DE112017007157T5

DE112017007157T5 - Kontaktlose stromversorgungsvorrichtung

Info

Publication number: DE112017007157T5
Application number: DE112017007157.7T
Authority: DE
Inventors: Goro Nakao; Toshiyuki Zaitsu
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 2017-03-02
Filing date: 2017-11-24
Publication date: 2019-11-28
Also published as: CN110326187A; KR20190074305A; JP2018148640A; US10944293B2; US20200014244A1; JP6350699B1; WO2018159031A1

Abstract

Eine Leistungsübertragungsvorrichtung 2 dieser kontaktlosen Stromversorgungsvorrichtung umfasst eine Übertragungsspule 13 zur Stromversorgung von einer Leistungsempfangsvorrichtung 3, und eine Stromversorgungsschaltung 10, die die Übertragungsspule 13 mit Wechselstrom versorgt. Andererseits weist die Leistungsempfangsvorrichtung 3 der kontaktlosen Stromversorgungsvorrichtung eine Empfangsspule 21 auf, um Leistung von der Leistungsübertragungsvorrichtung 2 zu empfangen, eine Variable-Kapazitäts-Schaltung 22, die mit der Empfangsspule 21 parallel verbunden ist, und die eine Kapazität anpassen kann, eine Resonanzschaltung 20, die bei einer Frequenz in Resonanz tritt, die der Induktivität der Empfangsspule 21 und der Kapazität der Variable-Kapazitäts-Schaltung 22 entspricht, eine Spannungserfassungsschaltung 25, die eine Ausgangsspannung der Resonanzschaltung 20 erfasst, und eine Steuerschaltung 26, die die Kapazität der Variable-Kapazitäts-Schaltung 22 gemäß der Ausgangsspannung steuert.

Description

GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine kontaktlose Stromversorgungsvorrichtung.
HINTERGRUND
Techniken zum räumlichen Übertragen von elektrischer Leistung ohne die Verwendung von Metallkontakten oder dergleichen, sogenannte kontaktlose Stromversorgung (auch drahtlose Stromversorgung genannt) wurden herkömmlich untersucht.
Eine bekannte Technik zur kontaktlosen Stromversorgung betrifft ein Verfahren zur Stromversorgung mittels elektromagnetischer Induktion. In einem Verfahren zur Stromversorgung durch elektromagnetische Induktion wird ein Primärreihen- Sekundärparallel-(Leistungsempfangsseitig)-Kondensator-Verfahren (nachstehend als SP-Verfahren bezeichnet) angewandt (siehe etwa NPL 1). Gemäß des SP-Verfahrens wird ein Kondensator in Reihe verbunden mit einer Übertragungsspule, die primärseitig (Leistungsübertragungsseitig) als Teil eines Transformators dient, und ein Kondensator wird parallel verbunden mit einer Empfangsspule, die als ein anderer Teil des Transformators auf der Sekundärseite dient (Leistungsempfangsseitig).
In dem SP-Verfahren bewirkt die Resonanzschaltung, die die Empfangsspule und den Kondensator auf der Leistungsempfangsseite enthält, eine Parallelresonanz und die Ausgabe der Resonanzschaltung ist ein konstanter Strom. Somit ist es allgemein schwieriger, im Rahmen des SP-Verfahrens eine Steuerung durchzuführen, im Vergleich zum Primärreihen-Sekundärreihen-Kondensator-Verfahren (nachstehend als SS-Verfahren bezeichnet, siehe etwa PTL 1), bei dem die Ausgabe auf der Leistungsempfangsseite eine konstante Spannung ist. Dies ist darin begründet, dass elektrische Geräte in der Regel durch eine konstante Spannung gesteuert werden. Ferner nimmt der Resonanzstrom auf der Leistungsübertragungsseite bei der Leistungsübertragung mit Reihenresonanz zu während der Stromversorgung, und die Energieübertragungseffizienz nimmt ab, wenn der Kopplungskoeffizient zwischen der Übertragungsspule auf der Leistungsübertragungsseite und der Empfangsspule auf der Leistungsempfangsseite sehr niedrig ist (beispielsweise ein Kopplungskoeffizient k < 0.2). Deshalb wird bevorzugt keine Reihenresonanz auf der Leistungsübertragungsseite benutzt für die Leistungsübertragung in einem Anwendungsfall, in dem der Kopplungskoeffizient nicht hoch gehalten werden kann. Darüber hinaus ist es möglich, höhere Leistungen zu übertragen durch Einsatz von Parallelresonanz auf der Leistungsempfangsseite, wenn auf der Leistungsübertragungsseite keine Reihenresonanz verwendet wird. Deshalb weist eine kontaktlose Stromversorgungsvorrichtung vorzugsweise einen Schaltungsaufbau auf, bei dem die Resonanzschaltung auf der Leistungsempfangsseite vorrangig Leistungsübertragung durchführt, wenn der Kopplungskoeffizient sehr niedrig ist. Mit anderen Worten ist es möglich, durch Einsatz des SP-Verfahrens anstelle des SS-Verfahrens die Leistungsübertagungseffizienz zu steigern.
Andererseits wurde eine Technik vorgeschlagen zum Ausgeben einer konstanten Spannung auf der Leistungsempfangsseite im SP-Verfahren durch Auswählen passender Kapazitätswerte für die Kondensatoren in den Resonanzschaltungen auf der Leistungsübertragungsseite und der Leistungsempfangsseite (siehe beispielsweise NPL 2).
[Zitatliste]
[Patentliteratur]
[PTL 1] Ungeprüfte Japanische Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. 2016-146689.
[Nichtpatentliteratur]

[NPL 1] Tohi et al., „Maximum Efficiency of Contactless Power Transfer System using k and Q", The Institute of Electrical Engineers of Japan Technical Meeting Document, SPC, Semiconductor Power Converter Technical Meeting, 2011.
[NPL 2] Fujita et al., „Contactless Power Transfer Systems using Series and Parallel Resonant Capacitors", IEEJ Transactions D (IEEJ Transactions on Industry Applications), 2007, 127 (2), pp 174-180.

KURZZUSAMMENFASSUNG
[TECHNISCHE AUFGABE]
Doch selbst durch die in NPL 2 offenbarte Technik hängt die Kapazität des Kondensators der Resonanzschaltung Ausgangsspannung für eine konstante Ausgangsspannung vom Kopplungskoeffizienten ab; deshalb ist es schwierig, diese Technik einzusetzen, wenn die kontaktlose Stromversorgungsvorrichtung in einem Umfeld verwendet wird, in dem sich der Kopplungskoeffizient dynamisch verändert. Andererseits wird durch die in PTL 1 offenbarte Technik die Frequenz des an die Leistungsübertragungsspule versorgten Wechselstroms verändert im Einklang mit der Änderung des Kopplungskoeffizienten, um Änderungen des Kopplungskoeffizienten bis zu einem gewissen Grad aufzufangen, aber da die in PTL 1 offenbarte Technik auf dem SS-Verfahren basiert, nimmt die Leistungsübertragungseffizienz ab, wenn der Kopplungskoeffizient niedrig ist, wie oben beschrieben.
Um dem zu begegnen ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung das Vorsehen einer kontaktlosen Stromversorgungsvorrichtung, die einen Rückgang der Energieübertragungseffizienz selbst dann unterdrückt, wenn sich der Kopplungskoeffizient zwischen der Übertragungsspule und der Empfangsspule dynamisch verändert.
[LÖSUNG DER AUFGABE]
Als Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine kontaktlose Stromversorgungsvorrichtung vorgesehen, die eine Leistungsübertragungsvorrichtung und eine Leistungsempfangsvorrichtung, an die elektrische Leistung kontaktlos von der Leistungsübertragungsvorrichtung übertragen wird, umfasst. In dieser kontaktlosen Stromversorgungsvorrichtung umfasst die Leistungsübertragungsvorrichtung eine Übertragungsspule, die die Leistungsempfangsvorrichtung mit elektrischer Leistung versorgt; und eine Stromversorgungsschaltung, die die Übertragungsspule mit Wechselspannung versorgt, wobei die Leistungsempfangsvorrichtung umfasst: eine Resonanzschaltung, die eine Empfangsspule, die elektrische Leistung von der Leistungsübertragungsvorrichtung empfängt, und eine Variable-Kapazitäts-Schaltung mit einer einstellbaren Kapazität, die parallel verbunden ist mit der Empfangsspule, umfasst, wobei die Resonanzschaltung bei einer Frequenz in Resonanz tritt, die einer Induktivität der Empfangsspule und einer Kapazität der Variable-Kapazitäts-Schaltung entspricht; eine Spannungserfassungsschaltung, die eine Ausgangsspannung der Resonanzschaltung erfasst; und eine Steuerschaltung, die die Kapazität der Variable-Kapazitäts-Schaltung gemäß der Ausgangsspannung steuert.
In dieser kontaktlosen Stromversorgungsvorrichtung ist bevorzugt, dass die Steuerschaltung die Kapazität der Variable-Kapazitäts-Schaltung verringert, wenn die Ausgangsspannung der Resonanzschaltung zunimmt.
Ferner ist es in dieser kontaktlosen Stromversorgungsvorrichtung bevorzugt, dass die die Variable-Kapazitäts-Schaltung eine Mehrzahl von Spulen und zumindest ein Schaltelement umfasst, das mit der Mehrzahl von Spulen verbunden ist, wobei die Mehrzahl von Spulen mit der Empfangsspule jeweils parallel verbunden sind, und dass die Steuerschaltung das zumindest eine Schaltelement gemäß der Ausgangsspannung an- und ausschaltet.
[VORTEILHAFTE WIRKUNGEN DER ERFINDUNG]
Eine erfindungsgemäße kontaktlose Stromversorgungsvorrichtung weist die vorteilhafte Wirkung auf, dass die einen Rückgang der Energieübertragungseffizienz selbst dann unterdrückt, wenn sich der Kopplungskoeffizient zwischen der Übertragungsspule und der Empfangsspule dynamisch verändert.
Figurenliste

1A zeigt beispielhaft eine Frequenzkennlinie einer Ausgangsspannung einer Resonanzschaltung auf einer Leistungsempfangsseite bei einem SP-Verfahren für den Fall, dass eine Resonanzfrequenz der Resonanzschaltung auf der Leistungsempfangsseite größer ist als die Resonanzfrequenz der Resonanzschaltung auf einer Leistungsübertragungsseite.
1B zeigt ein Beispiel einer Frequenzkennlinie der Ausgangsspannung der Resonanzschaltung auf der Leistungsempfangsseite in dem SP-Verfahren für den Fall, dass die Resonanzfrequenz der Resonanzschaltung auf der Leistungsübertragungsseite ungefähr gleich der Resonanzfrequenz der Resonanzschaltung auf der Leistungsempfangsseite ist.
2A zeigt eine Frequenzkennlinie des Stroms, der durch eine Übertragungsspule fließt, wenn die Resonanzschaltungen auf der Leistungsübertragungsseite und der Leistungsempfangsseite identisch mit den Resonanzschaltungen in 1A sind.
2B zeigt eine Frequenzkennlinie des Stroms, der durch die Übertragungsspule fließt, wenn die Resonanzschaltungen auf der Leistungsübertragungsseite und der Leistungsempfangsseite identisch mit den Resonanzschaltungen in 1B sind.
3A zeigt schematisch den Aufbau einer kontaktlosen Stromversorgungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
3B zeigt ein Schaltkreisdiagramm einer Variable-Kapazitäts-Schaltung.
4A zeigt beispielhaft eine Frequenzkennlinie einer Ausgangsspannung von einer Resonanzschaltung von einem zweiten Resonanzverfahren.
4B zeigt beispielhaft eine Frequenzkennlinie der Ausgangsspannung der Resonanzschaltung für den Fall, dass die Resonanzfrequenz der Resonanzschaltung von f_r2 nach f_r2' geändert wird.
5 zeigt ein Beispiel einer Spannungserfassungsschaltung und einer Steuerschaltung von einer Leistungsempfangsvorrichtung.
6 zeigt ein Schaltkreisblockdiagramm der Leistungsempfangsvorrichtung gemäß einer Variation.
7A bis 7C zeigen jeweils Schaltkreisdiagramme der Stromversorgungsschaltungen gemäß Variationen.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Eine kontaktlose Stromversorgungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachstehend beschrieben unter Bezugnahme auf die Figuren. Diese kontaktlose Stromversorgungsvorrichtung versorgt Leistung von einer Leistungsübertragungsvorrichtung, die keine Resonanzschaltung umfasst, und versorgt eine Übertragungsspule direkt mit Wechselstrom an eine Leistungsempfangsvorrichtung, die eine Resonanzschaltung umfasst, die eine Parallelresonanz bewirkt. Die Erfinder haben erkannt, dass wenn in einem SP-Verfahren die Resonanzfrequenz der Resonanzschaltung der Leistungsübertragungsvorrichtung nahe an die Resonanzfrequenz der Resonanzschaltung der Leistungsempfangsvorrichtung gebracht wird, die maximale Leistung zunimmt, mit der versorgt werden kann, aber dass die Energieübertragungseffizienz sich nicht notwendig verbessert, weil der Strom, der durch die Übertragungsspule fließt, die in der Resonanzschaltung der Leistungsübertragungsvorrichtung enthalten ist, ebenfalls ansteigt, insbesondere wenn der Kopplungskoeffizient niedrig ist.
1A zeigt ein Beispiel einer Frequenzkennlinie einer Ausgangsspannung der Resonanzschaltung auf der Leistungsempfangsseite in dem SP-Verfahren für den Fall, dass die Resonanzfrequenz der Resonanzschaltung auf der Leistungsempfangsseite größer ist als die Resonanzfrequenz der Resonanzschaltung auf der Leistungsübertragungsseite. Ferner zeigt 1B ein Beispiel einer Frequenzkennlinie der Ausgangsspannung der Resonanzschaltung auf der Leistungsempfangsseite in dem SP-Verfahren für den Fall, dass die Resonanzfrequenz der Resonanzschaltung auf der Leistungsübertragungsseite ungefähr gleich der Resonanzfrequenz der Resonanzschaltung auf der Leistungsempfangsseite ist. In 1A und 1 B ist die Frequenz aufgetragen entlang der Horizontalachse und die Spannung ist aufgetragen entlang der Vertikalachse. Der in 1A gezeigte Graph 101 stellt eine Frequenzkennlinie der Ausgangsspannung der Resonanzschaltung auf der Leistungsempfangsseite dar für den Fall, dass die Resonanzfrequenz der Resonanzschaltung auf der Leistungsempfangsseite größer ist als die Resonanzfrequenz der Resonanzschaltung auf der Leistungsübertragungsseite. Ferner stellt der in 1B gezeigte Graph 102 eine Frequenzkennlinie der Ausgangsspannung der Resonanzschaltung auf der Leistungsempfangsseite dar für den Fall, dass die Resonanzfrequenz der Resonanzschaltung auf der Leistungsübertragungsseite ungefähr gleich der Resonanzfrequenz der Resonanzschaltung auf der Leistungsempfangsseite ist. Wie durch Graph 101 gezeigt werden Spitzen der Ausgangsspannung bei der Resonanzfrequenz f1 der Resonanzschaltung der Leistungsübertragungsseite oder bei der Resonanzfrequenz f2 der Resonanzschaltung der Leistungsempfangsseite beobachtet, wenn die Resonanzfrequenz der Resonanzschaltung auf der Leistungsempfangsseite größer ist als die Resonanzfrequenz der Resonanzschaltung auf der Leistungsübertragungsseite. Wie andererseits in Graph 102 gezeigt wird eine Spitze in der Ausgangsspannung beobachtet bei der Resonanzfrequenz f3, die der Leistungsübertragungsseite und der Leistungsempfangsseite gemeinsam ist, wenn die Resonanzfrequenz der Resonanzschaltung auf der Leistungsübertragungsseite ungefähr gleich der Resonanzfrequenz der Resonanzschaltung auf der Leistungsempfangsseite ist. Die Spitzenspannung ist höher als jede der Spannungsspitzen für den Fall, dass die Resonanzfrequenz der Resonanzschaltung auf der Leistungsempfangsseite größer ist als die Resonanzfrequenz der Resonanzschaltung auf der Leistungsübertragungsseite.
2A zeigt eine Frequenzkennlinie des Stroms, der durch die Übertragungsspule der Resonanzschaltung auf der Leistungsübertragungsseite fließt, wenn die Resonanzschaltungen auf der Leistungsübertragungsseite und der Leistungsempfangsseite identisch zu den Resonanzschaltungen in 1A sind. Ferner zeigt 2B eine Frequenzkennlinie des Stroms, der durch die Übertragungsspule der Resonanzschaltung auf der Leistungsübertragungsseite fließt, wenn die Resonanzschaltungen auf der Leistungsübertragungsseite und der Leistungsempfangsseite identisch zu den Resonanzschaltungen in 1B sind. In 2A und 2B ist die Frequenz aufgetragen entlang der Horizontalachse und der Strom ist aufgetragen entlang der Vertikalachse. Der in 2A gezeigte Graph 201 stellt die Frequenzkennlinie des Stroms dar, der durch die Übertragungsspule fließt, die der Frequenzkennlinie der Ausgangsspannung der Resonanzschaltung auf der Leistungsempfangsseite entspricht, die in 1A gezeigt ist. Der in 2B gezeigte Graph 202 stellt die Frequenzkennlinie des Stroms dar, der durch die Übertragungsspule fließt, die der Frequenzkennlinie der Ausgangsspannung der Resonanzschaltung auf der Leistungsempfangsseite entspricht, die in 1B gezeigt ist. Wie in Graph 201 und Graph 202 gezeigt fließt selbst dann ein größerer Strom durch die Übertragungsspule, wenn die Ausgangsspannung der Resonanzschaltung auf der Leistungsempfangsseite die gleiche ist, wenn die Resonanzfrequenz der Resonanzschaltung auf der Leistungsübertragungsseite ungefähr gleich der Resonanzfrequenz der Resonanzschaltung auf der Leistungsempfangsseite ist. Wie beispielsweise in Graph 101 und Graph 102 gezeigt ist die Ausgangsspannung bei der Resonanzfrequenz f2 auf der Leistungsempfangsseite für den Fall, dass die Resonanzfrequenz der Resonanzschaltung auf der Leistungsempfangsseite größer ist als die Resonanzfrequenz der Resonanzschaltung auf der Leistungsübertragungsseite, ungefähr gleich der Ausgangsspannung bei der Frequenz f4 für den Fall, dass die Resonanzfrequenz der Resonanzschaltung auf der Leistungsübertragungsseite ungefähr gleich der Resonanzfrequenz der Resonanzschaltung auf der Leistungsempfangsseite ist. Im Gegensatz dazu ist der Stromwert 12 wie durch Graph 201 und Graph 202 gezeigt, der durch die Übertragungsspule bei der Frequenz f4 fließt, für den Fall, dass die Resonanzfrequenz der Resonanzschaltung auf der Leistungsübertragungsseite ungefähr gleich der Resonanzfrequenz der Resonanzschaltung auf der Leistungsempfangsseite ist, größer als der Stromwert 11, der durch die Übertragungsspule bei der Resonanzfrequenz f2 fließt, für den Fall, dass die Resonanzfrequenz der Resonanzschaltung auf der Leistungsempfangsseite größer als die Resonanzfrequenz der Resonanzschaltung auf der Leistungsübertragungsseite ist. Daraus ist ersichtlich, dass eine höhere Energieübertragungseffizienz erreicht wird durch Vergrößern der Differenz zwischen der Resonanzfrequenz der Resonanzschaltung auf der Leistungsübertragungsseite und der Resonanzfrequenz der Resonanzschaltung auf der Leistungsempfangsseite und durch Verwenden von Wechselstrom mit einer Frequenz, bei der die Resonanzschaltung auf der Leistungsübertragungsseite nicht in Resonanz tritt, statt die Resonanzfrequenz der Resonanzschaltung auf der Leistungsübertragungsseite der Resonanzfrequenz der Resonanzschaltung auf der Leistungsempfangsseite gleichzusetzen. Die Ursache dafür ist, dass wenn die Resonanzfrequenz der Resonanzschaltung auf der Leistungsübertragungsseite gleich der Resonanzfrequenz der Resonanzschaltung auf der Leistungsempfangsseite ist, je kleiner der Kopplungskoeffizient zwischen der Übertragungsspule und der Empfangsspule ist, desto kleiner die gegenseitige Induktivität zwischen der Übertragungsspule und der Empfangsspule ist, und dass im Ergebnis der Strom, der durch die Übertragungsspule fließt, unabhängig von der Last ansteigt.
Somit enthält diese kontaktlose Stromversorgungsvorrichtung keine Resonanzschaltung auf der Leistungsübertragungsseite, aber steuert die Kapazität der Variable-Kapazitäts-Schaltung, die parallel verbunden ist mit der Leistungsempfangsspule, und die zusammen mit der Leistungsempfangsspule eine Resonanzschaltung auf der Leistungsempfangsseite erzeugt, im Einklang mit der Ausgangsspannung der Resonanzschaltung auf der Leistungsempfangsseite, um so den Strom zu unterdrücken, der durch die Übertragungsspule fließt, und um den Ausgleichsstrom zu unterdrücken, Ausgleichsstrom der durch die Resonanzschaltung fließt. Diese kontaktlose Stromversorgungsvorrichtung unterdrückt somit eine Abnahme der Energieübertragungseffizienz selbst dann, wenn sich der Kopplungskoeffizient zwischen der Übertragungsspule und der Empfangsspule dynamisch verändert.
Ein kontaktloses Stromversorgungsverfahren wird nachstehend als zweites Resonanzverfahren bezeichnet, wenn wie hier offenbart keine Resonanzschaltung auf der Primärseite (Übertragungsseite) verwendet wird und wenn eine Resonanzschaltung auf der Sekundärseite (Leistungsempfangsseite) vorgesehen ist, wobei die Resonanzschaltung eine Resonanzfrequenz aufweist im Einklang mit der Induktivität der Empfangsspule, wenn die Übertragungsspule kurzgeschlossen wird, und mit der Kapazität eines kapazitiven Elements, welches parallel verbunden ist mit der Empfangsspule. Ein kontaktloses Stromversorgungsverfahren mit einem kapazitiven Element, welches in Reihe oder parallel verbunden ist mit der Übertragungsspule auf der Primärseite wird auch als zweites Resonanzverfahren bezeichnet, wenn die Resonanzfrequenz gemäß des kapazitiven Elementes und der Übertragungsspule niedriger ist als die Resonanzfrequenz auf der Sekundärseite, so dass der Wechselstrom, mit dem die Übertragungsspule versorgt wird, keine Resonanz auf der Primärseite verursacht. Ferner wird die Resonanzfrequenz im zweiten Resonanzverfahren gemäß der Induktivität der Empfangsspule und der Kapazität des kapazitiven Elementes, das parallel mit der Empfangsspule verbunden ist, als zweite Resonanzfrequenz bezeichnet, wenn die Übertragungsspule kurzgeschlossen wird.
3A zeigt schematisch den Aufbau einer kontaktlosen Stromversorgungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Ferner zeigt 3B ein Schaltkreisdiagramm einer Variable-Kapazitäts-Schaltung. Wie in 3A gezeigt umfasst die kontaktlose Stromversorgungsvorrichtung 1 eine Leistungsübertragungsvorrichtung 2 und eine Leistungsempfangsvorrichtung 3, die von Leistungsübertragungsvorrichtung 2 durch den Raum mit Strom versorgt wird. Leistungsübertragungsvorrichtung 2 umfasst eine Stromversorgungsschaltung 10, eine Übertragungsspule 13, einen Gate-Treiber 14, und eine Steuerschaltung 15. Andererseits umfasst Leistungsempfangsvorrichtung 3 eine Resonanzschaltung 20, die eine Empfangsspule 21 und eine Variable-Kapazitäts-Schaltung 22 umfasst, eine Gleichricht- und Glättungsschaltung 23, eine Lastschaltung 24, eine Spannungserfassungsschaltung 25, und eine Steuerschaltung 26.
Zunächst wird Leistungsübertragungsvorrichtung 2 beschrieben. Stromversorgungsschaltung 10 versorgt Übertragungsspule 13 mit Wechselstrom, der eine vorgewählte Umschaltfrequenz aufweist. Hierfür umfasst Stromversorgungsschaltung 10 eine Gleichstromquelle 11 und vier Schaltelemente 12-1 bis 12-4.
Gleichstromquelle 11 liefert Gleichstrom mit einer vorbestimmten Spannung. Hierfür kann Gleichstromquelle 11 beispielsweise eine Batterie umfassen. Alternativ kann Gleichstromquelle 11 mit einer kommerziellen Wechselstromquelle verbunden werden und eine Vollwellengleichrichtschaltung und einen Glättungskondensator enthalten, um die von Wechselstromquelle gelieferten Wechselspannung in eine Gleichspannung zu wandeln.
Die vier Schaltelements 12-1 bis 12-4 können beispielsweise n-Kanal-MOSFETs sein. Von den vier Schaltelementen 12-1 bis 12-4 sind Schaltelement 12-1 und Schaltelement 12-2 in Reihe verbunden mit dem positiven Elektrodenanschluss und dem negativen Elektrodenanschluss von Gleichstromquelle 11. In der vorliegenden Ausführungsform ist Schaltelement 12-1 verbunden mit der positiven Elektrodenseite von Gleichstromquelle 11, während Schaltelement 12-2 mit der negativen Elektrodenseite von Gleichstromquelle 11 verbunden ist. Der Drain-Anschluss von Schaltelement 12-1 ist mit dem positiven Elektrodenanschluss von Gleichstromquelle 11 verbunden, und der Source-Anschluss von Schaltelement 12-1 ist mit dem Drain-Anschluss von Schaltelement 12-2 verbunden. Ferner ist der Source-Anschluss von Schaltelement 12-2 mit dem negativen Elektrodenanschluss von Gleichstromquelle 11 verbunden. Ferner sind der Source-Anschluss von Schaltelement 12-1 und der Drain-Anschluss von Schaltelement 12-2 mit einem Ende von Übertragungsspule 13 verbunden, und der Source-Anschluss von Schaltelement 12-2 ist mit dem anderen Ende von Übertragungsspule 13 über Schaltelement 12-4 verbunden.
In vergleichbarer Weise sind unter den vier Schaltelementen 12-1 bis 12-4 Schaltelement 12-3 und Schaltelement 12-4 parallel verbunden mit Schaltelement 12-1 und Schaltelement 12-2 und in Reihe verbunden zwischen dem positiven Elektrodenanschluss und dem negativen Elektrodenanschluss von Gleichstromquelle 11. Schaltelement 12-3 ist mit der positiven Elektrodenseite von Gleichstromquelle 11 verbunden, während Schaltelement 12-4 mit der negativen Elektrodenseite von Gleichstromquelle 11 verbunden ist. Der Drain-Anschluss von Schaltelement 12-3 ist mit dem positiven Elektrodenanschluss von Gleichstromquelle 11 verbunden, und der Source-Anschluss von Schaltelement 12-3 ist mit dem Drain-Anschluss von Schaltelement 12-4 verbunden. Ferner ist der Source-Anschluss von Schaltelement 12-4 mit dem negativen Elektrodenanschluss von Gleichstromquelle 11 verbunden. Ferner sind der Source-Anschluss von Schaltelement 12-3 und der Drain-Anschluss von Schaltelement 12-4 mit dem anderen Ende von Übertragungsspule 13 verbunden.
Ferner sind die Gate-Anschlüsse der Schaltelemente 12-1 bis 12-4 mit der Steuerschaltung 15 über Gate-Treiber 14 verbunden. Ferner kann jedes der Schaltelemente 12-1 bis 12-4 seinen Gate-Anschluss mit seinem eigenen Source-Anschluss über einen Widerstand verbinden, um sicherzustellen, dass das Schaltelement aktiviert wird, wenn eine Spannung zur Aktivierung des Schaltelements angelegt wird. Schaltelemente 12-1 bis 12-4 schalten sich mit einer vorbestimmten Umschaltfrequenz an und aus im Einklang mit einem Steuersignal von Steuerschaltung 15. In der vorliegenden Ausführungsform wird das Paar von Schaltelement 12-1 und Schaltelement 12-4 und das Paar von Schaltelement 12-2 und Schaltelement 12-3 alternierend an und aus geschaltet, um Schaltelement 12-2 und Schaltelement 12-3 auszuschalten, wenn Schaltelement 12-1 und Schaltelement 12-4 angeschaltet sind, und umgekehrt, um Schaltelement 12-1 und Schaltelement 12-4 auszuschalten, wenn Schaltelement 12-2 und Schaltelement 12-3 angeschaltet sind. Somit wird die von Gleichstromquelle 11 gelieferte Gleichspannung in eine Wechselspannung umgewandelt, die eine Umschaltfrequenz der Schaltelemente aufweist, und die an Übertragungsspule 13 geliefert wird.
Übertragungsspule 13 überträgt die Wechselspannung von Stromversorgungsschaltung 10 an Resonanzschaltung 20 von Leistungsempfangsvorrichtung 3 durch den Raum.
Gate-Treiber 14 empfängt von Steuerschaltung 15 ein Steuersignal zum An- und Ausschalten der Schaltelemente 12-1 bis 12-4 und ändert im Einklang mit dem Steuersignal die Spannungen, die an die Gate-Anschlüsse der Schaltelemente 12-1 bis 12-4 angelegt werden. Mit anderen Worten, nach Empfang eines Steuersignals zum Anschalten von Schaltelement 12-1 und Schaltelement 12-4, legt Gate-Treiber 14 an den Gate-Anschluss von Schaltelement 12-1 und an den Gate-Anschluss von Schaltelement 12-4 solche relativ hohen Spannungen an, dass Schaltelement 12-1 und Schaltelement 12-4 angeschaltet werden. Dadurch wird dem Strom von Gleichstromquelle 11 erlaubt, durch Schaltelement 12-1, Übertragungsspule 13, und Schaltelement 12-4 zu fließen. Andererseits, nach Empfang eines Steuersignals zum Abschalten von Schaltelement 12-1 und Schaltelement 12-4, legt Gate-Treiber 14 an den Gate-Anschluss von Schaltelement 12-1 und den Gate-Anschluss von Schaltelement 12-4 solche relativ niedrigen Spannungen an, dass Schaltelement 12-1 und Schaltelement 12-4 ausgeschaltet werden, um einem Strom von Gleichstromquelle 11 nicht zu gestatten, durch Schaltelement 12-1 und Schaltelement 12-4 zu fließen. In vergleichbarer Weise steuert Gate-Treiber 14 die Spannungen, die an den Gate-Anschlüssen von Schaltelement 12-2 und Schaltelement 12-3 anliegen. Wenn somit Schaltelement 12-1 und Schaltelement 12-4 ausgeschaltet werden und Schaltelement 12-2 und Schaltelement 12-3 angeschaltet werden, fließt ein Strom von Gleichstromquelle 11 durch Schaltelement 12-3, Übertragungsspule 13, und Schaltelement 12-2.
Steuerschaltung 15 umfasst beispielsweise einen nichtflüchtigen Speicherkreis und einen flüchtigen Speicherkreis, einen Arithmetikoperationskreis, einen Schnittstellenkreis für die Verbindung mit anderen Schaltkreisen. Steuerschaltung 15 steuert das An- und Ausschalten der Schaltelemente von Stromversorgungsschaltung 10 derart, dass Stromversorgungsschaltung 10 Übertragungsspule 13 mit Wechselstrom versorgen kann.
In der vorliegenden Ausführungsform steuert Steuerschaltung 15 die Schaltelemente 12-1 bis 12-4 derart, dass das Paar aus Schaltelement 12-1 und Schaltelement 12-4 und das Paar aus Schaltelement 12-2 und Schaltelement 12-3 alternierend angeschaltet werden, und dass die Dauer, während der das Paar aus Schaltelement 12-1 und Schaltelement 12-4 angeschaltet sind, und die Dauer, während der das Paar aus Schaltelement 12-2 und Schaltelement 12-3 angeschaltet sind, in einer Periode gleich sind, wobei die Periode der Umschaltfrequenz entspricht. Durch das An- und Ausschalten des Paares aus Schaltelement 12-1 und Schaltelement 12-4 und des Paares aus Schaltelement 12-2 und Schaltelement 12-3, kann Steuerschaltung 15 eine Totzeit einstellen, während der beide Paare aus Schaltelementen ausgeschaltet sind, um einen Kurzschluss von Gleichstromquelle 11 zu vermeiden, der dann auftritt, wenn das Paar aus Schaltelement 12-1 und Schaltelement 12-4 und das Paar aus Schaltelement 12-2 und Schaltelement 12-3 gleichzeitig angeschaltet sind.
Als Nächstes wird Leistungsempfangsvorrichtung 3 beschrieben.
Resonanzschaltung 20 ist eine LC-Resonanzschaltung, die eine Empfangsspule 21 und eine Variable-Kapazitäts-Schaltung 22 umfasst, die parallel miteinander verbunden sind. Ein Ende von Empfangsspule 21, die in Resonanzschaltung 20 enthalten ist, ist verbunden mit einem Ende von Variable-Kapazitäts-Schaltung 22 und mit einem Eingabeanschluss einer Gleichricht- und Glättungsschaltung 23. Das andere Ende von Empfangsspule 21 ist verbunden mit dem anderen Ende von Variable-Kapazitäts-Schaltung 22 und mit dem anderen Eingabeanschluss von Gleichricht- und Glättungsschaltung 23.
Empfangsspule 21 empfängt elektrischen Strom von Übertragungsspule 13 durch In-Resonanz-treten mit dem Wechselstrom, der durch Übertragungsspule 13 von Leistungsübertragungsvorrichtung 2 fließt. Empfangsspule 21 gibt die empfangene elektrische Leistung aus an Gleichricht- und Glättungsschaltung 23 über Variable-Kapazitäts-Schaltung 22. Die Zahl der Windungen von Empfangsspule 21 und die Zahl der Windungen von Übertragungsspule 13 von Leistungsübertragungsvorrichtung 2 können identisch sein oder unterschiedlich. Ferner können die Wertbereiche, die die Induktivität von Empfangsspule 21 von Resonanzschaltung 20 und die Kapazität von Variable-Kapazitäts-Schaltung 22 annehmen können, eingestellt werden, um die Bedingung zu erfüllen, dass die Resonanzfrequenz (zweite Resonanzfrequenz) f_r2 = 100 kHz für einen erwarteten Kopplungskoeffizienten (zum Beispiel, k = 0.1 bis 0.5) ist.
Variable-Kapazitäts-Schaltung 22 ist ein Schaltkreis, der die Kapazität anpassen kann. Ein Ende von Variable-Kapazitäts-Schaltung 22 ist verbunden mit einem Ende von Empfangsspule 21 und mit einem Eingabeanschluss von Gleichricht- und Glättungsschaltung 23. Das andere Ende von Variable-Kapazitäts-Schaltung 22 ist verbunden mit dem anderen Ende von Empfangsspule 21 und dem anderen Eingabeanschluss von Gleichricht- und Glättungsschaltung 23. Mit anderen Worten ist Variable-Kapazitäts-Schaltung 22 parallel verbunden mit Empfangsspule 21. Variable-Kapazitäts-Schaltung 22, im Zusammenspiel mit Empfangsspule 21, tritt in Resonanz und gibt die von Empfangsspule 21 empfangene elektrische Leistung aus an Gleichricht- und Glättungsschaltung 23.
In der vorliegenden Ausführungsform umfasst Variable-Kapazitäts-Schaltung 22 drei Kondensatoren 221 bis 223 und drei Schaltelemente 224 bis 226, die jeweils parallel verbunden sind mit Empfangsspule 21. Kondensator 221 und Schaltelement 224 sind in reihe miteinander verbunden. In ähnlicher Weise sind Kondensator 222 und Schaltelement 225 in Reihe miteinander verbunden, und Kondensator 223 und Schaltelement 226 sind in Reihe miteinander verbunden. Die Zahl der in Variable-Kapazitäts-Schaltung 22 enthaltenen Kondensatoren, die parallel mit Empfangsspule 21 verbunden sind, ist nicht auf drei beschränkt. Die Zahl der in Variable-Kapazitäts-Schaltung 22 enthaltenen Kondensatoren, die parallel mit Empfangsspule 21 verbunden sind, muss lediglich mehr als eins sein und kann beispielsweise zwei, vier oder mehr betragen.
Schaltelemente 224 bis 226 können beispielsweise n-Kanal-MOSFETs sein. Der Drain-Anschluss von Schaltelement 224 ist verbunden mit einem Ende von Empfangsspule 21 über Kondensator 221, und der Source-Anschluss von Schaltelement 224 ist verbunden mit dem anderen Ende von Empfangsspule 21. In ähnlicher Weise ist der Drain-Anschluss von Schaltelement 225 verbunden mit dem einen Ende von Empfangsspule 21 über Kondensator 222, und der Source-Anschluss von Schaltelement 225 ist verbunden mit dem anderen Ende von Empfangsspule 21. Der Drain-Anschluss von Schaltelement 226 ist verbunden mit dem einen Ende von Empfangsspule 21 über Kondensator 223, und der Source-Anschluss von Schaltelement 226 ist verbunden mit dem anderen Ende von Empfangsspule 21. Die Gate-Anschlüsse der Schaltelemente 224 bis 226 sind verbunden mit Steuerschaltung 26.
Steuerschaltung 26 schaltet die Schaltelemente 224 bis 226 an und aus. Unter den Kondensatoren 221 bis 223 tragen diejenigen Kondensatoren, die in Reihe mit den Schaltelementen verbunden sind, die angeschaltet sind, zur Resonanz von Resonanzschaltung 20 bei. Mit anderen Worten kann die Resonanzfrequenz (zweite Resonanzfrequenz) f_r2 von Resonanzschaltung 20 durch die nachfolgenden Gleichungen beschrieben werden.
[Gleichung 1] $\begin{array}{l} f_{r 2} = \frac{1}{2 π \sqrt{C_{p v} \cdot L_{r 2}}} \\ L_{r 2} = L_{2} (1 - k) (1 - k) \\ C_{p v} = \sum_{i - 1}^{3} (s_{i} \cdot C_{i}) \\ s_{i} = {\begin{matrix} 1 & ON \\ 0 & OFF \end{matrix} \end{array}$
wobei, C_pv die Kapazität von Variable-Kapazitäts-Schaltung 22 ist. C_i (i = 1, 2, 3) sind die Kapazitäten der Kondensatoren 221 bis 223. Ferner ist s_i (i = 1, 2, 3) ein Koeffizient zum Anzeigen, ob die Schaltelemente 224 bis 226 an- oder ausgeschaltet sind. Wenn Schaltelement 224 angeschaltet ist, gilt s₁ = 1, und wenn Schaltelement 224 ausgeschaltet ist, gilt s₁ = 0. Wenn Schaltelement 225 angeschaltet ist, gilt s₂ = 1, und wenn Schaltelement 225 ausgeschaltet ist, gilt s₂ = 0. Wenn ferner Schaltelement 226 angeschaltet ist, gilt s₃ = 1, und wenn Schaltelement 226 ausgeschaltet ist, gilt s₃ = 0. Mit anderen Worten ist Cpv die Summe der Kapazitäten der Kondensatoren, von den Kondensatoren 221 bis 223, die mit den angeschalteten Schaltelementen verbunden sind. Die Kapazitäten der Kondensatoren 221 bis 223 können identisch oder unterschiedlich voneinander sein. L₂ ist die Induktivität von Empfangsspule 21. L_r2 ist die Induktivität von Empfangsspule 21, wenn Übertragungsspule 13 kurzgeschlossen wird, und wenn kein Kopplungskoeffizient von Übertragungsspule 13 und Empfangsspule 21 ist.
Wie sich aus Gleichung (1) ergibt, wenn die Zahl der Kondensatoren, von den Kondensatoren 221 bis 223, die zur Resonanz von Resonanzschaltung 20 beitragen, zunimmt oder mit anderen Worten, wenn die Zahl der angeschalteten Schaltelemente zunimmt, nimmt die Kapazität von Variable-Kapazitäts-Schaltung 22 zu und die Resonanzfrequenz f_r2 von Resonanzschaltung 20 nimmt ab. Nimmt umgekehrt die Zahl der Kondensatoren von den Kondensatoren 221 bis 223, die nicht zur Resonanz von Resonanzschaltung 20 beitragen, zu oder mit anderen Worten, nimmt die Zahl der ausgeschalteten Schaltelemente zu, so nimmt die Resonanzfrequenz f_r2 von Resonanzschaltung 20 zu.
Gleichricht- und Glättungsschaltung 23 umfasst eine Vollwellengleichrichtschaltung 231, die vier Dioden umfasst, die als Brücke verbunden sind, sowie einen Glättungskondensator 232. Gleichricht- und Glättungsschaltung 23 richtet gleich und glättet den elektrischen Strom, der durch Resonanzschaltung 20 wird, um den elektrischen Strom in Gleichstrom zu wandeln. Gleichricht- und Glättungsschaltung 23 gibt den Gleichstrom an Lastschaltung 24 aus.
Spannungserfassungsschaltung 25 erfasst die Ausgangsspannung über beide Anschlüsse von Vollwellengleichrichtschaltung 231. Da die Ausgangsspannungen über beide Anschlüsse von Vollwellengleichrichtschaltung 231 eineindeutig den Ausgangsspannungen von Resonanzschaltung 20 entsprechen, bedeutet das Erfassen einer Ausgangsspannung über beide Anschlüsse von Vollwellengleichrichtschaltung 231 das indirekte Erfassen einer Ausgangsspannung von Resonanzschaltung 20. Spannungserfassungsschaltung 25 kann beispielsweise eine von verschiedenen bekannten Spannungserfassungsschaltungen sein, die eine Gleichspannung erkennen können. In der vorliegenden Ausführungsform muss Spannungserfassungsschaltung 25 lediglich bestimmen, ob die Ausgangsspannung eine Schwellenspannung für das An- und Abschalten der Schaltelemente von Variable-Kapazitäts-Schaltung 22 übersteigt, und kann deshalb ein Schaltkreis sein, der in der Lage ist, eine solche Erkennung durchzuführen.
Steuerschaltung 26 steuert die Kapazität von Variable-Kapazitäts-Schaltung 22 von Resonanzschaltung 20 gemäß dem Ergebnis der Spannungserfassung durch Spannungserfassungsschaltung 25.
4A zeigt ein Beispiel einer Frequenzkennlinie der Ausgangsspannung von Resonanzschaltung 20 aus dem zweiten Resonanzverfahren. In 4A ist die Frequenz dargestellt entlang der Horizontalachse und Spannung ist dargestellt entlang der Vertikalachse. Graph 400 zeigt die Frequenzkennlinie der Ausgangsspannung für einen Fall, bei dem die Resonanzfrequenz von Resonanzschaltung 20 f_r2 ist und bei dem Lastschaltung 24 einen gewissen Lastwiderstand aufweist. Graph 401 zeigt die Frequenzkennlinie der Ausgangsspannung für den Fall, dass die Resonanzfrequenz der Resonanzschaltung 20 f_r2 ist, und dass der Lastwiderstand von Lastschaltung 24 100 Mal größer ist als der Lastwiderstand zu Graph 400. Wie durch Graph 400 du Graph 401 gezeigt nimmt die Ausgangsspannung ab, wenn die Umschaltfrequenz der an Übertragungsspule 13 versorgten Wechselspannung nahe an die Resonanzfrequenz f_r2 von Resonanzschaltung 20 kommt. Da ferner die kontaktlose Stromversorgungsvorrichtung gemäß dem zweiten Resonanzverfahren mit einem konstanten Strom betrieben wird in der Umgebung der Resonanzfrequenz f_r2 , schwankt die Ausgangsspannung stark in Abhängigkeit des Lastwiderstands von Lastschaltung 24.
Wenn sich andererseits die Umschaltfrequenz der an Übertragungsspule 13 versorgten Wechselspannung weit entfernt von der Resonanzfrequenz von Resonanzschaltung f_r2 liegt, wird die kontaktlose Stromversorgungsvorrichtung mit konstanter Spannung betrieben, und die Ausgangsspannung ist selbst dann ungefähr konstant, wenn sich der Lastwiderstand von Lastschaltung 24 ändert.
Wenn beispielsweise eine Änderung des Kopplungskoeffizienten die Resonanzfrequenz f_r2 von Resonanzschaltung 20 dichter an die Umschaltfrequenz der Wechselspannung bringt, mit der Übertragungsspule 13 versorgt wird, und wenn die Ausgangsspannung von Resonanzschaltung 20 zunimmt, kann deshalb Steuerschaltung 26 ermöglichen, dass Leistungsempfangsvorrichtung 3 weiterhin bei konstanter Spannung betrieben werden kann, durch Ändern der Resonanzfrequenz f_r2 von Resonanzschaltung 20 um die Differenz zwischen der Umschaltfrequenz und der Resonanzfrequenz f_r2 zu vergrößern.
4B zeigt ein Beispiel einer Frequenzkennlinie von Ausgangsspannung für den Fall, dass die Resonanzfrequenz von Resonanzschaltung 20 von f_r2 nach f_r2' geändert wird. In 4B wird die Frequenz dargestellt entlang der Horizontalachse du die Spannung entlang der Vertikalachse. Graph 410 stellt die Frequenzkennlinie der Ausgangsspannung dar für den Fall, dass die Resonanzfrequenz von Resonanzschaltung 20 f_r2' ist, und dass Lastschaltung 24 einen gewissen Lastwiderstand aufweist. Graph 411 zeigt die Frequenzkennlinie der Ausgangsspannung für den Fall, dass die Resonanzfrequenz von Resonanzschaltung 20 f_r2' ist, und dass der Lastwiderstand von Lastschaltung 24 einen 100-mal-größeren Wert annimmt, als der Wert des Lastwiderstands, der Graph 410 entspricht.
Wie beispielsweise in 4A gezeigt nimmt die Ausgangsspannung zu, wenn die Umschaltfrequenz fs der an Übertragungsspule 13 versorgten Wechselspannung dicht an der Resonanzfrequenz f_r2 von Resonanzschaltung 20 ist. Um dem zu begegnen wird die Zunahme der Ausgangsspannung erfasst und die Resonanzfrequenz von Resonanzschaltung 20 wird geändert von f_r2 nach f_r2' wie in 4B gezeigt, um die Resonanzfrequenz f_r2 ' ausreichend höher zu setzen, als Umschaltfrequenz fs, womit ermöglicht wird, dass Leistungsempfangsvorrichtung 3 weiterhin selbst dann mit einer konstanten Spannung betrieben werden kann, wenn die Umschaltfrequenz fs der an Übertragungsspule 13 versorgten Wechselspannung konstant gehalten wird.
Somit steuert Steuerschaltung 26 die Kapazität der Variable-Kapazitäts-Schaltung 22 derart, dass sie die Kapazität der Variable-Kapazitäts-Schaltung 22 senkt, wenn die Ausgangsspannung von Resonanzschaltung 20 zunimmt. In der vorliegenden Ausführungsform erhöht Steuerschaltung 26 die Zahl der Schaltelemente aus Schaltelementen 224 bis 226, die ausgeschaltet sind, während die Ausgangsspannung von Resonanzschaltung 20 zunimmt. Dies erhöht die Resonanzfrequenz f_r2 von Resonanzschaltung 20 wie in Gleichung (1) gezeigt, und im Ergebnis kann Steuerschaltung 26 die Differenz zwischen der Umschaltfrequenz fs der Wechselspannung, mit der Übertragungsspule 13 versorgt wird, und der Resonanzfrequenz f_r2 von Resonanzschaltung 20 vergrößern, um so zu ermöglichen, dass Leistungsempfangsvorrichtung 3 weiterhin mit konstanter Spannung betrieben wird. Dies unterdrückt auch eine Zunahme des Ausgleichsstroms, der durch Resonanzschaltung 20 fließt, wodurch ein Rückgang in Leistungsübertragungseffizienz und das Erzeugen einer Überspannung in Leistungsempfangsvorrichtung 3 unterdrückt wird.
Wenn umgekehrt die Ausgangsspannung der Resonanzschaltung 20 abnimmt, steuert Steuerschaltung 26 die Kapazität der Variable-Kapazitäts-Schaltung 22 derart, dass sie die Kapazität der Variable-Kapazitäts-Schaltung 22 erhöht. In der vorliegenden Ausführungsform kann Steuerschaltung 26 die Zahl der Schaltelemente aus den Schaltelementen 224 bis 226, die angeschaltet sind, erhöhen, wenn die Ausgangsspannung von Resonanzschaltung 20 abnimmt.
Wird eine Zunahme in der Ausgangsspannung von Resonanzschaltung 20 erfasst, kann Steuerschaltung 26 die Kapazität der Variable-Kapazitäts-Schaltung 22 derart steuern, dass sie die Resonanzfrequenz von Resonanzschaltung 20 senkt, und die Resonanzfrequenz f_r2 von Resonanzschaltung 20 niedriger einstellt als die Umschaltfrequenz fs der Wechselspannung, mit der Übertragungsspule 13 versorgt wird. Steuerschaltung 26 kann auch das Erzeugen einer Überspannung in Leistungsempfangsvorrichtung 3 verhindern, durch das Steuern der Kapazität von Variable-Kapazitäts-Schaltung 22 auf diese Weise. In diesem Fall nimmt jedoch der Q-Wert von Resonanzschaltung 20 zu, und im Ergebnis nimmt auch der Strom zu, der durch Resonanzschaltung 20 fließt.
Nimmt ferner das Produkt aus Kopplungskoeffizient und Q-Wert von Empfangsspule 21 (nachstehend als kQ-Produkt bezeichnet) zu, was durch die untenstehende Gleichung (2) ausgedrückt wird, eilt die Phase des Stroms, der durch Übertragungsspule 13 fließt, relativ voraus.
[Gleichung 2] $Q = R \sqrt{\frac{C_{p v}}{L_{r 2}}}$
wobei R der Widerstand der Lastschaltung 24 ist. Ist das kQ-Produkt größer als ein vorbestimmter Wert, eilt die Phase des Stroms, der durch Übertragungsspule 13 fließt, relativ der Phase der Umschaltspannung voraus, und Stromversorgungsschaltung 10 und Übertragungsspule 13 arbeiten unter hart schaltenden (kapazitiven) Bedingungen, was zu einer Abnahme der Energieübertragungseffizienz führt. Wenn somit eine Zunahme der Ausgangsspannung von Resonanzschaltung 20 erfasst wird, ist es bevorzugt, dass Steuerschaltung 26 die Kapazität von Variable-Kapazitäts-Schaltung 22 derart steuert, dass sie die Kapazität von Variable-Kapazitäts-Schaltung 22 senkt, statt sie zu erhöhen.
5 zeigt ein Beispiel für Spannungserfassungsschaltung 25 und Steuerschaltung 26 von Leistungsempfangsvorrichtung 3. Wie in 5 gezeigt umfasst Steuerschaltung 26 eine Gleichrichtschaltung 261, eine Spannungsdivisionsschaltung 262, und einen Schaltkreis 263. In 5 sind Spannungserfassungsschaltung 25 und Schaltkreis 263 von Steuerschaltung 26 als Schaltkreise gezeigt, zum An- und Abschalten der Mehrzahl von Schaltelementen (Schaltelement 224), die in der Variable-Kapazitäts-Schaltung 22 enthalten sind, zum Zwecke der einfachen Beschreibung. Spannungserfassungsschaltung 25 und Schaltkreis 263 von Steuerschaltung 26 können Schaltkreise wie in 5 gezeigt für jedes Schaltelement der Variable-Kapazitäts-Schaltung 22 umfassen.
In diesem Beispiel umfasst Spannungserfassungsschaltung 25 eine Zener-Diode ZD1 und zwei Widerstände Rvml und Rvm2, die in Reihe zwischen dem Ausgabeanschluss auf der positiven Elektrodenseite und dem Ausgabeanschluss auf der negativen Elektrodenseite von Vollwellengleichrichtschaltung 231 verbunden sind. Der Kathodenanschluss von Zener-Diode ZD1 ist verbunden mit dem Ausgabeanschluss auf der positiven Elektrodenseite von Vollwellengleichrichtschaltung 231 und der Anodenanschluss von Zener-Diode ZD1 ist verbunden mit dem Ausgabeanschluss auf der negativen Elektrodenseite von Vollwellengleichrichtschaltung 231 über die zwei Widerstände Rvml und Rvm2, um umgekehrtgepolt zu werden durch eine Spannung, die durch Vollwellengleichrichtschaltung 231 ausgegeben wird.
Ist somit die durch Vollwellengleichrichtschaltung 231 ausgegebene Spannung nicht größer als die Durchbruchspannung von Zener-Diode ZD1, fließt kein Strom durch Spannungserfassungsschaltung 25. Ist andererseits die durch Vollwellengleichrichtschaltung 231 ausgegebene Spannung größer als die Durchbruchspannung der Zener-Diode ZD1, fließt ein Strom durch Spannungserfassungsschaltung 25. Somit kann Spannungserfassungsschaltung 25 erfassen, ob die durch Vollwellengleichrichtschaltung 231 ausgegebene Spannung größer als die Durchbruchspannung von Zener-Diode ZD1 ist, oder nicht. Mit anderen Worten dient die Durchbruchspannung von Zener-Diode ZD1 als Schwellenspannung zum An- und Abschalten der entsprechenden Schaltelemente von Variable-Kapazitäts-Schaltung 22.
Bevorzugt weisen die Zener-Dioden der Spannungserfassungsschaltung 25, die jeweils den Schaltelementen der Variable-Kapazitäts-Schaltung 22 entsprechen, unterschiedliche Durchbruchspannungen zueinander auf. Dies erlaubt der Spannungserfassungsschaltung 25, zueinander unterschiedliche Spannungen zu verwenden, um die Schaltelemente der Variable-Kapazitäts-Schaltung 22 jeweils an- und auszuschalten.
Gleichrichtschaltung 261 der Steuerschaltung 26 ist parallel mit Empfangsspule 21 von Resonanzschaltung 20 verbunden und umfasst eine Diode D und einen Kondensator C. Diode D und Kondensator C sind in Reihe verbunden, wobei der Kathodenanschluss von Diode D mit einem Ende von Kondensator C verbunden ist. Gleichrichtschaltung 261 richtet die von Empfangsspule 21 empfangene Wechselspannung gleich, und versorgt Spannungsdivisionsschaltung 262 mit der gleichgerichteten Gleichspannung von einem Punkt zwischen dem Kathodenanschluss von Diode D und dem einen Ende von Kondensator C.
Spannungsdivisionsschaltung 262 umfasst zwei Widerstände Rd1 und Rd2, die in Reihe verbunden sind zwischen zwei Anschlüssen von Kondensator C von Gleichrichtschaltung 261, und eine Zener-Diode ZD2, die parallel mit Widerstand Rd2 verbunden ist. Spannungsdivisionsschaltung 262 teil die von Gleichrichtschaltung 261 versorgte Gleichspannung zwischen Widerstand Rd1 und Widerstand Rd2 auf, und versorgt den Gate-Anschluss von Schaltelement 224 mit der durch die Division erhaltenen Gleichspannung von einem Anschluss, der verbunden ist mit einem Punkt zwischen Widerstand Rd1 und Widerstand Rd2. Ferner ist der Kathodenanschluss der Zener-Diode ZD2 verbunden mit einem Anschluss, der verbunden ist mit einem Punkt zwischen Widerstand Rd1 und Widerstand Rd2, und ist verbunden mit dem Gate-Anschluss von Schaltelement 224. Der Anodenanschluss von Zener-Diode ZD2 ist verbunden mit dem anderen Ende von Widerstand R2 und mit dem Source-Anschluss von Schaltelement 224. Dies erlaubt das Anlegen einer Spannung, die der Durchbruchspannung der Zener-Diode ZD2 entspricht, an den Gate-Anschluss des Schaltelements 224 während der Zeit, wenn Empfangsspule 21 eine elektrische Leistung eines bestimmten Betrags oder mehr empfängt, und wie nachstehend beschrieben wird, wen Schaltkreis 263 ausgeschaltet ist. Für jedes der anderen Schaltelemente von Variable-Kapazitäts-Schaltung 22 kann eine Gleichspannung in vergleichbarer Weise an den Gate-Anschluss des Schaltelementes angelegt werden von dem Anschluss, der verbunden ist mit einem Punkt zwischen Widerstand Rd1 und Widerstand Rd2.
Schaltkreis 263 umfasst einen Widerstand R, einen Photokoppler PC, und einen npn-Typ-Transistor Tr. Widerstand R, die Leuchtdiode von Photokoppler PC, und Transistor Tr sind in dieser Reihenfolge in Reihe verbunden von der positiven Elektrodenseite zwischen dem Ausgabeanschluss auf der positiven Elektrodenseite und dem Ausgabeanschluss auf der negativen Elektrodenseite von Vollwellengleichrichtschaltung 231. Mit anderen Worten ist der Anodenanschluss der Leuchtdiode von Photokoppler PC verbunden mit dem Ausgabeanschluss auf der positiven Elektrodenseite von Vollwellengleichrichtschaltung 231 über Widerstand R, der Kathodenanschluss der Leuchtdiode ist verbunden mit dem Kollektoranschluss von Transistor Tr, und der Emitteranschluss von Transistor Tr ist verbunden mit dem Ausgabeanschluss auf der negativen Elektrodenseite von Vollwellengleichrichtschaltung 231. Der Basisanschluss von Transistor Tr ist verbunden mit einem Punkt zwischen Widerstand Rvml und Widerstand Rvm2 von Spannungserfassungsschaltung 25. Andererseits ist ein Ende des Phototransistors von Photokoppler PC verbunden mit dem Gate-Anschluss von Schaltelement 224 der Variable-Kapazitäts-Schaltung 22 und das andere Ende des Phototransistors ist verbunden mit dem Source-Anschluss von Schaltelement 224.
Wenn eine von Vollwellengleichrichtschaltung 231 ausgegebene Spannung nicht größer ist als die Schwellenspannung von Spannungserfassungsschaltung 25, d.h., nicht größer als die Durchbruchspannung der Zener-Diode ZD1, fließt kein Strom durch Spannungserfassungsschaltung 25, somit fließt kein Strom durch den Basisanschluss von Transistor Tr von Schaltkreis 263, und Transistor Tr ist ausgeschaltet. Somit ist auch Photokoppler PC ausgeschaltet. Im Ergebnis wird Schaltelement 224 angeschaltet, wegen der Spannung von Spannungsdivisionsschaltung 262, die an dem Gate-Anschluss von Schaltelement 224 anliegt. Somit trägt Kondensator 221, der in Reihe mit Schaltelement 224 verbunden ist, zur Resonanz von Resonanzschaltung 20 bei.
Wenn andererseits die von Vollwellengleichrichtschaltung 231 ausgegebene Spannung die Schwellenspannung von Spannungserfassungsschaltung 25 übersteigt, fließt ein Strom durch Spannungserfassungsschaltung 25, ein Strom fließt durch den Basisanschluss von Transistor Tr von Schaltkreis 263, und Transistor Tr wird angeschaltet. Somit wird auch Photokoppler PC angeschaltet. Im Ergebnis nimmt die an dem Gate-Anschluss von Schaltelement 224 von Spannungsdivisionsschaltung 262 anliegende Spannung ab und Schaltelement 224 wird abgeschaltet. Somit trägt Kondensator 221, der in Reihe mit Schaltelement 224 verbunden ist, nicht zur Resonanz von Resonanzschaltung 20 bei.
Wenn somit die von Vollwellengleichrichtschaltung 231 ausgegebene Spannung, die von Spannungserfassungsschaltung 25 erfasst wird, die Schwellenspannung übersteigt, kann Steuerschaltung 26 verhindern, dass Kondensator 221 von Variable-Kapazitäts-Schaltung 22 zur Resonanz von Resonanzschaltung 20 beiträgt, und erhöht somit die Resonanzfrequenz f_r2 von Resonanzschaltung 20. In vergleichbarer Weise kann Steuerschaltung 26 verhindern, dass jeder andere Kondensator von Variable-Kapazitäts-Schaltung 22 zur Resonanz von Resonanzschaltung 20 beiträgt, wenn die von Vollwellengleichrichtschaltung 231 ausgegebene Spannung die Schwellenspannung des Kondensators übersteigt.
Wie oben beschrieben unterdrückt diese kontaktlose Stromversorgungsvorrichtung eine Zunahme des Stroms, der durch die Übertragungsspule fließt, selbst dann, wenn der Kopplungskoeffizient abnimmt, indem eine Resonanzschaltung nicht in die Leistungsübertragungsvorrichtung eingebunden wird. Ferner überwacht diese kontaktlose Stromversorgungsvorrichtung die Ausgangsspannung der Resonanzschaltung der Leistungsempfangsvorrichtung und ändert, wenn die Ausgangsspannung steigt, die Kapazität der Variable-Kapazitäts-Schaltung der Resonanzschaltung auf der Leistungsempfangsseite und erhöht die Differenz zwischen der Resonanzfrequenz der Resonanzschaltung und der Umschaltfrequenz der Wechselspannung, mit der die Übertragungsspule der Leistungsübertragungsvorrichtung versorgt wird, um eine Zunahme des Ausgleichsstrom zu unterdrücken, der durch die Resonanzschaltung fließt, und um zu verhindern, dass eine Überspannung an die Leistungsempfangsvorrichtung angelegt wird. Diese kontaktlose Stromversorgungsvorrichtung unterdrückt somit eine Abnahme der Energieübertragungseffizienz selbst dann, wenn sich der Kopplungskoeffizient zwischen der Übertragungsspule und der Empfangsspule dynamisch verändert. Ferner verhindert diese kontaktlose Stromversorgungsvorrichtung ein Versagen der Leistungsempfangsvorrichtung durch verhindern, dass eine Überspannung daran angelegt wird.
Gemäß einer Variation kann eine Halbwellengleichrichtschaltung in Gleichricht- und Glättungsschaltung 23 verwendet werden, anstelle von Vollwellengleichrichtschaltung 231, und Spannungserfassungsschaltung 25 kann indirekt die Ausgangsspannung von Resonanzschaltung 20 erfassen durch Erfassen der Ausgangsspannung von der Halbwellengleichrichtschaltung.
6 zeigt ein Blockschaltbild von Leistungsempfangsvorrichtung 3 gemäß dieser Variation. In dieser Variation umfasst Leistungsempfangsvorrichtung 3 eine Resonanzschaltung 20, die eine Empfangsspule 21 und eine Variable-Kapazitäts-Schaltung 22 umfasst, eine Gleichricht- und Glättungsschaltung 27, eine Lastschaltung 24, eine Spannungserfassungsschaltung 25, und eine Steuerschaltung 26.
Diese Variation unterscheidet sich von der Leistungsempfangsvorrichtung gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform dahingehend, dass Gleichricht- und Glättungsschaltung 27 eine Halbwellengleichrichtschaltung anstelle einer Vollwellengleichrichtschaltung umfasst, und dass Schaltkreis 263 von Steuerschaltung 26 unterschiedlich eingestellt ist. Deshalb werden nachstehend diese Unterschiede beschrieben.
In dieser Variation umfasst die Gleichricht- und Glättungsschaltung 27 eine Halbwellengleichrichtschaltung 271, die zwei Dioden umfasst, die in Reihe verbunden sind, sowie einen Glättungskondensator 272, der parallel verbunden ist mit Halbwellengleichrichtschaltung 271. Der von Resonanzschaltung 20 ausgegebene Strom wird durch Gleichricht- und Glättungsschaltung 27 halbwellengleichgerichtet.
Spannungserfassungsschaltung 25 kann ein Schaltkreis sein, ähnlich der in 5 gezeigten Spannungserfassungsschaltung 25, und erfasst die Spannung zwischen dem Anschluss auf der Positivseite von Glättungskondensator 272 (d.h., dem Anschluss, der mit dem Kathodenanschluss der Diode in Reihe geschaltet ist) von Gleichricht- und Glättungsschaltung 27 und der Erde. Wenn die erfasste Spannung die Schwellenspannung übersteigt, wird der Transistor (nicht gezeigt) von Schaltkreis 263 von Steuerschaltung 26 angeschaltet.
Steuerschaltung 26 umfasst eine Gleichrichtschaltung und eine Spannungsdivisionsschaltung, ähnlich der Gleichrichtschaltung 261 und der Spannungsdivisionsschaltung 262, die in 5 gezeigt sind. Steuerschaltung 26 liefert Spannungen, die sie von der Spannungsdivisionsschaltung erhalten hat, an die Gate-Anschlüsse der Schaltelemente 224 bis 226 der Variable-Kapazitäts-Schaltung 22. Steuerschaltung 26 umfasst einen Schaltkreis ähnlich dem in 5 gezeigten Schaltkreis 263, mit der Ausnahme, dass Photokoppler PC weggelassen wurde. In dieser Variation ist jedoch der Kollektor des Transistors mit dem Gate-Anschluss des entsprechenden Schaltelements der Variable-Kapazitäts-Schaltung 22 verbunden, und der Emitter des Transistors ist geerdet.
Auch in diesem Fall, wenn die von Spannungserfassungsschaltung 25 erfasste Spannung die Schwellenspannung übersteigt, ist der Transistor angeschaltet, und im Ergebnis nimmt die am Gate-Anschluss des entsprechenden Schaltelementes der Variable-Kapazitäts-Schaltung 22 anliegende Spannung ab und das Schaltelement wird ausgeschaltet. Somit trägt der mit dem Schaltelement in Reihe geschaltete Kondensator nicht zur Resonanz der Resonanzschaltung 20 bei.
In dieser Variation ist die Schaltkreisanordnung vereinfacht, weil die Referenzspannung der Schaltkreis von Leistungsempfangsvorrichtung 3 auf die gemeinsame Erde gesetzt werden kann.
Ferner kann gemäß einer anderen Variation einer der Kondensatoren, die in Variable-Kapazitäts-Schaltung 22 enthalten sind, parallel verbunden sein mit Empfangsspule 21 ohne ein dazwischengeschaltetes Schaltelement. Dies erlaubt, dass zumindest ein Kondensator immer parallel mit Empfangsspule 21 verbunden ist, und so kann Leistungsempfangsvorrichtung 3 immer damit fortfahren, elektrischen Strom gemäß dem zweiten Resonanzverfahren zu empfangen.
Gemäß einer weiteren Variation ist die Anordnung der Variable-Kapazitäts-Schaltung 22 nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, und die Variable-Kapazitäts-Schaltung 22 kann beispielsweise einen variablen Kondensator enthalten, dessen Kapazität mechanisch oder durch ein anderes Verfahren geändert werden kann. Wenn Variable-Kapazitäts-Schaltung 22 einen mechanisch variablen Kondensator enthält, kann Steuerschaltung 26 beispielsweise einen Schrittmotor umfassen, um den Mechanismus zur Anpassung der Kapazität des variablen Kondensators zu betreiben, sowie einen Schaltkreis zum Betreiben des Schrittmotors und dergleichen. Steuerschaltung 26 kann dann die Variable-Kapazitäts-Schaltung 22 steuern durch Rotieren des Schrittmotors um denjenigen Drehbetrag, der der durch Spannungserfassungsschaltung 25 erfassten Spannung entspricht, so dass die Kapazität des variablen Kondensators die Kapazität sein kann, die der Spannung entspricht.
Ferner kann in der Leistungsübertragungsvorrichtung 2 die Stromversorgungsschaltung, die die Übertragungsspule 13 mit Wechselstrom versorgt, eine Schaltkreisanordnung aufweisen, die sich von der in der obigen Ausführungsform unterscheidet.
7A bis 7C sind jeweils Schaltkreisdiagramme von Stromversorgungsschaltungen gemäß weiterer Variationen. Die in 7A gezeigte Stromversorgungsschaltung 110 umfasst eine Wechselstromquelle 111, die eine Wechselspannung mit einer vorbestimmten Frequenz liefert. Die Wechselspannung von Wechselstromquelle 111 wird direkt an Übertragungsspule 13 geliefert. Deshalb kann Steuerschaltung 15 in dieser Variation weggelassen werden.
Die in 7B gezeigte Stromversorgungsschaltung 120 umfasst eine Gleichstromquelle 11, zwei Schaltelemente 12-1 und 12-2, und einen Kondensator 121 zum Blockieren von Gleichstrom, der in Reihe verbunden ist mit einer Übertragungsspule 13. Die Schaltelemente können auch in dieser Variation beispielsweise n-Kanal-MOSFETs sein.
In dieser Variation sind Schaltelement 12-1 und Schaltelement 12-2 in Reihe verbunden zwischen dem positiven Elektrodenanschluss und dem negativen Elektrodenanschluss von Gleichstromquelle 11. Schaltelement 12-1 ist verbunden auf der positiven Elektrodenseite von Gleichstromquelle 11, während Schaltelement 12-2 verbunden ist auf der negativen Elektrodenseite von Gleichstromquelle 11. Der Drain-Anschluss von Schaltelement 12-1 ist verbunden mit dem positiven Elektrodenanschluss von Gleichstromquelle 11, und der Source-Anschluss von Schaltelement 12-1 ist verbunden mit dem Drain-Anschluss von Schaltelement 12-2. Der Source-Anschluss von Schaltelement 12-2 ist verbunden mit dem negativen Elektrodenanschluss von Gleichstromquelle 11. Ferner sind der Source-Anschluss von Schaltelement 12-1 und der Drain-Anschluss von Schaltelement 12-2 mit einem Ende von Übertragungsspule 13 verbunden, und der Source-Anschluss von Schaltelement 12-2 ist verbunden mit dem anderen Ende von Übertragungsspule 13 mittels eines Kondensators 121. Die Gate-Anschlüsse der Schaltelemente sind mit dem Gate-Treiber 14 verbunden.
In dieser Variation kann Gate-Treiber 14 im Wechsel Schaltelement 12-1 und Schaltelement 12-2 an- und ausschalten gemäß eines Steuersignals von Steuerschaltung 15. Mit anderen Worten, wenn Schaltelement 12-1 angeschaltet wird und Schaltelement 12-2 ausgeschaltet wird, fließt ein Strom von Gleichstromquelle 11 durch Schaltelement 12-1 zu Übertragungsspule 13 und Kondensator 121 wird geladen. Wenn andererseits Schaltelement 12-1 ausgeschaltet wird und Schaltelement 12-2 angeschaltet wird, entlädt sich Kondensator 121 und ein Strom fließt von Kondensator 121 durch Übertragungsspule 13 und Schaltelement 12-2.
Die in 7C gezeigte Stromversorgungsschaltung 130 umfasst eine Gleichstromquelle 11, zwei Schaltelemente 12-1 und 12-2, und einen Kondensator 121, die in Reihe verbunden sind mit Übertragungsspule 13, in ähnlicher Weise wie bei Stromversorgungsschaltung 120. Allerdings ist in Stromversorgungsschaltung 130, anders als bei Stromversorgungsschaltung 120, ein Ende von Übertragungsspule 13 direkt verbunden mit dem positiven Elektrodenanschluss von Gleichstromquelle 11 und das andere Ende von Übertragungsspule 13 ist mittels des Kondensators 121 mit dem Source-Anschluss von Schaltelement 12-1 und dem Drain-Anschluss von Schaltelement 12-2 verbunden.
Auch in dieser Variation kann der Gate-Treiber 14 das Schaltelement 12-1 und das Schaltelement 12-2 im Wechsel an- und ausschalten gemäß eines Steuersignals von Steuerschaltung 15.
In der in 7B gezeigten Stromversorgungsschaltung 120 und in der in 7C gezeigten Stromversorgungsschaltung 130 ist die Kapazität von Kondensator 121 vorzugsweise so gewählt, dass die Resonanzfrequenz von Übertragungsspule 13 und Kondensator 121 kleiner ist als der Minimalwert der Resonanzfrequenz von Resonanzschaltung 20 von Leistungsempfangsvorrichtung 3 und der Umschaltfrequenz, um zu vermeiden, dass Übertragungsspule 13 und Kondensator 121 als Resonanzschaltung mit der Umschaltfrequenz arbeiten. Damit wird eine Abnahme der Leistungsübertragungseffizienz aufgrund einer Zunahme des durch Übertragungsspule 13 fließenden Stroms unterdrückt.
Ferner kann in ähnlicher Weise wie bei Stromversorgungsschaltung 120 und bei Stromversorgungsschaltung 130 ein Kondensator zum Blockieren von Gleichstrom, der in Reihe verbunden ist mit Übertragungsspule 13, in der oben beschriebenen Ausführungsform vorgesehen sein. Allerdings ist die Kapazität des Kondensators auch in diesem Fall vorzugsweise derart gewählt, dass die Resonanzfrequenz von Übertragungsspule 13 und dem Kondensator kleiner ist als der Minimalwert der Resonanzfrequenz von Resonanzschaltung 20 von Leistungsempfangsvorrichtung 3 und der Umschaltfrequenz, um zu verhindern, dass Übertragungsspule 13 und der Kondensator als Resonanzschaltung bei der Umschaltfrequenz betrieben werden.
Die Umschaltfrequenz der Wechselspannung, mit der die Übertragungsspule versorgt wird, muss ferner nicht konstant sein, und der Strom, der durch die Übertragungsspule fließt, kann beispielsweise gemessen werden mit einem Amperemeter und die Steuerschaltung der Leistungsübertragungsvorrichtung kann eine Steuerung durchführen, um die Umschaltfrequenz zu verringern, wenn der Stromwert einen vorbestimmten Schwellenwert übersteigt.
Wie oben beschrieben kann ein Fachmann verschiedene Änderungen vornehmen, die zu den Ausführungen passen, ohne vom Gegenstand der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Bezugszeichenliste

1: Kontaktlose Stromversorgungsvorrichtung
2: Leistungsübertragungsvorrichtung
10, 110, 120, 130: Stromversorgungsschaltung
11: Gleichstromquelle
12-1 bis 12-4 S: chaltelement
13: Übertragungsspule
14: Gate-Treiber
15: Steuerschaltung
3: Leistungsempfangsvorrichtung
20: Resonanzschaltung
21: Empfangsspule
22: Variable-Kapazitäts-Schaltung
221 bis 223: Kondensator
224 bis 226: Schaltelement
23, 27: Gleichricht- und Glättungsschaltung
231: Vollwellengleichrichtschaltung
271: Halbwellengleichrichtschaltung
232, 272: Glättungskondensator
24: Lastschaltung
25: Spannungserfassungsschaltung
26: Steuerschaltung
261: Gleichrichtschaltung
262: Spannungsdivisionsschaltung
263: Schaltkreis
111: Wechselstromquelle
121: Kondensator

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

Tohi et al., „Maximum Efficiency of Contactless Power Transfer System using k and Q“, The Institute of Electrical Engineers of Japan Technical Meeting Document, SPC, Semiconductor Power Converter Technical Meeting, 2011 [0006]
Fujita et al., „Contactless Power Transfer Systems using Series and Parallel Resonant Capacitors“, IEEJ Transactions D (IEEJ Transactions on Industry Applications), 2007, 127 (2), pp 174-180 [0006]

Claims

Kontaktlose Stromversorgungsvorrichtung umfassend eine Leistungsübertragungsvorrichtung und eine Leistungsempfangsvorrichtung, an die elektrische Leistung kontaktlos von der Leistungsübertragungsvorrichtung übertragen wird, wobei die Leistungsübertragungsvorrichtung umfasst: eine Übertragungsspule, die die Leistungsempfangsvorrichtung mit elektrischer Leistung versorgt; und eine Stromversorgungsschaltung, die die Übertragungsspule mit Wechselspannung versorgt, und wobei die Leistungsempfangsvorrichtung umfasst: eine Resonanzschaltung, die eine Empfangsspule, die elektrische Leistung von der Leistungsübertragungsvorrichtung empfängt, und eine Variable-Kapazitäts-Schaltung, die parallel verbunden ist mit der Empfangsspule, umfasst, wobei die Resonanzschaltung bei einer Frequenz in Resonanz tritt, die einer Induktivität der Empfangsspule und einer Kapazität der Variable-Kapazitäts-Schaltung entspricht; eine Spannungserfassungsschaltung, die eine Ausgangsspannung der Resonanzschaltung erfasst; und eine Steuerschaltung, die die Kapazität der Variable-Kapazitäts-Schaltung gemäß der Ausgangsspannung steuert.
Kontaktlose Stromversorgungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Steuerschaltung die Kapazität der Variable-Kapazitäts-Schaltung verringert, wenn die Ausgangsspannung zunimmt.
Kontaktlose Stromversorgungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Variable-Kapazitäts-Schaltung eine Mehrzahl von Spulen und zumindest ein Schaltelement umfasst, das mit der Mehrzahl von Spulen verbunden ist, wobei die Mehrzahl von Spulen mit der Empfangsspule jeweils parallel verbunden sind, und wobei die Steuerschaltung das zumindest eine Schaltelement gemäß der Ausgangsspannung an- und ausschaltet.