CN101873014B - 非接触电力供应系统 - Google Patents

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Abstract

非接触电力供应系统包括：电力供应设备，用于传输高频电力；以及负载设备，其通过电磁感应以非接触模式来接收所述高频电力，以将其提供给负载。所述电力供应设备包括：电力传输单元，其具有主电源线圈以及反相器电路；查询单元，其具有至少一个主信号线圈以及振荡电路；信号检测单元；以及控制单元。所述负载设备包括：电力接收单元，其具有次级电源线圈以及电力转换单元，所述次级电源线圈磁性耦合到所述主电源线圈；次级信号线圈，其磁性耦合到所述主信号线圈；以及响应单元，其通过所述次级信号线圈中感生的电动势来操作。当没有检测到信号时，所述控制单元停止电力传输，而当检测到信号时，所述控制单元执行电力传输。

Description

非接触电力供应系统
技术领域
本发明涉及使用电磁感应的非接触电力供应系统。
背景技术
通常，具有蓄电池作为电源的电子设备(例如，电剃须刀、电动牙刷和蜂窝电话)都装备了各种非接触电力供应系统以通过使用电磁感应来非接触地对蓄电池进行充电。
在非接触电力供应系统中，例如，当电力供应设备的主线圈没有与电子设备(负载设备)的次级线圈磁性耦合时(待机模式)，电力供应设备的反相器电路被间歇地驱动以抑制功耗。当主线圈与次级线圈磁性耦合时(电力供应模式)，反相器电路被持续驱动以向电子设备供应大量的电力。此外，当金属异质衬底被放在电力供应设备的主线圈的附近时，异质衬底可以通过感应加热来被加热。因此，用于信号传输的线圈被提供在电力供应设备和电子设备两者中。仅当信号通过用于信号传输的线圈从电子设备传输到电力供应设备时，电力供应设备的反相器电路才从间歇操作模式切换到连续操作模式，由此防止异质衬底被加热(参见日本专利申请公开No.H10-271713以及No.H8-80042)。
但是，在上述传统情况下，即使在待机模式(其中，未向电子设备传输电力)下，电力供应设备的反相器电路也被间歇地驱动。因此，在待机模式中，相对大量的电力被消耗。此外，因为经由电子设备的用于信号传输的线圈从电子设备传输信号，在日本专利申请公开No.H10-271713中公开的传统情况下，在该电子设备中提供了对用于信号传输的线圈进行振荡的振荡电路，以及第二次级线圈，所述第二次级线圈与电力供应设备的主线圈磁性耦合，并且供应有来自间歇驱动的反相器电路的电力以向振荡电路供应电力。因此，所存在的问题在于，需要空间和成本来在电子装置中提供两个次级线圈。
发明内容
在上述考虑下，本发明提供了这样的非接触电力供应系统，与传统情况相比，该非接触电力供应系统能够在待机模式下降低电力供应设备的功耗，同时减少负载设备的从电力供应设备向其供应电力的线圈的数量。
根据本发明的实施例，提供了非接触电力供应系统。所述非接触电力供应系统包括：电力供应设备，用于传输高频电力；以及负载设备，其通过电磁感应非接触地接收从所述电力供应设备传输的所述高频电力，以向负载供应所述高频电力，其中，所述电力供应设备包括：电力传输单元，其具有用于电力传输的主电源线圈以及用于向所述主电源线圈供应高频电流的反相器电路；查询单元，其具有用于从所述负载设备接收信号的主信号线圈以及振荡电路，所述主信号线圈连接在所述振荡电路的输出端子之间；信号检测单元，用于检测所述主信号线圈所接收的信号；以及控制单元，用于根据所述信号检测单元所检测的信号来控制所述电力传输单元，其中，所述负载设备包括：所述负载；电力接收单元，其具有用于电力接收的次级电源线圈以及电力转换单元，所述次级电源线圈磁性耦合到所述主电源线圈，所述电力转换单元将所述次级电源线圈中感生的高频电力转换为用于所述负载的电力；次级信号线圈，其磁性耦合到所述主信号线圈；以及响应单元，其通过所述次级信号线圈中感生的电动势操作来传输来自所述次级信号线圈的信号，并且其中，当所述信号检测单元没有检测到信号时，所述电力供应设备的所述控制单元不执行从所述电力传输单元进行的电力传输，而当所述信号检测单元检测到信号时，所述控制单元执行从所述电力传输单元进行的电力传输。
根据本发明的实施例，当所述信号检测单元没有检测到信号时，所述电力供应设备的所述控制单元停止所述电力传输单元的电力传输，而当所述信号检测单元检测到信号时，所述控制单元执行所述电力传输单元的电力传输。因此，当没有从所述电力供应设备将电力供应到所述负载设备时，所述电力供应设备的所述电力传输单元可以被完全地停止，由此减少所述电力供应设备在待机模式中的功耗。此外，所述负载设备的所述响应单元通过磁性耦合到所述主信号线圈的所述次级信号线圈中生成的感生电动势操作来传输来自所述次级信号线圈的信号。
所以，除了次级信号线圈之外，不需要提供其它线圈来将操作电力从电力供应设备供应到响应单元。因此，与传统情况相比，能够减少电力供应设备在待机模式下的功耗，同时减少负载设备的从电力供应设备向其供应电力的线圈的数量。
所述主电源线圈和所述主信号线圈可以被基本上同轴地布置在所述电力供应设备中，并且所述次级电源线圈和所述次级信号线圈可以被基本上同轴地布置在所述负载设备中。
所以，所述电力供应设备和所述负载设备可以被最小化。此外，当不同于所述次级信号线圈的传导异质衬底存在于所述主信号线圈周围生成的磁通量所在范围内时，在所述异质衬底中感生出电动势，从而所述异质衬底的存在可以被发现。而所述主电源线圈和所述主信号线圈被基本上同轴地布置，并且所述次级电源线圈和所述次级信号线圈被基本上同轴地布置，从而可以发现在所述主电源线圈和所述次级电源线圈之间提供的异质衬底的存在。因此，可以防止所述异质衬底被加热。
当执行从所述电力传输单元进行的电力传输时，所述电力供应设备的所述控制单元可以间歇地驱动所述反相器电路，并且如果所述信号检测单元在所述反相器电路的暂停时间段期间没有检测到信号，那么所述控制单元停止从所述电力传输单元进行的电力传输。
因此，当所述反相器电路被驱动时，所述主信号线圈位于在所述主电源线圈周围生成的磁通量中。因此，噪声成分被添加到所述主信号线圈接收的信号中。所以，当执行从所述电力传输单元进行的电力传输时，所述电力供应设备的所述控制单元间隙地驱动所述反相器电路，并且如果所述信号检测单元在所述反相器电路的暂停时间段期间未检测到信号，那么所述控制单元停止从所述电力传输单元进行的电力传输。因此，所述信号检测单元的检测准确性提高，从而可以防止所述电力传输单元的故障。
所述信号可以是幅度调制信号，并且所述电力供应设备的所述信号检测单元可以检测所述主信号线圈中感生的电压的包络，并且如果检测的电压电平超过阈值，那么确定检测到信号。
因此，可以获得与以下情况相同的效果：当执行所述电力传输单元的电力传输时，所述电力供应设备的所述控制单元允许所述反相器电路被间隙地驱动，并且如果所述信号检测单元在所述反相器电路的暂停时间段期间没有检测到信号，那么停止所述电力传输单元的电力传输。
所述负载设备可以包括负载设备控制单元，所述负载设备控制单元用于将控制命令从所述响应单元传输到所述电力供应设备的所述控制单元，以指示停止从所述电力传输单元进行的电力传输或者减少传输电力。
通常，如果所述负载是例如蓄电池，并且如果即使在所述蓄电池被充满电之后仍从所述电力传输单元持续供应电力，那么电力被浪费。但是，根据本发明的实施例，负载设备控制单元传输来自响应单元的控制命令，以指示停止从所述电力供应设备的所述电力传输单元进行的电力传输，由此抑制电力的浪费。
如果所述信号检测单元检测的信号电平是恒定的，那么所述电力供应设备的所述控制单元可以不执行从所述电力传输单元进行的电力传输。
因此，当不同于所述负载设备的传导异质衬底存在于所述主信号线圈周围生成的磁通量所在的范围内时，在所述异质衬底中感生出电动势，从而所述信号检测单元中检测的信号的电平减小。由此，如果所述信号检测单元检测的信号的电平比预定的确定值小，那么所述电力供应设备的所述控制单元不执行从所述电力传输单元进行的电力传输。
所述负载设备的所述响应单元可以具有电源电路以及调制电路，所述电源电路从所述次级信号线圈中感生的电压产生操作电力，所述调制电路通过所述电源电路所产生的操作电力操作来向所述次级信号线圈输出调制信号。
所述调制电路可以产生通过改变连接在所述次级信号线圈两端之间的阻抗元件的阻抗而调制的信号。
因此，所述调制电路可以实现为具有简单的配置。
所述负载设备的所述电力接收单元还可以具有用于从所述次级电源线圈中感生的高频电力产生所述响应单元的操作电力的电源电路。
因此，该第二个电源电路通过使用所述电力接收单元所接收的高频电力来产生所述响应单元的操作电力，由此有利之处在于，通过增加从所述响应单元传输的电力，提高了所述信号检测单元的检测准确性。
所述电力供应设备的所述信号检测单元还可以具有一个或多个附加的主信号线圈。
因此，可以防止比所述主电源线圈小的异质衬底被加热。
此外，所述非接触电力供应系统还可以包括附加的一个或多个负载设备，并且所述负载设备和所述附加的负载设备可以具有不同类型的负载，并且所述负载设备和所述附加的负载设备的响应单元可以根据这些负载的类型来传输和接收不同频率的信号，并且所述电力供应设备的所述查询单元可以允许所述振荡电路以根据所述负载设备和所述附加的负载设备的类型而改变的频率进行振荡。
因此，一个电力供应设备可以对应于多个不同类型的负载。
所述负载设备还可以包括附加的电源电路以及负载设备信号传输单元，所述附加的电源电路用于从所述次级电源线圈中感生的高频电力产生所述响应单元的操作电力，所述负载设备信号传输单元通过所述附加的电源电路产生的电力操作来传输传输信号，并且所述电力供应设备可以包括电力供应设备信号接收单元，所述电力供应设备信号接收单元用于从所述负载设备信号传输单元接收所述传输信号。
所以，可以在所述负载设备信号传输单元和电力供应设备侧信号接收单元之间传递各种信息数据。
所述电力供应设备还可以包括用于通过信息信号对来自所述电力传输单元的高频电力进行调制的调制电路，并且所述负载设备还可以包括用于对所述次级电源线圈中感生的高频电力进行解调以恢复所述信息信号的解调电路。
因此，可以从所述电力供应设备向所述负载设备传递各种信息数据。
当所述信号检测单元没有检测到信号时，所述振荡电路可以间歇地振荡，而如果所述信号检测单元检测到信号，则所述振荡电路可以持续振荡。
由此，通过间歇地振荡所述查询单元的所述振荡电路，可以进一步减少待机模式中的功耗。
此外，所述主信号线圈的内径和外径可以基本上等于所述次级信号线圈的内径和外径，并且所述次级信号线圈的内径可以比所述次级电源线圈的外径大。
因此，所述次级信号线圈从次级电源线圈111向外布置，由此当从所述次级信号线圈传输信号时，减少所述次级电源线圈的影响。
所述主信号线圈和所述次级信号线圈可以被布置在所述主电源线圈和所述次级电源线圈之间，而所述主电源线圈和所述次级电源线圈彼此磁性耦合。
因此，可以通过减小所述主信号线圈和所述次级信号线圈之间的距离来提高所述信号检测单元的检测准确性。
所述查询单元的所述振荡电路可以以比所述反相器电路的频率更高的频率振荡，并且所述响应单元可以具有从所述次级信号线圈中感生的电压产生操作电力的电源电路，以及通过所述电源电路所产生的操作电力操作来向所述次级信号线圈输出调制信号的调制电路，由该调制电路向所述次级信号线圈输出的该调制信号的频率比所述反相器电路的频率低。
所以，当所述信号检测单元检测到信号时，容易辨别所述振荡电路的振荡频率和所述反相器电路的频率。此外，通过将所述振荡电路的振荡频率增加至相对最高水平，可以抑制所述振荡电路的电力浪费。
所述负载设备可以包括响应信号传输单元，所述响应信号传输单元通过所述次级电源线圈中感生的高频电力操作来通过所述次级电源线圈传输响应信号。所述电力供应设备可以包括响应信号接收单元，所述响应信号接收单元用于通过磁性耦合到所述次级电源线圈的所述主电源线圈来接收所述响应信号，并且当所述电力供应设备的所述控制单元根据所述信号检测单元检测到信号而执行从所述电力传输单元进行的电力传输时，如果其中所述响应信号接收单元没有接收到响应信号的时间段超过特定时间段，那么所述控制单元停止从所述电力传输单元进行的电力传输，而如果其中所述响应信号接收单元没有接收到响应信号的所述时间段没有超过所述特定时间段，那么所述控制单元继续从所述电力传输单元进行的电力传输。
因此，当所述反相器电路被驱动时，主信号位于在所述主电源线圈周围生成的磁场中，从而噪声成分被添加到在所述主信号线圈处接收的信号中。因此，所述信号检测单元的检测准确性降低，所述电力传输单元的传输可能被停止，当负载被移开时，电力损耗可能增加或者异质衬底可能被加热。
但是，当所述信号检测单元检测到信号并且所述控制单元开始从所述电力传输单元进行的电力传输时，当所述响应信号接收单元接收到从所述负载设备的所述响应信号传输单元传输的响应信号时，所述电力传输单元的电力传输继续进行，而当未接收到响应信号时，所述电力传输单元的电力传输停止。因此，即使所述信号检测单元的检测准确性降低，也可以防止所述电力传输单元的故障。此外，所述电力传输单元的所述反相器电路可以被持续驱动，由此与如上所述的其中所述反相器电路被间歇地驱动的情况相比，提高了电力供应效率。
所述负载设备可以包括负载设备控制单元，所述负载设备控制单元用于将控制命令从所述响应单元和所述响应信号传输单元传输到所述电力供应设备的所述控制单元，以指示停止从所述电力传输单元进行的电力传输或者减少传输电力。
通常，例如，当所述负载是蓄电池时，如果即使在所述蓄电池被充满电之后，仍从所述电力传输单元持续供应电力，那么电力被浪费。所以，根据本发明的实施例，负载设备控制单元传输来自所述响应单元和所述响应信号传输单元的控制命令，以指示停止从所述电力供应设备的所述电力传输单元进行的电力传输，由此抑制电力的浪费。此外，因为从所述响应信号传输单元以及所述响应单元传输控制命令，所以信号传输的可靠性增强，并且安全地控制所述电力传输单元。
根据本发明的实施例，与传统情况相比，能够减少电力供应设备在待机模式下的功耗，同时减少负载设备的从电力供应设备向其供应电力的线圈的数量。
附图说明
结合附图，根据实施例的以下描述，本发明的目的和特征将变得明显，在附图中：
图1说明了根据本发明的第一实施例的电力供应设备和负载设备的框图；
图2是根据本发明的第一实施例的响应单元的具体电路图；
图3A说明了根据本发明的第一实施例的主电源线圈、次级电源线圈、主信号线圈和次级信号线圈的横截面视图，并且图3B说明了主电源线圈和主信号线圈的平面图；
图4示出了用于解释本发明的第一实施例的操作的波形图；
图5是示出了根据本发明的第一实施例的主电源线圈、次级电源线圈、主信号线圈和次级信号线圈的另一配置的横截面视图；
图6A是示出了主电源线圈和主信号线圈的另一配置的平面图，并且图6B是示出了根据本发明的第一实施例的主电源线圈和主信号线圈的另一配置的横截面视图；
图7是示出了根据本发明的第一实施例的主电源线圈、次级电源线圈、主信号线圈和次级信号线圈的另一配置的横截面视图；
图8是示出了根据本发明的第一实施例的主电源线圈、次级电源线圈、主信号线圈和次级信号线圈的另一配置的横截面视图；
图9示出了用于解释本发明的第一实施例的操作的波形图；
图10是示出了根据本发明的第一实施例的电力供应设备的控制单元的操作的流程图；
图11是示出了根据本发明的第一实施例的主电源线圈和主信号线圈的另一配置的平面图；
图12说明了根据本发明的第二实施例的电力供应设备和负载设备的框图；
图13说明了根据本发明的第三实施例的电力供应设备和负载设备的框图；
图14说明了根据本发明的第四实施例的电力供应设备和负载设备的框图；
图15说明了根据本发明的第五实施例的电力供应设备和负载设备的框图；
图16说明了根据本发明的第六实施例的电力供应设备和负载设备的框图；以及
图17说明了根据本发明的第七实施例的电力供应设备和负载设备的框图。
具体实施方式
后文将参照形成其一部分的附图来详细描述本发明的实施例。
(第一实施例)
如图1所示，根据本发明的第一实施例的非接触电力供应系统包括：传输高频电力的电力供应设备A，以及负载设备B，所述负载设备B以非接触模式通过电磁感应接收从电力供应设备A传输的高频电力，以向负载供应该电力。
电力供应设备A包括：电力传输单元1，其具有用于电力传输的主电源线圈10，以及用于向主电源线圈10供应高频电流的反相器电路11；以及查询单元2，其具有用于传输/接收去往/来自负载设备B的信号的主信号线圈20和振荡电路21，主信号线圈20连接在振荡电路21的输出端子之间。电力供应设备A还包括用于检测由主信号线圈20接收的信号的信号检测单元3，以及用于根据由信号检测单元3检测的信号来控制电力传输单元1的控制单元4。
反相器电路11将从商用AC电源(没有示出)供应的低频(50Hz或60Hz)的交流电流(AC)转化为高频(大约100kHz)的电流(高频电流)，以向主电源线圈10供应高频电流。因为反相器电路11在本领域是公知的，所以将省略其详细配置、说明和描述。
振荡电路21在比反相器电路11的频率足够高的频率(例如，4MHz)处生成振荡信号，以向主信号线圈20供应振荡信号(例如，正弦信号)。因为振荡电路21在本领域是公知的，所以将省略其详细配置、说明和描述。
控制单元4包括作为主要部件的微型计算机。控制单元4执行各种处理，包括通过执行该微型计算机中的存储器(没有示出)中存储的程序，控制反相器电路11的操作。
负载设备B包括负载(例如，蓄电池)100，以及电力接收单元110，所述电力接收单元110具有用于电力接收的次级电源线圈111以及电力转换单元(在本实施例中为整流器电路112)，所述次级电源线圈111磁性耦合到主电源线圈10，所述电力转换单元将次级电源线圈111中感生的高频电力转换为适合于负载100的电力。负载设备B还包括次级信号线圈121，其磁性耦合到主信号线圈20和响应单元120，所述响应单元120通过次级信号线圈121中感生的电动势而被操作来传输来自次级信号线圈121的信号。
在电力接收单元110中，次级电源线圈111中感应的高频电力被整流器电路112整流以对作为负载100的蓄电池进行充电。
响应单元120具有：电源电路122，其从次级信号线圈121生成的感生电动势来产生操作电力(直流(DC)电压)；以及调制电路123，其通过电源电路122产生的操作电力来操作以向次级信号线圈121输出调制信号。此外，在本实施例中，如图2所示，共振电容C2连接在次级信号线圈121的两端之间，并且次级信号线圈121和电容C2形成共振电路以增加应用到电源电路122或调制电路123的高频电压。
如图2所示，在电源电路122中，流入次级信号线圈121中的高频电流被二极管D1整流以对电解电容C1进行充电。电解电容C1的电荷被放电以向调制电路123供应DC电压。
如图2所示，调制电路123包括由整流二极管D2、电阻R和由双极型晶体管形成的开关元件Q1组成的串联电路，以及用于生成低频(大约1kHz)方波信号(调制信号)的多谐振荡器MV。调制电路123通过用从多谐振荡器MV输出的方波信号对开关元件Q1进行切换，来用该方波信号对次级信号线圈121中感生的高频电压(载波)的幅度进行调制。在该情况下，可以提供电容或电容的并联电路来替代电阻R，以根据打开或关闭开关元件Q1来增加或减少连接到次级信号线圈121的阻抗(静电电容)。
同时，当由调制电路123来对载波(在次级信号线圈121中感生的高频电压)进行幅度调制时，通过磁性耦合到次级信号线圈121的主信号线圈20的高频电压波形也被改变。因此，信号检测单元3通过检测主信号线圈20的高频电压波形的包络来对调制信号(方波信号)进行解调(检测)。
在电力供应设备A和负载设备B中，如在图3A和3B所示，主线圈10和20的组与次级线圈111和121的组中的每一组被布置在与其轴向(图3A中的垂直方向)基本上垂直的平面中。
接下来，将参照图4的波形图来描述本发明的实施例的操作。在图4，(a)说明了主信号线圈20中生成的高频电压的波形，(b)示出了从调制电路123输出的调制信号(方波信号)，(c)描绘了当信号检测单元3检测主信号线圈20的高频电压波形的包络时获得的检测波形，(d)阐述了通过峰值保持检测波形所获得的波形，(e)表示由信号检测单元3获得的信号检测结果(当从负载设备B检测到信号时，二进制信号具有电平H(高)，而当没有从负载设备B检测到信号时，二进制信号具有电平L(低))，(f)说明了控制单元4的用于控制电力传输单元1的控制信号(用于在高电平时驱动反相器电路11而在低电平时停止反相器电路11的信号)，以及(g)示出了流入主电源线圈10中的高频电流的波形。
当开始从商用AC电源(没有示出)向电力供应设备A供应电力时(上电)，控制单元4输出低电平控制信号以停止电力传输单元1的反相器电路11，并且查询单元2的振荡电路21立即开始振荡。在无负载状态下，在该状态中负载设备B的次级信号线圈121不在主信号线圈20的附近，主信号线圈20中生成的高频电压的波形的幅度是恒定的。当高频电压波形的幅度是恒定的时，信号检测单元3不执行包络检测并且向控制单元4输出“没有信号”的检测结果(低电平信号)。因为信号检测单元3没有检测到信号，所以控制单元4确定处于无负载状态并且持续输出低电平控制信号，以使得电力传输单元1的反相器电路11被维持在停止状态。
此外，当电传导异质衬底(例如，金属)存在于主信号线圈20的附近，而位于主信号线圈20周围生成的磁场中时，高频电压波形的幅度减小，但是恒定的。因为高频电压波形的幅度没有改变，所以信号检测单元3不执行包络检测，并且向控制单元4输出“没有信号”的检测结果。因为信号检测单元3没有检测到信号，所以，控制单元4持续输出低电平控制信号，使得电力传输单元1的反相器电路11被维持在停止状态。
同时，当负载设备B被布置在相对于电力供应设备A规定的位置处时，放置主电源线圈10和主信号线圈20以分别磁性耦合到次级电源线圈111和次级信号线圈121。当次级信号线圈121磁性耦合到主信号线圈20时，在次级信号线圈121中生成感生电动势，并且电源电路122产生操作电力。调制电路123开始通过电源电路122中产生的操作电力来操作，以向次级信号线圈121输出调制信号(参照图4的(b))。
因此，载波被调制电路123进行幅度调制(参见图4的(a))，并且磁性耦合到次级信号线圈121的主信号线圈20的高频电压波形也被改变。信号检测单元3通过检测主信号线圈20的高频电压波形的包络来对调制信号(方波信号)进行解调(检测)(参见图4的(c))。信号检测单元3对解调方波信号执行峰值保持操作(参见图4的(d))。
如果峰值超过了预定的阈值，那么信号检测单元3确定负载设备B存在，并且向控制单元4输出“信号存在”的检测结果(高电平信号)(参见图4的(e))。当控制单元4从信号检测单元3接收高电平信号时，控制单元4将低电平控制信号转换为高电平控制信号以驱动电力传输单元1的反相器电路11(参见图4的(f))。当反相器电路11被驱动时，以非接触模式将高频电力从电力传输单元1传输到电力接收单元110，以对作为负载100的蓄电池进行充电。
此外，当负载设备B从规定位置A转移以使得主电源线圈10和主信号线圈20不能分别磁性耦合到次级电源线圈111和次级信号线圈121时，前面提及的无负载状态被建立。然后，信号检测单元3向控制单元4输出“没有信号”的检测结果(低电平信号)。控制单元4将高电平控制信号转换到低电平控制信号以停止反相器电路11。
如上所述，在本实施例中，当信号检测单元3没有检测到信号时，电力供应设备A的控制单元4停止从电力传输单元1进行的电力传输，而当信号检测单元3检测到信号时，执行从电力传输单元1进行的电力传输。因此，当没有从电力供应设备A将电力供应到负载设备B时，电力供应设备A的电力传输单元1(反相器电路11)可以被完全地停止，由此减少在待机模式中电力供应设备A的功耗。
此外，负载设备B的响应单元120通过磁性耦合到主信号线圈20的次级信号线圈121中生成的感生电动势来操作，以传输来自次级信号线圈121的信号。因此，除了次级信号线圈121之外不需要其它线圈来从电力供应设备A向响应单元120供应操作电力。因此，可以减少在待机模式中电力供应设备A的功耗，同时与传统情况相比，减少了负载设备B的从电力供应设备A向其供应电力的线圈的数量。
但是，如图3A和3B所示，当主信号线圈20和次级信号线圈121分别与主电源线圈10和次级电源线圈111分离地安放在与轴向垂直的平面中时，异质衬底(例如，金属片)可以以如下状态被安放在主电源线圈10和次级电源线圈111之间，在所述状态中，负载设备B被布置在相对于电力供应设备A规定的位置处。在该情况下，控制单元4可以驱动反相器电路11以加热异质衬底。因此，优选的是检测被安放在主电源线圈10和次级电源线圈111之间的异质衬底(例如，金属片)，并且使得控制单元4停止反相器电路11以防止异质衬底在这种情况下被加热。
在这方面，主电源线圈10和主信号线圈20可以优选地被同轴地布置在电力供应设备A中，并且次级电源线圈111和次级信号线圈121也可以优选地被同轴地布置在负载设备B中(参见图5)。在图5所示的示例中，主电源线圈10和主信号线圈20形成为分别与次级电源线圈111和次级信号线圈121具有基本上相同大小的圆形，即，具有相同的内径和外径。
此外，如图5所示，各自的线圈被布置在电力供应设备A和负载设备B中，以使得主信号线圈20和次级信号线圈121被布置在主电源线圈10和次级电源线圈111之间，同时主电源线圈10和次级电源线圈111被基本上同轴的布置成以磁性耦合状态彼此面对。
这种布置提供的有利之处在于，通过减少主信号线圈20和次级信号线圈121之间的距离，提高了信号检测单元3的检测准确性。此外，优选的是，次级信号线圈121尽量少地受到其他线圈(尤其是次级电源线圈111)的影响，以允许载波被高度地调制。因此，如图6A-8所示，次级信号线圈121从次级电源线圈111向外布置，由此当从次级信号线圈121传输信号时(当载波被调制时)，减少次级电源线圈111的影响。也就是说，次级线圈111和112被安放在同一平面上，并且次级信号线圈121的内径和外径比次级电源线圈111的外径大。此外，尽管在本实施例中使用在一个平面中缠绕的圆弧形线圈，但是本发明并不限于此，圆柱形、矩形或椭圆形线圈也可以被使用。
接下来，将参照图9的波形图描述本实施例的其它操作。在图9，(a)说明了主信号线圈20中生成的高频电压的波形，(b)示出了从调制电路123输出的调制信号(方波信号)，(c)描述了当信号检测单元3检测主信号线圈20的高频电压波形的包络时获得的检测波形，(d)阐述了通过峰值保持检测波形获得的波形，(e)表示通过信号检测单元3获得的信号检测结果(当从负载设备B检测到信号时，二进制信号具有高电平，而当没有从负载设备B中检测到信号时，二进制信号具有低电平)，(f)说明了控制单元4的用于控制电力传输单元1的控制信号(用于在高电平处驱动反相器电路11而在低电平处停止反相器电路11的信号)，以及(g)示出了流入主电源线圈10的高频电流的波形。
在该情况下，在无负载状态下并且当仅金属异质衬底存在于主信号线圈20的附近时的操作与上述情况相同，因此省略了对其的描述。
当负载设备B被布置在相对于电力供应设备A规定的位置时，放置主电源线圈10和主信号线圈20以分别磁性耦合到次级电源线圈111和次级信号线圈121。当次级信号线圈121磁性耦合到主信号线圈20时，在次级信号线圈121中生成感生电动势，并且电源电路122产生操作电力。调制电路123开始通过在电源电路122中产生的操作电力来操作，以向次级信号线圈121输出调制信号(参见图9的(b))。
因此，载波被调制电路123进行幅度调制(参见图9的(a)中的时间段t1)，并且磁性耦合到次级信号线圈121的主信号线圈20的高频电压波形也被改变。信号检测单元3通过检测主信号线圈20的高频电压波形的包络来对调制信号(方波信号)进行解调(检测)(参见图9的(c))。信号检测单元3对解调方波信号执行峰值保持操作(参见图9的(d))。如果峰值超过预定的阈值，那么信号检测单元3确定负载设备B存在，并且向控制单元4输出“信号存在”的检测结果(高电平信号)(参见图9的(e))。当控制单元4从信号检测单元3接收到高电平信号时，控制单元4将低电平控制信号转换为高电平控制信号，以驱动电力传输单元1的反相器电路11(参见图9的(f))。当反相器电路11被驱动时，以非接触模式将高频电力从电力传输单元1传输到电力接收单元110，以对作为负载100的蓄电池进行充电。
在该情况下，当反相器电路11被驱动时，在主电源线圈10周围生成的磁通量影响与主电源线圈10基本上同轴布置的主信号线圈20。因此，如图9的(a)中所示，大的噪声成分被添加到在主信号线圈20中生成的高频电压波形中。因此，难以在信号检测单元3中检测信号。
因此，在该实施例中，控制单元4间歇地驱动反相器电路11。仅信号检测单元3在反相器电路11的暂停时间段Tx期间获得的检测结果被认为是有效的。如果信号检测单元3在暂停时间段Tx期间检测到信号，那么反相器电路11被间歇地驱动，而如果信号检测单元3在暂停时间段Tx期间没有检测到信号，那么反相器电路11被停止。
也就是说，因为在反相器电路11的暂停时间段Tx期间在主电源线圈10周围没有生成磁通量，所以大的噪声成分没有被添加到在主信号线圈20中生成的高频电压波形中。因此，信号检测单元3可以准确地检测信号。所以，当控制单元4基于信号检测单元3在暂停时间段Tx期间获得的检测结果来控制电力传输单元1时，可以在电力传输单元1的电力传输期间防止故障发生。
同时，当异质衬底(例如，金属片)被安放在主线圈10和20以及次级线圈111和121之间时，通过金属异质衬底的影响来减少次级信号线圈121中感生的高频电压。所以，由于电源电路122没有为调制电路123等的操作产生足够的操作电力，因此在主信号线圈20中生成的高频电压波形的电压电平减小(参见图9的(a)中的时间段t2)。
因此，信号检测单元3向控制单元4输出“没有信号”的检测结果(低电平信号)，因为调制方波信号的峰值没有超过阈值。因此，控制单元4将高电平控制信号转换为低电平控制信号，以停止反相器电路11，由此防止金属异质衬底被由电力传输单元1进行的电力传输加热。图10是示出了由在上述操作中的由电力供应设备A的控制单元4执行的处理的流程图。
在该实施例中，与振荡电路21的振荡频率(大约4MHz)和反相器电路11的频率(大约100kHz)相比，调制电路123的调制信号的频率(大约是1kHz)相对低。因此，当信号检测单元3检测调制信号的包络时，可以容易地执行滤波。此外，主信号线圈20和次级信号线圈121都具有小的直径以及小的绕组数量，并且通过将振荡电路21的振荡频率增加至相对最高水平而增加线圈20和121的AC阻抗并减少流入线圈20和121的电流，来以低功耗进行操作。
此外，在电力供应设备A中，查询单元2的振荡电路21持续振荡。可替代地，当信号检测单元3没有检测到信号时，振荡电路21可以间歇地振荡，而当信号检测单元3检测到信号时，振荡电路21可以持续振荡。与其中振荡电路21持续振荡的情况相比，在该情况下，可以进一步减少在待机模式中的功耗。此外，即使在信号检测单元3检测到信号的情况下，振荡电路21可以仅在间歇地驱动反相器电路11的暂停时间段Tx期间进行振荡，而可以在反相器电路11被驱动的时间段期间，停止振荡电路21的振荡。
此外，如在图11中所示，除了比主电源线圈10大的主信号线圈20之外，多个(在说明的示例中为6个)主信号线圈20’可以被提供在电力供应设备A的查询单元2中。通过该配置，即使当比主电源线圈10小的异质衬底存在时，也可以基于在这些主信号线圈20’之一中生成的高频电压波形来检测到异质衬底的存在，并且停止反相器电路11以防止异质衬底被加热。
但是，当一个电力供应设备A向具有不同类型的负载100的多个负载设备B供应电力时，从电力传输单元1传输的电力需要根据负载100的类型来进行控制。因此，控制单元4可以在待机模式中以时分方式驱动查询单元2的振荡电路21以预定的多个频率进行振荡，并且基于信号检测单元3在分别的振荡频率处的信号检测结果来确定负载设备B的类型。
更特别地，可以通过振荡电路21中设置的预定的多种频率和每个负载设备B(参见图2)的次级线圈121与谐振电容C2确定的谐振频率，来识别负载设备B。在非谐振频率处，在次级信号线圈121中很难生成感生电动势，从而调制电路不能操作来向次级信号线圈121输出调制信号。另一方面，在谐振频率处，在次级信号线圈121中生成感生电动势，并且调制被执行。因此，电力供应设备A可以识别与其耦合来接收电力的负载设备B。
然后，控制单元4通过根据负载设备B的类型而升高或降低反相器电路11的频率来控制从电力传输单元1传输的电力。
(第二实施例)
如图12所示，根据本发明的第二实施例的非接触电力供应系统具有以下特征：负载设备B还包括负载设备控制单元130，用于将控制命令从响应单元120传输到电力供应设备A的控制单元4，以指示停止电力传输单元1的电力传输或者减小传输电力电平。因为其它配置与第一实施例的那些结构相同，所以与第一实施例相同的部件将被分配相同的标号，并且将省略对其的解释。
例如，如果负载100是蓄电池，并且即使在蓄电池被充满电之后，还从电力供应设备A持续供应电力，那么电力被浪费。在这种情况下，可以考虑在电力接收单元110和负载100之间的电力供应路径中提供开关元件(半导体开关元件或继电器)，以使得当蓄电池被充满电时，开关元件被关闭以中断从电力接收单元110到负载100的电力供应。然而，因为从电力传输单元1持续供应电力，所以次级电源线圈111的端电压增加。因此，电力转换单元(整流器电路112)的耐受电压需要有具有余量，由此引起成本和大小的增加。
但是，在该实施例中，当作为负载100的蓄电池被充满电时，负载设备控制单元130停止响应单元120的调制电路123，以使得电力供应设备A的信号检测单元3检测不到信号。因此，因为信号检测单元3检测不到信号，所以电力供应设备A的控制单元4停止反相器电路11，由此停止电力传输单元1的电力供应。
(第三实施例)
如图13所示，根据本发明的第三实施例的非接触电力供应系统具有以下特征：用于从次级电源线圈111中感生的高频电力产生响应单元120的操作电力的第二电源电路113被提供在负载设备B的电力接收单元110中。此外，因为其它配置与第一实施例的配置相同，所以与第一实施例相同的部件将被分配相同的标号，并且将省略对其的解释。
第二电源电路113向响应单元120的调制电路123供应DC电力，当将电力从电力传输单元1供应到电力接收单元110时，通过对次级电源线圈111中感生的高频电力进行整流和平滑来生成DC电力。
也就是说，从电力供应设备A的查询单元2传输的电力的量非常小，并且在响应单元120的电源电路122中产生的操作电力的量也非常小。但是，当第二电源电路113通过使用由电力接收单元110接收的高频电力来产生响应单元120的操作电力时，有利之处在于，通过增加从响应单元120传输的电力，提高了信号检测单元3的检测准确性。
(第四实施例)
如图14所示，根据本发明的第四实施例的非接触电力供应系统具有以下特征：负载设备B还包括用于从在次级电源线圈111中感生的高频电力产生响应单元120的操作电力的第二电源电路113，以及通过在第二电源电路113中产生的电力来操作的负载设备信号传输单元124，用于传输传输信号，并且电力供应设备A还包括用于接收从负载设备信号传输单元124传输的信号的电力供应设备侧信号接收单元5，以及用于存储传输信号所传输的信息的存储器6。
此外，因为其它配置与第一实施例的配置相同，所以与第一实施例相同的部件将被分配相同的标号，并且将省略对其的解释。
负载设备信号传输单元124具有传输线圈124a，并且通过传输线圈124a来传输例如频率调制传输信号。电力供应设备侧信号接收单元5具有磁性耦合到传输线圈124a的接收线圈50，并且通过对接收线圈50中感生的高频电压(高频调制传输信号)进行解调来恢复原始信息。解调信息被存储在存储器6中。对传输信号从负载设备B到电力供应设备A所传输的信息没有施加任何具体限制。
如上所述，在该实施例中，可以在负载设备信号传输单元124和电力供应设备侧信号接收单元5之间传递各种信息数据。
(第五实施例)
如图15所示，根据本发明的第五实施例的非接触电力供应系统具有以下特征：电力供应设备A还包括用于生成要从电力供应设备A传输到负载设备B的信息信号的电力供应信息信号生成电路7，以及用于对通过信息信号从电力传输单元1传输的高频电力进行调制的调制电路8，并且负载设备B还包括用于对次级电源线圈111中感生的高频电力进行解调以恢复信息信号的解调电路140，用于存储由解调电路140解调的信息(信息信号)的存储器150，以及用于基于该信息来控制负载100的控制单元160。此外，因为其它配置与第一实施例的配置相同，所以与第一实施例相同的部件将被分配相同的标号，并且将省略对其的解释。
调制电路8对通过由电力供应信息信号生成电路7生成的信息信号(基带信号)从反相器电路11输出的高频电压(载波)执行调制(幅度调制、频率调制或相位调制)。解调电路140对次级电源线圈111中感生的高频电压(调制载波)进行解调以恢复信息信号。此外，对通过信息信号从电力供应设备A传输到负载设备B的信息没有施加任何具体限制。
如上所述，在该实施例中，可以将各种信息数据从电力供应设备A传递到负载设备B。
(第六实施例)
如图16所示，根据本发明的第六实施例的非接触电力供应系统具有以下特征：负载设备B还包括响应信号传输单元170，其通过次级电源线圈111中感生的高频电力操作来通过次级电源线圈111传输响应信号，并且电力供应设备A还包括用于通过磁性耦合到次级电源线圈111的主电源线圈10来接收响应信号的响应信号接收单元9。
此外，因为其它配置与第一实施例的配置相同，所以与第一实施例相同的部件将被分配相同的标号，并且将省略对其的解释。
响应信号传输单元170具有用于从次级电源线圈111中感生的高频电力产生操作电力的电源电路171，以及调制电路172，所述调制电路172通过电源电路171中产生的操作电力操作来对次级电源线圈111的感生电压(载波)执行调制(例如，幅度调制)。也就是说，仅当从电力供应设备A的电力传输单元1将电力供应到负载设备B的电力接收单元110时，响应信号传输单元170才可以传输响应信号。当没有从电力传输单元1将电力供应到电力接收单元110时，响应信号传输单元170不能传输响应信号。响应信号传输单元170可以持续或间歇地传输响应信号。
响应信号接收单元9通过检测主电源线圈10的高频电压波形的包络来对响应信号进行解调，以向控制单元4输出解调信号。
在该情况下，当从电力传输单元1传输电力时，信号检测单元3难以检测信号，因为大的噪声成分被添加到主信号线圈20中生成的高频电压波形中。因此，在第一实施例中，电力传输单元1的反相器电路11被间歇地驱动，以使得信号检测单元3可以在反相器电路11的暂停时间段期间检测信号。
另一方面，在该实施例中，一旦信号检测单元3检测到表示负载设备B存在的信号，电力供应设备A的控制单元4就持续执行电力传输单元1的电力传输；并且，如果其中响应信号接收单元9没有接收到响应信号的时间段超过特定时间段(当响应信号被间歇地传输时，比响应信号的传输周期足够长)，那么控制单元4停止电力传输单元1的电力传输，而如果其中响应信号接收单元9没有接收到响应信号的时间段没有超过特定时间段，那么控制单元4继续电力传输单元1的电力传输。
因此，在该实施例中，控制单元4基于响应信号接收单元9是否接收到从负载设备B的响应信号传输单元170传输的响应信号来继续或停止电力传输单元1的电力传输。因此，尽管信号检测单元3的检测准确性在电力传输单元1的连续电力传输期间降低，但是电力传输单元1的反相器电路11可以被持续(而非间歇地)驱动，同时防止电力传输单元1的故障。
因此，与其中如第一实施例中那样间歇地驱动反相器电路11的情况相比，有利之处在于，提高了电力供应的效率。
(第七实施例)
如图17所示，根据本发明的第七实施例的非接触电力供应系统具有以下特征：负载设备B还包括负载设备控制单元130，用于将控制命令从响应单元120和响应信号传输单元170传输到电力供应设备A的控制单元4，以指示停止电力传输单元1的电力传输或者减小传输电力电平。此外，因为其它配置与第二和第六实施例的配置相同，所以与第二和第六实施例相同的部件将被分配相同的标号，并且将省略对其的解释。
在第二实施例中，当作为负载100的蓄电池被充满电时，负载设备控制单元130停止响应单元120的调制电路123，以使得电力供应设备A的信号检测单元3检测不到信号。但是，如在第六实施例中所描述，当反相器电路11被持续驱动时，信号检测单元3可能会错误地将噪声成分检测为信号，即使响应单元120的调制电路123被停止。
因此，在该实施例中，当作为负载100的蓄电池被充满电时，负载设备控制单元130停止响应单元120的调制电路123和响应信号传输单元170的调制电路172二者。因此，即使当电力供应设备A的信号检测单元3检测到错误信号时，响应信号接收单元9也不会接收到响应信号。因此，控制单元4可以停止电力传输单元1的电力传输。
如上所述，在该实施例中，即使当反相器电路被持续驱动，也可以通过提高信号传输的可靠性来确切地控制电力传输单元1。
虽然已经参照实施例示出并描述了本发明，但是本领域的技术人员将理解，可以在不脱离所附权利要求定义的本发明的范围的情况下，进行各种改变和变型。

Claims (18)

1.一种非接触电力供应系统，包括：
电力供应设备，用于传输高频电力；以及
负载设备，其通过电磁感应非接触地接收从所述电力供应设备传输的所述高频电力，以向负载供应所述高频电力，
其中，所述电力供应设备包括：电力传输单元，其具有用于电力传输的主电源线圈以及用于向所述主电源线圈供应高频电流的反相器电路；查询单元，其具有用于从所述负载设备接收信号的主信号线圈以及振荡电路，所述主信号线圈连接在所述振荡电路的输出端子之间；信号检测单元，用于检测所述主信号线圈所接收的信号；以及控制单元，用于根据所述信号检测单元所检测的信号来控制所述电力传输单元，
其中，所述负载设备包括：所述负载；电力接收单元，其具有用于电力接收的次级电源线圈以及电力转换单元，所述次级电源线圈磁性耦合到所述主电源线圈，所述电力转换单元将所述次级电源线圈中感生的高频电力转换为用于所述负载的电力；次级信号线圈，其磁性耦合到所述主信号线圈；以及响应单元，其具有电源电路以及调制电路，所述电源电路从所述次级信号线圈中感生的电压产生操作电力，所述调制电路通过所述电源电路所产生的操作电力操作来向所述次级信号线圈输出调制信号，并且
其中，当所述信号检测单元没有检测到信号时，所述电力供应设备的所述控制单元不执行从所述电力传输单元进行的电力传输，而当所述信号检测单元检测到信号时，所述控制单元执行从所述电力传输单元进行的电力传输。
2.根据权利要求1所述的非接触电力供应系统，其中，所述主电源线圈和所述主信号线圈被基本上同轴地布置在所述电力供应设备中，并且所述次级电源线圈和所述次级信号线圈被基本上同轴地布置在所述负载设备中。
3.根据权利要求1所述的非接触电力供应系统，其中，当执行从所述电力传输单元进行的电力传输时，所述电力供应设备的所述控制单元间歇地驱动所述反相器电路，并且如果所述信号检测单元在所述反相器电路的暂停时间段期间没有检测到信号，那么所述控制单元停止从所述电力传输单元进行的电力传输。
4.根据权利要求3所述的非接触电力供应系统，其中，所述信号是幅度调制信号，并且所述电力供应设备的所述信号检测单元检测所述主信号线圈中感生的电压的包络，并且如果所检测的电压电平超过阈值，那么确定检测到信号。
5.根据权利要求1所述的非接触电力供应系统，其中，所述负载设备包括负载设备控制单元，所述负载设备控制单元用于将控制命令从所述响应单元传输到所述电力供应设备的所述控制单元，以指示停止从所述电力传输单元进行的电力传输或者减少传输电力。
6.根据权利要求1至5之一所述的非接触电力供应系统，其中，如果所述信号检测单元检测的信号电平是恒定的，那么所述电力供应设备的所述控制单元不执行从所述电力传输单元进行的电力传输。
7.根据权利要求1至5之一所述的非接触电力供应系统，其中，所述调制电路产生通过改变连接在所述次级信号线圈两端之间的阻抗元件的阻抗而调制的信号。
8.根据权利要求1至5之一所述的非接触电力供应系统，其中，所述负载设备的所述电力接收单元还具有用于从所述次级电源线圈中感生的高频电力产生所述响应单元的操作电力的电源电路。
9.根据权利要求1所述的非接触电力供应系统，其中，所述电力供应设备的所述信号检测单元还具有一个或多个附加的主信号线圈。
10.根据权利要求1至5之一所述的非接触电力供应系统，还包括附加的一个或多个负载设备，其中，所述负载设备和所述附加的负载设备具有不同类型的负载，并且所述负载设备和所述附加的负载设备的响应单元根据这些负载的类型来传输和接收不同频率的信号，并且
其中，所述电力供应设备的所述查询单元允许所述振荡电路以根据所述负载设备和所述附加的负载设备的类型而改变的频率进行振荡。
11.根据权利要求1至5之一所述的非接触电力供应系统，其中，所述负载设备还包括附加的电源电路以及负载设备信号传输单元，所述附加的电源电路用于从所述次级电源线圈中感生的高频电力产生所述响应单元的操作电力，所述负载设备信号传输单元通过所述附加的电源电路产生的电力操作来传输传输信号，并且所述电力供应设备包括电力供应设备信号接收单元，所述电力供应设备信号接收单元用于从所述负载设备信号传输单元接收所述传输信号。
12.根据权利要求1至5之一所述的非接触电力供应系统，其中，所述电力供应设备还包括用于通过信息信号对来自所述电力传输单元的高频电力进行调制的调制电路，并且所述负载设备还包括用于对所述次级电源线圈中感生的高频电力进行解调以恢复所述信息信号的解调电路。
13.根据权利要求1至5之一所述的非接触电力供应系统，其中，当所述信号检测单元没有检测到信号时，所述振荡电路间歇地振荡，而如果所述信号检测单元检测到信号，则所述振荡电路持续振荡。
14.根据权利要求2所述的非接触电力供应系统，其中，所述主信号线圈的内径和外径基本上等于所述次级信号线圈的内径和外径，并且所述次级信号线圈的内径比所述次级电源线圈的外径大。
15.根据权利要求2所述的非接触电力供应系统，其中，所述主信号线圈和所述次级信号线圈被布置在所述主电源线圈和所述次级电源线圈之间，而所述主电源线圈和所述次级电源线圈彼此磁性耦合。
16.根据权利要求1至5之一所述的非接触电力供应系统，其中，所述查询单元的所述振荡电路以比所述反相器电路的频率更高的频率振荡，并且所述调制电路向所述次级信号线圈输出频率比所述反相器电路的频率低的调制信号。
17.根据权利要求1所述的非接触电力供应系统，其中，所述负载设备包括响应信号传输单元，所述响应信号传输单元通过所述次级电源线圈中感生的高频电力操作来通过所述次级电源线圈传输响应信号，
其中，所述电力供应设备包括响应信号接收单元，所述响应信号接收单元用于通过磁性耦合到所述次级电源线圈的所述主电源线圈来接收所述响应信号，并且
其中，当所述电力供应设备的所述控制单元根据所述信号检测单元检测到信号而执行从所述电力传输单元进行的电力传输时，如果其中所述响应信号接收单元没有接收到响应信号的时间段超过特定时间段，那么所述控制单元停止从所述电力传输单元进行的电力传输，而如果其中所述响应信号接收单元没有接收到响应信号的所述时间段没有超过所述特定时间段，那么所述控制单元继续从所述电力传输单元进行的电力传输。
18.根据权利要求17所述的非接触电力供应系统，其中，所述负载设备包括负载设备控制单元，所述负载设备控制单元用于将控制命令从所述响应单元和所述响应信号传输单元传输到所述电力供应设备的所述控制单元，以指示停止从所述电力传输单元进行的电力传输或者减少传输电力。
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