[发明专利]供电装置、受电装置以及无线供电系统

说明书

技术领域

本发明涉及基于用于非接触(无线)电力供给和接收的非接触供电方式的供电装置、受电装置以及无线供电系统。

背景技术

电磁感应方式是已知的作为用于无线供电的方式。

此外，近年来，一种采用被称为基于电磁共振现象的磁场共振方式的方式的无线供电与充电系统引起了人们的关注。

目前，在已经广泛使用的基于电磁感应方式的非接触供电系统中，供电源与供电目标(受电侧)需要共享磁通量。因此，需要将供电源和供电目标设置得彼此极其接近，从而以高效率发送电力，并且耦合的轴对准也很重要。

相反，使用电磁共振现象的非接触供电系统的优势在于，由于电磁共振现象的原理，与电磁感应方式相比，电力可以传输更长的距离，并且即使在出现轴对准有些低时传输效率也不会很大地降低。

除了磁场共振方式，电场共振方式也是已知的作为基于电磁共振现象的方式。

例如，日本专利公开第2001-185939号(下文称作专利文献1)公开了一种采用共振的电磁感应型非接触数据载波系统。

在专利文献1中披露的技术具有这样的结构，其中，通过电磁感应将电力从连接到供电电路的供电线圈传输到共振线圈，并通过连接到共振线圈的电容和电阻器来调节频率和品质因数。

发明内容

在专利文献1公开的结构实例中，通过共振线圈单元改变共振频率。因此，用于供电用线圈的阻抗调节时存在以下不利之处。

具体地，尽管共振频率调节(阻抗的虚部调节)是可能的，但是实部基于电阻值来调节，因此损耗大。在所公开的方法中，相反地，其用于品质因数的调节。

此外，存在另一个缺点，即，如果共振线圈的品质因数高则损耗大。

需要本发明提供能够以低损耗进行阻抗匹配的供电装置、受电装置以及无线供电系统。

根据本发明第一实施方式，提供一种供电装置，包括：电力发生器，被配置为产生应被供给的电力；供电元件，被配置为由被供给有通过电力发生器产生的电力的线圈形成；共振元件，被配置为通过电磁感应耦合至供电元件；以及可变匹配单元，被配置为包括用于在供电元件的供电点上进行阻抗匹配的功能。供电元件的直径是可改变的，并且可变匹配单元能够改变供电元件的直径。

根据本发明第二实施方式，提供一种受电装置，包括：共振元件，被配置为基于磁场共振关系接收传输的电力；供电元件，被配置为由通过电磁感应耦合至共振元件且被供给有接收的电力的线圈形成；共振元件，被配置为通过电磁感应耦合至供电元件；以及可变匹配单元，配置为包括用于在电力与供电元件的负载之间的连接部分上进行阻抗匹配的功能。供电元件的直径是可改变的，并且可变匹配单元能够改变供电元件的直径。

根据本发明第三实施方式，提供无线供电系统，包括供电装置、以及被配置为基于磁场共振关系接收从供电装置传输的电力的受电装置。供电装置包括：电力发生器，产生应被供给的电力；供电元件，由被供给有通过电力发生器产生的电力的线圈形成；共振元件，通过电磁感应耦合至供电元件；以及可变匹配单元，包括用于在供电元件的供电点上进行阻抗匹配的功能。供电元件的直径是可改变的，并且可变匹配单元能够改变供电元件的直径。受电装置包括：共振元件，基于磁场共振关系接收从供电装置传输的电力；供电元件，由通过电磁感应耦合至共振元件且被供给有接收的电力的线圈形成；共振元件，通过电磁感应耦合至供电元件；以及可变匹配单元，包括用于在电力与供电元件的负载之间的连接部分上进行阻抗匹配的功能。供电元件的直径是可改变的，并且可变匹配单元能够改变供电元件的直径。

本发明实施方式使可变阻抗匹配能够具有低损耗。

附图说明

图1是根据本发明实施方式的无线供电系统的结构实例的框图；

图2是示意性示出根据实施方式的无线供电系统中电力传输侧上的线圈与受电侧上的线圈之间的关系的示图；

图3是示意性示出根据实施方式的包括供电线圈的直径改变功能与可变匹配电路的结构的示图；

图4是用于说明磁场共振系统的原理的示图；

图5是示出磁场共振系统中耦合量的频率特性的示图；

图6是示出磁场共振系统中共振元件之间的距离与耦合量之间的关系的示图；

图7是示出磁场共振系统中假设耦合量最大时共振频率与共振元件之间的距离的关系的示图；

图8是示出通用可变匹配电路的一个实例的示图；

图9是示意性示出根据实施方式的切换供电装置与受电装置中的供电线圈的直径的结构的示图；以及