[發明專利]無線電力饋送系統和無線電力饋送方法

有效

• 申請號: 201280046320.X
• 申請日: 2012-05-25
• 公開（公告）號: CN103828190B
• 公開（公告）日: 2016-11-02
• 發明（設計）人: 辻正芳;服部涉;田能村昌宏;吉田周平
• 申請（專利權）人: 日本電氣株式會社
• 主分類號: H02J50/12
• 分類號: H02J50/12;H02J50/20;B60L11/18;B60M7/00;H02J7/00
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司 11219
• 代理人: 韓峰;孫志湧

技術領域

本發明涉及用于無線地傳送電力的無線電力饋送系統和無線電力饋送方法。

背景技術

無線電力傳輸，還稱為非接觸式充電技術，如今適用于各種產品。無線電力傳輸的已知形式利用電磁感應和無線電波。經由電磁感應的無線電力傳輸由在1831年法拉第定律的發現而觸發，之后是1836年的變壓器的發明。電磁感應型無線電力傳輸的傳輸距離是幾mm或更小，并且在很多情況下，操作頻率是幾百KHz或更小。電磁感應型的特征在于，傳輸距離短并且不存在磁場的泄漏，但是電力傳輸量取決于設計。無線電力傳輸不要求連接器，并且允許易于增強防水性，并且例如，在諸如電動牙刷、剃須刀等的充電器的產品中使用。

另一方面，從1888年赫茲證明了電磁波的存在以及在1904年特斯拉進行的無線電力傳輸實驗設計（150kHz，1MW）開始，經由無線電波（微波）的無線電力傳輸已經進行了持續的研究和開發。近年來，無線電波（微波）型無線電力傳輸還被應用于無線物品管理系統（RF-ID）等。因為無線電波（微波）型使用無線電波，所以電磁場向外輻射，并且能量擴散。因此，該類型的特征在于，雖然能夠進行長距離電力傳輸（多達幾十米），但是用于電力接收的傳輸效率為百分之幾那么低或更少。注意，傳輸效率是傳送器所傳送的電力和接收器所接收到的電力的比率，這在空間中是電力傳輸速率。

對無線電力傳輸技術的主要需求在于，以更高的效率在更長的距離上傳送電力。在2006年，麻省理工學院（MIT）提出了經由磁諧振的無線電力饋送技術（專利文獻1）。在磁諧振系統中，通過將具有高電感（L）的兩個線圈置于傳送側和接收側中的每一側來產生諧振現象，以實現以更高的效率在更長的距離上的電力傳輸。

在磁諧振無線電力傳輸中，當諧振頻率是10MHz，并且線圈之間的距離是2m時，實現約45%的傳輸效率（非專利文獻1）。整個電力傳輸系統的傳輸效率是約15%，這是整個系統的產物，包括電力傳送設備（主要是放大器）的效率37.5%和電力接收設備（主要是整流器）的效率90%。因此，當對電力傳送系統的輸入電力是400W時，能夠點亮2m遠處的60W的燈。以該方式，與電磁感應方法相比，磁諧振方法可以以相對高的效率在更長的距離上饋送電力。

作為電磁感應系統，公開了將電力接收主體放置在由電力傳送和接收線圈產生的電磁場內的示例（專利文獻2）。在該示例中，AC電源設備連接至電力傳送和接收線圈中的每一個，并且可以進行電力傳送和接收的切換。而且，在產生電磁場的能量當中，電力接收主體沒有接收到的能量是損失。注意，因為電磁場是通過電磁感應產生的，所以電力傳送和接收線圈之間的距離不能增加，并且這是磁諧振系統中的距離的1/10的極短距離。

而且，作為磁諧振系統，公開了一種配置，該配置包括主電力傳送設備和兩個或更多個電力接收設備，并且進一步包括用于電力回收的輔助電力接收設備的（專利文獻3）。該配置主要被設計用于將磁諧振電力饋送到兩個或更多個電力接收設備，并且用于接收電力的條件與諧振頻率匹配。該示例是從一個電力傳送設備到多個電力接收設備的一對多磁諧振電力饋送系統。在該配置中，當安裝了多個電力接收設備時，需要在各個電力接收設備之間保持某一距離。這是因為如果電力接收設備接近，則包括在各個電力接收設備中的諧振器之間的耦合過高，并且每個電力接收設備的諧振頻率偏離設定值，這對電力接收設備造成了傳輸效率的顯著降低。雖然每個電力接收設備的諧振頻率的偏離實際上可忽略的電力接收主體之間的最小距離取決于電力傳送器和接收器以及電力接收設備的設計，但是在任何情況下，都對電力接收設備之間的距離施加了約束。

引用列表

專利文獻

PTL1：專利申請No.2009-501510的PCT國際公開的公開日文譯文

PTL2：專利申請No.2003-502992的PCT國際公開的公開日文譯文

PTL3：日本未審查專利公開No.2010-239838

非專利文獻

NPL1：Marin?Soljacic等人的“Wireless?Power?Transfer?via?StronglyCoupled?Magnetic?Resonances”，SCIENCE，Vol.317,No.5834,pp.83-86。

發明內容

技術問題