УСТРОЙСТВО БЕСКОНТАКТНОГО СНАБЖЕНИЯ ПИТАНИЕМ И СПОСОБ БЕСКОНТАКТНОГО СНАБЖЕНИЯ ПИТАНИЕМ Российский патент 2013 года по МПК H02J17/00 

Область техники

Настоящее изобретение относится к устройству бесконтактного снабжения питанием и способу бесконтактного снабжения питанием.

Предшествующий уровень техники

В отношении технологии для передачи электроэнергии бесконтактным образом, известно, что электроэнергия передается бесконтактным образом посредством использования технологии электромагнитного резонанса стороны подачи электроэнергии и стороны приема электроэнергии на общей резонансной частоте (непатентный документ 1 Karalis A. et al (Wireless Power Transfer via Strongly Coupled Magnetic Resonances) Science, том 317, номер 5834, стр. 83-86, 2007.

Краткое изложение существа изобретения

Тем не менее, поскольку входная частота осциллятора, предоставленного на стороне подачи электроэнергии, является фиксированной в традиционном устройстве бесконтактного снабжения питанием, возникает такая проблема, что эффективность передачи электроэнергии уменьшается в зависимости от связанного состояния связи между стороной подачи электроэнергии и стороной приема электроэнергии.

Задачей настоящего изобретения является предоставления устройства и способа бесконтактного снабжения питанием, разработанных для того, чтобы подавлять уменьшение эффективности передачи электроэнергии, даже если состояние связи между стороной подачи электроэнергии и стороной приема электроэнергии изменяется.

Согласно настоящему изобретению, вышеуказанная задача разрешается посредством задания частоты энергии переменного тока в соответствии со значением импеданса со стороны подачи электроэнергии в предварительно определенном частотном диапазоне.

Краткое описание чертежей

В дальнейшем изобретение поясняется описанием предпочтительных вариантов воплощения со ссылками на сопроводительные чертежи, на которых:

Фиг.1A изображает блок-схему, показывающую устройство бесконтактного снабжения питанием в одном варианте осуществления согласно настоящему изобретению;

Фиг.1B изображает блок-схему, показывающую один пример резонатора подачи электроэнергии и резонатора приема электроэнергии по фиг.1A;

Фиг.2A изображает блок-схему, показывающую один пример модуля изменения частоты по фиг.1A;

Фиг.2B изображает блок-схему, показывающую один пример узла управления по току по фиг.2A;

Фиг.2C изображает блок-схему, показывающую один пример узла формирования сигнала переключения по фиг.2A;

Фиг.3 изображает блок-схему, показывающую работу устройства бесконтактного снабжения питанием по фиг.1A;

Фиг.4A изображает диаграмму, показывающую импеданс относительно частоты, которая детектируется посредством модуля детектирования импеданса по фиг.1A.

Фиг.4B изображает диаграмму, показывающую импеданс относительно частоты в случае, если расстояние между резонатором подачи электроэнергии и резонатором приема электроэнергии изменено в сравнении со случаем по фиг.4A.

Фиг.5 изображает диаграмму, показывающую эффективность передачи энергии относительно расстояния между резонатором подачи электроэнергии и резонатором приема электроэнергии устройства бесконтактного снабжения питанием по фиг.1A.

Фиг.6 изображает блок-схему, показывающую устройство бесконтактного снабжения питанием в другом варианте осуществления согласно настоящему изобретению.

Фиг.7 изображает блок-схему операций способа работы устройства бесконтактного снабжения питанием по фиг.6.

Фиг.8a изображает диаграмму разности фаз относительно частоты подаваемой энергии, которая детектируется посредством модуля детектирования разности фаз по фиг.6.

Фиг.8b изображает диаграмму разности фаз относительно частоты, в случае, если разность между резонатором подачи электроэнергии и резонатором приема электроэнергии изменена в сравнении со случаем графика (a).

Описание предпочтительных вариантов

осуществления изобретения

Первый вариант осуществления

Конфигурация

Устройство бесконтактного снабжения питанием в первом варианте осуществления согласно настоящему изобретению включает в себя модуль 1 подачи электроэнергии и модуль 2 приема электроэнергии, как показано на фиг.1A. Модуль 1 подачи электроэнергии в беспроводном режиме передает (подает) электроэнергию в модуль 2 приема электроэнергии, и модуль 2 приема электроэнергии в беспроводном режиме принимает электроэнергию.

Модуль 1 подачи электроэнергии включает в себя осциллятор 11 и резонатор 12 подачи электроэнергии. Осциллятор 11 служит для того, чтобы выводить энергию переменного тока. Резонатор 12 подачи электроэнергии служит для того, чтобы генерировать магнитное поле из энергии переменного тока, полученной посредством осциллятора 11. С другой стороны, модуль 2 приема электроэнергии включает в себя резонатор 21 приема электроэнергии. Резонатор 21 приема электроэнергии служит для того, чтобы принимать электроэнергию, передаваемую из резонатора 12 подачи электроэнергии.

Резонатор 12 подачи электроэнергии и резонатор 21 приема электроэнергии заданы так, чтобы иметь общую (идентичную) собственную резонансную частоту f0. Чтобы подавать и принимать электроэнергию, резонатор 12 подачи электроэнергии включает в себя катушку 121 LC-резонанса, и резонатор 21 приема электроэнергии включает в себя катушку 211 LC-резонанса, как показано на фиг.1B. Оба конца каждой из катушки 121 LC-резонанса и катушки 211 LC-резонанса являются разомкнутыми. Катушка 121 LC-резонанса для подачи электроэнергии должна задаваться только так, чтобы иметь собственную резонансную частоту, равную собственной резонансной частоте катушки 211 LC-резонанса для приема электроэнергии. Таким образом, форма и размер катушки (к примеру, число обмоток, толщина и шаг обмотки) катушки 121 LC-резонанса не обязательно должны быть равны форме и размеру катушки 211 LC-резонанса. Кроме того, поскольку катушка 121 LC-резонанса и катушка 211 LC-резонанса должны иметь только идентичную собственную резонансную частоту, конденсатор может быть внешне присоединен к катушке 121 LC-резонанса для подачи электроэнергии и/или катушке 211 LC-резонанса для приема электроэнергии. Таким образом, настройка для каждой собственной резонансной частоты может выполняться также посредством надлежащего задания значения емкости конденсатора, помимо задания формы и размера катушки.

Резонатор 12 подачи электроэнергии, включающий в себя катушку 121 LC-резонанса для подачи электроэнергии, может включать в себя одновитковую катушку (первичную катушку) 122, чтобы не варьировать собственную резонансную частоту катушки 121 LC-резонанса. Оба конца одновитковой катушки 122 соединяются. Эта одновитковая катушка 122 предпочтительно предоставляется коаксиально с катушкой 121 LC-резонанса для подачи электроэнергии и выполнена с возможностью подавать электроэнергию в катушку 121 LC-резонанса для подачи электроэнергии посредством электромагнитной индукции. Таким же образом резонатор 21 приема электроэнергии, включающий в себя катушку 211 LC-резонанса для приема электроэнергии, может включать в себя одновитковую катушку (вторичную катушку) 212, чтобы не варьировать собственную резонансную частоту катушки 211 LC-резонанса. Оба конца одновитковой катушки 212 соединяются. Эта одновитковая катушка 212 предпочтительно предоставляется коаксиально с катушкой 211 LC-резонанса для приема электроэнергии и выполнена с возможностью принимать электроэнергию из катушки 211 LC-резонанса для приема электроэнергии посредством электромагнитной индукции.

Далее поясняется принцип передачи энергии посредством резонансного способа. В резонансном способе, две катушки LC-резонанса (121 и 211), имеющие общую собственную резонансную частоту (собственную частоту), резонируют друг с другом через магнитное поле таким же образом, как два камертона резонируют друг с другом. Тем самым электроэнергия в беспроводном режиме передается из одной катушки в другую катушку.

Таким образом, когда высокочастотная мощность переменного тока вводится в одновитковую катушку 122 резонатора 12 подачи электроэнергии посредством осциллятора 11, показанного на фиг.1B, магнитное поле генерируется в одновитковой катушке 122. Тем самым высокочастотная мощность переменного тока генерируется в катушке 121 LC-резонанса посредством электромагнитной индукции. Катушка 121 LC-резонанса выступает в качестве резонатора LC, имеющего индуктивность самой катушки и паразитные емкости между выводными проводами (т.е. паразитные емкости между различными частями намотанного провода). Посредством резонанса магнитного поля, катушка 121 LC-резонанса магнитно связывается с катушкой 211 LC-резонанса резонатора 21 приема электроэнергии, который имеет собственную резонансную частоту, равную собственной резонансной частоте катушки 121 LC-резонанса. Тем самым электроэнергия передается в катушку 211 LC-резонанса. Посредством принимаемой электроэнергии из катушки 121 LC-резонанса, магнитное поле генерируется в катушке 211 LC-резонанса для приема электроэнергии. Тем самым высокочастотная мощность переменного тока генерируется в катушке 212 вторичной обмотки посредством электромагнитной индукции, так что электроэнергия подается в нагрузку 5. В случае если мощность постоянного тока должна подаваться в нагрузку 5, преобразователь переменного тока, к примеру, выпрямитель предоставляется между резонатором 21 для приема электроэнергии и нагрузкой 5.

Устройство бесконтактного снабжения питанием в этом варианте осуществления может передавать электроэнергию в беспроводном режиме (без проводов) посредством такого явление резонанса. Кроме того, поскольку устройство бесконтактного снабжения питанием в этом варианте осуществления использует явление резонанса, электроэнергия может быть передана без создания помех для внешнего оборудования, генерирующего радиоволны.

Электроэнергия, принимаемая посредством резонатора 21 приема электроэнергии, подается в нагрузку 5. Эта нагрузка 5 является, например, оборудованием с электроприводом, к примеру, электромотором или вторичным аккумулятором и т.п.

В традиционном устройстве бесконтактной передачи электроэнергии частота энергии переменного тока, которая вводится в катушку LC-резонанса, которая является резонатором стороны подачи электроэнергии, равна резонансной частоте, предоставленной как на сторону подачи электроэнергии, так и на сторону приема электроэнергии, и кроме того, является фиксированным значением. Следовательно, если состояние связи между катушкой LC-резонанса стороны подачи электроэнергии и катушкой LC-резонанса стороны приема электроэнергии варьируется, существует риск того, что уменьшается эффективность передачи мощности для электроэнергии, которая может приниматься посредством резонатора на стороне приема электроэнергии.

Вышеуказанное изменение состояния связи означает, например, случай, когда расстояние между резонатором на стороне подачи электроэнергии и резонатором на стороне приема электроэнергии варьируется, или случай, когда резонатор на стороне подачи электроэнергии или резонатор на стороне приема электроэнергии имеет значение резонансной частоты, отличающееся от собственной резонансной частоты, заданной первоначально при начальном проектировании по производственным соображениям.

В устройстве бесконтактного снабжения питанием в этом варианте осуществления, частота энергии переменного тока осциллятора 11 задается согласно значению импеданса, просматриваемому (полученному) со стороны подачи электроэнергии, чтобы поддерживать эффективность передачи мощности, даже если состояние связи между резонатором 12 для подачи электроэнергии и резонатором 21 для приема электроэнергии варьируется.

Таким образом, как показано на фиг.1A, модуль 4 детектирования импеданса детектирует значения импеданса пути снабжения питанием со стороны подачи электроэнергии в предварительно определенном частотном диапазоне, включающего в себя собственную резонансную частоту f0 резонатора 12 подачи электроэнергии и резонатора 21 приема электроэнергии, на основе управляющих сигналов, извлеченных из модуля 3 изменения частоты. Затем, модуль 4 детектирования импеданса выводит детектированные значения импеданса в модуль 3 изменения частоты. Значения частоты, находящиеся в предварительно определенном частотном диапазоне, в котором сканируется импеданс, также упоминаются как частоты качания.

Модуль 3 изменения частоты считывает значения импеданса, которые детектированы посредством модуля 4 детектирования импеданса в рамках частот качания. Затем, модуль 3 изменения частоты детектирует (определяет) значение частоты, которое приводит к тому, что абсолютное значение детектированного импеданса становится его локальным минимальным значением. Затем, модуль 3 изменения частоты выводит значение частоты, приводящее к этому локальному минимальному значению абсолютного значения импеданса, в осциллятор 11. Осциллятор 11 задает значение частоты, выведенное из модуля 3 изменения частоты, в качестве частоты энергии переменного тока. Осциллятор 11 выводит мощность переменного тока, имеющую заданное значение частоты, в резонатор 12 подачи электроэнергии. Таким образом, поскольку импеданс со стороны подачи электроэнергии варьируется согласно состоянию соединения между резонатором 12 подачи электроэнергии и резонатором 21 приема электроэнергии, устройство бесконтактного снабжения питанием в этом варианте осуществления детектирует этот импеданс и задает энергию переменного тока равную значению частоты, приводящему к высокой эффективности передачи энергии.

Способ изменения частоты посредством модуля 3 изменения частоты является, например, следующим. Фиг.2A является блок-схемой, показывающей один пример модуля 3 изменения частоты, показанного на фиг.1A. Модуль 3 изменения частоты включает в себя узел 31 переменной несущей частоты, узел 32 формирования несущих сигналов, узел 33 формирования сигналов переключения, узел 34 управления по току, узел 35 формирования команд управления током и узел 36 считывания тока.

Команда для значения частоты, которая должна задаваться в осцилляторе 11, вводится в узел 31 переменной несущей частоты. В этом варианте осуществления, это значение частоты, дающее локальное минимальное значение абсолютного значения импеданса со стороны подачи электроэнергии.

Как показано на фиг.2B, узел 34 управления по току включает в себя узел 341 пропорционально-интегрального управления и сумматор (узел суммирующего вычисления) 342. Узел 34 управления по току считывает значение команды управления током, извлеченное из узла 35 формирования команд управления током, и считанное значение тока, извлеченное из узла 36 считывания тока, для вычисления посредством сумматора 342. Узел 341 пропорционально-интегрального управления управляет результатом вычисления сумматора 342 посредством ПИ-регулирования и выводит полученную команду управления напряжением в узел 33 формирования сигналов переключения. Вместо ПИ-регулирования, узел 341 пропорционально-интегрального управления может выполнять пропорциональное управление (П-регулирование) или пропорционально-интегрально-дифференциальное управление (ПИД-регулирование).

Узел 33 формирования сигналов переключения выполняет сравнение широтно-импульсной модуляции на основе команды управления напряжением, извлеченной из узла 34 управления по току, и выводит сигналы включения/выключения в переключающие элементы, предоставленные в осцилляторе 11. Таким образом, как показано на фиг.2C, узел 33 формирования сигналов переключения включает в себя узел 331 команд управления амплитудой напряжения и узлы 332 и 333 сравнения. Узел 331 команд управления амплитудой напряжения служит для того, чтобы формировать значение команды управления напряжением из выходного сигнала узла 34 управления по току. Каждый из узлов 332 и 333 сравнения служит для того, чтобы сравнивать сформированное значение команды управления напряжением с несущим сигналом касательно количественного отношения между ними. Таким образом, каждый из узлов 332 и 333 сравнения сравнивает значение команды управления напряжением с несущим сигналом с треугольной формой волны, извлеченным из узла 32 формирования несущих сигналов. Затем, каждый из узлов 332 и 333 сравнения выводит сигналы включения/выключения в осциллятор 11 в зависимости от количественного отношения между значением команды управления напряжением с несущим сигналом.

Узел 31 переменной несущей частоты управляет узлом 32 формирования несущих сигналов так, чтобы варьировать несущую частоту на основе введенной заданной частоты. Тем самым узел 32 формирования несущих сигналов генерирует несущий сигнал и выводит сгенерированный несущий сигнал в узел 33 формирования сигналов переключения.

Далее поясняются операции согласно первому варианту осуществления.

На этапе S30 на фиг.3, модуль 3 изменения частоты начинает обработку для поиска оптимального значения частоты энергии переменного тока. Собственные резонансные частоты резонатора 12 подачи электроэнергии и резонатора 21 приема электроэнергии равны f0. Кроме того, частота качания колеблется от f1 до f2, причем сюда включается собственная резонансная частота f0. Например, диапазон частоты качания может задаваться посредством добавления и вычитания двадцати процентов собственной резонансной частоты f0 к/от собственной резонансной частоты f0, т.е. как ±20%-ый диапазон собственной резонансной частоты f0. Тем не менее, этот диапазон изменяется надлежащим образом в зависимости от окружающей среды и, следовательно, может быть ±10%-ым диапазоном или ±30%-ым диапазоном собственной резонансной частоты f0.

На этапе S31, модуль 3 изменения частоты выполняет инициализацию частоты качания. В это время, значение частоты качания задается равным f1. На этапе S32, модуль 3 изменения частоты задает частоту энергии переменного тока осциллятора 11. В это время, частота энергии переменного тока осциллятора 11 равна f1 вследствие обработки этапа S31. Резонатор 12 для подачи электроэнергии, в который введен переменный ток, имеющий значение частоты, равное f1, генерирует магнитное поле, согласно f1. Резонатор 21 приема электроэнергии принимает мощность посредством использования магнитного поля, согласно f1.

Затем, на этапе S33, модуль 4 детектирования импеданса детектирует значение импеданса со стороны подачи электроэнергии. Затем, значение импеданса, детектируемое посредством модуля 4 детектирования импеданса, передается в модуль 3 изменения частоты.

На этапе S34, модуль 3 изменения частоты определяет то, завершены или нет настройки всех значений частоты, заданных в рамках предварительно определенного диапазона, т.е. достигла или нет f2 частота качания.

Если частота качания еще не достигла f2, частота качания обновляется до следующего значения частоты (на этапе S35). Затем, программа возвращается к этапу S32, и импеданс детектируется посредством использования следующего значения частоты.

Если частота качания уже достигла f2 на этапе S34, программа переходит к этапу S36. На этапе S36, модуль 3 изменения частоты вычисляет значение fx частоты, которое приводит к тому, что абсолютное значение импеданса, заданное посредством напряжения и тока подаваемой мощности, становится своим локальным минимальным значением. Затем, модуль 3 изменения частоты задает значение fx частоты в качестве входной частоты мощности переменного тока для осциллятора 11.

Эффективность подаваемой мощности при просмотре со стороны подачи электроэнергии становится высокой, когда абсолютное значение импеданса принимает свое локальное минимальное значение. Следовательно, посредством задания значения частоты, при котором импеданс принимает свое локальное минимальное значение, в качестве частоты мощности переменного тока для осциллятора 11, эффективность подаваемой энергии со стороны подачи электроэнергии может повышаться.

Фиг.4A и 4B являются видами, показывающими импеданс со стороны подачи электроэнергии, относительно частоты качания. Эти виды фиг.4A и 4B получены через вышеуказанную последовательность этапов посредством модуля 3 изменения частоты и модуля 4 детектирования импеданса. Фиг.4A показывает случай, когда расстояние между резонатором 12 подачи электроэнергии и резонатором 21 приема электроэнергии отличается от расстояния для случая по фиг.4B. Как очевидно из фиг.4A и 4B, когда расстояние между резонатором 12 подачи электроэнергии и резонатором 21 приема электроэнергии варьируется, частотная характеристика импеданса относительно частоты энергии переменного тока варьируется так, что эффективность подаваемой мощности уменьшается.

Тем не менее, в устройстве бесконтактного снабжения питанием согласно первому варианту осуществления, значение частоты, которое приводит импеданс к своему локальному минимуму, задается как частота осциллятора 11. Таким образом, даже если расстояние между резонатором 12 подачи электроэнергии и резонатором 21 приема электроэнергии варьируется, значение частоты, которое повышает эффективность подачи электроэнергии, задается согласно этому изменению расстояния. Следовательно, эффективность подачи электроэнергии может быть повышена независимо от изменения расстояния.

В устройстве бесконтактного снабжения питанием, согласно первому варианту осуществления, в случае, если множество значений fx частоты, каждое из которых формирует локальный минимум импеданса со стороны подачи электроэнергии, одно из множества значений fx частоты, которое является ближайшим к общей резонансной частоте резонатора 12 подачи электроэнергии и резонатора 21 приема электроэнергии, может задаваться как частота энергии переменного тока.

В устройстве бесконтактного снабжения питанием согласно первому варианту осуществления, частота энергии переменного тока осциллятора 11 изменяется (определяется), поскольку значение fx частоты, которое приводит к тому, что импеданс со стороны подачи электроэнергии становится его локальным минимумом, задается посредством модуля 4 детектирования импеданса и модуля 3 изменения частоты. Тем самым, в устройстве бесконтактной передачи электроэнергии согласно первому варианту осуществления, частота энергии переменного тока изменяется (определяется) в соответствии со состоянием связи между резонатором 12 подачи электроэнергии и резонатором 21 приема электроэнергии, так что эффективность подачи электроэнергии может повышаться. Поскольку значение частоты, которое может повышать эффективность подачи электроэнергии, может задаваться без необходимости детектировать ситуацию стороны приема электроэнергии, структура для детектирования эффективности подачи электроэнергии не должна предоставляться в модуле 2 приема электроэнергии.

Фиг.5 является видом, показывающим эффективность передачи мощности в случае, если расстояние между резонатором 12 подачи электроэнергии и резонатором 21 приема электроэнергии варьируется в устройстве бесконтактного снабжения питанием согласно первому варианту осуществления, а также в сравнительном устройстве бесконтактного снабжения питанием, выполненном с возможностью фиксировать частоту мощности переменного тока осциллятора. График (a), проиллюстрированный посредством сплошной линии, показывает эффективность передачи энергии устройства бесконтактного снабжения питанием согласно первому варианту осуществления, а график (b), проиллюстрированный посредством пунктирной линии, показывает эффективность передачи энергии устройства бесконтактного снабжения питанием сравнительного примера.

В состоянии, в котором частота энергии переменного тока осциллятора задана при резонансной частоте f0 резонатора 12 подачи электроэнергии и резонатора 21 приема электроэнергии, расстояние D0 между резонатором 12 подачи электроэнергии и резонатором 21 приема электроэнергии задается так, чтобы минимизировать импеданс, детектируемый посредством модуля 4 детектирования импеданса со стороны подачи электроэнергии, в качестве начального состояния для резонанса. Кроме того, электроэнергия, полученная посредством модуля детектирования импеданса 4 во время начального состояния, определена как 100%.

Из этого начального состояния, расстояние D между резонатором 12 подачи электроэнергии и резонатором 21 приема электроэнергии постепенно увеличивается в первом варианте осуществления и в сравнительном примере. В это время, в устройстве бесконтактного снабжения питанием согласно первому варианту осуществления, частота мощности переменного тока осциллятора 11 изменяется посредством модуля 3 изменения частоты в соответствии с расстоянием между резонатором 12 подачи электроэнергии и резонатором 21 приема электроэнергии, чтобы подавлять уменьшение эффективности для приема электроэнергии. Следовательно, в устройстве бесконтактного снабжения питанием согласно первому варианту осуществления, частота энергии переменного тока осциллятора 11 принимает значение частоты, отличающееся от частоты f0, заданной во время начального состояния. С другой стороны, частота мощности переменного тока в устройстве бесконтактной передачи электроэнергии сравнительного примера является фиксированной и равной резонансной частоте f0.

Как показано на фиг.5, эффективность передачи энергии в устройстве бесконтактного снабжения питанием сравнительного примера быстро снижается при превышении точки расстояния D1. Тем не менее, устройство бесконтактного снабжения питанием согласно первому варианту осуществления поддерживает высокую эффективность передачи энергии при превышении точки расстояния D1 без быстрого снижения, в качестве сравнительного примера.

Таким образом, устройство бесконтактного снабжения питанием согласно первому варианту осуществления может подавлять уменьшение эффективности передачи мощности, даже если расстояние между резонатором 12 подачи электроэнергии и резонатором 21 приема электроэнергии варьируется, по сравнению с устройством бесконтактного снабжения питанием сравнительного примера. Кроме того, даже если расстояние между резонатором 12 для подачи электроэнергии и резонатором 21 для приема электроэнергии варьируется, эффективность передачи энергии может быть максимизирована. Тем самым расстояние, на которое осуществляется передача энергии, может быть существенным.

Способ задания частоты энергии переменного тока осциллятора 11 в соответствии с состоянием связи между резонатором 12 подачи электроэнергии и резонатором 21 приема электроэнергии не ограничивается вышеуказанными этапами. Таким образом, например, локальное минимальное значение импеданса может детектироваться из градиента (дифференциального значения) импеданса вместо использования (отрицательного) пика импеданса посредством качания (всех значений частоты, заданных в рамках) предварительно определенного частотного диапазона.

В этом случае, в устройстве бесконтактного снабжения питанием согласно первому варианту осуществления, начальное значение f1 частоты из значений частоты качания сначала задается как частота энергии переменного тока осциллятора. В это время, модуль 4 детектирования импеданса детектирует значение импеданса. Затем, значение fs частоты качания, обновленное после значения f1 частоты, задается как частота энергии переменного тока. В это время, модуль 4 детектирования импеданса детектирует значение импеданса. Вместе с этим, в устройстве бесконтактной передачи электроэнергии согласно первому варианту осуществления, градиент сформирован посредством значения импеданса, соответствующего значению fs частоты (значения импеданса, полученного во время задания значения fs частоты), и значения импеданса, соответствующего значению f1 частоты, которое задано до того, как значение fs частоты вычислено, чтобы вычислять локальное минимальное значение импеданса со стороны подачи электроэнергии.

Если этот градиент является отрицательным, частота качания продолжает обновляться так, что импеданс продолжает детектироваться. Если градиент является положительным, определяется то, что импеданс достиг своего локального минимума, и, следовательно, обновление частоты качания заканчивается. Затем, модуль 3 изменения частоты в завершение задает значение частоты, указываемое, когда импеданс только что достиг своего локального минимума, в качестве частоты энергии переменного тока осциллятора 11.

Тем самым, по сравнению со случаем, когда вышеуказанный предварительно определенный частотный диапазон качается от f1 до f2, локальное минимальное значение импеданса может детектироваться до того, как частота качания обновляется до значения f2 частоты. Следовательно, значение частоты, соответствующее принимаемой мощности, имеющей высокую эффективность передачи мощности, может задаваться быстрее.

Кроме того, модуль 3 изменения частоты не обязательно должен задавать значение частоты, соответствующее локальному минимальному значению импеданса. Модуль 3 изменения частоты может задавать (определять) значение частоты, соответствующее времени, когда модуль 4 детектирования импеданса детектирует значение импеданса, меньшее или равное значению определенного порогового значения, в качестве частоты энергии переменного тока.

Кроме того, задание частоты энергии переменного тока осциллятора 11 согласно связанному состоянию между резонаторами 12 и 21 посредством модуля 3 изменения частоты не обязательно должно всегда выполняться. Например, это задание может выполняться, когда устройство бесконтактного снабжения питанием согласно первому варианту осуществления активируется.

Альтернативно, устройство бесконтактного снабжения питанием согласно первому варианту осуществления может быть оснащено датчиком расстояния, к примеру, датчиком инфракрасного излучения для считывания расстояния между резонатором 12 подачи электроэнергии и резонатором 21 приема электроэнергии. Когда этот датчик инфракрасного излучения считывает изменение расстояния между резонатором 12 подачи электроэнергии и резонатором 21 приема электроэнергии, модуль 3 изменения частоты может задавать частоту энергии переменного тока осциллятора 11 в соответствии с состоянием связи между резонатором 12 подачи электроэнергии и резонатором 21 приема электроэнергии.

Еще альтернативно, модуль 3 изменения частоты может задавать частоту энергии переменного тока осциллятора 11 в соответствии с состоянием связи между резонатором 12 подачи электроэнергии и резонатором 21 приема электроэнергии, когда импеданс, детектируемый посредством модуля 4 детектирования импеданса со стороны подачи электроэнергии, становится выше предварительно определенного порогового значения.

Кроме того, частота для детектирования модуля 4 детектирования импеданса не должна обязательно качаться во всем предварительно определенном частотном диапазоне f1-f2. Модуль 3 изменения частоты может задавать частоту энергии переменного тока осциллятора 11 посредством использования дискретных значений. Тем самым устройство бесконтактного снабжения питанием согласно первому варианту осуществления может задавать значение частоты, соответствующее относительно низкому значению импеданса из значений импеданса, полученных посредством задания вышеуказанных дискретных значений частоты, в качестве частоты энергии переменного тока осциллятора 11.

Кроме того, в устройстве бесконтактного снабжения питанием согласно первому варианту осуществления, модуль 3 изменения частоты и/или модуль 4 детектирования импеданса могут размещаться в любом из модуля 1 подачи электроэнергии и модуля 2 приема электроэнергии. В случае если модуль 3 изменения частоты и/или модуль 4 детектирования импеданса размещаются в модуле 2 приема электроэнергии, дополнительно предоставляются средство беспроводной связи для передачи заданного значения частоты в осциллятор 11 модуля 1 подачи электроэнергии и средство беспроводной связи для детектирования импеданса со стороны подачи электроэнергии и для передачи детектированного импеданса в модуль 4 детектирования импеданса.

Кроме того, устройство бесконтактного снабжения питанием согласно первому варианту осуществления имеет преимущество, в частности, в случае, если предоставляется множество модулей 2 приема электроэнергии. Например, возможен случай, когда устройство бесконтактного снабжения питанием согласно первому варианту осуществления монтируется в транспортном средстве и т.п. при установке его модулей 2 приема электроэнергии в частях, выполненных с возможностью работы от электроэнергии (к примеру, фара и задний динамик). Тем не менее, при попытке подавать электроэнергию в один из множества модулей 2 приема электроэнергии, существует возможность того, что состояние связи между резонаторами 12 и 21 отличается для множества модулей 2 приема электроэнергии, поскольку множество модулей 2 приема электроэнергии имеет различные расстояния от модуля 1 подачи электроэнергии.

Тем не менее, в устройстве бесконтактного снабжения питанием согласно первому варианту осуществления, частота энергии переменного тока может задаваться согласно состоянию связи резонаторов 12 и 21. Таким образом, когда электроэнергия подается в один из множества модулей 2 приема электроэнергии, который отличается от другого из множества модулей 2 приема электроэнергии, частота сигнала переменного тока задается (определяется) согласно принимаемой мощности между модулем 1 подачи электроэнергии и одним из множества модулей 2 приема электроэнергии. Соответственно, эффективно осуществляется передача электроэнергии.

Таким образом, устройство бесконтактного снабжения питанием согласно первому варианту осуществления может задавать значение частоты переменного тока, которое реализует оптимальную эффективность передачи энергии в зависимости от каждого модуля 2 приема электроэнергии. Кроме того, поскольку модуль 1 подачи электроэнергии в соединен беспроводном режиме с модулем 2 приема электроэнергии, устройство бесконтактного снабжения питанием согласно первому варианту осуществления не требует электропроводки при монтировании в транспортном средстве и т.п. Соответственно, процесс изготовления может сокращаться, и производственный выход может быть повышен.

Кроме того, устройство бесконтактного снабжения питанием согласно первому варианту осуществления имеет преимущество также в случае, если электроэнергия передается одновременно во множество модулей 2 приема электроэнергии, которые имеют взаимно различные расстояния от модуля 1 подачи электроэнергии. Каждый модуль 2 приема электроэнергии детектирует значение импеданса со стороны подачи электроэнергии посредством модуля 4 детектирования импеданса и отправляет этот результат детектирования в модуль 1 подачи электроэнергии. Модуль 1 подачи электроэнергии вычисляет полный импеданс для модулей 2 приема электроэнергии, в которые подается электроэнергия, чтобы задавать частоту энергии переменного тока, которая увеличивает эффективность передачи энергии в соответствии с детектированными значениями импеданса.

Поскольку значение частоты, указанное, когда этот полный импеданс является самым низким, формирует предпочтительную эффективность передачи энергии для всех модулей 2 приема электроэнергии, это значение частоты задается (определяется) в качестве частоты энергии переменного тока. Соответственно, устройство бесконтактного снабжения питанием согласно первому варианту осуществления может эффективно передавать электроэнергию, даже если множество модулей 2 приема электроэнергии предоставляется так, чтобы они имели взаимно различные состояния связи с модулем 1 подачи электроэнергии.

Кроме того, в случае, если потребление мощности определенного модуля 2 приема электроэнергии является относительно высоким из множества модулей 2 приема электроэнергии, устройство бесконтактного снабжения питанием согласно первому варианту осуществления может передавать электроэнергию более эффективно посредством задания частоты энергии переменного тока так, чтобы повышать эффективность передачи энергии модуля 2 приема электроэнергии с высокой потребляемой мощностью.

Следует отметить, что осциллятор 11 соответствует средству колебания (или узлу колебания) согласно настоящему изобретению, резонатор 12 подачи электроэнергии соответствует резонирующему средству подачи электроэнергии (или узлу резонирования для подачи электроэнергии) согласно настоящему изобретению, модуль 3 изменения частоты соответствует средству изменения частоты (или узлу изменения частоты) согласно настоящему изобретению, резонатор 21 приема электроэнергии соответствует резонирующему средству приема электроэнергии (или узлу резонирования для приема электроэнергии) согласно настоящему изобретению, и модуль 4 детектирования импеданса соответствует средству детектирования импеданса (или узлу детектирования импеданса) согласно настоящему изобретению.

Второй вариант осуществления

Фиг.6 является блок-схемой, показывающей устройство бесконтактного снабжения питанием в другом варианте осуществления согласно настоящему изобретению. В этом втором варианте осуществления устройство бесконтактного снабжения питанием включает в себя модуль 6 детектирования разности фаз вместо модуля 4 детектирования импеданса вышеуказанного первого варианта осуществления. Эта структура отличается от вышеуказанного первого варианта осуществления. Поскольку другие структуры являются аналогичными структурам первого варианта осуществления, их пояснения опускаются.

Как показано на фиг.6, в устройстве бесконтактного снабжения питанием согласно второму варианту осуществления, модуль 6 детектирования разности фаз предоставляется в модуле 1 подачи электроэнергии и детектирует фазу импеданса со стороны подачи электроэнергии. Модуль 6 детектирования разности фаз соединяется с осциллятором 11 и детектирует фазу импеданса, которая вводится в резонатор 12 подачи электроэнергии.

Мощность переменного тока, имеющая частоту, заданную посредством модуля 3 изменения частоты, вводится в резонатор 12 подачи электроэнергии, и затем подаваемая мощность передается из резонатора 12 подачи электроэнергии в резонатор 21 приема электроэнергии. Эта подаваемая мощность изменяется согласно состоянию связи между резонатором 12 подачи электроэнергии и резонатором 21 приема электроэнергии. Следовательно, в устройстве бесконтактного снабжения питанием согласно второму варианту осуществления, значение частоты, которое позволяет достигать предпочтительной эффективности передачи энергии, задается как частота энергии переменного тока посредством детектирования фазы импеданса при просмотре со стороны подачи электроэнергии.

Далее поясняются операции согласно второму варианту осуществления.

Сначала, на этапе S20, модуль 3 изменения частоты начинает обработку для поиска оптимального значения частоты энергии переменного тока.

На этапе S21, модуль 3 изменения частоты выполняет инициализацию частоты качания. В это время, значение частоты качания задается равным f1. На этапе S22, модуль 3 изменения частоты задает частоту энергии переменного тока осциллятора 11. В это время, частота энергии переменного тока осциллятора 11 равна f1 вследствие обработки на этапе S21.

На этапе S23, модуль 6 детектирования разности фаз детектирует фазу импеданса подаваемой энергии, которая подается из модуля 1 подачи электроэнергии в модуль 2 приема электроэнергии, со стороны подачи электроэнергии. Затем, фаза, детектируемая посредством модуля 6 детектирования разности фаз, отправляется в модуль 3 изменения частоты.

На этапе S24, модуль 3 изменения частоты определяет то, завершены или нет настройки всех значений частоты, заданных в рамках предварительно определенного диапазона, т.е. достигла или нет f2 частота качания.

Если частота качания еще не достигла f2, частота качания обновляется до следующего значения частоты (на этапе S25). Затем, программа возвращается к этапу S22, и разность фаз детектируется посредством использования следующего значения частоты.

Если частота качания уже достигла f2 на этапе S24, программа переходит к этапу S26. На этапе S26, модуль 3 изменения частоты задает (определяет) значение частоты, которое приводит к тому, что фаза импеданса со стороны подачи электроэнергии становится равной 0, в качестве входной частоты энергии переменного тока для осциллятора 11. Эффективность подаваемой энергии со стороны подачи электроэнергии становится высокой, когда фаза равна 0. Следовательно, посредством задания значения частоты, при котором фаза становится равной 0, в качестве частоты энергии переменного тока для осциллятора 11, эффективность подаваемой энергии со стороны подачи электроэнергии может повышаться в устройстве бесконтактного снабжения питанием согласно второму варианту осуществления.

Фиг.8 является видом, показывающим разность фаз подаваемой энергии относительно частоты качания, которая получена посредством модуля 3 изменения частоты и модуля 6 детектирования разности фаз через вышеуказанную последовательность этапов. Разность формы между графиком (a) фиг.8 и графиком (b) фиг.8 основана на разности расстояния между резонатором 12 подачи электроэнергии и резонатором 21 приема электроэнергии.

На графике (a) фиг.8, существует три значения частоты, задающие фазу как равную 0. С другой стороны, на графике (b) фиг.8, существует только одно значение частоты, задающее фазу как равную 0. Кроме того, значение частоты (fin (a)), задающее фазу как равную 0 на графике (a) фиг.8, не задает фазу как равную 0 на графике (b) фиг.8. Таким же образом, значение частоты (fin (b)), задающее фазу как равную 0 на графике (b) фиг.8, не задает фазу как равную 0 на графике (a) фиг.8. Таким образом, поскольку фаза изменяется, когда расстояние между резонатором 12 подачи электроэнергии и резонатором 21 приема электроэнергии изменяется, эффективность подачи электроэнергии уменьшается.

В устройстве бесконтактного снабжения питанием согласно второму варианту осуществления, в случае, если существует множество значений частоты, приводящих к тому, что фаза равна 0, одно из множества значений частоты, которое является ближайшим к резонансной частоте резонатора 12 подачи электроэнергии и резонатора 21 приема электроэнергии, может задаваться (определяться) в качестве частоты энергии переменного тока.

В устройстве бесконтактного снабжения питанием согласно второму варианту осуществления модуль 3 изменения частоты и модуль 6 детектирования разности фаз задают значение частоты, приводящее к тому, что фаза импеданса подаваемой энергии равна 0 со стороны подачи электроэнергии. Тем самым частота энергии переменного тока осциллятора 11 может быть изменена. Соответственно, устройство бесконтактного снабжения питанием согласно второму варианту осуществления может изменять частоту энергии переменного тока в соответствии с состоянием связи между резонатором 12 подачи электроэнергии и резонатором 21 приема электроэнергии и тем самым может повышать эффективность подачи электроэнергии. Кроме того, поскольку значение частоты, которое может повышать эффективность подачи электроэнергии, может задаваться без необходимости детектировать ситуацию стороны приема электроэнергии, структура для детектирования эффективности подачи электроэнергии не должна предоставляться в модуле 2 приема электроэнергии.

Следует отметить, что модуль 6 детектирования разности фаз соответствует средству детектирования разности фаз (или узлу детектирования разности фаз) согласно настоящему изобретению.

Использование: в области электротехники. Устройство бесконтактного снабжения питанием включает в себя резонирующее средство приема электроэнергии, заданное так, чтобы иметь предварительно определенную резонансную частоту; резонирующее средство подачи электроэнергии, заданное так, чтобы иметь резонансную частоту, равную предварительно определенной резонансной частоте; средство колебания, сконфигурированное с возможностью вводить энергию переменного тока в резонирующее средство подачи электроэнергии; средство детектирования импеданса, сконфигурированное с возможностью детектировать импеданс в предварительно определенном частотном диапазоне со стороны подачи электроэнергии; и средство изменения частоты, сконфигурированное с возможностью задавать частоту энергии переменного тока. Средство колебания сконфигурировано с возможностью подавать электроэнергию в резонирующее средство приема электроэнергии посредством формирования резонанса между резонирующим средством приема электроэнергии и резонирующим средством подачи электроэнергии. Средство изменения частоты сконфигурировано с возможностью задавать частоту энергии переменного тока в соответствии со значением импеданса, детектируемым средством детектирования импеданса в предварительно определенном частотном диапазоне. 4 н. и 1 з.п. ф-лы, 12 ил.

1. Устройство бесконтактного снабжения питанием, содержащее резонирующее средство приема электроэнергии, заданное так, чтобы иметь предварительно определенную резонансную частоту; резонирующее средство подачи электроэнергии, заданное так, чтобы иметь резонансную частоту, равную предварительно определенной резонансной частоте; средство колебания, сконфигурированное с возможностью вводить энергию переменного тока в резонирующее средство подачи электроэнергии; средство детектирования импеданса, сконфигурированное с возможностью детектировать импеданс в предварительно определенном частотном диапазоне со стороны подачи электроэнергии; и средство изменения частоты, сконфигурированное с возможностью задавать частоту энергии переменного тока, при этом средство колебания сконфигурировано с возможностью подавать электроэнергию в резонирующее средство приема электроэнергии посредством формирования резонанса между резонирующим средством приема электроэнергии и резонирующим средством подачи электроэнергии, при этом средство детектирования импеданса сконфигурировано с возможностью задавать предварительно определенный частотный диапазон на основе состояния связи между резонирующим средством приема электроэнергии и резонирующим средством подачи электроэнергии, при этом средство изменения частоты сконфигурировано с возможностью задавать частоту энергии переменного тока в соответствии со значением импеданса, детектируемым средством детектирования импеданса в предварительно определенном частотном диапазоне, причем средство детектирования импеданса сконфигурировано с возможностью детектировать абсолютное значение импеданса при просмотре со стороны подачи электроэнергии в рамках предварительно определенного частотного диапазона, средство изменения частоты сконфигурировано с возможностью задавать значение частоты, приводящее к тому, что абсолютное значение импеданса становится его локальным минимумом в предварительно определенном частотном диапазоне в качестве частоты энергии переменного тока, причем в случае, если существует множество значений частоты, приводящих к тому, что абсолютное значение импеданса становится своим локальным минимумом, средство изменения частоты задает значение частоты, ближайшее к предварительно определенной резонансной частоте из множества значений частоты, в качестве частоты энергии переменного тока.

2. Устройство бесконтактного снабжения питанием, содержащее резонирующее средство подачи электроэнергии, заданное так, чтобы иметь резонансную частоту, равную резонансной частоте резонирующего средства приема электроэнергии; средство колебания, сконфигурированное с возможностью вводить энергию переменного тока в резонирующее средство подачи электроэнергии; средство детектирования импеданса, сконфигурированное с возможностью детектировать импеданс в предварительно определенном частотном диапазоне со стороны подачи электроэнергии; средство изменения частоты, сконфигурированное с возможностью задавать частоту энергии переменного тока, при этом средство колебания сконфигурировано с возможностью подавать электроэнергию в резонирующее средство приема электроэнергии посредством формирования резонанса между резонирующим средством приема электроэнергии и резонирующим средством подачи электроэнергии, при этом средство детектирования импеданса сконфигурировано с возможностью задавать предварительно определенный частотный диапазон на основе состояния связи между резонирующим средством приема электроэнергии и резонирующим средством подачи электроэнергии, при этом средство изменения частоты сконфигурировано с возможностью задавать частоту энергии переменного тока в соответствии со значением импеданса, детектируемым средством детектирования импеданса в предварительно определенном частотном диапазоне, причем средство детектирования импеданса сконфигурировано с возможностью детектировать фазу импеданса со стороны подачи электроэнергии в предварительно определенном частотном диапазоне, средство изменения частоты сконфигурировано с возможностью задавать значение частоты, приводящее к тому, что фаза импеданса становится равной 0 в предварительно определенном частотном диапазоне, в качестве частоты мощности переменного тока.

3. Устройство бесконтактного снабжения питанием по п.2, в котором в случае, если существует множество значений частоты, приводящих к тому, что фаза импеданса становится равной 0, средство изменения частоты задает значение частоты, ближайшее к предварительно определенной резонансной частоте из множества значений частоты, в качестве частоты энергии переменного тока.

4. Способ бесконтактного снабжения питанием, содержащий этап, на котором задают колебание энергии переменного тока; этап, на котором подают электроэнергию посредством генерирования магнитного поля на основании энергии переменного тока; этап, на котором принимают электроэнергию при помощи электромагнитного резонанса в магнитном поле; этап, на котором задают предварительно определенный частотный диапазон на основе состояния связи между стороной приема электроэнергии и стороной подачи электроэнергии; этап, на котором детектируют абсолютное значение импеданса при просмотре со стороны подачи электроэнергии в рамках предварительно определенного частотного диапазона; этап, на котором задают значение частоты, приводящее к тому, что абсолютное значение импеданса становится его локальным минимумом в предварительно определенном частотном диапазоне в качестве частоты энергии переменного тока, причем в случае, если существует множество значений частоты, приводящих к тому, что абсолютное значение импеданса становится своим локальным минимумом, задают значение частоты, ближайшее к предварительно определенной резонансной частоте из множества значений частоты, в качестве частоты энергии переменного тока.

5. Способ бесконтактного снабжения питанием, содержащий этап, на котором задают колебание энергии переменного тока; этап, на котором подают электроэнергию посредством генерирования магнитного поля на основании энергии переменного тока; этап, на котором принимают электроэнергию при помощи электромагнитного резонанса в магнитном поле; этап, на котором задают предварительно определенный частотный диапазон на основе состояния связи между стороной приема электроэнергии и стороной подачи электроэнергии; этап, на котором детектируют фазу импеданса со стороны подачи электроэнергии в предварительно определенном частотном диапазоне, этап, на котором задают значение частоты, приводящее к тому, что фаза импеданса становится равной 0 в предварительно определенном частотном диапазоне, в качестве частоты мощности переменного тока.