电侧开关电路连接的所述送电侧谐振电路的输入观察负载侧整体而得到的输入阻抗为极小的谐振频率被设定为与所述开关频率大致一致，所述电磁场共振耦合不受所述环形线圈具有的电容成分即杂散电容的影响。...

【技术特征摘要】
2012.10.11 JP 2012-2259171.一种无线供电装置，由具备送电线圈的送电装置和具备受电线圈的受电装置构成，所述无线供电装置具备：与所述送电线圈等效地串联连接来构成送电侧谐振电路的至少一个谐振电容器；送电侧开关电路，其具备与所述送电侧谐振电路连接且通过接通断开从而向所述送电侧谐振电路断续地施加直流电源以使送电侧谐振电路产生谐振电流的开关元件、和对该开关元件进行控制的开关控制电路；与所述受电线圈等效地串联连接来构成受电侧谐振电路的至少一个谐振电容器；和受电侧整流电路，其与所述受电侧谐振电路连接，且具备对谐振电流进行整流而向负载供给电流的整流元件，所述送电线圈或者所述受电线圈当中的至少一方为与导体线相比具有10倍以上的直径的环形线圈，所述环形线圈与所述开关元件或者所述整流元件直接地电连接，所述送电线圈从所述直流电源取出电能，在空间产生周期性变化的电磁场共振能量，所述受电线圈从空间取出周期性变化的电磁场共振能量作为电能而向负载供给电力，在所述送电线圈与所述受电线圈之间通过相互感应而等效地形成互电感，不参与所述相互感应的所述环形线圈的漏电感构成所述送电侧谐振电路或所述受电侧谐振电路的一部分，通过使开关频率与所述送电侧谐振电路和所述受电侧谐振电路不发生电容耦合而是发生电磁场共振耦合而形成的多谐振电路的谐振频率相调谐，由此形成电磁场共振耦合，所述送电侧谐振电路和所述受电侧谐振电路发生共振，通过在所述互电感中流过谐振电流的电磁场共振耦合，从所述送电装置向所述受电装置输送电力，进行所述电磁场共振耦合的电路的阻抗变大的高次的频率分量被切断，通过进行所述共振，在所述环形线圈中主要仅流过开关频率分量的共振电流，所述环形线圈形成电磁场共振耦合，将来自所述环形线圈的反射电力不作为能量损耗而是作为谐振能量来保存，与所述环形线圈一起构成所述送电侧谐振电路或所述受电侧谐振电路的所述谐振电容器被构成为：在所述受电装置的输出连接有负载的状态下，从与所述送电侧开关电路连接的所述送电侧谐振电路的输入观察负载侧整体而得到的输入阻抗为极小的谐振频率被设定为与所述开关频率大致一致，所述电磁场共振耦合不受所述环形线圈具有的电容成分即杂散电容的影响。2.根据权利要求1所述的无线供电装置，其中，所述环形线圈被形成在二维平面。3.根据权利要求1所述的无线供电装置，其中，所述环形线圈是被形成在相互正交的两个二维平面上的三维空间内的环形线圈。4.根据权利要求1所述的无线供电装置，其中，所述环形线圈是被形成在相互正交的三个二维平面上的三维空间内的环形线圈。5.根据权利要求1～4中任一项所述的无线供电装置，其中，所述环形线圈在同一二维平面上被回旋多次而形成。6.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：细谷达也，
申请(专利权)人：株式会社村田制作所，
类型：发明
国别省市：日本,JP