CN103329398B - 电力输送*** - Google Patents

Abstract

通过使包括与送电线圈(Lp)串联连接的谐振电容器(Cr)的送电装置侧谐振电路、和包括与受电线圈(Ls)串联连接的谐振电容器(Crs)的受电装置侧谐振电路共振来使它们分别谐振，由此在送电线圈(Lp)和受电线圈(Ls)之间利用磁场和电场这2个耦合来进行电力输送。另外，通过使开关频率高于整体的多谐振电路的固有的谐振频率动作来进行ZVS动作，能大幅降低开关损耗，能进行高效率的动作。由此，构成谋求小型化且提高了电力变换效率的电力输送***。

Description

电力输送***

技术领域

本发明涉及由电力送电装置和电力受电装置构成的电力输送***。

背景技术

近年来，伴随电子设备的小型轻量化以及低消耗电力化，进而伴随电池容量的增大化，电池驱动的电子设备不断增加。另外，在近距离以无线来进行设备间的数据通信的利用方式也不断增加。伴随着这些事实，对于电力也要求非接触下的输送技术。

例如，如专利文献1所示那样，现有的非接触型的充电***由在充电台等具备初级侧线圈的送电装置、和具备次级线圈以及充电电池的便携式电子设备构成，用户将便携式电子设备载置于送电装置。由此，送电装置的初级侧线圈和便携式电子设备的次级侧线圈进行电磁感应耦合(磁场耦合)从而向充电装置侧提供电力，二次电池被充电。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2008-206327号公报

发明内容

发明要解决的课题

但是，在专利文献1的电力输送***中，送电线圈和受电线圈作为利用了电磁感应的绝缘变压器发挥作用，只是作为利用了磁耦合的变压器来加以利用而已。在利用了电磁感应的变压器中，重要的是：使由流过初级绕组的电流所产生的磁通与次级绕组交链而流动电流，效率良好地进行从电到磁然后再到电的变换。一般而言，将由流过初级绕组的电流所产生的磁通中的与次级绕组交链的磁通的比例称作(磁)耦合度，在利用了电磁感应的变压器中，重要的是：为了提高电力变换效率而要提高磁耦合度。但是，为了防止磁饱和或由于物理上的制约，大多数情况下难以增大变压器的磁耦合度，其结果导致使电力变换效率降低这样结果。

另外，一般而言，在电力输送***中，由于进行阻抗匹配(matching)来输送电力，因此在控制中使动作频率变化。另一方面，在电子设备中，按每个设备来确定能使用的频带。为此，若考虑EMC(电磁兼容性)、输送能量的控制性等，则优选以固定频率动作。

本发明的目的在于提供一种不使装置大型化地提高电力输送时的电力变换效率的电力输送***。

用于解决课题的手段

本发明的电力输送***如下那样构成。

(1)一种电力输送***由具备送电线圈的送电装置、和具备受电线圈的受电装置构成，其特征在于，

所述送电装置具备：

送电装置侧谐振电容器，其与所述送电线圈一起构成送电装置侧谐振电路；和

送电装置侧交流电压产生电路，其与所述送电线圈连接，具有开关电路，根据被输入的直流电压产生交流电压，其中该开关电路由开关元件、二极管以及电容器的并联连接电路构成，

所述受电装置具备：

受电装置侧谐振电容器，其与所述受电线圈一起构成受电装置侧谐振电路；和

受电装置侧整流电路，其与所述受电线圈连接，将在该受电线圈产生的交流电压整流成直流电压，

由等效地形成于所述送电线圈和受电线圈之间的互电感以及互电容构成电磁场耦合电路，所述送电装置侧谐振电路和所述受电装置侧谐振电路共振，从所述送电装置向所述受电装置输送电力，

未从所述送电装置送出的能量(无效电力)保存在所述送电装置侧谐振电路中作为谐振能量，

所述受电装置接受到的能量中未提供给输出的能量(无效电力)保存在所述受电装置侧谐振电路中作为谐振能量。

(2)一种电力输送***由具备送电线圈的送电装置、和具备受电线圈的受电装置构成，其特征在于，

所述送电装置具备：

送电装置侧谐振电容器，其与所述送电线圈一起构成送电装置侧谐振电路；和

送电装置侧交流电压产生电路，其与所述送电线圈连接，具有开关电路，根据被输入的直流电压产生交流电压，其中该开关电路由开关元件、二极管以及电容器的并联连接电路构成，

所述受电装置具备：

受电装置侧谐振电容器，其与所述受电线圈一起构成受电装置侧谐振电路；和

受电装置侧整流电路，其与所述受电线圈连接，将在该受电线圈产生的交流电压整流成直流电压，

由等效地形成于所述送电线圈和受电线圈之间的互电感构成电磁耦合电路，所述送电装置侧谐振电路和所述受电装置侧谐振电路共振，从所述送电装置向所述受电装置输送电力，

未从所述送电装置送出的能量(无效电力)保存在所述送电装置侧谐振电路中作为谐振能量，

所述受电装置接受到的能量中未提供给输出的能量(无效电力)保存在所述受电装置侧谐振电路中作为谐振能量。

(3)一种电力输送***由具备送电线圈的送电装置、和具备受电线圈的受电装置构成，其特征在于，

所述送电装置具备：

送电装置侧谐振电感器，其与送电电容器一起构成送电装置侧谐振电路；和

送电装置侧交流电压产生电路，其与所述送电线圈连接，具有开关电路，根据被输入的直流电压产生交流电压，其中该开关电路由开关元件、二极管以及电容器的并联连接电路构成，

所述受电装置具备：

受电装置侧谐振电感器，其与受电电容器一起构成受电装置侧谐振电路；和

受电装置侧整流电路，其与所述受电线圈连接，将在该受电线圈产生的交流电压整流成直流电压，

由等效地形成于所述送电线圈和受电线圈之间的互电容构成电场耦合电路，所述送电装置侧谐振电路和所述受电装置侧谐振电路共振，从所述送电装置向所述受电装置输送电力，

未从所述送电装置送出的能量(无效电力)保存在所述送电装置侧谐振电路中作为谐振能量，

所述受电装置接受到的能量中未提供给输出的能量(无效电力)保存在所述受电装置侧谐振电路中作为谐振能量。

(4)优选所述受电装置具备：信息发送电路，其检测所述受电装置侧整流电路的输出信息，并将所述输出信息输送给所述送电装置侧，

所述送电装置具备：输出信息接收电路，其接收所述输出信息；和输送电力控制电路，其按照所述输出信息控制所述送电装置侧交流电压产生电路来控制输送电力。

(5)例如，所述信息发送电路是以无线通信发送所述输出信息的电路，所述输出信息接收电路是以无线通信接收所述输出信息的电路。

(6)又例如，所述信息发送电路是将电信号变换为光信号来发送所述输出信息的电路，所述输出信息接收电路是将光信号变换为电信号来接收所述输出信息的电路。

(7)例如，优选构成为所述开关电路具备高侧开关电路和低侧开关电路，所述送电装置侧交流电压产生电路通过使交替地接通/断开所述高侧开关电路和所述低侧开关电路的开关频率发生变化的频率控制PFM(PulseFrequency Modulation：脉冲频率调制)来控制输送电力。

(8)又例如，优选构成为所述开关电路具备高侧开关电路和低侧开关电路，所述送电装置侧交流电压产生电路以固定的开关频率交替地接通/断开所述高侧开关电路和所述低侧开关电路，通过控制第1开关电路和第2开关电路的导通期间的比率的接通期间比控制ORM(On-periods RatioModulation：接通期间比调制)来控制输送电力。

(9)优选所述受电装置侧整流电路是具备开关元件的同步整流电路。

(10)优选构成为所述受电装置具备控制所述同步整流电路的动作频率(开关频率)的动作频率控制电路，通过所述动作频率来控制受电电力。

(11)优选构成为所述受电装置具备控制该受电装置侧的电路的控制电路，该控制电路通过所述受电装置接受到的电力来动作。

(12)优选在从所述受电装置侧整流电路的输出部输送电力时，所述受电装置侧整流电路作为所述送电装置侧交流电压产生电路发挥作用，并且所述送电装置侧交流电压产生电路作为所述受电装置侧整流电路发挥作用，由此所述电力输送***能双向地进行电力输送。

(13)优选所述受电装置存在多个，并使这些多个受电装置的所述受电装置侧谐振电路的谐振频率不同，所述送电装置侧交流电压产生电路以与送电目的地相应的开关频率来对所述开关电路进行开关。

(14)优选所述开关频率确定为高于基于所述送电装置侧谐振电路和所述受电装置侧谐振电路的共振的谐振频率，以使得流过所述送电线圈的电流波形的相位滞后于所述交流电压的波形，设定死区时间，以使得在所述高侧开关元件和低侧开关元件都断开的所述死区时间的期间内进行零电压开关动作。

(15)优选与所述送电线圈或所述受电线圈并联地配备并联谐振电容器。

(16)优选由寄生电容构成了所述并联谐振电容器，该寄生电容成为基于形成于所述送电线圈和所述受电线圈之间的电场耦合的等效电容。

(17)优选由寄生电容构成了所述并联谐振电容器，该寄生电容形成于所述送电线圈或所述受电线圈的线圈两端间。

(18)例如，所述送电线圈以及所述受电线圈是空芯的电感器。

(19)优选所述互电感是通过形成于所述送电线圈和所述受电线圈之间的磁耦合所产生的等效励磁电感。

(20)优选使用所述送电线圈或所述受电线圈的电感分量中的不参与耦合的漏电感作为构成所述送电装置侧谐振电路或所述受电装置侧谐振电路的电感器。

发明效果

根据本发明，在送电装置侧和受电装置侧双方具备LC谐振电路，使2个LC谐振电路共振，从而能在送电线圈和受电线圈之间利用磁场或电场或双方的耦合来进行电力输送。另外，通过利用谐振现象而仅将有效电力从送电装置侧输送到受电装置侧，无效电力在送电装置侧和受电装置侧各自的LC谐振电路中循环，作为谐振能量保存，因此能使电力损耗非常小。

附图说明

图1是第1实施方式的电力输送***111的电路图。

图2是图1所示的电力输送***111的各部的电压电流波形图。

图3(A)是由图1所示的电磁场耦合电路90和电容器Cr、Crs构成的电磁场耦合谐振电路部分的电路图。图3(B)是其等效电路图。

图4是赋予在图3(B)的1-1′端子间的电压的波形图。

图5(A)是第1实施方式的其它的构成例的电力输送***111A的电路图。图5(B)是第1实施方式的其它的构成例的电力输送***111B的电路图。图5(C)是第1实施方式的其它的构成例的电力输送***111C的电路图。

图6是第2实施方式的电力输送***112的电路图。

图7是图6所示的电力输送***112的各部的电压电流波形图。

图8是第3实施方式的电力输送***113的电路图。

图9是第4实施方式的电力输送***114的电路图。

图10是第5实施方式的电力输送***115的电路图。

图11是第6实施方式的电力输送***116的电路图。

图12是第7实施方式的电力输送***117的电路图。

图13是第8实施方式的电力输送***118的电路图。

图14是第9实施方式的电力输送***119的电路图。

图15是第10实施方式的电力输送***120的电路图。

图16是第11实施方式的电力输送***121的电路图。

图17是第12实施方式的电力输送***122的电路图。

图18是第13实施方式的电力输送***123的电路图。

图19是第14实施方式的电力输送***124的电路图。

图20是第15实施方式的电力输送***125的电路图。

图21是第16实施方式的电力输送***126的电路图。

图22是第17实施方式的电力输送***127的电路图。

图23是第18实施方式的电力输送***128的电路图。

具体实施方式

《第1实施方式》

图1是第1实施方式的电力输送***111的电路图。

电力输送***111由电力送电装置PSU和电力受电装置PRU构成。

该电力输送***111是在电力送电装置PSU的输入部具备输入电源Vi，向电力受电装置PRU的负载Ro提供稳定的直流的能量的***。电力输送***111具备下面的各部。

·具备送电线圈Lp以及受电线圈Ls的电磁场耦合电路90；

·与送电线圈Lp连接的、包括开关元件Q1的开关电路S1和包括开关元件Q2的开关电路S2；

·与受电线圈Ls连接的、包括开关元件Q3的开关电路S3、包括开关元件Q4的开关电路S4、以及平滑电容器Co；

·与送电线圈Lp连接的串联谐振电容器Cr；

·与受电线圈Ls连接的串联谐振电容器Crs；

·与开关元件Q1、Q2连接的开关控制电路10；

·产生用于对电力受电装置PRU的受电电力进行控制的控制信号的反馈控制电路50；

·以绝缘状态来输送反馈信号的信号传递单元30；

·与送电线圈Lp并联连接的并联谐振电容器Cp；

·与受电线圈Ls并联连接的并联谐振电容器Cs；

·由电磁场耦合电路90以及并联谐振电容器Cp、Cs构成的多谐振电路40。

开关元件Q1和Q2通过开关控制电路10的控制而隔着死区时间交替地接通断开，由此将直流电压Vi整形为矩形波状或梯形波状的电压波形。另一方面，开关元件Q3、Q4通过交替地导通，由此将矩形波状或梯形波状的电压波形整形为直流电压。开关控制电路20以受电线圈Ls的电压信号为基础来进行开关元件Q3、Q4的同步整流控制。在图1所示的第1实施方式的电力输送***111中，能在开关元件Q1、Q2、Q3、Q4中使用MOSFET等的FET，并利用寄生的输出电容、寄生二极管来构成开关电路S1、S2、S3、S4。

反馈控制电路50检测向负载Ro的输出(电压、电流或电力)，经由信号传递单元30将反馈信息传递给送电装置PSU侧。

在图1中，粗虚线包围的部分构成电磁场耦合电路90，细虚线包围的部分构成多谐振电路40。图1所示的参数Ml表示磁场耦合的互耦系数，Mc表示电场耦合的互耦系数。通过基于互电感的磁场耦合(互耦系数Ml)和基于互电容的电场耦合(互耦系数Mc)的合成而构成作为电磁场耦合的互耦系数M。包括该电磁场耦合电路90的多谐振电路40以送电装置侧和受电装置侧的2个LC谐振电路进行共振动作。

通过送电装置PSU的串联谐振电容器Cr、和与其串联连接的等效的串联谐振电感器(Lr：关于该Lr在后面用等效电路进行说明。)构成送电装置侧谐振电路。同样地，通过受电装置PRU的串联谐振电容器Crs、和与其串联连接的等效的电感(Lrs：关于该Lrs在后面用等效电路进行说明。)构成受电装置侧谐振电路。该送电装置侧的谐振电路和受电装置侧的谐振电路通过共振而分别谐振，在送电线圈Lp和受电线圈Ls之间利用基于互电感的磁场和基于互电容的电场这2个耦合来进行电力输送。

另外，电容器Cp、Cs促进了电磁场耦合下的电力输送。即，由电容器Cp、Cs还有之后在等效电路中示出的互电容(Cm)构成基于π型的电场耦合的电力输送电路来输送电力。该互电容Cm与谐振电容器Cr、Crs一起构成基于电场耦合的电力输送电路。

串联谐振电容器Cr、Crs都兼作用于保持直流电压的电容器。在送电装置PSU侧，在开关元件Q1的导通期间对电容器Cr进行充电，在开关元件Q2的导通期间将电容器Cr放电。另一方面，在受电装置PRU侧，在开关元件Q3导通而产生于受电线圈Ls的电压上加上电容器Crs的电压，将电容器Crs放电的同时向负载Ro提供能量，通过开关元件Q4导通而产生于受电线圈Ls的电压来对电容器Crs充电，由此积蓄静电能量。即，将在开关元件Q3、Q4或Q1、Q2各自的导通期间所产生的受电线圈Ls的电压相加来向负载Ro输出能量。

送电装置侧和受电装置侧的2个谐振电路相对于开关元件Q1和Q2的开关频率fs而产生共振。包括电磁场耦合电路90在内由送电装置侧和受电装置侧的2个谐振电路构成多谐振电路40。多谐振电路40具有多谐振电路40的合成阻抗成为最小的固有的谐振频率fr，通过使开关频率fs和谐振频率fr接近来谐振，从而分别流过2个谐振电路的电流变大，输出电力增加。即，通过以比包括电磁场耦合电路在内合成了送电装置侧谐振电路和受电装置侧谐振电路之后的整体的多谐振电路40所具有的固有的谐振频率fr更高的开关频率fs来使开关元件进行接通断开动作，开关频率fs接近固有的谐振频率fr来谐振，从而流入多谐振电路的电流变大，输出电力增加。

因此，由等效地形成于送电线圈与受电线圈之间的互电感和互电容构成电磁场耦合电路90，送电装置侧谐振电路和受电装置侧谐振电路共振，从而从送电装置向受电装置输送电力。另一方面，未从送电装置送出的能量视作无效电力，保存在送电装置侧谐振电路中作为谐振能量。另外，受电装置接受到的能量中未提供给输出的能量也同样地视作无效电力，保存在受电装置侧谐振电路中作为谐振能量。

另一方面，在将开关频率fs设为恒定来进行动作的情况下，通过控制成为2个开关电路的导通期间的比率的接通期间比Da、即通过接通期间比控制来控制输出。在接通期间比控制中，越接近接通期间比Da＝1、即相对于开关周期的第1开关电路S1的导通期间的比率、也就是转换器的接通时比率D越接近D＝0.5，输出电力就越增加。

开关控制电路10进行下面的控制。

(1)针对包括电磁场耦合电路90在内将送电装置侧谐振电路和受电装置侧谐振电路合起来的整体的多谐振电路40，使开关频率高于输入阻抗成为最小的固有谐振频率fr。由此，在该开关频率下多谐振电路成为感应性。因而，流过等效的电感器Lr的电流相位相对于送电装置侧交流电压产生电路产生的矩形波(梯形波)状的交流电压的电压相位而滞后，能在开关元件Q1的电压vds1为0的状态下开启开关元件Q1。同样地，能在开关元件Q2的电压vds2为0的状态下开启开关元件Q2。即，通过进行ZVS(零电压开关)动作，能大幅降低开关损耗，能进行高效率的动作。因此，通过适当地设定开关元件Q1和开关元件Q2都断开的死区时间的期间，能进行零电压开关(ZVS)动作。另外，由于在全部负载范围内以高于谐振频率fr的开关频率进行动作，因此通过适当地设定死区时间的期间，能遍及全部负载范围实现零电压开关(ZVS)动作。

(2)将送电装置侧交流电压产生电路的开关频率设为恒定，控制包括开关元件Q1的开关电路S1、和包括开关元件Q2的开关电路S2的各自的导通期间的比率、即控制接通期间比，来调整从受电装置侧整流电路得到的输出电力，以调整输送能量。

(3)在控制从受电装置侧整流电路提供的输出电力时，伴随着接通期间比控制单元控制接通期间比Da远离1，流过多谐振电路40的电流波形从正弦波失真。由此，为了将从正弦波的波形的失真抑制在规定的值，将开关电路S1、S2的接通期间比设定在比较接近于1之处，并控制开关元件Q1、Q2以使送电装置侧交流电压产生电路的开关频率变化，由此调整从受电装置侧整流电路得到的输出电力，以调整送电能量。

(4)为此，组合前述(2)的接通期间比控制和(3)的基于开关频率的控制，例如相应于受电装置侧的输入电压的变动来使开关频率变化，且通过构成为抑制流过多谐振电路40的电流波形从正弦波较大地失真，并相对于负载的变动来控制接通期间比，从而能在得到谐振电流波形从正弦波的失真较小、且开关频率的变化幅度也较小的最佳的转换器特性的同时，调整从受电装置侧整流电路得到的输出电力，以调整所发送的能量。

图2是图1所示的电力输送***111的各部的电压电流波形图。电力输送***111的各定时下的动作如下所述。

将送电线圈Lp的励磁电流设为im。将开关元件Q1、Q2、Q3、Q4的栅极-源极间电压分别设为vgs1、vgs2、vgs3、vgs4，将漏极-源极间电压分别设为vds1、vds2、vds3、vds4。Q1、Q2隔着两开关元件成为断开的短的死区时间交替地进行接通、断开动作，使在死区时间的期间流过Q1、Q2的电流分别换流来进行ZVS动作。在下面示出1个开关周期内的各状态下的动作。

[1]State1时刻t0～t1

送电装置PSU的具备开关元件Q1的开关电路S1导通。首先，开关元件Q1的两端的寄生二极管导通，通过在该期间内开启开关元件Q1来进行ZVS动作。在送电线圈Lp中流过电流，电容器Cr被充电。

受电装置PRU的具备开关元件Q3的开关电路S3导通，通过施加于送电线圈Lp的电压而在受电线圈Ls感应出电压，电容器Crs放电来提供电流，在受电线圈Ls感应出的电压和电容器Crs的两端电压加起来对负载输送电力。

在开关元件Q1关断时，成为State2。

[2]State2时刻t1～t2

通过流过送电线圈Lp的电流ir而开关元件Q1的两端的电容器C1被充电，开关元件Q2的两端的电容器C2被放电。在电压vds1成为电压Vi、电压vds2成为0V时，成为State3。

[3]State3时刻t2～t3

在送电装置PSU中，具备开关元件Q2的开关电路S2导通。首先，开关元件Q2的两端的寄生二极管导通，通过在该期间内开启开关元件Q2来进行ZVS动作。在送电线圈Lp中流过电流，电容器Cr被放电。开关元件Q4导通，通过施加于送电线圈Lp的电压而在受电线圈Ls感应出电压，电容器Crs被充电。对负载施加电容器Co的电压来输送电力。在开关元件Q2关断时，成为State4。

[4]State4时刻t3～t4

通过流过送电线圈Lp的电流ir而开关元件Q1的两端的电容器C1被放电，开关元件Q2的两端的电容器C2被充电。在电压vds1成为0V、电压vds2成为Vi时，成为State1。

下面，周期性地反复State1～4。

在图2中，流过接收装置侧的开关元件Q3、Q4的电流波形id3、id4流动负电流。如此流过开关元件Q3、Q4的负电流成为从负载侧再生的电流，提供给输出的电流成为将从电流波形id3、id4的正电流减去负电流而得到的电流进行平均后的值。为此，仅使接通期间比从1起较小地变化就能较大地较少输出电流，能以较小的接通期间比的变化来较大地调整提供电力，提高了输出电力的控制性。

图3(A)是由图1所示的电磁场耦合电路90和电容器Cr、Crs构成的电磁场耦合谐振电路部分的电路图。图3(B)是其等效电路图。在此，互电感Lm表示为通过送电线圈Lp和受电线圈Ls的磁场耦合来输送电力的等效的电感器，互电容Cm表示为通过送电线圈Lp和受电线圈Ls的电场耦合来输送电力的等效的电容器。

前述送电装置侧的串联谐振电感器Lr是相当于Lr＝Lp-Lm的电感。另外，受电装置侧的串联谐振电感器Lrs是相当于Lrs＝Ls-Lm的电感。其中，在此，受电装置侧的电感Ls、Lrs使用等效地换算为从送电装置侧观察的表观上的电感的电感Ls1、Lrs1来进行说明。具体地，例如若将成为受电线圈的匝数相对于送电线圈的匝数之比的匝数比设为n，则

Ls1＝n²Ls

Lrs1＝n²Lrs

的关系成立。同样地，在此，受电装置侧的电容Cs、Crs使用等效地换算为从送电装置侧观察的表观上的电容的电容Cs1、Crs1来进行说明。具体地，例如若将成为受电线圈的匝数相对于送电线圈的匝数之比的匝数比设为n，则

Cs1＝Cs/n²

Crs1＝Crs/n²

的关系成立。进而，在此，在

Lm＜＜Lp

Lm＜＜Ls

的关系成立的情况下，还能认为

Lr≈Lp

Lrs1≈Ls1。

若将向电磁场耦合谐振电路输入的输入电压波形设为电压vac in(t)，则得到下式。

[数1]

$v_{\mathrm{acin}}\left(t\right)=\left\{\begin{array}{c}{v}_i(0\&le;t<\mathrm{DT})\\ 0(\mathrm{DT}\&le;t<T)\end{array}\right.,v_{\mathrm{acin}}(t+T)=v_{\mathrm{acin}}\left(t\right)\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(1\right)$

其中，存在下式。

[数2]

D＝t_on/T，ω＝2π/T    …(2)

在图3(B)的1-1′端子间赋予图4所示那样的矩形波电压vac in，对电压vac in(t)进行傅立叶级数展开而得到下式。

[数3]

$v_{\mathrm{acin}}\left(t\right)={\mathrm{DV}}_i+\frac{V_i}{\mathrm{\&pi;}}\underset{n=1}{\overset{\&infin;}{\mathrm{\&Sigma;}}}\frac{1}{n}\left\{\sqrt{2(1-\cos \left(2\mathrm{Dn\&pi;}\right))}\sin (\mathrm{n\&omega;t}+\mathrm{\&alpha;})\right\}\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(3\right)$

其中，存在下式。

[数4]

$\mathrm{\&alpha;}=\{1-\cos \left(2\mathrm{Dn\&pi;}\right)\}/\sqrt{2(1-\cos \left(2\mathrm{Dn\&pi;}\right))}\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(4\right)$

如此，在矩形波信号中包括谐振频率的基波分量及其谐波分量，由于在端子1-1′间赋予包括高阶的频率分量的电压，因此通过由电磁场耦合谐振电路将高阶的频率分量的电压波形也包括在内来进行共振动作，从而能效率良好地输送电力。进而，未从送电装置送出的能量视作无效电力，保存在送电装置侧谐振电路中作为谐振能量。同样地，受电装置接受到的能量中未提供给输出进行电力消耗的能量也视作无效电力，保存在受电装置侧谐振电路中作为谐振能量。

根据第1实施方式，起到如下那样的效果。

(a)由于通过利用使送电装置侧谐振电路和受电装置侧谐振电路共振的谐振现象将有效电力从送电装置侧向受电装置侧输送，无效电力在送电装置侧和受电装置侧的各自的LC谐振电路中循环并作为谐振能量保存，因此能构成电力损耗非常小的电力输送***。

(b)通过将单一的转换器构成为送电装置PSU和受电装置PRU，从而能构成电力用电子部件的数量非常少的电力输送***。由此，能非常简单地构成，能谋求电力输送***装置的小型轻量化。

(c)通过针对于由送电装置PSU和受电装置PRU构成的多谐振电路的谐振频率，提高开关频率以使开关动作，来设定适当的死区时间，从而能进行开关元件的ZVS(零电压开关)动作，能大幅降低开关损耗。

(d)通过送电装置侧的前述Lr、Cr所构成的谐振电路的谐振频率以及受电装置侧的前述Lrs、Crs所构成的谐振电路的谐振频率、和开关频率fs调谐而借助共振现象来进行电力输送，从而能进行效率比基于电磁感应的电力输送更高的电力输送。

(e)通过在送电线圈Lp和受电线圈Ls之间形成的LC谐振动作，从而能不仅利用磁场耦合还利用电场耦合地进行电力输送。比仅用磁场耦合的情况提高了输送效率。

(f)通过使用反馈控制电路50来将受电装置的输出信息传递到送电装置PSU侧，控制送电装置侧的开关控制电路10来调整输送电力，从而能进行精度良好的输送电力的调整。

(g)通过在信号传递单元30中使用无线通信设备将输出信息传递到送电装置侧，从而能电绝缘地在送电装置侧调整输出电力。

(h)通过在信号传递单元30中使用光电元件将输出信息传递到送电装置侧，从而能电绝缘地在送电装置侧调整输出电力。

(i)能使开关频率变化地利用频率控制PFM(Pulse FrequencyModulation)来控制输送电力，能调整输出电力。

(j)能通过控制以固定的开关频率交替地接通、断开的开关元件的导通期间的比率的接通期间比控制ORM(On-Periods Ratio Modulation)来控制输送电力。能通过使用固定的开关频率来限定利用频带，从而EMC应对也变得容易。另外，还能改善控制输出的控制性。

(k)能通过受电装置侧的同步整流电路来降低整流损耗。能实现电力输送***的小型化。通过用构成同步整流电路的开关元件Q3、Q4进行同步整流动作，在开关元件Q3、Q4中流过负电流，从而能以较小的接通期间比的变化较大地调整输送电力，能提高输送电力的控制性。

(l)通过控制受电装置侧的同步整流电路的动作频率，从而能进行受电装置侧的输送电力的调整，而非送电装置侧。

(m)受电装置侧能通过接受到的电力来使控制电路动作。因此，不需要在受电装置侧具备电源，能谋求装置的小型轻量化。

(n)通过使双向的电力输送成为可能，从而还能作为能从受电装置侧向送电装置侧输送电力、或以受电装置侧为中继点进一步将接受到的电力向其它地方送出的中继***来利用，能通过准备多个本装置进行中继来进行长距离的电力输送。

(o)通过在正向和反向切换开关频率，从而能按每个开关频率设定特定的场所，向处于目的的场所进行电力输送。通过切换开关频率，从而能防止电力输送的串扰。

(p)通过进行ZVS动作，从而能大幅降低开关元件中的开关损耗。

(q)与送电线圈Lp或受电线圈Ls并联配备的电容器Cp、Cs，通过利用形成于送电线圈Lp和受电线圈Ls之间的互电容Cm来取得匹配，从而能形成效率良好的电场耦合电路。比仅用磁场耦合的情况提高了输送效率。

(r)互电容Cm通过使用寄生电容，从而不需要互电容的部件，能谋求小型轻量化，其中该寄生电容成为基于形成于送电线圈Lp和受电线圈Ls之间的电场耦合的等效电容。

(s)并联谐振电容(Cp、Cs)通过使用形成于送电线圈Lp或受电线圈Ls的绕组的两端的寄生电容，从而不需要并联谐振电容的部件，能谋求电力输送***装置的小型轻量化。

(t)在将送电线圈Lp和受电线圈Ls之间设为空芯的情况下，也能通过形成使用了电磁场共振现象的电磁场耦合来效率良好地以无线进行电力输送。因此，能不需要磁芯，并加长电力输送距离。

(u)通过使用励磁电感，从而能不需要互电感器Lm的部件或使其较小，能谋求电力输送***装置的小型轻量化，其中该励磁电感成为基于形成于送电线圈Lp和受电线圈Ls之间的磁场耦合的等效电感。

(v)通过使用送电线圈或受电线圈的电感分量中的不参与耦合的漏电感作为构成送电装置侧谐振电路或受电装置侧谐振电路的谐振电感器，从而能不需要谐振电感器的部件或使其较小，能谋求电力输送***装置的小型轻量化。

《第1实施方式的其它的构成例》

图5(A)、图5(B)、图5(C)分别是与第1实施方式不同的构成例的电力输送***的电路图。

图5(A)是电力输送***111A的电路图。与图1所示的电力输送***111不同，具备参与送电线圈Lp和受电线圈Ls的磁场耦合的等效电感即互电感Lmp、Lms、以及不参与磁场耦合的等效电感即漏电感Lr、Lrs。另外，具备参与送电电容Cp和受电电容Cs的电场耦合的等效电容即互电容Cm1、Cm2、以及不参与电场耦合的等效电容即漏电容Cpp、Css。这些电感Lmp、Lms、Lr、Lrs以及电容Cm1、Cm2、Cpp、Css能使用送电线圈Lp和受电线圈Ls的等效电感器、或送电电容Cp和受电电容Cs的等效电容。或者，还能使用单体的电子部件来构成它们，还能与等效电感、等效电容合成来使用。

在电力输送***111A中，起到如下效果。

(a)通过使用励磁电感Lmp、Lms，从而能不需要互电感器的部件或使其较小，能谋求电力输送***装置的小型轻量化，其中该励磁电感Lmp、Lms成为基于形成于送电线圈Lp和受电线圈Ls之间的磁场耦合的等效电感。

(b)通过使用送电线圈Lp或受电线圈Ls的电感分量中的不参与耦合的漏电感作为构成送电装置侧谐振电路或受电装置侧谐振电路的谐振电感器，从而能不需要谐振电感器的部件或使其较小，能谋求电力输送***装置的小型轻量化。

(c)通过使用励磁电容Cm1、Cm2，从而能不需要互电感器的部件或使其较小，能谋求电力输送***装置的小型轻量化，其中该励磁电容Cm1、Cm2成为基于形成于送电电容Cp和受电电容Cs之间的电场耦合的等效电容。

(d)通过使用送电电容Cp或受电电容Cs的电容分量中的不参与耦合的漏电容作为构成送电装置侧谐振电路或受电装置侧谐振电路的谐振电容器，从而能不需要谐振电容器的部件或使其较小，能谋求电力输送***装置的小型轻量化。

图5(B)是电力输送***111B的电路图。与在第1实施方式中图1所示的电力输送***111不同，具备参与送电线圈Lp和受电线圈Ls的磁场耦合的等效电感即互电感Lmp、Lms、以及不参与磁场耦合的等效电感即漏电感Lr、Lrs。不具备参与电场耦合的等效电容即互电容。即，不是电场和磁场的耦合的电磁场耦合电路，而只形成仅磁场的耦合的磁场耦合电路。

在电力输送***111B中，由于形成磁场耦合电路91，因此与形成电场耦合电路90的情况相比部件较少，能以简单的电路来构成，起到下面的效果。

(a)通过使用励磁电感Lmp、Lms，从而能不需要互电感器的部件或使其较小，能谋求电力输送***装置的小型轻量化，其中该励磁电感Lmp、Lms成为基于形成于送电线圈Lp和受电线圈Ls之间的磁场耦合的等效电感。

(b)通过使用送电线圈Lp或受电线圈Ls的电感分量中的不参与耦合的漏电感作为构成送电装置侧谐振电路或受电装置侧谐振电路的谐振电感器，从而能不需要谐振电感器的部件或使其较小，能谋求电力输送***装置的小型轻量化。

图5(C)是电力输送***111C的电路图。与在第1实施方式中图1所示的电力输送***111不同，具备参与送电电容Cp和受电电容Cs的电场耦合的等效电容即互电容Cm1、Cm2、以及不参与电场耦合的等效电容即漏电容Cpp、Css。不具备参与电场耦合的等效电感即互电感。即，不是电场和磁场的耦合的电场耦合电路90，而只形成仅电场的耦合的电场耦合电路92。

在电力输送***111C中，由于形成电场耦合电路92，因此与形成电场耦合电路的情况相比部件较少，能以简单的电路来构成，起到下面的效果。

(a)通过使用励磁电容Cm1、Cm2，从而能不需要互电感器的部件或使其较小，能谋求电力输送***装置的小型轻量化，其中该励磁电容Cm1、Cm2成为基于形成于送电电容Cp和受电电容Cs之间的电场耦合的等效电容。

(b)通过使用送电电容Cp或受电电容Cs的电容分量中的不参与耦合的漏电容作为构成送电装置侧谐振电路或受电装置侧谐振电路的谐振电容器，从而能不需要谐振电容器的部件或使其较小，能谋求电力输送***装置的小型轻量化。

《第2实施方式》

图6是第2实施方式的电力输送***112的电路图。在该示例中，与第1实施方式的电力输送***111不同，在受电装置侧取代作为同步整流元件的开关元件Q3、Q4而具备整流二极管D3、D4。即，由二极管D3、D4构成受电装置侧整流电路。

图7是图6所示的电力输送***112的各部的电压电流波形图。电力输送***112的各定时下的动作如下述那样。

将送电线圈Lp的励磁电流设为im。将开关元件Q1、Q2的栅极-源极间电压分别设为电压vgs1、vgs2，将漏极-源极间电压分别设为电压vds1、vds2。Q1、Q2隔着两开关元件成为断开的短的死区时间而交替地进行接通、断开动作，使在死区时间的期间分别流过Q1、Q2的电流换流来进行ZVS动作。在下面示出1个开关周期内的各状态下的动作。

[1]State1时刻t0～t1

在送电装置PSU侧，开关元件Q1导通。首先，开关元件Q1的两端的寄生二极管导通，通过在该期间内开启开关元件Q1来进行ZVS动作。在送电线圈Lp中流过电流，电容器Cr被充电。

在受电装置PRU侧，二极管D3导通，从0A起开始流过电流。通过施加于送电线圈Lp的电压而在受电线圈Ls感应出电压，电容器Crs放电来提供电流，在受电线圈Ls感应出的电压和电容器Crs的两端电压加起来对负载输送电力。

在开关元件Q1关断时，成为State2。

[2]State2时刻t1～t2

通过流过送电线圈Lp的电流ir，开关元件Q1的两端的电容器C1被充电，开关元件Q2的两端的电容器C2被放电。在电压vds1成为电压Vi、电压vds2成为0V时，成为State3。

[3]State3时刻t2～t3

在送电装置PSU侧，开关元件Q2导通。首先，开关元件Q2的两端的寄生二极管导通，通过在该期间内开启开关元件Q2来进行ZVS动作。在送电线圈Lp中流过电流，电容器Cr被放电。在电流ir等于励磁电流im时，成为State4。

[4]State4时刻t3～t4

在受电装置PRU侧，二极管D4导通，从0A起开始流过电流。通过施加于送电线圈Lp的电压，在受电线圈Ls感应出电压，电容器Crs被充电。对负载施加电容器Co的电压来输送电力。在电流ir等于励磁电流im时，成为State5。

[5]State5时刻t4～t5

在送电装置PSU侧，流过电流ir作为励磁电流im，在受电装置PRU侧不流过电流。在开关元件Q2关断时，成为State6。

[6]State6时刻t5～t6

通过流过送电线圈Lp的电流ir，开关元件Q1的两端的电容器C1被放电，开关元件Q2的两端的电容器C2被充电。在电压vds1成为电压0V、电压vds2成为Vi时，成为State1。

后面，周期性地反复State1～6。

在第2实施方式的电力输送***112中，能简单地构成电力受电装置PRU。另外，整流二极管D3、D4仅在正向流过电流，与第1实施方式的电力输送***111比较，在受电装置侧整流电路不流过负电流。为此，从输出侧再生的电流消失，能减少在受电装置侧谐振电路循环的电流并降低导通损耗。

《第3实施方式》

图8是第3实施方式的电力输送***113的电路图。与第1实施方式中图1所示的电力输送***不同之处在于受电装置PRU侧的构成。在第3实施方式中，通过受电线圈Ls1、Ls2、二极管D3、D4、电容器Co构成中心抽头整流电路。送电装置PSU的构成与第1实施方式所示的构成相同。其中，在送电装置PSU侧，通过在送电线圈Lp产生的寄生电容或单体的电容器构成并联谐振电容器Crsa(相当于图1的Cp的电容器)。

在该第3实施方式中，在受电装置PRU侧，通过在受电线圈Ls1、Ls2产生的寄生电容或单体的电容器构成并联谐振电容器Crsb(相当于图1中的Cs的电容器)。

在第3实施方式的电力输送***113中，通过开关频率的控制(PFM)来控制输送电力。

《第4实施方式》

图9是第4实施方式的电力输送***114的电路图。与第3实施方式中图7所示的电力输送***不同，在该示例中，在受电装置PRU侧具备谐振电容器Crs。由此，通过该电容器Crs能使得在规定的谐振频率下进行电磁场共振动作。

在该第4实施方式的电力输送***114中，通过开关频率的控制(PFM)来控制输送电力。

《第5实施方式》

图10是第5实施方式的电力输送***115的电路图。与第1实施方式中图1所示的电力输送***不同之处在于受电装置PRU侧的构成。在第5实施方式中，在受电线圈Ls，通过二极管D3、D4、D7、D8、电容器Co构成桥式整流电路。送电装置PSU侧的构成与第1实施方式所示的构成相同。

在受电装置PRU侧，通过在受电线圈Ls产生的寄生电容或单体的电容器构成并联谐振电容器Crs(相当于图1中的Cs的电容器)。

在该第5实施方式的电力输送***115中，通过开关频率的控制(PFM)来控制输送电力。

《第6实施方式》

图11是第6实施方式的电力输送***116的电路图。与第5实施方式中图10所示的电力输送***不同，在该示例中，在受电装置PRU侧具备谐振电容器Crs。由此，通过该电容器Crs能使得在规定的谐振频率下进行电磁场共振动作。

在该第6实施方式的电力输送***116中，通过开关频率的控制(PFM)来控制输送电力。

《第7实施方式》

图12是第7实施方式的电力输送***117的电路图。在该示例中，在送电装置PSU侧设置基于4个开关元件Q1、Q2、Q3、Q4的全桥电路构成的交流电压产生电路。另外，在受电装置PRU侧设置基于4个开关元件Qs1、Qs2、Qs3、Qs4的桥式整流构成的整流电路。

根据该第7实施方式，与第1～第6实施方式相比，由于施加于送电装置PSU侧的开关元件Q1、Q2、Q3、Q4以及受电装置PRU侧的开关元件Qs1、Qs2、Qs3、Qs4的电压分别成为一半，因此能降低开关元件上的损耗。

另外，由于送电装置PSU和受电装置PRU是相同构成的电路，具有对称性，因此能作为双向电力输送***装置使用。

《第8实施方式》

图13是第8实施方式的电力输送***118的电路图。在该示例中，在送电装置PSU侧设置基于4个开关元件Q1、Q2、Q5、Q6的全桥电路构成的交流电压产生电路，在受电装置PRU侧设置基于4个二极管D3、D4、D7、D8的桥式整流构成的整流电路。

根据第8实施方式，相对于第7实施方式，能使受电装置PRU侧的构成简单。另外，能降低受电装置PRU侧的整流元件的耐压。

《第9实施方式》

图14是第9实施方式的电力输送***119的电路图。

在该示例中，具备对输入电源Vi的电压进行分压的电容器Cr1、Cr2、以及对输出电压Vo进行分压的电容器Crs1、Crs2。即，将第1实施方式所示的电力输送***中的串联谐振电容器Cr分割为Cr1、Cr2，将串联谐振电容器Crs分割为Crs1、Crs2。在此，将送电线圈Lp以及受电线圈Ls的励磁电感图示为串联谐振电感器Lr、Lrs。其它与第1实施方式中图1所示的构成相同。

在第9实施方式中，由于流过串联谐振电容器的电流被分割到2个电容器，因此分散了电容器引起的损耗，降低了整体的损耗，分散了发热。

另外，电容器Cr1、Cr2以及电容器Crs1、Crs2起到保持直流电压的作用和作为串联谐振用电容器的作用的两者。

《第10实施方式》

图15是第10实施方式的电力输送***120的电路图。在该示例中，在送电装置PSU侧设置电容器Cc来构成电压箝位电路。其它与第1实施方式中图1所示的构成相同。

在图15所示的电力输送***中，在开关元件Q1关断后，送电线圈Lp的电压经由开关元件Q2的寄生二极管而对电容器Cc充电图15所示的方向的电压，在开关元件Q2接通时，被充电至电容器Cc的电压(+Vc)向多谐振电路施加。即，输入电压Vi被变换为矩形波电压，该矩形波电压成为+Vi和-Vc的电压振幅。

在第1～第9实施方式中，向谐振电路的输入电源电压在+Vi和0V之间变化，电压振幅为Vi，与此相比，在第10实施方式中，输入电源电压从+Vi向-Vc较大地变化，电压振幅以(Vi+Vc)动作。另外，构成电压箝位电路的电容器Cc的两端电压Vc根据开关元件Q1的导通期间相对于开关周期的比率即接通时比率D而变化，能跨宽范围控制输出电压Vo。这表示面向输出电压恒定的情况下输入电源电压跨宽范围变化的情况的应用效果优良。通过如此构成电压箝位电路，从而能改善相对于输入电压的变动的控制特性。即，即便输入电压较大地变动也能谋求输出电压的稳定化。

根据第10实施方式，赋予谐振电路的矩形波电压的振幅电压变大，从而不管以PFM、接通期间比控制ORM(On-periods Ratio Modulation)的哪一者都能动作。

《第11实施方式》

图16是第11实施方式的电力输送***121的电路图。在该示例中，在送电装置PSU侧设置电容器Cc来构成电压箝位电路，在受电装置PRU侧设置电容器Ccs而也在受电装置PRU侧构成电压箝位电路。其它与第10实施方式中图15所示的构成相同。

在图16所示的电力输送***中，将输入电压Vi变换为矩形波电压，该矩形波电压成为+Vi和-Vc的电压振幅。另外，由于对受电装置侧的电容器Ccs充电负电压(Vcs)，因此施加给开关元件Qs1、Qs2所构成的同步整流电路的交流矩形波电压成为+Vo和-Vcs的电压振幅。如此，电压振幅变大，因此相对于输出电压的变动的控制特性也得到改善。即，跨宽范围调整输出电压变得容易。

《第12实施方式》

图17是第12实施方式的电力输送***122的电路图。在该示例中，使送电装置PSU的送电线圈Lp以及受电装置PRU的受电线圈Ls分别为具有铁氧体等磁芯的线圈。由此，通过送电线圈Lp和受电线圈Ls构成变压器。

根据第12实施方式，送电线圈Lp和受电线圈Ls的磁场耦合的程度变大，能使电力输送效率足够大。另外，能通过作为磁芯的铁氧体来抑制放射到空间的电磁波(磁通和电通)。

《第13实施方式》

图18是第13实施方式的电力输送***123的电路图。该电力输送***123相对于实施方式12，构成谐振电感器Lr、Lrs、谐振电容器Cr、Crs、Cp、Cs。

根据第13实施方式，送电线圈Lp和受电线圈Ls的磁场耦合的程度变大，能使电力输送效率足够大。另外，由于成为由参与送电线圈Lp和受电线圈Ls的磁场耦合的互电感所产生的磁通几乎全部都通过作为磁芯的铁氧体的路径，因此能通过铁氧体抑制放射到空间的电磁波(磁通和电通)。另外，能将不参与送电线圈Lp和受电线圈Ls的磁场耦合的电感器分量、漏电感作为谐振电感器Lr、Lrs利用。进而，能将在送电线圈Lp和受电线圈Ls等效构成的寄生电容即绕组电容作为谐振电容器Cp、Cs利用。另一方面，还能以单体的电子部件构成这些谐振电感器Lr、Lrs、谐振电容器Cp、Cs，在这种情况下，由于能任意地设定谐振频率，因此在规定的开关频率下引起共振动作变得容易。

《第14实施方式》

图19是第14实施方式的电力输送***124的电路图。该电力输送***124相对于第12实施方式，构成谐振电感器Lr、Lrs、谐振电容器Cr、Crs、Cp、Cs。通过送电线圈Lp、受电线圈Ls、谐振电感器Lr、Lrs、谐振电容器Cr、Crs、Cp、Cs构成多谐振电路40。

根据第14实施方式，送电线圈Lp和受电线圈Ls的磁场耦合的程度变大，能使电力输送效率足够大。另外，能通过铁氧体抑制放射到空间的电磁波(磁通和电通)。进而，由于能任意地设定谐振频率，因此易于进行共振动作。

《第15实施方式》

图20是第15实施方式的电力输送***125的电路图。该电力输送***125具备对输入电源Vi的电压进行分压的电容器Cr1、Cr2、以及对输出电压Vo进行分压的电容器Crs1、Crs2。即，将送电装置PSU侧的串联谐振电容器分割为Cr1、Cr2，将受电装置PRU侧的串联谐振电容器分割为Crs1、Crs2。

在第15实施方式中，由于流过串联谐振电容器的电流被分割到2个电容器，因此分散了电容器引起的损耗，降低了整体的损耗，分散了发热。

另外，电容器Cr1、Cr2以及电容器Crs1、Crs2起到保持直流电压的作用和作为串联谐振用电容器的作用的两者。

《第16实施方式》

图21是第16实施方式的电力输送***的电路图。在该示例中，将送电装置PSU侧的谐振电容器分割配置为2个电容器Cr1、Cr2，将受电装置侧的谐振电容器分割配置为2个电容器Crs1、Crs2。电容器Cr1、Cr2以及电容器Crs1、Crs2起到保持直流电压的作用和作为串联谐振用电容器的作用的两者。

根据该第16实施方式，通过谐振电容器Cr1、Cr2、Crs1、Crs2能得到基于电场的电绝缘。另外，通过谐振电容器Cr1、Cr2、Crs1、Crs2包围送电线圈和受电线圈，从而缓和了物理上的制约，易于密封放射到空间的电磁波(磁通和电通)。

进而，由于对送电装置PSU侧以及受电装置PRU侧的谐振电容器的各自施加的电压被分割施加给2个电容器，因此能分散电容器上的损耗。

《第17实施方式》

图22是第17实施方式的电力输送***127的电路图。在该示例中，在送电装置PSU侧设置基于4个开关元件Q1、Q2、Q5、Q6的全桥电路构成的交流电压产生电路。另外，在受电装置PRU侧设置基于4个开关元件Q3、Q4、Q7、Q8的桥式整流构成的整流电路。其它的构成与第16实施方式相同。

根据该第17实施方式，由于施加于送电装置PSU侧的开关元件Q1、Q2、Q5、Q6以及受电装置PRU侧的开关元件Q3、Q4、Q7、Q8的电压分别成为一半，因此能降低开关元件上的损耗。其它的作用效果与第16实施方式相同。

《第18实施方式》

图23是第18实施方式的电力输送***128的电路图。

该电力输送***128是具备能进行双向电力输送的多个送受电装置PSU/PRU1、PSU/PRU2、PSU/PRU3、PSU/PRU4的***。

在第1电力送受电装置PSU/PRU1作为送电装置发挥作用时，与此对应，形成电磁场耦合的第2送受电装置PSU/PRU2作为受电装置发挥作用。因此，从第1送受电装置PSU/PRU1向第2送受电装置PSU/PRU2输送电力。此时，在第2送受电装置PSU/PRU2的负载Ro具备充电电池及其充电电路。

第3送受电装置PSU/PRU3对应于第2送受电装置PSU/PRU2，在第2送受电装置PSU/PRU2作为送电装置发挥作用时，第3送受电装置PSU/PRU3作为受电装置发挥作用。此时，第2送受电装置PSU/PRU2使用所述充电电池作为电源。并且，第3送受电装置PSU/PRU3的负载Ro2具备充电电池及其充电电路。

第4送受电装置PSU/PRU4对应于第3送受电装置PSU/PRU3，在第3送受电装置PSU/PRU3作为送电装置发挥作用时，第4送受电装置PSU/PRU4作为受电装置发挥作用。此时，第3送受电装置PSU/PRU3使用所述充电电池作为电源。并且，第4送受电装置PSU/PRU4的负载Ro3具备充电电池及其充电电路。

如此，通过具备多个电力送受电装置，从而中途的电力送受电装置能对电力进行中继而将电力输送到远方。

另外，若构成为使多个受电装置侧的谐振电路的谐振频率不同，送电装置侧以与送电目的地相应的开关频率来对开关电路进行开关动作，则能针对多个受电装置有选择地向规定的受电装置输送电力。

另外，通过根据电力送受电装置的电力输送方向切换开关频率，从而能按每个开关频率向处于目的地的方向(场所)输送电力。即，通过进行切换开关频率等的控制，能够选择适当的电子设备或向适当的方向、场所送出电力，防止电力输送的串扰。

符号说明

Co  平滑电容器

Cp、Cs、Cpp、Css  并联谐振电容器

Cm、Cm1、Cm2  互电容

Cr、Crs  串联谐振电容器

Cr1、Cr2  谐振电容器

Crs  串联谐振电容器

Crs1、Crs2  谐振电容器

D3、D4、D7、D8  整流二极管

Ds1、Ds2  二极管

im  励磁电流

Lp  送电线圈

Lm、Lmp、Lms  励磁电感或互电感

Ls  受电线圈

Lr、Lrs  串联谐振电感器

Mc  电场耦合的互耦系数

Ml  磁场耦合的互耦系数

PSU  电力送电装置

PRU  电力受电装置

Q1～Q8  开关元件

Qs1、Qs2、Qs3、Qs4  开关元件

S1、S2、S3、S4  开关电路

10、20  开关控制电路

30  信号传递单元

40  多谐振电路

50  反馈控制电路

90  电磁场耦合电路

91  磁场耦合电路

92  电场耦合电路

111～128  电力输送***

Claims (22)

1.一种电力输送***，由具备送电线圈的送电装置、和具备受电线圈的受电装置构成，其特征在于，

所述送电装置具备：

送电装置侧谐振电容器，其与所述送电线圈一起构成送电装置侧谐振电路；和

送电装置侧交流电压产生电路，其与所述送电线圈连接，具有开关电路，根据被输入的直流电压产生交流电压，其中该开关电路由开关元件、二极管以及电容器的并联连接电路构成，

所述受电装置具备：

受电装置侧谐振电容器，其与所述受电线圈一起构成受电装置侧谐振电路；和

受电装置侧整流电路，其与所述受电线圈连接，将在该受电线圈产生的交流电压整流成直流电压，

由等效地形成于所述送电线圈和受电线圈之间的互电感以及互电容构成电磁场耦合电路，所述送电装置侧谐振电路和所述受电装置侧谐振电路共振，从所述送电装置向所述受电装置输送电力，

未从所述送电装置送出的能量保存在所述送电装置侧谐振电路中作为谐振能量，

所述受电装置接受到的能量中未提供给输出的能量保存在所述受电装置侧谐振电路中作为谐振能量。

2.一种电力输送***，由具备送电线圈的送电装置、和具备受电线圈的受电装置构成，其特征在于，

所述送电装置具备：

送电装置侧谐振电容器，其与所述送电线圈一起构成送电装置侧谐振电路；和

送电装置侧交流电压产生电路，其与所述送电线圈连接，具有开关电路，根据被输入的直流电压产生交流电压，其中该开关电路由开关元件、二极管以及电容器的并联连接电路构成，

所述受电装置具备：

受电装置侧谐振电容器，其与所述受电线圈一起构成受电装置侧谐振电路；和

受电装置侧整流电路，其与所述受电线圈连接，将在该受电线圈产生的交流电压整流成直流电压，

由等效地形成于所述送电线圈和受电线圈之间的互电感构成电磁耦合电路，所述送电装置侧谐振电路和所述受电装置侧谐振电路共振，从所述送电装置向所述受电装置输送电力，

未从所述送电装置送出的能量保存在所述送电装置侧谐振电路中作为谐振能量，

所述受电装置接受到的能量中未提供给输出的能量保存在所述受电装置侧谐振电路中作为谐振能量。

3.根据权利要求1或2所述的电力输送***，其特征在于，

所述互电感是通过形成于所述送电线圈和所述受电线圈之间的磁场耦合所产生的等效励磁电感。

4.一种电力输送***，由具备送电线圈的送电装置、和具备受电线圈的受电装置构成，其特征在于，

所述送电装置具备：

送电装置侧谐振电感器，其与送电电容器一起构成送电装置侧谐振电路；和

送电装置侧交流电压产生电路，其与所述送电线圈连接，具有开关电路，根据被输入的直流电压产生交流电压，其中该开关电路由开关元件、二极管以及电容器的并联连接电路构成，

所述受电装置具备：

受电装置侧谐振电感器，其与受电电容器一起构成受电装置侧谐振电路；和

受电装置侧整流电路，其与所述受电线圈连接，将在该受电线圈产生的交流电压整流成直流电压，

由等效地形成于所述送电线圈和受电线圈之间的互电容构成电场耦合电路，所述送电装置侧谐振电路和所述受电装置侧谐振电路共振，从所述送电装置向所述受电装置输送电力，

未从所述送电装置送出的能量保存在所述送电装置侧谐振电路中作为谐振能量，

所述受电装置接受到的能量中未提供给输出的能量保存在所述受电装置侧谐振电路中作为谐振能量。

5.根据权利要求1、2、4中任一项所述的电力输送***，其特征在于，

所述受电装置具备：

信息发送电路，其检测所述受电装置侧整流电路的输出信息，并将所述输出信息输送给所述送电装置侧，

所述送电装置具备：

输出信息接收电路，其接收所述输出信息；和

输送电力控制电路，其按照所述输出信息控制所述送电装置侧交流电压产生电路来控制输送电力。

6.根据权利要求5所述的电力输送***，其特征在于，

所述信息发送电路是以无线通信发送所述输出信息的电路，

所述输出信息接收电路是以无线通信接收所述输出信息的电路。

7.根据权利要求5所述的电力输送***，其特征在于，

所述信息发送电路是将电信号变换为光信号来发送所述输出信息的电路，

所述输出信息接收电路是将光信号变换为电信号来接收所述输出信息的电路。

8.根据权利要求1、2、4中任一项所述的电力输送***，其特征在于，

所述开关电路具备高侧开关电路和低侧开关电路，

所述送电装置侧交流电压产生电路通过使交替地接通/断开所述高侧开关电路和所述低侧开关电路的开关频率发生变化的频率控制PFM来控制输送电力，其中该PFM为脉冲频率调制。

9.根据权利要求1、2、4中任一项所述的电力输送***，其特征在于，

所述开关电路具备高侧开关电路和低侧开关电路，

所述送电装置侧交流电压产生电路以固定的开关频率交替地接通/断开所述高侧开关电路和所述低侧开关电路，通过控制第1开关电路和第2开关电路的导通期间的比率的接通期间比控制ORM来控制输送电力，其中该ORM为接通期间比调制。

10.根据权利要求1、2、4中任一项所述的电力输送***，其特征在于，

所述受电装置侧整流电路是具备开关元件的同步整流电路。

11.根据权利要求10所述的电力输送***，其特征在于，

所述受电装置具备控制所述同步整流电路的动作频率的动作频率控制电路，通过所述动作频率来控制受电电力。

12.根据权利要求1、2、4中任一项所述的电力输送***，其特征在于，

所述受电装置具备控制该受电装置侧的电路的控制电路，该控制电路通过所述受电装置接受到的电力来动作。

13.根据权利要求1、2、4中任一项所述的电力输送***，其特征在于，

在从所述受电装置侧整流电路的输出部输送电力时，所述受电装置侧整流电路作为所述送电装置侧交流电压产生电路发挥作用，并且所述送电装置侧交流电压产生电路作为所述受电装置侧整流电路发挥作用，

所述电力输送***能双向地进行电力输送。

14.根据权利要求1、2、4中任一项所述的电力输送***，其特征在于，

所述受电装置存在多个，并使这些多个受电装置的所述受电装置侧谐振电路的谐振频率不同，

所述送电装置侧交流电压产生电路以与送电目的地相应的开关频率来对所述开关电路进行开关。

15.根据权利要求8所述的电力输送***，其特征在于，

所述开关频率确定为高于基于所述送电装置侧谐振电路和所述受电装置侧谐振电路的共振的谐振频率，以使得流过所述送电线圈的电流波形的相位滞后于所述交流电压的波形，

设定死区时间，以使得在所述高侧开关电路和低侧开关电路都断开的所述死区时间的期间内进行零电压开关动作。

16.根据权利要求9所述的电力输送***，其特征在于，

所述开关频率确定为高于基于所述送电装置侧谐振电路和所述受电装置侧谐振电路的共振的谐振频率，以使得流过所述送电线圈的电流波形的相位滞后于所述交流电压的波形，

设定死区时间，以使得在所述高侧开关电路和低侧开关电路都断开的所述死区时间的期间内进行零电压开关动作。

17.根据权利要求1、2、4中任一项所述的电力输送***，其特征在于，

与所述送电线圈或所述受电线圈并联地配备并联谐振电容器。

18.根据权利要求17所述的电力输送***，其特征在于，

由寄生电容构成了所述并联谐振电容器，该寄生电容成为基于形成于所述送电线圈和所述受电线圈之间的电场耦合的等效电容。

19.根据权利要求17所述的电力输送***，其特征在于，

由寄生电容构成了所述并联谐振电容器，该寄生电容形成于所述送电线圈或所述受电线圈的线圈两端间。

20.根据权利要求18所述的电力输送***，其特征在于，

由寄生电容构成了所述并联谐振电容器，该寄生电容形成于所述送电线圈或所述受电线圈的线圈两端间。

21.根据权利要求1、2、4中任一项所述的电力输送***，其特征在于，

所述送电线圈以及所述受电线圈是空芯的电感器。

22.根据权利要求1、2、4中任一项所述的电力输送***，其特征在于，

使用所述送电线圈或所述受电线圈的电感分量中的不参与耦合的漏电感作为构成所述送电装置侧谐振电路或所述受电装置侧谐振电路的电感器。