無線供電系統(tǒng)以及無線供電裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種以無線方式向受電裝置提供電力的無線供電系統(tǒng)以及無線供電
目.0
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，不使用配線電纜就能向電動汽車、便攜式設(shè)備、薄型電視機等提供電力的無線供電系統(tǒng)的研究較為活躍。尤其是，進行供電的送電側(cè)電極與接受供電的受電側(cè)電極不接觸也能夠?qū)ο笤O(shè)備的電池進行充電的電場耦合方式備受關(guān)注(例如，參照專利文獻I以及專利文獻2)。
[0003]作為非接觸的供電方式，除了電場耦合方式之外還有電磁感應(yīng)方式、磁共振方式等。其優(yōu)點在于，在使用高頻域進行無線供電時，即使調(diào)諧線圈或電極間介質(zhì)的介電率小，也能夠輸送大的電力。
[0004]無線供電中，在受電側(cè)有必要將交流電力轉(zhuǎn)換為直流電力。但是，目前尚無可對應(yīng)高頻率的令人滿意的整流結(jié)構(gòu)，頻率越高越易損失部分能量，因此存在直流轉(zhuǎn)換時的電力効率降低的問題。例如，在使用二極管的情況下，由于在該二極管的正極與負極之間的耗盡層形成的寄生靜電容量(1pF?10pF)，部分高頻率不經(jīng)整流就會通過。通過了二極管的交流電流(電力)被用于進行平滑的電容器等消耗，而造成供電的電力効率降低。為了提供大電力，可以考慮提高供電側(cè)的高頻輸出，但隨著高頻輸出的増大，整流部的損失也増大，因此并不能改善電力効率。另外，高頻輸出的増大，可能會導(dǎo)致平滑電容器破損。
[0005]<現(xiàn)有技術(shù)文獻>
[0006]<專利文獻>
[0007]專利文獻1:日本特開2010-148287號公報
[0008]專利文獻2:日本特開2012-034447號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]<本發(fā)明要解決的課題>
[0010]因此，能夠提高高頻無線供電時的電力効率的結(jié)構(gòu)和方法為眾之所望。
[0011]本申請的目的在于，提供一種以簡單的結(jié)構(gòu)就能夠提高電力効率的無線供電系統(tǒng)以及供電裝置。
[0012]<解決上述課題的手段>
[0013]為了達成上述目的，通過同時提供具有第一頻率以及第二頻率的至少2個不同頻率的交流電力，來提高在受電側(cè)轉(zhuǎn)換成直流電力時的電力効率。具體是，在由供電裝置向受電裝置以非接觸的方式提供電力的供電系統(tǒng)中，所述供電裝置同時提供不同頻率的多個交流電力，并且，所述受電裝置具有將被提供的所述多個交流電力轉(zhuǎn)換成直流電力的整流電路。并且，所述第一頻率為0.5MHz?10GHz，所述第二頻率比所述第一頻率低1Hz?300kHz ο
[0014]作為優(yōu)選結(jié)構(gòu)例，所述第一頻率與所述第二頻率的交流電力在所述供電裝置內(nèi)混合，而生成混合波，并將該混合波作為電力供給所述受電裝置。
[0015]〈發(fā)明的效果〉
[0016]通過同時提供至少2個不同頻率的交流電力，在通過介電體以非接觸方式供電時，能夠有效傳輸高頻的交流電力，并在受電側(cè)有效地對交流電力進行整流。通過對不同頻率的交流電力進彳丁混合處理并提供混合波，能夠提尚整體的供電効率。
【附圖說明】
[0017]圖1是表示本申請的實施方式的無線供電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)例的方框圖。
[0018]圖2是表示本申請的實施方式的無線供電系統(tǒng)的一例的圖。
[0019]圖3是對只有第一頻率的交流電力、第一頻率與第二頻率的混合波的交流電力的供電効率進行比較的圖表。
[0020]圖4是實施方式的無線供電系統(tǒng)的變形例1，是在受電裝置插入共振電路時的概略結(jié)構(gòu)圖。
[0021]圖5是實施方式的無線供電系統(tǒng)的變形例2，是將實施方式的結(jié)構(gòu)應(yīng)用于電磁感應(yīng)以及磁共振方式時的概略結(jié)構(gòu)圖。
[0022]圖6是實施方式的無線供電系統(tǒng)的變形例3，是電場耦合方式的供電系統(tǒng)中，在供電側(cè)插入并聯(lián)共振電路時的概略結(jié)構(gòu)圖。
[0023]圖7是實施方式的無線供電系統(tǒng)的變形例4，是電場耦合方式的供電系統(tǒng)中，在供電側(cè)和受電側(cè)插入并聯(lián)共振電路時的概略結(jié)構(gòu)圖。
【具體實施方式】
[0024]以下，參照附圖來說明發(fā)明的實施方式。實施方式中為了以簡單的結(jié)構(gòu)提高高頻供電的電力効率，作為交流電源使用混合波發(fā)生部21。
[0025]圖1是本發(fā)明的實施方式的無線供電系統(tǒng)10的概略方框圖。無線供電系統(tǒng)10包括供電裝置20和受電裝置30。作為一例，無線供電系統(tǒng)10采用電場耦合方式。供電裝置20具有供電電極29a、29b，受電裝置30具有受電電極31a、31b。供電電極29a、29b以及受電電極31a、31b，例如是平板電極，能夠使用金屬、金屬氧化物、炭素等任意的材料，以任意厚度形成該平板電極。供電電極29a、29b作為非接觸送電部發(fā)揮功能。供電時，供電電極29a與受電電極3Ia相對，供電電極29b與受電電極3Ib相對，通過電極間的電場耦合，向受電裝置30提供電力。
[0026]例如，供電裝置20是被固定的裝置，受電裝置30是移動體。使受電裝置30的受電電極31a、31b，通過任意的介質(zhì)(空氣、樹脂薄片、樹脂板等)，與供電裝置30的供電電極29a,29b相對，從而能夠由供電裝置20向受電裝置30以非接觸(無線)的方式提供電力。
[0027]供電裝置20除了具有供電電極29a、29b之外，還具有作為交流源的混合波發(fā)生部21和第I線圈L21、第2線圈L22。
[0028]受電裝置30具有整流裝置D31和負載R31。整流裝置D31可以是由二極管形成的橋式整流電路、使用MOSFET的同步整流電路等。
[0029]圖2是本發(fā)明的實施方式的無線供電系統(tǒng)1A的概略結(jié)構(gòu)圖。在此省略與圖1相同部分的說明?；旌喜òl(fā)生部21A具有第一頻率電力生成部22、第二頻率電力生成部25以及混合器23。
[0030]第一頻率電力生成部22生成第一頻率的交流電力，該第一頻率為0.5MHz?1GHz、優(yōu)選為IMHz?30MHz、更優(yōu)選為2MHz?15MHz。在第一頻率不足0.5MHz的情況下，整流裝置，例如整流二極管的效率原本不差，因此形成混合波的必要性較低。第一頻率大于1GHz時，即使利用混合波，電力効率的改善效果也較小。
[0031]第二頻率電力生成部25生成第二頻率的交流電力，該第二頻率比第一頻率低1Hz?300kHz、優(yōu)選為20Hz?150kH、更優(yōu)選為40Hz?10kHz頻率。第一頻率與第二頻率之差不足1Hz時，在通過介電體以非接觸的方式供電的過程中，電力効率顯著降低。所述頻率之差為300kHz以上的情況下，難以顯出混合波的效果。在實施方式中，為了使非接觸方式提供電力時的電力効率增大，而利用混合波。
[0032]優(yōu)選為第一頻率電力與第二頻率電力盡量是相同電力。兩者不同的情況下，可獲得的所述電力効率増大効果為，較小一方的電力的2倍電力為止。
[0033]混合器23對由第一頻率電力生成部22生成的第一頻率電力C、由第二頻率電力生成部25生成的第二頻率電力S進行混合處理，并輸出混合波D。向混合器23輸入第一頻率電力C與第二頻率電力S之后，生成具有兩者之差的頻率起伏(振幅調(diào)制)的波，并作為混合波D由混合器23輸出。該混合波D成為混合波發(fā)生部21的輸出。
[0034]混合波D的電力從第I線圈L21通過第2線圈L22，作為交流電流而被提供到電極29a、29b 上。
[0035]受電裝置30除了具有電極3la、3Ib之外，還具有線圈L31、整流裝置(例如整流二極管)D31和負載R31。通過使電極31a、31b與供電裝置20的電極29a、29b對應(yīng)，相對的電極29a、31a之間(以及29b、31b之間)電界耦合，使受電裝置30感應(yīng)交流電流。
[0036]線圈L31發(fā)揮作為防反射濾波器的功能，防止被提供給受電裝置30的電力在供電裝置20側(cè)被反射。該防反射濾波器并不限定于線圈L31，亦可由電容器實現(xiàn)。
[0037]通過線圈L31的交流電力在整流裝置(例如，整流二極管)D3被整流。一般而言，由整流二極管進行整流時，尤其是高頻効率容易降低。即使在此情況下，實施方式中通過利用混合波，也能夠改善電力効率。
[0038]經(jīng)整流裝置D31轉(zhuǎn)換成直流的電流被提供給負載R31。
[0039]圖3是表示實施方式的無線供電系統(tǒng)1A的電力効率改善効果的圖表。標示了提供第一頻率與比它低20kHz或10kHz的第二頻率的混合波的交流電力時的效率，以及作為比較例提供只有第一頻率的交流電力時的効率。分別表示了將第一頻率為IMHz時的効率作為100%，隨著頻率提高而顯現(xiàn)出的效率變化。在此，測定各第一頻率時的受電電力，并將各第一頻率時的受電電力除以第一頻率為IMHz時的受電電力，從而求出所述効率。隨著從IMHz開始逐漸提高第一頻率，混合波的効率維持効果占優(yōu)勢，成為2MHz以上之后効率維持効果變得更明確，成為4MHz以上尤為顯著。該效果在更高的頻率也持續(xù)。
[0040]如上所述，通過在無線供電系統(tǒng)的供電側(cè)使用實施方式的混合波發(fā)生部21，能夠?qū)V范圍的頻域，防止供電効率的降低。
[0041]另外，上述實施方式中將第一頻率與