CN103457334A - 非接触供电设备的二次侧受电电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种效率良好、可低电压进行定电流控制的非接触供电设备的二次侧受电电路，具备第1线圈及第2线圈，缠绕于同一核心，由1次侧供电线圈感应产生电动势；共振电容，与第1线圈形成共振电路；开关元件，切换共振电容的两端于连接状态与开路状态；零交越检测电路，检测共振电路的输出电压的零交越点；整流电路，将第2线圈输出的电流输出至电池；以及脉冲产生电路，具有定电流控制功能，比较输出至电池的电流与基准电流，控制驱动脉冲的脉冲宽度，同步于零交越点输出驱动脉冲至开关元件，将输出至电池的电流维持一定地控制在基准电流。本发明能定电流控制输出至负载的电流，又能够定电压控制施加负载的电压。

Description

非接触供电设备的二次侧受电电路

技术领域

本发明涉及一种非接触供电设备的二次侧受电电路，尤其涉及将充电(供电)对象的电池作为驱动源搭载于可移动的移动体上，在既定的位置对该电池进行非接触供电(充电)的非接触供电设备的二次侧受电电路。

背景技术

公知的非接触供电设备的二次侧受电电路的一个例子揭示于专利文献1。

公知的非接触供电设备的二次侧受电电路中，在频率f为例如10kHz的高频电流流过的1次侧感应线路的对向，设置由1次侧感应线路感应产生电动势的拾取线圈。共振电容并联于该拾取线圈，形成并联共振电路，以1次侧感应线路的频率共振。此并联共振电路还连接有整流电路(全波整流电路)，通过定电压控制电路供电给耗电变动的负载(例如，控制自动台车的电动马达的变频器)。

该定电压控制电路由抗流线圈、二极管、输出电容(电压电容)、通过抗流线圈切换整流电路输出端于连接状态(ON状态)或开路状态(OFF状态)的开关构件(例如输出调整用晶体管)、以及将切换频率正确地设定在2f并输出驱动该开关构件的驱动脉冲的控制器所构成。

该控制器将该驱动脉冲的ON时序视为抗流线圈的输入电压由峰值变为下降的位置，将驱动脉冲的脉冲宽度中间点视为全波的输入电压的零交越位置，又检测该输出电容的输出电压(负载的电压)，在该输出电容的输出电压比预设的基准电压低时缩短驱动脉冲的脉冲宽度，比基准电压高时则拉长驱动脉冲的脉冲宽度，将输出电压控制在一定值。

以下说明该二次侧受电电路的构造的作用。

当频率为例如10kHz的高频电流供给1次侧感应电路时，此1次侧感应电路所产生的磁束会感应产生感应电动势于拾起线圈，此感应电动势在拾起线圈产生的电流会在整流电路整流。开关构件以开关频率2f切换于ON与OFF，在输出电容的输出电压比预设的基准电压低时驱动脉冲的脉冲宽度被缩短，比基准电压高时则驱动脉冲的脉冲宽度被拉长。因此，输出电压维持在基准电压。

而当驱动脉冲转为ON使抗流线圈产生磁束时，供给抗流线圈的电流因共振电路而接近于零，并且之后输入电压下降进入零交越范围，借此抑制流过抗流线圈的线圈电流上升，使脉动减少抑制突波。

专利文献1：日本特开2010-154696号公报。

当负载为电池时，对电池的充电需要定电流控制。

然而专利文献1所记载的非接触供电设备的二次侧受电电路基本上为定电压电路。由并联的共振电路所出的电流为一定，又将供给输出电容的电流以开关构件导通/切断，借此控制输出电容的输出电压。因输出电压会根据输出电容供电的负载的状态而变化，故借由开关构件切换ON/OFF使输出电压维持在一定。如此一来，由于专利文献1所记载的非接触供电设备的二次侧受电电路基本上为定电压电路，再加上开关构件的前段有抗流线圈，抗流线圈储存有能量，使得要控制流过负载的电流为一定值(定电流)变得困难。

而为了实现完全的定电流控制，会考虑在输出电容与负载之间加装定电流电路，但可预见电路变得复杂且同时成本提高的问题。

而一般来说，电池的定格电压只有12V之低，但专利文献1所记载的非接触供电设备的二次侧受电电路基本上设计给定电压数百V(例如300V)的负载用，要在直流侧直接将300V定电压控制到12V，不但控制困难且可预见会发生精确度的问题，因此不适合于充电至定格电压低的电池。

专利文献1所记载的非接触供电设备的二次侧受电电路中，开关构件在连接状态时，流过开关构件的电流也流过整流电路，因此有整流电路造成的多余的电力消耗，导致效率下降。再者，输出电容前段连接二极管也会使效率降低。

因此，本发明以提供一种效率良好、可进行低电压的定电流控制或定电压控制的非接触供电设备的二次侧受电电路。

发明内容

为了达成前述的目的，本发明权利要求1所记载的非接触供电设备的二次侧受电电路，由被供给高频电流的1次侧感应线路或1次侧供电线圈以非接触的方式接收供电，并供电给负载，包括：

第1线圈及第2线圈，缠绕于同一磁性体，由该1次侧感应线路或1次侧供电线圈感应产生电动势；共振电容，并联于该第1线圈，与该第1线圈形成以该高频电流的频率共振的共振电路；开关构件，将该共振电容的两端切换于连接状态与开路状态；零交越检测电路，检测出该共振电路的输出电压的零交越点；整流电路，整流由该第2线圈输出的电流，并输出至该负载；电流检测电路，检测出由该整流电路输出至该负载的电流；电压检出电路，检测出该负载的电压；以及脉冲产生电路，将该高频电流的频率或该高频电流的频率的2倍作为切换频率，同步于该零交越检测电路所检测出的零交越点而输出驱动脉冲至该开关构件，该驱动脉冲为ON时使该开关构件处于连接状态，该驱动脉冲为OFF时使该开关构件处于开放状态。该脉冲产生电路具有定电流控制功能与定电压控制功能，并实行该定电流控制功能或该定电压控制功能，其中该定电流控制功能比较由该电流检测电路检测出的电流与预先设定的基准电流，控制该驱动脉冲的脉冲宽度，借此将输出至该负载的电流维持一定地控制在该基准电流；该定电压控制功能比较由该电压检测电路检测出的电压与预先设定的基准电压，控制该驱动脉冲的脉冲宽度，借此将施加该负载的电压维持一定地控制在该基准电压。

根据上述架构，借由感应线路或供电线圈产生的磁束，在第1线圈上产生感应电动势，以非接触的方式传送电力。而与第1线圈缠绕在同一磁性体上的第2线圈上也产生感应电动势而传送电力。此时，流过第1线圈侧的电流与共振电路产生的电压相位差大约90度，为无效电力，因此由供电侧送出的电力几乎全部供给第2线圈侧的电路。第2线圈输出的交流电流通过整流电路而转为直流并供给负载。

输出至负载的电流被电流检测电路检测出来，或负载的电压被电压检测电路检测出来后，输入脉冲产生电路。脉冲产生电路以共振频率为切换频率或是共振频率的2倍为切换频率，同步于零交越检测电路的输出时间点，也就是共振电路的电压在0V附近的时间点，输出驱动脉冲至连接至共振电容两端的开关构件。

脉冲产生电路比较电流检测电路的输出与基准电流，控制驱动脉冲的脉冲宽度，将输出至负载的电流维持一定地控制在该基准电流。或是脉冲产生电路比较电压检测电路的输出与基准电压，控制驱动脉冲的脉冲宽度，将施加负载的电压维持一定地控制在该基准电压。也就是说，基准电流或基准电压较大时缩短驱动脉冲宽度，基准电流或基准电压较小时拉长驱动脉冲宽度。

该驱动脉冲的脉冲宽度最短(或不驱动)时，第1线圈侧的共振电路的两端电压最大。相反地，脉冲宽度越长共振电路的两端电压则越低，而第2线圈缠绕在与第1线圈相同的核心上，作为变压器来动作，因此借由控制共振电路产生的电压大小，可控制输出至第2线圈侧的整流电路的电压，变化至负载的输出大小。此时，脉冲产生电路能够以共振频率或其2倍的频率为切换频率(控制周期)做线性变化，因此可借由参照检测电流控制脉冲宽度来做定电流控制，或者是可借由参照检测电压控制脉冲宽度来做定电压控制。也就是说，脉冲产生电路具有定电流控制功能与定电压控制功能，并能实现定电流控制或定电压控制。

而驱动脉冲的输出时间点会借由零交越检测电路来进行同步，以在共振电容的两端电压在0V附近驱动。若不进行此同步的情况下，随着输出时间点远离0V，开关构件由开路状态(OFF)被控制切换至连接状态(ON)时，共振电容流入开关构件的突波电流会急剧增大，而恐有损坏开关构件及共振电容的可能。

而权利要求2所记载的非接触供电设备的二次侧受电电路，由被供给高频电流的1次侧感应线路或1次侧供电线圈以非接触的方式接收供电，并供电给负载，包括：

第1线圈及第2线圈，缠绕于同一磁性体，由该1次侧感应线路或1次侧供电线圈感应产生电动势；共振电容，并联于该第1线圈，与该第1线圈形成以该高频电流的频率共振的共振电路；开关构件，将该第2线圈的两端切换于连接状态与开路状态；零交越检测电路，检测出该第2线圈的输出电压的零交越点；整流电路，整流由该第2线圈输出的电流，并输出至该负载；电流检测电路，检测出由该整流电路输出至该负载的电流；电压检出电路，检测出该负载的电压；以及脉冲产生电路，将该高频电流的频率或该高频电流的频率的2倍作为切换频率，同步于该零交越检测电路所检测出的零交越点而输出驱动脉冲至该开关构件，该驱动脉冲为ON时使该开关构件处于连接状态，该驱动脉冲为OFF时使该开关构件处于开放状态。其中该脉冲产生电路具有定电流控制功能与定电压控制功能，并实行该定电流控制功能或该定电压控制功能，其中该定电流控制功能比较由该电流检测电路检测出的电流与预先设定的基准电流，控制该驱动脉冲的脉冲宽度，借此将输出至该负载的电流维持一定地控制在该基准电流；该定电压控制功能比较由该电压检测电路检测出的电压与预先设定的基准电压，控制该驱动脉冲的脉冲宽度，借此将施加该负载的电压维持一定地控制在该基准电压。

根据上述架构，借由感应线路或供电线圈产生的磁束，在第1线圈上产生感应电动势，以非接触的方式传送电力。而与第1线圈缠绕在同一磁性体上的第2线圈上也产生感应电动势而传送电力。此时，流过第1线圈侧的电流与共振电路产生的电压相位差大约90度，为无效电力，因此由供电侧送出的电力几乎全部供给第2线圈侧的电路。第2线圈输出的交流电流通过整流电路而转为直流并供给负载。

第1线圈仅连接共振电容，形成共振电路，共振电路产生的(一定的)电压被第1线圈及共振电容内部的阻抗所限制。而第2线圈缠绕在与第1线圈相同的磁性体上，作为变压器来动作，因此借由共振电路产生的电压，决定产生于第2线圈的电压，然后将第2线圈输出的交流电流以连接于开关构件后端的整流电路直流化后输出至负载。

脉冲产生电路的作用与上述权利要求1所述的非接触供电设备的二次侧受电电路的脉冲产生电路的作用相同，借由在整流电路的前段设置开关构件使输出至整流电路的电压可线性变化，实行定电流控制或定电压控制。脉冲产生电路的作用的详细说明省略。

而权利要求3所记载的非接触供电设备的二次侧受电电路为权利要求1或2的发明中，该第1线圈与该第2线圈的卷数比根据感应产生于该第1线圈的最大电压与该负载的定格电压而设定。

根据上述架构，因应于第1线圈感应而生的最大电压与负载的定格电压来变更第1线圈与第2线圈的卷数比，借此能够对应各种定格电压的负载。

而权利要求4所记载的非接触供电设备的二次侧受电电路，由被供给高频电流的1次侧感应线路或1次侧供电线圈以非接触的方式接收供电，并供电给负载，包括：

受电线圈，缠绕于磁性体，由该1次侧感应线路或1次侧供电线圈感应产生电动势；共振电容，并联于该受电线圈，与该受电线圈形成以该高频电流的频率共振的共振电路；开关构件，将该共振电容的两端切换于连接状态与开路状态；零交越检测电路，检测出该共振电路的输出电压的零交越点；整流电路，整流由该受电线圈输出的电流，并输出至该负载；电流检测电路，检测出由该整流电路输出至该负载的电流；电压检出电路，检测出该负载的电压；以及脉冲产生电路，将该高频电流的频率或该高频电流的频率的2倍作为切换频率，同步于该零交越检测电路所检测出的零交越点而输出驱动脉冲至该开关构件，该驱动脉冲为ON时使该开关构件处于连接状态，该驱动脉冲为OFF时使该开关构件处于开放状态。其中该脉冲产生电路具有定电流控制功能与定电压控制功能，并实行该定电流控制功能或该定电压控制功能，其中该定电流控制功能比较由该电流检测电路检测出的电流与预先设定的基准电流，控制该驱动脉冲的脉冲宽度，借此将输出至该负载的电流维持一定地控制在该基准电流；该定电压控制功能比较由该电压检测电路检测出的电压与预先设定的基准电压，控制该驱动脉冲的脉冲宽度，借此将施加该负载的电压维持一定地控制在该基准电压。

根据上述架构，借由感应线路或供电线圈产生的磁束，在受电线圈上产生感应电动势，以非接触的方式传送电力。受电线圈连接共振电容形成共振电路，受电线圈输出的交流电流通过整流电路而转为直流并供给负载。

脉冲产生电路的作用与上述权利要求1所述的非接触供电设备的二次侧受电电路的脉冲产生电路的作用相同，借由在整流电路的前段设置开关构件使输出至整流电路的电压可线性变化，实行定电流控制或定电压控制。脉冲产生电路的作用的详细说明省略。

而权利要求5所记载的非接触供电设备的二次侧受电电路为权利要求1～4任一项的发明中，该脉冲产生电路可切换该定电流控制功能与该定电压控制功能。

根据上述架构，可因应负载的需求，自由地切换定电流控制与定电压控制。

而权利要求6所记载的非接触供电设备的二次侧受电电路为权利要求1～4任一项的发明中，该负载为蓄电装置。该脉冲产生电路首先利用该定电流控制功能将输出至该蓄电装置的电流控制在根据该蓄电装置的要求所预先设定的基准电流，当该电压检测电路检测出的蓄电装置的电压到达根据该蓄电装置的要求所预先设定的定格电压时，利用该定电压控制功能将该蓄电装置的电压控制在该定格电压。

根据上述架构，蓄电装置充电时，首先借由定电流控制功能将输出至蓄电装置的电流维持一定地控制在基准电流。当蓄电装置的电压到达定格电压，借由定电压控制功能将蓄电装置的电压维持一定地控制在基准电压。

而权利要求7所记载的非接触供电设备的二次侧受电电路为权利要求1～6任一项的发明中，还设置供电开始电路，在对该负载开始供电时，使该共振电路为非共振状态。

根据上述架构，脉冲产生电路动作前，开关构件为开路状态。在此状态下，当第1线圈及第2线圈面向1次侧的感应线路或1次侧的供电线圈时，比定格电压高的电压会施加至负载，而恐会损伤负载。但在上述面向之前，供电开始电路动作使共振电路为非共振状态的话，施加至负载的电压会被抑制，可以避免负载损伤。

[发明的效果]

本发明的非接触供电设备的二次侧受电电路可以共振频率或共振频率的2倍为切换频率(控制周期)来线性地变化输出至整流电路的电压，因此能定电流控制输出至负载的电流，又能够定电压控制施加负载的电压。此时在整流电路的前段控制交流侧的电压，借此能够以简单的电路架构，精密地控制负流过负载的电流或施加至负载的电压，并提供最合适的供电电路。在开关构件为接续状态时，流过开关构件的电流不流过整流电路，因此构成整流电路的元件的发热减低，能够提高效率。又因为发热降低，能够对构成整流电路的元件使用更小的放热板，故具有小型化与低成本的效果。

附图说明

图1是具备本发明实施例的非接触供电设备的二次侧受电电路的电池充电系统的架构图。

图2是同非接触供电设备的二次侧受电电路的电路图。

图3(a)~图3(c)是同非接触供电设备的二次侧受电电路的共振电容的两端电压特性图。

图4是使用同非接触供电设备的二次侧受电电路来充电的电池的充电转换图。

图5是其他实施例的非接触供电设备的二次侧受电电路的电路图。

图6是其他实施例的非接触供电设备的二次侧受电电路的电路图。

图7是其他实施例的非接触供电设备的二次侧受电电路的电路图。

图8是其他实施例的非接触供电设备的二次侧受电电路的电路图。

图9是其他实施例的非接触供电设备的二次侧受电电路的电路图。

其中，附图标记说明如下：

11～供电连接器；          12～变频器；

13～供电控制器；          14、25～光收发信器；

16、31～E字型核心；       17～供电线圈；

21～受电连接器；          22～电池；

23～充电装置；            24～受电控制器；

26～电池监控装置；        32～第1线圈；

33、33A～第2线圈；        37、37A～共振电路；

38、38A～共振电容；       38a、38b～电容；

39～开关元件；            39a～第1晶体管；

39b～第1二极管；          39c～第2晶体管；

39d～第2二极管；          40～零交越检测电路；

41、41A～整流电路；       41a、41b～二极管；

43～电流检测电路；        44～电压检测电路；

45～脉冲产生电路；        51～负载；

52～平滑电路；            52a～平滑线圈；

52b～平滑电容；           53～开关；

A～车辆；                 B～供电站。

具体实施方式

以下将参照附图说明本发明实施例的非接触供电设备的二次侧受电电路。

图1是具备本发明实施例的非接触供电设备的二次侧受电电路的电池充电系统的架构图。图1中，A为搭载充电对象的电池，并以这个电池为驱动源的车辆(移动体，机械的一例)，B为用来对车辆A的电池充电的供电站。“供电站(1次侧；供电侧)”

如图1所示，1次侧的供电站B设置有供电连接器11、由商用电源供电并供给供电连接器11高频电流的变频器12、对变频器12指示供电开始/停止的供电控制器13、以及连接至供电控制器13的供电侧光收发信器(光通信器)14。

该供电连接器11由E字型核心(磁性体)16与缠绕于此E字型核心16的(1次侧的)供电线圈17所构成。变频器12供给高频电流至供电线圈17。

而供电控制器13预先储存有允许受电的车辆A的资料(例如认证号码)，并借由供电侧光收发信器14将包含有要求认证资料的信号的光信号送出，另外具有储存供电过的车辆A的履历的功能。

“车辆(二次侧；受电侧)”

受电侧车辆A设有与供电连接器11相对的受电连接器21，借由此受电连接器21来进行非接触供电，还设置有对车辆A搭载的充电对象的电池(负载、蓄电装置的一例)22进行充电的具有定电流/定电压控制机能的充电装置23、对充电装置23指示充电开始/停止的受电控制器24、连接至受电控制器24的受电侧光收发信器(光通信器)25、以及电池监控装置26。电池监控装置26监控电池22的电压与发热，当电压下降时输出充电要求信号给受电控制器24，当检测出电压超过上限电压时或检出发热时则输出充电停止信号。借由上述的受电连接器21与充电装置23，构成本发明的非接触供电设备的二次侧受电电路。

上述受电连接器21由E字型核心(磁性体)31、强耦合缠绕于此E字型核心31的第1线圈32与附有中心抽头的第2线圈32所构成。电动势借由供电连接器11的供电线圈17感应产生于第1线圈32及第2线圈33上。

而受电控制器24储存有特有的认证资料，具有借由受电侧光收发信器25接收供电侧光收发信器14所发送的光信号，检测出受电连接器21与供电连接器11对向的功能；因应接收的光信号的认证资料要求，将特有的认证资料通过受电侧光收发信器25送出的功能；因应由电池监控装置26输入的电池22充电要求信号，对充电装置23指示充电开始，或充电停止的功能(详细将于后述)；以及将受电结束信号通过受电侧光收发信器25送出的功能(详细将于后述)。

上述供电站B的供电控制器13在供电侧光收发信器14所接收的认证资料与允许受电的车辆A的认证资料一致时，指示变频器12供电开始，当受电结束信号输入时，指示变频器12供电停止并储存履历。

充电装置23如图2所示，具有共振电容38，与第1线圈32并联，与第1线圈32一起形成共振电路37，以供给供电线圈17的高频电流的频率共振；开关元件(开关构件的一例)39，将共振电容38的两端切换于连接状态与开路状态；零交越检测电路40，检测出共振电路37的输出电压的零交越点；整流电路41，连接于第2线圈33，将第2线圈33输出的电流整流后输出给电池22；以及脉冲产生电路45，内藏有检测出供给电池22的电流的电流检测电路43以及检测出电池22的电压的电压检测电路44，将供给上述供电线圈17的高频电流的频率作为切换频率，并与零交越检测电路40所检测出的零交越点同步，输出驱动脉冲至开关元件39，此驱动脉冲为ON时使开关元件39处于连接状态，OFF时使开关元件39处于开路状态。

脉冲产生电路45具有定电流控制功能与定电压控制功能。脉冲产生电路45比较电流检测电路43检测出的电流与电池22所要求的基准电流，或比较电压检测电路44检测出的电压与电池22所要求的定格电压(基准电压的一例)，借由控制该驱动脉冲的脉冲宽度，而将供给电池22的电流或电压控制在一定值(详细将于后述)。脉冲产生电路45可选择(切换)定电流控制功能与定电压控制功能任一者来实行。此外，脉冲产生电路45从电池22获得控制电源。

而前述的开关元件39由第1晶体管(或MOS-FET)39a并联与此第1晶体管39a电流方向相反的第1二极管39b，第2晶体管(或MOS-FET)39c并联与此第2晶体管39c电流方向相反的第2二极管39d，再将第1及第2晶体管39a、39c以电流方向相反的方式串联而成。通过此开关元件39的架构，当来自脉冲产生电路45的驱动脉冲输入第1晶体管39a或第2晶体管39c，开关元件39会处于连接状态使共振电容38(共振电路37)的两端成为连接状态(短路状态)。

而前述的整流电路41由第1二极管41a与第2二极管41b所构成。第1二极管41a的阳极连接于第2线圈33的一端，阴极连接于电池22的正电极。第2二极管41b的阳极连接于第2线圈33的另一端，阴极连接于电池22的正电极。第2线圈33的中心抽头连接至电池22的负电极。

如图3所示，脉冲产生电路45将切换频率作为高频电流的频率，并同步于零交越检测电路40检测出的零交越点(例如，由正转为负的零交越点)输出驱动脉冲。输出的驱动脉冲的脉冲宽度最短(或不驱动)时，共振电路37的两端电压最大，相反地，脉冲宽度越长，两端电压则越低。第2线圈33卷在与第1线圈32相同的核心上，作为变压器来动作，因此借由控制共振电路37产生的电压大小，可变化电池22前段的整流电路41的输出大小。

如上述，共振电路37产生的电压可利用共振频率与同一速度的开关频率(控制周期)来做线性的变化，使电池22前段的整流电路41的输出也可做线性的变化，再参照电流检测电路43所检测出的电流来进行变动上述脉冲宽度的控制，因此能够定电流地控制流过电池22的电流。或者是参照电压检测电路44所检测出的电压来进行变动上述脉冲宽度的控制，因此能够定电压地控制电池22的电压。

而脉冲产生电路45的驱动脉冲输出时间点会借由零交越检测电路40来进行同步，以在共振电容38的两端电压在0V附近驱动。若不进行此同步的情况下，随着输出时间点远离0V，开关元件39由开路状态(OFF)被控制切换至连接状态(ON)时，共振电容38流入开关元件39的突波电流会急剧增大，而恐有损坏开关元件39及共振电容38的可能。

而第1线圈32的卷数N1与第2线圈33的卷数N2的卷线比根据上述共振电路37产生的最大电压与电池22的定格电压而定，第2线圈33所感应产生的电压必须抑制到电池22的定格电压以下。

接着，根据图4并配合上述充电装置23的电路架构的作用来说明受电控制器24进行的电池22的充电流程。而电池22必须在电压比定格电压低时，以定电流充电，当电压达到定格电压则以定电压充电。

步骤1“充电要求”

电池监控装置26监控电池22的电压，当电压下降则输出充电要求信号。而虽未图示，但此充电要求信号会输出至车辆A的行走控制器，根据车辆A的行走控制器的指令，车辆A会朝向供电站B移动使受电连接器21与供电连接器11相对。接着，供电侧光收发信器14发出的光信号被受电侧光收发信器25所接收，如前所述，经过供电控制器13的认证后，通过变频器12供给高频电流给供电连接器11。而脉冲产生电路45透从电池22获得控制电源，在非充电要求的状态下，将要输出至开关元件39的驱动脉冲的脉冲宽度设为最大。借此，受电连接器21与供电连接器11相对时，电池22前段的整流电路41的输出会变为最小。

而当开关元件39维持在开路状态(OFF)，与受电连接器21相对时，因为共振电容38为空的状态，会使冲击电流流过，使共振电路37的两端电压产生比图3所示的最大电压还要高(例如2倍)的电压，而施加电池22的电压变为过电压，而恐会损伤电池22、共振电容38、或开关元件39。

受电控制器24借由受电侧光收发信器25接收供电侧收发信器14发送的光信号，检测出受电连接器21已面向于供电连接器11。此时若电池监控装置26将充电要求信号输入受电控制器24，受电控制器24会对充电装置23的脉冲产生电路45输出充电开始指令。而受电控制器24检测出受电连接器21已面向于供电连接器11时，可输出行走停止指令至车辆A的行走用控制器，使位置不产生偏移。

步骤2“受电确认”

受电连接器21面向供电连接器11，且变频器12供给高频电流至供电线圈17时，通过供电线圈17产生的磁束，使得第1线圈32产生感应电压。也就是说，由供电线圈17以非接触的方式将电力传送给第1线圈32。而以强耦合的方式缠绕于与第1线圈32相同的核心31上的第2线圈33，也因供电线圈17产生的磁束而产生感应电动势以传送电力。此时，流过共振电路37的电流与共振电路37产生的电压相位差大约90度，为无效电力，因此由供电站B送出的电力几乎全部供给第2线圈33侧的电路。第2线圈33输出的交流电流通过整流电路41而转为直流并供给电池22。如上所述，由1次侧的供电线圈17以非接触的方式供电给电池22。

而即使受电连接器21面向供电连接器11，启动时，因为输出至开关元件39的驱动脉冲的宽度为最大，所以输出至整流电路41的电压减小。因此能够避免施加至电池22的电压为过电压，而损坏电池22、共振电容38或开关元件39。脉冲产生电路45借由电流检测电路43检测出整流电路41往电池22供给电流来确认受电。

步骤3“定电流充电”

脉冲产生电路45在确认受电且受电控制器24输入充电开始指令后，开始定电流充电。

也就是说，脉冲产生电路45借由电流检测电路43检测出流至电池22的电流，借由电压检测电路44检测出电池22的电压，当电池22的电压不满定格电压(或上限值)时，进行定电流控制。

此定电流控制时，往电池22的输出电流被电流检测电路43检测出后回授至脉冲产生电路45。脉冲产生电路45比较电流检测电路43的输出与脉冲产生电路45内产生的基准电流，基准电流较大时缩短驱动脉冲宽度，基准电流较小时拉长驱动脉冲宽度。脉冲产生电路45同步于零交越检测电路40的输出时间点，也就是共振电容38的两端电压在0V附近的时间点，输出驱动脉冲至开关元件39。

如上所述，脉冲宽度最短(或不驱动)时，共振电路37的两端电压最大。相反地，脉冲宽度越长共振电路37的两端电压则越低，而第2线圈33缠绕在与第1线圈32相同的核心上，作为变压器来动作，因此借由控制共振电路37产生的电压大小，可变化电池22前段的整流电路41的输出大小。因此，脉冲产生电路45中可借由参照检测电流控制脉冲宽度来做定电流控制(脉冲产生电路45具有定电流控制的功能)。

步骤4“定电压充电”

脉冲产生电路45在定电流控制中，借由电压检测电路44检控电池22的电压，当电压上升至定格电压时，启动计时器，由定电流充电切换至定电压充电(定电压控制)。

定电压控制时，电池22的电压被电压检测电路44检测出后回授至脉冲产生电路45。脉冲产生电路45比较电压检测电路44的输出与脉冲产生电路45内产生的基准电压，基准电压较大时缩短驱动脉冲宽度，基准电压较小时拉长驱动脉冲宽度。脉冲产生电路45同步于零交越检测电路40的输出时间点，也就是共振电容38的两端电压在0V附近的时间点，输出驱动脉冲至开关元件39。

如上所述，改变驱动脉冲的脉冲宽度，可改变电池22前段的整流电路41的输出大小。因此，脉冲产生电路45中可借由参照检测电压控制脉冲宽度来做定电压控制(脉冲产生电路45具有定电压控制的功能)。

步骤5“充电结束”

当定电压充电开始时启动的计时器的计数值(计时器时间)到达既定的充电时间时，脉冲产生电路45将驱动脉冲的脉冲宽度调整为最大，将电池22前段的整流电路41的输出改变至最小，停止对电池22的充电(因为电池22的电压升高，故不需充电)。

接着，输出充电结束信号至受电控制器24，受电控制器24通过光收发信器25、14将受电结束信号传送够供电控制器13。供电侧的供电控制器13收到此受电结束信号后，指示变频器12停止供电。变频器12停止供电给供电连接器11。

另外，当受电控制器24收到电池监控装置26输入的充电停止信号时，会输出充电停止指令至充电装置23的脉冲产生电路45，再通过光收发信器25、14将受电结束信号传送够供电控制器13。脉冲产生电路45因应充电停止指令，将驱动脉冲的脉冲宽度设为最大，停止对电池22的充电。而供电站B的供电控制器13指示变频器12停止供电，变频器12停止供电至供电连接器11。

如上所述，最初以定电流控制对电池22充电，当到达定格电压时实行定电压控制，对电池22正常充电。

根据以上所述的实施例，共振电路37产生的电压可利用共振频率与同一速度的开关频率(控制周期)来做线性的变化，使电池22前段的整流电路41的输出也可做线性的变化，因此能够定电流地控制流过电池22的电流，提供最适当的充电电路给电池22。此时，使开关元件39的驱动脉冲的输出时间点同步于零交越点，可避免随着输出时间点远离零交越点，而造成开关元件39及共振电容38损坏的可能。

又根据实施例，借由在整流电路41的前段或其他的电路设置开关元件39，当开关元件39为ON(连接状态)时，流过开关元件39的电流不会流过整流电路41，因此能够降低构成整流电路41的二极管41a、41b的发热，提高效率。而因为发热降低，能够对二极管41a、41b使用更小的放热板，使装置整体小型化，并降低成本。

又根据实施例，因为能选择定电流控制与定电压控制来实行，所以可以对应多种充电方式。此时，必须因应充电方式，改写脉冲产生电路45的充电方法。

又根据实施例，在整流电路41的前段，第1线圈32与第2线圈33作为变压器动作，借此能够以简单的电路架构将输出至整流电路41的电压转为低电压，能够得到易于对应电池22的充电的电压。而比起在整流电路41的后段(直流)进行低电压化的电路架构，借由上述变压器的作用，不论第2线圈33感应的电压为低电压或高电压，都能提高效率。而第1线圈32的卷数N1与第2线圈33的卷数N2的卷线比根据第1线圈32所感应的最大电压与电池22的定格电压而定，借此以同样的电路架构能够对应各种定格电压的电池22(或负载)。

又根据实施例，在第1线圈32侧借由开关元件39来控制交流侧的电压，能够以共振电路37的大电压控制输出至整流电路41的小电压。因此可期望更具精准度的控制与提供最适合的充电电路。

“其他实施例的充电装置的电路架构”

图5显示其他实施例的充电装置23的电路图。其中与图2所示的电路元件相同的元件会标记相同的符号而省略说明。

本电路供电给消耗电力会变动的马达等负载51，来取代电池22，会另外设置平滑电路52来平滑整流电路41所输出的直流电流。此平滑电路52由平滑线圈52a及平滑电容52b形成。平滑线圈52a一端连接至整流电路41的正输出端子。平滑电容52b的一端连接至平滑线圈52a的另一端，另一端连接至第2线圈33的中心抽头(整流电路41的负输出端子)。负载51连接至平滑电容52b的两端。由第2线圈33输出的交流电流通过整流电路41与平滑电路52直流化与平滑化后供给负载51。当充电对象为电池22时，不需要平滑电路52。

而脉冲产生电路45由整流电路41往负载51的供电线获得控制电源。因此，脉冲产生电路4在受电连接器21面向供电连接器11前都不会获得控制电源，故不需对开关元件39进行控制，就会在开路状态。因此如上所述，受电连接器21与供电连接器11相对时，因为共振电容38为空的状态，会使冲击电流流过，使共振电路37的两关电压产生比图3所示的最大电压还要高(例如2倍)的电压，而施加负载51的电压变为过电压，而恐会损伤负载51、共振电容38、或开关元件39。

因此，共振电容38以并联的2个电容38a与38b组成，其中一个电容38b与平时为开路状态(normal open)的开关53串联。此开关53因脉冲产生电路45而在前述的“定电流充电”的步骤中呈连接状态，在前述的“充电结束”的步骤中呈打开状态。

借由上述2个电容38a、38b与开关53的架构，一开始不会获得控制电源，因此不需控制开关元件39及开关53，即使在开路状态，启动时共振电容38的容量值被意图地从最大电力点移开，因此共振电路37的两端电压，也就是输出至整流电路41的电压被抑制，能够避免施加过电压至负载51，也能够避免损伤负载51、共振电容38、或开关元件39。

如上述，以并联的2个电容38a与38b组成共振电容38，再将开关53串联至电容38b，借此构成在开始供电给负载51时使共振电路37为非共振状态的供电开始电路。

而开关53在上述的“定电流充电”的步骤为连接状态，因此在控制开始后，输出至整流电路41的电压能够是既定的最大电压值。

另外，在图5中，以并联的2个电容38a与38b组成共振电容38，再将开关53串联至电容38b，启动时，控制电源供给至脉冲产生电路45直至脉冲产生电路45开始动作为止，输出至整流电路41的电压上升会被抑制，而抑制施加至负载51的电压。然而，也可以如下所述地变更电路，同样能够抑制施加至负载51的电压

．共振电容38维持不变，将开关元件39变更为平时为连接状态(normalclose)的晶体管。

．共振电容38维持不变，在开关元件39以外另外连接平时为连接状态(normal close)的开关至共振电容38的两端。

．共振电容38维持不变，在开关元件39以外另外连接阻抗与平时为连接状态(normal close)的开关所构成的串联电路至共振电容38的两端。

若将上述的开关元件39变更为平时为连接状态(normal close)的晶体管，或是在共振电容38的两端连接平时为连接状态(normal close)的开关，启动时，共振电容38的两端为连接状态(短路状态)，在共振电路37产生的电压接近0，但即使没有共振，第1线圈32与第2线圈33作为松散耦合的变压器会汲取一些电力，故能一边抑制对负载51的电力供给，一边供给脉冲产生电路45电力。

然而，此方法中脉冲产生电路45不会汲取必要电力的情况下或可靠度有问题的情况下，则采用如上述图5所示以并联的2个电容38a与38b组成共振电容38，再将平时为打开状态的开关53串联至电容38b的方式，或在共振电容38的两端连接阻抗与平时为连接状态(normal close)的开关构成的串连电路的方式。

“变形例”

图6～图9显示图2所示的充电装置23变形后的电路图。

图6中，没有中心抽头的第2线圈33A取代具有中心抽头的第2线圈33，并将整流电路41变更为4个二极管构成的公知的全波整流电路41A。根据此电路，不需要由受电连接器21拉出第2线圈33的中心抽头，能够容易地制作受电连接器21。

而在图7，将共振电路37的开关电路(开关元件39与零交越检测电路40)移动到第2线圈33与整流电路41之间。在此电路中，共振电路37(第1线圈32)一直产生最大电压的交流电压(电压因第1线圈32与共振电容38的内部阻抗而受限)，第2线圈33感应产生因第1线圈32的卷数N1与第2线圈33的卷数N2的缠绕比而降压的电压，此电压在交流状态下因开关元件39的控制而变化(被控制)，也就是说，在整流电路41的前段，施加于整流电路41的电压线性的变化，而实行定电流控制或定电压控制。

如此一来，在图7所示的电路中，与图2所示的电路同样地，将开关元件39设置于整流电路41的前段使输出至整流电路41的电压可线性变化，实现定电流控制与定电压控制，而使第1线圈32与第2线圈33作为变压器动作能达成低电压化。

图8中，与图6同样地，没有中心抽头的第2线圈33A取代具有中心抽头的第2线圈33，并将整流电路41变更为4个二极管构成的公知的全波整流电路41A。再与图7同样地将共振电路37的开关电路移动到第2线圈33与整流电路41A之间。

在图9中，与图5同样地，为供电给负载51而非电池22的电路，设有平滑电路52。又省去了图7及图8所示的构成共振电路37的第1线圈32与共振电容38。再以没有中心抽头的第2线圈(受电线圈)33A取代具有中心抽头的第2线圈33。然后，将第2线圈(受电线圈)33A并联共振电容38A，使第2线圈(受电线圈)33A与共振电容38A一起形成以供给供电线圈17的高频电流的频率共振的共振电路37A。又将整流电路41变更为4个二极管构成的公知的全波整流电路41A，再与第7、8图同样地，将共振电路37A的开关电路移动到第2线圈33A与整流电路41A之间。

根据此电路架构，供电线圈17所产生的磁束在第2线圈(受电线圈)33感应产生感应电动势，已非接触的方式传送电力。感应的电压在交流的状态下，因开关元件39的控制而变化(被控制)，也就是说，在整流电路41A的前段，施加于整流电路41A的电压线性的变化，而实行定电流控制或定电压控制。

如此一来，在图9所示的电路中，将开关元件39设置于整流电路41A的前段使输出至整流电路41A的电压可线性变化，实现定电流控制与定电压控制。

另外，在上述的实施例中，脉冲产生电路45虽内藏电流检测电路43与电压检测电路44，但也可以另外设置。

在上述的实施例中，脉冲产生电路45将高频电流的频率作为开关频率，也可以将高频电流的频率的2倍作为开关频率。

在上述的实施例中，脉冲产生电路45如图3所示，同步于由正转负的零交越点输出脉冲，但也可以同步于由负转正的零交越点输出脉冲。

在上述的实施例中，车辆A的受电连接器21由供电连接器11以非接触的方式供电，但也可以设置供给高频电流的感应线路来取代供电连接器11，使此感应线路与受电连接器21相对来做非接触的供电。

在上述的实施例中，受电连接器21与充电装置23构成的非接触供电设备的二次侧受电电路搭载于移动体的一例(车辆A)，但也不一定要搭载于移动体，只要能够进行移动，使受电连接器21与供电连接器11或感应线路相对即可。

在上述的实施例中，充电至作为蓄电装置的电池22，但并不限于电池22，只要是能够储存电力的装置，也可以是例如电双层电容器。

Claims (7)

1.一种非接触供电设备的二次侧受电电路，由被供给高频电流的1次侧感应线路或1次侧供电线圈以非接触的方式接收供电，并供电给负载，包括：

第1线圈及第2线圈，缠绕于同一磁性体，由该1次侧感应线路或1次侧供电线圈感应产生电动势；

共振电容，并联于该第1线圈，与该第1线圈形成以该高频电流的频率共振的共振电路；

开关构件，将该共振电容的两端切换于连接状态与开路状态；

零交越检测电路，检测出该共振电路的输出电压的零交越点；

整流电路，整流由该第2线圈输出的电流，并输出至该负载；

电流检测电路，检测出由该整流电路输出至该负载的电流；

电压检出电路，检测出该负载的电压；以及

脉冲产生电路，将该高频电流的频率或该高频电流的频率的2倍作为切换频率，同步于该零交越检测电路所检测出的零交越点而输出驱动脉冲至该开关构件，该驱动脉冲为ON时使该开关构件处于连接状态，该驱动脉冲为OFF时使该开关构件处于开放状态，

其中该脉冲产生电路具有定电流控制功能与定电压控制功能，并实行该定电流控制功能或该定电压控制功能，其中该定电流控制功能比较由该电流检测电路检测出的电流与预先设定的基准电流，控制该驱动脉冲的脉冲宽度，借此将输出至该负载的电流维持一定地控制在该基准电流；该定电压控制功能比较由该电压检测电路检测出的电压与预先设定的基准电压，控制该驱动脉冲的脉冲宽度，借此将施加该负载的电压维持一定地控制在该基准电压。

2.一种非接触供电设备的二次侧受电电路，由被供给高频电流的1次侧感应线路或1次侧供电线圈以非接触的方式接收供电，并供电给负载，包括：

第1线圈及第2线圈，缠绕于同一磁性体，由该1次侧感应线路或1次侧供电线圈感应产生电动势；

共振电容，并联于该第1线圈，与该第1线圈形成以该高频电流的频率共振的共振电路；

开关构件，将该第2线圈的两端切换于连接状态与开路状态；

零交越检测电路，检测出该第2线圈的输出电压的零交越点；

整流电路，整流由该第2线圈输出的电流，并输出至该负载；

电流检测电路，检测出由该整流电路输出至该负载的电流；

电压检出电路，检测出该负载的电压；以及

脉冲产生电路，将该高频电流的频率或该高频电流的频率的2倍作为切换频率，同步于该零交越检测电路所检测出的零交越点而输出驱动脉冲至该开关构件，该驱动脉冲为ON时使该开关构件处于连接状态，该驱动脉冲为OFF时使该开关构件处于开放状态，

其中该脉冲产生电路具有定电流控制功能与定电压控制功能，并实行该定电流控制功能或该定电压控制功能，其中该定电流控制功能比较由该电流检测电路检测出的电流与预先设定的基准电流，控制该驱动脉冲的脉冲宽度，借此将输出至该负载的电流维持一定地控制在该基准电流；该定电压控制功能比较由该电压检测电路检测出的电压与预先设定的基准电压，控制该驱动脉冲的脉冲宽度，借此将施加该负载的电压维持一定地控制在该基准电压。

3.如权利要求1或2所述的非接触供电设备的二次侧受电电路，其中该第1线圈与该第2线圈的卷数比根据感应产生于该第1线圈的最大电压与该负载的定格电压而设定。

4.一种非接触供电设备的二次侧受电电路，由被供给高频电流的1次侧感应线路或1次侧供电线圈以非接触的方式接收供电，并供电给负载，包括：

受电线圈，缠绕于磁性体，由该1次侧感应线路或1次侧供电线圈感应产生电动势；

共振电容，并联于该受电线圈，与该受电线圈形成以该高频电流的频率共振的共振电路；

开关构件，将该共振电容的两端切换于连接状态与开路状态；

零交越检测电路，检测出该共振电路的输出电压的零交越点；

整流电路，整流由该受电线圈输出的电流，并输出至该负载；

电流检测电路，检测出由该整流电路输出至该负载的电流；

电压检出电路，检测出该负载的电压；以及

脉冲产生电路，将该高频电流的频率或该高频电流的频率的2倍作为切换频率，同步于该零交越检测电路所检测出的零交越点而输出驱动脉冲至该开关构件，该驱动脉冲为ON时使该开关构件处于连接状态，该驱动脉冲为OFF时使该开关构件处于开放状态，

其中该脉冲产生电路具有定电流控制功能与定电压控制功能，并实行该定电流控制功能或该定电压控制功能，其中该定电流控制功能比较由该电流检测电路检测出的电流与预先设定的基准电流，控制该驱动脉冲的脉冲宽度，借此将输出至该负载的电流维持一定地控制在该基准电流；该定电压控制功能比较由该电压检测电路检测出的电压与预先设定的基准电压，控制该驱动脉冲的脉冲宽度，借此将施加该负载的电压维持一定地控制在该基准电压。

5.如权利要求1至4任一项所述的所述的非接触供电设备的二次侧受电电路，其中该脉冲产生电路可切换该定电流控制功能与该定电压控制功能。

6.如权利要求1至4任一项所述的所述的非接触供电设备的二次侧受电电路，其中该负载为蓄电装置，

该脉冲产生电路首先利用该定电流控制功能将输出至该蓄电装置的电流控制在根据该蓄电装置的要求所预先设定的基准电流，当该电压检测电路检测出的蓄电装置的电压到达根据该蓄电装置的要求所预先设定的定格电压时，利用该定电压控制功能将该蓄电装置的电压控制在该定格电压。

7.如权利要求1至6任一项所述的所述的非接触供电设备的二次侧受电电路，其中还设置供电开始电路，在对该负载开始供电时，使该共振电路为非共振状态。

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