專利名稱：電力接收設備、電力傳輸系統(tǒng)、充電設備和電力傳輸方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于利用電磁場的諧振通過無線電傳輸電力的設備和方法。
背景技術：
作為用于通過無線電傳輸電力的技術，利用電磁感應的技術是眾所周知的。在利 用電磁感應的電力傳輸中，電流提供給兩個位置互相鄰近的線圈之一，以便通過由一個線 圈產生的磁通量的媒介作用(intermediation)在另一個線圈中產生電磁力。然而，根據利用電磁感應的電力傳輸，兩個線圈必須位置互相鄰近。因此，電力傳 輸存在這樣一個問題，可傳輸電力的距離受限。此外，如果在進行電磁感應耦合的線圈的軸 互相沒有對準，那么傳輸效率會降低。因此，在在耦合時的對準是重要的。同時，近來提出了利用電磁場的諧振來傳輸電力的的方法。根據諧振型無線電電 力傳輸，電力能夠在例如三到四米的距離上傳輸，此外能夠傳輸大功率。因此，諧振型無線 電電力傳輸具有這樣的優(yōu)點，即能夠輕易構建在接收端不具有二次(secondary)電池(可 再充電的電池)的系統(tǒng)。此外，諧振型無線電電力傳輸對任何其他電子設備影響很小，因為如果該電子設 備不具有諧振機制，能量不會傳輸。此外，還有一個優(yōu)點在于，即使在進行耦合時對準不夠 好，傳輸效率不會下降太多。在磁場中使用諧振現象的電力傳輸系統(tǒng)已經公開，例如，在美國公開的專利申請 U. S 2007/0222542 (下文稱作專利文獻1)。使用磁場諧振的電力傳輸系統(tǒng)的配置的例子如圖9所示。圖9具體示出了系統(tǒng)配 置的例子，其中電力供給源的電力發(fā)送設備10和電力供應目的地或接收端的電力接收設 備20以一種彼此一一對應的關系設置。參考附圖9，電力發(fā)送設備10包括諧振元件11、激勵元件12和頻率信號產生部分 13。諧振元件11例如由循環(huán)線圈(loop coil)形式的空心(air-core)線圈組成。激 勵元件12例如由空心線圈組成，該空心線圈的相對的末端連接到頻率信號產生部分13的 兩個輸出端子。諧振元件11和激勵元件12以通過電磁感應互相強烈耦合的關系設置。組成諧振元件11的空心線圈不僅具有電感，還具有線圈內部電容，而且具有取決 于該電感和電容的自諧振頻率。頻率信號產生部分13產生等于諧振元件11的自諧振頻率的頻率信號。頻率信號 產生部分13可以由Colpitts型振蕩電路、Hartley型振蕩電路等組成。雖然未示出，電力發(fā)送設備10接收來自交流電源的電力供給，使得頻率信號自頻 率信號產生部分13產生。同時，電力接收設備20包括諧振元件21、激勵元件22、整流電路23和負載24。諧振元件21例如由類似于諧振元件11的以循環(huán)環(huán)線圈形式的空心線圈組成。激 勵元件22例如由空心線圈組成，該空心線圈的相對的末端連接到整流電路23的兩個輸入端子。諧振元件21和激勵元件22以通過電磁感應互相強烈耦合的關系配置。與諧振元件11類似，組成諧振元件21的空心線圈不僅具有電感，還具有線圈內部 電容，而且具有取決于該電感和電容自諧振頻率。諧振元件11和諧振元件21的自諧振頻率彼此相等，為頻率fo。
在如上述描述的系統(tǒng)配置中，在電力發(fā)送設備10中的頻率信號產生部分13向激 勵元件12提供等于諧振元件11和21的自諧振頻率fo的頻率信號。因此，頻率fo的交流電流到激勵元件12的空心線圈，通過電磁感應，在類似地由 空心線圈形成的諧振元件11中感應產生同頻率fo的感應電流。在圖9的電路配置中，構成電力接收設備20的諧振元件21的空心線圈的自諧振 頻率為頻率fo，而且同電力發(fā)送設備10的諧振元件11的自諧振頻率一致。因此，電力發(fā)送 設備10的諧振元件11和電力接收設備20的諧振元件21具有電磁場諧振關系，在頻率fo 上存在最大耦合量和最小損耗。由于在本電路配置中的電力發(fā)送設備10的諧振元件11和電力接收設備20的諧 振元件21具有如上所述的磁場諧振關系，在諧振頻率fo上，電流以非接觸的方式自諧振元 件11提供到諧振元件21。在電力接收設備20中，由出現在諧振元件21中的交流電通過電磁感應，在激勵元 件22中感應產生感應電流，在激勵元件21中感應產生的感應電流通過整流電路23被整流 成直流電流，并作為供電電流提供給負載24。以這種方式，利用磁場諧振現象以無線電方式將電力從電力發(fā)送設備10傳輸到 電力接收設備20。在圖10中圖釋了來自如圖9所示的配置的電力傳輸系統(tǒng)中的頻率信號產生部分 13的頻率信號的頻率和磁場諧振中的耦合量的關系。如從圖10中可明顯看出的，圖9的配 置的電力傳輸系統(tǒng)示出了頻率的選擇性，其中在諧振頻率fo獲得最大耦合量。圖11說明了電力發(fā)送設備10的諧振元件11和電力接收設備20的諧振元件21 之間的距離D和磁場諧振中的耦合量之間的關系。根據圖11，可以確認，雖然耦合量隨著距 離縮短而增加，但是在距離非常短的情況下，耦合量卻相當低。這樣，能夠確認，存在某一距 離，在該距離上，耦合量在特定諧振頻率上最大。圖12說明了獲得最大耦合量的諧振頻率和諧振元件之間的距離之間的關系。自 圖12中看到，如果在諧振頻率較低，但諧振元件之間的距離增加，或者如果在諧振頻率較 高，但諧振元件之間的距離縮短，都能夠獲得最大的耦合量。

發(fā)明內容
如上所述，在諧振型電力傳輸系統(tǒng)中，即使電力發(fā)送設備和電力接收設備之間的 距離相對較大或者即使耦合軸某種程度上相互沒有對準，電流傳輸還是能夠執(zhí)行。因此，能夠自電力供給源的單一電力發(fā)送設備向多個供電目的地發(fā)送電力，如圖 13所示，圖13說明了電力發(fā)送到作為供電目的地的兩個電力接收設備20A和20B。需要注 意的是，電力接收設備20A和20B具有與如上所述的電力接收設備20的配置完全相同的配 置，而且包括相同的元件，該相同的元件通過分別在相同附圖標記上添加后綴A和B來表
7J\ ο
此處假定電力發(fā)送設備10的諧振元件11的自諧振頻率和兩個電力接收設備20A 和20B的諧振元件2IA和2IB的自諧振頻率彼此相通。由于電力供給源和供電目的地之間的耦合量隨著諧振元件之間的距離縮短而增 力口，在圖13的例子中，電力接收設備20B到電力發(fā)送設備10的耦合量大于電力接收設備 20A 到電力發(fā)送設備10的耦合量。由于電力供給源提供到供電目的地的電力隨著諧振元件之間的距離增加而增加， 自電力發(fā)送設備10提供到電力接收設備20B的電力比到電力接收設備20A的電力高。附帶地，除了需要使得電力接收設備20A和電力接收設備20B兩者必須都工作以 及要求將直流電供應到負載的情況外，使的兩個設備中的一個工作的情況不是必須的。具體地，上述電力接收設備中的每一個配置成其通過無線電正常地接收發(fā)送來的 電力。因此，即使其中電力接收設備的任一個不需要接收電力，如果電力接收設備設置成其 能夠接收來自電力發(fā)送設備10的電力供給，那么電力被無益地提供給電力接收設備，并被 整流電路23整流，然后消耗掉。因此，如圖13所示，如果多個電力接收設備與電力發(fā)送設備10具有磁場諧振關 系，那么來自電力發(fā)送設備10的電能被分配和發(fā)送到多個電力接收設備。因此，響應于該 電力接收設備的數目，由電力接收設備中的每一個接收的電力降低，導致了要求接收電力 的電力接收設備不能夠從電力發(fā)送設備接收足夠的電力的問題。具體地，如果距圖13中離電力發(fā)送設備10較近的電力接收設備20B不需要工作 而且沒有要求接收電力，按分配關系提供到要求接收電力的電力接收設備20A的電力就會 降低，電力是不夠的。因此，期望能夠提供消除上述問題的設備和方法。根據本實施例，提供了電力接收設備，其包括諧振元件，具有特定諧振頻率，而且 適合通過諧振關系以非接觸關系與不同的諧振元件耦合；整流裝置，響應于由所述諧振元 件接收的能量，用于整流所述諧振頻率的交流電；開關裝置，用于切斷從所述諧振元件到所 述整流裝置的交流電供應路徑；當到所述整流裝置的交流電供應路徑被所述開關裝置阻斷 時，所述諧振元件通過諧振關系也與所述不同的諧振元件保持耦合狀態(tài)假設電力接收設備設置成其通過諧振關系耦合到電力發(fā)送設備并也通過諧振關 系與不同的電力接收設備耦合。在這種情況下，電力接收設備的諧振元件通過諧振關系與 電力發(fā)送設備提供的諧振元件和不同電力接收設備的諧振元件兩者都耦合。當具有上述配置的電力接收設備不需要接收供電時，自諧振元件到整流裝置的交 流電的供應路徑被開關裝置切斷。然而，此時，電力接收設備的諧振元件保持這樣的狀態(tài)，在該狀態(tài)中，諧振元件通 過諧振關系與不同的諧振元件耦合。因此，在電力接收設備中，諧振元件自電力發(fā)送設備接 收的電力被轉移到通過諧振關系與所述諧振元件保持耦合的不同的電力接收設備的諧振 元件，同時到整流裝置的電流供應由開關裝置切斷。這樣，其中自諧振元件到整流裝置的交流電的供應路徑被切斷的電力接收設備的 諧振元件起轉發(fā)(r印eating)裝置的作用，用于將來自電力發(fā)送設備電力轉發(fā)到不同的電 力接收設備。在這種情況下，不同的電力接收設備接收通過與電力發(fā)送設備的直接諧振關系通過耦合發(fā)送的供電，以及此外通過與電力接收設備的諧振關系通過耦合接收電力接收。因 此，到不同的電力接收設備的供電量提高。因此，利用 電力接收設備，通過諧振關系通過耦合自電力發(fā)送設備發(fā)送來的電力 能夠被轉發(fā)，以便被發(fā)送到不同電力接收設備而不會浪費地消耗電力。


圖1為示出根據本發(fā)明的實施例的電力接收設備的配置的例子的示意圖。圖2為示出包括附圖1的電力接收設備的電力傳輸系統(tǒng)的例子的示意圖。圖3為示出根據本發(fā)明的另一個實施例的電力接收設備的配置的例子的示意圖。圖4為說明圖3的電力接收設備的處理操作的流程圖。圖5A和附圖5B分別為示出根據本發(fā)明的另一個實施例的作為電力傳輸系統(tǒng)的充 電系統(tǒng)的例子的示意圖和剖視圖。圖6為示出根據本發(fā)明的另一個實施例的作為電力傳輸系統(tǒng)的充電系統(tǒng)的配置 的例子的示意圖。圖7為說明圖6的充電系統(tǒng)中的電力發(fā)送設備的處理操作的例子的流程圖。圖8為說明圖6的電力接收設備的處理操作的例子的流程圖。圖9為示出磁場諧振型的電力傳輸系統(tǒng)的配置的例子的示意圖。圖10、11和12為說明圖9所示的磁場諧振型的電力傳輸系統(tǒng)的特性的圖。圖13為說明圖9所示的磁場諧振型的現有電力傳輸系統(tǒng)的問題的示意圖。
具體實施例方式接下來，參考

根據本發(fā)明的優(yōu)選實施例的電力接收設備和包括該電力接 收設備的電力傳輸系統(tǒng)。根據第一實施例的電力接收設備圖1示出根據本發(fā)明的第一實施例的電力接收設備的配置的例子。如圖1中所示 的、同圖9所示的電力傳輸系統(tǒng)中的電力接收設備的那些部分相同的部分以相同的參考標 記表不。參考附圖1，根據第一實施例的電力接收設備200包括諧振元件21、激勵元件22、 整流電路23、負載24和電源控制開關25，該電源控制開關25設置在激勵元件22和整流電 路23的電流路徑上。諧振元件21例如由類似于諧振元件11的以循環(huán)線圈形式的空心線圈構成。激勵元件22例如由空心線圈組成，該空心線圈的一個端子連接到整流電路23的 一個輸入端子。激勵元件22在其空心線圈的另一個端子處經過電源控制開關25連接到整 流電路23的另一個輸入端子。諧振元件21和激勵元件22被配置以具有通過電磁感應互相強烈耦合的關系。諧振元件21的空心線圈不僅具有電感，還具有線圈內部電容，而且具有取決于該 電感和電容的頻率fo。如此前所述，諧振元件21頻率等于電力發(fā)送設備10的諧振元件11 的自諧振頻率。電源控制開關25可以由用戶人工操作的機械開關或繼電器開關或響應于用戶的預定的操作而接通或斷開的半導體開關組成。
當電源控制開關25在接通或閉合(closed)狀態(tài)時，電力接收設備200的諧振元 件21與電力發(fā)送設備10的諧振元件11通過兩者之間的磁場諧振關系耦合，并執(zhí)行上述類 似的操作。具體地，由出現在諧振元件21中的交流電通過電磁感應在激勵元件22中感應 產生感應電流。在激勵元件22中感應產生的感應電流由整流電路23整流成直流電流，并 然后作為供電電流提供給負載24。另一方面，當電源控制開關25在斷開或打開(open)狀態(tài)時，沒有電流流經激勵元 件22。因此，即使電力發(fā)送設備10的諧振元件11和電力接收設備200的諧振元件21通過 兩者之間的磁場諧振關系互相耦合，而且交流電流經諧振元件21，也沒有感應電流流經激 勵元件22。換句話說，當電源控制開關25斷開時，從諧振元件21到整流電路23的電流供應 阻斷。因此，當電源控制開關25斷開時，沒有直流電流提供給電力接收設備200中的負 載24，并且在電力接收設備200中沒有電力消耗。然而，其中電源控制開關25以這種方式斷開的電力接收設備200的諧振元件21 通過磁場諧振關系與不同的電力接收設備的諧振元件相耦合。于是，如果如剛才提到的不 同的電力接收設備存在，那么傳輸到其中電源控制開關25是斷開的電力接收設備200的諧 振元件21的磁場能量被發(fā)送到該不同電力接收設備的諧振元件。換句話說，其中電源控制開關25斷開的電力接收設備200的諧振元件21作為轉 發(fā)器(r印eater)，該轉發(fā)器把電力發(fā)送設備10提供來的交流磁場能量傳輸到不同的電力 接收設備的諧振單元。參考圖2，更具體地描述了其中諧振元件21作為轉發(fā)器的狀態(tài)，圖2示出了根據本 發(fā)明的實施例的電力傳輸系統(tǒng)。參考圖2，在所示電力傳輸系統(tǒng)中，盡管電力從電力供給源的電力發(fā)送設備10提 供到特定電力接收設備200A，但是也存在能夠經磁場諧振關系與電力發(fā)送設備10相耦合 的不同的電力接收設備200B。在圖2的電力傳輸系統(tǒng)中，電力接收設備200A和200B具有與此上描述的電力接 收設備200的配置完全相同的配置，而且包括與電力接收設備200的那些元件相同的元件。 相同的元件分別通過在相同的參考標記上添加后綴A和B來表示。在圖2的電力傳輸系統(tǒng)中，示出了相對于作為電力供應源的電力發(fā)送設備10，不 需要接收供電的電力接收設備裝置200B位置比將被提供電力的電力接收設備200A近，因 此電力接收設備裝置200B與電力傳輸設備10的耦合量大于電力接收設備200A與電力傳 輸設備10的耦合量。此外，在圖2的電力傳輸系統(tǒng)中，電力接收設備200A和電力接收設備200B彼此位 置關系使得他們彼此通過磁場諧振關系互相耦合。此外，在圖2所示的電力傳輸系統(tǒng)中，電力接收設備200A的電源控制開關25A在 接通或閉合的狀態(tài)，使得電力接收設備200A可以接收來自電力供應源的電力發(fā)送設備10 的供電。同時，由于電力接收設備200B不需要接收來自電力發(fā)送設備10的供電，電源控制 開關25為斷開或打開(open)狀態(tài)。
因此，在電力發(fā)送設備10和電力接收設備200A之間，諧振元件11和諧振元件21A 通過磁場諧振關系互相耦合，并且由于電源控制開關25A是接通的，感應電流流經激勵元 件22A。在激勵元件22A中感應產生的感應電流由整流電路23A整流成直流電，并且作為供 電電流提供給未在圖2中示出的負載24。在此期間，在電力發(fā)送設備10和電力接收設備200B之間，諧振元件11和諧振元 件21B通過磁場諧振關系互相耦合。因此，來自電力發(fā)送設備10的磁場能量被發(fā)送到電 力 接收設備200B的諧振單元21B。然而，在電力接收設備200B中，由于電源控制開關處于截 止或打開(open)的狀態(tài)，沒有感應電流流向激勵元件22B，而且沒有電流提供給整流電路 23B，沒有電力消耗。此處，電力接收設備200A和電力接收設備200B具有他們彼此通過磁場諧振關系 互相耦合的位置關系。因此，自電力發(fā)送設備10傳輸到電力接收設備200B的諧振元件21B 的交流磁場能量發(fā)送到電力接收設備200A的諧振元件21A。換句話說，在圖2的電力傳輸系統(tǒng)中，自電力發(fā)送設備10發(fā)送的部分交流磁場能 量經過電力接收設備200B的諧振元件21B發(fā)送到電力接收設備200A的諧振元件21A。在圖13的電力傳輸系統(tǒng)中，自電力發(fā)送設備10發(fā)送到電力接收設備20B的交流 磁場能量消耗在電力接收設備20B中。然而，在圖2的電力傳輸系統(tǒng)中，該交流磁場能量沒 有被消耗，而是通過電力接收設備200B發(fā)送到電力接收設備200A。這樣，電力接收設備200A通過直接磁場諧振關系通過耦合自電力發(fā)送設備10接 收供電，并且還通過電力接收設備200B接收供電。因此，在圖2的電力傳輸系統(tǒng)中，電力 接收設備200A能夠接收電力發(fā)送設備10發(fā)送的所有交流磁場能量。因此，電力接收設備 200A能夠有效率地接收供電。需要注意的是，由于將從電力發(fā)送設備10接收供電的電力接收設備200A中的電 源控制開關25A是接通狀態(tài)，如圖2所示，電力接收設備200A可以具有如圖9所示的電力 接收設備20的配置，該配置不包括電源控制開關25。具體地，在圖2的電力傳輸系統(tǒng)中，所 有電力接收設備可以不包括本實施例的電力接收設備200的配置。同時需要注意的是，在上述第一實施例中，電源控制開關25為機械開關或繼電器 開關，電源控制開關25此外可以具有半導體開關的配置。在這種情況下，可提供由用于接 收用戶的操作輸入的微型計算機組成控制部分，使得其響應于指示是否使電力接收設備工 作的用戶的操作輸入，控制電源控制開關25進行切換。具體地，如果用戶輸入使電力接收 設備工作的指令操作，于是控制部分控制電源控制開關為接通狀態(tài)，但是如果用戶輸入另 一條指令操作使電力接收設備不工作，于是控制部分控制電源控制開關為截止狀態(tài)。第二實施例的電力接收設備在第一實施例的電力接收設備200中，電源控制開關僅響應于用戶的操作而受控 切換。相反，在第二實施例的電力接收設備，電源控制開關自動受控進行切換。圖3示出了第二實施例的電力接收設備300的配置。電力接收設備300包括第一 實施例的電力接收設備200的幾個共有元件，在此省略電力接收設備200的共有元件的重 復描述以避免贅述。參考圖3，所示電力接收設備300包括可再充電的電池301B，并還包括用于對可再 充電的電池301B充電的充電電路301，供電開關302，控制部分303和操作部分304。
電力接收設備300還包括替代電源控制開關25的電源控制開關電路250。電力控 制開關電路250例如由半導體開關元件組成。在第二實施例中，電力接收設備300接收自電力發(fā)送設備10發(fā)送的無線電電力， 并使用無線電電力對電池301B充電，然后提供供電電流給負載。當電源控制開關電路250為接通時，充電電路301利用來自整流電路23的直流電 對電池30IB充電。在電力接收設備300中，充電電路301具有檢測電池30IB充滿電并將 該充滿電通知控制部分303的功能。
供電開關302插入整流電路23的輸出端子和負載24之間，根據來自控制部分303 的開關信號受控于導通和截止之間。該供電開關302例如也是由半導體開關元件組成。當電源控制開關電路250接通以及供電開關302接通時，電力接收設備300接收 自電力發(fā)送設備10發(fā)送的無線電電力，并且在電池301B由充電電路301充電時，電力接收 設備300也提供電力給負載24?？刂撇糠?03例如包括微型計算機，而且電力通常自電池301B提供到控制部分 303。操作部分304包括供電操作鍵，而且連接到控制部分303。如果控制部分304接收 供電操作鍵的操作輸入信息，那么其決定是否操作輸入信息表示接通供電的操作或另一個 斷開供電的操作。于是，控制部分303響應于決定的結果控制供電開關302為接通或截止 狀態(tài)。另一方面，如果控制部分303從充電電路301接收到充電電池301B充滿電的通 知，那么其斷開電源控制開關電路250。因此，此時，電力接收設備300不消耗發(fā)電力發(fā)送設 備10發(fā)送來的交流磁場能量，并且諧振元件21作為此前描述的交流磁場能量的轉發(fā)器。如果電池30IB沒有充滿電，那么控制部分303控制電源控制開關電路250為接通 狀態(tài)，電力接收設備300借助于其整流電路將電力發(fā)送設備10發(fā)送來的交流磁場能量轉化 為直流電，并隨后消耗該直流電。圖4說明了控制部分303的用于在接通和截止之間控制電源控制開關電路250的 處理操作。在步驟S101，控制部分303首先檢查來自充電電路301的充滿電的通知。然后在 步驟S102，控制部分303確定電池301B是否在充滿電的狀態(tài)。如果確定電池301B不在充 滿電的狀態(tài)，于是在步驟S103，控制部分303控制電源控制開關電路250保持接通。因此， 處理返回步驟SlOl。另一方面，如果在步驟S102確定電池301B在充電狀態(tài)，那么在步驟S 104，控制部 分303控制電源控制開關電路250切換到截止狀態(tài)。因此，處理返回步驟S101。在第二實施例的電力接收設備300中，當電池301B處于充滿電的狀態(tài)時，其不需 要接收來自電力發(fā)送設備10的供電，因此，電源控制開關電路250自動斷開。因此，利用第二實施例的電力接收設備300，與第一實施例的電力接收設備200不 同，即使用戶沒有人工執(zhí)行電源控制開關的開關操作，也可以避免交流磁場能量不必要的 消耗，并且獲得有效率的無線電電力傳輸。而且，如果接收來自電力發(fā)送設備10的交流磁場能量的多個電力接收設備全部 具有第二實施例的供電接收設備300的配置，在多個電力接收設備全部置于完全充滿電的階段前的時間能夠縮短。具體地，當 多個電力接收設備300的所有電池不在充滿電的狀態(tài)時，來自電力發(fā) 送設備10的交流磁場能量被分配到多個電力接收設備300以執(zhí)行充電。然而，在其中電池 處于充滿電的狀態(tài)的電力接收狀態(tài)下，電力控制開關電路250截止，并作為用于交流磁場 能量的轉發(fā)器工作。因此，將被發(fā)送到具有電池并且電池還沒有處于充滿電狀態(tài)的電力接 收設備的交流磁場能量提高。因此，由于來自電力發(fā)送設備10的交流磁場能量有效率地發(fā)送直到多個電力接 收設備全部進入充滿電狀態(tài)，因此多個電力接收設備全部進入充滿電狀態(tài)前的時間可以縮短。第三實施例電力傳輸系統(tǒng)(充電系統(tǒng))在第三實施例中，本發(fā)明實施為用于對第二實施例的電力接收設備300充電的充 電系統(tǒng)或充電設備。圖5A和圖5B示出作為第三實施例的電力傳輸系統(tǒng)的充電系統(tǒng)的外觀。在本實施例的充電系統(tǒng)中，電力發(fā)送設備10提供在盒形充電支架的內部，且多個 電力接收設備300設置于充電支架上。圖5A示出充電支架400的俯視圖，充電支架400組成了本實施例的充電系統(tǒng)，圖 5B示出沿X-X線的剖視圖。充電支架400由非磁性材料構成的扁平的盒形組成。在充電支架400的內部，作 為電力供給源的電力發(fā)送設備10設置于充電支架400的中心位置。圖5A的虛線表示組成 電力發(fā)送設備10的諧振元件11的空心線圈。在接收多個電力接收設備300的充電支架400的接收面(receiving face)，通過 打印提供了多個標記MK，如圖5A的例子中，為多個圓形的標記，每個標記指出將放置電力 接收設備300的位置。如圖5A和5B所示，提供標記MK使得其中心以布置在距離其上放置電力發(fā)送設備 10的充電支架400的中心位置等距的圓上。這是因為試圖使所有放置在充電支架400上的 多個電力接收設備300和電力發(fā)送設備10之間通過磁場諧振關系的耦合量互相相等。具體地，在本充電支架400中，如果電力接收設備300設置于多個標記MK的其中 之一，那么在該放置電力接收設備300所放置的多個標記MK的任何一個上，電力接收設備 300都能夠接收來自電力發(fā)送設備10的等量的交流磁場能量。此外，如果多個電力接收設備300放置在充電支架400上，那么交流磁場能量自電 力接收設備10首先平等分配和提供到所有的電力接收設備300。然后，如果電力接收設備300的任何一個的電池301B置于充滿電狀態(tài)，那么電力 接收設備300的諧振元件現在作為如上所述的交流磁場能量的轉發(fā)器。因此，對于電池 301B不在充滿電狀態(tài)的任何其他電力接收設備300，除了自電力發(fā)送設備300提供的初始 的交流磁場能量之外，交流磁場能量另外通過轉發(fā)器發(fā)送。具體地，電池301B完全充滿電的電力接收設備300不消耗直到那時接收到的交流 磁場能量，但是轉發(fā)該交流磁場能量到電池301B不在充電狀態(tài)的其他電力接收設備。因 此，施加給電池301B不在完全充滿電狀態(tài)的其他電力接收設備的交流磁場能量自那時起 增加。因此，利用本發(fā)明的充電系統(tǒng)，能夠有效率地充電多個電力接收設備。
第四實施例電力傳輸系統(tǒng)或充電系統(tǒng) 同樣在第四實施例中，本發(fā)明作為類似于第三實施例的電力傳輸系統(tǒng)的例子應用 到充電系統(tǒng)。盡管第四實施例的充電系統(tǒng)具有包括類似于第三實施例中的配置的基本配置，但 是同第三配置的區(qū)別在于充電的電力供給源的電力發(fā)送設備中的每一個和用于接收充電 的電力接收設備包括通信部分。在第四實施例中，每個電力接收設備發(fā)送電池的剩余充電量到電力發(fā)送設備。電力發(fā)送設備響應于所接收的多個電力接收設備的剩余充電量產生充電進度計 劃，而且根據充電進度計劃，發(fā)送將電源控制開關電路置于接通狀態(tài)或截止狀態(tài)的控制指 令到多個電力接收設備中的每一個。電力接收設備中的每一個響應于來自電力發(fā)送設備的控制指令，執(zhí)行操作以將其 電源控制開關電路置于接通或截止狀態(tài)。因此，在第四實施例的充電系統(tǒng)中，多個電力接收設備能夠在合適的充電時間快 速充滿電。圖6示出組成第四實施例的充電系統(tǒng)的電力發(fā)送設備100和電力接收設備500的 配置的例子。圖6所示的與上述實施例中所示的那些一致的部分以相同的參考標記表示。參考圖6，電力發(fā)送設備100除了諧振元件11、激勵元件12和頻率信號產生部分 13夕卜，還包括控制部分111和通信部分112?？刂撇糠?11配置例如包括微型計算機，而且分析通過通信部分112自電力接收 設備500接收到的信息或者經通信部分112產生和發(fā)送傳輸信息到電力接收設備500。通信部分112例如由藍牙(Bluetooth)單元或ZigBee單元組成。此外，類似于第二實施例的電力接收設備300，電力接收設備500包括電源控制開 關電路250、對電池301B充電的充電電路301、供電開關302、控制部分303和操作部分304， 另外還包括通信部分501。充電電路301通知控制部分303電池301B的剩余充電量或電池保留量和充滿電 狀態(tài)，同第二實施例略有不同。在第四實施例中，控制部分303通過通信部分501發(fā)送自充電電路301接收的電 池301B的剩余充電量或電池保留量以及電力接收設備500自身的身份信息給電力發(fā)送設 備 100。在第四實施例中，用戶可以通過操作部分304輸入諸如是否緊急要求充電或可以 慢慢執(zhí)行充電的附加信息。在有該剩余充電量的這種通知時，控制部分303另外發(fā)送附加信息到電力發(fā)送設 備 100。此外，當控制部分303自充電電路301接收表示電池301B充滿電的通知時，控制 部分303切斷電源控制開關電路250并通過通信部分501將電池301B充滿電的通知以及 電力接收設備500自身的身份信息發(fā)送給電力發(fā)送設備100。當電力發(fā)送設備100的控制部分111接收來自電力接收設備500的剩余充電量的 通知或完全充滿電的通知時，其產生或修改充電進度計劃。隨后，控制部分111根據充電進 度計劃產生針對多個電力接收設備的每一個的電源控制開關電路的開/關控制指令，并隨后經通信部分112發(fā)送控制指令。
電力傳輸系統(tǒng)100的控制部分111的處理操作圖7為說明通過電力發(fā)送設備100的控制器111執(zhí)行的處理操作的流程圖。當作為供電目的地的多個電力接收設備500設置于充電支架上并且用于充電系 統(tǒng)的電源被接通以給電力發(fā)送設備100供電時，附圖7的處理操作執(zhí)行。在步驟S111，控制部分111在通信部分112自作為供電目的地的多個電力接收設 備500接收剩余充電量和針對該剩余充電量的附加信息。隨后，在步驟S112，控制部分111根據所接收的剩余充電量和附加信息產生用于 多個電力接收設備500的充電進度計劃。具體地，控制部分111根據所接收的信息確認每個電力接收設備的身份信息，然 后檢查每個電力接收設備的剩余充電量、充電的緊急情況等。然后，控制部分111基于接收 的信息產生優(yōu)化的充電進度計劃，根據充電進度計劃，確定電力接收設備中哪個電源控制 開關電路250應該接通或截止。接著，在步驟S113，控制部分111通過通信部分112以與身份信息相匹配的關系發(fā) 送用于電力接收設備500的電源控制開關電路250的所確定的開/關控制信息給各個電力 接收設備500。接著，在步驟S114，控制部分111監(jiān)控來自任何電力接收設備的充滿電信息的接 收，并且在步驟S115，如果收到充滿電信息，確定是否全部電力接收設備500充滿電。如果在步驟S115確定不是全部電力接收設備500充滿電，于是在步驟S 116，控制 部分111確定是否需要修改針對那些沒有充滿電的電力接收設備500的充電進度計劃。具 體地，由于可能存在這種情況，該情況中例如當電池沒有充滿電時，處于截止狀態(tài)的電源控 制開關電路250必須改變?yōu)榻油顟B(tài)，變化的必要性等被確定。如果在步驟S116確定充電進度計劃不需要修改，于是控制部分111的處理返回步 驟 S114。另一個方面，如果在步驟S116確定充電進度需要修改，于是控制部分111重新產 生進度計劃，該進度計劃用于除已充滿電的電力接收設備之外的電力接收設備。于是，在步 驟Sl 17，根據重新產生的充電進度計劃，控制部分111產生開/關控制指令，該開/關控制 指令用于除了已充滿電的電力接收設備500之外的每個電力接收設備500的電源控制開 關電路250，而且發(fā)送該開/關控制指令到關聯的電力接收設備500。于是，處理返回步驟 S114以重復執(zhí)行從步驟S114開始的步驟的處理。如果在步驟S 115確定所有的電力接收設備500已經充滿電，于是控制部分111 斷開到電力發(fā)送設備100的主電源，于是結束處理流程。電力接收設備500的控制部分303的處理操作附圖8說明了由電力接收設備300的控制部分303執(zhí)行的處理操作。在步驟S201，控制部分303通信部分501發(fā)送電力發(fā)送設備100自身的身份信息 (ID)、剩余充電量和附加信息給作為電力供給源的電力發(fā)送設備100。隨后，在步驟S202，控制部分303確定經過通信部分501是否接收到來自電力發(fā)送 設備100的針對電源控制開關電路250的接通或截止指令。如果在步驟S202確定該針對電源控制開關電路250的開/關指令沒有收到，那么在步驟S202控制部分303重復執(zhí)行該處理。另一 方面，如果在步驟S202確定針對電源控制開關電路250的開/關指令收到， 那么在步驟S203，控制部分303根據收到的指令控制電源控制開關電路250的接通或截止。接著，在步驟S204控制部分303確定電源控制開關電路250是否截止。如果確定 電源控制開關電路250截止，那么處理返回到步驟S202，以重復執(zhí)行從步驟S202開始的步 驟的處理。另一個方面，在步驟S204，如果確定電源控制開關電路250沒有截止，于是在步驟 S205，控制部分303確定電池30IB是否充滿電。在步驟S205確定電池30IB沒有充滿電，那么控制部分303的處理返回步驟S202， 以重復執(zhí)行從步驟S202開始的處理。另一方面，如果在步驟S205確定電池301B充滿電，那么在步驟S206，控制部分 303經過通信部分501發(fā)送充滿電信息以及電力接收設備500自身的ID給作為電力供給源 的電力發(fā)送設備100。而且，在步驟S207，控制部分303切換電源控制開關電路250到截止狀態(tài)，并隨后 結束處理流程。其他實施例及修改需要注意的是，在上述給出的實施例的描述中，僅描述了一種情況，其中電源控制 開關截止的電力接收設備200將來自電力發(fā)送設備10的交流磁場能量轉發(fā)到不同的電力 接收設備。然而，在多個電力接收設備200中其中電源控制開關截止的情況下，有時會發(fā)生 電力接收設備將從作為轉發(fā)設備的不同的電力接收設備發(fā)送來的交流磁場能量轉發(fā)到另 一個不同的電力接收設備。此外，雖然說明了這樣一種情況，在該情況中上述描述的第四實施例的電力傳輸 系統(tǒng)為充電系統(tǒng)，但是本實施例不限于此。例如，多個電力接收設備中的每一個可以不包 括可再充電的電池，但是可以包括向電力發(fā)送設備發(fā)出通知的功能，該通知涉及電力接收 設備自身是否必須工作。另一方面，基于該通知，電力發(fā)送設備可以包括用于發(fā)出指令的功 能，該指令用于電力接收設備的電源控制開關電路的開/關控制。利用如上所述的電力傳輸系統(tǒng)，電力發(fā)送設備監(jiān)視來自電力接收設備的信息，該 信息涉及電力發(fā)送設備是否需要工作，而且發(fā)出用于電源控制開關電路的開/關指令，使 得能夠針對任何需要供電的電力接收設備執(zhí)行恰當的供電。此外，在上述實施例中，盡管激勵元件22提供在諧振元件21和整流電路23之間， 使得阻抗變換執(zhí)行以執(zhí)行有效的交流電力傳輸，但是激勵元件也可以省略。具體地，在該情況下，盡管諧振元件21的兩個端子連接到整流電路23的一個和另 一個輸入端子，但是在本實施例中，電源控制開關也提供在諧振元件21的兩個端子之一和 整流電路23的輸入端子之一之間。此外，電源控制開關在該情況下切換到一種狀態(tài)，在該狀態(tài)，當來自電力發(fā)送設備 的供電由電力接收設備接收到時，來自諧振元件21的交流電提供到整流電路23。此外，當 自諧振元件21到整流電路23的交流電供應被阻斷時，電源控制開關切斷諧振元件21的端 子之一和整流電路23的輸入端子之一之間的連接，而且進行轉換使得諧振元件21的兩個 端子互相連接以形成環(huán)形線圈。因此，諧振元件21處于能夠與不同的諧振元件耦合執(zhí)行磁場諧振的狀態(tài)。 需要注意的是，雖然在實施例的說明中已經描述了其中諧振元件之間的諧振關系 是磁場諧振的情況，但是本發(fā)明也可以應用到電場諧振。本發(fā)明包含了于2009年07月22日在日本專利局提交的日本優(yōu)先權專利申請JP 2009-170805的有關的主題，其全部內容通過引用結合到本說明書中。本領域的技術人員應該理解到，根據設計要求和其他因素，可發(fā)生各種修改、組 合、子組合和替代，只要其在所附的權利要求或其等效物的范圍內。
權利要求
一種電力接收設備，包括諧振元件，具有特定諧振頻率，而且適合通過諧振關系以非接觸關系與不同的諧振元件耦合；整流裝置，響應于由所述諧振元件接收的能量，用于整流所述諧振頻率的交流電；開關裝置，用于切斷從所述諧振元件到所述整流裝置的交流電供應路徑；當到所述整流裝置的交流電供應路徑被所述開關裝置阻斷時，所述諧振元件通過諧振關系也與所述不同的諧振元件保持耦合狀態(tài)。
2.如權利要求1所述的電力接收設備，其中所述諧振元件以回路形式保持電流路徑， 以通過諧振關系與不同的諧振元件保持耦合狀態(tài)。
3.如權利要求1所述的電力接收設備，還包括適合通過電磁感應與所述諧振元件耦合 的激勵元件；通過所述諧振元件和所述激勵元件之間的電磁感應耦合而流經所述激勵元件的感應 電流被提供到所述整流裝置并由所述整流裝置整流；所述開關裝置被置于這樣的位置，在所述位置，所述開關裝置執(zhí)行從所述激勵元件到 所述整流裝置的感應電流的供應路徑的切斷控制。
4.如權利要求1所述的電力接收設備，其中所述開關裝置響應于用戶的人工操作而受 控進行切換。
5.如權利要求1所述的電力接收設備，還包括負載，適合接收由所述整流裝置通過整流獲得的直流電作為其供電電流； 指令輸入裝置，用于輸入關于是否使所述負載工作的指令；和 用于控制所述開關裝置處于一種狀態(tài)的裝置，在所述狀態(tài)，響應于通過所述指令輸入 裝置接收的、使所述負載不工作的指令輸入，所述開關裝置切斷通過所述供應路徑到所述 整流裝置的電流供應。
6.如權利要求1所述的電力接收設備，還包括 可再充電的電池；充電電路，適合利用直流電對所述電池充電，所述直流電由所述整流裝置通過整流獲得；檢測裝置，用于檢測所述電池充滿電；和用于控制所述開關裝置處于一種狀態(tài)的裝置，在所述狀態(tài)，當所述檢測裝置檢測所述 電池充滿電時，所述開關裝置切斷通過所述供應路徑到所述整流裝置的電流供應。
7.如權利要求1所述的電力接收設備，還包括無線電通信裝置； 所述開關裝置基于由所述通信裝置接收的指令信息而受控進行切換。
8.一種電力傳輸系統(tǒng)，包括 電力發(fā)送設備；和多個電力接收設備； 所述電力發(fā)送設備包括第一諧振元件，具有特定諧振頻率，而且適合通過諧振關系以非接觸關系與不同的諧 振元件耦合，以及頻率信號產生裝置，用于提供所述諧振頻率的交流電到所述第一諧振元件，所述多個電力接收設備中的每一個包括第二諧振元件，具有所述諧振頻率，而且適合通過諧振關系以非接觸關系與不同的諧 振元件耦合，以及整流裝置，根據所述第二諧振元件接收的能量，用于整流所述諧振頻率的交流電，所述多個電力接收設備中至少一個還包括開關裝置，用于切斷從所述第二諧振元件到 所述整流裝置的交流電供應路徑，所述第二諧振元件保持一種狀態(tài)，在該狀態(tài)下，當到所述 整流裝置的交流電供應路徑被所述開關裝置切斷時，所述第二諧振元件也通過諧振關系與 所述不同的諧振元件耦合，所述其中所述開關裝置被控制到其中所述開關裝置切斷供所述應路徑的狀態(tài)的電力 接收設備的第二諧振元件通過諧振關系與所述電力發(fā)送設備的第一諧振元件或不同的一 個電力接收設備的所述第二諧振元件耦合，也通過諧振關系與另一個不同的一個電力接收 設備的所述第二諧振元件耦合，以執(zhí)行來自所述電力發(fā)送設備的電力的傳輸的轉發(fā)。
9.如權利要求8所述的電力發(fā)送設備，其中所述電力接收設備中的每一個還包括用于 通過電磁感應與所述第二諧振元件耦合的激勵元件；通過所述第二諧振元件和所述激勵元件之間的電磁感應耦合而流經所述激勵元件的 感應電流被提供到所述整流裝置并由所述整流裝置整流，所述有開關裝置被置于一個位 置，在該位置，所述開關裝置切斷從所述激勵元件到所述整流裝置的感應電流的供應。
10.一種充電設備，用于對電力接收設備的可再充電的電池充電，所述電力接收設備包 括具有特定的諧振頻率并適合以一種非接觸的關系通過諧振關系與不同的諧振元件耦合 的第一諧振元件、用于響應于由所述第一諧振元件接收的能量整流所述諧振頻率的交流電 的整流裝置、用于切斷從所述第一諧振元件到所述整流裝置的交流電的供應的開關裝置、 可再充電的電池、以及適于利用由整流裝置通過整流獲得的直流電對電池充電的充電電 路；該第一諧振元件保持一種狀態(tài)，在該狀態(tài)下，當到所述整流裝置的交流電的供應路徑由 開關裝置切斷時，第一諧振元件也通過諧振關系與所述所述不同的諧振元件耦合，所述充電設備包括第二諧振元件，具有特定諧振頻率，并適合通過諧振關系以非接觸關系與不同的諧振 元件耦合；頻率信號發(fā)生裝置，用于將所述諧振頻率的交流電提供到所述第二諧振元件；和安裝架，能夠接收設置在安裝架上的多個電力接收設備，使得所述第二諧振元件通過 諧振關系與設置在所述安裝架上的電力接收設備的第一諧振元件相耦合。
11.如權利要求10所述的充電設備，其中所述電力接收設備包括檢測裝置，用于檢測所述電池充滿電；和用于當所述檢測裝置檢查電池充滿電時控制所述開關裝置切斷供應路徑的裝置。
12.如權利要求10所述的充電設備，還包括無線電通信裝置，用于通過無線電與電力接收設備進行通信；和用于基于通過所述無線電通信裝置從電力接收設備接收的信息產生用于控制電力接 收設備的開關裝置的開關操作的信息，并且通過所述無線電通信裝置將所產生的信息提供 到電力接收設備以控制電力接收設備的開關裝置的開關操作的裝置。
13.如權利要求10所述的充電設備，其中所述安裝架具有設置在安裝架上的指示，用于指示其上應放置電力接收設備的可推薦安裝位置。
14. 一種用于電力傳輸系統(tǒng)的電力傳輸方法，所述電力傳輸系統(tǒng)包括電力發(fā)送設備， 所述電力發(fā)送設備包括具有特定諧振頻率并且適合通過諧振關系以非接觸關系與不同的 諧振元件耦合的第一諧振元件以及用于提供所述諧振頻率的交流電到所述第一諧振元件 的頻率信號產生裝置；和多個電力接收設備，每個電力接收設備包括具有所述諧振頻率并 且適合通過諧振關系以非接觸關系與不同的諧振元件耦合的所述第二諧振元件以及用于 根據所述第二諧振元件所接收的能量來整流所述諧振頻率的交流電的整流裝置，所述電力 接收設備中至少一個還包括用于切斷從所述第二諧振元件到所述整流裝置的交流電的供 應路徑的開關裝置，所述第二諧振元件保持一種狀態(tài)，在該狀態(tài)中，當到所述整流裝置的交 流電供應路徑被所述開關裝置切斷時，所述第二諧振元件也通過諧振關系與所述不同的諧 振元件耦合，所述電力傳輸方法包括以下步驟控制所述開關裝置到其中所述開關裝置切斷所述供應路徑的狀態(tài)，以便使得其中所述 供應路徑被開關裝置切斷的電力接收設備的第二諧振元件通過諧振關系耦合到電力發(fā)送 設備的第一諧振元件或耦合到一個不同的電力接收設備的第二諧振單元被開關裝置切斷， 以及也通過諧振關系耦合到另一個不同的電力接收設備的第二諧振元件，以執(zhí)行來自所述 電力發(fā)送設備的電力的傳輸的轉發(fā)。
全文摘要
電力接收設備包括諧振元件，具有特定諧振頻率，而且適合通過諧振關系以非接觸關系與不同的諧振元件耦合；整流部分，響應于由諧振元件接收的能量，配置為整流諧振頻率的交流電；開關部分，配置為用于切斷自諧振元件到整流部分的交流電供應路徑；當到整流部分的交流電供應路徑被開關部分阻斷時，諧振元件通過諧振關系同樣與不同的諧振元件保持耦合狀態(tài)。
文檔編號H02J7/00GK101964551SQ201010231550
公開日2011年2月2日 申請日期2010年7月15日 優(yōu)先權日2009年7月22日
發(fā)明者三田宏幸 申請人:索尼公司