CN103580299A - 馈电单元和馈电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及馈电单元和馈电系统，其中馈电单元包括：用于通过使用磁场进行电力传输的电力传输线圈；包括电力传输线圈的并联LC谐振电路；串联LC谐振电路；对并联LC谐振电路和串联LC谐振电路提供用于进行电力传输的交流信号的交流信号生成部；以及通过使用预定的控制信号来控制交流信号生成部的控制部，该控制部进行控制信号的频率控制从而允许在电力传输时流动的电路电流变得更小。

Description

馈电单元和馈电系统
技术领域
本公开涉及对诸如电子装置的待馈电装置进行非接触电力供应（电力传输）的馈电系统。本公开还涉及应用于这样的馈电系统的馈电单元。
背景技术
近年来，对诸如携带式电话和便携式音乐播放器的CE装置（消费类电子装置）进行非接触电力供应（电力传输）的馈电系统受到关注。这使得有可能仅通过将电子装置（二次侧装置）放置在充电托盘（一次侧装置）上开始充电，而不是通过将供电单元的连接器（诸如交流适配器）插入（连接）到所述装置中。换言之，所述电子装置和所述充电托盘之间的端子连接变得不必要。
作为这样进行非接触供电的方法，电磁感应方法是众所周知的。近年来，使用称为磁共振方法的利用电磁共振现象的方法的非接触馈电系统也受到关注。例如，在WO00/027531，以及日本未经审查专利申请公开第2001-102974、2008-206233、2002-34169、2005-110399和2010-63245号中公开了这样的非接触馈电系统。
发明内容
同时，在如上所述的那些非接触馈电系统中，一般希望提高馈电时的传输效率。
希望提供能够提高在通过使用磁场进行电力传输时的传输效率的馈电单元和馈电系统。
根据本公开的实施方式，提供了一种馈电单元，包括：为了通过使用磁场进行电力传输而提供的电力传输线圈；包括电力传输线圈的并联LC谐振电路；串联LC谐振电路；交流信号生成部，对并联LC谐振电路和串联LC谐振电路提供用于进行电力传输的交流信号；和通过使用预定的控制信号来控制交流信号生成部的控制部，该控制部进行控制信号的频率控制从而允许在电力传输时流动的电路电流变得更小。
根据本公开的实施方式，提供了一种馈电系统，包括：一个或多个电子装置以及通过使用磁场进行对每个电子装置的电力传输的馈电单元。馈电单元包括：为了进行电力传输而提供的电力传输线圈；包括电力传输线圈的并联LC谐振电路；串联LC谐振电路；交流信号生成部，对并联LC谐振电路和串联LC谐振电路提供用于进行电力传输的交流信号；和通过使用预定的控制信号来控制交流信号生成部的控制部，该控制部进行控制信号的频率控制从而允许在电力传输时流动的电路电流变得更小。
在根据本公开的实施方式的馈电单元和馈电系统中，使用预定的控制信号来控制AC（交流）信号生成部，该AC信号生成部使用电力传输线圈来提供对并联LC谐振电路和串联LC谐振电路进行电力传输的AC信号。在这种控制中，进行控制信号的频率控制从而允许在电力传输时流动的电路电流变得更小。这使得即使在例如频率特性根据元件特性的变化和负载的变化而改变时也容易将电路电流抑制到低电平。
根据本公开的实施方式的馈电单元和馈电系统，进行AC信号生成部的控制信号的频率控制从而允许在电力传输时流动的电路电流变得更小。因此，容易将电路电流抑制到低电平。因此，允许提高在使用磁场进行电力传输时的传输效率。
应该理解的是，前面的一般性描述和下面的详细描述都是示例性的，并且旨在为所要求保护的技术提供进一步说明。
附图说明
附图被包括以提供对本公开的进一步理解，并包含在本说明书中并构成本说明书的一部分。附图示出了实施方式，并与本说明书一起用来描述本技术的原理。
图1是示出了根据本公开的一个实施方式的馈电系统的外观配置示例的透视图。
图2是示出了图1中所示的馈电系统的详细配置示例的框图。
图3是示出了图2中所示的每个方框的详细配置示例的电路图。
图4是示出了AC信号生成电路的控制信号的示例的时序波形图。
图5是示出了馈电阶段和通信阶段的示例的时序图。
图6A到图6C是各自说明电流的各个谐振操作和频率特性之间关系的示例的示意图。
图7是用于描述根据实施方式的频率控制的概要的示意图。
图8是示出了根据实施方式的频率控制和占空比控制的示例的流程图。
图9是示出了图8中所示的频率控制中的具体控制的示例的示意图。
图10是示出了图8中所示的频率控制中的具体控制的另一示例的示意图。
图11是示出了在图8中所示的频率控制中的具体控制的又一示例的示意图。
图12是示出了在图8中所示的频率控制中的具体控制的又一示例的示意图。
图13是示出了通过利用二次侧装置中的通信来请求电动势值的操作的示例的流程图。
图14是示出了根据变形例1的频率控制的示例的流程图。
图15A和图15B是分别用于描述根据变形例2的馈电系统的示意性配置示例的电路图。
具体实施方式
下面将参照附图详细描述本公开的实施方式。应该注意的是，将按以下顺序提供本说明。
1.实施方式（进行控制信号的频率控制和占空比控制的示例）
2.变形例
变形例1（仅进行控制信号的频率控制的示例）
变形例2（在馈电单元中提供用于电压变换的中间线圈的示例）
3.其他变形例
[实施方式]
[馈电系统4的整体配置]
图1示出了根据本公开的实施方式的馈电系统（馈电系统4）的外观配置示例，而图2示出了馈电系统4的方框配置示例。馈电系统4是通过使用磁场（通过利用磁共振、电磁感应等；下文同样）以非接触方式进行电力传输（供电、馈电或电力传输）的系统（非接触型馈电系统）。馈电系统4包括馈电单元1（一次侧装置）和各自用作待馈电装置的多个电子装置（这里是两个电子装置2A和2B；二次侧装置）。
在馈电系统4中，如图1中所示，例如可以通过将电子装置2A和2B放置在（或邻近于）馈电单元1中的馈电表面（电力传输表面）S1上（或附近）来进行从馈电单元1到电子装置2A和2B的电力传输。这里，考虑到同时或时间分开地（按顺序）对电子装置2A和2B进行电力传输的情况，馈电单元1的形状类似垫子（托盘），其中馈电表面S1的面积大于待馈电的电子装置2A和2B等。
（馈电单元1）
馈电单元1是通过使用如上所述的磁场对电子装置2A和2B进行电力传输的单元（充电托盘）。馈电单元1可包括例如电力传输单元11。如图2中所示，电力传输单元11可包括例如电力传输部110、AC（交流）信号生成电路（AC信号生成部或高频电力生成电路）111、LC谐振电路112S和控制部114（传输控制部）。电力传输部110包括LC谐振电路112P。另外，在电力传输单元11中，提供了未示出的电流检测部（稍后将描述的电流检测部113A和113B）。
电力传输部110可包括例如电力传输线圈（一次侧线圈）L1p、稍后描述的电容器C1p（谐振电容器）等。如将稍后描述的，LC谐振电路112P使用电力传输线圈L1p和电容器C1p构成。通过利用电力传输线圈L1p和电容器C1p（参见图2中的箭头P1），电力传输部110使用交变磁场来对电子装置2A和2B（具体地，将稍后描述的电力接收部210）进行电力传输（电力输送）。具体地，电力传输部110具有从馈电表面S1向电子装置2A和2B发射磁场（磁通量）的功能。电力传输部110还具有与稍后描述的电力接收部210进行预定的相互通信操作（参见图2中的箭头C1）的功能：。
AC信号生成电路111可以是例如通过使用从馈电单元1的外部电源9（主电源）供给的电力来生成用于进行电力传输的预定的AC信号Sac（高频电力）的电路。如稍后将描述的，AC信号Sac被供给到LC谐振单元112P和112S。上述AC信号生成电路111可以使用例如稍后将描述的开关放大器构成。应注意，外部电源9的示例可包括普通AC适配器以及设置在PC（个人计算机）中的USB（通用串行总线）2.0电源（供电能力：500mA，以及供电电压：约5V）等。
LC谐振电路112S设置在AC信号生成电路111和电力传输部110（LC谐振电路112P）之间的路径上，并使用稍后将描述的线圈L1s和电容器C1s（谐振电容器）构成。
控制部114在整个馈电单元1（整个馈电系统4）中进行各种控制操作。具体地，除了控制由电力传输部110进行的电力传输（电力传输操作）和通信（通信操作）以外，控制部114可具有例如控制所传输的电力的优化和认证二次侧装置的功能。控制部114还具有确定二次侧装置在一次侧装置上的功能、检测诸如异种金属的混合物的功能等。这里，当进行上述电力传输的控制时，控制部114通过使用稍后描述的预定控制信号CTL（电力传输的控制信号）来控制AC信号生成电路111的操作。此外，控制部114还具有通过使用控制信号CTL来基于稍后描述的脉冲宽度调制（PWM）进行调制处理的功能。
此外，控制部114具有进行上述控制信号CTL的频率控制使得在电力传输时流动的电路电流（流经电力传输线圈L1p等的电流）变得更小的功能。另外，控制部114具有通过利用与稍后描述的电子装置2A和2B的通信来控制控制信号CTL的占空比Duty的功能。如上所述的控制部114可以使用例如微型计算机、脉冲发生器等构成。应注意，稍后将详细描述由控制部114进行的控制信号CTL的控制操作（频率控制和占空比控制）。
（电子装置2A和2B）
电子装置2A和2B各自可以是例如由电视接收机代表的静止电子装置、由便携式电话和数码相机代表的包含可再充电电池的便携式电子装置等中的任意。如例如图2中所示，电子装置2A和2B各自包括电力接收单元21和根据从电力接收单元21供给的电力进行预定的操作（进行作为电子装置的功能的操作）的负载22。此外，电力接收单元21包括电力接收部210、整流器电路211、充电电路213和电池214。电力接收部210包括LC谐振电路212。
电力接收部210可包括例如稍后将描述的电力接收线圈L2（二次侧线圈）和电容器C2（谐振电容器）等。如稍后将描述的，LC谐振电路212使用电力接收线圈L2和电容器C2构成。电力接收部210具有如下功能：通过利用例如电力接收线圈L2、电容器C2等来接收从馈电单元1中的电力传输部110传输的电力（传输电力）。电力接收部210还具有如下功能：在电力接收部210和电力传输部110之间进行上述预定相互通信操作（参见图2中的箭头C1）。
整流器电路211是将从电力接收部210供给的传输电力（AC电力）整流并生成DC（直流）电力的电路。
充电电路213是用于基于从整流器电路211供给的DC电力给电池214充电的电路。
电池214存储根据由充电电路213充电的电力，并且例如可以使用诸如锂离子电池的可再充电电池（二次电池）构成。
[馈电单元1以及电子装置2A和2B的详细配置]
图3通过使用电路图示出了图2中所示的馈电单元1以及电子装置2A和2B中每个方框的详细配置示例。
（电力传输部110和LC谐振电路112P）
电力传输部110包括用于通过使用磁场来进行电力传输（以生成磁通量）的电力传输线圈L1p。电力传输部110还包括用于与电力传输线圈L1p一起形成上述LC谐振电路112P的电容器C1p。电力传输线圈L1p和电容器C1p彼此并联地电连接。电力传输线圈L1p和电容器C1p相应的一端在LC谐振电路112S侧彼此连接，并且其相应的另一端接地。换言之，LC谐振电路112P起并联LC谐振电路作用。应注意，设置LC谐振电路112P使得Q值相对较高。
此外，LC谐振电路112S和112P，以及包括稍后描述的电力接收线圈L2和电容器C2的LC谐振电路212彼此磁耦合（参见图3中所示的互感（mutual induction）M1等）。因此，进行基于基本上等于由AC信号生成电路111生成的高频电力（AC信号Sac）的谐振频率的LC谐振操作。
（AC信号生成电路111）
AC信号生成电路111可使用包括由MOS（金属氧化物半导体）晶体管等形成的一个或多个开关元件SW的开关放大器（未示出；所谓的E类放大器、差分放大器等）构成。用于电力传输的控制信号CTL从控制部114供给到AC信号生成电路111。如图3以及图4的（A）和（B）部中所示，控制信号CTL可以是例如具有的预定的频率f（CTL（f）=f1）和占空比Duty（CTL（Duty）=10%、50%等）的脉冲信号。此外，如图4的（A）和（B）部中所示，通过控制控制信号CTL的占空比Duty来进行稍后描述的脉冲宽度调制。
在具有这样的配置的AC信号生成电路111中，上述开关元件SW根据用于电力传输的控制信号CTL来进行开/关（ON/OFF）操作（开关操作包括上述频率f和占空比Duty）。换言之，使用从控制部114供给的控制信号CTL来控制开关元件SW的开/关操作。因此，可以基于例如从外部电源9输入的DC电流信号Sdc来生成AC信号Sac（AC电力），并且所生成的AC信号Sac可以供给到LC谐振电路112S和电力传输部110（LC谐振电路112P）。
（LC谐振电路112S）
LC谐振电路112S使用上述线圈L1s和电容器C1s构成，并且线圈L1s和电容器C1s彼此串联电连接。换言之，LC谐振电路112S起串联LC谐振电路的作用。具体地，线圈L1s的一端连接到AC信号生成电路111侧，并且线圈L1s的另一端连接到电容器C1s的一端。电容器C1s的另一端连接到LC谐振电路112P侧。应注意，也设置LC谐振电路112S使得Q值相对较高。
这里，与上述LC谐振电路112P不同，不允许LC谐振电路112S磁耦合到诸如电力接收线圈L2（LC谐振电路212）的其他线圈。换言之，LC谐振电路112S可以通过使用例如环形磁芯等来形成闭合磁路。
（电流检测部113A和113B）
电流检测部113A设置在AC信号生成电路111和LC谐振电路112S之间的路径上。电流检测部113B设置在LC谐振电路112S和电力传输部110（LC谐振电路112P）之间的路径上。电流检测部113A和113B各自检测在由电力传输部110进行电力传输时流动的电路电流，并将所检测的电路电流的值提供到控制部114。具体地，电流检测部113A检测在AC信号生成电路111和LC谐振电路112S之间的路径上流动的电路电流I1，并将所检测的电路电流I1的值到提供控制部114。同时，电流检测部113B检测在LC谐振电路112S和电力传输部110之间的路径上流动的电路电流I2，并将所检测的电路电流I2的值提供到控制部114。上述电流检测部113A和113B各自可使用例如包括电阻的电流变换器等构成。通过使用如此检测的电路电流I1和I2，控制部114进行控制信号CTL的上述频率控制。
应注意，这里在馈电单元1中设置了两个电流检测部113A和113B，但是例如可以仅设置113A和113B中的任一个。换言之，在控制部114中，可以只使用所检测的电路电流I1和I2中的一个来进行频率控制。另外，电流检测部113A和113B可以将电路电流I1和I2检测为数字值或模拟值。例如，在将电流检测为模拟值的情况下，模数转换器（A/D转换器）可以设置在控制部114中，并且可以在将由所检测的模拟值形成的电路电流I1或I2转换成数字值之后进行频率控制。
（电力接收部210和LC谐振电路212）
电力接收部210包括用于接收从电力传输部110（从交流磁场）传输的电力的电力接收线圈L2，和用于与电力接收线圈L2一起形成上述LC谐振电路212的电容器C2。电力接收线圈L2和电容器C2彼此串联电连接，并且LC谐振电路212起串联LC谐振电路的作用。具体地，电容器C2的一端连接到整流器电路211中的一个输入端子，并且电容器C2的另一端连接到电力接收线圈L2的一端。电力接收线圈L2的另一端连接到整流器电路211中的另一输入端子。
包括电力接收线圈L2和电容器C2的LC谐振电路212以及上述包括电力传输线圈L1p和电容器C1p的LC谐振电路112P彼此磁耦合。因此，进行基于基本等于由AC信号生成电路111生成的高频电力（AC信号Sac）的谐振频率的LC谐振操作。
（整流器电路211）
这里，整流器电路211使用四个整流器元件（二极管）D1至D4构成。在图3的该示例中，整流器元件D1的阳极和整流器元件D3的阴极连接到整流器电路211中的一个输入端子，而整流器元件D1的阴极和整流器元件D2的阴极连接到整流器电路211中的输出端子。此外，整流器元件D2的阳极和整流器元件D4的阴极连接到整流器电路211中的另一输入端子，并且整流器元件D3的阳极和整流器元件D4的阳极接地。在具有这样的配置的整流器电路211中，从电力接收部210供给的AC电力被整流，并且由DC电力形成的所接收的电力被供给到充电电路213。应注意，整流器电路211可以是使用晶体管的同步整流电路。
（充电电路213）
如上所述，充电电路213是基于从整流器电路211供给的输出电压（DC电力）对电池214充电的电路。这里，充电电路213设置在整流器电路211和负载22之间。
[馈电系统4的功能和作用]
（1.整体操作的概要）
在此馈电系统4中，基于从外部电源9供给的电力，由馈电单元1中的AC信号生成电路111将用于进行电力传输的预定高频电力（AC信号Sac）供给到电力传输部110中的电力传输线圈L1、电容器C1p（LC谐振电路112P）等。这引起了在电力传输部110中得电力传输线圈L1p中的磁场（磁通量）。这时，当各自用作待馈电装置（待充电装置）的电子装置2A和2B放置在馈电单元1的顶表面（馈电表面S1）上（或附近）时，馈电单元1中的电力传输线圈L1p和电子装置2A和2B中的每个中的电力接收线圈L2在馈电表面S1附近彼此邻近。
以这种方式，当电力接收线圈L2放置在生成磁场（磁通量）的电力传输线圈L1p附近时，通过由电力传输线圈L1p生成的磁通量的感应，在电力接收线圈L2中生成电动势（感应电动势）。换言之，由于电磁感应和磁共振，通过形成与电力传输线圈L1p和电路接收线圈L2中的每个的互连来生成磁场。因此，电力从电力传输线圈L1p侧（一次侧、馈电单元1侧或电力传输部110侧）传输到电力接收线圈L2侧（二次侧、电子装置2A和2B侧或电力接收部210侧）（参见图2和图3中的箭头P1）。这时，在馈电单元1侧的电力传输线圈L1p和在电子装置2A和2B中的每个侧的电力接收线圈L2通过电磁感应等彼此磁耦合，并且在LC谐振电路112P和212等中进行LC谐振操作。
然后，在电子装置2A和2B中的每个中，由电力接收线圈L2接收的AC电力被供给到整流器电路211和充电电路213，并且进行以下充电操作。即，在此AC电力由整流器电路211转换成预定DC电力之后，由充电电路213进行基于此DC电力的电池214的充电。以这种方式，在电子装置2A和2B中的每个中，进行基于由电力接收部210接收的电力的充电操作。
换言之，在本实施方式中，在对电子装置2A和2B充电时，例如到AC适配器等的端子连接是不必要的，并且可以仅通过将电子装置2A和2B放置在（或邻近于）馈电单元1的馈电表面S1上来容易地开始充电（进行非接触馈电）。这减少了用户的负担。
另外，如例如图5中所示，在该馈电操作期间，时间分开地周期性地（或非周期性地）设置馈电阶段Tp和通信阶段Tc。换言之，控制部114进行控制，从而时间分开地并且周期性地（或非周期性地）设置馈电阶段Tp和通信阶段Tc。这里，通信阶段Tc是用于使用电力传输线圈L1p和电力接收线圈L2（参见图2和图3中的箭头C1）在一次侧装置（馈电单元1）和二次侧装置（电子装置2A和2B）之间进行相互通信操作（用于关于彼此的认证、馈电效率控制等的通信操作）的阶段。应注意，这时的馈电阶段Tp和通信阶段Tc之间的时间比可以是例如约9:1。
这里，在通信阶段Tc期间，可以进行在AC信号生成电路111中使用脉冲宽度调制的通信操作。具体地，基于预定的调制数据，通过设置在通信阶段Tc中控制信号CTL的占空比Duty来进行基于脉冲宽度调制的通信。应注意，原则上难以在上述谐振操作期间在电力传输部110和电力接收部210中进行频率调制。因此，容易通过使用这样的脉冲宽度调制来实现通信操作。
（2.LC谐振电路112S和112P的功能）
同时，在使用交流磁场的磁耦合或磁共振的这样的非接触馈电系统中，由于交流磁场中的基频的谐波而出现的噪声、热量等成为问题。由基波引起的热量等取决于负载的大小，并且因此可以在设计阶段调整电路的电容量。然而，不容易实现由谐波引起的热量的解决方案，因为在基波解决方案充分的条件下才希望提供该解决方案。因此，由于整个电路通过假设基波频率来配置，所以如果不适当处理谐波，则除了该谐波变成不必要辐射的噪声源以外还可能引起源于谐波的能量损耗（发热）、电力传输效率下降等。
应注意，在这样的非接触馈电系统中出现谐波的主要因素的示例包括以下（A）至（C）。
（A）由于DC/AC转换器等中的开关操作而引起的波形失真
（B）由于磁性物质（诸如铁氧体）的磁饱和而引起的波形失真
（C）由于非线性负载而引起的波形失真
另外，由于出现谐波而发热的点的示例包括以下（D）和（E）。
（D）DC/AC转换器（这里，例如AC信号生成电路111）
（E）电力传输线圈（这里，例如电力传输线圈L1p）
因此，在本实施方式的馈电单元1中，结合有串联LC谐振电路和并联LC谐振电路的电路配置设置在馈电单元1中，以便抑制可由谐波引起的上述噪声和热量的发生。换言之，LC谐振电路112S（串联LC谐振电路）和LC谐振电路112P（并联LC谐振电路）都设置在馈电单元1中。另外，在LC谐振电路112P侧而非LC谐振电路112S侧包括电力传输线圈L1p。
这里，LC谐振电路112S起串联LC谐振电路的作用。因此，如稍后将详细描述的（图6A），LC谐振电路112S具有流动的电路电流的量在基波频率附近是最大的这样的频率特性。换言之，在具有除此频率以外的任何频率的谐波的域中，线圈L1s呈现高阻抗，并且因此即使希望更多的电路电流流动，电路电流也不能很好地流动。换言之，在谐波的域中，线圈L1s呈现轻负载条件。因此，在LC谐振电路112S中，主要抑制由于由上述发生因素（A）引起的谐波的不利影响（诸如噪声和热的发生）。
另一方面，如上所述，LC谐振电路112P通过使用电力传输线圈L1p来形成并联LC谐振电路。因此，即使当例如负载22呈现非线性特性（负载是非线性负载）时，在馈电单元1侧的这种非线性特性也不会影响LC谐振电路112P。对此的一些原因如下。正如稍后将详细描述的（图6B），并联LC谐振电路中的频率特性是这样的特性，即与上述串联LC谐振电路的情况相反，电路电流变得最难以在基波附近的频率处流动。换言之，对于由于谐波引起的波形失真，在并联谐振的情况下阻抗低，并且因此即使当负载是非线性时，也比较不可能出现波形失真。因此，在LC谐振电路112P中主要抑制由于由上述发生因素（C）引起的谐波的不利影响（诸如噪声和热的发生）。
（3.由控制部114进行的控制信号CTL的控制操作）
此外，在本实施方式的馈电单元1中，在控制部114中进行用于控制AC信号生成电路111的控制信号CTL的控制操作（频率控制和占空比控制）。下面将详细描述频率控制和占空比控制。
（3-1.控制信号CTL的频率控制）
首先，将描述由控制部114进行的控制信号CTL的频率控制（上述CTL（f）的动态控制）。
这里，首先如例如图6A中所示，当LC谐振电路进行串联谐振时，通常呈现以下频率特征。即，在LC谐振电路中流动电流（电路电流）的量在谐振频率fr（基波频率）附近最大。换言之，电路电流呈现的频率特性在谐振频率fr附近的频域中具有凸形。应注意，此谐振频率fr基本上等于这里描述的控制信号CTL的频率f1（CTL（f）=f1）。
另外，如例如图6B中所示，当LC谐振电路进行并联谐振时，通常呈现以下频率特性。即，在LC谐振电路中流动电路电流的量在谐振频率fr（基波频率）附近最小。在除了该域（谐波的频域）以外的频域中，LC谐振电路呈现短路状态。换言之，电路电流呈现的频率特性在谐振频率fr附近的频域中具有凹形。应注意，在这种情况下，谐振频率fr也基本上等于这里描述的控制信号CTL的频率f1（CTL（f）=f1）。
另一方面，当串联LC谐振电路（LC谐振电路112S）和并联LC谐振电路（LC谐振电路112P）被设置为以彼此基本相等的谐振频率fr进行结合时（如在本实施方式的馈电单元1中），呈现例如图6C中所示的频率特性。换言之，电路电流在两个不同频率fp1和fp2中的每个处具有极大值（或最大值），并且电路电流在处于频率fp1和fp2之间的谐振频率fr（基波频率）附近具有局部最小值（或最小值）。即，谐振频率fr位于V形频率特性的谷（底部）的附近。应注意，在这种情况下，谐振频率fr也基本上等于控制信号CTL的频率f1（CTL（f）=f1）。
这里，在诸如本实施方式的馈电系统4的非接触馈电系统中，图6C中所示的电路电流的频率特性不是恒定的，而是变化的（与变换器等不同）。例如，电路电流的频率特性可能由于诸如元件（诸如线圈）之间特性（电特性）的变化和负载大小的变化等因素而变化。具体地，如例如图6C中的实线箭头所表示的，在谐振频率fr附近的电路电流随负载的增大而增大，而在谐振频率fr附近的电路电流随负载的减小而减小。
因此，本实施方式的控制部114按照以下方式进行控制信号CTL的频率控制。控制部114进行控制信号CTL的频率控制使得在电力传输（流经电力传输线圈L1p等的电流）时流动的电路电流变小（优选地，最小）。具体地，如例如图6C中所示，控制控制信号CTL的频率（CTL（f）=f1），使得在通过结合串联LC谐振电路（LC谐振电路112S）和并联LC谐振电路（LC谐振电路112P）进行的谐振操作期间，电路电流在谐振频率fr附近的频域中变小。
更具体地，如例如图7中所示，控制部114进行频率控制使得电路电流（这里，电路电流I1和I2分别由电流检测部113A和113B检测）是基本上的极小电流值Imin（或基本上的最小电流值），或优选地是极小电流值Imin（或最小电流值）。这里假设（涉及图7中所示的电路电流I1和I2的频率特性）控制信号CTL的当前频率（设定频率）是f1，通过从该当前频率f1减去预定频率Δf来确定的频率是f0（=f1-Δf），并且通过将该频率Δf加至当前频率f1来确定的频率是f2（=f1+Δf）。此外，假设在控制信号CTL的频率是f0、f1和f2时的电路电流（I1和I2中的每个）分别是I（f0）、I（f1）和I（f2）。
在这种情况下，根据电路电流I（f0）、I（f1）和I（f2）之间的相对大小关系，控制部114通过随时更新控制信号CTL的频率（当前频率f1）来进行频率控制（频率f1的动态控制）。
图8在流程图中示出了由控制部114进行的具体频率控制（和稍后将描述的占空比控制）的示例。在此示例中，首先控制部114进行控制信号CTL的各种参数（诸如当前频率f1、上述频率Δf和占空比Duty）的初始设置（图8中的步骤S101）。其次，在例如图5中所示的馈电阶段Tp和通信阶段Tc的时间分开设置中，控制部114确定当前是否是馈电阶段Tp（步骤S102）。这里，当确定当前不是馈电阶段Tp（是通信阶段Tc）时（步骤S102：N），控制部114随后进行将在稍后描述的控制信号CTL的占空比控制（步骤S115至S120）。
另一方面，当确定当前是馈电阶段Tp时（步骤S102：Y），控制部114随后进行将在下面描述的控制信号CTL的频率控制（步骤S103至S114）。具体地，首先，在控制信号CTL的频率被设置在上述f1、f2和f0的状态下，电流检测部113A和113B进行电路电流I1和I2的检测（测量）。因此，控制部114获取上述电路电流I（f1）、I（f2）和I（f0）中的每个的值（步骤S103、S104和S105）。
随后，控制部114确定电路电流I（f1）、I（f2）和I（f0）是否满足以下条件表达式（1）（步骤S106）。换言之，控制部114确定电路电流I1和I2各自是否如例如图9中所示在从f0至f1的频域中具有表示单调递减的频率特性。这里，当确定满足条件表达式（1）（电路电流I1和I2各自具有表示单调递减的频率特性）时（步骤S106：Y），控制部114随后通过更新控制信号CTL中的当前频率f1来进行频率控制。具体地，如例如图9中的箭头G1所示，将当前频率f1更新为频率f2（=f1+Δf）（f1=f1+Δf）的值（步骤S107）。应注意，此后流程回到上述步骤S102。
I（f0）>I（f1）>I（f2）......（1）
另一方面，当确定不满足条件表达式（1）（电路电流I1和I2各自都不具有表示单调递减的频率特性）时（步骤S106：N），控制部114确定是否满足以下条件表达式（2）（步骤S108）。换言之，确定电路电流I1和I2各自是否如例如图10中所示在从f0至f1的频域中具有表示单调递减的频率特性。这里，当确定满足条件表达式（2）（各个电路电流I1和I2都具有表示单调递减的频率特性）时（步骤S108：Y），控制部114随后通过更新控制信号CTL的当前频率f1来进行频率控制。具体地，如例如图10中的箭头G2所示，将当前频率f1更新为频率f0（=f1-Δf）（f1=f1-Δf）的值（步骤S109）。应注意，此后流程回到上述步骤S102。
I（f0）<I（f1）<I（f2）......（2）
另一方面，当确定不满足条件表达式（2）（电路电流I1和I2各自不具有表示单调递减的频率特性）时（步骤S108：N），控制部114随后确定是否满足以下条件表达式（3）（步骤S110）。换言之，确定电路电流I1和I2各自是否如例如图11中所示在从f0至f1的频域中具有表示极小电流值（或最小电流值）Imin在频率f0和f1之间的频率特性。这里，当确定满足条件表达式（3）（电路电流I1和I2各自具有表示极小电流值Imin在频率f0和f1之间的频率特性）时（步骤S110：Y），控制部114随后通过更新控制信号CTL的当前频率来进行频率控制。具体地，如例如图11中的箭头G3所示，将当前频率f1更新为频率f0（=f1-Δf）（f1=f1-Δf）的值（步骤S111）。应注意，此后流程回到上述步骤S102。
I（f1）<I（f0）<I（f2）......（3）
另一方面，当确定不满足条件表达式（3）（电路电流I1和I2各自不具有表示极小电流值Imin在频率f0和f1之间的频率特性）时（步骤S110：N），控制部114随后确定是否满足以下条件表达式（4）（步骤S112）。换言之，确定电路电流I1和I2各自是否如例如图12中所示的在从f0至f1的频域中具有表示极小电流值（或最小电流值）Imin在频率f1和f2之间的频率特性。这里，当确定满足条件表达式（4）（电路电流I1和I2各自具有表示最小电流值Imin在频率f1和f2之间的频率特性）时（步骤S112：Y），控制部114随后通过更新控制信号CTL的当前频率f1来进行频率控制。具体地，如例如图12中的箭头G4所示，将当前频率f1更新为频率f2（=f1+Δf）（f1=f1+Δf）的值（步骤S113）。应注意，此后流程回到上述步骤S102。
I（f1）<I（f2）<I（f0）......（4）
应注意，当在例如上述条件表达式（3）和（4）中的电路电流I（f0）、I（f1）和I（f2）的相应值之间基本没有差异时，可以省略更新当前频率f1的值。此外，例如当电路电流I（f1）、I（f2）和I（f0）之间的相对大小关系的差异非常小（缩小）时，上述预定的频率Δf的值可以变小。相反地，当电路电流I（f1）、I（f2）和I（f0）之间的相对大小关系的差异非常大（扩大）时，上述预定的频率Δf的值可以变大。
以这种方式，在本实施方式中，进行对AC信号生成电路111的控制信号CTL的频率控制使得在电力传输期间流动的电路电流I1和I2变小。因此，即使当电路电流I1和I2各自的频率特性根据元件之间的特性变化、负载变化等发生变化时，电路电流I1和I2也容易被抑制到低电平，这提高了在电力传输中的传输效率。
应注意，如上所述，并联LC谐振电路（LC谐振电路112P）中包含电力传输线圈L1p，并且因此，由于非线性负载而引起的波形失真的影响不易传输到馈电单元1中的电路。可以说这也有助于电力传输效率的提高。
（3-2.控制信号CTL的占空比控制）
随后，将参照图8和图13来描述由控制部114进行的控制信号CTL的占空比控制（上述CTL（Duty）的动态控制）。首先，控制部114通过利用与上述电子装置2A和2B的通信来控制控制信号CTL的占空比Duty。具体地，控制部114通过利用与电子装置2A和2B的通信来接收在电子装置2A和2B中的每个中的对电动势值的请求（例如，稍后将描述的感应电动势的平均值Vave），并且响应于对电动势值的请求来控制控制信号CTL的占空比Duty。
更具体地，如例如图13中的流程图所示，首先电子装置2A和2B各自通过利用上述通信来将对电动势值（这里，感应电动势的平均值Vave）的请求传输到馈电单元1。换言之，在该图13中所示的示例中，首先电子装置2A和2B（例如，未示出的控制部）各自进行感应电动势的初始设置（图13中的步骤S201）。
随后，在如例如图5中所示的馈电阶段Tp和通信阶段Tc的时间分开设置中，电子装置2A和2B各自确定当前是否是馈电阶段Tp（步骤S202）。这里，当确定当前是馈电阶段Tp（步骤S202：Y）时，电子装置2A和2B各自（例如，未示出的电压检测部）随后测量和检测感应电动势的平均值Vave（步骤S303）。应注意，此后流程回到步骤S202。
另一方面，当确定当前不是馈电阶段Tp（是通信阶段Tc）时（步骤S202：N），电子装置2A和2B（例如，电力接收部210）各自通过利用上述通信来将对电动势值（Vave）的请求传输到馈电单元1（步骤S204）。应注意，此后流程回到步骤S202。
这里，当在通信阶段Tc期间，有来自电子装置2A和2B的对电动势值的请求时，馈电单元1中的控制部114按照下面描述的方式进行控制信号CTL的占空比控制（图8中的步骤S115至S120）。具体地，首先控制部114通过利用上述通信来从电子装置2A和2B接收对电动势值（Vave）的请求（步骤S115）。
随后，控制部114确定所接收的请求是否是对减小电动势值（Vave）的请求（电压下降请求）（步骤S116）。当确定所接收的请求是电压下降请求时（步骤S116：Y），控制部114随后通过更新控制信号CTL的当前占空比Duty来进行减小占空比Duty的控制。具体地，控制部114将当前占空比Duty更新到（Duty-ΔDuty）（Duty=Duty-ΔDuty）的值（步骤S117）。因此，在电子装置2A和2B中生成的电动势值在随后的传输中按请求减小。应注意，此后流程回到步骤S102。
另一方面，当确定所接收的请求不是电压下降请求时（步骤S116：N），控制部114随后确定所接收的请求是否是对增大电动势值（Vave）的请求（电压上升请求）（步骤S118）。当确定所接收的请求是电压上升请求时（步骤S118：Y），控制部114随后通过更新控制信号CTL的当前占空比Duty来进行增大占空比Duty的控制。具体地，控制部114将当前占空比Duty更新到（Duty+ΔDuty）（Duty=Duty+ΔDuty）的值（步骤S119）。因此，在电子装置2A和2B中生成的电动势值在随后的传输中按请求增大。应注意，此后流程回到步骤S102。
另一方面，当确定所接收的请求也不是电压上升请求时（步骤S118：N），控制部114随后维持当前设置而不更新控制信号CTL的占空比Duty（Duty=Duty），（步骤S120）。因此，在电子装置2A和2B中生成的电动势值在随后的传输中按请求保持不变。应注意，此后流程回到步骤S102。
以这种方式，在本实施方式中，在馈电单元1中根据电子装置2A和2B中的每个中的对电动势值（Vave）的请求来控制控制信号CTL的占空比Duty。因此，在电子装置2A和2B中的每个中设置最佳电动势值，使得可以抑制例如由过大电动势值引起的电子装置2A和2B的可靠性下降（由于诸如电压值超过耐压（withstand pressure）的因素引起的可靠性下降）。
如上所述，在本实施方式中，在控制部114中进行对AC信号生成电路111的控制信号CTL的频率控制从而使在电力传输时流动的电路电流I1和I2变小。因此，允许容易地将电路电流I1和I2抑制到低电平。因此，允许提高在通过使用磁场进行电力传输时的传输效率。
另外，与占空比控制不同，可以实现控制信号CTL的单独频率控制而不进行在馈电单元1与电子装置2A和2B中的每个之间的相互通信（不进行某种反馈）。因此，可以通过相对简单的控制方法来实现电力传输效率的提高。
此外，由于预期将来的非接触馈电系统将增大所传输的电力，所以通过采用上述谐振电路配置并且抑制诸如可由谐波引起的噪声和热量的发生等不利影响，可以支持增大所传输的电力。具体地，通常当所传输的电力增大时，诸如由谐波引起的噪声和热量等的不利影响也增大。相比之下，在本实施方式的馈电单元1中的谐振电路的配置（串联LC谐振电路和包括电力传输线圈L1p的并联LC谐振电路相结合的配置）中，诸如由于谐波引起的噪声和热量的不利影响被如上所述地抑制。因此，即使当所传输的电力增大时也允许最小化这些不利影响，这使得可以应对诸如电池容量的增大以及电动汽车领域的应用等将来的预期。
随后，将描述上述实施方式的变形例（变形例1和变形例2）。应注意，与上述实施方式的那些相同的组件将设置有与上述实施方式的那些相同的参考标号，并且将适当省略对它们的说明。
[变形例1]
图14在流程图中示出了根据变形例1的由控制部114进行的频率控制的示例。在上述实施方式中，控制部114进行如例如图8中所示的控制信号CTL的频率控制和占空比控制。相比之下，在本变形例中，控制部114仅进行如例如图14中所示的控制信号CTL的频率控制。
换言之，在本变形例中，控制部114不进行图8中所示的控制信号CTL的占空比控制（步骤S115至S120），并仅进行除了上述步骤S101和S102以外的频率控制（步骤S103至S114）。应注意，在本变形例中，由于未进行在馈电单元1与电子装置2A和2B中的每个之间的相互通信（未提供通信阶段Tc），所以在这里控制部114在步骤S102中确定是否进行馈电操作。另外，当在该步骤S102中确定不进行馈电操作时（步骤S102：N），流程再次回到步骤S102。
以这种方式，仅进行频率控制，而不在某些情况下进行控制信号CTL的占空比控制。在这种情况下，由于馈电单元1与电子装置2A和2B中的每个之间的相互通信是不必要的，所以可以实现以较简单的控制方法来提高电力传输效率。
[变形例2]
图15A在电路图中示出了根据上述实施方式的馈电系统4的示意性配置示例。图15B在电路图中示出了根据变形例2的馈电系统（馈电系统4A）的示意性配置示例。本变形例的馈电系统4A等同于通过设置馈电单元1A以代替馈电系统4中的馈电单元1来配置的系统，并且除此之外在配置方面与馈电系统4相似。
馈电单元1A等同于通过在馈电单元1中的LC谐振电路112P内进一步提供中间线圈L1m来配置的单元，并且除此之外在配置方面与馈电单元1相似。中间线圈L1m并联地电连接到电容器C1p，并如图15B中所示磁耦合到电力传输线圈L1p和电力接收线圈L2中的每个（参见图15B中所示的互感M2和M3）。该配置允许中间线圈L1m根据电力传输线圈L1p和中间线圈L1m之间的缠绕数的比例来控制在电子装置2A和2B中的每个中生成的电动势值，并起到用于变压（步进或步降）的线圈的作用。
在具有这样的配置的本变形例中，可以实现由与上述实施方式相似的功能产生的相似的效果。
另外，在本变形例中，由于用于变压的中间线圈L1m设置在馈电单元1A中，所以可以控制在电子装置2A和2B中的每个中生成的电动势的值。因此，可以处理各种情况，诸如LC谐振电路的组件不具有适当耐压的电容器的容抗值或不具有适当的感抗值的情况。
应注意，在本变形例中，控制部114可以如变形例1那样只进行控制信号CTL的频率控制。
[其他变形例]
本公开的技术参照本实施方式和各变形例被进行了描述，但并不限于此，并且可以进行各种变形。
例如，在上述实施方式等中使用各种线圈（电力传输线圈和电力接收线圈）提供了描述，但可以将各种的配置用作这些线圈的配置（形状）。换言之，例如各个线圈可以具有诸如螺旋形、环形、使用磁性物质的棒形、螺旋形线圈被折叠成两层的α-缠绕形、具有更多层的螺旋形、在厚度方向上缠绕绕圈的螺线形等形状。另外，各个线圈不仅可以是通过使用具有导电性的盘圆（wire rod）构成的缠绕线圈，而且还可以是具有导电性并且使用例如印刷电路板、柔性印刷电路板等构成的图案线圈。
另外，在上述实施方式等中，电子装置被描述为待馈电装置的示例，但是待馈电装置并不限于此，并且还可以是除电子装置以外的任何类型的待馈电装置（例如，诸如电动汽车的车辆）。
此外，在上述实施方式等中，具体地描述了馈电单元和电子装置的各个组件。然而，不必要设置所有组件，或者可以进一步设置其他组件。例如，可以在馈电单元和/或电子装置中设置通信功能、进行某种控制的功能、显示功能、认证二次侧装置的功能、检测诸如异种金属的混合物的功能等。
另外，主要通过将多个（两个）电子装置设置在馈电单元中的情况作为示例来描述上述实施方式等。然而，本技术并不限于此，并且可以只在馈电系统中设置一个电子装置。
此外，通过将用于如携带式电话的小电子装置（CE装置）的充电托盘作为馈电单元的示例来描述上述实施方式等。然而，馈电单元并不限于这样的家用充电托盘，而可以适用于各种电子装置的电池充电器。另外，馈电单元不必是托盘，而可以是例如电子装置的支架，诸如所谓的托架。
至少可以通过本公开的上述示例性实施方式和变形例来实现以下配置。
（1）一种馈电单元，包括：
电力传输线圈，用于使用磁场进行电力传输；
并联LC谐振电路，包括所述电力传输线圈；
串联LC谐振电路；
交流信号生成部，对所述并联LC谐振电路和所述串联LC谐振电路提供用于进行所述电力传输的交流信号；以及
控制部，通过使用预定的控制信号来控制所述交流信号生成部，所述控制部进行所述控制信号的频率控制从而使在所述电力传输时流动的电路电流变得更小。
（2）根据（1）所述的馈电单元，其中所述控制部进行所述频率控制从而使所述电路电流在组合使用所述串联LC谐振电路和所述并联LC谐振电路的谐振操作期间在谐振频率附近的频域内变得更小。
（3）根据（2）所述的馈电单元，其中
所述电路电流在所述谐振频率附近的频域内具有凹陷的频率特性，并且
所述控制部进行所述频率控制从而使所述电路电流基本上取局部最小值。
（4）根据（1）至（3）中任一项所述的馈电单元，其中
当所述控制信号的当前频率是f1时，通过从f1减去预定的频率来确定的频率是f0，通过将所述预定的频率加到f1来确定的频率是f2，当所述控制信号具有的频率是f0时，所述电路电流是I（f0），当所述控制信号具有的频率是f1时，所述电路电流是I（f1），并且当所述控制信号具有的频率是f2时，所述电路电流是I（f2），
根据I（f0）、I（f1）以及I（f2）之间的相对大小关系，所述控制部通过随时更新f1来进行所述频率控制。
（5）根据（1）至（4）中的任一项所述的馈电单元，其中
所述控制部通过利用所述馈电单元和电子装置之间的通信来接收在所述电子装置中的对电动势值的请求（要求），并且
所述控制部还具有响应于对所述电动势值的请求来控制所述控制信号的占空比的功能。
（6）根据（5）所述的馈电单元，其中
所述控制部在收到对减小所述电动势值的请求时进行控制以使所述占空比减小，并且
所述控制部在收到对增大所述电动势值的请求时进行控制以使所述占空比增大。
（7）根据（5）或（6）所述的馈电单元，其中，时间分开地设置对所述电子装置进行电力传输的馈电阶段以及在所述馈电单元和所述电子装置之间进行通信的通信阶段。
（8）根据（1）至（7）中任一项所述的馈电单元，其中
所述交流信号生成部包括开关放大器，所述开关放大器包括开关元件，并且
所述控制部通过使用所述控制信号来控制所述开关元件的开（ON）关（OFF）操作。
（9）根据（1）至（8）中任一项所述的馈电单元，还包括检测所述电路电流的电流检测部，其中，
所述控制部通过使用由所述电流检测部检测到的电路电流来进行所述频率控制。
（10）一种馈电系统，包括：
一个或多个电子装置，以及
馈电单元，通过使用磁场来进行到各个所述电子装置的电力传输，所述馈电单元包括，
电力传输线圈，用于进行所述电力传输，
并联LC谐振电路，包括所述电力传输线圈，
串联LC谐振电路，
交流信号生成部，对所述并联LC谐振电路和所述串联LC谐振电路提供用于进行所述电力传输的交流信号，以及
控制部，通过使用预定的控制信号来控制所述交流信号生成部，所述控制部进行所述控制信号的频率控制从而使在所述电力传输时流动的电路电流变得更小。
本公开包含的主题涉及于2012年7月31日向日本专利局提交的日本在先专利申请第JP2012-169217号中公开的内容，其全部内容结合于此以供参考。
本领域中的技术人员应当理解的是，只要在所附权利要求或其等同物的范围内，就可以根据设计要求和其他因素而出现各种变形、组合、子组合和修改。

Claims (11)

1.一种馈电单元，包括：
电力传输线圈，用于使用磁场进行电力传输；
并联LC谐振电路，包括所述电力传输线圈；
串联LC谐振电路；
交流信号生成部，对所述并联LC谐振电路和所述串联LC谐振电路提供用于进行所述电力传输的交流信号；以及
控制部，通过使用预定的控制信号来控制所述交流信号生成部，所述控制部进行所述控制信号的频率控制从而使在所述电力传输时流动的电路电流变得更小。
2.根据权利要求1所述的馈电单元，其中，所述控制部进行所述频率控制从而使所述电路电流在组合使用所述串联LC谐振电路和所述并联LC谐振电路的谐振操作期间在谐振频率附近的频域内变得更小。
3.根据权利要求2所述的馈电单元，其中，
所述电路电流在所述谐振频率附近的频域内呈现凹陷的频率特性，并且
所述控制部进行所述频率控制从而使所述电路电流基本上取局部最小值。
4.根据权利要求1所述的馈电单元，其中，
当所述控制信号的当前频率是f1时，通过从f1减去预定的频率来确定的频率是f0，通过将所述预定的频率加到f1来确定的频率是f2，当所述控制信号具有的频率是f0时，所述电路电流是I（f0），当所述控制信号具有的频率是f1时，所述电路电流是I（f1），并且当所述控制信号具有的频率是f2时，所述电路电流是I（f2），
根据I（f0）、I（f1）以及I（f2）之间的相对大小关系，所述控制部通过随时更新f1来进行所述频率控制。
5.根据权利要求1所述的馈电单元，其中，
所述控制部通过利用所述馈电单元和电子装置之间的通信来接收在所述电子装置中的对电动势值的请求，并且
所述控制部还具有响应于对所述电动势值的请求来控制所述控制信号的占空比的功能。
6.根据权利要求5所述的馈电单元，其中，
所述控制部在收到对减小所述电动势值的请求时进行控制以使所述占空比减小，并且
所述控制部在收到对增大所述电动势值的请求时进行控制以使所述占空比增大。
7.根据权利要求5所述的馈电单元，其中，时间分开地设置对所述电子装置进行电力传输的馈电阶段以及在所述馈电单元和所述电子装置之间进行通信的通信阶段。
8.根据权利要求1所述的馈电单元，其中，
所述交流信号生成部包括开关放大器，所述开关放大器包括开关元件，并且
所述控制部通过使用所述控制信号来控制所述开关元件的开关操作。
9.根据权利要求1所述的馈电单元，还包括检测所述电路电流的电流检测部，其中，
所述控制部通过使用由所述电流检测部检测到的电路电流来进行所述频率控制。
10.一种馈电系统，包括：
一个或多个电子装置，以及
馈电单元，通过使用磁场来进行到各个所述电子装置的电力传输，所述馈电单元包括，
电力传输线圈，用于进行所述电力传输，
并联LC谐振电路，包括所述电力传输线圈，
串联LC谐振电路，
交流信号生成部，对所述并联LC谐振电路和所述串联LC谐振电路提供用于进行所述电力传输的交流信号，以及
控制部，通过使用预定的控制信号来控制所述交流信号生成部，所述控制部进行所述控制信号的频率控制从而使在所述电力传输时流动的电路电流变得更小。
11.根据权利要求10所述的馈电系统，其中，所述控制部进行所述频率控制从而使所述电路电流在组合使用所述串联LC谐振电路和所述并联LC谐振电路的谐振操作期间在谐振频率附近的频域内变得更小。
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