饋電單元、電子單元以及饋電系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】公開(kāi)了電力接收電路，電力傳輸電路，裝置，以及饋電系統(tǒng)。所述電力接收電路以非接觸的方式接收電力，并且包括LC并聯(lián)諧振電路以及與所述LC并聯(lián)諧振電路串聯(lián)地電連接的電抗元件。所述電抗元件可以是電容或電感元件。實(shí)際上，所述LC并聯(lián)諧振電路中的線圈或電容器與所述電抗元件定義另一個(gè)LC諧振電路，即LC串聯(lián)諧振電路。所述電力傳輸電路以非接觸的方式傳輸電力，并且在一個(gè)示例中，也可包括類似的配置。
【專利說(shuō)明】饋電單元、電子單元以及饋電系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開(kāi)涉及以非接觸的方式向目標(biāo)單元，如電子單元供應(yīng)(傳輸)電力的饋電系統(tǒng)，以及用于所述饋電系統(tǒng)的饋電單元和電子單元。
【背景技術(shù)】
[0002]最近，已經(jīng)注意到一種以非接觸的方式向消費(fèi)電子設(shè)備(CE)設(shè)備，如移動(dòng)電話和便攜式音樂(lè)播放器供應(yīng)(傳輸)電力的饋電系統(tǒng)，如非接觸饋電系統(tǒng)和無(wú)線充電系統(tǒng)。這允許僅通過(guò)將電子單元放置在充電托盤(初級(jí)單元)對(duì)電子單元(次級(jí)單元)充電，而不是將供電單元(如交流適配器)的連接器插入或連接到電子單元。具體地，這樣消除電子單元或充電托盤間的終端連接。
[0003]—種電磁感應(yīng)類型的電力供應(yīng)通常被稱為這樣的非接觸供電。另外，最近已經(jīng)注意到一種利用基于電磁共振現(xiàn)象的被稱作磁共振方法的方法的非接觸饋電系統(tǒng)。例如，這種非接觸饋電系統(tǒng)在NTLl中披露。
[0004]引用列表
[0005]非專利文獻(xiàn)
[0006][NTL1]K.Kanai及其他人，“Solution to Voltage Ratio Problem on the MovingPick-up Type Contactless Power Transfer System Using Series and ParallelResonant Capacitors”,關(guān)于半導(dǎo)體功率轉(zhuǎn)換的技術(shù)會(huì)議的會(huì)議記錄,SPC-10-021C2010年I月29日)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]在上述的非接觸饋電系統(tǒng)中，提高傳輸特性(如傳輸效率)對(duì)于多個(gè)饋電目標(biāo)單元(所謂的1:N充電)的充電是有利的。另外，提高簡(jiǎn)單配置中的傳輸特性而不增加組件數(shù)量將是有益的。因此，期望提出一種方法，使得能夠提高簡(jiǎn)單配置在通過(guò)磁場(chǎng)傳輸電力(非接觸饋電)的過(guò)程中的傳輸特性。
[0008]期望提供一種饋電單元，目標(biāo)單元，以及饋電系統(tǒng)，使得能夠提高簡(jiǎn)單配置在通過(guò)磁場(chǎng)傳輸電力的過(guò)程中的傳輸特性。本文公開(kāi)的是關(guān)于饋電單元，目標(biāo)單元，以及饋電系統(tǒng)的一個(gè)或更多發(fā)明。
[0009]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，提供一種以非接觸的方式接收電力的電力接收電路。具體地，所述電力接收電路包括LC并聯(lián)諧振電路和與該LC并聯(lián)諧振電路串聯(lián)地電連接的電抗元件。所述電抗元件可以是電容元件或電感元件。進(jìn)一步地，所述LC并聯(lián)諧振電路中線圈或電容器與所述電抗元件定義LC串聯(lián)諧振電路。
[0010]根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，提供一種以非接觸方式傳輸電力的電力傳輸電路。具體地，所述電力傳輸電路包括LC并聯(lián)諧振電路和與該LC并聯(lián)諧振電路串聯(lián)地電連接的電抗元件。所述電抗元件可以是電容元件或電感元件。進(jìn)一步地，所述LC并聯(lián)諧振電路中線圈或電容器中與所述電抗元件定義LC串聯(lián)諧振電路。[0011 ] 在其他實(shí)施例中，提供一種裝置和饋電系統(tǒng)。更具體地，所述裝置，如電子單元，包括電力接收部分，所述電力接收部分包括LC并聯(lián)諧振電路，以及與所述LC并聯(lián)諧振電路串聯(lián)地電連接的電抗元件。所述電力接收部分以非接觸的方式接收電力。鑒于此，電力可通過(guò)磁場(chǎng)傳輸并通過(guò)所述LC并聯(lián)諧振電路中的線圈(電力接收線圈)接收。進(jìn)一步地，所述LC并聯(lián)諧振電路中線圈或電容器與所述電抗元件定義LC串聯(lián)諧振電路。所述電抗元件可以是電容元件或電感元件。
[0012]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的饋電系統(tǒng)包括饋電單元和一個(gè)或更多接收由所述饋電單元發(fā)送的電力的目標(biāo)單元。每個(gè)所述一個(gè)或更多目標(biāo)單元包括以非接觸的方式接收來(lái)自所述饋電單元的電力的電力接收部分。所述電力接收部分具有LC并聯(lián)諧振電路，和與所述LC并聯(lián)諧振電路串聯(lián)地電連接的電抗元件。所述電抗元件可以是電容或電感元件。進(jìn)一步地，所述LC并聯(lián)諧振電路中線圈或電容器與所述電抗元件定義LC串聯(lián)諧振電路。
[0013]在另一個(gè)實(shí)施例中，提供一種包括饋電單元以及一個(gè)或更多接收由所述饋電單元發(fā)送的電力的目標(biāo)單元(例如，電子單元)的饋電系統(tǒng)。所述饋電單元包括電力傳輸部分，該電力傳輸部分包括LC并聯(lián)諧振電路，以及與所述LC并聯(lián)諧振電路串聯(lián)地電連接的電抗元件。所述電抗元件可以是電容或電感元件。所述電力傳輸部分以非接觸的方式將電力傳輸?shù)矫總€(gè)所述一個(gè)或更多目標(biāo)單元。鑒于此，電力可通過(guò)磁場(chǎng)傳輸并通過(guò)所述LC并聯(lián)諧振電路中的線圈(電力傳輸線圈)傳輸。進(jìn)一步地，所述LC并聯(lián)諧振電路中線圈或電容器與所述電抗元件定義LC串聯(lián)諧振電路。
[0014]根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施例的饋電系統(tǒng)可包括一個(gè)或更多電子單元，以及將電力傳輸?shù)剿鲆粋€(gè)或更多電子單元的饋電單元。所述饋電單元可包括電力傳輸部分，該電力傳輸部分包括用于電力傳輸?shù)碾娏鬏斁€圈和第一電容器，并且所述電子單元可分別包括電力接收部分，該電力接收部分包括接收通過(guò)電力傳輸傳輸?shù)碾娏Φ碾娏邮站€圈和第二電容器。在所述電力傳輸部分和所述電力接收部分之一或兩個(gè)中，所述電力傳輸線圈或所述電力接收線圈與所述第一或第二電容器相互并聯(lián)并且因此定義一個(gè)并聯(lián)電路，并提供電抗元件串聯(lián)到該并聯(lián)電路。
[0015]在各種公開(kāi)的實(shí)施例中，LC并聯(lián)諧振電路中的線圈和電容器相互并聯(lián)，并因此形成一個(gè)并聯(lián)電路，并且電抗元件串聯(lián)到該并聯(lián)電路。其結(jié)果是，在通過(guò)磁場(chǎng)傳輸電力的過(guò)程中，接收側(cè)和/或發(fā)送側(cè)的并聯(lián)電路執(zhí)行LC并聯(lián)諧振操作，并且并聯(lián)電路中的線圈或電容器與電抗元件定義一個(gè)執(zhí)行LC諧振操作的諧振電路(LC串聯(lián)諧振操作)。
[0016]因此，S卩使是向多個(gè)目標(biāo)單元(如，多個(gè)電子單元)傳輸電力，包括傳輸效率的傳輸特性得到提高而未增加組件數(shù)量。因此，提高了簡(jiǎn)單配置在通過(guò)磁場(chǎng)傳輸電力的過(guò)程中的傳輸特性。
[0017]應(yīng)當(dāng)理解，前面的一般性描述和以下的詳細(xì)描述都是僅用于說(shuō)明的目的，而不是限制的方式。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0018]附圖被包括以提供對(duì)本公開(kāi)的進(jìn)一步理解，并且包含在本說(shuō)明書中并構(gòu)成其中的一部分。附圖描繪出實(shí)施例并與本說(shuō)明書一起用于解釋本技術(shù)的原理。
[0019]圖1是示出根據(jù)本公開(kāi)的第一實(shí)施例的饋電系統(tǒng)的示例外形配置的透視圖。[0020]圖2是示出圖1中示出的饋電系統(tǒng)示例詳細(xì)配置的框圖。
[0021]圖3是示出圖2中示出的電力傳輸部分和電力接收部分各自的示例詳細(xì)配置的電路圖。
[0022]圖4是示出根據(jù)比較示例1-1的饋電系統(tǒng)的電力傳輸部分和電力接收部分各自的示例配置的電路圖。
[0023]圖5A和5B是示出根據(jù)比較示例1_1的示例傳輸特性的特性圖。
[0024]圖6是示出根據(jù)比較示例1-2的饋電系統(tǒng)的電力傳輸部分和電力接收部分各自的示例配置的電路圖。
[0025]圖7A和7B是示出根據(jù)比較示例1_2的示例傳輸特性的特性圖。
[0026]圖8是示出根據(jù)比較示例1-2的饋電系統(tǒng)的電力傳輸部分和電力接收部分各自的示例配置的電路圖。
[0027]圖9是示出根據(jù)比較示例2-1的示例傳輸特性的特性圖。
[0028]圖10是示出根據(jù)比較示例2-2的饋電系統(tǒng)的電力傳輸部分和電力接收部分各自的示例配置的電路圖。
[0029]圖11是示出根據(jù)比較示例2-2的示例傳輸特性的特性圖。
[0030]圖12A和12 B是示出根據(jù)第一實(shí)施例的示例I的示例傳輸特性的特性圖。
[0031]圖13是示出根據(jù)第二實(shí)施例的饋電系統(tǒng)的電力傳輸部分和電力接收部分各自的示例配置的電路圖。
[0032]圖14是示出根據(jù)第二實(shí)施例的示例2的示例傳輸特性的特性圖。
[0033]圖15A和15B是示出根據(jù)第三實(shí)施例的饋電系統(tǒng)的電力傳輸部分的示例配置的電路圖。
[0034]圖16是示出根據(jù)第四實(shí)施例的饋電系統(tǒng)的示例配置的框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0035]在下文中，將參照附圖對(duì)本公開(kāi)的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)地描述。應(yīng)注意，按照以下順序做出描述。
[0036]1.第一實(shí)施例(次級(jí)單元的示例，其中電容元件串聯(lián)到LC并聯(lián)諧振電路)
[0037]2.第二實(shí)施例(次級(jí)單元的示例，其中電感元件串聯(lián)到LC并聯(lián)諧振電路)
[0038]3.第三實(shí)施例(初級(jí)單元的示例，其中電容或電感元件串聯(lián)到LC并聯(lián)諧振電路)
[0039]4.第四實(shí)施例(第一到第三實(shí)施例中初級(jí)和次級(jí)單元的組合示例)
[0040]5.修改
[0041]【第一實(shí)施例】
[0042]【饋電系統(tǒng)4的整體配置】
[0043]圖1示出根據(jù)本公開(kāi)的第一實(shí)施例的饋電系統(tǒng)(饋電系統(tǒng)4)的示例性外形配置。圖2示出饋電系統(tǒng)4的示例框配置。饋電系統(tǒng)4是非接觸饋電系統(tǒng)的示例，其以非接觸的方式通過(guò)磁場(chǎng)(例如，借助磁共振，電磁感應(yīng)，以及其他)執(zhí)行電力傳輸(電力傳輸，或饋電)。饋電系統(tǒng)4包括一個(gè)饋電單元I (初級(jí)單元)和一個(gè)或更多電子單元，在這里，兩個(gè)電子單元2A和2B (次級(jí)單元)作為饋電目標(biāo)單元。
[0044]在饋電系統(tǒng)4中，例如，如圖1所示，當(dāng)電子單元2A和2B放置在(或者靠近設(shè)置)饋電單元I的饋電面(電力傳輸面)SI上時(shí)，饋電單元I將電力傳輸?shù)诫娮訂卧?A和2B。在這里，饋電單元I具有墊狀(托盤狀)的形狀，其中的饋電面SI的面積大于作為饋電目標(biāo)的多個(gè)電子單元2A和2B的面積，考慮到同時(shí)或者以分時(shí)形式(按順序)向電子單元2A和2B傳輸電力的情況。
[0045](饋電單元I)
[0046]如上所述，作為充電托盤的饋電單元I通過(guò)磁場(chǎng)向電子單元2A和2B傳輸電力。例如，如圖2所不,饋電單兀I包括電力傳輸子單兀11，其包括電力傳輸部分110,聞?lì)l電力發(fā)生電路(AC信號(hào)發(fā)生電路)111，以及阻抗匹配電路112。
[0047]電力傳輸部分110包括以下描述的電力傳輸線圈(初級(jí)線圈)LI和電容器Cl (共振電容器，或者第一電容器)。電力傳輸部分110包括電力傳輸線圈LI和電容器Cl,并且因此通過(guò)磁場(chǎng)將電力傳輸?shù)诫娮訂卧?A和2B (更具體地，將電力傳輸?shù)揭韵旅枋龅碾娏邮詹糠?10)。詳細(xì)地，電力傳輸部分110具有從饋電面SI發(fā)射磁場(chǎng)(磁通量)到電子單元2A和2B的功能。應(yīng)指出的是，電力傳輸部分110的詳細(xì)配置在以下進(jìn)行描述(圖3)。
[0048]例如，高頻電力發(fā)生電路111是一種利用饋電單元I的外部供電電源9供應(yīng)的電力產(chǎn)生預(yù)定的高頻電力(AC信號(hào))用于傳輸電力的電路。這種高頻電力發(fā)生電路111包括，例如，開(kāi)關(guān)放大器。
[0049]阻抗匹配電路112是用于電力傳輸期間的阻抗匹配的電路。這種電力傳輸期間的阻抗匹配提高了效率(傳輸效率)。應(yīng)注意，根據(jù)電力傳輸線圈L1、以下描述的電力接收線圈L2以及諧振電容器中每一個(gè)的配置，可省略阻抗匹配電路112。
[0050](電子單元2A和2B)
[0051]電子單元2A和2B包括，例如，固定的電子單元，如電視接收器，或便攜式電子單元，每個(gè)具有可充電電池，便攜式單元的示例包括移動(dòng)電話和數(shù)碼相機(jī)。例如，如圖2所示，電子單元2A和2B中的每一個(gè)可分別包括電力接收子單元21，根據(jù)從電力接收子單元21供應(yīng)的電力執(zhí)行預(yù)定操作(允許表現(xiàn)出的電子單元的功能的操作)的負(fù)載22。電力接收子單元21包括電力接收部分210，阻抗匹配電路212，整流器電路213，穩(wěn)壓電路214，以及電池215。
[0052]電力接收部分210包括以下描述的電力接收線圈(次級(jí)線圈)L2和電容器C2p (諧振電容器，或第二電容器)。電力接收部分210包括電力接收線圈L2和電容器C2p，從而具有接收從饋電單元I中電力傳輸部分HO傳輸?shù)碾娏Φ墓δ?。以下也?duì)電力接收部分210的詳細(xì)配置進(jìn)行描述(圖3)。
[0053]阻抗匹配電路212是如同阻抗匹配電路112的用于電力傳輸期間的阻抗匹配的電路。應(yīng)注意，根據(jù)電力傳輸線圈LI，以下描述的電力接收線圈L2，以及諧振電容器中每一個(gè)的配置，也可省略阻抗匹配電路212。
[0054]整流器電路213是對(duì)從電力接收部分210供應(yīng)的電力(AC電力)進(jìn)行整流從而產(chǎn)生DC (直流電)電力的電路。
[0055]穩(wěn)壓電路214根據(jù)從整流器電路213供應(yīng)的DC電力執(zhí)行預(yù)定的穩(wěn)壓操作從而對(duì)電池215和負(fù)載22中的電池(未示出)充電。
[0056]由穩(wěn)壓電路214充電并且因此存儲(chǔ)電量的電池215包括，例如，可充電電池(次級(jí)電池)如鋰電子電池。應(yīng)注意，當(dāng)僅使用負(fù)載22中的電池或類似物時(shí)，可省略電池215。[0057]【電力傳輸部分110和電力接收部分210的詳細(xì)配置】
[0058](電力傳輸部分110)
[0059]圖3是示出電力傳輸部分110和電力接收部分210各自的示例詳細(xì)配置的電路圖。應(yīng)注意，圖中示出的阻抗Zl表示從電力傳輸部分110到高頻電力發(fā)生電路111所見(jiàn)的阻抗，并且阻抗Z2和阻抗Z3表示分別從電子單元2A和2B中的電力接收部分210到整流器電路213所見(jiàn)的阻抗。
[0060]電力傳輸部分110包括用于通過(guò)磁場(chǎng)傳輸電力(產(chǎn)生磁通量)的電力傳輸線圈LI,以及與電力傳輸線圈LI 一起定義LC諧振電路(LC串聯(lián)諧振電路)的電容器Cl。電容器Cl與電力傳輸線圈LI串聯(lián)地電連接。具體地，電容器Cl的第一端連接到阻抗Zl的塊的第一端，電容器Cl的第二端連接到電力傳輸線圈LI的第一端，并且電力傳輸線圈LI的第二端接地。應(yīng)注意,阻抗Zl的塊的第二端也接地。
[0061]包括電力傳輸線圈LI和電容器Cl的LC串聯(lián)諧振電路執(zhí)行諧振頻率為/^=/[2πχ^(?\χα)}(其基本等于或接近于由高頻電力發(fā)生電路111產(chǎn)生的高頻電力
(AC信號(hào))的頻率)的LC諧振操作。
[0062](電力接收部分210)
[0063]電力接收部分210包括接收從電力傳輸部分110傳輸?shù)碾娏?來(lái)自于磁通量)的電力接收線圈L2，與電力接收線圈L2 —起定義LC諧振電路(LC并聯(lián)諧振電路)的電容器C2p，以及作為電容電抗元件(電容元件)的電容器C2s。電容器C2p與電力接收線圈L2并聯(lián)地電連接，并 且電容器C2s與所述電力接收線圈L2串聯(lián)地電連接，或者與LC并聯(lián)諧振電路串聯(lián)地電連接。具體地，電容器C2p的第一端連接到電力接收線圈L2的第一端和電容器C2s的第一端，并且電容器C2s的第二端連接到阻抗Z2或Z3的塊的第一端。電力接收線圈L2，電容器C2p，以及阻抗Z2和阻抗Z3的塊的第二端均接地。
[0064]在實(shí)施例中，電力接收線圈L2和電容器C2p定義LC并聯(lián)諧振電路，并且LC并聯(lián)諧振電路中的電力接收線圈L2與電容器C2s定義LC諧振電路(LC串聯(lián)諧振電路)。另外，如以下詳細(xì)的描述，這兩個(gè)LC諧振電路(LC并聯(lián)諧振電路和LC串聯(lián)諧振電路)在諧振頻率fres執(zhí)行LC諧振操作，該諧振頻率基本等于或者接近于由高頻電力發(fā)生電路111產(chǎn)生的高頻電力(AC信號(hào))的頻率。具體地，由電力傳輸線圈LI與電力傳輸部分110中的電容器Cl定義的LC諧振電路(LC串聯(lián)諧振電路)和每個(gè)由電力接收線圈L2與電力接收部分210中的每個(gè)電容器C2p和C2s定義的LC諧振電路執(zhí)行在基本相同頻率fMS的LC諧振操作。
[0065]【饋電系統(tǒng)4的功能和效果】
[0066](1.整體操作概要)
[0067]在饋電系統(tǒng)4中，饋電單元I包括高頻電力發(fā)生電路111，其供應(yīng)預(yù)定的高頻電力(AC信號(hào))用于傳輸電力到電力傳輸線圈LI和電容器Cl,或者傳輸電力到LC串聯(lián)諧振電路，在電力傳輸部分110中。因此，電力傳輸部分110中的電力傳輸線圈LI產(chǎn)生磁場(chǎng)(磁通量)。在此過(guò)程中，作為饋電目標(biāo)單元(充電目標(biāo)單元)的電子單元2A和2B放置(或者靠近設(shè)置)在饋電單元I的頂部(饋電面SI)，并且因此饋電單元I中的電力傳輸線圈LI在饋電面SI附近接近每個(gè)電子單元2A和2B中的電力接收線圈L2。
[0068]通過(guò)這種方式，電力接收線圈L2被布置成接近產(chǎn)生磁場(chǎng)(磁通量)的電力傳輸線圈LI。因此，從電力傳輸線圈LI產(chǎn)生的磁通量導(dǎo)致電力接收線圈L2中產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。換言之，通過(guò)分別與電力傳輸線圈LI和電力接收線圈L2關(guān)聯(lián)的電磁感應(yīng)或磁共振產(chǎn)生磁場(chǎng)。因此，電力從電力傳輸線圈LI (初級(jí)側(cè)，即饋電單元I或電力傳輸部分110)傳輸?shù)诫娏邮站€圈L2 (次級(jí)側(cè)，即電子單元2A和2B或者電力接收部分210)(見(jiàn)圖2和3中示出的電力Pl，Pla和Plb)。在此過(guò)程中，電力傳輸線圈LI和電容器Cl在饋電單元I中執(zhí)行LC諧振操作，并且電力接收線圈L2和電容器C2p與C2s在電子單元2A和2B中執(zhí)行LC諧振操作。
[0069]在電子單元2A和2B中，由電力接收線圈L2接收的AC電力因此被供應(yīng)到整流器電路213和穩(wěn)壓電路214用于隨后的充電操作。具體地，通過(guò)整流器電路213將AC電力轉(zhuǎn)換為預(yù)定的DC電力，并且然后穩(wěn)壓電路214根據(jù)DC電力執(zhí)行穩(wěn)壓操作用于電池215或負(fù)載22中的電池(未示出)的充電。通過(guò)這種方式，根據(jù)由電力接收部分210接收的電力在電子單元2A和2B中執(zhí)行充電操作。
[0070]具體地，在實(shí)施例中，電子單元2A和2B被放置在(或靠近設(shè)置)饋電單元I的饋電面SI上，并且因此易于充電而不需要與AC適配器終端連接(易于以非接觸的方式供電)。這樣減輕用戶的負(fù)擔(dān)。
[0071](電力接收部分210的功能)
[0072]現(xiàn)在對(duì)實(shí)施例中電力接收部分210的功能進(jìn)行描述，與比較示例(比較示例1-1，
1-2，2-1，和2-2)進(jìn)行對(duì)比。
[0073]圖4示出根據(jù)比較示例1-1的饋電系統(tǒng)(饋電系統(tǒng)104A)中的饋電部分(電力傳輸部分)110和電力接收部分100各自的電路配置。在比較示例1-1中，饋電系統(tǒng)104A包括一個(gè)具有電力傳輸部分IlOA的饋電單兀1A,和一個(gè)具有電力接收部分的電子單兀102。電子單元102具有與實(shí)施例中電子單元2A和2B的配置類似的配置，除了提供電力接收部分100代替電力接收部分210。
[0074]電力接收部分100包括電力接收線圈L2和作為諧振電容器的電容器C2。電力接收線圈L2與電容器C2相互并聯(lián)并且因此定義LC并聯(lián)諧振電路。具體地，電力接收部分100的配置與電力接收部分210不同的是提供電容器C2代替電容器C2p，而且不提供C2s(被省略)。
[0075]包括具有這種配置的電力接收部分100的饋電系統(tǒng)104A在通過(guò)磁場(chǎng)傳輸電力的過(guò)程中(例如，如圖4中的箭頭PlOl所示)顯示出傳輸特性(例如，如圖5A和5B所示)。具體地，例如，圖5A中示出的傳輸特性(饋電單元I的輸入阻抗Zinl的頻率依賴性)顯示出輸入阻抗Zinl在頻率接近120kHz的諧振頻率f,es時(shí)最小。另外，例如，圖5B中示出的傳輸特性(用于饋電單元I (初級(jí)側(cè))和電子單元102 (次級(jí)側(cè))之間的傳輸效率的S參數(shù)S21的頻率依賴性)顯示出S參數(shù)S21在頻率接近120kHz的諧振頻率f；es時(shí)最大。具體地，在比較示例1-1中，在接近用于電力傳輸?shù)念l率(接近120kHz的諧振頻率fres)實(shí)現(xiàn)理想的電力傳輸(最高傳輸效率的電力傳輸)。
[0076]應(yīng)注意，圖5A和5B中示出的傳輸特性通過(guò)在示例條件下模擬獲得，該示例條件為Zl=IO Ω，Ζ2=10 Ω，Ll=393 μ H, Cl=4.5nF, L2=2.5 μ H,以及 C2=703nF。例如，從所測(cè)量的值計(jì)算出的值0.1用于作為這里的以及在其他比較示例和以下描述的示例中的模擬的耦合系數(shù)K。
[0077](比較示例1-2)
[0078]然而，例如，如果多個(gè)分別具有電力接收部分100的饋電目標(biāo)單元(這里，兩個(gè)電子單元102A和102B)被提供為在根據(jù)圖6示出的比較示例1_2的饋電系統(tǒng)(饋電系統(tǒng)104B)中，可出現(xiàn)以下困難。
[0079]具體地，例如，在如圖7A和7B中示出的傳輸特性中，在通過(guò)圖6中的箭頭PlOla和PlOlb示出的磁場(chǎng)傳輸電力的過(guò)程中，傳輸特性在頻率接近120kHz的諧振頻率f,es時(shí)突然降低。這種現(xiàn)象傾向于出現(xiàn)在以下情況，其中多個(gè)饋電目標(biāo)單元之間的負(fù)載差別較大，例如，在一個(gè)電子單元102A具有300Ω的阻抗Z2 (輕負(fù)載)，并且另一電子單元102B具有10 Ω的阻抗Z3 (重負(fù)載)。詳細(xì)地，在圖7A示出的傳輸特性中，輸入阻抗Zinl在頻率接近120kHz的諧振頻率f,es時(shí)突然變大(見(jiàn)圖7A中的符號(hào)G101)。在圖7B示出的傳輸特性中，用于饋電單元I和電子單元102A (輕負(fù)載)之間的傳輸效率的S參數(shù)S21和用于饋電單元I和電子單元102B (重負(fù)載)之間的傳輸效率的S參數(shù)S31都在頻率接近120kHz的諧振頻率f,es時(shí)突然減小(見(jiàn)圖7B中的符號(hào)G102)。具體地，重負(fù)載側(cè)的S參數(shù)S31的值在頻率接近120kHz的諧振頻率f；es時(shí)顯著減小。
[0080]應(yīng)注意，圖7A和7B中示出的傳輸特性也可通過(guò)在示例條件下模擬獲得，該示例條件為 Zl=IO Ω，Ζ2=300 Ω，Ζ3=10 Ω，Ll=393 μ H, Cl=4.5nF, L2=2.5 μ H,以及 C2=703nF。
[0081]這種在頻率接近諧振頻率時(shí)傳輸特性(特別是在重負(fù)載側(cè))突然降低的情況是由于多個(gè)饋電目標(biāo)單元中的LC諧振電路(電力接收部分100中的LC并聯(lián)諧振電路)之間的影響(交互作用)而產(chǎn)生較大阻抗失配導(dǎo)致的。這種情況，即多個(gè)饋電目標(biāo)單元之一的負(fù)載較輕而其他的負(fù)載較重可實(shí)際發(fā)生在，例如，一個(gè)饋電目標(biāo)單元中的電池處于大致完全充電狀態(tài)下，一個(gè)饋電目標(biāo)單元執(zhí)行通信的狀態(tài)下，以及在多個(gè)饋電目標(biāo)單元以分時(shí)方式充電的狀態(tài)下。
[0082]因此，分別在比較示例1-1和1-2中的電力接收部分100的配置很難提高傳輸特性，例如，在對(duì)多個(gè)饋電目標(biāo)單元充電(1:N充電)的情況下。
[0083](比較示例2-1)
[0084]圖8則示出根據(jù)比較示例2-1的饋電系統(tǒng)(饋電系統(tǒng)204A)中的饋電部分(電力傳輸部分)110和電力接收部分220各自的電路配置。在比較示例2-1中，饋電系統(tǒng)204A包括一個(gè)具有電力傳輸部分110的饋電單元I，和兩個(gè)分別具有電力接收部分200的電子單元202A和202B。電子單元202A和202B分別具有與實(shí)施例中的電子單元2A和2B的配置類似的配置，除了提供電力接收部分200代替電力接收部分210。
[0085]電力接收部分200包括電力接收線圈L2和作為諧振電容器的電容器C2。電力接收線圈L2和電容器C2彼此串聯(lián)并且因此定義LC串聯(lián)諧振電路。具體地，電力接收部分200與電力接收部分210的配置的不同之處在于提供電容器C2代替電容器C2s，并且不提供電容器C2p (被省略)。
[0086]包括具有這種配置的電力接收部分200的饋電系統(tǒng)204A在通過(guò)磁場(chǎng)傳輸電力(例如,如圖8中的箭頭P201a和P201b)的過(guò)程中顯示出傳輸特性(例如，如圖9所示)。具體地，用于饋電單元I和電子單元202A (輕負(fù)載)之間的傳輸特性的S效率S21和用于饋電單元I和電子單元202B (重負(fù)載)之間的傳輸效率的S參數(shù)S31都普遍減小，即基本在所有頻率范圍(見(jiàn)圖9中的虛線箭頭)減小。這是因?yàn)樵陔娏邮詹糠?00中形成LC串聯(lián)諧振電路并且阻抗因此減小。應(yīng)注意，圖9中示出的傳輸特性也可通過(guò)模擬與比較示例1-2中的參數(shù)相同的參數(shù)的值獲得。[0087]借此，盡管比較示例2-1中的電力接收部分200的配置不會(huì)導(dǎo)致在對(duì)多個(gè)饋電目標(biāo)單元充電的過(guò)程中(與比較示例1-2不同)，傳輸特性在頻率接近諧振頻率fMS時(shí)突然降低，該配置仍然難以實(shí)現(xiàn)提高傳輸特性(包括傳輸效率)。
[0088](比較示例2-2) [0089]圖10示出根據(jù)比較示例2-2的饋電系統(tǒng)(饋電系統(tǒng)204B)，該饋電系統(tǒng)與比較示例
2-1中的饋電系統(tǒng)204A類似，除了提供兩個(gè)電子單元202C和202D代替兩個(gè)電子單元202A和202B。電子單元202C和202D分別具有與電子單元202A和202B的配置類似的配置，除了在電力接收部分200和阻抗Z2或Z3的塊之間提供包括一對(duì)線圈L201和L202的變壓器。
[0090]進(jìn)一步包括具有這種配置的變壓器的饋電系統(tǒng)204B在通過(guò)磁場(chǎng)傳輸電力的過(guò)程中(例如，如圖10中的箭頭P202a和P202b所示)顯示出傳輸特性(例如，如圖11所示)。具體地，與比較示例1-2和2-1不同，不會(huì)發(fā)生傳輸效率降低，并且S參數(shù)S21 (輕負(fù)載)和S參數(shù)S31 (重負(fù)載)都在頻率接近120kHz的諧振頻率f,es時(shí)最大。應(yīng)注意，圖11中示出的傳輸特性也可通過(guò)模擬與比較示例1-2中的參數(shù)相同的參數(shù)的值獲得。
[0091]然而，在比較示例2-2中，電子單元202C和202D分別具有包括一對(duì)線圈L201和L202的變壓器，其轉(zhuǎn)換減小的負(fù)載阻抗從而提高傳輸效率。具體地，饋電目標(biāo)單元總的組件的數(shù)量必然增加，使得難以提高簡(jiǎn)單配置中的傳輸效率，即使尺寸和成本減少。另外，當(dāng)使用無(wú)損耗的理想變壓器進(jìn)行模擬時(shí)，實(shí)際變壓器含有導(dǎo)致?lián)p耗的電阻組件，從而導(dǎo)致傳輸效率降低的可能性。
[0092]因此，比較示例1-1，1-2，2-1，和2-2中的饋電目標(biāo)單元，如電子單元難以實(shí)現(xiàn)提高在通過(guò)磁場(chǎng)傳輸電力的過(guò)程中(非接觸饋電)的傳輸特性。
[0093](實(shí)施例)
[0094]相反，如圖3的實(shí)施例所示，實(shí)施例中的電子單元2A和2B分別包括電力接收部分210，其中電力接收線圈L2與電容器Clp相互并聯(lián)并且因此定義并聯(lián)電路(LC并聯(lián)諧振電路)。另外，電容器C2s與LC并聯(lián)諧振電路串聯(lián)。具體地，LC并聯(lián)諧振電路中的電力接收線圈L2與電容器C2s定義LC串聯(lián)諧振電路。
[0095]因此，兩個(gè)LC諧振電路(LC并聯(lián)諧振電路和LC串聯(lián)諧振電路)在諧振頻率fMS執(zhí)行LC諧振操作，fMS基本等于或接近于由高頻電力發(fā)生電路111產(chǎn)生的高頻電力的頻率。具體地，在通過(guò)磁場(chǎng)傳輸電力的過(guò)程中，LC并聯(lián)諧振電路執(zhí)行LC并聯(lián)諧振操作，并且LC并聯(lián)諧振電路中的電力接收線圈L2與電容器C2s執(zhí)行LC串聯(lián)諧振操作。為了集中表達(dá)電力接收部分210的兩個(gè)LC諧振操作(LC并聯(lián)諧振操作和LC串聯(lián)諧振操作)，諧振頻率由以下表達(dá)式(I)定義。
[0096]【表達(dá)式I】
[0097]LI X (C2p + C2s) = —……(I)
(20
[0098]因此，例如，實(shí)施例顯示出圖12A和12B中顯示的示例I在通過(guò)磁場(chǎng)傳輸電力的過(guò)程中的傳輸特性。具體地，即使多個(gè)饋電目標(biāo)單元之間的負(fù)載差異較大，例如，即使一個(gè)電子單元2A具有300Ω的阻抗Z2(輕負(fù)載)，并且另一個(gè)電子單元2B具有10 Ω的阻抗Z3(重負(fù)載)，顯示出以下傳輸特性。即，如圖12A所示，與一個(gè)饋電目標(biāo)單元的情況相比，輸入阻抗Zinl的特性沒(méi)有在頻率接近諧振頻率時(shí)發(fā)生顯著的變化。另外，如圖12B所示，傳輸效率沒(méi)有降低(而在比較示例1-2和2-1中傳輸效率降低)，并且S參數(shù)S21(輕負(fù)載)和S參數(shù)S31 (重負(fù)載)都在頻率接近120kHz的諧振頻率f；es時(shí)最大。另外，電力被優(yōu)先(更多)地分配到需要供應(yīng)相對(duì)更多電力的重負(fù)載側(cè)的單元(電子單元2B)。應(yīng)注意，圖12A和12B中示出的傳輸特性也可通過(guò)在示例條件下模擬獲得，該示例條件為Zl=IO Ω，Ζ2=300 Ω，Ζ3=10 Ω，Ll=393 μ H, Cl=4.5nF, L2=14 μ H, C2p=55nF，以及 C2s=70nF。
[0099]另外，在實(shí)施例中，電子單元2A和2B都不需要變壓器，與比較示例2_2不同，并且因此饋電目標(biāo)單元中的組件數(shù)量不需要增加，因而提高簡(jiǎn)單配置中的傳輸效率同時(shí)尺寸和成本減少。
[0100]如上所述，在實(shí)施例中，電力接收線圈L2和電容器C2p相互并聯(lián)并且因此定義并聯(lián)電路(LC并聯(lián)諧振電路)，并且電容器C2s與該LC并聯(lián)諧振電路串聯(lián)，導(dǎo)致在通過(guò)磁場(chǎng)傳輸電力的過(guò)程中除了 LC并聯(lián)諧振電路的LC并聯(lián)諧振操作還有LC串聯(lián)諧振操作。因此，例如，即使電力被傳輸?shù)蕉鄠€(gè)饋電目標(biāo)單元，如電力單元，提高了包括傳輸效率的傳輸特性，而不增加組件，如變壓器和巴倫。因此提高了簡(jiǎn)單配置在通過(guò)磁場(chǎng)傳輸電力的過(guò)程中的傳輸特性。
[0101]另外，通過(guò)改變電力接收部分210中電容器C2p和C2s的電容值之間的比例調(diào)整電子單元2A和2B中每一個(gè)的實(shí)部阻抗，并且因此依據(jù)任何初級(jí)阻抗適當(dāng)?shù)卣{(diào)整了實(shí)部阻抗。
[0102]另外，在實(shí)施例中，與以下描述的使用電感電抗元件(如線圈L2s)的第二實(shí)施例相比，使用電容電抗元件(電容器C2s )作為電抗元件串聯(lián)到LC并聯(lián)諧振電路，導(dǎo)致以下效果。具體地，電容電抗元件通常具有比電感電抗元件更好的Q值，導(dǎo)致傳輸效率進(jìn)一步提高。另外，電容電抗元件(如電容器)通常比電感電抗元件(如線圈)的尺寸更小，導(dǎo)致單元尺寸減小。
[0103]現(xiàn)在對(duì)本公開(kāi)的 其他實(shí)施例(第二到第四實(shí)施例)進(jìn)行描述。應(yīng)注意，與第一實(shí)施例中的組件相同的組件用相同的符號(hào)表示，并且適當(dāng)?shù)厥÷云涿枋觥?br> [0104]【第二實(shí)施例】
[0105]【饋電系統(tǒng)4的配置】
[0106]圖13示出根據(jù)第二實(shí)施例的饋電系統(tǒng)(饋電系統(tǒng)4A)的電力傳輸部分110和電力接收部分210各自的電路配置。該實(shí)施例中的饋電系統(tǒng)4A包括一個(gè)具有電力傳輸部分110的饋電單兀I，和兩個(gè)分別具有電力接收部分2IOA的電子兀件2A和2B。在實(shí)施例中，電子單元2A和2B分別具有與第一實(shí)施例中的電子單元2A和2B的配置類似的配置，除了提供電力接收部分210A代替電力接收部分210。
[0107](電力接收部分210A)
[0108]電力接收部分210A包括接收從電力傳輸部分110傳輸?shù)碾娏?來(lái)自于磁通量)的接收線圈L2p，與電力接收線圈L2p —起定義LC諧振電路(LC并聯(lián)諧振電路)的電容器C2，以及作為電感電抗元件(電感元件)的線圈L2s。電容器C2與電力接收線圈L2p并聯(lián)地電連接，并且線圈L2s與電容器C2串聯(lián)地電連接，或者與LC并聯(lián)諧振電路串聯(lián)地電連接。具體地，電容器C2的第一端連接到電力接收線圈L2的第一端和線圈L2s的第一端，并且線圈L2s的第二端連接到阻抗Z2和Z3的塊的第一端。電力接收線圈L2，電容器C2，以及阻抗Z2和阻抗Z3的塊的第二端均接地。[0109]在第二實(shí)施例中，電力接收線圈L2p和電容器C2定義LC并聯(lián)諧振電路，并且該LC并聯(lián)諧振電路中的電容器C2與線圈L2s定義LC諧振電路(LC串聯(lián)諧振電路)。另外，這兩個(gè)LC諧振電路(LC并聯(lián)諧振電路和LC串聯(lián)諧振電路)執(zhí)行諧振頻率fMS的LC諧振操作，fres基本等于或接近于由聞?lì)l電力發(fā)生電路111廣生的聞?lì)l電力(AC /[目號(hào))的頻率。具體地，由電力傳輸線圈LI和電力傳輸部分110中的電容器Cl定義的LC諧振電路(LC串聯(lián)諧振電路)以及由電力接收部分210中的電力接收線圈L2p，線圈L2s，和電容器C2定義的LC諧振電路執(zhí)行在基本相同的諧振頻率fMS的LC諧振操作。
[0110]【饋電系統(tǒng)4A的功能和效果】
[0111]如上所述，在實(shí)施例中，電子單元2A和2B分別包括電力接收部分210A，其中電力接收線圈L2p和電容器C2相互并聯(lián)并且因此定義并聯(lián)電路(LC并聯(lián)諧振電路)。另外，線圈L2s串聯(lián)到該LC并聯(lián)電路。具體地，LC并聯(lián)諧振電路中的電容器C2與線圈L2s定義LC串聯(lián)諧振電路。
[0112]因此，這兩個(gè)LC諧振電路(LC并聯(lián)諧振電路和LC串聯(lián)諧振電路)在電力傳輸?shù)倪^(guò)程中(例如，如圖13中的箭頭P2a和P2b所示)在諧振頻率執(zhí)行LC諧振操作。具體地，在通過(guò)磁場(chǎng)傳輸電力的過(guò)程中，LC并聯(lián)諧振電路執(zhí)行LC并聯(lián)諧振操作，并且LC并聯(lián)諧振電路中的電容器C2與線圈L2s執(zhí)行LC串聯(lián)諧振操作。為了集中地表示電力接收部分210A的兩個(gè)LC諧振操作(LC并聯(lián)諧振操作和LC串聯(lián)諧振操作)，諧振頻率fMS由以下表達(dá)式(2)定義。
[0113]【表達(dá)式2】
【權(quán)利要求】
1.一種電力接收電路，包括: LC并聯(lián)諧振電路；以及 與所述LC并聯(lián)諧振電路串聯(lián)地電連接的電抗元件， 其中， 所述電力接收電路以非接觸的方式接收電力。
2.如權(quán)利要求1所述的電力接收電路，其中所述電抗元件是電容元件。
3.如權(quán)利要求1所述的電力接收電路，其中所述電抗元件是電感元件。
4.如權(quán)利要求1所述的電力接收電路，其中所述LC并聯(lián)諧振電路中線圈和電容器之一與所述電抗元件定義LC串聯(lián)諧振電路。
5.一種電力傳輸電路，包括: LC并聯(lián)諧振電路；以及 與所述LC并聯(lián)諧振電路串聯(lián)地電連接的電抗元件， 其中， 所述電力傳輸電路以 非接觸的方式傳輸電力。
6.如權(quán)利要求5所述的電力傳輸電路，其中所述電抗元件是電容元件。
7.如權(quán)利要求5所述的電力傳輸電路，其中所述電抗元件是電感元件。
8.如權(quán)利要求5所述的電力傳輸電路，其中所述LC并聯(lián)諧振電路中線圈和電容器之一與所述電抗元件定義LC串聯(lián)諧振電路。
9.一種裝置包括: 電力接收部分，所述電力接收部分包括 (a)LC并聯(lián)諧振電路，以及 (b)與所述LC并聯(lián)諧振電路串聯(lián)地電連接的電抗元件，其中， 所述電力接收部分以非接觸的方式接收電力。
10.如權(quán)利要求9所述的裝置，其中所述電抗元件是電容元件。
11.如權(quán)利要求9所述的裝置，其中所述電抗元件是電感元件。
12.如權(quán)利要求9所述的裝置，其中所述LC并聯(lián)諧振電路中線圈和電容器之一與所述電抗元件定義LC串聯(lián)諧振電路。
13.如權(quán)利要求9所述的裝置，其進(jìn)一步包括: 可以使用由所述電力接收部分接收的電力充電的充電電池。
14.如權(quán)利要求9所述的裝置，其中所述裝置是電子單元或汽車。
15.如權(quán)利要求10所述的裝置，其中所述LC并聯(lián)諧振電路中電容器的電容值與所述電抗元件的電容值的比例可改變。
16.—種饋電系統(tǒng)包括: 饋電單元；以及 一個(gè)或更多接收由所述饋電單元發(fā)送的電力的目標(biāo)單元， 其中， 每個(gè)所述一個(gè)或更多目標(biāo)單元包括電力接收部分，所述電力接收部分包括 (a)LC并聯(lián)諧振電路，和 (b)與所述LC并聯(lián)諧振電路串聯(lián)地電連接的電抗元件，所述電力接收部分以非接觸的方式接收來(lái)自所述饋電單元的電力。
17.如權(quán)利要求16所述的饋電系統(tǒng)，其中:所述電抗元件是電容或電感元件，以及所述LC并聯(lián)諧振電路中線圈和電容器之一與所述電抗元件定義LC串聯(lián)諧振電路。
18.如權(quán)利要求16所述的饋電系統(tǒng)，其中:所述電抗元件是電容元件，以及所述LC并聯(lián)諧振電路中電容器的電容值與所述電抗元件的電容值的比例可以改變。
19.一種饋電系統(tǒng)包括:饋電單元；以及一個(gè)或更多接收由所述饋電單元發(fā)送的電力的目標(biāo)單元，其中，所述饋電單 兀包括電力傳輸部分，所述電力傳輸部分包括(a)LC并聯(lián)諧振電路，以及(b)與所述LC并聯(lián)諧振電路串聯(lián)地電連接的電抗元件，所述電力傳輸部分以非接觸的方式將電力傳輸?shù)矫總€(gè)所述一個(gè)或更多目標(biāo)單兀。
20.如權(quán)利要求19所述的饋電系統(tǒng)，其中:所述電抗元件是電容或電感元件，以及所述LC并聯(lián)諧振電路中線圈和電容器之一與所述電抗元件定義LC串聯(lián)諧振電路。
【文檔編號(hào)】H02J17/00GK103797685SQ201280042080
【公開(kāi)日】2014年5月14日 申請(qǐng)日期:2012年9月3日 優(yōu)先權(quán)日:2011年9月6日
【發(fā)明者】村上知倫, 吉野功高 申請(qǐng)人:索尼公司