DE112017001973T5

DE112017001973T5 - Leistungsempfangsvorrichtung und Leistungsübertragungsvorrichtung

Info

Publication number: DE112017001973T5
Application number: DE112017001973.7T
Authority: DE
Inventors: Tatsuya Hosotani
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2016-08-23
Filing date: 2017-07-14
Publication date: 2019-02-21
Also published as: US20190089199A1; WO2018037758A1; CN109417310B; JP6677306B2; US10862339B2; CN109417310A; JPWO2018037758A1

Abstract

Enthalten sind eine Leistungsempfangsspule (21A), die ausgebildet ist, um mit einer in einer Leistungsübertragungsvorrichtung (101) enthaltenen Leistungsübertragungsspule (11A) zu koppeln; eine Gleichrichterschaltung (221) mit einer Diode (D1) und einem Transistorelement (Q2), die mit der Leistungsempfangsspule (21A) elektrisch verbunden und ausgebildet ist, um einen in der Leistungsempfangsspule (21A) fließenden hochfrequenten Wechselstrom gleichzurichten; Ausgabeeinrichtungen (Out1, Out2), die ausgebildet sind, um den von der Gleichrichterschaltung (221) gleichgerichteten Strom zu einem Verbraucher (26) auszugeben; eine Spannungserfassungsschaltung (24), die ausgebildet ist, um eine Ausgangsspannung Va zu erfassen; und eine Steuerschaltung (25), die ausgebildet ist, um einen Betrieb des Transistorelements (Q2) beruhend auf der Ausgangsspannung Va zu steuern. Die Steuerschaltung (25) schaltet das Transistorelement (Q2) ab, wenn die Ausgangsspannung Va ≤ dem Schwellenwert Va1 erfüllt ist, und veranlasst die Gleichrichterschaltung (221), einen Nenngleichrichtbetrieb auszuführen, und schaltet das Transistorelement (Q2) ein, wenn die Spannung Va ≥ dem Schwellenwert Va2 erfüllt ist, und stoppt den Nenngleichrichtbetrieb.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leistungsempfangsvorrichtung, die drahtlos mit Hochfrequenzleistung von einer Leistungsübertragungsvorrichtung versorgt wird, sowie die Leistungsübertragungsvorrichtung.
Technischer Hintergrund
Patentschrift 1 offenbart eine Erfindung, bei der die Wärmeentwicklung einer Leistungsempfangsvorrichtung in einem berührungslosen Leistungsversorgungssystem unterbunden wird. Bei dem in Patentschrift 1 offenbarten berührungslosen Leistungsversorgungsversorgungssystem wird Leistung von einer Leistungsübertragungsvorrichtung berührungslos zu der Leistungsempfangsvorrichtung durch Resonanzkopplung jeweiliger Resonanzkreise der Leistungsübertragungsvorrichtung und der Leistungsempfangsvorrichtung übertragen. Bei der Leistungsempfangsvorrichtung wird die zu empfangende Leistung überwacht und die Resonanzfrequenz des Resonanzkreises so verschoben, dass die Leistung ein Sollleistungsniveau nicht überschreitet, wodurch Leistungsempfang der Leistung gleich oder höher als das Sollleistungsniveau unterbunden wird. Dadurch wird die in der Leistungsempfangsvorrichtung erzeugte Wärmemenge unterbunden. Dann wird ein Absinken des Umwandlungswirkungsgrads in einer Leistungsumwandlungsschaltung (z.B. einem DC-DC-Wandler) in der Leistungsempfangsvorrichtung durch den Einfluss der Wärmeentwicklung unterbunden.
Liste zitierter Schriften
Patentschrift
Patentschrift 1: ungeprüfte japanische Patentanmeldung Veröffentlichung Nr. 2015-12761
Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Als Beispiel für eine Leistungsempfangsvorrichtung wird beispielsweise eine tragbare Vorrichtung wie ein Smartphone oder dergleichen angeführt. In den letzten Jahren ist es wünschenswert, die Größe und Dicke einer solchen Vorrichtung weiter zu reduzieren. Da jedoch in Patentschrift 1 das Vorsehen einer Schaltung zur Steuerung der Resonanzfrequenz des Resonanzkreises erforderlich ist, besteht das Problem, dass die Leistungsempfangsvorrichtung an Größe zunimmt. Daher besteht bei Nutzung der Erfindung von Patentschrift 1 die Gefahr, dass eine Reduzierung von Größe und Dicke der Vorrichtung nicht erreicht werden kann.
Demgemäß ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Leistungsempfangsvorrichtung und eine Leistungsübertragungsvorrichtung bereitzustellen, die den Leistungsempfang hoher Leistung verhindern und Wärmeentwicklung unterbinden, ohne eine Miniaturisierung der Vorrichtung zu behindern.
Lösung des Problems
Eine Leistungsempfangsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst: eine Leistungsempfangsspule, die ausgebildet ist, um mit einer Leistungsübertragungsspule zu koppeln, die in einer Leistungsübertragungsvorrichtung enthalten ist; eine Gleichrichterschaltung, die ein Gleichrichterelement und ein Transistorelement mit einem Parallelkondensator umfasst, die ausgebildet ist, um einen leitenden Betrieb und einen kapazitiven Betrieb zu schalten, die elektrisch mit der Leistungsempfangsspule verbunden und ausgebildet ist, um einen hochfrequenten Resonanzstrom gleichzurichten, der in der Leistungsempfangsspule fließt; eine Ausgabeeinrichtung, die mit einem Verbraucher verbunden und ausgebildet ist, um zu dem Verbraucher einen Strom auszugeben, der von der Gleichrichterschaltung gleichgerichtet und von einem Glättungskondensator geglättet wird; einen äquivalenten Resonanzkondensator, der elektrisch mit der Leistungsempfangsspule verbunden und ausgebildet ist, um mit einer in der Leistungsempfangsspule enthaltenen Induktivitätskomponente zu schwingen; eine Spannungserfassungsschaltung, die ausgebildet ist, um eine Ausgangsspannung von der Gleichrichterschaltung zu erfassen; und eine Steuereinheit, die ausgebildet ist, um einen Betrieb der Gleichrichterschaltung basierend auf einem Erfassungsergebnis der Spannungserfassungsschaltung zu steuern, wobei die Leistungsempfangsspule, die Gleichrichterschaltung und die Ausgabeeinrichtung eine Leistungsempfangsschaltung ausbilden, der Glättungskondensator einen Kapazitätswert aufweist, der größer ist als ein Kapazitätswert des Parallelkondensators oder des äquivalenten Resonanzkondensators, und die Steuereinheit eine Empfangsleistungsanpassfunktion umfasst, bei der in einem Fall, in dem eine von der Spannungserfassungsschaltung erfasste Spannung kleiner oder gleich einem Schwellenwert Va1 ist, das Transistorelement abgeschaltet und veranlasst wird, den kapazitiven Betrieb auszuführen, und die Gleichrichterschaltung veranlasst wird, einen Nenngleichrichtbetrieb auszuführen, wenn die von der Spannungserfassungsschaltung erfasste Spannung einen Schwellenwert Va2 (> Va1) erreicht, das Transistorelement eingeschaltet und veranlasst wird, den leitenden Betrieb auszuführen, der äquivalente Resonanzkondensator geändert wird, um eine Resonanzfrequenz der Leistungsempfangsschaltung zu ändern, der Nenngleichrichtbetrieb gleichzeitig gestoppt wird und ein Leistungsfluss zur Ausgabeeinrichtung gestoppt wird, um einen Leistungsempfangsbetrieb zu stoppen, bei dem der Ausgabeeinrichtung Leistung von der Leistungsempfangsspule geliefert wird.
Gemäß dieser Konfiguration kann bei steigender Ausgangsspannung durch Einschalten des Transistorelements die Empfangsleistung abgeschaltet und der Einfluss von Wärmeentwicklung und dergleichen durch den Leistungsempfang von hoher Leistung unterbunden werden. Dieses Abschalten kann nur durch Einschalten des in der Gleichrichterschaltung vorgesehenen Transistorelements erfolgen. Daher ist es nicht erforderlich, separat eine Schaltung zum Abschalten der Empfangsleistung vorzusehen, und die Miniaturisierung der Leistungsempfangsvorrichtung wird nicht beeinträchtigt.
Die Steuereinheit kann in einem Fall, in dem die von der Spannungserfassungsschaltung erfasste Spannung höher als der Schwellenwert Va1 und niedriger als der Schwellenwert Va2 ist, ausgebildet sein, um die Ausführung des Betriebs und das Abschalten der Gleichrichterschaltung zu steuern und die Empfangsleistung anzupassen, indem die Ausgangsleistung und nicht der Nenngleichrichtbetrieb unterbunden wird.
Wenn die Ausgangsspannung hoch (größer oder gleich Va2) ist, ist es gemäß dieser Konfiguration nicht durch unmittelbares Stoppen, sondern Ausführen von Gleichrichtung zum Unterbinden der Ausgangsleistung statt des Nenngleichrichtbetriebs möglich, ein Sinken von Übertragungswirkungsgrad zu unterbinden.
In einem Fall, in dem die von der Spannungserfassungsschaltung erfasste Spannung höher als der Schwellenwert Va1 und niedriger als der Schwellenwert Va2 ist, kann die Steuereinheit ausgebildet sein, um ein Signal an die Leistungsübertragungsvorrichtung zu senden, indem das Transistorelement mit einem Modulationsmuster, das auf einem an die Leistungsübertragungsvorrichtung gesendeten digitalen Signal beruht, ein- und ausgeschaltet wird, und um die Empfangsleistung durch Ändern der Übertragungsleistung der Leistungsübertragungsvorrichtung anzupassen.
Gemäß dieser Konfiguration ist es möglich, durch Rückmelden eines Zustands der Ausgangsspannung zu der Leistungsübertragungsvorrichtung die Seite der Leistungsübertragungsvorrichtung zu veranlassen, einen Leistungsbetrag der Übertragungsleistung anzupassen.
Die Steuereinheit kann ausgebildet sein, um die Empfangsleistung gemäß einem Spannungsbereich anzupassen, der durch mehrere Schwellenwerte unterteilt ist, einschließlich des Schwellenwerts Va1 und des Schwellenwerts Va2, wobei ein oder mehrere Schwellenwerte zwischen dem Schwellenwert Va1 und dem Schwellenwert Va2 definiert sind, indem ein Signal an die Leistungsübertragungsvorrichtung durch Ein- und Ausschalten des Transistorelements mit einem Modulationsmuster, das auf einem anderen digitalen Signal beruht, gesendet wird.
Gemäß dieser Konfiguration ist es möglich, durch Rückmelden eines Zustands der Ausgangsspannung zu der Leistungsübertragungsvorrichtung die Seite der Leistungsübertragungsvorrichtung zu veranlassen, einen Leistungsbetrag der Übertragungsleistung schrittweise anzupassen.
Der Parallelkondensator kann aus einer parasitären Kapazitätskomponente des Transistorelements gebildet sein.
Das Transistorelement kann parallel eine parasitäre Diode umfassen, und die Gleichrichterschaltung kann einen synchronen Gleichrichtbetrieb unter Verwenden des Transistorelements durchführen und die Empfangsleistung anpassen.
Gemäß dieser Konfiguration ist es möglich, einen Verlust in der Gleichrichterschaltung zu reduzieren.
Die Steuereinheit kann das Erfassungsergebnis der Spannungserfassungsschaltung unter Verwenden eines Komparators vergleichen, einen Betrieb des Transistorelements steuern und eine Hysterese zwischen dem Ausführen des Betriebs und dem Stoppen der Gleichrichterschaltung bilden.
Die Steuereinheit kann eine Zenerdiode umfassen und kann den Betrieb des Transistorelements abhängig davon steuern, ob die von der Spannungserfassungsschaltung erfasste Ausgangsspannung eine Zenerspannung übersteigt oder nicht.
Ein Eingangskondensator kann an eine Steuerklemme des Transistorelements angeschlossen werden, und der Eingangskondensator kann einen Kapazitätswert aufweisen, der kleiner als ein Kapazitätswert des Glättungskondensators und größer als ein Kapazitätswert des Parallelkondensators oder des äquivalenten Resonanzkondensators ist.
Eine Leistungsübertragungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst: eine Leistungsübertragungsspule, die ausgebildet ist, um mit einer in der Leistungsempfangsvorrichtung enthaltenen Leistungsempfangsspule zu koppeln; und eine Oszillationsschaltung, die ein Transistorelement umfasst, das elektrisch mit der Leistungsübertragungsspule verbunden und ausgebildet ist, um einen hochfrequenten Wechselstrom zu erzeugen, der in der Leistungsübertragungsspule fließt, wobei die Übertragungsleistung durch Demodulieren eines Modulationsmusters, das auf einem von der Leistungsempfangsvorrichtung gesendeten digitalen Signal beruht, angepasst wird.
Gemäß dieser Konfiguration ist es durch Anpassen der Übertragungsleistung durch die Leistungsübertragungsvorrichtung möglich, den Einfluss der Wärmeerzeugung und dergleichen aufgrund des Leistungsempfangs hoher Leistung in der Leistungsempfangsvorrichtung zu unterdrücken.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann bei steigender Ausgangsspannung durch Einschalten eines Transistorelements Empfangsleistung abgeschaltet und der Einfluss von Wärmeentwicklung und dergleichen durch Leistungsempfang von hoher Leistung unterbunden werden. Dieses Abschalten kann nur durch Einschalten des in der Gleichrichterschaltung vorgesehenen Transistorelements erfolgen. Daher ist es nicht erforderlich, separat eine Schaltung zum Abschalten der Empfangsleistung vorzusehen, und die Miniaturisierung einer Leistungsempfangsvorrichtung wird nicht beeinträchtigt.
Figurenliste

1 ist ein Blockdiagramm einer Vorrichtung zur drahtlosen Übertragung elektrischer Leistung, einer Vorrichtung für den drahtlosen Empfang elektrischer Leistung und eines daraus bestehenden drahtlosen Stromversorgungssystems gemäß einer ersten Ausführungsform.
2 ist ein Schaltplan der Vorrichtung zur drahtlosen Übertragung von elektrischer Leistung und der Vorrichtung für den drahtlosen Empfang elektrischer Leistung.
3 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einer Ausgangsspannung und dem Ein- und Ausschalten einer Gleichrichterschaltung veranschaulicht.
4(A) und 4(B) sind Diagramme zur Erläuterung eines Falles, in dem die Gleichrichterschaltung eingeschaltet ist.
5(A) und 5(B) sind Diagramme zur Erläuterung eines Falles, in dem die Gleichrichterschaltung ausgeschaltet ist.
6(A) ist ein Diagramm, das eine Konfiguration einer Steuerschaltung veranschaulicht, und 6(B) ist ein Diagramm, das eine Konfiguration einer Steuerschaltung eines anderen Beispiels veranschaulicht.
7 ist ein Flussdiagramm, das einen Betrieb veranschaulicht, der von der Leistungsempfangsvorrichtung ausgeführt wird.
8 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen der Ausgangsspannung und dem Ein- und Ausschalten der Gleichrichterschaltung in einem Fall veranschaulicht, in dem ein Sendesignal von der Leistungsempfangsvorrichtung an die Leistungsübertragungsvorrichtung gesendet wird.
9(A), 9(B) und 9(C) sind Diagramme, die die Ein-/Ausschaltmuster der Gleichrichterschaltung beim Senden des Übertragungssignals veranschaulichen.
10 ist ein Flussdiagramm, das einen Betrieb veranschaulicht, der von der Leistungsempfangsvorrichtung ausgeführt wird.
11 ist ein Schaltplan eines anderen Beispiels der Leistungsempfangsvorrichtung-
12 ist ein Schaltplan eines anderen Beispiels der Leistungsempfangsvorrichtung-
13 ist ein Schaltplan eines drahtlosen Stromversorgungssystems eines anderen Beispiels.
14 ist ein Schaltplan eines drahtlosen Stromversorgungssystems eines anderen Beispiels.
15 ist ein Schaltplan eines drahtlosen Stromversorgungssystems eines anderen Beispiels.
16 ist ein Schaltplan eines drahtlosen Stromversorgungssystems eines anderen Beispiels.
17 ist ein Schaltplan eines drahtlosen Stromversorgungssystems eines anderen Beispiels.

Beschreibung von Ausführungsformen
(Erste Ausführungsform)
1 ist ein Blockdiagramm einer Vorrichtung zur drahtlosen Übertragung elektrischer Leistung, einer Vorrichtung für den drahtlosen Empfang elektrischer Leistung und eines daraus gebildeten drahtlosen Stromversorgungssystems gemäß einer ersten Ausführungsform. 2 ist ein Schaltplan der Vorrichtung zur drahtlosen Übertragung von elektrischer Leistung und der Vorrichtung für den drahtlosen Empfang elektrischer Leistung.
Ein drahtloses Stromversorgungssystem 301 ist gebildet aus einer Vorrichtung zur drahtlosen Übertragung elektrischer Leistung (nachfolgend einfach als „Leistungsübertragungsvorrichtung“ bezeichnet) 101 und einer Vorrichtugn für den drahtlosen Empfang elektrischer Leistung (nachfolgend einfach als „Leistungsempfangsvorrichtung“ bezeichnet) 201. Die Leistungsübertragungsvorrichtung 101 ist eine Stromversorgungsvorrichtung, die die Leistungsempfangsvorrichtung 201 drahtlos mit Leistung versorgt. Die Leistungsempfangsvorrichtung 201 ist beispielsweise eine tragbare elektronische Vorrichtung wie ein Smartphone oder dergleichen.
Die Leistungsübertragungsvorrichtung 101 umfasst einen leistungsübertragungsseitigen Resonanzkreis 111 und eine Leistungsübertragungsschaltung 121 zum Zuführen von Hochfrequenzleistung zum leistungsübertragungsseitigen Resonanzkreis 111.
Der leistungsübertragungsseitige Resonanzkreis 111 umfasst eine Leistungsübertragungsspule 11A und einen Kondensator C11. Der leistungsübertragungsseitige Resonanzkreis 111 ist mit der Leistungsübertragungsschaltung 121 verbunden und wird mit der Hochfrequenzleistung von der Leistungsübertragungsschaltung 121 versorgt.
Die Leistungsübertragungsschaltung 121 umfasst Transistorelemente Q11 und Q12, eine Steuerschaltung 13 und dergleichen. Die Steuerschaltung 13 führt die Ein-/Ausschaltung der Transistorelemente Q11 und Q12 durch. Dadurch, dass die Transistorelemente Q11 und Q12 einer Transistorsteuerung unterzogen werden, wird eine Gleichspannung aus einer Gleichstromquelle Vin in eine Wechselspannung umgewandelt, und im leistungsübertragungsseitigen Resonanzkreis 111 fließt ein Resonanzstrom.
Die Resonanzfrequenz des leistungsübertragungsseitigen Resonanzkreises 111 ist eine zur Leistungsversorgung geeignete Frequenz. So ist beispielsweise die Frequenz größer oder gleich 6 MHz und kleiner oder gleich 14 MHz und insbesondere 6,78 MHz, was beispielsweise eines der ISM-Bänder ist.
Im leistungsübertragungsseitigen Resonanzkreis 111 werden hauptsächlich zwischen der Leistungsübertragungsspule 11A und dem Kondensator C11 Magnetfeldenergie und elektrische Feldenergie, die darin jeweils enthalten sind, ausgetauscht und eine elektrische Vibration erzeugt.
Die Leistungsempfangsvorrichtung 201 umfasst einen leistungsempfangsseitigen Resonanzkreis 211, eine Gleichrichterschaltung 221, einen Kondensator C3 (nicht in 1 dargestellt), eine Spannungsstabilisierungsschaltung 23 (nicht in 2 dargestellt), eine Spannungserfassungsschaltung 24, eine Steuerschaltung 25 und einen Verbraucher 26. Der Verbraucher 26 ist beispielsweise eine Batterie und ist lösbar mit den Ausgabeeinrichtungen Out1 und Out2 der Leistungsempfangsvorrichtung 201 verbunden.
Im leistungsempfangsseitigen Resonanzkreis 211 werden hauptsächlich zwischen einer Leistungsempfangsspule 21A und einem Kondensator C21 Magnetfeldenergie und elektrische Feldenergie, die darin jeweils enthalten sind, ausgetauscht und eine elektrische Vibration erzeugt. Wenn diese eine Elektromagnetfeldresonanzbedingung erfüllen, wird eine Elektromagnetfeldresonanz aufgebaut. Durch diese Elektromagnetfeldresonanz interagieren der leistungsübertragungsseitige Resonanzkreis 111 und der leistungsempfangsseitige Resonanzkreis 211, die getrennt voneinander positioniert sind, und die Magnetfeldenergien und die elektrischen Feldenergien der jeweiligen Resonanzkreise werden jeweils kombiniert und miteinander ausgetauscht, und es wird eine elektrische Vibration erzeugt.
Die Gleichrichterschaltung 221 umfasst ein Transistorelement Q2 und eine Diode D1 und gleichrichtet einen hochfrequenten Resonanzstrom, der in der Leistungsempfangsspule 21A fließt. Das Transistorelement Q2 ist ein MOS-FET und umfasst eine Körperdiode und einen Parallelkondensator. Das Transistorelement Q2 wird von der Steuerschaltung 25 einer Ein-/Ausschaltung unterzogen. Wie später ausführlich beschrieben wird, führt die Gleichrichterschaltung 221 bei ausgeschaltetem Transistorelement Q2 einen Nenngleichrichtbetrieb durch (nachstehend wird dieser Zustand als Einschaltzustand der Gleichrichterschaltung 221 bezeichnet), und wenn das Transistorelement Q2 eingeschaltet ist, stoppt die Gleichrichterschaltung 221 den Gleichrichtbetrieb (nachstehend wird dieser Zustand als Ausschaltzustand der Gleichrichterschaltung 221 bezeichnet).
Der Kondensator C3 ist mit einer Ausgangsseite der Gleichrichterschaltung 221 verbunden. Der Kondensator C3 glättet eine gleichgerichtete Spannung, die von der Gleichrichterschaltung 221 ausgegeben wird.
Die Spannungsstabilisierungsschaltung 23 ist beispielsweise ein DC-DC-Wandler und wandelt die von der Gleichrichterschaltung 221 und dem Kondensator C3 gleichgerichtete und geglättete Spannung in einen vorgegebenen Wert um und liefert die umgewandelte Spannung zu dem Verbraucher 26.
Die Spannungserfassungsschaltung 24 erfasst eine Ausgangsspannung (eine dem Verbraucher 26 zugeführte Spannung) Vo der Gleichrichterschaltung 221. Die Spannungserfassungsschaltung 24 ist beispielsweise eine Widerstandsspannungsteilerschaltung. Nachstehend wird eine Erfassungsspannung der Ausgangsspannung Vo, die von der Spannungserfassungsschaltung 24 erfasst wird, durch Va dargestellt.
Die Steuerschaltung 25 schaltet das Transistorelement Q2 ab und lässt die Gleichrichterschaltung 221 im Normalzustand im eingeschalteten Zustand sein. Die Steuerschaltung 25 schaltet das Transistorelement Q2 ein, wenn sie erfasst, dass die Leistungsempfangsvorrichtung 201 von der Leistungsübertragungsvorrichtung 101 mit einer Ausgangsspannung Va, die von der Spannungserfassungsschaltung 24 erfasst wird, mit übermäßiger Leistung versorgt wird, und lässt die Gleichrichterschaltung 221 im ausgeschalteten Zustand sein. Mit anderen Worten, wenn die Leistungsempfangsvorrichtung 201 hohe Leistung von der Leistungsübertragungsvorrichtung 101 empfängt, unterbricht die Steuerschaltung 25 die Leistung durch die Gleichrichterschaltung 221 und verhindert, dass die Leistung der Spannungsstabilisierungsschaltung 23 geliefert wird. Weiterhin wird durch Einschalten des Transistorelements Q2 ein parallel zum Transistorelement Q2 angeschlossener Parallelkondensator kurzgeschlossen und ein äquivalenter Resonanzkondensator wechselt. Durch Ändern des Resonanzkondensators weicht eine Resonanzfrequenz, insbesondere ein fiktiver Teil der Impedanz der Leistungsempfangsschaltung, von einem vorgegebenen Wert ab, und die Amplitude des hochfrequenten Resonanzstroms ändert sich. Bei Stoppen des Gleichrichtbetriebs bewirkt die Verringerung des in der Leistungsempfangsvorrichtung 201 fließenden hochfrequenten Resonanzstroms eine Reduzierung eines Leistungsverlusts in der Leistungsempfangsvorrichtung 201, insbesondere eines Leitungsverlusts im Transistorelement Q2. Damit ist es möglich, den Einfluss von Wärmeerzeugung und dergleichen aufgrund des Leistungsempfangs hoher Leistung in der Leistungsempfangsvorrichtung 201 zu unterbinden.
Die Steuerschaltung 25 führt das Schalten der Gleichrichterschaltung 221 vom eingeschalteten zum ausgeschalteten Zustand auf der Grundlage der von der Spannungserfassungsschaltung 24 erfassten Ausgangsspannung Va durch.
3 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen der Ausgangsspannung und dem Ein- und Ausschalten der Gleichrichterschaltung 221 veranschaulicht.
Wenn die Ausgangsspannung Va kleiner oder gleich einer Schwellenspannung Va1 ist, schaltet die Steuerschaltung 25 das Transistorelement Q2 ab. Die Gleichrichterschaltung 221 wird mit anderen Worten eingeschaltet und der Nenngleichrichtbetrieb wird ausgeführt. Wenn die Ausgangsspannung Va größer oder gleich einer Schwellenspannung Va2 ist, schaltet die Steuerschaltung 25 das Transistorelement Q2 ein. Die Gleichrichterschaltung 221 wird mit anderen Worten ausgeschaltet und der Gleichrichtbetrieb gestoppt.
Wenn die Ausgangsspannung Va höher als die Schwellenspannung Va1 und niedriger als die Schwellenspannung Va2 ist, schaltet die Steuerschaltung 25 das Transistorelement Q2 der Gleichrichterschaltung 221 periodisch ab. Die Gleichrichterschaltung 221 wird mit anderen Worten abwechselnd ein- und ausgeschaltet. Durch regelmäßiges Abschalten der Gleichrichterschaltung 221 kann die übermäßige Leistungsversorgung von der Leistungsübertragungsvorrichtung 101 zur Leistungsempfangsvorrichtung 201 eingeschränkt werden. Ferner ist es möglich zu verhindern, dass die von der Spannungserfassungsschaltung 24 erfasste Ausgangsspannung Va die Schwellenspannung Va2 erreicht.
Zu beachten ist, dass ein Zeitraum, in dem die Gleichrichterschaltung 221 zu diesem Zeitpunkt ausgeschaltet ist, geeignet geändert werden kann. Nachstehend wird, wenn die Ausgangsspannung Va höher als die Schwellenspannung Va1 und niedriger als die Schwellenspannung Va2 ist, der Gleichrichtbetrieb der Gleichrichterschaltung 221 als „Gleichrichtbetrieb mit konstanten Modus“ bezeichnet.
4(A) und 221(B) sind Diagramme zur Erläuterung eines Falles, in dem die Gleichrichterschaltung 221 eingeschaltet ist. Wenn die Gleichrichterschaltung 221 eingeschaltet ist, ist das Transistorelement Q2 ausgeschaltet.
In der Leistungsempfangsspule 21A wird eine Wechselspannung induziert. Wenn, wie in 4(A) dargestellt, ein erstes Ende der Leistungsempfangsspule 21A an der Seite des Kondensators C21 positiv wird, fließt ein Strom von der Leistungsempfangsspule 21A durch einen Weg des Kondensators C21, der Diode D1 und des Kondensators C3. In diesem Fall wird der Kondensator C3 mit einer Spannung geladen, die durch Hinzufügen einer im Kondensator C21 geladenen Spannung zu einer in der Leistungsempfangsspule 21A induzierten Spannung erhalten wird. D.h. diese Spannung wird der Spannungsstabilisierungsschaltung 23 zugeführt.
Wenn, wie in 4(B) dargestellt, ein zweites Ende der Leistungsempfangsspule 21A positiv ist, fließt ein Strom von der Leistungsempfangsspule 21A zum Kondensator C21 durch die Körperdiode des Transistorelements Q2. Dann wird der Kondensator C21 geladen. Wie unter Bezugnahme auf 4(A) beschrieben wird die Spannung, mit der der Kondensator C21 geladen wird, entladen, wenn das erste Ende der Leistungsempfangsspule 21A positiv wird.
Im Nenngleichrichtbetrieb werden der in 4(A) dargestellte Zustand und der in 4(B) dargestellte Zustand abwechselnd wiederholt und die Spannung an die Spannungsstabilisierungsschaltung 23 ausgegeben.
5(A) und 221(B) sind Diagramme zur Erläuterung eines Falles, in dem die Gleichrichterschaltung 221 ausgeschaltet ist. Wenn die Gleichrichterschaltung 221 ausgeschaltet ist, ist das Transistorelement Q2 eingeschaltet.
Wenn, wie in 5(A) dargestellt, in der Leistungsempfangsspule 21A eine Spannung induziert wird und das erste Ende der Leistungsempfangsspule 21A positiv wird, fließt ein Strom von der Leistungsempfangsspule 21A durch einen Weg des Kondensators C21 und des Transistorelements Q2. Wenn, wie in 5(B) dargestellt, das zweite Ende der Leistungsempfangsspule 21A positiv ist, fließt ein Strom von der Leistungsempfangsspule 21A zum Kondensator C21 durch die Körperdiode des Transistorelements Q2. Wenn der Gleichrichtbetrieb gestoppt wird, werden der in 5(A) dargestellte Zustand und der in 5(B) dargestellte Zustand abwechselnd wiederholt. Es wird mit anderen Worten keine Spannung an die Spannungsstabilisierungsschaltung 23 ausgegeben.
Selbst wenn die Leistungsempfangsvorrichtung 201 große Leistung erhält, ist es damit möglich, durch Abschalten der Gleichrichterschaltung 221 die Leistung zu unterbrechen, und ist es möglich, den Einfluss der Wärmeerzeugung und dergleichen aufgrund des Leistungsempfangs hoher Leistung in der Leistungsempfangsvorrichtung 201 zu unterbinden. Da es ferner nicht notwendig ist, eine komplizierte Schaltung vorzusehen, da die große Leistung durch Einschalten des Transistorelements Q2 unterbrochen werden kann, und da es auch nicht notwendig ist, ausreichenden Einbauraum für Elemente sicherzustellen, kann verhindert werden, dass die Leistungsempfangsvorrichtung 201 an Größe zunimmt, und diese kann kleiner und dünner ausgelegt werden.
Zu beachten ist, dass die Steuerschaltung 25 vorzugsweise eine Hysterese in einem Schwellenwert zum Schalten des Betriebs des Gleichrichters 221 bildet. Durch Vorsehen der Hysterese kann verhindert werden, dass das Transistorelement Q2 im aktiven Bereich nahe dem Schwellenwert arbeitet, bei dem der Betrieb des Transistorelements Q2 geschaltet wird, und kann das Erzeugen eines großen Verlusts bei Betrieb des Transistors im aktiven Bereich unterbunden werden.
Ferner ist es möglich, die Betriebsausführung und das Stoppen des Gleichrichtbetriebs deutlich zu schalten, und somit ist es möglich, die Leistung einfach anzupassen.
Zusätzlich ist es bevorzugt, dass ein Eingangskondensator an eine Steuerklemme des Transistorelements Q2 angeschlossen wird und der Eingangskondensator einen Kapazitätswert aufweist, der kleiner als der des Kondensators C3 und größer als der des Parallelkondensators oder des äquivalenten Resonanzkondensators ist.
Durch Auslegen des Kapazitätswertes des Eingangskondensators kleiner als der des Kondensators C3 und größer als der des Parallelkondensators oder des äquivalenten Resonanzkondensators kann eine Änderungsrate der Betriebsausführung und des Stoppens des Gleichrichtbetriebs höher als die der Änderung der Spannung des Glättungskondensators und niedriger als die der Änderung des Stroms des hochfrequenten Resonanzstroms angepasst werden. Damit ist es unter Unterbinden einer Spannungsänderung des Kondensators C3, d.h. einer kleinen Welligkeitsspannung, möglich, ein Arbeiten des Transistorelements Q2 im aktiven Bereich zu verhindern, und es ist möglich, das Entstehen eines großen Verlusts im aktiven Bereich des Transistorelements Q2 zu unterbinden. Ferner ist es möglich, die Betriebsausführung und das Stoppen des Gleichrichtbetriebs deutlich zu schalten, und somit ist es möglich, die Leistung einfach anzupassen.
Nachstehend wird eine Konfiguration der Steuerschaltung 25 beschrieben.
6(A) ist ein Diagramm, das die Konfiguration der Steuerschaltung 25 veranschaulicht, und 6(B) ist ein Diagramm, das eine Konfiguration einer Steuerschaltung eines anderen Beispiels veranschaulicht.
Die Steuerschaltung 25 umfasst die Komparatoren 25A und 25B und eine Steuereinheit 25C. Der Komparator 25A vergleicht die Ausgangsspannung Va mit der Schwellenspannung Va1 und gibt ein H-Pegelsignal aus, wenn Va > Va1 erfüllt ist. Der Komparator 25B vergleicht die Ausgangsspannung Va mit der Schwellenspannung Va2 und gibt ein H-Pegelsignal aus, wenn Va > Va2 erfüllt ist.
Die Steuereinheit 25C gibt auf der Grundlage der Ausgangssignale der Komparatoren 25A und 25B ein Gatesignal an das Transistorelement Q2 aus. Insbesondere wenn die Ausgangssignale der Komparatoren 25A und 25B beide „Lo“ sind, d.h. wenn Va < Va1 erfüllt ist, schaltet die Steuereinheit 25C das Transistorelement Q2 ab. Wenn das Ausgangssignal des Komparators 25A"Hi" ist und das Ausgangssignal des Komparators 25B „Lo“ ist, d.h. wenn Va1 < Va < Va2 erfüllt ist, gibt die Steuereinheit 25C ein Impulssignal an ein Gate des Transistorelements Q2 aus und schaltet das Transistorelement Q2 ein/aus. Wenn die Ausgangssignale der Komparatoren 25A und 25B beide „Hi“ sind, d.h. wenn Va2 < Va erfüllt ist, schaltet die Steuereinheit 25C das Transistorelement Q2 ein.
Zu beachten ist, dass die Steuerschaltung 25 eine in 6(B) dargestellte Konfiguration aufweisen kann. In diesem Fall umfasst die Gleichrichterschaltung 221 eine Reihenschaltung aus einem Widerstand R1 und einem Transistorelement Q21 zum Antreiben des Transistorelements Q2. Ein Anschlusspunkt zwischen dem Widerstand R1 und dem Transistorelement Q21 ist mit dem Gate des Transistorelements Q2 verbunden.
Eine in 6(B) dargestellte Steuerschaltung 251 weist eine Reihenschaltung aus einem Widerstand R2 und einer Zenerdiode Dz1 auf. Diese Reihenschaltung ist mit der Spannungserfassungsschaltung 24 verbunden. Weiterhin ist ein Anschlusspunkt A zwischen dem Widerstand R2 und der Zenerdiode Dz1 mit einem Gate des Transistorelements Q21 verbunden.
Wenn bei dieser Konfiguration die Ausgangsspannung Va kleiner als eine Zenerspannung der Zenerdiode Dz1 ist, ist ein Potential des Anschlusspunktes A"Hi" und das Transistorelement Q21 wird eingeschaltet. Dann ist ein Potential an dem Anschlusspunkt zwischen dem Widerstand R1 und dem Transistorelement Q21 „Lo“ und das Transistorelement Q2 wird abgeschaltet. Wenn die Ausgangsspannung Va steigt und die Zenerspannung überschreitet, wird das Potential des Anschlusspunktes A zu „Lo“, das Transistorelement Q21 wird ausgeschaltet und das Transistorelement Q2 wird eingeschaltet. Die Zenerspannung ist so angepasst, dass, wenn die Ausgangsspannung Va kleiner oder gleich der Schwellenspannung Va1 ist, das Transistorelement Q2 ausgeschaltet wird
Wenn die Ausgangsspannung Va die Zenerspannung überschreitet und das Transistorelement Q2 eingeschaltet wird, ist die Gleichrichterschaltung 221 ausgeschaltet. Zu diesem Zeitpunkt entlädt der Kondensator C3 und die Ausgangsspannung Va sinkt. Wenn die Ausgangsspannung Va kleiner als die Zenerspannung wird, wird das Potential am Anschlusspunkt A zu „Hi“ und das Transistorelement Q2 wird wieder abgeschaltet. Die Gleichrichterschaltung 221 ist eingeschaltet. Wenn dann die Ausgangsspannung Va die Zenerspannung wieder überschreitet, wird das Transistorelement Q2 eingeschaltet und die Gleichrichterschaltung 221 ausgeschaltet. Durch Wiederholung dieses Vorgangs wird der vorstehend beschriebene Gleichrichtbetrieb mit konstantem Modus ausgeführt.
Wenn die Ausgangsspannung Va ausreichend hoch ist (größer oder gleich der Schwellenspannung Va2), wird das Transistorelement Q2 eingeschaltet und die Gleichrichterschaltung 221 ausgeschaltet. Bis die Ausgangsspannung Va dann niedriger als die Zenerspannung wird, bleibt die Gleichrichterschaltung 221 ausgeschaltet und der Gleichrichtbetrieb wird gestoppt.
Zu beachten ist, dass der Vergleich zwischen der Ausgangsspannung Va und den Schwellenspannungen Va1 und Va2 durch digitale Verarbeitung erfolgen kann. Weiterhin können die Werte der Schwellenspannungen Va1 und Va2 geeignet geändert werden.
7 ist ein Flussdiagramm, das einen Betrieb veranschaulicht, der von der Leistungsempfangsvorrichtung 201 ausgeführt wird.
Wenn die Leistungsübertragung von der Leistungsübertragungsvorrichtung 101 durchgeführt wird, erfasst die Leistungsempfangsvorrichtung 201 die Ausgangsspannung Va mit der Spannungserfassungsschaltung 24 (S1). Wenn die Ausgangsspannung Va kleiner oder gleich der Schwellenspannung Va1 ist (S2: JA), schaltet die Steuerschaltung 25 das Transistorelement Q2 ab und schaltet die Gleichrichterschaltung 221 ein, d.h. der Nenngleichrichtbetrieb durch die Gleichrichterschaltung 221 wird ausgeführt (S3).
Wenn die Ausgangsspannung Va nicht kleiner oder gleich der Schwellenspannung Va1 ist (S2: NEIN) und die Ausgangsspannung Va größer oder gleich der Schwellenspannung Va2 ist (S4: JA), schaltet die Steuerschaltung 25 das Transistorelement Q2 ein und schaltet die Gleichrichterschaltung 221 ab, d.h. der Gleichrichtbetrieb durch die Gleichrichterschaltung 221 wird gestoppt (S5).
Wenn die Ausgangsspannung Va die Schwellenspannung Va2 nicht erreicht (S4: NEIN), d.h. wenn Va1 < Va < Va < Va2 erfüllt ist, schaltet die Steuerschaltung 25 das Transistorelement Q2 abwechselnd ein und aus, und der Gleichrichtbetrieb mit konstantem Modus der Gleichrichterschaltung 221 wird ausgeführt (S6).
Wenn wie vorstehend beschrieben die Ausgangsspannung Va die Schwellenspannung Va2 überschreitet, ist es durch Abschalten der Gleichrichterschaltung 221 und Stoppen des Leistungsflusses zu dem Verbraucher 26 möglich, den Einfluss der Wärmeerzeugung und dergleichen aufgrund des Leistungsempfangs hoher Leistung zu unterbinden. Da die Empfangsleistung auf der Seite der Leistungsempfangsvorrichtung 201 unabhängig abgeschaltet werden kann, ist es nicht erforderlich, den Zustand der Empfangsleistung von der Leistungsempfangsvorrichtung 201 zu der Leistungsübertragungseinrichtung 101 rückzumelden. Wenn ferner die Ausgangsspannung Va hoch wird, ist es nicht durch sofortiges Stoppen der Gleichrichterschaltung 221, sondern durch Ausführen des Gleichrichtbetriebs mit konstanten Modus möglich, ein Sinken des Übertragungswirkungsgrads zu unterbinden.
Zu beachten ist, dass bei der Ausführung des Gleichrichtbetriebs mit konstantem Modus vorgegebene Informationen (Sendesignal), wie beispielsweise Informationen über die Lastversorgungsspannung oder dergleichen, von der Leistungsempfangsvorrichtung 201 an die Leistungsübertragungseinrichtung 101 gesendet werden können.
Durch Ein-/Ausschalten des Transistorelements Q2 wird die Gleichrichterschaltung 221 zwischen Ein und Aus geschaltet und die Leistungsversorgung und die Abschaltung des Verbrauchers können geschaltet werden. Durch diese Umschaltung ändert sich eine Impedanz bei Betrachten der Leistungsempfangsvorrichtung 201 von der Leistungsübertragungsvorrichtung 101. Die Leistungsübertragungsvorrichtung 101 wandelt die Änderung der Impedanz in Signale von „0“ und „1“ um und liest die von der Leistungsempfangsvorrichtung 201 gesendeten vorgegebenen Informationen.
8 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen der Ausgangsspannung Va und dem Ein- und Ausschalten der Gleichrichterschaltung 221 in einem Fall veranschaulicht, in dem das Sendesignal von der Leistungsempfangsvorrichtung 201 an die Leistungsübertragungsvorrichtung 101 gesendet wird.
In dem Fall, dass die Ausgangsspannung Va kleiner oder gleich der Schwellenspannung Va1 ist, und in dem Fall, dass die Ausgangsspannung Va größer oder gleich der Schwellenspannung Va2 ist, ist der Betrieb der Gleichrichterschaltung 221 derselbe wie der in 3.
Wenn die Ausgangsspannung Va höher als die Schwellenspannung Va1 und niedriger als die Schwellenspannung Va2 ist, schaltet die Steuerschaltung 25 die Gleichrichterschaltung 221 periodisch ab. Während dieses Ausschaltzeitraums schaltet die Steuerschaltung 25 das Transistorelement Q2 ein/aus und ändert die Impedanz bei Betrachtung der Leistungsempfangsvorrichtung 201 von der Leistungsübertragungsvorrichtung 101 aus. Dann werden gemäß der Ausgangsspannung Va (Va1 < Va < Va < Va2) Informationen über die Lastversorgungsspannung von der Leistungsempfangsvorrichtung 201 in drei Stufen an die Leistungsübertragungseinrichtung 101 gesendet.
Wenn beispielsweise die Ausgangsspannung Va kleiner als eine Schwellenspannung Va3 (> Va1) ist, werden erste Informationen (z.B. ein Inhalt, der anzeigt, dass die Spannung Va die Spannung Va1 überschritten hat) von der Leistungsempfangsvorrichtung 201 an die Leistungsübertragungseinrichtung 101 gesendet. Wenn die Ausgangsspannung Va größer oder gleich der Schwellenspannung Va3 und kleiner als eine Schwellenspannung Va4 (> Va3) ist, wird eine zweite Information (z.B. ein Inhalt, der anzeigt, dass sich die Spannung Va der Spannung Va2 nähert) von der Leistungsempfangsvorrichtung 201 an die Leistungsübertragungseinrichtung 101 gesendet. Wenn die Ausgangsspannung Va größer oder gleich der Schwellenspannung Va4 und kleiner als die Schwellenspannung Va2 ist, wird eine dritte Information (z.B. ein Inhalt, der anzeigt, dass die Spannung Va kurz davor ist, die Spannung Va2 zu übersteigen) von der Leistungsempfangsvorrichtung 201 an die Leistungsübertragungseinrichtung 101 gesendet.
Die Steuerschaltung 25 ändert das Übertragungssignal, indem sie die Einschaltdauer der Gleichrichterschaltung 221 (d.h. die Ausschaltdauer des Transistorelements Q2) ändert.
9(A), 221(B) und 9(C) sind Diagramme, die die Ein-/Ausschaltmuster der Gleichrichterschaltung 221 beim Senden des Übertragungssignals veranschaulichen.
9(A) veranschaulicht das Ein/Aus-Muster der Gleichrichterschaltung 221, wenn die erste Information gesendet wird. 9(B) veranschaulicht das Ein/Aus-Muster der Gleichrichterschaltung 221, wenn die zweite Information gesendet wird. 9(C) veranschaulicht das Ein/Aus-Muster der Gleichrichterschaltung 221, wenn die dritte Information gesendet wird. Durch so geartetes Ändern der Einschaltdauer und der Ausschaltdauer der Gleichrichterschaltung 221 können verschiedene Signale (in diesem Beispiel drei Arten von Signalen) von der Leistungsempfangsvorrichtung 201 zur Leistungsübertragungseinrichtung 101 gesendet werden.
Zu beachten ist, dass die Übertragung des Signals unter Verwenden eines PCM-Verfahrens durchgeführt werden kann.
Die Steuerschaltung 13 der Leistungsübertragungsvorrichtung 101 (siehe 2) ermittelt eine Änderung einer Eingangsimpedanz bei Betrachten der Lastseite von der Leistungsübertragungsschaltung 121 aus (d.h. eine Eingangsimpedanz bei einer Schaltfrequenz bei Betrachten der Leistungsempfangsseite von der Leistungsübertragungsseite aus) und demoduliert ein Änderungsmuster des Ermittlungsergebnisses pro einem konstanten Zeiträume zeitlicher Änderung zu einem Übertragungssignal. Auf der Grundlage des demodulierten Übertragungssignals schaltet die Steuerschaltung 13 die Transistorelemente Q11 und Q12 ein/aus, um einen Leistungsbetrag der Übertragungsleistung geeignet anzupassen.
10 ist ein Flussdiagramm, das einen Betrieb veranschaulicht, der von der Leistungsempfangsvorrichtung 201 ausgeführt wird. Zu beachten ist, dass, wenn die Steuerschaltung 25 eine CPU aufweist und die Ein-/Aus-Steuerung der Gleichrichterschaltung 221 durch die digitale Verarbeitung durchführt, die in 10 dargestellte Verarbeitung von der Steuerschaltung 25 ausgeführt wird.
Wenn die Leistungsübertragung von der Leistungsübertragungsvorrichtung 101 durchgeführt wird, erfasst die Leistungsempfangsvorrichtung 201 die Ausgangsspannung Va mit der Spannungserfassungsschaltung 24 (S11). Wenn die Ausgangsspannung Va kleiner oder gleich der Schwellenspannung Va1 ist (S12: JA), schaltet die Steuerschaltung 25 das Transistorelement Q2 ab und schaltet die Gleichrichterschaltung 221 aus, d.h. der Nenngleichrichtbetrieb durch die Gleichrichterschaltung 221 wird ausgeführt (S13).
Wenn die Ausgangsspannung Va nicht kleiner oder gleich der Schwellenspannung Va1 ist (S2: NEIN) und die Ausgangsspannung Va kleiner als die Schwellenspannung Va3 ist (S14: JA), sendet die Steuerschaltung 25 während der Ausführung des Gleichrichtbetriebs mit konstantem Modus durch wiederholtes Ein-/Ausschalten des Transistorelements Q2 die erste Information von der Leistungsempfangsvorrichtung 201 an die Leistungsübertragungsvorrichtung 101 (S15).
Wenn die Ausgangsspannung Va nicht kleiner als die Schwellenspannung Va3 ist (S14: NEIN) und die Ausgangsspannung Va kleiner als die Schwellenspannung Va4 ist (S16: JA), sendet die Steuerschaltung 25 während der Ausführung des Gleichrichtbetriebs mit konstantem Modus die zweite Information von der Leistungsempfangsvorrichtung 201 an die Leistungsübertragungsvorrichtung 101 (S17).
Wenn die Ausgangsspannung Va nicht kleiner als die Schwellenspannung Va4 ist (S16: NEIN) und die Ausgangsspannung Va kleiner oder gleich der Schwellenspannung Va2 ist (S18: JA), sendet die Steuerschaltung 25 während der Ausführung des Gleichrichtbetriebs mit konstantem Modus die dritte Information von der Leistungsempfangsvorrichtung 201 an die Leistungsübertragungsvorrichtung 101 (S19).
Wenn die Ausgangsspannung Va nicht kleiner oder gleich der Schwellenspannung Va2 ist (S18: NEIN), schaltet die Steuerschaltung 25 das Transistorelement Q2 ein und schaltet die Gleichrichterschaltung 221 ein, d.h. der Gleichrichtbetrieb durch die Gleichrichterschaltung 221 wird gestoppt (S20).
Wie vorstehend beschrieben kann die Leistungsübertragungsvorrichtung 101 durch Senden des Signals von der Leistungsempfangsvorrichtung 201 an die Leistungsübertragungsvorrichtung 101, bevor die Ausgangsspannung Va die Schwellenspannung Va2 überschreitet, den Leistungsempfangszustand der Leistungsempfangsvorrichtung 201 erfassen. Dadurch kann vermieden werden, dass die Ausgangsspannung Va die Schwellenspannung Va2 überschreitet. Auch wenn ferner die Übertragungsleistung auf der Seite der Leistungsübertragungsvorrichtung 101 nicht angepasst werden kann, kann, da die Empfangsleistung durch die Leistungsempfangsvorrichtung 201 abgeschaltet werden kann, der Einfluss der Wärmeerzeugung und dergleichen aufgrund des Leistungsempfang von hoher Leistung unterbunden werden.
Zu beachten ist, dass die Schaltungskonfiguration der Leistungsempfangsvorrichtung 201 nicht auf die vorstehend beschriebene Konfiguration beschränkt ist.
11 und 12 sind Schaltpläne anderer Beispiele für die Leistungsempfangsvorrichtung.
Eine in 11 dargestellte Leistungsempfangsvorrichtung 201 A umfasst eine synchrone Gleichrichterschaltung 221A. Die synchrone Gleichrichterschaltung 221A umfasst ein Transistorelement Q31 anstelle der Diode D1 der Gleichrichterschaltung 221, die mit Bezug auf 2 beschrieben ist. Das Transistorelement Q31 ist z.B. ein MOS-FET. Die Transistorelemente Q2 und Q31 werden jeweils einer Schaltsteuerung durch die Steuerschaltung 25 unterzogen
Die Steuerschaltung 25 führt eine Schaltsteuerung der Transistorelemente Q2 und Q31 bei einem vorbestimmten Zyklus durch, so dass der in 4(A) und 4(B) beschriebene Betrieb ausgeführt wird. Konkret wird durch ein Abschalten des Transistorelements Q2 und ein Einschalten des Transistorelements Q31 durch die Steuerschaltung 25 der in 4(A) dargestellte Zustand erreicht. Ferner wird durch ein Einschalten des Transistorelements Q2 und ein Abschalten des Transistorelements Q31 durch die Steuerschaltung 25 der in 4(B) dargestellte Zustand erreicht. In diesem Fall ist es im Vergleich zu der in 2 dargestellten Konfiguration möglich, den Verlust in der Gleichrichterschaltung 221 zu reduzieren.
Eine in 12 dargestellte Leistungsempfangsvorrichtung 201B umfasst einen empfangsseitigen Resonanzkreis 211B und eine Gleichrichterschaltung 221B. Der leistungsempfangsseitige Resonanzkreis 211B ist ein Parallelresonanzkreis der Leistungsempfangsspule 21A und eines Kondensators C22. Die Gleichrichterschaltung 221B hat eine Konfiguration, bei der ein Transistorelement Q32 und eine Diode D12 in Reihe geschaltet sind. Die Gleichrichterschaltung 221B führt beim Einschalten eines Transistorelements Q4 einen Gleichrichtbetrieb durch und stoppt den Gleichrichtbetrieb, d.h. unterbricht die Spannungsversorgung der Spannungsstabilisierungsschaltung 23 (1) bei Ausschalten des Transistorelements Q32.
(Variante)
Nachstehend werden Varianten des drahtlosen Leistungsversorgungssystems beschrieben, bei denen die Leistungsübertragungsvorrichtungen und die Leistungsempfangsvorrichtungen jeweils unterschiedliche Schaltungskonfigurationen aufweisen.
13, 14, 15, 16 und 17 sind Schaltpläne von drahtlosen Leistungsversorgungssystemen anderer Beispiele.
Ein in 13 dargestelltes drahtloses Leistungsversorgungssystem 302A umfasst eine Leistungsübertragungsvorrichtung 102A und eine Leistungsempfangsvorrichtung 202A.
Die Leistungsübertragungsvorrichtung 102A umfasst einen leistungsübertragungsseitigen Resonanzkreis 112 mit Leistungsübertragungsspule 11A und einem Kondensator C12 sowie das Transistorelement Q12, das eine Gleichspannung von der Gleichstromquelle Vin an den Resonanzkreis liefert. Das Transistorelement Q12 wird mit einer Schaltfrequenz ein- und ausgeschaltet, die gleich der Resonanzfrequenz des Resonanzkreises ausgelegt wird. Durch Ein- und Ausschalten des Transistorelements Q12 wiederholt der Kondensator C12 das Laden und Entladen, und an die Leistungsübertragungsspule 11A wird eine Wechselspannung angelegt.
Die Leistungsempfangsvorrichtung 202A umfasst den leistungsempfangsseitigen Resonanzkreis 211B, eine Gleichrichterschaltung 222A und den Kondensator C3. Zu beachten ist, dass die Leistungsempfangsvorrichtung 202A, obwohl in der Zeichnung nicht dargestellt, die Spannungsstabilisierungsschaltung, die Spannungserfassungsschaltung, die Steuerschaltung und dergleichen umfasst.
Der leistungsempfangsseitige Resonanzkreis 211B ist ein Parallelresonanzkreis der Leistungsempfangsspule 21A und des Kondensators C22. Die Gleichrichterschaltung 222A ist eine Reihenschaltung des Transistorelements Q4 und einer Diode D2. Das Transistorelement Q4 wird von der Steuerschaltung einer Schaltsteuerung unterzogen, was nicht dargestellt ist.
In dieser Konfiguration führt die Gleichrichterschaltung 222A durch Einschalten des Transistorelements Q4 den Gleichrichtbetrieb durch, und durch Ausschalten des Transistorelements Q4 stoppt die Gleichrichterschaltung 222A den Gleichrichtbetrieb und unterbricht die empfangene Leistung.
Ein in 14 dargestelltes drahtloses Leistungsversorgungssystem 302B umfasst eine Leistungsübertragungsvorrichtung 102B und eine Leistungsempfangsvorrichtung 202B.
Die Leistungsübertragungsvorrichtung 102B umfasst den leistungsübertragungsseitigen Resonanzkreis 111 und eine Leistungsübertragungsschaltung 122A. Die Leistungsübertragungsschaltung 122A wird ausgebildet, indem eine Reihenschaltung der Transistorelemente Q11 und Q12 und eine Reihenschaltung der Transistorelemente Q13 und Q14 parallel geschaltet werden. Durch abwechselndes Ein- und Ausschalten der Transistorelemente Q11 und Q14 und der Transistorelemente Q12 und Q13 wird eine Gleichspannung aus der Gleichstromquelle Vin in eine Wechselspannung umgewandelt und die resultierende Spannung wird dem leistungsübertragungsseitigen Resonanzkreis 111 zugeführt.
Die Leistungsempfangsvorrichtung 202B umfasst den leistungsempfangsseitigen Resonanzkreis 211, eine Gleichrichterschaltung 222B und den Kondensator C3. Zu beachten ist, dass die Leistungsempfangsvorrichtung 202B, obwohl in der Zeichnung nicht dargestellt, die Spannungsstabilisierungsschaltung, die Spannungserfassungsschaltung, die Steuerschaltung und dergleichen umfasst.
Die Gleichrichterschaltung 222B wird ausgebildet, indem eine Reihenschaltung eines Transistorelements Q51 und einer Diode D31 und eine Reihenschaltung eines Transistorelements Q52 und einer Diode D32 parallel geschaltet werden. Die Transistorelemente Q51 und Q52 werden von der Steuerschaltung einer Schaltsteuerung unterzogen, was nicht dargestellt ist.
Der leistungsempfangsseitige Resonanzkreis 211 ist mit einem Anschlusspunkt zwischen dem Transistorelement Q51 und der Diode D31 und einem Anschlusspunkt zwischen dem Transistorelement Q52 und der Diode D32 verbunden. Wenn, wie in 4(A) dargestellt, das erste Ende der Leistungsempfangsspule 21A an der Seite des Kondensators C21 positiv ist, wird das Transistorelement Q51 eingeschaltet und das Transistorelement Q52 ausgeschaltet. Damit wird ein Strompfad der Leistungsempfangsspule 21A, des Kondensators C21, der Diode D32 und des Kondensators C3 gebildet.
Wenn, wie in 4(B) dargestellt, das zweite Ende der Leistungsempfangsspule 21A positiv ist, wird das Transistorelement Q51 ausgeschaltet und das Transistorelement Q52 eingeschaltet. Damit wird ein Strompfad der Leistungsempfangsspule 21A, der Diode D31, des Kondensators C3, des Transistorelements Q52 und des Kondensators C21 gebildet.
In dieser Konfiguration stoppt die Gleichrichterschaltung 222B durch Ausschalten der Transistorelemente Q51 und Q52 den Gleichrichtbetrieb und unterbricht die empfangene Leistung.
Ein in 15 dargestelltes drahtloses Leistungsversorgungssystem 302C umfasst eine Leistungsübertragungsvorrichtung 102C und eine Leistungsempfangsvorrichtung 202C.
Die Leistungsübertragungsvorrichtung 102C umfasst den leistungsübertragungsseitigen Resonanzkreis 112 und eine Leistungsübertragungsschaltung 122A.
Die Leistungsempfangsvorrichtung 202C umfasst den leistungsempfangsseitigen Resonanzkreis 211B, eine Gleichrichterschaltung 222C und den Kondensator C3. Zu beachten ist, dass die Leistungsempfangsvorrichtung 202C, obwohl in der Zeichnung nicht dargestellt, die Spannungsstabilisierungsschaltung, die Spannungserfassungsschaltung, die Steuerschaltung und dergleichen umfasst.
Die Gleichrichterschaltung 222C wird ausgebildet, indem eine Reihenschaltung des Transistorelements Q51 und der Diode D31 und einer Diode D33 und eine Reihenschaltung des Transistorelements Q52 und der Diode D32 und einer Diode D34 parallel geschaltet werden. Die Transistorelemente Q51 und Q52 werden von der Steuerschaltung einer Schaltsteuerung unterzogen, was nicht dargestellt ist.
Die Steuerung der Transistorelemente Q51 und Q52 ist die gleiche wie die in 14. De Gleichrichterschaltung 222B stoppt mit anderen Worten durch Ausschalten der Transistorelemente Q51 und Q52 den Gleichrichtbetrieb und unterbricht die empfangene Leistung.
Ein in 16 dargestelltes drahtloses Leistungsversorgungssystem 302D umfasst eine Leistungsübertragungsvorrichtung 102D und eine Leistungsempfangsvorrichtung 202D.
Die Leistungsübertragungsvorrichtung 102D umfasst den leistungsübertragungsseitigen Resonanzkreis 111 und eine Leistungsübertragungsschaltung 122B. Die Leistungsübertragungsschaltung 122B umfasst das Transistorelement Q11 und einen Induktor L1 und erzeugt einen Wechselstrom, der in der Leistungsübertragungsspule 11A fließt. Der Induktor L1 weist einen Induktivitätswert einer Größe auf, die in der Lage ist, eine Stromquelle zu erzeugen, die relativ zu dem in der Leistungsübertragungsspule 11A fließenden Wechselstrom aus einer eingegebenen Gleichspannung als Gleichstrom betrachtet werden kann. Der Induktivitätswert des Induktors L1 ist ausreichend größer als der Induktivitätswert der Leistungsübertragungsspule 11A und soll eine hohe Impedanz bei der Schaltfrequenz sein, und die Schwankung des fließenden Stroms ist ausreichend klein.
Die Leistungsempfangsvorrichtung 202D umfasst den leistungsempfangsseitigen Resonanzkreis 211, eine Gleichrichterschaltung 222D und den Kondensator C3. Zu beachten ist, dass die Leistungsempfangsvorrichtung 202D, obwohl in der Zeichnung nicht dargestellt, die Spannungsstabilisierungsschaltung, die Spannungserfassungsschaltung, die Steuerschaltung und dergleichen umfasst.
Die Gleichrichterschaltung 222D umfasst einen Induktor L2 anstelle der Diode D1 der in 2 dargestellten Gleichrichterschaltung 221.
In dieser Konfiguration führt die Gleichrichterschaltung 222D durch Einschalten des Transistorelements Q2 den Gleichrichtbetrieb durch, und durch Ausschalten des Transistorelements Q2 stoppt die Gleichrichterschaltung 222D den Gleichrichtbetrieb und unterbricht die empfangene Leistung.
Ein in 17 dargestelltes drahtloses Leistungsversorgungssystem 302E umfasst eine Leistungsübertragungsvorrichtung 102E und eine Leistungsempfangsvorrichtung 202E.
Die Leistungsübertragungsvorrichtung 102E umfasst den leistungsübertragungsseitigen Resonanzkreis 111 und eine Leistungsübertragungsschaltung 122C. Die Leistungsübertragungsschaltung 122C umfasst Induktoren L31 und L32 anstelle der Transistorelemente Q12 und Q14 der in 14 dargestellten Leistungsübertragungsschaltung 122A. Die Leistungsübertragungsschaltung 122C schaltet die Transistorelemente Q12 und Q14 ein/aus und erzeugt einen Wechselstrom, der in der Leistungsübertragungsspule 11A fließt.
Die Induktoren L31 und L32 weisen jeweils einen Induktivitätswert einer Größe auf, die in der Lage ist, eine Stromquelle zu erzeugen, die relativ zu dem in der Leistungsübertragungsspule 32A fließenden Wechselstrom aus einer eingegebenen Gleichspannung als Gleichstrom betrachtet werden kann. Der Induktivitätswert jedes der Induktoren L31 und L32 ist ausreichend größer als der Induktivitätswert der Leistungsübertragungsspule 32A und soll eine hohe Impedanz bei der Schaltfrequenz sein, und die Schwankung des fließenden Stroms ist ausreichend klein.
Die Leistungsempfangsvorrichtung 202E umfasst den leistungsempfangsseitigen Resonanzkreis 211, eine Gleichrichterschaltung 222E und den Kondensator C3. Zu beachten ist, dass die Leistungsempfangsvorrichtung 202E, obwohl in der Zeichnung nicht dargestellt, die Spannungsstabilisierungsschaltung, die Spannungserfassungsschaltung, die Steuerschaltung und dergleichen umfasst.
Die Gleichrichterschaltung 222E umfasst die Induktoren L41 und L42 anstelle der Dioden D31 und D32 der in 14 dargestellten Gleichrichterschaltung 222B.
In dieser Konfiguration führt die Gleichrichterschaltung 222E durch Ein-/Ausschalten der Transistorelemente Q51 und Q52, wie in Bezug auf 14 beschrieben, den Gleichrichtbetrieb durch oder stoppt den Gleichrichtbetrieb und unterbricht die empfangene Leistung.
Auch in den Konfigurationen der in den 13 bis 17 dargestellten drahtlosen Leistungsversorgungssysteme ist es möglich, den Einfluss der Wärmeerzeugung und dergleichen aufgrund des Leistungsempfangs von hoher Leistung zu unterbinden, da die Empfangsleistung auf der Seite der Leistungsempfangsvorrichtung unabhängig abgeschaltet werden kann.
Es ist zu beachten, dass die jeweiligen Kombinationen der Leistungsübertragungsvorrichtungen und der Leistungsempfangsvorrichtungen, die in 13 bis 17 dargestellt sind, nach Bedarf geändert werden können. So kann beispielsweise ein drahtloses Leistungsversorgungssystem durch Kombinieren der in 13 dargestellten Leistungsübertragungsvorrichtung 102A und der in 14 dargestellten Leistungsempfangsvorrichtung 202A ausgebildet werden.
Bezugszeichenliste

A: ANSCHLUSSPUNKT
C11, C12: KONDENSATOR
C21, C22: KONDENSATOR
C3: KONDENSATOR
D1, D12: DIODE
D2: DIODE
D31, D32, D32, D34: DIODE
Dz1: ZENERDIODE
L1, L2, L31, L32, L41, L42: INDUKTOR
Q11, Q12: TRANSISTORELEMENT
Q13, Q14: TRANSISTORELEMENT
Q2, Q3, Q31, Q32: TRANSISTORELEMENT
Q4: TRANSISTORELEMENT
Q51, Q52: TRANSISTORELEMENT
R1: WIDERSTAND
Vin: DC-LEISTUNGSQUELLE
11A: LEISTUNGSÜBERTRAGUNGSSPULE
13: STEUERSCHALTUNG
21A: LEISTUNGSEMPFANGSSPULE
23: SPANNUNGSSTABILISIERUNGSSCHALTUNG
24: SPANNUNGSERFASSUNGSSCHALTUNG
25: STEUERSCHALTUNG
25A, 25B: KOMPARATOR
25C: STEUEREINHEIT
101: LEISTUNGSÜBERTRAGUNGSVORRICHTUNG
102A, 102B, 102C, 102D, 102E: LEISTUNGSÜBERTRAGUNGSVORRICHTUNG
111, 112: LEISTUNGSÜBERTRAGUNGSSEITIGER RESONANZKREIS
121, 122A, 122B, 122C: LEISTUNGSÜBERTRAGUNGSSCHALTUNG
201, 201A, 201B: LEISTUNGSEMPFANGSVORRICHTUNG
202A, 202B, 202C, 202D, 202E: LEISTUNGSEMPFANGSVORRICHTUNG
211, 211 B: LEISTUNGSEMPFANGSSEITIGER RESONANZKREIS
221: GLEICHRICHTERSCHALTUNG
221A: SYNCHRONE GLEICHRICHTERSCHALTUNG
221B, 222A, 222B, 222C, 222D, 222E: GLEICHRICHTERSCHALTUNG
251: STEUERSCHALTUNG
301, 302A, 302B, 302C, 302D, 302E: DRAHTLOSES LEISTUNGSVERSORGUNGSSYSTEM

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 201512761 [0003]

Claims

Leistungsempfangsvorrichtung, umfassend: eine Leistungsempfangsspule, die ausgebildet ist, um mit einer Leistungsübertragungsspule zu koppeln, die in einer Leistungsübertragungsvorrichtung enthalten ist; eine Gleichrichterschaltung, die ein Gleichrichterelement und ein Transistorelement mit einem Parallelkondensator umfasst, die ausgebildet ist, um einen leitenden Betrieb und einen kapazitiven Betrieb zu schalten, die elektrisch mit der Leistungsempfangsspule verbunden und ausgebildet ist, um einen hochfrequenten Resonanzstrom gleichzurichten, der in der Leistungsempfangsspule fließt; eine Ausgabeeinrichtung, die mit einem Verbraucher verbunden und ausgebildet ist, um zu Verbraucher einen Strom auszugeben, der von der Gleichrichterschaltung gleichgerichtet und von einem Glättungskondensator geglättet wird; einen äquivalenten Resonanzkondensator, der elektrisch mit der Leistungsempfangsspule verbunden und ausgebildet ist, um mit einer in der Leistungsempfangsspule enthaltenen Induktivitätskomponente zu schwingen; eine Spannungserfassungsschaltung, die ausgebildet ist, um eine Ausgangsspannung von der Gleichrichterschaltung zu erfassen; und eine Steuereinheit, die ausgebildet ist, um einen Betrieb der Gleichrichterschaltung beruhend auf einem Erfassungsergebnis der Spannungserfassungsschaltung zu steuern, wobei die Leistungsempfangsspule, die Gleichrichterschaltung und die Ausgabeeinrichtung eine Leistungsempfangsschaltung ausbilden, der Glättungskondensator einen Kapazitätswert aufweist, der größer als ein Kapazitätswert des Parallelkondensators oder des äquivalenten Resonanzkondensators ist, und die Steuereinheit eine Empfangsleistungsanpassfunktion umfasst, in der bei Erfassen einer Spannung durch die Spannungserfassungsschaltung, die kleiner oder gleich einem Schwellenwert Va1 ist, das Transistorelement abgeschaltet und veranlasst wird, den kapazitiven Betrieb auszuführen, und die Gleichrichterschaltung veranlasst wird, einen Nenngleichrichtbetrieb auszuführen, wenn die von der Spannungserfassungsschaltung erfasste Spannung einen Schwellenwert Va2 (> Va1) erreicht, das Transistorelement eingeschaltet und veranlasst wird, den leitenden Betrieb auszuführen, der äquivalente Resonanzkondensator geändert wird, um eine Resonanzfrequenz der Leistungsempfangsschaltung zu ändern, der Nenngleichrichtbetrieb gleichzeitig gestoppt wird und ein Leistungsfluss zur Ausgabeeinrichtung gestoppt wird, um einen Leistungsempfangsbetrieb zu stoppen, bei dem der Ausgabeeinrichtung Leistung von der Leistungsempfangsspule geliefert wird.
Leistungsempfangsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Steuereinheit in einem Fall, in dem die von der Spannungserfassungsschaltung erfasste Spannung höher als der Schwellenwert Va1 und niedriger als der Schwellenwert Va2 ist, die Ausführung des Betriebs und das Stoppen der Gleichrichterschaltung steuert und die Empfangsleistung anpasst, indem Ausgangsleistung im Vergleich zum Nenngleichrichtbetrieb unterbunden wird.
Leistungsempfangsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Steuereinheit in einem Fall, in dem die von der Spannungserfassungsschaltung erfasste Spannung höher als der Schwellenwert Va1 und niedriger als der Schwellenwert Va2 ist, ein Signal an die Leistungsübertragungsvorrichtung sendet, indem das Transistorelement mit einem Modulationsmuster, das auf einem an die Leistungsübertragungsvorrichtung gesendeten digitalen Signal beruht, ein- und ausgeschaltet wird, und die Empfangsleistung durch Ändern der Übertragungsleistung der Leistungsübertragungsvorrichtung anpasst.
Leistungsempfangsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Steuereinheit die Empfangsleistung gemäß einem Spannungsbereich anpasst, der durch mehrere Schwellenwerte unterteilt ist, einschließlich des Schwellenwerts Va1 und des Schwellenwerts Va2, wobei ein oder mehrere Schwellenwerte zwischen dem Schwellenwert Va1 und dem Schwellenwert Va2 definiert sind, indem ein Signal an die Leistungsübertragungsvorrichtung durch Ein- und Ausschalten des Transistorelements mit einem Modulationsmuster, das auf einem anderen digitalen Signal beruht, gesendet wird.
Leistungsempfangsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Parallelkondensator aus parasitärer Kapazität des Transistorelements gebildet ist.
Leistungsempfangsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Transistorelement parallel eine parasitäre Diode umfasst und die Gleichrichterschaltung einen synchronen Gleichrichtbetrieb unter Verwenden des Transistorelements ausführt und die Empfangsleistung anpasst.
Leistungsempfangsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Steuereinheit das Erfassungsergebnis der Spannungserfassungsschaltung unter Verwenden eines Komparators vergleicht, einen Betrieb des Transistorelements steuert und eine Hysterese zwischen dem Ausführen des Betriebs und dem Stoppen der Gleichrichterschaltung bildet.
Leistungsempfangsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Steuereinheit eine Zenerdiode umfasst und den Betrieb des Transistorelements abhängig davon steuert, ob die von der Spannungserfassungsschaltung erfasste Ausgangsspannung eine Zenerspannung übersteigt oder nicht.
Leistungsempfangsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei ein Eingangskondensator an eine Steuerklemme des Transistorelements angeschlossen ist und der Eingangskondensator einen Kapazitätswert aufweist, der kleiner als ein Kapazitätswert des Glättungskondensators und größer als ein Kapazitätswert des Parallelkondensators oder des äquivalenten Resonanzkondensators ist.
Leistungsübertragungsvorrichtung, umfassend: eine Leistungsübertragungsspule, die ausgebildet ist, um mit einer in der Leistungsempfangsvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4 enthaltenen Leistungsempfangsspule zu koppeln; und einen Schwingungskreis mit einem Transistorelement, der elektrisch mit der Leistungsübertragungsspule verbunden und ausgebildet ist, um einen in der Leistungsübertragungsspule fließenden hochfrequenten Wechselstrom zu erzeugen, wobei die Übertragungsleistung durch Demodulieren eines Modulationsmusters, das auf einem von der Leistungsempfangsvorrichtung gesendeten digitalen Signal beruht, angepasst wird.