非接觸供電裝置製造方法
2023-10-09 12:30:44 2
非接觸供電裝置製造方法
【專利摘要】為了得到一種即使在一次側繞組（5）與二次側繞組（6）之間的空間上的間隙發生變化的情況下，也能夠不僅正確地檢測出一次側繞組（5）與二次側繞組（6）是否相對配置，還能夠檢測一次側繞組（5）與二次側繞組（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：驅動電壓檢測部（7），其檢測逆變器電路（3）的驅動電壓；驅動電流檢測部（8），其檢測逆變器電路（3）的驅動電流；以及一次成分提取部（12），其根據驅動電壓和驅動電流，提取包含與逆變器電路（3）的驅動頻率具有相同頻率的一次成分的一次驅動電壓和一次驅動電流。
【專利說明】非接觸供電裝置
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及電磁感應型非接觸供電裝置。
【背景技術】
[0002]在現有的非接觸供電裝置中，提出了很多在一次側繞組與二次側繞組沒有相對配置的狀態下，不向一次側繞組提供高頻電力的手段。例如，根據一次側繞組的電壓與電流的相位差，能夠檢測一次側繞組與二次側繞組是否相對配置(例如參照專利文獻I)。
[0003]現有技術文獻
[0004]專利文獻
[0005]專利文獻1:日本特許第3546279號公報(第4_5頁，第2、3圖)
【發明內容】
[0006]發明要解決的問題
[0007]在專利文獻I這樣的現有的非接觸供電裝置中，在負載或一次側繞組與二次側繞組之間的空間上的間隙變化的情況下，受其影響，一次側繞組的電壓與電流的相位差發生變動。因此，存在有可能對一次側繞組與二次側繞組是否相對配置進行誤檢測的問題。此夕卜，在一次側繞組與二次側繞組之間的空間上的間隙較大的狀態下，存在有可能進行轉換效率差的饋電/受電的問題。
[0008]本發明是為了解決上述這樣的問題而提出的，得到一種非接觸供電裝置，即使在負載或一次側繞組與二次側繞組之間的空間上的間隙發生了變化的情況下，也能夠不僅正確地檢測出一次側繞組與二次側繞組是否相對配置，還能夠檢測出一次側繞組與二次側繞組之間的空間上的間隙為怎樣程度的大小。
[0009]用於解決問題的手段
[0010]本發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，通過電磁感應進行饋電；二次側繞組，其與一次側繞組之間隔著空間上的間隙，與第2電容器諧振，通過與所述一次側繞組之間的電磁感應進行受電；驅動電壓檢測部，其檢測逆變器電路的驅動電壓；驅動電流檢測部，其檢測逆變器電路的驅動電流；以及一次成分提取部，其根據驅動電壓和驅動電流，提取包含與逆變器電路的驅動頻率具有相同頻率的一次成分的一次驅動電壓和一次驅動電流。
[0011]發明效果
[0012]本發明的非接觸供電裝置具有:驅動電壓檢測部，其檢測逆變器電路的驅動電壓；驅動電流檢測部，其檢測逆變器電路的驅動電流；以及一次成分提取部，其從驅動電壓和驅動電流中，提取包含與逆變器電路的驅動頻率具有相同頻率的一次成分的一次驅動電壓和一次驅動電流，因此，本發明的非接觸供電裝置能夠檢測出一次側繞組與二次側繞組是否相對，此外，檢測能夠一次側繞組與二次側繞組在空間上的間隙為怎樣程度的大小。【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]圖1是示出本發明的實施方式I中的非接觸供電裝置的電氣結構的電路框圖。
[0014]圖2是由本發明的實施方式I中的驅動電壓檢測部和驅動電流檢測部檢測出的驅動電壓和驅動電流的波形圖。
[0015]圖3是示出本發明的實施方式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是示出改變本發明的實施方式I中的一次側繞組與二次側繞組之間的空間上的間隙和負載大小時的逆變器負載的阻抗的大小與相位之間的關係的曲線圖。
[0018]圖6是在圖5的示出了逆變器負載的阻抗的大小與相位之間的關係的曲線圖中表示出驅動禁止區域的圖。
[0019]圖7是在圖5的示出了逆變器負載的阻抗的大小與相位之間的關係的曲線圖中表示出短路故障區域的圖。
【具體實施方式】
[0020]實施方式1.[0021]圖1是示出用於實施本發明的實施方式I中的非接觸供電裝置的電氣結構的概略電路框圖。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電容器的串聯電容器Cs進行諧振，通過電磁感應進行饋電；二次側繞組6，其與一次側繞組5之間隔著空間上的間隙，與作為第2電容器的並聯電容器Cp進行諧振，通過與一次側繞組5的電磁感應進行受電；負載&，其在一次側繞組5與二次側繞組6之間，消耗饋電/受電來的電力；驅動電壓檢測部7，其檢測逆變器電路3的驅動電壓；以及驅動電流檢測部8，其檢測逆變器電路3的驅動電流。
[0022]不過，圖1所示的電容器的串聯連接或並聯連接只是一例，並不限定於此。例如，也可以替代串聯電容器Cs，而與一次側繞組5並聯連接電容器。無論怎樣，通過在一次側和二次側分別形成LC諧振電路，使得即使一次側繞組與二次側繞組的空間上的間隙擴大，也能夠高效率地進行電力傳送這點是應用了本發明的非接觸供電裝置的基本特徵。
[0023]在圖1中，圖示了一次側繞組5與二次側繞組6的卷繞方向為使得極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，在本實施方式I中，非接觸供電裝置I中的二次側繞組6、並聯電容器Cp和負載&設置在移動體側，其他器件設置在固定側。例如，在將本發明的非接觸供電裝置應用於電梯的情況下，移動體側為轎廂，固定側為地面設備。
[0024]直流電源2可以通過整流電路(未圖示)和濾波電路(未圖示)將來自二相交流電源或者三相交流電源(未圖示)的交流電轉換為直流電。逆變器電路3可以使用具有任意電路結構的電路，例如可以由半橋電路或者全橋電路構成。
[0025]此外，一次側繞組5和二次側繞組6也可以是卷繞於由鐵氧體等構成的鐵芯9而成的繞組。在一次側繞組5被提供高頻電力時，在其周圍形成交流磁場，交流磁場與二次側繞組6交鏈，通過電磁感應現象在二次側繞組6產生感應電動勢。由此，在一次側繞組5與二次側繞組6之間，以非接觸方式進行饋電/受電。
[0026]非接觸供電裝置I在由一次側繞組5和二次側繞組6構成的非接觸供電部10中磁耦合。因此，逆變器電路3的驅動電壓和驅動電流取決於由串聯電容器(；、一次側繞組5、並聯電容器CP、二次側繞組6和負載&構成的逆變器負載11。此外，逆變器負載意味著被從逆變器電路3提供電力的電路結構，並不限於圖1所示的結構。例如，在圖1所示的二次側繞組6與負載&之間連接有由整流器、平滑電抗器和平滑電容器構成的整流電路的情況下，包含該整流電路在內的電路結構成為逆變器負載。此外，在該整流電路與負載&之間連接有DC/DC轉換器的情況下，包含整流電路和DC/DC轉換器在內的電路結構成為逆變器負載。
[0027]驅動電壓檢測部7檢測施加於串聯電容器Cs與一次側繞組5的串聯電路的兩端的驅動電壓V，可以應用電阻分壓電路等本領域技術人員容易想到的任意電路結構。同樣，驅動電流檢測部8測定流過串聯電容器Cs和一次側繞組5的驅動電流I，可以使用任意電路結構。例如採用電流互感器作為本發明的驅動電流檢測部8。
[0028]此外，本發明的非接觸供電裝置I具有與驅動電壓檢測部7和驅動電流檢測部8電連接的一次成分提取部12。在以具有規定的驅動頻率(例如IOkHz)的控制信號來驅動逆變器電路3時，驅動電壓檢測部7和驅動電流檢測部8檢測被高頻調製的驅動電壓V和驅動電流I。一次成分提取部12根據由驅動電壓檢測部7和驅動電流檢測部8檢測出的驅動電壓和驅動電流，提取包含與逆變器電路3的驅動頻率具有相同頻率的一次成分的一次驅動電壓V1和一次驅動電流Ip
[0029]圖2是示出由實施方式I中的驅動電壓檢測部和驅動電流檢測部檢測出的驅動電壓和驅動電流的波形圖的一例。在圖2中，橫軸表示時間，縱軸分別表示電壓和電流。而且，一次成分提取部12能夠使用例如驅動頻率的整數倍的採樣頻率,對由驅動電壓檢測部7和驅動電流檢測部8檢測出的圖2所示的驅動電壓V和驅動電流I進行離散傅立葉變換，由此僅提取出驅動電壓V和驅動電流I的一次成分(即具有與驅動頻率相同頻率的成分)。在圖2的情況下，一次成分提取部12根據與圖2所示的這樣的逆變器電路3的驅動頻率的單一周期(例如，在驅動頻率為IOkHz時，I個周期為100 μ sec)相當的時間中的驅動電壓V和驅動電流I，來提取一次驅動電壓V1和一次驅動電流L。
[0030]此外，在一次成分提取部12中，作為從具有多個高次頻率成分的信號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，可以使用通常市場銷售的軟體，來僅提取驅動電壓V和驅動電流I的一次成分。或者，也可以使用使驅動頻率的一次成分通過而使高頻波成分衰減的低通濾波器。不過，如後述那樣，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生變化的特性的低通濾波器，或者使用對驅動電壓信號和驅動電流信號具有相同特性的低通濾波器，使電壓與電流的相位差不發生變化。
[0031]在本發明的一次成分提取部12中，在使用了傅立葉變換的情況下，驅動電壓V和驅動電流I的一次成分如式(I)、式(2)所示被複數表示。
[0032]V1 = Vie6 +JXVllffl...(I)
[0033]I1 = I1K6 + JXIllffl...(2)
[0034]此處，V1表不作為驅動電壓V的一次成分的一次驅動電壓，I1表不作為驅動電流I的一次成分的一次驅動電流。V1Ke、I1Ee為V1、I1的實部，Vllm, Illm為V1、I1的虛部，此外，j表示虛數單位。
[0035]此外，逆變器負載11的阻抗Z、阻抗的大小I Z I和阻抗Z的相位(一次驅動電壓V1與一次驅動電流I1的相位)Θ表不為式(3)~式(5)。
[0036]Z = Y1Zl1...(3)
【權利要求】
1.一種非接觸供電裝置，其特徵在於， 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，通過電磁感應進行饋電； 二次側繞組，其與所述一次側繞組之間隔著空間上的間隙，與第2電容器諧振，通過與所述一次側繞組之間的電磁感應進行受電； 驅動電壓檢測部，其檢測所述逆變器電路的驅動電壓； 驅動電流檢測部，其檢測所述逆變器電路的驅動電流；以及 一次成分提取部，其從所述驅動電壓和所述驅動電流中，提取包含一次成分的一次驅動電壓和一次驅動電流，其中該一次成分與所述逆變器電路的驅動頻率具有相同的頻率。
2.根據權利要求1所述的非接觸供電裝置，其特徵在於， 所述控制電路根據所述一次驅動電壓和所述一次驅動電流，計算逆變器負載的阻抗的大小和相位，並根據計算出的所述逆變器負載的阻抗的大小和相位，檢測所述一次側繞組與所述二次側繞組是否相對，或者檢測所述一次側繞組與所述二次側繞組之間在空間上的間隙，並根據該檢測結果，判斷是否向所述一次側繞組提供所述高頻電力。
3.根據權利要求1所述的非接觸供電裝置，其特徵在於， 所述控制電路根據所述一次驅動電壓和所述一次驅動電流，計算逆變器負載的阻抗的大小和相位，並根據計算出的所述逆變器負載的阻抗的大小和相位，進行包含所述二次側繞組在內的二次側電路的短路故障檢測。
4.根據權利要求2所述的非接觸供電裝置，其特徵在於， 所述控制電路具有存儲部，該存儲部對所述逆變器負載的阻抗的大小和相位與所述一次側繞組和所述二次側繞組在空間上的間隙之間的關係作為映射圖進行存儲，並將所述空間上的間隙大於規定值的所述逆變器負載的阻抗的大小與相位的組合作為驅動禁止區域存儲在所述映射圖上，在計算出的所述逆變器負載的阻抗的大小與相位的組合位於所述映射圖上的驅動禁止區域中的情況下，所述控制電路停止對所述一次側繞組提供高頻電力。
5.根據權利要求4所述的非接觸供電裝置，其特徵在於， 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定為所述映射圖，並將所述二維空間中的規定斜率的直線上方的區域設定為所述驅動禁止區域。
6.根據權利要求3所述的非接觸供電裝置，其特徵在於， 所述控制電路具有存儲部，該存儲部對所述逆變器負載的阻抗的大小和相位與所述一次側繞組和所述二次側繞組在空間上的間隙之間的關係作為映射圖進行存儲，並將所述二次側電路將會發生短路故障的所述逆變器負載的阻抗的大小與相位的組合作為短路故障區域存儲在所述映射圖上，在計算出的所述逆變器負載的阻抗的大小和相位的組合位於所述映射圖上的短路故障區域中的情況下，所述控制電路停止對所述一次側繞組提供高頻電力。
7.根據權利要求6所述的非接觸供電裝置，其特徵在於， 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定為所述映射圖，並將所述二維空間中的所述阻抗的大小小於第I正的規定值且所述相位大於第2正的規定值的矩形區域設定為所述短路故障區域。
8.根據權利要求1~7中的任意一項所述的非接觸供電裝置，其特徵在於， 所述一次成分提取部從與所述逆變器電路的驅動頻率的單個周期相當的時間中的所述驅動電壓和所述驅動電流中 ，提取所述一次驅動電壓和所述一次驅動電流。
【文檔編號】H02M7/48GK103782488SQ201280044192
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2012年9月5日 優先權日:2011年9月15日
【發明者】田中一史, 松本貞行 申請人:三菱電機株式會社