DE112016006342B4 - Stromwandler und kontaktloses Leistungsversorgungssystem - Google Patents

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Abstract

Leistungswandler, der Folgendes aufweist:- einen Wechselrichter (01) zur Versorgung einer Spule (06) mit Hochfrequenzleistung;- ein Oberwellenfilter (04) mit einer ersten Filterdrossel (401), die an ein Ausgangsende des Wechselrichters (01) angeschlossen ist, einer zweiten Filterdrossel (402) in Reihe verbunden mit der ersten Filterdrossel (401), einem ersten Filterkondensator (403) in Reihe verbunden mit der zweiten Filterdrossel (402), und einem Filterstromdetektor (404) zum Erfassen eines Nulldurchgangs eines durch die zweite Filterdrossel (402) fließenden Filterstroms; und- eine Steuerung (07) zur Steuerung des Wechselrichters (01), wobei die Steuerung (07) derart ausgebildet ist, dass der Nulldurchgang eines Ausgangsstroms aus dem Wechselrichter (01) mit dem Nulldurchgang des durch die zweite Filterdrossel (402) fließenden Filterstroms zusammenfällt.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Leistungswandler und ein kontaktloses Leistungsversorgungssystem mit dem Leistungswandler.
  • STAND DER TECHNIK
  • Ein konventionelles kontaktloses Leistungsversorgungssystem besitzt ein Filter, das zwischen einem Wechselrichter und einer Leistungsübertragungsspule angeordnet ist, um einen durch die Leistungsübertragungsspule fließenden Oberwellenstrom zu reduzieren und damit einen durch die Leistungsübertragungsspule fließenden Strom zu reduzieren (z.B. Patentdokument 1).
  • Ferner ist aus der EP 2 910 403 A1 (Patentdokument 2) eine induktive Ladeeinrichtung zum Laden eines elektrischen Energiespeichers eines Fahrzeugs bekannt, mit einer Primärspule und einem der Primärspule vorgeschalteten Wechselrichter zur Umwandlung einer Gleichspannung in eine Wechselspannung. Dabei weist der Wechselrichter einen Gleichspannungseingang und einen Wechselspannungsausgang auf und zwischen dem Gleichspannungseingang und dem Wechselspannungsausgang ist mindestens eine Schaltstufe und mindestens ein Filter geschaltet. Dieser Filter weist einen Streufeldtransformator mit einem ersten Wicklungsteil und einem zweiten Wicklungsteil auf, um eine sinusförmige Wechselspannung ohne Oberwellen zu erzeugen.
  • STAND DER TECHNIK
    • Patentdokument 1: Japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift JP 2014 - 183 684 A
    • Patentdokument 2: EP 2 910 403 A1
  • KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Mit der Erfindung zu lösende Probleme
  • In einem solchen kontaktlosen Leistungsversorgungssystem variieren die Frequenzkennlinien z.B. durch Fehler in einer Drossel und einem Kondensator, die das Filter bilden. Obwohl es ideal ist, die Betriebsfrequenz des Wechselrichters so zu regeln, dass die Oberwellendämpfung maximiert wird, ist es schwierig, einen harmonischen Anteil des durch die Leistungsübertragungsspule fließenden Stroms für jeden Betrieb in einem individuellen kontaktlosen Leistungsversorgungssystem direkt zu messen. Daher kann die Betriebsfrequenz des Wechselrichters nicht auf eine Frequenz eingestellt werden, bei der der harmonische Reduktionseffekt maximal ist und der harmonische Reduktionseffekt nicht vollständig erfolgt.
  • Mittel zum Lösen der Probleme
  • Obige Probleme werden erfindungsgemäß durch einen Leistungswandler mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 bzw. durch ein kontaktloses Leistungsversorgungssystem mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 12 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Leistungswandlers sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 11 angegeben.
  • Effekt der Erfindung
  • Mit dem Leistungswandler der vorliegenden Erfindung kann der Grad der Oberwellenreduktion in einem Oberwellenfilter erhöht werden.
  • Das kontaktlose Leistungsversorgungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung kann einer Last in Bezug auf die Oberschwingungen eine reduzierte Leistung zuführen.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
    • 1 ist ein Diagramm, das die gesamte Konfiguration eines Leistungswandlers gemäß Ausführungsform 1 zeigt;
    • 2 ist ein konzeptionelles Diagramm, das den Aufbau einer Steuerung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt;
    • 3A zeigt eine Schaltung mit einem Wechselrichter-Ausgangsstromdetektor gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
    • 3B zeigt eine Schaltung mit einem Filterstromdetektor gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
    • 4A zeigt eine Schaltung mit einem weiteren Wechselrichter-Ausgangsstromdetektor gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
    • 4B zeigt eine Schaltung mit einem weiteren Filterstromdetektor gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
    • 5 ist ein Diagramm, das die gesamte Konfiguration eines kontaktlosen Leistungsversorgungssystems mit dem Leistungswandler gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt;
    • 6 ist ein Wellenform-Diagramm, das die Wechselrichter-Betriebsfrequenz-Steuerung gemäß der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt;
    • 7 ist ein Wellenform-Diagramm, das die Wechselrichter Betriebsfrequenz-Steuerung zu einem anderen Zeitpunkt als 6 zeigt, gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
    • 8 ist ein Flussdiagramm der Wechselrichter Betriebsfrequenz-Steuerung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
    • 9 ist ein Wellenform-Diagramm nach der Wechselrichter-Betriebsfrequenz-Steuerung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
    • 10 ist ein Diagramm, das die gesamte Konfiguration eines kontaktlosen Leistungsversorgungssystems ohne Oberwellenfilter zeigt;
    • 11 ist ein Kurvendiagramm eines durch eine Leistungsübertragungsspule fließenden Stroms im kontaktlosen Leistungsversorgungssystem gemäß 10;
    • 12 ist ein Diagramm, das ein Analyseergebnis einer schnellen Fourier-Transformation eines durch die Leistungsübertragungsspule fließenden Stroms im kontaktlosen Leistungsversorgungssystem in 10 zeigt;
    • 13 ist ein Diagramm, das die Phasencharakteristik eines Oberwellenfilters gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt;
    • 14 ist ein Diagramm, das ein Analyseergebnis einer schnellen Fourier-Transformation eines durch die Leistungsübertragungsspule fließenden Stroms bei Verwendung des in 12 dargestellten Oberwellenfilters zeigt;
    • 15 ist ein Diagramm, das ein Ergebnis der Simulationsanalyse für die Phasencharakteristik eines Ausgangsstroms aus einem Wechselrichter und einen Filterstrom im kontaktlosen Leistungsversorgungssystem gemäß 5 zeigt;
    • 16 ist ein Diagramm, das ein Analyseergebnis einer schnellen Fourier-Transformation eines durch die Leistungsübertragungsspule fließenden Stroms zeigt, wenn die Wechselrichter-Betriebsfrequenz-Steuerung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird;
    • 17 ist ein Diagramm, das den Zusammenhang zwischen EIN/AUS eines Wechselrichters und dem Anstieg einer Ausgangsspannung aus dem Wechselrichter gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung zeigt;
    • 18 ist ein Diagramm, das die gesamte Konfiguration eines Leistungswandlers gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung zeigt;
    • 19 ist ein Diagramm, das die gesamte Konfiguration eines Leistungswandlers gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung zeigt;
    • 20 ist ein Diagramm, das die gesamte Konfiguration eines weiteren Leistungswandlers gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung zeigt;
    • 21 ist ein Diagramm, das die gesamte Konfiguration eines kontaktlosen Leistungsversorgungssystems gemäß Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung zeigt und
    • 22 ist ein Diagramm, das die gesamte Konfiguration eines Leistungswandlers gemäß Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Ausführungsform 1
  • Die Grundkonfiguration eines Leistungswandlers gemäß Ausführungsform 1 wird nachfolgend beschrieben. 1 zeigt die gesamte Konfiguration des Leistungswandlers gemäß Ausführungsform 1. Ein Wechselrichter-Ausgangsspannungsdetektor 02 und ein Wechselrichter-Ausgangsstromdetektor 03 sind an eine Ausgangsseite eines Wechselrichters 01 angeschlossen, der Hochfrequenzleistung liefert. Ein Oberwellenfilter 04 ist in einer Stufe nach dem Wechselrichter-Ausgangsspannungsdetektor 02 und dem Wechselrichter-Ausgangsstromdetektor 03 angeschlossen, ein Leistungsübertragungskondensator 05 und eine Leistungsübertragungsspule 06 in einer Stufe nach dem Oberwellenfilter 04.
  • Das Oberwellenfilter 04 besteht aus einer ersten Filterdrossel 401, einer zweiten Filterdrossel 402, einem Filterkondensator 403 und einem Filterstromdetektor 404.
  • Wie in 2 dargestellt, besteht eine Steuerung 07 aus folgenden Komponenten:
    • einem Mikroprozessor 071 (nachfolgend Mikrocomputer genannt); einem Speicher 072, der ein Programm des Mikrocomputers 071 speichert, anderen logischen Schaltungen und dergleichen. Die Steuerung 07 ist in der Lage, jeweils ein Signal zum Nulldurchgang des Wechselrichter-Ausgangsspannungsdetektors 02, des Wechselrichter-Ausgangsstromdetektors 03 und des Filterstromdetektors 404 zu empfangen und die Betriebsfrequenz des Wechselrichters 01 entsprechend diesen Signalen zu steuern.
  • Beispiel für die Nulldurchgangserkennung
  • 3A zeigt eine Schaltung des Wechselrichter-Ausgangsstromdetektors 03 gemäß Ausführungsform 1. 3B zeigt eine Schaltung des Filterstromdetektors 404 gemäß Ausführungsform 1. In 3A oder 3B besteht der Wechselrichter-Ausgangsstromdetektor 03 oder der Filterstromdetektor 404 aus: einem Strommesselement 301 wie einem Strommesswiderstand oder einem Stromwandler und einem Komparator 303, 413. Der Komparator 303, 413 vergleicht eine Referenzspannung (0 V in dieser Ausführungsform) mit einer im Strommesselement 301 erzeugten Spannung (Zwischenkreisspannung), und die Steuerung 07 erhält als Nulldurchgang einen steigenden Ausgang vom Komparator 303, 413, wenn die Zwischenkreisspannung 0 V übersteigt.
  • 4A und 4B zeigen alternativ einen Wechselrichter-Ausgangsstromdetektor 03 bzw. einen Filterstromdetektor 404, die jeweils aus einem Strommesselement 411 mit der gleichen Funktion wie das Strommesselement 301 und einem Operationsverstärker 304, 414 anstelle des in 3A, 3B dargestellten Komparators 303, 413 bestehen. Durch eine in der Steuerung 07 enthaltene Analog-Digital-Wandlungsfunktion des Mikrocomputers 071 wird der Stromwert eines Ausgangs des Operationsverstärkers 304, 414 bei einer Frequenz größer als die Betriebsfrequenz des Wechselrichters 01 gemessen und ein Zeitpunkt, an dem der Strom von positiv nach negativ oder von negativ nach positiv wechselt, als Nulldurchgang erkannt.
  • Beispiel für die Einstellung der Filtereigenschaften
  • Bei der Ausführungsform 1 ist das Oberwellenfilter 04 so konfiguriert, dass ein Oberwellenstrom dritter Ordnung der Betriebsfrequenz des Wechselrichters 01 nicht durch die Leistungsübertragungsspule 06 fließen kann. Daher wird in der folgenden Beschreibung das Oberwellenfilter 04 als Oberwellenfilter dritter Ordnung bezeichnet. Das Oberwellenfilter 04 kann jedoch zur Reduzierung von Oberwellenströmen wie z.B. Oberwellenströmen fünfter Ordnung oder Oberwellenströmen siebter Ordnung konfiguriert werden.
  • Grundbetrieb
  • 5 zeigt die gesamte Konfiguration eines kontaktlosen Leistungsversorgungssystems mit dem oben genannten Leistungswandler. Die grundlegende Funktionsweise des Leistungswandlers wird anhand von 5 beschrieben.
  • Der Wechselrichter 01 ist an eine Gleichstromversorgung 11 angeschlossen. Der Gleichstrom aus der Gleichstromversorgung 11 wird in den Wechselrichter 01 eingespeist, der Wechselrichter 01 schaltet bei Betriebsfrequenz finv und gibt hochfrequente Leistung ab. Der Wechselrichter 01 kann beliebig konfiguriert werden, solange er Gleichstrom in Wechselstrom umwandeln kann. Beispielsweise kann ein Vollbrückenwechselrichter oder ein Halbbrückenwechselrichter verwendet werden.
  • Die vom Wechselrichter 01 abgegebene Hochfrequenzleistung durchläuft das Oberwellenfilter 04 und wird über den Leistungsübertragungskondensator 05 der Leistungsübertragungsspule 06 zugeführt. Ein durch die Leistungsübertragungsspule 06 fließender hochfrequenter Strom erzeugt ein hochfrequentes Magnetfeld in einem Raum um die Leistungsübertragungsspule 06. Durch die Verknüpfung des hochfrequenten Magnetfeldes mit einer Leistungsaufnahmespule 12 wird die Leistung berührungslos von der Leistungsübertragungsspule 06 zur Leistungsaufnahmespule 12 geliefert.
  • Ein Leistungsaufnahmekondensator 13 ist an die Leistungsaufnahmespule 12 angeschlossen, und eine Last 15 wird über eine Gleichrichterdiode 14 mit Strom (Leistung) versorgt. Obwohl die Leistungsaufnahmespule 12 und der Leistungsaufnahmekondensator 13 in 5 in Reihe geschaltet sind, ist diese Konfiguration nur ein Beispiel, und das kontaktlose Leistungsversorgungssystem ist nicht darauf beschränkt.
  • Als nächstes wird die Steuerung der Betriebsfrequenz des Wechselrichters beschrieben. 6 ist ein Wellenform-Diagramm, das Beispiele von Wellenformen einer Wechselrichterausgangsspannung, eines Wechselrichterausgangsstroms und eines Filterstroms während der oben genannten Operation zeigt. 7 ist ein Wellenform-Diagramm, das die Wellenformen der Wechselrichterausgangsspannung, des Wechselrichterausgangsstroms und des Filterstroms zu einem anderen Zeitpunkt als 6 zeigt. 8 ist ein Flussdiagramm der Wechselrichter Betriebsfrequenz-Steuerung.
  • Im Folgenden wird die Wechselrichter-Betriebsfrequenz-Steuerung anhand der Wellenform-Diagramme von 6 und 7, basierend auf dem Flussdiagramm von 8, beschrieben. In 6 und 7 gibt die vertikale Achse den Wert der Spannung und der Ströme an, die horizontale Achse den Zeitverlauf. Die Verwaltung des Flussdiagramms erfolgt durch die Steuerung 07. Das heißt, die Verwaltung des Flussdiagramms kann durch den Mikrocomputer 071 mittels Software im Speicher 072 oder teilweise durch eine logische Schaltung realisiert werden.
  • In 6 gibt es, bezogen auf den Anstieg der Wechselrichterausgangsspannung in positiver Richtung, erstmals einen Nulldurchgang Zfil des Filterstroms von negativer zu positiver Richtung und nach dem Nulldurchgang Zεu einen Nulldurchgang Zinv des Wechselrichterausgangsstroms von der negativen Richtung zur positiven Richtung. Der Nulldurchgang Zfil und der Nulldurchgang Zinv werden vom Filterstromdetektor 404 bzw. vom Wechselrichter-Ausgangsstromdetektor 03 erkannt. Die erkannten Nulldurchgänge werden von der Steuerung 07 empfangen und eine Zeit (Phasendifferenz) Tdef vom Nulldurchgang Zεu zum Nulldurchgang Zinv gemessen.
  • Die obige Steuerung wird anhand des Flussdiagramms von 8 beschrieben. Zunächst wird ein Nulldurchgang V0 der Wechselrichterausgangsspannung von der Steuerung 07 empfangen (S 1 in 8). Danach wird festgestellt, ob der Nulldurchgang Zfil des Filterstroms erkannt worden ist (S2), und die Zeitzählung beginnt, wenn die Steuerung 07 die Erkennung erhalten hat (S3). Anschließend wird festgestellt, ob der Nulldurchgang Zinv des Wechselrichterausgangsstroms erkannt worden ist (S4), und die Zeitzählung endet, wenn die Steuerung 07 den Nulldurchgang Zinv (S5) erhalten hat. So erhält man die Zeit (Phasendifferenz) Tdef zwischen den Nulldurchgängen (S5). Die Methode zur Ermittlung der Zeit (Phasendifferenz) Tdef zwischen den Nulldurchgängen ist nicht auf die obige Methode beschränkt, es können auch andere Methoden angewendet werden.
  • Die Zeit (Phasendifferenz) Tdef zwischen den Nulldurchgängen wird z.B. mit einer vorgegebenen Schwelle α (S6) verglichen. Ist die Phasendifferenz Tdef größer als die Schwelle α, wird die Wechselrichterbetriebsfrequenz finv abgesenkt (S7), so dass die Phasendifferenz Tdef reduziert wird. Durch die regelmäßige Wiederholung dieses Vorgangs wird die Phasendifferenz Tdef allmählich reduziert. Wenn die Phasendifferenz Tdef kleiner oder gleich der Schwelle α geworden ist, wird die Wechselrichterbetriebsfrequenz finv nicht verändert.
  • Der Nulldurchgang Zfil des Filterstromes hinkt bei 7, bezogen auf den Anstieg der Wechselrichterausgangsspannung in positiver Richtung, dem Nulldurchgang Zinv des Wechselrichterausgangsstroms hinterher. In diesem Fall erhält die Steuerung 07 den Nulldurchgang V0 der Wechselrichterausgangsspannung (S 1). Danach wird festgestellt, ob der Nulldurchgang Zfil des Filterstroms erkannt worden ist (S2) oder ob der Nulldurchgang Zinv des Wechselrichterausgangsstroms erkannt worden ist (S8). Wenn die Steuerung 07 den Nulldurchgang Zinv des Wechselrichterausgangsstroms erhalten hat, beginnt die Steuerung 07 mit dem Zählen der Zeit (S9). Anschließend wird festgestellt, ob der Nulldurchgang Zfil des Filterstroms erkannt worden ist (S10), und die Zeitzählung endet, wenn die Steuerung 07 die Erkennung erhalten hat (S 11), so dass die Phasendifferenz Tdef erhalten wird.
  • Diese Phasendifferenz Tdef wird mit der Schwelle α (S12) verglichen. Ist die Phasendifferenz Tdef größer als die Schwelle α, wird die Wechselrichter-Betriebsfrequenz geändert. Wird jedoch, wie in 6 dargestellt, der Nulldurchgang Zinv des Wechselrichterausgangsstroms früher als der Nulldurchgang Zεu des Filterstroms erkannt und von der Steuerung 07 empfangen, wird die Wechselrichterbetriebsfrequenz finv erhöht (S13). Durch die regelmäßige Wiederholung dieses Vorgangs wird die Phasendifferenz Tdef allmählich reduziert. Wenn die Phasendifferenz Tdef kleiner als die oder gleich der Schwelle α geworden ist, wird die Wechselrichterbetriebsfrequenz finv nicht verändert.
  • Wenn die Phasendifferenz Tdef im Flussdiagramm gemäß 8 kleiner oder gleich der vorgegebenen Schwelle α geworden ist, wird die Änderung der Wechselrichterbetriebsfrequenz finv gestoppt. Die Änderung der Wechselrichterbetriebsfrequenz finv kann jedoch gestoppt werden, wenn die Phasendifferenz Tdef gleich 0 oder ein möglicher Minimalwert β geworden ist. Die vorgegebene Schwelle α oder der mögliche Minimalwert β ist nicht besonders begrenzt, da sie je nach Methode zur Messung der Zeit zwischen den Nulldurchgängen, dem Betriebstakt des Mikrocomputers usw. variiert.
  • Die Phasen der Wechselrichterausgangsspannung, des Wechselrichterausgangsstroms und des Filterstroms aufgrund der oben beschriebenen Wechselrichter Betriebsfrequenz-Steuerung sind in 9 dargestellt. Bezogen auf den Nulldurchgang V0 der Wechselrichterausgangsspannung fällt der Nulldurchgang Zfil des Filterstroms mit dem Nulldurchgang Zinv des Wechselrichterausgangsstroms zusammen. Zu diesem Zeitpunkt wird der durch die Leistungsübertragungsspule 06 fließende Oberwellenstrom dritter Ordnung maximal reduziert. Der Grund dafür wird später beschrieben.
  • Bei der Ausführungsform 1 werden der Nulldurchgang Zinv des Wechselrichterausgangsstroms und der Nulldurchgang Zεu des Filterstroms mit Bezug auf den Nulldurchgang V0 der Wechselrichterausgangsspannung gemessen, der durch den Wechselrichter-Ausgangsspannungsdetektor 02 ermittelt wird. Anstelle dieser Methode kann jedoch der Nulldurchgang Zinv des Wechselrichterausgangsstroms und der Nulldurchgang Zfil des Filterstroms mit Bezug auf ein von der Steuerung 07 an den Wechselrichter 01 eingegebenes Gatesignal (z.B. Abfall des Gatesignals) gemessen werden.
  • Im Folgenden wird der Grund, warum die durch die Leistungsübertragungsspule 06 fließende Oberwelle dritter Ordnung durch das oben genannte Regelverfahren maximal reduziert wird, detailliert beschrieben.
  • Beschreibung der Oberwellen im kontaktlosen Leistungsversorgungssystem
  • Zunächst werden Oberwellen, also Harmonische im kontaktlosen Leistungsversorgungssystem beschrieben.
  • 10 zeigt die gesamte Konfiguration eines kontaktlosen Leistungsversorgungssystems ohne Oberwellenfilter. Da bei diesem System eine Rechteckspannung von dem Wechselrichter 01 ausgegeben wird, ist eine aus dieser Wellenform abgeleitete Oberwellenkomponente in der Leistungsübertragungsspule 06 enthalten.
  • 11 ist ein Kurvendiagramm eines durch die Leistungsübertragungsspule 06 fließenden Stroms und 12 zeigt ein Analyseergebnis einer schnellen Fourier-Transformation (FFT) eines durch die Leistungsübertragungsspule 06 fließenden Stroms. 11 und 12 zeigen die Ergebnisse einer Simulationsanalyse. In 12 beträgt die Grundwellenkomponente (Wechselrichter-Betriebsfrequenz) 0 dB.
  • Obwohl die in 11 dargestellte aktuelle Wellenform wie eine Sinuswelle aussieht, wird aus dem in 12 dargestellten Ergebnis der FFT-Analyse ersichtlich, dass eine harmonische Komponente dritter Ordnung um 1% (-40 dB) der Grundwellenkomponente in der Grundwellenkomponente enthalten ist. Bei der Lieferung von Leistung in Kilowattordnung kann die elektromagnetische Streufeldstärke durch den Oberwellenstrom dritter Ordnung die gesetzliche Regelung überschreiten und muss daher reduziert werden.
  • Wird jedoch im kontaktlosen Leistungsversorgungssystem, wie in 10 dargestellt, ein RC-Filter, ein LR-Filter oder ein LC-Filter zur Dämpfung der Harmonischen dritter Ordnung zwischen dem Ausgang des Wechselrichters und der Leistungsübertragungsspule 06 eingesetzt, so ist die Verlustleistung groß, und außerdem wird die Phasencharakteristik der Grundwellenkomponente negativ beeinflusst. Dementsprechend sind RC-Filter, LR-Filter und LC-Filter nicht geeignet für die Reduzierung einer harmonischen Komponente nahe der Grundwelle, wie z.B. einer harmonischen Komponente dritter Ordnung oder einer harmonischen Komponente fünfter Ordnung, in einem Leistungsübertragungssystem.
  • Beschreibung von Oberwellenfiltern
  • Bei der vorliegenden Erfindung hat das Oberwellenfilter 04 die in 1 dargestellte Struktur. Das Oberwellenfilter 04 hat die in 13 dargestellte Phasencharakteristik. Das Oberwellenfilter 04 kann nur eine bestimmte Frequenzkomponente (im folgenden Kerbfrequenz genannt) stark dämpfen und hat gegenüber dem RC-Filter, dem LR-Filter und dem LC-Filter Vorteile in Bezug auf Verlustleistung und Phasencharakteristik. Wenn die Oberwelle dritter Ordnung der Betriebsfrequenz finv des Wechselrichters 01 mit der Kerbfrequenz frej des Oberwellenfilters übereinstimmt, kann die Oberwellenkomponente dritter Ordnung des in die Leistungsübertragungsspule 06 fließenden Stroms mit geringer Verlustleistung reduziert werden.
  • Problem des Oberwellenfilters
  • Im Oberwellenfilter 04 ist die Dämpfung bei anderen Frequenzen als der Kerbfrequenz frej gering, während die Dämpfung bei der Kerbfrequenz frej groß ist. Da das Oberwellenfilter 04 aus den Drosseln (Lf1, Lf2) und dem Kondensator (Cf1) besteht, variiert der Wert der Kerbfrequenz frej bei den einzelnen Filtern aufgrund von Herstellungsfehlern der Drosseln und des Kondensators leicht. Bei einem Leistungswandler mit einem Oberwellenfilter, dessen Kerbfrequenz frej einen Wert von 246 kHz besitzt, beträgt bei Betrieb des Wechselrichters 01 bei Betriebsfrequenz von 80 kHz die Oberwelle dritter Ordnung 240 kHz und zwischen der Kerbfrequenz frej und der Oberwelle dritter Ordnung wird eine Differenz von 6 kHz erzeugt.
  • Ein FFT-Analyse-Ergebnis des durch die Leistungsübertragungsspule 06 fließenden Stroms ist für diesen Fall in 14 dargestellt. Die Oberwellenkomponente dritter Ordnung beträgt -43 dB, und der Effekt der Oberwellenreduzierung beträgt nur 3 dB im Vergleich zu dem in 12 dargestellten Ergebnis. Dementsprechend ist es wünschenswert, die Wechselrichterbetriebsfrequenz finv so zu steuern, dass die Kerbfrequenz frej mit der Harmonischen 3finv der dritten Ordnung des Wechselrichters 01 übereinstimmt.
  • Als Methode für diese Steuerung ist denkbar, dass die Betriebsfrequenz des Wechselrichters 01 variiert wird, der durch die Leistungsübertragungsspule 06 fließende Strom für jede Frequenz einer FFT-Analyse unterzogen wird und die Betriebsfrequenz auf eine Frequenz geregelt wird, bei der die Oberwelle dritter Ordnung minimiert wird. Eine individuelle FFT-Analyse des durch die Leistungsübertragungsspule 06 fließenden Stroms ist jedoch nicht sinnvoll. Dementsprechend ist eine andere Steuerung als die oben genannte FFT-Analyse erforderlich.
  • Lösung des Problems Oberwellenfilter
  • Nachfolgend wird eine Wechselrichter Betriebsfrequenz-Steuerung mit einem anderen Verfahren als der FFT-Analyse beschrieben.
  • 15 zeigt das Ergebnis einer Simulationsanalyse am Ausgangsstrom aus dem Wechselrichter 01 und einem Filterstrom der Schaltung aus 5. Diese Analyse wird mit einer Filtereingangsspannung als Referenz durchgeführt. Bei der Kerbfrequenz frej stimmen die Phase des Filterstroms und die Phase des Wechselrichterausgangsstroms überein. Ist die Betriebsfrequenz kleiner als die Kerbfrequenz frej, so wird die Phase des Wechselrichter-ausgangsstroms gegenüber der Phase des Filterstroms nach vorn verschoben. Ist die Betriebsfrequenz dagegen höher als die Kerbfrequenz frej, bleibt die Phase des Wechselrichterausgangsstroms hinter der Phase des Filterstroms zurück. Das heißt, bei der Kerbfrequenz frej wird das Phasenverhältnis zwischen dem Wechselrichter Ausgangsstrom und dem Filterstrom invertiert.
  • Mit diesem Ergebnis kann die Wechselrichterbetriebsfrequenz ohne FFT-Analyse so gesteuert werden, dass die Oberwellendämpfung im Oberwellenfilter maximiert wird. Konkret wird, wie im Abschnitt „Grundbetrieb“ beschrieben, wenn der Nulldurchgang Zinv des Wechselrichterausgangsstroms hinter dem Nulldurchgang Zfil des Filterstroms zurück-bleibt, die Wechselrichterbetriebsfrequenz finv abgesenkt, während beim Nulldurchgang Zinv des Wechselrichterausgangsstroms gegenüber dem Nulldurchgang Zεu des Filterstroms die Wechselrichterbetriebsfrequenz finv erhöht wird.
  • So wird die Wechselrichterbetriebsfrequenz finv so gesteuert, dass der Nulldurchgang Zinv des Wechselrichterausgangsstroms und der Nulldurchgang Zfil des Filterstroms miteinander übereinstimmen. 16 zeigt ein Ergebnis der FFT-Analyse des durch die Leistungsübertragungsspule fließenden Stroms, wenn die Betriebsfrequenz des Wechselrichters 01 gesteuert wird. Gemäß 16 beträgt der Anteil der Oberschwingungen dritter Ordnung -57 dB, was bedeutet, dass ein Reduktionseffekt der Harmonischen von 17 dB gegenüber dem in 12 dargestellten Ergebnis erreicht wird.
  • Effekte
  • Die Kerbfrequenz des Oberwellenfilters kann gemäß der vorgenannten Konfiguration und Steuerungsmethode mit der Oberwellenkomponente der Wechselrichter-Betriebsfrequenz der dritten Ordnung übereinstimmen, so dass die Oberwellenreduktionswirkung des Oberwellenfilters maximal ausgenutzt werden kann.
  • Ausführungsform 2
  • Bei der oben beschriebenen Ausführungsform 1 wird der Wechselrichter-Ausgangsspannungsdetektor 02 als Mittel zur Erkennung des Anstiegs der WechselrichterAusgangsspannung eingesetzt. Bei einer anderen Methode kann die in Ausführungsform 1 beschriebene Frequenzsteuerung mit Absinken eines Gatesignals durchgeführt werden, das den Betrieb des Wechselrichters 01 steuert und als Anstieg der Wechselrichterausgangsspannung angesehen wird.
  • Ein konkretes Beispiel für diese Anwendung wird nun beschrieben. Als Wechselrichter 01 wird ein Vollbrücken-Wechselrichter eingesetzt. 17 zeigt den Zusammenhang zwischen EIN/AUS des Wechselrichters 01 und Anstieg der Wechselrichter-Ausgangsspannung. Jeder der Schalter im Wechselrichter 01 besteht aus einem Transistor, wie einem MOSFET. Ein Moment, in dem ein Schalter Q1 und ein Schalter Q4 von den EIN-Zuständen in die AUS-Zustände wechseln wird nun betrachtet. In diesem Moment steigt die Ausgangsspannung des Wechselrichters 01.
  • Beim Wechsel von EIN auf AUS des Schalters Q1 und des Schalters Q4 wird das Absinken des am Schalter Q1 und am Schalter Q4 eingegebenen Gatesignals als Anstieg der Wechselrichterausgangsspannung betrachtet, wobei die bei der Ausführungsform 1 beschriebene Wechselrichter Betriebsfrequenz-Steuerung durchgeführt werden kann. Dies ist ein Beispiel dafür, wie das Fallen des am Schalter im Wechselrichter 01 eingegebenen Gatesignals als Alternative zum Steigen der Wechselrichterausgangsspannung genutzt werden kann.
  • Obwohl ein Vollbrücken-Wechselrichter als Beispiel für den Wechselrichter 01 der vorliegenden Ausführungsform beschrieben wird, fällt auch ein Steuerungsverfahren mit einem Halbbrücken-Wechselrichter oder anderen Wechselrichtern in den Anwendungsbereich der vorliegenden Ausführungsform. Weiterhin kann bei der Erkennung des Abfallens des Gatesignals als Alternative zur Erkennung des Anstiegs der WechselrichterAusgangsspannung eine Verzögerung vom Abfall des Gatesignals bis zum Anstieg der Wechselrichterausgangsspannung berücksichtigt werden.
  • Die Konfiguration der Ausführungsform 2 kann als Alternative zum Wechselrichter-Ausgangsspannungsdetektor 02 verwendet werden, so dass eine Verkleinerung und Reduzierung der Anzahl der Komponenten realisiert wird.
  • Ausführungsform 3
  • 18 zeigt die gesamte Konfiguration eines Leistungswandlers gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung. Der Wechselrichter-Ausgangsspannungsdetektor 02 und der Wechselrichter-Ausgangsstromdetektor 03 werden an die Ausgangsseite des Wechselrichters 01 angeschlossen, der eine Hochfrequenzleistung liefert. Das Oberwellenfilter 04 wird in einer Stufe nach dem Wechselrichter-Ausgangsspannungsdetektor 02 und dem Wechselrichter-Ausgangsstromdetektor 03 und ein Oberwellenfilter 08 in einer Stufe nach dem Oberwellenfilter 04 angeschlossen. Der Leistungsübertragungskondensator 05 und die Leistungsübertragungsspule 06 werden nach dem Oberwellenfilter 08 angeschlossen.
  • Das Oberwellenfilter 04 besteht aus der ersten Filterdrossel 401, der zweiten Filterdrossel 402, dem Filterkondensator 403 und dem Filterstromdetektor 404. Das Oberwellenfilter 08 besteht aus einer dritten Filterdrossel 801, einer fünften Filterdrossel 802, einem Filterkondensator 803 und einem Filterstromdetektor 804.
  • In dieser Konfiguration ist z.B. das Oberwellenfilter 04 für die Reduzierung der Oberwelle dritter Ordnung und das Oberwellenfilter 08 für die Reduzierung der Oberwelle fünfter Ordnung eingestellt, wobei zwei Oberwellenanteile, d.h. die Oberwelle dritter Ordnung und die Oberwelle fünfter Ordnung, reduziert werden können.
  • Wenn das Oberwellenfilter 04 auf die Reduzierung der Oberwelle dritter Ordnung und das Oberwellenfilter 08 auf die Reduzierung der Oberwelle fünfter Ordnung eingestellt ist, wird die bei der Ausführungsform 1 beschriebene Frequenzregelung entsprechend einer der Oberwellenkomponenten durchgeführt. Obwohl die Konfiguration, in der zwei Oberwellenfilter angeschlossen sind, bei der Ausführungsform 3 beschrieben ist, können auch drei oder mehr Oberwellenfilter angeschlossen werden.
  • Mit der Konfiguration gemäß der Ausführungsform 3 kann der Effekt der Reduzierung einer Vielzahl von harmonischen Komponenten erreicht werden.
  • Ausführungsform 4
  • 19 zeigt die Konfiguration eines Leistungswandlers gemäß Ausführungsform 4. Der Wechselrichter-Ausgangsspannungsdetektor 02 und der Wechselrichter-Ausgangsstromdetektor 03 sind an die Ausgangsseite des Wechselrichters 01 angeschlossen. Das Oberwellenfilter 04, bestehend aus der ersten Filterdrossel 401, der zweiten Filterdrossel 402, dem Filterkondensator 403 und dem Filterstromdetektor 404 ist nach dem Wechselrichter-Ausgangsspannungsdetektor 02 und dem Wechselrichter-Ausgangsstromdetektor 03 angeschlossen.
  • Ein Oberwellenfilter höherer Ordnung, bestehend aus einer dritten Filterdrossel 501 und einem zweiten Filterkondensator 502, ist nach dem Oberwellenfilter 04 angeschlossen, der Leistungsübertragungskondensator 05 und die erste Leistungsübertragungsspule 06 sind nach dem Oberwellenfilter höherer Ordnung angeschlossen.
  • Wie in 20 dargestellt, kann das Oberwellenfilter höherer Ordnung, bestehend aus der dritten Filterdrossel 501 und dem zweiten Filterkondensator 502, in einer Stufe vor dem Oberwellenfilter 04 angeschlossen werden. Die Steuerung 07 besteht aus dem Mikrocomputer 071 oder dergleichen. Die Steuerung 07 empfängt Signale des Wechselrichter-Ausgangsspannungsdetektors 02, des Wechselrichter-Ausgangsstromdetektors 03 und des Filterstromdetektors 404 zu Nulldurchgangszeiten der Signale in den jeweiligen Detektoren und steuert die Betriebsfrequenz des Wechselrichters entsprechend den Signalen.
  • Da die dritte Filterdrossel 501 und der zweite Filterkondensator 502 hinzugefügt werden, kann auch ein Oberwellenanteil höherer Ordnung mit einer Frequenz höher als die Kerbfrequenz frej reduziert werden.
  • Ausführungsform 5
  • 21 zeigt den Aufbau eines kontaktlosen Leistungsversorgungssystems gemäß Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung.
  • Ein erster Leistungswandler 100 weist Folgendes auf: den Wechselrichter 01, der Hochfrequenzleistung liefert; und den Wechselrichter-Ausgangsspannungsdetektor 02 und den Wechselrichter-Ausgangsstromdetektor 03, die an der Ausgangsseite des Wechselrichters 01 angeschlossen sind. Das Oberwellenfilter 04 bestehend aus der ersten Filterdrossel 401, der zweiten Filterdrossel 402, dem Filterkondensator 403, dem Filterstromdetektor 404 und einem Filterwählschalter 407 ist nach dem Wechselrichter-Ausgangsspannungsdetektor 02 und dem Wechselrichter-Ausgangsstromdetektor 03 angeschlossen.
  • Ein Kondensator 49 und eine erste kontaktlose Leistungsversorgungsspule 50 sind nach dem Oberwellenfilter 04 angeschlossen. Die Steuerung 07 besteht aus dem Mikrocomputer 071 oder dergleichen. Die Steuerung 07 empfängt Signale des Wechselrichter-Ausgangsspannungsdetektors 02, des Wechselrichter-Ausgangsstromdetektors 03 und des Filterstromdetektors 404 zu Nulldurchgangszeiten der Signale in den jeweiligen Detektoren und steuert die Betriebsfrequenz des Wechselrichters entsprechend den Signalen. Der Filterwählschalter 407 kann entweder ein mechanischer Schalter oder ein Halbleiterschalter sein.
  • Weiterhin wird ein zweiter Leistungswandler 200 inklusive einer zweiten kontaktlosen Leistungsversorgungsspule 51 verwendet. Die erste kontaktlose Leistungsversorgungsspule 50 und die zweite kontaktlose Leistungsversorgungsspule 51 sind über ein Magnetfeld miteinander verbunden und sind in der Lage, Leistung zueinander zu senden und voneinander zu empfangen.
  • Bei der Leistungsübertragung vom ersten Leistungswandler 100 zum zweiten Leistungswandler 200 wird der Filterwählschalter 407 eingeschaltet, gefolgt von der gleichen Funktion wie bei der Ausführungsform 1 beschrieben, so dass der harmonische Anteil des Stroms in der ersten kontaktlosen Leistungsversorgungsspule 50 reduziert wird.
  • Wenn hingegen der erste Leistungswandler 100 vom zweiten Leistungswandler 200 Leistung erhält, wird der Filterwählschalter 407 abgeschaltet, damit kein Strom in den Weg des Filterkondensators 403 im Oberwellenfilter 04 fließt.
  • Da der Filterwählschalter 407 eingebaut ist, kann der Strom im Pfad des Filterkondensators 403 während des Leistungsempfangs unterbrochen werden, so dass die Verluste durch das Oberwellenfilter 04 reduziert werden und eine Verringerung des Wirkungsgrades durch Schwankungen der Resonanzbedingungen verhindert wird.
  • Ausführungsform 6
  • 22 zeigt die Konfiguration eines Leistungswandlers gemäß Ausführungsform 6. Der Leistungswandler weist den Wechselrichter 01, der Hochfrequenzleistung liefert, und den Wechselrichter-Ausgangsspannungsdetektor 02 sowie den Wechselrichter-Ausgangsstromdetektor 03 auf, die an der Ausgangsseite des Wechselrichters 01 angeschlossen sind. Das Oberwellenfilter 04 bestehend aus der ersten Filterdrossel 401, der zweiten Filterdrossel 402, einer vierten Filterdrossel 405, einem ersten Filterkondensator 403a, einem dritten Filterkondensator 403b, einem Filterwählschalter 408a, einem Filterwählschalter 408b und einem Filterstromdetektor 404 sind in einer Stufe nach dem Wechselrichter-Ausgangsspannungsdetektor 02 und dem Wechselrichter-Ausgangsstromdetektor 03 angeschlossen. Der Leistungsübertragungskondensator 05 und die Leistungsübertragungsspule 06 sind nach dem Oberwellenfilter 04 angeschlossen.
  • Die Steuerung 07 besteht aus dem Mikrocomputer 071 oder dergleichen. Die Steuerung 07 kann Signale des Wechselrichter-Ausgangsspannungsdetektors 02, des Wechselrichter-Ausgangsstromdetektors 03 und des Filterstromdetektors 404 zu Nulldurchgangszeiten der Signale in den jeweiligen Detektoren empfangen und die Betriebsfrequenz des Wechselrichters entsprechend den Signalen steuern.
  • Als Beispiel wird die Einstellung des Oberwellenfilters 04 beschrieben. Der Wert des Filters ist so eingestellt, dass die n-te Harmonische bei Betriebsfrequenz fa des Wechselrichters durch die erste Filterdrossel 401, die zweite Filterdrossel 402 und den ersten Filterkondensator 403a reduziert werden kann. Weiterhin ist der Wert des Filters so eingestellt, dass die n-te Harmonische bei der Betriebsfrequenz fb des Wechselrichters durch die erste Filterdrossel 401, die vierte Filterdrossel 405 und den dritten Filterkondensator 403b reduziert werden kann.
  • Das Oberwellenfilter 04 wird in der Nähe der Wechselrichterbetriebsfrequenz fa betrieben, wobei der Filterwählschalter 408a eingeschaltet und der Filterwählschalter 408b ausgeschaltet ist. Die grundlegende Bedienung ist die gleiche wie bei der Ausführungsform 1 beschrieben. Während des Betriebes ist es kein Problem, wenn eine vorgegebene Leistung abgegeben wird. Je nach Zustand gibt es jedoch Fälle, in denen die vorgegebene Leistung nicht ausgegeben wird. Ändert sich z.B. der Kopplungskoeffizient durch die Verschiebung zwischen den Spulen stark, so ändert sich auch die Lastimpedanz aus Sicht des Wechselrichters stark.
  • In diesem Fall kann die vorgegebene Leistung nicht abgegeben werden, wenn die Wechselrichter-Betriebsfrequenz nicht geändert wird. Wenn die Betriebsfrequenz des Wechselrichters unter diesen Bedingungen geändert werden soll, wird der Filterwählschalter 408a ausgeschaltet und der Filterwählschalter 408b eingeschaltet. So kann auch bei einer Änderung der Wechselrichter-Betriebsfrequenz von fa auf fb deren n-te Harmonische reduziert werden.
  • Wenn der Wandler mit Strom versorgt wird, kann der Strom durch das Oberwellenfilter 04 unterbrochen werden, wobei sowohl der Filterwählschalter 408a als auch der Filterwählschalter 408b ausgeschaltet werden.
  • Auch bei stark schwankenden Betriebszuständen, z.B. durch Verschiebungen zwischen den Spulen, ist es möglich, mit einer Änderung der Betriebsfrequenz des Wechselrichters umzugehen und so die Ausgabe der vorgegebenen Leistung zu ermöglichen.
  • Da das Oberwellenfilter während der Leistungsübertragung betrieben wird und nicht während des Leistungsempfangs, kann eine Reduzierung des Wirkungsgrades am Oberwellenfilter während des Stromempfangs vermieden werden.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass im Rahmen der vorliegenden Erfindung die oben genannten Ausführungsformen frei miteinander kombiniert werden können, oder dass jede der oben genannten Ausführungsformen entsprechend geändert oder vereinfacht werden kann.
  • In den Zeichnungen bezeichnen die gleichen Bezugszeichen die gleichen oder entsprechenden Komponenten.
  • Bezugszeichenliste
    • 01
    Wechselrichter
    02
    Wechselrichter-Ausgangsspannungsdetektor
    03
    Wechselrichter Ausgang Stromdetektor
    04,08
    Oberwellenfilter
    05
    Leistungsübertragungskondensator
    06
    Leistungsübertragungsspule
    07
    Steuerung
    12
    Leistungsaufnahmespule
    13
    Leistungsaufnahmekondensator
    14
    Gleichrichterdiode
    15
    Last
    49
    Kondensator
    50
    erste kontaktlose Leistungsversorgungsspule
    51
    zweite kontaktlose Leistungsversorgungsspule
    071
    Mikrocomputer
    072
    Speicher
    100
    erster Leistungswandler
    200
    zweiter Leistungswandler
    301,411
    Strommesselement
    303,413
    Komparator
    304, 414
    Operationsverstärker
    401
    erste Filterdrossel
    402
    zweite Filterdrossel
    403, 803
    Filterkondensator
    403a
    erster Filterkondensator
    403b
    dritter Filterkondensator
    502
    zweiter Filterkondensator
    405
    vierte Filterdrossel
    404, 804
    Filterstromdetektor
    501, 801
    dritte Filterdrossel
    407, 408a, 408b
    Filterwählschalter
    802
    fünfte Filterdrossel

Claims (12)

  1. Leistungswandler, der Folgendes aufweist: - einen Wechselrichter (01) zur Versorgung einer Spule (06) mit Hochfrequenzleistung; - ein Oberwellenfilter (04) mit einer ersten Filterdrossel (401), die an ein Ausgangsende des Wechselrichters (01) angeschlossen ist, einer zweiten Filterdrossel (402) in Reihe verbunden mit der ersten Filterdrossel (401), einem ersten Filterkondensator (403) in Reihe verbunden mit der zweiten Filterdrossel (402), und einem Filterstromdetektor (404) zum Erfassen eines Nulldurchgangs eines durch die zweite Filterdrossel (402) fließenden Filterstroms; und - eine Steuerung (07) zur Steuerung des Wechselrichters (01), wobei die Steuerung (07) derart ausgebildet ist, dass der Nulldurchgang eines Ausgangsstroms aus dem Wechselrichter (01) mit dem Nulldurchgang des durch die zweite Filterdrossel (402) fließenden Filterstroms zusammenfällt.
  2. Leistungswandler nach Anspruch 1, der ferner Folgendes aufweist: - einen Wechselrichter-Ausgangsspannungsdetektor (02) zur Erkennung des Anstiegs einer Ausgangsspannung aus dem Wechselrichter; und - einen Wechselrichter-Ausgangsstromdetektor (03) zum Nachweis des Nulldurchgangs des Ausgangsstroms aus dem Wechselrichter, wobei nachdem der Anstieg der Ausgangsspannung vom Wechselrichter (01) erkannt worden ist, wenn der Nulldurchgang des Wechselrichterausgangsstroms früher erkannt wird als der Nulldurchgang des Filterstroms, die Steuerung (07) eine Steuerung zur Erhöhung der Wechselrichter-Betriebsfrequenz durchführt, und dann, wenn der Nulldurchgang des Filterstroms früher erkannt wird als der Nulldurchgang des Wechselrichterausgangsstroms, die Steuerung (07) eine Reduzierung der Wechselrichter-Betriebsfrequenz durchführt.
  3. Leistungswandler nach Anspruch 1, wobei nach dem Absinken eines von der Steuerung (07) zum Wechselrichter übergebenen Gatesignals, wenn der Nulldurchgang des Ausgangsstroms früher als der Nulldurchgang des Filterstroms erkannt wird, eine Steuerung zur Erhöhung der Wechselrichter-Betriebsfrequenz durchgeführt wird, und dann, wenn der Nulldurchgang des Filterstroms früher als der Nulldurchgang des Ausgangsstroms des Wechselrichters erkannt wird, eine Steuerung zur Reduzierung der Wechselrichter-Betriebsfrequenz durchgeführt wird.
  4. Leistungswandler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei an einer Verbindungsstelle zwischen der ersten Filterdrossel (401) und der zweiten Filterdrossel (402) des Oberwellenfilters eine Filterschaltung für Oberwellen höherer Ordnung mit einer dritten Filterdrossel (501) und einem zweiten Filterkondensator (502) angeschlossen ist.
  5. Leistungs-Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei zwischen den Wechselrichter (01) und das Oberwellenfilter (04) eine Filterschaltung für Oberwellen höherer Ordnung mit einer dritten Filterdrossel (501) und einem zweiten Filterkondensator (502) geschaltet ist.
  6. Leistungswandler nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei ein Filterwählschalter (407) in Reihe mit dem ersten Filterkondensator (403) des Oberwellenfilters (04) verbunden ist, und der Filterwählschalter (407) eingeschaltet wird, wenn Strom übertragen wird, und ausgeschaltet wird, wenn Strom empfangen wird.
  7. Leistungswandler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, der ferner Folgendes aufweist: - einen ersten Filterwählschalter (408a) in Reihe verbunden mit dem ersten Filterkondensator (403a) des Oberwellenfilters (04); - eine vierte Filterdrossel (405), die parallel zur zweiten Filterdrossel (402) geschaltet ist; - einen dritten Filterkondensator (403b) in Reihe verbunden mit der vierten Filterdrossel (405); und - einen zweiten Filterwählschalter (408b) in Reihe verbunden mit dem dritten Filterkondensator (403b), wobei der erste Filterwählschalter (408a) und der zweite Filterwählschalter (408b) an den Filterstromdetektor (404) angeschlossen sind, und wobei bei einer Stromübertragung so gesteuert wird, dass entweder der erste Filterwählschalter (408a) oder der zweite Filterwählschalter (408b) eingeschaltet ist, während der andere ausgeschaltet ist, und wobei beim Empfang von Strom die Steuerung so erfolgt, dass sowohl der erste Filterwählschalter (408a) als auch der zweite Filterwählschalter (408b) ausgeschaltet sind.
  8. Leistungswandler nach Anspruch 2, wobei der Filterstromdetektor (404) ein erstes Strommesselement (301) und einen ersten Komparator (413) zum Vergleich einer Zwischenkreisspannung des ersten Strommesselements (301) mit einer ersten Referenzspannung aufweist, und einen Ausgangsanstieg des ersten Komparators (413) zur Steuerung (07) bei einem Nulldurchgang des Filterstroms ausgibt, und wobei der Wechselrichter-Ausgangsstromdetektor (03) ein zweites Strommesselement (301) und einen zweiten Komparator (303) aufweist zum Vergleich einer Zwischenkreisspannung des zweiten Strommesselements (301) mit einer zweiten Referenzspannung, und einen Ausgangsanstieg des zweiten Komparators (303) an die Steuerung (07) bei einem Nulldurchgang des Wechselrichter-Ausgangsstroms ausgibt.
  9. Leistungswandler nach Anspruch 2, wobei der Filterstromdetektor (404) ein erstes Strommesselement (411) und einen ersten Operationsverstärker (414) aufweist, der Ausgang des ersten Operationsverstärkers (414) durch die Steuerung (07) zur Messung des Filterstroms von analog nach digital umgewandelt wird und der Nulldurchgang des Filterstroms, basierend auf einer Umkehrung des Vorzeichens des gemessenen Stromwertes, erkannt wird, und wobei der Wechselrichter-Ausgangsstromdetektor (03) ein zweites Strommesselement (411) und einen zweiten Operationsverstärker (304) aufweist, wobei der Ausgang des zweiten Operationsverstärkers (304) durch die Steuerung (07) von analog nach digital umgewandelt wird, um den Ausgang des Wechselrichters (01) zu messen, und der Nulldurchgang des Wechselrichter-Ausgangsstroms, basierend auf einer Umkehrung des Vorzeichens des gemessenen Stromwertes, erkannt wird.
  10. Leistungswandler nach Anspruch 8 oder 9, wobei das erste Strommesselement (301, 411) und das zweite Strommesselement (301, 411) Strommesswiderstände oder Stromwandler sind.
  11. Leistungswandler nach Anspruch 1, wobei mehrere Stufen von Oberwellenfiltern (04,08) vorgesehen sind, und wobei die Steuerung (07) eine Steuerung derart durchführt, dass der Nulldurchgang eines Filterstroms eines beliebigen Oberwellenfilters mit dem Nulldurchgang des Ausgangsstroms aus dem Wechselrichter zusammenfällt.
  12. Kontaktloses Leistungsversorgungssystem, das Folgendes aufweist: - den Leistungswandler nach einem der Ansprüche 1 bis 11, - eine Leistungsaufnahmespule (12), die mit der mit Hochfrequenz-Energie versorgten Spule (06) magnetisch gekoppelt ist und von der Spule (06) berührungslos mit Energie versorgt wird; und - einen Gleichrichter (14) zum Gleichrichten des Ausgangs von der Leistungsaufnahmespule (12) und zur Stromversorgung einer Last.
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