CN103688443B - 非接触供电*** - Google Patents

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Abstract

非接触供电***包括：供电装置，其包含利用工作频率(f1)进行励磁的多个初级线圈；以及受电装置，其包含基于来自初级线圈的交变磁通量来感应电流的次级线圈。将对初级线圈进行励磁的工作频率(f1)设置为在次级线圈存在于相邻的两个初级线圈之间的夹缝位置的情况下所形成的谐振***的谐振频率(fb2)或在该谐振频率的附近(fx-fy)。

Description

非接触供电***
技术领域
本发明涉及以非接触方式向受电装置供电的非接触供电***。
背景技术
传统上，存在以非接触方式从供电装置向着受电装置进行供电的非接触供电***(例如，参考专利文献1)。在现有技术的非接触供电***中，为了进行供电，受电装置配置在供电装置上的确定位置处。仅在这种状态下进行从供电装置向着受电装置的供电。
近年来，为了进一步提高用户的便利性，已研究了自由布局型的非接触供电***(例如，参考专利文献2)，其中该非接触供电***使得能够通过将受电装置配置在供电装置的上表面(供电面)上的任意位置处，来进行向着该受电装置的供电。
如图5(a)所示，在自由布局型的非接触供电***中，在供电装置10的内部，多个初级线圈L1沿着供电装置10的供电面6排列。受电装置30包括次级线圈L2。在图5(a)中，次级线圈L2与初级线圈L1正对。以工作频率f1对初级线圈L1进行励磁。来自励磁后的初级线圈L1的磁通量的变化在二次线圈L2处感应电流。该感应电流变为受电装置30的输出电力。这样，使用电磁感应来从供电装置10向受电装置30供给电力。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2003-204637
专利文献2：日本特开2008-5573
发明内容
发明要解决的问题
在现有技术的非接触供电***(非自由布局型的***)中，如图7所示，将初级线圈L1的工作频率f1设置为与在次级线圈L2与初级线圈L1正对的情况下的谐振***的谐振频率fr一致。谐振频率fr是次级线圈L2的谐振频率。在现有技术的非接触供电***中，受电装置配置在相对于供电装置的确定位置处。这样使得在供电时次级线圈能够与初级线圈正对。因而，通过将工作频率f1设置为谐振频率fr，受电装置30可以获得最大输出电力W1。
在自由布局型的非接触供电***中，受电装置30不必配置在任何特定位置处，只要其配置在供电面6上即可。因而，如图5(b)所示，次级线圈L2可以配置在两个初级线圈L1之间的夹缝(狭間)位置处。在次级线圈L2位于与初级线圈L1正对的位置处的情况下，泄漏电感Le最小。随着次级线圈L2沿着供电面6相对于正对位置变得更远，泄漏电感Le增加。
已知随着泄漏电感Le增大，谐振频率fr减小。因而，如图7的箭头所示，谐振***的谐振频率fr根据次级线圈L2相对于初级线圈L1的位置偏移而减小。因而，初级线圈L1之间的夹缝位置处的输出电力变为输出电力W2，其中该输出电力W2相对于在正对位置处所获得的输出电力W1大幅下降。这样，在自由布局型的非接触供电***中，受电装置30的输出电力根据受电装置30的配置位置而大大改变，并且难以获得稳定的输出电力。
本发明是有鉴于此而作出的，并且本发明的目的是提供使得能够与次级线圈的配置位置无关地获得稳定的输出电力的非接触供电***。
用于解决问题的方案
本发明的一个方面是一种非接触供电***，包括：供电装置，其包含多个初级线圈，所述初级线圈沿着供电面配置并且用于以工作频率进行励磁；以及受电装置，其包含次级线圈，所述次级线圈在配置在所述供电面处的状态下，基于来自所述初级线圈的交变磁通量来感应电流，其中在所述次级线圈中利用谐振现象，所述非接触供电***的特征在于：将对所述初级线圈进行励磁的所述工作频率设置为如下谐振***的谐振频率或在所述谐振频率的附近，其中该谐振***是在所述次级线圈存在于彼此邻接的两个所述初级线圈之间的夹缝位置处时形成的。
此外，在上述结构中，所述非接触供电***可以包括：电容器，其连接至所述次级线圈。在该结构中，优选地，调整所述电容器的电容，以将所述工作频率设置为与所述夹缝位置相对应的所述谐振***的谐振频率或在所述谐振频率的附近。
此外，在上述结构中，优选地，所述谐振频率的附近是如下频率区域，其中在该频率区域中，通过与所述夹缝位置相对应的所述谐振***所获得的所述受电装置的输出电力大于或等于通过在所述次级线圈存在于与所述初级线圈正对的位置处时形成的谐振***所获得的所述受电装置的输出电力。
此外，在上述结构中，优选地，在所述夹缝位置的所述谐振***处的所述谐振频率的附近，所述工作频率被设置为与该谐振频率不一致。
附图说明
图1是示出非接触供电***的结构的框图。
图2是供电装置的立体图。
图3是示出包括初级侧频率和次级侧频率的谐振***的曲线图。
图4是图3的范围A的谐振曲线的放大图。
图5的(a)是在次级线圈L2位于正对位置的情况下供电装置和受电装置的部分截面图，并且(b)是在次级线圈L2位于夹缝位置的情况下供电装置和受电装置的部分截面图。
图6的(a)是示出现有技术的谐振***的设置中的、与次级线圈L2的位置相对应的受电装置的输出电力的图表，并且(b)是示出本发明的谐振***的设置中的、与次级线圈L2的位置相对应的受电装置的输出电力的图表。
图7是针对背景技术部分的非接触供电***示出在次级线圈位于正对位置的情况下的谐振***和在次级线圈位于夹缝位置的情况下的谐振***的曲线图。
具体实施方式
现在将参考图1～6来说明非接触供电***的一个实施例。
如图1所示，非接触供电***包括供电装置10和受电装置30。在本示例中，受电装置30内置于便携终端40。现在将说明供电装置10和受电装置30的具体结构。
供电装置
如图2所示，供电装置10包括平板状的壳体5。在壳体5的上表面上形成配置有便携终端40的供电面6。在壳体5的内部，多个初级线圈L1配置在供电面6的整个区域上。在本示例中，24个初级线圈L1按4行×6列的矩阵状方式配置在供电面6上。
如图1所示，供电装置10包括：单个共用单元11；以及多个(在本实施例中为与初级线圈L1相同数量的24个)供电单元15，其连接至共用单元11。
共用单元11包括电源电路13和共用控制电路12。电源电路13将来自外部电源的AC(交流)电力转换成适当的DC(直流)电压，并且将该DC电压作为工作电力供给至各供电单元15和共用单元11。
由微计算机构成的共用控制电路12通过向各供电单元15供给各种命令信号来集中控制供电装置10。
供电单元15包括单元控制电路19、励磁驱动电路16和初级线圈L1。
在单元控制电路19接收到来自共用控制电路12的要求供电的命令信号的情况下，单元控制电路19进行励磁驱动电路16的控制。
初级线圈L1的两端连接至励磁驱动电路16。电容器C1连接在初级线圈L1的一端和励磁驱动电路16之间。励磁驱动电路16在单元控制电路19的控制下生成具有工作频率f1的AC电流，并且向初级线圈L1和电容器C1供给该AC电流。这样对初级线圈L1进行励磁。这里，从初级线圈L1产生的磁通量变化。
受电装置
如图1所示，受电装置30包括整流电路31和DC/DC转换器35。
次级线圈L2的两端连接至整流电路31。电容器C2连接在次级线圈L2的一端和整流电路31之间。次级线圈L2基于来自初级线圈L1的磁通量的变化来感应电流。整流电路31对次级线圈L2感应出的DC电压进行整流。DC/DC转换器35将来自整流电路31的DC电压转换成适合便携终端40的工作的值。例如，可以使用该DC电压来对作为便携终端40的工作电源的二次电池(未示出)进行充电。
现在将说明非接触供电***的谐振特性。
图3是针对示出与初级线圈L1的工作频率相对应的受电装置30的输出电力的谐振***的曲线图。如图3所示，本实施例的谐振***包括初级侧谐振频率fa1和次级侧谐振频率fb1这两个谐振频率。初级侧谐振频率fa1低于次级侧谐振频率fb1。谐振频率fa1和fb1是在次级线圈L2位于与初级线圈L1正对的位置处的情况下的谐振频率。
在将对初级线圈L1进行励磁的工作频率f1设置为初级侧谐振频率fa1的情况下，在两个线圈L1和L2处于磁耦合的状态下的阻抗过度下降而导致电路效率下降。因此，为了在本示例中使用次级侧谐振频率fb1，将对初级线圈L1进行励磁的工作频率f1设置在次级侧谐振频率fb1的附近。通过将工作频率f1设置在次级侧谐振频率fb1的附近，抑制了阻抗的过度下降。通过以下公式来获得谐振频率。
数学式1
通过公式(1)显而易见，随着泄漏电感Le或电容器的电容C增大，谐振频率减小。例如，在次级线圈L2相对于与初级线圈L1正对的图5(a)所示的位置在供电面6的平面方向上偏移的情况下，伴随着该偏移，泄漏电感Le增大。在这种情况下，图3中实线所示的谐振***(谐振曲线)在谐振频率减小的方向上移动。如图5(b)所示，在次级线圈L2配置在位于相邻的两个初级线圈L1之间的中央位置的夹缝位置处的情况下，将谐振***(谐振曲线)设置为图3中虚线所示的频率。这样，夹缝位置处的初级侧谐振频率fa2和次级侧谐振频率fb2分别小于正对位置处的次级侧谐振频率fa1和次级侧谐振频率fb1。
此外，如通过上述公式(1)所示，通过调整电容器C2的电容C使得能够设置针对工作频率f1的谐振频率(谐振***的频率区域)。在这种情况下，可以使工作频率f1固定。
图4是示出图3的范围A的放大图。如图4所示，以与上述背景技术部分相同的方式，在将工作频率f1设置为正对位置处的谐振频率fb1的情况下，夹缝位置处的受电装置30的输出电力和正对位置处的受电装置30的输出电力之间的差ΔW1变为最大。在这种情况下，如图6(a)的图表所示，受电装置30的输出电力在正对位置处为最大(约为50W)。在次级线圈L2位于正对位置和夹缝位置之间的中间位置的情况下，受电装置30的输出电力小于20W。在次级线圈L2位于夹缝位置的情况下，受电装置30的输出电力约为10W。因此，在将工作频率f1设置为正对位置处的谐振频率fb1的情况下，次级线圈L2位于夹缝位置处时的输出电力下降为正对位置处的输出电力的约20%。
在本实施例中，调整电容器C2的电容C以设置针对工作频率f1的谐振***的位置，以使得夹缝位置处的受电装置30的输出电力和正对位置处的受电装置30的输出电力之间的差减小。在本示例中，将工作频率f1设置在夹缝位置处的谐振频率fb2的附近。如图4所示，谐振频率fb2的附近是与夹缝位置相对应的谐振***(由虚线示出的谐振曲线)和与正对位置相对应的谐振***(由实线示出的谐振曲线)的两个交点fx和fy之间的频率区域。也就是说，本实施例的谐振***被设置成工作频率f1位于两个交点fx和fy之间。在将工作频率f1设置在两个交点fx和fy之间的情况下，夹缝位置处的输出电力变为正对位置处的输出电力以上。
在将工作频率f1设置在谐振频率fb2的附近的情况下，夹缝位置处的受电装置30的输出电力和正对位置处的受电装置30的输出电力之间的差ΔW2变得小于差ΔW1。在这种情况下，如图6(b)的图表所示，在夹缝位置处受电装置30的输出电力为最大(约为40W)。在次级线圈L2位于正对位置和夹缝位置之间的中间位置的情况下，受电装置30的输出电力约为30W。此外，在次级线圈L2位于正对位置的情况下，受电装置30的输出电力约为20W。因此，在该结构中，正对位置的输出电力相对于夹缝位置的下降比率仅为约50%。这样使得能够与次级线圈L2的位置无关地获得受电装置30的更稳定的输出电力。
本实施例的非接触供电***具有以下所述的优点。
(1)将工作频率f1设置在夹缝位置处的谐振频率fb2的附近。因而，与例如将工作频率f1设置在正对位置处的谐振频率的情况相比，受电装置30在夹缝位置和正对位置之间的输出电力之差变小。因而，可以与次级线圈L2的位置无关地获得受电装置30的更稳定的输出电力。
(2)通过调整电容器C2的电容来设置针对工作频率f1的谐振***的位置。因而，例如，即使在根据预定规格等预先指定了工作频率f1的情况下，也可以在使工作频率f1固定为符合该规格的值的同时，获得受电装置30的更稳定的输出电力。
(3)此外，将工作频率f1设置为与夹缝位置处的谐振频率fb2不一致。在工作频率f1与夹缝位置处的谐振频率fb2一致的情况下，受电装置30的输出电力之差变大，虽然该差不像工作频率f1与正对位置处的谐振频率fb1一致的情况那么大。因此，可以通过将以工作频率f1设置为与夹缝位置处的谐振频率fb1不一致来进一步减小受电装置30的输出电力之差。
可以将上述实施例修改为以下所述的形式。
·在上述实施例中，调整电容器C2的电容C以设置针对工作频率f1的谐振***的位置。然而，可以改变工作频率f1以将工作频率f1设置在夹缝位置处的共振频率fb2的附近。
·在上述实施例中，谐振频率fb2的附近是与夹缝位置相对应的谐振曲线和与正对位置相对应的谐振曲线的两个交点fx和fy之间的频率区域。然而，只要与将工作频率f1设置为谐振频率fb1的情况相比、受电装置30在夹缝位置和正对位置之间的输出电力之差减小，设置工作频率f1的频率区域就不限于该频率区域。例如，可以将工作频率f1设置为交点fx更小的频率区域，并且可以将工作频率f1设置在交点fy更大的频率区域。也就是说，谐振频率fb2的附近的频率区域可以是更宽的范围。
·可以将谐振***设置在工作频率f1与夹缝位置处的谐振频率fb2一致的位置处。与将工作频率f1设置为谐振频率fb1的附近(特别是比谐振频率fb1高的频率区域)的情况相比，这样也获得了稳定的输出电力。
·在上述实施例中，可以省略单元控制电路19。在这种情况下，共用控制电路12还进行上述实施例中单元控制电路19所执行的控制。此外，单元控制电路19所进行的控制的一部分可以由共用控制电路12来进行，并且共用控制电路12所进行的控制的一部分可以由单元控制电路19来进行。
·在上述实施例中，线圈L1和电容器C1串联连接，但还可以并联连接。此外，线圈L2和电容器C2串联连接，但还可以并联连接。

Claims (2)

1.一种非接触供电***，包括：供电装置，其包含多个初级线圈，所述初级线圈沿着供电面配置并且用于以工作频率进行励磁；以及受电装置，其包含次级线圈，所述次级线圈在配置在所述供电面处的状态下，基于来自所述初级线圈的交变磁通量来感应电流，其中在所述次级线圈中利用谐振现象，所述非接触供电***的特征在于包括：
电容器，其连接至所述次级线圈，
其中，调整所述电容器的电容，以将对所述初级线圈进行励磁的所述工作频率设置为在如下谐振***的谐振频率的附近，其中该谐振***是在所述次级线圈存在于彼此邻接的两个所述初级线圈之间的夹缝位置处时形成的，
所述谐振频率的附近是表示与所述夹缝位置相对应的谐振***的谐振曲线与如下谐振曲线的两个交点之间的频率区域，其中，该谐振曲线表示当所述次级线圈存在于所述次级线圈与所述多个初级线圈中的一个初级线圈正对的正对位置时所形成的谐振***，以及
在所述工作频率设置在所述频率区域中的情况下，在所述夹缝位置处的所述受电装置的输出电力大于或等于在所述正对位置处的所述受电装置的输出电力。
2.根据权利要求1所述的非接触供电***，其特征在于，
在所述夹缝位置的所述谐振***处的所述谐振频率的附近，所述工作频率被设置为与该谐振频率不一致。
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