专利名称：功率馈送器和功率馈送系统的制作方法
技术领域：
本公开涉及功率馈送器和使用该功率馈送器的功率馈送系统，该功率馈送器用于以非接触方式提供(发送)功率到诸如移动电话的电子设备。
背景技术：
近年来，已经关注功率馈送器(非接触充电器或无线充电器)，其适于通过使用例如电磁感应或磁共振，以非接触方式提供功率到诸如移动电话和便携式音乐播放器的CE 设备(消费电子设备)(例如，日本专利公开No. 2001-102974、2008-206233、2002-34169、 2005-110399和2010-63245以及PCT专利公开No. W000-27531)。结果，可以简单地通过将电子设备放置在充电盘上，而不是将类似于AC适配器的电源设备的连接器插入到(连接到)电子设备，来发起充电。也就是说，电子设备和充电盘之间不需要端子连接。
发明内容
顺便提及，如上所述那些非接触功率馈送器(特别地，使用磁共振的功率馈送器)，在以高效方式发送功率的操作条件方面受限，偶尔导致不当操作。更具体地，相关技术的功率馈送器设计为在稳态操作(稳定操作)中提供改进的发送效率。取决于用作负载的电子设备的类型和状况，这时常导致在激活时(在初始激活时)电子设备不当操作的故障， 使得难以适当地提供功率。因为以上原因，希望提出一种方法，其在使用磁场的功率发送期间，实现适于多种负载(诸如电子设备的要提供功率的目标)的适当的功率提供。鉴于前述已经做出本公开，并且希望提供一种功率馈送器和功率馈送系统，其能够在使用磁场的功率发送期间，以适于多种负载的方式适当地提供功率。根据本公开实施例的功率馈送器包括功率发送部分和控制部分。功率发送部分使用磁场向一个或多个电子设备发送功率。控制部分控制功率发送部分的操作。控制部分以这样的方式控制功率发送部分的操作，以便在相对远离最大条件的条件中发送功率，在该最大条件中在功率发送期间与之后的稳定操作时段相比，在初始操作时段中发送效率最大。根据本公开实施例的功率馈送系统包括一个或多个电子设备、以及适于向电子设备发送功率的根据本公开实施例的功率馈送器。在根据本公开实施例的功率馈送器和功率馈送系统中，以这样的方式控制控制功率发送部分，以便在相对远离最大条件的条件中发送功率，在该最大条件中在使用磁场发送功率到电子设备期间，与之后的稳定操作时段相比，在初始操作时段中发送效率最大。这使得可能避免在初始操作时段(激活时段)中电子设备的激活故障(发送足以激活电子设备的功率的故障)，同时在稳定操作时段中实现高发送效率(以高效率发送功率)。在根据本公开实施例的功率馈送器和功率馈送系统中，以这样的方式控制功率发送部分，以便在相对远离最大条件的条件中发送功率，在该最大条件中在使用磁场发送功率到电子设备期间，与之后的稳定操作时段相比，在初始操作时段中发送效率最大。这使得可能避免在初始操作时段中电子设备的激活故障，同时在稳定操作时段中实现高效率功率发送。结果，在使用磁场的功率发送期间，以适于多种负载(诸如电子设备的要提供功率的目标)的方式可以适当地发送功率。
图1是图示根据本公开实施例的功率馈送系统的总体配置的示例的框图；图2是图示初始操作时段和稳定操作时段与功率提供(充电)期间的功率之间的关系的示例的特性图；图3A和;3B是用于描述初始操作时段和稳定操作时段中功率提供操作(充电操作)的示意性框图；图4是图示充电操作的控制方法的示例的流程图；以及图5是用于描述充电操作的控制方法的示例的特性图。
具体实施例方式下面将参考附图给出本公开的优选实施例的详细描述。应该注意，将按以下顺序给出描述。1.实施例(其中功率馈送系统包括功率馈送器和一个电子设备的示例)2.修改示例〈实施例〉[功率馈送系统3的配置]图1是图示根据本公开实施例的功率馈送系统(功率馈送系统3)的总体配置的示例的框图。功率馈送系统3设计为通过使用磁场(例如，使用电磁感应或磁共振；下文中同样如此)，以非接触方式发送功率(提供或馈送功率)。功率馈送系统3包括充电盘(功率馈送器)1 (初级设备)、以及电子设备2 (次级设备)。也就是说，在功率馈送系统3中， 当电子设备2放置在充电盘1上(或者接近充电盘1)时，功率从充电盘1发送到电子设备 2。换句话说，功率馈送系统3是非接触功率馈送系统。(充电盘1)充电盘1是如上所述设计为使用磁场发送功率到电子设备2的功率馈送器。充电盘1包括功率发送部分10、AC信号源11、检测部分12和控制部分13。功率发送部分10包括线圈(初级线圈)Ll和电容元件(可变电容元件)Cl。功率发送部分10设计为使用线圈Ll和电容元件Cl，实现到电子设备2(更具体地，稍后将描述的功率接收部分20)的基于磁场的功率发送。更具体地，功率发送部分10能够辐射磁场 (磁通量)到电子设备2。应该注意，功率发送部分10可以与电子设备2交换预定信号。AC信号源11包括例如AC功率源、振荡器和放大器，并且将用于功率发送的预定 AC信号提供到功率发送部分10的线圈Li、及电容元件Cl (在此情况下AC信号频率=fl)。检测部分12执行检测操作，其用作用于由稍后将描述的控制部分13执行的控制的确定标准。更具体地，检测部分12在稍后将描述的功率发送期间的初始操作时段Tl中， 至少检测功率发送部分10或电子设备2 (功率接收部分20)的阻抗Z或功率发送期间的瓦特数(功率P)。检测部分12在稍后将描述的功率发送期间的稳定操作时段T2 (初始操作时段Tl之后的时段)中，还至少检测阻抗Z、功率发送期间的瓦特数(功率P)和反射率R 之一。应该注意，稍后将详细描述通过检测部分12的检测操作。控制部分13作为整体控制充电盘1的操作，并且包括例如微计算机。控制部分13 以这样的方式控制功率发送部分10和AC信号源11的操作，以便在相对远离最大条件的条件中发送功率，在该最大条件中在功率发送期间，与之后的稳定操作时段T2相比，在初始操作时段Tl中发送效率最大。更具体地，控制部分13根据由检测部分12获得的检测结果， 控制功率发送部分10和AC信号源11的操作。应该注意，稍后将详细描述通过控制部分13 执行的控制操作。(电子设备2)电子设备2包括功率接收部分20、充电部分21、电池22和控制部分23。功率接收部分20包括线圈(次级线圈)L2和电容元件C2。功率接收部分20能够使用线圈L2和电容元件C2，从充电盘1的功率发送部分10接收功率。应该注意，功率接收部分20可以与充电盘1交换预定信号。充电部分21包括整流电路211和充电电路212，并且基于由功率接收部分20接收的功率(AC功率)充电电池22。更具体地，整流电路211将从功率接收部分20提供的AC 功率整流为DC功率。充电电路212基于从整流电路211提供的DC功率充电电池22。电池22根据由充电电路212传递的电荷的电平存储功率，并且包括例如诸如锂离子电池的次级电池。控制部分23作为整体控制电子设备2的操作，并且包括例如微计算机。更具体地， 控制部分23控制功率接收部分20、充电部分21和电池22的操作。[功率馈送系统3的操作和效果](1.充电操作的概述)在根据本实施例的功率馈送系统3的充电盘1中，AC信号源11根据由控制部分 13执行的控制，将用于功率发送的预定AC信号提供到功率发送部分10的线圈Li、及电容元件Cl (在此情况下AC信号频率=fl)。这在功率发送部分10的线圈Ll中生成磁场(磁通量)。此时，当电子设备2作为要提供功率的目标(要充电的目标)，放置在(或接近) 充电盘1的顶部表面(功率发送表面)时，引起充电盘1中的线圈Ll和电子设备2中的线圈L2在充电盘1的顶部表面附近相互接近。如上所述，当接近生成磁场(磁通量)的线圈Ll放置线圈L2时，作为通过在线圈 Ll中生成的磁通量的感应的结果，在线圈L2中生成电动势。换句话说，电磁感应或磁共振生成磁通量，每个磁通量与线圈Ll和L2之一相互连结，允许功率从线圈Ll 一侧(充电盘 1和功率发送部分10 —侧)发送到线圈L2 —侧(电子设备2和功率接收部分20 —侧)。结果，在电子设备2中，由线圈L2接收的AC功率提供到充电部分21，因此如下所述考虑要充电的电池22。也就是说，该AC功率由整流电路211转换为DC功率，此后基于 DC功率由充电电路212充电电池22。如上所述，基于由功率接收部分20接收的功率充电电子设备2。也就是说，在本实施例中，不需要使用例如AC适配器的端子连接来充电电子设备 2。可以简单地通过将电子设备2放置在(或接近)充电盘1的顶部表面，容易地充电所述设备2(功率可以以非接触方式馈送到电子设备幻。这对减轻用户部分的负担作出贡献。(2.在充电操作期间的控制方法)顺便提及，相关技术的非接触功率馈送器(特别地，使用磁共振的功率馈送器)在用于以高效方式发送功率的操作条件方面受限，偶尔导致不当操作。更具体地，首先，如例如图2所示，取决于用作要提供功率的目标(负载)的电子设备的类型和状况，在激活的时段(初始操作时段(激活时段)Tl)和稳定操作的时段(稳态操作的时段)(稳定操作时段 T2)之间，负载可能急剧变化。也就是说，因为负载在初始操作时段Tl中大，所以功率P高。 功率P急剧下降，在稳定操作时段T2中收敛为恒定值(稳态值)。这里，相关技术中的功率馈送器设计为在稳定操作时段T2中提供改进的发送效率。取决于用作负载的电子设备的类型和状况，这时常导致在初始操作时段Tl中电子设备不当操作的故障，使得难以适当地提供功率。因此，在根据本实施例的功率馈送系统3中，充电盘1的控制部分13以以下方式执行控制。也就是说，控制部分13以这样的方式控制功率发送部分10和AC信号源11的操作，以便在相对远离(偏离或远离)最大条件的条件中发送功率，在该最大条件中在功率发送期间，与之后的稳定操作时段T2相比，在初始操作时段Tl中发送效率最大。更具体地， 控制部分13改变四个参数(S卩，线圈Ll的电感L、电容元件C2的电容C、功率发送期间的电压Vl和频率fl)的至少一个，因此控制功率发送部分10等的操作。更具体地，控制部分13执行控制，使得在图3A所示的初始操作时段Tl中，发送可以激活电子设备2的最小可能功率(参照图3A中的参考标号Cll)。也就是说，改变上面的参数，使得流过电子设备2的线圈L2的电流12和跨线圈L2的电压V2更大，如图3A所示。 换句话说，改变这些参数(例如，电容C和电感L)，以便在阻抗失配条件下发送功率。另一方面，在图;3B所示的稳定操作时段T2中，控制部分13执行控制，使得用比初始操作时段Tl中更高的效率发送功率(实现更高效率)。控制部分13应该优选地以旨在用于稳定操作时段T2的方式执行控制，使得在最大条件中发送功率，在该最大条件中发送效率最大(参照图3B中的参考标号Cl》。也就是说，如图:3B所示，改变上面的参数，使得电流12或电压V2恒定(小于初始操作时段Tl中的值的稳态值)。如上所述，在本实施例中，充电盘1的控制部分13在从充电盘1到电子设备2的功率发送期间，控制功率发送部分10和AC信号源11的操作。更具体地，控制部分13以这样的方式控制功率发送部分10等的操作，以便在相对远离最大条件的条件中发送功率，在该最大条件中与之后的稳定操作时段T2相比，在初始操作时段Tl中发送效率最大。这使得可能避免在初始操作时段(激活时段)Tl中，电子设备2的激活故障(发送足以激活电子设备2的功率的故障)，同时在稳定操作时段T2中实现高发送效率(以高效率发送功率)。 下面将给出由控制部分13执行的控制的更详细描述。图4是图示根据本实施例的充电操作(功率提供操作)的控制方法(由控制部分 13使用的控制方法)的示例的流程图。另一方面，图5是用于描述根据本实施例的控制方法的示例的特性图。图5图示电子设备2中负载电阻(阻抗Z)与电压V2、电流12和功率 P2( = V2XI2)之间的关系的示例。首先，控制部分13以这样的方式控制功率发送部分10和AC信号源11的操作，以便开始从充电盘ι到电子设备2的功率发送(图4中的步骤Sll)。
接下来，控制部分13在如上所述的初始操作时段Tl中执行控制(步骤S12)。更具体地，控制部分13控制功率发送部分10和AC信号源11的操作，使得在初始操作时段Tl 中发送可以激活电子设备2的最小可能功率。更具体地，控制部分13改变四个参数(即， 线圈Ll的电感L、电容元件C2的电容C、功率发送期间的电压Vl和频率f 1)的至少一个， 因此控制功率发送部分10等的操作。此外，控制部分13基于由检测部分12获得的检测结果(两个检测结果的至少一个，即，功率发送部分10或电子设备2(功率接收部分20)的阻抗Z和功率发送期间的瓦特数(功率P))，改变上面的参数。更具体地，例如如图5所示，控制部分13执行控制，使得在相对远离功率P2等于最大值Pmax (阻抗Z = Z2)的条件(发送效率最大的最大条件)的条件中，发送功率。也就是说，控制部分13在这里执行控制，使得阻抗Z远离Z2 (图5中左边缘或右边缘的值(较小或较大))。这里应该注意，当Z << Z2时，与电压V2相比电流12趋于相对大，并且当Z > > Z2时，与电流12相比电压V2趋于相对大。接下来，控制部分13确定功率发送操作是否已经稳定(初始操作时段Tl是否已经改变为稳定操作时段T2)(步骤Si； )。更具体地，控制部分13基于由检测部分12获得的检测结果(上述阻抗Z和功率P的检测结果)，进行该确定。如果控制部分13确定功率发送操作还没有稳定(初始操作时段Tl还没有改变为稳定操作时段T2)(步骤S13中N)，则处理返回步骤S12。应该注意，可以基于是否已经过去预定量的时间，而不是基于由检测部分12获得的检测结果，进行该确定。另一方面，当控制部分13确定功率发送操作已经稳定(初始操作时段Tl已经改变为稳定操作时段T2)(步骤S13中Y)，控制部分13以旨在用于稳定操作时段T2的方式执行控制(用于高效率的控制)(步骤S14)。更具体地，控制部分13以这样的方式控制功率发送部分10和AC信号源11，以便在稳定操作时段T2中比在初始操作时段Tl中实现更高发送效率。此外，控制部分13应该优选地执行控制，使得在发送效率最大的最大条件中发送功率。更具体地，如在初始操作时段Tl中所做的，控制部分13改变四个参数(即，线圈 Ll的电感L、电容元件C2的电容C、功率发送期间的电压Vl和频率f 1)的至少一个，因此控制功率发送部分10等的操作。另一方面，控制部分13基于由检测部分12获得的检测结果 (阻抗Z、功率发送期间的瓦特数(功率P)和反射率R的至少一个)，改变上面的参数。更具体地，控制部分13执行控制，使得在相对远离功率P2等于最大值Pmax (阻抗 Z = Z2)的条件(发送效率最大的最大条件)的条件中，发送功率。此外，控制部分13应该优选地执行控制，使得在功率P2等于最大值Pmax (阻抗Z = Z2)的条件(最大条件)中发送功率，如上所述。接下来，控制部分13确定是否已经实现高效率(是否完成稳定操作时段T2中的操作)(步骤S15)。更具体地，控制部分13基于由检测部分12获得的检测结果(上述阻抗Z和功率P的检测结果)，进行该确定。如果控制部分13确定还没有实现高效率(步骤 S15中N)，则处理返回步骤S14。另一方面，当控制部分13确定已经实现高效率(步骤S15中Y)，终止图4所示的整个控制过程。如上所述，在本实施例中，控制部分13以这样的方式控制功率发送部分10等的操作，以便在使用磁场从充电盘1到电子设备2的功率发送期间，在相对远离最大条件的条件中发送功率，在该最大条件中与之后的稳定操作时段T2相比，在初始操作时段Tl中发送效率最大。这使得可能避免在初始操作时段Tl中电子设备2的激活故障，同时在稳定操作时段T2中以高效率发送功率。结果，可以在使用磁场的功率发送期间，以适于多种负载(诸如电子设备的要提供功率的目标)的方式适当地发送功率。例如，即使因为用作要提供功率的目标的电子设备2的定制化，功率接收部分20 的组件改变，根据本实施例的技术也消除了考虑组件的适合的需要。<修改示例>尽管通过优选实施例的方式描述，但是本公开不限于此，而是可以以各种方式修改。例如，尽管在上面的实施例中，已经描述了通过控制部分13的充电操作(功率提供操作)的控制方法，但是控制方法不限于此，并且充电操作可以通过其它控制方法控制。此外，尽管在上面的实施例中，已经通过命名充电盘和电子设备的特定组件给出了描述，但是不需要充电盘和电子设备包括所有组件。可替代地，充电盘和电子设备可以包括其它组件。此外，尽管在上面的实施例中，给出了在功率馈送系统中仅提供一个电子设备的情况的描述，但是根据本公开实施例的功率馈送系统还可应用于提供多个(两个或更多) 电子设备的情况。此外，尽管在上面的实施例中，已经采取用于如移动电话的小尺寸电子设备(CE 设备)的充电盘1，作为根据本公开实施例的功率馈送器的示例，但是根据本公开实施例的功率馈送器在使用中不限于家用的充电盘1，而是可应用为用于多种电子设备的充电器。此外，不需要根据本公开实施例的功率馈送器为盘。替代地，例如，根据本公开实施例的功率馈送器可以是诸如用于电子设备的所谓支架的架子。本公开包含涉及于2010年10月8日向日本专利局提交的日本优先权专利申请JP 2010-228883中公开的主题，在此通过引用并入其全部内容。本领域技术人员应当理解，依赖于设计需求和其他因素可以出现各种修改、组合、 子组合和更改，只要它们在权利要求或其等效的范围内。
权利要求
1.一种功率馈送器，包括功率发送部分，适于使用磁场发送功率到一个或多个电子设备；以及控制部分，适于控制功率发送部分的操作，其中控制部分以这样的方式控制功率发送部分的操作，以便在相对远离最大条件的条件中发送功率，在该最大条件中在功率发送期间与之后的稳定操作时段相比，在初始操作时段中发送效率最大。
2.如权利要求1所述的功率馈送器，其中控制部分在初始操作时段中执行控制，使得发送能够激活电子设备的最小可能功率，以及控制部分在稳定操作时段中执行控制，使得以比初始操作时段中更高的效率发送功率。
3.如权利要求2所述的功率馈送器，其中控制部分在稳定操作时段中执行控制，使得在最大条件中发送功率。
4.如权利要求1所述的功率馈送器，其中功率发送部分具有线圈和电容元件，以及控制部分改变四个参数的至少一个，以便控制功率发送部分的操作，四个参数即线圈的电感、电容元件的电容、功率发送期间的电压和频率。
5.如权利要求4所述的功率馈送器，其中控制部分在初始操作时段中，基于两个检测结果的至少一个改变参数的至少一个，两个检测结果即功率发送部分或电子设备的阻抗、以及功率发送期间的瓦特数。
6.如权利要求4所述的功率馈送器，其中控制部分在稳定操作时段中，基于三个检测结果的至少一个改变参数的至少一个，三个检测结果即功率发送部分或电子设备的阻抗、功率发送期间的瓦特数和反射率。
7.一种功率馈送系统，包括 一个或多个电子设备；以及功率馈送器，适于发送功率到电子设备，其中功率馈送器包括功率发送部分，适于使用磁场发送功率，以及控制部分，适于控制功率发送部分的操作，控制部分以这样的方式控制功率发送部分的操作，以便在相对远离最大条件的条件中发送功率，在该最大条件中在功率发送期间与之后的稳定操作时段相比，在初始操作时段中发送效率最大。
全文摘要
在此公开了一种功率馈送器和功率馈送系统，功率馈送器包括功率发送部分，适于使用磁场发送功率到一个或多个电子设备；以及控制部分，适于控制功率发送部分的操作，其中控制部分以这样的方式控制功率发送部分的操作，以便在相对远离最大条件的条件中发送功率，在该最大条件中在功率发送期间与之后的稳定操作时段相比，在初始操作时段中发送效率最大。
文档编号H02J17/00GK102447312SQ201110300159
公开日2012年5月9日 申请日期2011年9月29日 优先权日2010年10月8日
发明者阿部邦弥 申请人:索尼公司