饋電單元和饋電系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及饋電單元和饋電系統(tǒng)。一種饋電單元，包括：送電線圈，被配置為使用磁場進(jìn)行電力輸送；耦合系數(shù)計(jì)算部，被配置為計(jì)算所述送電線圈和被供電的單元內(nèi)的受電線圈之間的耦合系數(shù)。所述耦合系數(shù)計(jì)算部測量所述被供電的單元內(nèi)的整流電路的非工作狀態(tài)下的輸入阻抗的頻率特性，并且使用所述頻率特性的測量結(jié)果計(jì)算所述耦合系數(shù)。
【專利說明】饋電單元和饋電系統(tǒng)
[0001] 相關(guān)申請的交叉引用
[0002] 本申請要求申請日為2013年4月8日申請?zhí)枮镴P2013-80429的日本在先專利申 請的優(yōu)先權(quán)，以上專利文獻(xiàn)全文結(jié)合進(jìn)本文作為引用。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003] 本發(fā)明涉及一種饋電系統(tǒng)和應(yīng)用于該饋電系統(tǒng)的饋電單元，所述饋電系統(tǒng)對被供 電的單元(例如，電子設(shè)備）進(jìn)行非接觸式供電（電力輸送)。

【背景技術(shù)】
[0004] 近年來，消費(fèi)電子設(shè)備（CE設(shè)備）（例如手機(jī)和便攜音樂播放器）進(jìn)行非接觸式供 電的饋電系統(tǒng)(例如非接觸式饋電系統(tǒng)或無線充電系統(tǒng)）已經(jīng)得到關(guān)注。因此，這使得能夠 僅通過將電子設(shè)備(副側(cè)單元）放置在充電托板(主側(cè)單元）上開始進(jìn)行充電，而不是通過將 電源(例如AC適配器）的連接器插入(連接）進(jìn)所述單元中開始進(jìn)行充電。換言之，電子設(shè) 備和充電托板之間的端子連接變得不再必要。
[0005] -種通過這種方式進(jìn)行非接觸供電的方法是公知的電磁感應(yīng)法。此外，一種使用 電磁諧振現(xiàn)象的被稱為磁諧振法的方法的非接觸式饋電系統(tǒng)已經(jīng)引起關(guān)注。這種非接觸式 饋電系統(tǒng)被披露于例如日本未審專利申請公開2011-45161和2012-7046等中。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 理論上，在上面所述的非接觸式饋電系統(tǒng)中，希望容易得到主側(cè)單元(送電線圈） 和副側(cè)單元(受電線圈）之間的耦合系數(shù)。因此，需要提出一種能夠容易得到該耦合系數(shù)的 方法。
[0007] 希望提供一種饋電單元和饋電系統(tǒng)，所述饋電單元和饋電系統(tǒng)能夠容易得到使用 磁場的電力輸送中的耦合系數(shù)。
[0008] 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，提供了一種饋電單元，包括：送電線圈，被配置為使用磁場 進(jìn)行電力輸送；耦合系數(shù)計(jì)算部，被配置為計(jì)算所述送電線圈和被供電的單元內(nèi)的受電線 圈之間的耦合系數(shù)。所述耦合系數(shù)計(jì)算部測量所述被供電的單元內(nèi)的整流電路的非工作狀 態(tài)下的輸入阻抗的頻率特性，并且使用所述頻率特性的測量結(jié)果計(jì)算所述耦合系數(shù)。
[0009] 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，提供了一種饋電系統(tǒng)，所述饋電系統(tǒng)設(shè)置有一個(gè)或多個(gè)電 子設(shè)備(被供電的單元)和饋電單元。所述一個(gè)或多個(gè)電子設(shè)備每個(gè)都具有受電線圈和整流 電路，并且所述饋電單元被配置為使用磁場對所述電子設(shè)備進(jìn)行電力輸送。所述饋電單元 包括：送電線圈，被配置為進(jìn)行電力輸送；耦合系數(shù)計(jì)算部，被配置為計(jì)算所述送電線圈和 所述受電線圈之間的耦合系數(shù)。所述耦合系數(shù)計(jì)算部測量所述整流電路的非工作狀態(tài)下的 輸入阻抗的頻率特性，并且使用所述頻率特性的測量結(jié)果計(jì)算所述耦合系數(shù)。
[0010] 在根據(jù)本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例的饋電單元和饋電系統(tǒng)中，所述被供電的單元（電子 設(shè)備）內(nèi)的整流電路的非工作狀態(tài)下的輸入阻抗的頻率特性被測量，并且所述頻率特性的 測量結(jié)果被用于計(jì)算所述送電線圈和受電線圈之間的所述耦合系數(shù)。因此，能夠在不使用 例如對被供電的單元進(jìn)行動(dòng)態(tài)控制的復(fù)雜方法的條件下獲得所述耦合系數(shù)。
[0011] 在根據(jù)本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例的饋電單元和饋電系統(tǒng)中，使用所述整流電路的非工 作狀態(tài)下的輸入阻抗的頻率特性的測量結(jié)果計(jì)算所述耦合系數(shù)。因此，能夠在不使用復(fù)雜 方法的條件下獲得所述耦合系數(shù)。因此，能夠容易獲得在使用磁場的電力輸送中使用的耦 合系數(shù)。
[0012] 應(yīng)當(dāng)理解，前面所述的一般性說明和下面的詳細(xì)說明都是示例性的，并且目的是 對所要求保護(hù)的技術(shù)提供進(jìn)一步解釋。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013] 說明書提供附圖以方便對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且將附圖結(jié)合進(jìn)說明書并作為 其一部分。附圖示出了實(shí)施例，并且與說明書一起用于闡述技術(shù)原理。
[0014] 圖1是示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的饋電系統(tǒng)的外觀結(jié)構(gòu)示例的透視圖。
[0015] 圖2是示出圖1中所示出的饋電系統(tǒng)的詳細(xì)結(jié)構(gòu)示例的框圖。
[0016] 圖3是示出圖2中所示出的各個(gè)塊的詳細(xì)結(jié)構(gòu)示例的圖。
[0017] 圖4是用于解釋計(jì)算圖3中所示出的電路中的耦合系數(shù)的方法的電路圖。
[0018] 圖5是用于解釋根據(jù)第一實(shí)施例的計(jì)算耦合系數(shù)的方法中使用的輸入阻抗的極 小值時(shí)的頻率和其極大值時(shí)的頻率的特性圖。
[0019] 圖6是示出根據(jù)第一實(shí)施例的計(jì)算耦合系數(shù)的操作示例的流程圖。
[0020] 圖7是示出根據(jù)示例1和2的電感值和電容值的圖。
[0021] 圖8A是示出根據(jù)示例1的輸入阻抗的頻率特性的示例的特性圖。
[0022] 圖8B是示出根據(jù)示例1的輸入阻抗的頻率特性的另一個(gè)示例的特性圖。
[0023] 圖9A是示出根據(jù)示例2的輸入阻抗的頻率特性的示例的特性圖。
[0024] 圖9B是示出根據(jù)示例2的輸入阻抗的頻率特性的另一個(gè)示例的特性圖。
[0025] 圖10是示出根據(jù)第二實(shí)施例的饋電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示例的電路圖。
[0026] 圖11是用于解釋計(jì)算圖10中所示出的電路中的耦合系數(shù)的方法的電路圖。
[0027] 圖12是用于解釋在根據(jù)第二實(shí)施例的計(jì)算耦合系數(shù)的方法中使用的兩個(gè)極小值 處的頻率的特性圖。
[0028] 圖13A是示出根據(jù)修改例1的旁通路的布置結(jié)構(gòu)示例的電路圖。
[0029] 圖13B是示出根據(jù)修改例2的旁通路的布置結(jié)構(gòu)示例的電路圖。
[0030] 圖14是示出根據(jù)第三實(shí)施例的設(shè)置饋電參數(shù)的操作的示例的流程圖。
[0031] 圖15是示出根據(jù)第四實(shí)施例的計(jì)算耦合系數(shù)的操作和檢測是否存在被供電的單 元的操作的示例的流程圖。
[0032] 圖16是示出根據(jù)第五實(shí)施例的電力輸送控制操作的示例的流程圖。
[0033] 圖17是示出根據(jù)第五實(shí)施例的電力輸送控制操作的另一個(gè)示例的流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0034] 下面將參照附圖對本發(fā)明的一些實(shí)施進(jìn)行說明。注意，將按照以下順序進(jìn)行說明。
[0035] 1.第一實(shí)施例(使用極小值和極大值處的頻率得到耦合系數(shù)的示例）
[0036] 2.第二實(shí)施例(使用兩個(gè)極小值處的頻率得到耦合系數(shù)的示例）
[0037] 3.修改例1和2 (副側(cè)單元中的旁通路的其它布置結(jié)構(gòu)示例）
[0038] 4.第三實(shí)施例(使用得到的耦合系數(shù)設(shè)置饋電參數(shù)的示例）
[0039] 5.第四實(shí)施例(得到的耦合系數(shù)的同時(shí)檢測被供電的單元的存在或不存在的示 例）
[0040] 6.第五實(shí)施例(根據(jù)得到的耦合系數(shù)的大小進(jìn)行電力輸送控制的示例）
[0041] 7.其它修改例
[0042] (第一實(shí)施例）
[0043] (饋電系統(tǒng)4的總體結(jié)構(gòu)）
[0044] 圖1示出了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的饋電系統(tǒng)(饋電系統(tǒng)4)的外觀結(jié)構(gòu)示例，以 及圖2示出了饋電系統(tǒng)4的塊結(jié)構(gòu)示例。饋電系統(tǒng)4是使用磁場(利用磁諧振、電磁感應(yīng) 等，下同）進(jìn)行非接觸電力輸送(供電、饋電或電力輸送）的系統(tǒng)(非接觸型饋電系統(tǒng))。饋電 系統(tǒng)4包括饋電單元1 (主側(cè)單元）和用作被供電的單元的一個(gè)或多個(gè)電子設(shè)備(在該情形 中，兩個(gè)電子設(shè)備2A和2B ;副側(cè)單元)。
[0045] 如圖1中所示，例如，在饋電系統(tǒng)4中，將電子設(shè)備2A和2B放置在(或接近地設(shè)置 于）饋電單元1的饋電表面（電力輸送表面）S1上以便進(jìn)行從饋電單元1到電子設(shè)備2A和 2B的電力輸送。在該情形中，考慮到同時(shí)或通過分時(shí)方式(順序）在多個(gè)電子設(shè)備2A和2B 上進(jìn)行電力輸送的情形，饋電單元1具有墊板形狀(托板形狀)，其中，饋電表面S1的面積大 于受電的電子設(shè)備2A和2B等的尺寸。
[0046] (饋電單元1)
[0047] 如上面所述，饋電單元1是使用磁場對電子設(shè)備2A和2B進(jìn)行電力輸送的單元(充 電托板)。如圖2中所示，例如，饋電單元1可包括電力輸送裝置11，包括電力輸送部分110， AC信號(hào)發(fā)生電路(AC信號(hào)發(fā)生部，或高頻功率發(fā)生電路）111，耦合系數(shù)計(jì)算電路(耦合系數(shù) 計(jì)算部）112,通信部113和控制部114。此外，在電力輸送裝置11中設(shè)置未示出的開關(guān)(后 面所述的開關(guān)元件SW2)。
[0048] 電力輸送部110被配置為包括送電線圈（主側(cè)線圈）L1，電容器C1 (諧振電容）等， 將在后面描述。使用送電線圈L1和電容器C1設(shè)置LC諧振電路，將在后面描述。電力輸送 部110使用送電線圈L1和電容器C1通過使用AC磁場(參見圖2中的箭頭P1)將電力輸送 至電子設(shè)備2A和2B (具體是后面所述的電力接收部210)。更具體地，電力輸送部110具 有將磁場(磁通量）從饋電表面S1輻射到電子設(shè)備2A和2B的功能。
[0049] 例如，AC信號(hào)發(fā)生電路111是使用從饋電單元1的外部電源9 (主電源）提供的 電力產(chǎn)生用于電力輸送的預(yù)定AC信號(hào)Sac (高頻電力）的電路。AC信號(hào)Sac被供應(yīng)至電力 輸送部110。例如，可使用包括后續(xù)描述的開關(guān)元件SW1的開關(guān)放大器來配置該AC信號(hào)生 成電路111。注意，例如，可將普通AC適配器、PC (個(gè)人電腦）中設(shè)置的通用串行總線（USB) 2. 0的電源(供電能力：500mA，供電電壓：約5V)等用作外部電源9。
[0050] 耦合系數(shù)計(jì)算電路112是計(jì)算電子設(shè)備2A和2B每個(gè)中的后面所述的送電線圈L1 和后面所述的受電線圈L2之間的耦合系數(shù)k的電路。耦合系數(shù)k是代表在送電線圈L1和 受電線圈L2之間的磁通量共用程度的參數(shù)。注意，通過耦合系數(shù)計(jì)算電路112計(jì)算耦合系 數(shù)k的方法的細(xì)節(jié)將在后面描述。
[0051] 通信部113與后面所述的電子設(shè)備2A和2B每個(gè)中的通信部214進(jìn)行預(yù)訂的互相 通信操作(參見圖2中的箭頭C1)。
[0052] 控制部114進(jìn)行整個(gè)饋電單元1 ?個(gè)饋電系統(tǒng)4)內(nèi)的各種控制操作。具體地， 例如，除了控制電力輸送部110進(jìn)行的電力輸送操作和通信部113進(jìn)行的通信操作的功能 之外，控制部114可具有進(jìn)行最佳化控制電力輸送的功能，驗(yàn)證被供電的單元的功能，檢測 被供電的單元位于其附近的功能和檢測污染物(例如異物金屬）的功能等。此外，在第一實(shí) 施例中，控制部114還具有控制通過耦合系數(shù)計(jì)算電路112計(jì)算耦合系數(shù)的操作的功能。在 該情形中，為了控制上面所述的電力輸送操作，控制部114使用后面所述的預(yù)定控制信號(hào) CTL (用于電力輸送的控制信號(hào)）控制AC信號(hào)發(fā)生電路111的操作。可使用例如微型計(jì)算 機(jī)、脈沖發(fā)生器等構(gòu)成該控制部114。
[0053] (電子設(shè)備2A和2B)
[0054] 例如，電子設(shè)備2A和2B中的每個(gè)由以電視機(jī)為代表的固定電子設(shè)備，以手機(jī)和數(shù) 碼相機(jī)等為代表的包含可再充電電池（電池)的便攜電子設(shè)備等構(gòu)成。例如，如圖2中所示， 電子設(shè)備2A和2B每個(gè)都可包括電力接收裝置21和根據(jù)從電力接收裝置21提供的電力進(jìn) 行預(yù)定操作(發(fā)揮作為電子設(shè)備的功能操作）的負(fù)載22。此外，電力接收裝置21可包括電 力接收部210,整流電路211，饋電充電控制電路212,電池213,通信部214,控制部215和電 容器C2p。注意，電容器C2p對應(yīng)于本發(fā)明中的"電容器"的具體示例。
[0055] 電力接收部210被配置為包括受電線圈（副側(cè)線圈）L2,電容器C2 (諧振電容器） 等，將在后面描述。LC諧振電路使用受電線圈L2,電容器C2和上面所述的電容器C2p構(gòu)成， 將在后面描述。電力接收部210具有通過使用受電線圈L2,電容器C2等接收從饋電單元1 內(nèi)的電力輸送部110傳輸?shù)碾娏?傳輸?shù)碾娏Γ┑墓δ堋?br> [0056] 整流電路211是對電力接收部210提供的傳輸?shù)碾娏ΓˋC電力）進(jìn)行整流以產(chǎn)生 DC電力的電路。
[0057] 饋電充電控制電路212是根據(jù)整流電路211輸出的DC電力對電池213進(jìn)行充電 控制和對負(fù)載22進(jìn)行饋電控制的電路。
[0058] 電池213根據(jù)饋電充電控制電路212進(jìn)行的充電控制將電力儲(chǔ)存在其中，并且可 使用例如可再充電電池(二次電池）（例如鋰離子電池）構(gòu)成。
[0059] 通信部214進(jìn)行上面所述的與饋電單元1內(nèi)的通信部113之間的預(yù)定的相互通信 操作(參見圖2中的箭頭C1)。
[0060] 控制部215進(jìn)行整個(gè)電子設(shè)備2A或整個(gè)電子設(shè)備2B (整個(gè)饋電系統(tǒng)4)內(nèi)的各種 控制操作。具體地，例如，除了控制電力接收部210進(jìn)行的電力接收操作和通信部214進(jìn)行 的通信操作的功能之外，控制部215可具有進(jìn)行最佳化控制接收電力的功能、控制饋電充 電控制電路212的操作的功能等。該控制部215可使用例如微型計(jì)算機(jī)等構(gòu)成。
[0061] (饋電單元1和電子設(shè)備2A和2B的詳細(xì)結(jié)構(gòu)）
[0062] 圖3通過電路圖和框圖示出圖2中所示的饋電單元1和電子設(shè)備2A和2B中的各 個(gè)塊的詳細(xì)結(jié)構(gòu)實(shí)例。
[0063] (電力輸送部110)
[0064] 電力輸送部110包括送電線圈L1以使用磁場(產(chǎn)生磁通量)進(jìn)行電力輸送，以及電 容器C1以與送電線圈L1 一起構(gòu)成上面所述LC諧振電路。送電線圈L1和電容器C1彼此串 聯(lián)電氣連接。具體地，送電線圈L1的第一端與電容器Cl的第一端相連，送電線圈L1的第 二端接地，以及電容器C1的第二端通過供電線Lp連接至AC信號(hào)發(fā)生電路111的輸出端。
[0065] 此外，在電力輸送部110中形成的LC諧振電路和下面將描述的在電力接收部210 等中形成的LC諧振電路彼此磁耦合(互感)。因此，以與AC信號(hào)發(fā)生電路111產(chǎn)生的高頻 功率（AC信號(hào)Sac)的頻率基本相同的諧振頻率進(jìn)行LC諧振操作。
[0066] (AC信號(hào)發(fā)生電路111)
[0067] AC信號(hào)發(fā)生電路111使用開關(guān)放大器(未示出，稱為D類放大器，E類放大器等)構(gòu) 成，所述開關(guān)放大器包括一個(gè)或多個(gè)開關(guān)元件SW1，每個(gè)開關(guān)元件SW1都由金屬氧化物半導(dǎo) 體(M0S)晶體管等構(gòu)成。用于電力輸送的控制信號(hào)CTL從控制部114被供應(yīng)至AC信號(hào)發(fā)生 電路111?？刂菩盘?hào)CTL由代表預(yù)定頻率f (CTL(f)=fl)和占空比Duty(CTL(Duty)=10%、 50%等）的脈沖信號(hào)構(gòu)成。
[0068] 通過這種結(jié)構(gòu)，在AC信號(hào)發(fā)生電路111中，上面所述的開關(guān)元件SW1每個(gè)都根據(jù) 用于電力輸送的控制信號(hào)CTL進(jìn)行開-關(guān)操作（由上面所述的頻率f和上面所述的占空比 Duty進(jìn)行開關(guān)操作)。換言之，使用控制部114提供的控制信號(hào)CTL控制各個(gè)開關(guān)元件SW1 的開-關(guān)操作。因此，例如可基于從外部電源9側(cè)輸入的DC信號(hào)Sdc產(chǎn)生AC信號(hào)Sac，并 且AC信號(hào)Sac被提供至電力輸送部110。
[0069] (耦合系數(shù)計(jì)算電路112)
[0070] 耦合系數(shù)計(jì)算電路112被配置為能夠通過開關(guān)元件SW2與供電線Lp連接，并且具 有計(jì)算上面所述的送電線圈L1和受電線圈L2之間的耦合系數(shù)的功能。注意，開關(guān)元件SW2 被配置為響應(yīng)控制部114的控制在計(jì)算耦合系數(shù)時(shí)開啟。
[0071] 耦合系數(shù)計(jì)算電路112測量電子設(shè)備2A和2B中每個(gè)的整流電路211的非工作狀 態(tài)中從饋電單元1側(cè)觀察的輸入阻抗Zin的頻率特性，并且使用頻率特性的測量結(jié)果計(jì)算 耦合系數(shù)k。更具體地，耦合系數(shù)計(jì)算電路112從頻率特性的測量結(jié)果檢測輸入阻抗Zin的 極值處的頻率f，并且使用極值處的頻率f計(jì)算耦合系數(shù)k。
[0072] 具體地，在第一實(shí)施例中，盡管將在后面描述細(xì)節(jié)，耦合系數(shù)計(jì)算電路112檢測兩 個(gè)作為極值處的頻率的極小值處的頻率(后面所述的頻率f H)和極大值處的頻率(后面所述 的頻率4)，并且使用兩個(gè)頻率fH和4計(jì)算耦合系數(shù)k。此外，在第一實(shí)施例中，耦合系數(shù) 計(jì)算電路112使用弱信號(hào)(測量功率中的測量信號(hào)弱）測量輸入阻抗Zin的頻率特性，以測 量上述整流電路211的非工作狀態(tài)的頻率特性。
[0073] 如圖3中所示，耦合系數(shù)計(jì)算電路112包括測量信號(hào)發(fā)生部30,電流檢測電路31 (電流檢測部)，放大器32, A/D轉(zhuǎn)換器33和計(jì)算控制部34。注意，計(jì)算控制部34對應(yīng)于"運(yùn) 算部"和"控制部"的具體實(shí)例。
[0074] 測量信號(hào)發(fā)生部30產(chǎn)生測量輸入阻抗Zin的頻率特性的測量信號(hào)，并且在該示例 中，使用AC電源構(gòu)成。測量信號(hào)具有預(yù)定電壓V和頻率f，并且通過開關(guān)元件SW2從供電線 Lp被供應(yīng)到電力輸送部110。
[0075] 電流檢測電路31在測量輸入阻抗Zin的頻率特性的過程中測量流過送電線圈L1 的電流I (測量電流)。通過這種方式檢測到的電流I的值(在該示例中，模擬值）被提供給 放大器32。該電流檢測電路31例如可使用電阻器或變流器構(gòu)成。
[0076] 放大器32是具有放大電流檢測電路31檢測到的電流I的值(信號(hào))的功能的電路 (放大器電路)。
[0077] A/D轉(zhuǎn)換器33對從放大器32輸出的模擬值的電流I進(jìn)行A/D(模擬/數(shù)字)轉(zhuǎn)換， 并且輸出數(shù)字值的電流I。
[0078] 計(jì)算控制部34具有控制測量信號(hào)發(fā)生部30的工作的功能以控制測量信號(hào)的電壓 V和頻率f。此外，計(jì)算控制部34具有根據(jù)電流檢測電路31檢測到的電流I和計(jì)算控制部 34自己設(shè)定的測量信號(hào)的電壓V計(jì)算輸入阻抗Zin (Zin=V/I)的功能。此時(shí)，連續(xù)改變測 量信號(hào)的頻率f (掃描頻率f的值）可允許得到輸入阻抗Zin的頻率特性。注意，計(jì)算控制 部34的控制功能和計(jì)算功能的細(xì)節(jié)將在后面描述。
[0079] (電力接收部210和旁通路Lb)
[0080] 電力接收部210包括受電線圈L2以接收從電力輸送部110傳輸?shù)碾娏Γ▉碜訟C 磁場)，以及電容器C2,與受電線圈L2 -起構(gòu)成上面所述的LC諧振電路。受電線圈L2和 電容器C2彼此電氣串聯(lián)連接，并且上述電容器C2p和電力接收部210并聯(lián)電氣連接。具體 地，電容器C2的第一端連接至整流電路211的第一輸入端和電容器C2p的第一端，以及電 容器C2的第二端連接至受電線圈L2的第一端。此外，受電線圈L2的第二端連接至整流電 路211的第二輸入端和電容器C2p的第二端。
[0081] 在該情形中，由受電線圈L2以及電容器C2和C2p構(gòu)成的LC諧振電路與上面所述 的由送電線圈L1和電容器C1構(gòu)成的LC諧振電路彼此磁耦合。因此，以與AC信號(hào)發(fā)生電 路111產(chǎn)生的高頻功率(AC信號(hào)Sac)的頻率基本相同的諧振頻率進(jìn)行LC諧振操作。
[0082] 此外，如圖3中所示，設(shè)置有電容器C2p的通路(旁通路Lb)被電氣并聯(lián)連接至電 力接收部210,并且被設(shè)置在整流電路211的一對輸入端之間。旁通路Lb用作關(guān)于整流電 路211的旁通路。盡管將在后面描述細(xì)節(jié)，但這允許整流電路211在測量輸入阻抗Zin的 頻率特性時(shí)處于非工作狀態(tài)(無效狀態(tài)，或非激活狀態(tài)）下。
[0083] (整流電路211)
[0084] 在該示例中，整流電路211使用四個(gè)整流元件(二極管）D1到D4和平滑電容器C3 構(gòu)成。在圖3的示例中，整流元件D1的陽極和整流元件D3的陰極被連接至整流電路211 的第一輸入端，整流元件D1的陰極和整流元件D2的陰極被連接至整流電路211的輸出端。 此外，整流元件D2的陽極和整流元件D4的陰極被連接至整流電路211的第二輸入端，且整 流元件D3的陽極和整流元件D4的陽極接地。換言之，整流電路211是具有所謂的二極管 電橋結(jié)構(gòu)的電路。此外，電容器C3被設(shè)置在接地和相應(yīng)整流元件D1和D2的陰極連接點(diǎn)與 饋電充電控制電路212之間的通路之間。通過此結(jié)構(gòu)，整流電路211對電力接收部210提 供的AC功率進(jìn)行整流，平滑整流后的功率以減少脈動(dòng)，并且將接收的DC功率的電力提供給 饋電充電控制電路212。注意，整流電路211可以是使用晶體管的同步整流電路。
[0085] (饋電系統(tǒng)4的功能和效果）
[0086] (一般操作概述）
[0087] 在饋電系統(tǒng)4中，根據(jù)外部電源9提供的電力，饋電單元1內(nèi)的AC信號(hào)發(fā)生電路 111將用于電力輸送的預(yù)定高頻功率(AC信號(hào)Sac)提供給電力輸送部110中的功率傳輸線 圈L1和電容器C1。因此，在電力輸送部110中的送電線圈L1內(nèi)產(chǎn)生磁場(磁通量)。此時(shí)， 當(dāng)作為被供電的單元的電子設(shè)備2A和2B被放置在饋電單元1的頂面(饋電表面S1)上(或 附近)時(shí)，使饋電單元1內(nèi)的送電線圈L1和電子設(shè)備2A和2B各自內(nèi)的受電線圈L2在饋電 表面S1附近彼此靠近。
[0088] 通過這種方式，當(dāng)受電線圈L2被放置在產(chǎn)生磁場的送電線圈L1附近時(shí)，通過送電 線圈L1產(chǎn)生的磁通量感應(yīng)在受電線圈L2內(nèi)產(chǎn)生電動(dòng)勢(感應(yīng)電動(dòng)勢)。換言之，由于電磁 感應(yīng)或磁諧振，通過在送電線圈L1和受電線圈L2中的每個(gè)中產(chǎn)生互連磁場。因此，電力從 送電線圈LU則(主側(cè)，饋電單元U則，或電力輸送部110側(cè))輸送至受電線圈L2側(cè)(副側(cè)，電 子設(shè)備2A和2B側(cè)，或電力接收部210側(cè)）（參見圖2和3中的箭頭P1)。此時(shí)，饋電單元1 側(cè)的送電線圈L1和電子設(shè)備2A和2B側(cè)的受電線圈L2通過電磁感應(yīng)等彼此磁耦合，并因 此進(jìn)行LC諧振操作。
[0089] 接著，在電子設(shè)備2A和2B中，將受電線圈L2接收的AC電力通過整流電路211提 供給饋電充電控制電路212,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)后面所述的充電操作。具體地，在通過整流電路211 將AC電力轉(zhuǎn)換成預(yù)定DC電力后，通過饋電充電控制電路212根據(jù)DC電力進(jìn)行電池213的 充電操作。通過這種方式，在電子設(shè)備2A和2B中，根據(jù)電力接收部210接收的電力進(jìn)行充 電操作。
[0090] 換言之，在第一實(shí)施例中，在對電子設(shè)備2A和2B充電時(shí)，到AC適配器等的端子連 接是不必要的，且僅通過將電子設(shè)備2A和2B放置在饋電單元1的饋電表面S1上(或附近） 便可容易地開始進(jìn)行充電(進(jìn)行非接觸式饋電)。這減少了用戶的麻煩。
[0091] 此外，在這種操作中，在饋電單元1中的通信部113和電子設(shè)備2A和2B的每個(gè)中 的通信部214之間進(jìn)行相互通信操作(參見圖2和圖3中的箭頭C1)。因此，例如，可進(jìn)行單 元之間的相互驗(yàn)證、饋電效率控制等。
[0092] (耦合系數(shù)計(jì)算電路112的功能）
[0093] 理論上，如上面所述，這種非接觸式饋電系統(tǒng)被粗略地分類為電磁感應(yīng)系統(tǒng)和磁 諧振系統(tǒng)。兩種系統(tǒng)之間大的不同通常在于送電線圈和受電線圈之間的耦合系數(shù)。更具體 地，在電磁感應(yīng)系統(tǒng)中高耦合系數(shù)是必要的。因此，將主側(cè)單元和副側(cè)單元設(shè)置成彼此靠近 是必要的。另一方面，在磁諧振系統(tǒng)中，即使當(dāng)耦合系數(shù)小的時(shí)候也能夠?qū)崿F(xiàn)高效率的饋 電。因此，允許主側(cè)單元和副側(cè)單元彼此分開放置。
[0094] 耦合系數(shù)是非常重要的參數(shù)，因?yàn)轳詈舷禂?shù)很大程度上影響非接觸式饋電系統(tǒng)的 電力輸送性能。例如，根據(jù)耦合系數(shù)的值合理設(shè)置參數(shù)(例如，電力輸送振幅和電力輸送頻 率）可實(shí)現(xiàn)電力饋送的穩(wěn)定性。在非接觸式饋電系統(tǒng)中，可考慮一些獲得耦合系數(shù)的方法。 例如，可使用一種方法，其中，受電線圈被控制成兩種模式，短路狀態(tài)和開路狀態(tài)，并且測量 每種狀態(tài)中送電線圈的電感值以獲得耦合系數(shù)。此外，可考慮一種方法，其中，從由距離傳 感器測量的主側(cè)單元和副側(cè)單元之間的距離估計(jì)耦合系數(shù)。
[0095] 此時(shí)，例如，在對手機(jī)進(jìn)行非接觸饋電的情形中，考慮到副側(cè)單元內(nèi)的電池為空的 情形，副側(cè)單元可能希望即使在非功率狀態(tài)下也能工作(允許得到耦合系數(shù))。然而，通過上 述方法，為了得到耦合系數(shù)需要對副側(cè)單元(被供電的單元）進(jìn)行動(dòng)態(tài)控制，并且當(dāng)副側(cè)單 元不處于非功率狀態(tài)時(shí)不能得到耦合系數(shù)。換言之，不利地，在副側(cè)單元上進(jìn)行動(dòng)態(tài)控制， 這是一種復(fù)雜的方法。此外，需要附加的傳感器，例如距離傳感器，這可能導(dǎo)致尺寸和成本 上的問題。
[0096] 因此，在根據(jù)第一實(shí)施例的饋電系統(tǒng)4中，提供了具有圖2和3中所示的結(jié)構(gòu)的耦 合系數(shù)計(jì)算電路112,并且通過下面的方法計(jì)算耦合系數(shù)k。下面將詳細(xì)描述所述方法。
[0097] 首先，例如，如圖4中的虛線所示，饋送系統(tǒng)4被配置為使得在耦合系數(shù)k的計(jì)算 過程中(在后面所述的輸入阻抗Zin的頻率特性的測量過程中)作為被供電的單元的電子設(shè) 備2A和2B的每個(gè)中的整流電路211被自動(dòng)送進(jìn)非工作狀態(tài)(無動(dòng)態(tài)控制)。更具體地，如 圖3和圖4中所示，用于整流電路211的旁通路Lb被預(yù)先設(shè)置在電子設(shè)備2A和2B的每個(gè) 中，并且電容器C2p被設(shè)置在旁通路Lb上。此外，在輸入阻抗Zin的頻率特性的測量過程 中，用于測量的弱信號(hào)(測量功率中的測量信號(hào)弱)流過旁通路Lb，并且因此將整流電路211 自身送進(jìn)非工作狀態(tài)。這是因?yàn)檎麟娐?11不對該弱信號(hào)工作，并且被送入基本等同于 未連接狀態(tài)的狀態(tài)。
[0098] 此外，與如圖4中的虛線所示出的相似，在輸入阻抗Zin的頻率特性的測量過程 中，除了電子設(shè)備2A和2B每個(gè)中的整流電路211，AC信號(hào)發(fā)生電路111也被設(shè)置為處于非 工作狀態(tài)。更具體地，在該情形中，由于這是反饋單元1內(nèi)部的設(shè)置，控制部114自動(dòng)關(guān)閉 開關(guān)元件SW1等以停止AC信號(hào)發(fā)生電路111的功能。因此，AC信號(hào)發(fā)生電路111被送入 非工作狀態(tài)。換言之，與上面所述的整流電路211相似，AC信號(hào)發(fā)生電路111也被送入基 本等同于未連接狀態(tài)的狀態(tài)。
[0099] 在該示例中，在整流電路211和AC信號(hào)發(fā)生電路111都被設(shè)置在非工作狀態(tài)下的 情形中，從反饋單元1觀察的輸入阻抗Zin通過下面的表達(dá)式（1)到（4)表示。
[0100] [數(shù)值表達(dá)式1]

【權(quán)利要求】
1. 一種饋電單元，包括： 送電線圈，被配置為使用磁場進(jìn)行電力輸送； 耦合系數(shù)計(jì)算部，被配置為計(jì)算所述送電線圈和將被供電的單元內(nèi)的受電線圈之間的 耦合系數(shù)，其中， 所述耦合系數(shù)計(jì)算部測量所述將被供電的單元內(nèi)的整流電路的非工作狀態(tài)下的輸入 阻抗的頻率特性，并且使用所述頻率特性的測量結(jié)果來計(jì)算所述耦合系數(shù)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的饋電單元，其中，所述耦合系數(shù)計(jì)算部根據(jù)所述頻率特性的 所述測量結(jié)果檢測所述輸入阻抗的極值處的頻率，并且使用所述極值處的頻率來計(jì)算所述 耦合系數(shù)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的饋電單元，其中，所述耦合系數(shù)計(jì)算部檢測所述輸入阻抗的 極小值處的頻率和所述輸入阻抗的極大值處的頻率兩者作為所述極值處的頻率，并且使用 兩個(gè)所述頻率來計(jì)算所述耦合系數(shù)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的饋電單元，其中，當(dāng)包括所述送電線圈的諧振電路的諧振頻 率由fl表示，并且包括所述受電線圈的諧振電路的諧振頻率由f2表示時(shí)，所述諧振頻率Π 和f2被設(shè)置為滿足fl〈〈f2。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的饋電單元，其中，所述耦合系數(shù)計(jì)算部檢測所述輸入阻抗的 兩個(gè)極小值處的頻率作為所述極值處的頻率，并且使用所述兩個(gè)極小值處的所述頻率來計(jì) 算所述耦合系數(shù)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的饋電單元，其中，當(dāng)包括所述送電線圈的諧振電路的諧振頻 率由fl表示，并且包括所述受電線圈的諧振電路的諧振頻率由f2表示時(shí)，所述諧振頻率Π 和f2被設(shè)置為滿足fl=f2。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的饋電單元，其中，所述耦合系數(shù)計(jì)算部使用弱信號(hào)測量所述 頻率特性以測量所述整流電路的非工作狀態(tài)下的所述頻率特性。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的饋電單元，其中，當(dāng)所述弱信號(hào)通過相對于所述將被供電的 單元內(nèi)的所述整流電路的旁路時(shí)，所述整流電路進(jìn)入所述非工作狀態(tài)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的饋電單元，其中， 所述旁路被設(shè)置在所述整流電路的一對輸入端之間，并且 電容器或寄生電容組件被設(shè)置在所述旁路上。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的饋電單元，還包括： AC信號(hào)發(fā)生部，被配置為向所述送電線圈提供AC信號(hào)以進(jìn)行所述電力輸送，其中， 當(dāng)測量所述頻率特性時(shí)，除了所述整流電路之外，所述AC信號(hào)發(fā)生部也處于所述非工 作狀態(tài)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的饋電單元，其中， 所述耦合系數(shù)計(jì)算部包括： 測量信號(hào)發(fā)生部，被配置為產(chǎn)生測量信號(hào)以測量所述頻率特性， 電流檢測部，被配置為檢測流過所述送電線圈的電流， 控制部，被配置為控制所述測量信號(hào)的電壓和頻率，以及 運(yùn)算部，被配置為基于由所述電流檢測部檢測到的電流和由所述控制部設(shè)置的電壓來 計(jì)算所述輸入阻抗，以及 所述控制部連續(xù)改變所述測量信號(hào)的頻率以允許所述運(yùn)算部獲得所述頻率特性。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的饋電單元，還包括： 參數(shù)設(shè)置部，被配置為使用由所述耦合系數(shù)計(jì)算部計(jì)算的所述耦合系數(shù)來設(shè)置所述電 力輸送中的參數(shù)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的饋電單元，其中， 所述耦合系數(shù)計(jì)算部在激活所述將被供電的單元前計(jì)算所述耦合系數(shù)，并且 所述參數(shù)設(shè)置部根據(jù)由所述耦合系數(shù)計(jì)算部計(jì)算的所述耦合系數(shù)的大小來改變所述 將被供電的單元的激活信號(hào)中的參數(shù)。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的饋電單元，其中，所述參數(shù)設(shè)置部將所述激活信號(hào)的電壓 設(shè)置成滿足相對于所述耦合系數(shù)逆相關(guān)。
15. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的饋電單元，其中，所述參數(shù)設(shè)置部使用由所述耦合系數(shù)計(jì) 算部計(jì)算的所述耦合系數(shù)來設(shè)置所述電力輸送中的送電頻率。
16. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的饋電單元，其中，所述耦合系數(shù)計(jì)算部使用所述頻率特性的 所述測量結(jié)果來確定所述將被供電的單元是否存在于所述饋電單元附近。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的饋電單元，其中，所述耦合系數(shù)計(jì)算部根據(jù)所述頻率特性 的所述測量結(jié)果是否在預(yù)定范圍內(nèi)來檢測所述將被供電的單元是否存在于所述饋電單元 附近。
18. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的饋電單元，還包括： 送電控制部，被配置為根據(jù)由所述耦合系數(shù)計(jì)算部計(jì)算的所述耦合系數(shù)的大小來控制 所述電力輸送中的操作，其中， 當(dāng)所述耦合系數(shù)等于或低于第一閾值時(shí)，所述送電控制部不進(jìn)行所述電力輸送。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的饋電單元，其中，當(dāng)所述耦合系數(shù)大于所述第一閾值并且 等于或低于第二閾值時(shí)，在所述將被供電的單元內(nèi)進(jìn)行減小接收電力的控制之后，所述送 電控制部進(jìn)行所述電力輸送。
20. -種饋電系統(tǒng)，設(shè)置有一個(gè)或多個(gè)電子設(shè)備和饋電單元，所述一個(gè)或多個(gè)電子設(shè)備 各自具有受電線圈和整流電路，所述饋電單元被配置為使用磁場向所述電子設(shè)備進(jìn)行電力 輸送，所述饋電單元包括： 送電線圈，被配置為進(jìn)行所述電力輸送； 耦合系數(shù)計(jì)算部，被配置為計(jì)算所述送電線圈和所述受電線圈之間的耦合系數(shù)，其中， 所述耦合系數(shù)計(jì)算部測量所述整流電路的非工作狀態(tài)下的輸入阻抗的頻率特性，并且 使用所述頻率特性的測量結(jié)果來計(jì)算所述耦合系數(shù)。
21. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的饋電系統(tǒng)，其中，所述耦合系數(shù)計(jì)算部根據(jù)所述頻率特性 的所述測量結(jié)果檢測所述輸入阻抗的極值處的頻率，并且使用所述極值處的頻率來計(jì)算所 述耦合系數(shù)。
【文檔編號(hào)】H02J7/00GK104104155SQ201410128855
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年4月1日 優(yōu)先權(quán)日:2013年4月8日
【發(fā)明者】文仙啟吾 申請人:索尼公司