DE112015006368T5 - Bidirektionale kontaktlose energieversorgungseinrichtung und bidirektionales kontaktloses energieversorgungssystem - Google Patents

Bidirektionale kontaktlose energieversorgungseinrichtung und bidirektionales kontaktloses energieversorgungssystem Download PDF

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Takuya YABUMOTO
Takayoshi Nagai
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Abstract

Es wird mit einer einfachen Konfiguration eine bidirektionale kontaktlose Energieversorgungseinrichtung erhalten, deren elektrische Energieübertragungs-Effizienz hoch ist. Bei der bidirektionalen kontaktlosen Energieversorgungseinrichtung (1) ist eine Spule (2) zum Durchführen einer elektrischen Energieübertragung zu und eines elektrischen Energieempfangs von einer anderen Spule durch eine magnetische Feldkopplung zwischen diesen vorgesehen, und die Spule (2) und ein Kondensator (3), die in Reihe geschaltet sind, sind mit einem Eingangs-Ausgangs-Ende einer Wechselrichter-schaltung (4) verbunden, wobei ein bidirektionaler Aufwärts-Abwärts-Umrichter (5) zwischen die Wechselrichterschaltung (4) und eine DC-Energiequelle (7) geschaltet ist.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft kontaktlose Energieversorgungseinrichtungen, die eine elektrische Energieübertragung und einen elektrischen Energieempfang mittels ihrer Spulen durchführen, indem sie eine magnetische Feldkopplung dazwischen nutzen. Sie betrifft außerdem eine bidirektionale kontaktlose Energieversorgungseinrichtung, die als elektrische Energieübertragungseinrichtung und elektrische Energieempfangs-einrichtung wirkt, sowie ein bidirektionales kontaktloses Energieversorgungssystem.
  • Stand der Technik
  • Eine nichtkontaktierende oder kontaktlose Energieversorgungseinrichtung, die elektrische Energie von einer Spule an eine andere Spule überträgt, indem sie die Kopplung des Magnetfeldes dazwischen ausnutzt, das von der einen Spule erzeugt wird, wird als Ladeeinrichtung für elektrisch angetriebene Fahrzeuge, elektrische Haushaltsvorrichtungen und dergleichen in Betracht gezogen. In jüngster Zeit hat man durch das Schalten von Spulen in Reihe mit oder parallel zu Kondensatoren eine elektrische Energieversorgung zunehmend mit hoher Effizienz durchgeführt, selbst wenn der Trennungsabstand zwischen den Spulen, durch welche die elektrische Energie übertragen wird und empfangen wird, groß ist.
  • Es wurden Versuche unternommen, bei denen eine solche kontaktlose Energieversorgung nicht nur für eine elektrische Energieversorgung in einer Richtung zum Laden einer Vorrichtung verwendet wird, sondern auch zum Entladen aus einer Vorrichtung, die mit einer anderen Vorrichtung geladen worden ist.
  • Beispielsweise sind in einer herkömmlichen bidirektionalen kontaktlosen Energieversorgungseinrichtung, die die Kopplung eines Magnetfeldes mit einer anderen Spule ausnutzt, Kondensatoren in Reihe mit und parallel zu einer Spule zum Durchführen einer elektrischen Energieübertragung und einem elektrischen Energieempfang angeordnet; und es ist ein Schalter parallel zu dem in Reihe geschalteten Kondensator angeordnet, und ein anderer Schalter in Reihe mit dem parallelgeschalteten Kondensator. Diese Anordnung ist so konfiguriert, dass, indem das Einschalten und Ausschalten der Schalter ausgewählt wird, eine von einer Konfiguration, bei welcher ein Kondensator nur in Reihe mit der Spule geschaltet ist, und von einer Konfiguration, bei welcher ein anderer Kondensator nur parallel zu der Spule geschaltet ist, ausgewählt werden kann.
  • Dann wird eine Einrichtung, bei welcher die Spule und die Kondensatoren in Reihe mit und parallel dazu geschaltet sind, mit einer Vollbrücken-Wechselrichterschaltung verbunden. Die Vollbrücken-Wechselrichterschaltung arbeitet als Wechselrichter, wenn elektrische Energie von der Wechselrichterschaltung aus zu einer Seite der Spule zugeführt wird, und sie arbeitet als Diodenbrücke, wenn elektrische Energie von der Seite der Spule zu der Wechselrichterschaltung zugeführt wird. Dann wird ein anderes Ende der Vollbrücken-Wechselrichterschaltung mit einem bidirektionalen Aufwärts-Abwärts-Umrichter verbunden, und deren anderes Ende des bidirektionalen Aufwärts-Abwärts-Umrichters wird mit einer DC-Energiequelle verbunden.
  • Der bidirektionale Aufwärts-Abwärts-Umrichter ist so konfiguriert, dass er als Hochsetz- oder Aufwärtswandlungs-Zerhackerschaltung wirkt, wenn elektrische Energie von der DC-Energiequelle zu einer Seite der Vollbrücken-Wechselrichterschaltung zugeführt wird, und dass er als Herabsetz- oder Abwärtswandlungs-Zerhackerschaltung wirkt, wenn elektrische Energie von der Seite der Vollbrücken-Wechselrichterschaltung zur DC-Energiequelle zugeführt wird. Bei einem herkömmlichen bidirektionalen kontaktlosen Energieversorgungssystem sind die bidirektionalen kontaktlosen Energieversorgungseinrichtungen in den oben beschriebenen Konfigurationen so konfiguriert, dass sie ein Paar bilden.
  • Wenn eine kontaktlose Energieversorgung durchgeführt wird, dann wirkt eine bidirektionale kontaktlose Energieversorgungseinrichtung als elektrische Energieübertragungseinrichtung, und die andere bidirektionale kontaktlose Energieversorgungseinrichtung wirkt als elektrische Energieempfangseinrichtung. Wenn der Betrieb als elektrische Energieübertragungseinrichtung folgt, wird eine Konfiguration übertragen, bei welcher eine Spule und ein Kondensator in Reihe miteinander geschaltet sind, indem Schalter zum Auswählen von Kondensatoren umgeschaltet werden, die in Reihe mit und parallel zu der Spule geschaltet sind.
  • Dann führt der bidirektionale Aufwärts-Abwärts-Umrichter eine Spannung von der DC-Energiequelle der Vollbrücken-Wechselrichterschaltung zu, während die Spannung so wie sie ist belassen wird, oder nachdem eine Spannungsregelung auf Bedarfsbasis durchgeführt worden ist. Eine DC-Spannung von der DC-Energiequelle wird mittels der Vollbrücken-Wechselrichterschaltung in einen Wechselstrom umgewandelt, der einer Spule und einem Kondensator zugeführt wird, die miteinander in Reihe geschaltet sind.
  • Wenn indes der Betrieb als elektrische Energieempfangseinrichtung folgt, wird eine Konfiguration übertragen, bei welcher eine Spule und ein anderer Kondensator parallel zueinander geschaltet sind, indem Schalter zum Auswählen von Kondensatoren umgeschaltet werden, die in Reihe mit und parallel zu der Spule geschaltet sind.
  • Elektrische Energie, die von einer Spule und einem Kondensator empfangen wird, die parallel zueinander geschaltet sind, ist AC-Energie, und sie wird der Vollbrücken-Wechselrichterschaltung zugeführt. Da die Vollbrücken-Wechselrichterschaltung jedoch als Diodenbrücke arbeitet, wird die empfangene AC-Energie in DC-Energie umgewandelt und dem bidirektionalen Aufwärts-Abwärts-Umrichter zugeführt. Der bidirektionale Aufwärts-Abwärts-Umrichter wandelt die empfangene elektrische Energie in eine DC-Spannung mit geeigneter Größe um und führt sie einer Last zu. Für den Fall, dass elektrische Energie geladen wird, kann die Last als eine DC-Energiequelle angenommen werden, die eine Sekundärbatterie ist (siehe z. B. Patentdokument 1).
  • Stand der Technik
  • Patentdokument
    • Patentdokument 1: Japanische Patent-Offenlegungsschrift JP 2012-244 635 A
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Mit der Erfindung zu lösende Probleme
  • Eine herkömmliche kontaktlose Energieversorgungseinrichtung weist eine Wechselrichterschaltung und einen bidirektionalen Aufwärts-Abwärts-Umrichter auf, und sie hat eine Konfiguration, bei welcher Kondensatoren jeweils selektiv mit der Spule in Reihe oder parallel dazu verbunden werden können, und zwar mittels Schaltern, so dass die empfangene elektrische Energie von dem bidirektionalen Aufwärts-Abwärts-Umrichter abwärts gewandelt wird und einer Last zugeführt wird, indem eine Spule und ein Kondensator, die miteinander in Reihe geschaltet sind, auf der einen Seite als elektrische Energieübertragungseinrichtung wirken, und indem eine andere Spule und ein anderer Kondensator, die zueinander parallel sind, auf der anderen Seite als elektrische Energieempfangseinrichtung wirken. Folglich wird eine bidirektionale kontaktlose Energieversorgung mit guter elektrischen Energieübertragungs-Effizienz implementiert.
  • Bei einem Verfahren jedoch, bei welchem Verbindungswege von Spule und Kondensatoren mittels Schaltern verändert werden, nimmt die Anzahl von Bauteilen zu, so dass sich nicht nur ein dahingehendes Problem ergibt, die Einrichtung mit einer kleineren Größe auszuführen, sondern auch ein Problem mit den Lebensdauern der Schalter und deren Zuverlässigkeit. Obwohl der bidirektionale Aufwärts-Abwärts-Umrichter bei einem Aspekt nützlich ist, in welchem empfangene elektrische Energie abwärts gewandelt wird und einer Last zugeführt wird, ergibt sich außerdem ein dahingehendes Problem, dass dann, wenn der Betrieb als eine elektrische Energieübertragungseinrichtung folgt, der Spannungswert einer DC-Energiequelle nur im Wesentlichen so wie er ist der Wechselrichterschaltung zugeführt wird, was für eine hocheffiziente kontaktlose Energieversorgung nicht zweckmäßig ist.
  • Genauer gesagt: Falls der Betrieb im Wesentlichen nur als ein Abwärtswandlungs-Umrichter erfolgt, wenn elektrische Energie empfangen wird, dann ist die Halbleiter-Schalteinrichtung der unteren Stufe des bidirektionalen Aufwärts-Abwärts-Umrichters eine Verschwendung, und es ergibt sich ein dahingehendes Problem, dass die Optimierung in der Konfiguration einer Schaltung nicht erzielt wird.
  • Die vorliegende Erfindung wurde zum Lösen der oben beschriebenen Probleme konzipiert. Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine bidirektionale kontaktlose Energieversorgungseinrichtung mit einer hohen elektrischen Energieübertragungs-Effizienz anzugeben.
  • Wege zum Lösen der Probleme
  • Bei einer bidirektionalen kontaktlosen Energieversorgungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei eine eigene Spule, die mit einer anderen Spule durch eine magnetische Feldkopplung zwischen diesen gekoppelt ist, um eine elektrische Energieübertragung an die andere Spule durchzuführen oder einen elektrischen Energieempfang von der anderen Spule durchzuführen, und ein Kondensator, der in Reihe mit der eigenen Spule geschaltet ist, mit einem ersten Eingangs-Ausgangs-Ende einer Wechselrichterschaltung verbunden sind, ein erstes Eingangs-Ausgangs-Ende eines bidirektionalen Aufwärts-Abwärts-Umrichters mit einem zweiten Eingangs-Ausgangs-Ende der Wechselrichterschaltung verbunden ist; und eine DC-Energiequelle mit einem zweiten Eingangs-Ausgangs-Ende des bidirektionalen Aufwärts-Abwärts-Umrichters verbunden ist, ist die bidirektionale kontaktlose Energieversorgungseinrichtung eine solche Einrichtung, in welcher der bidirektionale Aufwärts-Abwärts-Umrichter zu einer Zeit der elektrischen Energieübertragung die elektrische Energie, die von der DC-Energiequelle zugeführt wird, in eine Spannung der DC-Energiequelle oder weniger umwandelt, deren Spannung in die Wechselrichterschaltung eingegeben wird, und der zu einer Zeit des elektrischen Energieempfangs die elektrische Energie, die aus der Wechselrichterschaltung ausgegeben wird, in eine Ausgangsspannung der Wechselrichterschaltung oder mehr umwandelt, deren Spannung der DC-Energiequelle zugeführt wird.
  • Wirkungen der Erfindung
  • Mit der bidirektionalen kontaktlosen Energieversorgungseinrichtung der vorliegenden Erfindung wird es möglich, eine bidirektionale kontaktlose Energieversorgungseinrichtung mit einer hohen elektrischen Energieübertragungs-Effizienz zu erhalten.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist ein Schaltungsdiagramm, das eine bidirektionale kontaktlose Energieversorgungseinrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 2 ist ein Schaltungsdiagramm, das eine spezifische Konfiguration der bidirektionalen kontaktlosen Energieversorgungseinrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 3 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein bidirektionales kontaktloses Energieversorgungssystem gemäß bidirektionalen kontaktlosen Energieversorgungseinrichtungen bei der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 4 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein anderes bidirektionales kontaktloses Energieversorgungssystem gemäß den bidirektionalen kontaktlosen Energieversorgungseinrichtungen bei der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 5 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein bidirektionales kontaktloses Energieversorgungssystem zur Zeit einer G2V-elektrischen Energieversorgung gemäß den bidirektionalen kontaktlosen Energieversorgungseinrichtungen bei der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 6 zeigt Diagramme, die jeweils experimentelle Ergebnisse der Spannungen der jeweiligen Bereiche in einem bidirektionalen kontaktlosen Energieversorgungssystem zur Zeit einer G2V-elektrischen Energieversorgung zeigt;
  • 7 ist ein Diagramm, das experimentelle Ergebnisse der elektrischen Energieübertragungs-Effizienzen in dem bidirektionalen kontaktlosen Energieversorgungssystem zur Zeit einer G2V-elektrischen Energieversorgung zeigt;
  • 8 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein bidirektionales kontaktloses Energieversorgungssystem zur Zeit einer V2G-elektrischen Energieversorgung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 9 enthält diverse Diagramme, die jeweils experimentelle Ergebnisse der Spannungen der jeweiligen Bereiche in einem bidirektionalen kontaktlosen Energieversorgungssystem zur Zeit einer V2g-elektrischen Energieversorgung zeigen;
  • 10 ist ein Diagramm, das experimentelle Ergebnisse der elektrischen Energieübertragungs-Effizienzen in dem bidirektionalen kontaktlosen Energieversorgungssystem zur Zeit einer V2G-elektrischen Energieversorgung zeigt;
  • 11 ist ein Schaltungsdiagramm, das eine bidirektionale kontaktlose Energieversorgungseinrichtung gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 12 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein bidirektionales kontaktloses Energieversorgungssystem gemäß den bidirektionalen kontaktlosen Energieversorgungseinrichtungen bei der Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 13 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein anderes bidirektionales kontaktloses Energieversorgungssystem gemäß der bidirektionalen kontaktlosen Energieversorgungseinrichtung bei der Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 14 ist ein anschauliches Schaltungsdiagramm, um einen Teil der Steuerungszustände der bidirektionalen kontaktlosen Energieversorgungseinrichtungen in einem bidirektionalen kontaktlosen Energieversorgungssystem gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung zu erläutern;
  • 15 ist ein anschauliches Schaltungsdiagramm, um einen Teil der Steuerungszustände der bidirektionalen kontaktlosen Energieversorgungseinrichtungen in dem bidirektionalen kontaktlosen Energieversorgungssystem gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung zu erläutern; und
  • 16 ist ein anschauliches Schaltungsdiagramm, um einen Teil der Steuerungszustände der bidirektionalen kontaktlosen Energieversorgungseinrichtungen in dem bidirektionalen kontaktlosen Energieversorgungssystem gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung zu erläutern.
  • Ausführungsformen gemäß der Erfindung
  • Nachfolgend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung detailliert unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es sei angemerkt, dass in jeder der Figuren die gleichen Bezugszeichen die gleichen Teile oder entsprechende Teile bezeichnen wie diejenigen, die in den jeweiligen Zeichnungen gezeigt sind.
  • Ausführungsform 1.
  • 1 ist ein Schaltungsdiagramm, das eine Zweiwege- oder bidirektionale kontaktlose Energieversorgungseinrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt. Die bidirektionale kontaktlose Energieversorgungseinrichtung 1 weist Folgendes auf: eine eigene Spule (auch als eine ”Spule auf der eigenen Seite” bezeichnet) 2, die magnetisch mit einer anderen Spule (auch als eine ”Spule auf der gegenüberliegenden Seite” bezeichnet) gekoppelt ist, um die Übertragung und den Empfang von elektrischer Energie durchzuführen; einen Kondensator 3, der mit der Spule 2 in Reihe geschaltet ist, eine Wechselrichterschaltung 4, einen Zweiwege- oder bidirektionalen Aufwärts-Abwärts-Umrichter 5 sowie eine Steuerungsschaltung 6 zum Steuern der Wechselrichterschaltung 4 und des bidirektionalen Aufwärts-Abwärts-Umrichters 5.
  • Die Wechselrichterschaltung 4 weist ein erstes Eingangs-Ausgangs-Ende 41 und ein zweites Eingangs-Ausgangs-Ende 42 auf. Durch das erste Eingangs-Ausgangs-Ende 41 wird AC-Energie eingegeben und ausgegeben, und durch das zweite Eingangs-Ausgangs-Ende 42 wird DC-Energie eingegeben und ausgegeben. Wenn die bidirektionale kontakt-lose Energieversorgungseinrichtung 1 als elektrische Energieübertragungseinrichtung wirkt, dann wird DC-Energie durch das zweite Eingangs-Ausgangs-Ende 42 eingegeben und AC-Energie aus dem ersten Eingangs-Ausgangs-Ende 41 ausgegeben. Wenn indes die bidirektionale kontaktlose Energieversorgungseinrichtung 1 als elektrische Energieempfangseinrichtung wirkt, wird AC-Energie durch das erste Eingangs-Ausgangs-Ende 41 eingegeben, und DC-Energie wird von dem zweiten Eingangs-Ausgangs-Ende 42 ausgegeben.
  • Der bidirektionale Aufwärts-Abwärts-Umrichter 5 weist ein erstes Eingangs-Ausgangs-Ende 51 und ein zweites Eingangs-Ausgangs-Ende 52 auf. Sowohl durch das erste Eingangs-Ausgangs-Ende 51, als auch das zweite Eingangs-Ausgangs-Ende 52 wird DC-Energie eingegeben und ausgegeben. Die Spannung am ersten Eingangs-Ausgangs-Ende 51 ist eine Spannung des zweiten Eingangs-Ausgangs-Endes 52 oder weniger. Der bidirektionale Aufwärts-Abwärts-Umrichter 5 wirkt nämlich, zu der Zeit, zu welcher er als elektrische Energieübertragungseinrichtung arbeitet, als ein Abwärtswandlungs-Umrichter, wobei eine DC-Spannung, die am zweiten Eingangs-Ausgangs-Ende 52 eingegeben wird, abwärts gewandelt wird oder auf der Größe ihrer Spannung belassen wird, und die aus dem ersten Eingangs-Ausgangs-Ende 51 ausgegeben wird; und der bidirektionale Aufwärts-Abwärts-Umrichter wirkt zu der Zeit, zu welcher er als elektrische Energieempfangs-einrichtung arbeitet, als ein Aufwärtswandlungs-Umrichter, wobei eine DC-Spannung, die am ersten Eingangs-Ausgangs-Ende 51 eingegeben wird, aufwärts gewandelt wird oder auf der Größe ihrer Spannung belassen wird, und die aus dem zweiten Eingangs-Ausgangs-Ende 52 ausgegeben wird.
  • An das zweite Eingangs-Ausgangs-Ende 52 des bidirektionalen Aufwärts-Abwärts-Umrichters 5 ist eine DC-Energiequelle 7 angeschlossen, die kein die bidirektionale kontaktlose Energieversorgungseinrichtung 1 ausbildendes Element der Ausführungsform ist. Wenn die bidirektionale kontaktlose Energieversorgungseinrichtung 1 als elektrische Energieübertragungseinrichtung betrieben wird, wird DC-Energie aus der DC-Energiequelle 7 eingegeben, während beim Betrieb als eine elektrische Energieempfangseinrichtung die DC-Energie an die DC-Energiequelle 7 ausgegeben wird.
  • Am ersten Eingangs-Ausgangs-Ende 41 der Wechselrichterschaltung 4 sind die Spule 2 und der Kondensator 3 angeschlossen, die in Reihe geschaltet sind; und am zweiten Eingangs-Ausgangs-Ende 42 ist das erste Eingangs-Ausgangs-Ende 51 des bidirektionalen Aufwärts-Abwärts-Umrichters 5 angeschlossen. Die Spannung des zweiten Eingangs-Ausgangs-Endes 42 der Wechselrichterschaltung 4 wird hinsichtlich der Größe der Spannung mit der Spannung des ersten Eingangs-Ausgangs-Endes 51 des bidirektionalen Aufwärts-Abwärts-Umrichters 5 gleichgesetzt.
  • 2 ist ein Schaltungsdiagramm, das auf spezifischere Weise die Konfiguration der bidirektionalen kontaktlosen Energieversorgungseinrichtung 1 zeigt, die in 1 dargestellt ist. Es sei angemerkt, dass die hier dargestellte Schaltung nur beispielhaft gezeigt ist. Es versteht sich, dass eine Schaltung, die ähnliche Vorgänge ausführt, die gleiche wie bei der bidirektionalen kontaktlosen Energieversorgungseinrichtung ist, die in 1 dargestellt ist.
  • Die Wechselrichterschaltung 4 ist aus einer Brückenschaltung gebildet, in welcher Halbleiter-Schalteinrichtungen Q1, Q2, Q3 und Q4 aus MOSFETs, IGBTs und dergleichen in Vollbrückenschaltung geschaltet sind. Ein Paar aus den Halbleiter-Schalteinrichtungen Q1 und Q2, das in Reihe geschaltet ist, und ein Paar Q3 und Q4 davon, das in Reihe geschaltet ist, sind parallel zueinander geschaltet, um die Konfiguration zu bilden. Dann sind der Mittelpunkt der Halbleiter-Schalteinrichtungen Q1 und Q2 sowie der Mittelpunkt der Halbleiter-Schalteinrichtungen Q3 und Q4 beide mit dem ersten Eingangs-Ausgangs-Ende 41 der Wechselrichterschaltung 4 verbunden; ein Verbindungspunkt der Halbleiter-Schalteinrichtungen Q1 und Q3 sowie ein Verbindungspunkt der Halbleiter-Schalteinrichtungen Q2 und Q4 sind beide mit dem zweiten Eingangs-Ausgangs-Ende 42 der Wechselrichterschaltung 4 verbunden.
  • Wenn die Halbleiter-Schalteinrichtungen aus MOSFETs gebildet sind, haben die MOSFETs jeweils eingebaute Rückkopplungsdioden, wie in 2 gezeigt. Wenn die Halbleiter-Schalteinrichtungen aus IGBTs gebildet sind, gibt es ebenfalls Einrichtungen, die mit eingebauten Rückkopplungsdioden versehen sind, wie in 2 gezeigt; es existieren jedoch auch Einrichtungen, die keine eingebauten Rückkopplungsdioden haben. Wenn IGBTs verwendet werden, bei welchen keine Rückkopplungsdioden eingebaut sind, dann sind die jeweiligen Dioden für die Halbleiter-Schalteinrichtungen Q1, Q2, Q3 und Q4 der IGBTs parallel zueinander vorgesehen, wie in dem in 2 gezeigten Schema.
  • Gemäß der oben beschrieben Konfiguration wandelt die Wechselrichterschaltung 4 die in das zweite Eingangs-Ausgangs-Ende 42 eingegebene DC-Energie in AC-Energie um, indem sie die Steuerung des Einschaltens und Ausschaltens der Halbleiter-Schalteinrichtungen Q1, Q2, Q3 und Q4 mittels eines Signals bzw. mittels Signalen aus der Steuerungsschaltung 6 durchführt, und sie gibt die AC-Energie aus dem ersten Eingangs-Ausgangs-Ende 41 aus.
  • Außerdem wird die an dem ersten Eingangs-Ausgangs-Ende 41 eingegebene AC-Energie mittels einer Diodenbrücke vollwellen-gleichgerichtet, die von den Rückkopplungsdioden der Halbleiter-Schalteinrichtungen Q1, Q2, Q3 und Q4 konfiguriert wird, und sie wird in DC-Energie umgewandelt, die aus dem zweiten Eingangs-Ausgangs-Ende 42 ausgegeben wird. Wenn die Halbleiter-Schalteinrichtungen aus MOSFETs gebildet sind, kann eine Synchrongleichrichtung zu den Zeitpunkten durchgeführt werden, wo der elektrische Strom durch Rückkopplungsdioden hindurchgeht, indem die MOSFETs entsprechend den Rückkopplungsdioden eingeschaltet werden.
  • Der bidirektionale Aufwärts-Abwärts-Umrichter 5 wird konfiguriert, indem eine Drosselspule L in den Mittelpunkt der Halbleiter-Schalteinrichtungen Q5 und Q6 der MOSFETs, IGBTs und dergleichen geschaltet wird, die miteinander in Reihe geschaltet sind. Wie in 2 gezeigt, ist das andere Ende der Drosselspule L mit dem ersten Eingangs-Ausgangs-Ende 51 verbunden, und ein Kondensator C1 ist mit dem ersten Eingangs-Ausgangs-Ende 51 verbunden. Indessen ist ein Zweig der Halbleiter-Schalteinrichtungen Q5 und Q6, die in Reihe geschaltet sind, mit dem zweiten Eingangs-Ausgangs-Ende 52 verbunden, und ein Kondensator C2 ist quer darüber mit dem zweiten Eingangs-Ausgangs-Ende 52 verbunden.
  • Wenn die Halbleiter-Schalteinrichtungen Q5 und Q6 aus IGBTs gebildet sind, bei welchen keine Rückkopplungsdioden eingebaut sind, sind die jeweiligen Dioden für die Halbleiter-Schalteinrichtungen Q5 und Q6 der IGBTs parallel zueinander vorgesehen, und zwar in den in 2 gezeigten Richtungen. Das Einschalten und Ausschalten der Halbleiter-Schalteinrichtungen Q5 und Q6 wird mit der Steuerungsschaltung 6 gesteuert.
  • Wenn die bidirektionale kontaktlose Energieversorgungseinrichtung 1 als elektrische Energieübertragungseinrichtung arbeitet, dann arbeitet der Aufwärts-Abwärts-Umrichter 5 als Abwärtswandlungs-Umrichter, und so wird die Halbleiter-Schalteinrichtung Q5 einschalt-/ausschaltgesteuert, und zwar mittels der Signale von der Steuerungsschaltung 6 mit einem Einschaltdauer-Verhältnis (Verhältnis der Einschaltzeit hinsichtlich der Gesamtsumme der Einschaltzeit und der Ausschaltzeit) gemäß einem Abwärtswandlungs-Spannungsverhältnis (Verhältnis zwischen der Größe der Spannung, die am zweiten Eingangs-Ausgangs-Ende 52 eingegeben wird, und der Größe der Spannung, die aus dem ersten Eingangs-Ausgangs-Ende 51 ausgegeben wird).
  • Zu diesem Zeitpunkt kann die Halbleiter-Schalteinrichtung Q6 stets ausgeschaltet sein. Wenn jedoch die Halbleiter-Schalteinrichtung Q6 als ein MOSFET ausgebildet ist, kann eine Synchrongleichrichtung zu Zeitpunkten erfolgen, wo ein elektrischer Strom durch Rückkopplungsdioden hindurchgeht, indem die Halbleiter-Schalteinrichtung Q6 mittels der Signale aus der Steuerungsschaltung 6 eingeschaltet wird.
  • Wenn indes die bidirektionale kontaktlose Energieversorgungseinrichtung 1 als elektrische Energieempfangseinrichtung arbeitet, dann arbeitet der bidirektionale Aufwärts-Abwärts-Umrichter 5 als Aufwärtswandlungs-Umrichter, und so wird die Halbleiter-Schalteinrichtung Q6 einschalt-/ausschaltgesteuert, und zwar mittels der Signale von der Steuerungsschaltung 6 mit einem Einschaltdauer-Verhältnis gemäß einem Aufwärtswandlungs-Spannungsverhältnis (Verhältnis zwischen der Größe der Spannung, die am ersten Eingangs-Ausgangs-Ende 51 eingegeben wird, und der Größe der Spannung, die aus dem zweiten Eingangs-Ausgangs-Ende 52 ausgegeben wird).
  • Zu diesem Zeitpunkt kann die Halbleiter-Schalteinrichtung Q5 stets ausgeschaltet sein. Wenn jedoch die Halbleiter-Schalteinrichtung Q5 als ein MOSFET ausgebildet ist, kann eine Synchrongleichrichtung zu Zeitpunkten erfolgen, wo ein elektrischer Strom durch Rückkopplungsdioden hindurchgeht, indem die Halbleiter-Schalteinrichtung Q5 mittels der Signale aus der Steuerungsschaltung 6 eingeschaltet wird.
  • Die bidirektionale kontaktlose Energieversorgungseinrichtung 1 der Ausführungsform wird, wie oben beschrieben, ausgebildet und betrieben.
  • 3 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein bidirektionales kontaktloses Energieversorgungssystem veranschaulicht, das zwei der bidirektionalen kontaktlosen Energieversorgungseinrichtungen der Ausführungsform verwendet. Außerdem ist 4 ein Schaltungsdiagramm, das ein weiteres bidirektionales kontaktloses Energieversorgungssystem veranschaulicht, das zwei der bidirektionalen kontaktlosen Energieversorgungseinrichtungen verwendet.
  • Die bidirektionalen kontaktlosen Energieversorgungssysteme gemäß 3 und 4 sind jeweils aus einer ersten bidirektionalen kontaktlosen Energieversorgungseinrichtung 1a und einer zweiten bidirektionalen kontaktlosen Energieversorgungseinrichtung 1b gebildet. Eine Spule 2a der ersten bidirektionalen kontaktlosen Energieversorgungseinrichtung 1a und eine Spule 2b der zweiten bidirektionalen kontaktlosen Energieversorgungseinrichtung 1b sind magnetisch miteinander mit einem Kopplungskoeffizienten k gekoppelt.
  • Die Konfiguration ist derart, dass die erste bidirektionale kontaktlose Energieversorgungseinrichtung 1a und die zweite bidirektionale kontaktlose Energieversorgungseinrichtung 1b identische Schaltungskonfigurationen haben, und sie nehmen Konfigurationen an, die hinsichtlich der rechten und linken Seite in der Zeichnung symmetrisch sind. Außerdem sind die Wechselrichterschaltungen 4a und 4b und die bidirektionalen Aufwärts-Abwärts-Umrichter 5a und 5b jeweils aus den Halbleiter-Schalteinrichtungen Q1 bis Q6 oder dergleichen gebildet, ähnlich wie die Wechselrichterschaltung 4 und der bidirektionale Aufwärts-Abwärts-Umrichter 5, die in 2 gezeigt sind.
  • In dem bidirektionalen kontaktlosen Energieversorgungssystem gemäß 3 ist eine DC-Energiequelle 7a mit einem zweiten Eingangs-Ausgangs-Ende des bidirektionalen Aufwärts-Abwärts-Umrichters 5a der ersten bidirektionalen kontaktlosen Energieversorgungseinrichtung 1a verbunden, und eine DC-Energiequelle 7b ist mit einem zweiten Eingangs-Ausgangs-Ende des bidirektionalen Aufwärts-Abwärts-Umrichters 5b der zweiten bidirektionalen kontaktlosen Energieversorgungseinrichtung 1b verbunden.
  • Für die DC-Energiequellen 7a und 7b ist jeweils eine DC-Energiequelle geeignet, die zum Laden und Entladen von elektrischer Energie geeignet ist, wie beispielsweise eine Lithium-Ionen-Batterie. Mit der Wechselrichterschaltung 4a sind die Spule 2a und ein Kondensator 3a verbunden, die miteinander in Reihe geschaltet sind; und mit der Wechselrichterschaltung 4b sind die Spule 2b und ein Kondensator 3b verbunden, die miteinander in Reihe geschaltet sind.
  • In dem bidirektionalen kontaktlosen Energieversorgungssystem gemäß 4 ist indes ein bidirektionaler AC/DC-Umrichter 70a anstelle der DC-Energiequelle 7a gemäß 3 angeschlossen, und es ist eine AC-Energiequelle 8 an ein anderes Ende des bidirektionalen AC/DC-Umrichters 70a angeschlossen. Der bidirektionale AC/DC-Umrichter ist ein elektrischer Leistungsumrichter, in welchem AC-Energie, die an ersten Anschlüssen zugeführt wird, in DC-Energie umgewandelt wird und an zweite Anschlüsse ausgegeben wird, wohingegen DC-Energie, die an den zweiten Anschlüssen zugeführt wird, in AC-Energie umgewandelt wird und an die ersten Anschlüsse ausgegeben wird.
  • Das heißt, da die Eingabe und die Ausgabe von DC-Energie durch die zweiten Anschlüsse des bidirektionalen AC/DC-Umrichters 70a erfolgen können, ist der bidirektionale AC/DC-Umrichter das gleiche wie eine DC-Energiequelle, und zwar vom Standpunkt der ersten bidirektionalen kontaktlosen Energieversorgungseinrichtung 1a aus. Daher ist eine Einrichtung wie z. B. der bidirektionale AC/DC-Umrichter 70a gemäß 4 zum Eingeben oder Ausgeben von DC-Energie ebenfalls für die DC-Energiequelle enthalten, die in der vorliegenden Erfindung genannt ist.
  • Außerdem ist in dem bidirektionalen kontaktlosen Energieversorgungssystem gemäß 4 ein bidirektionaler DC/DC-Umrichter 70b anstelle der DC-Energiequelle 7b gemäß 3 angeschlossen, und eine DC-Energiequelle 9, die zum Laden und Entladen von elektrischer Energie imstande ist, wie z. B. eine Lithium-Ionen-Batterie, ist an ein anderes Ende des bidirektionalen DC/DC-Umrichters 70b angeschlossen.
  • Der bidirektionale DC/DC-Umrichter 70b gemäß 4 ist ein elektrischer Leistungsumrichter, in welchem DC-Energie, die an seinen ersten Anschlüssen zugeführt wird, spannungsmäßig abwärts oder aufwärts gewandelt wird, so dass der Wert der Spannung verändert wird und sie an seinen zweiten Anschlüssen ausgegeben wird, wohingegen DC-Energie, die an den zweiten Anschlüssen zugeführt wird, spannungsmäßig abwärts oder aufwärts gewandelt wird, so dass der Wert der Spannung verändert wird und sie an den ersten Anschlüssen ausgegeben wird.
  • Das heißt, er ist eine DC/DC-Umrichterschaltung. Was das Laden und Entladen von elektrischer Energie einer Lithium-Ionen-Batterie anbelangt, kann es einen Fall geben, in welchem eine eigens vorgesehene Lade-/Entladeeinrichtung vorgesehen ist. In solch einem Fall ist eine Lade-/Entladeeinrichtung, d. h. eine Einrichtung wie z. B. der bidirektionale DC/DC-Umrichter 70b gemäß 4 zum Eingeben oder Ausgeben von DC-Energie, ebenfalls für die in der vorliegenden Erfindung genannte DC-Energiequelle enthalten.
  • Da die erste bidirektionale kontaktlose Energieversorgungseinrichtung 1a und die zweite bidirektionale kontaktlose Energieversorgungseinrichtung 1b Einrichtungen sind, die einzeln für einander vorgesehen sind, kann eine jeweilige Vorrichtung, an welcher die jeweilige Einrichtung montiert ist, unabhängig verwendet werden. Da sich der Kopplungskoeffizient k zwischen der Spule 2a und der Spule 2b in Abhängigkeit von dem gegenseitigen Anordnungsverhältnis der Spulen verändert, verändert sich der Kopplungskoeffizient in Abhängigkeit von dem Zustand, wenn jede der bidirektionalen kontaktlosen Energieversorgungseinrichtungen angeordnet wird, um eine bidirektionale kontaktlose Energieversorgung durchzuführen.
  • Der Kopplungskoeffizient k ist ein Koeffizient, der Werte zwischen 0 und 1 annimmt. Um eine hohe elektrische Energieübertragungs-Effizienz zu erzielen, ist es wünschenswert, jede der bidirektionalen kontaktlosen Energieversorgungseinrichtungen so anzuordnen, dass deren Kopplungskoeffizient k den größten Wert annimmt. Es ergeben sich jedoch auch nicht wünschenswerte Fälle, in welchen eine präzise zu erfolgende Ausrichtung Stress bei dem Benutzer hervorruft, so dass im Allgemeinen der Kopplungskoeffizient k kleiner als der maximale Kopplungskoeffizient wird. Ein Zustand mit einem solchen Kopplungskoeffizienten k, der kleiner als der maximale Koeffizient ist, wird als ein „Positionsversatz” bezeichnet. Dies bedeutet, dass die Positionen der Spulen 2a und 2b bezogen auf ihre idealen Positionen fehlerhaft ausgerichtet sind.
  • Nachfolgend werden die Vorgänge bei dem bidirektionalen kontaktlosen Energieversorgungssystem gemäß 3 beschrieben. Es wird der Fall beschrieben, in welchem die erste bidirektionale kontaktlose Energieversorgungseinrichtung 1a als elektrische Energieübertragungseinrichtung wirkt und die zweite bidirektionale kontaktlose Energieversorgungseinrichtung 1b als elektrische Energieempfangseinrichtung wirkt. Da die bidirektionalen kontaktlosen Energieversorgungseinrichtungen 1a und 1b identische Schaltungskonfigurationen haben, wie oben beschrieben, kann eine elektrische Energieversorgung in der Rückwärtsrichtung in Bezug auf die vorstehende Erläuterung durchgeführt werden, indem die erste bidirektionale kontaktlose Energieversorgungseinrichtung 1a als elektrische Energieempfangseinrichtung betrieben wird und die zweite bidirektionale kontaktlose Energieversorgungseinrichtung 1b als elektrische Energieübertragungseinrichtung betrieben wird, so dass elektrische Energieversorgungen in beiden Richtungen verwirklicht werden können.
  • Daher wird deren detaillierte Beschreibung für einen Fall weggelassen, in welchem die erste bidirektionale kontaktlose Energieversorgungseinrichtung 1a als elektrische Energieempfangseinrichtung betrieben wird und die zweite bidirektionale kontaktlose Energieversorgungseinrichtung 1b als elektrische Energieübertragungseinrichtung betrieben wird.
  • Wenn die Spule 2a der bidirektionalen kontaktlosen Energieversorgungseinrichtung 1a und die Spule 2b der bidirektionalen kontaktlosen Energieversorgungseinrichtung 1b magnetisch miteinander mit einem Kopplungskoeffizienten k gekoppelt sind und in einen Zustand gebracht sind, in dem sie elektrische Energie übertragen können, was mittels einer Funkkommunikation verifiziert wird, dass die elektrische Energieübertragung und der elektrische Energieempfang gegenseitig in den Zustand gebracht sind, in dem sie imstande sind, dies auszuführen.
  • Unter diesen Gegebenheiten beginnt die Wechselrichterschaltung 4a der bidirektionalen kontaktlosen Energieversorgungseinrichtung 1a, die eine elektrische Energieübertragungseinrichtung ist, das Schalten mit einer vorbestimmten Schaltfrequenz, z. B. bei 85 kHz oder dergleichen, und DC-Energie, die am zweiten Eingangs-Ausgangs-Ende der Wechselrichterschaltung 4a eingegeben wird, wird in AC-Energie umgewandelt, die von dem ersten Eingangs-Ausgangs-Ende der Wechselrichterschaltung 4a ausgegeben wird. Im bidirektionalen Aufwärts-Abwärts-Umrichter 5a auf der Energie-Übertragungsseite ist die DC-Energiequelle 7a mit dem zweiten Eingangs-Ausgangs-Ende verbunden.
  • Die Konfiguration ist jedoch derart, dass zu der Zeit, wenn die elektrische Energieübertragung beginnt, beide, also die Halbleiter-Schalteinrichtung der oberen Stufe und die Halbleiter-Schalteinrichtung der unteren Stufe ausgeschaltet sind, so dass die Ausgangsspannung aus dem ersten Eingangs-Ausgangs-Ende 0 V beträgt. Dann beginnt die Halbleiter-Schalteinrichtung der oberen Stufe des bidirektionalen Aufwärts-Abwärts-Umrichters 5a das Schalten, so dass eine DC-Spannung an dem ersten Eingangs-Ausgangs-Ende des bidirektionalen Aufwärts-Abwärts-Umrichters 5a ausgegeben wird, und folglich wird die DC-Spannung am zweiten Eingangs-Ausgangs-Ende der Wechselrichterschaltung 4a eingegeben.
  • Da der bidirektionale Aufwärts-Abwärts-Umrichter 5a zur Zeit der elektrischen Energieübertragung als Abwärtswandlungs-Umrichter arbeitet, wird die Halbleiter-Schalteinrichtung der unteren Stufe ausgeschaltet belassen. Es ist jedoch besser, einen sanften Anlauf durchzuführen, bei welchem das Einschaltdauer-Verhältnis (das Verhältnis der Einschaltzeit bezogen auf die Gesamtsumme der Einschaltzeit und der Ausschaltzeit) der Halbleiter-Schalteinrichtung der oberen Stufe allmählich, beginnend von ”0” größer gemacht wird, und zwar zu der Zeit, wenn die elektrische Energieübertragung beginnt.
  • Um zu dieser Zeit den elektrischen Strom, der an die Spule 2a aus dem ersten Eingangs-Ausgangs-Ende der Wechselrichterschaltung 4a ausgegeben wird, nicht übermäßig groß werden zu lassen, wird in geeigneter Weise ein oberer Grenzwert eingestellt, während der elektrische Strom detektiert wird, und wenn der obere Grenzwert überschritten werden wird, dann wird ein Bereitschaftszustand implementiert, um das Einschaltdauer-Verhältnis der Halbleiter-Schalteinrichtung der oberen Stufe des bidirektionalen Aufwärts-Abwärts-Umrichters 5a nicht größer zu machen, so dass die Spannung, die von dem ersten Eingangs-Ausgangs-Ende des bidirektionalen Aufwärts-Abwärts-Umrichters 5a, der ein Abwärtswandlungs-Umrichter ist, nicht zunimmt.
  • Da das Einschaltdauer-Verhältnis der Wechselrichterschaltung 4a auch mittels der Signale von einer Steuerungsschaltung 6a gesteuert werden kann, kann eine Implementierung erfolgen, dass das Einschaltdauer-Verhältnis gemäß den Bedingungen gesteuert wird. Da jedoch Schaltverluste in den Halbleiter-Schalteinrichtungen der Wechselrichterschaltung 4a zunehmen, falls das Einschaltdauer-Verhältnis klein sein soll, ist es am besten, das Einschaltdauer-Verhältnis der Wechselrichterschaltung 4a auf das Maximum einzustellen, nämlich 50%.
  • Dann führt der bidirektionale Aufwärts-Abwärts-Umrichter 5a eine Rückkopplungssteuerung des Einschaltdauer-Verhältnisses der Halbleiter-Schalteinrichtung der oberen Stufe des bidirektionalen Aufwärts-Abwärts-Umrichters 5a durch, so dass die elektrische Energie, die am zweiten Eingangs-Ausgangs-Ende gemessen wird, nämlich die elektrische Eingangsenergie, konstant gemäß einem Befehlswert der Übertragungsenergie wird.
  • Es sei angemerkt, dass der Befehlswert der Übertragungsenergie ein Wert der Übertragungsenergie ist, mit dem die bidirektionale kontaktlose Energieversorgungseinrichtung 1a, die eine elektrische Energieübertragungseinrichtung ist, von außen angewiesen wird; von außen bedeutet hier, dass die Anfrage von der bidirektionalen kontaktlosen Energieversorgungseinrichtung 1b getätigt wird, die eine elektrische Energieempfangseinrichtung ist, und/oder ein Befehlswert, der von einem Benutzer erzeugt wird.
  • Die bidirektionale kontaktlose Energieversorgungseinrichtung 1a, die eine elektrische Energieübertragungseinrichtung ist, erkennt den Wert der elektrischen Energie, die übertragen werden soll, und die Steuerung wird so durchgeführt, dass die elektrische Energie, die in den bidirektionalen Aufwärts-Abwärts-Umrichter 5a eingegeben wird, konstant auf dem Wert der elektrischen Energie wird, die übertragen werden soll.
  • In der bidirektionalen kontaktlosen Energieversorgungseinrichtung 1b, die eine elektrische Energieempfangseinrichtung ist, ist indes die Spule 2b magnetisch mit der Spule 2a mit einem Kopplungskoeffizienten k gekoppelt, so dass ein Wechselstrom durch die Spule 2b fließt. Die Frequenz des Wechselstroms wird identisch zu derjenigen der Schaltfrequenz der Wechselrichterschaltung 4a auf der Seite einer elektrischen Energieübertragungseinrichtung gemacht. Wegen des Wechselstroms, der durch die Spule 2b fließt, wird AC-Energie der bidirektionalen kontaktlosen Energieversorgungseinrichtung 1b zugeführt, die eine elektrische Energieempfangseinrichtung ist, ohne damit einen Kontakt herzustellen.
  • Da die bidirektionale kontaktlose Energieversorgungseinrichtung 1b eine elektrische Energieempfangseinrichtung ist, sind die Halbleiter-Schalteinrichtungen der Wechselrichterschaltung 4b alle ausgeschaltet, so dass die Wechselrichterschaltung 4b als eine Diodenbrücke wirkt. Daher wird die AC-Energie, die von der Spule 2b empfangen wird, von der Wechselrichterschaltung 4b in DC-Energie umgewandelt, die von dem zweiten Eingangs-Ausgangs-Ende der Wechselrichterschaltung 4b ausgegeben wird und in den bidirektionalen Aufwärts-Abwärts-Umrichter 5b eingeführt wird.
  • Wenn der Betrieb als elektrische Energieempfangseinrichtung folgt, wird der bidirektionale Aufwärts-Abwärts-Umrichter 5b als Aufwärtswandlungs-Umrichter betrieben, so dass die Halbleiter-Schalteinrichtung der oberen Stufe des bidirektionalen Aufwärts-Abwärts-Umrichters 5b ausgeschaltet belassen wird. Indes wird die Halbleiter-Schalteinrichtung der unteren Stufe (mit ihrem Einschaltdauer-Verhältnis bei 100%) eingeschaltet, und zwar zu der Zeit, wenn eine elektrische Energieversorgung begonnen wird, und sie wird so gesteuert, dass das Einschaltdauer-Verhältnis allmählich verkleinert wird.
  • Es ist bekannt, dass ein kontaktloses Energieversorgungssystem, bei welchem dessen Spulen und Kondensatoren in Reihe miteinander geschaltet sind, und zwar als Paare auf beiden Seiten von einer Energie-Übertragungsseite und einer Energie-Empfangsseite, die Eigenschaften eines Immitanzumsetzers hat. Ein Immitanzumsetzer bedeutet solche Eigenschaften, dass dessen Ausgangsstrom konstant wird, wenn dessen Eingangsspannung konstant ist, und dass dessen Ausgangsspannung konstant wird, wenn dessen Eingangsstrom konstant ist.
  • Dies zeigt, dass das Energieversorgungssystem, das bei dieser Ausführungsform beschrieben ist, auch die Eigenschaften eines Immitanzumsetzers hat, und wenn die Impedanz bei Betrachtung von einer Empfangsspule für elektrische Energie, die stromabwärts davon angeordnet ist, den Wert „Z” besitzt, die Impedanz bei Betrachtung von der Wechselrichterschaltung auf der Energie-Übertragungsseite aus umgekehrt proportional zu „Z” ist.
  • Das heißt, indem die Halbleiter-Schalteinrichtung der unteren Stufe (bei einem Einschaltdauer-Verhältnis von 100%) des bidirektionalen Aufwärts-Abwärts-Umrichters 5b zu einem Zeitpunkt eingeschaltet wird, wenn eine elektrische Energieversorgung beginnt, dann wird die Impedanz „Z” bei Betrachtung von der Spule 2b stromabwärts davon auf der Energie-Empfangsseite signifikant klein, und die Impedanz bei Betrachtung von der Wechselrichterschaltung 4a auf der Energie-Übertragungsseite aus wird signifikant groß, da die Impedanz bei Betrachtung aus dieser Richtung umgekehrt proportional zu „Z” ist. Im Ergebnis gilt Folgendes: Selbst wenn eine DC-Spannung plötzlich in die Wechselrichterschaltung 4a auf der Energie-Übertragungsseite eingegeben wird, so wird ein hineinfließender elektrischer Strom gedämpft, so dass die elektrische Energieversorgung sicher gestartet werden kann.
  • Wenn dann das Einschaltdauer-Verhältnis der Halbleiter-Schalteinrichtung der unteren Stufe im bidirektionalen Aufwärts-Abwärts-Umrichter 5b auf der Energie-Empfangsseite allmählich kleiner gemacht wird, so wird die Impedanz ”Z” bei Betrachtung von der Spule 2b stromabwärts davon auf der Energie-Empfangsseite aus allmählich größer gemacht, so dass die elektrische Energie, die eingegeben wird, allmählich zunimmt, da die Impedanz bei Betrachtung von der Wechselrichterschaltung 4a auf der Energie-Übertragungsseite aus allmählich kleiner gemacht wird. Gemäß den obigen Ausführungen wird ein sanfter Start der kontaktlosen Energieversorgung durchgeführt.
  • Zu dem Zeitpunkt, in dem die Übertragung einen Befehlswert der Übertragungsenergie erreicht, wird das Einschaltdauer-Verhältnis der Halbleiter-Schalteinrichtung der unteren Stufe des bidirektionalen Aufwärts-Abwärts-Umrichters 5b so gesteuert, dass die elektrische Energie am zweiten Eingangs-Ausgangs-Ende des bidirektionalen Aufwärts-Abwärts-Umrichters 5b, d. h. die elektrische Energie, die aus dem bidirektionalen Aufwärts-Abwärts-Umrichter 5b ausgegeben wird, maximiert wird.
  • Was das Steuerungsverfahren zu dieser Zeit anbelangt, kann ein Gradientenverfahren oder eine Hill-Climbing-Technik verwendet werden. Wenn eine solche Steuerung auf der Energie-Übertragungsseite und auf der Energie-Empfangsseite durchgeführt wird, kann das bidirektionale kontaktlose Energieversorgungssystem die elektrische Energieversorgung vollständig unter einer Bedingung durchführen, bei welcher die Effizienz am höchsten wird, so dass das System automatisch unter der Bedingung betrieben werden kann, bei welcher die Effizienz am höchsten wird.
  • Nachfolgend erfolgt eine Erläuterung unter Bezugnahme auf experimentelle Ergebnisse gemäß einem technischen Modell eines bidirektionalen kontaktlosen Energieversorgungssystems. 5 ist ein Schaltungsdiagramm, das das bidirektionale kontaktlose Energieversorgungssystem veranschaulicht, das für die Experimente verwendet wurde.
  • Das bidirektionale kontaktlose Energieversorgungssystem gemäß 5 ist das gleiche wie das bidirektionale kontaktlose Energieversorgungssystem gemäß 3. In den Experimenten wurde jedoch ein Widerstand (elektronische Lasteinrichtung) 71b, der einen äquivalenten Widerstand hatte, der der gleiche wie der von der DC-Energiequelle 7b war, anstelle der DC-Energiequelle 7b verwendet, die eine Lithium-Ionen-Batterie auf der Energie-Empfangsseite war. In 5 wurden daher, wenn die Energie-Übertragungsseite und die Energie-Empfangsseite miteinander ausgetauscht wurden, die Experimente durchgeführt, indem ebenfalls die DC-Energiequelle 7a auf der Energie-Übertragungsseite durch einen Widerstand 71b auf der Energie-Empfangsseite ersetzt wurde.
  • Die bidirektionale kontaktlose Energieversorgungseinrichtung der Ausführungsform ist eine Einrichtung, bei welcher eine DC-Energiequelle am zweiten Eingangs-Ausgangs-Ende des bidirektionalen Aufwärts-Abwärts-Umrichters angeschlossen ist. Der Begriff „angeschlossen ist”, der hier verwendet wird, bedeutet jedoch „dazu imstande, angeschlossen zu werden”, aber er bedeutet nicht „stets angeschlossen”. Das heißt, wie die Experimente hier verdeutlichen, ist die bidirektionale kontaktlose Energieversorgungseinrichtung die Einrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung selbst in dem Fall, in welchem die DC-Energiequelle 7a, die eine elektrische Energieversorgungsquelle ist, durch den Widerstand 71b ersetzt wird, der eine Last ist, wenn die Energie-Übertragungsseite und die Energie-Empfangsseite gegeneinander ausgetauscht werden.
  • Die bidirektionale kontaktlose Energieversorgungseinrichtung dient nämlich als elektrische Energieübertragungseinrichtung, und sie dient auch als elektrische Energieempfangseinrichtung. Zu der Zeit, zu welcher sie als elektrische Energieübertragungseinrichtung dient, fungiert die bidirektionale kontaktlose Energieversorgungseinrichtung jedoch nicht an erster Stelle als elektrische Energieübertragungseinrichtung, falls eine DC-Energiequelle, die eine elektrische Energieversorgung ist, nicht enthalten war, und so ist eine bidirektionale kontaktlose Energieversorgungseinrichtung, bei welcher eine DC-Energiequelle am zweiten Eingangs-Ausgangs-Ende des bidirektionalen Aufwärts-Abwärts-Umrichters unter allen Umständen nicht angeschlossen ist, nicht in der bidirektionalen kontaktlosen Energieversorgungseinrichtung der vorliegenden Erfindung enthalten.
  • Außerdem bezeichnen in 5 die Bezugszeichen, die mit V1 bis V4 angezeigt sind, Spannungs-Detektionseinrichtungen, wie z. B. Spannungssensoren, und die Bezugszeichen, die mit I1 bis I4 angezeigt sind, bezeichnen elektrische Strom-Detektionseinrichtung, wie z. B. elektrische Stromsensoren. Die Spannungswerte und die elektrischen Stromwerte, die von den Spannungssensoren und den elektrischen Stromsensoren detektiert werden, werden in die Steuerungsschaltungen 6a und 6b eingegeben, und sie werden zur Steuerung der bidirektionalen kontaktlosen Energieversorgungseinrichtungen 1a und 1b verwendet.
  • Bei der obigen Erläuterung ist beschrieben, dass eine elektrische Energieübertragungseinrichtung die elektrische Energie, die in den bidirektionalen Aufwärts-Abwärts-Umrichter 5a eingegeben wird, konstant steuert. Dies steht dafür, dass die elektrische Energie, die durch das Berechnen V1 des Spannungssensors und I1 des Stromsensors in 5 erhalten wird, konstant gesteuert wird. Auf ähnliche Weise ist beschrieben, dass eine elektrische Energieempfangseinrichtung mittels eines Gradientenverfahrens oder einer Hill-Climbing-Technik gesteuert wird, so dass die elektrische Energie, die aus dem bidirektionalen Aufwärts-Abwärts-Umrichter 5b ausgegeben wird, maximiert wird.
  • Dies steht dafür, dass die Steuerung mittels des Gradientenverfahrens oder der Hill-Climbing-Technik durchgeführt wird, so dass die elektrische Energie, die durch das Berechnen V3 des Spannungssensors und I3 des elektrischen Stromsensors in 5 erhalten wird, maximiert wird. Außerdem wird der elektrische Strom, der von der Wechselrichterschaltung 4a ausgegeben wird und durch die Spule 2a fließt, von dem Stromsensor I2 detektiert, und die Steuerung wird mittels der Steuerungsschaltung 6a durchgeführt, so dass der elektrische Strom, der von der Wechselrichterschaltung 4a ausgegeben wird, nicht übermäßig groß wird.
  • Was die Spannungen an den Verbindungsbereichen zwischen den Wechselrichterschaltungen und den bidirektionalen Aufwärts-Abwärts-Umrichtern angeht, werden die Spannungswerte, die von den Spannungssensoren V2 und V4 detektiert werden, bei der obigen Erläuterung nicht verwendet. Sie werden jedoch wegen der Notwendigkeit zum Erklären der experimentellen Ergebnisse beschrieben.
  • Die Experimente wurden unter der Annahme gemacht, dass in einem System, in welchem die Spannung der DC-Energiequelle 7a auf der einen Seite konstant bei 219 V war und eine Lithium-Ionen-Batterie als DC-Energiequelle 7b auf der anderen Seite verwendet wurde, wo die Spannung der DC-Energiequelle 7b von 139 bis 214 V variiert hat, das System elektrische Energieversorgungen in beiden Richtungen bei einem Maximum von 1 kW durchgeführt hat.
  • Dies waren die Experimente, bei welchen eine bidirektionale kontaktlose Energieversorgung zwischen einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug und einem Energie-Konditionierer angenommen wird, der mit der Energiequelle eines elektrischen Energiesystems (einer gewerblichen AC-Energiequelle) verbunden ist. Es wurde jedoch eine elektrische Energieversorgung mit einem Maximum von 3 kW in einem tatsächlichen System angenommen. Die Experimente wurden zum Verfolgen einer prinzipiellen Verifikation durchgeführt, so dass die Energieversorgung auf das Maximum von 1 kW eingestellt wurde.
  • Es sei angemerkt, dass in tatsächlichen Experimenten eine DC-Energiequelleneinrichtung anstelle des Energie-Konditionierers verwendet wurde, und der Widerstand (die elektronische Lasteinrichtung) 71b anstelle der Lithium-Ionen-Batterie. Das technische Modell des Maximums von 1 kW, das in den Experimenten verwendet wurde, war ein System, das dazu entworfen worden war, so dass der äquivalente Widerstand eines tatsächlichen Systems von 3 kW und dasjenige einer Last die gleichen waren.
  • In der folgenden Erläuterung werden die Bezeichnungen ”G2V-Energieversorgung” und ”V2G-Energieversorgung” in geeigneter Weise verwendet, um die Richtungen einer elektrischen Energieversorgung anzugeben. Die ”G2V-Energieversorgung” entspricht einer elektrischen Energieversorgung aus einer DC-Energiequelle, deren Spannung bei 219 V konstant ist, in eine Lithium-Ionen-Batterie hinein, deren Spannung von 139 V bis 214 V variiert. Da die elektrische Energieversorgung aus einer Energiequelle eines elektrischen Energiesystems (Netz) stammt und in Richtung eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs (Fahrzeug) geht, wird die Energieversorgung als „Netz-zu-Fahrzeug” („Grid to Vehicle”) bezeichnet und mit „G2V” abgekürzt.
  • In 5 entspricht die elektrische Energieversorgung derjenigen von links nach rechts in der Zeichnung. Andererseits entspricht die „V2G-Energieversorgung” einer elektrischen Energieversorgung aus einer Lithium-Ionen-Batterie, deren Spannung von 139 V bis 214 V variiert, in eine DC-Energiequelle hinein, deren Spannung bei 219 V konstant ist. Da die elektrische Energie aus einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug (Fahrzeug) stammt und in Richtung einer Energiequelle eines elektrischen Energiesystems (Netz) geht, wird die Energieversorgung als „Fahrzeug-zu-Netz” („Vehicle to Grid”) bezeichnet und mit „V2G” abgekürzt.
  • In 5 entspricht die elektrische Energieversorgung derjenigen von rechts nach links in der Zeichnung. Bei der oben beschriebenen „V2G-Energieversorgung” sind jedoch die DC-Energiequelle 7a gemäß 5 und der Widerstand 71b davon miteinander ausgetauscht, so dass die DC-Energiequelle 7a auf der Seite des Widerstands 71b (angeordnet auf der rechten Seite) zugeordnet ist und der Widerstand 71b auf der Seite der DC-Energiequelle 7a (angeordnet auf der linken Seite) zugeordnet ist.
  • Bei der „G2V-Energieversorgung” gilt Folgendes: Da der äquivalente Widerstand der Batterie von 19,3 Ohm bis 45,8 Ohm gereicht hat, wenn das Laden mit einer elektrischen Leistung von 1 kW in eine Lithium-Ionen-Batterie durchgeführt wurde, deren Spannung von 139 V bis 214 V variiert hat, wurde der elektrische Widerstand des Widerstands (der elektronischen Lasteinrichtung) 71b von unterhalb und oberhalb des Bereichs von 19,3 Ohm bis 45,8 Ohm variiert, wenn der Widerstand 71b die Lithium-Ionen-Batterie emuliert hat.
  • Zu der Zeit einer ”V2G-Energieversorgung” in der umgekehrten Richtung wiederum wurden die Spannungen der Lithium-Ionen-Batterie auf dem Minimum von 139 V und dem Maximum von 214 V angenommen, und die Experimente wurden für die zwei Spannungen durchgeführt; und es wurde angenommen, dass die Spannung auf der Energie-Empfangsseite konstant bei 219 V war.
  • Außerdem wurde bei der „V2G-Energieversorgung” in der umgekehrten Richtung angenommen, dass eine Vorrichtung auf der Energie-Empfangsseite (der Netzseite, wo die Spannung konstant bei 219 V ist) angeschlossen war, und dass die für die Vorrichtung notwendige Leistungsaufnahme in einem Bereich von 0,167 kW bis 1 kW variiert hat, und dass folglich die Übertragungsenergie (Fahrzeugseite) variiert wurde. Das technische Modell ist ein System zum Durchführen der oben beschriebenen Steuerung, und die Einschaltdauer-Verhältnisse sowohl der bidirektionalen Aufwärts-Abwärts-Umrichter auf der Energie-Übertragungsseite, als auch auf der Energie-Empfangsseite erfolgen unter automatischer Steuerung mittels der Steuerungsschaltungen.
  • 6(a) und 6(b) sind Diagramme, die jeweils experimentelle Ergebnisse der Spannungen der jeweiligen Bereiche durch V1 bis V4 der Spannungs-Detektionseinrichtungen (Spannungssensoren) zeigen, die in 5 beschrieben sind. Indem der Positionsversatz der Spulen angenommen wird, wurden die Kopplungskoeffizienten k der Spule 2a und der Spule 2b im Leistungsvermögen für drei Arten von k = 0,23, k = 0,15 und k = 0,1 variiert.
  • 6(a) ist ein Diagramm, das experimentelle Ergebnisse der Spannungen V1 am zweiten Eingangs-Ausgangs-Ende des bidirektionalen Aufwärts-Abwärts-Umrichters 5a auf der Energie-Übertragungsseite (Netzseite) und der Spannungen V2 am ersten Eingangs-Ausgangs-Ende davon zeigt.
  • 6(b) ist ein Diagramm, das experimentelle Ergebnisse der Spannungen V4 am ersten Eingangs-Ausgangs-Ende des bidirektionalen Aufwärts-Abwärts-Umrichters 5b auf der Energie-Empfangsseite (Fahrzeugseite) und der Spannungen V3 am zweiten Eingangs-Ausgangs-Ende davon zeigt. Die Übertragungsleistung, d. h. die elektrische Eingangsleistung des bidirektionalen Aufwärts-Abwärts-Umrichters 5a, war konstant bei 1 kW.
  • Wie in 6(a) gezeigt, gilt Folgendes: Da die Spannung V1 auf einer Spannung der DC-Energiequelle 7a ist, liegt die Spannung V1 konstant bei 219 V bei allen Kopplungskoeffizienten k. Die Konfiguration ist jedoch derart, dass eine Spannung (Ausgangsspannung) V2 des bidirektionalen Aufwärts-Abwärts-Umrichters 5a gemäß der Größe des Lastwiderstands mit dem Kopplungskoeffizienten k = 0,23 verändert wird, wohingegen Spannungen V2 ungefähr konstant sind, ohne von der Variation der Größe des Lastwiderstands abzuhängen, und zwar bei k = 0,15 und k = 0,1. Die Konfiguration ist jedoch derart, dass die Größen der Spannung V2 zwischen k = 0,15 und k = 0,1 schwanken, und die Spannung ist höher bei k = 0,15.
  • In allen Fällen von k = 0,1 bis 0,23 arbeitet jedoch der bidirektionale Aufwärts-Abwärts-Umrichter 5a auf der Energie-Übertragungsseite als ein Abwärtswandlungs-Umrichter, so dass der bidirektionale Aufwärts-Abwärts-Umrichter 5a die elektrische Energie, die von der DC-Energiequelle 7a zugeführt wird, in eine Spannung umwandelt, die ein Spannungswert der DC-Energiequelle 7a oder niedriger ist, und sie gibt die Spannung in die Wechselrichterschaltung 4a ein.
  • Gemäß 6(b) verändert sich eine Spannung V3 am zweiten Eingangs-Ausgangs-Ende des bidirektionalen Aufwärts-Abwärts-Umrichters 5b, nämlich die Spannung V3, die an den Widerstand 71b ausgegeben wird, um ein ungefähr konstantes Verhältnis bezüglich der Größe des Lastwiderstands zu haben, obwohl es die Differenz bis zu einem gewissen Grad in Abhängigkeit des Kopplungskoeffizienten k gibt. Dies rührt daher, dass die Übertragungsleistung konstant bei 1 kW liegt, und da die Größe des Lastwiderstands bestimmt wurde, ist die Anschlussspannung des Lastwiderstands durch die Quadratwurzel eines Multiplikationswerts der elektrischen Leistung und eines Widerstandswerts definiert.
  • Da jedoch die elektrische Leistung die Leistungsaufnahme des Lastwiderstands ist, erscheint die elektrische Leistung kleiner als die elektrische Eingangsleistung entsprechend dem Wert der Systemverluste. Folglich gilt: Je kleiner der Kopplungskoeffizient k, desto größer werden die Systemverluste, so dass weiterhin gilt: Je kleiner der Kopplungskoeffizient k, desto niedriger ist auch die Spannung V3.
  • Die Konfiguration ist indes so, dass eine Spannung V4 am ersten Eingangs-Ausgangs-Ende des bidirektionalen Aufwärts-Abwärts-Umrichters 5b geringfügig höher als die Spannung V3 am zweiten Eingangs-Ausgangs-Ende davon beim Kopplungskoeffizienten k = 0,23 ist, wohingegen die Spannungen V4 ungefähr konstant sind, ohne von der Größe des Lastwiderstands abzuhängen, und sie sind größer als die Spannungen V3 am zweiten Eingangs-Ausgangs-Ende bei den Kopplungskoeffizienten k = 0,15 und k = 0,1.
  • Wenn ein bidirektionaler Aufwärts-Abwärts-Umrichter, der als elektrische Energieempfangseinrichtung dient, als Aufwärtswandlungs-Umrichter betrieben wird; wenn jedoch k = 0,23 gilt, dann führt der bidirektionale Aufwärtswandlungs-Umrichter 5b keinen Schaltbetrieb durch, so dass die DC-Energie, die am ersten Eingangs-Ausgangs-Ende des bidirektionalen Aufwärts-Abwärts-Umrichters 5b eingegeben wird, so wie sie ist am zweiten Eingangs-Ausgangs-Ende ausgegeben wird.
  • Da zu diesem Zeitpunkt die Rückkopplungsdiode der Halbleiter-Schalteinrichtung der oberen Stufe des bidirektionalen Aufwärts-Abwärts-Umrichters 5b durchgeleitet wird, wird die Spannung entsprechend um den Wert der Vorwärtsspannung der Rückkopplungsdiode verringert. Die Differenz zwischen den Spannungen V3 und V4, wenn k = 0,23 ist, wird nämlich durch einen Spannungsabfall wegen der Vorwärtsspannung der Rückkopplungsdiode verursacht.
  • Die Vorwärtsspannung einer Diode ist jedoch signifikant klein unter dem Gesichtspunkt von Spannungen in dem System insgesamt, und daher gilt Folgendes:
    Da der bidirektionale Aufwärts-Abwärts-Umrichter 5b keinen Schaltbetrieb durchführt, ergibt sich keine Schwierigkeit darin, zu bestimmen, dass eine Spannung, die in den bidirektionalen Aufwärts-Abwärts-Umrichter 5b eingegeben wird, und eine Spannung, die darvon ausgegeben wird, im Wesentlichen die gleichen Spannungen sind. Es kann auf ähnliche Weise erwähnt werden, dass ein Spannungsabfall oder dergleichen infolge des elektrischen Verdrahtungswiderstandes oder dergleichen ebenfalls ignoriert werden kann.
  • Das heißt, wenn gesagt wird, dass ein bidirektionaler Aufwärts-Abwärts-Umrichter eine eingegebene Spannung in eine Spannung umwandelt, die die Spannung ist, die eingegeben wird, oder die eine höhere Spannung ist, und dass der bidirektionale Aufwärts-Abwärts-Umrichter sie ausgibt, dann führt der bidirektionale Aufwärts-Abwärts-Umrichter keinen Schaltbetrieb im engeren Sinne aus, und die Ausgangsspannung des bidirektionalen Aufwärts-Abwärts-Umrichters ist geringfügig niedriger als dessen Eingangsspannung, und zwar durch Spannungsabfälle infolge einer Vorwärtsspannung der Diode und des elektrischen Verdrahtungswiderstandes.
  • Selbst in diesem Fall sollte das Verständnis jedoch so sein, dass ein solcher Fall unter „Spannung oder höher/mehr” in der Ausführungsform fällt. Bei allen Kopplungskoeffizienten k gemäß dem experimentellen Ergebnis gemäß 6(b) wandelt der bidirektionale Aufwärts-Abwärts-Umrichter 5b auf der Energie-Empfangsseite die elektrische Energie, die von der Wechselrichterschaltung 4b ausgegeben wird, in eine Spannung um, die die Ausgangsspannung der Wechselrichterschaltung 4b ist oder höher, und sie führt sie dem Widerstand (der elektronischen Lasteinrichtung) 71b zu, die einer Lithium-Ionen-Batterie entspricht, die eine DC-Energiequelle ist.
  • 7 ist ein Diagramm, das experimentelle Ergebnisse der elektrischen Energieübertragungs-Effizienzen zeigt, die experimentell auf den experimentellen Ergebnissen basieren, die in 6(a) und 6(b) gezeigt sind. Die elektrische Energieübertragungs-Effizienz ist eine Effizienz, die aus dem Verhältnis zwischen der elektrischen Ausgangsleistung der DC-Energiequelle 7a in 5 und der Leistungsaufnahme des Widerstands 71b berechnet wird. In einem Bereich des gesamten Lastwiderstands gilt Folgendes: eine Effizienz von 82% oder mehr wird bei k = 0,1 erreicht.
  • Eine Effizienz von 86% oder mehr wird bei k = 0,15 erreicht. Eine Effizienz von 88% oder mehr wird bei k = 0,23 erreicht. Von 30 Ohm bis 40 Ohm wird 90% oder mehr bei k = 0,23 erreicht. Indem die bidirektionalen kontaktlosen Energieversorgungseinrichtungen der Ausführungsform verwendet werden, kann, wie die experimentellen Ergebnisse gemäß 7 zeigen, ein bidirektionales kontaktloses Energieversorgungssystem erhalten werden, bei welchem seine elektrische Energieübertragungs-Effizienz hoch ist.
  • Nachfolgend werden die experimentellen Ergebnisse für den Fall einer V2G-elektrischen Energieversorgung beschrieben, die eine elektrische Energieversorgung ist, die in Rückwärtsrichtung vorgenommen wird. 8 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein bidirektionales kontaktloses Energieversorgungssystem zeigt, wenn eine elektrische Energieversorgung in Rückwärtsrichtung vorgenommen wird.
  • Das Schaltungsdiagramm gemäß 8 ist ein Diagramm, bei welchem die DC-Energiequelle und der Widerstand im Schaltungsdiagramm gemäß 5 gegeneinander getauscht sind, und so nehmen andere Teile und Komponenten die gleiche Rolle ein wie diejenigen bei der 5. In 8 wird eine elektrische Energieversorgung von der DC-Energiequelle 7b aus, die einer Lithium-Ionen-Batterie entspricht, deren Ausgangsspannung von 139 V bis 214 V variiert, zu einem Widerstand 71a durchgeführt, der einem Energie-Konditionierer entspricht, dessen Eingangsspannung bei 219 V konstant ist.
  • Was die Spannungswerte der DC-Energiequelle 7b anbelangt, wurden zwei Arten von Experimenten durchgeführt, beim Maximalwert von 214 V und beim Minimalwert von 139 V. Es wurde angenommen, das die Leistungsaufnahme des Widerstands 71a in einem Bereich von 0,167 kV bis 1 kW variiert. In der V2G-elektrischen Energieversorgung gemäß 8 arbeitet die zweite bidirektionale kontaktlose Energieversorgungseinrichtung 1b als elektrische Energieübertragungseinrichtung, und die erste bidirektionale kontaktlose Energieversorgungseinrichtung arbeitet als elektrische Energieempfangseinrichtung.
  • 9(a), 9(b), 9(c) und 9(d) sind Diagramme, die jeweils experimentelle Ergebnisse zeigen, wenn die Spannungen der DC-Energie 7b bei 214 V und 139 V liegen. Die experimentellen Ergebnisse zeigen die Spannungen an den jeweiligen Bereichen, die erhalten wurden, ähnlich zu der oben beschriebenen G2V-elektrischen Energieversorgung, wenn die Steuerungsschaltungen 6a und 6b das Schalten der bidirektionalen Aufwärts-Abwärts-Umrichter 5a und 5b mit automatischer Steuerung gesteuert haben, so dass die elektrischen Energieübertragungs-Effizienzen in jeder der Bedingungen maximiert wurden.
  • 9(a) ist das Diagramm, das Spannungen V3 am zweiten Eingangs-Ausgangs-Ende des zweiten bidirektionalen Aufwärts-Abwärts-Umrichters 5b zeigt, der eine elektrische Energieübertragungseinrichtung ist, und das Spannungen V4 am ersten Eingangs-Ausgangs-Ende davon zeigt, wenn die Spannung der DC-Energiequelle 7b bei 214 V ist.
  • 9(b) ist das Diagramm, das Spannungen V2 am ersten Eingangs-Ausgangs-Ende des ersten Aufwärts-Abwärts-Umrichters 5a zeigt, der eine elektrische Energieempfangseinrichtung ist, und das Spannungen V1 am zweiten Eingangs-Ausgangs-Ende davon zeigt. 9(c) ist das Diagramm, das auf ähnliche Weise die Spannungen V3 und V4 zeigt, wenn die Spannung der DC-Energiequelle 7b bei 139 V ist. 9(d) zeigt auf ähnliche Weise die Spannungen V2 und V1, wenn die Spannung der DC-Energiequelle 7b bei 139 V ist.
  • 9(a) und 9(c) sind die Diagramme, die die Spannung (Eingangsspannung) V3 und die Spannung (Ausgangsspannung) V4 des bidirektionalen Aufwärts-Abwärts-Umrichters 5b auf der Energie-Übertragungsseite zeigen. Wie aus den Diagrammen ersichtlich, wandelt der bidirektionale Aufwärts-Abwärts-Umrichter 5b auf der Energie-Übertragungsseite elektrische Energie, die von der DC-Energiequelle 7b zugeführt wird, in die Spannung V4 um, die die Spannung V3 der DC-Energiequelle 7b oder geringer ist, und gibt sie aus, so dass sie in die Wechselrichterschaltung 4b eingegeben wird.
  • Außerdem sind 9(b) und 9(d) die Diagramme, die die Spannung (Eingangsspannung) V2 und die Spannung (Ausgangsspannung) V1 des bidirektionalen Aufwärts-Abwärts-Umrichters 5a auf der Energie-Empfangsseite zeigen. Wie aus den Diagrammen ersichtlich, wandelt der bidirektionale Aufwärts-Abwärts-Umrichter 5a auf der Energie-Empfangsseite elektrische Energie, die aus der Wechselrichterschaltung 4a ausgegeben wird, die als Diodenbrücke arbeitet, in die Spannung V1 um, die die Spannung (Ausgangsspannung) V2 der Wechselrichterschaltung 4a oder höher ist, und sie führt sie dem Widerstand 71a zu, der einer DC-Energiequelle entspricht.
  • Es sei angemerkt, dass, je kleiner der Kopplungskoeffizient ist, desto niedriger die Spannung der elektrischen Energie ist, auf die der bidirektionale Aufwärts-Abwärts-Umrichter 5b auf der Energie-Übertragungsseite umwandelt und die von dort ausgegeben wird, und desto höher die Spannung der elektrischen Energie ist, auf die der bidirektionale Aufwärts-Abwärts-Umrichter 5a auf der Energie-Empfangsseite umwandelt und die dort entgegengenommen wird.
  • 10 ist ein Diagramm, das die elektrischen Energieübertragungs-Effizienzen zur Zeit einer V2G-elektrischen Energieversorgung zeigt, die mit den experimentellen Ergebnissen der 9(a), 9(b), 9(c) und 9(d) dargestellt sind. Die Ergebnisse, wenn die Spannung der DC-Energiequelle 7b bei 214 V ist, sind mit den durchgezogenen Linien dargestellt. Die Ergebnisse, wenn sie bei 139 V ist, sind mit unterbrochenen Linien angezeigt.
  • Bei dem bidirektionalen kontaktlosen Energieversorgungssystem, das die bidirektionalen kontaktlose Energieversorgungseinrichtungen der in 10 gezeigten Ausführungsform verwendet, versteht es sich, dass die elektrische Energieübertragung mit einer hohen elektrischen Energieübertragungs-Effizienz durchgeführt werden kann, und zwar auch bei der V2G-elektrischen Energieversorgung.
  • Wie oben auf der Basis der experimentellen Ergebnisse gezeigt, führt das bidirektionale kontaktlose Energieversorgungssystem, das die bidirektionale kontaktlose Energieversorgungseinrichtungen der Ausführungsform verwendet, kontaktlose Energieversorgungen sowohl bei der G2V-elektrischen Energieversorgung, als auch bei der V2G-elektrischen Energieversorgung durch. Daher versteht es sich, dass eine bidirektionale kontaktlose Energieversorgung mit hohen elektrischen Energieübertragungs-Effizienzen durchgeführt werden kann.
  • Das bedeutet, gemäß den bidirektionalen kontaktlosen Energieversorgungseinrichtungen der vorliegenden Erfindung kann eine dahingehende Wirkung erzielt werden, dass ein bidirektionales kontaktloses Energieversorgungssystem mit hoher elektrischer Energieübertragungs-Effizienz erhalten werden kann. Da es außerdem nicht notwendig ist, zwei Kondensatoren, die in Reihe geschaltet sind und parallel zu einer Spule geschaltet sind, und Schalter zum Umschalten der Verbindungsverfahren vorzusehen, wie bei der bidirektionalen kontaktlosen Energieversorgungseinrichtung, die in dem Patentdokument 1 beschrieben ist, kann die Einrichtung auch klein sein, so dass eine dahingehende Wirkung erzielt werden kann, dass eine bidirektionale kontaktlose Energieversorgungseinrichtung mit höherer Zuverlässigkeit erhalten wird.
  • Ausführungsform 2.
  • 11 ist ein Schaltungsdiagramm, das eine bidirektionale kontaktlose Energieversorgungseinrichtung gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung zeigt. Die bidirektionale kontaktlose Energieversorgungseinrichtung 1 gemäß Ausführungsform 2 unterscheidet sich von derjenigen der Ausführungsform 1 in der Wechselrichterschaltung 4. Die Wechselrichterschaltung 4 ist aus einer Halbbrückenschaltung aufgebaut.
  • Die Wechselrichterschaltung 4 der bidirektionalen kontaktlosen Energieversorgungseinrichtung 1 gemäß 11 unterscheidet sich von der Wechselrichterschaltung 4 der bidirektionalen kontaktlosen Energieversorgungseinrichtung 1 gemäß 2 bei der Ausführungsform 1. Der Unterschied besteht in einem Aspekt, wo die Kondensatoren C3 und C4 anstelle der Halbleiter-Schalteinrichtungen Q3 und Q4 gemäß 2 vorgesehen sind.
  • In der Wechselrichterschaltung 4 gemäß 11 ist ein Zweig der Halbleiter-Schalteinrichtungen Q1 und Q2, die in Reihe geschaltet sind, parallel zu einem Zweig der Kondensatoren C3 und C4 geschaltet, die in Reihe geschaltet sind. Der Mittelpunkt der Halbleiter-Schalteinrichtungen Q1 und Q2 sowie der Mittelpunkt der Kondensatoren C3 und C4 sind an dem ersten Eingangs-Ausgangs-Ende 41 der Wechselrichterschaltung 4 verbunden. Eine solche Konfiguration wird als eine Halbbrückenschaltung bezeichnet.
  • Zu der Zeit des Betriebs als elektrische Energieübertragungseinrichtung, in einem Fall, in welchem die Wechselrichterschaltung 4, die aus einer Halbbrückenschaltung gebildet ist, mit einem Einschaltdauer-Verhältnis betrieben wird, das auf das Maximum von 50% eingestellt ist, wird die Hälfte der Durchschnittsspannung einer am zweiten Eingangs-Ausgangs-Ende 42 eingegebenen Spannung von dem ersten Eingangs-Ausgangs-Ende 41 ausgegeben.
  • Zu der Zeit des Betriebs als elektrische Energieempfangseinrichtung sind andererseits die Halbleiter-Schalteinrichtungen Q1 und Q2 ausgeschaltet, so dass eine Vollwellen-Gleichrichtung mittels der Rückkopplungsdioden durchgeführt wird. Die Anordnung ist jedoch derart, dass die Konfiguration gemäß 11 die Konfiguration einer Spannungsverdoppler-Gleichrichterschaltung annimmt, und so wird die zweifache Spannung der am ersten Eingangs-Ausgangs-Ende 41 eingegebenen Durchschnitts-spannung am zweiten Eingangs-Ausgangs-Ende 42 ausgegeben.
  • Bei der bidirektionalen kontaktlosen Energieversorgungseinrichtung der Ausführungsform wird die Spannung der DC-Energie, die eingegeben wird, in der Spannung abwärtsgewandelt und in einen Wechselstrom umgewandelt, der der Spule zugeführt wird, und zwar zu der Zeit des Betriebs als elektrische Energieübertragungseinrichtung.
  • Außerdem wird zu der Zeit des Betriebs als elektrische Energieempfangseinrichtung die AC-Energie, die von der Spule empfangen wird, in einen Gleichstrom umgewandelt und in der Spannung aufwärtsgewandelt und einer DC-Energiequelle zugeführt, die einer Last entspricht. Da die Halbbrückenschaltung den Vorgang zum Abwärtswandeln der Spannung zur Zeit der elektrischen Energieübertragung durchführt und den Vorgang zum Aufwärtswandeln der Spannung zur Zeit des elektrischen Energieempfangs durchführt, ist die Schaltung konform mit dem Betriebskonzept der vorliegenden Erfindung.
  • Aus diesem Grund gilt Folgendes: Wenn die Wechselrichterschaltung 4 auf eine solche Weise wie bei der Ausführungsform aus einer Halbbrückenschaltung gebildet ist, ist es nicht notwendig, das Abwärtswandlungs-Spannungsverhältnis zu der Zeit der elektrischen Energieübertragung und das Aufwärtswandlungs-Spannungsverhältnis zur Zeit des elektrischen Energieempfangs in dem bidirektionalen Aufwärts-Abwärts-Umrichter 5 zu erhöhen, und Schaltverluste des bidirektionalen Aufwärts-Abwärts-Umrichters 5 können verringert werden.
  • Da jedoch eine Halbbrückenschaltung eine kleinere elektrische Energiekapazität im Vergleich zu derjenigen einer Vollbrückenschaltung bereitstellt, ist die bidirektionale kontaktlose Energieversorgungseinrichtung gemäß Ausführungsform 2 für kleine bidirektionale kontaktlose Energieversorgungseinrichtungen geeignet.
  • 12 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein bidirektionales kontaktloses Energieversorgungssystem veranschaulicht, das zwei der bidirektionalen kontaktlosen Energieversorgungseinrichtungen 1 verwendet, die in 11 dargestellt sind. Wenn die Anordnung so erfolgt, dass die Spule 2a der bidirektionalen kontaktlosen Energieversorgungseinrichtung 1a und die Spule 2b der bidirektionalen kontaktlosen Energieversorgungseinrichtung 1b magnetisch miteinander mit dem Kopplungskoeffizienten k gekoppelt sind, kann elektrische Energie von der bidirektionalen kontaktlosen Energieversorgungseinrichtung 1a zu der bidirektionalen kontaktlosen Energieversorgungseinrichtung 1b zugeführt werden, und umgekehrt kann auch Energie von der bidirektionalen kontaktlosen Energieversorgungseinrichtung 1b zu der bidirektionalen kontaktlosen Energieversorgungseinrichtung 1a zugeführt werden.
  • Es sei angemerkt, dass die Wechselrichterschaltungen 4a und 4b und die bidirektionalen Aufwärts-Abwärts-Umrichter 5a und 5b aus den Halbleiter-Schalteinrichtungen Q1, Q2, Q5, Q6 und dergleichen gebildet sind, ähnlich wie die Wechselrichterschaltung 4 und der bidirektionale Aufwärts-Abwärts-Umrichter 5, die in 11 gezeigt sind.
  • Wie bei der Ausführungsform 1 gezeigt, arbeitet auch in diesem Fall jeder der bidirektionalen Aufwärts-Abwärts-Umrichter 5a und 5b als ein Abwärtswandlungs-Umrichter zur Zeit der elektrischen Energieübertragung und als ein Aufwärtswandlungs-Umrichter zur Zeit des elektrischen Energieempfangs. Die bidirektionalen Aufwärts-Abwärts-Umrichter 5a und 5b arbeiten, wie bei der Ausführungsform 1 beschrieben.
  • 13 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein weiteres bidirektionales kontaktloses Energieversorgungssystem zeigt, das eine bidirektionale kontaktlose Energieversorgungseinrichtung gemäß Ausführungsform 2 und eine bidirektionale kontaktlose Energieversorgungseinrichtung gemäß Ausführungsform 1 verwendet. Bei der bidirektionalen kontaktlosen Energieversorgungseinrichtung 1a ist die Wechselrichterschaltung 4a aus einer Halbbrückenschaltung gebildet, und bei der bidirektionalen kontaktlosen Energieversorgungseinrichtung 1b ist die Wechselrichterschaltung 4b aus einer Vollbrückenschaltung gebildet.
  • Es sei angemerkt, dass die Wechselrichterschaltung 4a und der bidirektionale Aufwärts-Abwärts-Umrichter 5a aus den Halbleiter-Schalteinrichtungen Q1, Q2, Q5, Q6 und dergleichen gebildet sind, ähnlich wie die Wechselrichterschaltung 4 und der bidirektionale Aufwärts-Abwärts-Umrichter 5, die in 11 gezeigt sind. Außerdem sind die Wechselrichterschaltung 4b und der bidirektionale Aufwärts-Abwärts-Umrichter 5b aus den Halbleiter-Schalteinrichtungen Q1 bis Q6 und dergleichen gebildet, ähnlich wie die Wechselrichterschaltung 4 und der bidirektionale Aufwärts-Abwärts-Umrichter 5, die in 2 gezeigt sind.
  • Sogar bei dem bidirektionalen kontaktlosen Energieversorgungssystem, das die bidirektionalen kontaktlosen Energieversorgungseinrichtungen kombiniert, die voneinander verschiedene Schaltungskonfigurationen haben, wie in 13 gezeigt, kann eine kontaktlose Energieversorgung in beiden Richtungen erhalten werden. Auch in diesem Fall, wie oben beschrieben, arbeiten die bidirektionalen Aufwärts-Abwärts-Umrichter 5a und 5b jeweils als Abwärtswandlungs-Umrichter zu der Zeit, zu der er als elektrische Energieübertragungseinrichtung arbeitet, und als Aufwärtswandlungs-Umrichter zu der Zeit, zu der er als elektrische Energieempfangseinrichtung arbeitet.
  • Ausführungsform 3.
  • 14 bis 16 sind veranschaulichende Schaltungsdiagramme, die jeweils zum Erläutern von Steuerungszuständen der bidirektionalen kontaktlosen Energieversorgungseinrichtungen in einem kontaktlosen Energieversorgungssystem gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung dienen, und sie sind veranschaulichende Diagramme zum Erläutern der Steuerung zur Zeit eines Notfalls, dem die bidirektionalen kontaktlosen Energieversorgungseinrichtung der vorliegenden Erfindung unterliegen.
  • Jedes der Diagramme zeigt einen Steuerungszustand von jeder der Halbleiter-Schalteinrichtungen in den bidirektionalen kontaktlosen Energieversorgungseinrichtungen. Es sei angemerkt, dass die Schaltungskonfigurationen jeweils ähnlich dem bidirektionalen kontaktlosen Energieversorgungssystem gemäß den bidirektionalen kontaktlosen Energieversorgungseinrichtungen bei der Ausführungsform 1 sind, die in 3 dargestellt sind.
  • In dem in 14 gezeigten Zustand führt die zweite bidirektionale kontaktlose Energieversorgungseinrichtung 1b auf der rechten Seite der Zeichnung einen elektrischen Energieempfangsbetrieb aus. Wenn ein elektrischer Strom durch die Spule 2b, den Kondensator 3b und die Wechselrichterschaltung 4b in der Richtung entlang der Pfeile fließt (auch als „positive Richtung” bezeichnet), wie in 14 gezeigt, werden die Halbleiter-Schalteinrichtungen Q2 und Q4, die die Halbleiter-Schalteinrichtungen der unteren Seite beider Zweige der Wechselrichterschaltung 4b sind, die aus einer Vollbrückenschaltung gebildet ist, eingeschaltet, und die Halbleiter-Schalteinrichtungen Q1 und Q3, die die Halbleiter-Schalteinrichtungen auf der oberen Seite sind, werden ausgeschaltet, und die Halbleiter-Schalteinrichtung Q6 für den Aufwärtswandlung-Betrieb in der unteren Stufe des bidirektionalen Aufwärts-Abwärts-Umrichters 5b wird eingeschaltet, und die Halbleiter-Schalteinrichtung Q5 für den Abwärtswandlungs-Betrieb in der oberen Stufe davon wird eingeschaltet.
  • Wenn ein elektrischer Strom in der Richtung entlang der Pfeile fließt (auch als „negative Richtung” bezeichnet), die in 15 gezeigt sind, werden die Halbleiter-Schalteinrichtungen Q1 und Q3, die die Halbleiter-Schalteinrichtungen auf der oberen Seite beider Zweige der Wechselrichterschaltung 4b sind, die als Vollbrückenschaltung ausgebildet ist, eingeschaltet, und die Halbleiter-Schalteinrichtungen Q2 und Q4, die die Halbleiter-Schalteinrichtungen auf der unteren Seite sind, werden ausgeschaltet, und die Halbleiter-Schalteinrichtung Q6 für den Aufwärtswandlungsbetrieb in der unteren Stufe des bidirektionalen Aufwärts-Abwärts-Umrichters 5b wird eingeschaltet, und die Schalteinrichtung Q5 für den Aufwärtswandlungs-Betrieb in der oberen Stufe davon wird ausgeschaltet.
  • Die bidirektionale kontaktlose Energieversorgungseinrichtung der vorliegenden Erfindung schaltet mit einem spezifischen Timing in den oben beschriebenen Steuerungsmodus um. Die Ausführungen werden für den Fall gemacht, in welchem der Steuerungsmodus notwendig ist, und zur Erläuterung seiner Wirkung.
  • In einer kontaktlosen Energieversorgungseinrichtung sind die Energie-Übertragungsseite und die Energie-Empfangsseite nicht durch einen Draht oder ein Kabel verbunden, und daher ergibt sich das Problem einer schnellen Lasttrennung zu einem Zeitpunkt, in dem ein Problem auftritt.
  • Beispielsweise wird zur Zeit einer Anomalie auf der Energie-Übertragungsseite eine Anfrage mittels einer Funkkommunikation von der Energie-Empfangsseite zu der Energie-Übertragungsseite durchgeführt, um die elektrische Energie zu unterbrechen. Hinsichtlich der Energie-Empfangsseite wird die elektrische Energieversorgung auf der Energie-Übertragungsseite unterbrochen oder verringert, nachdem die Kommunikation empfangen worden ist.
  • Da in der kontaktlosen Energieversorgungseinrichtung eine Funkkommunikation auf der Energie-Übertragungsseite und auf der Energie-Empfangsseite verwendet wird, besteht die Befürchtung, dass die Schaltung auf der Energie-Empfangsseite während des Zeitraums von der Energie-Unterbrechungsanfrage auf der Energie-Empfangsseite bis zur tatsächlichen Lasttrennung beschädigt werden kann.
  • Außerdem eine ähnliche Befürchtung, dass übermäßig große elektrische Energie auf der Energie-Empfangsseite erzeugt wird, so dass diese infolge des Zeitpunkts der Anomalie auf der Energie-Übertragungsseite, eines Kommunikationsfehlers oder dergleichen beschädigt wird.
  • Der Schutz- und Steuerungsmodus, der der Steuerungsmodus gemäß Ausführungsform 3 ist, hat die Wirkung, dass eine Beschädigung der bidirektionalen kontaktlosen Energieversorgungseinrichtung infolge einer übermäßig großen Energie zu der Zeit des elektrischen Energieempfangsbetriebs verhindert wird.
  • Wie bei der Ausführungsform 1 beschrieben, gilt Folgendes: Da eine Konfiguration verwendet wird, bei welcher die Spule, die den Empfang von elektrischer Energie durchführt, und der Kondensator in Reihe geschaltet sind, ist die Impedanz bei Betrachtung von der Wechselrichterschaltung auf der Energie-Übertragungsseite umgekehrt proportional zu der Impedanz bei Betrachtung von der Empfangsspule für elektrische Energie aus.
  • Bei der bidirektionalen kontaktlosen Energieversorgungseinrichtung zur Zeit des elektrischen Energieempfangsbetriebs kann daher die Ausgangsimpedanz der Wechselrichterschaltung auf der Energie-Übertragungsseite zu der Zeit größer gemacht werden, wenn der elektrische Energieempfang beginnt, indem das Einschaltdauer-Verhältnis der Halbleiter-Schalteinrichtung Q6 für den Aufwärtswandlungsbetrieb des bidirektionalen Aufwärts-Abwärts-Umrichters auf 100% zur Zeit seines Einschaltens eingestellt wird. Dieser Zustand ist in 16 gezeigt.
  • Das heißt, ohne eine Kommunikationsanweisung kann die Übertragungsleistung nur durch die Vorgänge auf der Energie-Empfangsseite zwingend verringert werden.
  • Außerdem wird gemäß diesem Betrieb der Fluss des elektrischen Stroms in eine Batterie hinein beseitigt, und folglich ist es auch möglich, eine übermäßig große elektrische Energiezufuhr in eine Schaltung, eine Batterie und dergleichen hinein zu unterbinden, die sich stromabwärts der bidirektionalen kontaktlosen Energieversorgungseinrichtung befindet.
  • Für den Fall jedoch, dass nur ein Einschaltvorgang der Halbleiter-Schalteinrichtung Q6 des bidirektionalen Aufwärts-Abwärts-Umrichters 5b beteiligt ist, und für den Fall, dass elektrische Energie kontinuierlich von der Energie-Übertragungsseite aus zugeführt wird, wäre es wahrscheinlich, dass – abhängig von einem Induktivitäts-Parameter oder dergleichen – ein übermäßig großer elektrischer Strom durch eine Aufwärtswandlungs-Drosselspule (vergleichbar mit der Drosselspule L in 2) und die Halbleiter-Schalteinrichtung Q6 fließt.
  • Um den Wert des elektrischen Stroms zu verringern, der zu dieser Zeit fließt, ist es notwendig, die Spannung über einen Kondensator (vergleichbar mit dem Kondensator C2 in 2) hinweg zu verringern, der sich stromaufwärts des bidirektionalen Aufwärts-Abwärts-Umrichters befindet, und es ist notwendig, das Hineinfließen von elektrischem Strom von der Wechselrichterschaltung aus zu stoppen, die als eine Diodenbrücke fungiert.
  • Indem die Halbleiter-Schalteinrichtungen der Wechselrichterschaltung auf die folgende Weise ein- und ausgeschaltet werden, wobei die Ausrichtung des elektrischen Stroms wie in 14 und 15 gezeigt ist, wird hierbei der elektrische Strom dazu veranlasst, in einer Schleife innerhalb der Wechselrichterschaltung zu fließen. Dadurch wird verhindert, dass der elektrische Strom entlang der Richtung auf den bidirektionalen Aufwärts-Abwärts-Umrichter zu hineinfließt.
  • Da außerdem die Impedanz bei Betrachtung von der Empfangsspule für elektrische Energie aus auch zu dieser Zeit klein ist, wird die Ausgangsimpedanz bei Betrachtung von der Wechselrichterschaltung auf der Energie-Übertragungsseite aus groß, so dass die Wirkung erzielt werden kann, dass die elektrische Leistung zwingend verringert wird.
  • Wie oben beschrieben, gilt Folgendes: Wenn der Schaltbetrieb der Wechselrichterschaltung und derjenige des bidirektionalen Aufwärts-Abwärts-Umrichters kombiniert werden, kann die elektrische Leistung auf der Energie-Übertragungsseite zwingend verringert werden, ohne die Kommunikation zwischenzuschalten, und zwar auch zu der Zeit, wenn die Anomalie auftritt. Außerdem kann das Risiko einer Beschädigung infolge von übermäßig großen Spannungen und elektrischen Strömen vermindert werden.
  • Bei der vorliegenden Erfindung kann jede der Ausführungsformen frei kombiniert werden, und/oder jede der Ausführungsformen kann angemessen modifiziert oder beseitigt werden, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen.
  • Bezugszeichenliste
    • 1, 1a, 1b
    bidirektionale kontaktlose Energieversorgungseinrichtung;
    2, 2a, 2b
    Spule
    3, 3a, 3b
    Kondensator
    4, 4a, 4b
    Wechselrichterschaltung
    41
    erstes Eingangs-Ausgangs-Ende der Wechselrichterschaltung
    42
    zweites Eingangs-Ausgangs-Ende der Wechselrichterschaltung
    5, 5a, 5b
    bidirektionaler Aufwärts-Abwärts-Umrichter
    51
    erstes Eingangs-Ausgangs-Ende des bidirektionalen Aufwärts-Abwärts-Umrichters
    52
    zweites Eingangs-Ausgangs-Ende des bidirektionalen Aufwärts-Abwärts-Umrichters
    6, 6a, 6b
    Steuerungsschaltung
    7, 7a, 7b
    DC-Energiequelle.

Claims (7)

  1. Bidirektionale kontaktlose Energieversorgungseinrichtung, wobei eine eigene Spule, die mit einer anderen Spule durch eine magnetische Feldkopplung zwischen diesen gekoppelt ist, um eine elektrische Energieübertragung zu der anderen Spule durchzuführen oder einen elektrischen Energieempfang von der anderen Spule durchzuführen, und ein Kondensator, der in Reihe mit der eigenen Spule geschaltet ist, mit einem ersten Eingangs-Ausgangs-Ende einer Wechselrichterschaltung verbunden sind; wobei ein erstes Eingangs-Ausgangs-Ende in einem bidirektionalen Aufwärts-Abwärts-Umrichter mit einem zweiten Eingangs-Ausgangs-Ende in der Wechselrichterschaltung verbunden ist; und wobei eine DC-Energiequelle mit einem zweiten Eingangs-Ausgangs-Ende in dem bidirektionalen Aufwärts-Abwärts-Umrichter verbunden ist, wobei die bidirektionale kontaktlose Energieversorgungseinrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass der bidirektionale Aufwärts-Abwärts-Umrichter zu einer Zeit der elektrischen Energieübertragung die elektrische Energie, die von der DC-Energiequelle zugeführt wird, in eine Spannung der DC-Energiequelle oder weniger umwandelt, deren Spannung in die Wechselrichterschaltung eingegeben wird, und der zu einer Zeit des elektrischen Energieempfangs die elektrische Energie, die aus der Wechselrichterschaltung ausgegeben wird, in eine Ausgangsspannung der Wechselrichterschaltung oder mehr umwandelt, deren Spannung in die DC-Energiequelle eingegeben wird.
  2. Bidirektionale kontaktlose Energieversorgungseinrichtung nach Anspruch 1, wobei der bidirektionale Aufwärts-Abwärts-Umrichter so gesteuert wird, dass die elektrische Leistung, die in den bidirektionalen Aufwärts-Abwärts-Umrichter eingegeben wird, zur Zeit der elektrischen Energieübertragung konstant gemacht wird, und dass die elektrische Leistung, die aus dem bidirektionalen Aufwärts-Abwärts-Umrichter ausgegeben wird, zur Zeit des elektrischen Energieempfangs maximiert wird.
  3. Bidirektionale kontaktlose Energieversorgungseinrichtung nach Anspruch 1, wobei der bidirektionale Aufwärts-Abwärts-Umrichter eine Halbleiter-Schalteinrichtung der oberen Stufe für Abwärtswandlungs-Betrieb und eine Halbleiter-Schalteinrichtung der unteren Stufe für Aufwärtswandlungsbetrieb aufweist; und wobei der bidirektionale Aufwärts-Abwärts-Umrichter zu der Zeit des Beginns des elektrischen Energieempfangs eine Steuerung zum Ausschalten der Halbleiter-Schalteinrichtung der oberen Stufe für Abwärtswandlungs-Betrieb und zum Einschalten der Halbleiter-Schalteinrichtung der unteren Stufe für Aufwärts-wandlungsbetrieb durchführt (mit dessen Einschaltdauer-Verhältnis bei 100%).
  4. Bidirektionale kontaktlose Energieversorgungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Wechselrichterschaltung aus einer Vollbrückenschaltung gebildet ist, die aus Halbleiter-Schalteinrichtungen gebildet ist, die jeweils eine Rückkopplungsdiode haben.
  5. Bidirektionale kontaktlose Energieversorgungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Wechselrichterschaltung aus einer Halbbrückenschaltung gebildet ist, die aus Halbleiter-Schalteinrichtungen gebildet ist, die jeweils eine Rückkopplungsdiode haben.
  6. Bidirektionale kontaktlose Energieversorgungseinrichtung nach Anspruch 4, wobei der bidirektionale Aufwärts-Abwärts-Umrichter mittels eines Steuerungsmodus gesteuert wird, in welchem, zu der Zeit des elektrischen Energieempfangs in einem Zustand, in welchem eine Halbleiter-Schalteinrichtung der unteren Stufe für Aufwärtswandlungsbetrieb eingeschaltet ist und eine Halbleiter-Schalteinrichtung der oberen Stufe für Abwärtswandlungs-Betrieb ausgeschaltet ist, wenn, als positive Richtung, die Richtung des elektrischen Stroms definiert wird, der vom Kondensator, der zu der eigenen Spule in Reihe geschaltet ist, in die Wechselrichterschaltung hineinfließt, die aus der Vollbrückenschaltung gebildet wird, und, als negative Richtung, die Richtung des elektrischen Stroms definiert wird, der von der eigenen Spule in die Wechselrichterschaltung hineinfließt, die aus der Vollbrückenschaltung gebildet wird, die Halbleiter-Schalteinrichtungen auf der unteren Seite der Wechselrichterschaltung, die aus der Vollbrückenschaltung gebildet sind, eingeschaltet sind und die Halbleiter-Schalteinrichtungen auf der oberen Seite davon ausgeschaltet sind, wenn der elektrische Strom in die positive Richtung fließt; und die Halbleiter-Schalteinrichtungen auf der oberen Seite der Wechselrichterschaltung, die aus der Vollbrückenschaltung gebildet ist, eingeschaltet sind und die Halbleiter-Schalteinrichtungen auf der unteren Seite davon ausgeschaltet sind, wenn der elektrische Strom in die negative Richtung fließt.
  7. Bidirektionales kontaktloses Energieversorgungssystem, das Folgendes aufweist: – eine erste bidirektionale kontaktlose Energieversorgungseinrichtung und eine zweite bidirektionale kontaktlose Energieversorgungseinrichtung, jeweils nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei eine eigene Spule der ersten bidirektionalen kontaktlosen Energieversorgungseinrichtung und eine eigene Spule der zweiten bidirektionalen kontaktlosen Energieversorgungseinrichtung magnetisch miteinander gekoppelt sind.
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