非接觸供電裝置制造方法
【專利摘要】為了得到一種即使在一次側(cè)繞組（5）與二次側(cè)繞組（6）之間的空間上的間隙發(fā)生變化的情況下，也能夠不僅正確地檢測(cè)出一次側(cè)繞組（5）與二次側(cè)繞組（6）是否相對(duì)配置，還能夠檢測(cè)一次側(cè)繞組（5）與二次側(cè)繞組（6）的空間上的間隙為怎樣程度的非接觸供電裝置（1），該非接觸供電裝置（1）具有：驅(qū)動(dòng)電壓檢測(cè)部（7），其檢測(cè)逆變器電路（3）的驅(qū)動(dòng)電壓；驅(qū)動(dòng)電流檢測(cè)部（8），其檢測(cè)逆變器電路（3）的驅(qū)動(dòng)電流；以及一次成分提取部（12），其根據(jù)驅(qū)動(dòng)電壓和驅(qū)動(dòng)電流，提取包含與逆變器電路（3）的驅(qū)動(dòng)頻率具有相同頻率的一次成分的一次驅(qū)動(dòng)電壓和一次驅(qū)動(dòng)電流。
【專利說(shuō)明】非接觸供電裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及電磁感應(yīng)型非接觸供電裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在現(xiàn)有的非接觸供電裝置中，提出了很多在一次側(cè)繞組與二次側(cè)繞組沒有相對(duì)配置的狀態(tài)下，不向一次側(cè)繞組提供高頻電力的手段。例如，根據(jù)一次側(cè)繞組的電壓與電流的相位差，能夠檢測(cè)一次側(cè)繞組與二次側(cè)繞組是否相對(duì)配置(例如參照專利文獻(xiàn)I)。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0004]專利文獻(xiàn)
[0005]專利文獻(xiàn)1:日本特許第3546279號(hào)公報(bào)(第4_5頁(yè)，第2、3圖)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]發(fā)明要解決的問(wèn)題
[0007]在專利文獻(xiàn)I這樣的現(xiàn)有的非接觸供電裝置中，在負(fù)載或一次側(cè)繞組與二次側(cè)繞組之間的空間上的間隙變化的情況下，受其影響，一次側(cè)繞組的電壓與電流的相位差發(fā)生變動(dòng)。因此，存在有可能對(duì)一次側(cè)繞組與二次側(cè)繞組是否相對(duì)配置進(jìn)行誤檢測(cè)的問(wèn)題。此夕卜，在一次側(cè)繞組與二次側(cè)繞組之間的空間上的間隙較大的狀態(tài)下，存在有可能進(jìn)行轉(zhuǎn)換效率差的饋電/受電的問(wèn)題。
[0008]本發(fā)明是為了解決上述這樣的問(wèn)題而提出的，得到一種非接觸供電裝置，即使在負(fù)載或一次側(cè)繞組與二次側(cè)繞組之間的空間上的間隙發(fā)生了變化的情況下，也能夠不僅正確地檢測(cè)出一次側(cè)繞組與二次側(cè)繞組是否相對(duì)配置，還能夠檢測(cè)出一次側(cè)繞組與二次側(cè)繞組之間的空間上的間隙為怎樣程度的大小。
[0009]用于解決問(wèn)題的手段
[0010]本發(fā)明的非接觸供電裝置具有:逆變器電路，其輸出高頻電力；控制電路，其控制逆變器電路；一次側(cè)繞組，其被從逆變器電路提供高頻電力，與第I電容器諧振，通過(guò)電磁感應(yīng)進(jìn)行饋電；二次側(cè)繞組，其與一次側(cè)繞組之間隔著空間上的間隙，與第2電容器諧振，通過(guò)與所述一次側(cè)繞組之間的電磁感應(yīng)進(jìn)行受電；驅(qū)動(dòng)電壓檢測(cè)部，其檢測(cè)逆變器電路的驅(qū)動(dòng)電壓；驅(qū)動(dòng)電流檢測(cè)部，其檢測(cè)逆變器電路的驅(qū)動(dòng)電流；以及一次成分提取部，其根據(jù)驅(qū)動(dòng)電壓和驅(qū)動(dòng)電流，提取包含與逆變器電路的驅(qū)動(dòng)頻率具有相同頻率的一次成分的一次驅(qū)動(dòng)電壓和一次驅(qū)動(dòng)電流。
[0011]發(fā)明效果
[0012]本發(fā)明的非接觸供電裝置具有:驅(qū)動(dòng)電壓檢測(cè)部，其檢測(cè)逆變器電路的驅(qū)動(dòng)電壓；驅(qū)動(dòng)電流檢測(cè)部，其檢測(cè)逆變器電路的驅(qū)動(dòng)電流；以及一次成分提取部，其從驅(qū)動(dòng)電壓和驅(qū)動(dòng)電流中，提取包含與逆變器電路的驅(qū)動(dòng)頻率具有相同頻率的一次成分的一次驅(qū)動(dòng)電壓和一次驅(qū)動(dòng)電流，因此，本發(fā)明的非接觸供電裝置能夠檢測(cè)出一次側(cè)繞組與二次側(cè)繞組是否相對(duì)，此外，檢測(cè)能夠一次側(cè)繞組與二次側(cè)繞組在空間上的間隙為怎樣程度的大小?！緦＠綀D】

【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1是示出本發(fā)明的實(shí)施方式I中的非接觸供電裝置的電氣結(jié)構(gòu)的電路框圖。
[0014]圖2是由本發(fā)明的實(shí)施方式I中的驅(qū)動(dòng)電壓檢測(cè)部和驅(qū)動(dòng)電流檢測(cè)部檢測(cè)出的驅(qū)動(dòng)電壓和驅(qū)動(dòng)電流的波形圖。
[0015]圖3是示出本發(fā)明的實(shí)施方式I中的非接觸供電部的立體圖。
[0016]圖4是圖3的A-A剖視圖。
[0017]圖5是示出改變本發(fā)明的實(shí)施方式I中的一次側(cè)繞組與二次側(cè)繞組之間的空間上的間隙和負(fù)載大小時(shí)的逆變器負(fù)載的阻抗的大小與相位之間的關(guān)系的曲線圖。
[0018]圖6是在圖5的示出了逆變器負(fù)載的阻抗的大小與相位之間的關(guān)系的曲線圖中表示出驅(qū)動(dòng)禁止區(qū)域的圖。
[0019]圖7是在圖5的示出了逆變器負(fù)載的阻抗的大小與相位之間的關(guān)系的曲線圖中表示出短路故障區(qū)域的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]實(shí)施方式1.[0021]圖1是示出用于實(shí)施本發(fā)明的實(shí)施方式I中的非接觸供電裝置的電氣結(jié)構(gòu)的概略電路框圖。在圖1 中，非接觸供電裝置I具有:直流電源2 ;逆變器電路3，其輸出高頻電力；控制電路4，其控制逆變器電路3 ;—次側(cè)繞組5，其從逆變器電路3被提供高頻電力，與作為第I電容器的串聯(lián)電容器Cs進(jìn)行諧振，通過(guò)電磁感應(yīng)進(jìn)行饋電；二次側(cè)繞組6，其與一次側(cè)繞組5之間隔著空間上的間隙，與作為第2電容器的并聯(lián)電容器Cp進(jìn)行諧振，通過(guò)與一次側(cè)繞組5的電磁感應(yīng)進(jìn)行受電；負(fù)載&，其在一次側(cè)繞組5與二次側(cè)繞組6之間，消耗饋電/受電來(lái)的電力；驅(qū)動(dòng)電壓檢測(cè)部7，其檢測(cè)逆變器電路3的驅(qū)動(dòng)電壓；以及驅(qū)動(dòng)電流檢測(cè)部8，其檢測(cè)逆變器電路3的驅(qū)動(dòng)電流。
[0022]不過(guò)，圖1所示的電容器的串聯(lián)連接或并聯(lián)連接只是一例，并不限定于此。例如，也可以替代串聯(lián)電容器Cs，而與一次側(cè)繞組5并聯(lián)連接電容器。無(wú)論怎樣，通過(guò)在一次側(cè)和二次側(cè)分別形成LC諧振電路，使得即使一次側(cè)繞組與二次側(cè)繞組的空間上的間隙擴(kuò)大，也能夠高效率地進(jìn)行電力傳送這點(diǎn)是應(yīng)用了本發(fā)明的非接觸供電裝置的基本特征。
[0023]在圖1中，圖示了一次側(cè)繞組5與二次側(cè)繞組6的卷繞方向?yàn)槭沟脴O性相同的方向的情況，但是卷繞方向也可以是使得極性相反的方向。此外，在本實(shí)施方式I中，非接觸供電裝置I中的二次側(cè)繞組6、并聯(lián)電容器Cp和負(fù)載&設(shè)置在移動(dòng)體側(cè)，其他器件設(shè)置在固定側(cè)。例如，在將本發(fā)明的非接觸供電裝置應(yīng)用于電梯的情況下，移動(dòng)體側(cè)為轎廂，固定側(cè)為地面設(shè)備。
[0024]直流電源2可以通過(guò)整流電路(未圖示)和濾波電路(未圖示)將來(lái)自二相交流電源或者三相交流電源(未圖示)的交流電轉(zhuǎn)換為直流電。逆變器電路3可以使用具有任意電路結(jié)構(gòu)的電路，例如可以由半橋電路或者全橋電路構(gòu)成。
[0025]此外，一次側(cè)繞組5和二次側(cè)繞組6也可以是卷繞于由鐵氧體等構(gòu)成的鐵芯9而成的繞組。在一次側(cè)繞組5被提供高頻電力時(shí)，在其周圍形成交流磁場(chǎng)，交流磁場(chǎng)與二次側(cè)繞組6交鏈，通過(guò)電磁感應(yīng)現(xiàn)象在二次側(cè)繞組6產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。由此，在一次側(cè)繞組5與二次側(cè)繞組6之間，以非接觸方式進(jìn)行饋電/受電。
[0026]非接觸供電裝置I在由一次側(cè)繞組5和二次側(cè)繞組6構(gòu)成的非接觸供電部10中磁耦合。因此，逆變器電路3的驅(qū)動(dòng)電壓和驅(qū)動(dòng)電流取決于由串聯(lián)電容器(；、一次側(cè)繞組5、并聯(lián)電容器CP、二次側(cè)繞組6和負(fù)載&構(gòu)成的逆變器負(fù)載11。此外，逆變器負(fù)載意味著被從逆變器電路3提供電力的電路結(jié)構(gòu)，并不限于圖1所示的結(jié)構(gòu)。例如，在圖1所示的二次側(cè)繞組6與負(fù)載&之間連接有由整流器、平滑電抗器和平滑電容器構(gòu)成的整流電路的情況下，包含該整流電路在內(nèi)的電路結(jié)構(gòu)成為逆變器負(fù)載。此外，在該整流電路與負(fù)載&之間連接有DC/DC轉(zhuǎn)換器的情況下，包含整流電路和DC/DC轉(zhuǎn)換器在內(nèi)的電路結(jié)構(gòu)成為逆變器負(fù)載。
[0027]驅(qū)動(dòng)電壓檢測(cè)部7檢測(cè)施加于串聯(lián)電容器Cs與一次側(cè)繞組5的串聯(lián)電路的兩端的驅(qū)動(dòng)電壓V，可以應(yīng)用電阻分壓電路等本領(lǐng)域技術(shù)人員容易想到的任意電路結(jié)構(gòu)。同樣，驅(qū)動(dòng)電流檢測(cè)部8測(cè)定流過(guò)串聯(lián)電容器Cs和一次側(cè)繞組5的驅(qū)動(dòng)電流I，可以使用任意電路結(jié)構(gòu)。例如采用電流互感器作為本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)電流檢測(cè)部8。
[0028]此外，本發(fā)明的非接觸供電裝置I具有與驅(qū)動(dòng)電壓檢測(cè)部7和驅(qū)動(dòng)電流檢測(cè)部8電連接的一次成分提取部12。在以具有規(guī)定的驅(qū)動(dòng)頻率(例如IOkHz)的控制信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)逆變器電路3時(shí)，驅(qū)動(dòng)電壓檢測(cè)部7和驅(qū)動(dòng)電流檢測(cè)部8檢測(cè)被高頻調(diào)制的驅(qū)動(dòng)電壓V和驅(qū)動(dòng)電流I。一次成分提取部12根據(jù)由驅(qū)動(dòng)電壓檢測(cè)部7和驅(qū)動(dòng)電流檢測(cè)部8檢測(cè)出的驅(qū)動(dòng)電壓和驅(qū)動(dòng)電流，提取包含與逆變器電路3的驅(qū)動(dòng)頻率具有相同頻率的一次成分的一次驅(qū)動(dòng)電壓V1和一次驅(qū)動(dòng)電流Ip
[0029]圖2是示出由實(shí)施方式I中的驅(qū)動(dòng)電壓檢測(cè)部和驅(qū)動(dòng)電流檢測(cè)部檢測(cè)出的驅(qū)動(dòng)電壓和驅(qū)動(dòng)電流的波形圖的一例。在圖2中，橫軸表示時(shí)間，縱軸分別表示電壓和電流。而且，一次成分提取部12能夠使用例如驅(qū)動(dòng)頻率的整數(shù)倍的采樣頻率,對(duì)由驅(qū)動(dòng)電壓檢測(cè)部7和驅(qū)動(dòng)電流檢測(cè)部8檢測(cè)出的圖2所示的驅(qū)動(dòng)電壓V和驅(qū)動(dòng)電流I進(jìn)行離散傅立葉變換，由此僅提取出驅(qū)動(dòng)電壓V和驅(qū)動(dòng)電流I的一次成分(即具有與驅(qū)動(dòng)頻率相同頻率的成分)。在圖2的情況下，一次成分提取部12根據(jù)與圖2所示的這樣的逆變器電路3的驅(qū)動(dòng)頻率的單一周期(例如，在驅(qū)動(dòng)頻率為IOkHz時(shí)，I個(gè)周期為100 μ sec)相當(dāng)?shù)臅r(shí)間中的驅(qū)動(dòng)電壓V和驅(qū)動(dòng)電流I，來(lái)提取一次驅(qū)動(dòng)電壓V1和一次驅(qū)動(dòng)電流L。
[0030]此外，在一次成分提取部12中，作為從具有多個(gè)高次頻率成分的信號(hào)中僅提取一次成分的方法和算法，可以利用任意方法和算法。例如，可以使用通常市場(chǎng)銷售的軟件，來(lái)僅提取驅(qū)動(dòng)電壓V和驅(qū)動(dòng)電流I的一次成分。或者，也可以使用使驅(qū)動(dòng)頻率的一次成分通過(guò)而使高頻波成分衰減的低通濾波器。不過(guò)，如后述那樣，在為了利用一次成分的振幅和相位信息而使用了低通濾波器的情況下，需要使用具有一次成分的相位不發(fā)生變化的特性的低通濾波器，或者使用對(duì)驅(qū)動(dòng)電壓信號(hào)和驅(qū)動(dòng)電流信號(hào)具有相同特性的低通濾波器，使電壓與電流的相位差不發(fā)生變化。
[0031]在本發(fā)明的一次成分提取部12中，在使用了傅立葉變換的情況下，驅(qū)動(dòng)電壓V和驅(qū)動(dòng)電流I的一次成分如式(I)、式(2)所示被復(fù)數(shù)表示。
[0032]V1 = Vie6 +JXVllffl...(I)
[0033]I1 = I1K6 + JXIllffl...(2)
[0034]此處，V1表不作為驅(qū)動(dòng)電壓V的一次成分的一次驅(qū)動(dòng)電壓，I1表不作為驅(qū)動(dòng)電流I的一次成分的一次驅(qū)動(dòng)電流。V1Ke、I1Ee為V1、I1的實(shí)部，Vllm, Illm為V1、I1的虛部，此外，j表示虛數(shù)單位。
[0035]此外，逆變器負(fù)載11的阻抗Z、阻抗的大小I Z I和阻抗Z的相位(一次驅(qū)動(dòng)電壓V1與一次驅(qū)動(dòng)電流I1的相位)Θ表不為式(3)~式(5)。
[0036]Z = Y1Zl1...(3)
【權(quán)利要求】
1.一種非接觸供電裝置，其特征在于， 該非接觸供電裝置具有: 逆變器電路，其輸出高頻電力； 控制電路，其控制所述逆變器電路； 一次側(cè)繞組，其被從所述逆變器電路提供高頻電力，與第I電容器諧振，通過(guò)電磁感應(yīng)進(jìn)行饋電； 二次側(cè)繞組，其與所述一次側(cè)繞組之間隔著空間上的間隙，與第2電容器諧振，通過(guò)與所述一次側(cè)繞組之間的電磁感應(yīng)進(jìn)行受電； 驅(qū)動(dòng)電壓檢測(cè)部，其檢測(cè)所述逆變器電路的驅(qū)動(dòng)電壓； 驅(qū)動(dòng)電流檢測(cè)部，其檢測(cè)所述逆變器電路的驅(qū)動(dòng)電流；以及 一次成分提取部，其從所述驅(qū)動(dòng)電壓和所述驅(qū)動(dòng)電流中，提取包含一次成分的一次驅(qū)動(dòng)電壓和一次驅(qū)動(dòng)電流，其中該一次成分與所述逆變器電路的驅(qū)動(dòng)頻率具有相同的頻率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非接觸供電裝置，其特征在于， 所述控制電路根據(jù)所述一次驅(qū)動(dòng)電壓和所述一次驅(qū)動(dòng)電流，計(jì)算逆變器負(fù)載的阻抗的大小和相位，并根據(jù)計(jì)算出的所述逆變器負(fù)載的阻抗的大小和相位，檢測(cè)所述一次側(cè)繞組與所述二次側(cè)繞組是否相對(duì)，或者檢測(cè)所述一次側(cè)繞組與所述二次側(cè)繞組之間在空間上的間隙，并根據(jù)該檢測(cè)結(jié)果，判斷是否向所述一次側(cè)繞組提供所述高頻電力。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非接觸供電裝置，其特征在于， 所述控制電路根據(jù)所述一次驅(qū)動(dòng)電壓和所述一次驅(qū)動(dòng)電流，計(jì)算逆變器負(fù)載的阻抗的大小和相位，并根據(jù)計(jì)算出的所述逆變器負(fù)載的阻抗的大小和相位，進(jìn)行包含所述二次側(cè)繞組在內(nèi)的二次側(cè)電路的短路故障檢測(cè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的非接觸供電裝置，其特征在于， 所述控制電路具有存儲(chǔ)部，該存儲(chǔ)部對(duì)所述逆變器負(fù)載的阻抗的大小和相位與所述一次側(cè)繞組和所述二次側(cè)繞組在空間上的間隙之間的關(guān)系作為映射圖進(jìn)行存儲(chǔ)，并將所述空間上的間隙大于規(guī)定值的所述逆變器負(fù)載的阻抗的大小與相位的組合作為驅(qū)動(dòng)禁止區(qū)域存儲(chǔ)在所述映射圖上，在計(jì)算出的所述逆變器負(fù)載的阻抗的大小與相位的組合位于所述映射圖上的驅(qū)動(dòng)禁止區(qū)域中的情況下，所述控制電路停止對(duì)所述一次側(cè)繞組提供高頻電力。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的非接觸供電裝置，其特征在于， 所述控制電路將以所述阻抗的大小為橫軸、以所述相位為縱軸的二維空間設(shè)定為所述映射圖，并將所述二維空間中的規(guī)定斜率的直線上方的區(qū)域設(shè)定為所述驅(qū)動(dòng)禁止區(qū)域。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的非接觸供電裝置，其特征在于， 所述控制電路具有存儲(chǔ)部，該存儲(chǔ)部對(duì)所述逆變器負(fù)載的阻抗的大小和相位與所述一次側(cè)繞組和所述二次側(cè)繞組在空間上的間隙之間的關(guān)系作為映射圖進(jìn)行存儲(chǔ)，并將所述二次側(cè)電路將會(huì)發(fā)生短路故障的所述逆變器負(fù)載的阻抗的大小與相位的組合作為短路故障區(qū)域存儲(chǔ)在所述映射圖上，在計(jì)算出的所述逆變器負(fù)載的阻抗的大小和相位的組合位于所述映射圖上的短路故障區(qū)域中的情況下，所述控制電路停止對(duì)所述一次側(cè)繞組提供高頻電力。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的非接觸供電裝置，其特征在于， 所述控制電路將以所述阻抗 的大小為橫軸、以所述相位為縱軸的二維空間設(shè)定為所述映射圖，并將所述二維空間中的所述阻抗的大小小于第I正的規(guī)定值且所述相位大于第2正的規(guī)定值的矩形區(qū)域設(shè)定為所述短路故障區(qū)域。
8.根據(jù)權(quán)利要求1~7中的任意一項(xiàng)所述的非接觸供電裝置，其特征在于， 所述一次成分提取部從與所述逆變器電路的驅(qū)動(dòng)頻率的單個(gè)周期相當(dāng)?shù)臅r(shí)間中的所述驅(qū)動(dòng)電壓和所述驅(qū)動(dòng)電流中 ，提取所述一次驅(qū)動(dòng)電壓和所述一次驅(qū)動(dòng)電流。
【文檔編號(hào)】H02M7/48GK103782488SQ201280044192
【公開日】2014年5月7日 申請(qǐng)日期:2012年9月5日 優(yōu)先權(quán)日:2011年9月15日
【發(fā)明者】田中一史, 松本貞行 申請(qǐng)人:三菱電機(jī)株式會(huì)社