DE102015104780A1

DE102015104780A1 - Drahtlose Leistungsversorgungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102015104780A1
Application number: DE102015104780.2A
Authority: DE
Inventors: Shigeru Takeda; Masayoshi Sugino; Hiroshi Kondo
Original assignee: Denso Corp; Denso Wave Inc
Current assignee: Denso Corp; Denso Wave Inc
Priority date: 2014-03-28
Filing date: 2015-03-27
Publication date: 2015-10-01
Also published as: US10404104B2; JP2015192548A; CN104953721B; JP6588190B2; CN104953721A; US20150280451A1

Abstract

Bei einer drahtlosen Leistungsversorgungsvorrichtung sind eine erste Einheit, welche elektrisch mit einer Leistungsversorgung verbunden ist, und eine zweite Einheit vorgesehen, welche elektrisch mit einer elektrischen Last verbunden ist. Eine Leistungsübertragung wird drahtlos zwischen den ersten und zweiten Einheiten unter Verwendung eines Magnetresonanzphänomens durchgefürt. Jeder der ersten und zweiten Einheiten weist einen resonanten Verstärkerschaltkreis, welcher mit Schaltmitteln vorgesehen ist, welche durch ein Ansteuersignal angesteuert werden, eine Resonanzspule, zu der ein Hochfrequenzsignal, welches durch den resonanten Verstärkerschaltkreis erzeugt wird, solchermaßen zugeführt wird, dass die Resonanzspule als eine resonante Induktivität an dem resonanten Verstärkerschaltkreis dient, und elektrische Speichermittel, welche elektrisch mit dem resonanten Verstärkerschaltkreis so verbunden sind, auf, dass diese fähig sind, Leistung aufzunehmen und abzugeben. Die zweite Einheit beinhaltet Stromerfassungsmittel zum Erfassen eines Stromes und Phasensteuermittel zum Steuern einer Phase des Ansteuersignals für die Schaltmittel basierend auf dem erfassten Strom.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
[Gebiet der Erfindung]
Die vorliegende Erfindung betrifft eine drahtlose Leistungsversorgungsvorrichtung, welche Leistung drahtlos zuführt.
[Beschreibung des Standes der Technik]
Es gab einen Bedarf für eine weitere Reduktion bzw. Verminderung des Energieverbrauchs von Produktionsequipment. In dem Fall von Produktionsequipment, welches Roboter verwendet, wird eine drahtlose Leistungsversorgung in Erwägung gezogen, um eine Verdrahtung und dergleichen zu reduzieren, und um das Platzsparen zu verbessern. Bei einem solchen Produktionsequipment kann der Energieverbrauch in bzw. bei dem gesamten Produktionsequipment durch das Austauschen von Leistung zwischen den Lasten, wie z. B. Robotern, reduziert werden. In anderen Worten verbraucht eine Last, wie z. B. ein Roboter Energie, wie z. B. elektrische Leistung, während der Beschleunigung, und in umgekehrter Weise erzeugt diese Energie während der Verzögerung. Als ein Ergebnis dessen, dass die Energie, welche während der Verzögerung erzeugt wird, in elektrische Leistung geändert wird und diese Leistung durch eine andere Last verbraucht wird, wie z. B. durch einen anderen Roboter, kann der Energieverbrauch des gesamten Produktionsequipments reduziert werden.
Als eine Technik für eine drahtlose Leistungsversorgung wurde eine Technik vorgeschlagen, bei der Leistung bidirektional zwischen einer Leistungsversorgungsseite und einer Lastseite ausgewechselt wird (Bezugnehmend auf Heisei 24: „Das Institut der elektrischen Ingenieure von Japan", Zenkoku Taikai 4-203). Die Voraussetzung für diese Technik sind Fahrzeuge, wie z. B. elektrische Autos. Daher wird eine drahtlose Auswechslung bzw. ein drahtloser Austausch von Leistung zwischen der Seite der Leistungsversorgung und der Seite der Lastunter Verwendung einer elektromagnetischen Induktion in einem Frequenzband von 100 kHz oder niedriger durchgeführt.
Allerdings, wenn das Frequenzband 100 kHz oder niedriger ist, dann tritt ein Problem darin auf, dass die physische Struktur der Spule größer wird, um es zu ermöglichen, dass ausreichend Leistung zugeführt werden kann.
In dem Fall eines Fahrzeugs ist diese Beschränkung minimal, sogar wenn eine physisch große Spule verwendet wird, da das Fahrzeug selbst ausreichend groß ist. Allerdings ist in dem Fall eines Roboters in einem Produktionsequipment der Austausch von Leistung unter Verwendung einer kleineren Spule gewünscht. In anderen Worten, wenn eine große und schwere Spule in einem Roboter verwendet wird, dann tritt ein Problem darin auf, dass das Gewicht des Roboters selbst anwächst, und dass ein Antriebsmechanismus zusätzlich zu dem Anwachsen des Gewichts größer wird, und dass die Ausrüstung selbst größer wird.
Allerdings ist eine Leistungsversorgung in dem Megahertzfrequenzband erforderlich, um eine drahtlose Leistungsversorgung unter Verwendung einer kleinen Spule durchzuführen. Bei einem Hochfrequenzband wie diesem tritt ein Problem darin auf, dass Schaltverluste und dergleichen auftreten, wenn elektromagnetische Induktion verwendet wird.
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine drahtlose Leistungsversorgungsvorrichtung vorzusehen, welche eine hohe Sicherheit aufweist, und bei welcher eine Größenreduktion und eine Verbesserung der Effizienz der Übertragung durch einen drahtlose Versorgung von Leistung unter Verwendung eines Hochfrequenzbands erzielt worden ist.
Bei der Erfindung gemäß einer Ausführungsform sind eine erste Einheit, welche mit einer Leistungsversorgungsseite verbunden ist, und eine zweite Einheit, welche mit einer Lastseite verbunden ist, vorgesehen. Zwischen dem Paar der ersten Einheit und der zweiten Einheit wird Leistung drahtlos mit einer hohen Frequenz von einigen Megahertz bis etwa zwölf Megahertz unter Verwendung von Magnetresonanz übertragen. In anderen Worten wird Leistung zwischen der ersten Einheit und der zweiten Einheit über eine drahtlose Leistungsversorgung in einem Hochfrequenzband unter Verwendung von Magnetresonanz bzw. unter Verwendung eines magnetischen Schwingkreises übertragen. Daher kann eine Vergrößerung der Größe der resonanten Spulen bzw. Resonanzspulen vermieden werden, und eine Größenverringerung des Peripherieequipments kann ebenso erreicht werden. Zusätzlich kann durch die drahtlose Leistungsversorgung unter Verwendung von Magnetresonanz die Übertragungseffizienz bei der drahtlosen Leistungsversorgung über eine größere Distanz verbessert werden, und dies im Vergleich mit der elektromagnetischen Induktion.
Zusätzlich steuert bei der Erfindung gemäß der Ausführungsform ein Phasensteuerungsmittel der zweiten Einheit die Ansteuerphase eines Schaltmittels, welches in einem resonanten Verstärkerschaltkreis vorgesehen ist, und dies basierend auf einem Strom, welcher durch ein Stromerfassungsmittel erfasst wird. Die Größe bzw. Größenordnung der Leistung, welche zwischen der ersten Einheit und der zweiten Einheit übertragen wird, ändert sich basierend auf dem Phasenunterschied bzw. der Phasendifferenz in den resonanten bzw. schwingenden höheren Frequenzen. In anderen Worten ändert sich die Leistungsübertragungseffizienz in Abhängigkeit zu dem Phasenunterschied in den schwingenden höheren Frequenzen zwischen der ersten Einheit und der zweiten Einheit. Daher wird bei der Erfindung gemäß der Ausführungsform der Strom, welcher in ein elektrisches Speichermittel der zweiten Einheit fließt, durch die Stromerfassungseinheit erfasst. Das Phasensteuerungsmittel steuert dann die Ansteuerphase des Schaltmittels in dem resonanten Verstärkerschaltkreis der zweiten Einheit basierend auf dem erfassten Strom. Im Ergebnis wird ein Unterschied in den Phasen der übertragenen höheren Frequenzen zwischen der ersten Einheit und der zweiten Einheit erzeugt. Daher wird in Bezug auf die Leistung, die zwischen der ersten Einheit und der zweiten Einheit übertragen wird, die Übertragungseffizienz in einfacher Weise durch das Steuern der Ansteuerphasen in dem Schaltmittel der zweiten Einheit gesteuert, während die Phase des Hochfrequenzsignals beibehalten wird, das von bzw. in der ersten Einheit oszilliert wird. In anderen Worten wird durch das Steuern der Ansteuerphase in dem Schaltmittel der zweiten Einheit der Phasenunterschied in den hohen Frequenzen zwischen der ersten Einheit und der zweiten Einheit gesteuert, während die Phase der ersten Einheit beibehalten wird. Im Ergebnis kann die Übertragungseffizienz der Leistung, welche zwischen der ersten Einheit und der zweiten Einheit übertragen wird, in einfacher Weise gesteuert werden. Daher kann eine Reduktion der Größe und eine Verbesserung der Effizienz der Übertragung mit einer einfachen Struktur durch das Steuern des Phasenunterschieds zwischen der ersten Einheit und der zweiten Einheit erzielt werden.
Währenddessen verursacht bei der Erfindung gemäß der Ausführungsform der Phasenunterschied nur einen Anstieg der Impedanz in der Resonanzspule der ersten Einheit oder der zweiten Einheit, wenn der Phasenunterschied zwischen der ersten Einheit und der zweiten Einheit auftritt. In anderen Worten, sogar dann, wenn ein Phasenunterschied, welcher eine signifikante Verringerung bei der Übertragungseffizienz verursacht, auftritt, eine Vergrößerung des elektrischen Widerstands in dem resonanten Verstärkerschaltkreis der ersten oder der zweiten Einheit, und ein nicht beabsichtigter Fluss von Strom oder ein Fluss von einem Überstrom tritt nicht auf. Daher, sogar wenn eine große Leistung zwischen der ersten Einheit und der zweiten Einheit übertragen wird, kann die Sicherheit verbessert werden. Im Ergebnis kann die Erfindung auf Equipment angewandt werden, wie z. B. Roboter, bei welchem die Sicherheit wichtig ist.
Außerdem dienen bzw. funktionieren bei der Erfindung gemäß der Ausführungsform die Resonanzspulen der ersten Einheit und der zweiten Einheit beide als resonante Induktivitäten bzw. Drosselspulen in den resonanten Verstärkerschaltkreisen. Daher ist es nicht erforderlich, dass resonante Induktivitäten getrennt bzw. separat in den resonanten Verstärkerschaltkreisen vorgesehen werden. Auf diese Weise kann eine Vereinfachung der Schaltkreiskonfiguration erreicht werden, und die Größenreduktion des Equipments kann unterstützt werden.
So wie dies vorstehend beschrieben wurde kann bei dem Paar der ersten Einheit und der zweiten Einheit die Richtung der Leistungsübertragung zwischen der ersten Einheit und der zweiten Einheit zusätzlich zu der Effizienz der Leistungsübertragung zwischen der ersten Einheit und der zweiten Einheit durch das Steuern der Ansteuerphase der Schaltmittel auf der Seite der zweiten Einheit gesteuert werden. In anderen Worten ist es durch das Steuern des Phasenunterschieds zwischen der ersten Einheit und der zweiten Einheit möglich Leistung von der zweiten Einheit zu der ersten Einheit zu übertragen, und dies zusätzlich zu der Leistungsübertragung von der ersten Einheit zu der zweiten Einheit. Die Last, welche mit der zweiten Einheit verbunden ist, erzeugt Leistung durch eine Regeneration während des Bremsens.
Bei einer Erfindung gemäß einer anderen Ausführungsform wird ein Phasenunterschied zwischen der ersten Einheit und der zweiten Einheit durch das Steuern der Ansteuerphase der Schaltmittel erzeugt, und die Richtung der Übertragung wird ebenso durch den Phasenunterschied gesteuert, und dies zusätzlich zu der Leistungsübertragungseffizienz. Als ein Ergebnis der Leistung, die durch die Regeneration erzeugt wird, und welche von der zweiten Einheit zu der ersten Einheit übertragen wird, wird Energie, die durch die Last erzeugt wird, die mit der zweiten Einheit verbunden wird, zu einer anderen Last über die erste Einheit übertragen. Daher kann Leistung bidirektional zwischen der ersten Einheit und der zweiten Einheit durch einen einfachen Steuerbetrieb übertragen werden, bei welchem die Ansteuerphase des Schaltmittels in der zweiten Einheit gesteuert wird, und der Leistungsverbrauch des Gesamtequipments kann reduziert werden. Im Ergebnis kann die Erfindung auf Equipment, wie z. B. Roboter, angewandt werden, welches eine verringerte Größe und ein reduziertes Gewicht erfordert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es zeigt/zeigen:
1 ein schematisches Diagramm einer elektrischen Konfiguration einer drahtlosen Leistungsversorgungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform;
2 eine schematische perspektivische Ansicht der drahtlosen Leistungsversorgungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform;
3 ein schematisches Diagramm einer Konfiguration eines Phasenshifters bzw. eines Phasenschiebers in der drahtlosen Leistungsversorgungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform,
4 ein schematisches Diagramm einer Beziehung zwischen Strom und einem Phasenunterschied zwischen einer ersten Einheit und einer zweiten Einheit in der drahtlosen Leistungsversorgungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform;
5 ein schematisches Diagramm des Flusses eines Initialisierungsverfahrens in der drahtlosen Leistungsversorgungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform;
6 ein schematisches Diagramm des Flusses eines Verfahrens, welches während der Leistungsübertragung in der drahtlosen Leistungsversorgungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform durchgeführt wird;
7 ein schematisches Diagramm einer elektrischen Konfiguration einer drahtlosen Leistungsversorgungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform;
8A–8C schematische Diagramme der Änderung des Stroms in der drahtlosen Leistungsversorgungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform;
9 Diagramme einer ersten Einheit in einer drahtlosen Leistungsversorgungsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform, bei der 9A eine schematische perspektivische Ansicht und 9B ein schematisches Diagramm der elektrischen Konfiguration sind;
10 Diagramme einer zweiten Einheit in der drahtlosen Leistungsversorgungsvorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform, bei der 10A eine schematische perspektivische Ansicht und 10B ein schematisches Diagramm der elektrischen Konfiguration sind; und
11 ein schematisches Diagramm einer elektrischen Konfiguration einer drahtlosen Leistungsversorgungsvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Eine Mehrzahl von Ausführungsformen einer drahtlosen Leistungsversorgungsvorrichtung wird nachstehend mit Bezug auf die Zeichnung beschrieben werden. Einzelne Sektionen, welche im Wesentlichen das gleiche in ihrer Mehrzahl der Ausführungsformen darstellen, werden mit den gleichen Bezugszeichen durchnummeriert. Beschreibungen dieser werden weggelassen.
(Erste Ausführungsform)
So wie dies in 1 und 2 gezeigt ist, beinhaltet eine drahtlose Leistungsversorgungsvorrichtung 10 gemäß einer ersten Ausführungsform eine erste Einheit 11 und eine zweite Einheit 12. Die erste Einheit 11 ist mit einer externen Leistungsversorgung 13 verbunden. Die zweite Einheit 12 ist derart vorgesehen, dass diese der ersten Einheit 11 gegenüberliegt und diese ist mit einer Last 14, wie z. B. einem Roboter, verbunden, welcher Leistung verbraucht. Leistung wird drahtlos zwischen der ersten Einheit 11 und der zweiten Einheit 12 durch Magnetresonanz in bzw. bei einer hohen Frequenz von einigen Megahertz bis etwa 12 Megahertz übertragen. Die erste Einheit 11 kann ebenso mit einer anderen Last verbunden sein, welche Leistung verbraucht, und dies zusätzlich zu der Leistungsversorgung 13.
So wie dies in 1 gezeigt ist, weist die erste Einheit 11 einen resonanten Verstärkerschaltkreis 21, eine Resonanzspule 22 und eine elektrische Speichereinheit 23 auf. Der resonante Verstärkerschaltkreis 21 weist ein Schaltelement 24, einen Kondensator 25, einen Kondensator 26 und eine Spule 27 auf. So wie dies in 2 gezeigt ist, sind der resonante Verstärkerschaltkreis 21 und die elektrische Speichereinheit 23 auf einer Verstärkerbordeinheit 28 befestigt. Zusätzlich, so wie dies in 1 gezeigt ist, weist der resonante Verstärkerschaltkreis 21 eine Takterzeugungseinheit 29 auf, welche einen Trägertakt (welcher als Schaltsignal dient) in der ersten Einheit 11 überzeugt. Das Schaltelement 24 führt ein Schalten des resonanten Verstärkerschaltkreises 21 basierend auf dem Trägertakt durch, der durch die Takterzeugungseinheit 29 erzeugt wird. Das Hochfrequenzsignal, welches durch den Schaltbetrieb erzeugt wird, wird der Resonanzspule 22 zugeführt. So wie dies in 2 gezeigt ist, ist die Resonanzspule 22 eine planare Spule, welche auf einem Substrat 31 ausgebildet ist, das separat zu der Verstärkerbordeinheit 28 angeordnet ist.
So wie dies in 1 gezeigt ist bildet die Resonanzspule 22 einen Resonanzschaltkreis bzw. Schwingkreis zusammen mit dem Kondensator 25, dem Kondensator 26 und der Spule 27 aus. Wenn Leistung von der ersten Einheit 11 zu der zweiten Einheit 12 übertragen wird, oder in anderen Worten, wenn eine Leistungsübertragung durchgeführt wird, oszilliert die Resonanzspule 22 bei der hohen Frequenz mit dem Hochfrequenzsignal, welches in dem resonanten Verstärkerschaltkreis 21 erzeugt wird. Auf der anderen Seite, wenn Leistung von der zweiten Einheit 12 zu der ersten Einheit 11 übertragen wird, oder in anderen Worten, wenn ein Leistungsempfang durchgeführt wird, dann empfangt die Resonanzspule 22 das Hochfrequenzsignal, welches in der zweiten Einheit 12 oszilliert wird. Die elektrische Speichereinheit 23 wird durch eine zweite Batterie, einem Kondensator oder Ähnlichem konfiguriert, und stabilisiert den Strom, der durch den resonanten Verstärkerschaltkreis 21 fließt. In anderen Worten dient die elektrische Speichereinheit 23 als eine Leistungsversorgung, wenn Leistung von der ersten Einheit 11 zu der zweiten Einheit 12 übertragen wird, und diese dient als ein Kondensator, wenn Leistung von der zweiten Einheit 12 durch die erste Einheit 11 empfangen wird. Der resonante Verstärkerschaltkreis 21 und die elektrische Speichereinheit 23 sind in der Verstärkerbordeinheit 28 vorgesehen, welche in 2 gezeigt ist.
So wie dies in 1 gezeigt ist, weist die zweite Einheit 12 in einer Art und Weise, die der ersten Einheit 11 ähnlich ist, einen resonanten Verstärkerschaltkreis 41, eine Resonanzspule 42 und eine Speichereinheit 43 auf. Der resonante Verstärkerschaltkreis 41 weist ein Schaltelement 44, einen Kondensator 45, einen Kondensator 46 und eine Spule 47 auf. So wie dies in 2 gezeigt ist, sind der resonante Verstärkerschaltkreis 41 und die elektrische Speichereinheit 43 auf einer Verstärkerbordeinheit 48 befestigt. Das Schaltelement 44 führt ein Schalten des resonanten Verstärkerschaltkreises 41 basierend auf einem Trägertakt durch (welcher als ein Phasensignal funktioniert), der durch einen Phasenschieber 65 erzeugt wird, der nachstehend beschrieben wird. Das Hochfrequenzsignal, welches durch den Schaltbetrieb erzeugt wird, wird der Resonanzspule 42 zugeführt.
Wenn ein Hochfrequenzsignal in der ersten Einheit 11 oszilliert wird, wird eine Resonanz in dem resonanten Verstärkerschaltkreis 41 der zweiten Einheit 12 als ein Ergebnis einer Magnetresonanz erzeugt, und der resonante Verstärkerschaltkreis 41 der zweiten Einheit 12 erzeugt einen Strom als ein Ergebnis der erzeugten Resonanz. So wie dies in 2 gezeigt ist, ist die resonante Spule 42 bzw. Resonanzspule 42 eine planare Spule, welche auf einem Substrat 51 ausgebildet ist, welche zu der Verstärkerbordeinheit 48 getrennt angeordnet ist. So wie dies in 1 gezeigt ist, bildet die Resonanzspule 42 einen resonanten Schaltkreis zusammen mit dem Kondensator 45, dem Kondensator 46 und der Spule 47 aus. Wenn Leistung von der ersten Einheit 11 zu der zweiten Einheit 12 übertragen wird, oder in anderen Worten, wenn ein Leistungsempfang durchgeführt wird, dann empfangt die Resonanzspule 42 das Hochfrequenzsignal, welches in der ersten Einheit 11 oszilliert wird. Auf der anderen Seite, wenn Leistung von der zweiten Einheit 12 zu der ersten Einheit 11 übertragen wird, oder in anderen Worten, wenn eine Leistungsübertragung durchgeführt wird, dann oszilliert die Resonanzspule 42 bei der hohen Frequenz des Hochfrequenzsignals, welches in dem resonanten Verstärkerschaltkreis 41 erzeugt wird. Die elektrische Speichereinheit 43 wird durch eine zweite Batterie, einen Kondensator und dergleichen konfiguriert, und stabilisiert den Strom, welcher durch den resonanten Verstärkerschaltkreis 41 fließt. In anderen Worten funktioniert die elektrische Speichereinheit 43 als eine Leistungsversorgung, wenn Leistung von der zweiten Einheit 12 zu der ersten Einheit 11 übertragen wird, und diese dient als ein Kondensator, wenn Leistung von der ersten Einheit 11 durch die zweite Einheit 12 empfangen wird. Der resonante Verstärkerschaltkreis 41 und die elektrische Speichereinheit 43 sind in der Verstärkerbordeinheit 48 vorgesehen, welche in 2 gezeigt ist.
Zusätzlich zu dem vorstehenden beinhaltet die zweite Einheit 12 eine Steuereinheit 60. Die Steuereinheit 60 ist auf der Verstärkerbordeinheit 48 befestigt. So wie dies in 1 gezeigt ist, weist die Steuereinheit 60 einen Stromsensor 61, welcher als ein Stromerfassungsmittel dient, und eine Phasensteuereinheit 62 auf. Der Stromsensor 61 ist in einem elektrischen Schaltkreispfad vorgesehen, welcher den resonanten Verstärkerschaltkreis 41 und die elektrische Speichereinheit 43 verbindet, und dieser erfasst die Größe des Stroms I2, welcher durch den elektrischen Schaltkreis fließt. Der Stromsensor 61 erfasst ebenso die Richtung des Stromes I2 als die Größe des Stromes. Die Phasensteuereinheit 62 weist einen Stromsensor 49, einen Mikrocomputer 63, einen Analog/Digital(A/D)-Wandler 64 und den Phasenschieber 65 auf. Der Stromsensor 49 erfasst einen Hochfrequenzstrom, welcher durch den resonanten Verstärkerschaltkreis 41 fließt, welcher als Basis für die Phasensteuerung dient. In anderen Worten sampelt der Stromsensor 48 den Strom, welcher durch den resonanten Verstärkerschaltkreis 41 fließt, bzw. tastet diesen ab.
Der Mikrocomputer 63 weist eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU), einen Nur-Lesespeicher (ROM) und einen Random-Access-Speicher (RAM) (nicht näher dargestellt) auf. Der Mikrocomputer 63 steuert die Phasensteuereinheit 62 und ein digitales Potentiometer 66 des Phasenschiebers 65 basierend auf einem Computerprogramm, welches in dem ROM gespeichert ist, und dieser steuert die Phasenverschiebung des Signals, das von dem Stromsensor 49 eingegeben wird. Der A/D-Wandler 64 wandelt einen analogen Wert des Stromes I2, der durch den Stromsensor 61 erfasst wird in einen digitalen Wert um und gibt den digitalen Wert an den Mikrocomputer 63 aus. So wie dies in 3 gezeigt ist, besteht der Phasenschieber 65 beispielsweise aus dem digitalen Potentiometer 66 und einem Spannungsfolgeschaltkreis 68. Der Mikrocomputer 63 steuert die Phasenverschiebung des Hochfrequenzsignals, welches von dem Stromsensor 49 eingegeben wird, unter Verwendung des Phasenschiebers 65 basierend auf dem Strom I2, der durch den Stromsensor 61 erfasst wird. Im Ergebnis ändert der Mikrocomputer 63 den Wert des digitalen Potentiometers 66 basierend auf dem Strom I2, der durch den Stromsensor 61 erfasst wird, wobei dadurch die Phasenverschiebung des Trägertaktes geändert wird, die durch den Phasenschieber erzeugt wird. Folglich ändert sich die Ansteuerphase des Trägertaktes, der das Schaltelement 44 antreibt, und die Phase des Hochfrequenzstroms, welcher durch den resonanten Verstärkerschaltkreis 41 der zweiten Einheit 22 fließt, wird geändert.
Die Takterzeugungseinheit 29 der ersten Einheit 11 erzeugt den Trägertakt, welcher durch den folgenden Ausdruck (1) angegeben wird: V1 = V × sin(2πf × t)(1)
Umgekehrt erzeugt der Phasenschieber 65 der zweiten Einheit 12 einen Trägertakt, welcher durch den nachstehenden Ausdruck (2) angegeben wird: V2 = V × sin(2πf × t + Φ)(2)
So wie dies durch den Ausdruck (1) und den Ausdruck (2) angegeben wird, tritt ein Phasenunterschied entsprechend einer Phase Φ im Hochfrequenzsignal, das von der ersten Einheit 11 oszilliert wird, und dem Hochfrequenzsignal, das von der zweiten Einheit 12 oszilliert wird, auf. Die Phasensteuereinheit 62 steuert den Phasenunterschied zwischen der ersten Einheit 11 und der zweiten Einheit 12 indem die Phase Φ geändert wird. Ein Durchgangsfilter des Phasenshifters bzw. Phasenschiebers ist in 3 als ein Beispiel des Phasenschiebers 65 dargestellt. Allerdings ist der Phasenschieber 65 nicht auf dieses Beispiel beschränkt, so lange eine Steuerung möglich ist.
So wie dies vorstehend beschrieben wurde, wenn die Hochfrequente Magnetresonanz zwischen der ersten Einheit 11 und der zweiten Einheit 12 erzeugt wird, dann fließt ein Strom I1 zu der ersten Einheit 11 und ein Strom 12 fließt zu der zweiten Einheit 12, so wie dies in 1 gezeigt ist. Der Stromsensor 61 erfasst den Strom 12, welcher zu der zweiten Einheit 12 fließt.
So wie dies in 4 gezeigt ist, wenn ein Unterschied, der sich in der Phase Φ niederschlägt, zwischen der ersten Einheit 11 und der zweiten Einheit 12 auftritt, dann ändern sich die Größen und die Richtungen der Ströme I1 und I2. In anderen Worten, als ein Ergebnis der Steuerung des Unterschieds der Phase Φ, ändert sich die Richtung der Leistungsübertragung zwischen der ersten Einheit 11 und der zweiten Einheit 12 zusätzlich zu der Leistungsübertragungseffizienz zwischen der ersten Einheit 11 und der zweiten Einheit 12. Allerdings, wenn der Unterschied der Phase Φ groß wird, dann tendiert die übertragene Leistung dahin, instabil zu werden. Daher, gemäß der ersten Ausführungsform, wird die Phase Φ in einem Bereich von –90° ≤ Φ ≤ 90° gesteuert. In anderen Worten, gemäß der vorliegenden Ausführungsform, wird ein Phasensteuerungsbereich zum Steuern der Phase Φ auf –90° ≤ Φ ≤ 90° festgelegt. Der Phasensteuerbereich ist ein Beispiel und kann willkürlich bzw. künstlich in Abhängigkeit zu den Spezifikationen, Charakteristiken und dergleichen der ersten Einheit 11 und der zweiten Einheit 12 festgelegt werden.
Das Hochfrequenzsignal, welches in der ersten Einheit 11 und der zweiten Einheit 12 oszilliert wird, wird von einigen MHz bis etwa 12 MHz festgelegt. Hier, wenn die Induktivität der Resonanzspule 12 und der Resonanzspule 42 Lreso ist, wenn die Ausgangsbilanz der ersten Einheit 11 und der zweiten Einheit 12 LR ist, wenn der Q-Wert der Resonanzschaltkreise in der ersten Einheit 11 und der zweiten Einheit 12 QL ist und wenn die Frequenz des Trägertaktes fd ist, dann wird die Induktivität Lreso durch den nachstehenden Ausdruck (3) berechnet: Lreso = (QL × RL)/(2πfd) (3)
Basierend auf dem vorstehenden Ausdruck (3) verringert sich die Induktivität Lreso mit dem Anwachsen der Frequenz des Hochfrequenzsignals, welches in der ersten Einheit 11 und der zweiten Einheit 12 oszilliert wird. Als ein Ergebnis, gemäß der vorliegenden Ausführungsform, bei der die Frequenz des Hochfrequenzsignals, das oszilliert wird, hoch ist, wird Rauschen bzw. eine Störung, welche extern abgestrahlt wird, reduziert, und Effekte auf ein externes Equipment, wie zum Beispiel auf einen Roboter, der als eine Last dient, sind reduziert.
Als nächstes wird der Fluss bzw. der Ablauf der Phasensteuerung in der drahtlosen Leistungsversorgungsvorrichtung 10, welche wie vorstehend konfiguriert ist, mit Bezug auf die 5 und 6 beschrieben werden.
(Initialisierung)
Die Oszillationscharakteristiken bzw. die Schwingungscharakteristiken des Hochfrequenzsignals unterscheiden sich zwischen der ersten Einheit 11 und der zweiten Einheit 12 der drahtlosen Leistungsversorgungsvorrichtung 10 als ein Ergebnis von individuellen Unterschiedlichkeiten und dergleichen. In anderen Worten kann der Phasenunterschied zwischen der ersten Einheit 11 und der zweiten Einheit 12 von dem Phasensteuerbereich als ein Ergebnis der individuellen Unterschiedlichkeiten in der Leistungsversorgung und der Lasten, welche verbunden sind, sowohl in der ersten Einheit 11 als auch in der zweiten Einheit 12 selbst abweichend sein. Daher wird bei dem Start- bzw. Hochfahren der drahtlosen Leistungsversorgungsvorrichtung 10 ein Initialisierungsverfahren zuerst durchgeführt. Das Initialisierungsverfahren wird durch die Steuereinheit 60 durchgeführt.
Wenn die Initialisierung gestartet wird, dann erfasst der Mikrocomputer 63 der Steuereinheit 60 einen Stromwert Im des Stromes I2, welcher durch den resonanten Verstärkerschaltkreis 41 der zweiten Einheit 12 (S101) fließt mittels des Stromsensors 61 über den A/D-Wandler 64. Die Steuereinheit 60 erfasst den Strom Im bis zu dem Verstreichen einer gewissen Zeitdauer, welche vorab festgelegt wird. Die Steuereinheit 60 berechnet dann die Schwankung ΔI in dem erfassten Strom Im basierend auf dem Strom Im, welcher über die eingestellte Zeitdauer erfasst wird (S102). Die Schwankung ΔI wird beispielsweise durch den Unterschied zwischen den Maximalwert und dem Minimalwert des erfassten Stromes berechnet. Nach der Berechnung der Schwankung ΔI in dem Strom Im bei S102 bestimmt die Steuereinheit 60, ob die berechnete Schwankung ΔI kleiner ist als ein Schwellwert BI oder nicht (S103). Der Schwellwert BI wird willkürlich in Abhängigkeit zu der Charakteristik der drahtlosen Leistungsversorgungsvorrichtung 10 oder dergleichen eingestellt. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird der Schwellwert BI auf ±10% von dem Maximalwert und dem Minimalwert des Stromes eingestellt.
Wenn bestimmt wird, dass die Schwankung ΔI den Schwellwert BI erreicht oder höher ist (nein bei Schritt S103), dann addiert die Steuereinheit 60 einen Phasenbetrag ΔΦI zu der Phase Φ (S104). Das heißt, dass der Phasenunterschied derart gesteuert wird, dass dieser groß wird, was deshalb die Phasensteuerung für das Hochfrequenzsignal ist, das in der zweiten Einheit 12 oszilliert wird. Wenn die Schwankung ΦI den Schwellwert BI erreicht oder höher ist, dann wird dies derart verstanden werden, dass die Phase des Trägertaktes, der in der zweiten Einheit 12 eingestellt wird, außerhalb des Phasensteuerbereichs liegt, welcher in 4 gezeigt ist. In anderen Worten wird angenommen, dass der Phasenunterschied zwischen dem Trägertakt, der in der ersten Einheit 11 eingestellt wird, und dem Trägertakt, der in der zweiten Einheit 12 eingestellt wird, exzessiv groß ist, und dass eine stabile Leistungsübertragung nicht zwischen der ersten Einheit 11 und der zweiten Einheit 12 durchgeführt wird. Daher stellt die Steuereinheit 60 den Phasenunterschied zwischen der ersten Einheit 11 und der zweiten Einheit 12 durch das Addieren der Phase Φ ein. Bei diesem Zeitpunkt addiert die Steuereinheit 60 etwa 90°(= ΔΦI) zu der Phase Φ hinzu. Nach dem Einstellen der Phase Φ bei S104 kehrt die Steuereinheit 90 zu S101 zurück, und wiederholt dieses Verfahren bis die Schwankung des ΔI in dem Strom Im kleiner als der Schwellwert BI wird.
In umgekehrter Weise, wenn bestimmt wird, dass die Schwankung ΔI kleiner als der Schwellwert BI ist (Ja bei S103), dann erfasst die Steuereinheit 60 den Strom mit dem Stromsensor 61 und stellt den erfassten Wert als einen Strom Ib ein (S105). Wenn der Strom Ib erfasst wird, addiert die Steuereinheit 60 einen Phasenbetrag ΔΦ2 zu der Phase Φ (S106). In anderen Worten, wenn der Strom Ib erfasst wird, addiert die Steuereinheit 60 einen Phasenbetrag ΔΦ2 zu der Phase Φ des Trägertaktes in der zweiten Einheit 12. Beispielsweise addiert die Steuereinheit 60 einen Phasenbetrag von etwa ΔΦ2 = 5° zu der Phase Φ hinzu. Wenn die Addition zu der Phase Φ bei Schritt S10 getätigt worden ist, dann erfasst die Steuereinheit 60 den Strom I2 mit dem Stromsensor 61 wiederum und stellt den erfassten Wert als einen Strom Ia ein (S107). Die Steuereinheit 60 vergleicht dann den Strom Ib, welcher bei S105 erfasst wird, mit dem Strom Ia, welcher bei Schritt S107 erfasst wird, und bestimmt, ob Ia > Ib ist oder nicht (S108). In anderen Worten bestimmt die Steuereinheit 60, ob die Addition zu der Phase Φ zu einem anwachsenden Trend in dem erfassten Strom Ia in Bezug auf den Strom Ib vor der Addition zu der Phase Φ führt oder nicht.
Wenn bestimmt wird, dass der Strom Ia nicht größer als der Strom Ib bei S108 ist (Nein bei S108), dann bestimmt die Steuereinheit 60, dass der Strom Ia nach der Änderung der Phase Φ der vorausgegangene Strom Ibo der weniger ist, oder in anderen Worten, Ia > Ib S108 und kehrt zu S108 zurück. Im Ergebnis führt die Steuereinheit 60 wiederholt eine Addition zu der Phase Φ durch, bis der erfasste Strom Ia einen anwachsenden Trend in Bezug auf den Strom Ib vor der Addition zu der Phase Φ zeigt.
Umgekehrt, wenn bestimmt wird, dass Ia > Ib bei S108 ist (Ja bei S108), dann erfasst die Steuereinheit 60 den Strom I2 mit dem Stromsensor 61 und stellt den erfassten Wert als einen Strom Im ein (S110). Die Steuereinheit 60 bestimmt dann, ob der Absolutwert des Unterschieds zwischen dem Strom Im, welcher bei S110 erfasst wird, und einem initialen Sollstrom Is geringer ist als ein initialer Stromfehler ΔIs (S111). In anderen Worten bestimmt die Steuereinheit 60, ob |Is – Im| < ΔIs ist oder nicht. Hier entspricht der initiale Sollstrom Is einem Sollwert des Stromes, der zwischen der ersten Einheit 11 und der zweiten Einheit 12 übertragen wird. Zusätzlich wird der initiale Stromfehler ΔIs vorab basierend auf der Größe des Stromes eingestellt, welcher als Fehler zulässig ist. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird der initiale Stromfehler ΔIs auf ±10% des Maximalwertes und des Minimalwertes des Stromes in dem Phasensteuerbereich eingestellt.
Wenn bestimmt wird, dass |Is – Im| nicht kleiner als ΔIs bei S111 ist (Nein bei S111), dann bestimmt die Steuereinheit 60, ob der Unterschied zwischen dem Strom Im und dem initialen Sollstrom Is größer als der initiale Stromfehler ΔIs ist oder nicht (S112). In anderen Worten bestimmt die Steuereinheit 60, ob Is – Im > ΔIs ist oder nicht. Wenn bestimmt wird, dass Is – Im > ΔIs ist (Ja at S112), dann addiert die Steuereinheit 60 einen Phasenbetrag ΔΦ3 zu der Phase Φ (S113). Auf der anderen Seite, wenn bestimmt wird, dass Is – Im > ΔIs ist, dann subtrahiert die Steuereinheit 60 einen Phasenbetrag ΔΦ3 von der Phase (S114). Das heißt, dass der Phasenunterschied derart gesteuert wird, dass dieser kleiner wird. In anderen Worten stellt die Steuereinheit 60 die Phase Φ basierend auf dem erfassten Strom Im fein ein. Beispielsweise addiert die Steuereinheit 60 ΔΦ3 = 1° zu der Phase bei S113 und subtrahiert ΔΦ3 = 1° von der Phase Φ bei S114.
Wenn bestimmt wird, dass |Is – Im| < ΔIs bei S111 ist (Ja bei S111), dann stellt die Steuereinheit 60 die Phase Φ bei diesem Zeitpunkt al seine initiale Phase Φ0 ein (S115). In anderen Worten stellt die Steuereinheit 60 die Phase Φ, die bei S106 eingestellt wird, die Phase Φ, die bei S113 eingestellt wird, oder die Phase Φ, die bei S114 eingestellt wird als die initiale Phase Φ0 ein.
Auf diese Art und Weise stellt die Steuereinheit 60 in dem Verfahren von S101 bis S109 die Phase Φ so ein, dass die Phase Φ des Trägertaktes in der zweiten Steuereinheit 12 in den Phasensteuerbereich hineinfallt. Zusätzlich, wenn die Phase Φ des Trägertaktes der zweiten Einheit 12 in den Phasensteuerbereich hineinfällt, dann bestimmt die Steuereinheit 60 bei dem Verfahren von S111 bis S115 die Phase Φ, welche durch den initialen Sollstrom Is erhalten wird, und stellt diese bestimmte Phase Φ als eine Initialphase für 0 ein.
(Während der Leistungsübertragung)
Wenn die Initialisierung beendet ist, dann führt die Steuereinheit 60 eine Leistungsübertragung zwischen der ersten Einheit 11 und der zweiten Einheit 12 durch. Der Fluss bzw. der Ablauf des Verfahrens, das durch die Steuereinheit 60 während der Leistungsübertragung durchgeführt wird, wird mit Bezug auf 6 beschrieben werden.
Die Steuereinheit 60 bestimmt, ob Leistung in der Last 14, die mit der zweiten Einheit 12 verbunden ist, erzeugt wird oder nicht, oder in anderen Worten, ob regenerative Leistung erzeugt wird oder nicht (S201). Wenn bestimmt wird, dass eine regenerative Leistung erzeugt wird (Ja bei S201), dann addiert die Steuereinheit 60 einen vorbestimmten Betrag einer Phase ΔΦ zu der Phase Φ des Trägertaktes in der zweiten Einheit 12 (S202).
Auf der anderen Seite, wenn bestimmt wird, dass regenerative Leistung nicht erzeugt wird (Nein bei S201), dann subtrahiert die Steuereinheit 60 einen vorbestimmten Betrag einer Phase ΔΦ von der Phase Φ des Trägertaktes in der zweiten Steuereinheit 12. In anderen Worten, wenn Leistung von der ersten Einheit 11 zu der zweiten Einheit 12 übertragen wird, dann subtrahiert die Steuereinheit 60 einen vorbestimmten Betrag der Phase ΔΦ von der Phase Φ des Trägertaktes. In anderen Worten, wenn regenerative Leistung, die auf der Seite der zweiten Einheit 12 erzeugt wird, von der zweiten Einheit 12 zu der ersten Einheit 11 übertragen wird, dann addiert die Steuereinheit 60 einen vorbestimmten Betrag einer Phase ΔΦ zu der Phase Φ des Trägertaktes. Folglich wird Leistung ebenso von der zweiten Einheit 12 zu der ersten Einheit 11 zusätzlich zu von der ersten Einheit 11 zu der zweiten Einheit 12 übertragen, und dies als ein Ergebnis des Einstellens der Phase Φ des Trägertaktes in der zweiten Einheit 12.
Gemäß der ersten Ausführungsform, so wie dies vorstehend beschrieben ist, wird Leistung drahtlos in einer hohen Frequenz bzw. bei einer hohen Frequenz von einigen MHz bis etwa 12 MHz zwischen dem Paar der ersten Einheit 11 und der zweiten Einheit 12 unter Verwendung von Magnetresonanz übertragen. In anderen Worten wird die Leistung zwischen der ersten Einheit 11 und der zweiten Einheit 12 über eine drahtlose Leistungsversorgung in einem Hochfrequenzband unter Verwendung von Magnetresonanz übertragen. Daher kann eine Erhöhung der Größe der Resonanzspule 22 und der Resonanzspule 42 vermieden werden, und eine Größenreduktion des peripheren Equipments kann ebenso erzielt werden. Zusätzlich kann durch die drahtlose Leistungsversorgung, welche die Magnetresonanz verwendet, die Transmissions- bzw. Übertragungseffizienz erhöht werden und diesem Vergleich zur elektromagnetischen Induktion.
Zusätzlich, gemäß der ersten Ausführungsform, steuert die Phasensteuereinheit 60 der zweiten Einheit 21 die Phase Φ des Trägertaktes, der das Schaltelement 44 steuert, basierend auf dem Strom I2, der durch den Stromsensor 61 erfasst wird. Die Größe bzw. die Menge der Leistung, welche zwischen der ersten Einheit 11 und der zweiten Einheit 12 übertragen wird, ändert sich im Ergebnis des Phasenunterschiedes bei den resonanten hohen Frequenzen. Daher wird in Bezug auf die Leistung, die zwischen der ersten Einheit 11 und der zweiten Einheit 12 übertragen wird, die Übertragungseffizienz in einfacher Weise durch das Steuern der Phase Φ in der zweiten Einheit 12 gesteuert, während die Phase des Hochfrequenzsignals, das von der ersten Einheit 11 oszilliert wird, beibehalten wird. In anderen Worten kann durch das Steuern der Phase Φ in der zweiten Einheit 12 der Phasenunterschied in den hohen Frequenzen der ersten Einheit 11 und der zweiten Einheit 12 gesteuert werden. Im Ergebnis kann die Transmissions- bzw. Übertragungseffizienz der Leistung, die zwischen der ersten Einheit 11 und der zweiten Einheit 12 übertragen wird, in einfacher Weise gesteuert werden. Daher kann eine Größenreduzierung und eine Verbesserung der Übertragungseffizienz mit einer einfachen Struktur erzielt werden.
Zusätzlich, gemäß der ersten Ausführungsform, wenn eine Phasenunterschied zwischen der ersten Einheit 11 und der zweiten Einheit 12 auftritt, dann verursacht der Phasenunterschied nur ein geringes Anwachsen der Impedanz der Resonanzspule 22 der ersten Einheit 11 oder der Resonanzspule 42 der zweiten Einheit 12. In anderen Worten, sogar wenn ein Phasenunterschied auftritt, welcher eine signifikante Verschlechterung der Übertragungseffizienz verursacht, ist alles, was passiert, ein Anwachsen des elektrischen Widerstandes in dem resonanten Verstärkerschaltkreis 21 der ersten Einheit 11 oder in dem resonanten Verstärkerschaltkreis 41 der zweiten Einheit 12, und ein unbeabsichtigter Fluss von Strom und ein Fluss von exzessivem Strom tritt nicht auf. Daher, sogar wenn eine große Leistung zwischen der ersten Einheit 11 und der zweiten Einheit 12 übertragen wird, kann die Sicherheit verbessert werden.
Gemäß der ersten Ausführungsform, als ein Ergebnis des Phasenunterschieds zwischen der ersten Einheit 11 und der zweiten Einheit 12, der durch das Steuern der Phase Φ des Trägertaktes erzeugt wird, welcher das Schaltelement 44 ansteuert, wird die Übertragungsrichtung zusätzlich zu der Leistungsübertragungseffizienz durch den Phasenunterschied gesteuert. Im Ergebnis wird Leistung, die durch die Regeneration der Last 14 erzeugt wird, die mit der zweiten Einheit 12 verbunden ist, von der zweiten Einheit 12 zu der ersten Einheit 11 übertragen. Folglich wird Energie, welche in der Last 14 erzeugt wird, die mit der zweiten Einheit 12 verbunden ist, zu einer anderen Last über die erste Einheit 11 übertragen. Daher kann Leistung bidirektional zwischen der ersten Einheit 11 und der zweiten Einheit 12 durch einen einfachen Steuerbetrieb übertragen werden, bei dem die Phase Φ des Trägertaktes in der zweiten Einheit 12 gesteuert wird, und ein Leistungsverbrauch in dem Gesamtequipment kann erzielt werden.
Gemäß der ersten Ausführungsform funktionieren die Resonanzspule 22 der ersten Einheit 11 und die Resonanzspule der zweiten Einheit 12 beide als resonante Induktivitäten des resonanten Verstärkerschaltkreises 21 und des resonanten Verstärkerschaltkreises 41. Daher ist es nicht erforderlich, dass resonante Induktivitäten getrennt in den resonanten Verstärkerschaltkreis 21 und 41 vorgesehen werden. Daher kann eine Vereinfachung der Schaltkreiskonfiguration erreicht werden und eine Verringerung der Größe des Equipments kann unterstützt werden.
(Zweite Ausführungsform)
Eine drahtlose Leistungsversorgungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform ist in 7 gezeigt.
Bei der zweiten und den nachfolgenden Ausführungsformen weisen Komponenten, die funktionell oder in der Struktur äquivalent oder ähnlich zu denen der ersten Ausführungsform sind die gleichen Bezugszeichen auf, und es wird vermieden, dass diese im Detail erläutert werden, um redundante Erläuterungen davon zu vermeiden.
Die drahtlose Leistungsversorgungsvorrichtung 10 gemäß der zweiten Ausführungsform ist ein Beispiel, bei dem zwei zweite Einheiten 71 und 72 in Bezug auf eine einzelne erste Einheit 11 vorgesehen sind. Die zweite Einheit 71 und die zweite Einheit 72 weisen beide die gleiche Struktur auf. In diesem Fall, zusätzlich zur Übertragung von Leistung zwischen der ersten Einheit 11 und der zweiten Einheit 71 und zwischen der ersten Einheit 11 und der zweiten Einheit 72 kann Leistung ebenso zwischen der zweiten Einheit 71 und der zweiten Einheit 72 mit der ersten Einheit 11, welche dann als Relay dient, übertragen werden.
8 zeigt die Ergebnisse von Tests, welche unter Verwendung der drahtlosen Leistungsversorgungsvorrichtung 10, die in 7 gezeigt ist, durchgeführt wurden. Der Strom, welcher durch die erste Einheit 11 fließt, ist I1, der Strom, welcher durch die zweiten Einheit 71 fließt, ist I3, und der Strom, welcher durch die zweite Einheit 72 fließt, ist I5. Zusätzlich ist die Phase des Trägertaktes in der zweiten Einheit 71 Φ3, und die Phase des Trägertaktes in der zweiten Einheit 72 ist Φ5. 8A zeigt ein Betriebsmuster 1, bei dem Leistung von der zweiten Einheit 71 und der zweiten Einheit 72 zu der ersten Einheit 11 übertragen wird. Bei diesem Zeitpunkt werden die Phase Φ3 der zweiten Einheit 71 und die Phase Φ5 der zweiten Einheit 72 jeweils auf Φ3 = –90° und Φ5 = –90° eingestellt. 8C zeigt ein Betriebsmuster 2, bei dem Leistung von der ersten Einheit 11 zu der zweiten Einheit 71 und der zweiten Einheit 72 übertragen wird. Zu diesem Zeitpunkt sind die Phase Φ3 der zweiten Einheit 71 und die Phase Φ5 der zweiten Einheit 72 jeweils auf Φ3 = +90° und Φ5 = +90° eingestellt. 8C zeigt ein Betriebsmuster 3, bei dem Leistung von der zweiten Einheit 71 zu der zweiten Einheit 72 über die erste Einheit 11 übertragen wird. Zu diesem Zeitpunkt ist die Phase Φ3 der zweiten Einheit 71 auf +90° eingestellt, und die Phase Φ5 der zweiten Einheit 72 ist auf –90° eingestellt. So wie dies das Betriebsmuster 3 angibt, ist es klar, dass Leistung von der zweiten Einheit 71 zu der zweiten Einheit 72 über die erste Einheit 71 übertragen werden kann.
Gemäß der zweiten Ausführungsform wird als ein Ergebnis dessen, dass die erste Einheit 11 als ein Relay dient, Leistung, die durch die Regeneration in der Last 14 erzeugt wird, die mit der zweiten Einheit 71 verbunden ist, zu der anderen zweiten Einheit 72 übertragen, welche der ersten Einheit 11 gegenüber liegt. Umgekehrt, oder in anderen Worten, kann eine Leistungsübertragung von der zweiten Einheit 72 zu der zweiten Einheit 71 ebenso in ähnlicher Weise durchgeführt werden. Daher kann Leistung zwischen den Lasten 14 ausgetauscht werden, die mit der Mehrzahl der zweiten Einheit 71 und 72 verbunden sind.
(Dritte Ausführungsform)
Eine drahtlose Leistungsversorgungsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform ist in den 9 und 10 gezeigt.
Gemäß der dritten Ausführungsform, so wie dies in 9 gezeigt ist, ist in der ersten Einheit 11 eine Leistungsumwandlungseinheit 81, welche aus dem Schaltelement 24, den Kondensator 25, den Kondensator 26, und der Spule 27 gebildet ist, auf dem Substrat 31 befestigt, auf dem die Resonanzspule 22 ausgebildet ist. Die Takterzeugungseinheit 29, welche den Trägertakt erzeugt, ist auf einer Verstärkerboardeinheit 83 befestigt, die getrennt zu dem Substrat 31 angeordnet ist. Die elektrische Speichereinheit 23 der ersten Einheit 11 ist in der Verstärkerboardeinheit 48 zusammen mit der Takterzeugungseinheit 29 vorgesehen. Währenddessen, so wie dies in 10 gezeigt ist, ist in der zweiten Einheit 12 eine Leistungsumwandlungseinheit 83, welche aus dem Schaltelement 44, dem Kondensator 45, dem Kondensator 46 und der Spule 47 gebildet ist, auf dem Substrat 51 gefestigt, auf dem die Resonanzspule 42 ausgebildet ist. Die Steuereinheit 60 ist auf der Verstärkerboardeinheit 48 befestigt, welche zu dem Substrat 51 getrennt angeordnet ist. Die elektrische Speichereinheit 43 der zweiten Einheit 12 ist auf der Verstärkerboardeinheit 48 zusammen mit der Steuereinheit 60 und dergleichen vorgesehen.
Gemäß der dritten Ausführungsform ist bei der ersten Einheit 11 das Schaltelement 42, welches das Hochfrequenzsignal mit der hohen Leistung der ersten Einheit 11 erzeugt, in der Verstärkerboardeinheit 28 vorgesehen, welche zu dem Substrat 31 getrennt angeordnet ist, auf welchem die Resonanzspule 22 ausgebildet ist. In ähnlicher Art und Weise ist in der zweiten Einheit 12 das Schaltelement 44, welches das Hochfrequenzsignal mit der großen Leistung in der zweiten Einheit 12 erzeugt, auf der Verstärkerboardeinheit 48 vorgesehen, welche getrennt zu dem Substrat 51 angeordnet ist, auf welchem die Resonanzspule 22 ausgebildet ist. Im Ergebnis sind das Schaltelement 24 und das Schaltelement 44 auf den Substraten vorgesehen, welche getrennt von der Resonanzspule 22 und der Resonanzspule 42 angeordnet sind, welche mit hohen Frequenzen oszillieren. Daher kann eine Abschirmung der Verstärkerboardeinheit 28 und der Verstärkerboardeinheit 48 von den hohen Frequenzen umgesetzt werden, und eine Rauschreduzierung kann umgesetzt werden.
(Vierte Ausführungsform)
Eine drahtlose Leistungsversorgungsvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform ist in 11 gezeigt.
Gemäß der vierten Ausführungsform sind zwei Spuleneinheiten, eine Spuleneinheit 91 und eine Spuleneinheit 92, die dem Resonanzspulenboard 90 gegenüber liegen, vorgesehen. Das Resonanzspulenboard 90 ist derart vorgesehen, dass dieses den beiden Spuleneinheiten 91 und 92 gegenüber liegt. In dem Fall der drahtlosen Leistungsversorgungsvorrichtung 10, welche hohe Frequenzen verwendet, dient eine Resonanzspule 93, welche keine Leistung verbraucht, als ein Übertragungspfad zum Übertragen von Leistung. Gemäß der vierten Ausführungsform sind die beiden Spuleneinheiten 91 und 92 mit zumindest einem der Leistungsversorgung 13 und der Last 14 verbunden. Im Ergebnis dienen die beiden Spuleneinheiten 91 und 92 als die erste Einheit und die zweite Einheit. In anderen Worten, gemäß der vierten Ausführungsform, wenn die Spuleneinheit 91 Leistung überträgt, welche zu der anderen Spuleneinheit 92 hinüberleckt, dann dient die Spuleneinheit 91 als die erste Einheit und die Spuleneinheit 92 dient als die zweite Einheit. Zusätzlich, wenn die Spuleneinheit 92 Leistung überträgt, welche zu der anderen Spuleneinheit 91 leckt, dann dient die Spuleneinheit 92 als die erste Einheit und die zweite Einheit 92 dient als die zweite Einheit.
Zusätzlich zur vierten Ausführungsform, teilen sich die zwei Spuleneinheiten 91 und 92 eine ähnliche elektrische Struktur wie diejenige der zweiten Einheit 12 gemäß der ersten Ausführungsform. In anderen Worten, gemäß der vierten Ausführungsform, dienen beide Spuleneinheiten 91 und 92 als die erste Einheit und die zweite Einheit. Daher teilen sich die Spuleneinheiten 91 und 92 die Struktur der strukturell mehr komplexen zweiten Einheit. Hier in 11 sind den Spuleneinheiten 91 und 92 die gleichen Bezugszeichen gegeben worden, wie bei der zweiten Einheit.
So wie dies vorstehend beschrieben ist, gemäß der vierten Ausführungsform, kann als ein Ergebnis der Spuleneinheiten 91 und 92, welche sich die gleiche Konfiguration teilen, unter Verwendung der Resonanzspule 92, welche auf dem Resonanzspulenboard 90 ausgebildet ist, eine bidirektionale Leistungsübertragung durchgeführt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

Heisei 24: „Das Institut der elektrischen Ingenieure von Japan”, Zenkoku Taikai 4-203 [0003]

Claims

Leistungsübertragungsvorrichtung, aufweisend: eine erste Einheit, welche elektrisch mit einer Leistungsversorgung verbunden ist; und eine zweite Einheit, welche elektrisch mit einer elektrischen Last verbunden ist, und welche eine drahtlose Leistungsübertragung zwischen den ersten und zweiten Einheiten unter Verwendung eines Magnetresonanzphänomens durchführt, wobei die erste Einheit und die zweite Einheit beide einen resonanten Verstärkerschaltkreis aufweisen, welche Schaltmittel, die durch ein Ansteuersignal angesteuert werden, eine Resonanzspule, der ein Hochfrequenzsignal, welches durch den resonanten Verstärkerschaltkreis erzeugt wird, solchermaßen zugeführt wird, dass die Resonanzspule als eine resonante Induktivität an dem resonanten Verstärkerschaltkreis dient, und elektrische Speichermittel aufweist, welche elektrisch mit dem resonanten Verstärkerschalterkreis so verbunden sind, dass diese fähig sind, Leistung aufzunehmen und abzugeben; und die zweite Einheit das Folgende beinhaltet: Stromerfassungsmittel zum Erfassen eines Stromes, welcher durch die Speichermittel fließt, und Phasensteuermittel zum Steuern einer Phase des Ansteuersignals für die Schaltmittel, basierend auf dem Strom, der durch die Stromerfassungsmittel erfasst wird.
Drahtlose Leistungsversorgungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Phasensteuermittel derart konfiguriert ist, dass dieses die Phase des Ansteuersignals zu dem Schaltsignal solchermaßen steuert, dass die Leistung bidirektional von der ersten Einheit zu der zweiten Einheit und von der zweiten Einheit zu der ersten Einheit übertragen wird.