电力传送装置、电力发送装置和电力接收装置.pdf

本发明提供了一种电力传送装置、电力发送装置和电力接收装置。在无线电力传送中，提高传送效率，进而通过特定能够供给电力的机器，提高安全性。具备共振频率不同的两个天线(26、27)，根据由发送机(13)发送的载波的接收状态，进行接收机(23)的接收环路(21)和接收线圈(22)的共振频率的修正，提高传送效率。此外，基于上述不同的共振频率的两个天线(26、27)的接收电平对从发送机(13)发送的数据进行解调，使用反射波对发送机(13)发送数据，进行数据发送接收。利用该数据进行机器的认证，提高安全性。

1.  一种使用规定的共振频率的磁共振从发送装置向接收装置传送电力的电力传送装置，其特征在于：
所述发送装置具有：
包含发送环路和发送线圈的用于发送所述电力的发送部；和
发送机，该发送机包括：对所述发送部供给电力的供给部、检测由所述发送部发送的频率的检测部和对从所述发送部发送的频率进行修正的第1修正部，
所述接收装置具有：
包含接收从所述发送部发送的电力的接收环路和接收线圈的接收部；和
接收机，该接收机包括：具有比所述接收部的共振频率高的共振频率的第1天线、具有比所述接收部的共振频率低的共振频率的第2天线、比较所述第1天线和所述第2天线的接收电平的比较部和基于所述比较部的比较结果对所述接收部的共振频率进行修正的第2修正部。

2.  如权利要求1所述的电力传送装置，其特征在于：
所述发送机还具有与发送至所述接收机的数字数据相对应地使频率变化的频率调制部、
所述接收机还具有基于所述第1天线和所述第2天线的接收电平将数字数据解调的处理部。

3.  如权利要求2所述的电力传送装置，其特征在于：
所述数字数据的发送接收在与电力传送不同的期间进行。

4.  一种使用规定的共振频率的磁共振发送电力的电力发送装置，其特征在于，包括：
包含发送环路和发送线圈的用于发送所述电力的发送部；和
发送机，该发送机包括：对所述发送部供给电力的供给部、检测由所述发送部发送的频率的检测部、对从所述发送部发送的频率进行修正的第1修正部。

5.  一种使用规定的共振频率的磁共振接收电力的电力接收装置，其特征在于，包括：
包含接收所述电力的接收环路和接收线圈的接收部；和
接收机，该接收机包括：具有比所述接收部的共振频率高的共振频率的第1天线、具有比所述接收部的共振频率低的共振频率的第2天线、比较所述第1天线和所述第2天线的接收电平的比较部、基于所述比较部的比较结果对所述接收部的共振频率进行修正的第2修正部。

6.  如权利要求5所述的电力接收装置，其特征在于：
所述接收环路、所述接收线圈、所述第1天线和所述第2天线配置在同一平面上。

7.  如权利要求5所述的电力接收装置，其特征在于：
将所述接收环路、所述接收线圈、所述第1天线和所述第2天线接收的电力相加。

8.  如权利要求5所述的电力接收装置，其特征在于：
所述第1天线和所述第2天线为GPS、电视播放或者非接触IC卡通信所使用的天线。

电力传送装置、电力发送装置和电力接收装置
技术领域
本发明涉及电力传送装置、电力发送装置和电力接收装置，特别涉及传送效率优良、能够传送数据的电力传送装置、电力发送装置和电力接收装置。
背景技术
作为用无线方式发送接收电力的方法，利用电磁感应的电磁感应方式、利用磁共振的磁共振方式的电力传送方式为人们所公知。
由于不需要金属端子而为简单的结构等理由，对于例如电动牙刷、电动剃须刀或便携式电子机器的充电等，正在使用电磁感应方式的无线电力传送。例如，专利文献1和专利文献2中公开了这一点。
此外，由于近年来机器的多样化，大电力(～100W)且为中距离(～10m)的无线电力传送的需要增多。为此开发了磁共振方式的无线电力传送，如非专利文献1中所公开的内容。
专利文献1：日本特开平10-97931号公报
专利文献2：日本特开2008-141940号公报
非专利文献1：Andre Kurs，et al.“Wireless Power Transfer viaStrongly Coupled Magnetic Resonances，”SCIENCE，VOL 317，pp.83-85，6 JULY 2007
上述专利文献1中，通过凸起物提高结合性和位置精度从而实现了传送效率的提高。上述专利文献2中，对于薄型的机器通过位置传感器、凸起物提高位置精度从而实现了传送效率的提高。
上述专利文献中，公开了通过电磁感应进行非接触电力传送的示例。电磁感应方式的传送距离较短，发送接收的电力也较小。因此，开发了上述提高传送效率的方法。
另一方面，非专利文献1中的磁共振方式中，虽然根据波长决定了能够电力传送的距离，但是比电磁感应方式能够传送更远，能够进行大电力的无线传送。但是，与电磁感应方式同样存在因共振频率的偏差引起传送效率的劣化的问题，改善这一点成为重要的课题。
发明内容
本发明就是鉴于上述课而提出的。其目的在于提供传送效率优良，并且能够传送数据的无线电力传送装置、电力发送装置和电力接收装置。
为了解决上述课题，本发明提供一种使用规定的共振频率的磁共振从发送装置向接收装置传送电力的电力传送装置，其中，上述发送装置具有：包含发送环路和发送线圈的用于发送上述电力的发送部；和发送机，该发送机包括：对上述发送部供给电力的供给部、检测由上述发送部发送的频率的检测部和对从上述发送部发送的频率进行修正的第1修正部，上述接收装置具有：包含接收从上述发送部发送的电力的接收环路和接收线圈的接收部；和接收机，该接收机包括：具有比上述接收部的共振频率高的共振频率的第1天线、具有比上述接收部的共振频率低的共振频率的第2天线、比较上述第1天线和上述第2天线的接收电平的比较部和基于上述比较部的比较结果对上述接收部的共振频率进行修正的第2修正部。
根据本发明，其效果为，提供传送效率优良、并且提高了对用户的便利性的电力传送装置、电力发送装置和电力接收装置。
此外根据需要，还具有能够提供能够进行数据传送并且提高了其安全性的电力传送装置、电力发送装置和电力接收装置的效果。
附图说明
图1是表示本发明的一个实施例的电力传送装置的框图。
图2是表示本发明的一个实施例的接收机23的框图。
图3是本发明的一个实施例的传送损失的频率特性图。
图4是表示本发明的一个实施例的便携式终端的框图。
图5是表示本发明的一个实施例的充电器的框图。
图6是表示本发明的一个实施例的电力传送顺序的流程。
图7是表示本发明的另一个实施例的电力传送装置的框图。
图8是表示本发明的另一个实施例的电力传送顺序的流程。
图9是表示本发明的再一个实施例的电力传送装置的框图。
图10是表示本发明的再一个实施例的数据通信的流程。
符号的说明
4：便携式终端；5：充电器；10：发送部；11、51：发送环路；12、52：发送线圈；13、53、73：发送机；14、54：修正用环路；15：修正部；20、40：接收部；21、41：接收环路；22、42：接收线圈；23、63、83：接收机；24、64：修正部；25、65：比较部；26、27、46、47、66、67：天线。
具体实施方式
以下，基于附图说明本发明的实施方式。
[实施例1]
首先，使用图1说明本实施例的电力传送方法。
图1是表示本发明的一个实施例的电力传送装置的框图。在该图中，10为具备发送环路(ル一プ：loop、环)11、发送线圈12的发送部(送信部)。13为具备修正部15、振荡部(也是电力的供给部)16、振荡频率调整部17，与发送部10、修正环路(ル一プ：loop、环)(如后所述也是电力或频率的检测部)14连接的发送机(送信机)。20为具备接收环路(ル一プ：loop、环)21、接收线圈22的接收部(受信部)。23为与接收部20连接，具备修正部24、比较部25、天线26、天线27的接收机(受信机)。其中，存在将发送部10和发送机13合称电力发送装置(电力送信装置)，将接收部20和接收机23合称电力接收装置(电力受信装置)的情况。
发送机13具有以频率f0进行振荡的振荡部16，对具有发送环路11、发送线圈12的发送部10供给电力。发送部10通过发送环路11、发送线圈12激励磁场。修正部15通过修正用环路14检测由发送部10发送的电力，使检测电平为最大，对振荡频率调整部17进行反馈，将振荡频率修正为f0。接收部20具有接收环路21、接收环路22，按照发送部10激励的振荡频率f0进行磁共振。通过接收环路22取出电力，对接收机23供给在接收部20接收的电力。发送部10的振荡频率被修正为f0，但由于修正部15或振荡部16等的误差、温度等的环境变动而发生若干变化，电力传送效率劣化。发送部10的振荡频率f0变化为fx时，接收机23在比较部25对通过具有比f0高的共振频率的天线26、具有比f0低的共振频率的天线27接收的电力的频率fx比电力传送效率最大的共振频率f0高还是低进行比较判定，在修正部24进行共振频率的修正。共振频率的修正方法中，能够考虑使用可变电容改变共振频率的方法等。
其中，发送部10的修正不限于使用上述的修正环路14进行检波的方法。也可以为例如进行发送环路11的阻抗测定，计算逆程损耗，对发送部10进行修正使逆程损耗最小的方法。
接着，使用图2和图3说明本实施例的电力传送装置修正方法。
图2为本实施例的接收机23的框图。接收机23具有修正部24、比较部25。比较部25进行天线26、天线27的接收电平或频率、相位等的比较运算。天线26的共振频率f1为f0+Δf，天线27的共振频率f2为f0-Δf。修正部24由比较部25的比较结果控制包含接收环路21、接收线圈22的接收部20的共振频率。发送部10的振荡频率变得比接收部20的共振频率f0高时，具有较高共振频率的天线26的接收电平提高。接收机23减小修正部24的可变电容的电容值，提高接收部20的共振频率。此外，发送部10的振荡频率变得比接收部的共振频率f0低时，具有较低共振频率的天线27的接收电平升高。接收机23增大修正部24的可变电容的电容值，降低接收部20的共振频率。
图3为本实施例的传送损失的频率特性，表示了接收部20、天线26、天线27的共振频率、发送部10的振荡频率的关系。如图中的(b)所示，接收部20的共振频率、发送部10的振荡频率为f0的情况下，效率最良好。将该状态的损失设为0dB。天线26的共振频率为比f0高Δf的f1，天线27的共振频率为比f0低Δf的f2。如图中的(c)所示，作为天线26的共振频率f1的选择例，选择为在频率比f0高的一侧比(b)的损失成为3dB的频率更高，此外如图中的(a)所示，作为天线27的共振频率f2的选择例，选择为在频率比f0低的一侧比(b)的损失成为3dB的频率更低，由此能够使因频率偏差导致的损失为最大3dB。优选，通过在频率变动较大的情况下使Δf增大，在频率变动较小的情况下使Δf减小，调整修正范围，提高修正精度。
其中，使f1、f2为分别f0+Δf、f0-Δf，与f0的频率差相同，但不限于此。例如，温度变动引起的振荡频率偏差大致能预测到的情况下，也可以分别使f1＝f0+Δfa，f2＝f0-Δfb，与f0的频率差不同。此外，f1和f2的频率也不限于损失为3dB的频率。
而后列举将本实施例应用于便携式终端的示例，进行详细说明。
图4为便携式终端4，图5为表示对便携式终端4供给电力的充电器5的框图。便携式终端4与本实施例的电力传送装置相关，其具有具备接收环路41、接收线圈42的接收部40，接收机43，控制部44，电池45，天线46，天线47。充电器5具有具备发送环路51、发送线圈52的发送部50和具有修正、振荡功能的发送机53、修正环路54、AC适配器55。
充电器5将由AC适配器55供给的电力经由发送机53和发送部50向便携式终端4发送。便携式终端4的接收部40接收到的来自充电器5的电力对便携式终端4的电源即电池45进行充电。
在此，包含发送环路51、发送线圈52的发送部50的振荡频率为f0，包含接收环路41、接收线圈42的接收部40的共振频率和发送部50的振荡频率一致时，效率最高。天线46的共振频率为比共振频率f0高Δf的f1，天线47的共振频率为比共振频率f0低Δf的f2。运用此前使用图2和图3说明的方法，以接收机43的天线46和47的接收电平为基准，通过控制部44控制接收部40的共振频率，能够减少电力的传送损失。
其中，图4的便携式终端，例如可以为移动电话、PDA(PersonalDigital Assistant，个人数字助理)和POS(Point Of Sale，销售点)终端等便携式信息终端以及笔记本电脑等可移动、便携的计算机和灾害救助机器人等，还可以为能够内置在衣服和容器等中的终端。此外，图5的充电器也可以为上述相同终端、机器等中内置的充电器。
对于本实施例的电力传送顺序使用图6的流程说明。首先对于发送部50、发送机53的修正方法说明。充电器5的发送部50通过由AC适配器55获得的来自发送机53的供给电力而进行振荡。发送机53根据由修正用环路54获取的电力、相位、频率等进行发送部50的修正，将振荡频率匹配f0。其中，修正时使可变电容变化，调整频率，使修正时的发送电力为比通常传送时低的最低限度的输出。
而后对于修正后的通常传送，基于图6说明。充电器5按照振荡频率f0振荡，开始电力传送，便携式终端4开始电力的接收(步骤S1000)。便携式终端4的接收机43在检测到由接收环路41、接收线圈42供给的电力低下的情况下(步骤S1001的“是”(yes))，比较两个天线46、天线47的接收电平(步骤S1002)。根据天线46、天线47的接收电平的差对接收部40的共振频率偏差进行修正。例如，发送部50激励的振荡频率偏高的情况下，共振频率较高的天线46的接收电平升高(步骤S1002的“是”)。在此情况下，接收机43以提高接收环路41、接收线圈42的共振频率的方式进行修正(步骤S1003)。另一方面，发送部50激励的振荡共振频率偏低的情况下，共振频率较低的天线47的接收电平升高(步骤S1002的“否”(no))。在此情况下，接收机43以降低接收环路41、接收线圈42的共振频率的方式进行修正(步骤S1004)。其中，在此前的步骤S1001没有检测到由接收线圈42供给的电力低下的情况下(步骤S1001的“否”)，接收机43继续监测电力的低下。以上的流程也可以继续至电力的发送接收动作结束。
根据以上的结构，磁共振方式下即使因温度变化存在频率偏差，也能够进行效率良好的电力传送。
其中，共振频率的修正可以为接收环路41、接收线圈42的任意一方，也可以分别独立地对接收环路41、接收线圈42进行修正。此外，天线46、天线47也可以为其他系统使用的天线，不限于使用只用于共振频率的修正的专用天线。例如，也可以为GPS(Global PositioningSystem：全球定位系统)、电视播放、非接触通信等使用的天线。
[实施例2]
上述实施例1的电力传送装置根据天线的接收电平进行接收环路、接收线圈的共振频率的修正，本实施例2不限于此，其特征在于例如通过与共振频率的修正量相适应，同时修正各天线的共振频率，使得共振频率的修正范围增大，能够进行效率更高的电力传送。作为上述实施例1的一个变形例，列举将上述环路天线、接收环路、接收线圈以同心圆状配置在同一个平面上进行说明。
图7是表示本发明的另一个实施例的电力传送装置的框图。对于与图1相同的构成要素附加相同的符号。在该图中，63为具备修正部64、比较部65的接收机，环路天线66、环路天线67与接收机63连接。环路天线66的直径比接收环路21的直径小，共振频率比接收环路21、接收线圈22的共振频率高(f1)。此外，环路天线的直径67比接收环路21的直径大，共振频率比接收环路21、接收线圈22的共振频率低(f2)。此外，通过在同一平面、同一基板上生成上述环路天线，接收环路21、环路天线66、环路天线67的各自的频率差Δf，即使存在温度变化等外部干扰也不会相对偏移，因此能够以更加优选的形态实施本发明。
图7中，在修正部64，在环路天线66和环路天线67也设置有用于调整共振频率的可变电容。由此能够与接收环路21、接收线圈22一起，也能够同时对环路天线66和环路天线67的共振频率进行修正，使其共振频率不相对偏移。由于其他动作与此前的实施例1相同，省略详细说明。
而后对于电力传送顺序使用图8的流程说明。与上述实施例1相同，发送机的修正部通过修正用环路进行修正，将发送机的振荡频率与f0匹配。接收机63的接收环路21、接收线圈22与发送部激励的磁场产生磁共振，开始电力的接收(步骤S2000)。接收机63的比较部65检测到由接收环路21、接收线圈22供给的电力的低下的情况下(步骤S2001的“是”)，比较环路天线66、环路天线67的接收电平(步骤S2002)。根据接收电平的差对接收环路21、接收线圈22、环路天线66、环路天线67的共振频率偏差进行修正。发送部激励的振荡频率偏高的情况下，共振频率较高的环路天线66的接收电平升高(步骤S2002的“是”)。接收机63以使接收环路21、接收线圈22的共振频率f0升高的方式进行修正(步骤S2003)，进而以使环路天线66、环路天线67的共振频率升高的方式进行修正(步骤S2004)。另一方面，发送部激励的振荡频率偏低的情况下，共振频率较低的环路天线67的接收电平升高(步骤S2002的“否”)。接收机63以使接收环路21、接收线圈22的共振频率降低的方式进行修正(步骤S2005)，进而以使环路天线66、环路天线67的共振频率降低的方式进行修正(步骤S2006)。共振频率的修正使用修正部64的可变电容进行。其中，在此前的步骤S2001没有检测到由接收线圈21供给的电力的低下的情况下(步骤S2001的“否”)，接收机63继续检测电力的低下。以上的流程也可以继续至电力的发送接收动作结束。
根据以上的结构，共振频率的修正范围增大，即使在温度变化等更严格的条件下也能够提高电力传送的效率。
其中，也可以对在修正中使用的环路天线66、环路天线67的电力进行合计，实现效率的提高。例如，也可以在修正中将环路天线66、环路天线67用于接收电平的比较，在修正时间以外将接收的电力与接收环路21、接收线圈22接收的电力合计。此外，为了获知对接收机63供给的电力的低下，虽然检测了接收环路21、接收线圈22的接收电平，但也可以不限于开始接收电力时，而是定期或者随时检测接收电平。此外，上述实施例的说明中，以圆形的环路天线、接收环路和接收线圈为例进行了说明，但本发明中不限于圆形，例如也可以为方形。
[实施例3]
上述实施例1、上述实施例2的电力传送装置使用与接收部的共振频率相比共振频率分别高和低的不同的两个天线，进行接收部和各天线共振频率的修正，实现了效率的提高，本实施例3不限于此，其特征在于使用不同的共振频率使数据通信成为可能。
图9是表示本发明的再一个实施例的电力传送装置的框图。图9与图1所示的实施例1为相同结构，但在发送机73具有频率调制部71，接收机83具有处理部81。其中，虽然没有图示，但与图1相同，在发送机73具有振荡频率调整部17。此外，接收机83的处理部81兼具有图1的比较部25的功能。在此，对于发送部的振荡频率修正、接收部共振频率的修正和电力的传送，由于与上述实施例1相同，省略说明，对于数据通信时进行详细说明。
对于数据通信，以在进行上述发送部的振荡频率修正后、传送电力前进行数据通信的情况为例说明。发送机73的频率调制部71通过存储在存储器72的数据70分时地切换振荡频率。在此，输入数据70为“0”、“1”的数字数据。按照比特为“0”的情况下，发送部10的振荡频率为f1，比特为“1”的情况下，发送部10的振荡频率为f2的方式进行动作。接收机83的处理部81对共振频率为f1的天线26、共振频率为f2的天线27的接收电平进行比较，具有较高共振频率的天线26的接收电平较高的情况下，判断为“0”，具有较低共振频率的天线27的接收电平较高的情况下，判断为“1”，将数据80存储在存储器82中。由此，能够进行利用了共振频率不同的两个天线的接收电平的不同的数据通信。
而后表示将本实施例用于机器认证的一例。图10为表示本发明的再一个实施例的数据通信的流程，表示了用于机器认证的情况。
发送机73进行发送部10的振荡频率的修正(步骤S3001)。电力传送开始前使发送部10的振荡频率根据机器认证信息即数据70，变化为f1、f2而进行发送(步骤S3002)。接收机83使用天线26和天线27，将其接收(步骤S3003)。接收机83的处理部81如上所述由天线26、天线27的接收电平变化进行解调，与预先存储在存储器82的机器认证信息即数据80进行比较，判定认证的通过与否(步骤S3004)。发送机73如上所述发送数据70后，发送频率f1或者f2任意一方的载波(步骤S3005)。
在步骤S3004，通过接收的数据与上述数据80一致判定为通过认证的情况下(步骤S3004的“是”)，接收机83将存储在存储器82的机器认证信息即数据80发送至发送机73。为此例如，在步骤S3005发送机73发送频率f1的载波的情况下使天线26的阻抗变化，发送频率f2的载波的情况下使天线27的阻抗变化，用通称反向散射方式的方法使对于上述载波的负荷变化，将上述数据80发送至发送机73(步骤S3006)。
发送机73在发送部10检测出由于接收机83进行的例如阻抗控制而变化的载波的反射量(步骤S3007)，进行数据的解调(步骤S3008)。将解调结果与存储在存储器72的机器认证信息即数据70进行比较判定认证的通过与否(步骤S3009)。两者一致则判定为通过认证的情况下(图中的“是”)，开始上述电力传送(步骤S3010)。动作持续到电力的发送接收动作结束为止。
在步骤S3009，发送机73接收的数据与上述数据70不一致，认证未通过的情况下(图中的“否”)，不进行电力传送而结束动作。
在此前的步骤S3004，当接收机83接收的数据与上述数据80不一致，认证未通过的情况下(图中的“否”)，接收机83不对发送机73发送数据，不进行电力传送而结束动作。
通过以上的动作能够进行数据通信，例如，由于能够只对通过机器认证等的通信而允许电力接收的接收机供给电力，能够提高安全性等。进而能够通过进行发送部和接收部的频率修正提高电力传送的效率。此外，由于无线传送还能够提高接收电力供给的机器的方便性。
其中，在此表示了由接收部的第1天线和第2天线的接收电平解调数据的示例，但不限于此。例如，也可以将某个接收电平作为阀值，将一方或者双方的接收电平与阀值比较后解调。此外，表示了接收侧对于来自发送侧的载波，变化其阻抗，以调制反射波后进行响应的反向散射(バツクスキヤツタ：back scatter)方式进行通信的示例，但不限于此。例如，也可以为基于单一载波的AM、FM调制等。
此外，上述通信数据以发送认证用的数据的情况为例，但不限于此。例如也可以由接收机83向发送机73发送用于指示发送机73发送的电力的电平的信息。
进而，虽然使接收部的天线的数量为例如天线26和天线27这两个，但不限于此。例如，也可以使用一个天线而仅在接收电平升高或者降低的情况下修正，还可以使用三个以上，实现修正精度的提高和数据传送速度的提高。
另外，对于本实施例，还能够考虑到进行了构成要素和动作的追加或变更的各种实施例，其各种情况都属于本发明的范畴。