DE102011118581A1

DE102011118581A1 - Kontaktloses Energieübertragungssystem und Steuerverfahren dafür

Info

Publication number: DE102011118581A1
Application number: DE102011118581A
Authority: DE
Inventors: Kouji Maruyama; Akio Toba; Ayako Ichinose; Michio Tamate
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2010-11-18
Filing date: 2011-11-15
Publication date: 2012-05-24
Also published as: JP5928865B2; US20120127765A1; US8786314B2; JP2012125138A; CN102570626A

Abstract

Es sollen eine Miniaturisierung und eine Senkung der Kosten einer Schaltung ermöglicht werden, und es soll eine hocheffiziente, stabile kontaktlose Energieübertragung durch Verringerung des von den Schaltelementen verursachten Verlusts durchgeführt werden. Die Erfindung betrifft ein kontaktloses Energieübertragungssystem mit einer Energieempfangsspule, die Energie über eine magnetische Kopplung mit einer primärseitigen Versorgungsleitung kontaktlos abgibt und empfängt; und einer Energieempfangsschaltung, die über einen Kondensator mit der Energieempfangsspule verbunden ist. Die Energieempfangsschaltung enthält eine Brückenschaltung, die aus Halbleiterschaltern und Dioden besteht, und einen Glättungskondensator und ist zum Beispiel so konfiguriert, dass Kondensatoren parallel zu Halbleiterschaltern des unteren Zweigs geschaltet sind. Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein Steuerverfahren für das kontaktlose Energieübertragungssystem.

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein kontaktloses Energieübertragungssystem und ein Steuerverfahren dafür, bei denen unter Verwendung der magnetischen Kopplung zwischen Spulen in einem kontaktlosen Zustand Energie in erster Linie über einen Abstand hinweg abgegeben wird.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Ein kontaktloses Energieübertragungssystem ist als ein Verfahren zum Versorgen einer Last mit Energie unter Verwendung einer durch elektromagnetische Induktion bewirkten magnetischen Kopplung zwischen Spulen bekannt. Sein Prinzip besteht darin, dass durch magnetische Kopplung mehrerer Spulen über einen Abstand hinweg eine Art Transformator entsteht und durch Nutzung der elektromagnetischen Kopplung zwischen den Spulen Energie abgegeben und erhalten wird.
Zum Beispiel ist es dadurch, dass eine primärseitige Spule, die einer Energiequelle entspricht, in Farm einer Schiene als eine Versorgungsleitung angeordnet wird, ein beweglicher Körper durch Integrieren einer sekundärseitigen Spule und einer Energieempfangsschaltung konfiguriert wird und die primärseitige Spule und die sekundärseitige Spule einander gegenüber angeordnet werden, möglich, Energie kontaktlos zu dem beweglichen Körper zu übertragen, der sich entlang der Versorgungsleitung bewegt.
27 zeigt eine bekannte Technologie eines kontaktlosen Energieübertragungssystems, das in JP A 2002-354711 (Abschnitte [0028] bis [0031] und [0041] bis [0045], 1, 6 und dergleichen) beschrieben ist. In 27 ist eine primärseitige Versorgungsleitung 110, die als eine Spule fungiert, mit beiden Enden einer Hochfrequenz-Energiequelle 100 verbunden. Eine Energieempfangsspule 120 ist mit der primärseitigen Versorgungsleitung 110 magnetisch gekoppelt, und die primärseitige Versorgungsleitung 110 und die Energieempfangsspule 120 bilden eine Art Transformator.
Beide Enden der Energieempfangsspule 120 sind über einen Resonanzkondensator C mit Wechselstrom-Anschlüssen einer Vollweggleichrichterschaltung 10 verbunden. Hierbei bilden die Energieempfangsspule 120 und der Resonanzkondensator C einen Reihenschwingkreis.
Die Vollweggleichrichterschaltung 10 wird von Nebenschlussdioden D_u, D_v, D_x und D_y gebildet.
Eine Konstantspannungssteuerschaltung 20, die die Steuerung so durchführt, dass die Ausgangsgleichspannung der Vollweggleichrichterschaltung 10 einen Referenzspannungswert hat, ist mit Gleichstrom-Anschlüssen der Vollweggleichrichterschaltung 10 verbunden. Die Konstantspannungssteuerschaltung 20 besteht aus einer Hochsetzstellerschaltung, die zum Beispiel von einer Drosselspule L₁, einer Diode D₁, einem Glättungskondensator C_o und einem Halbleiterschalter SW₁ gebildet wird. Außerdem ist eine Last R mit beiden Enden des Glättungskondensators C_o verbunden.
Eine Steuerschaltung zum Schalten des Halbleiterschalters SW₁ ist in 27 nicht dargestellt.
Bei der bekannten Technologie von 27 wird ein Hochfrequenzstrom von der Hochfrequenz-Energiequelle 100 veranlasst, entlang der primärseitigen Versorgungsleitung 110 zu fließen, und die zugeführte Hochfrequenz-Energie wird über die Energieempfangsspule 120 in die Vollweggleichrichterschaltung 10 eingespeist und in Gleichstrom-Energie umgewandelt.
In der Regel ändert sich bei dieser Art des kontaktlosen Energieübertragungssystems die in der Energieempfangsspule 120 induzierte Spannung auf Grund einer Änderung der Breite des Spalts zwischen der primärseitigen Versorgungsleitung 110 und der Energieempfangsspule 120 und auf Grund von Positionsabweichungen der beiden, wodurch die Ausgangsgleichspannung der Vollweggleichrichterschaltung 10 schwankt. Auch die Eigenschaften der Last R sind eine Ursache dafür, dass die Ausgangsgleichspannung der Vollweggleichrichterschaltung 10 schwankt.
Aus diesem Grund wird bei der bekannten Technologie von 27 die Ausgangsgleichspannung der Vollweggleichrichterschaltung 10 mit der Konstantspannungssteuerschaltung 20 auf einen konstanten Wert gesteuert
Bei einem kontaktlosen Energieübertragungssystem sinkt mit steigender Frequenz des über die Spule eingespeisten Stroms die Erregungsinduktivität, die zur Durchführung einer Energieübertragung benötigt wird, und die Spule und ein an deren Peripherie angeordneter Kern können miniaturisiert werden. Bei einem Energiewandler, der eine Hochfrequenz-Energiequelle oder -Energieempfangsschaltung bildet, nimmt jedoch mit steigender Frequenz des durch die Schaltung fließenden Stroms der Schaltverlust des Halbleiterschalters zu und die Energieübertragungsleistung nimmt ab, was bedeutet, dass normalerweise die Frequenz der kontaktlos zugeführten Energie zwischen einigen Kilohertz und einigen zig Kilohertz eingestellt wird.
Bei dem kontaktlosen Energieübertragungssystem, das in 27 gezeigt ist, und insbesondere bei der Energieempfangsschaltung der auf den Resonanzkondensator C folgenden Stufe bestehen die folgenden Probleme:

1. Da die Energieempfangsschaltung aus der Vollweggleichrichterschaltung 10 und der Konstantspannungssteuerschaltung 20 besteht, nimmt die Größe der Schaltung insgesamt zu, was zu einem höheren Installationsplatzbedarf und einem Anstieg der Kosten führt.
2. Da ein Verlust außer an den Dioden D_u, D_v, D_x und D_y der Vollweggleichrichterschaltung 10 auch in der Drosselspule L₁, dem Halbleiterschalter SW₁ und der Diode D₁ auftritt, sind diese Verluste eine Ursache für die Abnahme der Energieübertragungsleistung.

Kurze Darstellung der Erfindung
Daher ist es ein Ziel der Erfindung, ein kontaktloses Energieübertragungssystem zur Verfügung zu stellen, das eine Miniaturisierung und eine Senkung der Kosten der Schaltung ermöglicht.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, ein kontaktloses Energieübertragungssystem und ein Steuerverfahren dafür zur Verfügung zu stellen, die den von den Schaltungselementen verursachten Verlust verringern und eine hocheffiziente stabile Energieübertragung durchführen.
Um diese Ziele zu erreichen, weist ein kontaktloses Energieübertragungssystem bei einem Aspekt der Erfindung Folgendes auf: eine Energieempfangsspule, die Energie über eine magnetische Kopplung mit einer primärseitigen Versorgungsleitung, die mit einer Wechselstromquelle verbunden ist, kontaktlos abgibt und empfängt; und eine Energieempfangsschaltung, die über einen Kondensator mit der Energieempfangsspule verbunden ist, wobei eine Gleichspannung von der Energieempfangsschaltung in eine Last eingespeist wird.
Hierbei weist die Energieempfangsschaltung eine Brückenschaltung, die mehrere Reihenschaltungen mit oberen und unteren Zweigen und eine Umkehr-Parallelschaltung aus einem Halbleiterschalter und einer Diode in jedem der oberen und unteren Zweige hat; und einen Glättungskondensator auf, und bei einem Aspekt der Erfindung ist ein Kondensator parallel zu dem Halbleiterschalter entweder des oberen Zweigs oder des unteren Zweigs oder zu den Halbleiterschaltern sowohl des oberen als auch des unteren Zweigs der Brückenschaltung geschaltet.
Bei einem Steuerverfahren für das kontaktlose Energieübertragungssystem werden während eines Zeitraums, für den die Energieübertragung zu der Energieempfangsspule auf Grund eines Stromausfalls oder dergleichen unterbrochen ist, alle Halbleiterschalter in einen AUS-Zustand gesetzt, und eine Schaltoperation jedes Halbleiterschalters wird durchgeführt, nachdem ein Nulldurchgang des Stroms der Energieempfangsspule detektiert worden ist, wenn die Energieübertragung wieder gestartet worden ist.
Bei einem weiteren Steuerverfahren kann der Halbleiterschalter des oberen Zweigs oder des unteren Zweigs während eines Zeitraums, für den die Energieübertragung zu der Energieempfangsspule unterbrochen ist, in einen EIN-Zustand gesetzt werden, und eine Schaltoperation jedes Halbleiterschalters wird durchgeführt, nachdem ein Nulldurchgang des Stroms der Energieempfangsspule detektiert worden ist, wenn die Energieübertragung wieder gestartet worden ist.
Bei einem weiteren Steuerverfahren können während eines Zeitraums, für den die Energieübertragung zu der Energieempfangsspule unterbrochen ist, alle Halbleiterschalter in dem Schaltzustand gehalten werden, der unmittelbar vor dem Umstand vorliegt, dass der Strom der Energieempfangsspule auf Grund der Unterbrechung der Energieübertragung zu der Energieempfangsspule null wird, und eine Schaltoperation jedes Halbleiterschalters kann durchgeführt werden, nachdem ein Nulldurchgang des Stroms der Energieempfangsspule detektiert worden ist, wenn die Energieübertragung zu der Energieempfangsspule wieder gestartet worden ist.
Bei einem weiteren Beispiel für das kontaktlose Energieübertragungssystem nach einem Aspekt der Erfindung kann die Brückenschaltung aus einer Schaltzweig-Reihenschaltung, bei der zwei Schaltzweige, die von einer Umkehr-Parallelschaltung aus einem Halbleiterschalter und einer Diode gebildet werden, in Reihe geschaltet sind, und einer Dioden-Reihenschaltung bestehen, bei der zwei Dioden in Reihe geschaltet sind. In diesem Fall bilden ein Anschlusspunkt der Schaltzweige und ein Anschlusspunkt der Dioden Wechselstrom-Anschlüsse der Brückenschaltung, und ein Anschlusspunkt der Schaltzweig-Reihenschaltung und der Dioden-Reihenschaltung bildet einen Gleichstrom-Anschluss der Brückenschaltung.
Bei diesem kontaktlosen Energieübertragungssystem kann ein Kondensator parallel zu mindestens einem der Halbleiterschalter geschaltet werden.
Bei einem Steuerverfahren für das kontaktlose Energieübertragungssystem werden während eines Zeitraums, für den die Energieübertragung zu der Energieempfangsspule unterbrochen wird, alle Halbleiterschalter in einen AUS-Zustand gesetzt, und eine Schaltoperation jedes Halbleiterschalters wird durchgeführt, nachdem ein Nulldurchgang des Stroms der Energieempfangsspule detektiert worden ist, wenn die Energieübertragung wieder gestartet wird.
Bei einem weiteren Steuerverfahren können während eines Zeitraums, für den die Energieübertragung zu der Energieempfangsspule unterbrochen ist, alle Halbleiterschalter in dem Schaltzustand gehalten werden, der vorliegt, unmittelbar bevor der Strom der Energieempfangsspule auf Grund der Unterbrechung der Energieübertragung zu der Energieempfangsspule null wird, und eine Schaltoperation jedes Halbleiterschalters kann durchgeführt werden, nachdem ein Nulldurchgang des Stroms der Energieempfangsspule detektiert worden ist, wenn die Energieübertragung zu der Energieempfangsspule wieder gestartet worden ist.
Bei einem weiteren Beispiel für das kontaktlose Energieübertragungssystem nach diesem Aspekt der Erfindung können Resonanzkondensatoren in die Brückenschaltung mittels der Brückenschaltung in der Energieempfangsschaltung integriert werden, die aus einer Schaltzweig-Reihenschaltung, bei der zwei Schaltzweige, die von einer Umkehr-Parallelschaltung aus einem Halbleiterschalter und einer Diode gebildet werden, in Reihe geschaltet sind, und einer zu der Schaltzweig-Reihenschaltung parallel geschalteten Kondensator-Reihenschaltung bestehen, bei der zwei Resonanzkondensatoren in Reihe geschaltet sind. In diesem Fall bilden ein Anschlusspunkt der Schaltzweige und ein Anschlusspunkt der Resonanzkondensatoren Wechselstrom-Anschlüsse der Brückenschaltung, und ein Anschlusspunkt der Schaltzweig-Reihenschaltung und der Kondensator-Reihenschaltung bildet einen Gleichstrom-Anschluss der Brückenschaltung.
Bei diesem kontaktlosen Energieübertragungssystem kann ein Kondensator parallel zu mindestens einem der Halbleiterschalter geschaltet sein.
Bei einem Steuerverfahren für das kontaktlose Energieübertragungssystem werden während eines Zeitraums, für den die Energieübertragung zu der Energieempfangsspule unterbrochen ist, alle Halbleiterschalter in einen AUS-Zustand gesetzt, und eine Schaltoperation jedes Halbleiterschalters wird durchgeführt, nachdem ein Nulldurchgang des Stroms der Energieempfangsspule detektiert worden ist, wenn die Energieübertragung wieder gestartet worden ist.
Bei einem weiteren Steuerverfahren können während eines Zeitraums, für den die Energieübertragung zu der Energieempfangsspule unterbrochen ist, alle Halbleiterschalter in dem Schaltzustand gehalten werden, der vorliegt, unmittelbar bevor der Strom der Energieempfangsspule auf Grund der Unterbrechung der Energieübertragung zu der Energieempfangsspule null wird, und eine Schaltoperation jedes Halbleiterschalters kann durchgeführt werden, nachdem ein Nulldurchgang des Stroms der Energieempfangsspule detektiert worden ist, wenn die Energieübertragung zu der Energieempfangsspule wieder gestartet worden ist.
Erfindungsgemäß ist es möglich, die Ausgangsgleichspannung durch Steuerung der Phase von Ansteuersignalen der Halbleiterschalter, die die Brückenschaltung in der Energieempfangsschaltung bilden, so zu steuern, dass sie einen konstanten Wert hat, ohne eine Konstantspannungssteuerschaltung zu verwenden, wie es bei der bekannten Technologie der Fall ist. Das heißt, da die Energieempfangsschaltung nur aus der Brückenschaltung und dem Glättungskondensator bestehen kann, ist es möglich, eine Vereinfachung, Miniaturisierung und Senkung der Kosten der Schaltungskonfiguration zu erreichen. Gleichzeitig kann der Verlust durch Reduzieren der Anzahl von Schaltungskomponenten verringert werden, wodurch eine hocheffiziente, stabile kontaktlose Energieübertragung ermöglicht wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Schaltplan, der eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen kontaktlosen Energieübertragungssystems zeigt.
2 ist eine Operationsdarstellung von 1.
3 ist eine Operationsdarstellung von 1.
4 ist eine Operationsdarstellung für ein weiches Schalten in einem festgelegten Zeitraum von 2.
5 ist ein Schaltplan, der eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen kontaktlosen Energieübertragungssystems zeigt.
6 ist ein Schaltplan, der eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen kontaktlosen Energieübertragungssystems zeigt.
7 ist eine Operationsdarstellung, die eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Steuerverfahrens zeigt.
8 ist eine Operationsdarstellung, die eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Steuerverfahrens zeigt.
9 ist eine Operationsdarstellung, die eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Steuerverfahrens zeigt.
10 ist ein Schaltplan, der eine vierte Ausführungsform des erfindungsgemäßen kontaktlosen Energieübertragungssystems zeigt.
11 ist eine Operationsdarstellung von 10. 12 ist ein Schaltplan, der eine fünfte Ausführungsform des erfindungsgemäßen kontaktlosen Energieübertragungssystems zeigt.
13 ist eine Operationsdarstellung für ein weiches Schalten in einem festgelegten Zeitraum von 11.
14 ist ein Schaltplan, der eine sechste Ausführungsform des erfindungsgemäßen kontaktlosen Energieübertragungssystems zeigt.
15 ist ein Schaltplan, der eine siebente Ausführungsform des erfindungsgemäßen kontaktlosen Energieübertragungssystems zeigt.
16 ist eine Operationsdarstellung, die eine vierte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Steuerverfahrens zeigt.
17 ist eine Operationsdarstellung, die eine fünfte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Steuerverfahrens zeigt.
18 ist ein Schaltplan, der eine achte Ausführungsform des erfindungsgemäßen kontaktlosen Energieübertragungssystems zeigt.
19 ist eine Operationsdarstellung von 18.
20 ist eine Operationsdarstellung von 18.
21 ist ein Schaltplan, der eine neunte Ausführungsform des erfindungsgemäßen kontaktlosen Energieübertragungssystems zeigt.
22 ist eine Operationsdarstellung für ein weiches Schalten in einem festgelegten Zeitraum von 19.
23 ist ein Schaltplan, der eine zehnte Ausführungsform des erfindungsgemäßen kontaktlosen Energieübertragungssystems zeigt.
24 ist ein Schaltplan, der eine elfte Ausführungsform des erfindungsgemäßen kontaktlosen Energieübertragungssystems zeigt.
25 ist eine Operationsdarstellung, die die vierte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Steuerverfahrens zeigt.
26 ist eine Operationsdarstellung, die die fünfte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Steuerverfahrens zeigt.
27 ist ein Schaltplan einer bekannten Technologie, die in JP A 2002-354711 (Abschnitte [0028] bis [0031] und [0041] bis [0045], 1, 6 und dergleichen) beschrieben ist.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Nachstehend werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Da es hauptsächlich die Konfiguration der Energieempfangsschaltung, die mit einer auf die Energieempfangsspule 120 folgenden Stufe verbunden ist, ist, die von 27 bei den einzelnen Ausführungsformen abweicht, wird jede Ausführungsform nachstehend unter besonderer Berücksichtigung dieses Punkts beschrieben. Darüber hinaus werden bei jeder Ausführungsform Schaltungskomponenten, die die gleiche Funktion wie in 27 haben, mit den gleichen Bezugszahlen und -buchstaben bezeichnet.
1 ist ein Schaltplan, der eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen kontaktlosen Energieübertragungssystems zeigt, und sie entspricht einem ersten Aspekt der Erfindung.
In 1 bezeichnet das Bezugssymbol 310 eine Energieempfangsschaltung. Die Energieempfangsschaltung 310 weist Folgendes auf: überbrückte Halbleiterschalter Q_u, Q_x, Q_v und Q_y; Dioden D_u, D_x, D_v und D_y die umgekehrt parallel zu den Schaltern Q_u, Q_x, Q_v bzw. Q_y geschaltet sind; Kondensatoren C_x und C_y, die parallel zu den Schaltern Q_x bzw. Q_y des unteren Zweigs geschaltet sind; und einen Glättungskondensator C_o, der zwischen Gleichstrom-Anschlüsse einer Brückenschaltung (Brückenwechselrichter) geschaltet ist, die aus diesen Elementen besteht. Eine Reihenschaltung aus einem Resonanzkondensator C und der Energieempfangsspule 120 ist zwischen Wechselstrom-Anschlüsse der Brückenschaltung geschaltet, und eine Last R ist mit beiden Enden des Glättungskondensators C_o verbunden.
Das Bezugssymbol 200 bezeichnet ein Steuergerät, das ein Ansteuersignal zum Schalten der Halbleiterschalter Q_u, Q_x, Q_v und Q_y erzeugt. Das Steuergerät 200 erzeugt das Ansteuersignal auf Grund eines Stroms i der Energieempfangsspule 120, der von einer Stromdetektionseinheit CT detektiert wird, und auf Grund einer Ausgangsgleichspannung V_o der Energieempfangsschaltung 310.
Nachstehend werden Operationen des in 1 gezeigten kontaktlosen Energieübertragungssystems zu einer Normalzeit beschrieben.
Die in 1 gezeigte Schaltung ist so konfiguriert, dass eine Energie-Abgabe in zwei Richtungen zwischen der Energieempfangsspule 120 und der Last R möglich ist. Nachstehend werden zwei Arten von Schaltoperationen beschrieben, und zwar der Fall, dass Energie von der Energieempfangsspule 120 an die Last R abgegeben wird, und der Fall, dass Energie von der Last R an die Energieempfangsspule 120 abgegeben wird.
Zunächst werden die Operationen für den Fall beschrieben, dass Energie von der Energieempfangsspule 120 an die Last R abgegeben wird.
2 zeigt Betriebswellenformen des Stroms i, der durch die Energieempfangsspule 120 von 1 fließt, und einer Wechselspannung v der Brückenschaltung sowie Ansteuersignale für die Halbleiterschalter Q_u, Q_x, Q_v und Q_y.
Wie in 2 gezeigt ist, schalten die Halbleiterschalter Q_u, Q_x, Q_v und Q_y mit einer konstanten Frequenz synchron mit dem Strom i. Nachstehend werden die Operationen in jedem Zeitraum I bis VI von 2 beschrieben.

1. Zeitraum I (die Schalter Q_x und Q_y sind eingeschaltet): Der Strom i der Energieempfangsspule 120 fließt entlang einem Pfad von dem Resonanzkondensator C über den Schalter Q_x und die Diode D_y zu der Energieempfangsspule 120, und die Spannung v der Brückenschaltung ist auf einem Nullspannungspegel, wie in der Zeichnung gezeigt ist.
2. Zeitraum II (die Schalter Q_u und Q_y sind eingeschaltet): Der Strom i fließt entlang einem Pfad von dem Resonanzkondensator C über die Diode D_u, den Glättungskondensator C_o und die Diode D_y zu der Energieempfangsspule 120, und die Spannung v ist auf einem positiven Spannungspegel, der der Ausgangsgleichspannung V_o entspricht, wie in der Zeichnung gezeigt ist. In diesem Zeitraum wird der Glättungskondensator C_o durch den Strom geladen.
3. Zeitraum III (die Schalter Q_u und Q_y sind eingeschaltet): In diesem Zeitraum wird die Polarität des Stroms i umgekehrt und der Strom i fließt nun entlang einem Pfad von dem Resonanzkondensator C über die Energieempfangsspule 120, den Schalter Q_y und den Glättungskondensator C_o zu dem Schalter Q_u, und der Glättungskondensator C_o wird entladen.
4. Zeitraum IV (die Schalter Q_u und Q_v sind eingeschaltet): Der Strom i fließt entlang einem Pfad von dem Resonanzkondensator C über die Energieempfangsspule 120 und die Diode D_v zu dem Schalter Q_u, und die Spannung v ist auf einem Nullspannungspegel, wie in der Zeichnung gezeigt ist.
5. Zeitraum V (die Schalter Q_x und Q_v sind eingeschaltet): Der Strom i fließt entlang einem Pfad von dem Resonanzkondensator C über die Energieempfangsspule 120, die Diode D_v und den Glättungskondensator C_o zu der Diode D_x, und die Spannung v ist auf einem negativen Spannungspegel, der der Ausgangsgleichspannung V_o entspricht, wie in der Zeichnung gezeigt ist. In diesem Zeitraum wird der Glättungskondensator C_o durch den Strom i geladen.
6. Zeitraum VI (die Schalter Q_x und Q_v sind eingeschaltet): In diesem Zeitraum wird die Polarität des Stroms i umgekehrt und der Strom i fließt nun entlang einem Pfad von dem Resonanzkondensator C über den Schalter Q_x, den Glättungskondensator C_o und den Schalter Q_v zu der Energieempfangsspule 120, und der Glättungskondensator C_o wird entladen.

Anschließend erfolgt wieder der Übergang zu dem Schaltmodus des Zeitraums I, und die gleichen Operationen werden wiederholt.
Nachstehend wird der Fall beschrieben, dass Energie von der Last R an die Energieempfangsspule 120 abgegeben wird.
3 zeigt in der gleichen Weise wie 2 Betriebswellenformen des Stroms i, der durch die Energieempfangsspule 120 fließt, und der Wechselspannung v der Brückenschaltung sowie Ansteuersignale für die Halbleiterschalter Q_u, Q_x, Q_v und Q_y.
Wie in 3 gezeigt ist, schalten die Halbleiterschalter Q_u, Q_x, Q_v und Q_y mit einer konstanten Frequenz synchron mit dem Strom i. Die Ansteuersignale für die Halbleiterschalter Q_u, Q_x, Q_v und Q_y in 3 sind Signale, die um eine Halbperiode des Stroms i von den Ansteuersignalen der Halbleiterschalter Q_u, Q_x, Q_v und Q_y abweichen, die in 2 gezeigt sind. Nachstehend werden die Operationen in jedem Zeitraum I' bis VI' von 3 beschrieben.

1. Zeitraum I' (die Schalter Q_x und Q_y sind eingeschaltet): Der Strom i der Energieempfangsspule 120 fließt entlang einem Pfad von dem Resonanzkondensator C über die Energieempfangsspule 120 und den Schalter Q_y zu der Diode D_x, und die Wechselspannung v der Brückenschaltung ist auf einem Nullspannungspegel, wie in der Zeichnung gezeigt ist.
2. Zeitraum II' (die Schalter Q_u und Q_y sind eingeschaltet): Der Strom i fließt entlang einem Pfad von dem Resonanzkondensator C über die Energieempfangsspule 120, den Schalter Q_y und den Glättungskondensator C_o zu dem Schalter Q_u, und der Glättungskondensator C_o wird entladen.
3. Zeitraum III' (die Schalter Q_u und Q_y sind eingeschaltet): in diesem Zeitraum wird die Polarität des Stroms i umgekehrt und der Strom i fließt nun entlang einem Pfad von dem Resonanzkondensator C über die Diode D_u, den Glättungskondensator C_o und die Diode D_y zu der Energieempfangsspule 120, und die Spannung v, die seit dem Zeitraum II' fortbesteht, ist auf einem positiven Spannungspegel, der der Ausgangsgleichspannung V_o entspricht. In diesem Zeitraum wird der Glättungskondensator C_o durch den Strom i geladen.
4. Zeitraum IV' (die Schalter Q_u und Q_v sind eingeschaltet): Der Strom i fließt entlang einem Pfad von dem Resonanzkondensator C über die Diode D_u und den Schalter Q_v zu der Energieempfangsspule 120, und die Wechselspannung v ist auf einem Nullspannungspegel, wie in der Zeichnung gezeigt ist.
5. Zeitraum V' (die Schalter Q_x und Q_v sind eingeschaltet): Der Strom i fließt entlang einem Pfad von dem Resonanzkondensator C über den Schalter Q_x, den Glättungskondensator C_o und den Schalter Q_v zu der Energieempfangsspule 120, und der Glättungskondensator C_o wird entladen.
6. Zeitraum VI' (die Schalter Q_x und Q_v sind eingeschaltet): In diesem Zeitraum wird die Polarität des Stroms i umgekehrt und der Strom i fließt nun entlang einem Pfad von dem Resonanzkondensator C über die Energieempfangsspule 120, die Diode D_v und den Glättungskondensator C_o zu der Diode D_x, und die Spannung v, die seit dem Zeitraum V' fortbesteht, ist auf einem negativen Spannungspegel, der der Ausgangsgleichspannung V_o entspricht. In diesem Zeitraum wird der Glättungskondensator C_o durch den Strom i geladen.

Anschließend erfolgt wieder der Übergang zu dem Schaltmodus des Zeitraums I', und die gleichen Operationen werden wiederholt.
Durch Steuern der Halbleiterschalter Q_u, Q_x, Q_v und Q_y in der vorstehend beschriebenen Weise wird die Wechselspannung v der Brückenschaltung durch positive und negative Spannungen mit der Ausgangsgleichspannung V_o als Spitzenwert gesteuert. Die Energie, die von einer primärseitigen Versorgungsleitung 110 in die Energieempfangsschaltung 310 eingespeist wird, ist das Produkt aus dem Strom i der Energieempfangsspule 120 und der Spannung v der in 2 gezeigten Brückenschaltung. Die Steuerung der zugeführten Energie, das heißt, die Konstantsteuerung der Ausgangsgleichspannung V_o, wird durch das Steuergerät 200 ermöglicht, das die Phasen der Ansteuersignale für die Halbleiterschalter Q_u, Q_x, Q_v und Q_y auf Grund des detektierten Werts der Ausgangsgleichspannung V_o einstellt. Außerdem sind durch Konfigurieren der Energieempfangsschaltung 310 mit einer Brückenschaltung Operationen, die die Energie konstant halten, auch dann möglich, wenn die Last R eine Rückkopplungslast ist.
Darüber hinaus werden EIN-/AUS-Operationen der Halbleiterschalter beim Schalten zwischen den in den 2 und 3 angegebenen Zeiträumen so ausgeführt, dass ein so genanntes weiches Schalten auf Grund der Funktionsweise der Kondensatoren C_x und C_y durchgeführt werden kann, die zu dem Halbleiterschaltern Q_x und Q_y auf der Seite des unteren Zweigs parallel geschaltet sind.
4 zeigt Betriebswellenformen der Halbleiterschalter Q_u und Q_x für den Fall, dass es einen Wechsel von dem Zeitraum I (die Schalter Q_x und Q_y sind eingeschaltet) zu dem Zeitraum II (die Schalter Q_u und Q_v sind eingeschaltet) von 2 gibt. Im Zeitraum I fließt der Strom der Energieempfangsspule 120 über den Schalter Q_x, und als eine Schaltoperation, mit der zu dem Zeitraum II umgeschaltet wird, schaltet der Schalter Q_x auf Grund eines von dem Steuergerät 200 ausgegebenen Ansteuersignals in den AUS-Zustand. Zu diesem Zeitpunkt fließt der Strom i als ein Ladestrom für den Kondensator C_x, der parallel zu dem Schalter Q_x geschaltet ist, und die Art der Verzögerung, die in der Zeichnung gezeigt ist, tritt bei dem Anstieg einer Spannung V_Qx auf, die an den Schalter Q_x angelegt ist.
Dadurch wird der Schalter Q_x auf die Nullspannung geschaltet, und ein mit der Schaltoperation verbundener Verlust kann verringert werden. Nach dem Laden des Kondensators C_x wird der Strom i zu der Diode D_u auf der Seite des oberen Zweigs kommutiert. Dadurch, dass eine Verzögerungszeit für ein AUS-Signal des Schalters Q_x vorgesehen wird, sodass ein Ansteuersignal für den Schalter Q_u nach der Operation der Kommutierung in die Diode D_u eingegeben wird, tritt kein Schaltverlust auf, der mit einer Einschaltoperation des Schalters Q_u verbunden ist.
Vorstehend ist der Zeitpunkt des Umschaltens von dem Zeitraum I zu dem Zeitraum II als ein Beispiel beschrieben worden, aber auch EIN-/AUS-Operationen der Halbleiterschalter beim Umschalten zwischen anderen Zeiträumen sind so, dass es genauso möglich ist, auf Grund der Lade- und Entladevorgänge der Kondensatoren C_x und C_y, die parallel zu den Schaltern Q_x und Q_y geschaltet sind, ein Nullspannungsschalten durchzuführen.
Als Beispiele für Kondensatoren, die parallel zu Halbleiterschaltern geschaltet sind, können Kondensatoren mit den Schaltern Q_u und Q_v auf der Seite des oberen Zweigs verbunden werden, wie es in einer zweiten Ausführungsform in 5 gezeigt ist, oder Kondensatoren können mit allen Halbleiterschaltern Q_u, Q_x, Q_v und Q_y des oberen und des unteren Zweigs verbunden werden, wie es in einer dritten Ausführungsform in 6 gezeigt ist. Auch in diesen Fällen kann das Nullspannungsschalten durchgeführt werden.
Nachstehend wird eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Steuerverfahrens beschrieben. Jede nachstehend beschriebene Ausführungsform des Steuerverfahrens ist eine Ausführungsform für den Fall, dass die Energieübertragung zu der Energieempfangsspule 120 vorübergehend wegen eines Stromausfalls oder dergleichen unterbrochen wird und anschließend neu gestartet wird.
7 zeigt Betriebswellenformen des Stroms i der Energieempfangsspule 120 und der Wechselspannung v der Brückenschaltung sowie Ansteuersignale für die Halbleiterschalter Q_u, Q_x, Q_v und Q_y von einer Unterbrechung bis zu einem Neustart der Energieübertragung von der primärseitigen Versorgungsleitung 110 mit der Schaltung von 1 als Gegenstand.
Wenn die Energieübertragung aus einem normalen Energieübertragungszustand heraus zu einem Zeitpunkt (a) von 7 unterbrochen wird, wird von der Stromdetektionseinheit CT in 1 ein Verlust des Stroms i detektiert, alle Halbleiterschalter Q_u, Q_x, Q_v und Q_y werden in einen AUS-Zustand gesetzt, und dieser Zustand wird beibehalten.
Wenn nun die Energieübertragung zu einem Zeitpunkt (b) von 7 neu gestartet wird, wird eine Spannung entsprechend einem Hochfrequenzstrom der primärseitigen Versorgungsleitung 110 in der Energieempfangsspule 120 induziert. Da zu diesem Zeitpunkt alle Halbleiterschalter Q_u, Q_x, Q_v und Q_y in einem AUS-Zustand sind, wie vorstehend dargelegt worden ist, entspricht die Brückenschaltung in der Energieempfangsschaltung 310 einer Dioden-Vollweggleichrichterschaltung.
Dadurch fließt ein Resonanzstrom entlang einem Pfad von der Energieempfangsspule 120 über die Diode D_v, den Glättungskondensatar C_o und die Diode D_x zu dem Resonanzkondensator C in 1. Die Polarität des Stroms kehrt sich zu einem Zeitpunkt (c) von 7 um, und der Strom fließt nun entlang einem Pfad von der Energieempfangsspule 120 über den Resonanzkondensator C, die Diode D_u und den Glättungskondensator C_o zu der Diode D_y.
Ein Nulldurchgang des Stroms i zu dem Zeitpunkt (c) wird von der Stromdetektionseinheit CT detektiert, und das Steuergerät 200 führt die Steuerung so durch, dass die Schaltoperation jedes Halbleiterschalters neu gestartet wird.
Dadurch wird bei dieser Ausführungsform der Pfad des Resonanzstroms, der durch die Energieempfangsspule 120 fließt, wenn die Energieübertragung neu gestartet wird, dadurch gesichert, dass vorübergehend eine Vollweggleichrichtung mit den Dioden durchgeführt wird, und ein normaler Neustart ist dadurch möglich, dass nach der Detektion des Nulldurchgangs des Stroms i eine gewünschte Schaltoperation gestartet wird.
Die vorstehend beschriebene Schaltoperation wird unter einer Bedingung festgelegt, durch die die in der Energieempfangsspule induzierte Spannung beim Neustart der Energieübertragung größer als die Ausgangsgleichspannung V_o (die Spannung des Glättungskondensators C_o) ist. Wenn auf Grund der Eigenschaften der angeschlossenen Last R die in der Energieempfangsspule induzierte Spannung beim Neustart der Energieübertragung kleiner als die Ausgangsgleichspannung V_o ist, kann eine Neustart-Operation unter Verwendung der nachstehenden zweiten und dritten Ausführungsform ausgeführt werden.
8 ist eine Operationsdarstellung, die eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Steuerverfahrens zeigt, und sie zeigt wie 7 die Betriebswellenformen des Stroms i und der Spannung v sowie Ansteuersignale für die Halbleiterschalter Q_u, Q_x, Q_v und Q_y von einer Unterbrechung bis zu einem Neustart der Energieübertragung von der primärseitigen Versorgungsleitung 110.
Wenn die Energieübertragung aus einem normalen Energieübertragungszustand heraus zu einem Zeitpunkt (a) von 8 unterbrochen wird, wird von der Stromdetektionseinheit CT in 1 ein Verlust des Stroms i detektiert, und die einzelnen Halbleiterschalter Q_u, Q_x, Q_v und Q_y werden so gesteuert, dass sie die folgenden Zustände haben: Q_u: AUS; Q_x: EIN; Q_v: AUS und Q_y: EIN.
Diese EIN-/AUS-Steuerung entspricht dem in 2 gezeigten Zeitraum I, in dem nur die Halbleiterschalter Q_x und Q_y auf der Seite des unteren Zweigs in den EIN-Zustand gesetzt werden.
Wenn nun die Energieübertragung zu einem Zeitpunkt (b) von 8 neu gestartet wird, wird eine Spannung entsprechend einem Hochfrequenzstrom der primärseitigen Versorgungsleitung 110 in der Energieempfangsspule 120 induziert. Zu diesem Zeitpunkt sind die Halbleiterschalter der Brückenschaltung der Energieempfangsschaltung 310 in den vorgenannten EIN- und AUS-Zuständen, und ein Resonanzstrom fließt entlang einem Pfad von der Energieempfangsspule 120 über den Schalter Q_y und die Diode D_x zu dem Resonanzkondensator C. Die Polarität des Stroms kehrt sich zu einem Zeitpunkt (c) von 8 um, und der Strom fließt nun entlang einem Pfad von der Energieempfangsspule 120 über den Resonanzkondensator C und den Schalter Q_x zu der Diode D_y.
Ein Nulldurchgang des Stroms i zu dem Zeitpunkt (c) wird von der Stromdetektionseinheit CT detektiert, und das Steuergerät 200 führt die Steuerung so durch, dass die Schaltoperation jedes Halbleiterschalters neu gestartet wird. Das heißt, durch Halten der Halbleiterschalter Q_x und Q_y auf der Seite des unteren Zweigs im EIN-Zustand während des Zeitraums von dem Zeitpunkt (a) bis zu dem Zeitpunkt (b), für den die Energieübertragung unterbrochen ist, kann der Pfad des Resonanzstroms, der durch die Energieempfangsspule 120 fließt, wenn die Energieübertragung neu gestartet wird, gesichert werden, und es kann ein normaler Neustart durchgeführt werden.
In 8 ist ein Beispiel für eine Situation gezeigt, bei der nur die Halbleiterschalter Q_x und Q_y auf der Seite des unteren Zweigs während des Zeitraums, für den die Energieübertragung unterbrochen ist, im EIN-Zustand sind, aber auch durch Setzen nur der Halbleiterschalter Q_u und Q_v auf der Seite des oberen Zweigs in den EIN-Zustand in der vorstehend beschriebenen Weise kann der Pfad des Resonanzstroms, der durch die Energieempfangsspule 120 fließt, wenn die Energieübertragung neu gestartet wird, gesichert werden, und nach der Detektion des Nulldurchgangs des Stroms i kann eine gewünschte Schaltoperation neu gestartet werden.
9 ist eine Operationsdarstellung, die eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Steuerverfahrens zeigt, und sie zeigt wie die 7 und 8 die Betriebswellenformen des Stroms i und der Spannung v sowie Ansteuersignale für die Halbleiterschalter Q_u, Q_x, Q_v und Q_y von einer Unterbrechung bis zu einem Neustart der Energieübertragung von der primärseitigen Versorgungsleitung 110.
Wenn bei dieser Ausführungsform die Energieübertragung aus einem normalen Energieübertragungszustand heraus zu einem Zeitpunkt (a) von 9 unterbrochen wird, wird von der Stromdetektionseinheit CT in 1 ein Verlust des Stroms i der Energieempfangsspule 120 detektiert, und der Zustand jedes Halbleiterschalters Q_u, Q_x, Q_v und Q_y wird in dem gleichen Steuerzustand gehalten wie unmittelbar vor dem Verlust des Stroms i.
Die EIN-/AUS-Steuerung der Halbleiterschalter Q_u, Q_x, Q_v und Q_y zu diesem Zeitpunkt entspricht dem Zeitraum II oder dem Zeitraum V in 2. Da in 9 der Strom i negativ ist, ist hier der Fall gezeigt, dass die Halbleiterschalter Q_u, Q_x, Q_v und Q_y in den gleichen Schaltzuständen gehalten werden wie im Zeitraum V von 2.
Wenn nun die Energieübertragung zu einem Zeitpunkt (b) von 9 neu gestartet wird, wird eine Spannung entsprechend einem Hochfrequenzstrom der primärseitigen Versorgungsleitung 110 in der Energieempfangsspule 120 induziert. Zu diesem Zeitpunkt sind die Halbleiterschalter der Brückenschaltung der Energieempfangsschaltung 310 in den vorgenannten EIN- und AUS-Zuständen, das heißt, Q_u: AUS; Q_x: EIN; Q_v: EIN und Q_y: AUS.
Dadurch fließt ein Resonanzstrom entlang einem Pfad von der Energieempfangsspule 120 über die Diode D_v, den Glättungskondensator C_o und die Diode D_x zu dem Resonanzkondensator C, aber wenn die in der Energieempfangsspule 120 induzierte Spannung beim Neustart der Energieübertragung kleiner als die Ausgangsgleichspannung V_o ist, kann der Strom i nicht entlang diesem Pfad fließen.
Wenn nun der Strom i entlang einem Pfad von dem Resonanzkondensator C über den Schalter Q_x, den Glättungskondensator C_o und den Schalter Q_v zu der Energieempfangsspule 120 bei der Polarität des Stroms i zu fließen beginnt, die sich zu einem Zeitpunkt (c) von 9 umkehrt, beginnt ein Zeitraum, in dem der Glättungskondensator C_o entladen wird. Außerdem kehrt sich die Polarität des Stroms i zu einem Zeitpunkt (d) von 9 um, der Strom i fließt nun entlang einem Pfad von der Energieempfangsspule 120 über die Diode D_v, den Glättungskondensator C_o und die Diode D_x zu dem Resonanzkondensator C, und ein Zeitraum beginnt, in dem der Glättungskondensator C_o geladen wird.
Wenn ein Nulldurchgang des Stroms i zu dem Zeitpunkt (d) von 9 von der Stromdetektionseinheit CT detektiert wird und das Steuergerät 200 die Steuerung so durchführt, dass die gleichen Arten von Schaltoperationen wie die in 2 gezeigten normalen Operationen neu gestartet werden, wechseln die Halbleiterschalter in die folgenden Zustände: Q_u: EIN; Q_x: AUS; Q_v: EIN und Q_y: AUS, und der Strom i fließt nun entlang dem gleichen Pfad wie in dem in 2 gezeigten Zeitraum IV.
Das heißt, durch Halten der Halbleiterschalter in den Schaltzuständen unmittelbar vor dem Zeitpunkt [dem Zeitpunkt (a) von 9], zu dem der Strom i der Energieempfangsspule 120 verloren geht, wird der Pfad des Resonanzstroms gesichert, der durch die Energieempfangsspule 120 fließt, wenn die Energieübertragung neu gestartet wird, und durch Detektieren des Nulldurchgangs des Stroms i kann ein normaler Neustart durchgeführt werden und die Schaltoperationen können neu gestartet werden.
10 ist ein Schaltplan, der eine vierte Ausführungsform des erfindungsgemäßen kontaktlosen Energieübertragungssystems zeigt.
Ein Merkmal des kontaktlosen Energieübertragungssystems, das in den 1, 5 und 6 gezeigt ist, besteht darin, dass dadurch, dass die Energieempfangsschaltung durch Überbrücken der Halbleiterschalter Q_u, Q_x, Q_v und Q_y konfiguriert wird, die Ausgangsgleichspannung V_o auf einen konstanten Wert gesteuert werden kann, unabhängig davon, ob eine Motorlast oder eine Rückkopplungslast mit der nachfolgenden Stufe verbunden ist. Da jedoch vier Halbleiterschalter erforderlich sind, besteht die Gefahr einer Zunahme der Größe und eines Anstiegs der Kosten der Vorrichtung, wenn sie in eine Kühleinheit oder dergleichen eingebaut wird.
Daher sollen bei dem kontaktlosen Energieübertragungssystem der vierten Ausführungsform eine Verringerung der Größe und eine Senkung der Kosten der Vorrichtung dadurch erreicht werden, dass sie nur mit einer Motorlast und nicht mit einer Rückkopplungslast kompatibel ist.
In 10 hat eine Energieempfangsschaltung 340 eine Schaltzweig-Reihenschaltung, bei der ein Zweig, in dem die Diode D_u umgekehrt parallel zu dem Halbleiterschalter Q_u geschaltet ist, und ein Zweig, in dem die Diode D_x umgekehrt parallel zu dem Halbleiterschalter Q_x geschaltet ist, in Reihe geschaltet sind, und sie hat eine Dioden-Reihenschaltung, in der die Dioden D_v und D_y in Reihe geschaltet sind. Dann werden die Schaltzweig-Reihenschaltung und die Dioden-Reihenschaltung parallel geschaltet, und der Glättungskondensator C_o wird mit beiden Enden der Dioden-Reihenschaltung verbunden. Ein innerer Anschlusspunkt der Schaltzweig-Reihenschaltung und ein innerer Anschlusspunkt der Dioden-Reihenschaltung bilden Wechselstrom-Anschlüsse der Brückenschaltung, und die beiden Enden der Dioden-Reihenschaltung bilden Gleichstrom-Anschlüsse. Mit Ausnahme der Energieempfangsschaltung 340 ist die Konfiguration die Gleiche wie bei jeder vorstehend beschriebenen Ausführungsform.
Das Steuergerät 200 erzeugt Ansteuersignale für die Halbleiterschalter Q_u und Q_x auf Grund der Ausgangsgleichspannung V_o der Energieempfangsschaltung 340 und des Detektionssignals für den Strom i der Energieempfangsspule 120.
11 ist eine Operationsdarstellung für die Schaltung von 10 und zeigt Betriebswellenformen des Stroms und der Spannung v sowie Ansteuersignale für die Halbleiterschalter Q_u und Q_x.
Wie in 11 gezeigt ist, führen die Halbleiterschalter Q_u und Q_x eine Schaltoperation mit einer konstanten Frequenz synchron mit dem Strom i der Energieempfangsspule 120 aus. Nachstehend werden die Operationen in den einzelnen Zeiträumen i bis iv von 11 beschrieben.

1. Zeitraum i (der Schalter Q_x ist eingeschaltet, die Diode D_y hat Durchlass): Der Strom i fließt entlang einem Pfad von dem Resonanzkondensator C über den Schalter Q_x und die Diode D_y zu der Energieempfangsspule 120, und die Spannung v ist auf einem Nullspannungspegel, wie in der Zeichnung gezeigt ist.
2. Zeitraum ii (der Schalter Q_u ist eingeschaltet, die Diode D_y hat Durchlass): Der Strom i fließt entlang einem Pfad von dem Resonanzkondensator C über die Diode D_u, den Glättungskondensator C_o und die Diode D_y zu der Energieempfangsspule 120, und die Spannung v ist auf einem positiven Spannungspegel, der der Ausgangsgleichspannung V_o entspricht, wie in der Zeichnung gezeigt ist. In diesem Zeitraum wird der Glättungskondensator C_o durch den Strom i geladen.
3. Zeitraum iii (der Schalter Q_u ist eingeschaltet, die Diode D_v hat Durchlass): Der Strom i fließt entlang einem Pfad von dem Resonanzkondensator C über die Energieempfangsspule 120 und die Diode D_v zu dem Schalter Q_u, und die Spannung v ist auf einem Nullspannungspegel, wie in der Zeichnung gezeigt ist.
4. Zeitraum iv (der Schalter Q_x ist eingeschaltet, die Diode D_v hat Durchlass): Der Strom i fließt entlang einem Pfad von dem Resonanzkondensator C über die Energieempfangsspule 120, die Diode D_v und den Glättungskondensator C_o zu der Diode D_x, und die Spannung v ist auf einem negativen Spannungspegel, der der Ausgangsgleichspannung V_o entspricht, wie in der Zeichnung gezeigt ist. In diesem Zeitraum wird der Glättungskondensator C_o durch den Strom i geladen.

Anschließend erfolgt der Übergang in den Schaltmodus des Zeitraums i, und die gleichen Operationen werden wiederholt.
Durch Steuern der Halbleiterschalter Q_u und Q_x in der vorstehend beschriebenen Weise wird die Wechselspannung v der Brückenschaltung durch positive und negative Spannungen mit der Ausgangsgleichspannung V_o als Spitzenwert gesteuert. Die Energie, die von der primärseitigen Versorgungsleitung 110 in die Energieempfangsschaltung 340 eingespeist wird, ist das Produkt aus dem Strom i und der Spannung v, die in 11 gezeigt sind. Die Steuerung der zugeführten Energie, das heißt, die Konstantsteuerung der Ausgangsgleichspannung V_o, wird durch das Steuergerät 200 ermöglicht, das die Phasen der Ansteuersignale für die Halbleiterschalter Q_u und Q_x auf Grund des detektierten Werts für die Ausgangsgleichspannung V_o einstellt.
12 ist ein Schaltplan, der eine fünfte Ausführungsform des erfindungsgemäßen kontaktlosen Energieübertragungssystems zeigt. Bei dieser Ausführungsform wird mit dem gleichen Konzept wie bei der ersten Ausführungsform von 1 der Kondensator C_x mit dem Halbleiterschalter Q_x auf der Seite des unteren Zweigs verbunden, Bei der fünften Ausführungsform kann ein so genanntes weiches Schalten bei EIN-/AUS-Operationen der Halbleiterschalter durchgeführt werden, wenn eine Umschaltung zwischen den in 11 gezeigten Zeiträumen erfolgt.
13 ist eine Darstellung der Betriebswellenformen der Halbleiterschalter Q_u und Q_x von dem Zeitraum i bis zu dem Zeitraum ii, die in 11 gezeigt sind. Da die Darstellung der Betriebswellenformen die gleiche Darstellung wie die der Betriebswellenformen der Halbleiterschalter Q_u und Q_x von dem Zeitraum I bis zu dem Zeitraum II ist, die in 4 gezeigt sind, entfällt hier die Beschreibung.
Auf Grund der Lade- und Entladevorgange des Kondensators C_x, der parallel zu dem Schalter Q_x geschaltet ist, ist für die EIN-/AUS-Operationen der Halbleiterschalter nicht nur dann ein Nullspannungsschalten möglich, wenn von dem Zeitraum i zu dem Zeitraum ii umgeschaltet wird, sondern auch dann, wenn zwischen anderen Zeiträumen umgeschaltet wird.
Als Beispiele für Kondensatoren, die parallel zu Halbleiterschaltern geschaltet sind, kann ein Kondensator mit dem Schaltern Q_u auf der Seite des oberen Zweigs verbunden werden, wie es in einer sechsten Ausführungsform in 14 gezeigt ist, oder Kondensatoren können mit den Halbleiterschaltern Q_u und Q_x des oberen und des unteren Zweigs verbunden werden, wie es in einer siebenten Ausführungsform in 15 gezeigt ist. Auch in diesen Fällen ist ein Nullspannungsschalten möglich.
16 ist eine Operationsdarstellung, die eine vierte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Steuerverfahrens zeigt, und sie zeigt Betriebswellenformen des Stroms i und der Spannung v sowie Ansteuersignale für die Halbleiterschalter Q_u und Q_x von einer Unterbrechung bis zu einem Neustart der Energieübertragung von der primärseitigen Versorgungsleitung 110.
Wenn die Energieübertragung von der Energieempfangsspule 120 aus einem normalen Energieübertragungszustand heraus zu einem Zeitpunkt (a) von 16 unterbrochen wird, wird von der Stromdetektionseinheit CT in 10 ein Verlust des Stroms i detektiert, beide Schalter Q_u und Q_x werden in einen AUS-Zustand gesetzt, und dieser Zustand wird beibehalten.
Wenn anschließend die Energieübertragung zu einem Zeitpunkt (b) von 16 neu gestartet wird, wird eine Spannung entsprechend einem Hochfrequenzstrom der primärseitigen Versorgungsleitung 110 in der Energieempfangsspule 120 induziert. Da zu diesem Zeitpunkt die Schalter Q_u und Q_x in einem AUS-Zustand sind, wie vorstehend dargelegt worden ist, entspricht die Brückenschaltung der Energieempfangsschaltung 340 einer Dioden-Vollweggleichrichterschaltung. Dadurch fließt ein Resonanzstrom entlang einem Pfad von der Energieempfangsspule 120 über die Diode D_v, den Glättungskondensator C_o und die Diode D_x zu dem Resonanzkondensator C. Die Polarität des Stroms kehrt sich zu einem Zeitpunkt (c) von 16 um, und der Strom fließt nun entlang einem Pfad von der Energieempfangsspule 120 über den Resonanzkondensator C, die Diode D_u und den Glättungskondensator C_o zu der Diode D_y.
Ein Nulldurchgang des Stroms i zu dem Zeitpunkt (c) wird von der Stromdetektionseinheit CT detektiert, und das Steuergerät 200 führt die Steuerung so durch, dass die Schaltoperation jedes Halbleiterschalters Q_u und Q_x neu gestartet wird. Dadurch wird der Pfad des Resonanzstroms, der durch die Energieempfangsspule 120 fließt, wenn die Energieübertragung neu gestartet wird, dadurch gesichert, dass vorübergehend eine Vollweggleichrichtung mit den Dioden durchgeführt wird, und ein normaler Neustart ist dadurch möglich, dass nach der Detektion des Nulldurchgangs des Stroms i eine gewünschte Schaltoperation gestartet wird.
Die vorstehend beschriebene Schaltoperation wird unter einer Bedingung festgelegt, durch die die in der Energieempfangsspule induzierte Spannung beim Neustart der Energieübertragung größer als die Ausgangsgleichspannung V_o (die Spannung des Glättungskondensators C_o) ist. Wenn auf Grund der Eigenschaften der angeschlossenen Last die in der Energieempfangsspule induzierte Spannung beim Neustart der Energieübertragung kleiner als die Ausgangsgleichspannung V_o ist, kann eine Neustart-Operation unter Verwendung eines Steuerverfahrens gemäß einer nachstehenden fünften Ausführungsform durchgeführt werden.
17 ist eine Operationsdarstellung, die die fünfte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Steuerverfahrens zeigt, und sie zeigt die Betriebswellenformen des Stroms i und der Spannung v sowie Ansteuersignale für die Halbleiterschalter Q_u und Q_x von einer Unterbrechung bis zu einem Neustart der Energieübertragung von der primärseitigen Versorgungsleitung 110.
Wenn die Energieübertragung von der Energieempfangsspule 120 aus einem normalen Energieübertragungszustand heraus zu einem Zeitpunkt (a) von 17 unterbrochen wird, wird bei dieser Ausführungsform von der Stromdetektionseinheit CT ein Verlust des Stroms i detektiert, und der Zustand jedes Schalters Q_u und Q_x wird in dem gleichen Steuerzustand wie unmittelbar vor dem Verlust des Stroms i gehalten.
Die EIN-/AUS-Steuerung zu diesem Zeitpunkt entspricht dem Zeitraum ii oder dem Zeitraum iv, die in 11 gezeigt sind. Da in 17 der Strom i negativ ist, ist hier der Fall dargestellt, dass die Halbleiterschalter Q_u und Q_x in den gleichen Schaltzuständen wie in dem Zeitraum iv von 11 gehalten werden.
Wenn anschließend die Energieübertragung zu einem Zeitpunkt (b) von 17 neu gestartet wird, wird eine Spannung entsprechend einem Hochfrequenzstrom der primärseitigen Versorgungsleitung 110 in der Energieempfangsspule 120 induziert. Zu diesem Zeitpunkt ist die Brückenschaltung der Energieempfangsschaltung 340 in dem vorgenannten EIN/AUS-Zustand (der Schalter Q_u ist ausgeschaltet, der Schalter Q_x ist eingeschaltet), und ein Resonanzstrom fließt entlang einem Pfad von der Energieempfangsspule 120 über die Diode D_v den Glättungskondensator C_o und die Diode D_x zu dem Resonanzkondensator C. Wenn jedoch die in der Energieempfangsspule induzierte Spannung beim Neustart der Energieübertragung kleiner als die Ausgangsgleichspannung V_o ist, kann kein Strom entlang diesem Pfad fließen.
Wenn nun der Strom i entlang einem Pfad von dem Resonanzkondensator C über den Schalter Q_x und die Diode D_y zu der Energieempfangsspule 120 bei der Polarität des Stroms i zu fließen beginnt, die sich zu einem Zeitpunkt (c) von 17 umkehrt, ist die Spannung v auf einem Nullspannungspegel, wie in der Zeichnung gezeigt ist. Außerdem wird bei der Polarität des Stroms i, die sich zu einem Zeitpunkt (d) von 17 umkehrt, ein Nulldurchgang des Stroms i in dem Steuergerät 200 auf Grund des Ausgangssignals der Stromdetektionseinheit CT detektiert.
Da das Steuergerät 200 die Steuerung so durchführt, dass die gleichen Arten von Schaltoperationen wie die in 11 gezeigten normalen Operationen neu gestartet werden, wechselt der Halbleiterschalter Q_u in den EIN-Zustand und der Schalter Q_x wechselt in den AUS-Zustand, und der Strom i fließt nun entlang dem gleichen Pfad wie in dem in 11 gezeigten Zeitraum iii.
Das heißt, auch dann, wenn die Schalter Q_u und Q_x in die gleichen Steuerzustände wie unmittelbar vor dem Verlust des Stroms i gesetzt werden, wird der Pfad des Resonanzstroms gesichert, der durch die Energieempfangsspule 120 fließt, wenn die Energieübertragung neu gestartet wird, und durch Detektieren des Nulldurchgangs des Stroms i kann ein normaler Neustart durchgeführt werden und die Schaltoperationen können neu gestartet werden.
18 ist ein Schaltplan, der eine achte Ausführungsform des erfindungsgemäßen kontaktlosen Energieübertragungssystems zeigt. Bei den kontaktlosen Energieübertragungssystemen, die in den 10, 12, 14 und 15 gezeigt sind, wird die Anzahl der Halbleiterschalter verringert, und eine Verringerung der Größe und eine Senkung der Kosten der Vorrichtung werden dadurch angestrebt, dass die Brückenschaltung mit einer Schaltzweig-Reihenschaltung und einer Dioden-Reihenschaltung konfiguriert wird. Diese kontaktlosen Energieübertragungssysteme sind jedoch nur dann kompatibel, wenn eine Last, die auf einer nachfolgenden Stufe angeschlossen wird, eine Motorlast ist, und sie sind nicht kompatibel, wenn die Last eine Rückkopplungslast ist.
Daher ist das kontaktlose Energieübertragungssystem der achten Ausführungsform so konfiguriert, dass es sowohl mit einer Motorlast als auch mit einer Rückkopplungslast kompatibel ist, wobei eine Verringerung der Größe und eine Senkung der Kosten der Vorrichtung angestrebt werden.
In 18 hat eine Energieempfangsschaltung 380 eine Schaltzweig-Reihenschaltung, bei der ein Zweig, in dem die Diode D_u umgekehrt parallel zu dem Halbleiterschalter Q_u geschaltet ist, und ein Zweig, in dem die Diode D_x umgekehrt parallel zu dem Halbleiterschalter Q_x geschaltet ist, in Reihe geschaltet sind, und sie hat eine Kondensator-Reihenschaltung, bei der Resonanzkondensatoren C_v und C_y in Reihe geschaltet sind. Da die Resonanzkondensatoren C_v und C_y an den gleichen Positionen wie die Kondensatoren C_v und C_y in 6 und dergleichen angeschlossen sind, werden die gleichen Bezugszahlen und -buchstaben verwendet.
Dann werden die Schaltzweig-Reihenschaltung und die Kondensator-Reihenschaltung parallel geschaltet, und der Glättungskondensator C_o wird mit beiden Enden der Kondensator-Reihenschaltung verbunden. Ein innerer Anschlusspunkt der Schaltzweig-Reihenschaltung und ein innerer Anschlusspunkt der Kondensator-Reihenschaltung bilden Wechselstrom-Anschlüsse der Brückenschaltung, und die beiden Enden der Kondensator-Reihenschaltung bilden Gleichstrom-Anschlüsse. Die Energieempfangsspule 120 ist mit den Wechselstrom-Anschlüssen der Brückenschaltung verbunden, und die Last R ist mit den Gleichstrom-Anschlüssen verbunden.
Das Steuergerät 200 erzeugt Ansteuersignale für die Halbleiterschalter Q_u und Q_x auf Grund der Ausgangsgleichspannung V_o der Energieempfangsschaltung 380 und des Detektionssignals für den Strom i der Energieempfangsspule 120.
Nun werden die Operationen für den Fall beschrieben, dass das in 18 gezeigte kontaktlose Energieübertragungssystem normal ist.
Die in 18 gezeigte Schaltung ist so konfiguriert, dass eine Energie-Abgabe in zwei Richtungen zwischen der Energieempfangsspule 120 und der Last R möglich ist. Nachstehend werden zwei Arten von Schaltoperationen beschrieben, und zwar der Fall, dass Energie von der Energieempfangsspule 120 an die Last R abgegeben wird, und der Fall, dass Energie von der Last R an die Energieempfangsspule 120 abgegeben wird.
Zunächst werden die Operationen für den Fall beschrieben, dass Energie von der Energieempfangsspule 120 an die Last R abgegeben wird.
19 zeigt eine Betriebswellenform des Stroms i, der durch die Energieempfangsspule 120 von 18 fließt, und eine Betriebswellenform der Wechselspannung v der Brückenschaltung sowie Ansteuersignale für die Halbleiterschalter Q_u und Q_x. Wie in 19 gezeigt ist, führen die Halbleiterschalter Q_u und Q_x Schaltoperationen mit einer konstanten Frequenz synchron mit dem Strom i der Energieempfangsspule 120 aus. Nachstehend werden die Operationen in jedem Zeitraum i bis iv von 19 beschrieben.

1. Zeitraum i (der Schalter Q_x ist eingeschaltet): Der Strom i fließt entlang einem Pfad von der Energieempfangsspule 120 über den Schalter Q_x zu dem Kondensator C_y, und der Kondensator C_y wird entladen. Zu diesem Zeitpunkt ist die Spannung v auf einem negativen Spannungspegel, der der Spannung des Kondensators C_y entspricht.
2. Zeitraum ii (der Schalter Q_u ist eingeschaltet): Der Strom i fließt entlang einem Pfad von der Energieempfangsspule 120 über die Diode D_u und den Glättungskondensator C_o zu dem Kondensator C_y, der Glättungskondensator C_o wird geladen, und der Kondensator C_y wird entladen. Zu diesem Zeitpunkt ist die Spannung v auf einem Spannungspegel, der der Differenz zwischen der Ausgangsgleichspannung V_o und der Spannung des Kondensators C_y entspricht.
3. Zeitraum iii (der Schalter Q_u ist eingeschaltet): Der Strom i fließt entlang einem Pfad von der Energieempfangsspule 120 über den Kondensator C_v zu dem Schalter Q_u, und der Kondensator C_v wird entladen. Zu diesem Zeitpunkt ist die Spannung v auf einem positiven Spannungspegel, der der Spannung des Kondensators C_v entspricht.
4. Zeitraum iv (der Schalter Q_x ist eingeschaltet): Der Strom i fließt entlang einem Pfad von der Energieempfangsspule 120 über den Kondensator C_v und den Glättungskondensator C_o zu der Diode D_x, der Glättungskondensator C_o wird geladen, und der Kondensator C_v wird entladen. Zu diesem Zeitpunkt ist die Spannung v auf einem Spannungspegel, der der Differenz zwischen der Spannung des Kondensators C_v und der Ausgangsgleichspannung V_o entspricht.

Anschließend erfolgt wieder der Übergang zu dem Schaltmodus des Zeitraums i, und die gleichen Operationen werden wiederholt.
Nachstehend wird der Fall beschrieben, dass Energie von der Last R an die Energieempfangsspule 120 abgegeben wird.
20 zeigt in der gleichen Weise wie 19 die Betriebswellenformen des Stroms i, der durch die Energieempfangsspule 120 fließt, und der Wechselspannung v der Brückenschaltung sowie Ansteuersignale für die Halbleiterschalter Q_u und Q_x.
Wie in 20 gezeigt ist, führen die Halbleiterschalter Q_u und Q_x Schaltoperationen mit einer konstanten Frequenz synchron mit dem Strom i der Energieempfangsspule 120 aus. Nachstehend werden die Operationen in jedem Zeitraum i bis iv' von 20 beschrieben.

1. Zeitraum i' (der Schalter Q_x ist eingeschaltet): Der Strom i fließt entlang einem Pfad von der Energieempfangsspule 120 über den Kondensator C_y zu der Diode D_x, und der Kondensator C_y wird geladen. Zu diesem Zeitpunkt ist die Spannung v auf einem negativen Spannungspegel, der der Spannung des Kondensators C_y entspricht.
2. Zeitraum ii' (der Schalter Q_u ist eingeschaltet): Der Strom i fließt entlang einem Pfad von der Energieempfangsspule 120 über den Kondensator C_y und den Glättungskondensator C_o zu dem Schalter Q_u, der Glättungskondensator C_o wird entladen, und der Kondensator C_y wird geladen. Zu diesem Zeitpunkt ist die Spannung v auf einem Spannungspegel, der der Differenz zwischen der Ausgangsgleichspannung V_o und der Spannung des Kondensators C_y entspricht.
3. Zeitraum iii' (der Schalter Q_u ist eingeschaltet): Der Strom i fließt entlang einem Pfad von der Energieempfangsspule 120 über die Diode D_u zu dem Kondensator C_v, und der Kondensator C_v wird geladen. Zu diesem Zeitpunkt ist die Spannung v auf einem positiven Spannungspegel, der der Spannung des Kondensators C_v entspricht.
4. Zeitraum iv' (der Schalter Q_x ist eingeschaltet): Der Strom i fließt entlang einem Pfad von der Energieempfangsspule 120 über den Schalter Q_x, den Glättungskondensator C_o und den Kondensator C_v zu der Energieempfangsspule 120, der Glättungskondensator C_o wird entladen und der Kondensator C_v wird geladen. Zu diesem Zeitpunkt ist die Spannung v auf einem Spannungspegel, der der Differenz zwischen der Spannung des Kondensators C_v und der Ausgangsgleichspannung V_o entspricht.

Anschließend erfolgt wieder der Übergang zu dem Schaltmodus des Zeitraums i', und die gleichen Operationen werden wiederholt.
Durch Steuern der Halbleiterschalter Q_u und Q_x in der vorstehend beschriebenen Weise wird die Wechselspannung v der Brückenschaltung auf die Spannung der Kondensatoren C_y und C_v oder auf die Differenz zwischen der Ausgangsgleichspannung V_o und der Spannung der Kondensatoren C_y und C_v gebracht. Die Energie, die von der primärseitigen Versorgungsleitung 110 in die Energieempfangsschaltung 380 eingespeist wird, ist das Produkt aus dem Strom i und der Spannung v, die in 19 gezeigt sind. Die Steuerung der zugeführten Energie, das heißt, die Konstantsteuerung der Ausgangsgleichspannung V_o, wird durch das Steuergerät 200 ermöglicht, das die Phasen der Ansteuersignale für die Halbleiterschalter Q_u und Q_x auf Grund des detektierten Werts für die Ausgangsgleichspannung V_o einstellt.
21 ist ein Schaltplan, der eine neunte Ausführungsform des erfindungsgemäßen kontaktlosen Energieübertragungssystems zeigt, wobei das Bezugssymbol 390 eine Energieempfangsschaltung bezeichnet. Bei dieser Ausführungsform wird mit dem gleichen Konzept wie bei der ersten Ausführungsform von 1 der Kondensator C_x mit dem Halbleiterschalter Q_x auf der Seite des unteren Zweigs verbunden. Bei der neunten Ausführungsform kann ein so genanntes weiches Schalten bei EIN-/AUS-Operationen der Halbleiterschalter durchgeführt werden, wenn eine Umschaltung zwischen den in den 19 und 20 gezeigten Zeiträumen erfolgt.
22 ist eine Darstellung der Betriebswellenformen der Halbleiterschalter Q_u und Q_x von dem Zeitraum i bis zu dem Zeitraum ii, die in 19 gezeigt sind. Da die Darstellung der Betriebswellenformen die gleiche Darstellung wie die der Betriebswellenformen der Halbleiterschalter Q_u und Q_x von dem Zeitraum I bis zu dem Zeitraum II von 4 ist, entfällt hier die Beschreibung.
Auf Grund der Lade- und Entladevorgänge des Kondensators C_x, der parallel zu dem Schalter Q_x geschaltet ist, ist für die EIN-/AUS-Operationen der Halbleiterschalter nicht nur dann ein Nullspannungsschalten möglich, wenn von dem Zeitraum i zu dem Zeitraum ii umgeschaltet wird, sondern auch dann, wenn zwischen anderen Zeiträumen umgeschaltet wird.
Als Beispiele für Kondensatoren, die parallel zu Halbleiterschaltern geschaltet sind, kann der Kondensator C_u parallel zu dem Schalter Q_u auf der Seite des oberen Zweigs geschaltet sein, wie es bei einem kontaktlosen Energieübertragungssystem 400 nach einer zehnten Ausführungsform in 23 der Fall ist, oder die Kondensatoren C_u und C_x können zu dem Halbleiterschalter Q_u bzw. Q_x des oberen bzw. des unteren Zweigs parallel geschaltet sein, wie es bei einem kontaktlosen Energieübertragungssystem 410 nach einer elften Ausführungsform in 24 der Fall ist. Auch in diesen Fällen ist ein Nullspannungsschalten möglich.
25 ist wie 16 eine Operationsdarstellung, die die vierte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Steuerverfahrens zeigt, und sie zeigt Betriebswellenformen des Stroms i und der Spannung v sowie Ansteuersignale für die Halbleiterschalter Q_u und Q_x von einer Unterbrechung bis zu einem Neustart der Energieübertragung von der primärseitigen Versorgungsleitung 110. Dieses Verfahren wird für die achte bis elfte Ausführungsform des kontaktlosen Energieübertragungssystems verwendet, die in den 18, 21, 23 und 24 gezeigt sind, und das grundlegende Verfahren für den Neustart ist im Wesentlichen das Gleiche wie das in der Operationsdarstellung von 16 gezeigte Verfahren.
Das heißt, eine Unterbrechung der Energieübertragung von der Energieempfangsspule 120 und ein Verlust des Stroms i werden zu einem Zeitpunkt (a) von 25 detektiert, die Schalter Q_u und Q_x werden in den AUS-Zustand gesetzt, und dieser Zustand wird beibehalten. Wenn anschließend die Energieübertragung zu einem Zeitpunkt (b) neu gestartet wird, wird eine Spannung entsprechend einem Hochfrequenzstrom der primärseitigen Versorgungsleitung 110 in der Energieempfangsspule 120 induziert und ein Resonanzstrom fließt entlang einem Pfad von der Energieempfangsspule 120 über den Resonanzkondensator C_v und den Glättungskondensator C_o zu der Diode D_x. Die Polarität des Stroms kehrt sich zu einem Zeitpunkt (c) um, und der Strom fließt nun entlang einem Pfad von der Energieempfangsspule 120 über die Diode D_u und den Glättungskondensator C_o zu dem Resonanzkondensator C_y.
Bei dem Steuergerät 200 wird der Neustart durch einen von der Stromdetektionseinheit CT detektierten Nulldurchgang des Stroms i zu dem Zeitpunkt (c) freigegeben, und die Schaltoperationen jedes Halbleiterschalters Q_u und Q_x werden anschließend neu gestartet.
26 ist wie 17 eine Operationsdarstellung, die die fünfte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Steuerverfahrens zeigt, und sie zeigt Betriebswellenformen des Stroms i und der Spannung v sowie Ansteuersignale für die Halbleiterschalter Q_u und Q_x von einer Unterbrechung bis zu einem Neustart der Energieübertragung von der primärseitigen Versorgungsleitung 110. Dieses Verfahren wird auch für die achte bis elfte Ausführungsform des kontaktlosen Energieübertragungssystems verwendet, die in den 18, 21, 23 und 24 gezeigt sind, und das grundlegende Verfahren für den Neustart ist im Wesentlichen das Gleiche wie das in der Operationsdarsteltung von 17 gezeigte Verfahren.
Das heißt, eine Unterbrechung der Energieübertragung von der Energieempfangsspule 120 und ein Verlust des Stroms i werden zu einem Zeitpunkt (a) von 26 detektiert, die Schalter Q_u und Q_x werden in die gleichen Steuerzustände wie unmittelbar vor dem Stromverlust gesetzt, und diese Zustände werden beibehalten. Wenn anschließend die Energieübertragung zu einem Zeitpunkt (b) neu gestartet wird, versucht ein Resonanzstrom, entlang einem Pfad von der Energieempfangsspule 120 über den Resonanzkondensator C_v und den Glättungskondensator C_o zu der Diode D_x zu fließen (in 26 durch eine Strichlinie dargestellt), aber wenn die in der Energieempfangsspule induzierte Spannung beim Neustart der Energieübertragung kleiner als die Ausgangsgleichspannung V_o ist, kann der Strom nicht entlang diesem Pfad fließen.
Wenn sich die Polarität des Stroms i zu einem Zeitpunkt (c) umkehrt, beginnt der Strom i entlang einem Pfad von der Energieempfangsspule 120 über den Schalter Q_x zu dem Resonanzkondensator C_y zu fließen. Wenn sich dann die Polarität des Stroms i zu einem Zeitpunkt (d) erneut umkehrt, detektiert das Steuergerät 200 einen Nulldurchgang des Stroms i und gibt einen normalen Neustart dadurch frei, dass es den Schalter Q_u in den EIN-Zustand setzt und den Schalter Q_x in den AUS-Zustand setzt, sodass die Schaltoperationen wie im Normalfall neu gestartet werden.
Die Erfindung kann bei verschiedenen Arten von elektrischen oder elektronischen Geräten, Elektrofahrzeugen und dergleichen genutzt werden, an die Energie kontaktlos abgegeben wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2002-354711 A [0004, 0055]

Claims

Kontaktloses Energieübertragungssystem mit: einer Spule, die über eine magnetische Kopplung Energie kontaktlos in eine Umgebung abgibt und von einer Umgebung empfängt; einer Brückenschaltung, bei der ein Ende der Spule über einen Kondensator mit einem Wechselstrom-Anschluss verbunden ist und das andere Ende der Spule mit einem anderen Wechselstrom-Anschluss verbunden ist; und einem Glättungskondensator, der zwischen Gleichstrom-Anschlüsse der Brückenschaltung geschaltet ist, wobei eine Last mit einem von beiden oder beiden Enden des Glättungskondensators verbunden ist, die Brückenschaltung zwei Reihenschaltungen mit einem oberen und einem unteren Zweig enthält und eine Umkehr-Parallelschaltung aus einem Halbleiterschalter und einer Diode jeweils in dem oberen und dem unteren Zweig hat und ein Kondensator parallel zu dem Halbleiterschalter entweder des oberen Zweigs oder des unteren Zweigs oder zu den Halbleiterschaltern sowohl des oberen als auch des unteren Zweigs der Brückenschaltung geschaltet ist.
Steuerverfahren für ein kontaktloses Energieübertragungssystem, bei dem eine Schaltoperation der Halbleiterschalter des kontaktlosen Energieübertragungssystems nach Anspruch 1 gesteuert wird, mit den folgenden Schritten: Setzen aller Halbleiterschalter der Brückenschaltung in einen AUS-Zustand während eines Zeitraums, für den die Energieübertragung von außen zu der Spule unterbrochen ist; und Ausführen einer Schaltoperation jedes Halbleiterschalters der Brückenschaltung, nachdem ein Nulldurchgang des Stroms der Spule detektiert worden ist, wenn die Energieübertragung neu gestartet worden ist.
Steuerverfahren für ein kontaktloses Energieübertragungssystem, bei dem eine Schaltoperation der Halbleiterschalter des kontaktlosen Energieübertragungssystems nach Anspruch 1 gesteuert wird, mit den folgenden Schritten: Setzen des Halbleiterschalters des oberen Zweigs oder des unteren Zweigs der Brückenschaltung in einen EIN-Zustand während eines Zeitraums, für den die Energieübertragung von außen zu der Spule unterbrochen ist; und Ausführen einer Schaltoperation jedes Halbleiterschalters der Brückenschaltung, nachdem ein Nulldurchgang des Stroms der Spule detektiert worden ist, wenn die Energieübertragung neu gestartet worden ist.
Steuerverfahren für ein kontaktloses Energieübertragungssystem, bei dem eine Schaltoperation der Halbleiterschalter des kontaktlosen Energieübertragungssystems nach Anspruch 1 gesteuert wird, mit den folgenden Schritten: Halten aller Halbleiterschalter der Brückenschaltung während eines Zeitraums, für den die Energieübertragung von außen zu der Spule unterbrochen ist, in dem Schaltzustand, der unmittelbar vor dem Umstand vorliegt, dass der Strom der Spule auf Grund der Unterbrechung der Energieübertragung zu der Spule null wird; und Ausführen einer Schaltoperation jedes Halbleiterschalters der Brückenschaltung, nachdem ein Nulldurchgang des Stroms der Spule detektiert worden ist, wenn die Energieübertragung neu gestartet worden ist.
Kontaktloses Energieübertragungssystem mit: einer Spule, die Energie über eine magnetische Kopplung mit außen kontaktlos abgibt und empfängt; einer Brückenschaltung, bei der ein Ende der Spule über einen Kondensator mit einem Wechselstrom-Anschluss verbunden ist und das andere Ende der Spule mit einem anderen Wechselstrom-Anschluss verbunden ist; und einem Glättungskondensator, der zwischen Gleichstrom-Anschlüsse der Brückenschaltung geschaltet ist, wobei eine Last mit beiden Enden des Glättungskondensators verbunden ist, die Brückenschaltung eine Schaltzweig-Reihenschaltung, in der zwei Schaltzweige, die aus einer Umkehr-Parallelschaltung eines Halbleiterschalters und einer Diode bestehen, in Reihe geschaltet sind; und eine Dioden-Reihenschaltung hat, bei der zwei Dioden in Reihe geschaltet sind, und ein Anschlusspunkt der Schaltzweige und ein Anschlusspunkt der Dioden Wechselstrom-Anschlüsse der Brückenschaltung bilden und Anschlusspunkte der Schaltzweig-Reihenschaltung und der Dioden-Reihenschaltung Gleichstrom-Anschlüsse der Brückenschaltung bilden.
Kontaktloses Energieübertragungssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kondensator parallel zu mindestens einem der Halbleiterschalter geschaltet ist.
Steuerverfahren für ein kontaktloses Energieübertragungssystem, bei dem eine Schaltoperation der Halbleiterschalter des kontaktlosen Energieübertragungssystems nach Anspruch 5 oder 6 gesteuert wird, mit den folgenden Schritten: Setzen aller Halbleiterschalter in einen AUS-Zustand während eines Zeitraums, für den die Energieübertragung von außen zu der Spule unterbrochen ist; und Ausführen einer Schaltoperation jedes Halbleiterschalters, nachdem ein Nulldurchgang des Stroms der Spule detektiert worden ist, wenn die Energieübertragung neu gestartet worden ist.
Steuerverfahren für ein kontaktloses Energieübertragungssystem, bei dem eine Schaltoperation der Halbleiterschalter des kontaktlosen Energieübertragungssystems nach Anspruch 5 oder 6 gesteuert wird, mit den folgenden Schritten: Halten aller Halbleiterschalter der Brückenschaltung während eines Zeitraums, für den die Energieübertragung von außen zu der Spule unterbrochen ist, in dem Schaltzustand, der unmittelbar vor dem Umstand vorliegt, dass der Strom der Spule auf Grund der Unterbrechung der Energieübertragung zu der Spule null wird; und Ausführen einer Schaltoperation jedes Halbleiterschalters der Brückenschaltung, nachdem ein Nulldurchgang des Stroms der Spule detektiert worden ist, wenn die Energieübertragung neu gestartet worden ist.
Kontaktloses Energieübertragungssystem mit: einer Spule, die über eine magnetische Kopplung Energie kontaktlos in eine Umgebung abgibt und aus einer Umgebung empfängt; einer Brückenschaltung, bei der ein Ende der Spule mit einem Wechselstrom-Anschluss verbunden ist und das andere Ende der Spule mit einem anderen Wechselstrom-Anschluss verbunden ist; und einem Glättungskondensator, der zwischen Gleichstrom-Anschlüsse der Brückenschaltung geschaltet ist, wobei eine Last mit einem von beiden oder beiden Enden des Glättungskondensators verbunden ist, die Brückenschaltung eine Schaltzweig-Reihenschaltung, in der zwei Schaltzweige, die aus einer Umkehr-Parallelschaltung eines Halbleiterschalters und einer Diode bestehen, in Reihe geschaltet sind; und eine Kondensator-Reihenschaltung hat, bei der zwei Resonanzkondensatoren in Reihe geschaltet sind, und ein Anschlusspunkt der Schaltzweige und ein Anschlusspunkt der Resonanzkondensatoren Wechselstrom-Anschlüsse der Brückenschaltung bilden und Anschlusspunkte der Schaltzweig-Reihenschaltung und der Kondensator-Reihenschaltung Gleichstrom-Anschlüsse der Brückenschaltung bilden.
Kontaktloses Energieübertragungssystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kondensator parallel zu mindestens einem der Halbleiterschalter geschaltet ist.
Steuerverfahren für ein kontaktloses Energieübertragungssystem, bei dem eine Schaltoperation der Halbleiterschalter des kontaktlosen Energieübertragungssystems nach Anspruch 9 gesteuert wird, mit den folgenden Schritten: Setzen aller Halbleiterschalter in einen AUS-Zustand während eines Zeitraums, für den die Energieübertragung von außen zu der Spule unterbrochen ist; und Ausführen einer Schaltoperation jedes Halbleiterschalters, nachdem ein Nulldurchgang des Stroms der Spule detektiert worden ist, wenn die Energieübertragung neu gestartet worden ist.
Steuerverfahren für ein kontaktloses Energieübertragungssystem, bei dem eine Schaltoperation der Halbleiterschalter des kontaktlosen Energieübertragungssystems nach Anspruch 9 gesteuert wird, mit den folgenden Schritten: Halten aller Halbleiterschalter der Brückenschaltung während eines Zeitraums, für den die Energieübertragung von außen zu der Spule unterbrochen ist, in dem Schaltzustand, der unmittelbar vor dem Umstand vorliegt, dass der Strom der Spule auf Grund der Unterbrechung der Energieübertragung zu der Spule null wird; und Ausführen einer Schaltoperation jedes Halbleiterschalters, nachdem ein Nulldurchgang des Stroms der Spule detektiert worden ist, wenn die Energieübertragung neu gestartet worden ist.