馈电单元、电子单元以及馈电系统的制作方法
【专利摘要】公开了电力接收电路，电力传输电路，装置，以及馈电系统。所述电力接收电路以非接触的方式接收电力，并且包括LC并联谐振电路以及与所述LC并联谐振电路串联地电连接的电抗元件。所述电抗元件可以是电容或电感元件。实际上，所述LC并联谐振电路中的线圈或电容器与所述电抗元件定义另一个LC谐振电路，即LC串联谐振电路。所述电力传输电路以非接触的方式传输电力，并且在一个示例中，也可包括类似的配置。
【专利说明】馈电单元、电子单元以及馈电系统
【技术领域】
[0001]本公开涉及以非接触的方式向目标单元，如电子单元供应(传输)电力的馈电系统，以及用于所述馈电系统的馈电单元和电子单元。
【背景技术】
[0002]最近，已经注意到一种以非接触的方式向消费电子设备(CE)设备，如移动电话和便携式音乐播放器供应(传输)电力的馈电系统，如非接触馈电系统和无线充电系统。这允许仅通过将电子单元放置在充电托盘(初级单元)对电子单元(次级单元)充电，而不是将供电单元(如交流适配器)的连接器插入或连接到电子单元。具体地，这样消除电子单元或充电托盘间的终端连接。
[0003]—种电磁感应类型的电力供应通常被称为这样的非接触供电。另外，最近已经注意到一种利用基于电磁共振现象的被称作磁共振方法的方法的非接触馈电系统。例如，这种非接触馈电系统在NTLl中披露。
[0004]引用列表
[0005]非专利文献
[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”,关于半导体功率转换的技术会议的会议记录,SPC-10-021C2010年I月29日)
【发明内容】
[0007]在上述的非接触馈电系统中，提高传输特性(如传输效率)对于多个馈电目标单元(所谓的1:N充电)的充电是有利的。另外，提高简单配置中的传输特性而不增加组件数量将是有益的。因此，期望提出一种方法，使得能够提高简单配置在通过磁场传输电力(非接触馈电)的过程中的传输特性。
[0008]期望提供一种馈电单元，目标单元，以及馈电系统，使得能够提高简单配置在通过磁场传输电力的过程中的传输特性。本文公开的是关于馈电单元，目标单元，以及馈电系统的一个或更多发明。
[0009]根据一个实施例，提供一种以非接触的方式接收电力的电力接收电路。具体地，所述电力接收电路包括LC并联谐振电路和与该LC并联谐振电路串联地电连接的电抗元件。所述电抗元件可以是电容元件或电感元件。进一步地，所述LC并联谐振电路中线圈或电容器与所述电抗元件定义LC串联谐振电路。
[0010]根据另一个实施例，提供一种以非接触方式传输电力的电力传输电路。具体地，所述电力传输电路包括LC并联谐振电路和与该LC并联谐振电路串联地电连接的电抗元件。所述电抗元件可以是电容元件或电感元件。进一步地，所述LC并联谐振电路中线圈或电容器中与所述电抗元件定义LC串联谐振电路。[0011 ] 在其他实施例中，提供一种装置和馈电系统。更具体地，所述装置，如电子单元，包括电力接收部分，所述电力接收部分包括LC并联谐振电路，以及与所述LC并联谐振电路串联地电连接的电抗元件。所述电力接收部分以非接触的方式接收电力。鉴于此，电力可通过磁场传输并通过所述LC并联谐振电路中的线圈(电力接收线圈)接收。进一步地，所述LC并联谐振电路中线圈或电容器与所述电抗元件定义LC串联谐振电路。所述电抗元件可以是电容元件或电感元件。
[0012]根据一个实施例的馈电系统包括馈电单元和一个或更多接收由所述馈电单元发送的电力的目标单元。每个所述一个或更多目标单元包括以非接触的方式接收来自所述馈电单元的电力的电力接收部分。所述电力接收部分具有LC并联谐振电路，和与所述LC并联谐振电路串联地电连接的电抗元件。所述电抗元件可以是电容或电感元件。进一步地，所述LC并联谐振电路中线圈或电容器与所述电抗元件定义LC串联谐振电路。
[0013]在另一个实施例中，提供一种包括馈电单元以及一个或更多接收由所述馈电单元发送的电力的目标单元(例如，电子单元)的馈电系统。所述馈电单元包括电力传输部分，该电力传输部分包括LC并联谐振电路，以及与所述LC并联谐振电路串联地电连接的电抗元件。所述电抗元件可以是电容或电感元件。所述电力传输部分以非接触的方式将电力传输到每个所述一个或更多目标单元。鉴于此，电力可通过磁场传输并通过所述LC并联谐振电路中的线圈(电力传输线圈)传输。进一步地，所述LC并联谐振电路中线圈或电容器与所述电抗元件定义LC串联谐振电路。
[0014]根据本公开的实施例的馈电系统可包括一个或更多电子单元，以及将电力传输到所述一个或更多电子单元的馈电单元。所述馈电单元可包括电力传输部分，该电力传输部分包括用于电力传输的电力传输线圈和第一电容器，并且所述电子单元可分别包括电力接收部分，该电力接收部分包括接收通过电力传输传输的电力的电力接收线圈和第二电容器。在所述电力传输部分和所述电力接收部分之一或两个中，所述电力传输线圈或所述电力接收线圈与所述第一或第二电容器相互并联并且因此定义一个并联电路，并提供电抗元件串联到该并联电路。
[0015]在各种公开的实施例中，LC并联谐振电路中的线圈和电容器相互并联，并因此形成一个并联电路，并且电抗元件串联到该并联电路。其结果是，在通过磁场传输电力的过程中，接收侧和/或发送侧的并联电路执行LC并联谐振操作，并且并联电路中的线圈或电容器与电抗元件定义一个执行LC谐振操作的谐振电路(LC串联谐振操作)。
[0016]因此，S卩使是向多个目标单元(如，多个电子单元)传输电力，包括传输效率的传输特性得到提高而未增加组件数量。因此，提高了简单配置在通过磁场传输电力的过程中的传输特性。
[0017]应当理解，前面的一般性描述和以下的详细描述都是仅用于说明的目的，而不是限制的方式。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]附图被包括以提供对本公开的进一步理解，并且包含在本说明书中并构成其中的一部分。附图描绘出实施例并与本说明书一起用于解释本技术的原理。
[0019]图1是示出根据本公开的第一实施例的馈电系统的示例外形配置的透视图。[0020]图2是示出图1中示出的馈电系统示例详细配置的框图。
[0021]图3是示出图2中示出的电力传输部分和电力接收部分各自的示例详细配置的电路图。
[0022]图4是示出根据比较示例1-1的馈电系统的电力传输部分和电力接收部分各自的示例配置的电路图。
[0023]图5A和5B是示出根据比较示例1_1的示例传输特性的特性图。
[0024]图6是示出根据比较示例1-2的馈电系统的电力传输部分和电力接收部分各自的示例配置的电路图。
[0025]图7A和7B是示出根据比较示例1_2的示例传输特性的特性图。
[0026]图8是示出根据比较示例1-2的馈电系统的电力传输部分和电力接收部分各自的示例配置的电路图。
[0027]图9是示出根据比较示例2-1的示例传输特性的特性图。
[0028]图10是示出根据比较示例2-2的馈电系统的电力传输部分和电力接收部分各自的示例配置的电路图。
[0029]图11是示出根据比较示例2-2的示例传输特性的特性图。
[0030]图12A和12 B是示出根据第一实施例的示例I的示例传输特性的特性图。
[0031]图13是示出根据第二实施例的馈电系统的电力传输部分和电力接收部分各自的示例配置的电路图。
[0032]图14是示出根据第二实施例的示例2的示例传输特性的特性图。
[0033]图15A和15B是示出根据第三实施例的馈电系统的电力传输部分的示例配置的电路图。
[0034]图16是示出根据第四实施例的馈电系统的示例配置的框图。
【具体实施方式】
[0035]在下文中，将参照附图对本公开的实施例进行详细地描述。应注意，按照以下顺序做出描述。
[0036]1.第一实施例(次级单元的示例，其中电容元件串联到LC并联谐振电路)
[0037]2.第二实施例(次级单元的示例，其中电感元件串联到LC并联谐振电路)
[0038]3.第三实施例(初级单元的示例，其中电容或电感元件串联到LC并联谐振电路)
[0039]4.第四实施例(第一到第三实施例中初级和次级单元的组合示例)
[0040]5.修改
[0041]【第一实施例】
[0042]【馈电系统4的整体配置】
[0043]图1示出根据本公开的第一实施例的馈电系统(馈电系统4)的示例性外形配置。图2示出馈电系统4的示例框配置。馈电系统4是非接触馈电系统的示例，其以非接触的方式通过磁场(例如，借助磁共振，电磁感应，以及其他)执行电力传输(电力传输，或馈电)。馈电系统4包括一个馈电单元I (初级单元)和一个或更多电子单元，在这里，两个电子单元2A和2B (次级单元)作为馈电目标单元。
[0044]在馈电系统4中，例如，如图1所示，当电子单元2A和2B放置在(或者靠近设置)馈电单元I的馈电面(电力传输面)SI上时，馈电单元I将电力传输到电子单元2A和2B。在这里，馈电单元I具有垫状(托盘状)的形状，其中的馈电面SI的面积大于作为馈电目标的多个电子单元2A和2B的面积，考虑到同时或者以分时形式(按顺序)向电子单元2A和2B传输电力的情况。
[0045](馈电单元I)
[0046]如上所述，作为充电托盘的馈电单元I通过磁场向电子单元2A和2B传输电力。例如，如图2所不,馈电单兀I包括电力传输子单兀11，其包括电力传输部分110,闻频电力发生电路(AC信号发生电路)111，以及阻抗匹配电路112。
[0047]电力传输部分110包括以下描述的电力传输线圈(初级线圈)LI和电容器Cl (共振电容器，或者第一电容器)。电力传输部分110包括电力传输线圈LI和电容器Cl,并且因此通过磁场将电力传输到电子单元2A和2B (更具体地，将电力传输到以下描述的电力接收部分210)。详细地，电力传输部分110具有从馈电面SI发射磁场(磁通量)到电子单元2A和2B的功能。应指出的是，电力传输部分110的详细配置在以下进行描述(图3)。
[0048]例如，高频电力发生电路111是一种利用馈电单元I的外部供电电源9供应的电力产生预定的高频电力(AC信号)用于传输电力的电路。这种高频电力发生电路111包括，例如，开关放大器。
[0049]阻抗匹配电路112是用于电力传输期间的阻抗匹配的电路。这种电力传输期间的阻抗匹配提高了效率(传输效率)。应注意，根据电力传输线圈L1、以下描述的电力接收线圈L2以及谐振电容器中每一个的配置，可省略阻抗匹配电路112。
[0050](电子单元2A和2B)
[0051]电子单元2A和2B包括，例如，固定的电子单元，如电视接收器，或便携式电子单元，每个具有可充电电池，便携式单元的示例包括移动电话和数码相机。例如，如图2所示，电子单元2A和2B中的每一个可分别包括电力接收子单元21，根据从电力接收子单元21供应的电力执行预定操作(允许表现出的电子单元的功能的操作)的负载22。电力接收子单元21包括电力接收部分210，阻抗匹配电路212，整流器电路213，稳压电路214，以及电池215。
[0052]电力接收部分210包括以下描述的电力接收线圈(次级线圈)L2和电容器C2p (谐振电容器，或第二电容器)。电力接收部分210包括电力接收线圈L2和电容器C2p，从而具有接收从馈电单元I中电力传输部分HO传输的电力的功能。以下也对电力接收部分210的详细配置进行描述(图3)。
[0053]阻抗匹配电路212是如同阻抗匹配电路112的用于电力传输期间的阻抗匹配的电路。应注意，根据电力传输线圈LI，以下描述的电力接收线圈L2，以及谐振电容器中每一个的配置，也可省略阻抗匹配电路212。
[0054]整流器电路213是对从电力接收部分210供应的电力(AC电力)进行整流从而产生DC (直流电)电力的电路。
[0055]稳压电路214根据从整流器电路213供应的DC电力执行预定的稳压操作从而对电池215和负载22中的电池(未示出)充电。
[0056]由稳压电路214充电并且因此存储电量的电池215包括，例如，可充电电池(次级电池)如锂电子电池。应注意，当仅使用负载22中的电池或类似物时，可省略电池215。[0057]【电力传输部分110和电力接收部分210的详细配置】
[0058](电力传输部分110)
[0059]图3是示出电力传输部分110和电力接收部分210各自的示例详细配置的电路图。应注意，图中示出的阻抗Zl表示从电力传输部分110到高频电力发生电路111所见的阻抗，并且阻抗Z2和阻抗Z3表示分别从电子单元2A和2B中的电力接收部分210到整流器电路213所见的阻抗。
[0060]电力传输部分110包括用于通过磁场传输电力(产生磁通量)的电力传输线圈LI,以及与电力传输线圈LI 一起定义LC谐振电路(LC串联谐振电路)的电容器Cl。电容器Cl与电力传输线圈LI串联地电连接。具体地，电容器Cl的第一端连接到阻抗Zl的块的第一端，电容器Cl的第二端连接到电力传输线圈LI的第一端，并且电力传输线圈LI的第二端接地。应注意,阻抗Zl的块的第二端也接地。
[0061]包括电力传输线圈LI和电容器Cl的LC串联谐振电路执行谐振频率为/^=/[2πχ^(?\χα)}(其基本等于或接近于由高频电力发生电路111产生的高频电力
(AC信号)的频率)的LC谐振操作。
[0062](电力接收部分210)
[0063]电力接收部分210包括接收从电力传输部分110传输的电力(来自于磁通量)的电力接收线圈L2，与电力接收线圈L2 —起定义LC谐振电路(LC并联谐振电路)的电容器C2p，以及作为电容电抗元件(电容元件)的电容器C2s。电容器C2p与电力接收线圈L2并联地电连接，并 且电容器C2s与所述电力接收线圈L2串联地电连接，或者与LC并联谐振电路串联地电连接。具体地，电容器C2p的第一端连接到电力接收线圈L2的第一端和电容器C2s的第一端，并且电容器C2s的第二端连接到阻抗Z2或Z3的块的第一端。电力接收线圈L2，电容器C2p，以及阻抗Z2和阻抗Z3的块的第二端均接地。
[0064]在实施例中，电力接收线圈L2和电容器C2p定义LC并联谐振电路，并且LC并联谐振电路中的电力接收线圈L2与电容器C2s定义LC谐振电路(LC串联谐振电路)。另外，如以下详细的描述，这两个LC谐振电路(LC并联谐振电路和LC串联谐振电路)在谐振频率fres执行LC谐振操作，该谐振频率基本等于或者接近于由高频电力发生电路111产生的高频电力(AC信号)的频率。具体地，由电力传输线圈LI与电力传输部分110中的电容器Cl定义的LC谐振电路(LC串联谐振电路)和每个由电力接收线圈L2与电力接收部分210中的每个电容器C2p和C2s定义的LC谐振电路执行在基本相同频率fMS的LC谐振操作。
[0065]【馈电系统4的功能和效果】
[0066](1.整体操作概要)
[0067]在馈电系统4中，馈电单元I包括高频电力发生电路111，其供应预定的高频电力(AC信号)用于传输电力到电力传输线圈LI和电容器Cl,或者传输电力到LC串联谐振电路，在电力传输部分110中。因此，电力传输部分110中的电力传输线圈LI产生磁场(磁通量)。在此过程中，作为馈电目标单元(充电目标单元)的电子单元2A和2B放置(或者靠近设置)在馈电单元I的顶部(馈电面SI)，并且因此馈电单元I中的电力传输线圈LI在馈电面SI附近接近每个电子单元2A和2B中的电力接收线圈L2。
[0068]通过这种方式，电力接收线圈L2被布置成接近产生磁场(磁通量)的电力传输线圈LI。因此，从电力传输线圈LI产生的磁通量导致电力接收线圈L2中产生电动势。换言之，通过分别与电力传输线圈LI和电力接收线圈L2关联的电磁感应或磁共振产生磁场。因此，电力从电力传输线圈LI (初级侧，即馈电单元I或电力传输部分110)传输到电力接收线圈L2 (次级侧，即电子单元2A和2B或者电力接收部分210)(见图2和3中示出的电力Pl，Pla和Plb)。在此过程中，电力传输线圈LI和电容器Cl在馈电单元I中执行LC谐振操作，并且电力接收线圈L2和电容器C2p与C2s在电子单元2A和2B中执行LC谐振操作。
[0069]在电子单元2A和2B中，由电力接收线圈L2接收的AC电力因此被供应到整流器电路213和稳压电路214用于随后的充电操作。具体地，通过整流器电路213将AC电力转换为预定的DC电力，并且然后稳压电路214根据DC电力执行稳压操作用于电池215或负载22中的电池(未示出)的充电。通过这种方式，根据由电力接收部分210接收的电力在电子单元2A和2B中执行充电操作。
[0070]具体地，在实施例中，电子单元2A和2B被放置在(或靠近设置)馈电单元I的馈电面SI上，并且因此易于充电而不需要与AC适配器终端连接(易于以非接触的方式供电)。这样减轻用户的负担。
[0071](电力接收部分210的功能)
[0072]现在对实施例中电力接收部分210的功能进行描述，与比较示例(比较示例1-1，
1-2，2-1，和2-2)进行对比。
[0073]图4示出根据比较示例1-1的馈电系统(馈电系统104A)中的馈电部分(电力传输部分)110和电力接收部分100各自的电路配置。在比较示例1-1中，馈电系统104A包括一个具有电力传输部分IlOA的馈电单兀1A,和一个具有电力接收部分的电子单兀102。电子单元102具有与实施例中电子单元2A和2B的配置类似的配置，除了提供电力接收部分100代替电力接收部分210。
[0074]电力接收部分100包括电力接收线圈L2和作为谐振电容器的电容器C2。电力接收线圈L2与电容器C2相互并联并且因此定义LC并联谐振电路。具体地，电力接收部分100的配置与电力接收部分210不同的是提供电容器C2代替电容器C2p，而且不提供C2s(被省略)。
[0075]包括具有这种配置的电力接收部分100的馈电系统104A在通过磁场传输电力的过程中(例如，如图4中的箭头PlOl所示)显示出传输特性(例如，如图5A和5B所示)。具体地，例如，图5A中示出的传输特性(馈电单元I的输入阻抗Zinl的频率依赖性)显示出输入阻抗Zinl在频率接近120kHz的谐振频率f,es时最小。另外，例如，图5B中示出的传输特性(用于馈电单元I (初级侧)和电子单元102 (次级侧)之间的传输效率的S参数S21的频率依赖性)显示出S参数S21在频率接近120kHz的谐振频率f；es时最大。具体地，在比较示例1-1中，在接近用于电力传输的频率(接近120kHz的谐振频率fres)实现理想的电力传输(最高传输效率的电力传输)。
[0076]应注意，图5A和5B中示出的传输特性通过在示例条件下模拟获得，该示例条件为Zl=IO Ω，Ζ2=10 Ω，Ll=393 μ H, Cl=4.5nF, L2=2.5 μ H,以及 C2=703nF。例如，从所测量的值计算出的值0.1用于作为这里的以及在其他比较示例和以下描述的示例中的模拟的耦合系数K。
[0077](比较示例1-2)
[0078]然而，例如，如果多个分别具有电力接收部分100的馈电目标单元(这里，两个电子单元102A和102B)被提供为在根据图6示出的比较示例1_2的馈电系统(馈电系统104B)中，可出现以下困难。
[0079]具体地，例如，在如图7A和7B中示出的传输特性中，在通过图6中的箭头PlOla和PlOlb示出的磁场传输电力的过程中，传输特性在频率接近120kHz的谐振频率f,es时突然降低。这种现象倾向于出现在以下情况，其中多个馈电目标单元之间的负载差别较大，例如，在一个电子单元102A具有300Ω的阻抗Z2 (轻负载)，并且另一电子单元102B具有10 Ω的阻抗Z3 (重负载)。详细地，在图7A示出的传输特性中，输入阻抗Zinl在频率接近120kHz的谐振频率f,es时突然变大(见图7A中的符号G101)。在图7B示出的传输特性中，用于馈电单元I和电子单元102A (轻负载)之间的传输效率的S参数S21和用于馈电单元I和电子单元102B (重负载)之间的传输效率的S参数S31都在频率接近120kHz的谐振频率f,es时突然减小(见图7B中的符号G102)。具体地，重负载侧的S参数S31的值在频率接近120kHz的谐振频率f；es时显著减小。
[0080]应注意，图7A和7B中示出的传输特性也可通过在示例条件下模拟获得，该示例条件为 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]这种在频率接近谐振频率时传输特性(特别是在重负载侧)突然降低的情况是由于多个馈电目标单元中的LC谐振电路(电力接收部分100中的LC并联谐振电路)之间的影响(交互作用)而产生较大阻抗失配导致的。这种情况，即多个馈电目标单元之一的负载较轻而其他的负载较重可实际发生在，例如，一个馈电目标单元中的电池处于大致完全充电状态下，一个馈电目标单元执行通信的状态下，以及在多个馈电目标单元以分时方式充电的状态下。
[0082]因此，分别在比较示例1-1和1-2中的电力接收部分100的配置很难提高传输特性，例如，在对多个馈电目标单元充电(1:N充电)的情况下。
[0083](比较示例2-1)
[0084]图8则示出根据比较示例2-1的馈电系统(馈电系统204A)中的馈电部分(电力传输部分)110和电力接收部分220各自的电路配置。在比较示例2-1中，馈电系统204A包括一个具有电力传输部分110的馈电单元I，和两个分别具有电力接收部分200的电子单元202A和202B。电子单元202A和202B分别具有与实施例中的电子单元2A和2B的配置类似的配置，除了提供电力接收部分200代替电力接收部分210。
[0085]电力接收部分200包括电力接收线圈L2和作为谐振电容器的电容器C2。电力接收线圈L2和电容器C2彼此串联并且因此定义LC串联谐振电路。具体地，电力接收部分200与电力接收部分210的配置的不同之处在于提供电容器C2代替电容器C2s，并且不提供电容器C2p (被省略)。
[0086]包括具有这种配置的电力接收部分200的馈电系统204A在通过磁场传输电力(例如,如图8中的箭头P201a和P201b)的过程中显示出传输特性(例如，如图9所示)。具体地，用于馈电单元I和电子单元202A (轻负载)之间的传输特性的S效率S21和用于馈电单元I和电子单元202B (重负载)之间的传输效率的S参数S31都普遍减小，即基本在所有频率范围(见图9中的虚线箭头)减小。这是因为在电力接收部分200中形成LC串联谐振电路并且阻抗因此减小。应注意，图9中示出的传输特性也可通过模拟与比较示例1-2中的参数相同的参数的值获得。[0087]借此，尽管比较示例2-1中的电力接收部分200的配置不会导致在对多个馈电目标单元充电的过程中(与比较示例1-2不同)，传输特性在频率接近谐振频率fMS时突然降低，该配置仍然难以实现提高传输特性(包括传输效率)。
[0088](比较示例2-2) [0089]图10示出根据比较示例2-2的馈电系统(馈电系统204B)，该馈电系统与比较示例
2-1中的馈电系统204A类似，除了提供两个电子单元202C和202D代替两个电子单元202A和202B。电子单元202C和202D分别具有与电子单元202A和202B的配置类似的配置，除了在电力接收部分200和阻抗Z2或Z3的块之间提供包括一对线圈L201和L202的变压器。
[0090]进一步包括具有这种配置的变压器的馈电系统204B在通过磁场传输电力的过程中(例如，如图10中的箭头P202a和P202b所示)显示出传输特性(例如，如图11所示)。具体地，与比较示例1-2和2-1不同，不会发生传输效率降低，并且S参数S21 (轻负载)和S参数S31 (重负载)都在频率接近120kHz的谐振频率f,es时最大。应注意，图11中示出的传输特性也可通过模拟与比较示例1-2中的参数相同的参数的值获得。
[0091]然而，在比较示例2-2中，电子单元202C和202D分别具有包括一对线圈L201和L202的变压器，其转换减小的负载阻抗从而提高传输效率。具体地，馈电目标单元总的组件的数量必然增加，使得难以提高简单配置中的传输效率，即使尺寸和成本减少。另外，当使用无损耗的理想变压器进行模拟时，实际变压器含有导致损耗的电阻组件，从而导致传输效率降低的可能性。
[0092]因此，比较示例1-1，1-2，2-1，和2-2中的馈电目标单元，如电子单元难以实现提高在通过磁场传输电力的过程中(非接触馈电)的传输特性。
[0093](实施例)
[0094]相反，如图3的实施例所示，实施例中的电子单元2A和2B分别包括电力接收部分210，其中电力接收线圈L2与电容器Clp相互并联并且因此定义并联电路(LC并联谐振电路)。另外，电容器C2s与LC并联谐振电路串联。具体地，LC并联谐振电路中的电力接收线圈L2与电容器C2s定义LC串联谐振电路。
[0095]因此，两个LC谐振电路(LC并联谐振电路和LC串联谐振电路)在谐振频率fMS执行LC谐振操作，fMS基本等于或接近于由高频电力发生电路111产生的高频电力的频率。具体地，在通过磁场传输电力的过程中，LC并联谐振电路执行LC并联谐振操作，并且LC并联谐振电路中的电力接收线圈L2与电容器C2s执行LC串联谐振操作。为了集中表达电力接收部分210的两个LC谐振操作(LC并联谐振操作和LC串联谐振操作)，谐振频率由以下表达式(I)定义。
[0096]【表达式I】
[0097]LI X (C2p + C2s) = —……(I)
(20
[0098]因此，例如，实施例显示出图12A和12B中显示的示例I在通过磁场传输电力的过程中的传输特性。具体地，即使多个馈电目标单元之间的负载差异较大，例如，即使一个电子单元2A具有300Ω的阻抗Z2(轻负载)，并且另一个电子单元2B具有10 Ω的阻抗Z3(重负载)，显示出以下传输特性。即，如图12A所示，与一个馈电目标单元的情况相比，输入阻抗Zinl的特性没有在频率接近谐振频率时发生显著的变化。另外，如图12B所示，传输效率没有降低(而在比较示例1-2和2-1中传输效率降低)，并且S参数S21(轻负载)和S参数S31 (重负载)都在频率接近120kHz的谐振频率f；es时最大。另外，电力被优先(更多)地分配到需要供应相对更多电力的重负载侧的单元(电子单元2B)。应注意，图12A和12B中示出的传输特性也可通过在示例条件下模拟获得，该示例条件为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，在实施例中，电子单元2A和2B都不需要变压器，与比较示例2_2不同，并且因此馈电目标单元中的组件数量不需要增加，因而提高简单配置中的传输效率同时尺寸和成本减少。
[0100]如上所述，在实施例中，电力接收线圈L2和电容器C2p相互并联并且因此定义并联电路(LC并联谐振电路)，并且电容器C2s与该LC并联谐振电路串联，导致在通过磁场传输电力的过程中除了 LC并联谐振电路的LC并联谐振操作还有LC串联谐振操作。因此，例如，即使电力被传输到多个馈电目标单元，如电力单元，提高了包括传输效率的传输特性，而不增加组件，如变压器和巴伦。因此提高了简单配置在通过磁场传输电力的过程中的传输特性。
[0101]另外，通过改变电力接收部分210中电容器C2p和C2s的电容值之间的比例调整电子单元2A和2B中每一个的实部阻抗，并且因此依据任何初级阻抗适当地调整了实部阻抗。
[0102]另外，在实施例中，与以下描述的使用电感电抗元件(如线圈L2s)的第二实施例相比，使用电容电抗元件(电容器C2s )作为电抗元件串联到LC并联谐振电路，导致以下效果。具体地，电容电抗元件通常具有比电感电抗元件更好的Q值，导致传输效率进一步提高。另外，电容电抗元件(如电容器)通常比电感电抗元件(如线圈)的尺寸更小，导致单元尺寸减小。
[0103]现在对本公开的 其他实施例(第二到第四实施例)进行描述。应注意，与第一实施例中的组件相同的组件用相同的符号表示，并且适当地省略其描述。
[0104]【第二实施例】
[0105]【馈电系统4的配置】
[0106]图13示出根据第二实施例的馈电系统(馈电系统4A)的电力传输部分110和电力接收部分210各自的电路配置。该实施例中的馈电系统4A包括一个具有电力传输部分110的馈电单兀I，和两个分别具有电力接收部分2IOA的电子兀件2A和2B。在实施例中，电子单元2A和2B分别具有与第一实施例中的电子单元2A和2B的配置类似的配置，除了提供电力接收部分210A代替电力接收部分210。
[0107](电力接收部分210A)
[0108]电力接收部分210A包括接收从电力传输部分110传输的电力(来自于磁通量)的接收线圈L2p，与电力接收线圈L2p —起定义LC谐振电路(LC并联谐振电路)的电容器C2，以及作为电感电抗元件(电感元件)的线圈L2s。电容器C2与电力接收线圈L2p并联地电连接，并且线圈L2s与电容器C2串联地电连接，或者与LC并联谐振电路串联地电连接。具体地，电容器C2的第一端连接到电力接收线圈L2的第一端和线圈L2s的第一端，并且线圈L2s的第二端连接到阻抗Z2和Z3的块的第一端。电力接收线圈L2，电容器C2，以及阻抗Z2和阻抗Z3的块的第二端均接地。[0109]在第二实施例中，电力接收线圈L2p和电容器C2定义LC并联谐振电路，并且该LC并联谐振电路中的电容器C2与线圈L2s定义LC谐振电路(LC串联谐振电路)。另外，这两个LC谐振电路(LC并联谐振电路和LC串联谐振电路)执行谐振频率fMS的LC谐振操作，fres基本等于或接近于由闻频电力发生电路111广生的闻频电力(AC /[目号)的频率。具体地，由电力传输线圈LI和电力传输部分110中的电容器Cl定义的LC谐振电路(LC串联谐振电路)以及由电力接收部分210中的电力接收线圈L2p，线圈L2s，和电容器C2定义的LC谐振电路执行在基本相同的谐振频率fMS的LC谐振操作。
[0110]【馈电系统4A的功能和效果】
[0111]如上所述，在实施例中，电子单元2A和2B分别包括电力接收部分210A，其中电力接收线圈L2p和电容器C2相互并联并且因此定义并联电路(LC并联谐振电路)。另外，线圈L2s串联到该LC并联电路。具体地，LC并联谐振电路中的电容器C2与线圈L2s定义LC串联谐振电路。
[0112]因此，这两个LC谐振电路(LC并联谐振电路和LC串联谐振电路)在电力传输的过程中(例如，如图13中的箭头P2a和P2b所示)在谐振频率执行LC谐振操作。具体地，在通过磁场传输电力的过程中，LC并联谐振电路执行LC并联谐振操作，并且LC并联谐振电路中的电容器C2与线圈L2s执行LC串联谐振操作。为了集中地表示电力接收部分210A的两个LC谐振操作(LC并联谐振操作和LC串联谐振操作)，谐振频率fMS由以下表达式(2)定义。
[0113]【表达式2】
【权利要求】
1.一种电力接收电路，包括: LC并联谐振电路；以及 与所述LC并联谐振电路串联地电连接的电抗元件， 其中， 所述电力接收电路以非接触的方式接收电力。
2.如权利要求1所述的电力接收电路，其中所述电抗元件是电容元件。
3.如权利要求1所述的电力接收电路，其中所述电抗元件是电感元件。
4.如权利要求1所述的电力接收电路，其中所述LC并联谐振电路中线圈和电容器之一与所述电抗元件定义LC串联谐振电路。
5.一种电力传输电路，包括: LC并联谐振电路；以及 与所述LC并联谐振电路串联地电连接的电抗元件， 其中， 所述电力传输电路以 非接触的方式传输电力。
6.如权利要求5所述的电力传输电路，其中所述电抗元件是电容元件。
7.如权利要求5所述的电力传输电路，其中所述电抗元件是电感元件。
8.如权利要求5所述的电力传输电路，其中所述LC并联谐振电路中线圈和电容器之一与所述电抗元件定义LC串联谐振电路。
9.一种装置包括: 电力接收部分，所述电力接收部分包括 (a)LC并联谐振电路，以及 (b)与所述LC并联谐振电路串联地电连接的电抗元件，其中， 所述电力接收部分以非接触的方式接收电力。
10.如权利要求9所述的装置，其中所述电抗元件是电容元件。
11.如权利要求9所述的装置，其中所述电抗元件是电感元件。
12.如权利要求9所述的装置，其中所述LC并联谐振电路中线圈和电容器之一与所述电抗元件定义LC串联谐振电路。
13.如权利要求9所述的装置，其进一步包括: 可以使用由所述电力接收部分接收的电力充电的充电电池。
14.如权利要求9所述的装置，其中所述装置是电子单元或汽车。
15.如权利要求10所述的装置，其中所述LC并联谐振电路中电容器的电容值与所述电抗元件的电容值的比例可改变。
16.—种馈电系统包括: 馈电单元；以及 一个或更多接收由所述馈电单元发送的电力的目标单元， 其中， 每个所述一个或更多目标单元包括电力接收部分，所述电力接收部分包括 (a)LC并联谐振电路，和 (b)与所述LC并联谐振电路串联地电连接的电抗元件，所述电力接收部分以非接触的方式接收来自所述馈电单元的电力。
17.如权利要求16所述的馈电系统，其中:所述电抗元件是电容或电感元件，以及所述LC并联谐振电路中线圈和电容器之一与所述电抗元件定义LC串联谐振电路。
18.如权利要求16所述的馈电系统，其中:所述电抗元件是电容元件，以及所述LC并联谐振电路中电容器的电容值与所述电抗元件的电容值的比例可以改变。
19.一种馈电系统包括:馈电单元；以及一个或更多接收由所述馈电单元发送的电力的目标单元，其中，所述馈电单 兀包括电力传输部分，所述电力传输部分包括(a)LC并联谐振电路，以及(b)与所述LC并联谐振电路串联地电连接的电抗元件，所述电力传输部分以非接触的方式将电力传输到每个所述一个或更多目标单兀。
20.如权利要求19所述的馈电系统，其中:所述电抗元件是电容或电感元件，以及所述LC并联谐振电路中线圈和电容器之一与所述电抗元件定义LC串联谐振电路。
【文档编号】H02J17/00GK103797685SQ201280042080
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2012年9月3日 优先权日:2011年9月6日
【发明者】村上知伦, 吉野功高 申请人:索尼公司