无线电力传输系统 【技术领域】
本发明涉及以非接触方式补给或收集 ( 集电 ) 能量的无线电力传输系统。背景技术 在电子设备的灵活性确保 / 防水对应、 壁挂电视的无布线化、 甚至是为了方便对 电动汽车等的大型设备进行充电， 非触点 / 非接触方式的能量补给技术得到高度关注。
作为非接触的电力传输方式， 并不仅仅是以往所研究的电磁感应方式， 还提出了 专利文献 1 所述的磁共振方式。利用共振天线间的共振模式间耦合， 通过现有的电磁感应 方式能够进行长距离、 高效率的电力传输， 特别是如果利用共振磁场， 则较之利用了共振电 场的情况， 还能够避免对周围生物体的影响。
对于磁共振方式， 若进一步详细叙述， 则像专利文献 1 的说明书中第
段所 述那样， 共振器可以在两端开放的环状线圈中采用固有的自共振现象。此外， 如第
段所述那样， 也可以是加感之后的线圈。
在专利文献 2 的第
段落中公开了如下的例子， 由于在送电线圈或受电线圈 中流过较大的电流， 因此以减少所产生的发热为目的， 将绞合线、 编织线等多芯线用于线圈 的布线部。
此外， 在专利文献 3 中记载了 ： 不使在非接触电力传输中使用的天线 ( 线圈 ) 大型 化， 作为提高其 Q 值的方法， 并联连接多个绕组。
现有技术文献
专利文献 1 ： 美国申请公开 2008/0278264-A1 公报 ( 图 6、 图 11)
段落中公开了如下的例子， 由于在送电线圈或受电线圈 中流过较大的电流， 因此以减少所产生的发热为目的， 将绞合线、 编织线等多芯线用于线圈 的布线部。
此外， 在专利文献 3 中记载了 ： 不使在非接触电力传输中使用的天线 ( 线圈 ) 大型 化， 作为提高其 Q 值的方法， 并联连接多个绕组。
现有技术文献
专利文献 1 ： 美国申请公开 2008/0278264-A1 公报 ( 图 6、 图 11)
专利文献 2 ： 日本国特开 2008-104319 号公报的段落
专利文献 3 ： 日本国特开平 7-263935 号公报 ( 图 3)
在现有的磁共振方式的无线电力传输系统中存在如下课题 ： 在送电共振器和受电 共振器之间存在尺寸差异的情况下， 难以将传输效率持续维持在较高的值， 为了避免这种 情况则需要明显增加布线总量。
发明内容
本发明是为了解决上述课题而提出的， 其目的在于提供一种在送受电共振器之间 存在尺寸差的无线电力输送系统中， 能够维持高的传输效率而不必无谓地增加布线总量的 无线电力传输系统。
本发明的无线电力传输系统， 其具备送电共振器及受电共振器， 经由共振频率 f0 的共振磁场以非接触方式传输电力， 其中所述送电共振器及所述受电共振器的一方具有第 1 电感器， 且另一方具有第 2 电感器， 该第 1 电感器具有第 1 尺寸， 第 2 电感器具有比所述第 1 尺寸小的第 2 尺寸， 构成所述第 2 电感器的至少一部分布线的共振频率 f0 处的每单位长 度的电阻值 Rs 被设定得低于构成所述第 1 电感器的布线的共振频率 f0 处的每单位长度的 电阻值 RL。在优选的实施方式中， 构成所述第 2 电感器的布线具有并联布线构造， 构成所述 第 2 电感器的至少一部分布线中的并联布线数具有比构成第 1 电感器的布线的数量大的 值。
在优选的实施方式中， 构成所述第 1 电感器及所述第 2 电感器的布线都具有并联 布线构造， 构成所述第 2 电感器的至少一部分布线中的并联布线数具有比构成第 1 电感器 的布线的并联布线数大的值。
在优选的实施方式中， 所述第 2 电感器所包含的的一部分布线其直径、 厚度、 和高 度的至少一个大于构成所述第 1 电感器的布线。
在优选的实施方式中， 在构成所述第 2 电感器的布线的最外廓以外的部分中， 电 阻值 Rs 被设定得低于电阻值 RL。
在优选的实施方式中， 在构成所述第 2 电感器的布线的至少最内廓的部分中， 电 阻值 Rs 被设定得低于电阻值 RL。
在优选的实施方式中， 所述无线电力传输系统还具备向所述送电共振器供电的送 电器， 使所述送电共振器与所述受电共振器之间的传输效率最大化的所述送电共振器的最 佳输入阻抗和所述送电器的输出阻抗相一致。
在优选的实施方式中， 所述无线电力传输系统还具备从所述受电共振器接受电力 的受电器， 使所述送电共振器与所述受电共振器之间的传输效率最大化的所述受电共振器 的最佳输出阻抗和所述受电器的输入阻抗相一致。
在优选的实施方式中， 所述受电器的输出阻抗与负载阻抗相一致。
发明效果 根据本发明的无线电力传输系统， 即便在送电和受电共振器之间存在尺寸差， 也 能够在不无谓地增加布线总量的情况下维持较高的传输效率。因此， 能够提供一种可实现 省资源、 质量轻、 容积小、 低成本的无线电力传输系统。
附图说明
图 1 是本发明的实施方式 1 中的无线电力传输系统的框图。
图 2 是表示本发明的实施方式 1 中的送电共振器及受电共振器的图。
图 3 是本发明的实施方式 1 中的无线电力传输系统的立体示意图。
图 4(a)、 (b) 及 (c) 是表示并联布线构造的一例的垂直于长轴方向的剖视图。
图 5(a)、 (b) 及 (c) 是表示并联布线构造其他例子的垂直于长轴方向的剖视图。
图 6 是本发明的实施方式 1 中的小型天线的立体示意图。
图 7 是本发明的无线电力传输系统的构成框图。 具体实施方式
以下， 参照附图说明本发明的无线电力传输系统的实施方式。在图中所示的 XYZ 坐标中， 将作为送电共振器或受电共振器的构成要素的电感器的配置面设为 XY 平面， 将电 感器的高度方向设为 Z 方向。在图中， 对于相同或对应的构成要素附于相同的参照序号。
段所 述那样， 共振器可以在两端开放的环状线圈中采用固有的自共振现象。此外， 如第
段所述那样， 也可以是加感之后的线圈。
在专利文献 2 的第
段落中公开了如下的例子， 由于在送电线圈或受电线圈 中流过较大的电流， 因此以减少所产生的发热为目的， 将绞合线、 编织线等多芯线用于线圈 的布线部。
此外， 在专利文献 3 中记载了 ： 不使在非接触电力传输中使用的天线 ( 线圈 ) 大型 化， 作为提高其 Q 值的方法， 并联连接多个绕组。
现有技术文献
专利文献 1 ： 美国申请公开 2008/0278264-A1 公报 ( 图 6、 图 11)
专利文献 2 ： 日本国特开 2008-104319 号公报的段落
专利文献 3 ： 日本国特开平 7-263935 号公报 ( 图 3)
在现有的磁共振方式的无线电力传输系统中存在如下课题 ： 在送电共振器和受电 共振器之间存在尺寸差异的情况下， 难以将传输效率持续维持在较高的值， 为了避免这种 情况则需要明显增加布线总量。
发明内容
本发明是为了解决上述课题而提出的， 其目的在于提供一种在送受电共振器之间 存在尺寸差的无线电力输送系统中， 能够维持高的传输效率而不必无谓地增加布线总量的 无线电力传输系统。
本发明的无线电力传输系统， 其具备送电共振器及受电共振器， 经由共振频率 f0 的共振磁场以非接触方式传输电力， 其中所述送电共振器及所述受电共振器的一方具有第 1 电感器， 且另一方具有第 2 电感器， 该第 1 电感器具有第 1 尺寸， 第 2 电感器具有比所述第 1 尺寸小的第 2 尺寸， 构成所述第 2 电感器的至少一部分布线的共振频率 f0 处的每单位长 度的电阻值 Rs 被设定得低于构成所述第 1 电感器的布线的共振频率 f0 处的每单位长度的 电阻值 RL。在优选的实施方式中， 构成所述第 2 电感器的布线具有并联布线构造， 构成所述 第 2 电感器的至少一部分布线中的并联布线数具有比构成第 1 电感器的布线的数量大的 值。
在优选的实施方式中， 构成所述第 1 电感器及所述第 2 电感器的布线都具有并联 布线构造， 构成所述第 2 电感器的至少一部分布线中的并联布线数具有比构成第 1 电感器 的布线的并联布线数大的值。
在优选的实施方式中， 所述第 2 电感器所包含的的一部分布线其直径、 厚度、 和高 度的至少一个大于构成所述第 1 电感器的布线。
在优选的实施方式中， 在构成所述第 2 电感器的布线的最外廓以外的部分中， 电 阻值 Rs 被设定得低于电阻值 RL。
在优选的实施方式中， 在构成所述第 2 电感器的布线的至少最内廓的部分中， 电 阻值 Rs 被设定得低于电阻值 RL。
在优选的实施方式中， 所述无线电力传输系统还具备向所述送电共振器供电的送 电器， 使所述送电共振器与所述受电共振器之间的传输效率最大化的所述送电共振器的最 佳输入阻抗和所述送电器的输出阻抗相一致。
在优选的实施方式中， 所述无线电力传输系统还具备从所述受电共振器接受电力 的受电器， 使所述送电共振器与所述受电共振器之间的传输效率最大化的所述受电共振器 的最佳输出阻抗和所述受电器的输入阻抗相一致。
在优选的实施方式中， 所述受电器的输出阻抗与负载阻抗相一致。
发明效果 根据本发明的无线电力传输系统， 即便在送电和受电共振器之间存在尺寸差， 也 能够在不无谓地增加布线总量的情况下维持较高的传输效率。因此， 能够提供一种可实现 省资源、 质量轻、 容积小、 低成本的无线电力传输系统。
附图说明
图 1 是本发明的实施方式 1 中的无线电力传输系统的框图。
图 2 是表示本发明的实施方式 1 中的送电共振器及受电共振器的图。
图 3 是本发明的实施方式 1 中的无线电力传输系统的立体示意图。
图 4(a)、 (b) 及 (c) 是表示并联布线构造的一例的垂直于长轴方向的剖视图。
图 5(a)、 (b) 及 (c) 是表示并联布线构造其他例子的垂直于长轴方向的剖视图。
图 6 是本发明的实施方式 1 中的小型天线的立体示意图。
图 7 是本发明的无线电力传输系统的构成框图。 具体实施方式
以下， 参照附图说明本发明的无线电力传输系统的实施方式。在图中所示的 XYZ 坐标中， 将作为送电共振器或受电共振器的构成要素的电感器的配置面设为 XY 平面， 将电 感器的高度方向设为 Z 方向。在图中， 对于相同或对应的构成要素附于相同的参照序号。
实施方式 1
图 1 是表示本发明的实施方式 1 中的无线电力传输系统的结构框图。如图 1 所示， 本实施方式的无线电力传输系统具备送电共振器 105 及受电共振器 107， 在送电共振器 105 和受电共振器 107 之间， 经由共振磁场以非接触方式来传输电力。 在 该无线电力传输系统中， 被设计成送电共振器 105 及受电共振器 107 以频率 f0 进行共振。
送电共振器 105 连接送电器 103。送电器 103 从未图示的电源获取直流或交流的 能量 ( 电能 )， 变换为频率 f0 的 RF 能量。从送电器 103 输出的 RF 能量被提供给送电共振 器 105。按照以同一频率进行共振的方式构成的送电共振器 105 及受电共振器 107， 通过共 振磁场 ( 共振频率 f0) 进行耦合。因此， 受电共振器 107 能够有效地接收由送电共振器 105 送出的 RF 能量。在本说明书中， 由于在以共振频率 f0 振动的共振磁场中进行无线电力传 输， 因此有时将共振频率 f0 称为传输频率。
接下来， 参照图 2。
图 2 表示送电共振器 105 及受电共振器 107 的等效电路的一例。在图 2 所示的例 子中， 送电共振器 105 是电感器 105a 及电容元件 105b 串联连接而成的串联共振电路。 另一 方面， 受电共振器 107 是电感器 107a 及电容元件 107b 并联连接而成的并联共振电路。其 中， 送电共振器 105 的串联共振电路具有电阻分量 R1， 受电共振器 107 的并联共振电路具有 电阻分量 R2。 在图 2 的例子中， 尽管送电共振器 105 由串联共振电路构成， 受信共振器 109 由并 联共振电路构成， 但是本发明并不限定于该例子。也可以是送电共振器 105 及受电共振器 107 的一方由串联共振电路构成， 还可以双方都由串联共振电路或并联共振电路构成。此 外， 还可以是使共振器和外部电路在直流上分离经由未图示的电磁感应线圈从外部电路向 共振器供给 RF 能量的电路结构。在这种情况下， 既可以使构成共振器的布线的两端开放， 也可以经由电容而形成闭合环路。无论在哪种情况下， 自共振频率都被设定为与传输频率 相同的值。
以下， 参照图 3 详细说明本实施方式中的送电共振器 105 及受电共振器 107 的结 构。图 3 是表示本实施方式中的送电共振器 105 及受电共振器 107 的结构例的立体图。
在本发明中， 送电共振器 105 及受电共振器 107 的一方具有第 1 电感 器 LL， 并且 另一方具有第 2 电感器 Ls， 其中， 第 1 电感器 LL 具有第 1 尺寸， 第 2 电感器 Ls 具有比第 1 尺寸小的第 2 尺寸。此外， 在本说明书中， 电感器的 「尺寸」 是指由电感器的布线所包围的 区域的面积。电力传输在送电共振器 105 和受电共振器 107 之间进行， 送电共振器 105 及 受电共振器 107 的特性是双向的。在此， 为了简单起见， 在以下说明的例子中尺寸相对较大 的电感器 ( 大型电感器 )LL 是送电共振器 105 中的电感器 ( 送电电感器 )， 尺寸相对较小的 电感器 ( 小型电感器 )Ls 是受电共振器 107 中的电感器 ( 受电电感器 )。
以下， 详细说明这些电感器的结构。
段所述那样， 也可以是加感之后的线圈。
在专利文献 2 的第
段落中公开了如下的例子， 由于在送电线圈或受电线圈 中流过较大的电流， 因此以减少所产生的发热为目的， 将绞合线、 编织线等多芯线用于线圈 的布线部。
此外， 在专利文献 3 中记载了 ： 不使在非接触电力传输中使用的天线 ( 线圈 ) 大型 化， 作为提高其 Q 值的方法， 并联连接多个绕组。
现有技术文献
专利文献 1 ： 美国申请公开 2008/0278264-A1 公报 ( 图 6、 图 11)
专利文献 2 ： 日本国特开 2008-104319 号公报的段落
专利文献 3 ： 日本国特开平 7-263935 号公报 ( 图 3)
在现有的磁共振方式的无线电力传输系统中存在如下课题 ： 在送电共振器和受电 共振器之间存在尺寸差异的情况下， 难以将传输效率持续维持在较高的值， 为了避免这种 情况则需要明显增加布线总量。
发明内容
本发明是为了解决上述课题而提出的， 其目的在于提供一种在送受电共振器之间 存在尺寸差的无线电力输送系统中， 能够维持高的传输效率而不必无谓地增加布线总量的 无线电力传输系统。
本发明的无线电力传输系统， 其具备送电共振器及受电共振器， 经由共振频率 f0 的共振磁场以非接触方式传输电力， 其中所述送电共振器及所述受电共振器的一方具有第 1 电感器， 且另一方具有第 2 电感器， 该第 1 电感器具有第 1 尺寸， 第 2 电感器具有比所述第 1 尺寸小的第 2 尺寸， 构成所述第 2 电感器的至少一部分布线的共振频率 f0 处的每单位长 度的电阻值 Rs 被设定得低于构成所述第 1 电感器的布线的共振频率 f0 处的每单位长度的 电阻值 RL。在优选的实施方式中， 构成所述第 2 电感器的布线具有并联布线构造， 构成所述 第 2 电感器的至少一部分布线中的并联布线数具有比构成第 1 电感器的布线的数量大的 值。
在优选的实施方式中， 构成所述第 1 电感器及所述第 2 电感器的布线都具有并联 布线构造， 构成所述第 2 电感器的至少一部分布线中的并联布线数具有比构成第 1 电感器 的布线的并联布线数大的值。
在优选的实施方式中， 所述第 2 电感器所包含的的一部分布线其直径、 厚度、 和高 度的至少一个大于构成所述第 1 电感器的布线。
在优选的实施方式中， 在构成所述第 2 电感器的布线的最外廓以外的部分中， 电 阻值 Rs 被设定得低于电阻值 RL。
在优选的实施方式中， 在构成所述第 2 电感器的布线的至少最内廓的部分中， 电 阻值 Rs 被设定得低于电阻值 RL。
在优选的实施方式中， 所述无线电力传输系统还具备向所述送电共振器供电的送 电器， 使所述送电共振器与所述受电共振器之间的传输效率最大化的所述送电共振器的最 佳输入阻抗和所述送电器的输出阻抗相一致。
在优选的实施方式中， 所述无线电力传输系统还具备从所述受电共振器接受电力 的受电器， 使所述送电共振器与所述受电共振器之间的传输效率最大化的所述受电共振器 的最佳输出阻抗和所述受电器的输入阻抗相一致。
在优选的实施方式中， 所述受电器的输出阻抗与负载阻抗相一致。
发明效果 根据本发明的无线电力传输系统， 即便在送电和受电共振器之间存在尺寸差， 也 能够在不无谓地增加布线总量的情况下维持较高的传输效率。因此， 能够提供一种可实现 省资源、 质量轻、 容积小、 低成本的无线电力传输系统。
附图说明
图 1 是本发明的实施方式 1 中的无线电力传输系统的框图。
图 2 是表示本发明的实施方式 1 中的送电共振器及受电共振器的图。
图 3 是本发明的实施方式 1 中的无线电力传输系统的立体示意图。
图 4(a)、 (b) 及 (c) 是表示并联布线构造的一例的垂直于长轴方向的剖视图。
图 5(a)、 (b) 及 (c) 是表示并联布线构造其他例子的垂直于长轴方向的剖视图。
图 6 是本发明的实施方式 1 中的小型天线的立体示意图。
图 7 是本发明的无线电力传输系统的构成框图。 具体实施方式
以下， 参照附图说明本发明的无线电力传输系统的实施方式。在图中所示的 XYZ 坐标中， 将作为送电共振器或受电共振器的构成要素的电感器的配置面设为 XY 平面， 将电 感器的高度方向设为 Z 方向。在图中， 对于相同或对应的构成要素附于相同的参照序号。
实施方式 1
图 1 是表示本发明的实施方式 1 中的无线电力传输系统的结构框图。如图 1 所示， 本实施方式的无线电力传输系统具备送电共振器 105 及受电共振器 107， 在送电共振器 105 和受电共振器 107 之间， 经由共振磁场以非接触方式来传输电力。 在 该无线电力传输系统中， 被设计成送电共振器 105 及受电共振器 107 以频率 f0 进行共振。
送电共振器 105 连接送电器 103。送电器 103 从未图示的电源获取直流或交流的 能量 ( 电能 )， 变换为频率 f0 的 RF 能量。从送电器 103 输出的 RF 能量被提供给送电共振 器 105。按照以同一频率进行共振的方式构成的送电共振器 105 及受电共振器 107， 通过共 振磁场 ( 共振频率 f0) 进行耦合。因此， 受电共振器 107 能够有效地接收由送电共振器 105 送出的 RF 能量。在本说明书中， 由于在以共振频率 f0 振动的共振磁场中进行无线电力传 输， 因此有时将共振频率 f0 称为传输频率。
接下来， 参照图 2。
图 2 表示送电共振器 105 及受电共振器 107 的等效电路的一例。在图 2 所示的例 子中， 送电共振器 105 是电感器 105a 及电容元件 105b 串联连接而成的串联共振电路。 另一 方面， 受电共振器 107 是电感器 107a 及电容元件 107b 并联连接而成的并联共振电路。其 中， 送电共振器 105 的串联共振电路具有电阻分量 R1， 受电共振器 107 的并联共振电路具有 电阻分量 R2。 在图 2 的例子中， 尽管送电共振器 105 由串联共振电路构成， 受信共振器 109 由并 联共振电路构成， 但是本发明并不限定于该例子。也可以是送电共振器 105 及受电共振器 107 的一方由串联共振电路构成， 还可以双方都由串联共振电路或并联共振电路构成。此 外， 还可以是使共振器和外部电路在直流上分离经由未图示的电磁感应线圈从外部电路向 共振器供给 RF 能量的电路结构。在这种情况下， 既可以使构成共振器的布线的两端开放， 也可以经由电容而形成闭合环路。无论在哪种情况下， 自共振频率都被设定为与传输频率 相同的值。
以下， 参照图 3 详细说明本实施方式中的送电共振器 105 及受电共振器 107 的结 构。图 3 是表示本实施方式中的送电共振器 105 及受电共振器 107 的结构例的立体图。
在本发明中， 送电共振器 105 及受电共振器 107 的一方具有第 1 电感 器 LL， 并且 另一方具有第 2 电感器 Ls， 其中， 第 1 电感器 LL 具有第 1 尺寸， 第 2 电感器 Ls 具有比第 1 尺寸小的第 2 尺寸。此外， 在本说明书中， 电感器的 「尺寸」 是指由电感器的布线所包围的 区域的面积。电力传输在送电共振器 105 和受电共振器 107 之间进行， 送电共振器 105 及 受电共振器 107 的特性是双向的。在此， 为了简单起见， 在以下说明的例子中尺寸相对较大 的电感器 ( 大型电感器 )LL 是送电共振器 105 中的电感器 ( 送电电感器 )， 尺寸相对较小的 电感器 ( 小型电感器 )Ls 是受电共振器 107 中的电感器 ( 受电电感器 )。
以下， 详细说明这些电感器的结构。
本实施方式中的送电共振器 105 是送电电感器 LL 和送电电容器 CL 的串联共振电 路。另一方面， 受电共振器 107 是受电电感器 Ls 和受电电容器 Cs 的串联共振电路。将构 成送电电感器 LL 的布线的频率 f0 处的每单位长度的电阻值设为 “电阻值 RL” ， 将构成受电 电感器 Ls 的布线的频率 f0 处的每单位长度的电阻值设为 “电阻值 Rs” 。在本实施方式中， 构成受电电感器 Ls 的至少一部分布线的电阻值 Rs， 被设定为低于构成送电电感器 LL 的至 少一部分布线的电阻值 RL。典型方式下， 构成送电电感器 LL 的布线的电阻值 RL， 具有在全 部路径中恒定的值。但是， 在构成送电电感器 LL 的一部分， 电阻值 RL 可以被设定得低于其
他部分。 螺旋形状的电感器 LL、 Ls 可以各自具有串联连接了无线电力传输频率 f0 处的每 单位长度的电阻值互不相同的布线的构造， 也可以具有各自的电阻值恒定的布线构造。在 图 3 中， 图示了具备含有多根导体布线 ( 线材 )20 的并联构造的电感器剖面结构例。
为了将构成电感器的布线的特定部分 ( 低电阻部分 ) 中的每单位长度的布线电阻 设定得低于其他部分， 有效的方法是在该特定部分的布线材料中采用导电率高的材料、 或 者采用较之其他部分增加布线数的并联布线构造。此外， 为了防止布线表面氧化而使用导 电率高的材质的金属进行镀覆也是有效的。在采用并联布线构造的情况下， 进一步优选将 并联配置的多根布线彼此搓捻在一起进行配置。
图 4 是表示并联布线构造的一例的剖视图。图 4(a) 表示电阻值比较高的布线构 造的剖面的一例， 图 4(b) 表示电感器布线中的低电阻部分的剖面 的一例。在低电阻部分 中， 并联配置了根数比其他布线部分多的线材 20。 如图 3 所示的例子， 在小型的受电电感器 Ls 及大型的送电电感器 LL 的双方具有并联布线构造的情况下， 只要构成受电电感器 Ls 的 布线的至少一部分中的并联布线数具有大于构成送电电感器 LL 的布线的并联布线数的值 即可。不过， 没有必要双方的电感器 LL、 Ls 都具有并联布线构造。
要在电感器布线的一部分中设置低电阻部分， 可以如图 4(c) 所示那样不改变并 联配置的线材 20 的根数， 而将线材 20 的直径设定得大于其他部分的线材 20 的直径。
图 5 表示电感器的其他剖面结构例。 图 5(a) 表示电阻值比较高的布线的剖面的一 例， 图 5(b) 及图 5(c) 分别表示低电阻部分的剖面的例子。在图 5(b) 所示的低电阻部分， 不改变并联配置的线材 20 的根数， 而是将线材 20 的厚度设定得大于其他部分的线材 20 的 厚度。此外， 在图 5(c) 所示的低电阻部分中， 不改变并联配置的线材 20 的根数， 而是将线 材 20 的宽度设定得大于其他部分的线材 20 的宽度。在低电阻部分中， 直径、 厚度、 及/或 宽度比其他部分的值大的线材的根数至少是一根即可。
再次参照图 3。
电感器 LL、 Lc 所连接的电容 CL、 Cs 被设定成共振器 105、 107 的共振频率与电磁能 量的传输频率 f0 相同。
无线电力传输系统的传输效率很大地依赖于电感器中的损耗。 为了降低电感器中 的损耗， 优选使电感器布线的导体构造为并联方式， 降低每单位长度的电阻值。 但是， 在图 3 所示那样送受电感器的尺寸不同的情况下， 要在非常大的面积中形成的送电共振器 105 中 为了实现导体损耗降低而在布线路径的整体中实现布线电阻降低， 这从布线重量、 低成本 化的观点出发不是一个现实的方法。
在本发明中， 通过现实的方法有效地改善送受电感器的尺寸不同的无线电力传输 系统的传输效率。 也就是说， 优先改善对传输效率带来特别大的影响的、 更小型的电感器中 的损耗。小型电感器 Ls 与大型电感器 LL 相比， 由于周围的磁场密度较强， 因此导体中产生 的涡电流将会使其产生更多的损耗。 由此， 越是优先排除该影响， 那么在发送和接收尺寸不 对称的电力传输中在效率改善方面越能够获得更好的效果。此外， 与改善大型电 感器 LL 的电阻值相比， 改善小型电感器 Ls 的电阻值能够在不会无谓地增加布线量的情况下实现。 以上， 通过采用本发明的结构， 能够避免布线量的增加的同时， 可改善传输效率。
( 部分的布线电阻降低的效果 )
在本发明的无线电力传输系统的电感器 Ls 中， 为了改善传输效率而降低布线电 阻值时， 不需要在电感器 Ls 的所有布线路径中降低布线电阻。即便通过降低电感器 Ls 的 一部分路径中的布线电阻， 也能够实现本发明的效果。
图 6 是放大表示小型电感器 Ls 的结构的示意图。在图 6 所示的例子中， 通过在小 型电感器 Ls 的螺旋内廓侧的布线中设置低电阻部分， 可抑制布线量的增加同时有效地改 善传输效率。小型电感器 Ls 的内廓侧与外廓侧相比， 其周围的磁场密度较强。因此， 在螺 旋的内廓侧， 导体中产生的涡电流使其发生更多的损耗。 越是优先排除该影响， 则在接收和 发送电感器的尺寸不同的电力传输系统中在效率改善方面越能够获得更好的效果。此外， 与改善大型电感器 LL 的电阻值相比， 改善小型电感器 Ls 的电阻值可以在不会无谓地增加 布线量的情况下实现。以上， 通过采用本发明的结构， 能够进一步避免布线量的增加， 能够 有效地改善传输效率。
( 各模块间的阻抗匹配 )
图 7 是用于说明本发明的无线电力传输系统中的阻抗匹配的图。在图 7 中， 省略 了进行反馈控制的功能模块等。实现这些功能的未图示的模块可根据需要追加。
匹配条件 1 ： 按照送电器 103 的输出阻抗 ZTo 与送电共振器的最佳输入阻抗 ZTx0 相一致的方式进行设计。由此， 能够降低因送电器 103 和送电共振器 105 之间的阻抗不匹 配引起的能量反射。 匹配条件 2 ： 按照受电共振器 107 的最佳输出阻抗 ZRx0 与受电器 109 的输入阻抗 ZRi 相一致的方式进行设计。 由此， 能够降低因受电共振器 107 和受电器 109 之间的阻抗不 匹配引起的能量反射。
匹配条件 3 ： 按照在输入阻抗 ZRi 的情况下受电器 109 动作时的输出阻抗 ZRo 与 负载阻抗 RL 相一致的方式进行设计。由此， 能够降低因受电器 109 与负载 11 之间的阻抗 不匹配引起的能量反射。
通过同时满足上述三个匹配条件， 能够使传输效率最大化。 不过， 上述的三个匹配 条件也可以不必同时满足。
( 送电共振器与受电共振器的个数 )
在传输系统内包含的送电共振器和受电共振器并没有被限定为各自一台。 在送电 共振器组和受电共振器组之中， 在进行电力传输的组合之中的至少一组的、 尺寸不对称的 送电共振器和受电共振器的组合中， 只要采用上述的电阻值降低的结构就可获得本发明的 有益效果。
( 电路元件的具体结构 )
在送电共振器及受电共振器中， 电容电路 CL、 Cs 可以由芯片电容元件、 陶瓷电容 器、 钽电解电容器、 铝电解电容器、 云母电容器、 电二重层电容器、 真空电容器、 在半导体工 艺等形成的 MIM 构造等的集中常数电路元件来实现。此外， 可以考虑布线中分布产生的寄 生电容的值来决定上述集中常数电路元件的电容值。
小型电感器 Ls、 大型电感器 LL 的形状并不限定于矩形。既可以是椭圆形状， 也可 以是任意的非对称形状。还可以代替螺旋形状而具有环路形状。在采用矩形螺旋形状的情 况下， 优选在角部分具有一定以上的曲率。不包含角度急剧变化的部分的布线形状能够避 免高频电流的集中、 周围空间的磁场集中， 可提高传输效率。
构成电感器的布线并不限于具有平面单层结构， 也可以具有叠层构造。
此外， 由于共振器 105、 107 具有有限的 Q 值， 因此共振现象在频率轴上具有一定范 围。因此， 即便在共振器 105、 107 的共振频率与电磁能量的传输频率 f0 不是严格一致的情 况下， 也能够进行电力传输。此外， 即便在因共振器间耦合而使得共振器 105、 107 的共振频 率发生变化的情况下， 通过追踪传输频率、 或者变更传输系统的端子阻抗， 也能够实现良好 的电力传输。此外， 由于制造偏差使得共振器 105、 107 的共振频率互不相同的情况下， 也可 以在共振频率附近的频率处实现传输。
另外， 共振器 105、 107 也可以具有可变功能。也就是说， 可以采用如下结构 ： 通过 切换或者连续地改变构成共振器的电感器、 电容器的数值， 由此能够改变传输系统的传输 阻抗和共振频率。
实施例
为了实际证明本发明的有益效果， 制作了具有图 3 所示结构的送电共振器和受电 共振器。具体而言， 制作以下的表 1 所示的实施例及比较例。制作的步骤如下所示。
首先， 制作将一边 20cm 的大型电感器 LL、 一边 5cm 的小型电感器 Ls 作为构成要素 的各自正方形的送电共振器和受电共振器。 送电共振器与受电共振器的面积比为 16。 各电 感器都是相邻布线间隔 2mm、 卷绕数 6 的螺旋电感器。 从各个螺旋的内部终端点和外部终端 点引出两根引线。 并且， 按照与螺旋布线串联的方式， 连接由叠层芯片电容器构成的送电电 容器 ( 送电共振器 105pF) 和受电电容器 (1920pF)， 形成共振频率 1.8MHz 的共振器。在共 振器与输入输出外部电路之间的耦合中利用电磁感应电路。 作为电感器的布线， 采用并联了多根直径 200 微米的铜布线而成的绞合线， 降低 共振器的导体损耗。 可根据构成绞合线的并联铜布线的根数来改变螺旋布线的每单位长度 的布线电阻。按照表 1 中所示那样设定螺旋布线路径内的绞合线的并联布线根数。这样， 作为送电共振器制作四种的共振器 T4、 T5、 T6、 T7， 受电共振器也制作四种的共振器 R4、 R5、 R6、 R7。在共振器 T5、 R5 中， 电感器由单一的布线形成， 各个部分都未设置低电阻部分。另 一方面， 在共振器 T6、 R6 中， 在电感器中内廓侧 3 圈的部分采用 10 根并联布线， 降低内廓侧 3 圈部分的共振频率处电阻值。共振器 T7、 R7 在电感器的外廓侧 3 圈的部分采用 10 根并 联布线， 来降低外廓侧 3 圈部分的共振频率处的电阻值。共振器 T4、 R4 在电感器的整体中 采用 10 根并联布线， 由此在布线整体中降低共振频率处的电阻值。
如以上说明可知， 在受电侧的小型的共振器 R6、 R7 中具有如下的电感器构造， 即： 共振频率 f0 处的每单位长度的电阻值 Rs 不恒定， 一部分布线路径的电阻值低于其他部分。 此外， 在受电侧的小型的共振器 R4 中具有如下的电感器构造， 即： 共振频率 f0 处的每单位 长度的电阻值 Rs 在布线路径的整体被降低。
如表 1 所示， 通过改变送电共振器中的电感器和受电共振器中的电感器的组合， 可构成 8 组的传输系统 ( 实施例 1 ～ 3， 比较例 1、 2a ～ 2c、 3)。例 如， 如表 1 所示， 比较例 1 是在送电共振器中使用电感器 T5、 在受电共振器侧使用电感器 R5 的系统。针对表 1 所示 的各系统测量共振器间传输特性。
在传输特性测量时， 按照使各电感器形成面平行地离开 20cm 来进行配置的结构 来固定送电及受电共振器。两电感器的重心固定在 x ＝ y ＝ 0 的坐标点。将接近两电感器 的电磁感应线圈的输入输出端子连接于网络分析器， 在小信号输入条件下测量通过 / 反射
特性， 测量使共振器间传输效率最大化的最佳阻抗值及最大传输效率。
表 1 中表示实施例和比较例的结构及传输特性的比较。 此外， 表 1 中表示实施例和 比较例的总布线量与比较例 1( 在两电感器的全部路径中完全没有采用布线并联的结构 ) 中使用的布线量之比。
【表 1】
如表 1 所示， 在比较例 1 中传输效率为 88.6％， 在小型电感器的至少一部分中降低 了布线电阻的实施例 1 ～ 3 中， 传输效率分别增加到 91.1％、 90.5％、 93.0％。 也就是说， 在 实施例 1 ～ 3 中， 获得了从 16.9％至 38.8％的损耗降低效果。 此外， 尽管在实施例 1 ～ 3 中 各布线量处于比较例 1 的布线量的 1.69 ～ 2.62 倍的范围内， 但是也能够获得上述效果。
另一方面， 在大型电感器的至少一部分的布线路径中实现了布线电阻 降低的比 较例 2a ～ 2c 中， 尽管相对于比较例 1 使用了 4.5 ～ 8.4 倍的布线量， 但是损耗降低效果也 仅仅是 2.6％至 8％。
在小型电感器及大型电感器的全部布线路径中实现了电阻降低的比较例 3 中， 虽 然相对于比较例 1 损耗改善效果达到了 47.6％， 但是布线使用量也达到了 10 倍。 而另一方 面， 本发明的实施例 3 能够以比较例 3 中的布线量的 26％实现了比较例 3 的损耗降低效果 的 81.5％。
如以上所述， 实际证明了本发明的有用的效果 ： 即削减了布线使用量又实现了有 效的损耗改善效果。
此外， 通过实施例 1(22.1 ％的损耗改善效果 ) 和实施例 2(16.9 ％的损耗改善效 果 ) 的比较可知 ： 较之在小型电感器的外廓侧的布线路径中谋求布线电阻降低效果， 在小 型电感器的内廓侧的布线路径中谋求布线电阻降低其效果更加明显。
在上述的各实施例中， 由单一电阻布线形成了大型的电感器， 但是本发明并不限 定于这种例子。即便在大型电感器的一部分中降低了共振频率 f0 处的每单位长度的电阻 值 RL， 也能够获得本申请发明的效果。 基于不引起布线总量的无谓增加的观点， 优选大型的
电感器由单一电阻布线形成。其中， 即便在大型的电感器一部分中电阻值 RL 被降低的情况 下， 如果降低电阻的布线路径足够短， 则布线总量的增加也不是问题。
产业上的利用可能性
本发明所涉及的无线电力传输系统能够应用于个人电脑、 笔记本电脑等的办公设 备、 壁挂电视、 移动设备等的 AV 设备。该无线电力传输系统不仅能够应用于对助听器、 保健 设备的充电， 还能够应用于针对电动汽车、 电动自行车、 移动机器人的行驶中充电系统、 以 及应用于停车中充电系统等。 进而， 还能够应用于基于太阳电池或燃料电池的集电系统、 与 直流供电系统中的设备的连接部位、 代替交流插座等广泛的领域。
符号说明 ：
20 导体布线 ( 线材 )
101 电源
102 送电器
105 送电共振器
107 受电共振器
109 受电器
111 负载
Ls 小型电感器
LL 大型电感器