TW201347342A

TW201347342A - 非接觸供電設備之二次側受電電路

Info

Publication number: TW201347342A
Application number: TW101115543A
Authority: TW
Inventors: Daizo Ninomiya; Hiroshi Onishi
Original assignee: Contec Co Ltd
Priority date: 2012-05-02
Filing date: 2012-05-02
Publication date: 2013-11-16
Also published as: TWI553993B

Abstract

本發明的目的是提供效率良好、可低電壓進行定電流控制或定電壓控制的非接觸供電設備的二次側受電電路，具備第1線圈32及第2線圈33，纏繞於同一核心，由1次側供電線圈17感應產生電動勢；共振電容38，與第1線圈33形成共振電路37；開關元件39，切換共振電容38的兩端於連接狀態與開路狀態；零交越檢測電路40，檢測出共振電路37的輸出電壓的零交越點；整流電路41，將第2線圈33輸出的電流輸出至電池22；以及脈衝產生電路45，具有定電流控制功能，比較輸出至電池22的電流與基準電流，控制驅動脈衝的脈衝寬度，同步於零交越點輸出驅動脈衝至開關元件39，將輸出至電池22的電流維持一定地控制在基準電流。

Description

非接觸供電設備之二次側受電電路

本發明係有關於一種非接觸供電設備的二次側受電電路，且特別有關於將充電(供電)對象的電池作為驅動源搭載於可移動的移動體上，在既定的位置對該電池進行非接觸供電(充電)的非接觸供電設備的二次側受電電路。

習知的非接觸供電設備的二次側受電電路的一個例子揭露於專利文獻1。

習知的非接觸供電設備的二次側受電電路中，在頻率f為例如10kHz的高頻電流流過的1次側感應線路的對向，設置由1次側感應線路感應產生電動勢的拾取線圈。共振電容並聯於該拾取線圈，形成並聯共振電路，以1次側感應線路的頻率共振。此並聯共振電路更連接有整流電路(全波整流電路)，透過定電壓控制電路供電給耗電變動的負載(例如，控制自動台車的電動馬達的變頻器)。

該定電壓控制電路由抗流線圈、二極體、輸出電容(電壓電容)、透過抗流線圈切換整流電路輸出端於連接狀態(ON狀態)或開路狀態(OFF狀態)的開關構件(例如輸出調整用電晶體)、以及將切換頻率正確地設定在2f並輸出驅動該開關構件的驅動脈衝的控制器所構成。

該控制器將該驅動脈衝的ON時序視為抗流線圈的輸入電壓由峰值變為下降的位置，將驅動脈衝的脈衝寬度中間點視為全波的輸入電壓的零交越位置，又檢測該輸出電容的輸出電壓(負載的電壓)，在該輸出電容的輸出電壓比預設的基準電壓低時縮短驅動脈衝的脈衝寬度，比基準電壓高時則拉長驅動脈衝的脈衝寬度，將輸出電壓控制在一定值。

以下說明該二次側受電電路的構造之作用。

當頻率為例如10kHz的高頻電流供給1次側感應電路時，此1次側感應電路所產生的磁束會感應產生感應電動勢於拾起線圈，此感應電動勢在拾起線圈產生的電流會在整流電路整流。開關構件以開關頻率2f切換於ON與OFF，在輸出電容的輸出電壓比預設的基準電壓低時驅動脈衝的脈衝寬度被縮短，比基準電壓高時則驅動脈衝的脈衝寬度被拉長。因此，輸出電壓維持在基準電壓。

而當驅動脈衝轉為ON使抗流線圈產生磁束時，供給抗流線圈的電流因共振電路而接近於零，並且之後輸入電壓下降進入零交越範圍，藉此抑制流過抗流線圈的線圈電流上升，使脈動減少抑制突波。

專利文獻1：日本特開2010-154696號公報

當負載為電池時，對電池的充電需要定電流控制。

然而專利文獻1所記載的非接觸供電設備的二次側受電電路基本上為定電壓電路。由並聯的共振電路所出的電流為一定，又將供給輸出電容的電流以開關構件導通/切斷，藉此控制輸出電容的輸出電壓。因輸出電壓會根據輸出電容供電的負載的狀態而變化，故藉由開關構件切換ON/OFF使輸出電壓維持在一定。如此一來，由於專利文獻1所記載的非接觸供電設備的二次側受電電路基本上為定電壓電路，再加上開關構件的前段有抗流線圈，抗流線圈儲存有能量，使得要控制流過負載的電流為一定值(定電流)變得困難。

而為了實現完全的定電流控制，會考慮在輸出電容與負載之間加裝定電流電路，但可預見電路變得複雜且同時成本提高的問題。

而一般來說，電池的定格電壓只有12V之低，但專利文獻1所記載的非接觸供電設備的二次側受電電路基本上設計給定電壓數百V(例如300V)的負載用，要在直流側直接將300V定電壓控制到12V，不但控制困難且可預見會發生精確度的問題，因此不適合於充電至定格電壓低的電池。

專利文獻1所記載的非接觸供電設備的二次側受電電路中，開關構件在連接狀態時，流過開關構件的電流也流過整流電路，因此有整流電路造成的多餘的電力消耗，導致效率下降。再者，輸出電容前段連接二極體也會使效率降低。

因此，本發明以提供一種效率良好、可進行低電壓的定電流控制或定電壓控制的非接觸供電設備的二次側受電電路。

為了達成前述的目的，本發明申請專利範圍第1項所記載的非接觸供電設備之二次側受電電路，由被供給高頻電流的1次側感應線路或1次側供電線圈以非接觸的方式接收供電，並供電給負載，包括：第1線圈及第2線圈，纏繞於同一磁性體，由該1次側感應線路或1次側供電線圈感應產生電動勢；共振電容，並聯於該第1線圈，與該第1線圈形成以該高頻電流的頻率共振的共振電路；開關構件，將該共振電容的兩端切換於連接狀態與開路狀態；零交越檢測電路，檢測出該共振電路的輸出電壓的零交越點；整流電路，整流由該第2線圈輸出的電流，並輸出至該負載；電流檢測電路，檢測出由該整流電路輸出至該負載的電流；電壓檢出電路，檢測出該負載的電壓；以及脈衝產生電路，將該高頻電流的頻率或該高頻電流的頻率的2倍作為切換頻率，同步於該零交越檢測電路所檢測出的零交越點而輸出驅動脈衝至該開關構件，該驅動脈衝為ON時使該開關構件處於連接狀態，該驅動脈衝為OFF時使該開關構件處於開放狀態。該脈衝產生電路具有定電流控制功能與定電壓控制功能，並實行該定電流控制功能或該定電壓控制功能，其中該定電流控制功能係比較由該電流檢測電路檢測出的電流與預先設定的基準電流，控制該驅動脈衝的脈衝寬度，藉此將輸出至該負載的電流維持一定地控制在該基準電流；該定電壓控制功能係比較由該電壓檢測電路檢測出的電壓與預先設定的基準電壓，控制該驅動脈衝的脈衝寬度，藉此將施加該負載的電壓維持一定地控制在該基準電壓。

根據上述架構，藉由感應線路或供電線圈產生的磁束，在第1線圈上產生感應電動勢，以非接觸的方式傳送電力。而與第1線圈纏繞在同一磁性體上的第2線圈上也產生感應電動勢而傳送電力。此時，流過第1線圈側的電流與共振電路產生的電壓相位差大約90度，為無效電力，因此由供電側送出的電力幾乎全部供給第2線圈側的電路。第2線圈輸出的交流電流透過整流電路而轉為直流並供給負載。

輸出至負載的電流被電流檢測電路檢測出來，或負載的電壓被電壓檢測電路檢測出來後，輸入脈衝產生電路。脈衝產生電路以共振頻率為切換頻率或是共振頻率的2倍為切換頻率，同步於零交越檢測電路的輸出時間點，也就是共振電路的電壓在0V附近的時間點，輸出驅動脈衝至連接至共振電容兩端的開關構件。

脈衝產生電路比較電流檢測電路的輸出與基準電流，控制驅動脈衝的脈衝寬度，將輸出至負載的電流維持一定地控制在該基準電流。或是脈衝產生電路比較電壓檢測電路的輸出與基準電壓，控制驅動脈衝的脈衝寬度，將施加負載的電壓維持一定地控制在該基準電壓。也就是說，基準電流或基準電壓較大時縮短驅動脈衝寬度，基準電流或基準電壓較小時拉長驅動脈衝寬度。

該驅動脈衝的脈衝寬度最短(或不驅動)時，第1線圈側的共振電路的兩端電壓最大。相反地，脈衝寬度越長共振電路的兩端電壓則越低，而第2線圈纏繞在與第1線圈相同的核心上，作為變壓器來動作，因此藉由控制共振電路產生的電壓大小，可控制輸出至第2線圈側的整流電路的電壓，變化至負載的輸出大小。此時，脈衝產生電路能夠以共振頻率或其2倍的頻率為切換頻率(控制週期)做線性變化，因此可藉由參照檢測電流控制脈衝寬度來做定電流控制，或者是可藉由參照檢測電壓控制脈衝寬度來做定電壓控制。也就是說，脈衝產生電路具有定電流控制功能與定電壓控制功能，並能實現定電流控制或定電壓控制。

而驅動脈衝的輸出時間點會藉由零交越檢測電路來進行同步，以在共振電容的兩端電壓在0V附近驅動。若不進行此同步的情況下，隨著輸出時間點遠離0V，開關構件由開路狀態(OFF)被控制切換至連接狀態(ON)時，共振電容流入開關構件的突波電流會急劇增大，而恐有損壞開關構件及共振電容的可能。

而申請專利範圍第2項所記載的非接觸供電設備之二次側受電電路，由被供給高頻電流的1次側感應線路或1次側供電線圈以非接觸的方式接收供電，並供電給負載，包括：第1線圈及第2線圈，纏繞於同一磁性體，由該1次側感應線路或1次側供電線圈感應產生電動勢；共振電容，並聯於該第1線圈，與該第1線圈形成以該高頻電流的頻率共振的共振電路；開關構件，將該第2線圈的兩端切換於連接狀態與開路狀態；零交越檢測電路，檢測出該第2線圈的輸出電壓的零交越點；整流電路，整流由該第2線圈輸出的電流，並輸出至該負載；電流檢測電路，檢測出由該整流電路輸出至該負載的電流；電壓檢出電路，檢測出該負載的電壓；以及脈衝產生電路，將該高頻電流的頻率或該高頻電流的頻率的2倍作為切換頻率，同步於該零交越檢測電路所檢測出的零交越點而輸出驅動脈衝至該開關構件，該驅動脈衝為ON時使該開關構件處於連接狀態，該驅動脈衝為OFF時使該開關構件處於開放狀態。其中該脈衝產生電路具有定電流控制功能與定電壓控制功能，並實行該定電流控制功能或該定電壓控制功能，其中該定電流控制功能係比較由該電流檢測電路檢測出的電流與預先設定的基準電流，控制該驅動脈衝的脈衝寬度，藉此將輸出至該負載的電流維持一定地控制在該基準電流；該定電壓控制功能係比較由該電壓檢測電路檢測出的電壓與預先設定的基準電壓，控制該驅動脈衝的脈衝寬度，藉此將施加該負載的電壓維持一定地控制在該基準電壓。

第1線圈僅連接共振電容，形成共振電路，共振電路產生的(一定的)電壓被第1線圈及共振電容內部的阻抗所限制。而第2線圈纏繞在與第1線圈相同的磁性體上，作為變壓器來動作，因此藉由共振電路產生的電壓，決定產生於第2線圈的電壓，然後將第2線圈輸出的交流電流以連接於開關構件後端的整流電路直流化後輸出至負載。

脈衝產生電路的作用與上述申請專利範圍第1項所述的非接觸供電設備之二次側受電電路的脈衝產生電路的作用相同，藉由在整流電路的前段設置開關構件使輸出至整流電路的電壓可線性變化，實行定電流控制或定電壓控制。脈衝產生電路的作用的詳細說明省略。

而申請專利範圍第3項所記載的非接觸供電設備之二次側受電電路為申請專利範圍第1或2項的發明中，該第1線圈與該第2線圈的卷數比係根據感應產生於該第1線圈的最大電壓與該負載的定格電壓而設定。

根據上述架構，因應於第1線圈感應而生的最大電壓與負載的定格電壓來變更第1線圈與第2線圈的卷數比，藉此能夠對應各種定格電壓的負載。

而申請專利範圍第4項所記載的非接觸供電設備之二次側受電電路，由被供給高頻電流的1次側感應線路或1次側供電線圈以非接觸的方式接收供電，並供電給負載，包括：受電線圈，纏繞於同一磁性體，由該1次側感應線路或1次側供電線圈感應產生電動勢；共振電容，並聯於該受電線圈，與該受電線圈形成以該高頻電流的頻率共振的共振電路；開關構件，將該共振電容的兩端切換於連接狀態與開路狀態；零交越檢測電路，檢測出該共振電路的輸出電壓的零交越點；整流電路，整流由該受電線圈輸出的電流，並輸出至該負載；電流檢測電路，檢測出由該整流電路輸出至該負載的電流；電壓檢出電路，檢測出該負載的電壓；以及脈衝產生電路，將該高頻電流的頻率或該高頻電流的頻率的2倍作為切換頻率，同步於該零交越檢測電路所檢測出的零交越點而輸出驅動脈衝至該開關構件，該驅動脈衝為ON時使該開關構件處於連接狀態，該驅動脈衝為OFF時使該開關構件處於開放狀態。其中該脈衝產生電路具有定電流控制功能與定電壓控制功能，並實行該定電流控制功能或該定電壓控制功能，其中該定電流控制功能係比較由該電流檢測電路檢測出的電流與預先設定的基準電流，控制該驅動脈衝的脈衝寬度，藉此將輸出至該負載的電流維持一定地控制在該基準電流；該定電壓控制功能係比較由該電壓檢測電路檢測出的電壓與預先設定的基準電壓，控制該驅動脈衝的脈衝寬度，藉此將施加該負載的電壓維持一定地控制在該基準電壓。

根據上述架構，藉由感應線路或供電線圈產生的磁束，在受電線圈上產生感應電動勢，以非接觸的方式傳送電力。受電線圈連接共振電容形成共振電路，受電線圈輸出的交流電流透過整流電路而轉為直流並供給負載。

而申請專利範圍第5項所記載的非接觸供電設備之二次側受電電路為申請專利範圍第1~4項任一項的發明中，該脈衝產生電路可切換該定電流控制功能與該定電壓控制功能。

根據上述架構，可因應負載的需求，自由地切換定電流控制與定電壓控制。

而申請專利範圍第6項所記載的非接觸供電設備之二次側受電電路為申請專利範圍第1~4項任一項的發明中，該負載為蓄電裝置。該脈衝產生電路首先利用該定電流控制功能將輸出至該蓄電裝置的電流控制在根據該蓄電裝置的要求所預先設定的基準電流，當該電壓檢測電路檢測出的蓄電裝置的電壓到達根據該蓄電裝置的要求所預先設定的定格電壓時，利用該定電壓控制功能將該蓄電裝置的電壓控制在該定格電壓。

根據上述架構，蓄電裝置充電時，首先藉由定電流控制功能將輸出至蓄電裝置的電流維持一定地控制在基準電流。當蓄電裝置的電壓到達定格電壓，藉由定電壓控制功能將蓄電裝置的電壓維持一定地控制在基準電壓。

而申請專利範圍第7項所記載的非接觸供電設備之二次側受電電路為申請專利範圍第1~6項任一項的發明中，更設置供電開始電路，在對該負載開始供電時，使該共振電路為非共振狀態。

根據上述架構，脈衝產生電路動作前，開關構件為開路狀態。在此狀態下，當第1線圈及第2線圈面向1次側的感應線路或1次側的供電線圈時，比定格電壓高的電壓會施加至負載，而恐會損傷負載。但在上述面向之前，供電開始電路動作使共振電路為非共振狀態的話，施加至負載的電壓會被抑制，可以避免負載損傷。

本發明的非接觸供電設備的二次側受電電路可以共振頻率或共振頻率的2倍為切換頻率(控制週期)來線性地變化輸出至整流電路的電壓，因此能定電流控制輸出至負載的電流，又能夠定電壓控制施加負載的電壓。此時在整流電路的前段控制交流側的電壓，藉此能夠以簡單的電路架構，精密地控制負流過負載的電流或施加至負載的電壓，並提供最合適的供電電路。在開關構件為接續狀態時，流過開關構件的電流不流過整流電路，因此構成整流電路的元件的發熱減低，能夠提高效率。又因為發熱降低，能夠對構成整流電路的元件使用更小的放熱板，故具有小型化與低成本的效果。

以下將參照圖式說明本發明實施例之非接觸供電設備的二次側受電電路。

第1圖係具備本發明實施例的非接觸供電設備的二次側受電電路的電池充電系統之架構圖。第1圖中，A為搭載充電對象的電池，並以這個電池為驅動源的車輛(移動體，機械的一例)，B為用來對車輛A的電池充電的供電站。

『供電站(1次側；供電側)』

如第1圖所示，1次側的供電站B設置有供電連接器11、由商用電源供電並供給供電連接器11高頻電流的變頻器12、對變頻器12指示供電開始/停止的供電控制器13、以及連接至供電控制器13的供電側光收發信器(光通信器)14。

該供電連接器11由E字型核心(磁性體)16與纏繞於此E字型核心16的(1次側的)供電線圈17所構成。變頻器12供給高頻電流至供電線圈17。

而供電控制器13預先儲存有允許受電的車輛A的資料(例如認證號碼)，並藉由供電側光收發信器14將包含有要求認證資料的信號的光信號送出，另外具有儲存供電過的車輛A的履歷的功能。

『車輛(二次側；受電側)』

受電側車輛A設有與供電連接器11相對的受電連接器21，藉由此受電連接器21來進行非接觸供電，更設置有對車輛A搭載的充電對象的電池(負載、蓄電裝置的一例)22進行充電的具有定電流/定電壓控制機能的充電裝置23、對充電裝置23指示充電開始/停止的受電控制器24、連接至受電控制器24的受電側光收發信器(光通信器)25、以及電池監控裝置26。電池監控裝置26監控電池22的電壓與發熱，當電壓下降時輸出充電要求信號給受電控制器24，當檢測出電壓超過上限電壓時或檢出發熱時則輸出充電停止信號。藉由上述的受電連接器21與充電裝置23，構成本發明的非接觸供電設備的二次側受電電路。

上述受電連接器21由E字型核心(磁性體)31、強耦合纏繞於此E字型核心31的第1線圈32與附有中心抽頭的第2線圈32所構成。電動勢藉由供電連接器11的供電線圈17感應產生於第1線圈32及第2線圈33上。

而受電控制器24儲存有特有的認證資料，具有藉由受電側光收發信器25接收供電側光收發信器14所發送的光信號，檢測出受電連接器21與供電連接器11對向的功能；因應接收的光信號的認證資料要求，將特有的認證資料透過受電側光收發信器25送出的功能；因應由電池監控裝置26輸入的電池22充電要求信號，對充電裝置23指示充電開始，或充電停止的功能(詳細將於後述)；以及將受電結束信號透過受電側光收發信器25送出的功能(詳細將於後述)。

上述供電站B的供電控制器13在供電側光收發信器14所接收的認證資料與允許受電的車輛A的認證資料一致時，指示變頻器12供電開始，當受電結束信號輸入時，指示變頻器12供電停止並儲存履歷。

充電裝置23如第2圖所示，具有共振電容38，與第1線圈32並聯，與第1線圈32一起形成共振電路37，以供給供電線圈17的高頻電流的頻率共振；開關元件(開關構件的一例)39，將共振電容38的兩端切換於連接狀態與開路狀態；零交越檢測電路40，檢測出共振電路37的輸出電壓的零交越點；整流電路41，連接於第2線圈33，將第2線圈33輸出的電流整流後輸出給電池22；以及脈衝產生電路45，內藏有檢測出供給電池22的電流的電流檢測電路43以及檢測出電池22的電壓的電壓檢測電路44，將供給上述供電線圈17的高頻電流的頻率作為切換頻率，並與零交越檢測電路40所檢測出的零交越點同步，輸出驅動脈衝至開關元件39，此驅動脈衝為ON時使開關元件39處於連接狀態，OFF時使開關元件39處於開路狀態。

脈衝產生電路45具有定電流控制功能與定電壓控制功能。脈衝產生電路45比較電流檢測電路43檢測出的電流與電池22所要求的基準電流，或比較電壓檢測電路44檢測出的電壓與電池22所要求的定格電壓(基準電壓的一例)，藉由控制該驅動脈衝的脈衝寬度，而將供給電池22的電流或電壓控制在一定值(詳細將於後述)。脈衝產生電路45可選擇(切換)定電流控制功能與定電壓控制功能任一者來實行。此外，脈衝產生電路45從電池22獲得控制電源。

而前述的開關元件39由第1電晶體(或MOS-FET)39a並聯與此第1電晶體39a電流方向相反的第1二極體39b，第2電晶體(或MOS-FET)39c並聯與此第2電晶體39c電流方向相反的第2二極體39d，再將第1及第2電晶體39a、39c以電流方向相反的方式串聯而成。透過此開關元件39的架構，當來自脈衝產生電路45的驅動脈衝輸入第1電晶體39a或第2電晶體39c，開關元件39會處於連接狀態使共振電容38(共振電路37)的兩端成為連接狀態(短路狀態)。

而前述的整流電路41由第1二極體41a與第2二極體41b所構成。第1二極體41a的陽極連接於第2線圈33的一端，陰極連接於電池22的正電極。第2二極體41b的陽極連接於第2線圈33的另一端，陰極連接於電池22的正電極。第2線圈33的中心抽頭連接至電池22的負電極。

如第3圖所示，脈衝產生電路45將切換頻率作為高頻電流的頻率，並同步於零交越產生電路40檢測出的零交越點(例如，由正轉為負的零交越點)輸出驅動脈衝。輸出的驅動脈衝的脈衝寬度最短(或不驅動)時，共振電路37的兩端電壓最大，相反地，脈衝寬度越長，兩端電壓則越低。第2線圈33捲在與第1線圈32相同的核心上，作為變壓器來動作，因此藉由控制共振電路37產生的電壓大小，可變化電池22前段的整流電路41的輸出大小。

如上述，共振電路37產生的電壓可利用共振頻率與同一速度的開關頻率(控制週期)來做線性的變化，使電池22前段的整流電路41的輸出也可做線性的變化，再參照電流檢測電路43所檢測出的電流來進行變動上述脈衝寬度的控制，因此能夠定電流地控制流過電池22的電流。或者是參照電壓檢測電路44所檢測出的電壓來進行變動上述脈衝寬度的控制，因此能夠定電壓地控制電池22的電壓。

而脈衝產生電路45的驅動脈衝輸出時間點會藉由零交越產生電路40來進行同步，以在共振電容38的兩端電壓在0V附近驅動。若不進行此同步的情況下，隨著輸出時間點遠離0V，開關元件39由開路狀態(OFF)被控制切換至連接狀態(ON)時，共振電容38流入開關元件39的突波電流會急劇增大，而恐有損壞開關元件39及共振電容38的可能。

而第1線圈32的卷數N1與第2線圈33的卷數N2的卷線比係根據上述共振電路37產生的最大電壓與電池22的定格電壓而定，第2線圈33所感應產生的電壓必須抑制到電池22的定格電壓以下。

接著，根據第4圖並配合上述充電裝置23的電路架構之作用來說明受電控制器24進行的電池22的充電流程。而電池22必須在電壓比定格電壓低時，以定電流充電，當電壓達到定格電壓則以定電壓充電。

步驟1「充電要求」

電池監控裝置26監控電池22的電壓，當電壓下降則輸出充電要求信號。而雖未圖示，但此充電要求信號會輸出至車輛A的行走控制器，根據車輛A的行走控制器的指令，車輛A會朝向供電站B移動使受電連接器21與供電連接器11相對。接著，供電側光收發信器14發出的光信號被受電側光收發信器25所接收，如前所述，經過供電控制器13的認證後，透過變頻器12供給高頻電流給供電連接器11。而脈衝產生電路45透從電池22獲得控制電源，在非充電要求的狀態下，將要輸出至開關元件39的驅動脈衝的脈衝寬度設為最大。藉此，受電連接器21與供電連接器11相對時，電池22前段的整流電路41的輸出會變為最小。

而當開關元件39維持在開路狀態(OFF)，與受電連接器21相對時，因為共振電容38為空的狀態，會使衝擊電流流過，使共振電路37的兩端電壓產生比第3圖所示的最大電壓還要高(例如2倍)的電壓，而施加電池22的電壓變為過電壓，而恐會損傷電池22、共振電容38、或開關元件39。

受電控制器24藉由受電側光收發信器25接收供電側收發信器14發送的光信號，檢測出受電連接器21已面向於供電連接器11。此時若電池監控裝置26將充電要求信號輸入受電控制器24，受電控制器24會對充電裝置23的脈衝產生電路45輸出充電開始指令。而受電控制器24檢測出受電連接器21已面向於供電連接器11時，可輸出行走停止指令至車輛A的行走用控制器，使位置不產生偏移。

步驟2「受電確認」

受電連接器21面向供電連接器11，且變頻器12供給高頻電流至供電線圈17時，透過供電線圈17產生的磁束，使得第1線圈32產生感應電壓。也就是說，由供電線圈17以非接觸的方式將電力傳送給第1線圈32。而以強耦合的方式纏繞於與第1線圈32相同的核心31上的第2線圈33，也因供電線圈17產生的磁束而產生感應電動勢以傳送電力。此時，流過共振電路37的電流與共振電路37產生的電壓相位差大約90度，為無效電力，因此由供電站B送出的電力幾乎全部供給第2線圈33側的電路。第2線圈33輸出的交流電流透過整流電路41而轉為直流並供給電池22。如上所述，由1次側的供電線圈17以非接觸的方式供電給電池22。

而即使受電連接器21面向供電連接器11，啟動時，因為輸出至開關元件39的驅動脈衝的寬度為最大，所以輸出至整流電路41的電壓減小。因此能夠避免施加至電池22的電壓為過電壓，而損壞電池22、共振電容38或開關元件39。脈衝產生電路45藉由電流檢測電路43檢測出整流電路41往電池22供給電流來確認受電。

步驟3「定電流充電」

脈衝產生電路45在確認受電且受電控制器24輸入充電開始指令後，開始定電流充電。

也就是說，脈衝產生電路45藉由電流檢測電路43檢測出流至電池22的電流，藉由電壓檢測電路44檢測出電池22的電壓，當電池22的電壓不滿定格電壓(或上限值)時，進行定電流控制。

此定電流控制時，往電池22的輸出電流被電流檢測電路43檢測出後回授至脈衝產生電路45。脈衝產生電路45比較電流檢測電路43的輸出與脈衝產生電路45內產生的基準電流，基準電流較大時縮短驅動脈衝寬度，基準電壓或基準電流較小時拉長驅動脈衝寬度。脈衝產生電路45同步於零交越檢測電路40的輸出時間點，也就是共振電容38的兩端電壓在0V附近的時間點，輸出驅動脈衝至開關元件39。

如上所述，脈衝寬度最短(或不驅動)時，共振電路37的兩端電壓最大。相反地，脈衝寬度越長共振電路37的兩端電壓則越低，而第2線圈33纏繞在與第1線圈32相同的核心上，作為變壓器來動作，因此藉由控制共振電路37 產生的電壓大小，可變化電池22前段的整流電路41的輸出大小。因此，脈衝產生電路45中可藉由參照檢測電流控制脈衝寬度來做定電流控制(脈衝產生電路45具有定電流控制的功能)。

步驟4「定電壓充電」

脈衝產生電路45在定電流控制中，藉由電壓檢測電路44檢控電池22的電壓，當電壓上升至定格電壓時，啟動計時器，由定電流充電切換至定電壓充電(定電壓控制)。

定電壓控制時，電池22的電壓被電壓檢測電路44檢測出後回授至脈衝產生電路45。脈衝產生電路45比較電壓檢測電路44的輸出與脈衝產生電路45內產生的基準電壓，基準電壓較大時縮短驅動脈衝寬度，基準電壓較小時拉長驅動脈衝寬度。脈衝產生電路45同步於零交越檢測電路40的輸出時間點，也就是共振電容38的兩端電壓在0V附近的時間點，輸出驅動脈衝至開關元件39。

如上所述，改變驅動脈衝的脈衝寬度，可改變電池22前段的整流電路41的輸出大小。因此，脈衝產生電路45中可藉由參照檢測電壓控制脈衝寬度來做定電壓控制(脈衝產生電路45具有定電壓控制的功能)。

步驟5「充電結束」

當定電壓充電開始時啟動的計時器的計數值(計時器時間)到達既定的充電時間時，脈衝產生電路45將驅動脈衝的脈衝寬度調整為最大，將電池22前段的整流電路41的輸出改變至最小，停止對電池22的充電(因為電池22的電壓升高，故不需充電)。

接著，輸出充電結束信號至受電控制器24，受電控制器24透過光收發信器25、14將受電結束信號傳送夠供電控制器13。供電側的供電控制器13收到此受電結束信號後，指示變頻器12停止供電。變頻器12停止供電給供電連接器11。

另外，當受電控制器24收到電池監控裝置26輸入的充電停止信號時，會輸出充電停止指令至充電裝置23的脈衝產生電路45，再透過光收發信器25、14將受電結束信號傳送夠供電控制器13。脈衝產生電路45因應充電停止指令，將驅動脈衝的脈衝寬度設為最大，停止對電池22的充電。而供電站B的供電控制器13指示變頻器12停止供電，變頻器12停止供電至供電連接器11。

如上所述，最初以定電流控制對電池22充電，當到達定格電壓時實行定電壓控制，對電池22正常充電。

根據以上所述的實施例，共振電路37產生的電壓可利用共振頻率與同一速度的開關頻率(控制週期)來做線性的變化，使電池22前段的整流電路41的輸出也可做線性的變化，因此能夠定電流地控制流過電池22的電流，提供最適當的充電電路給電池22。此時，使開關元件39的驅動脈衝的輸出時間點同步於零交越點，可避免隨著輸出時間點遠離零交越點，而造成開關元件39及共振電容38損壞的可能。

又根據實施例，藉由在整流電路41的前段或其他的電路設置開關元件39，當開關元件39為ON(連接狀態)時，流過開關元件39的電流不會流過整流電路41，因此能夠降低構成整流電路41的二極體41a、41b的發熱，提高效率。而因為發熱降低，能夠對二極體41a、41b使用更小的放熱板，使裝置整體小型化，並降低成本。

又根據實施例，因為能選擇定電流控制與定電壓控制來實行，所以可以對應多種充電方式。此時，必須因應充電方式，改寫脈衝產生電路45的充電方法。

又根據實施例，在整流電路41的前段，第1線圈32與第2線圈33作為變壓器動作，藉此能夠以簡單的電路架構將輸出至整流電路41的電壓轉為低電壓，能夠得到易於對應電池22的充電的電壓。而比起在整流電路41的後段(直流)進行低電壓化的電路架構，藉由上述變壓器的作用，不論第2線圈33感應的電壓為低電壓或高電壓，都能提高效率。而第1線圈32的卷數N1與第2線圈33的卷數N2的卷線比係根據第1線圈32所感應的最大電壓與電池22的定格電壓而定，藉此以同樣的電路架構能夠對應各種定格電壓的電池22(或負載)。

又根據實施例，在第1線圈32側藉由開關元件39來控制交流側的電壓，能夠以共振電路37的大電壓控制輸出至整流電路41的小電壓。因此可期望更具精準度的控制與提供最適合的充電電路。

[其他實施例的充電裝置的電路架構]

第5圖顯示其他實施例的充電裝置23的電路圖。其中與第2圖所示的電路元件相同的元件會標記相同的符號而省略說明。

本電路供電給消耗電力會變動的馬達等負載51，來取代電池22，會另外設置平滑電路52來平滑整流電路41所輸出的直流電流。此平滑電路52由平滑線圈52a及平滑電容52b形成。平滑線圈52a一端連接至整流電路41的正輸出端子。平滑電容52b的一端連接至平滑線圈52a的另一端，另一端連接至第2線圈33的中心抽頭(整流電路41的負輸出端子)。負載51連接至平滑電容52b的兩端。由第2線圈33輸出的交流電流透過整流電路41與平滑電路52直流化與平滑化後供給負載51。當充電對象為電池22時，不需要平滑電路52。

而脈衝產生電路45由整流電路41往負載51的供電線獲得控制電源。因此，脈衝產生電路4在受電連接器21面向供電連接器11前都不會獲得控制電源，故不需對開關元件39進行控制，就會在開路狀態。因此如上所述，受電連接器21與供電連接器11相對時，因為共振電容38為空的狀態，會使衝擊電流流過，使共振電路37的兩關電壓產生比第3圖所示的最大電壓還要高(例如2倍)的電壓，而施加負載51的電壓變為過電壓，而恐會損傷負載51、共振電容38、或開關元件39。

因此，共振電容38以並聯的2個電容38a與38b組成，其中一個電容38b與平時為開路狀態(normal open)的開關53串聯。此開關53因脈衝產生電路45而在前述的「定電流充電」的步驟中呈連接狀態，在前述的「充電結束」的步驟中呈打開狀態。

藉由上述2個電容38a、38b與開關53的架構，一開始不會獲得控制電源，因此不需控制開關元件39及開關53，即使在開路狀態，啟動時共振電容38的容量值被意圖地從最大電力點移開，因此共振電路37的兩端電壓，也就是輸出至整流電路41的電壓被抑制，能夠避免施加過電壓至負載51，也能夠避免損傷負載51、共振電容38、或開關元件39。

如上述，以並聯的2個電容38a與38b組成共振電容38，再將開關53串聯至電容38b，藉此構成在開始供電給電池22時使共振電路37為非共振狀態的供電開始電路。

而開關53在上述的「定電流充電」的步驟為連接狀態，因此在控制開始後，輸出至整流電路41的電壓能夠是既定的最大電壓值。

另外，在第5圖中，以並聯的2個電容38a與38b組成共振電容38，再將開關53串聯至電容38b，啟動時，控制電源供給至脈衝產生電路45直至脈衝產生電路45開始動作為止，輸出至整流電路41的電壓上升會被抑制，而抑制施加至負載51的電壓。然而，也可以如下所述地變更電路，同樣能夠抑制施加至負載51的電壓

．共振電容38維持不變，將開關元件39變更為平時為連接狀態(normal close)的電晶體。

．共振電容38維持不變，在開關元件39以外另外連接平時為連接狀態(normal close)的開關至共振電容38的兩端。

．共振電容38維持不變，在開關元件39以外另外連接阻抗與平時為連接狀態(normal close)的開關所構成的串聯電路至共振電容38的兩端。

若將上述的開關元件39變更為平時為連接狀態(normal close)的電晶體，或是在共振電容38的兩端連接平時為連接狀態(normal close)的開關，啟動時，共振電容38的兩端為連接狀態(短路狀態)，在共振電路37產生的電壓接近0，但即使沒有共振，第1線圈32與第2線圈33作為鬆散耦合的變壓器會汲取一些電力，故能一邊抑制對負載51的電力供給，一邊供給脈衝產生電路45電力。

然而，此方法中脈衝產生電路45不會汲取必要電力的情況下或可靠度有問題的情況下，則採用如上述第5圖所示以並聯的2個電容38a與38b組成共振電容38，再將平時為打開狀態的開關53串聯至電容38b的方式，或在共振電容38的兩端連接阻抗與平時為連接狀態(normal close)的開關構成的串連電路的方式。

[變形例]

第6~9圖顯示第2圖所示的充電裝置23變形後的電路圖。

第6圖中，沒有中心抽頭的第2線圈33A取代具有中心抽頭的第2線圈33，並將整流電路41變更為4個二極體構成的習知的全波整流電路41A。根據此電路，不需要由受電連接器21拉出第2線圈33的中心抽頭，能夠容易地製作受電連接器21。

而在第7圖，將共振電路37的開關電路(開關元件39與零交越檢測電路40)移動到第2線圈33與整流電路41之間。在此電路中，共振電路37(第1線圈32)一直產生最大電壓的交流電壓(電壓因第1線圈32與共振電容38的內部阻抗而受限)，第2線圈33感應產生因第1線圈32的卷數N1與第2線圈33的卷數N2的纏繞比而降壓的電壓，此電壓在交流狀態下因開關元件39的控制而變化(被控制)，也就是說，在整流電路41的前段，施加於整流電路41的電壓線性的變化，而實行定電流控制或定電壓控制。

如此一來，在第7圖所示的電路中，與第2圖所示的電路同樣地，將開關元件39設置於整流電路41的前段使輸出至整流電路41的電壓可線性變化，實現定電流控制與定電壓控制，而使第1線圈32與第2線圈33作為變壓器動作能達成低電壓化。

第8圖中，與第6圖同樣地，沒有中心抽頭的第2線圈33A取代具有中心抽頭的第2線圈33，並將整流電路41變更為4個二極體構成的習知的全波整流電路41A。再與第7圖同樣地將共振電路37的開關電路移動到第2線圈33與整流電路41之間。

在第9圖中，與第5圖同樣地，為供電給負載51而非電池22的電路，設有平滑電路52。又省去了第7圖及第8圖所示的構成共振電路37的第1線圈32與共振電容38。再以沒有中心抽頭的第2線圈(受電線圈)33A取代具有中心抽頭的第2線圈33。然後，將第2線圈(受電線圈)33A並聯共振電容38A，使第2線圈(受電線圈)33A與共振電容38A一起形成以供給供電線圈17的高頻電流的頻率共振的共振電路37A。又將整流電路41變更為4個二極體構成的習知的全波整流電路41A，再與第7、8圖同樣地，將共振電路37A的開關電路移動到第2線圈33A與整流電路41A之間。

根據此電路架構，供電線圈17所產生的磁束在第2線圈(受電線圈)33感應產生感應電動勢，已非接觸的方式傳送電力。感應的電壓在交流的狀態下，因開關元件39的控制而變化(被控制)，也就是說，在整流電路41A的前段，施加於整流電路41A的電壓線性的變化，而實行定電流控制或定電壓控制。

如此一來，在第9圖所示的電路中，與第2圖所示的電路同樣地，將開關元件39設置於整流電路41A的前段使輸出至整流電路41A的電壓可線性變化，實現定電流控制與定電壓控制。

另外，在上述的實施例中，脈衝產生電路45雖內藏電流檢測電路43與電壓檢測電路44，但也可以另外設置。

在上述的實施例中，脈衝產生電路45將高頻電流的頻率作為開關頻率，也可以將高頻電流的頻率的2倍作為開關頻率。

在上述的實施例中，脈衝產生電路45如第3圖所示，同步於由正轉負的零交越點輸出脈衝，但也可以同步於由負轉正的零交越點輸出脈衝。

在上述的實施例中，車輛A的受電連接器21由供電連接器11以非接觸的方式供電，但也可以設置供給高頻電流的感應線路來取代供電連接器11，使此感應線路與受電連接器21相對來做非接觸的供電。

在上述的實施例中，受電連接器21與充電裝置23構成的非接觸供電設備的二次側受電電路搭載於移動體的一例(車輛A)，但也不一定要搭載於移動體，只要能夠進行移動，使受電連接器21與供電連接器11或感應線路相對即可。

在上述的實施例中，充電至作為蓄電裝置的電池22，但並不限於電池22，只要是能夠儲存電力的裝置，也可以是例如電雙層電容器。

11‧‧‧供電連接器

12‧‧‧變頻器

13‧‧‧供電控制器

14、25‧‧‧光收發信器

16、31‧‧‧E字型核心

17‧‧‧供電線圈

21‧‧‧受電連接器

22‧‧‧電池

23‧‧‧充電裝置

24‧‧‧受電控制器

26‧‧‧電池監控裝置

32‧‧‧第1線圈

33、33A‧‧‧第2線圈

37、37A‧‧‧共振電路

38、38A‧‧‧共振電容

38a、38b‧‧‧電容

39‧‧‧開關元件

39a‧‧‧第1電晶體

39b‧‧‧第1二極體

39c‧‧‧第2電晶體

39d‧‧‧第2二極體

40‧‧‧零交越檢測點路

41、41A‧‧‧整流電路

41a、41b‧‧‧二極體

43‧‧‧電流檢測電路

44‧‧‧電壓檢測電路

45‧‧‧脈衝產生電路

51‧‧‧負載

52‧‧‧平滑電路

52a‧‧‧平滑線圈

52b‧‧‧平滑電容

53‧‧‧開關

A‧‧‧車輛

B‧‧‧供電站

第1圖係具備本發明實施例的非接觸供電設備的二次側受電電路的電池充電系統的架構圖。

第2圖係同非接觸供電設備的二次側受電電路的電路圖。

第3圖(a)~(c)係同非接觸供電設備的二次側受電電路的共振電容的兩端電壓特性圖。

第4圖係使用同非接觸供電設備的二次側受電電路來充電之電池的充電轉換圖。

第5圖係其他實施例之非接觸供電設備的二次側受電電路的電路圖。

第6圖係其他實施例之非接觸供電設備的二次側受電電路的電路圖。

第7圖係其他實施例之非接觸供電設備的二次側受電電路的電路圖。

第8圖係其他實施例之非接觸供電設備的二次側受電電路的電路圖。

第9圖係其他實施例之非接觸供電設備的二次側受電電路的電路圖。