專利名稱：非接觸功率傳輸裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于電氣設(shè)備的非接觸功率傳輸裝置，該裝置適于在蓄電池充電器中或者用水設(shè)施例如浴室中采用。
迄今，普遍采用一種非接觸功率傳輸裝置，其中分別提供有的電源部分和負(fù)載部分，電源部分具有功率傳輸用初級線圈，負(fù)載部分具有功率傳輸用次級線圈，當(dāng)將負(fù)載部分連到電源部分上時，該初級線圈和次級線圈彼此磁耦合，利用電磁感應(yīng)由自振蕩式電源部分傳輸功率到負(fù)載部分。該非接觸功率傳輸裝置應(yīng)用于特別是在用水設(shè)施中采用的電氣設(shè)備中。
在這種非接觸功率傳輸裝置中，最好當(dāng)未將負(fù)載部分連到電源部分上時，電源部分中的自振蕩中止，或者自振蕩被削弱。這是因為，如果雖然未將負(fù)載部分連到電源部分上，但仍持續(xù)自振蕩，則由電源部分產(chǎn)生功率損耗、導(dǎo)致能量損耗，以及相應(yīng)地，如果一金屬物件布置在靠近電源部分，由于感應(yīng)加熱作用，金屬物件會被加熱。
為了克服這一難題，本技術(shù)領(lǐng)域已提出如下的非接觸功率傳輸裝置除了功率傳輸用線圈外，還設(shè)有一對信號線圈。當(dāng)將負(fù)載部分連到電源部分上時，利用電源部分和負(fù)載部分中的一對功率傳輸用線圈的電磁感應(yīng)向負(fù)載部分傳輸功率，該功率用于驅(qū)動負(fù)載部分的控制電路。利用該對信號線圈，由控制電路輸出的控制信號從負(fù)載部分返回到電源部分。根據(jù)這樣返回的控制信號控制振蕩運(yùn)行，從而檢測對準(zhǔn)的負(fù)載部分(參照日本專利公開第平6-311658號)。
在該日本專利公開第平6-311558號中如上所述的裝置中，需要附加提供一用于檢測負(fù)載部分的電路，以及用于控制振蕩的電路。因此，它的電路不可避免地復(fù)雜，即該裝置制造成本高。
另一方面，日本專利公開第平6-1768464號公開了一種電路相對簡單的非接觸功率傳輸裝置。該裝置對于負(fù)載部分的諧振頻率和電源部分的振蕩頻率進(jìn)行同步控制，并適用于在電源部分和負(fù)載部分之間存在氣隙的情況。因此，在該裝置中，即使未將負(fù)載部分連到電源部分上時，在電源部分中也持續(xù)產(chǎn)生振蕩。因此，該裝置與通過檢測負(fù)載部分來中止或弱化振蕩的裝置不同。
根據(jù)以上介紹明顯看出，強(qiáng)烈需求這樣一種非接觸功率傳輸裝置，其中在未將負(fù)載部分連到電源部分上的情況下，能由一簡單電路中止或弱化電源部分中的振蕩。
因此，本發(fā)明的目的是解決常規(guī)非接觸功率傳輸裝置存在的上述難題。更確切地說，本發(fā)明的目的是提供這樣一種非接觸功率傳輸裝置，其中新設(shè)計一種自振蕩反饋環(huán)路，使得該電路簡單，當(dāng)未將負(fù)載部分連到電源部分上時，消弱電源部分的自振蕩。
根據(jù)本發(fā)明，提供的一種非接觸功率傳輸裝置包含(A)電源部分，其包含一電壓源；一連接到所述電壓源上的起動電阻；一連接到所述電壓源上的第一電容器；一功率傳輸用初級線圈；一信號傳輸用次級線圈，其不僅不以電方式而且不以磁方式耦合到所述功率傳輸用初級線圈；以及一開關(guān)元件，其具有控制極；其中所述起動電阻和所述第一電容器向所述開關(guān)的所述控制極提供偏置電壓，當(dāng)提供到所述控制極上的所述偏置電壓變得高于一閾值電壓時，所述開關(guān)元件將來自所述電壓源的電流轉(zhuǎn)換到所述功率傳輸用初級線圈；以及(B)負(fù)載部分，其包含功率傳輸用次級線圈；以及信號傳輸用初級線圈，其以電方式或磁方式耦合到所述功率傳輸用次級線圈，其中當(dāng)將所述負(fù)載部分連到所述電源部分上時，所述功率傳輸用初級線圈和所述功率傳輸用次級線圈彼此磁耦合，使得利用電磁感應(yīng)使功率由所述電源部分傳輸?shù)剿鲐?fù)載部分，所述信號傳輸用次級線圈作為反饋線圈以磁方式耦合到所述信號傳輸用初級線圈并以電方式耦合到所述控制極，以及所述功率傳輸用初級線圈、所述功率傳輸用次級線圈、所述信號傳輸用初級線圈和信號傳輸用次級線圈構(gòu)成一反饋環(huán)路。
在將負(fù)載部分連到電源部分上的情況下，由電壓源經(jīng)過起動電阻向第一電容器充電，以及由于這一充電電壓形成的偏置電壓提供到開關(guān)元件的控制極，以使開關(guān)元件導(dǎo)通。當(dāng)開關(guān)元件按照上述方式導(dǎo)通時，在功率傳輸用初級線圈中感應(yīng)電壓。由于這一感應(yīng)電壓，在信號傳輸用初級線圈中感應(yīng)電壓，而該初級線圈以電方式或者磁方式耦合到功率傳輸用初級線圈。由于這一感應(yīng)電壓，在電源部分中以磁方式耦合到信號傳輸用初級線圈的信號傳輸用次級線圈中感應(yīng)電壓。這一信號傳輸用次級線圈電連接到開關(guān)元件的控制極，作為反饋線圈，以及功率傳輸用初級線圈、功率傳輸用次級線圈、信號傳輸用初級線圈和信號傳輸用次級線圈構(gòu)成自振蕩電路中的反饋環(huán)路，因此，利用開關(guān)元件連續(xù)地進(jìn)行線圈電流的開關(guān)。
另一方面，在未將負(fù)載部分連到電源部分上的情況下，即使開關(guān)元件導(dǎo)通電流流過功率傳輸用初級線圈，信號傳輸用次級線圈不僅不以電方式而且不以磁方式耦合到功率傳輸用初級線圈，功率傳輸用初級線圈、功率傳輸用次級線圈、信號傳輸用初級線圈以及信號傳輸用次級線圈不構(gòu)成自振蕩電路的反饋環(huán)路。因此，在反饋線圈中即信號傳輸用次級線圈中不感應(yīng)電壓。因此，僅當(dāng)通過起動電阻向偏置電壓電路中的電容器充電時產(chǎn)生的偏置電壓達(dá)到開關(guān)元件的閾值電壓時，開關(guān)元件才導(dǎo)通。因此，僅以斷續(xù)方式由開關(guān)元件進(jìn)行線圈電流的開關(guān)。
因此，當(dāng)未將負(fù)載部分連到電源部分上時，利用簡單電路降低了自振蕩的強(qiáng)度。
最好，負(fù)載部分有一控制電路，其連接到信號傳輸用初級線圈，并控制信號傳輸用初級線圈的電壓電平。
在將負(fù)載部分連到電源部分上的情況下，信號傳輸用初級線圈的電壓電平是受控的。因此，電源部分中用作反饋線圈的信號傳輸用次級線圈中的感應(yīng)電壓電平是受控的。因此，例如通過增加感應(yīng)電壓電平，振蕩強(qiáng)度提高；即可以控制自振蕩電路的振蕩。
再者，最好電源部分具有一與功率傳輸用初級線圈并聯(lián)的第二電容器。
在這種情況下，與功率傳輸用初級線圈并聯(lián)的第二電容器構(gòu)成一諧振電路，使得隨著將負(fù)載部分連到電源部分上，高效率實現(xiàn)自振蕩。
再者，信號傳輸用次級線圈可以布置在功率傳輸用初級線圈的磁通環(huán)路外側(cè)，以及可以按這樣一種方式布置信號傳輸用初級線圈，即隨著將負(fù)載部分連到電源部分上，信號傳輸用初級線圈與信號傳輸用次級線圈相面對。
在這種情況下，信號傳輸用次級線圈布置在功率傳輸用初級線圈的磁通環(huán)路的外側(cè)，使得該電路以簡單方式實現(xiàn)信號傳輸用次級線圈不僅不以電方式而且不以磁方式耦合到功率傳輸用初級線圈。另一方面，隨著負(fù)載部分連到電源部分上，信號傳輸用初級線圈的布置與信號傳輸用次級線圈相面對，使得當(dāng)將負(fù)載部分連到電源部分上時，利用簡單電路，信號傳輸用初級線圈與信號傳輸用次級線圈彼此磁耦合。
再者，信號傳輸用次級線圈可以布置在功率傳輸用初級線圈的磁通環(huán)路內(nèi)側(cè)，信號傳輸用初級線圈可以按這樣一種方式布置，即隨著負(fù)載部分連到電源部分，信號傳輸用初級線圈與信號傳輸用次級線圈相面對。
在這種情況下，信號傳輸用次級線圈布置在功率傳輸用初級線圈的磁通環(huán)路的內(nèi)側(cè)，使得該電路以簡單方式實現(xiàn)信號傳輸用次級線圈不僅不以電方式而且不以磁方式耦合到功率傳輸用初級線圈。另一方面，隨著將負(fù)載部分連到電源部分上，信號傳輸用初級線圈與信號傳輸用次級線圈相面對，使得當(dāng)將負(fù)載部分連到電源部分上時，利用簡單電路，使信號傳輸用初級線圈和信號傳輸用次級線圈彼此磁耦合。
在附圖中

圖1是表示構(gòu)成本發(fā)明的一實施例的非接觸功率傳輸裝置的電路圖；圖2A是表示在電源部分和負(fù)載部分中的被分解的線圈的圖，圖2B是表示組裝后的線圈的圖；圖3是在電源部分和在負(fù)載部分中的由磁通磁耦合在一起的線圈的示意斷面圖；圖4是表示在負(fù)載部分連到電源部分的情況下在電源部分中的不同點處的波形的波形圖；圖5是表示在負(fù)載部分未連到電源部分的情況下在電源部分中的不同點處的波形的波形圖；圖6是表示本發(fā)明的非接觸功率傳輸裝置的第二改進(jìn)方案的電路圖；圖7是表示本發(fā)明的非接觸功率傳輸裝置的第三改進(jìn)方案的電路圖；圖8A和8B是表示本發(fā)明的非接觸功率傳輸裝置的第四改進(jìn)方案的圖；圖8A是表示在電源部分和負(fù)載部分中的被分解的線圈的圖，圖8B是表示組裝后的線圈的圖；圖9是圖8B中所示的電源部分和負(fù)載部分中的由磁通磁耦合在一起的線圈的示意斷面圖；以及圖10是表示本發(fā)明的非接觸功率傳輸裝置的第五改進(jìn)方案的電路圖。
圖1是一非接觸功率傳輸裝置的電路圖，該裝置構(gòu)成本發(fā)明的一個實施例。圖2A和2B是表示電源部分和負(fù)載部分中的線圈的布置的圖。
如圖1所示，本發(fā)明的裝置包含分別設(shè)立的電源部分10和負(fù)載部分20。負(fù)載部分20以可拆卸的方式連到電源部分10上。
首先介紹電源部分10的布置。電源部分10包含一DC電壓源E1和一功率傳輸初級線圈Nml，因此構(gòu)成一按C類狀態(tài)工作的自振蕩式諧振逆變器。當(dāng)負(fù)載部分20連到電源部分10上時，電源部分10利用電磁感應(yīng)向負(fù)載部分20提供功率。
DC電壓源E1和電源開關(guān)S1構(gòu)成一串聯(lián)電路，其與由起動電阻R1和電容器C1構(gòu)成的串聯(lián)電路并聯(lián)。該由起動電阻R1和電容器C1構(gòu)成的串聯(lián)電路形成一偏置電壓電路。在起動電阻R1和電容C1的連接點，由于電容器C1的充電電壓產(chǎn)生偏置電壓Vc1。
由功率傳輸用初級線圈Nm1和開關(guān)元件FET1構(gòu)成的串聯(lián)電路與包含DC電壓源E1和電源開關(guān)S1的串聯(lián)電路相并聯(lián)。利用電容器C2并聯(lián)功率傳輸用初級線圈Nm1，因此形成一諧振電路。
信號傳輸用次級線圈Nf2連接在起動電阻R1和電容器C1的連接點(即偏置電壓Vc1的產(chǎn)生點)與開關(guān)元件FET1的門極之間，其還用作反饋線圈。
上述諧振電路、開關(guān)元件FET1和信號傳輸用次級繞組Nf2構(gòu)成一自激振蕩電路。
二極管D1的陽極連接到起動電阻R1和電容器C1的連接點。二極管D1的陰極連接到開關(guān)元件FET1的漏極。二極管D1形成一穩(wěn)定振蕩的偏置電壓控制電路。
下面介紹負(fù)載部分20的布置。負(fù)載部分20包含功率傳輸用次級線圈Nm2，信號傳輸用初級線圈Nf1、整流器電路21以及負(fù)載22。
整流器電路21對由于電磁感應(yīng)在功率傳輸用次級線圈Nm2中感應(yīng)的電壓進(jìn)行整流。負(fù)載22是一電動機(jī)之類，利用整流器電路21整流的電壓驅(qū)動。
信號傳輸用初級線圈Nf1與功率傳輸用次級線圈Nm2并聯(lián)；即，信號傳輸用初級線圈Nf1電連接到功率傳輸用次級線圈Nm2。因此，當(dāng)在功率傳輸用次級線圈Nm2上感應(yīng)電壓時，也在信號傳輸用初級線圈Nf1上產(chǎn)生電壓。
參照圖2A和2B介紹各線圈的布置。例如電源部分10和負(fù)載部分具有一導(dǎo)引結(jié)構(gòu)(未表示)，使得負(fù)載能相對于電源部分10經(jīng)常地設(shè)定。
電源部分10中的功率傳輸用初級線圈Nm1和負(fù)載部分20中的功率傳輸用次級線圈Nm2的布置使得，當(dāng)將負(fù)載部分20連到電源部分10上時，它們彼此面對。
如圖2A所示，電源部分10中的信號傳輸用次級線圈Nf2布置在變壓器罐形鐵心K1外側(cè)，功率傳輸用初級線圈Nm1繞在變壓器罐狀鐵芯K1內(nèi)側(cè)；即在由功率傳輸用初級線圈Nm1形成的磁通環(huán)路的外側(cè)，有由功率傳輸用初級和次級線圈Nm1和Nm2構(gòu)成的變壓器形成的磁通環(huán)路，如圖3所示。
負(fù)載部分20中的信號傳輸用初級線圈Nf1是這樣布置的，即當(dāng)將負(fù)載部分20連到電源部分10上時，它面對電源部分10中的信號傳輸用次級線圈Nf2；就是說，它布置在變壓器罐形鐵芯K2外側(cè)，而功率傳輸用次級線圈Nm2繞在變壓器罐形鐵芯K2內(nèi)側(cè)，如圖2A所示。
因此，信號傳輸用次級線圈Nf2布置在由功率傳輸用初級和次級線圈Nm1和Nm2構(gòu)成的變壓器形成的磁通環(huán)路外側(cè)；即，二磁通在其中相互抵消，沒有磁通擴(kuò)展穿過信號傳輸用次級線圈Nf2，如圖3中所示。因此，不會由于由功率傳輸用初級線圈Nm1形成的磁通在信號傳輸用次級線圈Nf2中感應(yīng)電動勢。換句話說，信號傳輸用次級線圈Nf2和功率傳輸用初級線圈Nm1彼此既未以電方式也未以磁方式耦合，或者它們的耦合的程度可以忽略不計(僅有一定漏磁通)。
另一方面，當(dāng)負(fù)載部分20連到電源部分10時，功率傳輸用初級線圈Nm1與功率傳輸用次級線圈Nm2磁耦合，同時，信號傳輸用初級線圈Nf1與信號傳輸用次級線圈Nf2磁耦合。
下面參照圖1和4介紹在將負(fù)載部分20連到電源部分10上的情況下該裝置的工作情況。圖4表示當(dāng)負(fù)載部分連到電源部分上時，電源部分的各部分的波形。
當(dāng)電源開關(guān)S1接通時，由DC電壓源E1通過起動電阻R1向電容器C1充電。在這種情況下，在電源部分10中的信號傳輸用次級線圈Nf2中沒有產(chǎn)生電壓，因此，開關(guān)元件FET1的門極電壓Vg等于偏置電壓Vc1。
當(dāng)門極電壓Vg增加到一使開關(guān)元件FET1導(dǎo)通的閾值電壓時，開關(guān)元件FET1導(dǎo)通，因此漏極電壓Vd基本等于地電位。在這種情況下，電容器C2的諧振電壓Vc2基本等于DC電壓源E1的電壓，單調(diào)上升的線圈電流IL1開始流入電源部分中的功率傳輸用初級線圈Nm1。
當(dāng)線圈電流IL1流過電源部分10中的功率傳輸用初級線圈Nm1時，由于電磁感應(yīng)在負(fù)載部分20中的功率傳輸用次級線圈Nm2中感應(yīng)一個電壓，因此，在負(fù)載部分20中的信號傳輸用初級線圈Nf1中產(chǎn)生一個電壓，線圈Nf1電連接到線圈Nm2上。
由于這一感應(yīng)電壓，通過電磁感應(yīng)在電源部分10中的信號傳輸用次級線圈Nf2中感應(yīng)電壓Vnf2，電源部分10中的信號傳輸用次級線圈Nf2磁耦合于引起的負(fù)載部分20中的信號傳輸用初級線圈。在這種情況下，門極電壓Vg為Vc1+Vnf2，使得開關(guān)元件FET1穩(wěn)定地處于導(dǎo)通狀態(tài)。
另一方面，由于漏極電壓Vd基本上為地電位，因此，電容器C1通過二極管D1和開關(guān)元件FET1的通態(tài)電阻放電，使得偏置電壓Vc1降低。由于放電電流取決于流過電流的電阻，當(dāng)需要增加放電時間時，將一電阻元件與二極管D1串聯(lián)。
隨著電容器C1放電，偏置電壓Vc1逐漸降低，相應(yīng)地門極電壓Vg也降低。當(dāng)門極電壓Vg降低到使開關(guān)元件FET1關(guān)斷的閾值電壓時，則開關(guān)元件FET1的通態(tài)電阻開始增加，因此，漏極電壓Vd增加。
隨著漏極電壓Vd增加，電容器C2的諧振電壓Vc2即功率傳輸用初級線圈Nm1上的電壓降低。相應(yīng)地功率傳輸用次級線圈Nm2的感應(yīng)電壓降低，使得信號傳輸用初級線圈Nf1電壓降低。因此，信號傳輸用次級線圈Nf2的感應(yīng)電壓Vnf2開始降低，因此，門極電壓Vg進(jìn)一步降低，使得開關(guān)元件FET1快速進(jìn)入關(guān)斷狀態(tài)。
因此，如圖4中所示，由于電容器C2和功率傳輸用初級線圈Nm1的諧振作用，電容器C2的諧振電壓Vc2的波形變?yōu)檎也ǎ鬟^功率傳輸用初級線圈Nm1的線圈電流IL1也變?yōu)檎也ā?br> 在(漏極電壓Vd)＞(偏置電壓Vc1)時的期間內(nèi)，由于二極管D1禁止由漏極電壓Vd向電容器C1充電，然而，來自DC電壓源E1的充電電流始終通過起動電阻R1流向電容器C1，因此偏置電壓Vc1增加。
當(dāng)電容器C2的諧振電壓Vc2接近一個周期的終點時，漏極電壓Vd接近地電位，以及由于功率傳輸用初級線圈Nm1的感應(yīng)電壓的作用，在功率傳輸用次級線圈Nm2、信號傳輸用初級線圈Nf1和信號傳輸用次級線圈Nf2構(gòu)成的反饋環(huán)路中，信號傳輸用次級線圈Nf2的電壓Vnf2增加。因此，門極電壓Vg增加，開關(guān)元件FET1再次導(dǎo)通。
上述工作過程重復(fù)進(jìn)行以連續(xù)產(chǎn)生振蕩，使得功率由電源部分10提供到負(fù)載部分20。
下面參閱圖1和圖5介紹在負(fù)載部分20沒有連到電源部分10上的情況下該裝置的工作情況。
當(dāng)電源開關(guān)S1接通時，與將負(fù)載部分20連到電源部分10上的情況相類似，由DC電壓源E1經(jīng)起動電阻R1向電容器C1充電。在這種情況下，在電源部分10中的信號傳輸用次級線圈Nf2中沒有感應(yīng)電壓，因此，開關(guān)元件FET1的門極電壓Vg等于偏置電壓Vc1。
當(dāng)門極電壓Vg增加達(dá)到使開關(guān)元件FET1導(dǎo)通的閾值電壓時，則開關(guān)元件FET1導(dǎo)通，因此，漏極電壓Vd變?yōu)榈仉娢?。在這種情況下，諧振電壓Vc2變?yōu)榛镜扔贒C電壓源E1的電壓，單調(diào)增加的線圈電流IL1在電源部分10中的功率傳輸用初級線圈Nm1中流動。
然而，由于負(fù)載部分20沒有連到電源部分10上，沒有形成該包含功率傳輸用初級線圈Nm1、功率傳輸用次級線圈Nm2、信號傳輸用初級線圈Nf1和信號傳輸用次級線圈Nf2的反饋環(huán)路，在信號傳輸用次級線圈Nf2中沒有感應(yīng)電壓。
因此，即使當(dāng)開關(guān)元件FET1一旦導(dǎo)通，偏置電壓Vc1由于通過二極管D1放電而立即降低。因此，將門極電壓Vg保持在不能使開關(guān)元件FET1導(dǎo)通所需的數(shù)值下，這樣開關(guān)元件FET1立即關(guān)斷。即，如圖5中所示，通過阻尼振蕩使諧振電壓Vc2降低。
由DC電壓源E1通過起動電阻R1向電容器C1充電。因此，直到偏置電壓Vc1增加到使開關(guān)元件FET1導(dǎo)通的控制極閾值電壓Vg時之前，一直保持中止振蕩狀態(tài)。相應(yīng)地，當(dāng)負(fù)載部分20未連到電源部分10上時，電源部分10中的振蕩是一種間歇振蕩。
如上所述，自振蕩電路的反饋環(huán)路被排除到由電源部分10到負(fù)載部分20之外側(cè)。因此，在負(fù)載部分20未連到電源部分10上的情況下，不形成反饋環(huán)路，因此，電源部分10中的自振蕩變成間歇振蕩。即，電源部分的功率損耗可以基本上略去不計。并且即使將一金屬異物之類置于電源部分10附近，也可以防止由于感應(yīng)加熱等產(chǎn)生的異物的發(fā)熱。
特別是，通過調(diào)整起動電阻R1和電容器C1的常數(shù)的數(shù)值，(例如，當(dāng)將負(fù)載部分20連到電源部分10上時達(dá)到約10微秒的振蕩周期)，在負(fù)載部分20未連到電源部分10上時的情況下，得到的間歇周期確定為幾百微秒(ms)。該周期數(shù)值并不局限于上述數(shù)值。起動電阻R1和電容器C1的時間常數(shù)數(shù)值可按降低功率損耗因而節(jié)能的要求確定。
本發(fā)明并不局限于上述實施例。即其可以改進(jìn)如下
(1)在上述實施例中，開關(guān)元件FET1是場效應(yīng)管；然而，可以用一種例如為雙極性晶體管的元件或其它開關(guān)元件來替換它。
(2)電源部分10和負(fù)載部分20的電路布置可以按圖6中所示的電路布置來替換。
在電源部分10中，取代上述DC電壓源E1，采用一種由AC電壓源接收功率的DC電壓源。該DC電壓源包含一工作在C類狀態(tài)的自振式逆變器11和一抗高次諧波電路12。
該抗高次諧波電路12由一低通濾波器LF、整流橋二極管D2以及變壓器T1構(gòu)成，因而防止高次諧波分量由電源部分10流到AC電壓源AC。
抗高次諧波電路12中的變壓器T1的輸出電壓經(jīng)過二極管D3整流經(jīng)電容器C3濾波，以得到DC電壓源。
另一方面，在負(fù)載部分20中，將一控制電路23附加到上述實施例中，以及二極管D4和電容器C4作為整流電路21，裝有蓄電池作為負(fù)載22。功率傳輸用次級線圈Nm2的感應(yīng)電壓由二極管D4半波整流，由電容器C4濾波，使得向作為負(fù)載22的蓄電池提供DC功率。
在該電路中，信號傳輸用初級線圈Nf1通過控制電路23電連接到功率傳輸用次級線圈Nm2。
控制電路23利用功率傳輸用次級線圈Nm2的感應(yīng)電壓以及蓄電池22的功率來控制信號傳輸用初級線圈Nf1的電壓電平。
在該改進(jìn)方案中，在負(fù)載部分20已連到電源部分10的情況下，利用控制電路23控制信號傳輸用初級線圈Nf1的電壓電平在反饋線圈中感應(yīng)電壓電平，即控制信號傳輸用次級線圈Nf2的電壓電平被控制，因此，可以由負(fù)載部分20來控制電源部分10中的振蕩。對于控制電路23，可以采用幅值控制電路、間歇振蕩控制電路之類。
在負(fù)載部分20沒有連到電源部分上的情況下，與上述狀況相似，電源部分10中的振蕩變成間歇式的。
(3)電源部分10的電路可以如圖7所示。
在圖7的電路中，一由二極管D11和電阻R11構(gòu)成的并聯(lián)電路連接在由電容器C2和功率傳輸用初級線圈Nm1構(gòu)成的諧振回路和開關(guān)元件FET1的漏極之間。
二極管D11的工作情況如下，當(dāng)二極管D11的陽極電壓降低趨于負(fù)電壓時，同時，該通過開關(guān)元件FET1的內(nèi)部二極管在DC電壓源E1一側(cè)流動的再生電流被阻斷，二極管D11的陽極電壓降低到負(fù)電壓。
電阻R11用于防止寄生電容的充電和放電被由于中間加入二極管D11而在諧振回路中產(chǎn)生的電壓所阻塞。
在圖7的電路中，一由電阻R12和R13構(gòu)成的串聯(lián)電路連接在開關(guān)元件FET1的源極和地之間，開關(guān)元件FET1的控制極連接到二極管D12的陽極，并通過電阻R14連接到信號傳輸用次級線圈Nf2。
二極管D12的陰極連接到晶體管Q1的控制極。晶體管Q1的基極連接到電阻R12和R13的連接點，其發(fā)射極接地。
在圖7的電路中，沒有設(shè)二極管D1，由電阻R12到R14、二極管D12和晶體管Q1構(gòu)成一偏置控制電路。
下面介紹當(dāng)該電路連接到電源上時該電路的工作狀況。與上述狀況相似，經(jīng)過起動電阻R1向電容器C1充電，使得偏置電壓Vc1上升。以及由于該偏置電壓Vc1當(dāng)門極電壓Vg變得高于使開關(guān)元件FET1的“導(dǎo)通”電壓時，開關(guān)元件FET1導(dǎo)通，流過線圈電流IL1，同時漏極電壓Vd下降。因此，在功率傳輸用初級線圈Nm1上產(chǎn)生電壓(電位差)。
因此，在負(fù)載部分20中的功率傳輸用次級線圈Nm2中感應(yīng)電壓，因此，(由于這樣感應(yīng)的電壓)在信號傳輸用初級線圈Nf1中感應(yīng)電壓。
由于這樣感應(yīng)的電壓，利用電磁感應(yīng)在電源部分10中的信號傳輸用次級線圈Nf2中感應(yīng)電壓Vnf2，電源部分10中的信號傳輸用次級線圈Nf2磁耦合于負(fù)載部分20中的信號傳輸用初級線圈。在這種情況下，門極電壓Vg是Vc1+Vnf2，因此，開關(guān)元件FET1穩(wěn)定地處于“導(dǎo)通”狀態(tài)。
另一方面，當(dāng)由于線圈電流IL1使電阻R12和R13上分布的電壓上升從而將偏置電流提供到晶體管Q1中時，晶體管Q1導(dǎo)通，使得開關(guān)元件FET1的門極電壓Vg下降，開關(guān)元件FET1被關(guān)斷(使不導(dǎo)通)。
如上所述，當(dāng)該電路接到電源上時，開關(guān)元件FET1的“導(dǎo)通”時間降低很多。因此，將由于線圈電流IL1而存儲的能量被抑制到一適當(dāng)?shù)臄?shù)值，并可抑制在開關(guān)元件FET1被關(guān)斷之后產(chǎn)生的反饋電壓。
在將該電路接到電源上以后，在穩(wěn)定狀態(tài)下，相似地，由于構(gòu)成偏置控制電路的晶體管Q1導(dǎo)通，開關(guān)元件FET1被關(guān)斷，使得開關(guān)元件FET1重復(fù)地進(jìn)行開關(guān)。
在該改進(jìn)方案中，與上述實施例中相似，在未將負(fù)載部分20連接到電源部分上的情況下，電源部分10中的振蕩是間歇振蕩。即，該改進(jìn)方案具有與上述實施例相同的效果。
(4)電源部分10中的信號傳輸用次級線圈Nf2以及在上述實施例中的負(fù)載部分20中的信號傳輸用初級線圈Nf1(圖2A和2B)可以按照圖8A和8B中所示布置。
如在圖8A和8B中所示，電源部分10中的信號傳輸用次級線圈Nf2布置在變壓器罐形鐵芯K1的最內(nèi)側(cè)，即在功率傳輸用初級線圈Nm1的內(nèi)側(cè)；即在由功率傳輸用初級線圈Nm1形成的磁通環(huán)路內(nèi)側(cè)，在功率傳輸用初級線圈Nm1和次級線圈Nm2組成的變壓器形成的磁通環(huán)路，如圖9中所示。
另一方面，負(fù)載部分20中的信號傳輸用初級線圈Nf1布置在這樣一個位置，即當(dāng)將負(fù)載部分20連到電源部分10上時，其與電源部分10中的信號傳輸用次級線圈Nf2相面對；即，其布置在變壓器罐形鐵芯K2的最內(nèi)側(cè)，即在功率傳輸用次級線圈Nm2的內(nèi)側(cè)。
在該改進(jìn)方案中，由功率傳輸用初級線圈Nm1和次級線圈Nm2構(gòu)成的變壓器形成的磁通環(huán)路處于外側(cè)；即當(dāng)由信號傳輸用次級線圈Nf2側(cè)觀看時，二磁通在外側(cè)是相互抵消的，沒有穿過信號傳輸用次級線圈Nf2的磁通，如圖9中所示。因此，不會由功率傳輸用初級線圈Nm1的磁通產(chǎn)生電動勢。換句話說，信號傳輸用次級線圈Nf2和功率傳輸用初級線圈Nm1彼此不僅沒有以電方式也沒有以磁方式耦合，或者即使它們產(chǎn)生耦合，耦合狀態(tài)所達(dá)到程度也是可以忽略不計的(僅具有一些漏磁通)。
另一方面，當(dāng)負(fù)載部分20連到電源部分10上時，功率傳輸用初級線圈Nm1和功率傳輸用次級線圈Nm2彼此磁耦合，同時信號傳輸用初級線圈Nf1和信號傳輸用次級線圈Nf2也彼此磁耦合。
在該改進(jìn)方案中，當(dāng)將負(fù)載部分20連到電源部分10上時，功率傳輸用初級線圈Nm1，功率傳輸用次級線圈Nm2、信號傳輸用初級線圈Nf1和信號傳輸用次級線圈Nf2構(gòu)成該自振蕩電路的反饋環(huán)路；即，該改進(jìn)方案以與上述實施例相同的方式工作。
在未將負(fù)載部分20連到電源部分10上的情況下，功率傳輸用初級線圈Nm1、功率傳輸用次級線圈Nm2、信號傳輸用初級線圈Nf1和信號傳輸用次級線圈Nf2沒有構(gòu)成自振蕩電路的反饋環(huán)路。因此，電源部分10中的振蕩變成間歇振蕩；即該改進(jìn)方案具有與上述實施例相同的效果。
(5)負(fù)載部分20的電路可以如圖10所示。
在上述實施例中，功率傳輸用次級線圈Nm2和信號傳輸用初級線圈Nf1彼此電耦合。然而，信號傳輸用初級線圈Nf1可以磁耦合到功率傳輸用次級線圈Nm2，如圖10中的電路所示。
根據(jù)本發(fā)明，該非接觸功率傳輸裝置包含電源部分，其具有功率傳輸用初級線圈，其中的線圈電流是由開關(guān)元件切換的；以及負(fù)載部分，其具有功率傳輸用次級線圈，按照這樣一種方式構(gòu)成，即電源部分和負(fù)載部分以可拆卸的方式彼此連接。負(fù)載部分具有的信號傳輸用初級線圈，以電方式或磁方式耦合到功率傳輸用次級線圈。電源部分具有的信號傳輸用次級線圈，不僅未以電方式而且未以磁方式耦合到功率傳輸用初級線圈，其在負(fù)載部分連到電源部分上時磁耦合到信號傳輸用初級線圈，并且作為一個反饋線圈電連接到開關(guān)元件的控制極上。隨著負(fù)載部分連到電源部分上時，功率傳輸用初級線圈、功率傳輸用次級線圈、信號傳輸用初級線圈和信號傳輸用次級線圈構(gòu)成自振蕩電路中的反饋環(huán)路。因此，當(dāng)未將負(fù)載部分連到電源部分上時，信號傳輸用次級線圈不僅未以電方式也未以磁方式耦合到功率傳輸用初級線圈，功率傳輸用初級線圈、功率傳輸用次級線圈、信號傳輸用初級線圈和信號傳輸用次級線圈未構(gòu)成自振蕩電路中的反饋環(huán)路，使得不會在反饋線圈即信號傳輸用次極線圈中感應(yīng)電壓。因此，可以間歇地由開關(guān)元件實現(xiàn)線圈電流的切換，所以，當(dāng)未將負(fù)載部分連到電源部分上時，可利用簡單的電路降低該自振蕩。
因此，當(dāng)未將負(fù)載部分連到電源部分上時，可以降低功率消耗。此外，即使在將一金屬異物置于電源部分附近時，也可防止該金屬異物被加熱。此外，該電路很簡單，可以按低成本制造該裝置。
根據(jù)本發(fā)明，負(fù)載部分具有一控制電路，控制信號傳輸用初級線圈的電壓電平，使得能控制電源部分中的自振蕩電路的振蕩，因此，可以控制提供到負(fù)載部分的功率。
根據(jù)本發(fā)明，電源部分具有一與功率傳輸用初級線圈并聯(lián)的電容器。因此，形成諧振電路。因此，在將負(fù)載部分連到電源部分上的情況下，高效率實現(xiàn)自振蕩。
根據(jù)本發(fā)明，信號傳輸用次級線圈布置在功率傳輸用初級線圈的磁通環(huán)路的外側(cè)，并且隨著將負(fù)載部分連到電源部分上，信號傳輸用初級線圈與信號傳輸用次級線圈相面對。因此，可以利用簡單的電路實現(xiàn)信號傳輸用次級線圈不僅不以電方式而且不以磁方式耦合到功率傳輸用初級線圈的狀態(tài)。此外，在將負(fù)載部分連到電源部分上的狀況下，可利用簡單的電路實現(xiàn)信號傳輸用初級線圈和信號傳輸用次級線圈的磁耦合。
根據(jù)本發(fā)明，信號傳輸用次級線圈布置在功率傳輸用初級線圈的磁通環(huán)路的內(nèi)側(cè)，并且隨著將負(fù)載部分連到電源部分上，信號傳輸用初級線圈與信號傳輸用次級線圈相面對。因此，可以利用簡單的電路實現(xiàn)信號傳輸用次級線圈不僅不以電方式而且不以磁方式耦合到功率傳輸用初級線圈的狀態(tài)。此外，在將負(fù)載部分連到電源部分上的情況下，可利用簡單的電路實現(xiàn)信號傳輸用初級線圈和信號傳輸用次級線圈的磁耦合。
權(quán)利要求
1．一種非接觸功率傳輸裝置，包含(A)電源部分，包含一電壓源一連接到所述電壓源的起動電阻；一連接到所述電壓源的第一電容器；一功率傳輸用初級線圈；一功率傳輸用次級線圈，其不僅不以電方式而且不以磁方式耦合到所述功率傳輸用初級線圈；以及一開關(guān)元件，其具有一控制極，其中所述起動電阻和所述第一電容器向所述開關(guān)元件的所述控制極提供偏置電壓，以及當(dāng)提供到所述控制極上的偏置電壓變得高于一閾值電壓時，所述開關(guān)元件將來自所述電壓源的電流轉(zhuǎn)換到所述功率傳輸用初級線圈；以及(B)負(fù)載部分，包含一功率傳輸用次級線圈；以及一信號傳輸用初級線圈，其以電方式或磁方式耦合到所述功率傳輸用次級線圈，其中，當(dāng)所述負(fù)載部分連到所述電源部分上時，所述功率傳輸用初級線圈和所述功率傳輸用次級線圈彼此磁耦合，使得通過電磁感應(yīng)功率由所述電源部分傳輸?shù)剿鲐?fù)載部分，所述信號傳輸用次級線圈磁耦合到所述信號傳輸用初級線圈并作為一個反饋線圈電耦合到所述控制極，以及所述功率傳輸用初級線圈，所述功率傳輸用次級線圈、所述信號傳輸用初級線圈和所述信號傳輸用次級線圈形成一反饋環(huán)路。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的非接觸功率傳輸裝置，其中的負(fù)載部分還包含一連接到所述信號傳輸用初級線圈上的控制電路，以便控制在所述的信號傳輸用初級線圈中感應(yīng)的電壓電平。
3．根據(jù)權(quán)利要求1所述的非接觸功率傳輸裝置，其中所述的電源部分還包含一與所述功率傳輸用初級線圈并聯(lián)的第二電容器。
4．根據(jù)權(quán)利要求1所述的非接觸功率傳輸裝置，其中所述的信號傳輸用次級線圈布置在所述功率傳輸用初級線圈的磁通環(huán)路的外側(cè)，以及這樣布置所述信號傳輸用初級線圈，使得當(dāng)將所述負(fù)載部分連到所述電源部分上時，其與所述信號傳輸用次級線圈相面對。
5．根據(jù)權(quán)利要求1所述的非接觸功率傳輸裝置，其中所述的信號傳輸用次級線圈布置在所述功率傳輸用初級線圈的磁通環(huán)路的內(nèi)側(cè)，以及所述信號傳輸用初級線圈的布置使得當(dāng)所述負(fù)載部分連到所述電源部分上時與所述信號傳輸用次級線圈相面對。
全文摘要
非接觸功率傳輸裝置,包括電源部分,具有信號傳輸次級線圈,其不以電或磁方式耦合到功率傳輸初級線圈,用作開關(guān)元件的反饋線圈;負(fù)載部分具有功率傳輸次級線圈,其布置使得當(dāng)將負(fù)載部分連到電源部分上時與功率傳輸初級線圈相對;還具有信號傳輸初級線圈,當(dāng)負(fù)載部分連到電源部分上時,其與信號傳輸次級線圈相對。未將負(fù)載部分連到電源部分上時,信號傳輸次級線圈中不感應(yīng)電壓,以斷續(xù)方式實現(xiàn)開關(guān)元件的開關(guān)。
文檔編號H02M7/5383GK1224942SQ9812295
公開日1999年8月4日 申請日期1998年11月30日 優(yōu)先權(quán)日1997年12月9日
發(fā)明者坂本浩, 安倍秀明 申請人:松下電工株式會社, 坂本浩