無線電力傳輸裝置、無線電力傳輸裝置中的輸入阻抗的負(fù)荷變動(dòng)響應(yīng)性的調(diào)整方法以及 ...的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種無線電力傳輸裝置、無線電力傳輸裝置中的輸入阻抗的負(fù)荷變動(dòng) 響應(yīng)性的調(diào)整方法以及無線電力傳輸裝置的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，筆記本型PC(PersonalComputer:個(gè)人電腦）、平板型PC、數(shù)碼相機(jī)、移動(dòng) 電話、便攜式游戲機(jī)、耳機(jī)型音樂播放器、無線式頭戴型耳機(jī)、助聽器、記錄器等人所能夠攜 帶使用的便攜式的電子設(shè)備正快速普及。而且，這些便攜式的電子設(shè)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(shè)備的充電電池的充電作業(yè)，通過在供電裝置 與搭載于電子設(shè)備的受電裝置之間利用無線傳輸電力的供電技術(shù)（改變磁場而進(jìn)行電力 傳輸?shù)臒o線電力傳輸技術(shù)）來對充電電池進(jìn)行充電的設(shè)備正不斷增加。
[0003]例如，作為無線電力傳輸技術(shù)，能夠列舉利用線圈間的電磁感應(yīng)進(jìn)行電力傳輸?shù)?技術(shù)（例如參照專利文獻(xiàn)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(xiàn)象（磁場諧振態(tài)）使磁場耦合而進(jìn)行電力傳輸?shù)募夹g(shù)（例如參照專利文獻(xiàn)2)。
[0004]另外，關(guān)于對充電電池（例如鋰離子二次電池等）進(jìn)行充電的方式，已知有恒定電 流恒定電壓充電方式。而且，在通過利用上述無線進(jìn)行電力傳輸?shù)臒o線電力傳輸裝置以恒 定電流恒定電壓充電方式對鋰離子二次電池進(jìn)行充電的情況下，在從恒定電流充電轉(zhuǎn)變?yōu)?恒定電壓充電時(shí)，所供給的電流值衰減，包括充電電池在內(nèi)的被供電設(shè)備（包括充電電池、 穩(wěn)定電路、充電電路等）的負(fù)荷阻抗的值上升。
[0005]這樣，包括被供電設(shè)備在內(nèi)的無線電力傳輸裝置整體的輸入阻抗也上升，但只要 能夠增大與該被供電設(shè)備的負(fù)荷阻抗的值的上升相應(yīng)的輸入阻抗的變化量，就能夠減少充 電時(shí)所消耗的電力量。即，為了減少充電時(shí)所消耗的電力量，要求能夠調(diào)整負(fù)荷變動(dòng)響應(yīng) 性，該負(fù)荷變動(dòng)響應(yīng)性是針對被供電設(shè)備的負(fù)荷阻抗的單位變化量的、無線電力傳輸裝置 的輸入阻抗的值的變化量。
[0006]而且，為了能夠調(diào)整負(fù)荷變動(dòng)響應(yīng)性，考慮個(gè)別地設(shè)置阻抗匹配器。
[0007] 專利文獻(xiàn)1:日本專利第4624768號公報(bào)
[0008] 專利文獻(xiàn)2:日本特開2010-239769號公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]發(fā)明要解決的問題
[0010] 然而，個(gè)別地設(shè)置阻抗匹配器對于要求便攜性、小型化、低成本化的便攜式電子設(shè) 備而言會(huì)產(chǎn)生零件件數(shù)變多的不佳狀況。
[0011]換言之，期望在無線電力傳輸裝置（供電裝置和受電裝置）中不追加新的設(shè)備地 調(diào)整負(fù)荷變動(dòng)響應(yīng)性。
[0012] 因此，本發(fā)明的目的在于提供一種不追加新的設(shè)備、而是通過調(diào)整無線電力傳輸 裝置中的供電裝置和受電裝置中設(shè)置的線圈間的耦合系數(shù)來調(diào)整負(fù)荷變動(dòng)響應(yīng)性、由此能 夠控制所供給的電力量的無線電力傳輸裝置中的輸入阻抗的負(fù)荷變動(dòng)響應(yīng)性的調(diào)整方法 等。
[0013] 用于解決問題的方案
[0014] 用于解決上述問題的發(fā)明之一是一種無線電力傳輸裝置中的輸入阻抗的負(fù)荷變 動(dòng)響應(yīng)性的調(diào)整方法，該無線電力傳輸裝置從供電模塊以改變磁場的方式對連接有消耗電 力的被供電設(shè)備的受電模塊供給電力，該方法的特征在于，上述供電模塊和上述受電模塊 各自至少具有一個(gè)線圈，通過分別調(diào)整鄰接的上述線圈間的耦合系數(shù)的值來調(diào)整負(fù)荷變動(dòng) 響應(yīng)性，該負(fù)荷變動(dòng)響應(yīng)性是針對上述被供電設(shè)備的負(fù)荷阻抗的單位變化量的、該無線電 力傳輸裝置的輸入阻抗的值的變化量。
[0015] 根據(jù)上述方法，在被無線電力傳輸裝置供給電力的被供電設(shè)備中的負(fù)荷阻抗發(fā)生 變化的情況下，能夠通過改變供電模塊以及受電模塊所具備的線圈間的耦合系數(shù)的值來調(diào) 整負(fù)荷變動(dòng)響應(yīng)性，該負(fù)荷變動(dòng)響應(yīng)性是針對被供電設(shè)備的負(fù)荷阻抗的單位變化量的、無 線電力傳輸裝置的輸入阻抗的值的變化量。由此，例如，如果通過改變上述線圈間的耦合系 數(shù)的值來減小負(fù)荷變動(dòng)響應(yīng)性，則能夠減小針對被供電設(shè)備中的負(fù)荷阻抗的變化的、無線 電力傳輸裝置的輸入阻抗的值的變化量。反之，如果通過改變上述線圈間的耦合系數(shù)的值 來提高負(fù)荷變動(dòng)響應(yīng)性，則能夠增大針對被供電設(shè)備中的負(fù)荷阻抗的變化的、無線電力傳 輸裝置的輸入阻抗的值的變化量。
[0016] 而且，如果能夠提高負(fù)荷變動(dòng)響應(yīng)性，則能夠追隨被供電設(shè)備中的負(fù)荷阻抗的變 化來改變無線電力傳輸裝置的輸入阻抗的值，從而能夠減少此時(shí)供給的電力。另一方面，如 果能夠減小負(fù)荷變動(dòng)響應(yīng)性，則即使被供電設(shè)備中的負(fù)荷阻抗發(fā)生變化，也能夠維持無線 電力傳輸裝置的輸入阻抗的值，從而能夠維持此時(shí)供給的電力。
[0017] 并且，不設(shè)置新的設(shè)備就能夠?qū)崿F(xiàn)無線電力傳輸裝置中的輸入阻抗的負(fù)荷變動(dòng)響 應(yīng)性的調(diào)整。即，不增加無線電力傳輸裝置的零件件數(shù)就能夠調(diào)整無線電力傳輸裝置中的 輸入阻抗的負(fù)荷變動(dòng)響應(yīng)性。
[0018] 用于解決上述問題的發(fā)明之一是一種無線電力傳輸裝置中的輸入阻抗的負(fù)荷變 動(dòng)響應(yīng)性的調(diào)整方法，該無線電力傳輸裝置利用諧振現(xiàn)象來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且連接有消耗電力的被供電設(shè)備的受 電模塊供給電力，該方法的特征在于，通過調(diào)整上述供電線圈與上述供電諧振器之間的耦 合系數(shù)k12、上述供電諧振器與上述受電諧振器之間的耦合系數(shù)k23以及上述受電諧振器與 上述受電線圈之間的耦合系數(shù)k34的值中的至少一個(gè)，來調(diào)整上述負(fù)荷變動(dòng)響應(yīng)性。
[0019] 根據(jù)上述方法，關(guān)于利用諧振現(xiàn)象從供電模塊對受電模塊供給電力的無線電力傳 輸裝置，通過調(diào)整供電線圈與供電諧振器之間的耦合系數(shù)k12、供電諧振器與受電諧振器之 間的耦合系數(shù)k23以及受電諧振器與受電線圈之間的耦合系數(shù)k34的值，能夠調(diào)整無線電力 傳輸裝置中的輸入阻抗的負(fù)荷變動(dòng)響應(yīng)性。
[0020] 用于解決上述問題的發(fā)明之一是上述無線電力傳輸裝置中的輸入阻抗的負(fù)荷變 動(dòng)響應(yīng)性的調(diào)整方法，其特征在于，通過分別改變上述供電線圈與上述供電諧振器之間的 距離、上述供電諧振器與上述受電諧振器之間的距離以及上述受電諧振器與上述受電線圈 之間的距離中的至少一個(gè)，來調(diào)整各上述耦合系數(shù)k12、k23、k34的值。
[0021] 根據(jù)上述方法，能夠通過改變供電線圈與供電諧振器之間的距離來改變耦合系數(shù) k12的值，能夠通過改變供電諧振器與受電諧振器之間的距離來改變耦合系數(shù)k23的值，能夠 通過改變受電諧振器與受電線圈之間的距離來改變耦合系數(shù)k34的值。由此，能夠通過物理 地改變供電線圈與供電諧振器之間的距離、供電諧振器與受電諧振器之間的距離以及受電 諧振器與受電線圈之間的距離這樣的簡單作業(yè)，來改變各個(gè)線圈間的耦合系數(shù)的值。即，能 夠通過物理地改變供電線圈與供電諧振器之間的距離、供電諧振器與受電諧振器之間的距 離以及受電諧振器與受電線圈之間的距離這樣的簡單作業(yè)，來調(diào)整無線電力傳輸裝置中的 輸入阻抗的負(fù)荷變動(dòng)響應(yīng)性。
[0022] 用于解決上述問題的發(fā)明之一是上述無線電力傳輸裝置中的輸入阻抗的負(fù)荷變 動(dòng)響應(yīng)性的調(diào)整方法，其特征在于，在將上述供電諧振器與上述受電諧振器之間的距離以 及上述受電諧振器與上述受電線圈之間的距離固定的情況下，基于以下特性來調(diào)整上述負(fù) 荷變動(dòng)響應(yīng)性：隨著上述供電線圈與上述供電諧振器之間的距離縮短，上述供電線圈與上 述供電諧振器之間的上述耦合系數(shù)k12的值變大，隨著上述耦合系數(shù)k12的值變大，該無線電 力傳輸裝置中的輸入阻抗的負(fù)荷變動(dòng)響應(yīng)性變高。
[0023] 根據(jù)上述方法，在將供電諧振器與受電諧振器之間的距離以及受電諧振器與受電 線圈之間的距離固定的情況下，能夠通過縮短供電線圈與供電諧振器之間的距離來增大供 電線圈與供電諧振器之間的耦合系數(shù)k12的值，通過增大耦合系數(shù)k12的值來提高該無線電 力傳輸裝置中的輸入阻抗的負(fù)荷變動(dòng)響應(yīng)性。反之，能夠通過延長供電線圈與供電諧振器 之間的距離來減小供電線圈與供電諧振器之間的耦合系數(shù)k12的值，通過減小耦合系數(shù)k12 的值來減小該無線電力傳輸裝置中的輸入阻抗的負(fù)荷變動(dòng)響應(yīng)性。
[0024] 而且，如果能夠提高負(fù)荷變動(dòng)響應(yīng)性，則能夠增大針對被供電設(shè)備中的負(fù)荷阻抗 的變化的、無線電力傳輸裝置的輸入阻抗的值的變化量，因此，能夠追隨被供電設(shè)備中的負(fù) 荷阻抗的變化來大幅改變無線電力傳輸裝置的輸入阻抗的值，從而能夠減少此時(shí)供給的電 力。另一方面，如果能夠減小負(fù)荷變動(dòng)響應(yīng)性，則能夠減小針對被供電設(shè)備中的負(fù)荷阻抗的 變化的、無線電力傳輸裝置的輸入阻抗的值的變化量，因此即使被供電設(shè)備中的負(fù)荷阻抗 發(fā)生變化，也能夠維持無線電力傳輸裝置的輸入阻抗的值，從而能夠維持此時(shí)供給的電力。
[0025] 用于解決上述問題的發(fā)明之一是上述無線電力傳輸裝置中的輸入阻抗的負(fù)荷變 動(dòng)響應(yīng)性的調(diào)整方法，其特征在于，在將上述供電線圈與上述供電諧振器之間的距離以及 上述供電諧振器與上述受電諧振器之間的距離固定的情況下，基于以下特性來調(diào)整上述負(fù) 荷變動(dòng)響應(yīng)性：隨著上述受電諧振器與上述受電線圈之間的距離縮短，上述受電諧振器與 上述受電線圈之間的上述耦合系數(shù)k34的值變大，隨著上述耦合系數(shù)k34的值變大，該無線電 力傳輸裝置中的輸入阻抗的負(fù)荷變動(dòng)響應(yīng)性變高。
[0026] 根據(jù)上述方法，在將供電線圈與供電諧振器之間的距離以及供電諧振器與受電諧 振器之間的距離固定的情況下，能夠通過縮短受電諧振器與受電線圈之間的距離來增大受 電諧振器與受電線圈之間的耦合系數(shù)k34的值，通過增大耦合系數(shù)k34的值來提高該無線電 力傳輸裝置中的輸入阻抗的負(fù)荷變動(dòng)響應(yīng)性。反之，能夠通過延長受電諧振器與受電線圈 之間的距離來減小受電諧振器與受電線圈之間的耦合系數(shù)k34的值，通過減小耦合系數(shù)k34 的值來減小該無線電力傳輸裝置中的輸入阻抗的負(fù)荷變動(dòng)響應(yīng)性。
[0027] 而且，如果能夠提高負(fù)荷變動(dòng)響應(yīng)性，則能夠增大針對被供電設(shè)備中的負(fù)荷阻抗 的變化的、無線電力傳輸裝置的輸入阻抗的值的變化量，因此，能夠追隨被供電設(shè)備中的負(fù) 荷阻抗的變化來大幅改變無線電力傳輸裝置的輸入阻抗的值，從而能夠減少此時(shí)供給的電 力。另一方面，如果能夠減小負(fù)荷變動(dòng)響應(yīng)性，則能夠減小針對被供電設(shè)備中的負(fù)荷阻抗的 變化的、無線電力傳輸裝置的輸入阻抗的值的變化量，因此即使被供電設(shè)備中的負(fù)荷阻抗 發(fā)生變化，也能夠維持無線電力傳輸裝置的輸入阻抗的值，從而能夠維持此時(shí)供給的電力。
[0028] 用于解決上述問題的發(fā)明之一是上述無線電力傳輸裝置中的輸入阻抗的負(fù)荷變 動(dòng)響應(yīng)性的調(diào)整方法，其特征在于，設(shè)定成與供給至上述供電模塊的電力的驅(qū)動(dòng)頻率相對 的傳輸特性的值在低于上述供電模塊和上述受電模塊中的諧振頻率的驅(qū)動(dòng)頻帶和高于上 述諧振頻率的驅(qū)動(dòng)頻帶分別具有波峰，供給至上述供電模塊的電力的上述驅(qū)動(dòng)頻率處于與 在低于上述諧振頻率的驅(qū)動(dòng)頻帶出現(xiàn)的傳輸特性的峰值對應(yīng)的頻帶。
[0029] 根據(jù)上述方法，在設(shè)定成與供給至供電模塊的電力的驅(qū)動(dòng)頻率相對的傳輸特性的 值在低于供電模塊和受電模塊中的諧振頻率的驅(qū)動(dòng)頻帶和高于諧振頻率的驅(qū)動(dòng)頻帶分別 具有波峰的情況下，將供給至供電模塊的電力的驅(qū)動(dòng)頻率設(shè)定為與在低于諧振頻率的驅(qū)動(dòng) 頻帶出現(xiàn)的傳輸特性的峰值對應(yīng)的頻帶的頻率，由此能夠確保較高的傳輸特性。
[0030] 另外，在供電模塊的外周側(cè)產(chǎn)生的磁場與在受電模塊的外周側(cè)產(chǎn)生的磁場相抵 消，由此，在供電模塊和受電模塊的外周側(cè)，磁場造成的影響減少，能夠形成具有比供電模 塊和受電模塊的外周側(cè)以外的磁場強(qiáng)度小的磁場強(qiáng)度的磁場空間。由此，將不期望受到磁 場影響的電路等保存在所形成的磁場空間內(nèi)，由此能夠有效活用空間，從而能夠?qū)崿F(xiàn)無線 電力傳輸裝置自身的小型化。
[0031] 用于解決上述問題的發(fā)明之一是上述無線電力傳輸裝置中的輸入阻抗的負(fù)荷變 動(dòng)響應(yīng)性的調(diào)整方法，其特征在于，設(shè)定成與供給至上述供電模塊的電力的驅(qū)動(dòng)頻率相對 的傳輸特性的值在低于上述供電模塊和上述受電模塊中的諧振頻率的驅(qū)動(dòng)頻帶和高于上 述諧振頻率的驅(qū)動(dòng)頻帶分別具有波峰，供給至上述供電模塊的電力的上述驅(qū)動(dòng)頻率處于與 在高于上述諧振頻率的驅(qū)動(dòng)頻帶出現(xiàn)的傳輸特性的峰值對應(yīng)的頻帶。
[0032] 根據(jù)上述方法，在設(shè)定成與供給至供電模塊的電力的驅(qū)動(dòng)頻率相對的傳輸特性的 值在低于供電模塊和受電模塊中的諧振頻率的驅(qū)動(dòng)頻帶和高于諧振頻率的驅(qū)動(dòng)頻帶分別 具有波峰的情況下，將供給至供電模塊的電力的驅(qū)動(dòng)頻率設(shè)定為與在高于諧振頻率的驅(qū)動(dòng) 頻帶出現(xiàn)的傳輸特性的峰值對應(yīng)的頻帶的頻率，由此能夠確保較高的傳輸特性。
[0033] 另外，在供電模塊的內(nèi)周側(cè)產(chǎn)生的磁場與在受電模塊的內(nèi)周側(cè)產(chǎn)生的磁場相抵 消，由此，在供電模塊和受電模塊的內(nèi)周側(cè)，磁場造成的影響減少，能夠形成具有比供電模 塊和受電模塊的內(nèi)周側(cè)以外的磁場強(qiáng)度小的磁場強(qiáng)度的磁場空間。由此，將不期望受到磁 場影響的電路等保存在所形成的磁場空間內(nèi)，由此能夠有效活用空間，從而能夠?qū)崿F(xiàn)無線 電力傳輸裝置自身的小型化。
[0034] 用于解決上述問題的發(fā)明之一是一種無線電力傳輸裝置，其特征在于，通過上述 記載的無線電力傳輸裝置中的輸入阻抗的負(fù)荷變動(dòng)響應(yīng)性的調(diào)整方法被進(jìn)行調(diào)整。
[0035] 根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，不設(shè)置新的設(shè)備就能夠?qū)崿F(xiàn)無線電力傳輸裝置中的輸入阻抗的負(fù) 荷變動(dòng)響應(yīng)性的調(diào)整。即，不增加無線電力傳輸裝置的零件件數(shù)就能夠調(diào)整無線電力傳輸 裝置中的輸入阻抗的負(fù)荷變動(dòng)響應(yīng)性。
[0036] 用于解決上述問題的發(fā)明之一是一種無線電力傳輸裝置的制造方法，該無線電力 傳輸裝置從供電模塊以改變磁場的方式對連接有消耗電力的被供電設(shè)備的受電模塊供給 電力，該方法的特征在于，上述供電模塊和上述受電模塊各自至少設(shè)置一個(gè)線圈，該方法包 括以下步驟：通過分別調(diào)整鄰接的上述線圈間的耦合系數(shù)的值來調(diào)整負(fù)荷變動(dòng)響應(yīng)性，該 負(fù)荷變動(dòng)響應(yīng)性是針對上述被供電設(shè)備的負(fù)荷阻抗的單位變化量的、該無線電力傳輸裝置 的輸入阻抗的值的變化量。
[0037] 根據(jù)上述方法，能夠制造不設(shè)置新的設(shè)備就能夠調(diào)整無線電力傳輸裝置中的輸入 阻抗的負(fù)荷變動(dòng)響應(yīng)性的無線電力傳輸裝置。即，能夠制造不增加無線電力傳輸裝置的零 件件數(shù)就能夠調(diào)整無線電力傳輸裝置中的輸入阻抗的負(fù)荷變動(dòng)響應(yīng)性的無線電力傳輸裝 置。
[0038] 發(fā)明的效果
[0039] 能夠提供一種通過調(diào)整無線電力傳輸裝置中的供電裝置和受電裝置中設(shè)置的線 圈間的耦合系數(shù)來調(diào)整負(fù)荷變動(dòng)響應(yīng)性、由此能夠控制所供給的電力量的無線電力傳輸裝 置中的輸入阻抗的負(fù)荷變動(dòng)響應(yīng)性的調(diào)整方法等。
【附圖說明】
[0040] 圖1是無線電力傳輸裝置的概要說明圖。
[0041] 圖2是無線電力傳輸裝置的等效電路的說明圖。
[0042] 圖3是表示鋰離子二次電池的充電特性以及被供電設(shè)備的負(fù)荷阻抗的負(fù)荷變動(dòng) 特性的圖表。
[0043] 圖4是示出了與驅(qū)動(dòng)頻率相對的傳輸特性"S21"的關(guān)系的說明圖。
[0044] 圖5是表示測定實(shí)驗(yàn)1所涉及的測定結(jié)果的圖表。
[0045] 圖6是表示測定實(shí)驗(yàn)2所涉及的測定結(jié)果的圖表。
[0046] 圖7是表示測定實(shí)驗(yàn)3所涉及的測定結(jié)果的圖表。
[0047] 圖8是表示測定實(shí)驗(yàn)4所涉及的測定結(jié)果的圖表。
[0048] 圖9是表示測定實(shí)驗(yàn)5所涉及的測定結(jié)果的圖表。
[0049] 圖10是表示測定實(shí)驗(yàn)6所涉及的測定結(jié)果的圖表。
[0050] 圖11是表示無線電力傳輸中的線圈間距離與耦合系數(shù)的關(guān)系的圖表。
[0051] 圖12是說明無線電力傳輸裝置的制造方法的說明圖。
[0052] 圖13是說明包含無線電力傳輸裝置的無線式頭戴型耳機(jī)以及充電器的設(shè)計(jì)方法 的流程圖。
【具體實(shí)施方式】