無線電力傳輸裝置、無線電力傳輸裝置的供給電力控制方法以及無線電力傳輸裝置的制 ...的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種能夠提高設計自由度的無線電力傳輸裝置、無線電力傳輸裝置的 供給電力控制方法以及無線電力傳輸裝置的制造方法。
【背景技術】
[0002] 近年來，筆記本型PC、平板型PC、數碼相機、移動電話、便攜式游戲機、耳機型音樂 播放器、無線式頭戴型耳機、助聽器、記錄器等人可攜帶使用的便攜式的電子設備正快速普 及。而且，這些便攜式的電子設備的大部分中搭載有充電電池，需要定期充電。為了簡化對 該電子設備的充電電池的充電作業，通過在供電裝置與搭載于電子設備的受電裝置之間利 用無線傳輸電力的供電技術（使磁場改變而進行電力傳輸的無線電力傳輸技術）來對充電 電池進行充電的設備正不斷增加。
[0003] 例如，作為無線電力傳輸技術，能夠列舉利用線圈間的電磁感應進行電力傳輸的 技術（例如參照專利文獻1)、通過利用供電裝置和受電裝置所具備的諧振器（線圈）間的 諧振現象（磁場諧振態）使磁場耦合而進行電力傳輸的技術（例如參照專利文獻2)。
[0004] 為了通過使用這樣的無線電力傳輸技術穩定地對充電電池進行充電，要求將向充 電電池供給的電力（電流）以規定范圍內的值進行供給。作為其理由列舉：如果向充電電 池供給的電力（電流）小于規定范圍內的值，則變成小電力（小電流），根據充電電池的特 性而導致無法進行充電；另一方面，如果向充電電池供給的電力（電流）大于規定范圍內的 值，則變成過電流，充電電池、充電電路發熱而導致縮短充電電池、充電電路的壽命。
[0005] 為了響應上述要求，考慮通過對進行無線電力傳輸的供電裝置和受電裝置中的輸 入阻抗進行控制來將向充電電池供給的電力（電流）控制為規定范圍內的值。
[0006] 而且，為了對進行無線電力傳輸的供電裝置和受電裝置中的輸入阻抗進行控制， 考慮在受電裝置等中個別地設置阻抗匹配器。例如，在專利文獻3所記載的非接觸供電系 統中，作為相當于上述阻抗匹配器的單元，設置自動匹配器12和自動匹配器23(阻抗調整 單元），由此控制非接觸供電系統中的輸入阻抗（參照專利文獻3的圖1)。
[0007] 然而，另行設置阻抗匹配器對于要求便攜性、小型化、低成本化的便攜電子設備而 言會產生零件個數變多的不佳情況。
[0008] 因此，考慮通過調整被設置于進行無線電力傳輸的供電裝置和受電裝置的電阻 器、電容器、線圈等的電容來控制輸入阻抗。
[0009] 專利文獻1 :日本專利第4624768號公報
[0010] 專利文獻2 :日本特開2010-239769號公報
[0011] 專利文獻3 :日本特開2011-050140號公報
[0012] 專利文獻4 :日本特開2012-182975號公報
【發明內容】
[0013]發明要解決的問題
[0014] 可是，如專利文獻3的【背景技術】（參照段落[0008]~[0010])、專利文獻4的無線 電力傳輸系統的說明書中也記載的那樣，一般地，已知通過使供電裝置和受電裝置具備的 諧振器所具有的諧振頻率與向供電裝置供給的電力的驅動頻率一致（或者使驅動頻率與 供電裝置和受電裝置具備的諧振器所具有的諧振頻率一致），能夠使無線供電的電力傳輸 效率最大（參照專利文獻4的段落[0013])，通常為了尋求電力傳輸效率的最大化而進行這 樣的設定。而且，這樣的供電裝置和受電裝置中的諧振器分別是包括LC諧振電路的結構， 因此，為了使電力傳輸效率最大，供電裝置和受電裝置中的LC諧振電路必然被決定為各自 的諧振頻率與驅動頻率一致的值（電容器、線圈等的電容：諧振條件《L = 1/?C)(參照專 利文獻4的段落[0027])。
[0015] 這樣，為了使無線供電的電力傳輸效率最大化，通常使向供電裝置供給的電力的 驅動頻率與諧振頻率一致，但是LC諧振電路的電容器、線圈等的電容已被預先決定，從而 導致無法將LC諧振電路的電容器、線圈等的電容作為控制輸入阻抗的參數而自由地變更。 即，無法為了控制輸入阻抗而自由地設定LC諧振電路的電容器、線圈等的電容，這意味著 對于要求便攜性、小型化、低成本化的便攜式的電子設備的設計自由度低。
[0016] 因此，本發明的目的在于提供一種無線電力傳輸裝置、供給電力控制方法以及無 線電力傳輸裝置的制造方法，通過自由地調整包括設置于進行無線電力傳輸的供電裝置和 受電裝置的電容器、線圈等的電容在內的值，能夠設定輸入阻抗的值，進而能夠控制所供給 的電力（電流）。
[0017] 用于解決問題的方案
[0018] 用于解決上述問題的發明之一是一種無線電力傳輸裝置的供給電力控制方法，該 無線電力傳輸裝置使磁場變化來從具備供電線圈和供電諧振器中的至少一個的供電模塊 對具備受電諧振器和受電線圈中的至少一個的受電模塊供給電力，該無線電力傳輸裝置的 供給電力控制方法的特征在于，以向上述供電模塊供給的電力的驅動頻率不會成為上述供 電模塊和上述受電模塊中的諧振頻率的值進行供給，將構成上述供電模塊和上述受電模塊 的多個電路元件的各元件值作為參數，通過分別改變該參數來設定該無線電力傳輸裝置的 輸入阻抗Z in，由此調整所供給的電力。
[0019] 根據上述方法，通過以向供電模塊供給的電力的驅動頻率不會成為供電模塊和受 電模塊中的諧振頻率的值進行供給，能夠將構成供電模塊和受電模塊的多個電路元件的各 元件值作為用于改變該無線電力傳輸裝置的輸入阻抗Z in的參數來自由地變更。而且，通過 分別改變該參數，能夠設定無線電力傳輸裝置的輸入阻抗Zin，由此能夠調整所供給的電力。 這樣，為了控制輸入阻抗Z in，能夠將構成供電模塊和受電模塊的多個電路元件的各元件值 作為參數來自由地設定，能夠提高無線電力傳輸裝置的設計自由度，從而實現無線電力傳 輸裝置自身的便攜性、小型化、低成本化。
[0020] 另外，用于解決上述問題的發明之一是一種無線電力傳輸裝置的供給電力控制方 法，該無線電力傳輸裝置利用諧振現象從至少具備供電線圈和供電諧振器的供電模塊對至 少具備受電諧振器和受電線圈的受電模塊供給電力，該無線電力傳輸裝置的供給電力控制 方法的特征在于，
[0021] 以向上述供電模塊供給的電力的驅動頻率不會成為上述供電模塊和上述受電模 塊中的諧振頻率的值進行供給，將構成上述供電線圈的包括線圈1^在內的各電路元件所具 有的合計的阻抗設為Z1、將構成上述供電諧振器的包括線圈L2在內的各電路元件所具有的 合計的阻抗設為Z 2、將構成上述受電諧振器的包括線圈L3在內的各電路元件所具有的合計 的阻抗設為Z3、將構成上述受電線圈的包括線圈L 4在內的各電路元件所具有的合計的阻抗 設為Z4、將從上述受電線圈被供電的設備的合計的負載阻抗設為Z 1、將上述供電線圈的線 圈L1與上述供電諧振器的線圈L 2之間的互感設為M12、將上述供電諧振器的線圈L2與上述 受電諧振器的線圈1^之間的互感設為M 23、將上述受電諧振器的線圈L3與上述受電線圈的 線圈l42間的互感設為M34,
[0022] 將構成上述供電線圈、上述供電諧振器、上述受電諧振器以及上述受電線圈的多 個電路元件的各元件值以及上述互感作為參數，通過分別改變該參數來控制根據下述關系 式導出的該無線電力傳輸裝置的輸入阻抗Z in，由此調整所供給的電力。
[0023] [數 1]
[0026] Icij為L占L」之間的耦合系數
[0027] 根據上述方法，關于利用諧振現象從至少具備供電線圈和供電諧振器的供電模塊 對至少具備受電諧振器和受電線圈的受電模塊供給電力的無線電力傳輸裝置的供給電力 控制方法，通過以滿足上述關系式的方式分別改變參數，能夠控制輸入阻抗Z in來調整所供 給的電力。這樣，為了控制輸入阻抗Zin，能夠將構成供電模塊和受電模塊的多個電路元件 的各元件值作為參數來自由地設定，能夠提高無線電力傳輸裝置的設計自由度，從而實現 無線電力傳輸裝置自身的便攜性、小型化、低成本化。
[0028] 另外，用于解決上述問題的發明之一是上述的無線電力傳輸裝置的供給電力控制 方法，其特征在于，將構成上述供電模塊和上述受電模塊的多個電路元件的各元件值以及 上述互感作為參數，通過分別改變該參數，將相對于向上述供電模塊供給的電力的上述驅 動頻率的傳輸特性的值設定為在低于上述諧振頻率的驅動頻帶和高于上述諧振頻率的驅 動頻帶分別具有波峰。
[0029] 通過上述方法，將相對于向供電模塊供給的電力的驅動頻率的傳輸特性的值設定 為在低于諧振頻率的驅動頻帶和高于諧振頻率的驅動頻帶分別具有波峰（具有后述的雙 峰性的性質）。由此，與相對于向供電模塊供給的電力的驅動頻率的傳輸特性的值在諧振頻 帶出現一個波峰的類型（具有后述的單峰性的性質）相比，具有雙峰性的性質的無線電力 傳輸裝置能夠擴大輸入阻抗Z in的可變范圍。而且，所謂能夠擴大輸入阻抗Z in的可變范圍， 是指與具有單峰性的性質的設定相比，能夠以構成供電模塊和受電模塊的多個電路元件的 各元件值以及互感作為參數在更大范圍內進行設定，能夠進一步提高無線電力傳輸裝置的 設計自由度，從而實現無線電力傳輸裝置自身的便攜性、小型化、低成本化。
[0030] 另外，用于解決上述問題的發明之一是上述的無線電力傳輸裝置的供給電力控制 方法，其特征在于，向上述供電模塊供給的電力的驅動頻率處于與在低于上述諧振頻率的 驅動頻帶出現的傳輸特性的峰值相對應的頻帶。
[0031] 根據上述方法，無論在傳輸特性具有雙峰性的性質的情況下，還是在傳輸特性具 有單峰性的性質的情況下，使驅動頻率與諧振頻率一致時都有所不足，但是能夠在某種程 度上確保較高的傳輸特性。
[0032] 另外，產生于供電模塊的外周側的磁場與產生于受電模塊的外周側的磁場相互抵 消，由此，在供電模塊和受電模塊的外周側，磁場所產生的影響減小，從而能夠形成具有比 供電模塊和受電模塊的外周側以外的磁場強度小的磁場強度的磁場空間。由此，通過在所 形成的磁場空間收納期望不受到磁場影響的電路等，能夠有效利用空間，從而能夠實現無 線電力傳輸裝置自身的小型化。
[0033] 另外，用于解決上述問題的發明之一是上述的無線電力傳輸裝置的供給電力控制 方法，其特征在于，向上述供電模塊供給的電力的驅動頻率處于與在高于上述諧振頻率的 驅動頻帶出現的傳輸特性的峰值相對應的頻帶。
[0034] 根據上述方法，無論在傳輸特性具有雙峰性的性質的情況，還是在傳輸特性具有 單峰性的性質的情況下，使驅動頻率與諧振頻率一致時都有所不足，但是能夠在某種程度 上確保較高的傳輸特性。
[0035] 另外，產生于供電模塊的內周側的磁場與產生于受電模塊的內周側的磁場相互抵 消，由此，在供電模塊和受電模塊的內周側，磁場所產生的影響減小，從而能夠形成具有比 供電模塊和受電模塊的內周側以外的磁場強度小的磁場強度的磁場空間。由此，通過在所 形成的磁場空間收納期望不受到磁場影響的電路等，能夠有效利用空間，從而能夠實現無 線電力傳輸裝置自身的小型化。
[0036] 另外，作為用于解決上述問題的發明之一，也可以是一種無線電力傳輸裝置，其特 征在于，通過上述供給電力控制方法來調整所供給的電力。
[0037] 根據上述結構，為了控制輸入阻抗，能夠將構成供電模塊和受電模塊的多個電路 元件的各元件值作為參數而自由地設定。由此，能夠提高無線電力傳輸裝置的設計自由度， 從而實現無線電力傳輸裝置自身的便攜性、小型化、低成本化。
[0038] 另外，用于解決上述問題的發明之一是一種無線電力傳輸裝置的制造方法，該無 線電力傳輸裝置以從具備供電線圈和供電諧振器中的至少一