DE112021007932T5

DE112021007932T5 - Energie-übertragungseinrichtung und kontaktloses energieversorgungssystem

Info

Publication number: DE112021007932T5
Application number: DE112021007932.8T
Authority: DE
Inventors: Takuya Nakanishi
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2021-07-02
Filing date: 2021-07-02
Publication date: 2024-04-25
Also published as: JPWO2023276140A1; CN117581446A; WO2023276140A1

Abstract

Eine Serieneinheit aus einer Induktivität (2) und einem ersten Kondensator (3) ist mit der AC-Seite des Wechselrichters (1) verbunden, eine Serieneinheit aus einem zweiten Kondensator (4) und der Energie-Übertragungsspule (5) ist parallel zum ersten Kondensator (3) geschaltet, eine Steuerungseinrichtung (7) ist so konfiguriert, dass sie den Wechselrichter (1) durch Umschalten zwischen zwei Modi steuert, die ein Energie-Übertragungsmodus, in dem Energie an die Energie-Übertragungsspule (5) übertragen wird, und ein Spulen-Detektionsmodus sind, in dem ein Niedrigleistungszeitraum des Betriebs mit niedrigerer Ausgangsleistung als im Energie-Übertragungsmodus und ein Nullleistungszeitraum, in dem eine Ausgabe des Wechselrichters (1) mit Null vorgegeben ist, abwechselnd wiederholt werden, und das Umschalten der Modi auf der Basis des Zustands nach dem Modus-Übergang durchgeführt wird, in dem sich die Information zu einem Zeitpunkt ändert, wenn eine vorbestimmte Bedingung nach dem Modus-Umschalten erfüllt ist, und eines Werts eines Betriebsparameters, der zumindest mit der Eingangsleistung an den Wechselrichter zusammenhängt.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Energie-Übertragungseinrichtung und ein kontaktloses Energieversorgungssystem.
Stand der Technik
Für eine kontaktlos Energieversorgungstechnik gibt es eine Technik zum Übertragen von Energie mittels magnetischer Feldkopplung zwischen zwei Spulen, die voneinander beabstandet sind. Diese kontaktlose Energieversorgung wurde für eine Anwendung auf eine Energieversorgung an ein bewegliches Objekt, wie z. B. ein fahrendes Automobil untersucht.
Die kontaktlose Energieversorgung an das bewegliche Objekt ist ein System, bei dem die Energie-Empfangsspule direkt oberhalb der Energie-Übertragungsspule in einer kurzen Zeit vorbeikommt, und der Kopplungszustand zwischen den Spulen, d. h. der elektrische Zustand aus Sicht der Energie-Sendeseite, schwankt ständig. Verschiedene Techniken wurden bereits untersucht, um die Übertragungsenergie bzw. Übertragungsleistung zu steuern, wenn eine Energie-Empfangsspule eine Position unmittelbar oberhalb einer Energie-Übertragungsspule erreicht und wenn der Kopplungszustand zwischen den Spulen schwankt (beispielsweise Nichtpatentdokument 1).
Dokumente zum Stand der Technik
Nicht-Patentdokument
Nicht-Patentdokument 1: Katsuhiro Hata, et. al, „Driving Test Evaluation of Sensorless Vehicle Detection Method for In-motion Wireless Power Transfer", Proc. The 2018 International Power Electronics Conference, S. 663-668.
Zusammenfassung der Erfindung
Mit der Erfindung zu lösende Probleme
Bei der Technik, die im Nicht-Patentdokument 1 beschrieben ist, gilt Folgendes: Da es eine Sequenz gibt, bei der die Energie-Sendeseite und die Energie-Empfangsseite miteinander zusammenarbeiten, besteht das Problem, dass das Schalten in einer Zeit nicht durchgeführt werden kann, die gleich groß wie oder kleiner als die Zeit zum Schalten zwischen den Modi ist, und eine Eintritts-Detektion und eine Austritts-Detektion der Energie-Empfangsspule kann nicht mit einer hohen Geschwindigkeit durchgeführt werden.
Außerdem ist die Fehlfunktion-Toleranz der Austritts-Detektion niedrig, und falls die Austritts-Detektion der Energie-Empfangsspule einmal fehlschlägt, fließt ein Strom für eine nennenswerte Zeit, was eine Zunahme von Störungen und eine Zunahme von Leistungsverlusten bewirkt.
Die vorliegende Erfindung wurde konzipiert, um die oben beschriebenen Probleme zu lösen. Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Energie-Übertragungseinrichtung anzugeben, die zum Bestimmen des Eintritts und des Austritts der Energie-Empfangsspule bei einer hohen Geschwindigkeit nur auf der Energie-Sendeseite imstande ist, so dass eine Zunahme von Energieverlusten bzw. Leistungsverlusten unterdrückt wird und Störungen unterdrückt werden.
Wege zum Lösen der Probleme
Eine Energie-Übertragungseinrichtung, die gemäß der vorliegenden Erfindung offenbart wird, weist Folgendes auf: eine Energie-Übertragungsspule, die magnetisch mit einer externen Energie-Empfangsspule gekoppelt werden soll, um elektrische Energie an die Energie-Empfangsspule zu übertragen, einen Wechselrichter zum Zuführen von AC-Energie an die Energie-Übertragungsspule, und eine Steuerungseinrichtung zum Steuern des Wechselrichters. Eine Serieneinheit aus einer Induktivität und einem ersten Kondensator ist mit der AC-Seite des Wechselrichters verbunden, eine Serieneinheit aus einem zweiten Kondensator und der Energie-Übertragungsspule ist parallel zum ersten Kondensator geschaltet.
Die Steuerungseinrichtung ist so konfiguriert, dass sie den Wechselrichter durch Umschalten zwischen zwei Modi steuert, die ein Energie-Übertragungsmodus, in dem der Wechselrichter so betrieben wird, dass er Energie an die Energie-Übertragungsspule überträgt, und ein Spulen-Detektionsmodus sind, in dem ein Niedrigleistungszeitraum, in dem der Wechselrichter mit einer Ausgangsleistung niedriger als die Nennleistung betrieben wird, und ein Nullleistungszeitraum, in dem die Ausgangsleistung des Wechselrichters mit Null vorgegeben ist, abwechselnd wiederholt werden, und dass er das Umschalten der Modi auf der Basis eines Zustands nach dem Modus-Übergang durchführt, in dem sich eine Information ändert, und zwar zu einem Zeitpunkt, wenn eine vorbestimmte Bedingung nach dem Modus-Umschalten erfüllt ist, und eines Werts eines Betriebsparameters, der zumindest mit der Eingangsleistung in den Wechselrichter zusammenhängt.
Vorteilhafte Wirkung der Erfindung
Gemäß der Energie-Übertragungseinrichtung, die in der vorliegenden Erfindung offenbart ist, können der Eintritt und der Austritt der Energie-Empfangsspule mit hoher Geschwindigkeit nur auf der Energie-Sendeseite bestimmt werden, eine Zunahme der Leistungsverluste kann unterdrückt werden, und Störungen können ebenfalls unterdrückt werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen

1 ist ein Schaltungsdiagramm, das schematisch eine Konfiguration eines kontaktlosen Energieversorgungssystems zeigt, das eine Energie-Übertragungseinrichtung aufweist, gemäß Ausführungsform 1.
2 ist ein schematisches Diagramm, das Zustände des kontaktlosen Energieversorgungssystems zeigt, das die Energie-Übertragungseinrichtung aufweist, gemäß Ausführungsform 1.
3 ist ein Ablaufdiagramm, das den Umriss des Betriebs in einer Energie-Übertragungsmodus der Energie-Übertragungseinrichtung zeigt, gemäß Ausführungsform 1.
4 ist ein Ablaufdiagramm, das den Umriss des Betriebs eines Spulen-Detektionsmodus der Energie-Übertragungseinrichtung zeigt, gemäß Ausführungsform 1.
5 ist ein Diagramm, das die Relation zwischen einem Zustand nach dem Modus-Übergang, einem Spulen-Detektionsmodus und einem Energie-Übertragungsmodus in der Energie-Übertragungseinrichtung zeigt, gemäß Ausführungsform 1.
6A und 6B sind jeweils ein Diagramm, das eine inkorrekte Relation zwischen einem Zustand nach dem Modus-Übergang und Modi zeigt.
7 ist ein Diagramm, das eine Betriebs-Wellenform in einem Niedrigleistungsmodus im Spulen-Detektionsmodus der Energie-Übertragungseinrichtung zeigt, gemäß Ausführungsform 1.
8 ist ein Ablaufdiagramm, das den Betrieb einer Sequenz A im Spulen-Detektionsmodus der Energie-Übertragungseinrichtung zeigt, gemäß Ausführungsform 1.
9 ist ein Ablaufdiagramm, das den Betrieb einer Sequenz X im Spulen-Detektionsmodus der Energie-Übertragungseinrichtung zeigt, gemäß Ausführungsform 1.
10 ist ein Ablaufdiagramm, das den Betrieb einer Sequenz B im Energie-Übertragungsmodus der Energie-Übertragungseinrichtung zeigt, gemäß Ausführungsform 1.
11 ist ein Ablaufdiagramm, das den Betrieb einer Sequenz Y im Energie-Übertragungsmodus der Energie-Übertragungseinrichtung zeigt, gemäß Ausführungsform 1.
12 ist ein erstes Diagramm zum Beschreiben des Betriebs der Energie-Übertragungseinrichtung gemäß Ausführungsform 1.
13 ist ein zweites Diagramm zum Beschreiben des Betriebs der Energie-Übertragungseinrichtung gemäß Ausführungsform 1.
14 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Beispiel einer Konfiguration des kontaktlosen Energieversorgungssystems zeigt.
15 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein weiteres Beispiel einer Konfiguration des kontaktlosen Energieversorgungssystems zeigt.
16 ist ein Schaltungsdiagramm, das schematisch eine Konfiguration eines kontaktlosen Energieversorgungssystems zeigt, das eine Energie-Übertragungseinrichtung aufweist, gemäß Ausführungsform 2.
17 ist ein Diagramm zum Beschreiben des Betriebs der Energie-Übertragungseinrichtung gemäß Ausführungsform 2.
18 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer spezifischen Konfiguration einer Steuerungseinrichtung der Energie-Übertragungseinrichtung zeigt, die in der vorliegenden Erfindung offenbart ist.

Wege zum Ausführen der Erfindung
Ausführungsform 1
1 ist ein Schaltungsdiagramm, das schematisch eine Konfiguration eines kontaktlosen Energieversorgungssystems zeigt, das eine Energie-Übertragungseinrichtung aufweist, gemäß Ausführungsform 1. Die Energie-Übertragungseinrichtung 100 weist Folgendes auf: einen Wechselrichter 1, der Gleichstrom-Energie (DC-Energie) in Wechselstrom-Energie (AC-Energie) umwandelt und die AC-Energie ausgibt, eine Induktivität 2, einen ersten Kondensator 3, einen zweiten Kondensator 4, eine Energie-Übertragungsspule 5, einen Stromsensor 6, der einen Eingangsstrom des Wechselrichters 1 detektiert, und eine Steuerungseinrichtung 7, die eine Information vom Stromsensor 6 als Eingabe empfängt und den Betrieb des Wechselrichters steuert.
Die Komponenten sind auf die folgende Weise verbunden. Die Induktivität 2 und der erste Kondensator 3 sind in Reihe mit einem Ausgangsanschluss des Wechselrichters 1 verbunden. Der zweite Kondensator 4 und die Energie-Übertragungsspule 5 sind in Reihe geschaltet, und sie sind parallel zum ersten Kondensator 3 geschaltet.
Der Wechselrichter 1 ist mit Halbleiterschaltern versehen. In 1 hat der Wechselrichter 1 eine Vollbrücken-Konfiguration, die vier Halbleiterschalter verwendet, aber er kann auch eine Halbbrücken-Konfiguration oder andere Konfigurationen haben. Die Brücken-Konfiguration ist nicht besonders beschränkt, und der Halbleiterschalter kann ein Bipolartransistor mit isoliertem Gate (IGBT), ein Feldeffekttransistor (FET) oder dergleichen sein, und der Typ des Schalters ist nicht besonders beschränkt.
Eine Einrichtung 200 auf der Energie-Empfangsseite weist Folgendes auf:

eine Energie-Empfangsspule 11, einen ersten Kondensator 12 auf der Energie-Empfangsseite, einen zweiten Kondensator 13 auf der Energie-Empfangsseite, eine Induktivität 14 auf der Energie-Empfangsseite, einen Gleichrichter 15, der einen Wechselstrom gleichrichtet, und einen Glättungskondensator 16, der die Wellenform nach der Gleichrichtung glättet. Die Last, wie z. B. eine Batterie 17, ist mit einer nachfolgenden Stufe des Glättungskondensators 16 verbunden.

Die Energie-Empfangsspule 11 und der erste Kondensator 12 auf der Energie-Empfangsseite sind in Reihe geschaltet, der zweite Kondensator 13 auf der Energie-Empfangsseite ist parallel zu dieser Reihenschaltungs-Einheit geschaltet, die Energie-Empfangsseite Induktivität 14 ist mit einer nachfolgenden Stufe des zweiten Kondensators 13 auf der Energie-Empfangsseite verbunden, und der Gleichrichter 15 und der Glättungskondensator 16 sind mit einer nachfolgenden Stufe davon verbunden.
Der Gleichrichter 15 ist mit Dioden versehen und kann entweder ein Halbwellen-Gleichrichter oder ein Vollwellen-Gleichrichter sein, solange er einen Wechselstrom gleichrichten kann. In der obigen Beschreibung ist eine Konfiguration, die eine größere Wirkung hat als die Konfiguration der Energie-Empfangsseite beschrieben. Die Induktivität und der Kondensator auf der Energie-Empfangsseite sind nicht auf diese Konfiguration beschränkt, und sie können auch weggelassen werden, oder eine Induktivität und ein Kondensator können hinzugefügt werden.
Als Nächstes wird der Betrieb des kontaktlosen Energieversorgungssystems beschrieben. Beispielsweise liegt die Energie-Übertragungseinrichtung 100 auf einer Straße, und die Einrichtung 200 auf der Energie-Empfangsseite ist an einem beweglichen Objekt, wie z. B. einem Automobil montiert. Es wird angenommen, dass die Straße beispielsweise eine Kraftfahrstraße ist, auf der das Automobil in einer Richtung mit hoher Geschwindigkeit fährt. Die obige Situation ist in 2 gezeigt.
Ein bewegliches Objekt 300, an dem die Einrichtung 200 auf der Energie-Empfangsseite montiert ist, ändert seinen Zustand von einem Zustand, in dem es sich der Energie-Übertragungseinrichtung annähert, die auf der Straße ausgelegt ist, in einen Zustand, in dem eine enge Nähe zur Energie-Übertragungseinrichtung besteht, und dann in einen Zustand, in dem es von der Energie-Übertragungseinrichtung 100 entfernt ist.
Die Energie-Übertragungseinrichtung 100 hat zwei Betriebsmodi. Einer ist ein Spulen-Detektionsmodus (nachfolgend auch einfach als Detektionsmodus bezeichnet), und der andere ist ein Energie-Übertragungsmodus (nachfolgend auch einfach als Übertragungsmodus bezeichnet). Die Energie-Übertragungseinrichtung 100 wird betrieben, während sie zwischen dem Spulen-Detektionsmodus und dem Energie-Übertragungsmodus umschaltet. 3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Umrisses des Betriebs des Energie-Übertragungsmodus, und 4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Umrisses des Betriebs des Spulen-Detektionsmodus.
Unter Bezugnahme auf 3 und 4 wird eine Zusammenfassung des Betriebs der Energie-Übertragungseinrichtung 100 beschrieben. Während des Betriebs im Energie-Übertragungsmodus gilt Folgendes: Wenn sich die Energie-Empfangsspule unmittelbar oberhalb der Energie-Übertragungsspule befindet (JA im Schritt ST11) und der Kopplungszustand zwischen den Spulen passend ist, wird der Energie-Übertragungsmodus fortgesetzt (Schritt ST12).
Wenn das Nichtvorhandensein der Energie-Empfangsspule oberhalb der Energie-Übertragungsspule detektiert wird (NEIN im Schritt ST11), wird der Modus zum Spulen-Detektionsmodus umgeschaltet (Schritt ST13). Wenn das Vorhandensein der Energie-Empfangsspule im Spulen-Detektionsmodus detektiert wird (JA in ST21), wird der Modus zum Energie-Übertragungsmodus (ST22) umgeschaltet. Wenn die Energie-Empfangsspule nicht vorhanden ist (NEIN im Schritt ST21), wird der Spulen-Detektionsmodus fortgesetzt (Schritt ST23).
Das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein der Energie-Empfangsspule wird bestimmt, indem ein Wert eines Betriebsparameters verwendet wird, der mit der Eingangsleistung zusammenhängt, wie z. B. dem Eingangsstrom oder der Eingangsleistung in den Wechselrichter, und die Information über den Zustand nach dem Modus-Übergang. Der Phasenverschiebungswert kann für die Bestimmung verwendet werden. Einzelheiten über den Zustand nach dem Modus-Übergang werden später beschrieben.
5 zeigt eine Relation zwischen dem Zustand nach dem Modus-Übergang und jedem Modus. Der Zustand nach dem Modus-Übergang ist eine Information, die sich zu einem Zeitpunkt ändert, wenn eine vorbestimmte Bedingung erfüllt ist, wie z. B. die verstrichene Zeit nach dem Umschalten zwischen dem Spulen-Detektionsmodus und dem Energie-Übertragungsmodus, und ist eine Information von minimal 1 bit mit Zuständen 0 und 1.
Zu einem Zeitpunkt, wenn die vorbestimmte Bedingung erfüllt ist, und zwar nach dem Umschalten aus dem Spulen-Detektionsmodus in den Energie-Übertragungsmodus, wird die Information von 1 zu 0 geändert, und zu einem Zeitpunkt, wenn die vorbestimmte Bedingung erfüllt ist, und zwar nach dem Modus-Umschalten aus dem Energie-Übertragungsmodus in den Spulen-Detektionsmodus, wird die Information von 0 zu 1 geändert. Einzelheiten über die vorbestimmte Bedingung werden später beschrieben.
Zur ergänzenden Beschreibung zeigen 6A und 6B eine inkorrekte Relation zwischen dem Zustand nach dem Modus-Übergang und den Modi. Wenn der Zustand nach dem Modus-Übergang 0 ist, wird der Modus nicht vom Spulen-Detektionsmodus in den Energie-Übertragungsmodus umgeschaltet, wie in 6A gezeigt. Wenn der Zustand nach dem Modus-Übergang 1 ist, wird außerdem der Modus nicht vom Energie-Übertragungsmodus in den Spulen-Detektionsmodus umgeschaltet, wie in 6B gezeigt.
Es sei angemerkt, dass die Relation zwischen 0 und 1 im Zustand nach dem Modus-Übergang umgekehrt sein kann, und die Information des Zustands nach dem Modus-Übergang (normalerweise ein einfaches Signal, wie z. B. 0 und 1) kann irgendeine Information sein, solange bestimmt werden kann, ob oder ob nicht die vorbestimmte Bedingung erfüllt ist, nachdem der Modus geändert worden ist.
Zunächst werden Einzelheiten über den Spulen-Detektionsmodus beschrieben. Im Spulen-Detektionsmodus werden ein Betrieb zum Vorgeben der Ausgabe des Wechselrichters 1 auf 0 (Unterbrechen des Betriebs des Wechselrichters) und ein Betrieb zum Durchführen einer Ausgabe aus dem Wechselrichter 1 abwechselnd wiederholt. 7 zeigt eine Wellenform der Ausgangsspannung des Wechselrichters 1 im Betrieb zum Durchführen der Ausgabe aus dem Wechselrichter 1.
In den meisten Fällen wird der Spulen-Detektionsmodus in einem Zustand durchgeführt, in dem die Einrichtung 200 auf der Energie-Empfangsseite, d. h. die Energie-Empfangsspule, nicht vorhanden ist. Daher gilt Folgendes: Wenn die Ausgabe aus dem Wechselrichter 1 durchgeführt wird, wird der Spulen-Detektionsmodus in einem Zustand durchgeführt, in dem die Ausgabe bzw. Ausgangsleistung verringert ist. Diese Ausgabe ist nicht besonders spezifiziert, aber sie ist mit einer Ausgabe niedriger als die Nennleistung des Wechselrichters 1 vorgegeben, beispielsweise eine niedrige Ausgabe gleich groß wie oder kleiner als ein Zehntel der Nennleistung. Der Zeitraum des Betriebszustand mit Null-Ausgabe im Spulen-Detektionsmodus ist als ein Nullleistungszeitraum definiert, und ein Zeitraum des Betriebszustands zum Durchführen der Ausgabe ist als Niedrigleistungszeitraum definiert.
Während des Betriebs im Spulen-Detektionsmodus wird eine Sequenz A ausgeführt, und ein Ablaufdiagramm für die Sequenz A ist in 8 gezeigt. In der Sequenz A wird ein Eingangsstrom in den Wechselrichter 1 vom Stromsensor 6 gemessen (Schritt ST201), und eine Sequenz zum Bestimmen, ob oder ob nicht der Stromwert I gleich groß wie oder größer als ein Wert Ith1 ist, der als ein Eintritts-Schwellenwert vorgegeben ist, wird ausgeführt (Schritt ST202).
In einem Fall, in dem der Stromwert I kleiner als der Eintritts-Schwellenwert ist (I < Ith1) (NEIN im Schritt ST202), wird bestimmt, dass die Energie-Empfangsspule nicht vorhanden ist, der Prozess springt zu Schritt ST201 zurück, und der Detektionsmodus wird fortgesetzt. Wenn der Eingangsstrom gleich groß wie oder größer als der Eintritts-Schwellenwert ist (I ≥ Ith1) (JA im Schritt ST202), wird der Zustand nach dem Modus-Übergang bestimmt (Schritt ST203).
Bei der Bestimmung des Zustands nach dem Modus-Übergang gilt Folgendes: Wenn der Zustand nach dem Modus-Übergang 0 ist (JA im Schritt ST203), wird bestimmt, dass die Energie-Empfangsspule nicht vorhanden ist, und der Spulen-Detektionsmodus wird fortgesetzt (Schritt ST23). Bei der Bestimmung des Zustands nach dem Modus-Übergang gilt Folgendes: Wenn der Zustand nach dem Modus-Übergang 1 ist (NEIN im Schritt ST203), wird bestimmt, dass die Energie-Empfangsspule vorhanden ist, und der Modus wird in den Energie-Übertragungsmodus umgeschaltet (Schritt ST22).
Parallel zu dem Obigen wird eine Sequenz X ausgeführt, und ein Ablaufdiagramm der Sequenz X ist in 9 gezeigt. Nach dem Umschalten aus dem Energie-Übertragungsmodus in den Spulen-Detektionsmodus wird ein Zählen der verstrichenen Zeit T (Schritt ST211) gestartet. Wenn die verstrichene Zeit T gleich groß wie oder kleiner als eine Bestimmungs-Referenzzeit Tx ist (NEIN im Schritt ST212), springt der Prozess zum Schritt ST211 zurück, um das Zählen von T fortzusetzen, und zu einem Zeitpunkt, wenn T größer als Tx wird (JA im Schritt ST212), wird der Zustand nach dem Modus-Übergang auf 1 vorgegeben (Schritt ST213).
Hier ist die Bestimmungs-Referenzzeit Tx als eine Zeit ta eines Wiederholungszyklus für den Nullleistungszeitraum und den Niedrigleistungszeitraum des Wechselrichters im Spulen-Detektionsmodus vorgegeben. Das heißt, die oben beschriebene vorbestimmte Bedingung nach dem Modus-Umschalten, die den Zustand nach dem Modus-Übergang ändert, ist, dass die Zeit eines Wiederholungszyklus für den Nullleistungszeitraum und den Niedrigleistungszeitraum verstrichen ist, und zwar nach dem Modus-Umschalten in den Spulen-Detektionsmodus.
Hier ist die Bestimmungs-Referenzzeit Tx als die Zeit ta eines Wiederholungszyklus für den Nullleistungszeitraum und den Niedrigleistungszeitraum des Wechselrichters im Spulen-Detektionsmodus vorgegeben. Die Bestimmungs-Referenzzeit Tx ist jedoch nicht notwendigerweise auf einen Zyklus begrenzt, und sie sollte eine Zeit gleich groß wie oder größer als die Zeit ta eines Wiederholungszyklus sein. Das heißt, die oben beschriebene vorbestimmte Bedingung nach dem Modus-Umschalten ist, dass die Zeit von zumindest einem Wiederholungszyklus für den Nullleistungszeitraum und den Niedrigleistungszeitraum des Wechselrichter im Spulen-Detektionsmodus verstrichen ist.
Es sei angemerkt, dass Tx erhöht werden kann, so dass es gleich groß wie oder größer als die Zeit eines Wiederholungszyklus ist, aber die Wirkung wird kleiner, wenn Tx erhöht wird. Daher ist es wünschenswert, dass Tx idealerweise gleich groß wie oder kleiner als zwei Wiederholungszyklen ist.
Als Nächstes wird der Energie-Übertragungsmodus beschrieben. Im Energie-Übertragungsmodus wird die Leistung der Energie-Übertragungseinrichtung 100 so gesteuert, dass sie eine Nennleistung oder eine gewünschte Leistung ist, und zwar mittels Phasenverschiebungs-Steuerung des Wechselrichters oder dergleichen. Hier wird die Phasenverschiebungs-Steuerung als ein Beispiel des Energie-Steuerungsverfahrens beschrieben.
Das Energie-Steuerungsverfahren kann jedoch auch ein Verfahren sein, das von der Phasenverschiebungs-Steuerung verschieden ist. Beispielsweise kann eine Spannung, die in die vorherige STufe des Wechselrichters eingegeben wird, gesteuert werden. In diesem Fall kann eine äquivalente Wirkung erzielt werden, indem der Phasenverschiebungswert durch einen Steuerungswert in der betreffenden Steuerung ersetzt wird und die Steuerung durchgeführt wird.
Der Steuerungswert in der betreffenden Steuerung ist die Eingangsspannung des Wechselrichters oder das Tastverhältnis einer Pulsweitenmodulation (PWM) eines Stromrichters, der direkt die Eingangsspannung des Wechselrichters steuert. Als ein Beispiel einer weiteren Steuerung kann ferner eine Steuerung, bei der eine normale PWM-Steuerung für den Wechselrichter durchgeführt wird, anstelle der Phasenverschiebungs-Steuerung verwendet werden.
Bei der Energiesteuerung bzw. Leistungssteuerung kann eine jegliche Steuerung verwendet werden, solange die Steuerung dem Sollwert folgt. Hier wird eine Proportional-Integral-Differentialsteueurung (PID-Steuerung) als ein Beispiel beschrieben. Wenn in den Energie-Übertragungsmodus umgeschaltet wird und die PID-Steuerung durchgeführt wird, so wird eine Abweichung zwischen dem Eingangsstrom, detektiert vom Stromsensor 6, und einem Sollwert zu der Zeit der Energieübertragung in die PID-Berechnung eingegeben, der Phasenverschiebungswert wird gemäß der Ausgabe der PID-Berechnung angepasst, und die Steuerung wird so durchgeführt, dass der Eingangsstrom mit dem Sollwert übereinstimmen kann. Die PID-Steuerung selbst ist ein typisches Verfahren. Es kann auch Folgendes verwendet werden: Proportional-Steuerung (P), Proportional-Differential-Steuerung (PD) oder Proportional-Integral-Steuerung (PI).
Parallel zu der oben beschriebenen Energiesteuerung wird eine Sequenz B ausgeführt. Ein Ablaufdiagramm für die Sequenz B ist in 10 gezeigt. In der Sequenz B wird der Eingangsstrom-Wert vom Stromsensor 6 gemessen (Schritt ST101), und wenn er gleich groß wie oder größer als ein Austritts-Schwellenwert Ith2 ist (NEIN im Schritt ST102), wird bestimmt, dass die Energie-Empfangsspule vorhanden ist, und der Energie-Übertragungsmodus wird fortgesetzt (Schritt ST12).
Wenn er kleiner als der Austritts-Schwellenwert Ith2 ist (JA im Schritt ST102), wird der Phasenverschiebungswert zu dieser Zeit bestimmt (Schritt ST103). Wenn der Phasenverschiebungswert θ gleich groß wie oder größer als ein Austritts-Schwellenwert θth ist, der vorbestimmt ist (NEIN im Schritt ST103), wird bestimmt, dass die Energie-Empfangsspule vorhanden ist, und der Energie-Übertragungsmodus wird fortgesetzt (Schritt ST12).
Wenn der Phasenverschiebungswert kleiner als θth ist (JA im Schritt ST103) und der Zustand nach dem Modus-Übergang 1 ist (NEIN im Schritt ST104), wird bestimmt, dass die Energie-Empfangsspule vorhanden ist, und der Energie-Übertragungsmodus wird fortgesetzt (Schritt ST12). Wenn der Phasenverschiebungswert kleiner als θth ist (JA im Schritt ST103) und der Zustand nach dem Modus-Übergang 0 ist (JA im Schritt ST104), wird bestimmt, dass die Energie-Empfangsspule nicht vorhanden ist oder die Kopplung so verringert ist, dass sie zur Energieübertragung unbrauchbar ist, und der Energie-Übertragungsmodus wird in den Spulen-Detektionsmodus umgeschaltet (Schritt ST11).
Parallel zu der obigen Energiesteuerung wird eine Sequenz Y ausgeführt. Ein Ablaufdiagramm für die Sequenz Y ist in 11 gezeigt. Nach Umschalten aus dem Spulen-Detektionsmodus in den Energie-Übertragungsmodus wird das Zählen der verstrichenen Zeit T (Schritt ST111) gestartet. Zu einem Zeitpunkt, wenn die verstrichene Zeit T größer als Tx wird (JA im Schritt ST112), wird der Zustand nach dem Modus-Übergang auf 0 vorgegeben (Schritt ST113).
Tx ist ein Wiederholungszyklus ta für den Nullleistungszeitraum und den Niedrigleistungszeitraum im Spulen-Detektionsmodus oder eine Zeit gleich groß oder größer als ta. Das heißt, zu einem Zeitpunkt, wenn die verstrichene Zeit T zumindest einen Wiederholungszyklus ta für den Nullleistungszeitraum und den Niedrigleistungszeitraum im Spulen-Detektionsmodus erreicht, wird der Zustand nach dem Modus-Übergang mit 0 vorgegeben. Selbst wenn T gleich groß wie oder kleiner als Tx ist (NEIN im Schritt ST112), wird der Zustand nach dem Modus-Übergang auf 0 (Schritt ST113) vorgegeben, und zwar zu einem Zeitpunkt, wenn der gegenwärtig gemessene Wert I (oder die Leistung) des Eingangsstroms in den Wechselrichter einen Sollwert Iref (oder eine Soll-Leistung in dem Fall von Leistung) erreicht (JA im Schritt ST114).
Wenn T gleich groß wie oder kleiner als Tx ist (NEIN im Schritt ST112) und der gemessene Strom I gleich groß wie oder kleiner als der Sollwert ist (NEIN im Schritt ST114), springt der Prozess zu Schritt ST111 zurück, und das Zählen der verstrichenen Zeit wird fortgesetzt. Das heißt, der Zeitpunkt, wenn die vorbestimmte Bedingung nach dem oben beschriebenen Modus-Umschalten, zu der der Zustand nach dem Modus-Übergang geändert wird, erfüllt ist, entweder der Zeitpunkt ist, wenn die Zeit von zumindest einem Wiederholungszyklus für den Niedrigleistungszeitraum und den Nullleistungszeitraum im Spulen-Detektionsmodus verstrichen ist, nachdem in den Energie-Übertragungsmodus umgeschaltet worden ist, oder der Zeitpunkt, wenn der Eingangsstrom oder die Eingangs-Leistung in den Wechselrichter den vorbestimmten Schwellenwert überschreitet, je nachdem, was früher eintritt.
Hier gilt beispielsweise Folgendes: Wenn Tx ein kleiner Wert ist und nicht angenommen wird, dass der gegenwärtige gemessene Wert I des Eingangsstroms in den Wechselrichter den Sollwert Iref zu einem Zeitpunkt früher als Tx nach dem Umschalten aus dem Spulen-Detektionsmodus in den Energie-Übertragungsmodus erreicht, kann der Schritt ST114 weggelassen werden, und in dem Fall von NEIN im Schritt ST112 kann der Prozess zu Schritt ST111 zurückspringen, ohne durch ST114 zu gehen.
In diesem Fall ist die oben beschriebene vorbestimmte Bedingung nach dem Modus-Umschalten, dass die Zeit zumindest eines Wiederholungszyklus für den Niedrigleistungszeitraum und den Nullleistungszeitraum im Spulen-Detektionsmodus nach dem Modus-Umschalten in den Energie-Übertragungsmodus verstrichen ist.
Die Relation zwischen jedem Modus, einer Strom-Wellenform und einem Zustand nach dem Modus-Übergang zur Zeit des Übergangs vom Spulen-Detektionsmodus in den Energie-Übertragungsmodus ist in 12 gezeigt. Die mittlere Stufe in 12 zeigt eine Strom-Wellenform.
Im Spulen-Detektionsmodus wiederholt der Strom eine Ausgabe und eine Nicht-Ausgabe in konstanten Intervallen. Dieser eine Zyklus ist mit ta vorgegeben. Wenn sich die Energie-Empfangsspule 11 der Energie-Übertragungsspule 5 annähert, nimmt der Strom zu, und zwar verglichen mit dem Fall, in dem die Energie-Empfangsspule 11 nicht vorhanden ist. Wenn dies den Eintritts-Schwellenwert Ith1 überschreitet und der Zustand nach dem Modus-Übergang 1 ist, wird der Modus in den Energie-Übertragungsmodus umgeschaltet.
13 zeigt eine Relation zwischen jedem Modus, einer Strom-Wellenform, einem Zustand nach dem Modus-Übergang und einem Phasenverschiebungswert zur Zeit des Übergangs aus dem Energie-Übertragungsmodus in den Spulen-Detektionsmodus. Die zweite Stufe in 13 zeigt die Strom-Wellenform, und die vierte Stufe zeigt den Phasenverschiebungswert. Im Energie-Übertragungsmodus gilt Folgendes: Wenn sich die Energie-Empfangsspule 11 von der Energie-Übertragungsspule 5 wegbewegt, nimmt der Phasenverschiebungswert ab.
Das heißt, die Ausgangsspannung des Wechselrichters, der den Strom ausgeben soll, nimmt zu. Wenn sich die Energie-Empfangsspule 11 weiter davon wegbewegt, nimmt der Strom ab, selbst wenn der Phasenverschiebungswert des Wechselrichters minimiert wird (die Wechselrichter-Ausgangsspannung wird maximiert). Wenn der Stromwert den Austritts-Schwellenwert Ith2 erreicht und der Zustand nach dem Modus-Übergang 0 ist, wird der Modus in den Spulen-Detektionsmodus umgeschaltet.
Der Betrieb und die Wirkung in der Schaltung der Energie-Übertragungseinrichtung 100 gemäß Ausführungsform 1 werden nachstehend beschrieben. Wenn die Energie-Übertragungsspule und die Energie-Empfangsspule in einem magnetisch gekoppelten Zustand sind, kann die Energie von der Energie-Übertragungseinrichtung 100 zu der Einrichtung 200 auf der Energie-Empfangsseite mit hoher Effizienz bzw. hohem Wirkungsgrad übertragen werden. Wenn Energie einem beweglichen Objekt zugeführt wird, wie in der vorliegenden Anmeldung angenommen, ändert sich der Kopplungszustand von Moment zu Moment.
Wenn sich das bewegliche Objekt bewegt, ändert sich der Kopplungszustand zwischen der Energie-Übertragungsspule und der Energie-Empfangsspule von einem niedrigen Zustand in einen hohen Zustand, und von dem hohen Zustand in den niedrigen Zustand. Dies entspricht einer Situation, in der das Automobil oberhalb der Energie-Übertragungsspule auf einer Straße einfährt, unmittelbar oberhalb der Energie-Übertragungsspule passiert und sich wieder von der Energie-Übertragungsspule entfernt.
Zu dieser Zeit gilt Folgendes: Wenn das bewegliche Objekt vorhanden ist, d. h. wenn die Kopplung zwischen der Energie-Übertragungsspule und der Energie-Empfangsspule abnimmt, unterscheidet sich die Fluktuation der Impedanz aus Sicht des Wechselrichters der Energie-Übertragungseinrichtung stark in Abhängigkeit der Resonanz-Konfiguration des kontaktlosen Energieversorgungssystems, das die Einrichtung auf der Energie-Empfangsseite aufweist.
14 zeigt das kontaktloses Energieversorgungssystem in einer Reihenresonanz-Konfiguration. In der Reihenresonanz-Konfiguration, bei der die Energie-Übertragungsspule 5 und der zweite Kondensator 4 in Reihe auf der Energie-Sendeseite geschaltet sind und die Energie-Empfangsspule 11 und der erste Kondensator 12 auf der Energie-Empfangsseite in Reihe auf der Energie-Empfangsseite geschaltet sind, was oft bei der kontaktlosen Energieversorgung verwendet wird, nimmt die Impedanz ab, wenn die Kopplung zwischen den Spulen abnimmt.
Im Gegensatz dazu ist die Charakteristik derart, dass, wenn die Kopplung zwischen den Spulen zunimmt, die Impedanz zunimmt. Das heißt, der Strom nimmt zu, wenn die Energie-Empfangsspule nicht vorhanden ist, und der Strom nimmt ab, wenn die Spule vorhanden ist. Wenn das Vorhandensein der Energie-Empfangsspule auf der Basis dieser Charakteristik detektiert werden soll, wird ein Verfahren verwendet, bei dem ein Energie-Übertragungsspulen-Strom gemessen wird, und es wird bestimmt, dass die Energie-Empfangsspule nicht vorhanden ist, wenn der Energie-Übertragungsspulen-Strom gleich groß wie oder größer als ein festgelegter Wert ist, und es wird bestimmt, dass die Energie-Empfangsspule vorhanden ist, wenn der Energie-Übertragungsspulen-Strom gleich groß wie oder kleiner als der festgelegte Wert ist.
Da jedoch der Strom durch die Energie-Übertragungsspule fließt, und zwar selbst zu der Zeit einer normalen Energieübertragung, ist es schwierig, den Unterschied zwischen dem Stromwert zu der Zeit der Energieübertragung und dem Stromwert klar festzustellen, wenn die Spule nicht vorhanden ist. Wenn beispielsweise der Strom zu der Zeit der normalen Energieübertragung 10 A beträgt, ist es nötig, eine Bestimmung auf der Basis zu treffen, ob ein Strom-Schwellenwert zu der Zeit der Spulen-Detektion größer als 10 A ist. Dies verursacht unnötige elektromagnetische Feld-Abstrahlung und Energieverluste.
Außerdem gibt es ein Verfahren zum Detektieren einer Energie-Empfangsspule unter Verwendung einer Charakteristik, bei der die Impedanz zunimmt, indem ein Stromrichter auf der Energie-Empfangsseite montiert wird und die Energie-Empfangsseite in einen kurzgeschlossenen Zustand gebracht wird. Ein Beispiel einer solchen Konfiguration ist in 15 gezeigt. Indem dieses Verfahren verwendet wird, ist es möglich, den Strom-Schwellenwert zur Zeit der Bestimmung der Kopplung zwischen den Spulen auf einen kleinen Wert vorzugeben, und es ist möglich, eine unnötige elektromagnetische Feld-Abstrahlung und Leistungsverluste zu verringern.
Das heißt, der Strom für die Eintritts-Detektion der Energie-Empfangsspule kann unabhängig vom Stromwert der Energieübertragung vorgegeben werden. Beispielsweise werden beide niedrigen Seiten eines Stromrichters 21 auf der Energie-Empfangsseite eingeschaltet, so dass sie im kurzgeschlossenen Zustand sind. Dadurch wird die Energie-Empfangsseite detektiert. Nachdem die Energie-Empfangsseite detektiert worden ist, wird auf der Energie-Empfangsseite der Betrieb des Stromrichter 21 aus dem Kurzschluss-Zustand in den normalen Energie-Übertragungsmodus zurückgeführt.
Danach ist es notwendig, die Energie-Übertragungseinrichtung mit einer Ausgabe zum Durchführen der normalen Energieübertragung zu betreiben, und es braucht Zeit von der Detektion bis zur Übertragung mit Nennleistung. Außerdem gilt bei der Konfiguration gemäß 15 Folgendes: Wenn die Austritts-Detektion der the Energie-Empfangsspule fehlschlägt, gibt es das Problem, dass die Energie weiter ausgegeben wird, obwohl die Spule nicht vorhanden ist.
Da die Bestimmung mittels des Schwellenwerts durch die Zunahme des Stroms getroffen wird, ist es, falls eine Zunahme des Stromwerts nachdem die Energie-Empfangsspule entfernt ist, einmal aus irgendeinem Grund versäumt wird (beispielsweise wegen momentaner Störungen, einer Verarbeitung eines anderen Ereignisses oder dergleichen), schwierig, zu bestimmen, ob die Energieübertragung durchgeführt wird oder eine unnötige Übertragung im Nichtvorhandensein-Zustand der Energie-Empfangsspule durchgeführt wird.
Dies rührt daher, dass das System einen Modus hat, der für die Eintritts-Detektion geeignet ist, aber keinen Modus hat, der für die Austritts-Detektion geeignet ist. Idealerweise gilt Folgendes: Indem die Resonanz-Konfiguration des kontaktlosen Energieversorgungssystems mit der Resonanzfrequenz des Wechselrichters in Übereinstimmung gebracht wird, wird der Strom maximiert, wenn die Energie-Empfangsspule nicht vorhanden ist, und folglich ist es möglich, zu verhindern, dass die Austritts-Detektion fehlschlägt.
Im tatsächlichen Betrieb ist die Resonanzfrequenz beim Vorhandensein der Energie-Empfangsspule jedoch normalerweise verschieden von der Resonanzfrequenz beim Nichtvorhandensein der normalen Energie-Empfangsspule, und es ist notwendig, dass die Betriebsfrequenz des Wechselrichters in einem gewissen Ausmaß verschoben wird. Mit dieser Bedingung wird der Strom nicht maximal, wenn die Energie-Empfangsspule vollständig fehlt, was es schwierig macht, den Austritt zu bestimmen. Wenn die Kopplung zwischen den Spulen abnimmt, gibt es einen Bereich, wo der Strom zunimmt, und einen Bereich, wo der Strom abnimmt.
Wenn eine Resonanz-Konfiguration verwendet wird, bei der ein paralleler Kondensator und eine Reihen-Induktivität zur Reihenresonanz-Konfiguration hinzugefügt sind, die die Konfiguration aus Ausführungsform 1 ist, zeigen sich die folgenden Charakteristiken.

•Die Impedanz nimmt zu, wenn die Kopplung zwischen den Spulen abnimmt.
•Die Impedanz nimmt ab, wenn die Kopplung zwischen den Spulen zunimmt.

Daher ist es möglich, ein Bestimmungsverfahren zu verwenden, bei dem die Energie-Empfangsspule vorhanden ist, wenn der Strom gleich groß wie oder größer als ein festgelegter Wert ist, und die Energie-Empfangsspule nicht vorhanden ist, wenn der Strom gleich groß wie oder kleiner als der festgelegte Wert ist.
Daher ist es möglich, den Strom zu verringern, wenn die Energie-Empfangsspule nicht vorhanden ist, und es ist möglich, unnötige elektromagnetische Feld-Abstrahlungen und Leistungsverluste zu unterdrücken. Wenn jedoch nur die Konfiguration des Resonanz-Systems und der Strom-Schwellenwert verwendet werden, wird die Spulen-Detektion des Ziels in einem angehaltenen Zustand erfolgreich sein, aber die kontaktlose Energieversorgung an das bewegliche Objekt wird nicht erfolgreich sein. Dies rührt daher, dass die folgenden Fälle bei der Detektion des Zustands nicht unterschieden werden können.
Zu einem Zeitpunkt, wenn die Empfangsspule mit dem Eintreten beginnt, ist in einem Zustand, in dem der Stromwert beginnt, in Richtung des Sollwerts im Energie-Übertragungsmodus zuzunehmen, der Stromwert klein, und der Wert der Phasenverschiebung ist klein. Andererseits gibt es unmittelbar vor dem Austritt der Energie-Empfangsspule einen Zustand, in dem der Stromwert kleiner als der Sollwert ist, und zwar sogar dann, wenn der Betriebswert im Energie-Übertragungsmodus maximal ist (der Phasenverschiebungswert minimal ist).
Diese zwei Zustände können nicht nur durch den Strom-Schwellenwert unterschieden werden, und sie können sogar nicht durch Verwendung des Phasenverschiebungswerts unterschieden werden. Dies verursacht Probleme, wie z. B. ein Umschalten in den Spulen-Detektionsmodus auf die Bestimmung hin, dass die Energie-Empfangsspule nicht vorhanden ist, obwohl die Energie-Empfangsspule begonnen hat, einzutreten, das Betreiben im Energie-Übertragungsmodus für eine Weile, obwohl die Energie-Empfangsspule ausgetreten ist. Oder es gibt das Problem, dass der Energie-Übertragungsmodus und der Spulen-Detektionsmodus häufig umgeschaltet werden und eine geeignete Energieübertragung und deren Unterbrechung nicht durchgeführt werden können.
Wenn der Strom-Schwellenwert im Spulen-Detektionsmodus so vorgegeben ist, dass er groß ist, und der Strom-Schwellenwert, wenn die Austritts-Bestimmung der Energie-Empfangsspule im Energie-Übertragungsmodus durchgeführt wird, mit einem sehr kleinen Wert vorgegeben ist, können die oben beschriebenen Probleme in gewissem Ausmaß gelöst werden.
Dies verkürzt jedoch die Zeit, die für die Energieübertragung verfügbar ist, und erhöht eine unnötige Energieübertragung, eine elektromagnetische Feld-Abstrahlung und Leistungsverluste nach dem Austritt der Energie-Empfangsspule. Idealerweise wird zu einem Zeitpunkt, wenn der Spulen-Kopplungszustand erreicht ist, in dem eine passende Energieübertragung möglich ist, der Modus schnell in den Energie-Übertragungsmodus umgeschaltet; das heißt, ein Stromwert, der so klein wie möglich ist, wird als Schwellenwert zum Umschalten aus dem Spulen-Detektionsmodus in den Energie-Übertragungsmodus verwendet, und zu einem Zeitpunkt, wenn der Spulen-Kopplungszustand erreicht ist, in dem eine passende Energieübertragung unmöglich ist, wird der Energie-Übertragungsmodus schnell in den Spulen-Detektionsmodus umgeschaltet; das heißt, ein Stromwert, der so groß wie möglich ist, wird als Schwellenwert verwendet, so dass die Energieübertragung maximiert wird und die unnötige elektromagnetische Feld-Abstrahlung minimiert werden kann.
Bei der Ausführungsform 1 gilt Folgendes: Indem die Information des Zustands nach dem Modus-Übergang zusätzlich zum Strom-Schwellenwert hinzugefügt wird, wie oben beschrieben, wird die Wirkung erzielt, dass der Schwellenwert zur Zeit der Detektion der Energie-Empfangsspule im Spulen-Detektionsmodus klein gemacht werden kann und der Stromwert zur Zeit der Austritts-Bestimmung der Energie-Empfangsspule im Energie-Übertragungsmodus groß gemacht werden kann.
Da bestimmt werden kann, ob der Eintritts-Übergangs-Zeitraum oder der Austritts-Übergangszeitraum vorliegt, und zwar auf der Basis des Zustands nach dem Modus-Übergang, ist es möglich, den Zustand nach dem Modus-Übergang klar zu unterscheiden, so dass mehr Zeit für die Energieübertragung verwendet werden kann, und unnötige Leistungsverluste können weiter verringert werden.
Außerdem gilt Folgendes: Da die Information über den Zustand nach dem Modus-Übergang minimal 1 bit ist, ist die Last für die Steuerungseinrichtung niedrig, die Bestimmung ist nicht kompliziert, und es ist nicht notwendig, eine große Anzahl von Bestimmungs-Parametern zum Bestimmen des Vorhandenseins oder Nichtvorhandenseins der Energie-Empfangsspule im Speicher für jede der angenommenen Situationen zu speichern.
Die vorliegende Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der obere Grenzwert und der untere Grenzwert des Strom-Schwellenwerts mit einem idealeren Wert vorgegeben werden kann. Die spezifische Vorgabe des Strom-Schwellenwerts hängt von dem System ab, auf das es angewendet werden soll. Die vorliegende Erfindung beschränkt den Strom-Schwellenwert nicht, und sie ist dadurch gekennzeichnet, dass verschiedene Probleme, die mit der Vorgabe-Beschränkung des Schwellenwerts zusammenhängen, wie z. B. die unnötige Abstrahlung und die Abnahme der Zeit, die für die Energieübertragung zur Verfügung steht, gelöst werden, indem die Information des Zustands nach dem Modus-Übergang verwendet wird.
Obwohl der Eingangsstrom des Wechselrichters als ein Beispiel eines Parameters zum Bestimmen des Modus-Umschaltens beschrieben worden ist, kann auch die Eingangsleistung des Wechselrichters als ein Parameter für die Bestimmung verwendet werden. In diesem Fall sollte in der obigen Beschreibung der Eingangsstrom durch die Eingangsleistung ersetzt werden, und der Strom sollte durch die Leistung ersetzt werden. Außerdem kann ein anderer Betriebsparameter, der mit der Eingangsleistung des Wechselrichters zusammenhängt, als ein Parameter für die Bestimmung verwendet werden.
Ausführungsform 2
16 ist ein Konfigurationsdiagramm, das schematisch eine Konfiguration eines kontaktlosen Energieversorgungssystems zeigt, das eine Energie-Übertragungseinrichtung aufweist, gemäß Ausführungsform 2. Die Grundkonfiguration der Energie-Übertragungseinrichtung bei der vorliegenden Ausführungsform wird nachstehend beschrieben. Zusätzlich zu der Konfiguration, die bei der Ausführungsform 1 beschrieben ist, ist ein Nähe-Informationssensor 8 für bewegliche Objekte vorhanden, zum Detektieren, ob sich ein bewegliches Objekt näher als der vorgegebene Abstand annähert, und der Nähe-Informationssensor für bewegliche Objekte 8 ist mit der Steuerungseinrichtung 7 verbunden.
Der Nähe-Informationssensor 8 für bewegliche Objekte überträgt eine Näherungsinformation für ein bewegliches Objekt an die Steuerungseinrichtung 7, wenn sich das bewegliche Objekt annähert. Es sei angemerkt, dass es nicht von Belang ist, welches Verfahren zum Detektieren der Näherungsinformation für ein bewegliches Objekt verwendet wird. Außerdem kann die Näherungsinformation für ein bewegliches Objekt an die Steuerungseinrichtung 7 übertragen werden, indem eine Näherungsinformation für ein bewegliches Objekt durch eine andere Einrichtung verwendet wird, die montiert ist.
Wenn die Näherungsinformation für ein bewegliches Objekt an die Steuerungseinrichtung 7 gesendet wird, wird der Betrieb durchgeführt, der in 17 gezeigt ist. Ein Wiederholungszyklus für den Niedrigleistungszeitraum und den Nullleistungszeitraum im Detektionsmodus wird als ta₁ vorgegeben, wenn keine Näherungsinformation für ein bewegliches Objekt verfügbar ist, und ein Zyklus ta₂ wird so vorgegeben, dass er kürzer als ta₁ ist, wenn die Näherungsinformation für ein bewegliches Objekt verfügbar ist. In diesem Fall sollte die Bestimmungs-Referenzzeit Tx in 9 und 11 beispielsweise auf dem Zyklus ta₂ basieren, der kurz ist. Das heißt, die Bestimmungs-Referenzzeit Tx sollte eine Zeit gleich groß wie oder größer als ta₂ sein. Da die Näherungsinformation für ein bewegliches Objekt eine Information ist, die nur im Spulen-Detektionsmodus benötigt wird, wird außerdem die Näherungsinformation für ein bewegliches Objekt ausgeschaltet, nachdem in den Energie-Übertragungsmodus umgeschaltet worden ist.
Mit einer solchen Konfiguration und dem Betrieb ist es möglich, eine unnötige Energie-Abstrahlung und Leistungsverluste zu verringern, wenn das bewegliche Objekt nicht vorhanden ist. Wenn sich ein bewegliches Objekt in der Nähe befindet, ist es außerdem möglich, aus dem Spulen-Detektionsmodus in den Energie-Übertragungsmodus in einer kurzen Zeit umzuschalten, und es wird die Wirkung erhalten, dass mehr Energie übertragen werden kann.
Genauer gesagt: Wie in 18 gezeigt, weist die Steuerungseinrichtung 7 bei jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen Folgendes auf: einen Computer-Prozessor 101, wie z. B. eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU), einen Speicher 102, der Daten mit dem Computer-Prozessor 101 austauscht, eine Eingabe-/Ausgabe-Schnittstelle 103, die Signale zwischen dem Computer-Prozessor 101 und außerhalb ein- und ausgibt, und dergleichen.
Als Computer-Prozessor 101 kann eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine integrierte Schaltung (IC), ein digitaler Signalprozessor (DSP), ein feldprogrammierbares Gate-Array (FPGA), verschiedenartige Signalverarbeitungsschaltungen und dergleichen verwendet werden. Als Speicher 102 ist Folgendes vorhanden: ein Speicher mit wahlweisem Zugriff (RAM), der so konfiguriert ist, dass er imstande ist, Daten vom Computer-Prozessor 101 zu lesen und zu speichern, ein Nur-LeseSpeicher (ROM), der so konfiguriert ist, dass er Daten vom Computer-Prozessor 101 liest, und dergleichen.
Die Eingabe-/Ausgabe-Schnittstelle 103 weist beispielsweise Folgendes auf: einen A/D-Stromrichter, der eine Signalausgabe vom Stromsensor 6 in den Computer-Prozessor 101 eingibt, eine Schaltung zum Ausgeben eines Signals aus dem Computer-Prozessor 101 in den Wechselrichter 1 und dergleichen.
Obwohl verschiedene beispielhafte Ausführungsformen und Beispiele bei der vorliegenden Erfindung beschrieben sind, sind die verschiedenen Merkmale, Aspekte und Funktionen, die bei einer oder mehreren Ausführungsformen beschrieben sind, für eine bestimmten Ausführungsform nicht inhärent, und sie können - allein oder in deren verschiedenen Kombinationen - auf jede Ausführungsform anwendbar sein. Demzufolge sind zahlreiche Variationen, die nicht dargestellt sind, innerhalb des hierin offenbarten Umfangs der Technik beabsichtigt. Beispielsweise ist Folgendes eingeschlossen: Der Fall, in dem mindestens eine Komponente modifiziert, hinzugefügt oder weggelassen wird, und der Fall, in dem mindestens eine Komponente extrahiert und mit einer Komponente in einer anderen Ausführungsform kombiniert wird.
Bezugszeichenliste

1: Wechselrichter
2: Induktivität
3: erster Kondensator
4: zweiter Kondensator
5: Energie-Übertragungsspule
6: Stromsensor
7: Steuerungseinrichtung
8: Nähe-Informationssensor für bewegliche Objekte
11: Energie-Empfangsspule
12: erster Kondensator auf der Energie-Empfangsseite
13: zweiter Kondensator auf der Energie-Empfangsseite
14: Induktivität auf der Energie-Empfangsseite
15: Gleichrichter
100: Energie-Übertragungseinrichtung
200: Einrichtung auf der Energie-Empfangsseite
300: bewegliches Objekt

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

Katsuhiro Hata, et. al, „Driving Test Evaluation of Sensorless Vehicle Detection Method for In-motion Wireless Power Transfer“, Proc. The 2018 International Power Electronics Conference, S. 663-668 [0004]

Claims

Energie-Übertragungseinrichtung, die Folgendes aufweist: eine Energie-Übertragungsspule, die magnetisch mit einer externen Energie-Empfangsspule gekoppelt werden soll, zum Übertragen von elektrischer Energie an die Energie-Empfangsspule; einen Wechselrichter zum Umwandeln von Gleichstrom in Wechselstrom (AC) zum Zuführen von AC-Energie an die Energie-Übertragungsspule; und eine Steuerungseinrichtung zum Steuern des Wechselrichters, wobei eine Serieneinheit aus einer Induktivität und einem ersten Kondensator mit der AC-Seite des Wechselrichters verbunden ist, eine Serieneinheit aus einem zweiten Kondensator und der Energie-Übertragungsspule parallel zum ersten Kondensator geschaltet ist, die Steuerungseinrichtung so konfiguriert ist, dass sie den Wechselrichter durch Umschalten zwischen zwei Modi steuert, die ein Energie-Übertragungsmodus, in dem der Wechselrichter so betrieben wird, dass er Energie an die Energie-Übertragungsspule überträgt, und ein Spulen-Detektionsmodus sind, in dem ein Niedrigleistungszeitraum, in dem der Wechselrichter mit einer Ausgangsleistung niedriger als die Nennleistung betrieben wird, und ein Nullleistungszeitraum, in dem die Ausgangsleistung des Wechselrichters mit Null vorgegeben ist, abwechselnd wiederholt werden, und dass er das Umschalten der Modi auf der Basis eines Zustands nach dem Modus-Übergang durchführt, in dem sich eine Information ändert, und zwar zu einem Zeitpunkt, wenn eine vorbestimmte Bedingung nach dem Modus-Umschalten erfüllt ist, und eines Werts eines Betriebsparameters, der zumindest mit der Eingangsleistung in den Wechselrichter zusammenhängt.
Energie-Übertragungseinrichtung nach Anspruch 1, wobei die vorbestimmte Bedingung in einem Fall, in dem der Energie-Übertragungsmodus in den Spulen-Detektionsmodus umgeschaltet wird, dass die Zeit mindestens eines Wiederholungszyklus für den Niedrigleistungszeitraum und den Nullleistungszeitraum verstrichen ist, nachdem der Energie-Übertragungsmodus in den Spulen-Detektionsmodus umgeschaltet worden ist.
Energie-Übertragungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die vorbestimmte Bedingung in einem Fall, in dem der Spulen-Detektionsmodus in den Energie-Übertragungsmodus umgeschaltet wird, ist, dass die Zeit mindestens eines Wiederholungszyklus für den Niedrigleistungszeitraum und den Nullleistungszeitraum verstrichen ist, nachdem der Energie-Übertragungsmodus in den Spulen-Detektionsmodus umgeschaltet worden ist.
Energie-Übertragungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Zeitpunkt, zu dem die vorbestimmte Bedingung erfüllt ist, in einem Fall, in dem der Spulen-Detektionsmodus in den Energie-Übertragungsmodus umgeschaltet wird, entweder ein Zeitpunkt ist, zu dem die Zeit mindestens eines Wiederholungszyklus für den Niedrigleistungszeitraum und den Nullleistungszeitraum im Spulen-Detektionsmodus verstrichen ist, nachdem der Spulen-Detektionsmodus in den Energie-Übertragungsmodus umgeschaltet worden ist, oder ein Zeitpunkt, zu dem ein Eingangsstrom oder eine Eingangsleistung in den Wechselrichter einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet, je nachdem, was früher eintritt.
Energie-Übertragungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Steuerungseinrichtung das Umschalten aus dem Spulen-Detektionsmodus in den Energie-Übertragungsmodus durchführt, wenn die Information über den Zustand nach dem Modus-Übergang eine Information nach einer Änderung nach dem Umschalten aus dem Energie-Übertragungsmodus in den Spulen-Detektionsmodus ist und der Eingangsstrom oder die Eingangsleistung in den Wechselrichter einen vorbestimmten Eintritts-Schwellenwert überschreitet.
Energie-Übertragungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Wechselrichter ein Wechselrichter auf der Basis einer Phasenverschiebungs-Steuerung zum Steuern einer Ausgabe durch Ändern eines Phasenverschiebungswerts ist, und wobei die Steuerungseinrichtung das Umschalten aus dem Energie-Übertragungsmodus in den Spulen-Detektionsmodus durchführt, wenn eine Information über den Zustand nach dem Modus-Übergang eine Information nach einer Änderung nach dem Umschalten aus dem Spulen-Detektionsmodus in den Energie-Übertragungsmodus ist und der Eingangsstrom oder die Eingangsleistung in den Wechselrichter kleiner als ein vorbestimmter erster Austritts-Schwellenwert ist und der Phasenverschiebungswert kleiner als ein vorbestimmter zweiter Austritts-Schwellenwert ist.
Energie-Übertragungseinrichtung nach Anspruch 1, wobei die Steuerungseinrichtung so konfiguriert ist, dass sie eine Näherungsinformation für ein bewegliches Objekt empfängt, die angibt, dass sich ein bewegliches Objekt näher als ein vorgegebener Abstand angenähert hat, und wenn die Näherungsinformation für ein bewegliches Objekt empfangen wird, ein Wiederholungszyklus für den Niedrigleistungszeitraum und den Nullleistungszeitraum so vorgegeben wird, dass er kürzer als der Wiederholungszyklus ist, bevor die Näherungsinformation für ein bewegliches Objekt empfangen wird.
Kontaktloses Energieversorgungssystem, das Folgendes aufweist: - eine Energie-Übertragungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7; und - eine Einrichtung auf der Energie-Empfangsseite, bei der eine Serieneinheit aus einer Induktivität auf der Energie-Empfangsseite und einem zweiten Kondensator auf der Energie-Empfangsseite mit einer AC-Seite eines Gleichrichters verbunden ist, und ein erster Kondensator auf der Energie-Empfangsseite und die Energie-Empfangsspule parallel zum zweiten Kondensator auf der Energie-Empfangsseite verbunden sind, und die an einem beweglichen Objekt angebracht ist.