本發(fā)明涉及由具備輸電線圈的輸電裝置和具備受電線圈的受電裝置構成的無線供電系統(tǒng)。

背景技術：

以無線供電的實用化為目標，正在積極進行降低系統(tǒng)整體的電力損耗的研發(fā)。特別是，被稱為“直流共振(dc-resonance)”的供電系統(tǒng)是利用直流引起電磁場的共振而對電和電磁場的能量進行變換的系統(tǒng)。像這樣，通過對諧振機構斷續(xù)地提供直流電，從而制造共振場，并使輸電諧振機構與受電諧振機構相互作用而進行共振。在直流共振方式的無線供電系統(tǒng)中，與對諧振器提供高頻磁場的現有方式不同，能夠簡化電力供電的過程，從而降低電力損耗。

例如，在專利文獻1示出了用直流電壓引起電磁場共振而以無線進行供電的系統(tǒng)。在專利文獻1的無線供電系統(tǒng)中，輸電側、受電側均具備諧振機構，在諧振機構流過諧振電流。此外，使開關元件進行開啟/關閉動作而在諧振機構流過交流電流，從而能夠使開關元件進行zvs(零電壓開關)動作。進而，在雙管式推拉形式的情況下，在開啟期間、關閉期間這兩個期間均能夠用直流電向諧振機構流過交流電流而從輸電側向受電側供給電力。

在先技術文獻

專利文獻

專利文獻1：國際公開2013/133028號

技術實現要素：

發(fā)明要解決的課題

近年來，隨著電子設備的小型輕量化，對開關電源電路的高效化的市場需求進一步提高。一般來說，開關控制的高精度化對于開關電源電路的高效化而言是重要的。但是，關于用于在像動作頻率為mhz頻帶那樣的被稱為高頻功率電子學的技術領域中得到高電力變換效率的高度的開關控制技術，基本不清楚。例如，關于在應用了e級逆變器的無線供電系統(tǒng)中如何對系統(tǒng)進行設計才能夠降低開關元件中的導通損耗、開關損耗，并且能夠在抑制開關元件的發(fā)熱的同時引起電磁場的共振而對電和電磁場的能量進行變換，從而提高系統(tǒng)中的電力變換效率的技術，至今基本不清楚。特別是，在應用了e級逆變器的無線供電系統(tǒng)中，能夠僅由單管的fet構成系統(tǒng)，具有能夠達成簡單的小型輕量化這樣的有用性。此外，在應用了推拉式e級逆變器的無線供電系統(tǒng)中，使雙管的fet交替地開啟/關閉，這些雙管的fet的接地電位能夠連接到同電位的接地，具有fet的驅動容易的有用性。另一方面，在應用了e級逆變器的無線供電系統(tǒng)中，作為諧振機構的要素而導入與開關元件等效地并聯連接的電容器，因此用于得到高電力變換效率的無線供電系統(tǒng)的設計的難度高。這是因為，由諧振機構決定的諧振頻率會根據開關元件的開啟/關閉而離散地變化。更具體地，是因為會形成在開啟期間和關閉期間具有不同的諧振頻率的諧振機構。在從輸電裝置向受電裝置跨空間供給電力的無線供電技術中，高效化、小型化、輕量化的要求高，開發(fā)用于得到高能量變換效率、高電力變換效率的系統(tǒng)設計技術是能夠有助于科學技術的發(fā)展、產業(yè)的成長的重要的技術。

本發(fā)明的目的在于，提供一種應用了e級逆變器的無線供電系統(tǒng)，其中，利用直流引起電磁場的共振，從而對電和電磁場的能量進行變換，并使輸電諧振機構與受電諧振機構相互作用而共振，且使得能夠在開關元件中可靠地進行能夠降低導通損耗、開關損耗的最佳的zvs動作，從而進一步提高電力變換效率。

用于解決課題的技術方案

本發(fā)明的無線供電系統(tǒng)像以下那樣構成。

(1)一種無線供電系統(tǒng)，由具備輸電線圈的輸電裝置和具備受電線圈的受電裝置構成，并從所述輸電裝置向所述受電裝置供給電力，所述無線供電系統(tǒng)的特征在于，

所述輸電裝置具備：輸電側諧振電容器，與所述輸電線圈一同構成輸電側諧振機構；第一輸電側交流電流產生電路，與所述輸電側諧振機構的一方電連接；第二輸電側交流電流產生電路，與所述輸電側諧振機構的另一方電連接；以及開關控制電路，

所述第一輸電側交流電流產生電路具備：第一開關電路，由開關元件、二極管以及電容器的并聯連接電路等效地構成；以及第一電感器，具有利用輸入直流電壓生成與流過所述輸電側諧振機構的交流電流相比能相對視作直流電流的電流源的電感，

所述第二輸電側交流電流產生電路具備：第二開關電路，由開關元件、二極管以及電容器的并聯連接電路等效地構成；以及第二電感器，具有利用輸入直流電壓生成與流過所述輸電側諧振機構的交流電流相比能相對視作直流電流的電流源的電感，

所述開關控制電路通過使所述第一開關電路的開關元件和所述第二開關電路的開關元件交替地開啟/關閉，從而從所述第一輸電側交流電壓產生電路和所述第二輸電側交流電壓產生電路對輸電線圈產生交流電流，

所述受電裝置具備：受電側諧振電容器，與所述受電線圈一同構成受電側諧振機構；以及受電側整流電路，與所述受電線圈連接，并對在該受電線圈產生的交流電流進行整流，

由所述輸電側諧振機構決定的第一諧振頻率比所述第一開關電路和所述第二開關電路的開關頻率低，

在所述輸電側諧振機構包括所述第一開關電路或所述第二開關電路的電容器而決定的第二諧振頻率比所述開關頻率高，

所述開關控制電路以從所述第一開關電路和所述第二開關電路中的一方的開關電路的兩端起在不包括該一方的開關電路的電容而將另一方的開關電路短路的狀態(tài)下通過所述輸電側諧振機構對負載側進行觀察的第一阻抗為感應性阻抗的開關頻率使第一開關電路和第二開關電路的開關元件進行開關，且以從所述第一開關電路和所述第二開關電路中的一方的開關電路的兩端起在包括該一方的開關電路的電容而將另一方的開關電路短路的狀態(tài)下通過所述輸電側諧振機構對負載側進行觀察的第二阻抗為感應性阻抗的開關頻率使第一開關電路和第二開關電路的開關元件進行開關，從而使所述第一開關電路和所述第二開關電路的兩端電壓分別為每隔半周期的半波的正弦波狀的波形，

由在所述輸電線圈與受電線圈之間等效地形成的互感或互容構成等效的電磁場共振耦合電路，從而所述輸電側諧振機構與所述受電側諧振機構進行共振。

通過上述的結構，達到如下的效果。

(a)構成等效的電磁場共振耦合電路，輸電裝置側諧振機構與受電裝置側諧振機構進行共振，能夠從輸電裝置向受電裝置跨空間輸送電力，且利用直流電壓引起電磁場共振而供給電力，進而能夠在開關元件中進行zvs(零電壓開關)動作，從而能夠大幅降低開關損耗。能夠謀求無線供電系統(tǒng)的高效化、小型輕量化、高可靠性化。

(b)在輸電線圈與受電線圈之間引起電磁場共振而跨空間進行輸電，因此能夠進行電力效率比利用了電磁感應方式的供電高的供電。此外，不僅利用磁場共振耦合進行供電，還利用電場共振耦合進行供電，從而與僅利用磁場共振耦合的情況相比，能夠以更高的電力效率供給電力。

(c)使用雙管的開關元件互補地進行開關動作，因此流過諧振機構的諧振電流波形中的高頻電流成分少，能夠降低不需要的輻射噪聲。

(2)一種無線供電系統(tǒng)，由具備輸電線圈的輸電裝置和具備受電線圈的受電裝置構成，并從所述輸電裝置向所述受電裝置供給電力，所述無線供電系統(tǒng)的特征在于，

所述輸電裝置具備：輸電側諧振電容器，與所述輸電線圈一同構成輸電側諧振機構；第一輸電側交流電流產生電路，與所述輸電側諧振機構電連接；以及開關控制電路，

所述第一輸電側交流電流產生電路具備：第一開關電路，由開關元件、二極管以及電容器的并聯連接電路等效地構成；以及第一電感器，具有利用輸入直流電壓生成與流過所述輸電側諧振機構的交流電流相比能相對視作直流電流的電流源的電感，

所述開關控制電路通過對所述第一開關電路的開關元件進行開啟/關閉，從而從所述輸電側交流電壓產生電路對輸電線圈產生交流電流，

所述受電裝置具備：受電側諧振電容器，與所述受電線圈一同構成受電側諧振機構；以及受電側整流電路，與所述受電線圈連接，并對在該受電線圈產生的交流電流進行整流，

由所述輸電側諧振機構決定的第一諧振頻率比所述第一開關電路的開關頻率低，

在所述輸電側諧振機構包括所述第一開關電路的電容器而決定的第二諧振頻率比所述開關頻率高，

所述開關控制電路以從所述第一開關電路的兩端起不包括該一方的開關電路的電容而通過所述輸電側諧振機構對負載側進行觀察的第一阻抗為感應性阻抗的開關頻率進行開關，且以從所述第一開關電路的兩端起包括該一方的開關電路的電容而通過所述諧振機構對負載側進行觀察的第二阻抗為感應性阻抗的開關頻率進行開關，從而使所述第一開關電路的兩端電壓為每隔半周期的半波的正弦波狀的波形，

由在所述輸電線圈與所述受電線圈之間等效地形成的互感或互容構成電磁場共振耦合電路，從而所述輸電側諧振機構與所述受電側諧振機構進行共振。

通過上述的結構，開關元件成為單管式，能夠簡化輸電裝置和受電裝置。

(3)優(yōu)選地，在上述(1)中，所述輸電側諧振機構具備：開關控制電路，在由于所述輸電線圈而使所述第一開關電路或所述第二開關電路的兩端電壓成為0v附近之后，所述第一開關電路或所述第二開關電路導通。由此，通過進行zvs動作，從而能夠大幅降低開關元件中的開關損耗，能夠提高無線供電系統(tǒng)的電力效率。

(4)優(yōu)選地，在上述(2)中，所述輸電側諧振機構具備：開關控制電路，在由于所述輸電線圈而使所述第一開關電路的兩端電壓成為0v附近之后，所述第一開關電路導通。由此，通過進行zvs動作，從而能夠大幅降低開關元件中的開關損耗，能夠提高無線供電系統(tǒng)的電力效率。

(5)優(yōu)選地，在上述(3)、(4)中，所述第二諧振頻率frb設定為與所述開關頻率fs大致相等。由此，以dvds/dt＝0且vds＝0(vds：漏極-源極間電壓)進行斷開而實現zvs動作，并且以最小的電流進行斷開，因此能夠大幅降低開關損耗。

(6)優(yōu)選地，在上述(3)、(4)中，所述第一諧振頻率fra和frb設定為相對于所述開關頻率fs大致為(fra+frb)/2＝fs。由此，以dvds/dt＝0且vds＝0進行斷開而實現zvs動作，并且以最小的電流進行斷開，從而能夠大幅降低開關損耗。

(7)優(yōu)選地，在所述輸電側交流電壓產生電路與所述輸電側諧振機構之間具備包括電感器要素和電容器要素的濾波器。由此，能夠降低從輸電側諧振機構發(fā)射的不需要的輻射，從而降低emi(電磁干擾噪聲)，謀求與其它電子設備等的emc(電磁兼容性)。

(8)優(yōu)選地，在受電側諧振機構與所述整流電路之間具備包括電感器要素和電容器要素的濾波器。由此，能夠降低從受電側諧振機構發(fā)射的不需要的輻射，從而降低emi(電磁干擾噪聲)，謀求與其它電子設備等的emc(電磁兼容性)。

(9)優(yōu)選地，所述受電裝置具備：輸出信息發(fā)送電路，檢測與所述受電裝置側整流電路的輸出相關的輸出信息并將所述輸出信息傳輸到所述輸電裝置，所述輸電裝置具備：輸出信息接收電路，接收所述輸出信息；以及供電電力控制電路，根據所述輸出信息對所述輸電側交流電壓產生電路進行控制，從而控制供電電力。由此，能夠通過在輸電側對開關動作進行控制來調整供電電力，能夠適當地使電子設備動作。

(10)優(yōu)選地，所述輸出信息發(fā)送電路是通過無線通信來發(fā)送所述輸出信息的電路，所述輸出信息接收電路是通過無線通信來接收所述輸出信息的電路。由此，輸電裝置能夠以電絕緣狀態(tài)調整輸出電力。

(11)優(yōu)選地，所述輸出信息發(fā)送電路是將電信號變換為光信號而發(fā)送所述輸出信息的電路，所述輸出信息接收電路是將光信號變換為電信號而接收所述輸出信息的電路。由此，輸電裝置能夠以電絕緣狀態(tài)調整輸出電力。

(12)例如，所述開關控制電路通過使所述開關頻率變化的頻率調制pfm(pulsefrequencymodulation：脈沖頻率調制)控制來控制從所述輸電裝置向所述受電裝置供電的電力。由此，能夠控制供電電力，并能夠調整輸出電力。

(13)例如，所述開關控制電路通過以恒定的開關頻率控制時間比的pwm(pulsewidthmodulation：脈沖寬度調制)控制來控制從所述輸電裝置向所述受電裝置供電的電力。由此，能夠控制供電電力，并能夠調整輸出電力。此外，通過使用恒定的開關頻率，從而能夠限定利用頻帶，emc對策也變得容易。此外，控制輸出的控制性也提高。

(14)優(yōu)選地，所述受電側整流電路是具備開關元件的同步整流電路。由此，能夠通過受電側同步整流電路來降低整流損耗。能夠將供電系統(tǒng)小型化。

(15)優(yōu)選地，所述受電裝置具備：動作頻率控制電路，對所述同步整流電路的動作頻率進行控制。由此，通過對受電側的同步整流電路的動作頻率進行控制，從而能夠在受電側進行供給電力的調整，而不是在輸電側。

(16)優(yōu)選地，所述受電裝置具備對該受電裝置側的電路進行控制的受電裝置側控制電路，該受電裝置側控制電路通過所述受電裝置受電的電力進行動作。由此，能夠在受電側通過受電的電力使控制電路動作。此外，無需在受電側具備電源，能夠謀求裝置的小型輕量化。

(17)優(yōu)選地，所述受電側整流電路從所述受電側整流電路的輸出部接受電力而作為所述輸電側交流電壓產生電路發(fā)揮作用，所述輸電側交流電壓產生電路從輸出部接受電力而作為所述受電側整流電路發(fā)揮作用。由此，能夠進行雙向的供電，從而能夠從受電側向輸電側進行供電，或者將受電側作為中繼點，將受電的電力進一步向其它地方進行輸電。此外，也能夠用作中繼系統(tǒng)，通過準備多個本裝置進行中繼，從而能夠進行遠程的供電。

(18)優(yōu)選地，所述輸電線圈和所述受電線圈是空心的線圈。由此，即使在輸電線圈與受電線圈之間由電感器構成的情況下，也能夠通過形成利用了電磁共振現象的電磁場耦合而高效地以無線進行電力輸電。此外，不需要磁芯，能夠延長供電距離。

(19)優(yōu)選地，所述互感是通過形成在所述輸電線圈與所述受電線圈之間的磁場共振耦合產生的等效的勵磁電感。由此，不需要勵磁電感器的部件，能夠謀求輸電裝置和受電裝置的小型輕量化。

(20)優(yōu)選地，所述輸電側諧振機構或所述受電側諧振機構包括電感器，該電感器是所述輸電線圈或所述受電線圈的電感成分中的不參與耦合的漏電感成分。由此，不需要諧振電感器的部件，能夠謀求供電系統(tǒng)裝置的小型輕量化。

(21)優(yōu)選地，具備單個或多個共振裝置，所述共振裝置具備諧振機構，并與所述輸電裝置和所述受電裝置一同構成電磁場共振耦合電路。由此，通過設置多個諧振器，從而形成包括多個諧振器的電磁場共振耦合，并通過在空間上適當地設置諧振器，從而能夠向遠離的給定的場所進行電力供給。此外，能夠以高電力效率進行遠程的供電。

發(fā)明效果

根據本發(fā)明，

(a)構成等效的電磁場共振耦合電路，輸電裝置側諧振機構與受電裝置側諧振機構進行共振，能夠從輸電裝置向受電裝置跨空間輸送電力，且利用直流電壓引起電磁場共振而供給電力，進而能夠在開關元件中進行zvs(零電壓開關)動作，從而能夠大幅降低開關損耗。能夠謀求無線供電系統(tǒng)的高效化、小型輕量化、高可靠性化。

(b)在輸電線圈與受電線圈之間引起電磁場共振而跨空間進行輸電，因此能夠進行電力效率比利用電磁感應方式的供電高的供電。此外，不僅利用磁場共振耦合進行供電，還利用電場共振耦合進行供電，從而與僅利用磁場共振耦合的情況相比，能夠以更高的電力效率供給電力。

附圖說明

圖1是第一實施方式的無線供電系統(tǒng)101的電路圖。

圖2是圖1所示的無線供電系統(tǒng)101的各部分的電壓電流波形圖。

圖3(a)是由圖1所示的電磁場共振耦合電路90和諧振電容器cr、crs構成的包含等效的電磁場共振耦合的復諧振電路的電路圖。圖3(b)是其等效電路圖。

圖4是圖1所示的無線供電系統(tǒng)101的仿真電路。

圖5是圖4各部分的電流電壓波形圖。

圖6(a)是示出第一阻抗za的等效電路圖，圖6(b)是示出第二阻抗zb的等效電路圖。

圖7(a)、圖7(b)、圖7(c)是開關頻率fs以及諧振頻率fra、frb的各條件下的電壓電流的波形圖。

圖8(a)、圖8(b)、圖8(c)是與第二實施方式所示的單管e級的輸電裝置的特性進行對比的圖。

圖9是第二實施方式的無線供電系統(tǒng)102的電路圖。

圖10是圖9所示的無線供電系統(tǒng)102的仿真電路。

圖11是圖10各部分的電流電壓波形圖。

圖12是第三實施方式涉及的無線供電系統(tǒng)的各部分的電壓電流波形圖。

圖13是第四實施方式涉及的無線供電系統(tǒng)104的電路圖。

圖14是第五實施方式的無線供電系統(tǒng)105的電路圖。

圖15是第六實施方式的無線供電系統(tǒng)106的電路圖。

圖16是第七實施方式的無線供電系統(tǒng)107的電路圖。

圖17是第八實施方式的無線供電系統(tǒng)108的電路圖。

圖18是第九實施方式的無線供電系統(tǒng)109的電路圖。

圖19是第十實施方式的無線供電系統(tǒng)110的電路圖。

圖20是第十一實施方式的無線供電系統(tǒng)111的電路圖。

圖21是第十二實施方式的無線供電系統(tǒng)112的電路圖。

圖22是第十三實施方式的無線供電系統(tǒng)113的電路圖。

圖23是第十四實施方式的無線供電系統(tǒng)114的電路圖。

圖24是第十五實施方式的無線供電系統(tǒng)115的電路圖。

圖25是第十六實施方式的無線供電系統(tǒng)116的電路圖。

圖26是第十七實施方式的無線供電系統(tǒng)117的電路圖。

具體實施方式

《第一實施方式》

圖1是第一實施方式的無線供電系統(tǒng)101的電路圖。

無線供電系統(tǒng)101由電力輸電裝置psu和電力受電裝置pru構成。

該無線供電系統(tǒng)101是如下的系統(tǒng)，即，由具備輸電線圈np的輸電裝置psu和具備受電線圈ns的受電裝置pru構成，在電力輸電裝置psu的輸入部具備輸入電源vi，向電力受電裝置pru的負載ro供給穩(wěn)定的直流的能量。

輸電裝置psu具備：由輸電線圈np和輸電側諧振電容器cr構成的輸電側諧振機構；與該輸電側諧振機構的一方電連接的第一輸電側交流電流產生電路；與輸電側諧振機構的另一方電連接的第二輸電側交流電流產生電路；以及開關控制電路10。

第一輸電側交流電流產生電路具備：等效地由開關元件q1、二極管dds1以及電容器cds1的并聯連接電路構成的第一開關電路s1；以及具有利用輸入直流電壓生成與流過輸電側諧振機構的交流電流相比可相對視作直流電流的電流源的電感的第一電感器lf1。

第二輸電側交流電流產生電路具備：等效地由開關元件q2、二極管dds2以及電容器cds2的并聯連接電路構成的第二開關電路s2；以及具有利用輸入直流電壓生成與流過輸電側諧振機構的交流電流相比可相對視作直流電流的電流源的電感的第二電感器lf2。

開關控制電路10使第一開關電路s1的開關元件q1和第二開關電路s2的開關元件q2交替地開啟/關閉，從而從第一輸電側交流電壓產生電路和第二輸電側交流電壓產生電路產生交流電壓。

受電裝置pru具備：由受電線圈ns和受電側諧振電容器crs構成的受電側諧振機構；以及與受電線圈ns連接，并對在受電線圈ns產生的交流電流進行整流的受電側整流電路rc。

開關元件q1、q2使用耐壓為60v且額定最大電流為6a的mosfet，二極管電橋使用耐壓為60v的肖特基勢壘二極管。諧振電容器cr、crs、cds1、cds2使用高頻特性優(yōu)異的中高壓陶瓷電容器。將大電容層疊陶瓷電容器和薄膜電容器進行并聯連接而用作在輸電側與輸入電源并聯連接的電容器以及在受電側對輸出電壓進行平滑的電容器co。

在本實施方式的無線供電系統(tǒng)101中，開關元件q1、q2是mosfet等具有寄生輸出電容、寄生二極管的開關元件，利用該寄生輸出電容、寄生二極管構成開關電路s1、s2。

由輸電線圈np和輸電側諧振電容器cr構成的輸電側諧振機構的第一諧振頻率fra比第一開關電路s1和第二開關電路s2的開關頻率fs低。此外，在上述輸電側諧振機構包括了第一開關電路s1或第二開關電路s2的電容器cds1、cds2的第二諧振頻率frb比開關頻率fs高。因此，存在fra＜fs≤frb這樣的關系。

開關控制電路10以從第一開關電路s1和第二開關電路s2中的一方的開關電路的兩端不包括該一方的開關電路的電容而將另一方的開關電路短路并通過輸電側諧振機構對負載側進行觀察的第一阻抗za為感應性阻抗的開關頻率對第一開關元件q1和第二開關元件q2進行開關，且以從第一開關電路s1和第二開關電路s2中的一方的開關電路的兩端包括該一方的開關電路的電容而將另一方的開關電路短路并通過輸電側諧振機構對負載側進行觀察的第二阻抗zb為感應性阻抗的開關頻率對第一開關元件q1和第二開關元件q2進行開關，從而使第一開關電路s1和第二開關電路s2的兩端電壓為每隔半周期的半波的正弦波狀的波形。

這樣，由在輸電線圈np與受電線圈ns之間等效地形成的互感m1和互容mc構成等效的電磁場共振耦合電路，從而輸電側諧振機構與受電側諧振機構進行共振。

圖2是圖1所示的無線供電系統(tǒng)101的各部分的電壓電流波形圖。該例子是在推拉式e級無線供電系統(tǒng)中成為最佳zvs動作的基本的開關動作波形。

以下，參照圖1、圖2示出開關周期中的各狀態(tài)下的動作。

將開關元件q1、q2的柵極-源極間電壓表示為vgs1、vgs2，將漏極-源極間電壓表示為vds1、vds2。此外，將流過諧振電容器cr、crs的諧振電流表示為ir、irs。如以下所示，由諧振電容器cr和輸電線圈np構成的lc串聯諧振電路的兩端電壓viac是接近正弦波的波形。

在本無線供電系統(tǒng)中，在一個開關周期ts中存在以下兩個動作狀態(tài)。

(a)狀態(tài)1(t1≤t＜t2)

狀態(tài)1是開關元件q1開啟且開關元件q2關閉的期間。當開關元件q1導通時，流過第二電感器lf2的電流ii2流過電容器cds2和輸電線圈np，在由諧振電容器cr和輸電線圈np構成的lc串聯諧振電路(輸電側諧振機構)中流過正弦波狀的諧振電流ir。開關元件q2的漏極-源極間電壓vds2從0v呈正弦波狀上升，并在q2剛要導通之前逐漸下降。此外，在該期間中，在第一電感器lf1中從vi流過電流iil而積蓄磁能量。當開關元件q1斷開時，成為狀態(tài)2。

(b)狀態(tài)2(t2≤t＜t1)

狀態(tài)2是開關元件q1關閉且開關元件q2開啟的期間。當開關元件q2導通時，流過第一電感器lf1的電流ii1流過電容器cds1和諧振電容器cr，電流ir為正弦波狀的波形。開關元件q1的漏極-源極間電壓vds1從0v呈正弦波狀上升，并在開關元件q1剛要導通之前逐漸下降。此外，在該期間中，在第二電感器lf2中從vi流過電流ii2而積蓄磁能量。當開關元件q2斷開時，成為狀態(tài)1。

以后，周期性地重復狀態(tài)1、狀態(tài)2。

像這樣，在開關元件q1、q2都剛要導通之前，成為vds＝0，從而寄生二極管dds導通，因此實現zvs動作。此外，在開關元件q1、q2剛要導通之前(圖2中用虛線的圓圍起來的定時)接近dvds/dt＝0，成為vds＝0，從而達成zvs動作，在斷開時，達成接近zcs(zerocurrentswitching：零電流開關)的動作。將這樣的動作稱為最佳zvs動作。在最佳zvs動作中，開關損耗最小，能夠提高系統(tǒng)中的電力效率。

作為基于開關控制的供電電力的控制，能夠采用幾種方式。其一為頻率控制pfm(pulsefrequencymodulation：脈沖頻率調制)。利用復諧振電路的合成阻抗根據頻率而變化的情況使開關頻率變化，從而能夠使共振電流的振幅變化而對供電電力進行控制，并能夠供給與電子設備的要求相應的電力而使其適當地進行動作。

此外，另一種開關控制是以恒定的開關頻率控制時間比的pwm(pulsewidthmodulation：脈沖寬度調制)。通過控制開關元件的時間比，從而能夠控制供電電力，并能夠調整輸出電力。此外，通過使用恒定的開關頻率，從而能夠限定利用頻帶，emc對策也變得容易。此外，控制輸出的控制性也提高。

另外，通過對受電裝置pru側的同步整流電路的動作頻率進行控制，從而能夠在受電裝置pru側對受電電力進行調整，而不是輸電裝置psu側。對于輸電裝置psu側的動作頻率，同步地使同步整流電路動作，從而能夠得到更大的電力。另一方面，對于輸電裝置psu側的動作頻率，通過偏離同步而使同步整流電路動作，從而能夠抑制受電電力而處理小的電力。

圖3(a)是圖1所示的由電磁場共振耦合電路和諧振電容器cr、crs構成的包含等效的電磁場共振耦合的復諧振電路的電路圖。圖3(b)是其等效電路圖。在此，互感l(wèi)m表示為通過輸電線圈np與受電線圈ns的磁場共振耦合來傳輸電力的等效的電感器，互電容cm表示為通過輸電線圈np與受電線圈ns的電場共振耦合來傳輸電力的等效的電容器。

根據共振現象，關于對電磁場共振耦合電路的輸入電流iacin(t)，能夠將共振電流的振幅設為iac，并能夠近似地用下式表示。

iacin(t)＝iacsin(ωst)

其中，ωs＝2π/ts

在端子1-1’之間提供正弦波電流iacin(t)。包含各頻率分量的電流欲流入到端子1-1’之間，但是阻抗增大的高階的頻率分量的電流波形被電磁場共振耦合電路所截止，通過進行共振動作，從而主要只流過開關頻率分量的共振電流波形，能夠高效率地傳輸電力。

接著，通過仿真示出上述諧振頻率fra、frb以及開關頻率fs的設定與zvs動作的關系。

圖4是圖1所示的無線供電系統(tǒng)101的仿真電路。此外，圖5是圖4各部分的電流電壓波形圖。

諧振電流ir成為正弦波狀，且，開關元件q1和q2的兩端電壓vds1、vds2成為每隔半周期的半波的正弦波狀的波形，從而實現zvs動作。

如上所述，輸電側諧振機構的諧振頻率fra比第一開關電路s1和第二開關電路s2的開關頻率fs低，在輸電側諧振機構包括第一開關電路或第二開關電路的電容器的第二諧振頻率frb設定得比開關頻率fs高，從而設為fra＜fs≤frb。具體地，例如，

fra＝1/√(lpcr)

frb＝1/2不√(lpcrcds/(cr+cds))

因此，當將開關頻率設為fs＝6.78mhz時，調整電容器cr、cds的值，使得例如fra＝4mhz且frb＝7mhz等。其中，在此設為cds1＝cds2＝cds。

此外，調整為，從一方的開關電路的兩端起不包括該一方的開關電路的電容而將另一方的所述開關電路短路并通過諧振機構對負載側進行觀察的第一阻抗za、以及從一方的開關電路的兩端起不包括該一方的開關電路的電容而將另一方的所述開關電路短路并通過諧振機構對負載側進行觀察的第二阻抗zb為感應性阻抗。由此，開關元件q1和q2的兩端電壓vds1、vds2成為每隔半周期的半波的正弦波狀的波形，從而實現zvs(零電壓開關)動作。

圖6(a)是示出上述第一阻抗za的等效電路圖，圖6(b)是示出上述第二阻抗zb的等效電路圖。其中，k是輸電線圈np與受電線圈ns的耦合系數，ri是輸電側諧振機構的電阻成分，ris是受電側諧振機構的電阻成分。rac是交流負載電阻。

在此，將開關頻率設為fs＝6.78mhz，對于

(a)fra＝4mhz、frb＝9.5mhz、cds1＝1.14nf、cds2＝1.14nf、cr＝5.2nf

(b)fra＝4mhz、frb＝6.78mhz、cds1＝2.84nf、cds2＝2.84nf、cr＝5.2nf

(c)fra＝6.78mhz、frb＝8.7mhz、cds1＝2.84nf、cds2＝2.84nf、cr＝1.835nf

的各條件，將動作波形示于圖7(a)、圖7(b)、圖7(c)。圖7(a)是上述條件(a)下的波形，圖7(b)是上述條件(b)下的波形，圖7(c)是上述條件(c)下的波形。

條件(a)、(b)、(c)中的條件(c)不滿足本發(fā)明的條件。在條件(c)下，開關元件q1和q2的兩端電壓vds1、vds2不是每隔半周期的半波的正弦波狀的波形，未實現zvs(零電壓開關)動作。與條件(a)、(b)相比，在條件(c)下諧振電流ir的振幅最大，引起的電磁場共振大。但是，因為未實現zvs動作，所以開關元件的發(fā)熱大，系統(tǒng)的電力效率、可靠性大幅下降。

另一方面，上述條件(a)、(b)滿足本發(fā)明的條件fra＜fs≤frb。根據圖7(a)、圖7(b)可知，開關元件q1和q2的兩端電壓vds1、vds2為每隔半周期的半波的正弦波狀的波形，從而實現zvs(零電壓開關)動作。

此外，在像本實施方式那樣的雙管式的推拉式結構中，兩個開關元件q1、q2中的一方始終為關閉狀態(tài)，因此等效電路始終與圖6(b)所示的狀態(tài)的等效電路相等。當以該狀態(tài)下的第二諧振頻率frb附近的開關頻率進行開關動作時，能夠在達成zvs動作的同時引起共振，能夠達成更接近最佳的zvs動作。由此，能夠得到高能量變換效率和高電力變換效率。即，相當于圖7(b)的動作。

根據諧振現象的原理，諧振頻率與開關頻率越接近，越能夠增大供電電力。具體地，在雙管式的推拉式結構中，能夠用|fra-fs|的大小來控制供電電力。|frb-fs|越小，越能夠增大供電電力。此外，在滿足本發(fā)明的條件fra＜fs≤frb的范圍內，|frb-fra|的值越小，越能夠增大供電電力。

圖8(a)、圖8(b)、圖8(c)是與第二實施方式所示的單管e級的輸電裝置的特性進行對比的圖。圖8(a)示出輸入電壓對輸出電力的特性，圖8(b)示出電力變換效率對輸入電壓的關系，圖8(c)示出輸出電阻對輸出電力的特性。

在圖8(a)、圖8(b)中，將負載電阻設為ro＝20ω，并使輸入電源vi的電壓從1v變化至13v。根據圖8(a)，在vi＝5v、10v、13v的情況下，在本實施方式(推拉式e級)中分別為po＝6.18w、24.6w、40.5w，在單管e級中分別為po＝1.68w、7.23w、12.8w。通過設為推拉式結構，從而在vi＝5v、10v、13v的情況下分別得到單管e級的3.67倍、3.41倍、3.17倍的輸出電力。在實驗中，設為vi＝5v，并使用推拉式e級，從而可得到接近單管e級的4倍的輸出電力。此外，根據圖8(b)，在vi小于6v的情況下，推拉式e級的電力效率更高。

在圖8(c)中，設為vi＝10v，并使電阻ro從15ω變化至40ω。當設為ro＝20ω時，在推拉式e級中，viac的絕對值的平均值、輸出電力分別為19.9v、po＝24.6w，在單管e級中分別為9.99v、po＝6.21w，在設為推拉式e級的情況下，viac的絕對值的平均值為大致2倍，輸出電力為大致4倍。

根據第一實施方式，達到如下的效果。

(1)能夠利用直流電壓引起電磁場共振而跨空間進行輸電，且能夠在第一開關元件和第二開關元件中達成zvs動作，并能夠降低開關元件中的電力損耗。能夠得到無線供電系統(tǒng)的高效化、小型輕量化、高可靠性。

(2)雙管推拉式e級的結構與單管e級的結構相比，能夠得到大約4倍的電力。

(3)能夠構成對遠離的場所進行供電的供電系統(tǒng)。能夠非常簡單地構成，并能夠謀求供電系統(tǒng)裝置的小型輕量化。

(4)能夠利用在輸電與受電的諧振機構之間引起的電磁場共振現象進行電力效率比利用電磁感應方式的供電高的、遠程的供電。

(5)不僅利用形成在輸電線圈與受電線圈之間的磁場共振耦合進行供電，還利用電場共振耦合進行供電，從而能夠以比僅利用磁場共振耦合的情況高的電力效率供給電力。

(6)能夠將輸電線圈和受電線圈的電感成分中的不參與耦合的漏電感用作構成輸電側諧振機構或受電側諧振機構的電感器。不需要諧振電感器的部件，能夠將供電系統(tǒng)裝置小型輕量化。

(7)輸電線圈np和受電線圈ns分別通過電場共振來形成電容器，能夠用作諧振電容器。不需要電容器的部件，從而能夠小型輕量化。

(8)能夠對輸出進行檢測并使用反饋電路對輸電側傳遞信息，能夠對輸電側交流電壓產生電路進行控制而調整供電電力，能夠使電子設備適當地動作。

(9)通過將輸電線圈和受電線圈做成為空芯，從而沒有線圈的鐵損，即使是高頻率也能夠高效地以無線進行電力輸電。

《第二實施方式》

圖9是第二實施方式的無線供電系統(tǒng)102的電路圖。

無線供電系統(tǒng)101由電力輸電裝置psu和電力受電裝置pru構成。在第一實施方式中將輸電裝置psu設為雙管e級推拉形式，該第二實施方式的輸電裝置psu設為單管e級的開關電源形式。

輸電裝置psu具備：由輸電線圈np和輸電側諧振電容器cr構成的輸電側諧振機構；與該輸電側諧振機構的一方電連接的第一輸電側交流電流產生電路；與輸電側諧振機構的另一方電連接的第二輸電側交流電流產生電路；以及開關控制電路10。

第一輸電側交流電流產生電路具備：等效地由開關元件q1、二極管dds1以及電容器cds1的并聯連接電路構成的第一開關電路s1；以及具有利用輸入直流電壓來生成與流過輸電側諧振機構的交流電流相比能相對視作直流電流的電流源的電感的第一電感器lf1。

圖10是圖9所示的無線供電系統(tǒng)102的仿真電路。此外，圖11是圖10各部分的電流電壓波形圖。

諧振電流ir為正弦波狀，且開關元件q1的兩端電壓vds1為每隔半周期的半波的正弦波狀的波形，實現zvs動作。

如上所述，輸電側諧振機構的第一諧振頻率fra比第一開關電路s1的開關頻率fs低，在輸電側諧振機構包括第一開關電路s1的電容器的第二諧振頻率frb設定得比開關頻率fs高，從而設為fra＜fs≤frb。具體地，例如，

fra＝1/√(lpcr)

frb＝1/2√(lpcrcds1/(cr+cds1))

因此，當將開關頻率設為fs＝6.78mhz時，調整電容器cr、cds1的值，使得例如fra＝4mhz且frb＝10mhz等。

此外，調整為，從第一開關電路s1的兩端起不包括第一開關電路s1的電容而通過輸電側諧振機構對負載側進行觀察的第一阻抗za、以及從第一開關電路s1的兩端起不包括第一開關電路s1的電容而通過輸電側諧振機構對負載側進行觀察的第二阻抗zb為感應性阻抗。由此，開關元件q1和q2的兩端電壓vds1、vds2成為每隔半周期的半波的正弦波狀的波形，從而實現zvs(零電壓開關)動作。

示出上述阻抗za、zb的等效電路圖如第一實施方式中圖6所示。

在此，將開關頻率設為fs＝6.78mhz，對于

(a)fra＝4mhz、frb＝9.5mhz、cds1＝1.14nf、cr＝5.2nf

(b)fra＝4mhz、frb＝6.78mhz、cds1＝2.84nf、cr＝5.2nf

(c)fra＝6.78mhz、frb＝8.7mhz、cds1＝2.84nf、cr＝1.835nf

的各情況，將動作波形示于圖11。

條件(a)、(b)、(c)中的條件(c)不滿足本發(fā)明的條件。在條件(c)下，開關元件q1的兩端電壓vds1不是每隔半周期的半波的正弦波狀的波形，從而未實現zvs(零電壓開關)動作。與條件(a)、(b)相比，在條件(c)下諧振電流ir的振幅最大，引起的電磁場共振大。但是，未實現zvs動作，因此開關元件的發(fā)熱大，系統(tǒng)的電力效率、可靠性大幅下降。

另一方面，上述條件(a)、(b)滿足本發(fā)明的條件fra＜fs≤frb。根據圖11可知，在上述條件(a)下，開關元件q1的兩端電壓vds1為每隔半周期的半波的正弦波狀的波形，從而實現zvs(零電壓開關)動作。在上述條件(b)下，難說實現了完全的zvs(零電壓開關)動作，但是與上述條件(c)相比，開關元件中的開關損耗充分小，且實現了以zvs(零電壓開關)動作為準的動作。

《第三實施方式》

圖12是第三實施方式涉及的無線供電系統(tǒng)的各部分的電壓電流波形圖。電路結構如第二實施方式所示。

以下，參照該圖12示出開關周期中的各狀態(tài)下的動作。

(a)狀態(tài)1(t1≤t＜t2)

在輸電裝置側，開關元件q1導通，流過的電流id1從0a開始流過，并成為正電流。在輸電線圈np和諧振電容器cr、以及受電線圈ns和諧振電容器crs流過諧振電流。

在受電裝置側，諧振電流被整流，整流平滑后的電流供給到負載，并傳輸電力。當開關元件q1斷開時，成為狀態(tài)2。

(b)狀態(tài)2(t2≤t＜t1)

開關元件q1的兩端的電容器cds1開始諧振，首先被充電，當超過峰電壓時，進行放電。電壓vds1逐漸接近0v，當開關元件q1導通時，狀態(tài)2結束。

以后，周期性地重復狀態(tài)1、狀態(tài)2。

像這樣，在開關元件q1剛要導通之前，電壓vds1逐漸接近0v，在導通的定時，電流id1從0a開始流過。通過開關元件q1進行zvs動作，從而能夠大幅降低開關損耗和開關噪聲。此外，因為開關電路s1的二極管dds1不導通，所以還可降低導通損耗。其結果是，能夠提高無線供電系統(tǒng)的電力效率。

《第四實施方式》

圖13是第四實施方式涉及的無線供電系統(tǒng)104的電路圖。

無線供電系統(tǒng)104由電力輸電裝置psu和電力受電裝置pru構成。

在本實施方式中，在輸電側交流電壓產生電路與輸電側諧振機構之間具備包括電感器要素lfp和電容器要素cfp的第一濾波器。此外，在受電側諧振機構與整流電路之間具備包括電感器要素lfs和電容器要素cfs的第二濾波器。其它結構與第一實施方式所示的相同。

第一濾波器、第二濾波器均作為低通濾波器發(fā)揮作用。這些低通濾波器的截止頻率確定為使流過諧振機構的電流波形的高頻分量降低。像這樣，通過具備濾波器，從而能夠降低流過諧振機構的電流波形的高頻分量，并能夠降低emi(電磁干擾)噪聲。由此，能夠提高與其它電子設備的emc(電磁兼容性)。例如，能夠抑制與無線通信設備等的串擾。此外，能夠通過濾波器來變換諧振機構的阻抗。即，能夠謀求阻抗匹配。由此，能夠供給適合負載的電流和電壓。

《第五實施方式》

圖14是第五實施方式的無線供電系統(tǒng)105的電路圖。與在第一實施方式中圖1所示的無線供電系統(tǒng)不同的是受電裝置pru側的結構。在第五實施方式中，由受電線圈ns1、ns2、二極管d3、d4、電容器co構成中心抽頭整流電路。輸電裝置psu的結構與第一實施方式所示的相同。

在該第五實施方式中，在受電裝置pru側，由在受電線圈nsl、ns2產生的雜散電容或單個的電容器構成諧振電容器crsa、crsb(相當于圖1中的crs的電容器)。

該無線供電系統(tǒng)105使用兩個受電線圈ns1、ns2和兩個整流二極管d3、d4，從而能夠分散受電裝置側的損耗，能夠減少電力損耗。此外，與電橋整流相比，整流元件的數目少。此外，在受電裝置側構成了并聯諧振電路，因此與設為串聯諧振電路結構的情況相比，能夠增大電壓增益。

《第六實施方式》

圖15是第六實施方式的無線供電系統(tǒng)106的電路圖。與在第五實施方式中圖14所示的無線供電系統(tǒng)不同，在該例子中，在受電裝置pru側具備串聯諧振用的諧振電容器crs。通過像這樣在受電裝置側構成串聯諧振電路，從而與構成并聯諧振電路的情況相比，能夠增大電流增益。

《第七實施方式》

圖16是第七實施方式的無線供電系統(tǒng)107的電路圖。與在第一實施方式中圖1所示的無線供電系統(tǒng)不同的是受電裝置pru側的結構。在第七實施方式中，在受電線圈ns通過二極管d3、d4、d7、d8、電容器co連接有電橋整流電路。輸電裝置psu的結構與第一實施方式所示的相同。

在受電裝置pru側，由在受電線圈ns產生的雜散電容或單個的電容器構成諧振電容器crs(相當于圖1中的cs的電容器)。

在該第七實施方式的無線供電系統(tǒng)107中，與在第六實施方式中圖15所示的電流傳輸系統(tǒng)相比，能夠降低整流元件的耐壓。此外，因為在受電裝置側構成了并聯諧振電路，所以與設為串聯諧振電路結構的情況相比，能夠增大電壓增益。

《第八實施方式》

圖17是第八實施方式的無線供電系統(tǒng)108的電路圖。諧振電容器crs的位置與在第七實施方式中圖16所示的無線供電系統(tǒng)不同。因此，能夠通過該電容器crs以給定的諧振頻率進行電磁場共振動作。

在該第八實施方式的無線供電系統(tǒng)108中，通過像這樣在受電裝置側構成串聯諧振電路，從而與構成了并聯諧振電路的情況相比，能夠增大電流增益。

《第九實施方式》

圖18是第九實施方式的無線供電系統(tǒng)109的電路圖。在該例子中，在受電裝置pru側設置有利用了4個開關元件qs1、qs2、qs3、qs4的電橋整流結構的同步整流電路。此外，在輸電線圈np的兩端等效地構成了電容器cp，在受電線圈ns的兩端等效地構成了電容器cs。

根據該第九實施方式，與第一實施方式～第八實施方式相比，施加在受電裝置pru側的開關元件qs1、qs2、qs3、qs4的電壓分別為一半，因此能夠降低開關元件中的損耗。

在該無線供電系統(tǒng)109中，與第八實施方式所示的無線供電系統(tǒng)相比，能夠通過同步整流電路來降低整流損耗。此外，能夠通過電橋結構降低整流開關元件的耐壓。此外，因為是利用開關元件的整流電路，所以能夠進行雙向的無線供電。進而，能夠使用諧振電容器crs以給定的諧振頻率進行電磁共振動作。

《第十實施方式》

圖19是第十實施方式的無線供電系統(tǒng)110的電路圖。在該例子中，在受電裝置pru側設置有利用兩個二極管d1、d2的整流電路。

根據第十實施方式，與第九實施方式相比，能夠簡化受電裝置pru側的結構。此外，因為整流電路是無源電路，所以不需要對整流電路進行驅動控制的電路。

《第十一實施方式》

圖20是第十一實施方式的無線供電系統(tǒng)111的電路圖。

在該例子中，具備對輸入電源vi的電壓進行分壓的電容器cr1、cr2以及對輸出電壓vo進行分壓的電容器crs1、crs2。即，將第一實施方式所示的無線供電系統(tǒng)中的諧振電容器cr分割為cr1、cr2，并將諧振電容器crs分割為crs1、crs2。在此，將輸電線圈np和受電線圈ns的漏電感明示為諧振電感器lr、lrs。在受電裝置pru設置有利用開關元件q3、q4的同步整流電路。

在第十一實施方式中，流過諧振電容器的電流分流到兩個電容器，因此電容器中的電力損耗分散，可降低整體的損耗，并可分散發(fā)熱。此外，通過使用多個諧振電容器，從而能夠任意地設定諧振頻率，共振動作變得容易。

另外，電容器cr1、cr2以及電容器crs1、crs2發(fā)揮保持直流電壓或者切斷直流電流的作用和作為串聯諧振用電容器的作用這兩個作用。此外，對輸電線圈np的兩端的等效的電容器cp、受電線圈ns的兩端的等效的電容器cs也一并進行標記。

《第十二實施方式》

圖21是第十二實施方式的無線供電系統(tǒng)112的電路圖。該例子是在形成電磁場共振耦合的磁路中使用了鐵素體等磁性體的例子。

在圖21所示的無線供電系統(tǒng)112中，通過使用磁性體，從而磁耦合的程度增大，能夠提高電力傳輸效率。此外，能夠通過鐵素體抑制輻射到空間的電磁波(磁通量和電通量)。

《第十三實施方式》

圖22是第十三實施方式的無線供電系統(tǒng)113的電路圖。該例子是在形成電磁場共振耦合的磁路中使用了鐵素體等磁性體的例子。在該例子中，也通過使用磁性體來增大磁耦合的程度，能夠提高電力傳輸效率。此外，能夠通過鐵素體抑制輻射到空間的電磁波(磁通量和電通量)。

《第十四實施方式》

圖23是第十四實施方式的無線供電系統(tǒng)114的電路圖。在該例子中，在輸電裝置psu設置有兩個諧振電容器cr1、cr2，在受電裝置pru設置有兩個諧振電容器crs1、crs2。此外，在受電裝置pru側設置有利用了4個開關元件q3、q4、q7、q8的電橋整流結構的同步整流電路。

在該無線供電系統(tǒng)114中，將輸電裝置psu的輸電線圈np和受電裝置pru的受電線圈ns分別做成為具有鐵素體等的磁芯的線圈。因此，通過使用磁性體，從而磁耦合的程度增大，能夠提高電力傳輸效率。此外，能夠通過鐵素體抑制輻射到空間的電磁波(磁通量和電通量)。

《第十五實施方式》

圖24是第十五實施方式的無線供電系統(tǒng)115的電路圖。

該無線供電系統(tǒng)115是具備能夠進行雙向無線供電的多個輸電/受電裝置psu/pru1、psu/pru2、psu/pru3、psu/pru4的系統(tǒng)。

在第一電力輸電/受電裝置psu/pru1作為輸電裝置發(fā)揮作用時，與其對應地形成電磁場共振耦合的第二輸電/受電裝置psu/pru2作為受電裝置發(fā)揮作用。因此，從第一輸電/受電裝置psu/pru1向第二輸電/受電裝置psu/pru2傳輸電力。在此，第二輸電/受電裝置psu/pru2的負載ro具備充電電池及其充電電路。

第三輸電/受電裝置psu/pru3與第二輸電/受電裝置psu/pru2對應，在第二輸電/受電裝置psu/pru2作為輸電裝置發(fā)揮作用時，第三輸電/受電裝置psu/pru3作為受電裝置發(fā)揮作用。此時，在第二輸電/受電裝置psu/pru2中，所述充電電池被用作電源。而且，第三輸電/受電裝置psu/pru3的負載ro2具備充電電池及其充電電路。

第四輸電/受電裝置psu/pru4與第三輸電/受電裝置psu/pru3對應，在第三輸電/受電裝置psu/pru3作為輸電裝置發(fā)揮作用時，第四輸電/受電裝置psu/pru4作為受電裝置發(fā)揮作用。此時，在第三輸電/受電裝置psu/pru3中，所述充電電池被用作電源。而且，第四輸電/受電裝置psu/pru4的負載ro3是充電電池及其充電電路。

這樣，通過具備多個電力輸電/受電裝置，從而中途的電力輸電/受電裝置對電力進行中繼，能夠將電力傳輸到遠方。

另外，如果使多個受電裝置側的諧振電路的諧振頻率不同且使輸電裝置側構成為以與輸電目的地相應的開關頻率進行開關動作，則對于多個受電裝置，能夠對給定的受電裝置選擇性地傳輸電力。

此外，通過根據電力輸電/受電裝置的電力傳輸方向來切換開關頻率，從而能夠按每個開關頻率向符合目的的方向(場所)進行電力傳輸。即，通過進行切換開關頻率等的控制，從而能夠選擇合適的電子設備或者向合適的方向、場所輸送電力。

《第十六實施方式》

圖25是第十六實施方式的無線供電系統(tǒng)116的電路圖。在該例子中，在輸電線圈np與受電線圈ns4之間設置有多個諧振器。在圖25中，由受電線圈(電感器)ns1和電容器cs1構成第一中繼用lc諧振電路，由受電線圈(電感器)ns2和電容器cs2構成第二中繼用lc諧振電路，由受電線圈(電感器)ns3和電容器cs3構成第三中繼用lc諧振電路。

通過像這樣設置多個諧振器，從而能夠包括多個諧振器在內形成電磁場共振耦合，并通過以給定的間隔設置諧振器，從而能夠向更遠的場所進行電力供給。此外，能夠以高電力傳輸效率進行遠程的供電。

《第十七實施方式》

在第十七實施方式的無線供電系統(tǒng)117中，使輸電裝置psu與受電裝置pru具有對稱性。此外，在輸電裝置psu與受電裝置pru之間具備通信功能。

圖26是第十七實施方式的無線供電系統(tǒng)117的電路圖。

開關控制電路20檢測輸出信息(向負載ro輸出的電壓、電流或電力等)，并經由受電側通信電路50向輸電裝置psu側傳遞反饋信息。輸電側通信電路40基于經由信號傳遞單元30從受電側通信電路50接收的輸出信息對輸電側交流電壓產生電路(開關電路s1、s2)進行控制，從而控制供電電力。開關控制電路20、受電側通信電路50、信號傳遞單元30等通過受電裝置pru受電的電力(以輸出電壓vo)進行動作。

上述受電側通信電路50是本發(fā)明涉及的“輸出信息發(fā)送電路”的例子。此外，輸電側通信電路40是本發(fā)明涉及的“輸出信息接收電路”的例子。

通過像這樣基于從受電裝置反饋的信息對供電電力進行控制，從而能夠供給適合負載的電壓、電流。

另外，輸電側通信電路40向受電側通信電路50傳遞對開關元件q1、q2的控制定時信號。開關控制電路20與該定時信號同步地對開關元件q3、q4進行開關，從而進行同步整流控制。

上述信號傳遞單元30使用例如無線通信電路將輸出信息傳遞到輸電裝置側。此外，上述信號傳遞單元30將輸出信號變換為光信號進行傳遞，并將光信號變換為電信號(接收信號)。通過這些結構，能夠進行電絕緣并在輸電裝置側對供電電力進行調整。

在本實施方式的無線供電系統(tǒng)117中，輸電裝置psu和受電裝置pru是結構相同的電路，具有對稱性，因此能夠用作雙向無線供電系統(tǒng)裝置。即，受電側整流電路(s3、s4)從輸出部接受電力，并通過開關作為輸電側交流電壓產生電路發(fā)揮作用，輸電側交流電壓產生電路(s1、s2)從輸出部接受電力，并通過開關作為受電側整流電路發(fā)揮作用。

由此，能夠進行雙向的供電，能夠從受電裝置pru側向輸電裝置psu側供給電力，或者將受電裝置pru側作為中繼點，將受電的電力進一步向其它地方進行輸電。此外，還能夠用作中繼系統(tǒng)，通過準備多個本裝置進行中繼，從而能夠進行遠程的電力供電。

符號說明

cds1、cds2：電容器；

cfp、cfs：電容器要素；

ci：輸入電容器；

cm：互電容；

co：電容器；

cr：輸電側諧振電容器；

cr1、cr2：諧振電容器；

crs：受電側諧振電容器；

crs1、crs2：諧振電容器；

crsa、crsb：諧振電容器；

cs1、cs2、cs3：電容器；

d1～d4：二極管；

d7、d8：二極管；

dds：寄生二極管；

dds1、dds2：二極管；

lf1：第一電感器；

lf2：第二電感器；

lfp、lfs：電感器要素；

lm：互感；

np：輸電線圈；

lr：諧振電感器；

ns：受電線圈；

mc：互電容；

m1：互感；

np：輸電線圈；

ns、ns1、ns2、ns4：受電線圈；

pru：電力受電裝置；

psu：電力輸電裝置；

q1：第一開關元件；

q2：第二開關元件；

q3、q4：開關元件；

qs1、qs2、qs3、qs4：開關元件；

rc：受電側整流電路；

ro、ro2、ro3：負載；

s1：第一開關電路；

s2：第二開關電路；

vi：輸入電源；

viac：兩端電壓；

vo：輸出電壓；

10、20：開關控制電路；

30：信號傳遞單元；

40：輸電側通信電路；

50：受電側通信電路；

101、102、104～117：無線供電系統(tǒng)。