УСТРОЙСТВО БЕСКОНТАКТНОЙ ПОДАЧИ ПИТАНИЯ Российский патент 2015 года по МПК H02J17/00 

Область техники, к которой относится изобретение

[0001] Настоящее изобретение относится к устройству бесконтактной подачи питания.

[0002] Данная заявка испрашивает приоритет предыдущей заявки на патент (Япония) № 2010-253851, поданной 12 ноября 2010 года, все содержимое которой содержится в данном документе по ссылке в качестве части этой заявки, в указанных странах, в которых разрешено включение документов по ссылке.

Уровень техники

[0003] Известно устройство бесконтактной подачи питания, которое подает электропитание из первичной стороны на вторичную сторону, предоставляемую в подвижном теле, при поддержании близкой соответствующей позиции в бесконтактном состоянии с воздушным зазором между ними, на основе действия взаимоиндукции электромагнитной индукции, в которой, в схеме питателя на первичной стороне, последовательно соединенные конденсаторы для резонансной синхронизации скомпонованы для параллельных катушек, соответственно, и конденсаторы соединены параллельно с катушками, соответственно (Патентная Литература 1).

Список цитат

Патентная литература

[0004] Патентная литература 1. Публикация заявки на патент (Япония) № 2010-40699.

Сущность изобретения

[0005] Тем не менее, в традиционном устройстве бесконтактной подачи питания конденсаторы и т.п. задаются при условии, что коэффициент связи между катушкой на первичной стороне и катушкой на вторичной стороне является постоянным, что, в свою очередь, приводит к проблеме снижения эффективности подачи питания, когда варьируется коэффициент связи.

[0006] Следовательно, настоящее изобретение предоставляет устройство бесконтактной подачи питания, допускающее подавление снижения эффективности подачи питания даже в условиях, в которых варьируется состояние связи.

[0007] Чтобы разрешать вышеприведенную проблему, настоящее изобретение предоставляет конфигурацию, приведенную ниже. Характеристика импеданса только первичной стороны при просмотре с выходной стороны источника питания переменного тока имеет частоту составляющей основной волны источника питания переменного тока, расположенную между частотой, при которой существует локальный максимум и которая является ближайшей к частоте составляющей основной волны источника питания переменного тока, и частотой, при которой существует локальный минимум и которая является ближайшей к частоте составляющей основной волны, и характеристика импеданса только вторичной стороны при просмотре со стороны нагрузки, которая должна быть соединена со вторичной обмоткой, имеет частоту составляющей основной волны, расположенную между частотой, при которой существует локальный максимум и которая является ближайшей к частоте составляющей основной волны источника питания переменного тока, и частотой, при которой существует локальный минимум и которая является ближайшей к частоте составляющей основной волны.

[0008] Согласно настоящему изобретению, когда варьируется коэффициент связи в предварительно определенном диапазоне, характеристика абсолютного значения входного импеданса относительно частоты составляющей основной волны является такой, что абсолютное значение входного импеданса варьируется около предварительно определенного значения импеданса, и фазовая характеристика входного импеданса относительно частоты составляющей основной волны является такой, что фаза входного импеданса варьируется около предварительно определенной фазы. Таким образом, даже в условиях, в которых варьируется состояние связи, может подавляться изменение входного импеданса при просмотре с выходной стороны на стороне источника питания переменного тока, и, как результат, может подавляться снижение эффективности подачи питания.

Краткое описание чертежей

[0009] Фиг. 1 является принципиальной электрической схемой устройства бесконтактной подачи питания согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 2a являются видом сверху и видами в перспективе, иллюстрирующими первичную обмотку и вторичную обмотку согласно фиг. 1, обращенные друг к другу.

Фиг. 2b являются видом сверху и видами в перспективе, иллюстрирующими первичную обмотку и вторичную обмотку согласно фиг. 1, обращенные друг к другу, иллюстрирующими первичную обмотку и вторичную обмотку, смещенные друг от друга в направлении по оси X.

Фиг. 3 является графиком, иллюстрирующим изменение коэффициента связи относительно вторичной обмотки 201 в направлении по оси X (или в направлении по оси Y) и в направлении по оси Z, проиллюстрированных на фиг. 2a и 2b.

Фиг. 4 является графиком, иллюстрирующим характеристику коэффициента связи относительно расстояния между первичной обмоткой и вторичной обмоткой согласно фиг. 1.

Фиг. 5a является графиком, иллюстрирующим характеристику входного импеданса относительно коэффициента связи в традиционном устройстве бесконтактной подачи питания.

Фиг. 5b является графиком, иллюстрирующим характеристику абсолютного значения входного импеданса относительно эквивалентного нагрузочного сопротивления в традиционном устройстве бесконтактной подачи питания.

Фиг. 5c является графиком, иллюстрирующим характеристику коэффициента мощности относительно коэффициента связи в традиционном устройстве бесконтактной подачи питания.

Фиг. 6 является принципиальной схемой, иллюстрирующей эквивалентную схему на первичной стороне согласно фиг. 1.

Фиг. 7a является принципиальной схемой схемы на первичной стороне в принципиальной схеме блока бесконтактной подачи питания согласно фиг. 1.

Фиг. 7b является принципиальной схемой схемы на вторичной стороне в принципиальной схеме блока бесконтактной подачи питания согласно фиг. 1.

Фиг. 8a является графиком, иллюстрирующим характеристику импеданса относительно частоты в схеме согласно фиг. 7a.

Фиг. 8b является графиком, иллюстрирующим характеристику импеданса относительно частоты в схеме согласно фиг. 7b.

Фиг. 9a является графиком, иллюстрирующим характеристику абсолютного значения входного импеданса относительно коэффициента связи в устройстве бесконтактной подачи питания согласно фиг. 1.

Фиг. 9b является графиком, иллюстрирующим фазовую характеристику входного импеданса относительно коэффициента связи в устройстве бесконтактной подачи питания согласно фиг. 1.

Фиг. 10a является принципиальной схемой, иллюстрирующей эквивалентную схему блока бесконтактной подачи питания и нагрузочного блока согласно фиг. 1.

Фиг. 10b является представлением, иллюстрирующим полюса и нулевые точки входного импеданса (Z_in) блока бесконтактной подачи питания согласно фиг. 1 в комплексной плоскости.

Фиг. 10c является представлением, иллюстрирующим полюса и нулевые точки входного импеданса (Z_in) блока бесконтактной подачи питания согласно фиг. 1 в комплексной плоскости.

Фиг. 11a является графиком, иллюстрирующим характеристику абсолютного значения импеданса относительно частоты в схеме согласно фиг. 7a.

Фиг. 11b является графиком, иллюстрирующим характеристику абсолютного значения импеданса относительно частоты в схеме согласно фиг. 7a.

Фиг. 11c является графиком, иллюстрирующим характеристику абсолютного значения входного импеданса относительно коэффициента связи в блоке бесконтактной подачи питания согласно фиг. 1.

Фиг. 12a является графиком, иллюстрирующим характеристику выходного напряжения относительно выходного тока в блоке источника питания переменного тока высокой частоты согласно фиг. 1.

Фиг. 12b является графиком, иллюстрирующим характеристику выходного напряжения относительно выходного тока в блоке источника питания переменного тока высокой частоты согласно фиг. 1.

Фиг. 13a является графиком, иллюстрирующим характеристику абсолютного значения входного импеданса относительно коэффициента связи в блоке бесконтактной подачи питания согласно фиг. 1.

Фиг. 13b является графиком, иллюстрирующим характеристику абсолютного значения входного импеданса относительно эквивалентного нагрузочного сопротивления в блоке бесконтактной подачи питания согласно фиг. 1.

Фиг. 13c является графиком, иллюстрирующим характеристику коэффициента мощности относительно коэффициента связи в блоке бесконтактной подачи питания согласно фиг. 1.

Часть (a) согласно фиг. 14 является графиком, иллюстрирующим характеристику выходной мощности (P_out) относительно коэффициента (κ) связи в устройстве бесконтактной подачи питания согласно фиг. 1, и часть (b) согласно фиг. 14 является графиком, иллюстрирующим диапазон коэффициента (κ) связи, который удовлетворяет предварительно определенному состоянию мощности в устройстве бесконтактной подачи питания согласно фиг. 1.

Фиг. 15 является графиком, иллюстрирующим характеристику эффективности относительно коэффициента связи в блоке бесконтактной подачи питания согласно фиг. 1.

Фиг. 16 является принципиальной схемой блока бесконтактной подачи питания из устройства бесконтактной подачи питания согласно другому варианту осуществления изобретения.

Фиг. 17 является графиком, иллюстрирующим характеристику абсолютного значения входного импеданса относительно частоты в схеме на первичной стороне в схеме согласно фиг. 16.

Фиг. 18 является принципиальной схемой блока бесконтактной подачи питания из устройства бесконтактной подачи питания согласно еще одному другому варианту осуществления изобретения.

Фиг. 19 является графиком, иллюстрирующим характеристику абсолютного значения входного импеданса относительно частоты в схеме на первичной стороне в схеме согласно фиг. 18.

Описание вариантов осуществления

[0010] Варианты осуществления настоящего изобретения описываются ниже со ссылкой на чертежи.

[0011] Первый вариант осуществления

Устройство бесконтактной подачи питания для использования в сочетании с батареей транспортного средства и силовой нагрузкой для электрического транспортного средства и т.п. описывается в качестве примера устройства со схемой бесконтактной подачи питания согласно варианту осуществления изобретения.

[0012] Фиг.1 иллюстрирует принципиальную электрическую схему устройства бесконтактной подачи питания. Устройство бесконтактной подачи питания согласно первому варианту осуществления включает в себя блок 6 источника питания переменного тока высокой частоты, блок 5 бесконтактной подачи питания, чтобы обеспечивать бесконтактную передачу выходной мощности из блока 6 источника питания переменного тока высокой частоты, и нагрузочный блок 7, снабжаемый питанием посредством блока 5 бесконтактной подачи питания.

[0013] Блок 6 источника питания переменного тока высокой частоты включает в себя трехфазный источник 64 питания переменного тока, выпрямитель 61, соединенный с трехфазным источником 64 питания переменного тока и выполненный с возможностью выпрямлять трехфазный переменный ток в постоянный ток, и инвертор 63 типа управления по напряжению, соединенный через сглаживающий конденсатор 62 с выпрямителем 61 и выполненный с возможностью обратно преобразовывать выпрямленный ток в высокочастотную мощность. Выпрямитель 61 включает в себя три параллельных комбинации из диода 61a и диода 61b, диода 61c и диода 61d и диода 61e и диода 61f, и выводы трехфазного источника 64 питания переменного тока соединяются с промежуточными точками соединений между диодами, соответственно. Инвертор 63 типа управления по напряжению включает в себя параллельное соединение последовательной схемы, сформированной из переключающего элемента 63a, имеющего встречно-параллельное соединение диода с мощным транзистором, состоящим из MOSFET (полевого транзистора на основе перехода металл-оксид-полупроводник) и т.п., и переключающего элемента 63b, имеющего конфигурацию, идентичную конфигурации переключающего элемента 63a, и последовательной схемы, сформированной из переключающего элемента 63c и переключающего элемента 63d, каждый из которых имеет конфигурацию, идентичную конфигурации, описанной выше, и эта параллельная компоновка последовательных схем соединяется через сглаживающий конденсатор 62 с выпрямителем 61. Затем, промежуточная точка соединения между переключающим элементом 63a и переключающим элементом 63b и промежуточная точка соединения между переключающим элементом 63c и переключающим элементом 63d соединяются с блоком 3 схемы передачи питания в качестве первичной стороны блока 5 бесконтактной подачи питания. Инвертор 63 типа управления по напряжению подает питание переменного тока порядка от нескольких кГц до 100 кГц к блоку 5 бесконтактной подачи питания.

[0014] Здесь предполагается, что форма выходного сигнала, который блок 6 источника питания переменного тока высокой частоты выводит к блоку 5 бесконтактной подачи питания, является периодически изменяющейся формой сигнала, и форма выходного сигнала имеет частоту f₀. Кроме того, когда форма выходного сигнала содержит искажение (или когда форма выходного сигнала является, например, прямоугольной волной), частота основной синусоидальной волны, которой обладает периодическая функция от формы сигнала, содержащей искажение, становится равной частоте (f₀). В дальнейшем в этом документе, при использовании в настоящем изобретении, эти частоты совместно называются частотой (f₀) составляющей основной волны блока 6 источника питания переменного тока высокой частоты. В этой связи, блок 6 источника питания переменного тока высокой частоты не обязательно должен формироваться из схемы, проиллюстрированной на фиг. 1, а может формироваться из других схем.

[0015] Блок 5 бесконтактной подачи питания включает в себя блок 3 схемы передачи питания в качестве входной стороны преобразователя и блок 4 схемы приема питания в качестве выходной стороны преобразователя. Блок 3 схемы передачи питания включает в себя первичную обмотку 101, конденсатор 102, соединенный последовательно с первичной обмоткой 101, и конденсатор 103, соединенный параллельно с первичной обмоткой 101, и блок 4 схемы приема питания включает в себя вторичную обмотку 201, конденсатор 202, соединенный параллельно со вторичной обмоткой 201, и конденсатор 203, соединенный последовательно со вторичной обмоткой 201.

[0016] Нагрузочный блок 7 включает в себя выпрямительный блок 71, чтобы выпрямлять питание переменного тока, поданное от блока 5 бесконтактной подачи питания, в постоянный ток, и нагрузку 72, соединенную с выпрямительным блоком 71. Выпрямительный блок 71 включает в себя параллельные комбинации из диода 71a и диода 71b и диода 71c и диода 71d, и выводы блока 4 схемы приема питания соединяются с промежуточными точками соединений между диодами, соответственно. Затем, вывод выпрямительного блока 71 соединяется с нагрузкой 72.

[0017] Далее приводится описание со ссылкой на фиг. 2a, 2b, 3 и 4 относительно коэффициента (κ) связи между первичной обмоткой 101 и вторичной обмоткой 201, когда устройство со схемой бесконтактной подачи питания, проиллюстрированное на фиг. 1, предоставляется в транспортном средстве и в месте для парковки.

[0018] В варианте осуществления, например, блок 4 схемы приема питания, включающий в себя вторичную обмотку 201 и нагрузочный блок 7, предоставляются в транспортном средстве, и блок 3 схемы передачи питания, включающий в себя первичную обмотку 101 и блок 6 питания переменного тока высокой частоты, например, предоставляется в качестве стороны земли в месте для парковки. В случае электрического транспортного средства нагрузка 72 соответствует, например, вторичной батарее. Вторичная обмотка 201 предоставляется, например, в ходовой части транспортного средства. Затем, водитель транспортного средства паркует транспортное средство в месте для парковки таким образом, что вторичная обмотка 201 размещается над первичной обмотки 101, и питание подается из первичной обмотки 101 к вторичной обмотке 201 таким способом, чтобы заряжать вторичную батарею, включенную в нагрузку 72.

[0019] Фиг. 2a и 2b иллюстрируют, при виде сверху a) и при видах в перспективе b), c), первичную обмотку 101 и вторичную обмотку 201, обращенные друг к другу. На фиг. 2a и 2b ось X и ось Y указывают двумерные направления первичной обмотки 101 и вторичной обмотки 201, и ось Z указывает их направление высоты. В этой связи и первичная обмотка 101, и вторичная обмотка 201 имеют идентичную круглую форму для целей описания; тем не менее, в варианте осуществления, не требуется, чтобы первичная обмотка 101 и вторичная обмотка 201 имели круглую форму, и не требуется, чтобы имели идентичную форму.

[0020] Теперь, как проиллюстрировано на фиг. 2a, желательно, чтобы транспортное средство парковалось в месте для парковки таким образом, что вторичная обмотка 201 совпадает с первичной обмоткой 101 в направлениях по оси X и оси Y в качестве двумерных направлений; тем не менее, как проиллюстрировано на фиг. 2b, относительные позиции первичной обмотки 101 и вторичной обмотки 201 могут быть смещены друг от друга в двумерных направлениях, в зависимости от навыков водителя. Кроме того, высота транспортного средства варьируется согласно типу транспортного средства или величине нагрузки, и, следовательно, расстояние между первичной обмоткой 101 и вторичной обмоткой 201 в направлении Z высоты варьируется также согласно высоте транспортного средства.

[0021] Когда питание, подаваемое из источника 6 питания переменного тока высокой частоты к первичной обмотке 101, устанавливается постоянным, эффективность приема питания посредством вторичной обмотки 201 является наибольшей, когда вторичная обмотка 201 находится в позиции, совпадающей с первичной обмоткой 101 (которая соответствует позиции, проиллюстрированной на фиг. 2a), в то время как эффективность является низкой, когда точка центра вторичной обмотки 201 находится на большом расстоянии от точки центра первичной обмотки 101.

[0022] Фиг. 3 иллюстрирует изменение коэффициента связи относительно вторичной обмотки 201 в направлении по оси X (или в направлении по оси Y) и в направлении по оси Z, проиллюстрированных на фиг. 2a и 2b. Как проиллюстрировано на фиг. 3, когда центр первичной обмотки 101 совпадает с центром вторичной обмотки 201, существует небольшая величина потока рассеяния между первичной обмоткой 101 и вторичной обмоткой 201, значение по оси X на фиг. 3 соответствует нулю, и коэффициент κ связи является высоким. Между тем, когда позиции первичной обмотки 101 и вторичной обмотки 201 смещаются относительно друг друга в направлении по оси X, как проиллюстрировано на фиг. 2b в отличие от фиг. 2a, существует большая величина потока рассеяния, и коэффициент κ связи является низким, как проиллюстрировано на фиг. 3. Кроме того, когда существует большая величина смещения первичной обмотки 101 и вторичной обмотки 201 относительно друг друга в направлении по оси Z (или по высоте), коэффициент κ связи является низким.

[0023] Фиг. 4 является графиком, иллюстрирующим характеристику коэффициента связи относительно расстояния (L) между первичной обмоткой 101 и вторичной обмоткой 201. Следует отметить, что расстояние (L) представляется посредством уравнения (1).

[0024]

Как проиллюстрировано на фиг. 4, увеличение расстояния (L) приводит к увеличению величины потока рассеяния, и, следовательно, к снижению коэффициента (κ) связи.

[0025] В этой связи, в традиционном устройстве бесконтактной подачи питания, коэффициент связи устанавливается равным фиксированному значению, и схемная конструкция подготавливается для участка бесконтактной подачи питания. Следовательно, как описано выше, когда варьируется коэффициент (κ) связи посредством смещения относительных позиций катушек в участке подачи питания друг от друга, возникает существенное изменение входного импеданса схемы подачи питания, включающей в себя бесконтактные катушки при просмотре с выходной стороны источника питания переменного тока. Здесь, приводится описание со ссылкой на фиг. 5a относительно изменения характеристики импеданса относительно коэффициента (κ) связи в традиционном устройстве бесконтактной подачи питания. Фиг. 5a является графиком, иллюстрирующим характеристику абсолютного значения входного импеданса относительно коэффициента (κ) связи в традиционном устройстве бесконтактной подачи питания. В этой связи, входной импеданс является импедансом при просмотре с выходной стороны источника питания переменного тока и является импедансом на частоте составляющей основной волны источника питания переменного тока. График a указывает характеристику схемы (в дальнейшем называемой традиционной схемой a), в которой конденсатор спроектирован с возможностью подстройки с использованием предварительно определенного коэффициента связи, раскрытой в публикации заявки на патент (Япония) номер 2010-40699, и график b указывает характеристику схемы (в дальнейшем называемой традиционной схемой b), в которой конденсатор спроектирован с возможностью подстройки с использованием предварительно определенного коэффициента связи, раскрытой в публикации заявки на патент (Япония) номер 2007-534289.

[0026] Как указано посредством графика a на фиг. 5a, в традиционной схеме a абсолютное значение входного импеданса является высоким, когда коэффициент связи является низким, в то время как абсолютное значение входного импеданса становится более низким по мере того, как коэффициент связи становится более высоким. Кроме того, как указано посредством графика b, в традиционной схеме b абсолютное значение входного импеданса является высоким, когда коэффициент связи является низким, в то время как абсолютное значение входного импеданса становится более низким по мере того, как коэффициент связи становится более высоким. Другими словами, схемная конструкция подготавливается для традиционной схемы a и традиционной схемы b при условии, что коэффициент связи между катушками в качестве участка бесконтактной подачи питания является постоянным, и, следовательно, изменение коэффициента связи приводит к существенному изменению входного импеданса схемы передачи питания. В этой связи, график c указывает абсолютное значение импеданса источника питания переменного тока, подробности которого описываются ниже.

[0027] Как указано посредством графика a на фиг. 5b, в традиционной схеме a абсолютное значение входного импеданса является высоким, когда эквивалентное нагрузочное сопротивление является низким, в то время как абсолютное значение входного импеданса становится более низким по мере того, как эквивалентное нагрузочное сопротивление становится более высоким. Кроме того, как указано посредством графика b, в традиционной схеме b абсолютное значение импеданса является высоким, когда эквивалентное нагрузочное сопротивление является низким, в то время как абсолютное значение импеданса становится более низким по мере того, как эквивалентное нагрузочное сопротивление становится более высоким. Другими словами, в традиционной схеме a и в традиционной схеме b изменение эквивалентного нагрузочного сопротивления приводит к существенному изменению входного импеданса схемы передачи питания. В этой связи, график c указывает абсолютное значение импеданса источника питания переменного тока, подробности которого описываются ниже.

[0028] Далее приводится описание со ссылкой на фиг. 5c относительно изменения коэффициента мощности, вовлекаемого в изменение коэффициента связи в традиционной схеме a и в традиционной схеме b. Фиг. 5c иллюстрирует характеристику коэффициента мощности относительно коэффициента (κ) связи в традиционных схемах a и b. В этой связи, коэффициент (cosθ) мощности является значением косинуса разности фаз (θ) между входным напряжением и входным током, который источник питания переменного тока вводит в схему подачи питания. Как указано посредством графика a на фиг. 5c, в традиционной схеме a коэффициент мощности является высоким, когда коэффициент связи является высоким, в то время как коэффициент мощности становится низким, когда коэффициент связи становится низким.

Между тем, как указано посредством графика b на фиг. 5c, в традиционной схеме b коэффициент мощности остается высоким относительно изменения коэффициента связи.

[0029] Далее приводится описание со ссылкой на фиг. 6 относительно соотношения между импедансом (Zc) источника питания переменного тока и входным импедансом (Z_{in_c}) схемы передачи питания, включающей в себя бесконтактные катушки. Фиг. 6 является принципиальной схемой эквивалентной схемы на первичной стороне устройства бесконтактной подачи питания. Источник 601 питания переменного тока является источником питания переменного тока, предоставляемым на первичной стороне устройства бесконтактной подачи питания, и подает питание переменного тока к катушке на первичной стороне. Vc указывает напряжение переменного тока источника 601 питания переменного тока, а Ic указывает переменный ток, выведенный посредством источника 601 питания переменного тока. Импеданс 602 является входным импедансом (Z_{in_c}) схемы передачи питания, включающей в себя бесконтактные катушки. Номинальные значения источника 601 питания переменного тока являются предварительно определенными, и, например, предполагается, что максимальное напряжение источника 601 питания переменного тока составляет 300 [В], его максимальный ток составляет 30 [А], а его максимальная мощность составляет 9 [кВт].

[0030] Далее приводится описание относительно случая, в котором входной импеданс (Z_{in_c}) импеданса 602 составляет 1 [Ω]. Когда напряжение 300 [В] в качестве максимального напряжения источника питания переменного тока прикладывается к импедансу 602, ток в 300 [А] протекает через схему подачи питания в качестве импеданса 602. Тем не менее, максимальный ток источника 601 питания переменного тока составляет 30 [А], и, таким образом, ток, протекающий через схему подачи питания, составляет 30 [А], и напряжение схемы передачи питания составляет 30 [В]. Следовательно, мощность, подаваемая к схеме подачи питания в качестве импеданса 602, составляет 900 [Вт], и максимальная мощность источника 601 питания переменного тока не может подаваться к схеме подачи питания.

[0031] Кроме того, приводится описание относительно случая, в котором входной импеданс (Z_{in_c}) импеданса 602 составляет 100 [Ω]. Когда напряжение 300 [В] в качестве максимального напряжения источника питания переменного тока прикладывается к импедансу 602, ток в 3 [А] протекает через схему подачи питания в качестве импеданса 602. Хотя максимальный ток источника 601 питания переменного тока составляет 30 A, входной импеданс (Z_{in_c}) является высоким, и тем самым ток, протекающий через схему подачи питания, составляет 3 [А]. Затем, напряжение схемы передачи питания составляет 300 [В]. Следовательно, мощность, подаваемая к схеме подачи питания в качестве импеданса 602, составляет 900 [Вт], и максимальная мощность источника 601 питания переменного тока не может подаваться к схеме подачи питания.

[0032] Кроме того, приводится описание относительно случая, в котором входной импеданс (Z_{in_c}) импеданса 602 составляет 10 [Ω]. Когда напряжение 300 [В] в качестве максимального напряжения источника питания переменного тока прикладывается к импедансу 602, ток в 30 [А] протекает через схему подачи питания в качестве импеданса 602, и максимальный ток источника 601 питания переменного тока протекает через схему подачи питания. Следовательно, мощность, подаваемая к схеме подачи питания в качестве импеданса 602, составляет 900 [Вт], и максимальная мощность источника 601 питания переменного тока может подаваться к схеме подачи питания.

[0033] Другими словами, когда входной импеданс (Z_{in_c}) импеданса 602 варьируется относительно импеданса источника 601 питания переменного тока, максимальная мощность источника 601 питания переменного тока не может быть эффективно подана к схеме подачи питания. Затем, как проиллюстрировано на фиг. 5a, входной импеданс традиционных схем a и b значительно варьируется относительно импеданса источника питания переменного тока (см. график c), и, следовательно, максимальная мощность источника 601 питания переменного тока не может быть эффективно подана к схеме подачи питания.

[0034] Кроме того, как описано ниже, необходимо, чтобы коэффициент мощности cos(θ) поддерживался равным высокому значению, чтобы предотвращать потерю мощности, когда схема подачи питания подает мощность к нагрузке. Как проиллюстрировано на фиг. 5c, в традиционной схеме a, коэффициент мощности снижается, когда варьируется коэффициент связи, и, следовательно, потери мощности, поданной к нагрузке, становятся выше в устройстве бесконтактной подачи питания с использованием традиционной схемы a в качестве схемы передачи питания.

[0035] Следовательно, в устройстве бесконтактной подачи питания по варианту осуществления, состояния для абсолютной величины индуктивности первичной обмотки 101 и вторичной обмотки 201 и абсолютной величины емкости конденсаторов 102, 103, 202, 203 устанавливаются таким образом, что характеристика импеданса только первичной стороны при просмотре с выходной стороны схемы 6 источника питания переменного тока высокой частоты и характеристика импеданса только вторичной стороны при просмотре со стороны блока 7 нагрузки, которая должна быть соединена со вторичной обмоткой 201, являются такими характеристиками, как задано ниже, и в силу этого, в условиях, в которых варьируется состояние связи, подавляется изменение входного импеданса при просмотре с выходной стороны схемы 6 источника питания переменного тока высокой частоты, а также практически до нуля сбрасывается фаза входного импеданса.

[0036] Во-первых, приводится описание относительно импеданса (Z1) и импеданса (Z2) в устройстве бесконтактной подачи питания по варианту осуществления. Как проиллюстрировано на фиг. 7a, импеданс (Z1) является импедансом только первичной стороны при просмотре со стороны источника 6 питания переменного тока высокой частоты (или стороны передачи питания), с коэффициентом связи, установленным равным нулю, в схеме, проиллюстрированной на фиг. 1. Кроме того, как проиллюстрировано на фиг. 7b, импеданс (Z2) является импедансом только вторичной стороны при просмотре со стороны нагрузочного блока 7 (или стороны приема питания), с коэффициентом связи, установленным равным нулю, в схеме, проиллюстрированной на фиг. 1. Фиг. 7a является принципиальной схемой для помощи при пояснении импеданса (Z1), иллюстрирующей схему только на первичной стороне блока 5 бесконтактной подачи питания, а фиг. 7b является принципиальной схемой для помощи при пояснении импеданса (Z2), иллюстрирующей схему только на вторичной стороне блока 5 бесконтактной подачи питания.

[0037] В этой связи, как проиллюстрировано на фиг. 7a и 7b, C_1s обозначает электрическую емкость конденсатора 102; C_1p - электрическую емкость конденсатора 103; L₁ - индуктивность первичной обмотки 101; C_2p - электрическую емкость конденсатора 202; C_2s - электрическую емкость конденсатора 203 и L₂ - индуктивность вторичной обмотки 201.

[0038] В устройстве бесконтактной подачи питания по варианту осуществления характеристики абсолютных значений импеданса (Z1) и импеданса (Z2) имеют характеристики, проиллюстрированные на фиг. 8a и 8b, соответственно. Фиг. 8a является графиком, иллюстрирующим характеристику абсолютного значения и фазовую характеристику (φ) импеданса (Z1) относительно частоты, а фиг. 8b является графиком, иллюстрирующим характеристику абсолютного значения и фазовую характеристику (φ) импеданса (Z2) относительно частоты.

[0039] В частности, как проиллюстрировано на фиг. 8a, характеристика абсолютного значения импеданса (Z₁) имеет частоту (f₀) составляющей основной волны схемы 6 источника питания переменного тока высокой частоты, расположенную между частотой (f_1A), при которой существует локальный минимум (Z_MIN), и частотой (f_1B), при которой существует локальный максимум (Z_MAX). Из резонансных частот импеданса (Z1) частота (f_1A) является частотой, которая является ближайшей к частоте (f₀), и из резонансных частот импеданса (Z1) частота (f_1B) является частотой, которая является ближайшей к частоте (f₀). Кроме того, частота (f_1B) выше частоты (f_1A). Другими словами, характеристика импеданса (Z1) является такой характеристикой, что частота (f₀) находится между частотой (f_1A) локального минимума (Z_MIN) и частотой (f_1B) локального максимума (Z_MAX).

[0040] Как проиллюстрировано на фиг. 8b, характеристика абсолютного значения импеданса (Z2) имеет частоту (f₀) составляющей основной волны схемы 6 источника питания переменного тока высокой частоты, расположенную между частотой (f_2A), при которой существует локальный минимум (Z_MIN), и частотой (f_2B), при которой существует локальный максимум (Z_MAX). Из резонансных частот импеданса (Z2) частота (f_2A) является частотой, которая является ближайшей к частоте (f₀), и из резонансных частот импеданса (Z2) частота (f_2B) является частотой, которая является ближайшей к частоте (f₀). Кроме того, частота (f_2B) выше частоты (f_2A). Другими словами, характеристика импеданса (Z2) является такой характеристикой, что частота (f₀) находится между частотой (f_2A) локального минимума (Z_MIN) и частотой (f_2B) локального максимума (Z_MAX).

[0041] Далее приводится описание относительно электрической емкости конденсаторов 102, 103, 202, 203 и индуктивности первичной обмотки 101 и вторичной обмотки 201 в варианте осуществления.

[0042] Резонансная частота (f_1A) и резонансная частота (f_1B) импеданса (Z1) представляются посредством уравнения (2) и уравнения (3), соответственно, на основе схемы, проиллюстрированной на фиг. 7a.

[0043]

[0044]

Затем, как проиллюстрировано на фиг. 8a, следующее соотношение устанавливается для частоты (f_1A) и частоты (f_1B), представленных посредством уравнения (2) и уравнения (3), соответственно: f_1A<f₀<f_1B. Соотношение соответствует тому факту, что резонансная частота (f_1B) резонансной системы, сформированной из L₁ и C_1p, устанавливается выше частоты (f₀), и резонансная частота (f_1A) резонансной системы, сформированной из L₁ и (C_1p+C_1s), устанавливается ниже частоты (f₀).

[0045] Резонансная частота (f_2A) и резонансная частота (f_2B) импеданса (Z2) представляются посредством уравнения (4) и уравнения (5), соответственно, на основе схемы, проиллюстрированной на фиг. 7b.

[0046]

[0047]

Затем, как проиллюстрировано на фиг. 8b, следующее соотношение устанавливается для частоты (f_2A) и частоты (f_2B), представленных посредством уравнения (4) и уравнения (5), соответственно: f_2A<f₀<f_2B. Соотношение соответствует тому факту, что резонансная частота (f_2B) резонансной системы, сформированной из L₂ и C_2p, устанавливается выше частоты (f₀), и резонансная частота (f_2A) резонансной системы, сформированной из L₂ и (C_2p+C_2s), устанавливается ниже частоты (f₀).

[0048] Другими словами, индуктивность (L₁), электрическая емкость (C_1p), электрическая емкость (C_1s), индуктивность (L₂), электрическая емкость (C_2p) и электрическая емкость (C_2s) устанавливаются таким образом, что удовлетворяются следующие соотношения для частоты (f₀) составляющей основной волны схемы 6 источника питания переменного тока высокой частоты: f_1A<f₀<f_1B и f_2A<f₀<f_2B; и тем самым, могут получаться характеристика импеданса (Z1) и характеристика импеданса (Z2), проиллюстрированные на фиг. 8.

[0049] В варианте осуществления, дополнительно, резонансные частоты (f_1A, f_1B, f_2A, f_2B) и частота (f₀) составляющей основной волны схемы 6 источника питания переменного тока высокой частоты удовлетворяют состоянию, представленному посредством уравнения (6).

[0050]

Другими словами, полоса частот между частотой (f_1A) и частотой (f_1B) находится в полосе частот между частотой (f_2A) и частотой (f_2B).

[0051] Далее приводится описание со ссылкой на фиг. 9a и 9b относительно характеристики абсолютного значения и фазовой характеристики (φ) входного импеданса (Z_in) устройства бесконтактной подачи питания по варианту осуществления. Фиг. 9a иллюстрирует характеристику абсолютного значения входного импеданса (Z_in) относительно частоты, а фиг. 9b иллюстрирует фазовую характеристику (φ) входного импеданса (Z_in) относительно частоты. κ₁-κ₄ указывают коэффициенты связи, и κ₁ указывает наименьший коэффициент связи, а κ₄ указывает наибольший коэффициент связи. Входной импеданс (Z_in) указывает входной импеданс блока 5 бесконтактной подачи питания при просмотре с выходной стороны схемы 6 источника питания переменного тока высокой частоты.

[0052] Как проиллюстрировано на фиг. 9a, когда варьируется коэффициент (κ) связи в диапазоне κ₁-κ₄, абсолютное значение входного импеданса (Z_in) относительно частоты (f₀) составляющей основной волны схемы 6 источника питания переменного тока высокой частоты является абсолютным значением (|Z_{in_s}|). В частности, когда варьируется коэффициент (κ) связи в диапазоне κ₁-κ₄ посредством смещения позиции вторичной обмотки 201 относительно позиции первичной обмотки 101, абсолютное значение (|Z_{in_s}|) входного импеданса остается постоянным, или абсолютное значение (|Z_{in_s}|) входного импеданса варьируется в узком диапазоне варьирования, и, следовательно, подавляется изменение входного импеданса (Z_in) относительно частоты (f₀). Таким образом, в варианте осуществления, импеданс (Z1) и импеданс (Z2) имеют характеристики, проиллюстрированные на фиг. 7a и 7b, и тем самым может подавляться изменение абсолютного значения входного импеданса (Z_in) относительно частоты (f₀), когда варьируется коэффициент связи. В этой связи, когда варьируется коэффициент (κ) связи в диапазоне κ₁-κ₄, абсолютное значение входного импеданса (Z_in) относительно частоты (f₀) не должно оставаться постоянным на уровне абсолютного значения (|Z_{in_s}|), как проиллюстрировано на фиг.9a, а может варьироваться около абсолютного значения (|Z_{in_s}|).

[0053] Кроме того, как проиллюстрировано на фиг. 9b, когда варьируется коэффициент (κ) связи в диапазоне κ₁-κ₄, фаза входного импеданса (Z_in) относительно частоты (f₀) составляющей основной волны схемы 6 источника питания переменного тока высокой частоты варьируется около нуля. Когда фаза входного импеданса (Z_in) относительно частоты (f₀) варьируется около нуля относительно изменения коэффициента связи, коэффициент мощности может поддерживаться равным около 1, и, таким образом, может подавляться потеря мощности в блоке 5 бесконтактной подачи питания, так что питание может быть эффективно подано к нагрузочному блоку 7.

[0054] Далее приводится описание со ссылкой на фиг. 10a-10c относительно траекторий полюсов и нулевых точек входного импеданса (Z_in). Фиг. 10a иллюстрирует эквивалентную схему блока 5 бесконтактной подачи питания и нагрузочного блока 7, фиг. 10b иллюстрирует траектории полюсов и нулевые точки входного импеданса (Z_in), когда варьируется коэффициент (κ) связи, а фиг. 10c иллюстрирует траектории полюсов и нулевые точки входного импеданса (Z_in), когда варьируется эквивалентное нагрузочное сопротивление (R).

[0055] Когда нагрузочный блок 7 заменяется посредством эквивалентного нагрузочного сопротивления 701 (R), эквивалентная схема блока 5 бесконтактной подачи питания и нагрузочного блока 7 представляется посредством схемы, проиллюстрированной на фиг. 10a. Эквивалентное нагрузочное сопротивление 701 (R) включает в себя сопротивление батареи (не проиллюстрирована), включенной в нагрузку 72, и значение сопротивления батареи варьируется согласно состоянию заряда (SOC) батареи. Следовательно, значение сопротивления эквивалентного нагрузочного сопротивления 701 (R) не всегда остается постоянным, а варьируется согласно состоянию батареи и т.п. Характеристика (Z_in) входного импеданса при просмотре с выходной стороны схемы 6 источника питания переменного тока высокой частоты, как выражается с точки зрения оператора(ов) Лапласа, представляется посредством уравнения (7), на основе эквивалентной схемы, проиллюстрированной на фиг. 10a.

[0056]

Z_in, представленный посредством уравнения (7), представляется посредством уравнения (8) посредством проведения характерной аппроксимации к корню, имеющей большое влияние на характеристики схемы.

[0057]

В вышеприведенном уравнении A обозначает коэффициент, сформированный из параметров схемы; λ1, λ2 - полюса и γ1, γ2 - нулевые точки.

[0058] Затем, когда коэффициент (κ) связи увеличивается от окрестности нуля, полюса и нулевые точки описывают траектории, как проиллюстрировано на фиг. 10b. Следует отметить, что полюс 1, проиллюстрированный на фиг. 10b, указывает полюс ближайшего значения к стороне мнимой оси (хотя не содержит нуль) из полюсов в уравнении (8), что полюс 2 указывает полюс второго ближайшего значения к стороне мнимой оси из полюсов в уравнении (8) и что нулевая точка указывает нулевую точку ближайшего значения к стороне мнимой оси из нулевых точек в уравнении (8). Кроме того, пунктирные стрелки указывают направления траекторий полюса 1, полюса 2 и нулевой точки, когда коэффициент (κ) связи дискретно увеличивается. Как проиллюстрировано на фиг. 10b, полюс 1 и нулевая точка описывают траектории, которые являются симметричными относительно короткой пунктирной линии, при отдалении от мнимой оси по мере того, как увеличивается коэффициент (κ) связи. Короткая пунктирная линия указывает прямую линию, на которой точки возбуждения рассматриваются в качестве мнимых значений, и точка возбуждения (или мнимое значение точки) имеет значение (2πf₀), соответствующее частоте составляющей основной волны. Другими словами, полюс 1 и нулевая точка образуют траектории, которые являются симметричными относительно мнимого значения (2πf₀) на мнимой оси по мере того, как увеличивается коэффициент (κ) связи. В силу этого, когда варьируется коэффициент (κ) связи, расстояние от точки возбуждения до каждого из полюсов 1 становится равным расстоянию от точки возбуждения до нулевой точки, соответствующей каждому из полюсов 1, и, таким образом, может подавляться изменение характеристики (Z_in) входного импеданса, вовлеченной в изменение коэффициента (κ) связи.

[0059] Кроме того, полюс 2 образует траекторию, которая приближается к полюсу 1 или мнимой оси по мере того, как увеличивается коэффициент (κ) связи. Другими словами, в варианте осуществления присутствуют полюс 1, который отдаляется от мнимой оси по мере того, как увеличивается коэффициент (κ) связи, и полюс 2, который приближается к мнимой оси по мере того, как увеличивается коэффициент (κ) связи, и полюс 1 и полюс 2 образуют траектории в противоположных направлениях. Такая характеристика обеспечивает подавление варьирования фазы, вовлекаемой в изменение коэффициента (κ) связи, тем самым поддерживая коэффициент мощности, и, следовательно, предотвращая потери мощности.

[0060] Кроме того, когда эквивалентное нагрузочное сопротивление (R) увеличивается от окрестности нуля, полюса и нулевые точки описывают траектории, как проиллюстрировано на фиг. 10c. Следует отметить, что полюс 1, проиллюстрированный на фиг. 10c, указывает полюс ближайшего значения к стороне мнимой оси (хотя не содержит нуль) из полюсов в уравнении (8), что полюс 2 указывает полюс второго ближайшего значения к стороне мнимой оси из полюсов в уравнении (8) и что нулевая точка указывает нулевую точку ближайшего значения к стороне мнимой оси из нулевых точек в уравнении (8). Кроме того, пунктирные стрелки указывают направления траекторий полюса 1, полюса 2 и нулевой точки, когда эквивалентное нагрузочное сопротивление (R) дискретно увеличивается. Как проиллюстрировано на фиг. 10c, полюс 1 и нулевая точка описывают траектории, которые являются симметричными относительно короткой пунктирной линии, при отдалении от мнимой оси по мере того, как увеличивается коэффициент (κ) связи. Короткая пунктирная линия указывает прямую линию, на которой точки возбуждения рассматриваются в качестве мнимых значений, и точка возбуждения (или мнимое значение точки) имеет значение (2πf₀), соответствующее частоте составляющей основной волны. Другими словами, полюс 1 и нулевая точка образуют траектории, которые являются симметричными относительно мнимого значения (2πf₀) на мнимой оси по мере того, как увеличивается эквивалентное нагрузочное сопротивление (R). В силу этого, когда варьируется эквивалентное нагрузочное сопротивление (R), расстояние от точки возбуждения до каждого из полюсов 1 становится равным расстоянию от точки возбуждения до нулевой точки, соответствующей каждому из полюсов 1, и, таким образом, может подавляться изменение характеристики (Z_in) входного импеданса, вовлекаемой в изменение коэффициента (κ) связи.

[0061] Кроме того, полюс 2 образует траекторию, которая приближается к полюсу 1 или мнимой оси по мере того, как увеличивается эквивалентное нагрузочное сопротивление (R). Другими словами, в варианте осуществления, присутствуют полюс 1, который отдаляется от мнимой оси по мере того, как увеличивается коэффициент (κ) связи, и полюс 2, который приближается к мнимой оси по мере того, как увеличивается коэффициент (κ) связи, и полюс 1 и полюс 2 образуют траектории в противоположных направлениях. Такая характеристика обеспечивает подавление варьирования фазы, вовлекаемой в изменение эквивалентного нагрузочного сопротивления (R), тем самым поддерживая коэффициент мощности, и, следовательно, предотвращая потерю мощности.

[0062] Далее приводится описание относительно способа для установки абсолютного значения (|Z_{in_s}|) входного импеданса. Во-первых, приводится описание со ссылкой на фиг. 11a-11c относительно соотношения между характеристикой абсолютного значения импеданса (Z1) и абсолютным значением (|Z_{in_s}|). Фиг. 11a и 11b иллюстрируют характеристику импеданса (Z1) относительно частоты. Фиг. 11c иллюстрирует характеристику абсолютного значения (|Z_{in_s}|) входного импеданса относительно коэффициента связи.

[0063] Полоса (F1) частот устанавливается уже полосы (F2) частот, где F1 указывает полосу частот между частотой (f_1A) локального минимума (Z_MIN) и частотой (f_1B) локального максимума (Z_MAX) (где F₁=f₂-f₁), как проиллюстрировано на фиг. 11a, и F₂ указывает полосу частот между частотой (f_2A) локального минимума (Z_MIN) и частотой (f_2B) локального максимума (Z_MAX) (где F₂=f₂-f₁), как проиллюстрировано на фиг. 11b. В этой связи, частота (f_1A) и частота (f_1B) представляются посредством уравнения (2) и уравнения (3), соответственно. Затем, когда полоса частот устанавливается равной F₁ и варьируется коэффициент (κ) связи, абсолютное значение (|Z_{in_s}|) входного импеданса имеет характеристику, как указано посредством графика x на фиг. 11c. Кроме того, когда полоса частот устанавливается равной F₂ и варьируется коэффициент (κ) связи, абсолютное значение (|Z_{in_s}|) входного импеданса имеет характеристику, как указано посредством графика y на фиг. 11c. Другими словами, когда полоса частот Z_in между частотой локального максимума и частотой локального минимума устанавливается узкой, абсолютное значение (|Z_{in_s}|) входного импеданса становится высоким, в то время как, когда полоса частот устанавливается широкой, абсолютное значение (|Z_{in_s}|) входного импеданса становится низким. Следовательно, в варианте осуществления, входной импеданс (|Z_{in_s}|) относительно частоты (f₀) может устанавливаться согласно полосе частот Z_in между частотой локального максимума и частотой локального минимума.

[0064] Приводится описание со ссылкой на фиг. 12a и 12b относительно соотношения между абсолютным значением (|Z_{in_s}|) входного импеданса и импедансом блока 6 источника питания переменного тока высокой частоты. Фиг. 12a и 12b иллюстрируют характеристики выходного тока-выходного напряжения блока 6 источника питания переменного тока высокой частоты, и, в качестве примера, фиг. 12a иллюстрирует характеристики, когда выходное напряжение остается постоянным относительно выходного тока, а фиг. 12b иллюстрирует характеристики, когда выходное напряжение варьируется относительно выходного тока. В этой связи, характеристики выходного тока-выходного напряжения блока 6 источника питания переменного тока высокой частоты определяются согласно характеристикам инвертора или охладителя (не проиллюстрирован) и т.п., включенного в блок 6 источника питания переменного тока высокой частоты. Кроме того, каждая из кривых с пунктирными линиями на фиг. 12a и 12b указывает линию постоянной мощности, и линия постоянной мощности имеет идентичное значение мощности.

[0065] Как проиллюстрировано на фиг. 12a, когда выходное напряжение остается постоянным относительно выходного тока, максимальная мощность, которая может подаваться посредством блока 6 источника питания переменного тока высокой частоты, является мощностью, определенной посредством произведения максимального напряжения (V_MAX) и максимального тока (I_MAX). Как описано со ссылкой на фиг. 6, необходимо, чтобы входной импеданс схемы 6 источника питания переменного тока высокой частоты регулировался для импеданса источника 601 питания переменного тока, чтобы блок 6 источника питания переменного тока высокой частоты подавал максимальную мощность. В примере, проиллюстрированном на фиг. 12a, импеданс (Z_M) блока 6 источника питания переменного тока высокой частоты представляет собой V_MAX/I_MAX, который определяется из максимального напряжения (V_MAX) и максимального тока (I_MAX). Затем, входной импеданс (|Z_{in_s}|) относительно частоты (f₀) составляющей основной волны схемы 6 источника питания переменного тока высокой частоты устанавливается равным импедансу (Z_M) блока 6 источника питания переменного тока высокой частоты, и тем самым блок 6 источника питания переменного тока высокой частоты может обеспечивать максимальную мощность к блоку 5 бесконтактной подачи питания.

[0066] Как проиллюстрировано на фиг. 12b, когда выходное напряжение варьируется относительно выходного тока, максимальная мощность, которая может подаваться посредством блока 6 источника питания переменного тока высокой частоты, является мощностью, соответствующей точке пересечения линии наибольшей постоянной мощности и графика вольт-амперной характеристики. Импеданс (Zp) блока 6 источника питания переменного тока высокой частоты представляет собой Vp/Ip, который определяется из напряжения (Vp) и тока (Ip), соответствующих точке пересечения. Затем, входной импеданс (|Z_{in_s}|) относительно частоты (f₀) составляющей основной волны схемы 6 источника питания переменного тока высокой частоты устанавливается равным импедансу (Zp) блока 6 источника питания переменного тока высокой частоты, и тем самым блок 6 источника питания переменного тока высокой частоты может обеспечивать максимальную мощность к блоку 5 бесконтактной подачи питания.

[0067] Другими словами, в варианте осуществления, полоса частот Z_in между частотой локального максимума и частотой локального минимума устанавливается таким образом, что абсолютное значение (|Z_{in_s}|) входного импеданса становится равным значению импеданса, соответствующему максимальной мощности блока 6 источника питания переменного тока высокой частоты. В силу этого мощность, которая может подаваться посредством блока 6 источника питания переменного тока высокой частоты, может быть эффективно подана к блоку 5 бесконтактной подачи питания, и может подавляться потеря мощности между блоком 6 источника питания переменного тока высокой частоты и блоком 5 бесконтактной подачи питания.

[0068] Затем, схема блока 5 бесконтактной подачи питания устанавливается так, как описано выше, и в силу этого абсолютное значение (|Z_{in_s}|) входного импеданса блока 5 бесконтактной подачи питания по варианту осуществления имеет характеристики, как проиллюстрировано на фиг. 13a и 13b. Кроме того, коэффициент мощности блока 5 бесконтактной подачи питания по варианту осуществления имеет характеристику, как проиллюстрировано на фиг. 13c. Фиг. 13a иллюстрирует характеристику абсолютного значения (|Z_{in_s}|) входного импеданса относительно коэффициента (κ) связи, фиг. 13b иллюстрирует характеристику абсолютного значения (|Z_{in_s}|) входного импеданса относительно эквивалентного нагрузочного сопротивления (R), а фиг. 13c иллюстрирует характеристику коэффициента мощности относительно коэффициента (κ) связи. На фиг. 13a и 13b графики a указывают абсолютное значение (|Z_{in_s}|) входного импеданса и графики b указывают абсолютное значение импеданса блока 6 источника питания переменного тока высокой частоты. В этой связи, импеданс блока 6 источника питания переменного тока высокой частоты соответствует импедансу (Z_M) на фиг. 12a и импедансу (Zp) на фиг. 12b. Кроме того, на фиг. 13a, коэффициент (κ) связи варьируется в диапазоне 0,01-0,8, включающем в себя, по меньшей мере, диапазон 0,01-0,5.

[0069] Как проиллюстрировано на фиг. 13a, абсолютное значение входного импеданса (Z_in) остается практически постоянным относительно изменения коэффициента (κ) связи и имеет значение, идентичное значению импеданса блока 6 источника питания переменного тока высокой частоты. Другими словами, даже в условиях, в которых варьируется коэффициент (κ) связи, абсолютное значение входного импеданса (Z_in) относительно частоты (f₀) не варьируется значительно относительно абсолютного значения (|Z_{in_s}|) входного импеданса, и абсолютное значение входного импеданса (Z_in) относительно частоты (f₀) становится равным абсолютному значению импеданса блока 6 источника питания переменного тока высокой частоты, так что может подавляться потеря мощности, которую блок 6 источника питания переменного тока высокой частоты подает к блоку 5 бесконтактной подачи питания.

[0070] Кроме того, как проиллюстрировано на фиг. 13b, абсолютное значение входного импеданса (Z_in) остается практически постоянным относительно изменения эквивалентного нагрузочного сопротивления (R) и имеет значение, идентичное значению импеданса блока 6 источника питания переменного тока высокой частоты. Другими словами, даже в условиях, в которых варьируется эквивалентное нагрузочное сопротивление (R), абсолютное значение входного импеданса (Z_in) относительно частоты (f₀) не варьируется значительно относительно абсолютного значения (|Z_{in_s}|) входного импеданса, и абсолютное значение входного импеданса (Z_in) относительно частоты (f₀) становится равным абсолютному значению импеданса блока 6 источника питания переменного тока высокой частоты, так что может подавляться потеря мощности, которую блок 6 источника питания переменного тока высокой частоты подает к блоку 5 бесконтактной подачи питания.

[0071] Кроме того, как проиллюстрировано на фиг. 13c, коэффициент мощности остается практически постоянным и равным значению около 1 относительно изменения коэффициента (κ) связи. Другими словами, даже в условиях, в которых варьируется коэффициент (κ) связи, коэффициент мощности не варьируется значительно, и коэффициент мощности имеет значение около 1, так что может предотвращаться снижение эффективности подачи питания.

[0072] Кроме того, схема блока 5 бесконтактной подачи питания устанавливается так, как описано выше, и в силу этого, когда варьируется коэффициент связи, можно препятствовать становлению низкой мощности (P_out), которую блок 5 бесконтактной подачи питания выводит к нагрузочному блоку 7. Здесь, ниже приводится описание относительно выходной мощности (P_out) к нагрузочному блоку 7. В устройстве бесконтактной подачи питания, проиллюстрированному на фиг. 1, выходная мощность (P_out) к нагрузочному блоку 7 выражается посредством мощности (P_in) питания, которую блок 6 источника питания переменного тока высокой частоты подает к блоку 5 бесконтактной подачи питания, и мощности (P_LOSS), потерянной в блоке 5 бесконтактной подачи питания, как представлено посредством уравнения (9).

[0073]

При условии, что мощность (P_LOSS), потерянная в блоке 5 бесконтактной подачи питания, является достаточно низкой по сравнению с мощностью (P_in) питания, т.е. P_in>>P_LOSS, выходная мощность (P_out) аппроксимируется по существу равной мощности (P_in) питания. Кроме того, мощность (P_in) питания представляется посредством входного импеданса (Z_in) блока 5 бесконтактной подачи питания при просмотре с выходной стороны блока 6 источника питания переменного тока высокой частоты и разности фаз (φ)между входным напряжением (V_in) и входным током (I_in), при условии, что V_in и I_in указывают входное напряжение и входной ток, соответственно, которые блок 6 источника питания переменного тока высокой частоты вводит в блок 5 бесконтактной подачи питания. Следовательно, уравнение (9) аппроксимируется посредством уравнения (10).

[0074]

В частности, когда входное напряжение (V_in) устанавливается постоянным, коэффициент выходной мощности (cosθ_in/|Z_in|) поддерживается на уровне высокого значения относительно изменения коэффициента связи, и, в силу этого, может быть усилена выходная мощность (P_out) в нагрузочный блок 7. В варианте осуществления, как описано выше, в блоке 5 бесконтактной подачи питания, абсолютное значение (|Z_{in_s}|) входного импеданса устанавливается равным абсолютному значению импеданса блока 6 источника питания переменного тока высокой частоты относительно изменения коэффициента связи, и кроме того, фаза входного импеданса относительно частоты (f₀) варьируется около нуля. В силу этого, в условиях, в которых варьируется коэффициент связи, коэффициент мощности может поддерживаться высоким, в то время как абсолютное значение (|Z_{in_s}|) входного импеданса сохраняется постоянным, и таким образом, коэффициент выходной мощности поддерживается на уровне высокого значения. Как результат, в варианте осуществления, снижение эффективности подачи питания может предотвращаться, даже если варьируется коэффициент связи.

[0075] Приводится описание со ссылкой на фиг. 14(a) относительно характеристики выходной мощности (P_out) к нагрузочному блоку 7, вовлекаемой в изменение коэффициента (κ) связи. Фиг. 14(a) является графиком, иллюстрирующим характеристику выходной мощности (P_out) относительно коэффициента (κ) связи, и график a указывает характеристику, когда традиционная схема a используется в качестве блока 5 бесконтактной подачи питания, график b указывает характеристику, когда традиционная схема b используется в качестве блока 5 бесконтактной подачи питания, а график c указывает характеристику варианта осуществления. Как проиллюстрировано на фиг. 14(a), устройство бесконтактной подачи питания по варианту осуществления может извлекать более высокую выходную мощность, чем выходная мощность традиционной схемы a и традиционной схемы b, в широком диапазоне варьирования коэффициента (κ) связи.

[0076] Здесь, состояние мощности устанавливается при условии, что когда выходная мощность (P_out) к нагрузочному блоку 7 равна или превышает пороговую мощность (Pc), достаточная мощность заряда может подаваться к батарее, включенной в нагрузку 72. Фиг. 14(b) является схематичным графическим представлением для помощи при пояснении диапазона коэффициента (κ) связи, который удовлетворяет состоянию мощности. На фиг. 14(b) график а представляет диапазон, который удовлетворяет состоянию мощности в традиционной схеме a, график b представляет диапазон, который удовлетворяет состоянию мощности в традиционной схеме b, а график c представляет диапазон, который удовлетворяет состоянию мощности в варианте осуществления.

В этой связи, хотя батарея может быть заряжена, даже если мощность меньше пороговой мощности (Pc) подается к нагрузке 72, время заряда может становиться длительным, и, следовательно, в состоянии мощности по варианту осуществления мощность меньше пороговой мощности (Pc) рассматривается в качестве мощности, которая не удовлетворяет состоянию.

[0077] Как проиллюстрировано на фиг. 14(b), в варианте осуществления, диапазон коэффициента (κ) связи, который удовлетворяет состоянию мощности, является шире диапазонов в традиционной схеме a и в традиционной схеме b. В традиционной схеме a и в традиционной схеме b изменение коэффициента связи приводит к существенному изменению импеданса частоты (f₀). Затем, когда существует большая величина отклонения значения импеданса частоты (f₀) от значения импеданса блока 6 источника питания переменного тока высокой частоты, существуют ограничения, налагаемые посредством максимального напряжения (или номинального напряжения) либо максимального тока (или номинального тока) блока 6 источника питания переменного тока высокой частоты. Следовательно, в традиционной схеме a и в традиционной схеме b диапазон коэффициента (κ) связи, который удовлетворяет состоянию мощности, становится узким. Между тем, в варианте осуществления, подавляется изменение абсолютного значения (|Z_{in_s}|) импеданса частоты (f₀), относящееся к изменению коэффициента связи, и абсолютное значение (|Z_{in_s}|) импеданса частоты (f₀) устанавливается равным абсолютному значению импеданса блока 6 источника питания переменного тока высокой частоты. Следовательно, в варианте осуществления, выходная мощность (P_out) может становиться более высокой, и, следовательно, диапазон коэффициента (κ) связи, который удовлетворяет состоянию мощности, может становиться более широким по сравнению с традиционной схемой a и традиционной схемой b.

[0078] Далее приводится описание со ссылкой на фиг. 15 относительно эффективности (η) мощности. Фиг. 15 является графиком, иллюстрирующим характеристику эффективности (η) относительно коэффициента связи, и график a указывает эффективность традиционной схемы a, график b указывает эффективность традиционной схемы b, а график c указывает эффективность настоящего изобретения. В этой связи, эффективность (η) вычисляется посредством "выходная мощность (P_out)/мощность (P_in) питания×100 (%)".

Как проиллюстрировано на фиг. 15, эффективность (η) варианта осуществления поддерживается около 80% относительно изменения коэффициента (κ) связи. Между тем, в области, в которой коэффициент (κ) связи является низким, эффективность (η) традиционной схемы a и традиционной схемы b ниже 80%. В традиционной схеме a, как проиллюстрировано на фиг. 5c, коэффициент мощности ухудшается в области, в которой коэффициент связи является низким, и, следовательно, снижается эффективность. Кроме того, в традиционной схеме b, как проиллюстрировано на фиг. 5a, значение входного импеданса является небольшим в области, в которой коэффициент связи является низким, и, следовательно, ток является высоким; тем не менее, ограничения по току накладываются посредством номинального тока на стороне источника питания переменного тока, и, следовательно, ток не повышается до значения, равного или превышающего ограниченное значение тока, и входное напряжение также падает, так что снижается эффективность. Между тем, в варианте осуществления, абсолютное значение входного импеданса поддерживается на уровне значения импеданса блока источника питания переменного тока высокой частоты относительно изменения коэффициента связи, и также поддерживается коэффициент мощности, так что вариант осуществления может поддерживать высокую эффективность.

[0079] В варианте осуществления, как описано выше, характеристика абсолютного значения импеданса для импеданса (Z1) относительно частоты имеет частоту (f₀), расположенную между частотой (f_1B), при которой существует локальный максимум (Z_MAX) и которая является ближайшей к частоте (f₀) составляющей основной волны блока 6 источника питания переменного тока высокой частоты, и частотой (f_1A), при которой существует локальный минимум (Z_MIN) и которая является ближайшей к частоте (f₀) составляющей основной волны блока 6 источника питания переменного тока высокой частоты, и характеристика абсолютного значения импеданса для импеданса (Z2) относительно частоты имеет частоту (f₀), расположенную между частотой (f_2B), при которой существует локальный максимум (Z_MAX) и которая является ближайшей к частоте (f₀) составляющей основной волны блока 6 источника питания переменного тока высокой частоты, и частотой (f_2A), при которой существует локальный минимум (Z_MIN) и которая является ближайшей к частоте (f₀) составляющей основной волны блок 6 источника питания переменного тока высокой частоты. В силу этого, когда варьируется коэффициент связи, может подавляться изменение входного импеданса (Z_in) при просмотре со стороны блока 6 источника питания переменного тока высокой частоты, и, таким образом, могут предотвращаться потери мощности, которую блок 6 источника питания переменного тока высокой частоты подает к блоку 5 бесконтактной подачи питания. Кроме того, в варианте осуществления, даже когда варьируется коэффициент связи посредством смещения относительных позиций первичной обмотки 101 и вторичной обмотки 201 друг от друга, может предотвращаться потери мощности питания к блоку 5 бесконтактной подачи питания. Кроме того, когда варьируется коэффициент связи, фаза входного импеданса (Z_in) при просмотре со стороны блока 6 источника питания переменного тока высокой частоты может варьироваться около нуля, и, таким образом, коэффициент мощности может поддерживаться высоким, так что могут подавляться потери мощности (т.е. потери в источнике питания или потери в обмотке) в блоке 5 бесконтактной подачи питания. Как результат, может быть увеличено расстояние передачи питания, соответствующее расстоянию между первичной обмоткой 101 и вторичной обмоткой 201.

[0080] Кроме того, в настоящем изобретении, электрическая емкость (C_1s), электрическая емкость (C_1p), индуктивность (L₁), индуктивность (L₂), электрическая емкость (C_2p) и электрическая емкость (C_2s) устанавливаются таким образом, что удовлетворяются следующие соотношения: f_1A<f₀<f_1B и f_2A<f₀<f_2B. В силу этого, когда варьируется коэффициент связи, может подавляться изменение входного импеданса (Z_in) при просмотре со стороны блока 6 источника питания переменного тока высокой частоты и, таким образом, могут предотвращаться потери мощности, которую блок 6 источника питания переменного тока высокой частоты подает к блоку 5 бесконтактной подачи питания. Кроме того, в варианте осуществления, даже когда варьируется коэффициент связи посредством смещения относительных позиций первичной обмотки 101 и вторичной обмотки 201 друг от друга, коэффициент мощности может поддерживаться высоким, и, таким образом, могут предотвращаться потери мощности подачи питания к блоку 5 бесконтактной подачи питания, так что может быть увеличено расстояние передачи питания, соответствующее расстоянию между первичной обмоткой 101 и вторичной обмоткой 201.

[0081] Кроме того, в настоящем изобретении, электрическая емкость (C_1s), электрическая емкость (C_1p), индуктивность (L₁), индуктивность (L₂), электрическая емкость (C_2p) и электрическая емкость (C_2s) устанавливаются таким образом, что следующее соотношение удовлетворяется: f_1A<f_2A<f₀<f_2B<f_1B. В силу этого, когда варьируется коэффициент связи, может подавляться изменение входного импеданса (Z_in) при просмотре со стороны блока 6 источника питания переменного тока высокой частоты, и, таким образом, могут предотвращаться потери мощности, которую блок 6 источника питания переменного тока высокой частоты подает к блоку 5 бесконтактной подачи питания. Кроме того, в варианте осуществления, даже когда варьируется коэффициент связи посредством смещения относительных позиций первичной обмотки 101 и вторичной обмотки 201 друг от друга, коэффициент мощности может поддерживаться высоким, и таким образом, могут предотвращаться потери мощности передачи к блоку 5 бесконтактной подачи питания, так что может быть увеличено расстояние передачи питания, соответствующее расстоянию между первичной обмоткой 101 и вторичной обмоткой 201.

[0082] Кроме того, в варианте осуществления, абсолютное значение (|Z_{in_s}|) входного импеданса относительно частоты (f₀) составляющей основной волны блока 6 источника питания переменного тока высокой частоты устанавливается согласно значению импеданса блока 6 источника питания переменного тока высокой частоты. В силу этого, абсолютное значение (|Z_{in_s}|) входного импеданса относительно частоты (f₀) может устанавливаться равным значению импеданса блока 6 источника питания переменного тока высокой частоты, и, таким образом, даже когда варьируется коэффициент связи, максимальная мощность, которая может выводиться посредством блока 6 источника питания переменного тока высокой частоты, может подаваться к блоку 5 бесконтактной подачи питания.

[0083] Кроме того, в варианте осуществления, когда коэффициент связи между первичной обмоткой 101 и вторичной обмоткой 201 варьируется в диапазоне 0,01-0,5 включительно, абсолютное значение (|Z_{in_s}|) входного импеданса относительно частоты (f₀) варьируется около значения импеданса блока 6 источника питания переменного тока высокой частоты. В силу этого, в варианте осуществления, даже когда варьируется коэффициент связи, максимальная мощность, которая может выводиться посредством блока 6 источника питания переменного тока высокой частоты, может подаваться к блоку 5 бесконтактной подачи питания.

[0084] Кроме того, в варианте осуществления, когда характеристика входного импеданса (Z_in) блока 5 бесконтактной подачи питания при просмотре со стороны блока 6 источника питания переменного тока высокой частоты представляется в комплексной плоскости, полюс 1 и нулевая точка, которые являются ближайшими к мнимой оси, образуют траектории, которые являются симметричными относительно значения (2πf₀), соответствующего частоте (f₀), на мнимой оси по мере того, как увеличивается коэффициент связи, и полюс 2, который является вторым ближайшим к мнимой оси, приближается к полюсу 1 по мере того, как увеличивается коэффициент связи. В силу этого, когда варьируется коэффициент (κ) связи, расстояние от точки, указывающей мнимое значение (2πf₀) на мнимой оси, до полюса становится равным расстоянию от точки, указывающей мнимое значение (2πf₀) на мнимой оси, до нулевой точки, и таким образом, может подавляться изменение характеристики (Z_in) входного импеданса, вовлекаемой в изменение коэффициента (κ) связи. Кроме того, полюс 1 и полюс 2 образуют траектории в противоположных направлениях, что, в свою очередь, обеспечивает подавление варьирования фазы и тем самым поддержание коэффициента мощности. Как результат, в варианте осуществления, могут предотвращаться потери мощности.

[0085] Кроме того, в варианте осуществления, разность в частоте между частотой (f_1A) и частотой (f_1B), представленными посредством уравнения (2) и уравнения (3), соответственно, устанавливается согласно импедансу блока 6 источника питания переменного тока высокой частоты. Другими словами, разность в частоте между частотой (f_1A) и частотой (f_1B) устанавливается таким образом, что абсолютное значение (|Z_{in_s}|) входного импеданса относительно частоты (f₀) становится равным импедансу блока 6 источника питания переменного тока высокой частоты, и, таким образом, даже когда варьируется коэффициент связи, максимальная мощность, которая может выводиться посредством блока 6 источника питания переменного тока высокой частоты, может подаваться к блоку 5 бесконтактной подачи питания.

[0086] В этой связи, абсолютное значение (|Z_{in_s}|) входного импеданса не обязательно должно устанавливаться равным фиксированному значению относительно изменения коэффициента (κ) связи, а может варьироваться в предварительно определенном диапазоне, в котором находится фиксированное значение. В частности, подойдет любое значение при условии, что, как проиллюстрировано на фиг. 9a, когда характеристика абсолютного значения импеданса представляется относительно изменения коэффициента (κ) связи, изменение абсолютного значения импеданса на частоте (f₀) может подавляться по сравнению с изменением абсолютного значения в любой полосе частот, отличной от частоты (f₀).

[0087] Кроме того, необязательно, чтобы абсолютное значение (|Z_{in_s}|) входного импеданса относительно частоты (f₀) устанавливалось равным значению импеданса блока 6 источника питания переменного тока высокой частоты по всему диапазону варьирования коэффициентов связи. Подойдет любое значение при условии, что, как проиллюстрировано на фиг. 13a, абсолютное значение (|Z_{in_s}|) входного импеданса демонстрирует такую характеристику, что абсолютное значение (|Z_{in_s}|) находится около значения импеданса блока 6 источника питания переменного тока высокой частоты в диапазоне варьирования коэффициентов связи.

[0088] Кроме того, в варианте осуществления, не обязательно требуется, чтобы удовлетворялось состояние, представленное посредством уравнения (6), и полоса частот между частотой (v) и частотой (f_1B) и полоса частот между частотой (f_2A) и частотой (f_2B) могут перекрывать друг друга, по меньшей мере, в участке полос частот.

[0089] В этой связи, конденсатор 102 варианта осуществления соответствует "первому конденсатору" настоящего изобретения; конденсатор 103 - "второму конденсатору" настоящего изобретения; конденсатор 203 - "третьему конденсатору" настоящего изобретения; конденсатор 202 - "четвертому конденсатору" настоящего изобретения; блок 5 бесконтактной подачи питания - "схеме подачи питания"; блок 6 источника питания переменного тока высокой частоты - "источнику питания переменного тока"; полюс 1 - "первому полюсу" и полюс 2 - "второму полюсу".

[0090] Второй вариант осуществления

Фиг. 16 является принципиальной схемой блока 5 бесконтактной подачи питания из устройства бесконтактной подачи питания согласно другому варианту осуществления изобретения. Второй вариант осуществления отличается от вышеописанного первого варианта осуществления в отношении позиции соединения конденсатора 102 в схеме подачи питания блока 5 бесконтактной подачи питания. Поскольку другие конфигурации являются идентичными конфигурациям вышеописанного первого варианта осуществления, их описание уже содержится.

[0091] Как проиллюстрировано на фиг. 16, блок 5 схемы подачи питания включает в себя первичную обмотку 101, конденсатор 102, соединенный последовательно с первичной обмоткой 101, и конденсатор 103, соединенный параллельно с первичной обмоткой 101, которые формируют схему подачи питания, и конденсатор 102 соединяется между конденсатором 103 и первичной обмоткой 101. Кроме того, блок 5 схемы подачи питания включает в себя вторичную обмотку 201, конденсатор 202, соединенный параллельно со вторичной обмоткой 201, и конденсатор 203, соединенный параллельно со вторичной обмоткой 201, которые формируют схему приема питания.

[0092] Далее приводится описание со ссылкой на фиг. 17 относительно импеданса (Z1) только первичной стороны при просмотре со стороны источника 6 питания переменного тока высокой частоты (или стороны передачи питания), с коэффициентом связи, установленным равным нулю, в схеме, проиллюстрированной на фиг. 16. Фиг. 17 иллюстрирует характеристику абсолютного значения и фазовую характеристику (φ) импеданса (Z1) относительно частоты.

[0093] Как проиллюстрировано на фиг. 8a, характеристика импеданса (Z1) согласно первому варианту осуществления состоит в том, что локальный минимум (Z_MIN) существует на низкой частоте (f_1A) и локальный максимум (Z_MAX) существует на высокой частоте (f_1B). Между тем, как проиллюстрировано на фиг. 17, характеристика импеданса (Z1) второго варианта осуществления состоит в том, что локальный максимум (Z_MAX) существует на низкой частоте (f_1A) и локальный минимум (Z_MIN) существует на высокой частоте (f_1B).

[0094] Затем, характеристика абсолютного значения импеданса (Z1) имеет частоту (f₀) составляющей основной волны схемы 6 источника питания переменного тока высокой частоты, расположенную между частотой (f_1A), при которой существует локальный максимум (Z_MAX), и частотой (f_1B), при которой существует локальный минимум (Z_MIN).

[0095] Как описано выше, на стороне передачи питания блока 5 бесконтактной подачи питания второго варианта осуществления, один конец конденсатора 103 может соединяться с точкой соединения между конденсатором 102 и первичной обмоткой 101, как и в случае с первым вариантом осуществления, или конденсатор 102 может соединяться между конденсатором 103 и первичной обмоткой 101, как и в случае со вторым вариантом осуществления. В силу этого, во втором варианте осуществления, когда варьируется коэффициент связи, может подавляться изменение входного импеданса (Z_in) при просмотре со стороны блока 6 источника питания переменного тока высокой частоты, и, таким образом, могут предотвращаться потери мощности, которую блок 6 источника питания переменного тока высокой частоты подает к блоку 5 бесконтактной подачи питания. Кроме того, во втором варианте осуществления, даже когда варьируется коэффициент связи посредством смещения относительных позиций первичной обмотки 101 и вторичной обмотки 201 друг от друга, коэффициент мощности поддерживается высоким, и, таким образом, могут предотвращаться потери мощности питания к блоку 5 бесконтактной подачи питания, так что может быть увеличено расстояние передачи питания, соответствующее расстоянию между первичной обмоткой 101 и вторичной обмоткой 201.

[0096] Третий вариант осуществления

Фиг. 18 является принципиальной схемой блока 5 бесконтактной подачи питания из устройства бесконтактной подачи питания согласно еще одному другому варианту осуществления изобретения. Третий вариант осуществления отличается от вышеописанного первого варианта осуществления тем, что катушка 104 предоставляется в схеме подачи питания блока 5 бесконтактной подачи питания. Поскольку другие конфигурации являются идентичными конфигурациям вышеописанного первого варианта осуществления, их описание уже содержится.

[0097] Как проиллюстрировано на фиг. 17, блок 5 бесконтактной подачи питания включает в себя первичную обмотку 101, конденсатор 102, соединенный последовательно с первичной обмоткой 101, конденсатор 103, соединенный параллельно с первичной обмоткой 101, и катушку 104, которые формируют схему передачи питания, и точка соединения между первичной обмоткой 101 и конденсатором 103 соединяется с одним концом конденсатора 102, а катушка 104 соединяется с другим концом конденсатора 102. Катушка 104 помещается в качестве дроссельной катушки, чтобы подавлять гармоники вывода из блока 6 источника питания переменного тока высокой частоты, или помещается в целях недопущения короткого замыкания и т.п.

[0098] Далее приводится описание со ссылкой на фиг. 19 относительно импеданса (Z₁) только первичной стороны при просмотре со стороны источника 6 питания переменного тока высокой частоты (или стороны передачи питания), с коэффициентом связи, установленным равным нулю, в схеме, проиллюстрированной на фиг. 18. Фиг. 19 иллюстрирует характеристику абсолютного значения импеданса (Z₁) относительно частоты. В третьем варианте осуществления, катушка 104 соединяется с блоком 5 бесконтактной подачи питания, и, таким образом, формируется резонансная система, сформированная из L₁ и (C_1s+C_1p+L_1s), так что резонансная частота (f₃) добавляется к модулю 5 бесконтактной подачи питания первого варианта осуществления. Как проиллюстрировано на фиг. 19, характеристика абсолютного значения импеданса (Z1) имеет частоту (f₀) составляющей основной волны схемы 6 источника питания переменного тока высокой частоты, расположенную между частотой (f_1A), при которой существует локальный минимум (Z_{MIN_1}), и частотой (f_1B), при которой существует локальный максимум (Z_MAX). Из резонансных частот импеданса (Z₁) частота (f_1A) является частотой, соответствующей локальному минимуму, который является ближайшим к частоте (f₀), и из резонансных частот импеданса (Z₁), частота (f_1B) является частотой, соответствующей локальному максимуму, который является ближайшим к частоте (f₀). Кроме того, характеристика абсолютного значения импеданса (Z₁) имеет резонансную частоту (f₃), при которой существует локальный минимум (Z_{MIN_2}) в полосе частот, отличной от полосы частот между частотой (f_1A) и частотой (f_1B). Другими словами, характеристика абсолютного значения импеданса (Z₁) имеет частоту (f₀) и не имеет резонансной частоты (f₃), при которой существует локальный минимум (Z_{MIN_2}) в полосе частот между частотой (f_1A) и частотой (f_1B).

[0099] Как описано выше, на стороне передачи питания блока 5 бесконтактной подачи питания третьего варианта осуществления, катушка 104 может соединяться с конденсатором 102, и подойдет любая конфигурация, по меньшей мере, при условии, что характеристика абсолютного значения импеданса (Z₁) имеет частоту (f₀) составляющей основной волны схемы 6 источника питания переменного тока высокой частоты, расположенную между частотой (f_1A), при которой существует локальный минимум (Z_{MIN_1}), и частотой (f_1B), при которой существует локальный максимум (Z_MAX). В силу этого, в третьем варианте осуществления, когда варьируется коэффициент связи, может подавляться изменение входного импеданса (Z_in) при просмотре со стороны блока 6 источника питания переменного тока высокой частоты, и, таким образом, могут предотвращаться потери мощности, которую блок 6 источника питания переменного тока высокой частоты подает к блоку 5 бесконтактной подачи питания. Кроме того, в третьем варианте осуществления, даже когда варьируется коэффициент связи посредством смещения относительных позиций первичной обмотки 101 и вторичной обмотки 201 друг от друга, коэффициент мощности поддерживается высоким, и, таким образом, могут предотвращаться потери мощности питания к блоку 5 бесконтактной подачи питания, так что может быть увеличено расстояние передачи питания, соответствующее расстоянию между первичной обмоткой 101 и вторичной обмоткой 201.

[0100] В этой связи, в третьем варианте осуществления, может соединяться схемный элемент, отличный от катушки 104, или несколько схемных элементов могут соединяться на стороне передачи питания блока 5 бесконтактной подачи питания, и подойдет любая конфигурация, по меньшей мере, при условии, что характеристика абсолютного значения импеданса (Z1) имеет частоту (f₀) составляющей основной волны схемы 6 источника питания переменного тока высокой частоты, расположенную между частотой (f_1A), при которой существует локальный минимум (Z_{MIN_1}), и частотой (f_1B), при которой существует локальный максимум (Z_MAX).

[0101] Кроме того, в третьем варианте осуществления, на стороне передачи питания блока 5 бесконтактной подачи питания, другие схемные элементы могут соединяться со схемой, проиллюстрированной на фиг. 16, и подойдет любая конфигурация, по меньшей мере, при условии, что характеристика абсолютного значения импеданса (Z1) имеет частоту (f₀) составляющей основной волны схемы 6 источника питания переменного тока высокой частоты, расположенную между частотой (f_1A), при которой существует локальный минимум (Z_{MIN_1}), и частотой (f_1B), при которой существует локальный максимум (Z_MAX).

[0102] Кроме того, в третьем варианте осуществления, другие схемные элементы могут соединяться на стороне приема питания блока 5 бесконтактной подачи питания, и подойдет любая конфигурация, по меньшей мере, при условии, что характеристика абсолютного значения импеданса (Z2) имеет частоту (f₀) составляющей основной волны схемы 6 источника питания переменного тока высокой частоты, расположенную между частотой (f_2A), при которой существует локальный минимум (Z_MIN), и частотой (f_2B), при которой существует локальный максимум (Z_MAX).

Список ссылочных позиций

[0103] 11 - положительный электрод

6 - блок источника питания переменного тока высокой частоты

61 - выпрямитель

61a-61f - диоды

62 - сглаживающий конденсатор

63 - инвертор типа управления по напряжению

63a-63d - переключающие элементы

64 - трехфазный источник питания переменного тока

7 - нагрузочный блок

71 - блок выпрямителя

71a-71d - диоды

72 - нагрузка

5 - блок бесконтактной подачи питания

3 - блок схемы передачи питания

101 - первичная обмотка

102, 103 - конденсаторы

104 - катушка

4 - блок схемы приема питания

201 - вторичная обмотка

202, 203 - конденсаторы

701 - эквивалентное нагрузочное сопротивление

Изобретение относится к бесконтактной подаче питания и включает в себя вторичную обмотку, к которой подается питание из первичной обмотки посредством источника питания переменного тока. Характеристика абсолютного значения импеданса Z1 относительно частоты имеет частоту составляющей основной волны источника питания переменного тока, расположенную между частотой, при которой существует локальный максимум и которая является ближайшей к частоте составляющей основной волны источника питания переменного тока, и частотой, при которой существует локальный минимум и которая является ближайшей к частоте составляющей основной волны. Характеристика абсолютного значения импеданса Z2 относительно частоты имеет частоту составляющей основной волны, расположенную между частотой, при которой существует локальный максимум и которая является ближайшей к частоте составляющей основной волны источника питания переменного тока, и частотой, при которой существует локальный минимум и которая является ближайшей к частоте составляющей основной волны. Здесь Z1 указывает импеданс только первичной стороны при просмотре с выходной стороны источника питания переменного тока, и Z2 указывает импеданс только вторичной стороны при просмотре со стороны нагрузки, которая должна быть соединена со вторичной обмоткой. Технический результат - повышение эффективности подачи питания. 6 з.п. ф-лы, 32 ил.

1. Устройство бесконтактной подачи питания, содержащее вторичную обмотку, к которой подается питание из первичной обмотки посредством источника питания переменного тока, в котором:
характеристика абсолютного значения импеданса Z1 относительно частоты имеет частоту составляющей основной волны источника питания переменного тока, расположенную между частотой, при которой существует локальный максимум и которая является ближайшей к частоте составляющей основной волны источника питания переменного тока, и частотой, при которой существует локальный минимум и которая является ближайшей к частоте составляющей основной волны, и
характеристика абсолютного значения импеданса Z2 относительно частоты имеет частоту составляющей основной волны, расположенную между частотой, при которой существует локальный максимум и которая является ближайшей к частоте составляющей основной волны источника питания переменного тока, и частотой, при которой существует локальный минимум и которая является ближайшей к частоте составляющей основной волны,
при этом Z1 указывает импеданс только первичной стороны при просмотре с выходной стороны источника питания переменного тока и Z2 указывает импеданс только вторичной стороны при просмотре со стороны нагрузки, которая должна быть соединена со вторичной обмоткой.

2. Устройство бесконтактной подачи питания по п.1, в котором:
первый конденсатор соединяется последовательно с первичной обмоткой, второй конденсатор соединяется параллельно с первичной обмоткой, третий конденсатор соединяется последовательно со вторичной обмоткой и четвертый конденсатор соединяется параллельно со вторичной обмоткой, и удовлетворяются следующие соотношения: f_1A<f₀<f_1B и f_2A<f₀<f_2B при условии, что удовлетворяются следующие уравнения:


при этом
C_1s обозначает электрическую емкость первого конденсатора,
C_1p обозначает электрическую емкость второго конденсатора,
L₁ обозначает индуктивность первичной обмотки,
C_2s обозначает электрическую емкость третьего конденсатора,
C_2p обозначает электрическую емкость четвертого конденсатора,
f₀ обозначает частоту составляющей основной волны источника питания переменного тока и
L₂ обозначает индуктивность вторичной обмотки.

3. Устройство бесконтактной подачи питания по п. 2, в котором удовлетворяется следующее соотношение: f_1A≤f_2A<f₀<f_2B≤f_1B.

4. Устройство бесконтактной подачи питания по любому из пп.1-3, в котором абсолютное значение Z_in относительно частоты составляющей основной волны устанавливается согласно значению импеданса источника питания переменного тока, при этом Z_in указывает входной импеданс схемы подачи питания, включающей в себя первичную обмотку и вторичную обмотку при просмотре с выходной стороны источника питания переменного тока.

5. Устройство бесконтактной подачи питания по п.1, в котором, когда коэффициент связи между первичной обмоткой и вторичной обмоткой варьируется в диапазоне 0,01-0,5 включительно, абсолютное значение Z_in относительно частоты составляющей основной волны варьируется около значения импеданса источника питания переменного тока, при этом Z_in указывает входной импеданс схемы подачи питания, включающей в себя первичную обмотку и вторичную обмотку при просмотре с выходной стороны источника питания переменного тока.

6. Устройство бесконтактной подачи питания по п.1, в котором первый конденсатор соединяется последовательно с первичной обмоткой, второй конденсатор соединяется параллельно с первичной обмоткой, третий конденсатор соединяется последовательно со вторичной обмоткой и четвертый конденсатор соединяется параллельно со вторичной обмоткой, и когда характеристика входного импеданса схемы подачи питания, включающей в себя первичную обмотку и вторичную обмотку при просмотре с выходной стороны источника питания переменного тока, представляется в комплексной плоскости, первый полюс и нулевая точка, которые являются ближайшими к мнимой оси, образуют траектории, которые
являются симметричными относительно значения, соответствующего частоте составляющей основной волны на мнимой оси по мере того, как увеличивается коэффициент связи между первичной обмоткой и вторичной обмоткой, и второй полюс, который является вторым ближайшим к мнимой оси, приближается к первому полюсу по мере того, как увеличивается коэффициент связи.

7. Устройство бесконтактной подачи питания по п.1, в котором первый конденсатор соединяется последовательно с первичной обмоткой, второй конденсатор соединяется параллельно с первичной обмоткой, третий конденсатор соединяется последовательно со вторичной обмоткой и четвертый конденсатор соединяется параллельно со вторичной обмоткой, и разность в частоте между f_1A и f_1B во входном импедансе схемы подачи питания, включающей в себя первичную обмотку и вторичную обмотку при просмотре с выходной стороны источника питания переменного тока, устанавливается согласно импедансу источника питания переменного тока, при этом удовлетворяются следующие уравнения:

при этом C_1s обозначает электрическую емкость первого конденсатора, C_1p обозначает электрическую емкость второго конденсатора и L₁ обозначает индуктивность первичной обмотки.