CN102577026B - 无线电力传输装置以及具备无线电力传输装置的发电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种无线电力传输装置,具有多个下列机构:振荡器(103),其将直流功率转换为频率(f0)的RF功率;馈电天线(107),其发送出RF功率;和受电天线(109),其接收由馈电天线(107)发送出的RF功率的至少一部分,受电天线的受电功率并行合成之后被输出。馈电天线(107)是串联连接了馈电电感器(107a)以及第一电容元件(107b)的串联谐振电路,受电天线(109)是并联连接了受电电感器(109a)以及第二电容元件(109b)的并联谐振电路。当将振荡器(103)的升压比设为Voc、将馈电电感器(107a)的电感设为L(1)、将受电电感器(109a)的电感设为L2、将馈电天线(107)与受电天线(109)的耦合系数设为k时,满足(L2/L1)≥4(k/Voc)2。第一谐振天线对与第二谐振天线对中的谐振磁场的相位差的绝对值θres被设定为90度以上且180度以下。
Description
技术领域
本发明涉及代替电磁感应或电磁波的传播而利用谐振磁场耦合以非接触的方式传输电力的磁谐振型的无线电力传输装置。此外,本发明涉及通过电磁谐振型的无线电力传输而使由太阳能电池等发电部所生成的电能的电压上升的发电装置。
背景技术
在一般的太阳能发电装置中,在金属框内排列多个太阳能电池单元(以下,有时简称为“单元(cell)”),且使用在电池单元之间连接的“太阳能电池模块”。在太阳能电池模块(以下,有时简称为“模块(module)”)的前表面设置玻璃板,各单元在由大气密封的状态下进行工作。通过铺设这样的太阳能电池模块,能够构筑太阳能发电装置。
在引入这样的太阳能发电装置时,虽然单元以及模块的制造成本高而已成为障碍,但铺设单元或模块来构成系统的成本也很高的这一情况作为引入障碍也是不能忽视的。由于铺设作业越到高处越危险并且成本越高,因此,对于太阳能发电装置的进一步普及构成深刻的问题。此外,在对不是新建的建筑物引入太阳能装置时,实施用于连接屋外铺设的太阳能发电部与建筑物内部的电子设备的布线工程是很困难的,这对普及也构成大问题。
如下所述,由于各个单元的输出电压低,在现有的太阳能发电装置中,为了获得电子设备的工作所需的电压,需要连接多个太阳能电池单元,多个连接处的可靠性的降低成为使系统整体的长期可靠性降低的重要原因。此外,在交换长期工作中变差的模块或连接布线时,还需要在高处的作业,因此,还存在维护成本高的问题。
作为现有的太阳能发电装置的一个示例,提出有从屋外隔着墙壁构材向屋内以无线方式供给功率的电力系统(例如,参照专利文献1)。在该 电力供给系统中,通过电磁感应来实现隔着墙壁的RF(射频:Radio Frequency)功率的传输。
另一方面,专利文献2公开有一种新的无线功率传输装置,其在两个谐振器之间隔着空间来传输功率。在该无线功率传输装置中,通过在谐振器的周边空间产生的谐振频率的振动功率的渗透(Evanescent Tail:近接场)而使两个谐振器耦合,由此以无线(非接触)的方式传输振动功率。
(现有技术文献)
(专利文献)
专利文献1:JP特开2006-136045号公报(第五实施方式图19)
专利文献2:美国专利申请公开第2008/0278264号说明书(图15、图17)
(发明概要)
(发明所要解决的技术问题)
在专利文献1记载的电力传输系统中,无法解决从各个单元所输出的电压低这一在太阳能发电部中固有的问题。在太阳能发电领域中,当前,根据能量转换效率高这一特征而被广泛使用的结晶硅系的一个太阳能电池(单元)的输出电压Vc是0.5V左右,非常低。例如,在将来自太阳能发电部的直流输出转换为交流时,一般转换电路(功率调节器)的工作效率对于300Vdc左右的输入电压会被最大化,因此,为了执行高效的转换,需要通过串联连接数百个单元来将太阳能发电部的输出电压提高到300V左右。此外,当与作为家庭内配电的单相3线(100V或200V)系统相连接时,虽可考虑通过功率调节器将太阳能发电部的输出电压升压到200倍以上,但若考虑到升压时的电力效率的降低,则还是要求尽量通过串联连接多个单元来提高太阳能发电部的输出电压。
而且,即使在太阳能发电装置内不进行从直流向交流转换的情况下,也可能产生同样的问题。在汇集了近来关注的直流供电系统中,所研究使用的电压是48Vdc、或者300~400Vdc的大小。因此,即使向直流供电系统供给太阳能功率时,当然也需要串联连接数十至数百个太阳能电池单元。
被串联连接的单元或模块的个数越增加,当铺设区域的一部分处于背 荫处时(partial shading:局部遮荫)、或者所铺设的单元或模块的一部分特性变差时,越容易引起系统整体的性能降低。为了避免这样的问题,虽然一般进行在模块内引入旁路二极管,但会导致发热或成本增加等问题,并不优选。另一方面,即使使用具有升压功能的一般DC/DC转换器来进行升压时,也难以高效地实现能够大幅降低串联连接的单元的个数程度的高的升压比。
此外,专利文献2的无线功率传输装置的升压特性,只是通过现有的变压器技术而带来的升压特性,对于解决本发明的问题并不充分。
发明内容
本发明的一个实施方式,是为了解决上述问题,其目的在于,提供能够有效地使发电部的低输出电压上升的无线电力传输装置。
本发明的无线电力传输装置,包括:第一及第二无线电力传输部,所述第一及第二无线电力传输部分别具有:振荡器,其将直流功率转换为频率f0的RF功率;馈电天线,其发送出所述RF功率,且包括以构成具有谐振频率fT的串联谐振电路的方式被串联连接的第一电感器和第一电容元件;以及受电天线,其通过谐振磁场的耦合来接受由所述馈电天线发送出的所述RF功率的至少一部分,且包括以构成具有谐振频率fR的并联谐振电路的方式被并联连接的第二电感器和第二电容元件,在所述第一及第二无线电力传输部中,所述谐振频率fT和所述谐振频率fR被设定为与所述RF功率的频率f0实质上相等,当将所述振荡器的升压比设为Voc、将第一电感器的电感设为L1、将第二电感器的电感设为L2、且将所述馈电天线与所述受电天线的耦合系数设为k时,满足(L2/L1)≥4(k/Voc)2;合成部,其合成从第一及第二无线电力传输部中的所述受电天线所接受的RF功率后进行输出;和控制部,其控制所述第一及第二无线电力传输部中的所述振荡器,以使所述第一无线电力传输部中的所述谐振磁场的相位与所述第二无线电力传输部中的所述谐振磁场的相位的相位差θres在90度以上且180度以下。
本发明的发电装置,包括:第一及第二发电单元,所述第一及第二发电单元分别具有:发电部,其输出直流功率;振荡器,其将从所述发电部输出的直流功率转换为频率f0的RF功率;馈电天线,其发送出所述RF 功率,且包括以构成具有谐振频率fT的串联谐振电路的方式被串联连接的第一电感器和第一电容元件;以及受电天线,其通过谐振磁场的耦合来接受由所述馈电天线发送出的所述RF功率的至少一部分,且包括以构成具有谐振频率fR的并联谐振电路的方式被并联连接的第二电感器和第二电容元件,在所述第一及第二发电单元中,所述谐振频率fT和所述谐振频率fR被设定为与所述RF功率的频率f0实质上相等,当将所述振荡器的升压比设为Voc、将第一电感器的电感设为L1、将第二电感器的电感设为L2、且将所述馈电天线与所述受电天线的耦合系数设为k时,满足(L2/L1)≥4(k/Voc)2;合成部,其合成从第一及第二发电单元中的所述受电天线所接受的RF功率后进行输出;和控制部,其控制所述第一及第二发电单元中的所述振荡器,以使所述第一发电单元中的所述谐振磁场的相位与所述第二发电单元中的所述谐振磁场的相位的相位差θres在90度以上且180度以下。
本发明的其它发电装置,包括:第一及第二发电单元,所述第一及第二发电单元分别具有:发电部,其输出直流功率;振荡器,其将从所述发电部输出的直流功率转换为频率f0的RF功率;馈电天线,其发送出所述RF功率,且包括以构成具有谐振频率fT的串联谐振电路的方式被串联连接的第一电感器和第一电容元件;受电天线,其通过谐振磁场的耦合来接受由所述馈电天线发送的所述RF功率的至少一部分,且包括以构成具有谐振频率fR的并联谐振电路的方式被并联连接的第二电感器和第二电容元件;以及整流器,其将从所述受电天线得到的RF功率转换为直流功率,在所述第一及第二发电单元中,所述谐振频率fT和所述谐振频率fR被设定为与所述RF功率的频率f0实质上相等,当将所述振荡器的升压比设为Voc、将整流器的升压比设为Vrr、将所述第一电感器的电感设为L1、将所述第二电感器的电感设为L2、且将所述馈电天线与所述受电天线的耦合系数设为k时,满足(L2/L1)≥4(k(Voc/Vrr))2;输出部,其合成从第一及第二发电单元中的所述馈电天线所接受的RF功率后进行输出;和控制部,其控制所述第一及第二发电单元中的所述振荡器,以使所述第一发电单元中的所述谐振磁场的相位与所述第二发电单元中的所述谐振磁场的相位的相位差θres在90度以上且180度以下。
本发明的其它发电装置,具有N个(N是4以上的整数)发电单元和并行合成所述发电单元的输出的合成部,所述发电单元具有:发电部,其输出直流功率;振荡器,其将从所述发电部输出的直流功率转换为频率f0的RF功率;馈电天线,其发送出所述RF功率,且包括以构成具有谐振频率fT的串联谐振电路的方式被串联连接的第一电感器和第一电容元件;受电天线,其通过谐振磁场的耦合来接受由所述馈电天线发送出的所述RF功率的至少一部分,且包括以构成具有谐振频率fR的并联谐振电路的方式被并联连接的第二电感器和第二电容元件;以及整流器,其将从所述受电天线得到的RF功率转换为直流功率,在所述发电单元中,所述谐振频率fT和所述谐振频率fR被设定为与所述RF功率的频率f0实质上相等,当将所述振荡器的升压比设为Voc、将所述第一电感器的电感设为L1、将所述第二电感器的电感设为L2、且将所述馈电天线与所述受电天线的耦合系数设为k时,满足(L2/L1)≥4(k/Voc)2,所述发电装置还具有控制部,该控制部控制各发电单元中的所述振荡器,以使所述N个发电单元之中最相接近的两个发电单元的一方的所述谐振磁场的相位与另一方的所述谐振磁场的相位的相位差θres在90度以上且180度以下。
(发明效果)
根据本发明的无线电力传输装置的优选实施方式,能够在利用谐振磁场的耦合来进行天线之间的传输时,实现升压效果。此外,根据本发明的无线电力传输装置的优选实施方式,能够进行非接触的无线功率传输。因此,例如,能够在建筑物的电子设备中一边升压一边传输由设置在屋外的发电部产生的功率。因此,能够降低发电装置的铺设成本,使发电部的一部分变差时的转换作业简便化。此外,根据本发明的实施方式,能够抑制针对无线电力传输装置的引入而担忧的向周边空间泄漏的不需要的电磁分量。
而且,根据本发明的优选实施方式,由于能够简单地使发电部的输出电压上升,因此,在串联连接输出电压较低的发电元件(太阳能电池)来构成发电部时,能够大幅度降低发电元件的连接个数。因此,在并联连接本发明的实施方式中的发电装置来构造太阳能发电装置时,能够降低针对局部遮荫的特性变差,实现稳定的电力供给。
附图说明
图1是表示本发明的无线电力传输装置的基本结构的一个示例的图。
图2(a)以及(b)是分别表示谐振磁场的相位的波形图。
图3是表示本发明的无线电力传输装置的基本结构的其它示例的图。
图4是表示本发明的无线电力传输装置的基本结构的另一其它示例的图。
图5是表示本发明的无线电力传输部的基本结构的图。
图6是表示本发明的无线电力传输部中的天线的等效电路的图。
图7是表示本发明的发电装置的基本结构例的图。
图8是表示本发明的发电单元的结构例的图。
图9是表示本发明的发电装置的使用例的示意图。
图10是表示本发明的其它无线电力传输装置(带有整流电路)的基本结构的图。
图11是表示本发明的其它发电装置(带有整流电路)的结构的图。
图12是表示本发明的发电装置的第一实施方式的图。
图13是本发明的发电装置的第一实施方式中的无线传输部的等效电路图。
图14是表示本发明的发电装置的第一实施方式的变形例的图。
图15(a)是表示两个电感器的配置例的俯视图,(b)是其示意性的剖视图。
图16是表示本发明的发电装置的实施方式的图。
图17是本发明的发电装置的一个示例的俯视示意图。
图18是本发明的发电装置的一个示例的俯视示意图。
图19是表示本发明的发电装置的第二实施方式的图。
图20(a)是在本发明的发电装置的第二实施方式中可使用的半波倍电压整流电路的电路图,(b)是在第二实施方式中可使用的全波倍电压整流电路的电路图。
图21是表示本发明的发电装置的实施方式的方框图。
图22是表示本发明的发电装置的实施方式的方框图。
图23是表示本发明的发电装置的实施方式的方框图。
图24是表示本发明的实施例中的无线传输部的输入阻抗Zin以及输出阻抗Zout的天线间隔依存性的曲线图。
图25是表示本发明的实施例中的无线传输部的输入输出阻抗转换比Zr以及无线传输效率的天线间隔依存的曲线图。
图26是表示本发明的实施例1中的无线传输部的输入输出阻抗转换比Zr以及无线传输效率的天线间隔依存的曲线图。
具体实施方式
在说明本发明的无线电力传输装置以及发电装置的优选实施方式之前,首先,参照图1至图11,对本发明的基本结构进行简单说明。
图1是表示本发明的无线电力传输装置的基本结构的一个示例。
该无线电力传输装置具有输出被并联连接的第一无线电力传输部10a和第二无线电力传输部10b。第一及第二无线电力传输部10a、10b分别具有:输出频率f0的RF功率的振荡器103;从振荡器103接收或发送频率f0的RF功率的馈电天线107;和通过谐振磁场耦合来接收由馈电天线107发送的RF功率的至少一部分的受电天线109。
从各振荡器103输出的RF功率的相位由控制部192来调整。通过控制部192的移动,能够将第一无线电力传输部10a中的谐振磁场195a的相位与第二无线电力传输部10b中的谐振磁场195b的相位之间的差异(相位差)设定为规定值。在该无线电力传输装置中,第一无线电力传输部10a中的谐振磁场195a与第二无线电力传输部10b中的谐振磁场195b之间的相位差被设定为90度以上且180度以下。
图2(a)、(b)都是示意性地表示谐振磁场195a、195b的相位差的波形图。在图2(a)所示的示例中,示出相位差θres具有90度以上且180度以下的值。图2(b)示出相位差θres等于180度时的谐振磁场195a、195b的波形例。
在本说明书中,当以(360×n+θ)度表示所关注的两个谐振磁场之间的相位的差异时(n是整数,θ是0以上且360以下的实数),将θ度以及(360-θ)度之中较小的值定义为“相位差”。因此,相位差的最大 值是180度。
再次参照图1。
在图1中,表示谐振磁场195a的虚线箭头的朝向,与表示谐振磁场195b的虚线箭头的朝向是相反的。这是示意性地示出相位差为180度。
图1所示的控制部192,例如,具有:多个脉冲生成器,用于生成规定所对应的振荡器103的振荡开始时刻的选通脉冲(switching pulse);和控制这些脉冲生成器的工作的控制部。针对控制部192的结构例,在后面进行描述。
在图1的无线电力传输装置中,并联配置第一及第二无线电力传输部10a、10b,由合成部199合成受电天线109的受电的RF功率。其结果是,从该无线电力传输系统输出被合成的RF功率而赋予负载133a。
在由合成部199合成从第一及第二无线电力传输部10a、10b所输出的RF功率时,优选相位差为零。在图1的示例中,通过调节从各个受电天线109至合成部199的传输线路距离(线路长),而使合成部199中的相位一致。
图3是表示图1的无线电力传输装置的变形例的图。与图1的结构不同之处在于,在受电天线109与合成部199之间插入了相位调整部135。相位调整部135具有通过使从第一及第二无线电力传输部10a、10b中的受电天线109输出的RF功率的至少一方的相位超前或滞后,从而使在合成部199的相位一致的电路。这样的电路,可以是例如具有电容器元件以及电感器元件的电抗调整电路。
图4是表示图1的无线电力传输装置的其它变形例的图。与图1的结构不同之处在于,使传输从第一及第二无线电力传输部10a、10b输出的RF功率的两条布线的连接发生反转。当以有线的方式传输RF功率时,需要由两条布线组合而成的一对布线对结构。当在一条布线中流过电流时,在另一条布线中会流过返回电流,两个布线中的电流的相位倒相。因此,当从第一及第二无线电力传输部10a、10b中的受电天线109所输出的RF功率的相位差为180度时,若使将第一无线电力输出部10a中的受电天线109与第二无线电力传输部10b中的受电天线109进行了连接的布线对的极性的组合呈相反,则能够使第一无线电力传输部10a中的受电天线109 所接受的RF功率与第二无线电力传输部10b中的受电天线109所接受的RF功率的合成部199的相位一致。
实用上而言,从受电天线109所输出的RF功率的相位差不需要严格为180度。在相邻的受电天线之间距离d相对于传输频率波长λ而处于数度以内的电长度范围内的条件下,图4的结构是有利的。例如,当假设1m间隔的太阳能发电模块的配置时,若传输频率为1MHz,则传输频率中的波长λ为300m,d相当于1.2度的电长度。此时,优选采用比图3的结构简单的图4的结构。
而且,本发明的无线电力传输装置所包含的无线电力传输部的个数不局限于两个,也可以是三个以上。当由馈电天线107与受电天线109所形成的天线对的个数为三个以上时,优选将振荡器103的振荡状态控制为最接近的天线对之间的相位差在90度以上且180度以下。
接着,参照图5以及图6,说明第一及第二无线电力传输部10a、10b中的无线电力传输的基本原理。第一及第二无线电力传输部10a、10b的基本结构相同。
首先,参照图5。图5是表示图1的无线电力传输装置的结构例的方框图。无线电力传输部10a、10b分别具有:振荡频率f0的振荡器103;谐振频率fT的馈电天线107;和谐振频率fR的受电天线109,谐振频率fT以及谐振频率fR都被设定为等于频率f0。频率f0,例如设定为50Hz~300GHz,优选为10kHz~6GHz,更优选为20kHz~20MHz。而且,对用途而言,设定为20kHz~100kHz或13.56MHz或2.45GHz。
振荡器103接受直流功率(电力),并将该直流功率转换为频率f0的RF功率(DC-RF转换)。振荡器103的振荡状态由振荡器驱动电路190控制。
振荡器驱动电路190,例如,是生成用于规定振荡器103的振荡定时的脉冲信号的脉冲生成电路。从振荡器驱动电路190输入到振荡器103的脉冲信号,典型而言是具有矩形波形的模拟信号。该脉冲信号是对振荡器103中所包含的大功率用晶体管进行选通的驱动信号。优选振荡器驱动电路190与振荡器103相接近配置,以使该驱动信号的波形不失真。而且,在本实施方式中,虽然振荡器驱动电路190与振荡器103被划分在不同的 电路,但振荡器驱动电路190也可以与振荡器103呈一体化。
从各振荡器103所输出的RF功率的相位,由从振荡器驱动电路190所输入的脉冲信号的输入定时来规定。其中,将从第一无线电力传输部10a的振荡器103输出的RF功率193a的相位设为“θta”,将从第二无线电力传输部10b的振荡器103输出的RF功率193b的相位设为“θtb”。此外,将第一无线电力传输部10a的谐振磁场195a的相位称为“θresa”,将第二无线电力传输部10b中的谐振磁场195b的相位称为“θresb”。而且,将从第一无线电力传输部10a中的受电天线109输出的RF功率197a的相位称为“θra”,将从第二无线电力传输部10b中的受电天线109输出的RF功率197b的相位称为“θrb”。
各个振荡器驱动电路190的工作,由控制部192进行调整。控制部192能够调整各个振荡器驱动电路190生成的脉冲信号的生成定时,并根据它将从第一无线电力传输部10a的振荡器103输出的RF功率193a的相位θta与从第二无线电力传输部10b的振荡器103输出的RF功率193b的相位θtb之差设定为90度以上且180度以下的值。
在控制部192与多个振荡器驱动电路190之间,为了合适地进行由数字信号构成的控制信号的传输,二者也可以分开。控制部192与多个振荡器驱动电路190的连接,虽然可以通过有线的方式,但优选通过无线通信来连接。如此,控制部192作为调整从多个振荡器驱动电路190分别向对应的振荡器输入驱动信号的定时的同步调整部来发挥功能。
从振荡器103所输出的RF功率193a、193b,分别被输入到与振荡器103连接的馈电天线107。被设计为谐振频率相等的馈电天线107以及受电天线109,通过彼此的振荡器形成的谐振磁场的重合来进行电路耦合,受电天线109能够接受由馈电天线107发送的RF功率的至少一部分。受电天线109未与馈电天线107接触,而是从馈电天线107隔开例如数mm~数m左右的距离。
本发明的无线电力传输装置中的“天线”,是用于通过使用利用了谐振器的电磁场的接近分量(近接场)的耦合而在两个物体之间进行功率传输的结构要素。根据利用了谐振磁场的无线电力传输,由于不会产生在向远程传输电磁波时产生的功率损耗,因此,能够极高效地传输电力。在利 用了这样的谐振磁场的耦合的功率传输中,与利用了法拉第电磁感应法则的公知的无线电力传输相比,损耗少。此外,在本发明的实施方式中,例如,能够在例如相隔数米的两个谐振器(天线)之间传输功率。
为了进行基于这样的原理的无线电力传输,需要在两个谐振天线对之间,产生基于电磁谐振的耦合。如上所述,本发明中的谐振频率fT以及谐振频率fR,虽然都被设定为等于振荡器103的频率f0,但不需要严格地设定为与频率f0相等,实质上设定为大致相等即可。fT以及fR都不需要与频率f0完全一致。为了实现基于谐振器之间的耦合的高效的功率传输,虽然fT=fR是理想的,但只要fT与fR之差充分小即可。在本说明书中,所谓“频率fT等于频率fR”,定义为满足以下计算式1的情况。
(式1)|fT-fR|≤fT/QT+fR/QR
其中,QT设为馈电天线的谐振器的Q值,QR设为受电天线的谐振器的Q值。一般而言,当将谐振频率设为X,谐振器的Q值设为Qx时,该谐振器的谐振产生的频带相当于X/Qx。若|fT-fR|≤fT/QT+fR/QR的关系成立,则在两个谐振器之间实现基于电磁谐振的功率传输。
图6是表示馈电天线107以及受电天线109的等效电路的图。本发明中的馈电天线107是串联连接了馈电电感器107a和第一电容元件107b的串联谐振电路,受电天线109是并联连接了受电电感器109a和第二电容元件109b的并联谐振电路。而且,馈电天线107的串联谐振电路具有寄生电阻成分R1,受电天线109的并联谐振电路具有寄生电阻成分R2。
在本发明中,当将振荡器103的升压比设为Voc,馈电电感器107a的电感设为L1,受电电感器109a的电感设为L2,馈电天线107与受电天线109的耦合系数设为k时,以满足以下关系的方式来决定L1、L2、k、Voc的值。
(L2/L1)≥4(k/Voc)2
当满足上述关系时,经过无线电力输出,能够将所输出的RF功率的电压相对于所输入的直流功率的电压提高2倍以上(升压比:2以上)。对于实现这样的升压的原因,在后面进行详述。而且,今后,升压比定义为系统内的该电路块(还包括连接了多个电路块的电路块组)中的输入输出功率的电压比。例如,当直流电压(Vdc)上升为交流电压(有效电压 Vac时,升压比为Vac/Vdc。而且,电路块是振荡部103、馈电天线107、受电天线109、后述的发电部101以及整流器115等要素。
根据本发明的无线电力传输装置,能够在传输时高效地对低电压的功率(电力)进行升压。
接着,说明本发明的发电装置的结构例。图7是本发明的发电装置的示意图。图8是表示本发明的发电装置的结构的一部分。
图7的发电装置具有第一发电单元131a与第二发电单元131b。该发电装置,虽在各发电单元131a、131b具有向振荡器103供给直流功率的发电部(发电设备)101这一点上,与图1所示的无线电力传输装置不同,而其它结构与图1所示的结构相同。
根据本发明的发电装置,即使发电部101的输出电压低时,也能够通过升压效果,输出高电压的电力。因此,根据本发明的发电装置,例如,在传输由太阳能电池(单元)构成的发电部(太阳能发电部)生成的低电压的功率(电力)时,能够有效地进行升压。因此,能够大幅度降低应串联连接的单元的个数。其结果是,能够降低铺设费用或维持费用,能够提供适合普及的新的太阳能发电装置。
图9是表示具有本发明的无线电力传输装置的发电装置的使用例的示意图。图示的发电装置,具有设置在建筑物200的外部(屋外)的发电部101、和用于对建筑物200的内部所存在的电子设备传输电力的无线传输部105。该例中的发电部101,由于通过太阳能进行发电,因此,以下,有时称为太阳能发电部101。然而,本发明的发电部,不局限于太阳能发电部。
太阳能发电部101,作为发电设备而具有相连接的多个太阳能电池。无线传输部105具有隔着建筑物200的壁111而对置的馈电天线107和受电天线109。馈电天线107与屋外的太阳能发电部101连接,受电天线109与屋内的电子设备连接。而且,太阳能发电部101不需要设置在屋顶,而可以设置在建筑物200的壁111上,也可以设置在其它建筑物中。
在图9的示例中,虽然在建筑物200的内侧配置了受电天线109,但受电天线109的位置不局限于该示例。由馈电天线107以及受电天线109形成的谐振天线对的整体,也可以设置在建筑物200的外侧(屋顶或壁表 面)。此时,受电天线109接受的RF功率在建筑物200的内部可通过有线或无线的方式被发送。
构成本发明的发电部的发电设备不局限于太阳能电池,可以是其它发电设备。例如,发电部可以具有燃料电池。燃料电池,由于输出电压较低的DC功率,且与高电压系统连接来使用,因此,本发明的升压效果有用。
图10是表示本发明的其它无线电力传输装置的结构的一部分的图。该无线电力传输装置与前述的无线电力传输装置(图6)不同点在于,具有与受电天线109连接的整流电路(整流器)115。通过该整流电路115的工作,能够从无线电力传输装置输出直流功率。图11示出具有该类型的无线电力传输装置的本发明的发电装置的结构的一部分。根据图11的发电装置,即使使用了输出低电压的直流功率的发电部101,也能够利用无线电力传输时的升压效果,输出升压为电压足够高的直流功率。
而且,若将整流电路115的升压比设为Vrr,则在受电天线109连接了整流电路115时,当满足以下关系时,能够实现2倍以上的升压。
(L2/L1)≥4(k/(Voc×Vrr))2
针对这点,详细的说明后述。
受电天线109所接受的RF功率,可以不是直流而是转换为交流。
以下,参照附图,说明本发明的优选实施方式。
(实施方式1)
首先,参照图12以及图13,说明本发明的发电装置的第一实施方式。图12是表示本实施方式的透视示意图,图13是图12所示的无线传输部105的等效电路图。在图12、图13中,对与图5、图6所示的结构要素对应的结构要素赋予了相同参照符号。
本实施方式的发电装置,如图7所示,具有输出被并联连接的多个发电单元,各发电单元,如图12所示,具有串联连接了发电部101、振荡器103、和无线传输部105的结构。
本实施方式中的发电部101具有串联连接的多个太阳能电池(单元)。作为太阳能电池,从提高发电效率的观点出发,优选使用结晶硅系的太阳能发电元件。然而,本发明可使用的太阳能电池,可以是使用砷化镓、CIS系等化合物半导体材料的各种太阳能发电元件,也可以是使用有机材料的 各种太阳能发电元件。此外,使用的半导体的结晶构造,可以是单晶、多晶、非晶质的任一种。也可以利用对各种半导体材料进行了层叠的堆叠(tandem)型的太阳能发电元件。
在振荡器103中,能够使用可实现D级、E级、F级等高效并且低失真特性的放大器,也可以使用Doherty放大器。在发生包括失真分量的输出信号的选通元件的后级,可以通过配置低通滤波器或带通滤波器,来生成高效的正弦波。
无线传输部105具有馈电天线107和受电天线109。从传输效率的观点出发,优选馈电天线107与受电天线109以对置方式配置。不过,天线107、109的配置并不局限于对置配置,二者还可以以非正交的方式配置。
由发电部101生成的直流功率,通过振荡器103被高效地转换为RF功率。该RF功率,利用无线传输部105,隔着空间(壁111)以非接触的方式通过无线传输,从输出端子119被输出。
图示的馈电天线107是由馈电电感器107a以及第一电容元件107b构成的串联谐振电路,受电天线109是由受电电感器109a以及第二电容元件109b构成的并联谐振电路。馈电天线107的谐振频率fT以及受电天线109的谐振频率fR,分别被设定为与由振荡器103生成的RF功率的频率f0几乎相等。此外,本实施方式中的受电天线109的输出电感Zout,被设定为高于振荡器103的输入直流电感Zidc的值。
根据上述原理,在本实施方式中,能够将馈电天线107与受电天线109之间的距离设定为例如数mm~数m的距离,即使二者之间存在壁111,也能够高效地传输功率。而且,不言而喻,在馈电天线107与受电天线109之间不存在壁111而仅存在空间时,也能够以非接触方式传输功率。
此外,在本实施方式中,不仅能够实现基于这样的无线的非接触连接,还能够取出流入馈电天线107的RF功率的输入电压,作为在受电天线109侧被升压的RF功率。
为了抑制在电路块之间的RF功率的多重反射,并改善总发电效率,优选在受电天线109的输出端子与负载连接的状态下,使振荡器103的输出电感Zoc与馈电天线107的输入电感Zin相等。此外,同样地,优选在振荡器103与馈电天线107连接的状态下,使受电天线的输出电感Zout 与所连接的负载的电阻值R相等。
而且,在本说明书中,所谓两个电感“相等”,不局限于电感严格一致的情况,还包括大致相等的情况,具体而言,定义为包括:两个电感之差为一方的电感的25%以下的情况。
馈电天线107与受电天线109之间,不需要存在壁111,也可以不隔着障碍物,使馈电天线107与受电天线109对置。此外,隔着馈电天线107与受电天线109之物可以是屋顶。
而且,既可以在屋内配置,也可以在屋外配置馈电天线107以及受电天线109两者。即使在这种情况下,也能够在两个天线之间进行无线电力传输时进行升压。当在屋内设置馈电天线107以及受电天线109两者时,屋外的太阳能发电部101与馈电天线107的连接,例如能够通过经由设置在建筑物200的壁111的开口部的有线来实现。此外,在屋外设置有馈电天线107以及受电天线109两者时,屋内的电子设备与受电天线109的连接,例如也能够通过经由设置在建筑物200的壁111的开口部的有线来实现。为了省略屋内外的有线连接,如图12所示的示例,优选在屋外设置馈电天线107,并在屋内设置受电天线109。
本实施方式中的无线电力传输的效率,取决于构成馈电天线107与受电天线109之间的间隔(天线间隔)、或馈电天线107以及受电天线109的电路元件的损耗的大小。而且,所谓“天线间隔”,实际上是两个电感器107a、109a的间隔。天线间隔能够以天线的配置区域(被天线占有的区域)的大小为基准进行评价。
在优选的实施方式中,馈电电感器107a以及受电电感器109a,都以平面状展开,二者被配置为彼此平行对置。在此,所谓天线的配置区域的大小,是指尺寸相对较小的天线的配置区域的大小,当构成天线的电感器的外形为圆形时定义为圆的直径,当为正方形时定义为正方形一边的长度,当为长方形时定义为长方形的短边的长度。根据本实施方式,即使天线间隔是天线的配置区域的大小的1.5倍左右,也能够以90%以上的无线传输效率来传输功率。此外,能够使无线传输部105的输出电感相对于输入电感增大7832倍以上。
虽然本实施方式中的馈电电感器107a以及受电电感器109a分别具有 匝数N1、N2的螺旋形的构造(N1>1、N2>1),也可以具有匝数为1的环(loop)构造。这些电感器107a、109a,不需要构成为一层的导电体图案,也可以具有串联连接了被层叠的多个导电体图案的结构。
馈电电感器107a、受电电感器109a,可以由具有良好导电率的铜或银等导电体形成。RF功率的高频电流,由于会集中在导电体的表面流动,因此,为了提高发电效率,可以用高导电率材料覆盖导电体的表面。若由在导电体的剖面中央具有空洞的结构来形成电感器107a、109a,则能够实现轻量化。而且,若采用里兹线等并列布线构造来形成电感器107a、109a,由于能够降低单位长度附近的导体损耗,因此能够使串联谐振电路以及并联谐振电路的Q值提高,能够更高效地传输电力。
为了抑制制造成本,可采用喷墨印刷技术来统一形成布线。虽然可以在馈电电感器107a及/或受电电感器109a的周边配置磁性体,但不优选将馈电电感器107a与受电电感器109a的耦合系数设定为极端的高值。因此,更优选使用具有能够将电感器107a、109a之间的耦合系数设定为适当的值的空芯螺旋构造的电感器。
各电感器,一般而言,具有线圈形状。然而,并不局限于这样的形状。在高频中,具有某种程度线长的导体,由于具有电感,因此作为电感器来发挥功能。此外,作为其它示例,即使在串珠状的铁素体中仅通过导线,也可以作为电感器来发挥功能。
在第一、第二电容元件107b、109b中,能够利用例如具有芯片形状、引线形状的所有类型的电容器。能够使隔着空气的两个布线之间的电容作为第一、第二电容元件107a、109b来发挥功能。当由MIM电容器构成第一、第二电容元件107b、109b时,能够使用公知的半导体工艺或多层基板工艺来形成低损耗的电容电路。
从确保长期可靠性的观点出发,优选构成馈电天线107以及受电天线109的部件(电感器以及电容元件等)被容纳在保护装置117内。此外,优选在保护装置117内实施防水加工。
为了使传输损耗最小化,优选馈电天线107以及受电天线109尽可能接近地配置。然而,可以通过将升压比调整为希望的值为目的来调整在保护装置117内的位置。
保护装置117也可以被直接固定于壁111或屋顶等的外部部件。在对馈电天线107与受电天线109的磁场耦合的强度不产生影响的范围内,通过在保护装置117以及外部部件分别设置强磁性体以及磁石,可以利用在强磁性体与磁石之间起作用的磁力,在外部部件上自如装卸地安装保护装置117。或者,通过在保护装置117以及外部部件的任一方上设置吸盘,从而在外部部件上自如装卸地安装保护装置117。
接着,参照图13,说明由本发明的发电装置获得的升压效果。
在此,设为以耦合系数k来耦合馈电侧的馈电天线107与受电侧的受电天线109。耦合系数,是通过在使以相同频率f0进行谐振的两个谐振器(天线107、109)接近时测量所分离的两个谐振频率fL、fH,从而由以下计算式导出的。
(式2)k=(fH2-fL2)/(fH2+fL2)
而且,振荡器103的频率f0,优选设定在谐振频率fL、fH的附近。更详细而言,当分别将谐振频率fL、fH的耦合谐振器对的Q值设为QL、QH时,优选以满足下计算式3的方式设定f0。
(式3)fL-fL/QL≤f0≤fH+fH/QH
此外,在电感L1的馈电电感器107a与电感L2的受电电感器109a之间产生的互感M与耦合系数k之间,以下关系成立。
(式4)M=k×(L1×L2)0.5
如此,耦合系数k作为电感器之间或谐振器之间的耦合强度的指标,是与以往使用的公知的耦合系数相同的指标。耦合系数k,是满足0<k<1的关系的数值。在基于现有的电磁感应的功率传输中,尽可能增大耦合系数k,以大致等于1的方式,设计电感器对的结构以及配置关系。如下面所述,在本发明中,不需要将耦合系数k设定为接近1的值,也能够设定为0.5以下的值。
在受电天线109的并联型谐振电路中,若将流过受电电感器109a的高频电流设为IL2,将流过第二电容元件109b的高频电流设为IC2,则向图13所示的方向流动的输出高频电流I2,由以下计算式表示。
(式5)I2=-IL2-IC2
此外,若将流过馈电电感器107a的高频电流设为IL1,则使用流过 受电电感器109a的高频电流IL2、流过第二电容元件109b的高频电流IC2、受电电感器109a的电感L2、受电电感器109a的寄生电阻R2、馈电电感器107a的电感L1、第二电容元件109b的电容C2,导出以下的计算式。
(式6)(R2+jωL2)×IL2+jωM×IL1=IC2/(jωC2)
在受电天线109中,由于谐振条件成立,因此以下的(式7)成立。
(式7)ωL2=1/(ωC2)
根据上述的(式5)~(式7),以下的计算式成立。
(式8)R2×IL2+jωM×IL1=jωL2×I2
将(式8)变形得到以下的计算式。
(式9)I2=k×(L1/L2)0.5×IL1-j(R2/ωL2)×IL2
另一方面,用于评价馈电天线107的谐振器的低损耗性的指标Q值,由(式10)的计算式表示。
(式10)Q2=ωL2/R2
在此,当谐振器的Q值非常高时,忽视(式6)的右边第二项的近似成立。因此,最终由以下的(式11),导出在受电天线109产生的高频电流(输出电流)I2的大小。
(式11)I2=k×(L1/L2)0.5×IL1
其中,高频电流I2取决于输入馈电侧的谐振器(馈电天线107)的高频电流I1(=流过馈电电感器107a的高频电流IL1)、谐振器(天线)之间的耦合系数k、馈电电感器107a以及受电电感器109a的电感L1、L2。
根据上述的(式11),本实施方式的发电装置的升流比Ir,由以下的(式12)表示。
(式12)Ir=|I2/I1|/Voc=k/Voc×(L1/L2)0.5
此外,升压比Vr以及电感转换比Zr,分别由(式13)以及(式14)表示。
(式13)Vr=(Voc/k)×(L2/L1)0.5
(式14)Zr=(Voc/k)2×(L2/L1)
如(式13)所示,当(L2/L1)>(k/Voc)2的条件成立时,升压比Vr大于1。由此可知,若耦合系数k变小,则升压比Vr上升。在基于现 有的电磁感应的功率传输中,使耦合系数k降低,会导致传输效率的大幅度降低,但在本发明的磁谐振方式中,即使降低耦合系数k,也不会大幅度降低传输效率。特别地,若将构成各个馈电天线107以及受电天线109的谐振器的Q值设定为较高的值,则能够一边增大升压比Vr,一边抑制传输效率的降低。
为了避免太阳能发电系统中的局部遮荫(partial shading)的影响,与串联连接多个太阳能发电部的结构相比,优选采用并联连接多个太阳能发电部的结构。为了通过并联连接两个太阳能发电部而得到与串联连接两个太阳能发电部的情况同等的电压特性,需要将各太阳能发电部的输出电压升压至2倍。
根据(式12),升压比Vr等于2,是在满足(L2/L1)≥4×(k/Voc) 2的关系时。在本发明中,由于满足(L2/L1)≥4×(k/Voc)2的关系,因此能够实现2以上的升压比Vr。
若(L2/L1)≥100×(k/Voc)2的关系成立,则能够实现10倍以上的升压比Vr。若(L2/L1)≥10000×(k/Voc)2的关系成立,则能够实现100倍以上的升压比Vr。
在本实施方式的发电部中,以这样来实现高升压比Vr的方式,易于设定k、Voc、L2、L1的大小。
以下,将本实施方式的无线电力传输装置的效果与现有的无线电力传输装置进行比较来说明。
在专利文献2所公开的无线电力传输装置中,虽然在两个磁谐振器之间传输功率,但该无线电力传输装置,由于在两个谐振器采用同一谐振电路结构,因此在传输时未发现升压效果。通过本发明的无线电力传输装置得到的输出电压的上升效果,是在馈电天线侧采用串联谐振构造,并且在受电天线侧采用并联谐振构造,且在这些不同的谐振构造之间进行功率传输时产生的新的效果。
而且,串联谐振电路或并联谐振电路,即使在RF标签(tag)所代表的现有的无线通信系统中也能使用。然而,在无线通信系统的高频屏蔽的特性试验中使用的测定器的测定端子的终端阻抗或高频电缆的特性阻抗,基本上被设定为50Ω。因此,在与无线通信系统的天线的连接点处,即 使在发送设备内或接收设备内,一般使阻抗调整为50Ω来连接电路块之间。
另一方面,本发明中的无线传输部的输入输出阻抗的转换比Zr,在后述的实施例中还被设定为表示超过100、或根据条件而超过20000之类的极高的值。这样高的输入输出阻抗转换比Zr,在现有的通信系统中是考虑的对象之外。
此外,在本发明中,将两个谐振器(天线)之间的距离设定得较大,且耦合系数k设定得越低,就越能够得到更高的升压比Vr,这是从公知的通信系统中已使用的无线传输部的构造以及功能中无法容易想到的效果。
而且,在电源电路等中所利用的变压器中,两个电感器接近,作为一种无线电力传输装置来发挥功能。然而,在这些电感器之间,未产生磁谐振型的耦合。而且,在变压器中,能够通过增加受电电感器的匝数N2相对于馈电电感器的匝数N1的比率,来实现升压效果。然而,若想要由变压器升压电路实现例如10以上的升压比,则需要使匝数N2增加至匝数N1的10倍以上。由于匝数N2的大幅增加会使受电电感器中的寄生电阻分量R2呈比例上升,因此,导致传输效率的降低。就该点而言,现有的变压器技术的升压效果被限定为相对于匝数比呈线性的效果,而相对于此,在本发明中,即使匝数N1与匝数N2被设定为相同值,也能够非线性地得到高的Zr。
在本发明中,不需要将馈电电感器107a的电感L1与受电电感器109a的电感L2设定为相等。例如,能够通过将电感L2设定得大于电感L1,来提高升压比Vr。
图14是表示为了提高受电电感器109a的电感L2,而将受电电感器109a的匝数N2设定为大于馈电电感器107a的匝数N1的值的实施方式的图。当N2/N1大于1时,与使用公知的变压器升压电路来进行升压的情况相比,能够以更低的损耗来实现高的升压比。
由于电感L2大于电感L1,因此,也可以取代将N2/N1设定得大于1,而在保持将N2/N1设定为1的情况下,将受电天线109的形成区域扩大得比馈电天线107的形成区域更大。
在以下的说明中,在馈电电感器107a以及受电电感器109a的至少前表面都具有平面形状,且将它们设置为彼此不正交。图15(a)表示相对于馈电天线107的配置面而垂直投影的受电天线109的配置区域113。在此,所谓馈电天线107的“配置面”,定义为包括馈电电感器107a的前表面的一个平面(第一配置面)。图15(b)是表示馈电电感器107a的配置面240的俯视图。图15(b)的示例中的馈电电感器107a相对于配置面240平行。此外,所谓受电天线的配置区域,定义为由相对于馈电天线107的配置面240被垂直投影的受电电感器109a的轮廓所包围的区域。
图15(a)表示相对于馈电天线107的配置面被垂直投影的馈电电感器107a。在图15(a)所示的示例中,投影到馈电天线107的配置面的馈电电感器107a,在配置区域113的内部存在,并且靠近配置区域113的边缘部。通过采用这样的配置结构,能够实现更高的升压比。
为了调整无线传输部105的升压比,可以通过非对称的组合来设定天线的形状以及尺寸,由此使馈电天线设定得大于受电天线。
而且,天线的配置关系不局限于图15所示的示例,可以是调换馈电天线107与受电天线109的配置关系。即,也可以将图15中的“馈电天线107”置换为“受电天线109”,将“配置区域113”置换为“馈电天线107的配置区域”。在此,所谓“馈电天线107的配置区域”是由投影到受电天线109的配置面的电感器107a的轮廓所包围的区域。此外,所谓“受电天线109的配置面”是定义为包括受电电感器109a的前表面的一个平面(第二配置面)。从传输效率的观点出发,虽然优选第一配置面与第二配置面呈相互平行的关系,但二者不需要严格地平行。而且,馈电电感器107a、受电电感器109a,不需要具有平面性的形状。
以下,对本发明的发电装置的优选实施方式进行说明。
首先,参照图16。图16所示的发电装置的实施方式,分别具有包括发电部101、振荡器103、馈电天线107以及受电天线109的多个发电单元131a、131b、…131n。多个受电天线109受电的输出功率被并行合成而形成总输出功率。在包括馈电天线107与受电天线109的谐振天线对中所形成的谐振磁场195,在相邻的天线对之间,相位差的绝对值θres(=|θresa-θresb|)为90度以上且180度以下,优选设定为180度。
在本实施方式中,例如,通过第一发电单元131a中的振荡器驱动电路190,来控制从对应的振荡器103发送出的RF功率193a的相位θta。同样地,通过第二发电单元131b中的振荡器驱动电路190,来控制从对应的振荡器103发送出的RF功率193b的相位θtb。如参照图5所说明的,各振荡器驱动电路190通过有线或无线的方式,与控制部192(图5)连接。
从第一发电单元131a内的振荡器103输出的RF功率193a以及从第二发电单元131b内的振荡器103输出的RF功率193b,都是同一频率f0的高频功率。通过上述控制,来控制RF功率193a与RF功率193b的相位差的绝对值θt(|θta-θtb|)。为了在上述范围内设定θres,将θt控制为90度以上且180度以下,优选180度。
能够通过将各发电单元131a、131b中的馈电天线107的电感、尺寸、匝数设定为相等,从而使θt与θres设定为相等。优选采用参照图3以及图4说明的结构,以使从第一发电单元131a内的受电天线109输出的RF功率197a的相位θra与第二发电单元内的RF功率197b的相位θrb最终同相。
若谐振磁场195a、195b的相位差的绝对值θres为90度以上且180度以下,由于两个谐振磁场195a、195b的向量分量的至少一部分相抵,向周边空间的电磁泄漏能够降低。此外,若θres为180度,则两个谐振磁场相抵,因此能够抑制向周边空间的电磁泄漏。其效果是,对波长而言对远而短的(一般而言,设为频率f0的波长的1/8,优选为1/16以下)磁场源对有效,其抑制效果是磁场源对之间距离越短越有效。因此,当在本发明的发电装置内存在三个以上谐振天线对时,若针对最接近的谐振天线对之间将θres设定为90度以上,更优选设定为180度,则会提高电磁泄漏抑制效果。
当在本发明的发电装置内存在N个(N是4以上的整数)谐振天线对时,当N为偶数时,针对N/2个相邻谐振天线对组,将θres设定为90度以上且180度以下,更优选设定为180度,这是将来自装置的总电磁泄漏的抑制效果进行最大化的条件。此外,当N为奇数时,针对(N-1)/2个相邻谐振天线对组,将θres设为90度以上且180度以下,更优选设定为180度,这是将来自装置的总电磁泄漏的抑制效果进行最大化的条件。
图17是在本发明的发电装置内,四对送/受谐振天线对141a~141d以正方格子配置而存在时的俯视示意图。此时,与中心之间的距离为d3的送/受谐振天线对141a和送/受谐振天线对141d相比,优选中心之间的距离为d1(<d3)的送/受谐振天线对141a和送/受谐振天线对141b、以及中心之间的距离为d2(<d3)的送/受谐振天线对141a和送/受谐振天线对141c更满足θres≥90度。这是由于相抵的磁场分量之间的距离越短,越能够降低向周边泄漏的泄漏电磁分量。因此,在本发明的发电装置内,如图18所示,优选在最接近的送/受谐振天线对之间满足磁场抑制条件(90度≤θres≤180度)。在图18中,“+”的符号表示具有相同相位的谐振磁场,“-”的符号表示相对于“+”的符号的谐振磁场,在90度以上且180度以下的范围内相位不同的谐振磁场。
(实施方式2)
接着,参照图19,对本发明的发电装置的第二实施方式进行说明。
本实施方式的发电装置与第一实施方式中的发电装置不同的第一点在于,在合成部199的后级串联连接了将RF功率转换为DC功率的整流电路115。通过采用这样的结构,能够将多个受电天线109接受的受电功率作为DC功率进行输出。
通过本实施方式的发电装置,能够得到与第一实施方式中的发电装置的效果同样的效果,而且,能够得到直流的电力作为输出。
为了抑制电路块之间的RF功率的多重反射,并改善总发电效率,在整流电路115的输出端子与未图示的直流负载或直流负载系统连接的状态下,优选使振荡器103的输出阻抗Zoc与馈电天线107的输入阻抗Zin大致相等。此外,同样地,在振荡器103与馈电天线107连接的状态下,优选整流电路115的输出阻抗Zrout被设定为与所连接的未图示的直流负载或直流负载系统的电阻值R大致相等。
在整流电路115中,有以各种方式进行整流的电路,能够利用全波整流或桥式整流电路。图20(a)是半波倍电压整流电路的电路图,图20(b)是全波倍电压整流电路的电路图。另外,有能够实现3倍以上的升压比的高倍压整流电路方式。这些整流电路都能够应用本发明。
若使用图20所示的倍电压整流电路,则能够输出以输入整流电路115的RF电压的2倍升压了的直流电压。若使用这样的整流电路115,则除了在无线传输部105的升压效果,还能够实现进一步的升压效果。
在本实施方式中,针对实施方式1而导出的升压比Vr以及阻抗转换比Zr,分别使用整流电路115中的升压比Vrr,改写为以下的(式15)、(式16)。
(式15)Vr=(Voc×Vrr/k)×(L2/L1)0.5
(式16)Zr=(Voc×Vrr/k)2×(L2/L1)
在本实施方式中,如上述(式15)可知,当满足(L2/L1)>(k/(Voc×Vrr))2的关系时,能够将升压比设为大于1。
为了将升压比Vr设为2以上,需要满足(L2/L1)≥4(k/(Voc×Vrr)) 2的关系。当(L2/L1)≥100(k/(Voc×Vrr))2的关系成立时,能够实现10倍以上的升压比Vr。
根据本实施方式的发电装置,能够实现直流供电系统。作为直流供电系统的一个示例,虽然研究了24Vdc的供电系统,但通过满足(L2/L1)=2304×(k/(Voc×Vrr))2的关系,能够实现从0.5V至24V的48倍的升压。因此,当在直流供电系统中应用本发明时,优选满足(L2/L1)≥2304×(k/(Voc×Vrr))2的关系。此外,若(L2/L1)≥10000×(k/(Voc×Vrr))2的关系成立,则能够实现100倍以上的升压比Vr。
(实施方式3)
接着,参照图21,对本发明的发电装置的实施方式进行说明。图21是本实施方式中的发电装置的方框图。在图21中,对与前述的实施方式中的发电装置的构成要素相同的构成要素赋予相同的参照符号,省略其详细的说明。
图21的发电装置,包括并联连接的多个发电单元131a、131b…131n。本实施方式中的发电单元131a~131n,虽然都是实施方式2的发电装置,但为了得到本发明的效果,只要并联连接的至少两个发电装置是本发明的发电装置即可。
各发电单元131a~131n,具有串联连接的太阳能发电部101、振荡器 103、馈电天线107、受电天线109以及整流电路115。
通过太阳能发电部101生成的直流功率,由振荡器103高效地转换为RF功率。该RF功率,在馈电侧的馈电天线107与受电侧的受电天线109之间非接触地传输后,由整流电路115转换为整流功率,从各发电单元131a~131n输出的直流功率(电力),通过并联连接被相加后,供给到负载133a。
根据本实施方式,从各个发电单元131a~131n得到的输出电压,比由各个太阳能发电部得到的输出电压飞跃性地增大。因此,即使并联连接了发电单元131a~131n,也能够实现更接近于负载133a所要求的电压值的值。
由于并联连接了发电单元131a~131n,因此即使在发电单元131a~131n的一部分的特性变差时,或在针对发电单元131a~131n的太阳能的照射条件产生了差异时,也能够得到比现有的发电装置稳定的特性。
负载133a,例如是一般的电子设备或蓄电池。负载133a可以是用于将直流转换为交流的逆变器功能电路、升降压功能电路,或具有两种功能的复合功能的功率调节器(power conditioner)电路。例如,为了与负载133a的阻抗相匹配,可以在本实施方式中的发电装置的一部分串联连接发电装置。
(实施方式4)
接着,参照图22,对本发明的发电装置的第四实施方式进行说明。
本实施方式的发电装置与第二实施方式中的发电装置不同的第一点在于,在合成部199后级串联连接了将RF功率转换为AC功率的频率转换电路189,并将多个受电天线109接受的受电功率输出作为AC功率。
通过本实施方式的发电装置,能够得到与第一实施方式中的发电装置的效果相同的效果,而且,能够将可向负载/系统133b发送出的交流电力作为输出。在此,所谓负载/系统133b,如后所述,意味着可由AC功率驱动的负载、或以AC功率馈电的电力系统的至少一方。根据本实施方式,根据需要,能够切换向负载输出AC功率的情况与向系统输出的情况。
为了在电路块之间抑制RF功率的多重反射,并改善总发电效率,在频率转换电路189的输出端子与交流负载或交流电力网系统连接的状态 下,优选将振荡器103的输出阻抗Zoc与馈电天线107的输入阻抗Zin设为大致相等。
在频率转换电路189中,虽然有各种方式的电路,但能够采用如矩阵转换器方式那样直接进行频率转换的结构、或间接进行频率转换的电路。此外,作为输出结构,与单相或三相等输出对应的频率转换电路技术,都能够适用于本发明。
在本实施方式中,针对实施方式1而导出的升压比Vr以及阻抗转换比Zr,分别使用频率转换电路189中的升压比Vcon,改写为以下的(式17)、(式18)。
(式17)Vr=(Voc×Vcon/k)×(L2/L1)0.5
(式18)Zr=(Voc×Vcon/k)2×(L2/L1)
在本实施方式中,从上述(式17)可知,当满足(L2/L1)>(k/(Voc×Vcon))2的关系时,能够将升压比设为大于1。
为了将升压比Vr设为2以上,需要满足(L2/L1)≥4×(k/(Voc×Vcon))2的关系。当(L2/L1)≥100(k/(Voc×Vcon))2的关系成立时,能够实现10倍以上的升压比Vr。
根据本实施方式的发电装置,能够实现系统连接发电装置。当将发电部的电压作为Vin时,Vout=Vin×(Voc×Vcon/k)×(L2/L1)0.5为输出电压。作为电力网系统的一个示例,虽然存在202V系统(202V±20V),但通过满足182≤Vout≤222,能够系统性连接低电压的发电部输出功率。
而且,在频率转换电路189中,能具有升降压功能。
(实施方式5)
接着,参照图23,对本发明的发电装置的实施方式进行说明。图23是本实施方式中的发电装置的方框图。在图23中,对与前述的实施方式中的发电装置的构成要素相同的构成要素赋予相同的参照符号,省略其详细的说明。
图23的发电装置,包括并联连接的多个发电单元131a、131b…131n。为了得到本发明的效果,只要并联连接的至少两个发电装置是本发明的发电装置即可。
各发电单元131a~131n,具有:串联连接的太阳能发电部101;振荡 器103;馈电天线107;受电天线109以及频率转换电路189。
由太阳能发电部101生成的直流功率,通过振荡器103以高效率转换为RF功率。该RF功率,在馈电侧的馈电天线107与受电侧的受电天线109之间非接触地传输后,由频率转换电路189转换为交流功率,从各发电单元131a~131n输出的交流功率(电力),通过并联连接被相加之后,供给到负载133a。
根据本实施方式,从各个发电单元131a~131n得到的输出电压,比由各个太阳能发电部得到的输出电压飞跃性地增大。因此,即使并联连接了发电单元131a~131n,也能够实现更接近于负载133a所要求的电压值的值。
由于并联连接了发电单元131a~131n,因此即使在发电单元131a~131n的一部分的特性变差时、或在针对发电单元131a~131n的太阳能的照射条件产生了差异时,也能够得到比现有的发电装置稳定的特性。
负载/系统133b,例如,是与交流输入对应的一般电设备或蓄电池。负载/系统133b能够具有升降压功能电路。例如,为了与负载/系统133b的阻抗相匹配,在本实施方式中的发电装置的一部分也可以串联连接发电装置。
实施例
(实施例1)
在本发明的发电装置中,并联连接有多个发电单元。并且,能够通过各个发电单元中的无线电力传输进行升压。因此,首先对一个发电单元的实施例进行说明,之后,对具有多个发电单元的发电装置的实施例进行说明。
以下,对本发明的实施例1进行说明。
首先,串联连接受光面侧的形状为一边12cm的正方形的九个单结晶硅系太阳能发电元件(单元),制作了输出电压4.5V、输出电流1A、输出阻抗4.5Ω的太阳能发电部。在该太阳能发电部的输出端子,连接了输出频率为3MHz、输出阻抗Zoc为5Ω的振荡器。由F级放大器实现的振荡器的效率为95%。实施例1中的振荡器的升压比Zoc为1.05。
馈电天线以及受电天线被设计为其谐振频率与振荡器的输出频率相等的3MHz。馈电天线通过串联连接电感为1.988μH的馈电电感器与电容为830pF的第一电容元件来制作。受电天线是并联连接电感为1.988μH的受电电感器和电容为830pF的第二电容元件来制作。馈电电感器及受电电感器,都通过由各30股相互绝缘而并排配置的直径80μm的铜布线构成的利兹线(多股线)而实现。两个电感器的外形都是一边36cm的正方形,匝数设定为2。各天线(谐振器)的Q值为1350。
馈电天线与受电天线,平行对置地配置了彼此的形成面,对置面之间的间隔设为g(cm)。使该间隔g在从5cm至75cm的范围内变化,测定了将针对各g值的谐振器之间的无线传输效率设为最大的最佳输入输出阻抗Zin与Zout。实际的测定,通过以下的两阶段的步骤进行。
第一,由50Ω的端子阻抗的网络分析器测定了两个天线(谐振器)的输入输出端子之间的高频特性,得到将50Ω作为基准阻抗的测定数据。
第二,以上述测定数据为基础,在电路模拟器上导出了使端子处的信号发射最小化的输入输出端子的阻抗条件Zin、Zout。
图24是表示导出的Zin以及Zout的g依存性的曲线图。图25是表示无线传输部的输入输出阻抗转换比Zr以及传输效率的g依存性的曲线图。
由Zr的值可见,在间隔g的整个范围超过了1,且间隔g越大,Zr越飞跃性地增大。若更详细地说明,则在g=5cm处,Zr为7.7,在g=7.5cm处,Zr为20.6,在g=75cm处,Zr达到了23158。
此外,在g=5mm处的谐振器之间的耦合系数k是0.376,与在(式14)中将Voc设为1而仅导出了无线传输部的k的情况(=0.361)比较,仅有4%的误差。根据以上的结果,证明了(式14)的合理性。
图26是放大显示了图25的曲线图中的10cm≤g≤40cm的范围内的特性的曲线图。例如,在一般的建筑物中,壁的厚度为10cm至30cm左右的范围。当在该范围内包括间隔g时,得到20~363非常大的Zr。而且,在g=22.5条件下得到的147这样高的Zr值,为了通过现有的变压器技术得到此值,需要将二次线圈的匝数相对于一次线圈的匝数之比设定为12.1倍。在本发明的实施例中,能够使用匝数比1的馈电天线以及受电天线,将Zr飞跃性地提高至147。
在通过上述方法导出的输入输出阻抗Zin、Zout中,使输入输出端子阻抗相匹配时的顺方向通过特性,相当于本发明的发电装置的发电单元内的无线传输效率。如图26所示,即使在g=22.5cm处,也能够得到98.3%的良好的无线传输效率。
通过在无线传输部连接所述的振荡器,实现了从输入直流电压以效率93.1%得到RF输出。输出RF有效电压相对于输入直流电压的升压比为12.7。至于所输入的电力的一部分,认为由于因电路块之间的微小的不匹配而引起的损耗,所以变热。
接着,准备具有与上述实施例1的结构相同结构的两个发电单元,且并联连接它们的输出。具体而言,以两个馈电天线的重心之间以及两个受电天线的重心之间的距离分别成为50cm的方式,平行移动而并列配置。两个受电天线接受的功率,被并行合成。
在实施例1a中,将两个振荡器的输出相位差从90度至180度每30度错开地进行了测定,分别作为实施例1a-90、1a-120、…1a-180。另一方面,在比较例1中,将两个振荡器的输出的相位差设为从0度到60度的值,以作为比较例1-0、1-30、1-60。两个发电单元中的馈电电感器的布线沿同一方向旋转而形成。作为实施例1a以及比较例1中的泄漏电磁场评价指标,导出了距离5m的地点处的附近场强度。
(比较例a~c)
与实施例1的情况相同,制成进行发送接收且由谐振频率3MHz的谐振器实现的无线传输部的比较例a、b。实施例1与比较例a、b之间的不同点仅在于,使比较例a、b中的两个天线(谐振器)的谐振方式彼此相等。即,在比较例a中,分别由LC串联型谐振器构成两个天线,在比较例b中,分别由LC并联谐振器构成两个天线。各谐振器的电路常数与实施例1中的电路常数一致。而且,还制成构成为两个天线不谐振的比较例c。而且,比较例a~c,由于升压效果与高效工作不能同时获得,因此,未进行两个发电单元的并行工作或附近场测定。
以下的表1,表示出实施例1、比较例a~c中的谐振器的结构、g=22.5cm的无线传输部特性等。
[表1]
如表1可知,在实施例1中,能够实现无线方式的高效率电力传输,并实现非常高的升压比Vr。
此外,表2表示出实施例1a、比较例1中的附近场强度。而且,表示出针对附近场强度,以每10度在整个立体角方向上进行测定之后,在表示出最差值的方向上的强度。
[表2]
如表2可知,证实了θres为90度以上且180度以下的本发明的结构,不仅能够实现无线方式的高效率电力传输,且实现非常高的升压比Vr,还能够有效地抑制向周边空间的电磁泄漏。
(实施例2)
接着,作为实施例2,制成在与实施例1中的受电天线的结构具有相同结构的受电天线的输出处连接了倍电压整流电路的发电单元。制成的半波倍电压整流电路的直流转换效率,在谐振频率3MHz下,表示出93.4%。在引入的整流电路中,获得相对于输入高频电压使输出直流电压成为2倍值的升压比Vrr=2的升压功能,相对于太阳能发电部的输出功率,本发电单元输出的直流功率为86.4%的强度。
接着,准备与上述实施例2的结构具有相同结构的两个发电单元,且并联连接它们的输出。具体而言,以在两个馈电天线的重心之间以及两个受电天线的重心之间的距离分别成为50cm的方式平行移动而并列配置。两个受电天线接受的功率在整流电路被整流后,被并行合成。
在实施例2a中,将两个振荡器的输出的相位差错开180度来进行了测定,相对于此,在比较例2中,将两个振荡器的输出的相位差设为0度。两个发电单元中的馈电电感器的布线沿相同方向旋转而形成。以每10度进行了整个立体角方向上的附近场强度测定,实施例2a的最差值能够实现比比较例2低65%的值。
(实施例3)
作为实施例3,制成在实施例1的结构的受电天线输出处连接了桥式整流电路的发电单元。制成的桥式整流电路的直流转换效率,在谐振频率3MHz下,表示出94.1%。在引入的整流电路中,相对于太阳能发电部的输出功率,本发电装置的输出直流功率为87.0%的强度。
接着,准备与上述实施例3的结构具有相同结构的两个发电单元,且并联连接它们的输出。具体而言,以两个馈电天线的重心之间以及两个受电天线的重心之间的距离分别成为50cm的方式平行移动而并列配置。两个受电天线接受的功率在整流电路被整流之后,被并行合成。
在实施例3a中,将两个振荡器的输出的相位差错开180度来进行了测定,相对于此,在比较例3中,将两个振荡器的输出的相位差设为0度。两个发电单元中的馈电电感器的布线沿相同方向旋转而形成。以每10度进行了整个立体角方向上的附近场强度测定,实施例3a的最差值表示出比比较例3低66%的值。
(实施例4)
将实施例3的条件变更一部分,以Voc=1.52、g=15cm的条件制成实施例4的发电单元。实施例4的发电单元的输出电压为308V,发电效率为87.2%。
接着,准备与上述实施例4的结构具有相同结构的两个发电单元,且并联连接它们的输出。具体而言,以两个馈电天线的重心之间以及两个受电天线的重心之间的距离分别成为50cm的方式平行移动而并列配置。两 个受电天线接受的功率在整流电路被整流之后,被并行合成。
在实施例4a中,针对将两个振荡器的输出的相位差错开180度来进行了测定,在比较例4中,将两个振荡器的输出的相位差设为0度。两个发电单元中的馈电电感器的布线沿相同方向旋转而形成。以每10度进行了整个立体角方向上的附近场强度测定,实施例4a的最差值表示出比比较例4低63%的值。
(实施例5)
将与实施例4的发电单元的结构具有相同结构的七个发电单元排成一列,将它们全部并联连接,制成实施例5的发电装置。在该发电装置中,得到输出电压308V、27.5W的发电输出。同样地,作为比较例5制成将63个太阳能发电单元串联连接的发电装置。在以下的表2中,表示出实施例5与比较例5的特性。
[表3]
在实施例5中,尽管单元串联数与比较例5相比格外小,但输出电压为9.8倍的高值。根据实施例5,能够实现对300V的直流供电系统提供最佳电压值的发电装置。
此外,在实施例5中,在并联配置的实施例4的发电单元中相邻的三组之间,将振荡的相位控制为θres=180度。相邻的馈电天线的重心之间以及受电天线的重心之间的距离分别为50cm。
另一方面,在比较例5a中,尽管包含了与实施例5相同个数的太阳能单元,但在系统内只有一组振荡器、馈电天线、受电天线和整流部。在实施例5中,所有发电单元中的馈电电感器的布线沿同一方向旋转形成。虽然以每10度进行了整个立体角方向上的附近场强度测定,但实施例5的最差值能够实现相对于比较例5a的最差值的78%的降低。
(产业上的利用可能性)
本发明能够降低发电装置的铺设成本,简化发电部的一部分变差时 的交换作业。此外,本发明由于能够简单地使发电部的输出电压上升,因此,在串联连接输出电压较低的发电元件(太阳能电池)来构成发电部时,能够大幅度降低发电元件的连接个数。因此,能够降低针对局部遮荫的特性变差,构筑实现稳定电力供给的太阳能发电装置。此外,能够抑制来自无线电力传输部位的泄漏电磁分量。此外,即使在将以低电压输出的来自发电设备的输出功率与高电压的系统相连接而发挥功能的发电装置的燃料电池系统中,本发明的升压效果也有用。
附图符号的说明:
101-发电部(太阳能发电部),
103-振荡器,
10a-第一无线电力传输部,
10b-第二无线电力传输部,
105-无线传输部,107-馈电天线(馈电侧的谐振器),
107a-第一电感器,
107b-第一电容器,
109-受电天线(受电侧的谐振器),
109a-第二电感器,
109b-第二电容器,
111-壁,
113-被投影到馈电天线的配置面上的受电天线的配置区域,
115-整流器,
117-保护装置,
119-输出端子,
131a、131b…131n-发电单元,
133a-负载,
133b-负载/系统,
135-相位调整电路,
141-送/受谐振天线对,
141a、141b、141c、141d-送/受谐振天线对,
189-频率转换电路,
190-振荡器驱动电路,
192-控制部,
193a、193b、…193n-从振荡器输出的RF功率,
195a、195b、…195n-谐振磁场,
197a、197b、…197n-从受电天线输出的RF功率,
199-合成部。
Claims (32)
1.一种无线电力传输装置,包括:
第一及第二无线电力传输部,所述第一及第二无线电力传输部分别具有:振荡器,其将直流电力转换为频率f0的RF功率;馈电天线,其发送出所述RF功率,且包括以构成具有谐振频率fT的串联谐振电路的方式被串联连接的第一电感器和第一电容元件;以及受电天线,其通过谐振磁场的耦合来接受由所述馈电天线发送出的所述RF功率的至少一部分,且包括以构成具有谐振频率fR的并联谐振电路的方式被并联连接的第二电感器和第二电容元件,在所述第一及第二无线电力传输部中,所述谐振频率fT和所述谐振频率fR被设定为与所述RF功率的频率f0实质上相等,当将所述振荡器的升压比设为Voc、将第一电感器的电感设为L1、将第二电感器的电感设为L2、且将所述馈电天线与所述受电天线的耦合系数设为k时,满足(L2/L1)≥4(k/Voc)2;
合成部,其合成从第一及第二无线电力传输部中的所述受电天线所接受的RF功率后进行输出;和
控制部,其控制所述第一及第二无线电力传输部中的所述振荡器,以使所述第一无线电力传输部中的所述谐振磁场的相位与所述第二无线电力传输部中的所述谐振磁场的相位的相位差θres在90度以上且180度以下。
2.根据权利要求1所述的无线电力传输装置,其特征在于,
相位差θres被设定为180度。
3.根据权利要求1或2所述的无线电力传输装置,其特征在于,
所述控制部,控制从所述第一无线电力传输部所包含的所述振荡器发送出的RF功率的相位θta和从所述第二无线电力传输部所包含的所述振荡器发送出的RF功率的相位θth,由此,将相位θta与相位θth之间的相位差的绝对值θt设定为90度且180度以下。
4.根据权利要求3所述的无线电力传输装置,其特征在于,
所述相位差的绝对值θt被设定为180度。
5.一种发电装置,包括:
第一及第二发电单元,所述第一及第二发电单元分别具有:发电部,其输出直流电力;振荡器,其将从所述发电部输出的直流电力转换为频率f0的RF功率;馈电天线,其发送出所述RF功率,且包括以构成具有谐振频率fT的串联谐振电路的方式被串联连接的第一电感器和第一电容元件;以及受电天线,其通过谐振磁场的耦合来接受由所述馈电天线发送出的所述RF功率的至少一部分,且包括以构成具有谐振频率fR的并联谐振电路的方式被并联连接的第二电感器和第二电容元件,在所述第一及第二发电单元中,所述谐振频率fT和所述谐振频率fR被设定为与所述RF功率的频率f0实质上相等,当将所述振荡器的升压比设为Voc、将第一电感器的电感设为L1、将第二电感器的电感设为L2、且将所述馈电天线与所述受电天线的耦合系数设为k时,满足(L2/L1)≥4(k/Voc)2;
合成部,其合成从第一及第二发电单元中的所述受电天线所接受的RF功率后进行输出;和
控制部,其控制所述第一及第二发电单元中的所述振荡器,以使所述第一发电单元中的所述谐振磁场的相位与所述第二发电单元中的所述谐振磁场的相位的相位差θres在90度以上且180度以下。
6.根据权利要求5所述的发电装置,其特征在于,
所述发电部是太阳能发电部。
7.根据权利要求6所述的发电装置,其特征在于,
所述太阳能发电部是使用结晶系硅的太阳能发电部。
8.根据权利要求5~7的任一项所述的发电装置,其特征在于,
在连接了所述受电天线的输出端子与后级的负载的状态下,所述振荡器的输出阻抗Zoc与馈电天线的输入阻抗Zin实质上彼此相等。
9.根据权利要求5~7的任一项所述的发电装置,其特征在于,
在连接了所述振荡器的输出端子与所述馈电天线的输入端子的状态下,所述受电天线的输出阻抗Zout与在后级所连接的负载的输入阻抗实质上相等。
10.根据权利要求5~7的任一项所述的发电装置,其特征在于,
满足(L2/L1)≥100×(k/Voc)2。
11.根据权利要求5~7的任一项所述的发电装置,其特征在于,
满足(L2/L1)≥10000×(k/Voc)2。
12.根据权利要求5~7的任一项所述的发电装置,其特征在于,
所述发电部以及所述馈电天线被配置在建筑物的外侧,
所述受电天线被设置在所述建筑物的内部。
13.根据权利要求5~7的任一项所述的发电装置,其特征在于,
所述第一电感器以及所述第二电感器都具有空芯螺旋形构造。
14.根据权利要求5~7的任一项所述的发电装置,其特征在于,
L1<L2。
15.根据权利要求5~7的任一项所述的发电装置,其特征在于,
所述第二电感器的匝数N2大于所述第一电感器的匝数N1。
16.根据权利要求5~7的任一项所述的发电装置,其特征在于,
所述第二电感器的面积大于所述第一电感器的面积。
17.根据权利要求16所述的发电装置,其特征在于,
投影到所述馈电天线的配置面上的所述第一电感器,被包含在由投影到所述配置面上的所述第二电感器的轮廓所规定的区域的内部,并且靠近所述区域的周边。
18.根据权利要求16所述的发电装置,其特征在于,
投影到所述馈电天线的配置面上的所述第一电感器,靠近由投影到所述配置面上的所述第二电感器的轮廓所规定的区域的周边。
19.根据权利要求5~7的任一项所述的发电装置,其特征在于,
用于使从所述第一发电单元中的所述受电天线输出的RF功率的相位与从所述第二发电单元中的所述受电天线输出的RF功率的相位一致的相位调整部,被设置在所述第一及第二发电单元中的所述受电天线与所述合成部之间。
20.根据权利要求5~7的任一项所述的发电装置,其特征在于,
所述相位差是180度,
以使从所述第一发电单元中的所述受电天线输出的RF功率的相位与从所述第二发电单元中的所述受电天线输出的RF功率的相位一致的方式,使所述第一及第二发电单元中的所述受电天线与所述合成部的连接极性彼此反转。
21.根据权利要求5~7的任一项所述的发电装置,其特征在于,
还具有频率转换电路,该频率转换电路将从所述合成部输出的RF功率转换为频率比所述RF功率的频率低的交流或直流。
22.根据权利要求5~7的任一项所述的发电装置,其特征在于,
所述第一及第二发电单元分别具有频率转换电路,该频率转换电路将从所述受电天线输出的RF功率转换为频率比所述RF功率的频率低的交流或直流。
23.根据权利要求5~7的任一项所述的发电装置,其特征在于,
所述合成部与电力网连接。
24.一种发电装置,包括:
第一及第二发电单元,所述第一及第二发电单元分别具有:发电部,其输出直流电力;振荡器,其将从所述发电部输出的直流电力转换为频率f0的RF功率;馈电天线,其发送出所述RF功率,且包括以构成具有谐振频率fT的串联谐振电路的方式被串联连接的第一电感器和第一电容元件;受电天线,其通过谐振磁场的耦合来接受由所述馈电天线发送出的所述RF功率的至少一部分,且包括以构成具有谐振频率fR的并联谐振电路的方式被并联连接的第二电感器和第二电容元件;以及整流器,其将从所述受电天线得到的RF功率转换为直流电力,在所述第一及第二发电单元中,所述谐振频率fT和所述谐振频率fR被设定为与所述RF功率的频率f0实质上相等,当将所述振荡器的升压比设为Voc、将整流器的升压比设为Vrr、将所述第一电感器的电感设为L1、将所述第二电感器的电感设为L2、且将所述馈电天线与所述受电天线的耦合系数设为k时,满足(L2/L1)≥4(k(Voc/Vrr))2;
输出部,其合成从第一及第二发电单元中的所述馈电天线所接受的RF功率后进行输出;和
控制部,其控制所述第一及第二发电单元中的所述振荡器,以使所述第一发电单元中的所述谐振磁场的相位与所述第二发电单元中的所述谐振磁场的相位的相位差θres在90度以上且180度以下。
25.根据权利要求24所述的发电装置,其特征在于,
所述发电部是太阳能发电部。
26.根据权利要求24或25所述的发电装置,其特征在于,
在连接了所述整流器的输出端子与后级的负载的状态下,所述振荡器的输出阻抗Zoc与馈电天线的输入阻抗Zin实质上彼此相等。
27.根据权利要求24或25所述的发电装置,其特征在于,
在连接了所述振荡器的输出端子与所述馈电天线的输入端子的状态下,所述整流器的输出阻抗Zrout与在后级所连接的负载的输入阻抗实质上彼此相等。
28.根据权利要求24或25所述的发电装置,其特征在于,
满足(L2/L1)≥100×(k(Voc/Vrr))2。
29.根据权利要求24或25所述的发电装置,其特征在于,
满足(L2/L1)≥2304×(k/Voc)2。
30.根据权利要求24或25所述的发电装置,其特征在于,
满足(L2/L1)≥10000×(k/Voc)2。
31.根据权利要求24或25所述的发电装置,其特征在于,
所述整流器是升压比Vrr为2以上的倍电压整流电路。
32.一种发电装置,具有N个发电单元和并行合成所述发电单元的输出的合成部,其中N是4以上的整数,
各个所述发电单元具有:
发电部,其输出直流电力;
振荡器,其将从所述发电部输出的直流电力转换为频率f0的RF功率;
馈电天线,其发送出所述RF功率,且包括以构成具有谐振频率fT的串联谐振电路的方式被串联连接的第一电感器和第一电容元件;以及
受电天线,其通过谐振磁场的耦合来接受由所述馈电天线发送出的所述RF功率的至少一部分,且包括以构成具有谐振频率fR的并联谐振电路的方式被并联连接的第二电感器和第二电容元件,
在各个所述发电单元中,
所述谐振频率fT和所述谐振频率fR被设定为与所述RF功率的频率f0实质上相等,
当将所述振荡器的升压比设为Voc、将所述第一电感器的电感设为L1、将所述第二电感器的电感设为L2、且将所述馈电天线与所述受电天线的耦合系数设为k时,满足(L2/L1)≥4(k/Voc)2,
所述发电装置还具有控制部,该控制部控制各发电单元中的所述振荡器,以使所述N个发电单元之中最相接近的两个发电单元的一方的所述谐振磁场的相位与另一方的所述谐振磁场的相位的相位差θres在90度以上且180度以下。
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