电力接收设备、 电力传输系统、 充电设备和电力传输方法 【技术领域】
本发明涉及用于利用电磁场的谐振通过无线电传输电力的设备和方法。背景技术 作为用于通过无线电传输电力的技术， 利用电磁感应的技术是众所周知的。在利 用电磁感应的电力传输中， 电流提供给两个位置互相邻近的线圈之一， 以便通过由一个线 圈产生的磁通量的媒介作用 (intermediation) 在另一个线圈中产生电磁力。
然而， 根据利用电磁感应的电力传输， 两个线圈必须位置互相邻近。因此， 电力传 输存在这样一个问题， 可传输电力的距离受限。 此外， 如果在进行电磁感应耦合的线圈的轴 互相没有对准， 那么传输效率会降低。因此， 在在耦合时的对准是重要的。
同时， 近来提出了利用电磁场的谐振来传输电力的的方法。根据谐振型无线电电 力传输， 电力能够在例如三到四米的距离上传输， 此外能够传输大功率。因此， 谐振型无线 电电力传输具有这样的优点， 即能够轻易构建在接收端不具有二次 (secondary) 电池 ( 可 再充电的电池 ) 的系统。
此外， 谐振型无线电电力传输对任何其他电子设备影响很小， 因为如果该电子设 备不具有谐振机制， 能量不会传输。此外， 还有一个优点在于， 即使在进行耦合时对准不够 好， 传输效率不会下降太多。
在磁场中使用谐振现象的电力传输系统已经公开， 例如， 在美国公开的专利申请 U.S 2007/0222542( 下文称作专利文献 1)。
使用磁场谐振的电力传输系统的配置的例子如图 9 所示。图 9 具体示出了系统配 置的例子， 其中电力供给源的电力发送设备 10 和电力供应目的地或接收端的电力接收设 备 20 以一种彼此一一对应的关系设置。
参考附图 9， 电力发送设备 10 包括谐振元件 11、 激励元件 12 和频率信号产生部分 13。
谐振元件 11 例如由循环线圈 (loop coil) 形式的空心 (air-core) 线圈组成。激 励元件 12 例如由空心线圈组成， 该空心线圈的相对的末端连接到频率信号产生部分 13 的 两个输出端子。谐振元件 11 和激励元件 12 以通过电磁感应互相强烈耦合的关系设置。
组成谐振元件 11 的空心线圈不仅具有电感， 还具有线圈内部电容， 而且具有取决 于该电感和电容的自谐振频率。
频率信号产生部分 13 产生等于谐振元件 11 的自谐振频率的频率信号。频率信号 产生部分 13 可以由 Colpitts 型振荡电路、 Hartley 型振荡电路等组成。
虽然未示出， 电力发送设备 10 接收来自交流电源的电力供给， 使得频率信号自频 率信号产生部分 13 产生。
同时， 电力接收设备 20 包括谐振元件 21、 激励元件 22、 整流电路 23 和负载 24。
谐振元件 21 例如由类似于谐振元件 11 的以循环环线圈形式的空心线圈组成。激 励元件 22 例如由空心线圈组成， 该空心线圈的相对的末端连接到整流电路 23 的两个输入
端子。谐振元件 21 和激励元件 22 以通过电磁感应互相强烈耦合的关系配置。
与谐振元件 11 类似， 组成谐振元件 21 的空心线圈不仅具有电感， 还具有线圈内部 电容， 而且具有取决于该电感和电容自谐振频率。
谐振元件 11 和谐振元件 21 的自谐振频率彼此相等， 为频率 fo。
在如上述描述的系统配置中， 在电力发送设备 10 中的频率信号产生部分 13 向激 励元件 12 提供等于谐振元件 11 和 21 的自谐振频率 fo 的频率信号。
因此， 频率 fo 的交流电流到激励元件 12 的空心线圈， 通过电磁感应， 在类似地由 空心线圈形成的谐振元件 11 中感应产生同频率 fo 的感应电流。
在图 9 的电路配置中， 构成电力接收设备 20 的谐振元件 21 的空心线圈的自谐振 频率为频率 fo， 而且同电力发送设备 10 的谐振元件 11 的自谐振频率一致。 因此， 电力发送 设备 10 的谐振元件 11 和电力接收设备 20 的谐振元件 21 具有电磁场谐振关系， 在频率 fo 上存在最大耦合量和最小损耗。
由于在本电路配置中的电力发送设备 10 的谐振元件 11 和电力接收设备 20 的谐 振元件 21 具有如上所述的磁场谐振关系， 在谐振频率 fo 上， 电流以非接触的方式自谐振元 件 11 提供到谐振元件 21。 在电力接收设备 20 中， 由出现在谐振元件 21 中的交流电通过电磁感应， 在激励元 件 22 中感应产生感应电流， 在激励元件 21 中感应产生的感应电流通过整流电路 23 被整流 成直流电流， 并作为供电电流提供给负载 24。
以这种方式， 利用磁场谐振现象以无线电方式将电力从电力发送设备 10 传输到 电力接收设备 20。
在图 10 中图释了来自如图 9 所示的配置的电力传输系统中的频率信号产生部分 13 的频率信号的频率和磁场谐振中的耦合量的关系。 如从图 10 中可明显看出的， 图 9 的配 置的电力传输系统示出了频率的选择性， 其中在谐振频率 fo 获得最大耦合量。
图 11 说明了电力发送设备 10 的谐振元件 11 和电力接收设备 20 的谐振元件 21 之间的距离 D 和磁场谐振中的耦合量之间的关系。 根据图 11， 可以确认， 虽然耦合量随着距 离缩短而增加， 但是在距离非常短的情况下， 耦合量却相当低。 这样， 能够确认， 存在某一距 离， 在该距离上， 耦合量在特定谐振频率上最大。
图 12 说明了获得最大耦合量的谐振频率和谐振元件之间的距离之间的关系。自 图 12 中看到， 如果在谐振频率较低， 但谐振元件之间的距离增加， 或者如果在谐振频率较 高， 但谐振元件之间的距离缩短， 都能够获得最大的耦合量。
发明内容
如上所述， 在谐振型电力传输系统中， 即使电力发送设备和电力接收设备之间的 距离相对较大或者即使耦合轴某种程度上相互没有对准， 电流传输还是能够执行。
因此， 能够自电力供给源的单一电力发送设备向多个供电目的地发送电力， 如图 13 所示， 图 13 说明了电力发送到作为供电目的地的两个电力接收设备 20A 和 20B。需要注 意的是， 电力接收设备 20A 和 20B 具有与如上所述的电力接收设备 20 的配置完全相同的配 置， 而且包括相同的元件， 该相同的元件通过分别在相同附图标记上添加后缀 A 和 B 来表 示。此处假定电力发送设备 10 的谐振元件 11 的自谐振频率和两个电力接收设备 20A 和 20B 的谐振元件 21A 和 21B 的自谐振频率彼此相通。
由于电力供给源和供电目的地之间的耦合量随着谐振元件之间的距离缩短而增 加， 在图 13 的例子中， 电力接收设备 20B 到电力发送设备 10 的耦合量大于电力接收设备 20A 到电力发送设备 10 的耦合量。
由于电力供给源提供到供电目的地的电力随着谐振元件之间的距离增加而增加， 自电力发送设备 10 提供到电力接收设备 20B 的电力比到电力接收设备 20A 的电力高。
附带地， 除了需要使得电力接收设备 20A 和电力接收设备 20B 两者必须都工作以 及要求将直流电供应到负载的情况外， 使的两个设备中的一个工作的情况不是必须的。
具体地， 上述电力接收设备中的每一个配置成其通过无线电正常地接收发送来的 电力。 因此， 即使其中电力接收设备的任一个不需要接收电力， 如果电力接收设备设置成其 能够接收来自电力发送设备 10 的电力供给， 那么电力被无益地提供给电力接收设备， 并被 整流电路 23 整流， 然后消耗掉。
因此， 如图 13 所示， 如果多个电力接收设备与电力发送设备 10 具有磁场谐振关 系， 那么来自电力发送设备 10 的电能被分配和发送到多个电力接收设备。因此， 响应于该 电力接收设备的数目， 由电力接收设备中的每一个接收的电力降低， 导致了要求接收电力 的电力接收设备不能够从电力发送设备接收足够的电力的问题。 具体地， 如果距图 13 中离电力发送设备 10 较近的电力接收设备 20B 不需要工作 而且没有要求接收电力， 按分配关系提供到要求接收电力的电力接收设备 20A 的电力就会 降低， 电力是不够的。
因此， 期望能够提供消除上述问题的设备和方法。
根据本实施例， 提供了电力接收设备， 其包括 ： 谐振元件， 具有特定谐振频率， 而且 适合通过谐振关系以非接触关系与不同的谐振元件耦合 ； 整流装置， 响应于由所述谐振元 件接收的能量， 用于整流所述谐振频率的交流电 ； 开关装置， 用于切断从所述谐振元件到所 述整流装置的交流电供应路径 ； 当到所述整流装置的交流电供应路径被所述开关装置阻断 时， 所述谐振元件通过谐振关系也与所述不同的谐振元件保持耦合状态
假设电力接收设备设置成其通过谐振关系耦合到电力发送设备并也通过谐振关 系与不同的电力接收设备耦合。在这种情况下， 电力接收设备的谐振元件通过谐振关系与 电力发送设备提供的谐振元件和不同电力接收设备的谐振元件两者都耦合。
当具有上述配置的电力接收设备不需要接收供电时， 自谐振元件到整流装置的交 流电的供应路径被开关装置切断。
然而， 此时， 电力接收设备的谐振元件保持这样的状态， 在该状态中， 谐振元件通 过谐振关系与不同的谐振元件耦合。 因此， 在电力接收设备中， 谐振元件自电力发送设备接 收的电力被转移到通过谐振关系与所述谐振元件保持耦合的不同的电力接收设备的谐振 元件， 同时到整流装置的电流供应由开关装置切断。
这样， 其中自谐振元件到整流装置的交流电的供应路径被切断的电力接收设备的 谐振元件起转发 (repeating) 装置的作用， 用于将来自电力发送设备电力转发到不同的电 力接收设备。
在这种情况下， 不同的电力接收设备接收通过与电力发送设备的直接谐振关系通
过耦合发送的供电， 以及此外通过与电力接收设备的谐振关系通过耦合接收电力接收。因 此， 到不同的电力接收设备的供电量提高。
因此， 利用电力接收设备， 通过谐振关系通过耦合自电力发送设备发送来的电力 能够被转发， 以便被发送到不同电力接收设备而不会浪费地消耗电力。 附图说明 图 1 为示出根据本发明的实施例的电力接收设备的配置的例子的示意图。
图 2 为示出包括附图 1 的电力接收设备的电力传输系统的例子的示意图。
图 3 为示出根据本发明的另一个实施例的电力接收设备的配置的例子的示意图。
图 4 为说明图 3 的电力接收设备的处理操作的流程图。
图 5A 和附图 5B 分别为示出根据本发明的另一个实施例的作为电力传输系统的充 电系统的例子的示意图和剖视图。
图 6 为示出根据本发明的另一个实施例的作为电力传输系统的充电系统的配置 的例子的示意图。
图 7 为说明图 6 的充电系统中的电力发送设备的处理操作的例子的流程图。
图 8 为说明图 6 的电力接收设备的处理操作的例子的流程图。 图 9 为示出磁场谐振型的电力传输系统的配置的例子的示意图。 图 10、 11 和 12 为说明图 9 所示的磁场谐振型的电力传输系统的特性的图。 图 13 为说明图 9 所示的磁场谐振型的现有电力传输系统的问题的示意图。具体实施方式
接下来， 参考附图说明根据本发明的优选实施例的电力接收设备和包括该电力接 收设备的电力传输系统。
根据第一实施例的电力接收设备
图 1 示出根据本发明的第一实施例的电力接收设备的配置的例子。如图 1 中所示 的、 同图 9 所示的电力传输系统中的电力接收设备的那些部分相同的部分以相同的参考标 记表示。
参考附图 1， 根据第一实施例的电力接收设备 200 包括谐振元件 21、 激励元件 22、 整流电路 23、 负载 24 和电源控制开关 25， 该电源控制开关 25 设置在激励元件 22 和整流电 路 23 的电流路径上。
谐振元件 21 例如由类似于谐振元件 11 的以循环线圈形式的空心线圈构成。
激励元件 22 例如由空心线圈组成， 该空心线圈的一个端子连接到整流电路 23 的 一个输入端子。激励元件 22 在其空心线圈的另一个端子处经过电源控制开关 25 连接到整 流电路 23 的另一个输入端子。
谐振元件 21 和激励元件 22 被配置以具有通过电磁感应互相强烈耦合的关系。
谐振元件 21 的空心线圈不仅具有电感， 还具有线圈内部电容， 而且具有取决于该 电感和电容的频率 fo。如此前所述， 谐振元件 21 频率等于电力发送设备 10 的谐振元件 11 的自谐振频率。
电源控制开关 25 可以由用户人工操作的机械开关或继电器开关或响应于用户的预定的操作而接通或断开的半导体开关组成。
当电源控制开关 25 在接通或闭合 (closed) 状态时， 电力接收设备 200 的谐振元 件 21 与电力发送设备 10 的谐振元件 11 通过两者之间的磁场谐振关系耦合， 并执行上述类 似的操作。具体地， 由出现在谐振元件 21 中的交流电通过电磁感应在激励元件 22 中感应 产生感应电流。在激励元件 22 中感应产生的感应电流由整流电路 23 整流成直流电流， 并 然后作为供电电流提供给负载 24。
另一方面， 当电源控制开关 25 在断开或打开 (open) 状态时， 没有电流流经激励元 件 22。因此， 即使电力发送设备 10 的谐振元件 11 和电力接收设备 200 的谐振元件 21 通过 两者之间的磁场谐振关系互相耦合， 而且交流电流经谐振元件 21， 也没有感应电流流经激 励元件 22。
换句话说， 当电源控制开关 25 断开时， 从谐振元件 21 到整流电路 23 的电流供应 阻断。
因此， 当电源控制开关 25 断开时， 没有直流电流提供给电力接收设备 200 中的负 载 24， 并且在电力接收设备 200 中没有电力消耗。
然而， 其中电源控制开关 25 以这种方式断开的电力接收设备 200 的谐振元件 21 通过磁场谐振关系与不同的电力接收设备的谐振元件相耦合。于是， 如果如刚才提到的不 同的电力接收设备存在， 那么传输到其中电源控制开关 25 是断开的电力接收设备 200 的谐 振元件 21 的磁场能量被发送到该不同电力接收设备的谐振元件。
换句话说， 其中电源控制开关 25 断开的电力接收设备 200 的谐振元件 21 作为转 发器 (repeater)， 该转发器把电力发送设备 10 提供来的交流磁场能量传输到不同的电力 接收设备的谐振单元。
参考图 2， 更具体地描述了其中谐振元件 21 作为转发器的状态， 图 2 示出了根据本 发明的实施例的电力传输系统。
参考图 2， 在所示电力传输系统中， 尽管电力从电力供给源的电力发送设备 10 提 供到特定电力接收设备 200A， 但是也存在能够经磁场谐振关系与电力发送设备 10 相耦合 的不同的电力接收设备 200B。
在图 2 的电力传输系统中， 电力接收设备 200A 和 200B 具有与此上描述的电力接 收设备 200 的配置完全相同的配置， 而且包括与电力接收设备 200 的那些元件相同的元件。 相同的元件分别通过在相同的参考标记上添加后缀 A 和 B 来表示。
在图 2 的电力传输系统中， 示出了相对于作为电力供应源的电力发送设备 10， 不 需要接收供电的电力接收设备装置 200B 位置比将被提供电力的电力接收设备 200A 近， 因 此电力接收设备装置 200B 与电力传输设备 10 的耦合量大于电力接收设备 200A 与电力传 输设备 10 的耦合量。
此外， 在图 2 的电力传输系统中， 电力接收设备 200A 和电力接收设备 200B 彼此位 置关系使得他们彼此通过磁场谐振关系互相耦合。
此外， 在图 2 所示的电力传输系统中， 电力接收设备 200A 的电源控制开关 25A 在 接通或闭合的状态， 使得电力接收设备 200A 可以接收来自电力供应源的电力发送设备 10 的供电。同时， 由于电力接收设备 200B 不需要接收来自电力发送设备 10 的供电， 电源控制 开关 25 为断开或打开 (open) 状态。因此， 在电力发送设备 10 和电力接收设备 200A 之间， 谐振元件 11 和谐振元件 21A 通过磁场谐振关系互相耦合， 并且由于电源控制开关 25A 是接通的， 感应电流流经激励元 件 22A。 在激励元件 22A 中感应产生的感应电流由整流电路 23A 整流成直流电， 并且作为供 电电流提供给未在图 2 中示出的负载 24。
在此期间， 在电力发送设备 10 和电力接收设备 200B 之间， 谐振元件 11 和谐振元 件 21B 通过磁场谐振关系互相耦合。因此， 来自电力发送设备 10 的磁场能量被发送到电力 接收设备 200B 的谐振单元 21B。然而， 在电力接收设备 200B 中， 由于电源控制开关处于截 止或打开 (open) 的状态， 没有感应电流流向激励元件 22B， 而且没有电流提供给整流电路 23B， 没有电力消耗。
此处， 电力接收设备 200A 和电力接收设备 200B 具有他们彼此通过磁场谐振关系 互相耦合的位置关系。 因此， 自电力发送设备 10 传输到电力接收设备 200B 的谐振元件 21B 的交流磁场能量发送到电力接收设备 200A 的谐振元件 21A。
换句话说， 在图 2 的电力传输系统中， 自电力发送设备 10 发送的部分交流磁场能 量经过电力接收设备 200B 的谐振元件 21B 发送到电力接收设备 200A 的谐振元件 21A。
在图 13 的电力传输系统中， 自电力发送设备 10 发送到电力接收设备 20B 的交流 磁场能量消耗在电力接收设备 20B 中。然而， 在图 2 的电力传输系统中， 该交流磁场能量没 有被消耗， 而是通过电力接收设备 200B 发送到电力接收设备 200A。 这样， 电力接收设备 200A 通过直接磁场谐振关系通过耦合自电力发送设备 10 接 收供电， 并且还通过电力接收设备 200B 接收供电。因此， 在图 2 的电力传输系统中， 电力 接收设备 200A 能够接收电力发送设备 10 发送的所有交流磁场能量。因此， 电力接收设备 200A 能够有效率地接收供电。
需要注意的是， 由于将从电力发送设备 10 接收供电的电力接收设备 200A 中的电 源控制开关 25A 是接通状态， 如图 2 所示， 电力接收设备 200A 可以具有如图 9 所示的电力 接收设备 20 的配置， 该配置不包括电源控制开关 25。 具体地， 在图 2 的电力传输系统中， 所 有电力接收设备可以不包括本实施例的电力接收设备 200 的配置。
同时需要注意的是， 在上述第一实施例中， 电源控制开关 25 为机械开关或继电器 开关， 电源控制开关 25 此外可以具有半导体开关的配置。在这种情况下， 可提供由用于接 收用户的操作输入的微型计算机组成控制部分， 使得其响应于指示是否使电力接收设备工 作的用户的操作输入， 控制电源控制开关 25 进行切换。具体地， 如果用户输入使电力接收 设备工作的指令操作， 于是控制部分控制电源控制开关为接通状态， 但是如果用户输入另 一条指令操作使电力接收设备不工作， 于是控制部分控制电源控制开关为截止状态。
第二实施例的电力接收设备
在第一实施例的电力接收设备 200 中， 电源控制开关仅响应于用户的操作而受控 切换。相反， 在第二实施例的电力接收设备， 电源控制开关自动受控进行切换。
图 3 示出了第二实施例的电力接收设备 300 的配置。电力接收设备 300 包括第一 实施例的电力接收设备 200 的几个共有元件， 在此省略电力接收设备 200 的共有元件的重 复描述以避免赘述。
参考图 3， 所示电力接收设备 300 包括可再充电的电池 301B， 并还包括用于对可再 充电的电池 301B 充电的充电电路 301， 供电开关 302， 控制部分 303 和操作部分 304。
电力接收设备 300 还包括替代电源控制开关 25 的电源控制开关电路 250。 电力控 制开关电路 250 例如由半导体开关元件组成。
在第二实施例中， 电力接收设备 300 接收自电力发送设备 10 发送的无线电电力， 并使用无线电电力对电池 301B 充电， 然后提供供电电流给负载。
当电源控制开关电路 250 为接通时， 充电电路 301 利用来自整流电路 23 的直流电 对电池 301B 充电。在电力接收设备 300 中， 充电电路 301 具有检测电池 301B 充满电并将 该充满电通知控制部分 303 的功能。
供电开关 302 插入整流电路 23 的输出端子和负载 24 之间， 根据来自控制部分 303 的开关信号受控于导通和截止之间。该供电开关 302 例如也是由半导体开关元件组成。
当电源控制开关电路 250 接通以及供电开关 302 接通时， 电力接收设备 300 接收 自电力发送设备 10 发送的无线电电力， 并且在电池 301B 由充电电路 301 充电时， 电力接收 设备 300 也提供电力给负载 24。
控制部分 303 例如包括微型计算机， 而且电力通常自电池 301B 提供到控制部分 303。
操作部分 304 包括供电操作键， 而且连接到控制部分 303。 如果控制部分 304 接收 供电操作键的操作输入信息， 那么其决定是否操作输入信息表示接通供电的操作或另一个 断开供电的操作。于是， 控制部分 303 响应于决定的结果控制供电开关 302 为接通或截止 状态。 另一方面， 如果控制部分 303 从充电电路 301 接收到充电电池 301B 充满电的通 知， 那么其断开电源控制开关电路 250。 因此， 此时， 电力接收设备 300 不消耗发电力发送设 备 10 发送来的交流磁场能量， 并且谐振元件 21 作为此前描述的交流磁场能量的转发器。
如果电池 301B 没有充满电， 那么控制部分 303 控制电源控制开关电路 250 为接通 状态， 电力接收设备 300 借助于其整流电路将电力发送设备 10 发送来的交流磁场能量转化 为直流电， 并随后消耗该直流电。
图 4 说明了控制部分 303 的用于在接通和截止之间控制电源控制开关电路 250 的 处理操作。
在步骤 S101， 控制部分 303 首先检查来自充电电路 301 的充满电的通知。然后在 步骤 S102， 控制部分 303 确定电池 301B 是否在充满电的状态。如果确定电池 301B 不在充 满电的状态， 于是在步骤 S103， 控制部分 303 控制电源控制开关电路 250 保持接通。因此， 处理返回步骤 S101。
另一方面， 如果在步骤 S102 确定电池 301B 在充电状态， 那么在步骤 S 104， 控制部 分 303 控制电源控制开关电路 250 切换到截止状态。因此， 处理返回步骤 S101。
在第二实施例的电力接收设备 300 中， 当电池 301B 处于充满电的状态时， 其不需 要接收来自电力发送设备 10 的供电， 因此， 电源控制开关电路 250 自动断开。
因此， 利用第二实施例的电力接收设备 300， 与第一实施例的电力接收设备 200 不 同， 即使用户没有人工执行电源控制开关的开关操作， 也可以避免交流磁场能量不必要的 消耗， 并且获得有效率的无线电电力传输。
而且， 如果接收来自电力发送设备 10 的交流磁场能量的多个电力接收设备全部 具有第二实施例的供电接收设备 300 的配置， 在多个电力接收设备全部置于完全充满电的
阶段前的时间能够缩短。
具体地， 当多个电力接收设备 300 的所有电池不在充满电的状态时， 来自电力发 送设备 10 的交流磁场能量被分配到多个电力接收设备 300 以执行充电。然而， 在其中电池 处于充满电的状态的电力接收状态下， 电力控制开关电路 250 截止， 并作为用于交流磁场 能量的转发器工作。因此， 将被发送到具有电池并且电池还没有处于充满电状态的电力接 收设备的交流磁场能量提高。
因此， 由于来自电力发送设备 10 的交流磁场能量有效率地发送直到多个电力接 收设备全部进入充满电状态， 因此多个电力接收设备全部进入充满电状态前的时间可以缩 短。
第三实施例 ： 电力传输系统 ( 充电系统 )
在第三实施例中， 本发明实施为用于对第二实施例的电力接收设备 300 充电的充 电系统或充电设备。 图 5A 和图 5B 示出作为第三实施例的电力传输系统的充电系统的外观。
在本实施例的充电系统中， 电力发送设备 10 提供在盒形充电支架的内部， 且多个 电力接收设备 300 设置于充电支架上。
图 5A 示出充电支架 400 的俯视图， 充电支架 400 组成了本实施例的充电系统， 图 5B 示出沿 X-X 线的剖视图。 充电支架 400 由非磁性材料构成的扁平的盒形组成。在充电支架 400 的内部， 作 为电力供给源的电力发送设备 10 设置于充电支架 400 的中心位置。图 5A 的虚线表示组成 电力发送设备 10 的谐振元件 11 的空心线圈。
在接收多个电力接收设备 300 的充电支架 400 的接收面 (receiving face)， 通过 打印提供了多个标记 MK， 如图 5A 的例子中， 为多个圆形的标记， 每个标记指出将放置电力 接收设备 300 的位置。
如图 5A 和 5B 所示， 提供标记 MK 使得其中心以布置在距离其上放置电力发送设备 10 的充电支架 400 的中心位置等距的圆上。 这是因为试图使所有放置在充电支架 400 上的 多个电力接收设备 300 和电力发送设备 10 之间通过磁场谐振关系的耦合量互相相等。
具体地， 在本充电支架 400 中， 如果电力接收设备 300 设置于多个标记 MK 的其中 之一， 那么在该放置电力接收设备 300 所放置的多个标记 MK 的任何一个上， 电力接收设备 300 都能够接收来自电力发送设备 10 的等量的交流磁场能量。
此外， 如果多个电力接收设备 300 放置在充电支架 400 上， 那么交流磁场能量自电 力接收设备 10 首先平等分配和提供到所有的电力接收设备 300。
然后， 如果电力接收设备 300 的任何一个的电池 301B 置于充满电状态， 那么电力 接收设备 300 的谐振元件现在作为如上所述的交流磁场能量的转发器。因此， 对于电池 301B 不在充满电状态的任何其他电力接收设备 300， 除了自电力发送设备 300 提供的初始 的交流磁场能量之外， 交流磁场能量另外通过转发器发送。
具体地， 电池 301B 完全充满电的电力接收设备 300 不消耗直到那时接收到的交流 磁场能量， 但是转发该交流磁场能量到电池 301B 不在充电状态的其他电力接收设备。因 此， 施加给电池 301B 不在完全充满电状态的其他电力接收设备的交流磁场能量自那时起 增加。
因此， 利用本发明的充电系统， 能够有效率地充电多个电力接收设备。
第四实施例 ： 电力传输系统或充电系统
同样在第四实施例中， 本发明作为类似于第三实施例的电力传输系统的例子应用 到充电系统。
尽管第四实施例的充电系统具有包括类似于第三实施例中的配置的基本配置， 但 是同第三配置的区别在于充电的电力供给源的电力发送设备中的每一个和用于接收充电 的电力接收设备包括通信部分。
在第四实施例中， 每个电力接收设备发送电池的剩余充电量到电力发送设备。
电力发送设备响应于所接收的多个电力接收设备的剩余充电量产生充电进度计 划， 而且根据充电进度计划， 发送将电源控制开关电路置于接通状态或截止状态的控制指 令到多个电力接收设备中的每一个。
电力接收设备中的每一个响应于来自电力发送设备的控制指令， 执行操作以将其 电源控制开关电路置于接通或截止状态。
因此， 在第四实施例的充电系统中， 多个电力接收设备能够在合适的充电时间快 速充满电。
图 6 示出组成第四实施例的充电系统的电力发送设备 100 和电力接收设备 500 的 配置的例子。图 6 所示的与上述实施例中所示的那些一致的部分以相同的参考标记表示。
参考图 6， 电力发送设备 100 除了谐振元件 11、 激励元件 12 和频率信号产生部分 13 外， 还包括控制部分 111 和通信部分 112。
控制部分 111 配置例如包括微型计算机， 而且分析通过通信部分 112 自电力接收 设备 500 接收到的信息或者经通信部分 112 产生和发送传输信息到电力接收设备 500。
通信部分 112 例如由蓝牙 (Bluetooth) 单元或 ZigBee 单元组成。
此外， 类似于第二实施例的电力接收设备 300， 电力接收设备 500 包括电源控制开 关电路 250、 对电池 301B 充电的充电电路 301、 供电开关 302、 控制部分 303 和操作部分 304， 另外还包括通信部分 501。
充电电路 301 通知控制部分 303 电池 301B 的剩余充电量或电池保留量和充满电 状态， 同第二实施例略有不同。
在第四实施例中， 控制部分 303 通过通信部分 501 发送自充电电路 301 接收的电 池 301B 的剩余充电量或电池保留量以及电力接收设备 500 自身的身份信息给电力发送设 备 100。
在第四实施例中， 用户可以通过操作部分 304 输入诸如是否紧急要求充电或可以 慢慢执行充电的附加信息。
在有该剩余充电量的这种通知时， 控制部分 303 另外发送附加信息到电力发送设 备 100。
此外， 当控制部分 303 自充电电路 301 接收表示电池 301B 充满电的通知时， 控制 部分 303 切断电源控制开关电路 250 并通过通信部分 501 将电池 301B 充满电的通知以及 电力接收设备 500 自身的身份信息发送给电力发送设备 100。
当电力发送设备 100 的控制部分 111 接收来自电力接收设备 500 的剩余充电量的 通知或完全充满电的通知时， 其产生或修改充电进度计划。随后， 控制部分 111 根据充电进 度计划产生针对多个电力接收设备的每一个的电源控制开关电路的开 / 关控制指令， 并随后经通信部分 112 发送控制指令。
电力传输系统 100 的控制部分 111 的处理操作
图 7 为说明通过电力发送设备 100 的控制器 111 执行的处理操作的流程图。
当作为供电目的地的多个电力接收设备 500 设置于充电支架上并且用于充电系 统的电源被接通以给电力发送设备 100 供电时， 附图 7 的处理操作执行。
在步骤 S111， 控制部分 111 在通信部分 112 自作为供电目的地的多个电力接收设 备 500 接收剩余充电量和针对该剩余充电量的附加信息。
随后， 在步骤 S112， 控制部分 111 根据所接收的剩余充电量和附加信息产生用于 多个电力接收设备 500 的充电进度计划。
具体地， 控制部分 111 根据所接收的信息确认每个电力接收设备的身份信息， 然 后检查每个电力接收设备的剩余充电量、 充电的紧急情况等。然后， 控制部分 111 基于接收 的信息产生优化的充电进度计划， 根据充电进度计划， 确定电力接收设备中哪个电源控制 开关电路 250 应该接通或截止。
接着， 在步骤 S113， 控制部分 111 通过通信部分 112 以与身份信息相匹配的关系发 送用于电力接收设备 500 的电源控制开关电路 250 的所确定的开 / 关控制信息给各个电力 接收设备 500。
接着， 在步骤 S114， 控制部分 111 监控来自任何电力接收设备的充满电信息的接 收， 并且在步骤 S115， 如果收到充满电信息， 确定是否全部电力接收设备 500 充满电。
如果在步骤 S115 确定不是全部电力接收设备 500 充满电， 于是在步骤 S 116， 控制 部分 111 确定是否需要修改针对那些没有充满电的电力接收设备 500 的充电进度计划。具 体地， 由于可能存在这种情况， 该情况中例如当电池没有充满电时， 处于截止状态的电源控 制开关电路 250 必须改变为接通状态， 变化的必要性等被确定。
如果在步骤 S116 确定充电进度计划不需要修改， 于是控制部分 111 的处理返回步 骤 S114。
另一个方面， 如果在步骤 S116 确定充电进度需要修改， 于是控制部分 111 重新产 生进度计划， 该进度计划用于除已充满电的电力接收设备之外的电力接收设备。 于是， 在步 骤 S117， 根据重新产生的充电进度计划， 控制部分 111 产生开 / 关控制指令， 该开 / 关控制 指令用于除了已充满电的电力接收设备 500 之外的每个电力接收设备 500 的电源控制开 关电路 250， 而且发送该开 / 关控制指令到关联的电力接收设备 500。于是， 处理返回步骤 S114 以重复执行从步骤 S114 开始的步骤的处理。
如果在步骤 S 115 确定所有的电力接收设备 500 已经充满电， 于是控制部分 111 断开到电力发送设备 100 的主电源， 于是结束处理流程。
电力接收设备 500 的控制部分 303 的处理操作
附图 8 说明了由电力接收设备 300 的控制部分 303 执行的处理操作。
在步骤 S201， 控制部分 303 通信部分 501 发送电力发送设备 100 自身的身份信息 (ID)、 剩余充电量和附加信息给作为电力供给源的电力发送设备 100。
随后， 在步骤 S202， 控制部分 303 确定经过通信部分 501 是否接收到来自电力发送 设备 100 的针对电源控制开关电路 250 的接通或截止指令。
如果在步骤 S202 确定该针对电源控制开关电路 250 的开 / 关指令没有收到， 那么在步骤 S202 控制部分 303 重复执行该处理。
另一方面， 如果在步骤 S202 确定针对电源控制开关电路 250 的开 / 关指令收到， 那么在步骤 S203， 控制部分 303 根据收到的指令控制电源控制开关电路 250 的接通或截止。
接着， 在步骤 S204 控制部分 303 确定电源控制开关电路 250 是否截止。如果确定 电源控制开关电路 250 截止， 那么处理返回到步骤 S202， 以重复执行从步骤 S202 开始的步 骤的处理。
另一个方面， 在步骤 S204， 如果确定电源控制开关电路 250 没有截止， 于是在步骤 S205， 控制部分 303 确定电池 301B 是否充满电。
在步骤 S205 确定电池 301B 没有充满电， 那么控制部分 303 的处理返回步骤 S202， 以重复执行从步骤 S202 开始的处理。
另一方面， 如果在步骤 S205 确定电池 301B 充满电， 那么在步骤 S206， 控制部分 303 经过通信部分 501 发送充满电信息以及电力接收设备 500 自身的 ID 给作为电力供给源 的电力发送设备 100。
而且， 在步骤 S207， 控制部分 303 切换电源控制开关电路 250 到截止状态， 并随后 结束处理流程。 其他实施例及修改
需要注意的是， 在上述给出的实施例的描述中， 仅描述了一种情况， 其中电源控制 开关截止的电力接收设备 200 将来自电力发送设备 10 的交流磁场能量转发到不同的电力 接收设备。然而， 在多个电力接收设备 200 中其中电源控制开关截止的情况下， 有时会发生 电力接收设备将从作为转发设备的不同的电力接收设备发送来的交流磁场能量转发到另 一个不同的电力接收设备。
此外， 虽然说明了这样一种情况， 在该情况中上述描述的第四实施例的电力传输 系统为充电系统， 但是本实施例不限于此。例如， 多个电力接收设备中的每一个可以不包 括可再充电的电池， 但是可以包括向电力发送设备发出通知的功能， 该通知涉及电力接收 设备自身是否必须工作。 另一方面， 基于该通知， 电力发送设备可以包括用于发出指令的功 能， 该指令用于电力接收设备的电源控制开关电路的开 / 关控制。
利用如上所述的电力传输系统， 电力发送设备监视来自电力接收设备的信息， 该 信息涉及电力发送设备是否需要工作， 而且发出用于电源控制开关电路的开 / 关指令， 使 得能够针对任何需要供电的电力接收设备执行恰当的供电。
此外， 在上述实施例中， 尽管激励元件 22 提供在谐振元件 21 和整流电路 23 之间， 使得阻抗变换执行以执行有效的交流电力传输， 但是激励元件也可以省略。
具体地， 在该情况下， 尽管谐振元件 21 的两个端子连接到整流电路 23 的一个和另 一个输入端子， 但是在本实施例中， 电源控制开关也提供在谐振元件 21 的两个端子之一和 整流电路 23 的输入端子之一之间。
此外， 电源控制开关在该情况下切换到一种状态， 在该状态， 当来自电力发送设备 的供电由电力接收设备接收到时， 来自谐振元件 21 的交流电提供到整流电路 23。此外， 当 自谐振元件 21 到整流电路 23 的交流电供应被阻断时， 电源控制开关切断谐振元件 21 的端 子之一和整流电路 23 的输入端子之一之间的连接， 而且进行转换使得谐振元件 21 的两个 端子互相连接以形成环形线圈。因此， 谐振元件 21 处于能够与不同的谐振元件耦合执行磁
场谐振的状态。
需要注意的是， 虽然在实施例的说明中已经描述了其中谐振元件之间的谐振关系 是磁场谐振的情况， 但是本发明也可以应用到电场谐振。
本发明包含了于 2009 年 07 月 22 日在日本专利局提交的日本优先权专利申请 JP 2009-170805 的有关的主题， 其全部内容通过引用结合到本说明书中。
本领域的技术人员应该理解到， 根据设计要求和其他因素， 可发生各种修改、 组 合、 子组合和替代， 只要其在所附的权利要求或其等效物的范围内。