无线电力供给系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种无线电力供给系统(101)，通过使供电共振线圈(105)和受电共振线圈(108)共振，将电力以磁场能形式从供电共振线圈(105)输送到受电共振线圈(108)，其中，相对于供电共振线圈(105)的线圈直径(D)，受电共振线圈(108)的线圈直径(E)小。而且，将供电共振线圈(105)与受电共振线圈(108)之间的磁耦合维持为稳定的状态，来扩大能够在使送电效率稳定的状态下送电的空间区域。
【专利说明】无线电力供给系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及通过创造出磁场谐振状态来以非接触方式输送电力的无线电力供给 系统。
【背景技术】
[0002]以往，作为无线方式的电力供给技术，已知利用电磁感应的技术、利用电波的技 术。除此之外，近年来提出了一种利用磁场谐振状态的无线电力供给技术。
[0003]利用该磁场谐振状态(也叫做磁谐振、磁场谐振、磁场共振)的电力供给技术是使 磁场在共振的两个共振器之间耦合由此能够输送能量(电力)的技术。根据利用这种磁场 谐振状态的无线电力供给技术，与利用电磁感应的无线电力供给技术相比，能够延长能量 (电力)的输送距离。
[0004]然而，在利用如上所述的磁场谐振状态的电力供给技术中，存在以下问题:两个共 振器之间的磁耦合不稳定，送电效率降低。
[0005]为了解决这种问题，例如在专利文献I中公开了如下一种无线电力供给系统:即 使送电共振线圈与受电共振线圈之间的距离发生变动的情况下，也能够通过变更送电共振 线圈的共振频率和受电共振线圈的共振频率，来逐次变更送电共振线圈与受电共振线圈之 间的耦合强度来维持谐振状态，由此防止从送电装置向受电装置的电力的送电效率的降 低。另外，在专利文献2中公开了如下一种无线电力装置:通过使送电线圈与受电线圈的耦 合强度变化，能够提高装置整体的送电效率。并且，在专利文献3中公开了如下一种供电系 统:在供电线圈与受电线圈之间设置供电共振线圈和受电共振线圈，当以非接触方式供给 电力时，检测供电共振线圈与受电共振线圈之间的距离C，根据该距离c来可变调整供电线 圈与供电共振线圈的距离a以及受电线圈与受电共振线圈的距离b，使得供电效率最大。
[0006]专利文献1:日本特开2010-239769
[0007]专利文献2:日本特开2010-239777
[0008]专利文献3:日本特开2010-124522
【发明内容】
_9] 发明要解决的问题
[0010]通过上述公开的技术确实能够防止送电效率的降低。然而，在上述公开技术中，需 要变更共振频率的控制装置、使两个共振器之间的耦合强度变化的控制装置、调整供电线 圈与供电共振线圈的距离及受电线圈与受电共振线圈的距离的控制装置，不仅结构变得复 杂而且成本增加。
[0011]因此，本发明的目的在于提供如下一种无线电力供给系统:不像以往那样使用变 更共振频率的控制装置、使两个共振器之间的耦合强度变化的控制装置、调整供电线圈与 供电共振线圈的距离及受电线圈与受电共振线圈的距离的控制装置，就能够将两个共振器 之间的磁耦合维持为稳定的状态，来扩大能够在使送电效率稳定的状态下输送电力的空间区域。
[0012]用于解决问题的方案
[0013]用于解决上述问题的发明之一是一种无线电力供给系统，通过使供电共振线圈和 受电共振线圈共振，将电力以磁场能形式从上述供电共振线圈输送到上述受电共振线圈， 其特征在于，相对于上述供电共振线圈的线圈直径，上述受电共振线圈的线圈直径小。
[0014]根据上述结构，在相对于供电共振线圈的线圈直径而受电共振线圈的线圈直径小 的空间区域，即使不调整送电频率等，也能够将供电共振线圈与受电共振线圈的磁耦合维 持稳定的状态。即，如以往那样，在供电共振线圈和受电共振线圈为相同直径的情况下，由 于稳定的磁耦合的距离的范围极其狭窄，因此要经常调整送电频率等，但根据本发明，能够 在比以往宽的距离内维持磁耦合的稳定，因此不需要调整送电频率等的作业。由此，当从供 电共振线圈向受电共振线圈送电时，能够扩大可在使送电效率稳定的状态下送电的空间区 域。
[0015]另外，用于解决上述问题的发明之一是一种无线电力供给系统，其特征在于，上述 供电共振线圈的线圈直径与上述受电共振线圈的线圈直径的比在100:7至100:15的范围 内。
[0016]根据上述结构，通过以使供电共振线圈的线圈直径与受电共振线圈的线圈直径的 比构成为在100:7至100:15的范围内，能够将供电共振线圈与受电共振线圈的磁耦合维持 更为稳定的状态。即，与以往相比，能够在更宽的距离内维持磁耦合的稳定。由此，当从供 电共振线圈向受电共振线圈送电时，能够进一步扩大可在使送电效率稳定的状态下送电的 空间区域。
[0017]另外，用于解决上述问题的发明之一是一种无线电力供给系统，其特征在于，具 备:电力供给部，其供给交流的电力；供电线圈，其与上述电力供给部相连接，通过电磁感 应对上述供电共振线圈供给上述电力；受电线圈，通过电磁感应从上述受电共振线圈对该 受电线圈供给上述电力；以及电力接收部，其与上述受电线圈相连接。
[0018]根据上述结构，当将从电力供给部供给的电力从供电线圈输送到供电共振线圈 时，不创造出送电磁场谐振状态而通过使用电磁感应就能够输送电力。另外，同样地，当将 所接收到的电力从受电共振线圈输送到受电线圈时，不创造出送电磁场谐振状态而通过使 用电磁感应就能够输送电力并输出到电力接收部。由此，不需要在供电线圈与供电共振线 圈之间以及受电共振线圈与受电线圈之间以共振频率进行调谐，因此能够实现设计的简 化。
[0019]另外，用于解决上述问题的发明之一是一种无线电力供给方法，通过使供电共振 线圈和受电共振线圈共振，将电力以磁场能形式从供电共振线圈输送到受电共振线圈，其 特征在于，相对于上述供电共振线圈的线圈直径，上述受电共振线圈的线圈直径小。
[0020]根据上述方法，在相对于供电共振线圈的线圈直径而受电共振线圈的线圈直径小 的空间区域内，即使不调整送电频率等也能够将供电共振线圈与受电共振线圈的磁耦合维 持为稳定的状态。即，如以往那样，在供电共振线圈和受电共振线圈为相同直径的情况下， 由于稳定的磁耦合的距离的范围极其狭窄，因此要经常调整送电频率等，但根据本发明，能 够在比以往宽的距离内维持磁耦合的稳定，因此能够不需要调整送电频率等的作业。由此， 当从供电共振线圈向受电共振线圈送电时，能够扩大可在使送电效率稳定的状态下送电的空间区域。
[0021]发明的效果
[0022]能够提供如下一种无线电力供给系统:不像以往那样使用变更共振频率的控制装 置、使两个共振器之间的耦合强度变化的控制装置、调整供电线圈与供电共振线圈的距离 及受电线圈与受电共振线圈的距离的控制装置，就能够将两个共振器之间的磁耦合维持为 稳定的状态，来防止送电效率的降低。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1是本发明所涉及的无线电力供给系统的说明图。
[0024]图2是实施例所涉及的无线电力供给系统的结构图。
[0025]图3是实施例所涉及的插入损失的测量例。
[0026]图4是在实施例中将使距离C变化时的耦合系数k标记到图上而得到的曲线图。
[0027]图5是与比较例I相关地示出使供电共振线圈与受电共振线圈之间的距离发生变 动时的送电效率的曲线图。
[0028]图6是与实施例1相关地示出使供电共振线圈与受电共振线圈之间的距离发生变 动时的送电效率的曲线图。
[0029]图7是与实施例2相关地示出使供电共振线圈与受电共振线圈之间的距离发生变 动时的送电效率的曲线图。
[0030]图8是实施方式I所涉及的无线电力供给系统的说明图。
【具体实施方式】
[0031]首先，下面基于图1来说明本发明所涉及的无线电力供给系统以及无线电力供给 方法的概要。
[0032]本发明所涉及的无线电力供给系统101的特征在于，当通过使供电共振线圈105 和受电共振线圈108共振，来将电力以磁场能形式从供电共振线圈105输送到受电共振线 圈108时，相对于供电共振线圈105的线圈直径D，受电共振线圈108的线圈直径E小。
[0033]在此，供电共振线圈105和受电共振线圈108例如是使用了线圈的共振器，能够列 举出螺旋型、螺线管型、环型等线圈。所谓共振，是指供电共振器105和受电共振器108以 共振频率进行调谐(例如，通过从交流电源106输出与供电共振器105和受电共振器108 所具有的共振频率相同的频率的电力来实现)。此外，线圈直径是指线圈的径向的长度。
[0034]由此，在供电共振线圈105与受电共振线圈108之间，即使不进行送电频率等的调 整，也能够将供电共振线圈105与受电共振线圈108之间的磁耦合维持稳定的状态。S卩，如 以往那样，在供电共振线圈105和受电共振线圈108为相同直径的情况下，稳定的磁耦合的 距离的范围极其狭窄，因此要经常调整送电频率等，但根据本结构，能够在比以往宽的距离 内维持磁耦合的稳定，因此能够不需要调整送电频率等的作业。由此，当从供电共振线圈 105向受电共振线圈108送电时，能够扩大可在使送电效率稳定的状态下送电的空间区域， 除此之外，如对具备能够被搬运到任意场所的电池等的电力接收部109供电那样，能够扩 大无线电力供给系统的用途。
[0035](实施例)[0036]接着，对以简单的结构实现上述说明的无线电力供给系统101的无线电力供给系统I进行说明。
[0037](无线电力供给系统I的结构)
[0038]图2所示的无线电力供给系统I是包括送电装置10和受电装置12的系统，将电力以磁场能形式从送电装置10输送到受电装置12。如图2所示，送电装置10在其内部具有供电线圈4和供电共振线圈5。而且，代替交流电源而将网络分析器20(Agilent Technologies股份有限公司制)的输出端子21与供电线圈4相连接。另外,受电装置12 在其内部具有受电线圈7和受电共振线圈8。而且，代替电力接收部而将网络分析器20的输入端子22与受电线圈7相连接。
[0039]网络分析器20能够以任意的频率将交流电力从输出端子21输出到供电线圈4。 另外，网络分析器20能够对从受电线圈7输入到输入端子22的电力进行测量。并且，网络分析器20的详细内容后述，但设为网络分析器20能够对图3所示的插入损失“S21”、图4 所示的耦合系数、送电效率进行测量。
[0040]供电线圈4发挥以下作用:通过电磁感应将从网络分析器20获得的电力供给到供电共振线圈5。关于该供电线圈4，将线径为Immcj5的铜线材料(附有绝缘覆膜)盘绕一圈而设定为与本实施例和比较例相匹配的供电线圈直径。在此，将供电线圈4与供电共振线圈5之间的距离设为A，在本实施例和比较例中，将供电线圈4与供电共振线圈5之间的距离A固定为规定的值。[0041]受电线圈7发挥以下作用:将从供电共振线圈5以磁场能形式输送到受电共振线圈8的电力通过电磁感应输出到网络分析器20的输入端子22。关于该受电线圈7，将线径为Immct的铜线材料(附有绝缘覆膜)盘绕一圈而设定为与本实施例和比较例相匹配的受电线圈直径。在此，将受电共振线圈8与受电线圈7之间的距离设为B，在本实施例和比较例中，将受电线圈7与受电共振线圈8之间的距离B固定为规定的值。
[0042]供电共振线圈5和受电共振线圈8分别为LC共振回路，发挥创造出磁场谐振状态的作用。此外,在本实施方式中,通过元件来实现LC共振电路的电容器成分，但也可以打开线圈的两端，通过寄生电容来实现LC共振电路的电容器成分。在该LC共振电路中，当将电感设为L、将电容器容量设为C时，以(式I)决定的f为共振频率。
[0043]f= 1/(2π √(LC) ? ? ?(式 I)
[0044]另外，将供电共振线圈5设定为与本实施例和比较例相匹配的供电共振线圈直径，与供电共振线圈直径相匹配地将线径为的铜线材料(附有绝缘覆膜)盘绕多圈。 另外，将受电共振线圈8设定为与本实施例和比较例相匹配的受电共振线圈直径，与受电共振线圈直径相匹配地将线径为的铜线材料(附有绝缘覆膜)盘绕多圈。而且，如图2所示，将供电共振线圈直径设为线圈直径D，将受电共振线圈直径设为线圈直径E。另外，供电共振线圈5和受电共振线圈8需要使通过(式I)决定的共振频率f相同，将共振频率设为15.3MHz。
[0045]如上所述，在将供电共振线圈5的共振频率和受电共振线圈8的共振频率设为同一值的情况下，能够在供电共振线圈5与受电共振线圈8之间创造出磁场谐振状态。当在供电共振线圈5共振的状态下创造出磁场谐振状态时，能够将电力以磁场能形式从供电共振线圈5输送到受电共振线圈8。[0046]另外，将供电共振线圈5与受电共振线圈8之间的距离设为C。而且，使该距离C 与本实施例和比较例相匹配地变化。
[0047](测量方法)
[0048]接着，使用网络分析器20，在将供电共振线圈5的线圈直径固定为IOOmmcj5之后将受电共振线圈8的线圈直径E变为13mm (K25mm (K55mm (KlOOmmcK来分别测量使供电共振线圈5与受电共振线圈8之间的距离C变化时的耦合系数k。在此，耦合系数k是表示供电共振线圈5和受电共振线圈8的耦合的强度的指标。
[0049]首先，当测量上述耦合系数k时，例如使受电共振线圈8的线圈直径E为IOOmmcK 使距离C从0变为160_，同时测量插入损失“S21”。同样地，将受电共振线圈8的线圈直径变为13mm小、25mm小、55mm小并测量插入损失“S21”。此时,如图3的曲线图所示，将横轴设为从输出端子21输出的频率，将纵轴设为插入损失“S21”来进行测量。
[0050]此外，如果供电线圈4与供电共振线圈5的耦合强，则对供电共振线圈5与受电共振线圈8之间的耦合状态造成影响而不能准确地测量，因此需要将供电线圈4与供电共振线圈5之间的距离A保持为如下距离:能够充分地激励供电共振线圈5来生成供电共振线圈5的磁场，且使供电线圈4与供电共振线圈5尽量不发生耦合。另外，基于相同的理由也需要将受电共振线圈8与受电线圈7之间的距离B保持为如下距离:能够充分地激励受电共振线圈8来生成受电共振线圈8的磁场，且使受电共振线圈8和受电线圈7尽量不发生耦合。
[0051]在此，所谓插入损失“S21”，是表示从输出端子21输入信号时通过输入端子22的信号，以分贝表示，数值越大表示送电效率越高。另外，所谓送电效率是指输出到输入端子 22的电力相对于从输出端子21供给到供电共振线圈5的电力的比率。即，意味着插入损失 “S21”越高送电效率越高。
[0052]像这样测量出的插入损失“S21”的测量波形在低频侧与高频侧峰值分离。将分离后的峰值中的高频侧的频率表示为f；，将低频侧的频率表示为fm。于是，通过(式2)来求出耦合系数k。
[0053]k=(fe2-fm2)/(fe2+fm2) ? ? ?(式 2)
[0054]而且,将受电共振线圈8的线圈直径变为13mm4)、25mm4)、55mm4)、100mm4)并测量
使距离C变化时的耦合系数k而得到的结果标记到图4上。
[0055]在观察图4的测量结果时可知，当相对于供电共振线圈5的线圈直径D的尺寸而受电共振线圈8的线圈直径E的尺寸小时，耦合系数k相对于距离C的上下变动变小而趋于稳定。
[0056]另外，改变供电共振线圈5的线圈直径D与受电共振线圈8的线圈直径E的比，并测量出伴随供电共振线圈5与受电共振线圈8之间的距离C的变化而引起的送电效率的变化。此外，使供电共振线圈5的中心轴与受电共振线圈8的中心轴一致并进行测量。另外， 与各实施例和比较例相匹配地将供电线圈4与供电共振线圈5之间的距离A以及受电线圈 7与受电共振线圈8之间的距离B设为固定。另外，从网络分析器20输送的送电频率包含供电共振线圈5和受电共振线圈8的共振频率。而且，关于送电效率，是在与供电共振线圈 5和受电共振线圈8的共振频率相同的15.3MHz的条件下，测量输出到输入端子22的电力相对于从输出端子21供给到供电共振线圈5的电力的比率而得到的。即，送电效率成为将送电频率设为15.3MHz且使供电共振线圈5和受电共振线圈8共振来计算从共振的供电共振线圈5向受电共振线圈8输送电力时的电力的损失比例的基准。
[0057](比较例I)
[0058]在比较例I所涉及的无线电力供给系统中，将供电线圈4的供电线圈直径设定为 IOOmmcK供电共振线圈5将线径为Immcj5的铜线材料(附有绝缘覆膜)盘绕三圈使得线圈直径D为100mm4),将供电线圈4与供电共振线圈5之间的距离A设定为17mm。另外,将受电线圈7的受电线圈直径设定为IOOmmct，受电共振线圈8将线径为ImmΦ的铜线材料(附有绝缘覆膜)盘绕三圈使得线圈直径E为IOOmmcK将受电线圈7与受电共振线圈8之间的距离B设定为17mm。而且，通过上述设定，在比较例I所涉及的无线电力供给系统中测量出伴随供电共振线圈5与受电共振线圈8之间的距离C的变化而引起的送电效率的变化(线圈直径D:线圈直径E=IOO: 100)。于是，如图5的曲线图那样，在供电共振线圈5与受电共振线圈8之间近的地方(比送电效率最大的距离C=P靠左侧)，送电效率变低。这意味着从距离C为0的地点到送电效率最大的距离P之间的送电效率从低值变为高值，因此送电效率不稳定。
[0059](实施例1)
[0060]接着，在实施例1所涉及的无线电力供给系统中，将供电线圈4的供电线圈直径设定为IOOmmΦ，供电共振线圈5将线径为lrnmA的铜线材料(附有绝缘覆膜)盘绕三圈使得线圈直径D为100mm4)，将供电线圈4与供电共振线圈5之间的距离A设定为10mm。另外， 将受电线圈7的受电线圈直径设定为13mm<K受电共振线圈8将线径为ImmΦ的铜线材料 (附有绝缘覆膜)盘绕13圈使得线圈直径E为Ummcj5，将受电线圈7与受电共振线圈8之间的距离B设定为1mm。而且，通过上述设定，在实施例1所涉及的无线电力供给系统中测量出伴随供电共振线圈5与受电共振线圈8之间的距离C的变化而引起的送电效率的变化 (线圈直径D:线圈直径E=IOO: 13)。于是，如图6的曲线图所示，可知从距离C为0的地点到距离P之间的送电效率平滑地降低，因此与比较例I相比送电效率更为稳定。这意味着， 在从距离C为0的地点到距离P之间输送规定的电力时，不需要如专利文献1、专利文献3 所列举那样进行送电频率的可变控制、供电线圈4与供电共振线圈5之间的距离A以及受电线圈7与受电共振线圈8之间的距离B的可变控制，就能够以固定的效率输送电力。
[0061](实施例2)
[0062]接着，在实施例2所涉及的无线电力供给系统中，将供电线圈4的供电线圈直径设定为320mmcK供电共振线圈5将线径为Immcj5的铜线材料(附有绝缘覆膜)盘绕两圈使得线圈直径D为320mm ，将供电线圈4与供电共振线圈5之间的距离A设定为110mm。另外， 将受电线圈7的受电线圈直径设定为25mm ，受电共振线圈8将线径为的铜线材料 (附有绝缘覆膜)盘绕11圈使得线圈直径E为25mm小，将受电线圈7与受电共振线圈8之间的距离B设定为1mm。而且，通过上述设定，在实施例2所涉及的无线电力供给系统中测量出伴随供电共振线圈5与受电共振线圈8之间的距离C的变化所引起的送电效率的变化 (线圈直径D:线圈直径E=IOO: 7.8)。于是，如图7的曲线图所示，可知从距离C为0的地点到距离P之间的送电效率平滑地降低，因此与比较例I相比送电效率更为稳定。这意味着，在距离C为0的地点到距离P之间输送规定的电力时，不需要如专利文献1、专利文献3 所列举那样进行送电频率的可变控制、供电线圈4与供电共振线圈5之间的距离A以及受电线圈I与受电共振线圈8之间的距离B的可变控制，就能够以固定的效率输送电力。
[0063]当比较和参照上述比较例和实施例时可知，相对于供电共振线圈5的线圈直径D 而受电共振线圈8的线圈直径E小，由此防止伴随供电共振线圈5与受电共振线圈8之间 近的地方的距离C的变化所引起的送电效率的降低。即，在实施例所涉及的无线电力供给 系统I中，与比较例相比可知通过在宽广的范围内使磁耦合稳定化，而使送电效率稳定。这 意味着例如在对与受电共振线圈8相连接的电池进行充电时，能够扩大可在使送电效率稳 定的状态下送电的空间区域。
[0064]由此，通过相对于供电共振线圈5的线圈直径D而受电共振线圈8的线圈直径E 小，即使不调整从交流电源输出的频率、供电线圈4与供电共振线圈5之间的距离A以及受 电线圈7与受电共振线圈8之间的距离B，也能够维持供电共振线圈5与受电共振线圈8的 之间的磁耦合稳定的状态。即，如以往那样，在供电共振线圈5和受电共振线圈8为相同直 径的情况下，稳定的磁耦合的距离的范围极其狭窄，因此要经常调整从交流电源输出的频 率、距离A以及距离B，但根据本发明，能够在比以往宽的距离中维持磁耦合的稳定，因此能 够不需要调整频率、距离A以及距离B的作业，除此之外，如向能够被搬运到任意场所的电 池等的家用电器进行供电那样，能够扩大无线电力供给系统的用途。
[0065]另外，当参照上述实施例时可知，在供电共振线圈5的线圈直径D与受电共振线圈 8的线圈直径E的比处于100:7至100:15的范围内的情况下，更为有效地防止伴随供电共 振线圈5与受电共振线圈8之间的距离C的变化所引起的送电效率的降低。即，距离C为 0的地点到距离P之间的送电效率平滑地降低，因此可知与比较例I相比送电效率更为稳 定。这意味着在距离C为0的地点到距离P之间输送规定的电力时，不需要如专利文献1、 专利文献3所列举那样进行送电频率的可变控制、供电线圈4与供电共振线圈5之间的距 离A以及受电线圈7与受电共振线圈8之间的距离B的可变控制，就能够以固定的效率输 送电力。这意味着例如在对与受电共振线圈8相连接的电池进行充电时，能够进一步扩大 可在使送电效率更为稳定的状态下送电的空间区域。
[0066]这样可知，由于存在上述实施例所示的无线电力供给系统I的测量结果而能够充 分地实现本发明。
[0067](实施方式I)
[0068]作为具体例，将在上述实施例中说明的本发明所涉及的无线电力供给系统充当实 施方式I所涉及的无线电力供给系统201并进行说明。
[0069](无线电力供给系统201的结构)
[0070]图8是实施方式I所涉及的无线电力供给系统201的说明图。图8所示的无线电 力供给系统201由挂在办公室220的墙壁上的送电装置210和放在桌子221上的便携式电 话212等受电装置构成。送电装置210由交流电源206、与交流电源206相连接的供电线圈 204以及供电共振线圈205构成。另外，便携式电话212等受电装置由电力接收部209、与 电力接收部209相连接的受电线圈207以及受电共振线圈208构成。
[0071]供电线圈204发挥以下作用:将从交流电源206获得的电力通过电磁感应供给到 供电共振线圈205。在此，将供电线圈204与供电共振线圈205之间的距离设为A。而且， 在将供电线圈204与供电共振线圈205之间的距离A固定之后，将供电线圈204和供电共 振线圈205配置在同一平面基板202上。[0072]这样，经由供电线圈204，通过电磁感应向供电共振线圈205输送电力，由此不需 要将供电共振线圈205与其它电路电连接，就能够任意且高精度地设计供电共振线圈205。
[0073]受电线圈207发挥以下作用:将从供电共振线圈205以磁场能形式输送到受电共 振线圈208的电力通过电磁感应输出到电力接收部209。在此，将受电共振线圈208与受 电线圈207之间的距离设为B。而且，在将受电共振线圈208与受电线圈207之间的距离B 固定之后，将受电共振线圈208和受电线圈207配置在同一平面基板202上。
[0074]而且，在磁场谐振状态下被输送到受电共振线圈208的电力将能量通过电磁感应 从受电共振线圈208移动到受电线圈207。受电线圈207与电力接收部209电连接，通过电 磁感应移动到受电线圈207的能量作为电力被输出到电力接收部209。
[0075]这样，经由受电线圈207，通过电磁感应从受电共振线圈208向电力接收部209输 送电力，由此不需要将受电共振线圈208与其它电路电连接，就能够任意且高精度地设计 受电共振线圈208。
[0076]供电共振线圈205和受电共振线圈208分别是LC共振电路，发挥着创造出磁场谐 振状态的作用。此外，在本实施方式中，通过元件来实现LC共振电路的电容器成分，但也可 以将线圈的两端打开来通过寄生电容实现LC共振电路的电容器成分。在该LC共振电路中， 当将电感设为L、将电容器容量设为C时，以(式I)决定的f为共振频率。
[0077]另外，供电共振线圈205和受电共振线圈208使以(式I)决定的共振频率f相同。
[0078]供电共振线圈205和受电共振线圈208由附有绝缘覆膜的铜线材料形成。而且， 与实施例同样地，设计为供电共振线圈205的线圈直径D与受电共振线圈208的线圈直径 E的比为100:13。
[0079]如上所述，当将供电共振线圈205的共振频率和受电共振线圈208的共振频率设 为同一值时，能够在供电共振线圈205与受电共振线圈208之间创造出磁场谐振状态。当 在供电共振线圈205共振的状态下创造出磁场谐振状态时，能够将电力以磁场能形式从供 电共振线圈205输送到受电共振线圈208。
[0080]另外，将供电共振线圈205与受电共振线圈208之间的距离设为C，如图8所示，进 行配置以使送电装置210的供电共振线圈205与便携式电话212的受电共振线圈208之间 的距离C为X。另外，距离C是指将供电共振线圈205的线圈面与受电共振线圈208的线圈 面以彼此不正交的方式相向配置时的线圈面之间的直线距离。
[0081]交流电源206以与供电共振线圈205和受电共振线圈208的共振频率相同的频率 输出电力。
[0082]电力接收部209具备:与受电线圈207相连接的整流电路、与整流电路相连接的 充电控制装置以及与充电控制装置相连接的电池。电力接收部209发挥以下作用:将从受 电线圈207输送来的电力经由整流电路和充电控制装置蓄积到电池。此外，作为电池，例如 能够列举镍氢电池、锂离子电池以及其它二次电池。另外，充电控制装置发挥以下作用:进 行控制使得在输入电池充电所需的有效电力时进行充电。因此，构成为在输入比有效电力 少的电力时不对电池充电。此外，在本实施方式中，设为如果从受电线圈207输出到电力接 收部209的电力相对于从交流电源206供给到供电线圈204的电力的比率(送电效率)为 45%以上，则输入电池充电所需的有效电力(参照图8的实线250)。
[0083](动作)[0084]在以这种方式构成的无线电力供给系统201中，从交流电源206供给的电力经由 供电线圈204与供电共振线圈205之间的电磁感应、利用供电共振线圈205与受电共振线 圈208之间的磁场谐振状态的送电、以及受电共振线圈208与受电线圈207之间的电磁感 应，而被供给到便携式电话212的电力接收部209，该便携式电话212被配置为使送电装置 210的供电共振线圈205与受电共振线圈208之间的距离C为X。
[0085]之所以能够像这样地对便携式电话212的电池进行充电，是由于在送电装置210 的供电共振线圈205与受电共振线圈208之间的距离C为0到X的空间区域F内，通过使 供电共振线圈205的线圈直径D与受电共振线圈208的线圈直径E的比满足100:13的关 系，能够将供电共振线圈205与受电共振线圈208之间的磁耦合维持为稳定的状态，能够使 送电效率为45%以上。即，在空间区域F中，当从供电共振线圈205向受电共振线圈208送 电时，能够维持使送电效率为45%以上的稳定的状态。
[0086]此外，在图8中，为了进行比较，用虚线260示出了将供电共振线圈205的线圈直 径D与受电共振线圈208的线圈直径E的比设计为100:100时(线圈直径D和线圈直径E 为相同直径时)的相对于距离C的送电效率。在这种情况下，以有效电力以上进行送电的 空间区域G比空间区域F狭窄。即，使受电共振线圈208的线圈直径E比供电共振线圈205 的线圈直径D小，由此当从供电共振线圈205向受电共振线圈208送电时，能够进一步扩大 可在使送电效率稳定的状态下送电的供电共振线圈205与受电共振线圈208之间的空间区 域F。
[0087]另一方面，之所以在除空间区域F以外的区域不对便携式电话212的电池充电，是 由于送电效率小于45%，不能确保电池充电所需的有效电力。
[0088](无线电力供给方法)
[0089]当将此作为无线电力供给方法进行说明时，首先，设为送电装置210被固定在办 公室220的墙壁上，将便携式电话212放置在桌子221上，以使送电装置210的供电共振线 圈205的线圈直径D与受电共振线圈208的线圈直径E的比满足100:13的关系的便携式 电话212进入空间区域F内。于是，从交流电源206供给的电力经由供电线圈204与供电 共振线圈205之间的电磁感应、利用供电共振线圈205与受电共振线圈208之间的磁场谐 振状态的送电、以及经由受电共振线圈208与受电线圈207之间的电磁感应，作为电力接收 部209所具备的电池的充电所需的有效电力被供给到电池中。
[0090]根据上述结构，在送电装置210的供电共振线圈205与受电共振线圈208之间的 距离C从0到X的空间区域F内，通过使供电共振线圈205的线圈直径D与受电共振线圈 208的线圈直径E的比维持100:13的关系，能够将供电共振线圈205与受电共振线圈208 之间的磁耦合维持为稳定的状态，能够使送电效率成为能够确保对电池充电所需的有効电 力的45%以上。即，如以往那样，在送电装置210的供电共振线圈205与受电共振线圈208 为相同直径的情况下，稳定的磁耦合的空间区域极其狭窄，因此要经常调整送电频率、供电 线圈204与供电共振线圈205之间的距离，但根据上述结构，能够在比以往宽的空间区域内 维持磁耦合的稳定，因此能够不需要调整送电频率、供电线圈204与供电共振线圈205之间 的距离的装置和作业。由此，当从供电共振线圈205向受电共振线圈208送电时，能够扩大 可在使送电效率稳定的状态下送电的供电共振线圈205与受电共振线圈208之间的空间区 域F，除此之外，能够对被搬运到任意场所的便携式电话212等的电池供电，能够扩大无线电力供给系统的用途。
[0091]另外，当将从交流电源206供给的电力从供电线圈204输送到供电共振线圈205 时，不创造出送电磁场谐振状态而通过使用电磁感应就能够输送电力。另外，同样地，当将 所接收到的电力从受电共振线圈208输送到受电线圈207时，不创造出送电磁场谐振状态 而通过使用电磁感应就能够输送电力并输出到电力接收部209。由此，不需要在供电线圈 204与供电共振线圈205之间以及受电共振线圈208与受电线圈207之间以共振频率进行 调谐，因此能够实现设计简化。
[0092]另外，在将供电线圈204与供电共振线圈205之间的距离A固定之后将供电线圈 204和供电共振线圈205配置在同一平面基板202上。同样地，在将受电共振线圈208与受 电线圈207之间的距离B固定之后将受电共振线圈208和受电线圈207也配置在同一平面 基板203上。因此，不需要将供电线圈204与供电共振线圈205以及受电共振线圈208与 受电线圈207分离而能够一体地形成。由此，能够减少制造无线电力供给系统201时的部 件数量。
[0093]在以上的详细的说明中，为了能够更容易地理解本发明，以特征性的部分为中心 进行了说明，但本发明并不限定于以上详细说明中所记载的实施方式，还能够应用于其它 实施方式，应该理解为其适用范围尽可能地广泛。另外，本说明书中使用的用语和语法是为 了可靠地说明本发明而使用的，而并不是为了限制本发明的解释而使用的。另外，如果是本 领域的技术人员，想必能够容易地从本说明书所记载的发明的概念推出本发明的概念所包 含的其它结构、系统、方法等。因而，应该视为权利要求书的记载还包括在不脱离本发明的 技术思想的范围内相等的结构。另外，为了充分理解本发明的目的和本发明的效果，希望充 分地参考已经公开的文献等。
[0094]附图标记说明
[0095]101:无线电力供给系统；104:供电线圈；105:供电共振线圈；106:交流电源； 107:受电线圈；108:受电共振线圈；109:电力接收部；D:供电共振线圈的线圈直径；E:受 电共振线圈的线圈直径。
【权利要求】
1.一种无线电力供给系统，通过使供电共振线圈和受电共振线圈共振，将电力以磁场 能形式从上述供电共振线圈输送到上述受电共振线圈，其特征在于，相对于上述供电共振线圈的线圈直径，上述受电共振线圈的线圈直径小。
2.根据权利要求1所述的无线电力供给系统，其特征在于，上述供电共振线圈的线圈直径与上述受电共振线圈的线圈直径的比在100:7至 100:15的范围内。
3.根据权利要求1或2所述的无线电力供给系统，其特征在于，具备:电力供给部，其供给交流的电力；供电线圈，其与上述电力供给部相连接，通过电磁感应对上述供电共振线圈供给上述 电力；受电线圈，通过电磁感应从上述受电共振线圈对该受电线圈供给上述电力；以及 电力接收部，其与上述受电线圈相连接。
4.一种无线电力供给方法，通过使供电共振线圈和受电共振线圈共振，将电力以磁场 能形式从供电共振线圈输送到受电共振线圈，其特征在于，相对于上述供电共振线圈的线圈直径，上述受电共振线圈的线圈直径小。
【文档编号】H04B5/02GK103460556SQ201280017943
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2012年4月2日 优先权日:2011年4月11日
【发明者】畑中武藏, 津田尚 申请人:日东电工株式会社