CN1110117C

CN1110117C - 非接触功率传输装置

Info

Publication number: CN1110117C
Application number: CN98122953A
Authority: CN
Inventors: 坂本浩; 安倍秀明
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1997-12-09
Filing date: 1998-11-30
Publication date: 2003-05-28
Anticipated expiration: 2018-11-30
Also published as: DE69834537D1; EP0923182A2; EP0923182A3; JPH11178249A; JP3247328B2; EP0923182B1; CN1224942A; DE69834537T2; US6040986A

Abstract

非接触功率传输装置，包括电源部分，具有信号传输次级线圈，其不以电或磁方式耦合到功率传输初级线圈，用作开关元件的反馈线圈；负载部分具有功率传输次级线圈，其布置使得当将负载部分连到电源部分上时与功率传输初级线圈相对；还具有信号传输初级线圈，当负载部分连到电源部分上时，其与信号传输次级线圈相对。未将负载部分连到电源部分上时，信号传输次级线圈中不感应电压，以断续方式实现开关元件的开关。

Description

非接触功率传输装置

技术领域

本发明涉及一种用于电气设备的非接触功率传输装置，该装置适于在蓄电池充电器中或者用水设施例如浴室中采用。

背景技术

迄今，普遍采用一种非接触功率传输装置，其中分别提供有的电源部分和负载部分，电源部分具有功率传输用初级线圈，负载部分具有功率传输用次级线圈，当将负载部分连到电源部分上时，该初级线圈和次级线圈彼此磁耦合，利用电磁感应由自振荡式电源部分传输功率到负载部分。该非接触功率传输装置应用于特别是在用水设施中采用的电气设备中。

在这种非接触功率传输装置中，最好当未将负载部分连到电源部分上时，电源部分中的自振荡中止，或者自振荡被削弱。这是因为，如果虽然未将负载部分连到电源部分上，但仍持续自振荡，则由电源部分产生功率损耗、导致能量损耗，以及相应地，如果一金属物件布置在靠近电源部分，由于感应加热作用，金属物件会被加热。

为了克服这一难题，本技术领域已提出如下的非接触功率传输装置：除了功率传输用线圈外，还设有一对信号线圈。当将负载部分连到电源部分上时，利用电源部分和负载部分中的一后对功率传输用线圈的电磁感应向负载部分传输功率，该功率用于驱动负载部分的控制电路。利用该对信号线圈，由控制电路输出的控制信号从负载部分返回到电源部分。根据这样返回的控制信号控制振荡运行，从而检测对准的负载部分(参照日本专利公开第平6-311658号)。

在该日本专利公开第平6-311558号中如上所述的装置中，需要附加提供一用于检测负载部分的电路，以及用于控制振荡的电路。因此，它的电路不可避免地复杂，即该装置制造成本高。

另一方面，日本专利公开第平6-1768464号公开了一种电路相对简单的非接触功率传输装置。该装置对于负载部分的谐振频率和电源部分的振荡频率进行同步控制，并适用于在电源部分和负载部分之间存在气隙的情况。因此，在该装置中，即使未将负载部分连到电源部分上时，在电源部分中也持续产生振荡。因此，该装置与通过检测负载部分来中止或弱化振荡的装置不同。

根据以上介绍明显看出，强烈需求这样一种非接触功率传输装置，其中在未将负载部分连到电源部分上的情况下，能由一简单电路中止或弱化电源部分中的振荡。

发明内容

因此，本发明的目的是解决常规非接触功率传输装置存在的上述难题。更确切地说，本发明的目的是提供这样一种非接触功率传输装置，其中新设计一种自振荡反馈环路，使得该电路简单，当未将负载部分连到电源部分上时，消弱电源部分的自振荡。

根据本发明，提供的一种非接触功率传输装置包含：(A)电源部分，其包含：一电压源；一个由一起动电阻和一电容器串联构成的支路，该支路与所述电压源并联，并且，所述起动电阻连接到所述电压源的正极端，而所述电容器连接到所述电压源的负极端；一功率传输用初级线圈；以及一开关元件，其具有控制极；其中所述起动电阻和所述第一电容器向所述开关的所述控制极提供偏置电压，当提供到所述控制极上的所述偏置电压变得高于一阈值电压时，所述开关元件将来自所述电压源的电流转换到所述功率传输用初级线圈；以及(B)负载部分，其包含：功率传输用次级线圈，其中当将所述负载部分连到所述电源部分上时，所述功率传输用初级线圈和所述功率传输用次级线圈彼此磁耦合，使得利用电磁感应使功率由所述电源部分传输到所述负载部分，特征在于：所述电源部分还包括一信号传输用次级线圈，和所述负载部分还包括一信号传输用初级线圈，其与所述功率传输用次级线圈并联连接，所述信号传输用次级线圈作为反馈线圈以磁方式耦合到所述信号传输用初级线圈并且电连接在所述控制极和所述起动电阻与电容器的连接点之间，以及，所述功率传输用初级线圈、所述功率传输用次级线圈、所述信号传输用初级线圈和信号传输用次级线圈构成一反馈环路。

在将负载部分连到电源部分上的情况下，由电压源经过起动电阻向第一电容器充电，以及由于这一充电电压形成的偏置电压提供到开关元件的控制极，以使开关元件导通。当开关元件按照上述方式导通时，在功率传输用初级线圈中感应电压。由于这一感应电压，在信号传输用初级线圈中感应电压，而该初级线圈以电方式或者磁方式耦合到功率传输用初级线圈。由于这一感应电压，在电源部分中以磁方式耦合到信号传输用初级线圈的信号传输用次级线圈中感应电压。这一信号传输用次级线圈电连接到开关元件的控制极，作为反馈线圈，以及功率传输用初级线圈、功率传输用次级线圈、信号传输用初级线圈和信号传输用次级线圈构成自振荡电路中的反馈环路，因此，利用开关元件连续地进行线圈电流的开关。

另一方面，在未将负载部分连到电源部分上的情况下，即使开关元件导通电流流过功率传输用初级线圈，信号传输用次级线圈不仅不以电方式而且不以磁方式耦合到功率传输用初级线圈，功率传输用初级线圈、功率传输用次级线圈、信号传输用初级线圈以及信号传输用次级线圈不构成自振荡电路的反馈环路。因此，在反馈线圈中即信号传输用次级线圈中不感应电压。因此，仅当通过起动电阻向偏置电压电路中的电容器充电时产生的偏置电压达到开关元件的阈值电压时，开关元件才导通。因此，仅以断续方式由开关元件进行线圈电流的开关。

因此，当未将负载部分连到电源部分上时，利用简单电路降低了自振荡的强度。

最好，负载部分有一控制电路，其连接到信号传输用初级线圈，并利用功率传输用次级线圈的感应电压来控制信号传输用初级线圈的电压电平。

在将负载部分连到电源部分上的情况下，信号传输用初级线圈的电压电平是受控的。因此，电源部分中用作反馈线圈的信号传输用次级线圈中的感应电压电平是受控的。因此，例如通过增加感应电压电平，振荡强度提高；即可以控制自振荡电路的振荡。

再者，最好电源部分具有一与功率传输用初级线圈并联的另一个电容器。

在这种情况下，与功率传输用初级线圈并联的所述另一个电容器构成一谐振电路，使得随着将负载部分连到电源部分上，高效率实现自振荡。

再者，信号传输用次级线圈可以布置在功率传输用初级线圈的磁通环路外侧，以及可以按这样一种方式布置信号传输用初级线圈，即随着将负载部分连到电源部分上，信号传输用初级线圈与信号传输用次级线圈相面对。

在这种情况下，信号传输用次级线圈布置在功率传输用初级线圈的磁通环路的外侧，使得该电路以简单方式实现信号传输用次级线圈不仅不以电方式而且不以磁方式耦合到功率传输用初级线圈。另一方面，随着负载部分连到电源部分上，信号传输用初级线圈的布置与信号传输用次级线圈相面对，使得当将负载部分连到电源部分上时，利用简单电路，信号传输用初级线圈与信号传输用次级线圈彼此磁耦合。

再者，信号传输用次级线圈可以布置在功率传输用初级线圈的磁通环路内侧，信号传输用初级线圈可以按这样一种方式布置，即随着负载部分连到电源部分，信号传输用初级线圈与信号传输用次级线圈相面对。

在这种情况下，信号传输用次级线圈布置在功率传输用初级线圈的磁通环路的内侧，使得该电路以简单方式实现信号传输用次级线圈不仅不以电方式而且不以磁方式耦合到以功率传输用初级线圈。另一方面，随着将负载部分连到电源部分上，信号传输用初级线圈与信号传输用次级线圈相面对，使得当将负载部分连到电源部分上时，利用简单电路，使信号传输用初级线圈和信号传输用次级线圈彼此磁耦合。

附图说明

在附图中：

图1是表示构成本发明的一实施例的非接触功率传输装置的电路图；

图2A是表示在电源部分和负载部分中的被分解的线圈的图，图2B是表示组装后的线圈的图；

图3是在电源部分和负载部分中的由磁通磁耦合在一起的线圈的示意断面图；

图4是表示在负载部分连到电源部分的情况下在电源部分中的不同点处的波形的波形图；

图5是表示在负载部分未连到电源部分的情况下在电源部分中的不同点处的波形的波形图；

图6是表示本发明的非接触功率传输装置的第二改进方案的电路图；

图7是表示本发明的非接触功率传输装置的第三改进方案的电路图；

图8A和8B是表示本发明的非接触功率传输装置的第四改进方案的图；图8A是表示在电源部分和负载部分中的被分解的线圈的图，图8B是表示组装后的线圈的图；

图9是图8B中所示的电源部分和负载部分中的由磁通磁耦合在一起的线圈的示意断面图；以及

图10是表示本发明的非接触功率传输装置的第五改进方案的电路图。

具体实施方式

图1是一非接触功率传输装置的电路图，该装置构成本发明的一个实施例。图2A和2B是表示电源部分和负载部分中的线圈的布置的图。

如图1所示，本发明的装置包含分别设立的电源部分10和负载部分20。负载部分20以可拆卸的方式连到电源部分10上。

首先介绍电源部分10的布置。电源部分10包含：一DC电压源E1和一功率传输初级线圈Nm1，因此构成一按C类状态工作的自振荡式谐振逆变器。当负载部分20连到电源部分10上时，电源部分10利用电磁感应向负载部分20提供功率。

DC电压源E₁和电源开关S1构成一串联电路，其与由起动电阻R1和电容器C1构成的串联电路并联。该由起动电阻R1和电容器C1构成的串联电路形成一偏置电压电路。在起动电阻R1和电容C1的连接点，由于电容器C1的充电电压产生偏置电压V_c1。

由功率传输用初级线圈Nm1和开关元件FET1构成的串联电路与包含DC电压源E₁和电源开关S1的串联电路相并联。利用电容器C2并联功率传输用初级线圈Nm1，因此形成一谐振电路。

信号传输用次级线圈Nf2连接在起动电阻R1和电容器C1的连接点(即偏置电压V_c1的产生点)与开关元件FET1的门极之间，其还用作反馈线圈。

上述谐振电路、开关元件FET1和信号传输用次级绕组Nf2构成一自激振荡电路。

二极管D1的阳极连接到起动电阻R1和电容器C1的连接点。二极管D1的阴极连接到开关元件FET1的漏极。二极管D1形成一稳定振荡的偏置电压控制电路。

下面介绍负载部分20的布置。负载部分20包含功率传输用次级线圈Nm2，信号传输用初级线圈Nf1、整流器电路21以及负载22。

整流器电路21对由于电磁感应在功率传输用次级线圈Nm2中感应的电压进行整流。负载22是一电动机之类，利用整流器电路21整流的电压驱动。

信号传输用初级线圈Nf1与功率传输用次级线圈Nm2并联；即，信号传输用初级线圈Nf1电连接到功率传输用次级线圈Nm2。因此，当在功率传输用次级线圈Nm2上感应电压时，也在信号传输用初级线圈Nf1上产生电压。

参照图2A和2B介绍各线圈的布置。例如电源部分10和负载部分具有一导引结构(未表示)，使得负载能相对于电源部分10经常地设定。

电源部分10中的功率传输用初级线圈Nm1和负载部分20中的功率传输用次级线圈Nm2的布置使得，当将负载部分20连到电源部分10上时，它们彼此面对。

如图2A所示，电源部分10中的信号传输用次级线圈Nf2布置在变压器罐形铁心K1外侧，功率传输用次级线圈Nm1绕在变压器罐状铁芯K1内侧；即在由功率传输用初级线圈Nm1形成的磁通环路的外侧，有由功率传输用初级和次级线圈Nm1和Nm2构成的变压器形成的磁通环路，如图3所示。

负载部分20中的信号传输用初级线圈Nf1是这样布置的，即当将负载部分20连到电源部分10上时，它面对电源部分10中的信号传输用次级线圈Nf2；就是说，它布置在变压器罐形铁芯K2外侧，而功率传输用次级线圈Nm2绕在变压器罐形铁芯K2内侧，如图2A所示。

因此，信号传输用次级线圈Nf2布置在由功率传输用初级和次级线圈Nm1和Nm2构成的变压器形成的磁通环路外侧；即，二磁通在其中相互抵消，没有磁通扩展穿过信号传输用次级线圈Nf2，如图3中所示。因此，不会由于由功率传输用初级线圈Nm1形成的磁通在信号传输用次级线圈Nf2中感应电动势。换句话说，信号传输用次级线圈Nf2和功率传输用初级线圈Nm1彼此既未以电方式也未以磁方式耦合，或者它们的耦合的程度可以忽略不计(仅有一定漏磁通)。

另一方面，当负载部分20连到电源部分10时，功率传输用初级线圈Nm1与功率传输用次级线圈Nm2磁耦合，同时，信号传输用初级线圈Nf1与信号传输用次级线圈Nf2磁耦合。

下面参照图1和4介绍在将负载部分20连到电源部分10上的情况下该装置的工作情况。图4表示当负载部分连到电源部分上时，电源部分的各部分的波形。

当电源开关S1接通时，由DC电压源E₁通过起动电阻R1向电容器C1充电。在这种情况下，在电源部分10中的信号传输用次级线圈Nf2中没有产生电压，因此，开关元件FET1的门极电压V_g等于偏置电压V_c1。

当门极电压V_g增加到一使开关元件FET1导通的阈值电压时，开关元件FET1导通，因此漏极电压V_d基本等于地电位。在这种情况下，电容器C2的谐振电压V_c2基本等于DC电压源E₁的电压，单调上升的线圈电流I_L1开始流入电源部分中的功率传输用初级线圈Nm1。

当线圈电流I_L1流过电源部分10中的功率传输用初级线圈Nm1时，由于电磁感应在负载部分20中的功率传输用次级线圈Nm2中感应一个电压，因此，在负载部分20中的信号传输用初级线圈Nf1中产生一个电压，线圈Nf1电连接到线圈Nm2上。

由于这一感应电压，通过电磁感应在电源部分10中的信号传输用次级线圈Nf2中感应电压V_nf2，电源部分10中的信号传输用次级线圈Nf2磁耦合于引起的负载部分20中的信号传输用初级线圈。在这种情况下，门极电压V_g为V_c1+V_nf2，使得开关元件FET1稳定地处于导通状态。

另一方面，由于漏极电压V_d基本上为地电位，因此，电容器C1通过二极管D1和开关元件FET1的通态电阻放电，使得偏置电压V_c1降低。由于放电电流取决于流过电流的电阻，当需要增加放电时间时，将一电阻元件与二极管D1串联。

随着电容器C1放电，偏置电压V_c1逐渐降低，相应地门极电压V_g也降低。当门极电压V_g降低到使开关元件FET1关断的阈值电压时，则开关元件FET1的通态电阻开始增加，因此，漏极电压V_d增加。

随着漏极电压V_d增加，电容器C2的谐振电压V_c2即功率传输用初级线圈Nm1上的电压降低。相应地功率传输用次级线圈Nm2的感应电压降低，使得信号传输用初级线圈Nf1电压降低。因此，信号传输用次级线圈Nf2的感应电压V_nf2开始降低，因此，门极电压V_g进一步降低，使得开关元件FET1快速进入关断状态。

因此，如图4中所示，由于电容器C2和功率传输用初级线圈Nm1的谐振作用，电容器C2的谐振电压V_c2的波形变为正弦波，流过功率传输用初级线圈Nm1的线圈电流I_L1也变为正弦波。

在(漏极电压V_d)＞(偏置电压V_c1)时的期间内，由于二极管D1禁止由漏极电压V_d向电容器C1充电，然而，来自DC电压源E₁的充电电流始终通过起动电阻R1流向电容器C1，因此偏置电压V_c1增加。

当电容器C2的谐振电压V_c2接近一个周期的终点时，漏极电压V_d接近地电位，以及由于功率传输用初级线圈Nm1的感应电压的作用，在功率传输用次级线圈Nm2、信号传输用初级线圈Nf1和信号传输用次级线圈Nf2构成的反馈环路中，信号传输用次级线圈Nf2的电压V_nf2增加。因此，门极电压V_g增加，开关元件FET1再次导通。

上述工作过程重复进行以连续产生振荡，使得功率由电源部分10提供到负载部分20。

下面参阅图1和图5介绍在负载部分20没有连到电源部分10上的情况下该装置的工作情况。

当电源开关S1接通时，与将负载部分20连到电源部分10上的情况相类似，由DC电压源E₁经起动电阻R1向电容器C1充电。在这种情况下，在电源部分10中的信号传输用次级线圈Nf2中没有感应电压，因此，开关元件FET1的门极电压V_g等于偏置电压V_c1。

当门级电压V_g增加达到使开关元件FET1导通的阈值电压时，则开关元件FET1导通，因此，漏极电压V_d变为地电位。在这种情况下，谐振电压V_c2变为基本等于DC电压源E₁的电压，单调增加的线圈电流I_L1在电源部分10中的功率传输用初级线圈Nm1中流动。

然而，由于负载部分20没有连到电源部分10上，没有形成该包含功率传输用初级线圈Nm1、功率传输用次级线圈Nm2、信号传输用初级线圈Nf1和信号传输用次级线圈Nf2的反馈环路，在信号传输用次级线圈Nf2中没有感应电压。

因此，即使当开关元件FET1一旦导通，偏置电压V_c1由于通过二极管D1放电而立即降低。因此，将门极电压V_g保持在不能使开关元件FET1导通所需的数值下，这样开关元件FET1立即关断。即，如图5中所示，通过阻尼振荡使谐振电压V_c2降低。

由DC电压源E₁通过起动电阻R1向电容器C1充电。因此，直到偏置电压V_c1增加到使开关元件FET1导通的控制极阈值电压V_g时之前，一直保持中止振荡状态。相应地，当负载部分20未连到电源部分10上时，电源部分10中的振荡是一种间歇振荡。

如上所述，自振荡电路的反馈环路被排除到由电源部分10到负载部分20之外侧。因此，在负载部分20未连到电源部分10上的情况下，不形成反馈环路，因此，电源部分10中的自振荡变成间歇振荡。即，电源部分的功率损耗可以基本上略去不计。并且即使将一金属异物之类置于电源部分10附近，也可以防止由于感应加热等产生的异物的发热。

特别是，通过调整起动电阻R1和电容器C1的常数的数值，(例如，当将负载部分20连到电源部分10上时达到约10微秒的振荡周期)，在负载部分20未连到电源部分10上时的情况下，得到的间歇周期确定为几百微秒(ms)。该周期数值并不局限于上述数值。起动电阻R1和电容器C1的时间常数数值可按降低功率损耗因而节能的要求确定。

本发明并不局限于上述实施例。即其可以改进如下：

(1)在上述实施例中，开关元件FET1是场效应管；然而，可以用一种例如为双极性晶体管的元件或其它开关元件来替换它。

(2)电源部分10和负载部分20的电路布置可以按图6中所示的电路布置来替换。

在电源部分10中，取代上述DC电压源E₁，采用一种由AC电压源接收功率的DC电压源。该DC电压源包含一工作在C类状态的自振式逆变器11和一抗高次谐波电路12。

该抗高次谐波电路12由一低通滤波器LF、整流桥二极管D2以及变压器T1构成，因而防止高次谐波分量由电源部分10流到AC电压源AC。

抗高次谐波电路12中的变压器T1的输出电压经过二极管D3整流经电容器C3滤波，以得到DC电压源。

另一方面，在负载部分20中，将一控制电路23附加到上述实施例中，以及二极管D4和电容器C4作为整流电路21，装有蓄电池作为负载22。功率传输用次级线圈Nm2的感应电压由二极管D4半波整流，由电容器C4滤波，使得向作为负载22的蓄电池提供DC功率。

在该电路中，信号传输用初级线圈Nf1通过控制电路23电连接到功率传输用次级线圈Nm2。

控制电路23利用功率传输用次级线圈Nm2的感应电压以及蓄电池22的功率来控制信号传输用初级线圈Nf1的电压电平。

在该改进方案中，在负载部分20已连到电源部分10的情况下，利用控制电路23控制信号传输用初级线圈Nf1的电压电平在反馈线圈中感应电压电平，即控制信号传输用次级线圈Nf2的电压电平被控制，因此，可以由负载部分20来控制电源部分10中的振荡。对于控制电路23，可以采用幅值控制电路、间歇振荡控制电路之类。

在负载部分20没有连到电源部分上的情况下，与上述状况相似，电源部分10中的振荡变成间歇式的。

(3)电源部分10的电路可以如图7所示。

在图7的电路中，一由二极管D11和电阻R11构成的并联电路连接在由电容器C2和功率传输用初级线圈Nm1构成的谐振回路和开关元件FET1的漏极之间。

二极管D11的工作情况如下，当二极管D11的阳极电压降低趋于负电压时，同时，该通过开关元件FET1的内部二极管在DC电压源E₁一侧流动的再生电流被阻断，二极管D11的阳极电压降低到负电压。

电阻R11用于防止寄生电容的充电和放电被由于中间加入二极管D11而在谐振回路中产生的电压所阻塞。

在图7的电路中，一由电阻R12和R13构成的串联电路连接在开关元件FET1的源极和地之间，开关元件FET1的控制极连接到二极管D12的阳极，并通过电阻R14连接到信号传输用次级线圈Nf2。

二极管D12的阴极连接到晶体管Q1的控制极。晶体管Q1的基极连接到电阻R12和R13的连接点，其发射极接地。

在图7的电路中，没有设二极管D1，由电阻R12到R14、二极管D12和晶体管Q1构成一偏置控制电路。

下面介绍当该电路连接到电源上时该电路的工作状况。与上述状况相似，经过起动电阻R1向电容器C1充电，使得偏置电压V_c1上升。以及由于该偏置电压V_c1当门极电压V_g变得高于使开关元件FET1的“导通”电压时，开关元件FET1导通，流过线圈电流I_L1，同时漏极电压V_d下降。因此，在功率传输用初级线圈Nm1上产生电压(电位差)。

因此，在负载部分20中的功率传输用次级线圈Nm2中感应电压，因此，(由于这样感应的电压)在信号传输用初级线圈Nf1中感应电压。

由于这样感应的电压，利用电磁感应在电源部分10中的信号传输用次级线圈Nf2中感应电压V_nf2，电源部分10中的信号传输用次级线圈Nf2磁耦合于负载部分20中的信号传输用初级线圈。在这种情况下，门极电压V_g是V_c1+V_nf2，因此，开关元件FET1稳定地处于“导通”状态。

另一方面，当由于线圈电流I_L1使电阻R12和R13上分布的电压上升从而将偏置电流提供到晶体管Q1中时，晶体管Q1导通，使得开关元件FET1的门极电压V_g下降，开关元件FET1被关断(使不导通)。

如上所述，当该电路接到电源上时，开关元件FET1的“导通”时间降低很多。因此，将由于线圈电流I_L1而存储的能量被抑制到一适当的数值，并可抑制在开关元件FET1被关断之后产生的反馈电压。

在将该电路接到电源上以后，在稳定状态下，相似地，由于构成偏置控制电路的晶体管Q1导通，开关元件FET1被关断，使得开元件FET1重复地进行开关。

在该改进方案中，与上述实施例中相似，在未将负载部分20连接到电源部分上的情况下，电源部分10中的振荡是间歇振荡。即，该改进方案具有与上述实施例相同的效果。

(4)电源部分10中的信号传输用次级线圈Nf2以及在上述实施例中的负载部分20中的信号传输用初级线圈Nf1(图2A和2B)可以按照图8A和8B中所示布置。

如在图8A和8B中所示，电源部分10中的信号传输用次级线圈Nf2布置在变压器罐形铁芯K1的最内侧，即在功率传输用初级线圈Nm1的内侧，即在由功率传输用初级线圈Nm1形成的磁通环路内侧，在功率传输用初级线圈Nm1和次级线圈Nm2组成的变压器形成的磁通环路，如图9中所示。

另一方面，负载部分20中的信号传输用初级线圈Nf1布置在这样一个位置，即当将负载部分20连到电源部分10上时，其与电源部分10中的信号传输用次级线圈Nf2相面对；即，其布置在变压器罐形铁芯K2的最内侧，即在功率传输用次级线圈Nm2的内侧。

在该改进方案中，由功率传输用初级线圈Nm1和次级线圈Nm2构成的变压器形成的磁通环路处于外侧；即当由信号传输用次级线圈Nf2侧观看时，二磁通在外侧是相互抵消的，没有穿过信号传输用次级线圈Nf2的磁通，如图9中所示。因此，不会由功率传输用初级线圈Nm1的磁通产生电动势。换句话说，信号传输用次级线圈Nf2和功率传输用初级线圈Nm1彼此不仅没有以电方式也没有以磁方式耦合，或者即使它们产生耦合，耦合状态所达到程度也是可以忽略不计的(仅具有一些漏磁通)。

另一方面，当负载部分20连到电源部分10上时，功率传输用初级线圈Nm1和功率传输用次级线圈Nm2彼此磁耦合，同时信号传输用初级线圈Nf1和信号传输用次级线圈Nf2也彼此磁耦合。

在该改进方案中，当将负载部分20连到电源部分10上时，功率传输用初级线圈Nm1，功率传输用次级线圈Nm2、信号传输用初级线圈Nf1和信号传输用次级线圈Nf2构成该自振荡电路的反馈环路；即，该改进方案以与上述实施例相同的方式工作。

在未将负载部分20连到电源部分10上的情况下，功率传输用初级线圈Nm1、功率传输用次级线圈Nm2、信号传输用初级线圈Nf1和信号传输用次级线圈NF2没有构成自振荡电路的反馈环路。因此，电源部分10中的振荡变成间歇振荡；即该改进方案具有与上述实施例相同的效果。

(5)负载部分20的电路可以如图10所示。

在上述实施例中，功率传输用次级线圈Nm2和信号传输用初级线圈Nf1彼此电耦合。然而，信号传输用初级线圈Nf1可以磁耦合到功率传输用次级线圈Nm2，如图10中的电路所示。

根据本发明，该非接触功率传输装置包含：电源部分，其具有功率传输用初级线圈，其中的线圈电流是由开关元件切换的；以及负载部分，其具有功率传输用次级线圈，按照这样一种方式构成，即电源部分和负载部分以可拆卸的方式彼此连接。负载部分具有的信号传输用初级线圈，以电方式或磁方式耦合到功率传输用次级线圈。电源部分具有的信号传输用次级线圈，不仅未以电方式而且未以磁方式耦合到功率传输用初级线圈，其在负载部分连到电源部分上时磁耦合到信号传输用初级线圈，并且作为一个反馈线圈电连接到开关元件的控制极上。随着负载部分连到电源部分上时，功率传输用初级线圈、功率传输用次级线圈、信号传输用初级线圈和信号传输用次级线圈构成自振荡电路中的反馈环路。因此，当未将负载部分连到电源部分上时，信号传输用次级线圈不仅未以电方式也未以磁方式耦合到功率传输用初级线圈，功率传输用初级线圈、功率传输用次级线圈、信号传输用初级线圈和信号传输用次级线圈未构成自振荡电路中的反馈环路，使得不会在反馈线圈即信号传输用次级线圈中感应电压。因此，可以间歇地由开关元件实现线圈电流的切换，所以，当未将负载部分连到电源部分上时，可利用简单的电路降低该自振荡。

因此，当未将负载部分连到电源部分上时，可以降低功率消耗。此外，即使在将一金属异物置于电源部分附近时，也可防止该金属异物被加热。此外，该电路很简单，可以按低成本制造该装置。

根据本发明，负载部分具有一控制电路，控制信号传输用初级线圈的电压电平，使得能控制电源部分中的自振荡电路的振荡，因此，可以控制提供到负载部分的功率。

根据本发明，电源部分具有一与功率传输用初级线圈并联的电容器。因此，形成谐振电路。因此，在将负载部分连到电源部分上的情况下，高效率实现自振荡。

根据本发明，信号传输用次级线圈布置在功率传输用初级线圈的磁通环路的外侧，并且随着将负载部分连到电源部分上，信号传输用初级线圈与信号传输用次级线圈相面对。因此，可以利用简单的电路实现信号传输用次级线圈不仅不以电方式而且不以磁方式耦合到功率传输用初级线圈的状态。此外，在将负载部分连到电源部分上的状况下，可利用简单的电路实现信号传输初级线圈和信号传输用次级线圈的磁耦合。

根据本发明，信号传输用次级线圈布置在功率传输用初级线圈的磁通环路的内侧，并且随着将负载部分连到电源部分上，信号传输用初级线圈与信号传输用次级线圈相面对。因此，可以利用简单的电路实现信号传输用次级线圈不仅不以电方式而且不以磁方式耦合到功率传输用初级线圈的状态。此外，在将负载部分连到电源部分上的情况下，可利用简单的电路实现信号传输用初级线圈和信号传输用次级线圈的磁耦合。

Claims

1.一种非接触功率传输装置，包含：

(A)电源部分，包含：

一电压源；

一个由一起动电阻和一电容器串联构成的支路，该支路与所述电压源并联，并且，所述起动电阻连接到所述电压源的正极端，而所述电容器连接到所述电压源的负极端；

一功率传输用初级线圈；

以及

一开关元件，其具有一控制极，其中所述起动电阻和所述电容器向所述开关元件的所述控制极提供偏置电压，以及当提供到所述控制极上的偏置电压变得高于一阈值电压时，所述开关元件将来自所述电压源的电流转换到所述功率传输用初级线圈；以及

(B)负载部分，包含：

一功率传输用次级线圈，

其中，当所述负载部分连到所述电源部分上时，

所述功率传输用初级线圈和所述功率传输用次级线圈彼此磁耦合，使得通过电磁感应功率由所述电源部分传输到所述负载部分，

其特征在于：

所述电源部分还包括一信号传输用次级线圈，和

所述负载部分还包括一信号传输用初级线圈，其与所述功率传输用次级线圈并联连接，

所述信号传输用次级线圈磁耦合到所述信号传输用初级线圈并作为一个反馈线圈电连接在所述控制极和所述起动电阻与电容器的连接点之间，以及

所述功率传输用初级线圈，所述功率传输用次级线圈、所述信号传输用初级线圈和所述信号传输用次级线圈形成一反馈环路。

2.根据权利要求1所述的非接触功率传输装置，特征在于所述负载部分还包含一连接到所述信号传输用初级线圈上的控制电路，以便利用功率传输用次级线圈的感应电压来控制在所述的信号传输用初级线圈中感应的电压电平。

3.根据权利要求1所述的非接触功率传输装置，特征在于所述的电源部分还包含一与所述功率传输用初级线圈并联的另一个电容器。

4.根据权利要求1所述的非接触功率传输装置，特征在于所述的信号传输用次级线圈布置在所述功率传输用初级线圈的磁通环路的外侧，以及这样布置所述信号传输用初级线圈，使得当将所述负载部分连到所述电源部分上时，其与所述信号传输用次级线圈相面对。

5.根据权利要求1所述的非接触功率传输装置，特征在于所述的信号传输用次级线圈布置在所述功率传输用初级线圈的磁通环路的内侧，以及所述信号传输用初级线圈的布置使得当所述负载部分连到所述电源部分上时与所述信号传输用次级线圈相面对。