无线电力传送装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种无线电力传送装置，在二次线圈侧构成谐振电路，对流入至谐振电路的谐振电流的相位信息进行检测，并基于所述相位信息，以使流入至一次线圈的驱动电流的电流相位较电压相位略微延迟的方式规定驱动频率而驱动一次线圈。另外，将由二次线圈的漏电感(短路电感)、谐振电容器的电容、及等效负载电阻所决定的Q值设定为由Q＝2/k

Radio power transmission device

【技术实现步骤摘要】
无线电力传送装置本申请为申请日为2019年02月22日，申请号为201910131824.5(国际申请号PCT/JP2014/004827)，专利技术名称为“无线电力传送装置”的专利技术专利申请的分案申请。
本专利技术涉及一种无线电力传送装置，尤其涉及一种将连接于高频电源的一次线圈(coil)、及连接于负载的二次线圈以耦合系数k加以隔离而配置，而自一次线圈对二次线圈非接触地供给电力的无线电力传送装置。
技术介绍
近年来，自提倡磁场谐振(磁谐振)方式的无线电力传送(非接触供电)以来，其应用迅速扩大。尤其，一次线圈与二次线圈之间的耦合系数k小、并且所述耦合系数k也大幅变化的情况下的线圈间的电力传递受到诸多重视。另外，在原始申请的说明书中，术语“漏电感”使用于各处，但是根据JISC5602：1986电子设备用被动零件术语PP.344305(http://kikakurui.com/c5/C5602-1986-01.html#34)，作为“短路电感”或“漏电感(短路电感)”被认为是合适的。因此，在本说明书中使用术语“漏电感(短路电感)”。图24是表示现有的磁场谐振方式的无线电力传送装置的构成的方块图，图25表示其等效电路图。无线电力传送装置200包含一次侧电路(SourceElectronics，电源侧电子器件)210、及二次侧电路(DeviceElectronics，设备侧电子器件)230。一次侧电路210包含：交流/直流(AlternatingCurrent/DirectCurrent，AC/DC)转换电路213，将自交流(AC)电源(ACMains)211供给的交流转换为直流；高频驱动电路215，将所述直流(DC)转换为规定的高频(RF，RadioFrequency，射频)，进行放大并加以输出；一次侧谐振器(SourceResonator，电源侧谐振器)219，被供给所述高频作为驱动电力；以及阻抗匹配电路(ImpedanceMatchingNetworks，IMN)217，在与所述一次侧谐振器219之间进行阻抗匹配。二次侧电路230包含：二次侧谐振器(DeviceResonator，设备侧谐振器)231；阻抗匹配电路(IMN)233；RF/DC整流电路(RF/DCRectifier)235，其将高频(RF)转换为直流，进行整流并输出；以及负载(Load)237，其被供给经整流的直流电力。一次侧谐振器219包含一次线圈、及一次谐振电容器(condenser)，二次侧谐振器231包含二次线圈、及二次谐振电容器。在磁场谐振方式的无线电力传送中，通过使一次侧谐振器219与二次侧谐振器231的谐振频率一致，使双方的谐振器彼此谐振，而即便在距离远的线圈间也可实现高效率的电力传送。另外，磁场谐振方式中，通过使用阻抗匹配电路(IMN)217及阻抗匹配电路(IMN)233分别使阻抗条件匹配，来控制各个谐振器219及谐振器231。在图25所示的等效电路图中，一次侧电路210的Vg、Rg、Cs、Ls、Rs分别表示高频驱动电压、高频驱动电路的等效电阻、谐振电容器的电容(capacitance)、一次线圈的自感(self-inductance)、及一次线圈的等效电阻，二次侧电路的RL、Cd、Ld、Rd分别表示负载的等效电阻、谐振电容器的电容、二次线圈的自感、及二次线圈的等效电阻。另外，M表示一次线圈与二次线圈之间的相互电感。此处，在磁场谐振方式中，需要包含图24所示的一次侧谐振器219，这是磁场谐振方式的最大特征。因此，如图25所示，一次谐振电容器Cs成为必需的构成要素。若原理上考察无线电力传送，则可使包含一次线圈与二次线圈的漏磁通变压器(transformer)的耦合系数k变化，且负载也同时变化。另外，对于无线电力传送，若着眼于构成其的电子电路，则变化的磁参数(parameter)多，因此可以说非常难以同时实现高效率与稳定度、可靠性等。进而，在近年来的电磁相容性(Electro-MagneticCompatibility，EMC)限制下，还有必要引入用以减少噪声电力(噪声电场强度)的软开关(softswitching)方式即零电压开关(ZeroVoltageSwitching，ZVS)技术。因此，自电力控制的观点而言，即便欲求出驱动电路的构成要素的参数的最佳值，也多有各参数值未必协调，成为取舍(tradeoff)的关系而相互竞争，因此极其难以同时实现各参数的最佳值。因此，现有的无线电力传送中，通过牺牲任一参数而实现电力控制。另外，关于无线电力传送中传送的电力的大小，当前虽已获得有实用性的值，但进行驱动的一次线圈中的发热大成为问题。所述发热几乎均由铜耗造成，所述铜耗的克服成为课题。在无线电力传送中，在使一次侧与二次侧双方具有谐振电路的情况下，一次侧的谐振频率与线圈间的距离无关而为固定，但关于二次侧的谐振频率，在线圈间的距离改变而耦合系数变化的情况下，谐振频率也改变。将其表示为数式，则若将二次线圈的电感设为L2，将谐振电容器设为Cp，将耦合系数设为k，则成为：[数1]因此，现有的磁场谐振方式中，仅在线圈间的距离为预先规定的距离的情况下一次侧与二次侧的谐振频率一致，在为除此以外的线圈间距离时谐振频率不一致。因此，在一次线圈与二次线圈具有规定的位置关系的情况下可获得实用上充分的效率，但若线圈间距离远离预先规定的固定的距离关系，或一次线圈与二次线圈的中心轴偏移，则自一次线圈观察到的功率因素急剧恶化。在所述情况下，存在虽可进行电力传送但效率差，而发热进一步增加的问题。进而，还存在如下问题：为了确保驱动一次线圈的开关元件的ZVS动作，需要将一次线圈与二次线圈的相位关系限制于特定的范围内，而仅在非常有限的条件下才可进行ZVS动作。因此，现有的无线电力传送为了恒定地确保ZVS动作，进行一面观察负载的状态一面依照一定的程序(program)使驱动频率可变等处理。[现有技术文献][专利文献]专利文献1：日本专利特开2002-272134专利文献2：日本专利特开昭63-73837专利文献3：日本专利特开2011-97671专利文献4：日本专利第4921466号专利文献5：日本专利第5190108号
技术实现思路
[专利技术要解决的问题]本专利技术的目的在于解决伴随现有的磁场谐振方式的所述各种课题的一部分。尤其，目的在于提供一种无线电力传送装置，在线圈间距离变化，或一次线圈与二次线圈的中心轴偏移等条件变化时，也可将自一次线圈的驱动单元侧与一次线圈的双方观察到的功率因素同时维持为良好的关系，从而可实现有效率的电力传送。另外，目的在于提供一种无线电力传送装置，通过自动获得进行有效率的电力传送的最佳驱动频率，而可利用简单的电路同时减少铜耗与开关损耗，高稳固(robust)性地进行高效率的驱动。[解决问题的技术手段]本专利技术的第1实施例是一种无线电力传送装置，将连接于高频电源的一次线圈、与连接于负载的二次线圈以耦合系数k加以隔离而配置，自一次线圈对二次线圈非接触地供给电力，无线电力传送装置设置有：谐振电流相位检测单元，将谐振电容器耦合于二次线圈而构成谐振电路，并对流入至谐振电容器的谐振电流的相位信息进行检测；相位信息传递单元，以相位前进的方式修正并传递检测到的相位信息；以本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无线电力传送装置，将连接于高频电源的一次线圈、与连接于负载的二次线圈以耦合系数k加以隔离而配置，自所述一次线圈对所述二次线圈非接触地供给电力，所述无线电力传送装置的特征在于，设置有：谐振电流相位检测单元，将谐振电容器耦合于所述二次线圈而构成谐振电路，对流入至所述谐振电容器的谐振电流的相位信息进行检测，且以相位前进的方式数字地处理并修正检测到的相位信息；相位信息传递单元，使用高频载波的电磁波来无线传递经修正的所述相位信息；以及驱动电路，基于所传递的所述相位信息，以使流入至所述一次线圈的驱动电流的电流相位较施加于所述一次线圈的驱动电压的电压相位略微延迟的方式规定驱动频率而驱动所述一次线圈，将由所述二次线圈的漏电感、所述谐振电容器的电容、及所述二次线圈侧的等效负载电阻所决定的Q值设定为Q＝2/k

【技术特征摘要】
2014.05.14 JP PCT/JP2014/0025521.一种无线电力传送装置，将连接于高频电源的一次线圈、与连接于负载的二次线圈以耦合系数k加以隔离而配置，自所述一次线圈对所述二次线圈非接触地供给电力，所述无线电力传送装置的特征在于，设置有：谐振电流相位检测单元，将谐振电容器耦合于所述二次线圈而构成谐振电路，对流入至所述谐振电容器的谐振电流的相位信息进行检测，且以相位前进的方式数字地处理并修正检测到的相位信息；相位信息传递单元，使用高频载波的电磁波来无线传递经修正的所述相位信息；以及驱动电路，基于所传递的所述相位信息，以使流入至所述一次线圈的驱动电流的电流相位较施加于所述一次线圈的驱动电压的电压相位略微延迟的方式规定驱动频率而驱动所述一次线圈，将由所述二次线圈的漏电感、所述谐振电容器的电容、及所述二次线圈侧的等效负载电阻所决定的Q值设定为Q＝2/k2所规定的值以上的值。2.一种无线电力传送装置，将连接于高频电源的一次线圈、与连接于负载的二次线圈以耦合系数k加以隔离而配置，自所述一次线圈对所述二次线圈非接触地供给电力，所述无线电力传送装置的特征在于，设置有：谐振电流相位检测单元，将谐振电容器耦合于所述二次线圈而构成谐振电路，对流入至所述二次线圈的谐振电流的相位信息进行检测，且以相位前进的方式数字地处理并修正检测到的相位信息；相位信息传递单元，使用高频载波的电磁波来无线传递经修正的所述相位信息；以及驱动电路，基于所传递的所述相位信息，以使流入至所述一次线圈的驱动电流的电流相位较施加于所述一次线圈的驱动电压的电压相位略微延迟的方式规定驱动频率而驱动所述一次线圈，将由所述二次线圈的漏电感、所述谐振电容器的电容、及所述二次线圈侧的等效负载电阻所决定的Q值设定为Q＝2/k2所规定的值以上的值。3.一种无线电力传送装置，将连接于高频电源的一次线圈、与连接于负载的二次线圈以耦合系数k加以隔离而配置，自所述一次线圈对所述二次线圈非接触地供给电力，所述无线电力传送装置的特征在于，设置有：谐振电流相位检测单元，将谐振电容器耦合于所述二次线圈而构成谐振电路，自所述一次线圈对流入至所述谐振电路的谐振电流的相位信息进行检测，且以相位前进的方式数字地处理并修正检测到的相位信息；相位信息传递单元，使用高频载波的电磁波来无线传递经修正的所述相位信息；以及驱动电路，基于所传递的所述相位信息，以使流入至所述一次线圈的驱动电流的电流相位较施加于所述一次线圈的驱动电压的电压相位略微延迟的方式规定驱动频率而驱动所述一次线圈，将由所述二次线圈的漏电感、所述谐振电容器的电容、及所述二次线圈侧的等效负载电阻所决定的Q值设定为Q＝2/k2所规定的值以上的值。4.一种无线电力传送装置，将连接于高频电源的一次线圈、与连接于负载的二次线圈以耦合系数k加以隔离而配置，自所述一次线圈对所述二次线圈非接触地供给电力，所述无线电力传送装置的特征在于，设置有：谐振电流相位检测单元，将谐振电容器耦合于所述二次线圈而构成谐振电路，基于如下波形来检测谐振电流的相位信息，且以相位前进的方式数字地处理并修正检测到的相位信息，所述波形是将流入至所述谐振电容器的谐振电流的波形、流入至所述二次线圈的谐振电流的波形、或流入至所述一次线圈的谐振电流的波形中的任一波形、与将所述任一波形反转并积分所得的波形加以重叠合成所得，相位信息传递单元，使用高频载波的电磁波来无线传递经修正的所述相位信息；以及驱动电路，基于所传递的所述相位信息，以使流入至所述一次线圈的驱动电流的电流相位较施加于所述一次线圈的驱动电压的电压相位略微延迟的方式规定驱动频率而驱动所述一次线圈，将由所述二次线圈的漏电感、所述谐振电容器的电容、及所述二次线圈侧的等效负载电阻所决定的Q值设定为Q＝2/k2所规定的值以上的值。5.根据权利要求1至4中任一项所述的无线电力传送装置，其特征在于，包括：滤波器，所述滤波器去除所述谐振电流的波形中所含的失真而仅提取基谐波。6.根据权利要求1至4中任一项所述的无线电力传送装置，其特征在于：所述驱动电路包含驱动所述一次线圈的开关单元，所述开关单元使导通-断开的占空比可变，并基于所述相位信息而使所述开关单元导通，在固定时间后使开关单元断开，由此进行电力控制。7.根据权利要求1或4所述的无线电力传送装置，其特征在于：所述谐振电流相位检测单元根据流入至并联连接于所述谐振电容器的小电容电容器的电流来检测所述相位信息。8.一种无线电力传送装置，包括：一次线圈，连接于高频电源；二次线圈，连接于负载；以及第三线圈，接近所述二次线圈或作为自耦变压器而包含于所述二次线圈，且以相对于所述二次线圈中感应的电压为降压的关系而卷绕，将所述一次线圈与所述二次线圈以耦合系数k加以隔离而配置，自所述一次线圈...

【专利技术属性】
技术研发人员：牛嶋昌和，汤浅肇，荻野刚，
申请(专利权)人：日商速充股份有限公司，
类型：发明
国别省市：日本,JP