DE102017205215A1

DE102017205215A1 - Kontaktlose Leistungsübertragungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102017205215A1
Application number: DE102017205215.5A
Authority: DE
Inventors: Takahiro Nakahara; Takashi Shiroki; Yo Yanagida; Antony Wambugu Ngahu; Keisuke Ueta
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2016-03-30
Filing date: 2017-03-28
Publication date: 2017-10-05
Also published as: JP6510455B2; US10312739B2; CN107276247A; JP2017184487A; CN107276247B; US20170288463A1

Abstract

Eine kontaktlose Leistungsübertragungsvorrichtung umfasst eine Resonanzspule und einen Resonanzkondensator und umfasst variable Impedanzschaltungen, deren Impedanz geändert werden kann. In der kontaktlosen Leistungsübertragungsvorrichtung ändert eine Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit die Impedanz von einer der variablen Impedanzschaltungen, eine Leistungsempfangsseiten-Steuereinheit ändert die Impedanz der anderen der variablen Impedanzschaltungen und die Ausgangsimpedanz auf einer Leistungsversorgungsseite in Bezug auf eine Leistungsübertragungsspuleneinheit und die Eingangsimpedanz auf einer Lastseite in Bezug auf die Leistungsübertragungsspuleneinheit werden angepasst.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG(EN)
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der japanischen Patentanmeldung Nr. 2016-069143 , eingereicht in Japan am 30. März 2016, deren Inhalt hier durch Bezugnahme vollständig mit aufgenommen ist.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine kontaktlose Leistungsübertragungsvorrichtung.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Im Stand der Technik ist eine kontaktlose Leistungsübertragungsvorrichtung bekannt, die elektrische Leistung in kontaktloser Weise überträgt. Die kontaktlose Leistungsübertragungsvorrichtung überträgt beispielsweise elektrische Leistung von einer Leistungsübertragungsspuleneinheit, die mit einer Leistungsversorgung verbunden ist, zu einer Leistungsempfangsspuleneinheit durch magnetische Resonanz und liefert elektrische Leistung zu einer Last, die mit der Leistungsempfangsspuleneinheit verbunden ist, über einen Gleichrichter (siehe beispielsweise japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2012-34494 ). Die kontaktlose Leistungsübertragungsvorrichtung passt die Ausgangsimpedanz einer Schaltung auf der Leistungsversorgungsseite, die mit der Leistungsübertragungsspuleneinheit verbunden ist, und die Eingangsimpedanz der Leistungsübertragungsspuleneinheit unter Verwendung einer Anpassungsschaltung gemäß einer Änderung der Impedanz der Last und dergleichen an.
Die kontaktlose Leistungsübertragungsvorrichtung hat jedoch immer noch Raum für eine Verbesserung beim Anpassen der Ausgangsimpedanz und der Eingangsimpedanz.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung wurde angesichts einer solchen Situation gemacht und sie schafft eine kontaktlose Leistungsübertragungsvorrichtung, die die Ausgangsimpedanz und die Eingangsimpedanz korrekt anpasst.
Um das vorstehend erwähnte Problem zu lösen und die Aufgabe zu erreichen, umfasst eine kontaktlose Leistungsübertragungsvorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Leistungsversorgung, die elektrische Leistung liefert; eine Leistungsübertragungsspuleneinheit, die mit der Leistungsversorgung verbunden ist und elektrische Leistung in einer kontaktlosen Weise überträgt; eine Leistungsempfangsspuleneinheit, die mit einer Last verbunden ist, die elektrische Leistung verbraucht, die von der Leistungsübertragungsspuleneinheit übertragene elektrische Leistung in einer kontaktlosen Weise empfängt und die empfangene elektrische Leistung zur Last liefert; und eine Steuereinheit, die dazu konfiguriert ist, die Leistungsübertragungsspuleneinheit und die Leistungsempfangsspuleneinheit zu steuern, wobei die Leistungsübertragungsspuleneinheit und/oder die Leistungsempfangsspuleneinheit eine variable Impedanzschaltung umfassen, von der eine Impedanz variabel ist, wobei die variable Impedanzschaltung eine Resonanzspule, die in der Lage ist, einen Induktivitätswert der variablen Impedanzschaltung zu ändern, und/oder einen Resonanzkondensator, der in der Lage ist, eine Kapazität der variablen Impedanzschaltung zu ändern, umfasst, und die Steuereinheit dazu konfiguriert ist, die Impedanz der variablen Impedanzschaltung zu ändern und eine Ausgangsimpedanz auf der Leistungsversorgungsseite in Bezug auf die Leistungsübertragungsspuleneinheit und eine Eingangsimpedanz auf der Lastseite in Bezug auf die Leistungsübertragungsspuleneinheit anzupassen.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es in der kontaktlosen Leistungsübertragungsvorrichtung bevorzugt, dass die variable Impedanzschaltung mehrere LC-Schaltungen mit einem Paar einer Resonanzspule und eines Resonanzkondensators umfasst, und die Steuereinheit dazu konfiguriert ist, die LC-Schaltungen so zu schalten, dass sie in Reihe oder parallel geschaltet werden, um den Induktivitätswert und die Kapazität zu ändern und die Ausgangsimpedanz und die Eingangsimpedanz anzupassen.
Gemäß einem nochmals anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es in der kontaktlosen Leistungsübertragungsvorrichtung bevorzugt, dass die variable Impedanzschaltung mehrere Resonanzspulen und einen Resonanzkondensator umfasst und die Steuereinheit dazu konfiguriert ist, die Resonanzspulen so zu schalten, dass sie in Reihe oder parallel geschaltet werden, um den Induktivitätswert zu ändern und die Ausgangsimpedanz und die Eingangsimpedanz anzupassen.
Gemäß einem nochmals anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es in der kontaktlosen Leistungsübertragungsvorrichtung bevorzugt, dass die Resonanzspulen sequentiell in Reihe geschaltet sind und eine Leiterquerschnittsfläche der Resonanzspule in einer späteren Stufe kleiner ist als eine Leiterquerschnittsfläche der Resonanzspule in einer früheren Stufe.
Gemäß einem nochmals anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es in der kontaktlosen Leistungsübertragungsvorrichtung bevorzugt, dass die variable Impedanzschaltung mehrere Resonanzkondensatoren und eine Resonanzspule umfasst und die Steuereinheit dazu konfiguriert ist, Verbindungszustände der Resonanzkondensatoren umzuschalten, um die Kapazität zu ändern und die Ausgangsimpedanz und die Eingangsimpedanz anzupassen.
Gemäß einem nochmals anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es in der kontaktlosen Leistungsübertragungsvorrichtung bevorzugt, dass die Last mit einem Betätigungsschalter betrieben wird, der bewirkt, dass elektrischer Strom fließt, wenn er eingeschaltet wird, und bewirkt, dass der elektrische Strom gestoppt wird, wenn er ausgeschaltet wird, und die Steuereinheit dazu konfiguriert ist, die Impedanz der variablen Impedanzschaltung auf der Basis einer Ein- oder Aus-Betätigung des Betätigungsschalters zu ändern.
Gemäß einem nochmals anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es in der kontaktlosen Leistungsübertragungsvorrichtung bevorzugt, dass die Steuereinheit dazu konfiguriert ist, ferner die Impedanz der variablen Impedanzschaltung auf der Basis der Zeit zu ändern, die abgelaufen ist, nachdem der Betätigungsschalter eingeschaltet wird.
Gemäß einem nochmals anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es in der kontaktlosen Leistungsübertragungsvorrichtung bevorzugt, dass die Steuereinheit dazu konfiguriert ist, eine Anomalie zu melden, wenn ein Stromwert des elektrischen Stroms, der tatsächlich zur Last geliefert wird, einen vorbestimmten Schwellenwert des elektrischen Stroms nicht erfüllt.
Gemäß einem nochmals anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es in der kontaktlosen Leistungsübertragungsvorrichtung bevorzugt, dass sie ferner eine Anpassungsschaltung mit einer variablen Spule, die von der Resonanzspule verschieden ist, und einem variablen Kondensator, der vom Resonanzkondensator verschieden ist, umfasst, wobei die Steuereinheit vorzugsweise dazu konfiguriert ist, zu bewirken, dass die variable Impedanzschaltung mit der Anpassungsschaltung zusammenwirkt, und die Ausgangsimpedanz und die Eingangsimpedanz anzupassen.
Die obigen und weitere Aufgaben, Merkmale, Vorteile und die technische und industrielle Bedeutung dieser Erfindung werden durch Lesen der folgenden ausführlichen Beschreibung von derzeit bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung besser verstanden, wenn sie in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen betrachtet wird.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein schematisches Diagramm, das ein Konfigurationsbeispiel einer kontaktlosen Leistungsübertragungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform darstellt;
2 ist ein Blockdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel der kontaktlosen Leistungsübertragungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform darstellt;
3 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Konfigurationsbeispiel einer Resonanzspule gemäß der ersten Ausführungsform darstellt;
4 ist ein Schaltplan, der ein Schaltbeispiel (parallel) einer LC-Schaltung gemäß der ersten Ausführungsform darstellt;
5 ist ein Schaltplan, der ein Schaltbeispiel (Reihe) der LC-Schaltung gemäß der ersten Ausführungsform darstellt;
6 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen der Impedanz einer Last und der Übertragungseffizienz gemäß der ersten Ausführungsform darstellt;
7 ist ein Diagramm, das ein Konfigurationsbeispiel einer Laststromtabelle gemäß der ersten Ausführungsform darstellt;
8 ist ein Diagramm, das ein Konfigurationsbeispiel einer Resonanz-LC-Schaltungs-Auswahltabelle gemäß der ersten Ausführungsform darstellt;
9 ist ein Ablaufplan, der ein Betriebsbeispiel einer Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit gemäß der ersten Ausführungsform darstellt;
10 ist ein Ablaufplan, der ein Betriebsbeispiel einer Leistungsempfangsseiten-Steuereinheit gemäß der ersten Ausführungsform darstellt;
11 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Anomaliebestimmung eines Stromwerts der Last gemäß der ersten Ausführungsform darstellt;
12 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Anomaliebestimmung des Stromwerts der Last gemäß der ersten Ausführungsform darstellt;
13 ist ein Diagramm, das ein Konfigurationsbeispiel einer Laststromtabelle gemäß einer Modifikation der ersten Ausführungsform darstellt;
14 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einem abgeschätzten Stromwert einer Last und einer Resonanzspule gemäß der Modifikation der ersten Ausführungsform darstellt;
15 ist ein Ablaufplan, der ein Betriebsbeispiel einer Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit gemäß der Modifikation der ersten Ausführungsform darstellt;
16 ist ein Ablaufplan, der ein Betriebsbeispiel einer Leistungsempfangsseiten-Steuereinheit gemäß der Modifikation der ersten Ausführungsform darstellt;
17 ist ein Diagramm, das ein Konfigurationsbeispiel einer variablen Impedanzschaltung gemäß der Modifikation der ersten Ausführungsform darstellt;
18 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Konfigurationsbeispiel der Resonanzspule gemäß der Modifikation der ersten Ausführungsform darstellt;
19 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Konfigurationsbeispiel der Resonanzspule gemäß der Modifikation der ersten Ausführungsform darstellt;
20 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Konfigurationsbeispiel der Resonanzspule gemäß der Modifikation der ersten Ausführungsform darstellt;
21 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Konfigurationsbeispiel der Resonanzspule gemäß der Modifikation der ersten Ausführungsform darstellt;
22 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Konfigurationsbeispiel der Resonanzspule gemäß der Modifikation der ersten Ausführungsform darstellt;
23 ist ein Blockdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel einer kontaktlosen Leistungsübertragungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform darstellt;
24 ist ein Schaltplan, der ein Schaltbeispiel (Reihe) einer Resonanzspule gemäß der zweiten Ausführungsform darstellt;
25 ist ein Schaltplan, der ein Schaltbeispiel (parallel) der Resonanzspule gemäß der zweiten Ausführungsform darstellt;
26 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen der Impedanz einer Last und einer Resonanzfrequenz gemäß der zweiten Ausführungsform darstellt;
27 ist ein Diagramm, das einen Hochfrequenzwiderstand der Resonanzspule gemäß der zweiten Ausführungsform darstellt;
28 ist ein Diagramm, das ein Konfigurationsbeispiel einer Laststromtabelle gemäß der zweiten Ausführungsform darstellt;
29 ist ein Diagramm, das ein Konfigurationsbeispiel einer Resonanz-L-Schaltungs-Auswahltabelle gemäß der zweiten Ausführungsform darstellt;
30 ist ein Ablaufplan, der ein Betriebsbeispiel einer Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit gemäß der zweiten Ausführungsform darstellt;
31 ist ein Ablaufplan, der ein Betriebsbeispiel einer Leistungsempfangsseiten-Steuereinheit gemäß der zweiten Ausführungsform darstellt;
32 ist ein Diagramm, das ein Konfigurationsbeispiel einer Laststromtabelle gemäß einer Modifikation der zweiten Ausführungsform darstellt;
33 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einem abgeschätzten Stromwert einer Last und einer Resonanzspule gemäß der Modifikation der zweiten Ausführungsform darstellt;
34 ist ein Ablaufplan, der ein Betriebsbeispiel einer Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit gemäß der Modifikation der zweiten Ausführungsform darstellt;
35 ist ein Ablaufplan, der ein Betriebsbeispiel einer Leistungsempfangsseiten-Steuereinheit gemäß der Modifikation der zweiten Ausführungsform darstellt;
36 ist ein Blockdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel einer kontaktlosen Leistungsübertragungsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform darstellt;
37 ist ein Schaltplan, der ein Verbindungsbeispiel (Kapazität ist groß) eines Resonanzkondensators gemäß der dritten Ausführungsform darstellt;
38 ist ein Schaltplan, der ein Verbindungsbeispiel (Kapazität ist klein) des Resonanzkondensators gemäß der dritten Ausführungsform darstellt;
39 ist ein Diagramm, das ein Konfigurationsbeispiel einer Laststromtabelle gemäß der dritten Ausführungsform darstellt;
40 ist ein Diagramm, das ein Konfigurationsbeispiel einer Resonanz-C-Schaltungs-Auswahltabelle gemäß der dritten Ausführungsform darstellt;
41 ist ein Ablaufplan, der ein Betriebsbeispiel einer Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit gemäß der dritten Ausführungsform darstellt;
42 ist ein Ablautplan, der ein Betriebsbeispiel einer Leistungsempfangsseiten-Steuereinheit gemäß der dritten Ausführungsform darstellt;
43 ist ein Diagramm, das ein Konfigurationsbeispiel einer Laststromtabelle gemäß einer Modifikation der dritten Ausführungsform darstellt;
44 ist ein Diagramm, das ein Konfigurationsbeispiel einer Resonanz-C-Schaltungs-Auswahltabelle gemäß der Modifikation der dritten Ausführungsform darstellt;
45 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einem abgeschätzten Stromwert einer Last und einer Ausgangsfrequenz gemäß der Modifikation der dritten Ausführungsform darstellt;
46 ist ein Ablaufplan, der ein Betriebsbeispiel einer Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit gemäß der Modifikation der dritten Ausführungsform darstellt;
47 ist ein Ablaufplan, der ein Betriebsbeispiel einer Leistungsempfangsseiten-Steuereinheit gemäß der Modifikation der dritten Ausführungsform darstellt; und
48 ist ein Blockdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel einer kontaktlosen Leistungsübertragungsvorrichtung gemäß der Modifikation der dritten Ausführungsform darstellt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Das Folgende beschreibt Arten zur Ausführung der Erfindung (Ausführungsformen) im Einzelnen mit Bezug auf die Zeichnungen. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die nachstehend beschriebenen Ausführungsformen begrenzt. Nachstehend beschriebene Komponenten umfassen eine Komponente, die für den Fachmann auf dem Gebiet leicht vorstellbar ist, und Komponenten, die im Wesentlichen gleich sind. Die nachstehend beschriebenen Komponenten können geeignet kombiniert werden. Die Komponenten können verschiedenartig weggelassen, ausgetauscht oder modifiziert werden, ohne vom Kern der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Erste Ausführungsform
Eine kontaktlose Leistungsübertragungsvorrichtung 1 gemäß einer ersten Ausführungsform überträgt elektrische Leistung in einer kontaktlosen Weise. Wie in 1 dargestellt, umfasst die kontaktlose Leistungsübertragungsvorrichtung 1 eine Leistungsübertragungseinheit 10, eine Leistungsempfangseinheit 20 und einen Leistungsverteiler 30. Die kontaktlose Leistungsübertragungsvorrichtung 1 ist beispielsweise an einer Türscharniereinheit, einer Lenksäuleneinheit, einer Platteneinheit und dergleichen eines Fahrzeugs (nicht dargestellt) angeordnet. Die Leistungsübertragungseinheit 10 der kontaktlosen Leistungsübertragungsvorrichtung 1 ist mit einer Leistungsversorgung 2 des Fahrzeugs verbunden, die Leistungsempfangseinheit 20 davon ist mit dem Leistungsverteiler 30 verbunden und der Leistungsverteiler 30 ist mit Lasten 3 des Fahrzeugs verbunden. Die kontaktlose Leistungsübertragungsvorrichtung 1 überträgt elektrische Leistung der Leistungsversorgung 2 von der Leistungsübertragungseinheit 10 zur Leistungsempfangseinheit 20 durch magnetische Resonanz und verteilt die elektrische Leistung, die durch die Leistungsempfangseinheit 20 empfangen wird, zu den Lasten 3 mit dem Leistungsverteiler 30. Das Folgende beschreibt die kontaktlose Leistungsübertragungsvorrichtung 1 im Einzelnen.
Das Folgende beschreibt die Leistungsübertragungseinheit 10. Die Leistungsübertragungseinheit 10 überträgt elektrische Leistung zur Leistungsempfangseinheit 20 durch magnetische Resonanz in einer kontaktlosen Weise. Die Leistungsübertragungseinheit 10 ist als eine Einheit mit einer Leistungsübertragungsspuleneinheit 11, einem Wechselrichter (DC/AC) 12, einem Schaltmechanismus 13, einer Sendeantenne 14 und einer Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit 15 konfiguriert. Die Leistungsübertragungseinheit 10 kann als eine Einheit mit der Leistungsübertragungsspuleneinheit 11 konfiguriert sein, kann als eine Einheit ausschließlich der Leistungsübertragungsspuleneinheit 11 konfiguriert sein und kann als eine Einheit ausschließlich des Wechselrichters (DC/AC) 12 und der Sendeantenne 14 konfiguriert sein. In der Leistungsübertragungseinheit 10 sind Stellen, an denen individuelle Schaltungen montiert sind, nicht begrenzt, solange ein Betrieb eines Systems nicht begrenzt ist.
Die Leistungsübertragungsspuleneinheit 11 überträgt elektrische Leistung in einer kontaktlosen Weise. Wie in 2 dargestellt, umfasst die Leistungsübertragungsspuleneinheit 11 eine variable Impedanzschaltung 16, deren Impedanz variabel ist. Die variable Impedanzschaltung 16 umfasst Resonanzspulen L (L1, L2), die einen Induktivitätswert der variablen Impedanzschaltung 16 ändern können, und Resonanzkondensatoren C (C1, C2), die die Kapazität der variablen Impedanzschaltung 16 ändern können. Die variable Impedanzschaltung 16 umfasst beispielsweise mehrere LC-Schaltungen 19 mit einem Paar der Resonanzspule L und des Resonanzkondensators C. In der variablen Impedanzschaltung 16 können die individuellen LC-Schaltungen 19 über den Schaltmechanismus 13 parallel oder in Reihe geschaltet werden oder die individuellen LC-Schaltungen 19 können selektiv verbunden werden. Folglich werden in der variablen Impedanzschaltung 16 der Induktivitätswert der Resonanzspule L und die Kapazität des Resonanzkondensators C geändert und die Impedanz der Variablen Impedanzschaltung 16 wird geändert.
Der Wechselrichter 12 ist mit der Leistungsversorgung 2 verbunden und setzt einen von der Leistungsversorgung 2 gelieferten Gleichstrom in einen Wechselstrom um. Ein Schaltelement (nicht dargestellt) des Wechselrichters 12 wird beispielsweise so gesteuert, dass es EIN/AUS-geschaltet wird, und der Wechselrichter 12 setzt einen Gleichstrom in einen Wechselstrom um. Der Wechselrichter 12 gibt die umgesetzte AC-Leistung (Wechselstromleistung) an den Schaltmechanismus 13 aus.
Der Schaltmechanismus 13 ist mit dem Wechselrichter 12 verbunden und schaltet einen Weg um, durch den der aus dem Wechselrichter 12 ausgegebene Wechselstrom fließt. Der Schaltmechanismus 13 umfasst beispielsweise mehrere Resonanz-LC-Umschalter Pr_SW (Pr_SW1 bis Pr_SW3) und die Verbindung der individuellen LC-Schaltungen 19 in der Leistungsübertragungsspuleneinheit 11 wird umgeschaltet, wenn die Resonanz-LC-Umschalter Pr_SW so gesteuert werden, dass sie EIN/AUS-geschaltet werden. Insbesondere bewirkt der Schaltmechanismus 13, dass die individuellen LC-Schaltungen 19 parallel oder in Reihe geschaltet werden, oder bewirkt, dass die LC-Schaltungen 19 selektiv verbunden werden. Wenn beispielsweise der Resonanz-LC-Umschalter Pr_SW2 eingeschaltet wird und die Resonanz-LC-Umschalter Pr_SW1 und Pr_SW3 ausgeschaltet werden, bewirkt der Schaltmechanismus 13, dass die individuellen LC-Schaltungen 19 in Reihe geschaltet werden. Wenn die Resonanz-LC-Umschalter Pr_SW1 und Pr_SW3 eingeschaltet werden und der Resonanz-LC-Umschalter Pr_SW2 ausgeschaltet wird, bewirkt der Schaltmechanismus 13, dass die individuellen LC-Schaltungen 19 parallel geschaltet werden.
Als Resonanz-LC-Umschalter Pr_SW des Schaltmechanismus 13 wird ein Halbleiterschalter, ein mechanischer Schalter oder dergleichen verwendet.
Die Sendeantenne 14 ist mit der Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit 15 verbunden und überträgt zur Leistungsempfangseinheit 20 Informationen, die von der Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit 15 übertragen werden. Die Sendeantenne 14 überträgt beispielsweise zur Leistungsempfangseinheit 20 Schaltinformationen, die eine EIN/AUS-Betätigung der Betätigungsschalter SW (SW1 bis SW3) angeben, die bewirken, dass ein elektrischer Strom fließt, wenn sie eingeschaltet werden, und bewirken, dass der elektrische Strom gestoppt wird, wenn sie ausgeschaltet werden.
Die Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit 15 ist eine Steuereinheit, die mit dem Wechselrichter 12 verbunden ist, und steuert das Schaltelement des Wechselrichters 12, damit es EIN/AUS-geschaltet wird, um den Gleichstrom in den Wechselstrom umzusetzen. Die Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit 15 ist mit dem Betätigungsschalter SW verbunden. Wenn der Betätigungsschalter SW durch einen Benutzer betätigt wird, so dass er EIN/AUS-geschaltet wird, empfängt die Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit 15 die Schaltinformationen vom Betätigungsschalter SW. Die Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit 15 ist mit dem Schaltmechanismus 13 verbunden, steuert den Resonanz-LC-Umschalter Pr_SW des Schaltmechanismus 13, so dass er EIN/AUS-geschaltet wird, auf der Basis der empfangenen Schaltinformationen und dergleichen und schaltet die Verbindung der individuellen LC-Schaltungen 19 in der variablen Impedanzschaltung 16. Selbst wenn die Impedanz der Last 3, die elektrische Leistung verbraucht, geändert wird, ändert folglich die Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit 15 die Impedanz der variablen Impedanzschaltung 16 durch Ändern des Induktivitätswerts und der Kapazität der variablen Impedanzschaltung 16 und passt die Ausgangsimpedanz Z0 auf der Seite der Leistungsversorgung 2 in Bezug auf die Leistungsübertragungsspuleneinheit 11 und die Eingangsimpedanz Z1 auf der Seite der Last 3 in Bezug auf die Leistungsübertragungsspuleneinheit 11 in Zusammenwirkung mit der Impedanzsteuerung an, die durch eine später beschriebene Leistungsempfangsseiten-Steuereinheit 25 durchgeführt wird. In diesem Fall bedeutet, ”passt die Ausgangsimpedanz Z0 und die Eingangsimpedanz Z1 an”, dass die Impedanzanpassung so durchgeführt wird, dass die Leistungsübertragung mit hoher Effizienz durchgeführt werden kann. Typischerweise werden ein Fall, in dem die Ausgangsimpedanz Z0 und die Eingangsimpedanz Z1 vollständig angepasst sind, ein Fall, in dem die Ausgangsimpedanz Z0 und die Eingangsimpedanz Z1 geringfügig unterschiedlich sind, und dergleichen angenommen. Wenn nur die Resonanzspule L betrachtet wird, ohne den Resonanzkondensator C zu betrachten, wird beispielsweise die Eingangsimpedanz Z1 durch den folgenden Ausdruck (1) unter der Annahme erhalten, dass der Induktivitätswert Lx ist und die Resonanzfrequenz f ist. Gemäß dem Ausdruck (1) wird die Eingangsimpedanz Z1 geändert, wenn der Induktivitätswert Lx oder die Resonanzfrequenz f geändert wird. Z1 = 2ωfLx (1)
Als nächstes beschreibt das Folgende die Leistungsempfangseinheit 20. Die Leistungsempfangseinheit 20 empfängt die von der Leistungsübertragungseinheit 10 übertragene Leistung durch magnetische Resonanz und liefert die empfangene elektrische Leistung zu Lasten 3 (einer ersten Last 3a bis einer dritten Last 3c). Die Leistungsempfangseinheit 20 ist als eine Einheit mit einer Leistungsempfangsspuleneinheit 21, einem Gleichrichter 22, einem Schaltmechanismus 23, einer Empfangsantenne 24 und der Leistungsempfangsseiten-Steuereinheit 25 konfiguriert. Die Leistungsempfangseinheit 20 kann als eine Einheit mit der Leistungsempfangsspuleneinheit 21 konfiguriert sein, kann als eine Einheit ausschließlich der Leistungsempfangsspuleneinheit 21 konfiguriert sein und kann als eine Einheit ausschließlich des Gleichrichters 22 und der Empfangsantenne 24 konfiguriert sein. In der Leistungsempfangseinheit 20 sind Stellen, an denen individuelle Schaltungen montiert sind, nicht begrenzt, solange der Betrieb des Systems nicht begrenzt ist.
Die Leistungsempfangsspuleneinheit 21 empfängt elektrische Leistung in einer kontaktlosen Weise. Die Leistungsempfangsspuleneinheit 21 weist dieselbe Konfiguration wie jene der Leistungsübertragungsspuleneinheit 11 auf und umfasst eine variable Impedanzschaltung 26, deren Impedanz variabel ist. Die variable Impedanzschaltung 26 umfasst die Resonanzspulen L (L1, L2), die den Induktivitätswert der variablen Impedanzschaltung 26 ändern können, und Resonanzkondensatoren C (C1, C2), die die Kapazität der variablen Impedanzschaltung 26 ändern können. Die variable Impedanzschaltung 26 umfasst beispielsweise mehrere LC-Schaltungen 29 mit einem Paar der Resonanzspule L und des Resonanzkondensators C. In der variablen Impedanzschaltung 26 können die individuellen LC-Schaltungen 29 über den Schaltmechanismus 23 parallel oder in Reihe geschaltet werden oder die individuellen LC-Schaltungen 29 können selektiv verbunden werden. In der variablen Impedanzschaltung 26 werden folglich der Induktivitätswert der Resonanzspule L und die Kapazität des Resonanzkondensators C geändert und die Impedanz der variablen Impedanzschaltung 26 wird geändert.
Der Schaltmechanismus 23 ist mit der Leistungsempfangsspuleneinheit 21 verbunden und schaltet einen Weg, durch den der elektrische Strom, der aus der Leistungsempfangsspuleneinheit 21 ausgegeben wird, fließt. Der Schaltmechanismus 23 umfasst beispielsweise mehrere Resonanz-LC-Umschalter Se_SW (Se_SW1 bis Se_SW3) ähnlich zum Schaltmechanismus 13 der Leistungsübertragungseinheit 10 und die Verbindung der individuellen LC-Schaltungen 29 in der Leistungsempfangsspuleneinheit 21 wird umgeschaltet, wenn die Resonanz-LC-Umschalter Se_SW so gesteuert werden, dass sie EIN/AUS-geschaltet werden. Insbesondere bewirkt der Schaltmechanismus 23, dass die LC-Schaltungen 29 parallel oder in Reihe geschaltet werden, oder bewirkt, dass die individuellen LC-Schaltungen 29 selektiv verbunden werden. Als Resonanz-LC-Umschalter Se_SW des Schaltmechanismus 23 wird ein Halbleiterschalter, ein mechanischer Schalter oder dergleichen verwendet.
Der Gleichrichter 22 ist mit der Leistungsempfangsspuleneinheit 21 über den Schaltmechanismus 23 verbunden und setzt den Wechselstrom in den Gleichstrom um. Der Gleichrichter 22 führt beispielsweise eine Zweiweggleichrichtung mit einem Gleichrichterelement (nicht dargestellt) durch. Der Gleichrichter 22 gibt gleichgerichtete DC-Leistung (Gleichstromleistung) an den Leistungsverteiler 30 aus.
Der Leistungsverteiler 30 ist mit dem Gleichrichter 22 und den Lasten 3 verbunden und verteilt die durch den Gleichrichter 22 gleichgerichtete DC-Leistung zu den Lasten 3. Der Leistungsverteiler 30 verteilt beispielsweise die DC-Leistung zu den Lasten 3 wie z. B. einem Fenstermotor, einer Seitenspiegeleinheit, einer Raumlampe und einer Flächenheizvorrichtung.
Die Empfangsantenne 24 ist mit der Leistungsempfangsseiten-Steuereinheit 25 verbunden und gibt Informationen, die von der Sendeantenne 14 empfangen werden, an die Leistungsempfangsseiten-Steuereinheit 25 aus. Die Empfangsantenne 24 empfängt beispielsweise die Schaltinformationen von der Sendeantenne 14 und überträgt die Schaltinformationen zur Leistungsempfangsseiten-Steuereinheit 25. Vorstehend ist ein Beispiel der kontaktlosen Leistungsübertragungsvorrichtung 1 beschrieben, in dem Informationen zwischen der Leistungsübertragungseinheit 10 und der Leistungsempfangseinheit 20 durch drahtlose Kommunikation unter Verwendung der Sendeantenne 14 und der Empfangsantenne 24 übertragen werden. Die Ausführungsform ist jedoch nicht darauf begrenzt. Für ein Kommunikationssystem wie z. B. ein CAN kann beispielsweise die kontaktlose Leistungsübertragungsvorrichtung 1 Informationen zwischen der Leistungsübertragungseinheit 10 und der Leistungsempfangseinheit 20 durch eine verdrahtete Kommunikation unter Verwendung einer verdrahteten Kommunikationsleitung anstelle der drahtlosen Kommunikation unter Verwendung von Antennen übertragen.
Die Leistungsempfangsseiten-Steuereinheit 25 ist eine Steuereinheit, die einen Verteilungsschalter des Leistungsverteilers 30, damit er EIN/AUS-geschaltet wird, auf der Basis der durch die Empfangsantenne 24 empfangenen Schaltinformationen steuert, so dass der Leistungsverteiler 30 den in den Lasten 3 fließenden elektrischen Strom verteilt. Die Leistungsempfangsseiten-Steuereinheit 25 steuert die Resonanz-LC-Umschalter Se_SW des Schaltmechanismus 23, so dass sie EIN/AUS-geschaltet werden, auf der Basis der Schaltinformationen, so dass die Resonanz-LC-Umschalter Se_SW Verbindungen der individuellen LC-Schaltungen 29 in der variablen Impedanzschaltung 26 umschalten. Selbst wenn die Impedanz der Last 3 geändert wird, ändert folglich die Leistungsempfangsseiten-Steuereinheit 25 die Impedanz der variablen Impedanzschaltung 26 durch Ändern des Induktivitätswerts und der Kapazität der variablen Impedanzschaltung 26 und passt die Ausgangsimpedanz Z0 auf der Seite der Leistungsversorgung 2 in Bezug auf die Leistungsübertragungsspuleneinheit 11 und die Eingangsimpedanz Z1 auf der Seite der Last 3 in Bezug auf die Leistungsübertragungsspuleneinheit 11 in Zusammenwirkung mit der Impedanzsteuerung an, die durch die vorstehend beschriebene Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit 15 durchgeführt wird.
Als nächstes beschreibt das Folgende ein Konfigurationsbeispiel der Resonanzspule L. Wie in 3 dargestellt, weist die Resonanzspule L beispielsweise eine Spiralform auf. Die Resonanzspule L ist in einer Spiralform ausgebildet, so dass mehrere (beispielsweise zwei) Spulendrähte 17a und 17b nebeneinander in einer Richtung orthogonal zu einer axialen Richtung der Resonanzspule L angeordnet sind. In der Resonanzspule L sind beispielsweise die Spulendrähte 17a und 17b sechsmal in einer Spiralform gewickelt. Die Größe der Resonanzspule L kann unter Verwendung von mehreren Spulendrähten 17a und 17b verringert werden. Die Resonanzspule L kann so eingestellt werden, dass sie mehrere Induktivitätswerte aufweist, indem die Spulendrähte 17a und 17b parallel oder in Reihe geschaltet werden. In der Resonanzspule L ist beispielsweise ein magnetischer Körper 17c, der aus Ferrit oder dergleichen besteht, so angeordnet, dass er der axialen Richtung gegenüberliegt. Als magnetischer Körper 17c kann ein plattenförmiges magnetisches Element mit im Wesentlichen derselben Größe wie jener der Resonanzspule L so angeordnet sein, dass es der Resonanzspule L gegenüberliegt, oder unterteilte magnetische Elemente können nebeneinander entlang der Resonanzspule L angeordnet sein. Die Resonanzspule L kann eine andere Form aufweisen und umfasst nicht notwendigerweise den magnetischen Körper 17c, solange ein gewünschter Induktivitätswert und ein gewünschter Kopplungskoeffizient erhalten werden können.
Als nächstes beschreibt das Folgende die Schaltsteuerung der LC-Schaltung 19 in der variablen Impedanzschaltung 16 der Leistungsübertragungsspuleneinheit 11. Die Schaltsteuerung für die variable Impedanzschaltung 26 der Leistungsempfangsspuleneinheit 21 ist dieselbe wie jene für die variable Impedanzschaltung 16 der Leistungsübertragungsspuleneinheit 11, so dass deren Beschreibung nicht wiederholt wird.
Wenn auf der Basis der Schaltinformationen festgestellt wird, dass ein Stromwert des elektrischen Stroms, der in der Last 3 fließt, relativ groß ist und dass die Impedanz der Last 3 relativ klein ist, setzt die Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit 15 die Resonanz-LC-Umschalter Pr_SW1 und Pr_SW3 des Schaltmechanismus 13 auf EIN und setzt den Resonanz-LC-Umschalter Pr_SW2 auf AUS, wie in 4 dargestellt, um die individuellen LC-Schaltungen 19 parallel zu schalten. In diesem Fall, wie in 6 dargestellt, schaltet die Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit 15 die individuellen LC-Schaltungen 19 parallel, so dass der Induktivitätswert der Resonanzspule L 4 μH ist, bis die Impedanz der Last 3 beispielsweise etwa 2 Ω erreicht. Wie vorstehend beschrieben, wird, wenn die Impedanz der Last 3 klein ist, der Induktivitätswert der Resonanzspule L im Vergleich zu einem Fall einer Reihenschaltung klein, so dass die Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit 15 die Übertragungseffizienz verbessern kann. Die Resonanzspulen L werden in der variablen Impedanzschaltung 16 parallel geschaltet, so dass die Resonanzspulen L als eine Resonanzspule L angenommen werden können, und dass eine Leiterquerschnittsfläche der Resonanzspule L pro Einheitsstrom erhöht werden kann. Folglich kann die variable Impedanzschaltung 16 einen Widerstandswert der Resonanzspule L verringern und kann einen Verlust der Leistungsübertragung durch die Resonanzspule L unterdrücken. Folglich kann die variable Impedanzschaltung 16 die Wärmeerzeugung unterdrücken und kann eine Wärmestrahlungsstruktur vereinfachen und verkleinern. Die variable Impedanzschaltung 16 kann die Resonanzspule L mit einer kleinen Leiterquerschnittsfläche verwenden, so dass die Größe der Resonanzspule L verringert werden kann.
Wenn auf der Basis der Schaltinformationen festgestellt wird, dass der Stromwert des elektrischen Stroms, der in der Last 3 fließt, relativ klein ist und dass die Impedanz der Last 3 relativ groß ist, setzt die Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit 15 den Resonanz-LC-Umschalter Pr_SW2 des Schaltmechanismus 13 auf EIN und setzt die Resonanz-LC-Umschalter Pr_SW1 und Pr_SW3 auf AUS, wie in 5 dargestellt, um die individuellen LC-Schaltungen 19 in Reihe zu schalten. In diesem Fall, wie in 6 dargestellt, schaltet die Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit 15 die individuellen LC-Schaltungen 19 in Reihe, so dass der Induktivitätswert der Resonanzspule L 12 μH ist, während die Impedanz der Last 3 in einem Bereich von beispielsweise etwa 2 Ω bis etwa 7 Ω liegt. Die Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit 15 schaltet die individuellen LC-Schaltungen in Reihe, so dass der Induktivitätswert der Resonanzspule L 20 μH ist, während die Impedanz der Last 3 in einem Bereich von beispielsweise etwa 7 Ω bis etwa 10 Ω liegt. 5 stellt ein Beispiel dar, in dem zwei Resonanzspulen L in Reihe geschaltet sind, um zu bewirken, dass der Induktivitätswert der Resonanzspule L 12 μH ist. Alternativ können drei Resonanzspulen L in Reihe geschaltet werden, um zu bewirken, dass der Induktivitätswert der Resonanzspule L 20 μH ist. Die Resonanzspule L mit dem Induktivitätswert von 4 μH und die Resonanzspule L mit dem Induktivitätswert von 12 μH können in Reihe geschaltet werden, um zu bewirken, dass der Induktivitätswert der Resonanzspule L 20 μH ist. Wenn die Impedanz der Last 3 relativ groß ist, wird der Induktivitätswert der Resonanzspule L im Vergleich zu einem Fall der Parallelschaltung groß, so dass die Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit 15 die Übertragungseffizienz verbessern kann. Der Stromwert des elektrischen Stroms, der in der Last 3 fließt, ist klein, so dass die variable Impedanzschaltung 16 einen Verlust der Leistungsübertragung durch die Resonanzspule L unterdrücken kann, selbst wenn die Leiterquerschnittsfläche der Resonanzspule L verringert ist. Die variable Impedanzschaltung 16 kann die Resonanzspule L mit einer kleinen Leiterquerschnittsfläche verwenden, so dass die Größe der Resonanzspule L verringert werden kann. In der variablen Impedanzschaltung 16 wird der Induktivitätswert erhöht, aber die Kapazität wird verringert, so dass die Resonanzfrequenz nicht geändert wird. In diesem Beispiel ist die Resonanzfrequenz 100 kHz.
Als nächstes beschreibt das Folgende eine Laststromtabelle TB1 und eine Resonanz-LC-Schaltungs-Auswahltabelle TB2. Wie in 7 und 8 dargestellt, umfasst die kontaktlose Leistungsübertragungsvorrichtung 1 die Laststromtabelle TB1 und die Resonanz-LC-Schaltungs-Auswahltabelle TB2. Die Laststromtabelle TB1 und die Resonanz-LC-Schaltungs-Auswahltabelle TB2 sind in der Leistungsübertragungseinheit 10 bzw. der Leistungsempfangseinheit 20 angeordnet.
Die Laststromtabelle TB1 ist eine Tabelle, die eine Entsprechungsbeziehung zwischen den Lasten 3 (der ersten Last 3a bis dritten Last 3c) und dem Stromwert des in der Last 3 fließenden elektrischen Stroms angibt. In der Laststromtabelle TB1 wird die Last 3, deren Betätigungsschalter SW eingeschaltet ist, auf der Basis der Schaltinformationen angegeben, und der Stromwert der angegebenen Last 3 wird angegeben. In der Laststromtabelle TB1 ist der Stromwert der Last 3 konstant, ohne dass er mit einem Ablauf der Zeit verändert wird. Die Resonanz-LC-Schaltungs-Auswahltabelle TB2 ist eine Tabelle, die eine Entsprechungsbeziehung zwischen einem Gesamtstromwert, der durch Summieren von Stromwerten aller Lasten 3 erhalten wird, und den Resonanz-LC-Umschaltern Pr_SW (Pr_SW1 bis Pr_SW3) zum Umschalten der individuellen LC-Schaltungen 19 angibt. Die Entsprechungsbeziehung zwischen dem Gesamtstromwert der Resonanz-LC-Schaltungs-Auswahltabelle TB2 und dem Resonanz-LC-Umschalter Pr_SW wird so bestimmt, dass die Ausgangsimpedanz Z0 auf der Seite der Leistungsversorgung 2 in Bezug auf die Leistungsübertragungsspuleneinheit 11 und die Eingangsimpedanz Z1 auf der Seite der Last 3 in Bezug auf die Leistungsübertragungsspuleneinheit 11 durch Umschalten des Resonanz-LC-Umschalters Pr_SW auf der Basis des Gesamtstromwerts der Lasten 3 angepasst werden kann. In der Resonanz-LC-Schaltungs-Auswahltabelle TB2 wird der Resonanz-LC-Umschalter Pr_SW angegeben, wenn der Gesamtstromwert der Lasten 3 bestimmt wird. Die Impedanz der variablen Impedanzschaltung 16 wird geändert, wenn die individuellen LC-Schaltungen 19 in Reihe oder parallel geschaltet werden oder die individuellen LC-Schaltungen 19 selektiv verbunden werden, auf der Basis der angegebenen Resonanz-LC-Umschalter Pr_SW. Folglich kann die variable Impedanzschaltung 16 die Ausgangsimpedanz Z0 und die Eingangsimpedanz Z1 anpassen. Die Resonanz-LC-Schaltungs-Auswahltabelle TB2, die in 8 dargestellt ist, ist eine beispielhafte Tabelle, die in der Leistungsübertragungseinheit 10 angeordnet ist. Wenn die Resonanz-LC-Schaltungs-Auswahltabelle TB2 in der Leistungsempfangseinheit 20 angeordnet ist, obwohl nicht dargestellt, werden die Resonanz-LC-Umschalter Se_SW1 bis Se_SW3, die der Leistungsempfangseinheit 20 entsprechen, auf Elemente der Resonanz-LC-Umschalter Pr_SW gesetzt. Der Resonanz-LC-Umschalter Pr_SW kann durch EIN/AUS-Schalten des Betätigungsschalters SW ohne Verwendung des Gesamtstromwerts umgeschaltet werden. In diesem Fall wird eine Tabelle verwendet, die eine Entsprechungsbeziehung zwischen EIN/AUS-Informationen des Betätigungsschalters SW und dem Resonanz-LC-Umschalter Pr_SW angibt.
Als nächstes beschreibt das Folgende ein Betriebsbeispiel der kontaktlosen Leistungsübertragungsvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform. Wie in 9 dargestellt, erfasst die Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit 15 die Schaltinformationen, die EIN oder AUS der Lasten 3 angeben, vom Betätigungsschalter SW (Schritt S1). Als nächstes überträgt die Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit 15 die Schaltinformationen zur Leistungsempfangseinheit 20 über die Sendeantenne 14 (Schritt S2). Die Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit 15 bestimmt dann, ob alle Lasten 3 auf ausgeschaltet gesetzt sind, auf der Basis der Schaltinformationen (Schritt S3). Wenn alle Lasten 3 auf ausgeschaltet gesetzt sind (Ja in Schritt S3), stoppt die Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit 15 den Wechselrichter 12 (Schritt S4), setzt alle Resonanz-LC-Umschalter Pr_SW auf ausgeschaltet (Schritt S5) und beendet die Verarbeitung.
Wenn im vorstehend beschriebenen Schritt S3 nicht alle Lasten 3 auf ausgeschaltet gesetzt sind (Nein in Schritt S3), berechnet die Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit 15 den Gesamtstromwert der anzutreibenden Lasten 3 auf der Basis der Schaltinformationen (Schritt S6). Die Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit 15 bezieht sich beispielsweise auf die Laststromtabelle TB1 und berechnet den Gesamtstromwert (6,2 A), der durch Summieren des Stromwerts (1,2 A) der ersten Last 3a, deren Betätigungsschalter SW eingeschaltet ist, und des Stromwerts (5,0 A) der dritten Last 3c, deren Betätigungsschalter SW eingeschaltet ist, erhalten wird. Als nächstes wählt die Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit 15 den Resonanz-LC-Umschalter Pr_SW, der eingeschaltet werden soll, auf der Basis des Gesamtstromwerts aus (Schritt S7) und schaltet den ausgewählten Resonanz-LC-Umschalter Pr_SW ein (Schritt S8). Die Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit 15 bezieht sich beispielsweise auf die Resonanz-LC-Schaltungs-Auswahltabelle TB2 und setzt gemäß dem Gesamtstromwert (6,2 A) den Resonanz-LC-Umschalter Pr_SW1 auf EIN und setzt die Resonanz-LC-Umschalter Pr_SW2 und Pr_SW3 auf AUS. Wenn der Gesamtstromwert der Lasten 3 groß ist und die Impedanz der Last 3 klein ist, kann folglich die Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit 15 die LC-Schaltung 19 mit der Resonanzspule L1, die sechsmal gewickelt ist, in der variablen Impedanzschaltung 16 festlegen, um die Leistungsübertragung durchzuführen. Folglich kann die Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit 15 den Induktivitätswert und die Kapazität der variablen Impedanzschaltung 16 ändern und die Impedanz der variablen Impedanzschaltung 16 ändern. Folglich kann die Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit 15 die Ausgangsimpedanz Z0 und die Eingangsimpedanz Z1 in Zusammenwirkung mit der Impedanzsteuerung anpassen, die durch die Leistungsempfangsseiten-Steuereinheit 25 (später beschrieben) durchgeführt wird. Anschließend treibt die Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit 15 den Wechselrichter 12 an, um elektrische Leistung zur Leistungsempfangseinheit 20 durch magnetische Resonanz zu übertragen (Schritt S9), und beendet die Verarbeitung.
Als nächstes beschreibt das Folgende ein Betriebsbeispiel der Leistungsempfangsseiten-Steuereinheit 25. Wie in 10 dargestellt, empfängt die Leistungsempfangsseiten-Steuereinheit 25 die Schaltinformationen, die von der Leistungsübertragungseinheit 10 übertragen werden (Schritt T1). Als nächstes bestimmt die Leistungsempfangsseiten-Steuereinheit 25, ob alle Lasten 3 auf ausgeschaltet gesetzt sind, auf der Basis der Schaltinformationen (Schritt T2). Wenn alle Lasten 3 auf ausgeschaltet gesetzt sind (Ja in Schritt T2), setzt die Leistungsempfangsseiten-Steuereinheit 25 alle Lasten 3 auf AUS (Schritt T3), setzt alle Resonanz-LC-Umschalter Se_SW auf AUS (Schritt T4) und beendet die Verarbeitung.
Wenn im vorstehend beschriebenen Schritt T2 nicht alle Lasten 3 auf ausgeschaltet gesetzt sind (Nein in Schritt T2), berechnet die Leistungsempfangsseiten-Steuereinheit 25 den Gesamtstromwert der anzutreibenden Lasten 3 auf der Basis der Schaltinformationen (Schritt T5). Die Leistungsempfangsseiten-Steuereinheit 25 bezieht sich beispielsweise auf die Laststromtabelle TB1 und berechnet den Gesamtstromwert (6,2 A), der durch Summieren des Stromwerts (1,2 A) der ersten Last 3a, deren Betätigungsschalter SW eingeschaltet ist, und des Stromwerts (5,0 A) der dritten Last 3c, deren Betätigungsschalter SW eingeschaltet ist, erhalten wird. Als nächstes wählt die Leistungsempfangsseiten-Steuereinheit 25 den einzuschaltenden Resonanz-LC-Umschalter Se_SW auf der Basis des Gesamtstromwerts aus (Schritt T6) und schaltet den ausgewählten Resonanz-LC-Umschalter Se_SW ein (Schritt T7). Die Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit 15 bezieht sich beispielsweise auf eine Resonanz-LC-Schaltungs-Auswahltabelle (nicht dargestellt) und setzt gemäß dem Gesamtstromwert (6,2 A) den Resonanz-LC-Umschalter Se_SW1 auf EIN und setzt die Resonanz-LC-Umschalter Se_SW2 und Se_SW3 auf AUS. Wenn der Gesamtstromwert der Lasten 3 groß ist und die Impedanz der Last 3 klein ist, kann folglich die Leistungsempfangsseiten-Steuereinheit 25 die LC-Schaltung 29 mit der Resonanzspule L1, die sechsmal gewickelt ist, festlegen, um die Leistungsübertragung durchzuführen. Folglich kann die Leistungsempfangsseiten-Steuereinheit 25 den Induktivitätswert und die Kapazität der variablen Impedanzschaltung 26 ändern und die Impedanz der variablen Impedanzschaltung 26 ändern. Folglich kann die Leistungsempfangsseiten-Steuereinheit 25 die Ausgangsimpedanz Z0 und die Eingangsimpedanz Z1 in Zusammenwirkung mit der Impedanzsteuerung anpassen, die durch die Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit 15 durchgeführt wird. Als nächstes setzt die Leistungsempfangsseiten-Steuereinheit 25 die Last 3 gemäß den Schaltinformationen auf EIN (Schritt T8). Wenn beispielsweise die Schaltinformationen angeben, die erste Last 3a und die dritte Last 3c einzuschalten, weist die Leistungsempfangsseiten-Steuereinheit 25 den Leistungsverteiler 30 an, die erste Last 3a und die dritte Last 3c einzuschalten. Der Leistungsverteiler 30 setzt die erste Last 3a und die dritte Last 3c auf EIN und verteilt den elektrischen Strom zur ersten Last 3a und zur dritten Last 3c.
Als nächstes beschreibt das Folgende eine Anomaliedetektion des Stromwerts des elektrischen Stroms, der in der Last 3 fließt. Die Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit 15 und/oder die Leistungsempfangsseiten-Steuereinheit 25 meldet eine Anomalie, wenn der Stromwert des elektrischen Stroms, der tatsächlich zur Last 3 geliefert wird, einen vorbestimmten Schwellenwert des elektrischen Stroms nicht erfüllt. Wie in 11 und 12 dargestellt, weist beispielsweise die Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit 15 eine Bestimmungsregion im Voraus zum Bestimmen der Anomalie als Schwellenwert auf. Die Bestimmungsregion ist eine Region, in der der Stromwert des elektrischen Stroms eine konstante Breite aufweist, und die aus einem Bereich mit einem oberen Grenzwert K1 als obere Grenze der Bestimmungsregion und einem unteren Grenzwert K2 als untere Grenze der Bestimmungsregion besteht. Die mit der Leistungsempfangseinheit 20 zu verbindende Last 3 wird so festgelegt, dass der Stromwert des zur Last 3 zu liefernden elektrischen Stroms abgeschätzt werden kann. Folglich wird eine Region mit einer konstanten Breite im Voraus als Bestimmungsregion festgelegt. Die Bestimmungsregion wird durch Berücksichtigen einer Schwankung des Stromwerts bestimmt, die durch einen Herstellungsfehler, einen Montagefehler und dergleichen am Stromwert, der für die Last 3 bestimmt wird, verursacht wird.
Wenn der Stromwert des elektrischen Stroms, der tatsächlich zur Last 3 geliefert wird, innerhalb der Bestimmungsregion liegt, bestimmt die Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit 15 den Stromwert als normal. Wenn der Stromwert des elektrischen Stroms, der tatsächlich zur Last 3 geliefert wird, außerhalb der Bestimmungsregion liegt, bestimmt die Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit 15 den Stromwert als anomal. Wenn beispielsweise ein Fremdstoff zwischen die Resonanzspule L der Leistungsübertragungsspuleneinheit 11 und die Resonanzspule L der Leistungsempfangsspuleneinheit 21 gemischt ist oder der Übertragungsweg kurzgeschlossen ist und ein Stromwert I des elektrischen Stroms, der in der Last 3 fließt, den oberen Grenzwert K1 in der Bestimmungsregion überschreitet, wie in 12 dargestellt, bestimmt die Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit 15 den Stromwert als anomal. Wenn ein Abstand zwischen der Resonanzspule L der Leistungsübertragungsspuleneinheit 11 und der Resonanzspule L der Leistungsempfangsspuleneinheit 21 groß wird oder der Übertragungsweg getrennt ist, und der Stromwert I des elektrischen Stroms, der in der Last 3 fließt, unter den unteren Grenzwert K2 in der Bestimmungsregion fällt, obwohl der elektrische Strom auf der Basis der Schaltinformationen in der Last 3 fließt, bestimmt die Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit 15 den Stromwert als anomal. Wenn der Stromwert als anomal bestimmt wird, meldet die Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit 15 die Anomalie mit einer Alarmlampe, einem Alarmsummer oder dergleichen (nicht dargestellt), der im Fahrzeug angeordnet ist, und stoppt den Wechselrichter 12 oder senkt eine Ausgabe aus dem Wechselrichter 12.
Wie vorstehend beschrieben, ändert in der kontaktlosen Leistungsübertragungsvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform die Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit 15 die Impedanz der variablen Impedanzschaltung 16, die Leistungsempfangsseiten-Steuereinheit 25 ändert die Impedanz der variablen Impedanzschaltung 26 und die Ausgangsimpedanz Z0 auf der Seite der Leistungsversorgung 2 in Bezug auf die Leistungsübertragungsspuleneinheit 11 und die Eingangsimpedanz Z1 auf der Seite der Last 3 in Bezug auf die Leistungsübertragungsspuleneinheit 11 werden angepasst. Folglich kann die kontaktlose Leistungsübertragungsvorrichtung 1 eine Impedanzanpassung gemäß einer Fehlregistrierung zwischen der Leistungsübertragungsspuleneinheit 11 und der Leistungsempfangsspuleneinheit 21, einer Veränderung der Impedanz der Last 3 und dergleichen durchführen. Die kontaktlose Leistungsübertragungsvorrichtung 1 kann eine Impedanzanpassung ohne Verwendung einer Anpassungsschaltung 40 (später beschrieben) durchführen, so dass ein Schaltungsmaßstab verringert werden kann. Folglich kann die kontaktlose Leistungsübertragungsvorrichtung 1 eine Leistungsübertragung mit hoher Effizienz unter Verwendung einer Schaltung im kleinen Maßstab durchführen. Die kontaktlose Leistungsübertragungsvorrichtung 1 kann eine Leistungsübertragung mit hoher Effizienz durchführen, so dass eine elektromagnetische Welle am Austritt gehindert werden kann.
In der kontaktlosen Leistungsübertragungsvorrichtung 1 schaltet die Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit 15 die LC-Schaltungen 19 um, so dass sie in Reihe oder parallel geschaltet werden, um den Induktivitätswert und die Kapazität zu ändern, die Leistungsempfangsseiten-Steuereinheit 25 schaltet die LC-Schaltungen 29 um, so dass sie in Reihe oder parallel geschaltet werden, um den Induktivitätswert und die Kapazität zu ändern, und die Ausgangsimpedanz Z0 und die Eingangsimpedanz Z1 werden angepasst. Wenn in der kontaktlosen Leistungsübertragungsvorrichtung 1 die LC-Schaltungen 19 und 29 so geschaltet werden, dass sie parallel geschaltet werden, in einem Fall, in dem die Impedanz der Last 3 klein ist, wird folglich der Induktivitätswert der Resonanzspule L im Vergleich zu einem Fall einer Reihenschaltung verringert, so dass die Übertragungseffizienz verbessert werden kann. Wenn in der kontaktlosen Leistungsübertragungsvorrichtung 1 die LC-Schaltungen 19 und 29 so geschaltet werden, dass sie in Reihe geschaltet werden, in einem Fall, in dem die Impedanz der Last 3 groß ist, wird außerdem der Induktivitätswert der Resonanzspule L im Vergleich zu einem Fall der Parallelschaltung erhöht, so dass die Übertragungseffizienz verbessert werden kann.
In der kontaktlosen Leistungsübertragungsvorrichtung 1 ändert die Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit 15 die Impedanz der variablen Impedanzschaltung 16 auf der Basis der EIN/AUS-Betätigung des Betätigungsschalters SW und die Leistungsempfangsseiten-Steuereinheit 25 ändert den Induktivitätswert und die Kapazität der variablen Impedanzschaltung 26 auf der Basis der EIN/AUS-Betätigung des Betätigungsschalters SW. Folglich ändert die kontaktlose Leistungsübertragungsvorrichtung 1 die Impedanz der variablen Impedanzschaltungen 16 und 26 durch eine einfache Steuerung, so dass ein Rechenausmaß unterdrückt werden kann.
Wenn in der kontaktlosen Leistungsübertragungsvorrichtung 1 der Stromwert des elektrischen Stroms, der tatsächlich zur Last 3 geliefert wird, den vorbestimmten Schwellenwert des elektrischen Stroms nicht erfüllt, meldet die Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit 15 eine Anomalie. In der kontaktlosen Leistungsübertragungsvorrichtung 1 kann folglich verhindert werden, dass Schaltungen in einem Fall beschädigt werden, in dem ein Überstrom fließt und dergleichen. Die kontaktlose Leistungsübertragungsvorrichtung 1 kann eine Anomalie ohne Hinzufügen von Sensoren wie z. B. eines Thermistors zu dieser detektieren, so dass verhindert werden kann, dass die Größe der Vorrichtung zunimmt.
Modifikation der ersten Ausführungsform
Als nächstes beschreibt das Folgende eine Modifikation der ersten Ausführungsform. Vorstehend ist ein Beispiel der Laststromtabelle TB1 beschrieben, in der der Stromwert des in der Last 3 fließenden elektrischen Stroms konstant ist, aber es kann einen Fall geben, in dem der Stromwert des in der Last 3 fließenden elektrischen Stroms mit einem Ablauf der Zeit variiert. Wie in 13 dargestellt, ist eine Laststromtabelle TB1a eine Tabelle, die annimmt, dass die Last 3 beispielsweise eine Lampe und dergleichen ist und der Stromwert des in der Last 3 fließenden elektrischen Stroms mit einem Ablauf der Zeit variiert. Die Laststromtabelle TB1a ist beispielsweise eine Tabelle, die annimmt, dass die dritte Last 3c eine Lampe ist, der Stromwert der dritten Last 3c erhöht wird, unmittelbar nachdem die dritte Last 3c eingeschaltet wird, der Stromwert eine Spitze 5 ms, nachdem die dritte Last 3c eingeschaltet wird, erreicht und der Stromwert der dritten Last 3c allmählich fällt, nachdem 5 ms abgelaufen sind, nachdem die dritte Last 3c eingeschaltet wird. Zusätzlich zur Abschätzung des Stromwerts der Last 3 kann ein variierender Stromwert der Last 3 in Echtzeit gemessen werden. In der Laststromtabelle TB1a ist der Stromwert des in der ersten Last 3a fließenden elektrischen Stroms konstant. In diesem Fall ist gemäß der Laststromtabelle TB1a beispielsweise in einem Zustand, in dem die erste Last 3a eingeschaltet ist und 30 ms abgelaufen sind, nachdem die dritte Last 3c eingeschaltet wird, ein abgeschätzter Gesamtstromwert des in der ersten Last 3a und der dritten Last 3c fließenden elektrischen Stroms 7,7 A, der durch Addieren des Stromwerts (1,2 A) der ersten Last 3a zum Stromwert (6,5 A) der dritten Last 3c erhalten wird.
Die Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit 15 schaltet den Resonanz-LC-Umschalter Pr_SW auf der Basis des abgeschätzten Gesamtstromwerts jeder Last 3 um. Wie in 14 dargestellt, wenn beispielsweise der Betätigungsschalter SW nur der ersten Last 3a eingeschaltet ist und der abgeschätzte Gesamtstromwert der ersten Last 3a und der dritten Last 3c 1,5 A nicht überschreitet, setzt die Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit 15 den Resonanz-LC-Umschalter Pr_SW2 auf EIN und setzt die Resonanz-LC-Umschalter Pr_SW1 und Pr_SW3 auf AUS, um die Resonanzspule L1 (sechsmal gewickelt) und L2 (zwölfmal gewickelt) der LC-Schaltung 19 zu verbinden. Wenn die Betätigungsschalter SW der ersten Last 3a und der dritten Last 3c eingeschaltet werden, und der abgeschätzte Gesamtstromwert der ersten Last 3a und der dritten Last 3c, deren Stromwerte mit einem Ablauf der Zeit variieren, erhöht wird, so dass er im Bereich von 1,5 A bis 6,0 A liegt, setzt die Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit 15 den Resonanz-LC-Umschalter Pr_SW3 auf EIN und setzt die Resonanz-LC-Umschalter Pr_SW1 und Pr_SW2 auf AUS, um die Resonanzspule L2 (zwölfmal gewickelt) der LC-Schaltung 19 zu verbinden. Wenn die Betätigungsschalter SW der ersten Last 3a und der dritten Last 3c eingeschaltet werden und der abgeschätzte Gesamtstromwert der ersten Last 3a und der dritten Last 3c, deren Stromwerte mit einem Ablauf der Zeit variieren, weiter erhöht wird, so dass er 6,0 A überschreitet, setzt die Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit 15 den Resonanz-LC-Umschalter Pr_SW1 auf EIN und setzt die Resonanz-LC-Umschalter Pr_SW2 und Pr_SW3 auf AUS, um die Resonanzspule L1 (sechsmal gewickelt) der LC-Schaltung 19 zu verbinden. In dieser Weise berechnet die Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit 15 den abgeschätzten Gesamtstromwert, während sie den Stromwert des in der dritten Last 3c fließenden elektrischen Stroms überwacht, deren Stromert mit einem Ablauf der Zeit variiert, um die Resonanz-LC-Umschalter Pr_SW1 bis Pr_SW3 umzuschalten.
Als nächstes beschreibt das Folgende ein Beispiel, in dem der Stromwert des elektrischen Stroms der Last 3 mit einem Ablauf der Zeit variiert, mit Bezug auf einen Ablaufplan. Derselbe Inhalt wie das Betriebsbeispiel der kontaktlosen Leistungsübertragungsvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform wird in einigen Fällen nicht wiederholt. Wie in 15 dargestellt, erfasst die Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit 15 die Schaltinformationen, die EIN oder AUS der Last 3 ausgeben, vom Betätigungsschalter SW (Schritt S1a) und überträgt die Schaltinformationen zur Leistungsempfangseinheit 20 über die Sendeantenne 14 (Schritt S2a). Als nächstes bestimmt die Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit 15, ob alle Lasten 3 auf ausgeschaltet gesetzt sind, auf der Basis der Schaltinformationen (Schritt S3a). Wenn alle Lasten 3 auf ausgeschaltet gesetzt sind (Ja in Schritt S3a), stoppt die Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit 15 den Wechselrichter 12 (Schritt S4a), setzt alle Resonanz-LC-Umschalter Pr_SW auf AUS (Schritt S5a) und beendet die Verarbeitung.
Wenn im vorstehend beschriebenen Schritt S3a nicht alle Lasten 3 auf ausgeschaltet gesetzt sind (Nein in Schritt S3a), empfängt die Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit 15 den abgeschätzten Gesamtstromwert der anzutreibenden Last 3 von der Leistungsempfangseinheit 20 (Schritt S6a). Die Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit 15 bezieht sich beispielsweise auf die Laststromtabelle TB1 und empfängt den abgeschätzten Gesamtstromwert (7,7 A), der durch Summieren des Stromwerts (1,2 A) der ersten Last 3a, deren Betätigungsschalter SW eingeschaltet ist, und des Stromwerts (6,5 A) der dritten Last 3c, deren Stromwert mit einem Ablauf der Zeit variiert, erhalten wird. Als nächstes bezieht sich die Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit 15 auf die Resonanz-LC-Schaltungs-Auswahltabelle TB2, wählt den einzuschaltenden Resonanz-LC-Umschalter Pr_SW1 auf der Basis des abgeschätzten Gesamtstromwerts aus (Schritt S7a), und schaltet den ausgewählten Resonanz-LC-Umschalter Pr_SW1 ein (Schritt S8a). Selbst wenn der Stromwert der Last 3 mit einem Ablauf der Zeit variiert, kann folglich die Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit 15 die Ausgangsimpedanz Z0 und die Eingangsimpedanz Z1 in Zusammenwirkung mit der Impedanzsteuerung anpassen, die durch die Leistungsempfangsseiten-Steuereinheit 25 durchgeführt wird. Anschließend treibt die Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit 15 den Wechselrichter 12 an, um elektrische Leistung zur Leistungsempfangseinheit 20 durch magnetische Resonanz zu übertragen (Schritt S9a), und beendet die Verarbeitung.
Als nächstes beschreibt das Folgende ein Betriebsbeispiel der Leistungsempfangsseiten-Steuereinheit 25. Wie in 16 dargestellt, empfängt die Leistungsempfangsseiten-Steuereinheit 25 die Schaltinformationen, die von der Leistungsübertragungseinheit 10 übertragen werden (Schritt T1a). Die Leistungsempfangsseiten-Steuereinheit 25 bestimmt dann, ob alle Lasten 3 auf ausgeschaltet gesetzt sind, auf der Basis der Schaltinformationen (Schritt T2a). Wenn alle Lasten 3 auf ausgeschaltet gesetzt sind (Ja in Schritt T2a), setzt die Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit 15 die EIN-Zeit des Betätigungsschalters SW jeder Last 3 zurück (Schritt T20a). Als nächstes setzt die Leistungsempfangsseiten-Steuereinheit 25 alle Lasten 3 auf AUS (Schritt T3a), setzt alle Resonanz-LC-Umschalter Se_SW auf AUS (Schritt T4a) und beendet die Verarbeitung.
Wenn im vorstehend beschriebenen Schritt T2a nicht alle Lasten 3 auf ausgeschaltet gesetzt sind (Nein in Schritt T2a), bestimmt die Leistungsempfangsseiten-Steuereinheit 25, ob der Betätigungsschalter SW1 eingeschaltet ist (Schritt T21a). Wenn bestimmt wird, dass der Betätigungsschalter SW1 eingeschaltet ist (Ja in Schritt T21a), zählt die Leistungsempfangsseiten-Steuereinheit 25 die EIN-Zeit des Betätigungsschalters SW1 der ersten Last 3a zusammen (Schritt T22a) und erfasst den abgeschätzten Stromwert der ersten Last 3a (Schritt T23a). Wenn bestimmt wird, dass der Betätigungsschalter SW1 nicht eingeschaltet ist (Nein in Schritt T21a), setzt die Leistungsempfangsseiten-Steuereinheit 25 den abgeschätzten Stromwert der ersten Last 3a auf null (0) (Schritt T24a) und setzt die EIN-Zeit des Betätigungsschalters SW1 der ersten Last 3a zurück (Schritt T25a).
Als nächstes bestimmt die Leistungsempfangsseiten-Steuereinheit 25, ob der Betätigungsschalter SW2 eingeschaltet ist (Schritt T26a). Wenn bestimmt wird, dass der Betätigungsschalter SW2 eingeschaltet ist (Ja in Schritt T26a), zählt die Leistungsempfangsseiten-Steuereinheit 25 die EIN-Zeit des Betätigungsschalters SW2 der zweiten Last 3b zusammen (Schritt T27a) und erfasst den abgeschätzten Stromwert der zweiten Last 3b (Schritt T28a). Wenn bestimmt wird, dass der Betätigungsschalter SW2 nicht eingeschaltet ist (Nein in Schritt T26a), setzt die Leistungsempfangsseiten-Steuereinheit 25 den abgeschätzten Stromwert der zweiten Last 3b auf null (0) (Schritt T29a) und setzt die EIN-Zeit des Betätigungsschalters SW2 der zweiten Last 3b zurück (Schritt T30a).
Als nächstes bestimmt die Leistungsempfangsseiten-Steuereinheit 25, ob der Betätigungsschalter SW3 eingeschaltet ist (Schritt T31a). Wenn bestimmt wird, dass der Betätigungsschalter SW3 eingeschaltet ist (Ja in Schritt T31a), zählt die Leistungsempfangsseiten-Steuereinheit 25 die EIN-Zeit des Betätigungsschalters SW3 der dritten Last 3c zusammen (Schritt T32a) und erfasst den abgeschätzten Stromwert der dritten Last 3c (Schritt T33a). Wenn bestimmt wird, dass der Betätigungsschalter SW3 nicht eingeschaltet ist (Nein in Schritt T31a), setzt die Leistungsempfangsseiten-Steuereinheit 25 den abgeschätzten Stromwert der dritten Last 3c auf null (0) (Schritt T34a) und setzt die EIN-Zeit des Betätigungsschalters SW3 der dritten Last 3c zurück (Schritt T35a).
Als nächstes erhält die Leistungsempfangsseiten-Steuereinheit 25 den abgeschätzten Gesamtstromwert durch Summieren von abgeschätzten Stromwerten der individuellen Lasten 3 (Schritt T36a) und überträgt den abgeschätzten Gesamtstromwert zur Leistungsübertragungseinheit 10 (Schritt T5a). Die Leistungsempfangsseiten-Steuereinheit 25 wählt dann den einzuschaltenden Resonanz-LC-Umschalter Se_SW auf der Basis des abgeschätzten Gesamtstromwerts aus (Schritt T6a) und schaltet den ausgewählten Resonanz-LC-Umschalter Se_SW ein (Schritt T7a). Selbst wenn der Stromwert der Last 3 mit einem Ablauf der Zeit variiert, kann folglich die Leistungsempfangsseiten-Steuereinheit 25 die Ausgangsimpedanz Z0 und die Eingangsimpedanz Z1 in Zusammenwirkung mit der Impedanzsteuerung anpassen, die durch die Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit 15 durchgeführt wird. Als nächstes setzt die Leistungsempfangsseiten-Steuereinheit 25 die Last 3 gemäß den Schaltinformationen auf EIN (Schritt T8a) und beendet die Verarbeitung.
Wie vorstehend beschrieben, ändern in der kontaktlosen Leistungsübertragungsvorrichtung 1 gemäß der Modifikation der ersten Ausführungsform die Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit 15 und die Leistungsempfangsseiten-Steuereinheit 25 den Induktivitätswert und die Kapazität der variablen Impedanzschaltungen 16 und 26 auf der Basis der Zeit, die abgelaufen ist, nachdem der Betätigungsschalter SW eingeschaltet wird. Selbst wenn die Impedanz der Last 3 mit einem Ablauf der Zeit variiert, kann folglich die kontaktlose Leistungsübertragungsvorrichtung 1 die Ausgangsimpedanz Z0 und die Eingangsimpedanz Z1 anpassen.
In der kontaktlosen Leistungsübertragungsvorrichtung 1 ist die variable Impedanzschaltung 16 in der Leistungsübertragungseinheit 10 installiert und die variable Impedanzschaltung 26 ist in der Leistungsempfangseinheit 20 installiert. Die Ausführungsform ist jedoch nicht darauf begrenzt. In der kontaktlosen Leistungsübertragungsvorrichtung 1 ist die variable Impedanzschaltung 26 nicht notwendigerweise in der Leistungsempfangseinheit 20 installiert und nur die variable Impedanzschaltung 16 kann in der Leistungsübertragungseinheit 10 installiert sein. In der kontaktlosen Leistungsübertragungsvorrichtung 1 ist die variable Impedanzschaltung 16 nicht notwendigerweise in der Leistungsübertragungseinheit 10 installiert und nur die variable Impedanzschaltung 26 kann in der Leistungsempfangseinheit 20 installiert sein.
Die kontaktlose Leistungsübertragungsvorrichtung 1 kann die Anpassungsschaltung 40 umfassen (siehe 1). In der kontaktlosen Leistungsübertragungsvorrichtung 1 ist beispielsweise die Anpassungsschaltung 40 zwischen dem Wechselrichter 12 und der Leistungsübertragungsspuleneinheit 11 installiert. In der kontaktlosen Leistungsübertragungsvorrichtung 1 kann die Anpassungsschaltung 40 am Wechselrichter 12 montiert sein oder an der Leistungsversorgung 2 montiert sein. Die Anpassungsschaltung 40 umfasst eine variable Spule, die von der Resonanzspule L verschieden ist, und einen variablen Kondensator, der vom Resonanzkondensator C verschieden ist. Die kontaktlose Leistungsübertragungsvorrichtung 1 bewirkt, dass die variablen Impedanzschaltungen 16 und 26 mit der Anpassungsschaltung 40 zusammenwirken, um die Ausgangsimpedanz Z0 und die Eingangsimpedanz Z1 anzupassen. In dieser Weise wird die Impedanzanpassung mit der Anpassungsschaltung 40 und den variablen Impedanzschaltungen 16 und 26 durchgeführt, so dass die kontaktlose Leistungsübertragungsvorrichtung 1 mit einer breiten Impedanzvariation zurechtkommen kann, selbst wenn eine Einstellungsbreite der Anpassungsschaltung 40 klein ist, und dass der Schaltungsmaßstab der Anpassungsschaltung 40 verringert werden kann. Die kontaktlose Leistungsübertragungsvorrichtung 1 kann die Impedanzanpassung unter Verwendung der variablen Impedanzschaltungen 16 und 26 ohne die Anpassungsschaltung 40 durchführen.
Wie in 17 dargestellt, kann die variable Impedanzschaltung 16 eine variable Impedanzschaltung 16C mit mehreren LC-Schaltungen 19 (Resonanzspulen L (L1 bis L3)), die in Reihe angeordnet sind, und den Resonanz-LC-Umschaltern Pr_SW (Pr_SW1 bis Pr_SW3), die nacheinander die Anzahl der LC-Schaltungen 19, die in Reihe geschaltet sind, umschalten, sein. Obwohl der Resonanzkondensator C der LC-Schaltung 19 in diesem Beispiel der variablen Impedanzschaltung 16C nicht dargestellt ist, ist der Resonanzkondensator C beispielsweise für jede Resonanzspule L in Reihe angeordnet. In diesem Fall werden in der variablen Impedanzschaltung 16C die LC-Schaltungen 19, die in Reihe geschaltet sind, nacheinander erhöht oder verringert, um die Impedanz der variablen Impedanzschaltung 16C zu ändern, und die Ausgangsimpedanz Z0 und die Eingangsimpedanz Z1 werden angepasst.
Unter den Resonanzspulen L der individuellen LC-Schaltungen 19, die nacheinander in Reihe geschaltet sind, ist die Leiterquerschnittsfläche der Resonanzspule L in einer späteren Stufe kleiner als die Leiterquerschnittsfläche der Resonanzspule L in einer früheren Stufe. Drei LC-Schaltungen 19 sind beispielsweise in Reihe in der variablen Impedanzschaltung 16C angeordnet, die Resonanzspule L1 der LC-Schaltung 19, die zuerst verbunden ist, weist die größte Leiterquerschnittsfläche auf, die Resonanzspule L2 der LC-Schaltung 19, die anschließend verbunden ist, weist die zweitgrößte Leiterquerschnittsfläche auf und die Resonanzspule L3 der LC-Schaltung 19, die zuletzt verbunden ist, weist die kleinste Leiterquerschnittsfläche auf. Dies liegt daran, dass der Spulendraht der Resonanzspule L, der der Impedanz der Last 3 entspricht, dünner sein kann, wenn die Impedanz der Last 3 zunimmt. In der variablen Impedanzschaltung 16C wird beispielsweise nur die LC-Schaltung 19 der Resonanzspule L1 mit der größten Leiterquerschnittsfläche verbunden, wenn die Impedanz der Last 3 am kleinsten ist, die LC-Schaltung 19 der Resonanzspule L1 mit der größten Leiterquerschnittsfläche und die LC-Schaltung 19 der Resonanzspule L2 mit der zweitgrößten Leiterquerschnittsfläche werden verbunden, wenn die Impedanz der Last 3 die zweitkleinste ist, und alle LC-Schaltungen 19 werden verbunden, wenn die Impedanz der Last 3 am größten ist. Mit der variablen Impedanzschaltung 16C kann folglich die Leiterquerschnittsfläche der Resonanzspule L verringert werden und die Größe und das Gewicht der Resonanzspule L können verringert werden. Mit der variablen Impedanzschaltung 16C kann außerdem eine Menge an Verwendung des Spulendrahts der Resonanzspule L verringert werden und die Produktionskosten können verringert werden.
Als nächstes beschreibt das Folgende eine Modifikation der Resonanzspule L. Wie in 18 dargestellt, ist beispielsweise eine Resonanzspule La in einer Spiralform ausgebildet, so dass mehrere (beispielsweise zwei) Spulendrähte 17d und 17e nebeneinander in einer axialen Richtung der Resonanzspule La angeordnet sind. In der Resonanzspule La ist der magnetische Körper 17c, der aus Ferrit oder dergleichen besteht, so angeordnet, dass er der axialen Richtung gegenüberliegt. In dieser Weise kann die Resonanzspule La derart ausgebildet sein, dass mehrere Spulendrähte 17d und 17e nebeneinander in der axialen Richtung der Resonanzspule La angeordnet sind. Die Resonanzspule La weist denselben Effekt wie jenen der Resonanzspule L auf.
Wie in 19 dargestellt, weist eine Resonanzspule Lb eine Form auf, die um ein plattenförmiges Element in einer Spiralweise gewickelt ist. Die Resonanzspule Lb ist in einer Spiralweise ausgebildet, so dass mehrere (beispielsweise zwei) Spulendrähte 17f und 17g nebeneinander in einer axialen Richtung der Resonanzspule Lb angeordnet sind. Die Größe der Resonanzspule Lb kann unter Verwendung von mehreren Spulendrähten 17f und 17g verringert werden. Die Resonanzspule Lb kann eingestellt werden, so dass sie mehrere Induktivitätswerte aufweist, indem die Spulendrähte 17f und 17g parallel oder in Reihe geschaltet werden. Die Resonanzspule Lb ist beispielsweise um den magnetischen Körper 17c, der aus Ferrit oder dergleichen besteht, in einer Spiralweise gewickelt. Als magnetischer Körper 17c kann ein plattenförmiges magnetisches Element verwendet werden oder ein unterteiltes magnetisches Element kann verwendet werden. Die Resonanzspule Lb kann eine andere Form aufweisen und umfasst nicht notwendigerweise den magnetischen Körper 17c, solange ein gewünschter Induktivitätswert und ein gewünschter Kopplungskoeffizient erhalten werden können.
Wie in 20 dargestellt, weist eine Resonanzspule Lc eine Form auf, die um ein plattenförmiges Element in einer Spiralweise gewickelt ist, so dass mehrere (beispielsweise zwei) Spulendrähte 17h und 17i individuell nebeneinander in einer axialen Richtung der Resonanzspule Lc in einer Spiralweise angeordnet sind. Die Resonanzspule Lc kann so eingestellt werden, dass sie mehrere Induktivitätswerte aufweist, indem die Spulendrähte 17h und 17i parallel oder in Reihe geschaltet werden. Die Resonanzspule Lc ist beispielsweise um den magnetischen Körper 17c, der aus Ferrit oder dergleichen besteht, in einer Spiralweise gewickelt. Die Resonanzspule Lc kann eine andere Form aufweisen und umfasst nicht notwendigerweise den magnetischen Körper 17c, solange ein gewünschter Induktivitätswert und ein gewünschter Kopplungskoeffizient erhalten werden können.
Wie in 21 dargestellt, weist eine Resonanzspule Ld eine Form auf, die um ein zylindrisches oder ein rundes säulenförmiges Element in einer Spiralweise gewickelt ist. Die Resonanzspule Ld ist in einer Spiralweise ausgebildet, so dass mehrere (beispielsweise zwei) Spulendrähte 17j und 17k nebeneinander in einer axialen Richtung der Resonanzspule Ld angeordnet sind. Die Größe der Resonanzspule Ld kann unter Verwendung von mehreren Spulendrähten 17j und 17k verringert werden. Die Resonanzspule Ld kann so eingestellt werden, dass sie mehrere Induktivitätswerte aufweist, indem die Spulendrähte 17j und 17k parallel oder in Reihe geschaltet werden. Die Resonanzspule Ld ist beispielsweise um einen magnetischen Körper 17m, der aus Ferrit oder dergleichen besteht, in einer Spiralweise gewickelt. Als magnetischer Körper 17m kann ein zylindrisches oder rundes säulenförmiges magnetisches Element verwendet werden oder ein unterteiltes magnetisches Element, das in einer zylindrischen Form oder einer runden Säulenform ausgebildet ist, kann verwendet werden. Die Resonanzspule Ld kann eine andere Form aufweisen und umfasst nicht notwendigerweise den magnetischen Körper 17m, solange ein gewünschter Induktivitätswert und ein gewünschter Kopplungskoeffizient erhalten werden können.
Wie in 22 dargestellt, weist die Resonanzspule Le eine Form auf, die um ein zylindrisches oder ein rundes säulenförmiges Element in einer Spiralweise gewickelt ist, so dass mehrere (beispielsweise zwei) Spulendrähte 17p und 17q individuell nebeneinander in einer axialen Richtung der Resonanzspule Le in einer Spiralweise angeordnet sind. Die Resonanzspule Le kann so eingestellt werden, dass sie mehrere Induktivitätswerte aufweist, indem die Spulendrähte 17p und 17q parallel oder in Reihe geschaltet werden. Die Resonanzspule Le ist beispielsweise um einen magnetischen Körper 17n, der aus Ferrit oder dergleichen besteht, in einer Spiralweise gewickelt. Als magnetischer Körper 17n kann ein zylindrisches oder rundes säulenförmiges magnetisches Element verwendet werden oder ein unterteiltes magnetisches Element, das in einer zylindrischen Form oder einer runden Säulenform ausgebildet ist, kann verwendet werden. Die Resonanzspule Le kann eine andere Form aufweisen und umfasst nicht notwendigerweise den magnetischen Körper 17h, solange ein gewünschter Induktivitätswert und ein gewünschter Kopplungskoeffizient erhalten werden können.
In der kontaktlosen Leistungsübertragungsvorrichtung 1 können die variablen Impedanzschaltungen 16 und 26 unter Verwendung einer variablen Resonanzspule L, deren Induktivitätswert eingestellt werden kann, und eines variablen Resonanzkondensators C, dessen Kapazität eingestellt werden kann, konfiguriert sein. In diesem Fall ändert durch Ändern des Induktivitätswerts der variablen Resonanzspule L und/oder der Kapazität des variablen Resonanzkondensators C die kontaktlose Leistungsübertragungsvorrichtung 1 die Impedanz der variablen Impedanzschaltungen 16 und 26, um die Ausgangsimpedanz Z0 und die Eingangsimpedanz Z1 anzupassen. Die kontaktlose Leistungsübertragungsvorrichtung 1 kann drei oder mehr LC-Schaltungen umfassen, um die Impedanz der variablen Impedanzschaltung 16 in einer mehrstufigen Weise zu ändern. Wie vorstehend beschrieben, ist ein Verfahren nicht begrenzt, solange die Impedanz der variablen Impedanzschaltung 16 durch die kontaktlose Leistungsübertragungsvorrichtung 1 geändert werden kann.
Um die Impedanzanpassung gemäß einer Fehlregistrierung zwischen der Leistungsübertragungsspuleneinheit 11 und der Leistungsempfangsspuleneinheit 21 durchzuführen, kann die kontaktlose Leistungsübertragungsvorrichtung 1 eine Lücke zwischen der Leistungsübertragungsspuleneinheit 11 und der Leistungsempfangsspuleneinheit 21 mit einem Sensor (nicht dargestellt) detektieren, die Resonanz-LC-Umschalter Pr_SW und Se_SW gemäß der detektierten Lücke umschalten und die Ausgangsimpedanz Z0 und die Eingangsimpedanz Z1 anpassen.
Zweite Ausführungsform
Als nächstes beschreibt das Folgende eine kontaktlose Leistungsübertragungsvorrichtung 1A gemäß einer zweiten Ausführungsform. Die kontaktlose Leistungsübertragungsvorrichtung 1A gemäß der zweiten Ausführungsform ist von der kontaktlosen Leistungsübertragungsvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform insofern verschieden, als die Impedanzanpassung durch Schalten der Verbindung nur der Resonanzspulen L (L1 bis L3) der variablen Impedanzschaltungen 16A und 26A durchgeführt wird. In der zweiten Ausführungsform ist dieselbe Komponente wie jene der kontaktlosen Leistungsübertragungsvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform mit demselben Bezugszeichen bezeichnet und deren ausführliche Beschreibung wird nicht wiederholt.
Wie in 23 dargestellt, umfasst die variable Impedanzschaltung 16A der Leistungsübertragungsspuleneinheit 11A mehrere Resonanzspulen L (L1 bis L3) und einen Resonanzkondensator C. In der variablen Impedanzschaltung 16A können die individuellen Resonanzspulen L durch einen Schaltmechanismus 13A parallel oder in Reihe geschaltet werden oder die individuellen Resonanzspulen L können selektiv verbunden werden. In der variablen Impedanzschaltung 16A wird folglich der Induktivitätswert der Resonanzspule L geändert und die Impedanz der variablen Impedanzschaltung 16A wird geändert. Wie in 17 dargestellt, kann unter den Resonanzspulen L der variablen Impedanzschaltung 16A die Leiterquerschnittsfläche der Resonanzspule L in einer späteren Stufe kleiner sein als die Leiterquerschnittsfläche der Resonanzspule L in einer früheren Stufe. In der variablen Impedanzschaltung 16A weist beispielsweise die Resonanzspule L1, die zuerst verbunden ist, die größte Leiterquerschnittsfläche auf, die Resonanzspule L2, die anschließend verbunden ist, weist die zweitgrößte Leiterquerschnittsfläche auf und die Resonanzspule L3, die zuletzt verbunden ist, weist die kleinste Leiterquerschnittsfläche auf.
Der Schaltmechanismus 13A der Leistungsübertragungsspuleneinheit 11A umfasst mehrere Resonanz-L-Umschalter L1_SW (L1_SW1 bis L1_SW3) und schaltet die Verbindung der individuellen Resonanzspulen L der Leistungsübertragungsspuleneinheit 11A um, wenn der Resonanz-L-Umschalter L1_SW EIN/AUS gesteuert wird. Insbesondere schaltet der Schaltmechanismus 13A die individuellen Resonanzspulen L parallel oder in Reihe und schaltet nacheinander die Anzahl der zu verbindenden Resonanzspulen L. Der Schaltmechanismus 13A verbindet beispielsweise die Resonanzspule L1 mit der Leistungsversorgung 2, wenn der Resonanz-L-Umschalter L1_SW1 eingeschaltet ist und die Resonanz-L-Umschalter L1_SW2 und L1_SW3 ausgeschaltet sind. Der Schaltmechanismus 13A schaltet die Resonanzspulen L1 und L2 in Reihe, wenn der Resonanz-L-Umschalter L1_SW2 eingeschaltet ist und die Resonanz-L-Umschalter L1_SW1 und L1_SW3 ausgeschaltet sind. Der Schaltmechanismus 13A schaltet die Resonanzspulen L1, L2 und L3 in Reihe, wenn der Resonanz-L-Umschalter L1_SW3 eingeschaltet ist und die Resonanz-L-Umschalter L1_SW1 und L1_SW2 ausgeschaltet sind. Als Resonanz-L-Umschalter L1_SW des Schaltmechanismus 13A wird ein Halbleiterschalter, ein mechanischer Schalter oder dergleichen verwendet.
Eine Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit 15A steuert den Resonanz-L-Umschalter L1_SW des Schaltmechanismus 13A auf der Basis der empfangenen Schaltinformationen auf EIN/AUS und schaltet die Verbindung der individuellen Resonanzspulen L in der variablen Impedanzschaltung 16A. Selbst wenn die Impedanz der Last 3 geändert wird, ändert folglich die Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit 15A die Impedanz der variablen Impedanzschaltung 16A durch Ändern des Impedanzwerts der variablen Impedanzschaltung 16A und passt die Ausgangsimpedanz Z0 und die Eingangsimpedanz Z1 in Zusammenwirkung mit der Impedanzsteuerung an, die durch eine Leistungsempfangsseiten-Steuereinheit 25A (später beschrieben) durchgeführt wird.
Als nächstes beschreibt das Folgende die variable Impedanzschaltung 26A einer Leistungsempfangsspuleneinheit 21A. Ähnlich zur variablen Impedanzschaltung 16A der Leistungsübertragungseinheit 10A umfasst die variable Impedanzschaltung 26A der Leistungsempfangsspuleneinheit 21A mehrere Resonanzspulen (L1 bis L3) und einen Resonanzkondensator C. In der variablen Impedanzschaltung 26A können die individuellen Resonanzspulen L über einen Schaltmechanismus 23A parallel oder in Reihe geschaltet werden oder die individuellen Resonanzspulen L können selektiv verbunden werden. In der variablen Impedanzschaltung 26A wird folglich der Induktivitätswert der Resonanzspule L geändert und die Impedanz der variablen Impedanzschaltung 26A wird geändert.
Ähnlich zum Schaltmechanismus 13A der Leistungsübertragungseinheit 10A umfasst der Schaltmechanismus 23A der Leistungsempfangsspuleneinheit 21A mehrere Resonanz-L-Umschalter L2_SW (L2_SW1 bis L2_SW3) und schaltet die Verbindung der individuellen Resonanzspulen L der Leistungsempfangsspuleneinheit 21A um, wenn die Resonanz-L-Umschalter L2_SW EIN/AUS gesteuert werden. Insbesondere schaltet der Schaltmechanismus 23A die individuellen Resonanzspulen L parallel oder in Reihe oder schaltet nacheinander die Anzahl der zu verbindenden Resonanzspulen L. Der Schaltmechanismus 23A verbindet beispielsweise die Resonanzspule L1 mit der Last 3 über den Gleichrichter 22 und den Leistungsverteiler 30, wenn der Resonanz-L-Umschalter L2_SW1 eingeschaltet ist und die Resonanz-L-Umschalter L2_SW2 und L2_SW3 ausgeschaltet sind. Der Schaltmechanismus 23A schaltet die individuellen Resonanzspulen L1 und L2 in Reihe, wenn der Resonanz-L-Umschalter L2_SW2 eingeschaltet ist und die Resonanz-L-Umschalter L1_SW1 und L1_SW3 ausgeschaltet sind. Der Schaltmechanismus 23A schaltet die individuellen Resonanzspulen L1, L2 und L3 in Reihe, wenn der Resonanz-L-Umschalter L2_SW3 eingeschaltet ist und die Resonanz-L-Umschalter L2_SW1 und L2_SW2 ausgeschaltet sind. Als Resonanz-L-Umschalter L2_SW des Schaltmechanismus 23A wird ein Halbleiterschalter, ein mechanischer Schalter oder dergleichen verwendet.
Die Leistungsempfangsseiten-Steuereinheit 25A steuert den Resonanz-L-Umschalter L2_SW des Schaltmechanismus 23A auf der Basis der empfangenen Schaltinformationen EIN/AUS und schaltet die Verbindung der individuellen Resonanzspulen L in der variablen Impedanzschaltung 26A. Selbst wenn die Impedanz der Last 3 geändert wird, ändert folglich die Leistungsempfangsseiten-Steuereinheit 25A die Impedanz der variablen Impedanzschaltung 26A durch Ändern des Induktivitätswerts der variablen Impedanzschaltung 26A und passt die Ausgangsimpedanz Z0 und die Eingangsimpedanz Z1 in Zusammenwirkung mit der Impedanzsteuerung an, die durch die vorstehend beschriebene Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit 15A durchgeführt wird.
Als nächstes beschreibt das Folgende die Schaltsteuerung der Resonanzspulen L der variablen Impedanzschaltungen 16A und 26A. Die Steuerung für die variable Impedanzschaltung 16A der Leistungsübertragungsspuleneinheit 11A ist dieselbe wie jene für die variable Impedanzschaltung 26A der Leistungsempfangsspuleneinheit 21A, so dass das Folgende nur die variable Impedanzschaltung 16A der Leistungsübertragungsspuleneinheit 11A beschreibt. Das Folgende beschreibt ein Beispiel, in dem die Resonanzspulen L der variablen Impedanzschaltung 16A in Reihe oder parallel geschaltet werden.
Wenn auf der Basis der Schaltinformationen bestimmt wird, dass der Stromwert des in der Last 3 fließenden elektrischen Stroms groß ist und dass die Impedanz der Last 3 klein ist, wie in 24 dargestellt, setzt die Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit 15A der Leistungsübertragungsspuleneinheit 11A den Resonanz-L-Umschalter L1_SW2 des Schaltmechanismus 13A auf EIN und setzt die Resonanz-L-Umschalter L1_SW1 und L1_SW3 auf AUS, um die Resonanzspulen L1 und L2 in Reihe zu schalten. Mit der Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit 15A wird der Induktivitätswert der Resonanzspule L im Vergleich zu einem Fall der Parallelschaltung groß, so dass die Resonanzfrequenz verringert wird und der Stromwert des elektrischen Stroms erhöht wird, aber ein Einfluss eines Skin-Effekts der Resonanzspule L unterdrückt werden kann. Folglich kann die Übertragungseffizienz verbessert werden (siehe 26). In der variablen Impedanzschaltung 16A ist die Resonanzfrequenz des elektrischen Stroms beispielsweise etwa 25 kHz und der Einfluss des Skin-Effekts der Resonanzspule L kann unterdrückt werden, wie in 27 dargestellt. Die variable Impedanzschaltung 16A kann den Einfluss des Skin-Effekts unterdrücken, so dass ein Verlust der Leistungsübertragung durch die Resonanzspule L unterdrückt werden kann, selbst wenn die Leiterquerschnittsfläche der Resonanzspule L pro Einheitsstrom verringert wird. In der variablen Impedanzschaltung 16A kann die Resonanzspule L mit einer kleineren Leiterquerschnittsfläche verwendet werden, so dass die Größe der Resonanzspule L verringert werden kann.
Wenn andererseits auf der Basis der Schaltinformationen bestimmt wird, dass der Stromwert des in der Last 3 fließenden elektrischen Stroms klein ist und die Impedanz der Last 3 groß ist, wie in 25 dargestellt, setzt die Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit 15A die Resonanz-L-Umschalter L1_SW1 und L1_SW3 des Schaltmechanismus 13A auf EIN und setzt den Resonanz-L-Umschalter L1_SW2 auf AUS, um die Resonanzspulen L parallel zu schalten. Mit der Leistungsempfangsseiten-Steuereinheit 25A wird der Induktivitätswert der Resonanzspule L im Vergleich zu einem Fall der Reihenschaltung klein, so dass die Resonanzfrequenz erhöht wird und der Einfluss des Skin-Effekts der Resonanzspule L erhöht wird, aber der Stromwert des elektrischen Stroms verringert wird, da die Impedanz der Last 3 hoch ist. Folglich wird die Übertragungseffizienz nicht verschlechtert (siehe 26). In der variablen Impedanzschaltung 16A wird der Stromwert des elektrischen Stroms verringert, obwohl der Einfluss des Skin-Effekts erhöht wird, so dass ein Verlust der Leistungsübertragung durch die Resonanzspule L unterdrückt werden kann, selbst wenn die Leiterquerschnittsfläche der Resonanzspule L pro Einheitsstrom verringert wird. Folglich kann die variable Impedanzschaltung 16A die Wärmeerzeugung unterdrücken und kann eine Wärmestrahlungsstruktur vereinfachen und verkleinern. Die variable Impedanzschaltung 16A kann die Resonanzspule L mit einer kleinen Leiterquerschnittsfläche verwenden, so dass die Größe der Resonanzspule L verringert werden kann.
Als nächstes beschreibt das Folgende ein Betriebsbeispiel der kontaktlosen Leistungsübertragungsvorrichtung 1A gemäß der zweiten Ausführungsform. Wie in 30 dargestellt, erfasst die Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit 15A die Schaltinformationen, die EIN oder AUS der Last 3 angeben, vom Betätigungsschalter SW (Schritt U1). Als nächstes überträgt die Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit 15A die Schaltinformationen zu einer Leistungsempfangseinheit 20A über die Sendeantenne 14 (Schritt U2). Anschließend bestimmt die Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit 15A, ob alle Lasten 3 auf ausgeschaltet gesetzt sind, auf der Basis der Schaltinformationen (Schritt U3). Wenn alle Lasten 3 auf ausgeschaltet gesetzt sind (Ja in Schritt U3), stoppt die Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit 15A den Wechselrichter 12 (Schritt U4), setzt alle Resonanz-L-Umschalter L1_SW auf AUS (Schritt U5) und beendet die Verarbeitung.
Wenn im vorstehend beschriebenen Schritt U3 nicht alle Lasten 3 auf ausgeschaltet gesetzt sind (Nein in Schritt U3), berechnet die Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit 15A den Gesamtstromwert der anzutreibenden Lasten 3 auf der Basis der Schaltinformationen (Schritt U6). Die Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit 15A bezieht sich beispielsweise auf die in 28 dargestellte Laststromtabelle TB1b und berechnet den Gesamtstromwert (2,5 A), der durch Summieren des Stromwerts (0,5 A) der ersten Last 3a, deren Betätigungsschalter SW eingeschaltet ist, und des Stromwerts (2,0 A) der zweiten Last 3b, deren Betätigungsschalter SW eingeschaltet ist, erhalten wird. Als nächstes wählt die Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit 15A den einzuschaltenden Resonanz-L-Umschalter L1_SW2 auf der Basis des Gesamtstromwerts aus (Schritt U7) und wählt eine Ausgangsfrequenz (Resonanzfrequenz) des Wechselrichters 12 auf der Basis des Gesamtstromwerts aus (Schritt U70). Die Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit 15A bezieht sich beispielsweise auf eine Resonanz-L-Schaltungs-Auswahltabelle TB2a, die in 29 dargestellt ist, und wählt die Ausgangsfrequenz (25 kHz) des Wechselrichters 12 auf der Basis des Gesamtstromwerts (2,5 A) aus. Als nächstes schaltet die Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit 15A den ausgewählten Resonanz-L-Umschalter L1_SW ein (Schritt U8). Die Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit 15A bezieht sich beispielsweise auf die Resonanz-L-Schaltungs-Auswahltabelle TB2a und setzt gemäß dem Gesamtstromwert (2,5 A) den Resonanz-L-Umschalter L1_SW2 auf EIN und setzt die Resonanz-L-Umschalter L1_SW1 und L1_SW3 auf AUS. Folglich kann die Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit 15A beispielsweise die zwei Resonanzspulen L1 und L2 der variablen Impedanzschaltung 16A festlegen, um die Leistungsübertragung durchzuführen. Folglich kann die Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit 15A den Induktivitätswert der variablen Impedanzschaltung 16A ändern und die Impedanz der variablen Impedanzschaltung 16A ändern. Folglich kann die Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit 15A die Ausgangsimpedanz Z0 und die Eingangsimpedanz Z1 in Zusammenwirkung mit der Impedanzsteuerung anpassen, die durch die Leistungsempfangsseiten-Steuereinheit 25A durchgeführt wird. Als nächstes treibt die Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit 15A den Wechselrichter 12 an, um elektrische Leistung zur Leistungsempfangseinheit 20A durch magnetische Resonanz zu übertragen (Schritt U9), und beendet die Verarbeitung.
Als nächstes beschreibt das Folgende ein Betriebsbeispiel der Leistungsempfangsseiten-Steuereinheit 25A. Wie in 31 dargestellt, empfängt die Leistungsempfangseiten-Steuereinheit 25A die Schaltinformationen, die von der Leistungsübertragungseinheit 10A übertragen werden (Schritt V1). Anschließend bestimmt die Leistungsempfangsseiten-Steuereinheit 25A, ob alle Lasten 3 auf ausgeschaltet gesetzt sind, auf der Basis der Schaltinformationen (Schritt V2). Wenn alle Lasten 3 auf ausgeschaltet gesetzt sind (Ja in Schritt V2), setzt die Leistungsempfangsseiten-Steuereinheit 25A alle Lasten 3 auf AUS (Schritt V3), setzt alle Resonanz-L-Umschalter L2_SW auf AUS (Schritt V4) und beendet die Verarbeitung.
Wenn im vorstehend beschriebenen Schritt V2 nicht alle Lasten 3 auf ausgeschaltet gesetzt sind (Nein in Schritt V2), berechnet die Leistungsempfangsseiten-Steuereinheit 25A den Gesamtstromwert der anzutreibenden Lasten 3 auf der Basis der Schaltinformationen (Schritt V5). Die Leistungsempfangsseiten-Steuereinheit 25A bezieht sich beispielsweise auf die Laststromtabelle TB1b, die in 28 dargestellt ist, und berechnet den Gesamtstromwert (2,5 A), der durch Summieren des Stromwerts (0,5 A) der ersten Last 3a, deren Betätigungsschalter SW eingeschaltet ist, und des Stromwerts (2,0 A) der zweiten Last 3b, deren Betätigungsschalter SW eingeschaltet ist, erhalten wird. Als nächstes wählt die Leistungsempfangsseiten-Steuereinheit 25A den einzuschaltenden Resonanz-L-Umschalter L2_SW auf der Basis des Gesamtstromwerts aus (Schritt V6) und schaltet den ausgewählten Resonanz-L-Umschalter L2_SW ein (Schritt V7). Die Leistungsempfangsseiten-Steuereinheit 25A bezieht sich beispielsweise auf die Resonanz-L-Schaltungs-Auswahltabelle (nicht dargestellt) und setzt gemäß dem Gesamtstromwert (2,5 A) den Resonanz-L-Umschalter L2_SW2 auf EIN und setzt die Resonanz-L-Umschalter L2_SW1 und L2_SW3 auf AUS. Folglich kann die Leistungsempfangsseiten-Steuereinheit 25A beispielsweise die zwei Resonanzspulen L1 und L2 festlegen, um die Leistungsübertragung durchzuführen. Folglich kann die Leistungsempfangsseiten-Steuereinheit 25A den Induktivitätswert der variablen Impedanzschaltung 26A ändern und die Impedanz der variablen Impedanzschaltung 26A ändern. Folglich kann die Leistungsempfangsseiten-Steuereinheit 25A die Ausgangsimpedanz Z0 und die Eingangsimpedanz Z1 in Zusammenwirkung mit der Impedanzsteuerung anpassen, die durch die Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit 15A durchgeführt wird. Als nächstes setzt die Leistungsempfangsseiten-Steuereinheit 25A die Last 3 gemäß den Schaltinformationen auf EIN (Schritt V8) und beendet die Verarbeitung.
Wie vorstehend beschrieben, schalten in der kontaktlosen Leistungsübertragungsvorrichtung 1A gemäß der zweiten Ausführungsform die Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit 15A und die Leistungsempfangsseiten-Steuereinheit 25A mehrere Resonanzspulen L so, dass sie in Reihe oder parallel geschaltet werden, oder schalten selektiv die Resonanzspulen L, um den Induktivitätswert zu ändern, und die Ausgangsimpedanz Z0 auf der Seite der Leistungsversorgung 2 in Bezug auf die Leistungsübertragungsspuleneinheit 11A und die Eingangsimpedanz Z1 auf der Seite der Last 3 in Bezug auf die Leistungsübertragungsspuleneinheit 11A werden angepasst. Folglich kann die kontaktlose Leistungsübertragungsvorrichtung 1A die Impedanzanpassung durch Ändern des Induktivitätswerts der Resonanzspule L ohne Verwendung der Anpassungsschaltung durchführen und der Schaltungsmaßstab kann verringert werden.
Modifikation der zweiten Ausführungsform
Als nächstes beschreibt das Folgende ein Betriebsbeispiel der kontaktlosen Leistungsübertragungsvorrichtung 1A gemäß einer Modifikation der zweiten Ausführungsform. Wie in 32 dargestellt, ist eine Laststromtabelle TB1c eine Tabelle, die annimmt, dass der Stromwert des in der Last 3 fließenden elektrischen Stroms mit einem Ablauf der Zeit variiert.
Wie in 34 dargestellt, erfasst die Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit 15A die Schaltinformationen, die EIN oder AUS der Last 3 angeben, vom Betätigungsschalter SW (Schritt U1a) und überträgt die Schaltinformationen zur Leistungsempfangseinheit 20A über die Sendeantenne 14 (Schritt U2a). Als nächstes bestimmt die Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit 15A, ob alle Lasten 3 auf ausgeschaltet gesetzt sind, auf der Basis der Schaltinformationen (Schritt U3a). Wenn alle Lasten 3 auf ausgeschaltet sind (Ja in Schritt U3a), stoppt die Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit 15A den Wechselrichter 12 (Schritt U4a), setzt alle Resonanz-L-Umschalter L1_SW auf AUS (Schritt U5a) und beendet die Verarbeitung.
Wenn im vorstehend beschriebenen Schritt U3a nicht alle Lasten 3 auf ausgeschaltet gesetzt sind (Nein in Schritt U3a), empfängt die Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit 15A den abgeschätzten Gesamtstromwert der anzutreibenden Lasten 3 von der Leistungsempfangseinheit 20A (Schritt U6a). Die Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit 15A bezieht sich auf die Laststromtabelle TB1c, die in 32 dargestellt ist, und berechnet den abgeschätzten Gesamtstromwert (4,5 A) durch Summieren des Stromwerts (0,5 A) der ersten Last 3a, deren Betätigungsschalter SW eingeschaltet ist, und des Stromwerts (4,0 A) der zweiten Last 3b, deren Stromwert mit einem Ablauf der Zeit variiert. Als nächstes bezieht sich die Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit 15A auf die Resonanz-L-Schaltungs-Auswahltabelle TB2a, wählt den einzuschaltenden Resonanz-L-Umschalter L1_SW2 auf der Basis des abgeschätzten Gesamtstromwerts aus (Schritt U7a) und wählt die Ausgangsfrequenz des Wechselrichters 12 auf der Basis des abgeschätzten Gesamtstromwerts aus (Schritt U70a). Als nächstes schaltet die Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit 15A den ausgewählten Resonanz-L-Umschalter L1_SW2 ein (Schritt U8a). Selbst wenn der Stromwert der Last 3 mit einem Ablauf der Zeit variiert, kann die Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit 15A folglich die Ausgangsimpedanz Z0 und die Eingangsimpedanz Z1 in Zusammenwirkung mit der Impedanzsteuerung anpassen, die durch die Leistungsempfangsseiten-Steuereinheit 25A durchgeführt wird. Als nächstes treibt die Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit 15A den Wechselrichter 12 an, um elektrische Leistung zur Leistungsempfangseinheit 20A durch magnetische Resonanz zu übertragen (Schritt U9a), und beendet die Verarbeitung.
Als nächstes beschreibt das Folgende ein Betriebsbeispiel der Leistungsempfangsseiten-Steuereinheit 25A der Leistungsempfangseinheit 20A. Wie in 35 dargestellt, empfängt die Leistungsempfangsseiten-Steuereinheit 25A der Leistungsempfangseinheit 20A die Schaltinformationen, die von der Leistungsübertragungseinheit 10A übertragen werden (Schritt V1a). Anschließend bestimmt die Leistungsempfangsseiten-Steuereinheit 25A, ob alle Lasten 3 auf ausgeschaltet gesetzt sind, auf der Basis der Schaltinformationen (Schritt V2a). Wenn alle Lasten 3 auf ausgeschaltet gesetzt sind (Ja in Schritt V2a), setzt die Leistungsempfangsseiten-Steuereinheit 25A die EIN-Zeit des Betätigungsschalters SW jeder Last 3 zurück (Schritt V20a). Als nächstes setzt die Leistungsempfangsseiten-Steuereinheit 25A alle Lasten 3 auf AUS (Schritt V3a), setzt alle Resonanz-L-Umschalter L2_SW auf AUS (Schritt V4a) und beendet die Verarbeitung.
Wenn im vorstehend beschriebenen Schritt V2a nicht alle Lasten 3 auf ausgeschaltet gesetzt sind (Nein in Schritt V2a), bestimmt die Leistungsempfangsseiten-Steuereinheit 25A, ob der Betätigungsschalter SW1 eingeschaltet ist (Schritt V21a). Wenn bestimmt wird, dass der Betätigungsschalter SW1 eingeschaltet ist (Ja in Schritt V21a), zählt die Leistungsempfangsseiten-Steuereinheit 25A die EIN-Zeit des Betätigungsschalters SW1 der ersten Last 3a zusammen (Schritt V22a) und erfasst den abgeschätzten Stromwert der ersten Last 3a (Schritt V23a). Wenn bestimmt wird, dass der Betätigungsschalter SW1 nicht eingeschaltet ist (Nein in Schritt V21a), setzt die Leistungsempfangsseiten-Steuereinheit 25A den abgeschätzten Stromwert der ersten Last 3a auf null (0) (Schritt V24a) und setzt die EIN-Zeit des Betätigungsschalters SW1 der ersten Last 3a zurück (Schritt V25a).
Als nächstes bestimmt die Leistungsempfangsseiten-Steuereinheit 25A, ob der Betätigungsschalter SW2 eingeschaltet ist (Schritt V26a). Wenn bestimmt wird, dass der Betätigungsschalter SW2 eingeschaltet ist (Ja in Schritt V26a), zählt die Leistungsempfangsseiten-Steuereinheit 25A die EIN-Zeit des Betätigungsschalters SW2 der zweiten Last 3b zusammen (Schritt V27a) und erfasst den abgeschätzten Stromwert der zweiten Last 3b (Schritt V28a). Wenn bestimmt wird, dass der Betätigungsschalter SW2 nicht eingeschaltet ist (Nein in Schritt V26a), setzt die Leistungsempfangsseiten-Steuereinheit 25A den abgeschätzten Stromwert der zweiten Last 3b auf null (0) (Schritt V29a) und setzt die EIN-Zeit des Betätigungsschalters SW2 der zweiten Last 3b zurück (Schritt V30a).
Als nächstes bestimmt die Leistungsempfangsseiten-Steuereinheit 25A, ob der Betätigungsschalter SW3 eingeschaltet ist (Schritt V31a). Wenn bestimmt wird, dass der Betätigungsschalter SW3 eingeschaltet ist (Ja in Schritt V31a), zählt die Leistungsempfangsseiten-Steuereinheit 25A die EIN-Zeit des Betätigungsschalters SW3 der dritten Last 3c zusammen (Schritt V32a) und erfasst den abgeschätzten Stromwert der dritten Last 3c (Schritt V33a). Wenn bestimmt wird, dass der Betätigungsschalter SW3 nicht eingeschaltet ist (Nein in Schritt V31a), setzt die Leistungsempfangsseiten-Steuereinheit 25A den abgeschätzten Stromwert der dritten Last 3c auf null (0) (Schritt V34a) und setzt die EIN-Zeit des Betätigungsschalters SW3 der dritten Last 3c zurück (Schritt V35a).
Als nächstes erhält die Leistungsempfangsseiten-Steuereinheit 25A den abgeschätzten Gesamtstromwert durch Summieren der abgeschätzten Stromwerte der individuellen Lasten 3 (Schritt V36a) und überträgt den abgeschätzten Gesamtstromwert zur Leistungsübertragungseinheit 10A (Schritt V5a). Wie in 33 dargestellt, wählt die Leistungsempfangsseiten-Steuereinheit 25A anschließend den einzuschaltenden Resonanz-L-Umschalter L2_SW auf der Basis des abgeschätzten Gesamtstromwerts aus (Schritt V6a), und schaltet den ausgewählten Resonanz-L-Umschalter L2_SW ein (Schritt V7a). Selbst wenn der Stromwert der Last 3 mit einem Ablauf der Zeit variiert, kann folglich die Leistungsempfangsseiten-Steuereinheit 25A die Ausgangsimpedanz Z0 und die Eingangsimpedanz Z1 in Zusammenwirkung mit der Impedanzsteuerung anpassen, die durch die Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit 15A durchgeführt wird. Als nächstes setzt die Leistungsempfangsseiten-Steuereinheit 25A die Last 3 gemäß den Schaltinformationen auf EIN (Schritt V8a) und beendet die Verarbeitung.
Wie vorstehend beschrieben, ändern in der kontaktlosen Leistungsübertragungsvorrichtung 1A gemäß der Modifikation der zweiten Ausführungsform die Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit 15A und die Leistungsempfangsseiten-Steuereinheit 25A die Impedanz der variablen Impedanzschaltung 16A auf der Basis der Zeit, die abgelaufen ist, nachdem der Betätigungsschalter SW eingeschaltet wird. Selbst wenn die Impedanz der Last 3 mit einem Ablauf der Zeit variiert, kann folglich die kontaktlose Leistungsübertragungsvorrichtung 1A die Ausgangsimpedanz Z0 auf der Seite der Leistungsversorgung 2 in Bezug auf die Leistungsübertragungsspuleneinheit 11A und die Eingangsimpedanz Z1 auf der Seite der Last 3 in Bezug auf die Leistungsübertragungsspuleneinheit 11A anpassen.
In der kontaktlosen Leistungsübertragungsvorrichtung 1A ist die variable Impedanzschaltung 16A in der Leistungsübertragungseinheit 10A installiert und die variable Impedanzschaltung 26A ist in der Leistungsempfangseinheit 20A installiert. Die Ausführungsform ist jedoch nicht darauf begrenzt. In der kontaktlosen Leistungsübertragungsvorrichtung 1A ist die variable Impedanzschaltung 26A nicht notwendigerweise in der Leistungsempfangseinheit 20A installiert und nur die variable Impedanzschaltung 16A kann in der Leistungsübertragungseinheit 10A installiert sein. In der kontaktlosen Leistungsübertragungsvorrichtung 1A ist die variable Impedanzschaltung 16A nicht notwendigerweise in der Leistungsübertragungseinheit 10A installiert und nur die variable Impedanzschaltung 26A kann in der Leistungsempfangseinheit 20A installiert sein.
Die kontaktlose Leistungsübertragungsvorrichtung 1A kann die Anpassungsschaltung 40 ähnlich zur ersten Ausführungsform umfassen. In der kontaktlosen Leistungsübertragungsvorrichtung 1A können die variablen Impedanzschaltungen 16A und 26A unter Verwendung der Variablen Resonanzspule L konfiguriert werden, deren Induktivitätswert variabel ist.
Dritte Ausführungsform
Als nächstes beschreibt das Folgende eine kontaktlose Leistungsübertragungsvorrichtung 1B gemäß einer dritten Ausführungsform. Die kontaktlose Leistungsübertragungsvorrichtung 1B gemäß der dritten Ausführungsform ist von der kontaktlosen Leistungsübertragungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform insofern verschieden, als die Impedanzanpassung durch Schalten der Verbindung nur des Resonanzkondensators C einer variablen Impedanzschaltung 16B durchgeführt wird. In der dritten Ausführungsform ist dieselbe Komponente wie jene der kontaktlosen Leistungsübertragungsvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform mit demselben Bezugszeichen bezeichnet und die ausführliche Beschreibung davon wird nicht wiederholt.
Wie in 36 dargestellt, umfasst die variable Impedanzschaltung 16B mehrere individuelle Resonanzkondensatoren C (C1, C2) und eine Resonanzspule L. In der variablen Impedanzschaltung 16B werden die individuellen Resonanzkondensatoren C selektiv über einen Schaltmechanismus 13B verbunden. Folglich wird in der variablen Impedanzschaltung 16B die Kapazität des Resonanzkondensators C geändert und die Impedanz der variablen Impedanzschaltung 16B wird geändert.
Der Schaltmechanismus 13B umfasst mehrere Resonanz-C-Umschalter C1_SW (C1_SW1, C1_SW2) und schaltet die Verbindung der individuellen Resonanzkondensatoren C einer Leistungsübertragungsspuleneinheit 11B um, wenn der Resonanz-C-Umschalter C1_SW EIN/AUS gesteuert wird. Insbesondere schaltet der Schaltmechanismus 13B die Resonanzkondensatoren C, deren Kapazität voneinander verschieden ist, oder schaltet sequentiell die Anzahl der zu verbindenden Resonanzkondensatoren C. Der Schaltmechanismus 13B verbindet beispielsweise den Resonanzkondensator C1 mit einer großen Kapazität, wenn der Resonanz-C-Umschalter C1_SW1 eingeschaltet ist und der Resonanz-C-Umschalter C3_SW2 ausgeschaltet ist. Der Schaltmechanismus 13B verbindet den Resonanzkondensator C2 mit einer kleinen Kapazität, wenn der Resonanz-C-Umschalter C1_SW2 eingeschaltet ist und der Resonanz-C-Umschalter C1_SW1 ausgeschaltet ist. Als Resonanz-C-Umschalter C1_SW des Schaltmechanismus 13B wird ein Halbleiterschalter, ein mechanischer Schalter oder dergleichen verwendet.
Eine Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit 15B steuert den Resonanz-C-Umschalter C1_SW des Schaltmechanismus 13B auf der Basis der empfangenen Schaltinformationen EIN/AUS und schaltet die Verbindung der individuellen Resonanzkondensatoren C in der variablen Impedanzschaltung 16B. Selbst wenn die Impedanz der Last 3 geändert wird, ändert folglich die Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit 15B die Impedanz der variablen Impedanzschaltung 16B durch Ändern der Kapazität der variablen Impedanzschaltung 16B und passt die Ausgangsimpedanz Z0 und die Eingangsimpedanz Z1 in Zusammenwirkung mit der Impedanzsteuerung an, die durch eine Leistungsempfangsseiten-Steuereinheit 25B (später beschrieben) durchgeführt wird.
Als nächstes beschreibt das Folgende ein Konfigurationsbeispiel einer variablen Impedanzschaltung 26B einer Leistungsempfangseinheit 20B. Ähnlich zur variablen Impedanzschaltung 16B einer Leistungsübertragungseinheit 10B umfasst die variable Impedanzschaltung 26B der Leistungsempfangseinheit 20B mehrere Resonanzkondensatoren C (C1, C2) und eine Resonanzspule L. In der variablen Impedanzschaltung 26B werden die individuellen Resonanzkondensatoren C selektiv über einen Schaltmechanismus 23B verbunden.
ähnlich zum Schaltmechanismus 13B der Leistungsübertragungseinheit 10B umfasst der Schaltmechanismus 23B mehrere Resonanz-C-Umschalter C2_SW (C2_SW1, C2_SW2) und schaltet die Verbindung der individuellen Resonanzkondensatoren C einer Leistungsempfangsspuleneinheit 21B um, wenn der Resonanz-C-Umschalter C2_SW EIN/AUS gesteuert wird. Insbesondere schaltet der Schaltmechanismus 23B die individuellen Resonanzkondensatoren C, deren Kapazität voneinander verschieden ist, oder schaltet sequentiell die Anzahl der zu verbindenden Resonanzkondensatoren C. Der Schaltmechanismus 23B verbindet beispielsweise den Resonanzkondensator C1 mit einer großen Kapazität, wenn der Resonanz-C-Umschalter C2_SW2 ausgeschaltet ist und der Resonanz-C-Umschalter C2_SW1 eingeschaltet ist. Der Schaltmechanismus 23B verbindet den Resonanzkondensator C2 mit einer kleinen Kapazität, wenn der Resonanz-C-Umschalter C2_SW1 ausgeschaltet ist und der Resonanz-C-Umschalter C2_SW2 eingeschaltet ist. Als Resonanz-C-Umschalter C2_SW des Schaltmechanismus 23B wird ein Halbleiterschalter, ein mechanischer Schalter oder dergleichen verwendet.
Die Leistungsempfangsseiten-Steuereinheit 25B steuert den Resonanz-C-Umschalter C2_SW des Schaltmechanismus 23B auf der Basis der empfangenen Schaltinformationen EIN/AUS und schaltet die Verbindung der individuellen Resonanzkondensatoren C in der variablen Impedanzschaltung 26B. Selbst wenn die Impedanz der Last 3 geändert wird, ändert folglich die Leistungsempfangsseiten-Steuereinheit 25B die Impedanz der variablen Impedanzschaltung 26B durch Ändern der Kapazität der variablen Impedanzschaltung 26B und passt die Ausgangsimpedanz Z0 und die Eingangsimpedanz Z1 in Zusammenwirkung mit der Impedanzsteuerung an, die durch die vorstehend beschriebene Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit 15B durchgeführt wird.
Als nächstes beschreibt das Folgende die Schaltsteuerung für den Resonanzkondensator C der variablen Impedanzschaltung 16B. Die Schaltsteuerung für den Resonanzkondensator C der variablen Impedanzschaltung 26B der Leistungsempfangsspuleneinheit 21B ist dieselbe wie die Schaltsteuerung für den Resonanzkondensator C der variablen Impedanzschaltung 16B der Leistungsübertragungsspuleneinheit 11B, so dass die Beschreibung davon nicht wiederholt wird.
Wenn auf der Basis der Schaltinformationen bestimmt wird, dass der Stromwert des in der Last 3 fließenden elektrischen Stroms groß ist und die Impedanz der Last 3 klein ist, wie in 37 dargestellt, setzt die Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit 15B der Leistungsübertragungsspuleneinheit 11B den Resonanz-C-Umschalter C1_SW1 des Schaltmechanismus 13B auf EIN und setzt den Resonanz-C-Umschalter C1_SW2 auf AUS, um den Resonanzkondensator C1 mit einer großen Kapazität zu verbinden. Die Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit 15B schaltet den Kondensator auf den Resonanzkondensator C1 mit einer großen Kapazität und verringert die Ausgangsfrequenz des Wechselrichters 12. Wenn die Impedanz der Last 3 klein ist, wird folglich die Resonanzfrequenz verringert, wenn die Kapazität erhöht wird, und die Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit 15B kann die Übertragungseffizienz verbessern (siehe 26). In der Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit 15B wird der Stromwert des elektrischen Stroms erhöht, aber der Skin-Effekt der Resonanzspule L kann unterdrückt werden, so dass die Übertragungseffizienz verbessert werden kann. Die variable Impedanzschaltung 16B kann den Einfluss des Skin-Effekts unterdrücken, so dass ein Verlust der Leistungsübertragung durch die Resonanzspule L unterdrückt werden kann, selbst wenn die Leiterquerschnittsfläche der Resonanzspule L pro Einheitsstrom verringert wird. Folglich kann die variable Impedanzschaltung 16B die Wärmeerzeugung unterdrücken und kann eine Wärmestrahlungsstruktur vereinfachen und verkleinern. Die variable Impedanzschaltung 16B kann die Resonanzspule L mit einer kleinen Leiterquerschnittsfläche verwenden, so dass die Größe der Resonanzspule L verringert werden kann.
Wenn andererseits auf der Basis der Schaltinformationen bestimmt wird, dass der Stromwert des in der Last 3 fließenden elektrischen Stroms klein ist und dass die Impedanz der Last 3 groß ist, wie in 38 dargestellt, setzt die Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit 15B den Resonanz-C-Umschalter C1_SW2 des Schaltmechanismus 13B auf EIN und setzt den Resonanz-C-Umschalter C1_SW1 auf AUS, um den Resonanzkondensator C2 mit einer kleinen Kapazität zu verbinden. Die Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit 15B schaltet den Kondensator auf den Resonanzkondensator C mit einer kleinen Kapazität und erhöht die Ausgangsfrequenz des Wechselrichters 12. Wenn die Impedanz der Last 3 groß ist, wird folglich die Resonanzfrequenz erhöht, wenn die Kapazität verringert wird, und die Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit 15B kann die Übertragungseffizienz verbessern (siehe 26). In der Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit 15B wird der Stromwert des elektrischen Stroms verringert, aber der Einfluss des Skin-Effekts der Resonanzspule L kann unterdrückt werden, so dass die Übertragungseffizienz verbessert werden kann. In der Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit 15B wird die Resonanzfrequenz erhöht und der Einfluss des Skin-Effekts der Resonanzspule L wird erhöht, aber der Stromwert des elektrischen Stroms wird verringert, da die Impedanz der Last 3 groß ist. Folglich wird die Übertragungseffizienz nicht verschlechtert. In der variablen Impedanzschaltung 16B wird der Einfluss des Skin-Effekts erhöht, aber der Stromwert des elektrischen Stroms wird verringert, so dass ein Verlust der Leistungsübertragung durch die Resonanzspule L unterdrückt werden kann, selbst wenn die Leiterquerschnittsfläche der Resonanzspule L pro Einheitsstrom verringert wird. Die variable Impedanzschaltung 16B kann die Resonanzspule L mit einer kleinen Leiterquerschnittsfläche verwenden, so dass die Größe der Resonanzspule L verringert werden kann.
Als nächstes beschreibt das Folgende ein Betriebsbeispiel der kontaktlosen Leistungsübertragungsvorrichtung 1B gemäß der dritten Ausführungsform. Wie in 41 dargestellt, erfasst die Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit 15B die Schaltinformationen, die EIN oder AUS der Last 3 angeben, vom Betätigungsschalter SW (Schritt P1). Als nächstes überträgt die Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit 15B die Schaltinformationen zur Leistungsempfangseinheit 20B über die Sendeantenne 14 (Schritt P2). Anschließend bestimmt die Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit 15B, ob alle Lasten 3 auf ausgeschaltet gesetzt sind, auf der Basis der Schaltinformationen (Schritt P3). Wenn alle Lasten 3 auf ausgeschaltet gesetzt sind (Ja in Schritt P3), stoppt die Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit 15B den Wechselrichter 12 (Schritt P4) und setzt alle Resonanz-C-Umschalter C1_SW auf AUS (Schritt P5).
Wenn im vorstehend beschriebenen Schritt P3 nicht alle Lasten 3 auf ausgeschaltet gesetzt sind (Nein in Schritt P3), berechnet die Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit 15B den Gesamtstromwert der anzutreibenden Lasten 3 auf der Basis der Schaltinformationen (Schritt P6). Die Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit 15B bezieht sich beispielsweise auf eine Laststromtabelle TB1d, die in 39 dargestellt ist, und berechnet den Gesamtstromwert (4,5 A), der durch Summieren des Stromwerts (1,5 A) der ersten Last 3a, deren Betätigungsschalter SW eingeschaltet ist, und des Stromwerts (3,0 A) der zweiten Last 3b, deren Betätigungsschalter SW eingeschaltet ist, erhalten wird. Als nächstes wählt die Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit 15B den einzuschaltenden Resonanz-C-Umschalter C1_SW auf der Basis des Gesamtstromwerts aus (Schritt P7) und wählt die Ausgangsfrequenz (Resonanzfrequenz) des Wechselrichters 12 auf der Basis des Gesamtstromwerts aus (Schritt P70). Die Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit 15B bezieht sich beispielsweise auf eine Resonanz-C-Schaltungs-Auswahltabelle TB2b, die in 40 dargestellt ist, und wählt die Ausgangsfrequenz (25 kHz) des Wechselrichters 12 auf der Basis des Gesamtstromwerts (4,5 A) aus. Als nächstes schaltet die Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit 15B den ausgewählten Resonanz-C-Umschalter C1_SW ein (Schritt P8). Die Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit 15B bezieht sich beispielsweise auf die Resonanz-C-Schaltungs-Auswahltabelle TB2b und setzt gemäß dem Gesamtstromwert (4,5 A) den Resonanz-C-Umschalter C1_SW2 auf AUS und setzt den Resonanz-C-Umschalter C1_SW1 auf EIN. Wenn der Gesamtstromwert des elektrischen Stroms groß ist und die Impedanz der Last 3 klein ist, kann folglich die Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit 15B den Resonanzkondensator C1 mit einer großen Kapazität in der variablen Impedanzschaltung 16B festlegen, um die Leistungsübertragung durchzuführen. Folglich kann die Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit 15B die Kapazität der variablen Impedanzschaltung 16B ändern und die Impedanz der variablen Impedanzschaltung 16B ändern. Folglich kann die Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit 15B die Ausgangsimpedanz Z0 und die Eingangsimpedanz Z1 in Zusammenwirkung mit der Impedanzsteuerung anpassen, die durch die Leistungsempfangsseiten-Steuereinheit 25B durchgeführt wird. Anschließend treibt die Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit 15B den Wechselrichter 12 an, um elektrische Leistung zur Leistungsempfangseinheit 20B durch magnetische Resonanz zu übertragen (Schritt P9), und beendet die Verarbeitung.
Als nächstes beschreibt das Folgende ein Betriebsbeispiel der Leistungsempfangsseiten-Steuereinheit 25B der Leistungsempfangseinheit 20B. Wie in 42 dargestellt, empfängt die Leistungsempfangsseiten-Steuereinheit 25B der Leistungsempfangseinheit 20B die Schaltinformationen, die von der Leistungsübertragungseinheit 10B übertragen werden (Schritt Q1). Als nächstes bestimmt die Leistungsempfangsseiten-Steuereinheit 25B, ob alle Lasten 3 auf ausgeschaltet gesetzt sind, auf der Basis der Schaltinformationen (Schritt Q2). Wenn alle Lasten 3 auf ausgeschaltet gesetzt sind (Ja in Schritt Q2), setzt die Leistungsempfangsseiten-Steuereinheit 25B alle Lasten 3 auf AUS (Schritt Q3), setzt alle Resonanz-C-Umschalter C2_SW auf AUS (Schritt Q4) und beendet die Verarbeitung.
Wenn im vorstehend beschriebenen Schritt Q2 nicht alle Lasten 3 auf ausgeschaltet gesetzt sind (Nein in Schritt Q2), berechnet die Leistungsempfangsseiten-Steuereinheit 25B den Gesamtstromwert der anzutreibenden Lasten 3 auf der Basis der Schaltinformationen (Schritt Q5). Die Leistungsempfangsseiten-Steuereinheit 25B bezieht sich beispielsweise auf die Laststromtabelle TB1d, die in 39 dargestellt ist, und berechnet den Gesamtstromwert (4,5 A), der durch Summieren des Stromwerts (1,5 A) der ersten Last 3a, deren Betätigungsschalter SW eingeschaltet ist, und des Stromwerts (3,0 A) der zweiten Last 3b, deren Betätigungsschalter SW eingeschaltet ist, erhalten wird. Als nächstes wählt die Leistungsempfangsseiten-Steuereinheit 25B den einzuschaltenden Resonanz-C-Umschalter C2_SW auf der Basis des Gesamtstromwerts aus (Schritt Q6), und schaltet den ausgewählten Resonanz-C-Umschalter C2_SW ein (Schritt Q7). Die Leistungsempfangsseiten-Steuereinheit 25B bezieht sich beispielsweise auf die Resonanz-C-Schaltungs-Auswahltabelle (nicht dargestellt) und setzt gemäß dem Gesamtstromwert (4,5 A) den Resonanz-C-Umschalter C2_SW1 auf EIN und setzt den Resonanz-C-Umschalter C1_SW2 auf AUS. Wenn der Gesamtstromwert des elektrischen Stroms groß ist und die Impedanz der Last 3 klein ist, kann die Leistungsempfangsseiten-Steuereinheit 25B folglich den Resonanzkondensator C1 mit einer großen Kapazität in der variablen Impedanzschaltung 16B festlegen, um die Leistungsübertragung durchzuführen. Folglich kann die Leistungsempfangsseiten-Steuereinheit 25B die Kapazität der variablen Impedanzschaltung 26B ändern und die Impedanz der variablen Impedanzschaltung 26B ändern. Folglich kann die Leistungsempfangsseiten-Steuereinheit 25B die Ausgangsimpedanz Z0 und die Eingangsimpedanz Z1 in Zusammenwirkung mit der Impedanzsteuerung anpassen, die durch die Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit 15B durchgeführt wird. Anschließend setzt die Leistungsempfangsseiten-Steuereinheit 25B die Last 3 gemäß den Schaltinformationen auf EIN (Schritt Q8) und beendet die Verarbeitung.
Wie vorstehend beschrieben, schalten in der kontaktlosen Leistungsübertragungsvorrichtung 1B gemäß der dritten Ausführungsform die Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit 15B und die Leistungsempfangsseiten-Steuereinheit 25B die Verbindungszustände der Resonanzkondensatoren C, um die Kapazität zu ändern, und passen die Ausgangsimpedanz Z0 auf der Seite der Leistungsversorgung 2 in Bezug auf die Leistungsübertragungsspuleneinheit 11B und die Eingangsimpedanz Z1 auf der Seite der Last 3 in Bezug auf die Leistungsübertragungsspuleneinheit 11B an. Folglich kann die kontaktlose Leistungsübertragungsvorrichtung 1B die Impedanzanpassung durch Ändern der Kapazität des Resonanzkondensators C ohne Verwenden der Anpassungsschaltung durchführen und der Schaltungsmaßstab kann verringert werden.
Modifikation der dritten Ausführungsform
Als nächstes beschreibt das Folgende ein Betriebsbeispiel der kontaktlosen Leistungsübertragungsvorrichtung 1B gemäß einer Modifikation der dritten Ausführungsform. Wie in 43 dargestellt, ist eine Laststromtabelle TB1e eine Tabelle, die annimmt, dass der Stromwert des in der Last 3 fließenden elektrischen Stroms mit einem Ablauf der Zeit variiert. Die Beschreibung desselben Inhalts wie das Betriebsbeispiel der kontaktlosen Leistungsübertragungsvorrichtung 1B gemäß der dritten Ausführungsform wird in einigen Fällen nicht wiederholt.
Wie in 46 dargestellt, erfasst die Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit 15B die Schaltinformationen, die EIN oder AUS der Last 3 angeben, vom Betätigungsschalter SW (Schritt P1a) und überträgt die Schaltinformationen zur Leistungsempfangseinheit 20B über die Sendeantenne 14 (Schritt P2a). Als nächstes bestimmt die Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit 15B, ob alle Lasten 3 auf ausgeschaltet gesetzt sind, auf der Basis der Schaltinformationen (Schritt P3a). Wenn alle Lasten 3 auf ausgeschaltet gesetzt sind (Ja in Schritt P3a), stoppt die Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit 15B den Wechselrichter 12 (Schritt P4a) und setzt alle Resonanz-C-Umschalter C1_SW auf AUS (Schritt P5a).
Wenn im vorstehend beschriebenen Schritt P3a nicht alle Lasten 3 auf ausgeschaltet gesetzt sind (Nein in Schritt P3a), empfängt die Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit 15B den abgeschätzten Gesamtstromwert der anzutreibenden Lasten 3 von der Leistungsempfangseinheit 20B (Schritt P6a). Die Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit 15B bezieht sich beispielsweise auf die Laststromtabelle TB1e, die in 43 dargestellt ist, und berechnet den abgeschätzten Gesamtstromwert (5,5 A), der durch Summieren des Stromwerts (1,5 A) der ersten Last 3a, deren Betätigungsschalter SW eingeschaltet ist, und des Stromwerts (4,0 A) der zweiten Last 3b, deren Stromwert mit einem Ablauf der Zeit variiert, erhalten wird. Als nächstes bezieht sich die Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit 15B auf eine Resonanz-C-Schaltungs-Auswahltabelle TB2c, die in 44 dargestellt ist, wählt den einzuschaltenden Resonanz-C-Umschalter C1_SW1 auf der Basis des abgeschätzten Gesamtstromwerts aus (Schritt P7a) und wählt die Ausgangsfrequenz des Wechselrichters 12 auf der Basis des abgeschätzten Gesamtstromwerts aus (Schritt P70a). Als nächstes schaltet die Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit 15B den ausgewählten Resonanz-C-Umschalter C1_SW1 ein (Schritt P8a). Selbst wenn der Stromwert der Last 3 mit einem Ablauf der Zeit variiert, kann folglich die Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit 15B die Ausgangsimpedanz Z0 und die Eingangsimpedanz Z1 in Zusammenwirkung mit der Impedanzsteuerung anpassen, die durch die Leistungsempfangsseiten-Steuereinheit 25B durchgeführt wird. Anschließend treibt die Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit 15B den Wechselrichter 12 an, um elektrische Leistung zur Leistungsempfangseinheit 20B durch magnetische Resonanz zu übertragen (Schritt P9a), und beendet die Verarbeitung.
Als nächstes beschreibt das Folgende ein Betriebsbeispiel der Leistungsempfangsseiten-Steuereinheit 25B der Leistungsempfangseinheit 20B. Wie in 47 dargestellt, empfängt die Leistungsempfangsseiten-Steuereinheit 25B der Leistungsempfangseinheit 20B die Schaltinformationen, die von der Leistungsübertragungseinheit 10B übertragen werden (Schritt Q1a). Als nächstes bestimmt die Leistungsempfangsseiten-Steuereinheit 25B, ob alle Lasten 3 auf ausgeschaltet gesetzt sind, auf der Basis der Schaltinformationen (Schritt Q2a). Wenn alle Lasten 3 auf ausgeschaltet gesetzt sind (Ja in Schritt Q2a), setzt die Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit 15B die EIN-Zeit des Betätigungsschalters SW jeder Last 3 zurück (Schritt Q20a). Anschließend setzt die Leistungsempfangsseiten-Steuereinheit 25B alle Lasten 3 auf AUS (Schritt Q3a) und setzt alle Resonanz-C-Umschalter C2_SW auf AUS (Schritt Q4a).
Wenn im vorstehend beschriebenen Schritt Q2a nicht alle Lasten 3 auf ausgeschaltet gesetzt sind (Nein in Schritt Q2a), bestimmt die Leistungsempfangsseiten-Steuereinheit 25B, ob der Betätigungsschalter SW1 eingeschaltet ist (Schritt Q21a). Wenn bestimmt wird, dass der Betätigungsschalter SW1 eingeschaltet ist (Ja in Schritt W21a), zählt die Leistungsempfangsseiten-Steuereinheit 25B die EIN-Zeit des Betätigungsschalters SW1 der ersten Last 3a zusammen (Schritt Q22a) und erfasst den abgeschätzten Stromwert der ersten Last 3a (Schritt Q23a). Wenn bestimmt wird, dass der Betätigungsschalter SW1 nicht eingeschaltet ist (Nein in Schritt Q21a), setzt die Leistungsempfangsseiten-Steuereinheit 25B den abgeschätzten Stromwert der ersten Last 3a auf null (0) (Schritt Q24a) und setzt die EIN-Zeit des Betätigungsschalters SW1 der ersten Last 3a zurück (Schritt Q25a).
Als nächstes bestimmt die Leistungsempfangsseiten-Steuereinheit 25B, ob der Betätigungsschalter SW2 eingeschaltet ist (Schritt Q26a). Wenn bestimmt wird, dass der Betätigungsschalter SW2 eingeschaltet ist (Ja in Schritt Q26a), zählt die Leistungsempfangsseiten-Steuereinheit 25B die EIN-Zeit des Betätigungsschalters SW2 der zweiten Last 3b zusammen (Schritt Q27a) und erfasst den abgeschätzten Stromwert der zweiten Last 3b (Schritt Q28a). Wenn bestimmt wird, dass der Betätigungsschalter SW2 nicht eingeschaltet ist (Nein in Schritt Q26), setzt die Leistungsempfangsseiten-Steuereinheit 25B den abgeschätzten Stromwert der zweiten Last 3b auf null (0) (Schritt Q29a), und setzt die EIN-Zeit des Betätigungsschalters SW2 der zweiten Last 3b zurück (Schritt Q30a).
Als nächstes bestimmt die Leistungsempfangsseiten-Steuereinheit 25B, ob der Betätigungsschalter SW3 eingeschaltet ist (Schritt Q31a). Wenn bestimmt wird, dass der Betätigungsschalter SW3 eingeschaltet ist (Ja in Schritt Q31a), zählt die Leistungsempfangsseiten-Steuereinheit 25B die EIN-Zeit des Betätigungsschalters SW3 der dritten Last 3c zusammen (Schritt Q32a), und erfasst den abgeschätzten Stromwert der dritten Last 3c (Schritt Q33a). Wenn bestimmt wird, dass der Betätigungsschalter SW3 nicht eingeschaltet ist (Nein in Schritt Q31a), setzt die Leistungsempfangsseiten-Steuereinheit 25B den abgeschätzten Stromwert der dritten Last 3c auf null (0) (Schritt Q34a) und setzt die EIN-Zeit des Betätigungsschalters SW3 der dritten Last 3c zurück (Schritt Q35a).
Als nächstes summiert die Leistungsempfangsseiten-Steuereinheit 25B die abgeschätzten Stromwerte der individuellen Lasten 3, um den abgeschätzten Gesamtstromwert zu erhalten (Schritt Q36a), und überträgt den abgeschätzten Gesamtstromwert zur Leistungsübertragungseinheit 10B (Schritt Q5a). Anschließend wählt die Leistungsempfangsseiten-Steuereinheit 25B den Resonanz-C-Umschalter C1_SW, der EIN sein soll, auf der Basis des abgeschätzten Gesamtstromwerts aus (Schritt Q6a) und schaltet den ausgewählten Resonanz-C-Umschalter C1_SW ein (Schritt Q7a). Selbst wenn der Stromwert der Last 3 mit einem Ablauf der Zeit variiert, kann folglich die Leistungsempfangsseiten-Steuereinheit 25B die Ausgangsimpedanz Z0 und die Eingangsimpedanz Z1 in Zusammenwirkung mit der Impedanzsteuerung anpassen, die durch die Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit 15B durchgeführt wird. Anschließend setzt die Leistungsempfangsseiten-Steuereinheit 25B die Last 3 gemäß den Schaltinformationen auf EIN (Schritt Q8a) und beendet die Verarbeitung.
Wie vorstehend beschrieben, ändern in der kontaktlosen Leistungsübertragungsvorrichtung 1B gemäß der Modifikation der dritten Ausführungsform die Leistungsübertragungsseiten-Steuereinheit 15B und die Leistungsempfangsseiten-Steuereinheit 25B die Kapazität der variablen Impedanzschaltung 16B auf der Basis der Zeit, die abgelaufen ist, nachdem der Betätigungsschalter SW eingeschaltet wird. Selbst wenn die Impedanz der Last 3 mit einem Ablauf der Zeit variiert, kann folglich die kontaktlose Leistungsübertragungsvorrichtung 1B die Ausgangsimpedanz Z0 auf der Seite der Leistungsversorgung 2 in Bezug auf die Leistungsübertragungsspuleneinheit 11B und die Eingangsimpedanz Z1 auf der Seite der Last 3 in Bezug auf die Leistungsübertragungsspuleneinheit 11B anpassen.
In der kontaktlosen Leistungsübertragungsvorrichtung 1B ist die variable Impedanzschaltung 16B in der Leistungsübertragungseinheit 10B installiert und die variable Impedanzschaltung 26B ist in der Leistungsempfangseinheit 20B installiert. Die Ausführungsform ist jedoch nicht darauf begrenzt. In der kontaktlosen Leistungsübertragungsvorrichtung 1B ist die variable Impedanzschaltung 26B nicht notwendigerweise in der Leistungsempfangseinheit 20B installiert und nur die variable Impedanzschaltung 16B kann in der Leistungsübertragungseinheit 10B installiert sein. In der kontaktlosen Leistungsübertragungsvorrichtung 1B ist die variable Impedanzschaltung 16B nicht notwendigerweise in der Leistungsübertragungseinheit 10B installiert und nur die variable Impedanzschaltung 26B kann in der Leistungsempfangseinheit 20B installiert sein.
Die kontaktlose Leistungsübertragungsvorrichtung 1B kann die Anpassungsschaltung 40 ähnlich zur ersten Ausführungsform umfassen. In der kontaktlosen Leistungsübertragungsvorrichtung 1B können die variablen Impedanzschaltungen 16B und 26B unter Verwendung des Resonanzkondensators C, dessen Kapazität variabel ist, konfiguriert sein.
Wie in 48 dargestellt, können in der kontaktlosen Leistungsübertragungsvorrichtung 1B gemäß der dritten Ausführungsform einer oder mehrere der drei Resonanzkondensatoren C durch die Resonanz-C-Umschalter C1_SW und C2_SW ausgewählt werden oder mehrere Resonanzkondensatoren C können ausgewählt werden.
Die kontaktlose Leistungsübertragungsvorrichtung gemäß den vorliegenden Ausführungsformen ändert die Impedanz einer variablen Impedanzschaltung mit einer Resonanzspule und einem Resonanzkondensator, um die Ausgangsimpedanz auf der Leistungsversorgungsseite in Bezug auf die Leistungsübertragungsspuleneinheit und die Eingangsimpedanz auf der Lastseite in Bezug auf die Leistungsübertragungsspuleneinheit anzupassen. Folglich kann die kontaktlose Leistungsübertragungsvorrichtung die Ausgangsimpedanz und die Eingangsimpedanz korrekt anpassen.
Obwohl die Erfindung in Bezug auf spezielle Ausführungsformen für eine vollständige und klare Offenbarung beschrieben wurde, sollen die beigefügten Ansprüche nicht so begrenzt sein, sondern sollen als alle Modifikationen und alternativen Konstruktionen verkörpernd aufgefasst werden, die einem Fachmann auf dem Gebiet in den Sinn kommen können, die einigermaßen in die hier dargelegte Basislehre fallen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2016-069143 [0001]
JP 2012-34494 [0003]

Claims

Kontaktlose Leistungsübertragungsvorrichtung, die umfasst: eine Leistungsversorgung, die elektrische Leistung liefert; eine Leistungsübertragungsspuleneinheit, die mit der Leistungsversorgung verbunden ist und elektrische Leistung in einer kontaktlosen Weise überträgt; eine Leistungsempfangsspuleneinheit, die mit einer Last verbunden ist, die elektrische Leistung verbraucht, die von der Leistungsübertragungsspuleneinheit übertragene elektrische Leistung in einer kontaktlosen Weise empfängt, und die empfangene elektrische Leistung zur Last liefert; und eine Steuereinheit, die dazu konfiguriert ist, die Leistungsübertragungsspuleneinheit und die Leistungsempfangsspuleneinheit zu steuern, wobei die Leistungsübertragungsspuleneinheit und/oder die Leistungsempfangsspuleneinheit eine variable Impedanzschaltung umfassen, von der eine Impedanz variabel ist, die variable Impedanzschaltung eine Resonanzspule, die in der Lage ist, einen Induktivitätswert der variablen Impedanzschaltung zu ändern, und/oder einen Resonanzkondensator, der in der Lage ist, eine Kapazität der Variablen Impedanzschaltung zu ändern, umfasst, und die Steuereinheit dazu konfiguriert ist, die Impedanz der variablen Impedanzschaltung zu ändern und die Ausgangsimpedanz auf der Leistungsversorgungsseite in Bezug auf die Leistungsübertragungsspuleneinheit und die Eingangsimpedanz auf der Lastseite in Bezug auf die Leistungsübertragungsspuleneinheit anzupassen.
Kontaktlose Leistungsübertragungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die variable Impedanzschaltung mehrere LC-Schaltungen mit einem Paar einer Resonanzspule und eines Resonanzkondensators umfasst, und die Steuereinheit dazu konfiguriert ist, die LC-Schaltungen umzuschalten, so dass sie in Reihe oder parallel geschaltet werden, um den Induktivitätswert und die Kapazität zu ändern, und die Ausgangsimpedanz und die Eingangsimpedanz anzupassen.
Kontaktlose Leistungsübertragungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die variable Impedanzschaltung mehrere Resonanzspulen und einen Resonanzkondensator umfasst, und die Steuereinheit dazu konfiguriert ist, die Resonanzspulen umzuschalten, so dass sie in Reihe oder parallel geschaltet werden, um den Induktivitätswert zu ändern und die Ausgangsimpedanz und die Eingangsimpedanz anzupassen.
Kontaktlose Leistungsübertragungsvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Resonanzspulen sequentiell in Reihe geschaltet sind und eine Leiterquerschnittsfläche der Resonanzspule in einer späteren Stufe kleiner ist als eine Leiterquerschnittsfläche der Resonanzspule in einer früheren Stufe.
Kontaktlose Leistungsübertragungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die variable Impedanzschaltung mehrere Resonanzkondensatoren und eine Resonanzspule umfasst, und die Steuereinheit dazu konfiguriert ist, Verbindungszustände der Resonanzkondensatoren umzuschalten, um die Kapazität zu ändern, und die Ausgangsimpedanz und die Eingangsimpedanz anzupassen.
Kontaktlose Leistungsübertragungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Last mit einem Betätigungsschalter betrieben wird, der bewirkt, dass ein elektrischer Strom fließt, wenn er eingeschaltet wird, und bewirkt, dass der elektrische Strom gestoppt wird, wenn er ausgeschaltet wird, und die Steuereinheit dazu konfiguriert ist, die Impedanz der variablen Impedanzschaltung auf der Basis einer Ein- oder Aus-Betätigung des Betätigungsschalters zu ändern.
Kontaktlose Leistungsübertragungsvorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Steuereinheit dazu konfiguriert ist, ferner die Impedanz der variablen Impedanzschaltung auf der Basis der Zeit zu ändern, die abgelaufen ist, nachdem der Betätigungsschalter eingeschaltet wird.
Kontaktlose Leistungsübertragungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Steuereinheit dazu konfiguriert ist, eine Anomalie zu melden, wenn ein Stromwert des elektrischen Stroms, der tatsächlich zur Last geliefert wird, einen vorbestimmten Schwellenwert des elektrischen Stroms nicht erfüllt.
Kontaktlose Leistungsübertragungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, die ferner umfasst: eine Anpassungsschaltung mit einer variablen Spule, die von der Resonanzspule verschieden ist, und einem variablen Kondensator, der vom Resonanzkondensator verschieden ist, wobei die Steuereinheit dazu konfiguriert ist zu bewirken, dass die variable Impedanzschaltung mit der Anpassungsschaltung zusammenwirkt, und die Ausgangsimpedanz und die Eingangsimpedanz anzupassen.