无线电力传输装置.pdf

一种通过电磁感应来进行电力的非接触传输的无线电力传输装置，具备：进行频率变换的输电部；与所述输电部连接的输电天线；和被连接于所述输电部与所述输电天线之间且按照使所述输电部的输电频率通过的方式与所述输电天线进行谐振的第1谐振电容器。再有，具备：与所述输电天线对置配置的受电天线；与所述受电天线连接并进行整流及平滑的受电部；以及被连接于所述受电天线与所述受电部之间且按照使所述输电部的输电频率通过的方式与所述受电天线进行谐振的第2谐振电容器。还有，具备被连接于所述第2谐振电容器与所述受电部之间且使所述受电部所产生的高次谐波反射的滤波器。

权利要求书1.  一种无线电力传输装置，其是通过电磁感应来进行电力的非接触 传输的无线电力传输装置，具备： 输电部，其进行频率变换； 输电天线，其与所述输电部连接； 第1谐振电容器，其被连接于所述输电部与所述输电天线之间，且按 照使所述输电部的输电频率通过的方式与所述输电天线进行谐振； 受电天线，其与所述输电天线对置配置； 受电部，其与所述受电天线连接并进行整流及平滑； 第2谐振电容器，其被连接于所述受电天线与所述受电部之间，且按 照使所述输电部的输电频率通过的方式与所述受电天线进行谐振；以及 滤波器，其被连接于所述第2谐振电容器与所述受电部之间，且使所 述受电部所产生的高次谐波反射。 2.  根据权利要求1所述的无线电力传输装置，其中， 所述滤波器以-90度～+180度的任一相位的阻抗使所述受电部所 产生的3次高次谐波反射。 3.  根据权利要求1所述的无线电力传输装置，其中， 所述滤波器以+0度～+180度的任一相位的阻抗使所述受电部所产 生的3次高次谐波反射。 4.  根据权利要求1所述的无线电力传输装置，其中， 所述滤波器以+90度～+180度的任一相位的阻抗使所述受电部所 产生的3次高次谐波反射。 5.  根据权利要求1～4中任一项所述的无线电力传输装置，其中， 所述第1谐振电容器与所述输电天线串联地连接， 所述第2谐振电容器与所述受电天线并联地连接。 6.  根据权利要求1～5中任一项所述的无线电力传输装置，其中， 所述滤波器将通过电感器与电容器的并联连接而构成的带阻滤波器 串联连接在所述第2谐振电容器与所述受电部之间。 7.  根据权利要求1～6中任一项所述的无线电力传输装置，其中， 所述滤波器的针对所述受电部所产生的3次高次谐波的阻抗的相位 是可变的。 8.  根据权利要求7所述的无线电力传输装置，其中， 所述滤波器将通过电感器和电容为可变的电容器的并联连接而构成 的带阻滤波器串联连接在所述第2谐振电容器与所述受电部之间。

说明书无线电力传输装置
技术领域
本公开涉及通过电磁感应来进行电力的非接触传输的无线电力传输 装置。
背景技术
近年来，以移动电话为代表的各种便携式设备正在普及之中，作为对 伴随于功能的高性能化、内容的多样化所引起的消耗电力的增加的蓄电池 的容量不足进行弥补的技术，无线电力传输技术备受关注。
在以非接触方式传输电力之际，便携式设备的消耗电力或蓄电池的每 个充电状态的负载并非是恒定的，因此无线电力传输技术谋求能向各种负 载稳定地供给电力、也就是说无负载依存性。
作为具备这种无负载依存性的无线电力传输技术，公开了以下构成的 非接触供电装置：将输电侧的输电天线与谐振电容器串联地连接，将受电 侧的受电天线与谐振电容器并联地连接。可以根据输电受电的谐振电容器 的电容值的获取方式，作为理想变压器来动作(例如、参照专利文献1)。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第4644827号公报
发明内容
-发明所要解决的课题-
然而，背景技术关于受电天线与进行整流的受电部之间的连接的公开 并不充分，尤其是具有因受电部的开关切换动作时产生的高次谐波所引起 的整流效率的劣化会导致消耗电力的增大或散热性的不足这样的课题。
本公开解决所述现有例涉及的课题，其目的在于，提供一种能够降低 受电部中的整流损耗并实现高效的非接触供电的无线电力传输装置。
-用于解决课题的手段-
为了解决所述现有例涉及的课题，本公开的无线电力传输装置具备：
输电部，其进行频率变换；
输电天线，其与所述输电部连接；
第1谐振电容器，其被连接于所述输电部与所述输电天线之间且按照 使所述输电部的输电频率通过的方式与所述输电天线进行谐振；
受电天线，其与所述输电天线对置配置；
受电部，其与所述受电天线连接并进行整流及平滑；
第2谐振电容器，其被连接于所述受电天线与所述受电部之间且按照 使所述输电部的输电频率通过的方式与所述受电天线进行谐振；以及
滤波器，其被连接于所述第2谐振电容器与所述受电部之间且使所述 受电部所产生的高次谐波反射。
-发明的效果-
根据本公开，可以提供一种能够降低受电部中的整流损耗且实现高效 的非接触供电的无线电力传输装置。
附图说明
图1是本公开的实施方式1中的无线电力传输装置的框图。
图2是示出了图1的无线电力传输装置的受电装置中的滤波器的详细 内容的框图。
图3A是图2的滤波器的输出阻抗的模拟所采用的电路图，是表示图 8的比较例涉及的输电受电天线部的详细构成的电路图。
图3B是图2的滤波器的输出阻抗的模拟所采用电路图，是表示图1 的实施方式1涉及的输电受电天线部的详细构成的电路图。
图4是表示图3A及图3B的电路的模拟结果的史密斯圆图。
图5是表示利用图3A及图3B的电路对3次高次谐波的相位进行了 360度扫描时的无线电力传输装的传输效率的模拟结果、即3次高次谐波 相位所对应的传输效率的曲线图。
图6是本公开的实施方式2中的受电装置的框图。
图7是示出了图6的受电装置中的可变滤波器的详细内容的框图。
图8是比较例涉及的无线电力传输装置的框图。
具体实施方式
以下，参照附图来说明本公开涉及的实施方式。其中，在以下的各实 施方式中针对同样的构成要素赋予同一符号。
(实施方式1)
图8是比较例涉及的无线电力传输装置的框图。图8中，该无线电力 传输装置以非接触方式从输电装置1向受电装置5传输电力。在此，输电 装置1构成为具备：例如从直流向交流进行频率变换的输电部2、对电力 进行输电的输电天线3、以及串联连接在输电部2与输电天线3之间的谐 振电容器4。再有，受电装置5构成为具备：对电力进行受电的受电天线 6、进行整流的受电部7、并联连接在受电天线6与受电部7之间的谐振 电容器8、以及负载9。在此，负载9将搭载受电装置的电子设备所消耗 的电力作为负载来表现。负载9当然也可以置换为蓄电池。
输电装置1利用输电天线3与谐振电容器4产生的谐振频率及受电天 线6与谐振电容器8产生的谐振频率附近的频率，自输电部2对电力进行 输电。从输电天线3通过电磁感应向受电天线6进行电力的非接触传输。 另一方面，受电装置5利用受电部7对由受电天线6接受到的交流电力进 行整流及平滑，并将直流电力向负载9供给。虽然未图示，但也可以在受 电部7与负载9之间插入DC/DC变换器。由此，可以与输电受电天线 的耦合系数或负载的阻抗无关地向负载9供给恒定电压的电力。
在以上的无线电力传输装置中，如何高效地传输电力变得尤为重要。 尤其，搭载受电装置5的设备大部分为便携式设备或车辆那样的谋求小型 化的设备，因此，需要尽可能降低受电部7中的整流损耗并使散热构造简 易。
然而，在图8这种在输电装置1侧具备串联的谐振电容器4、且在受 电装置5侧具备并联的谐振电容器8的无线电力传输装置中，从受电部7 的输入端观察受电天线6侧之际的天线的输出阻抗成为高频中容性的短 路状态附近。由此，受电部7中整流时所产生的高次谐波被容性的短路状 态附近的阻抗反射而向受电部7返回，但该容性的短路状态附近的阻抗并 非是使受电部7的效率最大化的最佳的阻抗。
因此，本实施方式中如图1所示，在受电装置5A的受电部7的最前 级、即受电部7与谐振电容器8之间插入滤波器10，通过任意地设计滤 波器10的高次谐波中的输出阻抗，从而提供向使整流效率最大化的受电 部的高次谐波中的输入阻抗。
图1是本公开的实施方式1中的无线电力传输装置的框图。其中，针 对与图8同样的构成部分赋予同一符号，并省略其说明。
滤波器10具有利用任意的阻抗使受电部7的整流时产生的高次谐波 反射的特性。在此，输电部2一般而言通过方形波进行电力的传输。方形 波与基本波一起由奇数次的高次谐波构成，其中电平最高的高次谐波为3 次高次谐波。由此，作为滤波器10的特性，即便仅仅是利用任意的阻抗 使3次高次谐波反射，也能充分地获得效果。关于使整流损耗降低的滤波 器10的3倍波阻抗，以下进行说明。
图2是示出了图1的滤波器10的详细构成的受电装置5A的框图。 图2中，作为图1的滤波器10，采用将由电感器11及电容器12构成的 并联的LC谐振电路串联地连接至电容器8与受电部7之间的频带元件滤 波器。在此，将电感器11的电感值与受电天线6的电感值相比，选择小 的值，由此对基本波来说影响少且比较容易具有仅使高次谐波反射的特 性，并且根据电容器12的电容值能够将滤波器10的高次谐波中的输出阻 抗设计为任意的相位。
图3A及图3B是滤波器10的输出阻抗的模拟所采用的电路图，图 3A表示无滤波器10的比较例的输电受电天线部的电路图、图3B表示本 实施方式1中的有滤波器10的输电受电天线部的电路图。
在图3A的比较例的电路中，将输入输出阻抗Z1、Z2设为50Ω，将 第1谐振电容器4(C1)设为10.007nF，将输电天线3的电感器L1设为 50μH，将受电天线6的电感器L2设为8μH，将第2谐振电容器8(C2) 设为50.661nF，将输电受电天线3、6间的耦合系数设为0.4，将传输频 率设为250kHz。在图3B的本实施方式1的电路中，除了上述比较例的 电路以外，将滤波器10的电感器11(L3)设为1μH，将滤波器10的电 容器12(C3)设为41.211nF。
图4以史密斯圆图表示图3A及图3B的电路的输出阻抗的模拟结果。 根据图4可知，根据滤波器的有无，对于基本波阻抗而言为几乎是相同的 阻抗101，而对于3倍波阻抗而言，在无滤波器的3倍波阻抗102与有滤 波器的3倍波阻抗103中设计成大大不同，根据滤波器的LC的参数的获 取方式而能够设计为任意的相位。另一方面，无滤波器的电路的3倍波阻 抗位于接近容性短路的位置，但只要为该电路构成，无论取何种LC的值 都能成为与之接近的阻抗。
图5是利用图3A及图3B的电路对3次高次谐波的相位进行了360 度扫描时的无线电力传输装置的传输效率的模拟结果。根据图5可知，本 实施方式1中3次高次谐波的相位在-90～+180度的范围内，与无滤波 器的情况相比效率有所提高。再有，可知：在+0～+180度的范围内可 看到效率提高1％以上、在+90～+180度的范围可看到效率提高3％以 上，通过在该范围内设计3次高次谐波的相位，从而受电部7的整流效率 提高。另外，在本实施方式1中输电部2采用D级全桥电路，受电部7 采用二极管全桥电路，但本公开的效果并未限制于此。
(实施方式2)
图6是本公开的实施方式2中的受电装置的框图。其中，针对与图1 同样的构成赋予同一符号并省略其说明。
如图5所示，通过将滤波器的输出阻抗的3次高次谐波的相位设计成 +90～+180度的范围，从而使得传输效率最大。然而，如果动作时的负 载变化，那么3次高次谐波的相位会偏离设计的值。这种情况下，在图6 的受电装置5B中，与图2的受电装置5A相比，其特征在于，
(1)将滤波器10置换为可变滤波器10A；
(2)还设置有例如由数字计算机、CPU、MPU等构成的控制部50。
可变滤波器10A具有利用任意的阻抗使受电部7的整流时产生的高 次谐波反射的特性，具备使反射高次谐波的阻抗可变的功能。控制部50 从负载9或受电部7取得负载信息。基于所取得的负载信息，按照可变滤 波器10A的输出阻抗进入+90～+180度的范围内的方式调整可变滤波 器10A，由此对于宽幅的负载而言能够始终实现高效的电力传输。
图7是示出了图6的可变滤波器10A的详细构成的受电装置5B的框 图。图7中，作为图6的可变滤波器10A，采用由电感器11及可变电容 器12A构成的并联的LC谐振电路串联连接至电容器8与受电部7之间的 频带元件滤波器。在此，通过使可变电容器12A的电容值变化，从而即 便在宽幅的负载状况中也能将可变滤波器10A的输出阻抗的相位调整为 +90～+180度的范围，可以实现高效的电力传输。
本次公开的实施方式在所有方面都是例示，并非是限制性的内容。本 公开的范围是由权利要求书的范围示出，而非上述的说明，意味着也包含 与权利要求书的范围均等的含义及范围内的所有变更。
(实施方式的总结)
本公开的第1方式涉及的无线电力传输装置，是通过电磁感应来进行 电力的非接触传输的无线电力传输装置，具备：
进行频率变换的输电部；
与所述输电部连接的输电天线；和
被连接于所述输电部与所述输电天线之间且按照使所述输电部的输 电频率通过的方式与所述输电天线进行谐振的第1谐振电容器，
该无线电力传输装置具备：
与所述输电天线对置配置的受电天线；
与所述受电天线连接并进行整流及平滑的受电部；以及
被连接于所述受电天线与所述受电部之间且按照使所述输电部的输 电频率通过的方式与所述受电天线进行谐振的第2谐振电容器，
该无线电力传输装置还具备被连接于所述第2谐振电容器与所述受 电部之间且使所述受电部所产生的高次谐波反射的滤波器。
本公开的第2方式涉及的无线电力传输装置，在本公开的第1方式涉 及的无线电力传输装置中，所述滤波器以-90度～+180度的任一相位的 阻抗使所述受电部所产生的3次高次谐波反射。
本公开的第3方式涉及的无线电力传输装置，在本公开的第1方式涉 及的无线电力传输装置中，所述滤波器以+0度～+180度的任一相位的 阻抗使所述受电部所产生的3次高次谐波反射。
本公开的第4方式涉及的无线电力传输装置，在本公开的第1方式涉 及的无线电力传输装置中，所述滤波器以+90度～+180度的任一相位的 阻抗使所述受电部所产生的3次高次谐波反射。
本公开的第5方式涉及的无线电力传输装置，在本公开的第1～4方 式的任一项涉及的无线电力传输装置中，所述第1谐振电容器与所述输电 天线串联地连接，所述第2谐振电容器与所述受电天线并联地连接。
本公开的第6方式涉及的无线电力传输装置，在本公开的第1～5方 式的任一项涉及的无线电力传输装置中，所述滤波器将由电感器与电容器 的并联连接而构成的带阻滤波器串联连接在所述第2谐振电容器与所述 受电部之间。
本公开的第7方式涉及的无线电力传输装置，在本公开的第1～6方 式的任一项涉及的无线电力传输装置中，所述滤波器使针对所述受电部所 产生的3次高次谐波的阻抗的相位可变。
本公开的第8方式涉及的无线电力传输装置，在本公开的第7方式涉 及的无线电力传输装置中，所述滤波器将通过电感器和电容为可变的电容 器的并联连接而构成的带阻滤波器串联连接在所述第2谐振电容器与所 述受电部之间。
-工业实用性-
如以上所详述的，根据本公开，可以提供能够降低受电部中的整流损 耗且实现高效的非接触供电的无线电力传输装置。
-符号说明-
1  输电装置，
2  输电部，
3  输电天线，
4  谐振电容器，
5、5A、5B  受电装置，
6  受电天线，
7  受电部，
9  负载，
10  滤波器，
10A  可变滤波器，
11  电感器，
12  电容器，
12A  可变电容器，
50  控制部，
101  基本波阻抗，
102  无滤波器的3倍波阻抗，
103  有滤波器的3倍波阻抗。