DE112017002357T5

DE112017002357T5 - System für drahtlose leistungsversorgung, vorrichtung für drahtlose leistungsübertragung und vorrichtung für drahtlosen leistungsempfang

Info

Publication number: DE112017002357T5
Application number: DE112017002357.2T
Authority: DE
Inventors: Tatsuya Hosotani
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2016-06-06
Filing date: 2017-06-02
Publication date: 2019-01-17
Also published as: US10756577B2; US20190089200A1; JPWO2017213031A1; WO2017213031A1; CN109314407B; JP6711401B2; CN109314407A

Abstract

Ein System für drahtloses Leistungsversorgung (301) umfasst eine Leistungsübertragungsvorrichtung (101) und eine Leistungsempfangsvorrichtung (201). Eine Steuerschaltung (12) in der Leistungsübertragungsvorrichtung (101) lässt eine Leistungsübertragungsschaltung (11) unter Verwendung eines Pulsdichtemodulationssteuerungsverfahrens zum Steuern von Dichte von Schwingungspulsen über einen vorbestimmten Zeitraum in der Beziehung De1 > De2 > De3 arbeiten, wobei De1 die Pulsdichte angibt, die auf der Grundlage eines Ergebnisses der Demodulation eines Übertragungssignals von der Leistungsempfangsvorrichtung ermittelt wird, De2 die Pulsdichte in einem Zustand angibt, in dem ein von der Leistungsübertragungsschaltung (11) detektierter Ausgabewert einen vorbestimmten Wert erreicht, und De3 die Pulsdichte in einem Zustand angibt, in dem ein detektierter Temperaturwert eines Schaltelements (Q11, Q12) einen vorbestimmten Wert erreicht.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein System für drahtlose Leistungsversorgung zum drahtlosen Liefern von Hochfrequenzleistung von einer Leistungsübertragungsvorrichtung zu einer Leistungsempfangsvorrichtung sowie eine Vorrichtung für drahtlose Leistungsübertragung und eine Vorrichtung für drahtlosen Leistungsempfang, die in dem System enthalten sind.
Technischer Hintergrund
Bei einem System für drahtlose Leistungsversorgung zum drahtlosen Liefern von Leistung von einer Leistungsübertragungsvorrichtung zu einer Leistungsempfangsvorrichtung durch Magnetfeldkopplung umfasst die Leistungsübertragungsvorrichtung eine Leistungsübertragungsspule und die Leistungsempfangsvorrichtung umfasst eine Leistungsempfangsspule. Als Beispiel für ein solches System für drahtlose Leistungsversorgung wird in Patentschrift 1 ein System für drahtlose Leistungsversorgung beschrieben, bei dem eine Leistungsübertragungsspule und eine Leistungsempfangsspule auch zum Senden von Signalen verwendet werden.
Bei dem in Patentschrift 1 beschriebenen System für drahtlose Leistungsversorgung moduliert eine mit der Leistungsempfangsspule verbundene Resonanzfrequenzänderungsschaltung die Resonanzfrequenz eines Resonanzkreises und überlagert so eine Trägerwelle mit einem Lastmodulationssignal, und eine Detektorschaltung in der Leistungsübertragungsvorrichtung detektiert das Modulationssignal und empfängt so ein Signal von der Leistungsempfangsvorrichtung. Die Leistungsübertragungsvorrichtung steuert die gelieferte Leistung gemäß dem Signal von der Leistungsempfangsvorrichtung entsprechend.
Liste zitierter Schriften
Patentschrift
Patentschrift 1: Internationale Veröffentlichung Nr. 2013-042570
Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Bei einem System für drahtlose Leistungsversorgung ändern sich relative Positionen der Leistungsübertragungsspule und Leistungsempfangsspule, der Grad der Kopplung zwischen der Leistungsübertragungsspule und Leistungsempfangsspule, der Leistungsverbrauch von Last, die Eingangsspannung der Leistungsübertragungsvorrichtung und andere Faktoren unabhängig. Somit ist es schwierig, die Leistungsübertragungsschaltung und Leistungsempfangsschaltung vor anomalen Bedingungen zu schützen und Leistung von der Leistungsübertragungsvorrichtung effizient zur Leistungsempfangsvorrichtung zu liefern.
Die Vereinbarkeit zwischen der Gewährleistung der Sicherheit und Zuverlässigkeit und der Verbesserung der Effizienz durch Schützen der Leistungsübertragungsschaltung und Leistungsempfangsschaltung und Steigern der Effizienz der drahtlosen Leistungsversorgung wurde bisher nicht grundlegend erreicht.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein System für drahtlose Leistungsversorgung, das ein Gewährleisten der Sicherheit und Zuverlässigkeit des Systems für drahtlose Leistungsversorgung und ein Verbessern der Effizienz der Leistungsversorgung erreicht, sowie eine Vorrichtung für drahtlose Leistungsübertragung und eine Vorrichtung für drahtlosen Leistungsempfangs, die in diesem System enthalten sind, zu erhalten.
Lösung des Problems
(1) Ein System für drahtlose Leistungsversorgungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst
eine Leistungsübertragungsvorrichtung mit einer Leistungsübertragungsspule und einer Leistungsübertragungsschaltung, die konfiguriert ist, um der Leistungsübertragungsspule Hochfrequenzleistung zu liefern, und
eine Leistungsempfangsvorrichtung mit einer mit der Leistungsübertragungsspule gekoppelten Leistungsempfangsspule, einer Leistungsempfangsschaltung, die konfiguriert ist, um von der Leistungsempfangsspule empfangene Hochfrequenzleistung in Gleichstromleistung umzuwandeln, und einer Lastschaltung, die konfiguriert ist, um die Gleichstromleistung zu verbrauchen.
Die Leistungsempfangsvorrichtung umfasst eine Lastdetektionseinheit, die konfiguriert ist, um einen Zustand einer Last zu detektieren, eine Signalerzeugungseinheit, die konfiguriert ist, um ein zu der Leistungsübertragungsvorrichtung zu richtendes Übertragungssignal auf der Grundlage eines Ergebnisses der Detektion durch die Lastdetektionseinheit zu erzeugen, und eine Übertragungssignalsteuerschaltung, die konfiguriert ist, um das Übertragungssignal unter Verwendung von Kopplung zwischen der Leistungsübertragungsspule und der Leistungsempfangsspule zu senden.
Die Leistungsübertragungsvorrichtung umfasst eine Demodulationsschaltung, die konfiguriert ist, um das Übertragungssignal zu demodulieren, eine Ausgabedetektionseinheit, die konfiguriert ist, um durch Betrieb der Leistungsübertragungsschaltung ausgegebene Leistung zu detektieren, eine Temperaturdetektionseinheit, die konfiguriert ist, um Temperatur eines Heizabschnitts der Leistungsübertragungsvorrichtung zu detektieren, und eine Steuerschaltung, die konfiguriert ist, um die Leistungsübertragungsschaltung zu steuern.
Die Steuerschaltung lässt die Leistungsübertragungsschaltung unter Verwendung eines Pulsdichtemodulationssteuerungsverfahrens zum Steuern eines Leistungsflusses durch Ändern von Dichte von Schwingungspulsen über einen vorbestimmten Zeitraum in der Beziehung De1 > De2 > De3 für Pulsdichten De1, De2 und De3 arbeiten, wobei De1 die Pulsdichte angibt, die auf der Grundlage eines Ergebnisses der Demodulation durch die Demodulationsschaltung ermittelt wird, De2 die Pulsdichte in einem Zustand angibt, in dem ein von der Ausgabedetektionseinheit detektierter Wert einen vorbestimmten Wert erreicht, und De3 die Pulsdichte in einem Zustand angibt, in dem ein von der Temperaturdetektionseinheit detektierter Wert einen vorbestimmten Wert erreicht.
Bei der vorstehend beschriebenen Konfiguration wird während des Arbeitens der Leistungsübertragungsschaltung nach dem Pulsdichtemodulationssteuerungsverfahren in einem Zustand, in dem die Temperaturdetektionseinheit den vorbestimmten Temperaturwert erreicht (d.h. bei Detektieren von Überhitzung), die Pulsdichte am stärksten begrenzt, und in einem Zustand, in dem die Ausgabedetektionseinheit den vorbestimmten Ausgabewert erreicht (d.h. die Ausgabe erreicht den oberen Grenzwert), wird die Pulsdichte als Nächstes begrenzt. In anderen Zuständen wird die Pulsdichtemodulationssteuerung an der Leistungsübertragungsschaltung durchgeführt, wobei die Pulsdichte auf der Grundlage eines Ergebnisses der Demodulation durch die Demodulationsschaltung ermittelt wird.
Demgemäß wird ein Überhitzungszustand des Heizabschnitts der Leistungsübertragungsvorrichtung oder ein Zustand, in dem die Leistungsübertragungsvorrichtung übermäßige Leistung liefert, beschränkt, und in anderen Normalzuständen wird die Pulsdichtemodulation an der Leistungsübertragungsvorrichtung durchgeführt, wobei die Pulsdichte auf einer Rückmeldung beruht, die einem Übertragungssignal von der Leistungsempfangsvorrichtung entspricht. Dadurch wird die Leistung mit hoher Effizienz geliefert.
(2) Das System für drahtlose Leistungsversorgung kann vorzugsweise weiterhin einen Leistungsübertragungsresonanzkondensator, der zusammen mit der Leistungsübertragungsspule einen Leistungsübertragungsresonanzkreis bildet, und einen Leistungsempfangsresonanzkondensator, der zusammen mit der Leistungsempfangsspule einen Leistungsempfangsresonanzkreis bildet, umfassen.
Die Signalerzeugungseinheit kann vorzugsweise eine Resonanzmodulationsschaltung umfassen, die konfiguriert ist, um Eingangsimpedanz von der Leistungsübertragungsschaltung in Richtung der Lastschaltung gesehen zu ändern und einen Zustand zu schalten, in dem eine elektromagnetische Resonanzbedingung basierend auf elektromagnetischer Kopplung zwischen dem Leistungsübertragungsresonanzkreis und dem Leistungsempfangsresonanzkreis erfüllt ist oder nicht.
Die Demodulationsschaltung kann das Übertragungssignal vorzugsweise auf der Grundlage einer Variablen demodulieren, die sich entsprechend dem Zustand ändert, bei dem die elektromagnetische Resonanzbedingung erfüllt ist oder nicht.
Bei der vorstehend beschriebenen Konfiguration werden selbst bei Schwankung der Amplitude oder Phase der Resonanzspannung in dem Leistungsübertragungsresonanzkreis aufgrund von inkonstanten Zuständen der Leistungsübertragungsvorrichtung und der Leistungsempfangsvorrichtung Signale von der Leistungsempfangsvorrichtung zu der Leistungsübertragungsvorrichtung mit hoher Stabilität gesendet.
(3) So kann beispielsweise die Leistungsempfangsschaltung eine Gleichrichtungs- und Glättungsschaltung umfassen, die konfiguriert ist, um in der Leistungsempfangsspule auftretende Spannung in Gleichspannung umzuwandeln, und die Lastdetektionseinheit kann den Zustand der Last auf der Grundlage der Gleichspannung detektieren.
Bei der vorstehend beschriebenen Konfiguration wird die der Last gelieferte Spannung detektiert, und die Rückmeldung zu der Leistungsübertragungsvorrichtung führt zum Stabilisieren der der Last gelieferten Spannung.
(4) Beispielsweise kann die Steuerschaltung Schwingung begrenzen, indem sie den von der Temperaturdetektionseinheit detektierten Wert mit einem vorbestimmten Schwellenwert vergleicht, bevor sie Schwingung durch Vergleichen des von der Ausgabedetektionseinheit detektierten Wertes mit einem vorbestimmten Ausgabewert begrenzt.
Bei der vorstehend beschriebenen Konfiguration wird, wenn Schutz vor Überhitzung wichtiger ist als Schutz vor Leistungsüberversorgung, die Sicherheit erhöht.
(5) Beispielsweise kann die Steuerschaltung Schwingung begrenzen, indem sie den von der Ausgabedetektionseinheit detektierten Wert mit dem vorbestimmten Ausgabewert vergleicht, bevor sie Schwingung durch Vergleichen des von der Temperaturdetektionseinheit detektierten Wertes mit dem vorbestimmten Temperaturwert begrenzt.
Bei der vorstehend beschriebenen Konfiguration wird die Sicherheit erhöht, wenn Schutz vor Leistungsüberversorgung wichtiger ist als Schutz vor Überhitzung.
(6) Eine Vorrichtung für drahtlose Leistungsübertragung gemäß der vorliegenden Erfindung bildet zusammen mit einer Leistungsempfangsvorrichtung, die eine Leistungsempfangsspule, eine Leistungsempfangsschaltung, die konfiguriert ist, um von der Leistungsempfangsspule empfangene Hochfrequenzleistung in Gleichstromleistung umzuwandeln, eine Lastschaltung, die konfiguriert ist, um die Gleichstromleistung zu verbrauchen, eine Lastdetektionseinheit, die konfiguriert ist, um einen Zustand der Lastschaltung zu detektieren, eine Signalerzeugungseinheit, die konfiguriert ist, um ein Übertragungssignal auf der Grundlage eines Ergebnisses der Detektion durch die Lastdetektionseinheit zu erzeugen, und eine Übertragungssignalsteuerschaltung, die konfiguriert ist, um das Übertragungssignal unter Verwendung der Leistungsempfangsspule zu senden, umfasst, ein System für drahtlose Leistungsversorgung.
Die Vorrichtung für drahtlose Leistungsübertragung umfasst eine mit der Leistungsempfangsspule gekoppelte Leistungsübertragungsspule, eine Leistungsübertragungsschaltung, die konfiguriert ist, um der Leistungsübertragungsspule Hochfrequenzleistung zu liefern, eine Demodulationsschaltung, die konfiguriert ist, um das Übertragungssignal zu demodulieren, eine Ausgabedetektionseinheit, die konfiguriert ist, um durch Betrieb der Leistungsübertragungsschaltung ausgegebene Leistung zu detektieren, eine Temperaturdetektionseinheit, die konfiguriert ist, um Temperatur eines Heizabschnitts der Leistungsübertragungsschaltung zu detektieren, und eine Steuerschaltung, die konfiguriert ist, um die Leistungsübertragungsschaltung zu steuern.
Die Steuerschaltung lässt die Leistungsübertragungsschaltung unter Verwendung eines Pulsdichtemodulationssteuerungsverfahrens zum Steuern eines Leistungsflusses durch Ändern der Dichte von Schwingungspulsen über einen vorbestimmten Zeitraum in der Beziehung De1 > De2 > De3 für Pulsdichten De1, De2 und De3 arbeiten, wobei De1 die Pulsdichte angibt, die auf der Grundlage eines Ergebnisses der Demodulation durch die Demodulationsschaltung ermittelt wird, De2 die Pulsdichte in einem Zustand angibt, in dem ein von der Ausgabedetektionseinheit detektierter Wert einen vorbestimmten Wert erreicht, und De3 die Pulsdichte in einem Zustand angibt, in dem ein von der Temperaturdetektionseinheit detektierter Wert einen vorbestimmten Wert erreicht.
Bei der vorstehend beschriebenen Konfiguration wird ein Überhitzungszustand des Heizabschnitts der Leistungsübertragungsvorrichtung oder ein Zustand, in dem die Leistungsübertragungsvorrichtung übermäßige Leistung liefert, beschränkt, und in anderen Normalzuständen wird die Pulsdichtemodulation an der Leistungsübertragungsvorrichtung durchgeführt, wobei die Pulsdichte auf einer Rückmeldung beruht, die einem Übertragungssignal von der Leistungsempfangsvorrichtung entspricht. Dadurch wird die Leistung mit einem hohen Grad an Effizienz geliefert.
(7) Zusammen mit einer Leistungsübertragungsvorrichtung, welche umfasst: eine Leistungsübertragungsspule, einen Leistungsübertragungsresonanzkondensator, der zusammen mit der Leistungsübertragungsspule einen Leistungsübertragungsresonanzkreis bildet, eine Leistungsübertragungsschaltung, die konfiguriert ist, um der Leistungsübertragungsspule Hochfrequenzleistung zu liefern, eine Demodulationsschaltung, die konfiguriert ist, um ein Übertragungssignal zu demodulieren, eine Ausgabedetektionseinheit, die konfiguriert ist, um durch Betrieb der Leistungsübertragungsschaltung ausgegebene Leistung zu detektieren, eine Temperaturdetektionseinheit, die konfiguriert ist, um Temperatur eines Heizabschnitts zu detektieren, und eine Steuerschaltung, die konfiguriert ist, um die Leistungsübertragungsschaltung unter Verwendung eines Pulsdichtemodulationssteuerungsverfahrens zum Steuern eines Leistungsflusses durch Ändern der Dichte von Schwingungspulsen über einen vorbestimmten Zeitraum in der Beziehung De1 > De2 > De3 für Pulsdichten De1, De2 und De3 arbeiten zu lassen, wobei De1 die Pulsdichte angibt, die auf der Grundlage eines Ergebnisses der Demodulation durch die Demodulationsschaltung ermittelt wird, De2 die Pulsdichte in einem Zustand angibt, in dem ein von der Ausgabedetektionseinheit detektierter Wert einen vorbestimmten Wert erreicht, und De3 die Pulsdichte in einem Zustand angibt, in dem ein von der Temperaturdetektionseinheit detektierter Wert einen vorbestimmten Wert erreicht, bildet eine Vorrichtung für drahtlosen Leistungsempfang gemäß der vorliegenden Erfindung ein drahtloses Leistungsversorgungssystem.
Die Vorrichtung für drahtlosen Leistungsempfang umfasst eine mit der Leistungsübertragungsspule gekoppelte Leistungsempfangsspule, einen Leistungsempfangsresonanzkondensator, der zusammen mit der Leistungsempfangsspule einen Leistungsempfangsresonanzkreis bildet, eine Leistungsempfangsschaltung, die konfiguriert ist, um von der Leistungsempfangsspule empfangene Hochfrequenzleistung in Gleichstromleistung umzuwandeln, eine Lastschaltung, die konfiguriert ist, um die Gleichstromleistung zu verbrauchen, eine Lastdetektionseinheit, die konfiguriert ist, um einen Zustand einer Last zu detektieren, eine Signalerzeugungseinheit, die konfiguriert ist, um das zu der Leistungsübertragungsvorrichtung zu richtende Übertragungssignal auf der Grundlage eines Ergebnisses der Detektion durch die Lastdetektionseinheit zu erzeugen, eine Übertragungssignalsteuerschaltung, die konfiguriert ist, um das Übertragungssignal unter Verwendung von Kopplung zwischen der Leistungsübertragungsspule und der Leistungsempfangsspule zu senden, und
eine Resonanzmodulationsschaltung, die konfiguriert ist, um Eingangsimpedanz von der Leistungsübertragungsschaltung in Richtung der Lastschaltung gesehen zu ändern und einen Zustand zu schalten, in dem eine elektromagnetische Resonanzbedingung basierend auf elektromagnetischer Kopplung zwischen dem Leistungsübertragungsresonanzkreis und dem Leistungsempfangsresonanzkreis erfüllt ist oder nicht.
Die Übertragungssignalsteuerschaltung wandelt das Übertragungssignal in einen Änderungsbetrag der Eingangsimpedanz für einen bestimmten Zeitraum zeitlicher Änderung um und steuert die Resonanzmodulationsschaltung.
Bei der vorstehend beschriebenen Konfiguration wird ein Überhitzungszustand des Heizabschnitts der Leistungsübertragungsvorrichtung oder ein Zustand, in dem die Leistungsübertragungsvorrichtung übermäßige Leistung liefert, beschränkt, und in anderen Normalzuständen wird die Pulsdichtemodulation an der Leistungsübertragungsvorrichtung durchgeführt, wobei die Pulsdichte auf einer Rückmeldung beruht, die einem Übertragungssignal von der Leistungsempfangsvorrichtung entspricht. Dadurch wird die Leistung mit einem hohen Grad an Effizienz geliefert.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Erfindungsgemäß sind ein System für drahtlose Leistungsversorgung, das Gewährleisten der Sicherheit und Zuverlässigkeit und Verbessern der Effizienz des Systems für drahtlose Leistungsversorgung erreicht, sowie eine Vorrichtung für drahtlose Leistungsübertragung und eine Vorrichtung für drahtlosen Leistungsempfang, die in diesem System enthalten sind, erhaltbar.
Figurenliste

1 ist ein Schaltplan einer Vorrichtung für drahtlose Leistungsübertragung, einer Vorrichtung für drahtlosen Leistungsempfang und eines daraus gebildeten Systems für drahtlose Leistungsversorgung gemäß einer ersten Ausführungsform.
2 veranschaulicht ein Beispiel für eine Pulsdichtemodulationssteuerung durch eine Steuerschaltung 12.
3 ist ein Flussdiagramm, das die Einzelheiten der Abarbeitung durch die Steuerschaltung 12 in einer Leistungsübertragungsvorrichtung 101 veranschaulicht.
4 ist ein Flussdiagramm, das die Einzelheiten der Abarbeitung bei Schritt S12 (Signaldemodulation) von 3 veranschaulicht.
5 ist ein Flussdiagramm, das die Einzelheiten der Abarbeitung durch die Übertragungssignalsteuerschaltung 26 in einer Leistungsempfangsvorrichtung 201 veranschaulicht.
6 ist ein Schaltplan eines anderen Systems für drahtlose Leistungsversorgung gemäß der ersten Ausführungsform.
7 ist ein Flussdiagramm, das die Einzelheiten der Abarbeitung durch die Steuerschaltung 12 in der Leistungsübertragungsvorrichtung 101 in einem System für drahtlose Leistungsversorgung gemäß einer zweiten Ausführungsform darstellt.
8 ist ein Schaltbild eines Systems für drahtlose Leistungsversorgung 303 gemäß einer dritten Ausführungsform.
9(A) ist ein Schaltplan einer Leistungsempfangsvorrichtung 204A gemäß einer vierten Ausführungsform, 9(B) ist ein Schaltplan einer Leistungsempfangsvorrichtung 204B gemäß der dritten Ausführungsform und 9(C) ist ein Schaltplan einer Leistungsempfangsvorrichtung 204C gemäß der dritten Ausführungsform.

Beschreibung von Ausführungsformen
Nachstehend werden mehrere Ausführungsformen zur Durchführung der vorliegenden Erfindung anhand mehrerer spezifischer Beispiele unter Bezugnahme auf Zeichnungen beschrieben. In den gleichen Bereichen der Zeichnungen werden die gleichen Bezugszeichen verwendet. Im Hinblick auf die Erläuterung von Hauptpunkten oder die Erleichterung des Verständnisses werden die Ausführungsformen aus Gründen der Übersichtlichkeit separat dargestellt. Die in verschiedenen Ausführungsformen dargestellten Konfigurationen können ersetzt oder zum Teil kombiniert werden. Die Beschreibung von Elementen in der zweiten und den nachfolgenden Ausführungsformen, die die gleichen wie in der ersten Ausführungsform sind, entfällt, und es werden nur unterschiedliche Punkte beschrieben. Insbesondere werden im Wesentlichen die gleichen Vorteile bei Betrieb, die sich aus im Wesentlichen den gleichen Konfigurationen ergeben, nicht in jeder Ausführungsform ausführlich beschrieben.
«Erste Ausführungsform»
1 ist ein Schaltplan einer Vorrichtung für drahtlose Leistungsübertragung, einer Vorrichtung für drahtlosen Leistungsempfang und eines daraus gebildeten Systems für drahtlose Leistungsversorgung gemäß einer ersten Ausführungsform.
Ein System für drahtlose Leistungsversorgung 301A ist aus einer Vorrichtung für drahtlose Leistungsübertragung 101 und einer Vorrichtung für drahtlosen Leistungsempfang 201 gebildet. Die Vorrichtung für drahtlose Leistungsübertragung (nachstehend einfach als „Leistungsübertragungsvorrichtung“ bezeichnet) 101 umfasst einen Leistungsübertragungsresonanzkreis 19 mit einer Leistungsübertragungsspule 10 und einem Resonanzkondensator C10 und eine Leistungsübertragungsschaltung 11, die konfiguriert ist, um der Leistungsübertragungsspule 10 Hochfrequenzleistung zu liefern. Die Vorrichtung für drahtlosen Leistungsempfang (nachstehend einfach als „Leistungsempfangsvorrichtung“ bezeichnet) 201 umfasst einen Leistungsempfangsresonanzkreis 29 mit einem mit der Leistungsübertragungsspule 10 gekoppelten Magnetfeld der Leistungsempfangsspule 20 und einem Resonanzkondensator C21, eine Leistungsempfangsschaltung 21, die konfiguriert ist, um Hochfrequenzleistung, die von der Leistungsempfangsspule 20 empfangen wird, in Gleichstromleistung umzuwandeln, und eine Lastschaltung 22, die konfiguriert ist, um Gleichstromleistung zu verbrauchen.
Der Leistungsübertragungsresonanzkreis 19 und der Leistungsempfangsresonanzkreis 29 sind elektromagnetisch miteinander gekoppelt. Bei dieser elektromagnetischen Kopplung interagieren der Leistungsübertragungsresonanzkreis 19 und der Leistungsempfangsresonanzkreis 29, die getrennt voneinander angeordnet sind, durch Magnetkopplung, Elektrofeldkopplung oder eine Kombination derselben miteinander, wobei die Magnetfeldenergie und die Elektrofeldenergie dieser Resonanzkreise im Austausch miteinander verbunden sind und Vibration auftritt.
Bei dem Leistungsübertragungsresonanzkreis 19 werden, hauptsächlich zwischen der Leistungsübertragungsspule 10 und dem Leistungsübertragungsresonanzkondensator C10, deren Magnetfeldenergie und elektrische Feldenergie ausgetauscht, und es tritt elektrische Vibration auf.
Bei dem Leistungsempfangsresonanzkreis 29 werden, hauptsächlich zwischen der Leistungsempfangsspule 20 und dem Leistungsempfangsresonanzkondensator C21, deren Magnetfeldenergie und elektrische Feldenergie ausgetauscht, und es tritt elektrische Vibration auf. Wenn diese Elemente eine elektromagnetische Resonanzbedingung erfüllen, wird eine elektromagnetische Resonanz hergestellt.
Die Leistungsempfangsvorrichtung 201 umfasst eine Resonanzmodulationsschaltung 23, die konfiguriert ist, um einen Zustand zu schalten, in dem die vorstehend beschriebene elektromagnetische Resonanzbedingung erfüllt ist oder nicht, indem sie Eingangsimpedanz von der Leistungsübertragungsschaltung 11 in Richtung der Lastschaltung 22 gesehen ändert. Die Leistungsempfangsvorrichtung 201 umfasst eine Übertragungssignalsteuerschaltung 26, die konfiguriert ist, um ein Übertragungssignal in den Änderungsbetrag der vorstehenden Eingangsimpedanz für einen bestimmten Zeitraum zeitlicher Änderung umzuwandeln und die Resonanzmodulationsschaltung 23 zu steuern.
In einem Zustand, in dem die vorstehende elektromagnetische Resonanzbedingung erfüllt ist, ist der fiktive Teil der Eingangsimpedanz, gesehen von der Leistungsübertragungsschaltung 11 in Richtung der Lastschaltung (d.h. die Eingangsimpedanz, gesehen von der Leistungsübertragungsseite in Richtung der Leistungsempfangsseite bei einer Schaltfrequenz), null oder nahezu unendlich. In einem Zustand, in dem die elektromagnetische Resonanzbedingung nicht erfüllt ist, hat der fiktive Teil der vorstehenden Eingangsimpedanz einen Wert.
Wie nachstehend beschrieben umfasst die Leistungsübertragungsvorrichtung 101 eine Modulationsschaltung, die konfiguriert ist, um den Zustand zu bestimmen, in dem die elektromagnetische Resonanzbedingung erfüllt ist oder nicht, und den Betrag der Änderung des Ergebnisses der Bestimmung für einen bestimmten Zeitraum zeitlicher Änderung in ein Übertragungssignal zu demodulieren.
Die Leistungsübertragungsschaltung 11 umfasst die Steuerschaltung 12, Schaltelemente Q11 und Q12, Kondensatoren C10 und C11, einen Stromdetektionswiderstand R1, ein Temperaturdetektionselement 18 und eine Resonanzspannungsdetektionsschaltung 13. Die Steuerschaltung 12 schaltet die Schaltelemente Q11 und Q12 ein oder aus. Die Leistungsübertragungsspule 10 und der Kondensator C10 bilden den Leistungsübertragungsresonanzkreis 19. Der Kondensator C11 stabilisiert die Eingangsspannung und unterdrückt eine harmonische Komponente von Spannung und Strom.
Die Steuerschaltung 12 schaltet die Schaltelemente Q11 und Q12 durch Pulsdichtemodulation (PDM), die die Dichte von Schwingungspulsen für einen vorbestimmten Zeitraum steuert. Durch dieses Schalten der Schaltelemente Q11 und Q12 fließt im Leistungsübertragungsresonanzkreis 19 ein Resonanzstrom.
Eine Resonanzfrequenz f0 des Resonanzkreises 19 ist eine für Leistungsversorgung geeignete Frequenz und kann eine Frequenz von nicht weniger als 6 MHz und nicht mehr als 14 MHz sein. Ein konkretes Beispiel dafür kann 6,78 MHz sein, das eines der ISM-Bänder ist.
Das Temperaturdetektionselement 18 befindet sich in der Nähe der Schaltelemente Q11 und Q12 oder in einer Position, in der es thermisch damit verbunden ist. Die Steuerschaltung 12 detektiert Temperaturen der Schaltelemente Q11 und Q12, die Heizelemente sind, mithilfe des Temperaturdetektionselements 18. Wenn beispielsweise das Temperaturdetektionselement 18 ein temperaturempfindliches Widerstandselement, wie beispielsweise ein Thermistor, ist, liest die Steuerschaltung 12 eine Spannung, die sich mit einer Änderung des Widerstandswertes des Temperaturdetektionselements 18 ändert. Ein Teil der Steuerschaltung 12, der diese Abarbeitung durchführt, entspricht der erfindungsgemäßen „Temperaturdetektionseinheit“.
Ein von einer Eingangsleistungsquelle E zugeführter Eingangsgleichstrom idc fließt durch den Stromdetektionswiderstand R1 zu der Leistungsübertragungsschaltung 11. Die Steuerschaltung 12 detektiert den von der Eingangsleistungsquelle E gelieferten Eingangsgleichstrom idc durch Lesen eines Spannungsabfalls, der durch den Stromdetektionswiderstand R1 verursacht wird. Der Eingangsgleichstrom idc ist proportional zur Größe des Hochfrequenzstroms, der durch Betrieb der Leistungsübertragungsschaltung 11 ausgegeben wird.
Die Resonanzspannungsdetektionsschaltung 13 detektiert die Resonanzspannung des aus der Leistungsübertragungsspule 10 und dem Resonanzkondensator C10 gebildeten Resonanzkreises und wandelt sie in eine zur Resonanzspannung proportionale Gleichspannung um. Diese Gleichspannung wird von der Steuerschaltung 12 gelesen.
Die Steuerschaltung 12 detektiert einen Wert, der der Größe der Leistung entspricht, die durch Betrieb der Leistungsübertragungsschaltung 11 auf der Grundlage des vorstehenden Eingangsgleichstroms idc und der Gleichspannung proportional zur Resonanzspannung ausgegeben wird. Ein Teil der Steuerschaltung 12, der diese Detektionsabarbeitung durchführt, entspricht der erfindungsgemäßen „Ausgabedetektionseinheit“.
Die Leistungsempfangsschaltung 21 umfasst die vorstehend beschriebene Resonanzmodulationsschaltung 23, eine Gleichrichterschaltung 24, einen Kondensator C22, eine Spannungsdetektionschaltung 25 und die vorstehend beschriebene Übertragungssignalsteuerschaltung 26.
Die Resonanzmodulationsschaltung 23 umfasst Schaltelemente Q20P und Q20N sowie Kondensatoren C20P, C20N und C21. Die Leistungsempfangsspule 20 und die Kondensatoren C20P, C20N und C21 bilden den Leistungsempfangsresonanzkreis 29. Die Kondensatoren C20P, C20N und C21 sind ein Beispiel für einen „Resonanzkondensator“ gemäß der vorliegenden Erfindung. In einem ausgeschalteten Zustand der Schaltelemente Q20P und Q20N wird die Resonanzfrequenz des Leistungsempfangsresonanzkreises 29 hauptsächlich durch die Kapazität des Kondensators C21 und die Induktivität der Leistungsempfangsspule 20 bestimmt. In einem eingeschalteten Zustand der Schaltelemente Q20P und Q20N wird die Resonanzfrequenz des Leistungsempfangsresonanzkreises 29 hauptsächlich durch die parallele kombinierte Kapazität der Kondensatoren C20P, C20N und C21 und die Induktivität der Leistungsempfangsspule 20 bestimmt.
Die Gleichrichterschaltung 24 nimmt eine Gleichrichtung der Resonanzspannung des vorstehenden Leistungsempfangsresonanzkreises 29 vor, und der Kondensator C22 glättet die gleichgerichtete Spannung. Die Spannungsdetektionsschaltung 25 detektiert Ausgangsspannung der Leistungsempfangsschaltung 21 (die der Lastschaltung 22 zugeführte Spannung). Die Spannungsdetektionsschaltung 25 ist ein Beispiel für eine „Lastdetektionseinheit“ gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Übertragungssignalsteuerschaltung 26 schaltet den Zustand der Schaltelemente Q20P und Q20N. Diese Maßnahme schaltet die Resonanzfrequenz des vorstehend beschriebenen Leistungsempfangsresonanzkreises 29. Wenn hier die Resonanzfrequenz in dem Zustand, in dem sich die Schaltelemente Q20P und Q20N in einem Aus-Zustand befinden, als f1 ausgedrückt wird und die Resonanzfrequenz in dem Zustand, in dem sich die Schaltelemente Q20P und Q20N in einem Ein-Zustand befinden, als f2 ausgedrückt wird, f1 ≠ f2. Die Schaltungskonstante wird so eingestellt, dass die Frequenz f1 oder Frequenz f2 gleich der Resonanzfrequenz f0 des Leistungsübertragungsresonanzkreises 19 ist.
Wenn die Beziehung f0 = f1 ≠ f2 eingestellt ist, ist, wenn sich die vorstehenden Schaltelemente Q20P und Q20N in einem Aus-Zustand befinden, d.h. wenn die Resonanzfrequenz der Resonanzmodulationsschaltung 23 f1 ist, die elektromagnetische Resonanzbedingung für den Leistungsübertragungsresonanzkreis 19 und den Leistungsempfangsresonanzkreis 29 erfüllt. Wenn sich die vorstehenden Schaltelemente Q20P und Q20N in einem eingeschalteten Zustand befinden, d.h. wenn die Resonanzfrequenz des Leistungsempfangsresonanzkreises 29 f2 ist, sind der Leistungsübertragungsresonanzkreis 19 und der Leistungsempfangsresonanzkreis 29 nicht resonant miteinander gekoppelt. D.h. die Bedingung der elektromagnetischen Resonanz ist nicht erfüllt. Auf diese Weise wird durch Ein- und Ausschalten der Schaltelemente Q20P und Q20N ermittelt, ob die vorstehende elektromagnetische Resonanzbedingung erfüllt ist oder nicht. Die Übertragungssignalsteuerschaltung 26 ist ein Beispiel für eine „Signalerzeugungseinheit“ gemäß der vorliegenden Erfindung.
Bei der Leistungsübertragungsschaltung 11 variiert die Strommenge, die von der Eingangsleistungsquelle E geliefert wird, je nach dem Zustand, in dem die vorstehende elektromagnetische Resonanzbedingung erfüllt ist oder nicht. In einem Zustand, in dem eine elektromagnetische Resonanz vorliegt, ist die Energiemenge, die von dem Leistungsübertragungsresonanzkreis 19 an den Leistungsempfangsresonanzkreis 29 geliefert wird, größer als diejenige in einem Zustand, in dem sie nicht vorliegt. D.h. in dem Zustand, in dem die elektromagnetische Resonanz vorliegt, ist die Strommenge, die von der Eingangsleistungsquelle E an die Leistungsübertragungsschaltung 11 geliefert wird, größer als in dem Zustand, in dem sie nicht vorliegt.
Die vorstehende Steuerschaltung 12 demoduliert das vorstehende Übertragungssignal durch Detektieren des Zustands, in dem die vorstehende elektromagnetische Resonanzbedingung erfüllt ist oder nicht, basierend auf dem Spannungsabfall des vorstehenden Stromdetektionswiderstandes R1 oder der Ausgangsspannung der Resonanzspannungsdetektionsschaltung 13. Ein Teil der Steuerschaltung 12, der diese Abarbeitung durchführt, entspricht der erfindungsgemäßen „Demodulationsschaltung“.
Durch die vorstehend beschriebene Maßnahme sendet die Leistungsempfangsvorrichtung 201 vorbestimmte Informationen (Übertragungssignal) an die Leistungsübertragungsvorrichtung 101.
Die vorstehende Steuerschaltung 12 lässt die Leistungsübertragungsschaltung 11 unter Verwendung des Pulsdichtemodulationssteuerungsverfahrens, welches den Stromfluss durch Ändern der Dichte von Schwingungspulsen über einen vorbestimmten Zeitraum steuert, in der Beziehung De1 > De2 > De3 für Pulsdichten De1, De2 und De3 arbeiten, wobei De1 die Pulsdichte angibt, die auf der Grundlage eines Ergebnisses der Demodulation durch die Demodulationsschaltung ermittelt wird, De2 die Pulsdichte in dem Zustand angibt, in dem ein von der Ausgabedetektionseinheit detektierter Wert einen vorbestimmten Wert erreicht, und De3 die Pulsdichte in dem Zustand angibt, in dem ein von der Temperaturdetektionseinheit detektierter Wert einen vorbestimmten Wert erreicht.
2 veranschaulicht ein Beispiel für eine Pulsdichtemodulationssteuerung durch die Steuerschaltung 12. In 2 ist „Lastspannung“ eine der Lastschaltung 22 zugeführte Spannung, „Resonanzspannung“ eine Resonanzspannung des Leistungsübertragungsresonanzkreises 19, „Temperatur“ ein vom Temperaturdetektionselement 18 detektierter Wert und „Schwingungssignal“ ein Gatesignal des Schaltelements Q11 oder Q12. Die horizontale Achse zeigt die verstrichene Zeit an.
Wie in 2 dargestellt wird in einem Normalzustand die Pulsdichtemodulation so durchgeführt, dass die Lastspannung in den Bereich des unteren Grenzwerts Vmin bis zum oberen Grenzwert Vmax fällt. Diese Regelung stabilisiert die Lastspannung. Die Pulsdichte in diesem Normalzustand ist die Pulsdichte De1.
Wenn, wie in 2 dargestellt, die Resonanzspannung den oberen Grenzwert Vdmax erreicht, wird die Pulsdichte unterdrückt. Die Pulsdichte in dem Zustand, in dem die Resonanzspannung den oberen Grenzwert Vdmax erreicht, ist die Pulsdichte De2.
Wenn, wie in 2 dargestellt, die Temperatur den oberen Grenzwert Vhmax erreicht, wird die Pulsdichte unterdrückt. Die Pulsdichte in dem Zustand, in dem die Temperatur den oberen Grenzwert Vhmax erreicht, ist die Pulsdichte De3. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Pulsdichte De3 null. D.h. bei der Pulsdichte De3 werden die beiden Schaltelemente Q11 und Q12 in einem Aus-Zustand gehalten.
In der vorliegenden Ausführungsform ist die Resonanzspannung zwischen dem Zeitpunkt t1 und t2 kleiner als der obere Grenzwert Vdmax und die Temperatur kleiner als der obere Grenzwert Vhmax, und somit kann die Pulsdichte zwischen diesem Zeitraum auch als Pulsdichte De1 ausgedrückt werden, die sich im Normalzustand befindet.
Wie vorstehend beschrieben steuert die in 1 dargestellte Steuerschaltung 12 die Dichte von Pulsen so, dass die Beziehung De1 > De2 > De3 vorliegt. Beispielsweise liegt die Anzahl von Pulsen für einen vorbestimmten Zeitraum bei 21,

De1 = nicht kleiner als 15/21 und nicht größer als 21/21,
De2 = 3/21,
De3 = 0/21.

Mit dieser Steuerung wird die Pulsdichte bei Detektieren von Überhitzung der Schaltelemente Q11 und Q12 am stärksten begrenzt, und die Pulsdichte wird als Nächstes begrenzt, wenn die Ausgabe den oberen Grenzwert erreicht. In anderen Zuständen wird die Pulsdichtemodulationssteuerung an der Leistungsübertragungsschaltung durchgeführt, wobei die Pulsdichte aufgrund einer Rückmeldung von der Leistungsempfangsvorrichtung ermittelt wird. Demgemäß wird ein Überhitzungszustand des Heizabschnitts der Leistungsübertragungsvorrichtung oder ein Zustand, in dem die Leistungsübertragungsvorrichtung übermäßige Leistung liefert, beschränkt, und in anderen Normalzuständen wird die Pulsdichtemodulationssteuerung an der Leistungsübertragungsvorrichtung durchgeführt, wobei die Pulsdichte auf einer Rückmeldung gemäß einem Übertragungssignal von der Leistungsempfangsvorrichtung beruht. Somit kann die Leistung mit einem hohen Grad an Effizienz geliefert werden.
Als Nächstes werden die in 1 dargestellten Einzelheiten der Abarbeitung in der Leistungsübertragungsvorrichtung 101 und der Leistungsempfangsvorrichtung 201 anhand von Flussdiagrammen beschrieben.
3 ist ein Flussdiagramm, das die Einzelheiten der Abarbeitung durch die Steuerschaltung 12 in der Leistungsübertragungsvorrichtung 101 veranschaulicht. Zunächst beginnt das Schalten der Schaltelemente Q11 und Q12 und die drahtlose Leistungsversorgung von der Leistungsübertragungsvorrichtung 101 zur Leistungsempfangsvorrichtung 201 (S11). In diesem Zustand wird ein von der Leistungsempfangsvorrichtung gesendetes Übertragungssignal demoduliert (S12). Die Abarbeitung bei diesem Schritt S12 wird nachstehend beschrieben. Anschließend wird ermittelt, ob sich die Schaltelemente Q11 und Q12 in einem Überhitzungszustand befinden oder nicht (S13). Wenn sie sich nicht im Überhitzungszustand befinden, wird ermittelt, ob sich die Leistungsübertragungsschaltung 11 in einem Zustand befindet, in dem sie übermäßige Leistung liefert oder nicht (S14). Wenn sie sich nicht im Zustand der Leistungsüberversorgung befindet, wird die Pulsdichtemodulationssteuerung an den Schaltelementen Q11 und Q12 mit der Pulsdichte De1 durchgeführt, was einem Ergebnis der Demodulation bei Schritt S12 entspricht (S15). In dem Überhitzungszustand wird die Pulsdichtemodulationssteuerung an den Schaltelementen Q11 und Q12 mit der Pulsdichte De3 durchgeführt (S13 → S17). In dem Zustand von Leistungsüberversorgung wird die Pulsdichtemodulationssteuerung an den Schaltelementen Q11 und Q12 mit der Pulsdichte De2 durchgeführt (S14 → S16).
4 ist ein Flussdiagramm, das die Einzelheiten der Abarbeitung bei Schritt S12 (Signaldemodulation) von 3 veranschaulicht. Zunächst wird ein Spannungsabfall des Stromdetektionswiderstandes R1 ausgelesen (S121). Dieser Spannungsabfall ist eine Variable, die sich entsprechend dem Zustand ändert, in dem die elektromagnetische Resonanzbedingung erfüllt ist oder nicht. Anschließend ist der Änderungsbetrag eine Differenz zwischen der Variablen zu diesem Zeitpunkt und der Variablen zum letzten Zeitpunkt (S122). Durch Vergleichen dieses Änderungsbetrags mit einem vorbestimmten Schwellenwert, d.h. durch Binarisierung, wird ein Übertragungssignal demoduliert (S123). Anschließend wird es in Code mit einer vorbestimmten Anzahl von Bits dekodiert.
5 ist ein Flussdiagramm, das die Einzelheiten der Abarbeitung durch die Übertragungssignalsteuerschaltung 26 in der Leistungsübertragungsvorrichtung 201 veranschaulicht. Wenn an der Übertragungssignalsteuerschaltung 26 durch Leistungsempfang eine Leistungsversorgungsspannung angelegt wird, die nicht unter einem vorbestimmten Wert liegt, beginnt die Übertragungssignalsteuerschaltung 26 zu arbeiten. Zunächst liest die Übertragungssignalsteuerschaltung 26 eine Lastversorgungsspannung, erzeugt Rückmeldedaten, um diese Spannung bei dem vorbestimmten Wert zu halten, und überträgt sie als Übertragungssignal an die Leistungsübertragungsvorrichtung (S21 → S22). Wie bereits beschrieben demoduliert die Leistungsübertragungsvorrichtung 101 dieses Übertragungssignal, dekodiert die Rückmeldedaten und passt die zugeführte Leistung demgemäß geeignet an. Durch Wiederholung der Schritte S21 und S22 wird die empfangene Leistung stabilisiert.
6 ist ein Schaltplan eines anderen Systems für drahtlose Leistungsversorgung gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
Ein System für drahtlose Leistungsversorgung 301B umfasst die Leistungsübertragungsvorrichtung 101 und die Leistungsempfangsvorrichtung 201. Die Leistungsübertragungsvorrichtung 101 von 6 unterscheidet sich von der in 1 dargestellten Leistungsübertragungsvorrichtung 101 in der Position des Stromdetektionswiderstandes R1. Die andere Konfiguration ist die gleiche wie in 1.
Wie dargestellt kann der Stromdetektionswiderstand R1 in einer Masseleitung angeordnet sein und kann einen Spannungsabfall des Stromdetektionswiderstandes R1 angeben.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform hat, wie in den Schritten S13 und S14 in 3 dargestellt, der Schutz vor Überhitzung höhere Priorität, da die Ermittlung der Überhitzung vor der Ermittlung von Leistungsüberversorgung erfolgt. So können insbesondere die Wirkungen des Schutzes der Schaltelemente Q11 und Q12 verstärkt werden.
Die Systemkonfiguration, die Abarbeitung flussgesteuert durchführt, wird als die vorstehend beschriebene Ausführungsform dargestellt. Das System kann eine ereignisgesteuerte Konfiguration sein, die Abarbeitung unter Verwendung einer Änderung von Strom oder verstrichener Zeit als Auslöser ausführt.
«Zweite Ausführungsform»
In einer zweiten Ausführungsform wird ein System für drahtlose Leistungsversorgung dargestellt, das sich von der ersten Ausführungsform im Schutzbetrieb durch die Steuerschaltung 12 unterscheidet.
Die Schaltungskonfiguration bei dem System für drahtlose Leistungsversorgung nach der zweiten Ausführungsform ist die gleiche wie die in 1 gezeigte. 7 ist ein Flussdiagramm, das die Einzelheiten der Abarbeitung durch die Steuerschaltung 12 in der Leistungsübertragungsvorrichtung 101 veranschaulicht. Zunächst beginnt das Schalten der Schaltelemente Q11 und Q12 und die drahtlose Leistungsversorgung von der Leistungsübertragungsvorrichtung 101 zur Leistungsempfangsvorrichtung 201 (S11). In diesem Zustand wird ein von der Leistungsempfangsvorrichtung gesendetes Übertragungssignal demoduliert (S12). Anschließend wird ermittelt, ob sich die Leistungsübertragungsschaltung 11 in einem Zustand befindet, in dem sie übermäßige Leistung liefert (S13). Wenn er sich nicht im Zustand der Leistungsüberversorgung befindet, wird ermittelt, ob sich die Schaltelemente Q11 und Q12 in einem Überhitzungszustand befinden (S14). Wenn sie sich nicht im Überhitzungszustand befinden, wird die Pulsdichtemodulationssteuerung an den Schaltelementen Q11 und Q12 mit der Pulsdichte De1 durchgeführt, was einem Ergebnis der Demodulation bei Schritt S12 entspricht (S15). In dem Zustand der Leistungsüberversorgung wird die Pulsdichtemodulationssteuerung an den Schaltelementen Q11 und Q12 mit der Pulsdichte De2 durchgeführt (S13 → S17). In dem Überhitzungszustand wird die Pulsdichtemodulationssteuerung an den Schaltelementen Q11 und Q12 mit der Pulsdichte De3 durchgeführt (S14 → S16).
Dieses Beispiel unterscheidet sich von dem in der ersten Ausführungsform dargestellten Beispiel in der Reihenfolge der Ermittlung von Überhitzung und der Ermittlung von Leistungsüberversorgung. Da die Ermittlung von Leistungsüberversorgung vor der Ermittlung von Überhitzung erfolgt, hat der Schutz vor Leistungsüberversorgung höhere Priorität. So kann insbesondere das Maß der Sicherheit der Leistungsübertragungsschaltung 11 verbessert werden.
«Dritte Ausführungsform»
In einer dritten Ausführungsform wird ein System für drahtlose Leistungsversorgung mit einer Resonanzmodulationsschaltung mit einer von derjenigen der ersten Ausführungsform abweichenden Konfiguration dargestellt.
8 ist ein Schaltbild eines Systems für drahtlose Leistungsversorgung 303 gemäß der dritten Ausführungsform. Das System für drahtlose Leistungsversorgung 303 unterscheidet sich von dem in 1 dargestellten System für drahtlose Leistungsversorgung 301A in der Konfiguration der Resonanzmodulationsschaltung 23 in der Leistungsempfangsvorrichtung 201. Die Resonanzmodulationsschaltung 23 in dem System für drahtlose Leistungsversorgung 303 umfasst Schaltelemente Q20P und Q20N sowie Kondensatoren C20P, C20N und C23. Die Leistungsempfangsspule 20, Kondensatoren C20P, C20N und C23 sowie Schaltelemente Q20P und Q20N bilden die Resonanzmodulationsschaltung. Die Kondensatoren C20P, C20N und C23 sind ein Beispiel für einen „Resonanzkondensator“ nach der vorliegenden Erfindung. Im Kondensator C23 fließt Resonanzstrom über die Gleichrichterschaltung 24. In einem ausgeschalteten Zustand der Schaltelemente Q20P und Q20N wird die Resonanzfrequenz hauptsächlich durch die Kapazität des Kondensators C23 und die Induktivität der Leistungsempfangsspule 20 bestimmt. In einem eingeschalteten Zustand der Schaltelemente Q20P und Q20N wird die Resonanzfrequenz hauptsächlich durch die parallele kombinierte Kapazität der Kondensatoren C20P, C20N und C23 und die Induktivität der Leistungsempfangsspule 20 bestimmt.
Wie in der vorliegenden Ausführungsform können ein oder mehrere Resonanzkondensatoren (Kondensator C23) in der Resonanzmodulationsschaltung 23 in Reihe mit der Gleichrichterschaltung geschaltet werden.
«Vierte Ausführungsform»
In einer vierten Ausführungsform werden mehrere Beispiele für die Gleichrichterschaltung, die in der Leistungsempfangsvorrichtung enthalten ist, dargestellt.
9(A) ist ein Schaltplan einer Leistungsempfangsvorrichtung 204A gemäß der vierten Ausführungsform, 9(B) ist ein Schaltplan einer Leistungsempfangsvorrichtung 204B gemäß der vierten Ausführungsform und 9(C) ist ein Schaltplan einer Leistungsempfangsvorrichtung 204C gemäß der vierten Ausführungsform.
Eine Gleichrichterschaltung 24A, die in der Leistungsempfangsvorrichtung 204A enthalten ist, ist eine Halbwellengleichrichterschaltung, die auf einer Diode D1 basiert. Eine Gleichrichterschaltung 24B, die in der Leistungsempfangsvorrichtung 204B enthalten ist, ist eine Spannungsverdoppler-Gleichrichterschaltung, die auf den Dioden D1 und D2 basiert. Eine Gleichrichterschaltung 24C, die in der Leistungsempfangsvorrichtung 204C enthalten ist, ist eine Vollwellengleichrichterschaltung, die auf einer Diodenbrücke DB basiert.
Wie in der vorliegenden Ausführungsform dargestellt kann die Leistungsempfangsvorrichtung verschiedene Gleichrichterschaltungen umfassen. Wenn sie eine Halbwellengleichrichterschaltung umfasst, wie in der Leistungsempfangsvorrichtung 204A, können alle Resonanzkondensatoren C20P, C20N und C21 vorzugsweise parallel zur Leistungsempfangsspule 20 geschaltet werden, um Resonanzstrom für beide Wellen fließen zu lassen. Wenn sie eine Spannungsverdoppler-Gleichrichterschaltung umfasst, wie in der Leistungsempfangsvorrichtung 204B, oder wenn sie eine Vollwellengleichrichterschaltung umfasst, wie in der Leistungsempfangsvorrichtung 204C, kann aufgrund des Fließens von Resonanzströmen beider Wellen in der Gleichrichterschaltung der Kondensator C23, der einer der Resonanzkondensatoren ist, in Reihe mit der Leistungsempfangsspule 20 geschaltet werden.
In den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen sind Beispiele dargestellt, in denen eine Anschlussschaltung von Kondensatoren und ein Schaltkreis eine Schaltung variabler Kapazität bildet. Die Schaltung variabler Kapazität kann aus einer Schaltung mit einem Element variabler Kapazität gebildet werden, dessen Kapazität durch die Steuerspannung verändert wird.
Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen erfolgt die Übertragung von Informationen (Übertragungssignal) von der Leistungsempfangsvorrichtung zur Leistungsübertragungsvorrichtung durch Ändern des Zustands, in dem die elektromagnetische Resonanzbedingung erfüllt ist oder nicht. Die Übertragung von Informationen (Übertragungssignal) von der Leistungsempfangsvorrichtung zur Leistungsübertragungsvorrichtung ist nicht auf die vorstehenden Beispiele beschränkt. Die Informationen (Übertragungssignal) können unter Verwendung von drahtlosen Modulen ausgetauscht werden, die sowohl in der Leistungsempfangsvorrichtung als auch in der Leistungsübertragungsvorrichtung integriert sind.
Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ist die Leistungsübertragungsvorrichtung als eine für Leistungsübertragung dedizierte Vorrichtung und die Leistungsempfangsvorrichtung als eine für Leistungsempfang dedizierte Vorrichtung dargestellt. Wenn jede der Vorrichtungen eine Leistungsübertragungsschaltung und eine Leistungsempfangsschaltung umfasst, kann die Leistungsversorgung und der Austausch von Übertragungssignalen bidirektional sein.
Schließlich ist die vorstehende Beschreibung der Ausführungsformen in jeder Hinsicht anschaulich und nicht einschränkend. Von Fachleuten können Abwandlungen und Änderungen vorgenommen werden. Der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die Ansprüche, nicht durch die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen, angegeben. Der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung umfasst Änderungen gegenüber den Ausführungsformen innerhalb eines Schutzumfangs, der äquivalent zum Schutzumfang der Ansprüche ist.
Bezugszeichenliste

C20P, C20N, C21, C23: Resonanzkondensator
D1, D2: Diode
DB: Diodenbrücke
E: Eingangsleistungsquelle
Idc: Eingangsgleichstrom
Q11, Q12, Q20P, Q20N: Schaltelement
R1: Stromdetektionswiderstand
10: Leistungsübertragungsspule
11: Leistungsübertragungsschaltung
12: Steuerschaltung
13: Resonanzspannungsdetektionsschaltung
18: Temperaturdetektionselement
19: Leistungsübertragungsresonanzkreis
20: Leistungsempfangsspule
21: Leistungsempfangsschaltung
22: Lastschaltung
23: Resonanzmodulationsschaltung
24, 24A, 24B, 24C: Gleichrichterschaltung
25: Spannungsdetektionsschaltung
26: Übertragungssignalsteuerschaltung
29: Leistungsempfangsresonanzkreis
101: Vorrichtung für drahtlose Leistungsübertragung
201, 204A, 204B, 204C: Vorrichtung für drahtlosen Leistungsempfang
301A, 301B, 303: System für drahtlose Leistungsversorgung

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

2013-042570 [0004]

Claims

System für drahtlose Leistungsversorgung, umfassend: eine Leistungsübertragungsvorrichtung mit einer Leistungsübertragungsspule und einer Leistungsübertragungsschaltung, die konfiguriert ist, um der Leistungsübertragungsspule Hochfrequenzleistung zu liefern; und eine Leistungsempfangsvorrichtung mit einer mit der Leistungsübertragungsspule gekoppelten Leistungsempfangsspule, einer Leistungsempfangsschaltung, die konfiguriert ist, um von der Leistungsempfangsspule empfangene Hochfrequenzleistung in Gleichstromleistung umzuwandeln, und einer Lastschaltung, die konfiguriert ist, um die Gleichstromleistung zu verbrauchen, wobei die Leistungsempfangsvorrichtung umfasst: eine Lastdetektionseinheit, die konfiguriert ist, um einen Zustand einer Last zu detektieren, eine Signalerzeugungseinheit, die konfiguriert ist, um ein Übertragungssignal zu erzeugen, das auf der Grundlage eines Ergebnisses der Detektion durch die Lastdetektionseinheit zu der Leistungsübertragungsvorrichtung zu leiten ist, und eine Übertragungssignalsteuerschaltung, die konfiguriert ist, um das Übertragungssignal unter Verwendung einer Kopplung zwischen der Leistungsübertragungsspule und der Leistungsempfangsspule zu senden, die Leistungsübertragungsvorrichtung umfasst: eine Demodulationsschaltung, die konfiguriert ist, um das Übertragungssignal zu demodulieren, eine Ausgabedetektionseinheit, die konfiguriert ist, um durch Betrieb der Leistungsübertragungsschaltung ausgegebene Leistung zu detektieren, eine Temperaturdetektionseinheit, die konfiguriert ist, um Temperatur eines Heizabschnitts der Leistungsübertragungsvorrichtung zu detektieren, und eine Steuerschaltung, die konfiguriert ist, um die Leistungsübertragungsschaltung zu steuern, und die Steuerschaltung die Leistungsübertragungsschaltung unter Verwendung eines Pulsdichtemodulationssteuerungsverfahrens zum Steuern eines Leistungsflusses durch Ändern der Dichte von Schwingungspulsen über einen vorbestimmten Zeitraum in der Beziehung De1 > De2 > De3 für Pulsdichten De1, De2 und De3 arbeiten lässt, wobei De1 die Pulsdichte angibt, die auf der Grundlage eines Ergebnisses der Demodulation durch die Demodulationsschaltung ermittelt wird, De2 die Pulsdichte in einem Zustand angibt, in dem ein von der Ausgabedetektionseinheit detektierter Wert einen vorbestimmten Wert erreicht, und De3 die Pulsdichte in einem Zustand angibt, in dem ein von der Temperaturdetektionseinheit detektierter Wert einen vorbestimmten Wert erreicht.
System für drahtlose Leistungsversorgung nach Anspruch 1, welches weiterhin einen Leistungsübertragungsresonanzkondensator, der zusammen mit der Leistungsübertragungsspule einen Leistungsübertragungsresonanzkreis bildet, und einen Leistungsempfangsresonanzkondensator, der zusammen mit der Leistungsempfangsspule einen Leistungsempfangsresonanzkreis bildet, umfasst, wobei die Signalerzeugungseinheit eine Resonanzmodulationsschaltung umfasst, die konfiguriert ist, um Eingangsimpedanz von der Leistungsübertragungsschaltung in Richtung der Lastschaltung gesehen zu ändern und einen Zustand zu schalten, in dem eine elektromagnetische Resonanzbedingung basierend auf einer elektromagnetischen Kopplung zwischen dem Leistungsübertragungsresonanzkreis und dem Leistungsempfangsresonanzkreis erfüllt ist oder nicht, und die Demodulationsschaltung das Übertragungssignal auf der Grundlage einer Variablen demoduliert, die sich gemäß dem Zustand ändert, in dem die elektromagnetische Resonanzbedingung erfüllt ist oder nicht.
System für drahtlose Leistungsversorgung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Leistungsempfangsschaltung eine Gleichrichtungs- und Glättungsschaltung umfasst, die konfiguriert ist, um in der Leistungsempfangsspule auftretende Spannung in Gleichspannung umzuwandeln, und die Lastdetektionseinheit den Zustand der Last auf der Grundlage der Gleichspannung detektiert.
System für drahtlose Leistungsversorgung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Steuerschaltung Schwingung begrenzt, indem sie den von der Temperaturdetektionseinheit detektierten Wert mit einem vorbestimmten Schwellenwert vergleicht, bevor sie Schwingung durch Vergleichen des von der Ausgabedetektionseinheit detektierten Wertes mit einem vorbestimmten Ausgabewert begrenzt.
System für drahtlose Leistungsversorgung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Steuerschaltung Schwingung begrenzt, indem sie den von der Ausgabedetektionseinheit detektierten Wert mit einem vorbestimmten Ausgabewert vergleicht, bevor sie Schwingung durch Vergleichen des von der Temperaturdetektionseinheit detektierten Wertes mit einem vorbestimmten Temperaturwert begrenzt.
Vorrichtung für drahtlose Leistungsübertragung, welche zusammen mit einer Leistungsempfangsvorrichtung ein System für drahtlose Leistungsversorgung bildet, wobei die Leistungsempfangsvorrichtung umfasst: eine Leistungsempfangsspule, eine Leistungsempfangsschaltung, die konfiguriert ist, um von der Leistungsempfangsspule empfangene Hochfrequenzleistung in Gleichstromleistung umzuwandeln, eine Lastschaltung, die konfiguriert ist, um die Gleichstromleistung zu verbrauchen, eine Lastdetektionseinheit, die konfiguriert ist, um einen Zustand der Lastschaltung zu detektieren, eine Signalerzeugungseinheit, die konfiguriert ist, um ein Übertragungssignal auf der Grundlage eines Ergebnisses der Detektion durch die Lastdetektionseinheit zu erzeugen, und eine Übertragungssignalsteuerschaltung, die konfiguriert ist, um das Übertragungssignal unter Verwendung der Leistungsempfangsspule zu senden, wobei die Vorrichtung für drahtlose Leistungsübertragung umfasst: eine mit der Leistungsempfangsspule gekoppelte Leistungsübertragungsspule; eine Leistungsübertragungsschaltung, die konfiguriert ist, um der Leistungsübertragungsspule Hochfrequenzleistung zuzuführen; eine Demodulationsschaltung, die konfiguriert ist, um das Übertragungssignal zu demodulieren; eine Ausgabedetektionseinheit, die konfiguriert ist, um durch Betrieb der Leistungsübertragungsschaltung ausgegebene Leistung zu detektieren; eine Temperaturdetektionseinheit, die konfiguriert ist, um Temperatur eines Heizabschnitts der Leistungsübertragungsschaltung zu detektieren; und eine Steuerschaltung, die konfiguriert ist, um die Leistungsübertragungsschaltung zu steuern, wobei die Steuerschaltung die Leistungsübertragungsschaltung unter Verwendung eines Pulsdichtemodulationssteuerungsverfahrens zum Steuern eines Leistungsflusses durch Ändern der Dichte von Schwingungspulsen über einen vorbestimmten Zeitraum in der Beziehung De1 > De2 > De3 für Pulsdichten De1, De2 und De3 arbeiten lässt, wobei De1 die Pulsdichte angibt, die auf der Grundlage eines Ergebnisses der Demodulation durch die Demodulationsschaltung ermittelt wird, De2 die Pulsdichte in einem Zustand angibt, in dem ein von der Ausgabedetektionseinheit detektierter Wert einen vorbestimmten Wert erreicht, und De3 die Pulsdichte in einem Zustand angibt, in dem ein von der Temperaturdetektionseinheit detektierter Wert einen vorbestimmten Wert erreicht.
Vorrichtung für drahtlosen Leistungsempfang, welche zusammen mit einer Leistungsübertragungsvorrichtung ein System für drahtlose Leistungsversorgung bildet, wobei die Leistungsübertragungsvorrichtung umfasst: eine Leistungsübertragungsspule, einen Leistungsübertragungsresonanzkondensator, der zusammen mit der Leistungsübertragungsspule einen Leistungsübertragungsresonanzkreis bildet, eine Leistungsübertragungsschaltung, die konfiguriert ist, um der Leistungsübertragungsspule Hochfrequenzleistung zu liefern, eine Demodulationsschaltung, die konfiguriert ist, um ein Übertragungssignal zu demodulieren, eine Ausgabedetektionseinheit, die konfiguriert ist, um durch Betrieb der Leistungsübertragungsschaltung ausgegebene Leistung zu detektieren, eine Temperaturdetektionseinheit, die konfiguriert ist, um Temperatur eines Heizabschnitts zu detektieren, und eine Steuerschaltung, die konfiguriert ist, um die Leistungsübertragungsschaltung unter Verwendung eines Pulsdichtemodulationssteuerungsverfahrens zum Steuern eines Leistungsflusses durch Ändern der Dichte von Schwingungspulsen über einen vorbestimmten Zeitraum in der Beziehung De1 > De2 > De3 für Pulsdichten De1, De2 und De3 arbeiten zu lassen, wobei De1 die Pulsdichte angibt, die auf der Grundlage eines Ergebnisses der Demodulation durch die Demodulationsschaltung ermittelt wird, De2 die Pulsdichte in einem Zustand angibt, in dem ein von der Ausgabedetektionseinheit detektierter Wert einen vorbestimmten Wert erreicht, und De3 die Pulsdichte in einem Zustand angibt, in dem ein von der Temperaturdetektionseinheit detektierter Wert einen vorbestimmten Wert erreicht, wobei die Vorrichtung für drahtlosen Leistungsempfang umfasst: eine mit der Leistungsübertragungsspule gekoppelte Leistungsempfangsspule; einen Leistungsempfangsresonanzkondensator, der zusammen mit der Leistungsempfangsspule einen Leistungsempfangsresonanzkreis bildet; eine Leistungsempfangsschaltung, die konfiguriert ist, um von der Leistungsempfangsspule empfangene Hochfrequenzleistung in Gleichstromleistung umzuwandeln; eine Lastschaltung, die konfiguriert ist, um die Gleichstromleistung zu verbrauchen; eine Lastdetektionseinheit, die konfiguriert ist, um einen Zustand einer Last zu detektieren; eine Signalerzeugungseinheit, die konfiguriert ist, um das zu der Leistungsübertragungsvorrichtung zu leitende Übertragungssignal auf der Grundlage eines Ergebnisses der Detektion durch die Lastdetektionseinheit zu erzeugen; eine Übertragungssignalsteuerschaltung, die konfiguriert ist, um das Übertragungssignal unter Verwendung von Kopplung zwischen der Leistungsübertragungsspule und der Leistungsempfangsspule zu senden; und eine Resonanzmodulationsschaltung, die konfiguriert ist, um Eingangsimpedanz von der Leistungsübertragungsschaltung in Richtung der Lastschaltung gesehen zu ändern und einen Zustand zu schalten, in dem eine elektromagnetische Resonanzbedingung basierend auf elektromagnetischer Kopplung zwischen dem Leistungsübertragungsresonanzkreis und dem Leistungsempfangsresonanzkreis erfüllt ist oder nicht, und die Übertragungssignalsteuerschaltung das Übertragungssignal in einen Änderungsbetrag der Eingangsimpedanz über einen festgelegten Zeitraum zeitlicher Änderung umwandelt und die Resonanzmodulationsschaltung steuert.