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無線電力傳送裝置和無線電力傳送系統.pdf

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無線 電力 傳送 裝置 系統
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摘要
申請專利號:

CN201210059176.5

申請日:

2012.03.08

公開號:

CN102694422B

公開日:

2015.01.28

當前法律狀態:

終止

有效性:

無權

法律詳情: 未繳年費專利權終止IPC(主分類):H02J 17/00申請日:20120308授權公告日:20150128終止日期:20160308|||授權|||實質審查的生效IPC(主分類):H02J 17/00申請日:20120308|||公開
IPC分類號: H02J17/00 主分類號: H02J17/00
申請人: 株式會社東芝
發明人: 工藤浩喜; 出口典孝; 竹田大輔; 佐方連; 莊木裕樹
地址: 日本東京都
優先權: 2011.03.22 JP 2011-062870
專利代理機構: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038 代理人: 李渤
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201210059176.5

授權公告號:

|||102694422B||||||

法律狀態公告日:

2017.05.03|||2015.01.28|||2012.11.21|||2012.09.26

法律狀態類型:

專利權的終止|||授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明公開了無線電力傳送裝置和無線電力傳送系統。該無線電力傳送裝置包括:電力發送線圈、頻帶信號生成單元、反射信號測量單元、振蕩器和通信控制單元。線圈被提供信號并通過磁耦合將該信號傳送到無線電力接收裝置上的電力接收線圈。生成單元生成具有允許傳送頻帶的頻帶信號并將頻帶信號提供給電力發送線圈。反射信號測量單元測量來自電力發送線圈的頻帶信號的反射信號。振蕩器生成具有可控的振蕩頻率的載波信號。通信控制單元基于反射信號的頻率特性確定發送頻率并執行控制以使得通過調制發送頻率的載波信號而生成的發送信號被提供給電力發送線圈。

權利要求書

1.一種無線電力傳送裝置,包括:
電力發送線圈,被配置為被提供信號并通過磁耦合將所述信號傳
送到無線電力接收裝置上的電力接收線圈;
頻帶信號生成單元,被配置為生成具有允許傳送頻帶的頻帶信號
并將所述頻帶信號提供給所述電力發送線圈作為所述信號;
反射信號測量單元,被配置為測量來自所述電力發送線圈的頻帶
信號的反射信號;
振蕩器,被配置為生成具有可控的振蕩頻率的載波信號;以及
通信控制單元,被配置為基于所述反射信號的頻率特性確定發送
頻率并執行控制以使得通過調制所述發送頻率的載波信號而生成的發
送信號被提供給所述電力發送線圈作為所述信號。
2.如權利要求1所述的無線電力傳送裝置,其中所述通信控制
單元基于所述反射信號的頻率特性確定要發送給所述無線電力接收裝
置的用于負載調制的載波信號的頻率,并且
所確定的頻率的載波信號被提供給所述電力發送線圈。
3.如權利要求1所述的無線電力傳送裝置,其中所述發送頻率
是所述反射信號的幅度變為局部最小值處的頻率。
4.如權利要求2所述的無線電力傳送裝置,其中所述載波信號
的頻率是所述反射信號的幅度變為局部最小值處的頻率。
5.如權利要求1所述的無線電力傳送裝置,其中所述發送信號
是通過對所述發送頻率的載波信號進行多級調制而生成的。
6.如權利要求2所述的無線電力傳送裝置,還包括符號周期控
制單元,被配置為基于所述頻率特性確定所述載波信號的符號周期,
其中所述通信控制單元執行控制以使得所述載波信號以所述符
號周期被傳送。
7.如權利要求1所述的無線電力傳送裝置,還包括電力傳送單
元,被配置為生成電力信號并將所述電力信號給所述電力發送線圈,
其中所述電力發送線圈通過磁耦合將所述電力信號傳送到所述
電力接收線圈,并且
利用所述電力發送線圈和所述電力接收線圈之間的耦合系數執
行與所述無線電力接收裝置的阻抗匹配,其中所述耦合系數是基于所
述頻率特性確定的。
8.一種無線電力傳送系統,包括:
根據權利要求2所述的無線電力傳送裝置;以及
無線電力接收裝置,
其中所述無線電力接收裝置包括:
所述電力接收線圈;
電力接收解調單元,被配置為對由所述電力接收線圈獲得的發送
信號進行解調;以及
電力接收調制單元,被配置為對由所述電力接收線圈獲得的載波
信號進行負載調制。
9.如權利要求8所述的無線電力傳送系統,其中所述電力接收
調制單元根據相位調制、幅度調制、頻率調制和正交相位幅度調制中
的任何一種來執行調制。
10.如權利要求8所述的無線電力傳送系統,
其中所述無線電力傳送裝置還包括電力傳送單元,被配置為生成
電力信號并將所述電力信號給所述電力發送線圈,
所述電力發送線圈通過磁耦合將所述電力信號傳送到所述電力
接收線圈,
所述無線電力接收裝置還包括電力接收單元,被配置為使用由所
述電力接收線圈接收的電力信號,并且
在所述無線電力傳送裝置和所述無線電力接收裝置之間通過時
分或頻分復用執行電力傳送和信號通信兩者。

說明書

無線電力傳送裝置和無線電力傳送系統

技術領域

一個實施例涉及無線電力(radio?power)傳送裝置和無線電力傳
送系統,并且例如涉及使用共振線圈(resonance?coil)的無線通信。

背景技術

當使用電力發送線圈進行無線通信時,假定使用負載調制方案或
反向散射(backscattering)方案,其能夠進行用于RFID(射頻識別)
等的無電源的驅動。當在常規RFID中執行反向散射時,根據線圈之
間的耦合使得調制方案或頻率可變。

然而,當上述現有技術被應用于磁共振型無線電力傳送時,由于
當信息傳送開始時傳送特性不能確定,因此通過負載調制或反向散射
獲得的信號可能會顯著衰減。

發明內容

根據本發明的一個方面,提供一種無線電力傳送裝置,包括:電
力發送線圈,被配置為被提供信號并通過磁耦合將所述信號傳送到無
線電力接收裝置上的電力接收線圈;頻帶信號生成單元,被配置為生
成具有允許傳送頻帶的頻帶信號并將所述頻帶信號提供給所述電力發
送線圈作為所述信號;反射信號測量單元,被配置為測量來自所述電
力發送線圈的頻帶信號的反射信號;振蕩器,被配置為生成具有可控
的振蕩頻率的載波信號;以及通信控制單元,被配置為基于所述反射
信號的頻率特性確定發送頻率并執行控制以使得通過調制所述發送頻
率的載波信號而生成的發送信號被提供給所述電力發送線圈作為所述
信號。

根據本發明的另一個方面,提供一種無線電力傳送系統,包括:
上述無線電力傳送裝置;以及無線電力接收裝置,其中所述無線電力
接收裝置包括:所述電力接收線圈;電力接收解調單元,被配置為對
由所述電力接收線圈獲得的發送信號進行解調;以及電力接收調制單
元,被配置為對由所述電力接收線圈獲得的載波信號進行負載調制。

附圖說明

圖1包括圖1(A)和圖1(B),是根據一個實施例的無線電力
傳送裝置的示意圖;

圖2包括圖2(A)和圖2(B),是根據實施例的無線電力接收
裝置的示意圖;

圖3是根據實施例的另一無線電力傳送裝置的示意圖;

圖4是根據實施例的另一無線電力接收裝置的示意圖;

圖5是圖示圖2中的無線電力傳送裝置的第一配置示例的示圖;

圖6是圖示發送信號、接收信號和反射信號的示例的示圖;

圖7包括圖7(A)和圖7(B),是圖示當電力發送線圈和電力
接收線圈具有相同的共振頻率時以及當這些線圈具有不同的共振頻率
時的反射信號頻譜和接收信號頻譜的示圖;

圖8是圖示圖2中的無線電力傳送裝置的第二配置示例的示圖;

圖9是圖示圖2中的無線電力傳送裝置的第三配置示例的示圖;

圖10是根據一個實施例的無線電力傳送系統的配置圖;

圖11是圖示磁共振型無線電力傳送的詳細配置示例的示圖;

圖12是圖示磁共振型無線電力傳送的另一詳細配置示例的示圖;

圖13是圖示圖2中的無線電力傳送裝置的第四配置示例的示圖;
以及

圖14是圖示反射信號的上升延遲(rising?delay)特性的示圖。

具體實施方式

根據一個實施例,提供了一種無線電力傳送裝置,包括:電力發
送線圈、頻帶信號(band?signal)生成單元、反射信號測量單元、振
蕩器和通信控制單元。

對電力發送線圈提供信號,并且電力發送線圈通過磁耦合將該信
號傳送到無線電力接收裝置上的電力接收線圈。

頻帶信號生成單元生成具有允許傳送頻帶的頻帶信號并將頻帶
信號提供給電力發送線圈作為該信號。

反射信號測量單元測量來自電力發送線圈的頻帶信號的反射信
號。

振蕩器生成具有可控的振蕩頻率的載波信號。

通信控制單元基于反射信號的頻率特性確定發送頻率并執行控
制以使得通過調制發送頻率的載波信號而生成的發送信號被提供給電
力發送線圈作為該信號。

下文中,將參考附圖詳細說明本實施例。

圖1(A)和圖1(B)示出了根據本實施例的無線電力傳送裝置
的示意圖。

圖1(A)中的無線電力傳送裝置能夠執行無線電力傳送和無線
通信兩者。

圖1(A)中的無線電力傳送裝置設有執行無線電力傳送的電力
傳送單元11、執行無線通信的無線通信單元12和作為電力傳送/傳送
天線的共振線圈(電力發送線圈)13。作為共享無線電力傳送和無線
通信的方法,以時分(time-division)為基礎利用開關14來共享天線
13。

圖1(B)中的無線電力傳送裝置與圖1(A)一樣也能夠執行無
線電力傳送和無線通信兩者,并且設有電力傳送單元21、無線通信
單元22和共享線圈23。與圖1(A)不同的是,作為共享天線的方
法,該無線電力傳送裝置同時執行無線電力傳送和無線通信。可以應
用各種允許同時傳送的共享方法,例如使用共振線圈23的共振頻率
來進行無線電力傳送并使用共振頻率的整數倍來進行無線通信從而
實現頻分(frequency?division)的方法。

圖2(A)和2(B)示出了根據本實施例的無線電力接收裝置的
示意圖。

圖2(A)中的無線電力接收裝置能夠執行無線電力接收和無線
通信兩者。該配置對應于圖1(A)中的無線電力傳送裝置的配置。

在圖2(A)中,無線電力接收裝置設有執行無線電力接收的電
力接收單元101、執行無線通信的無線通信單元102和作為電力接收/
接收天線的共振線圈(電力接收線圈)103。作為共享天線以進行電力
接收和無線通信的方法,以時分為基礎利用開關104來共享天線103。

圖2(B)中的無線電力接收裝置被用作圖1(B)中的無線電力
傳送裝置的對應部分。與圖2(A)一樣,該無線電力接收裝置能夠執
行電力接收和無線通信兩者并且設有電力接收單元201、無線通信單
元202和共享線圈203。作為天線共享方法,該無線電力接收裝置同
時執行電力接收和無線通信。這可以與圖1(B)中的無線電力傳送裝
置的情況一樣通過頻分手段等來實現。

圖3示出了根據本實施例的無線電力傳送裝置的另一配置示例。

該無線電力傳送裝置由無線通信單元31和共振線圈32構成,并
且不設有任何電力傳送單元。由于本實施例的主要特征在于無線通信
單元,因此本實施例可以通過圖1(A)、圖1(B)和圖3的模式中
的任何一種中的無線電力傳送裝置來實現。

無線電力接收裝置可以類似地配置為沒有電力接收單元,如圖4
所示。

圖5示出了圖3中的無線電力傳送裝置的第一配置示例。

圖5中的無線電力傳送裝置包括電力發送線圈41、生成可控振蕩
頻率的載波信號的振蕩器42、生成允許傳送頻帶的頻帶信號的頻帶信
號生成單元43、調制單元44、測量來自電力發送線圈41的反射信號
的反射測量單元46、解調單元45、開關51和控制這些單元的通信控
制單元47。

電力發送線圈41是自共振線圈或者與附加到其上的電容器共振
的線圈。線圈形狀是任意的。

開關51選擇性地將電力發送線圈41連接到頻帶信號生成單元43
和通信控制單元47。

調制單元44根據預定調制方案對信息信號進行調制并且生成已
調制的信號。頻帶信號生成單元43根據已調制的信號生成具有允許傳
送帶寬的發送信號(頻帶信號)。頻帶信號的示例在圖6的左上部示
出。

生成頻帶信號的方法的示例包括頻率掃描(frequency?
sweeping)、擴展頻譜(spread?spectrum)和通過使已調制的信號或
高頻帶信號通過帶通濾波器來生成頻帶信號的方法。只要能夠生成頻
帶信號,可以使用任何方法。對于發送信號的調制方案優選地是使得
信號能夠很容易地被解調的調制方案,例如基于頻帶信號的OOK
(On-Off-Keying,二進制啟閉鍵控),但是只要是使用頻帶的調制方
案,就可以使用任何調制方案。圖6示出了作為發送信號執行OOK
時的頻帶信號的變化。

將參考圖6說明使用OOK的頻帶信號的通信方法。所生成的發
送信號被提供給電力發送線圈41。在這種情況下,開關51連接到頻
帶信號生成單元43。發送信號通過磁共振被傳送到無線電力接收裝置
上的電力接收線圈。無線電力接收裝置對接收的信號整流并解調以提
取信息。這種情況下接收側的操作被示出在圖6的右側。當使用除了
OOK以外的調制方案時,信號可以在不整流的情況下受到解調處理。

這里,提供給電力發送線圈41的頻帶信號的一部分被反射并輸
入到反射測量單元46。該情形在圖6的左下部示出。反射測量單元46
基于反射信號獲取反射特性(頻率特性和相位特性)并且將該特性反
饋至通信控制單元47。

通信控制單元47利用該頻率特性等估計發送和接收之間的傳送
特性,并且確定用于發送到接收裝置的載波頻率(發送頻率)和用于
接收裝置中的反向散射方案/負載調制方案的載波頻率。

當所生成的信號頻譜不像例如使用擴頻碼的擴譜那樣恒定時,難
以獲得反射信號的精確頻率特性。在這種情況下,發送信號可以被從
頻帶信號生成單元反饋回通信控制單元47以便獲得正確的反射信號
頻譜。

通信控制單元47控制振蕩器42以便生成所確定的發送頻率的載
波信號并且利用發送頻率的載波信號生成發送信號。例如,通過利用
發送信息調制該載波信號來生成發送信號。這種情況下的開關51被改
變到通信控制單元47。所生成的發送信號被提供給電力發送線圈41。
提供給電力發送線圈41的發送信號通過磁耦合被傳送到接收側。這使
得能夠增大每頻率的發送電力,并且與使用頻帶信號來發送信號的情
況相比,還能夠延長傳送距離。即,由于每頻率的電力增大,因此能
夠提高接收信噪比。因而,即使當傳送距離較大時,也可以進行無線
通信。

當無線電力傳送裝置接收來自無線電力接收裝置的信號時,振蕩
器42根據在通信控制單元47中確定的反向散射方案/負載調制方案來
生成具有載波頻率的載波信號并從電力發送線圈41傳送載波信號。無
線電力接收裝置利用諸如反向散射方案/負載調制方案之類的調制方
案調制載波信號并返回已調制的信號。反向散射方案/負載調制方案是
這樣一種調制方案,其中無線電力接收裝置改變其負載并且從而生成
具有改變的幅度或相位的反射信號(相位調制信號或幅度調制信號)。
“負載調制”和“反向散射”原本是不同的術語(即,負載調制指改變負
載的調制方案,而反向散射指讀取反射),但是由于在本說明書中,
被說明為反向散射方案的方案指通過改變負載(=負載調制)而讀取
反射變化的方案,因此反向散射方案指類似于負載調制的調制方案。
反射信號經由電力發送線圈41和反射測量單元46被解調單元45接
收,被解調單元45解調并且信息被獲取。

將利用圖7說明利用由反射測量單元46測得的頻帶信號的反射
的傳送特性來確定用于發送的發送頻率和確定用于來自無線電力接收
裝置的接收的載波頻率的方法。

圖7示出了當電力發送線圈和電力接收線圈具有相同的共振頻率
時(圖7(A))以及當這些線圈具有不同的共振頻率時(圖7(B)),
在電力發送線圈中觀測的反射信號的頻譜和無線電力接收裝置中的接
收信號的頻譜。這里,具有相同共振頻率可以指差異落在某一范圍(例
如,帶寬的1%)內的情況。

如圖7(A)所示,當電力發送線圈和電力接收線圈具有相同共
振頻率時,反射信號頻譜的最小值(局部最小值)的數目變為1。在
這種情況下,接收側的接收信號頻譜在反射信號頻譜具有最小值的頻
率處具有最大值。

另一方面,如圖7(B)所示,當電力發送線圈和電力接收線圈
具有不同的共振頻率時,反射信號頻譜在電力發送線圈的共振頻率處
和電力接收線圈的共振頻率處具有兩個最小值。在接收側,接收信號
頻譜示出了在反射信號頻譜示出最小值的這兩個頻率處的最大值。

即,很明顯可以從電力傳送側上反射信號頻譜的最小值判斷接收
信號頻譜變為最大值處的頻率。因而,與來自電力發送線圈的反射信
號頻譜的最小值相對應的頻率可以被當作用于傳送/接收的載波頻率
的候選頻率。

然而,當共振頻率不同時,可能難以從反射信號中判斷在與最小
值相對應的兩個頻率中的哪一頻率處、接收信號頻譜具有較高的增益。

因而,信號被在候選頻率中的任何一個頻率上傳送,并且如果沒
有從無線電力接收裝置接收到確認響應(ACK),則改變候選頻率,
然而如果在改變后的候選頻率處接收到ACK,則選擇改變后的候選頻
率,從而能夠可靠地執行通信。

這里,如上所述,無線電力傳送裝置從無線電力接收裝置接收的
信號是根據諸如反向散射方案/負載調制方案之類的調制方案調制的
信號。為了提高根據反向散射方案或負載調制方案接收的信號的信噪
比,需要適當地選擇從電力發送線圈傳送的載波的頻率。

例如,當電力發送線圈的共振頻率與載波頻率匹配時,能夠最優
地獲得反射信號的幅度,并且因此能夠以高的信噪比接收信號。當電
力發送線圈的共振頻率與載波頻率不匹配時,不能像預期那樣獲得通
過改變負載而由無線電力接收裝置生成的反射信號的幅度變化,并且
信噪比惡化。因而,需要適當地選擇從電力發送線圈傳送的載波的頻
率。例如,可以選擇具有較高信噪比的候選頻率。

這里,在通信控制單元47也利用所確定的發送頻率的載波信號
生成發送信號并發送發送信號的同時,反射測量單元46可以測量來自
電力發送線圈41的反射。通過判斷傳送特性針對閾值的變化來檢測傳
送特性(頻率特性)的變化。作為在檢測傳送特性的變化時反射幅度
的閾值,還可以使用通過向變化之前的反射幅度加上3dB而獲得的
值。當檢測到傳送特性的變化時,利用頻帶信號生成單元43通過信號
傳送再次測量反射的傳送特性,以獲得傳送和接收之間的傳送路徑信
息(見圖7)。隨后再次確定發送頻率。在這種情況下,用于接收的
載波頻率可能被再次確定。

在前述配置示例中,利用頻帶信號執行測量并且隨后利用所確定
的發送頻率進行發送,但是發送可以總是利用頻帶信號執行。在這種
情況下,可以從圖5的配置中去除開關51,將電力發送線圈41與頻
帶信號生成單元43連接到一起并且去除電力發送線圈41和通信控制
單元47之間的通信線。圖8示出了這種情況下的配置。

此外,在第一配置示例中,頻帶信號承載要通知給無線電力接收
裝置的信息,但是這并不是必需的,也可以使用用于測量目的而不承
載信息的頻帶信號。

此外,當以所確定的發送頻率進行發送時,利用例如多級
(multi-level)調制能夠增大發送信息的量。圖9示出了當使用多級
調制時的第三配置示例。添加了多級調制單元53。多級調制單元53
根據傳送特性改變調制方案,從而能夠獲得速率匹配的效果。對于這
里執行的多級調制,應用了幅度調制、相位調制和幅度相位調制中的
任何一種。開關被用于選擇性地將多級調制單元53和調制單元44連
接到通信控制單元47。其余的配置和操作與圖5中的類似,因此將省
略其說明。多級調制單元53的功能可以被結合在圖5的配置中的通信
控制單元中。

圖10示出了根據該實施例的電力傳送系統。

該傳送系統設有無線電力傳送裝置和無線電力接收裝置。

無線電力傳送裝置具有類似于圖8的配置。

無線電力接收裝置設有作為共振線圈的電力接收線圈61、對從電
力接收線圈61獲得的信號進行整流的整流器62、電力接收調制單元
63、對從無線電力傳送裝置接收的信號進行解調的電力接收解調單元
64和電力接收通信控制器65。

電力接收調制單元63使用反向散射方案/負載調制方案,該方案
通過改變負載來生成無線電力傳送裝置的電力發送線圈41中的有意
的反射(intentional?reflection)。電力接收調制單元63根據該方案調
制來自無線電力傳送裝置的載波信號并從而發送信息。即,根據反向
散射方案/負載調制方案,通過改變負載能夠改變反射信號的幅度和相
位并且利用改變后的幅度和相位能夠執行調制。在這種情況下,可以
通過提供要改變的多個負載并且改變無線電力傳送裝置的電力發送線
圈中的反射信號的幅度和相位來實現多級ASK和多級PSK或QAM
調制。

然而,當執行多級調制時,這受限于可以改變的負載的數目,并
且由于像傳送距離之類的因素,對于在電力發送線圈中觀測到的反射
信號的幅度和相位可能無法獲得期望的變化。為此,當執行多級調制
時,需要確保實現了阻抗匹配并且電力發送線圈和電力接收線圈之間
的耦合系數是確定的。或者,需要在執行多級調制之前基于通過電力
發送線圈獲取的反射信號預先確定可用來獲得期望的幅度和相位變化
的負載。

在下面的說明中假定這樣一種情況,其中無線電力傳送裝置設有
圖1(A)或圖1(B)中的電力傳送單元以執行無線電力傳送(高頻
電力傳送)以及通信。類似地,將說明無線電力接收裝置還設有圖2
(A)或圖2(B)中的電力接收單元的情況。

在這種情況下,無線通信單元被用于交換必要的控制信息以開始
無線電力傳送。

無線電力傳送裝置開始無線電力傳送所需要的信息的示例在下
面示出。即,信息被交換直到電力傳送開始,并且電力傳送在交換信
息之后開始。

(1)無線電力接收裝置的確認/認證

(2)無線電力接收裝置所要求的電力

(3)安全控制信息

(4)傳送效率信息

(5)阻抗信息

這里,阻抗匹配在實現高效電力傳送中變得最重要,并且通過前
述的反射頻率特性(見圖7)可以獲得阻抗匹配所必需的信息。電力
發送線圈和電力接收線圈之間的耦合可以根據該反射頻率特性的兩個
峰值頻率之間的差來估計。

已知被稱為“磁共振型”的無線電力傳送方案通過與共振器間耦
合帶通濾波器(inter-resonator?coupling?band?pass?filter)基本相同的
等效電路來表示(參考文獻1:Ikuo?Awai等人,“Comparative?studies?
on?resonator?used?for?resonance?type?wireless?power?transmission”,
IEICE?WPT?2010-01)。前述的反射的兩個最小值出現在在共振器間
耦合帶通濾波器中所見的被稱為“磁墻”(magnetic?wall)和“電墻”
(electric?wall)的兩個共振模式中(參考文獻2:Yoshio?Kobayashi
等人,“Microwave?dielectric?filter”,由電子、信息和通信工程師協會
(The?Institute?of?Electronics,Information?and?Communication?
Engineers)在2007年3月30日匯編)。對于共振器間耦合帶通濾波
器,在兩個共振模式和線圈間耦合系數“k”之間成立以下等式。

k = f high 2 - f low 2 f high 2 + f low 2 ]]>

其中“flow”和“fhigh”分別表示兩個峰值頻率的低峰值頻率和高峰
值頻率。因此,通過根據反射頻率特性測量兩個峰值頻率并使用該等
式,能夠估計耦合系數。

此外,當耦合的強度是不證自明的或者是可估計的時,電力傳送
側和電力接收側之間的阻抗匹配可以利用共振器間耦合帶通濾波器的
匹配理論來實現。為此,例如,當設計具有最平坦特性的濾波器(巴
特沃斯濾波器)時的匹配理論可以用作用于磁共振型無線電力傳送的
匹配方法(參考文獻2)。

本說明書可應用的磁共振型無線電力傳送可以一般地由電力發
送線圈和與其電磁耦合的回路構成,如圖11所示,并且通過改變該回
路和線圈之間的耦合系數(=實質上等同于改變回路和線圈之間的距
離)來調節阻抗。圖12示出了圖11中的配置的等效電路。

在上述配置中,假定電力發送回路和電力發送線圈之間的耦合為
“k1”(互感“M1”)并且電力接收回路和電力接收線圈之間的耦合為
“k2”(互感“M2”),則圖12中所示的電力發送回路和電力接收回路
的等效電路部分作為對稱T形阻抗轉換單元工作,并且一般地被稱為
“K反相器”(在濾波器理論中)。這表明通過改變“k1”(或“M1”)和
“k2”(或“M2”)能夠調節阻抗。

例如,當假定電力發送線圈的電感為“Lcoil1”、電導為“Ccoil1”、
電壓源可具有的負載為“R1”、電力接收線圈的電感為“Lcoil2”、電導
為“Ccoil2”且負載電阻為“R2”時,阻抗匹配可以利用由下式表示的被
稱為“外部k”的參數來實現(參考文獻2)。

電力發送裝置外部

電力接收裝置外部

其中“ω0”是通過將線圈的共振頻率“f0”乘以2π而獲得的值。

例如,已知當執行阻抗匹配以便具有諸如巴特沃斯特性之類的
(最平坦)頻率特性時,在上述等式中電力發送裝置和電力接收裝置
的外部“k”以及電力發送線圈和電力接收線圈之間的耦合系數“kcoil”
可以被設置為以下條件(參考文獻2)。

電力發送裝置外部k=電力接收裝置外部k=kcoil

需要改變“M1”和“M2”以改變電力發送裝置外部“k”,即,通過
改變電力發送回路和電力發送線圈之間的耦合以及電力接收回路和電
力接收線圈之間的耦合能夠實現阻抗匹配。由于上述等式中的條件是
一個示例(具有巴特沃斯特性的匹配方法),所以也可以使用其他條
件。

外部“k”可以利用反射頻率特性的峰值和峰值頻率來計算。阻抗
匹配方法是如上所示的。

如前所述,利用本實施例的無線電力傳送裝置和無線電力接收裝
置,即使電力發送線圈和電力接收線圈之間的耦合是未知的,也可以
利用電力發送線圈和電力接收線圈來執行電力傳送,并且可以利用反
射信息增大無線通信的傳送速率并提高無線電力傳送效率。

圖13示出了圖3中的無線電力傳送裝置的第四配置示例。

符號周期(symbol?cycle)控制單元59被添加到圖8中所示的第
二配置示例。由于其余配置與第二配置示例的相同,因此將省略其說
明。這里,說明這樣一個示例,其中符號周期控制單元59被添加到第
二配置示例,但是符號周期控制單元59可以被添加到圖5中的第一配
置示例或者圖9中的第三配置示例。

當根據反向散射方案/負載調制方案從無線電力接收裝置接收到
信號時,根據電力發送線圈41和電力接收線圈之間的耦合強度,在來
自無線電力接收裝置的接收信號(電力發送線圈的反射信號)中生成
如圖14所示的上升延遲。

當電力發送線圈和電力接收線圈之間的耦合較強時,該上升延遲
較小,而當該耦合較弱時,上升延遲較大。因此,需要將信號傳送的
符號周期設置為大于上升延遲的長度或者等于以廣泛地覆蓋電力發送
線圈41和電力接收線圈之間的耦合的各種強度。

在這種情況下,當電力發送線圈41和電力接收線圈之間的耦合
較強并且上升延遲較小時,符號周期太長,并且因此不能實現最優的
傳送速率。

因此,通過利用圖13中所示的符號周期控制單元59使得符號周
期根據電力發送線圈41和電力接收線圈之間的耦合強度可變,能夠實
現最優的傳送速率。通信控制單元可以執行控制以使得信號通信以所
確定的符號周期執行。

作為用于使得符號周期可變的索引,可以采用創建映射、將該映
射存儲在存儲器中并讀取所存儲的數據的方法,該映射預先將電力發
送線圈41和電力接收線圈之間的耦合強度與上升延遲相關聯。或者,
還可以使用利用反射測量單元46測量反射的上升延遲的方法。當然,
可以使用其他方法。

當無線電力傳送裝置的發送信號的發送頻率不同于用于從無線
電力接收裝置的接收的載波頻率時,無線電力傳送裝置的發送信號的
最優符號周期(第一符號周期)可以匹配也可以不匹配來自無線電力
接收裝置的接收信號的最優符號周期(第二符號周期)。為此,針對
每個信號需要設置適當的符號周期。

前述方法可以用于第二符號周期確定方法。第一符號周期確定方
法也可以通過反饋利用無線電力接收裝置測得的上升延遲信息來實
現。由于第一符號周期取決于電力發送線圈和電力接收線圈的傳送特
性的半寬,因此可以根據當傳送頻帶信號時估計的傳送特性(頻率特
性)的半寬來確定第一符號周期。

這里記載的實施例可以應用于使用共振現象的磁傳感器等。

本發明并不限于上述精確的實施例,而是可以在不脫離本發明的
范圍的情況下,在實現的階段以修改過的部件而實施。另外,在上述
實施例中公開的組件的任意組合可以形成各種發明。例如,實施例中
所示的所有組件中的某些可以被省略。此外,來自不同實施例的組件
可以被適當地組合。

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