СИСТЕМА БЕСКОНТАКТНОЙ ПЕРЕДАЧИ ЭНЕРГИИ
SYSTEM OF CONTACTLESS TRANSFER OF POWER

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к системе бесконтактной передачи энергии, снабженной устройством передачи энергии, включающим в себя катушки, передающие энергию, которые предназначены для передачи энергии, и устройством приема, включающим в себя катушку, принимающую энергию, которая должна иметь индуктивную связь с катушками, передающими энергию.
ОПИСАНИЕ ИЗВЕСТНОГО УРОВНЯ ТЕХНИКИ
В последние годы уже была известна система бесконтактной передачи энергии, которая позволяет увеличить площадь области размещения и заряжать устройство приема энергии вне зависимости от того, в какое место области размещения помещено устройство приема энергии, путем размещения множества катушек под областью размещения, на которую должно быть помещено устройство приема энергии.
Например, в патентной литературе 1 (публикация заявки на патент Японии JP-A 2006-81249) раскрыта система зарядки, в которой множество катушек, передающих энергию, и множество средств связи размещено в настольном коврике, место, в которое помещен портативный персональный компьютер (ПК) обнаруживают по местоположению средства связи, которое может поддерживать связь с портативным ПК, помещенным на настольный коврик, и энергию подают на ту катушку, передающую энергию, которая находится в месте его расположения.
Кроме того, в патентной литературе 2 (публикация заявки на патент Японии JP-A 2004-229406) раскрыта система зарядки, в которой множество катушек расположено под поверхностью вторичного устройства, через которую осуществляют связь, магнитное поле с линиями магнитной индукции, движущимися или вращающимися в поверхности, через которую осуществляют связь, сформировано следующим образом: вызывают протекание токов различных фаз в соответствующих катушках таким образом, что энергия может быть передана во вторичное устройство вне зависимости от того, в какое место на поверхности, через которую осуществляют связь, помещено вторичное устройство.
Однако, поскольку в патентной литературе 1 для обнаружения места, в которое помещен портативный ПК, используют средство связи, то существует проблема, связанная с усложнением системы и увеличением ее стоимости. Несмотря на то, что в патентной литературе 2 магнитное поле сформировано таким образом, что линии магнитной индукции движутся или вращаются в поверхности, через которую осуществляют связь, то также возбуждают катушки, расположенные в тех местах, где не размещено вторичное устройство, поскольку возбуждают все катушки, расположенные под поверхностью, через которую осуществляют связь. В результате существует проблема неспособности обеспечивать экономию энергии.
КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задачей настоящего изобретения является создание системы бесконтактной передачи энергии, способной обеспечивать экономию энергии путем генерации колебаний только в тех катушках, передающих энергию, которые вносят вклад в бесконтактную зарядку, без использования каких-либо средств связи.
Один из объектов настоящего изобретения направлен на создание системы бесконтактной передачи энергии, содержащей устройство передачи энергии, включающее в себя катушки, передающие энергию, которые предназначены для передачи энергии, и устройство приема энергии, включающее в себя катушку, принимающую энергию, которая должна иметь индуктивную связь с катушками, передающими энергию, причем устройство передачи энергии включает в себя область размещения, на которую должно быть помещено устройство приема энергии, множество катушек, передающих энергию, которые расположены под областью размещения, генератор, предназначенный для генерации колебаний в соответствующих катушках, передающие энергию, осуществляя их возбуждение по отдельности, устройство обнаружения, предназначенное для обнаружения индуктивностей соответствующих катушек, передающих энергию, и устройство определения, предназначенное для определения того места на области размещения, в которое помещено устройство приема энергии, на основании индуктивностей соответствующих катушек, передающих энергию, обнаруженных устройством обнаружения; а генератор задает множество катушек, передающих энергию, которые подлежат возбуждению, на основании местоположения, определенного устройством определения, и устанавливает параметры токов, втекающих в соответствующие катушки, передающие энергию, таким образом, что обеспечивает взаимный сдвиг формы кривой токов, втекающих во множество заданных катушек, передающих энергию.
Эти и другие задачи, признаки и преимущества настоящего изобретения станут более очевидными по прочтении приведенного ниже подробного описания. Кроме того, преимущества настоящего изобретения станут более очевидными из приведенного ниже описания со ссылкой на сопроводительные чертежи.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На Фиг. 1A изображена схема расположения катушек, передающих энергию, системы бесконтактной передачи энергии согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения, а на Фиг. 1Б на виде сбоку показана система бесконтактной передачи энергии согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения,
на Фиг. 2 изображена принципиальная электрическая схема, состоящая из одной цепи подачи тока и микрокомпьютера,
на Фиг. 3 изображена принципиальная электрическая схема устройства приема энергии системы, показанной на Фиг. 1A и Фиг. 1Б,
на Фиг. 4 изображены временные диаграммы формы сигналов, на которых показаны переключающие напряжения на выходе контроллера колебаний в том случае, когда катушка А была размещена так, как показано на Фиг. 1A,
на Фиг. 5 изображены временные диаграммы формы сигналов, на которых показаны токи, соответственно втекающие во все катушки, в том случае, когда были выведены переключающие напряжения, показанные на Фиг. 4,
на Фиг. 6 изображены временные диаграммы формы сигналов напряжений на стоках переключающих элементов относительно уровня потенциала заземления в том случае, когда были выведены переключающие напряжения, показанные на Фиг. 4,
на Фиг. 7 изображены диаграммы формы сигналов напряжений на стоках переключающих элементов на полевых транзисторах (FET, далее - ПТ) относительно уровня потенциала заземления в том случае, когда катушка А была размещена так, как показано на Фиг. 1A, и генерация колебаний осуществлялась во всех катушках,
на Фиг. 8 изображены временные диаграммы формы сигналов, на которых показаны переключающие напряжения на выходе контроллера колебаний в том случае, когда катушка А была размещена непосредственно над катушками а, b, d, e, что показано на Фиг. 1A,
на Фиг. 9 изображены временные диаграммы формы сигналов, на которых показаны токи, соответственно втекающие во все катушки, в том случае, когда были выведены переключающие напряжения, показанные на Фиг. 8,
на Фиг. 10 изображены временные диаграммы формы сигналов напряжений Vd относительно уровня потенциала заземления в том случае, когда были выведены переключающие напряжения, показанные на Фиг. 8,
на Фиг. 11 изображены временные диаграммы формы сигналов напряжений Vd относительно уровня потенциала заземления в том случае, когда катушка А была размещена так, как показано на Фиг. 1A, и генерация колебаний осуществлялась во всех катушках,
на Фиг. 12 изображены временные диаграммы формы сигналов, на которых показаны переключающие напряжения на выходе контроллера колебаний в том случае, когда катушка А была размещена непосредственно над катушками а, b, d, e, что показано на Фиг. 1A,
на Фиг. 13 изображены временные диаграммы формы сигналов, на которых показаны токи, соответственно втекающие во все катушки в том случае, когда были выведены переключающие напряжения, показанные на Фиг. 12,
на Фиг. 14 изображены временные диаграммы формы сигналов напряжений Vd относительно уровня потенциала заземления в том случае, когда были выведены переключающие напряжения, показанные на Фиг. 12,
на Фиг. 15 изображена диаграмма, на которой показаны сгенерированные магнитные потоки в том случае, когда фазы токов, втекающих в катушки а, d, являются одинаковыми,
на Фиг. 16 изображен график, на котором показано содержание в магнитном потоке компонент, направленных по оси z, в каждом положении по оси x в том случае, когда положение P1 было смещено в направлении x, когда в катушки а, d втекали токи с одинаковой фазой,
на Фиг. 17 изображен график, на котором показано содержание в магнитном потоке компонент, направленных по оси z, в каждом положении по оси x в том случае, когда положение P1 было смещено в направлении x, когда в катушки а, d втекали токи, фазы которых были сдвинуты относительно друг друга на 90°,
на Фиг. 18 изображена временная диаграмма формы сигналов напряжений Vd, на которой показана взаимосвязь между напряжениями Vd и значениями весовых коэффициентов,
на Фиг. 19 изображена принципиальная электрическая схема, на которой показана одна цепь подачи тока и микрокомпьютер, согласно четвертому варианту осуществления настоящего изобретения,
на Фиг. 20 изображена схема расположения катушек, передающих энергию, системы бесконтактной передачи энергии согласно пятому варианту осуществления настоящего изобретения,
на Фиг. 21 изображены временные диаграммы формы сигналов, на которых показаны переключающие напряжения на выходе контроллера колебаний в том случае, когда катушка А была размещена непосредственно над катушками а, c, d, как показано на Фиг. 20,
на Фиг. 22 изображены временные диаграммы формы сигналов, на которых показаны переключающие напряжения на выходе контроллера колебаний в случае использования способа с изменением частоты, когда катушка А была размещена непосредственно над катушками а, c, d, как показано на Фиг. 20,
на Фиг. 23 изображена схема расположения катушек, передающих энергию, согласно шестому варианту осуществления настоящего изобретения,
на Фиг. 24 изображена принципиальная электрическая схема устройства приема энергии согласно девятому варианту осуществления настоящего изобретения,
на Фиг. 25A изображена схема, на которой показаны три соседние катушки, передающие энергию, а на Фиг. 25Б изображен график, на котором показано распределение плотности магнитного потока трех катушек, передающих энергию, показанных на Фиг. 25A,
на Фиг. 26 изображена схема, на которой показаны катушки, передающие энергию, и катушки, принимающие энергию, в том случае, когда над областью размещения помещены два устройства приема энергии,
на Фиг. 27 изображена схема последовательности операций, на которой показано функционирование системы бесконтактной передачи энергии согласно десятому варианту осуществления настоящего изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ
ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Теперь будет приведено описание изобретения на примерах со ссылкой на сопроводительные чертежи.
(Первый вариант осуществления изобретения)
На Фиг. 1A изображена схема расположения катушек L1, передающих энергию, системы бесконтактной передачи энергии согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения. На Фиг. 1Б на виде сбоку показана система бесконтактной передачи энергии согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения. Как показано на Фиг. 1Б, система бесконтактной передачи энергии снабжена устройством 1 передачи энергии, включающим в себя катушки L1, передающие энергию, которые предназначены для передачи энергии, и устройством 2 приема энергии, включающим в себя катушку L2, принимающую энергию, которая должна иметь индуктивную связь с катушками L1, передающими энергию.
Устройство 1 передачи энергии включает в себя область размещения (PL), на которую должно быть помещено устройство 2 приема энергии, множество катушек L1, передающих энергию, расположенных под областью размещения (PL), и блок 10 цепи подачи тока, предназначенный для подачи токов в соответствующие катушки L1, передающие энергию. Область размещения (PL), например, образована областью на заданной плоскости на корпусе устройства 1 передачи энергии.
Устройство 2 приема энергии включает в себя выпрямительную схему 21, катушку L2, принимающую энергию, и т.д. В качестве устройства 2 приема энергии может применяться такое электрическое устройство, как, например, электрическая зубная щетка, электроинструмент или электробритва.
Как показано на Фиг. 1A, катушки L1, передающие энергию, расположены в виде матрицы 3×3. В частности, соответствующие катушки L1, передающие энергию, расположены в виде такой квадратной матрицы, что шаг расстановки по вертикали и шаг расстановки по горизонтали равны. Таким образом, могут быть уменьшены зазоры между катушками L1, передающими энергию. Однако такая конфигурация приведена просто в качестве примера, и шаги расстановки катушек L1, передающих энергию, по вертикали и горизонтали могут быть установлены имеющими различные значения.
Здесь, как показано на Фиг. 1A, три катушки L1, передающие энергию, в первом столбце слева именуют катушками а, b, c; три катушки L1, передающие энергию, во втором столбце слева именуют катушками d, e, f; а три катушки L1, передающие энергию, в третьем столбце слева именуют катушками g, h, i. Катушку L2, принимающую энергию, на Фиг. 1A именуют катушкой А.
Несмотря на то, что на Фиг. 1A катушки L1, передающие энергию, расположены в виде матрицы 3×3, такая конфигурация приведена просто в качестве примера, и они могут быть расположены в виде матрицы n (где n - целое число, большее или равное 1)×m (где m-целое число, большее или равное 1). В альтернативном варианте катушки L1, передающие энергию, могут быть расположены произвольно в соответствии с формой внешнего края области размещения (PL).
Блок 10 цепи подачи тока, показанный на Фиг. 1Б, состоит из цепей 11 подачи тока (см. Фиг. 2), которые соответствуют соответствующим катушкам L1, передающим энергию, и микрокомпьютера 100 (см. Фиг. 2). Так как на Фиг. 1A установлено девять катушек с а по i, то блок 10 цепи подачи тока содержит девять цепей 11 подачи тока, которые соответствуют соответствующим катушкам с а по i, и один микрокомпьютер 100, соединенный с этими девятью цепями 11 подачи тока.
На  Фиг. 2 изображена принципиальная электрическая схема, состоящая из одной цепи 11 подачи тока и микрокомпьютера 100. Цепь 11 подачи тока, показанная на Фиг. 2, включает в себя генератор 111, устройство 112 обнаружения, микрокомпьютер 100, источник V1 питания и конденсатор C1. Генератор 111 включает в себя резонансный конденсатор C3, переключающий элемент на полевом транзисторе (ПТ), резистор R3, усилительную схему A1 и контроллер 120 колебаний, и осуществляет возбуждение соответствующих катушек L1, передающих энергию, по отдельности. Устройство 112 обнаружения включает в себя диод D1, резисторы R1, R2 и конденсатор C2, и обнаруживает индуктивность соответствующей катушки L1, передающей энергию. Здесь устройство 112 обнаружения обнаруживает индуктивность катушки L1, передающей энергию, на основании напряжения на катушке L1, передающей энергию.
Один конец катушки L1, передающей энергию, соединен с положительным электродом источника V1 питания, а другой ее конец соединен со стоком переключающего элемента на полевом транзисторе (ПТ).
Резонансный конденсатор C3 подключен параллельно катушке L1, передающей энергию, и входит в резонанс с катушкой L1, передающей энергию, когда переключающий элемент на полевом транзисторе (ПТ) выключен. Переключающий элемент на полевом транзисторе (ПТ) реализован, например, посредством n-канального полевого транзистора, сток которого соединен с катушкой L1, передающей энергию, и его исток заземлен, а его затвор соединен с микрокомпьютером 100 через резистор R3 и усилительную схему A1.
Переключающий элемент на полевом транзисторе (ПТ) включается и выключается переключающим напряжением с выхода микрокомпьютера 100. Вместо n-канального полевого транзистора в качестве переключающего элемента на полевом транзисторе (ПТ) может применяться p-канальный полевой транзистор.
Усилительная схема A1 реализована посредством биполярного транзистора с n-p-n-структурой и биполярного транзистора с p-n-p структурой, эмиттеры которых соединены каскадно, и усиливает переключающее напряжение с выхода микрокомпьютера 100. Коллектор биполярного транзистора с n-p-n-структурой усилительной схемы A1 соединен с положительным электродом источника V1 питания. Кроме того, база биполярного транзистора с p-n-p структурой усилительной схемы A1 соединена с базой биполярного транзистора с n-p-n-структурой и с микрокомпьютером 100, а его коллектор заземлен.
Анод диода D1 соединен со стоком переключающего элемента на полевом транзисторе (ПТ), а его катод соединен с резистором R1, и этот диод препятствует прохождение электрического тока из микрокомпьютера 100 в катушку L1, передающую энергию. Резисторы R1, R2 делят напряжение Vd на стоке переключающего элемента на полевом транзисторе (ПТ) и выводят его на микрокомпьютер 100. Один конец резистора R2 соединен с резистором R1, а другой его конец заземлен. Конденсатор C2 подключен параллельно резистору R2.
Созданный таким образом генератор 111 функционирует следующим образом. Во-первых, когда переключающее напряжение на выходе микрокомпьютера 100 становится высокоуровневым, то это переключающее напряжение усиливается усилительной схемой A1 и вводится в переключающий элемент на полевом транзисторе (ПТ), заряжая емкость затвора переключающего элемента на полевом транзисторе (ПТ) для включения переключающего элемента на полевом транзисторе (ПТ). Затем электрический ток течет из резонансного конденсатора C3 к переключающему элементу на полевом транзисторе (ПТ), и электрический ток течет из катушки L1, передающей энергию, к переключающему элементу на полевом транзисторе (ПТ).
После этого, когда переключающее напряжение на выходе микрокомпьютера 100 становится низкоуровневым, переключающий элемент на полевом транзисторе (ПТ) выключается. Таким образом, резонансный конденсатор C3 и катушка L1, передающая энергию, начинают входить в резонанс, и происходит генерация магнитного потока из катушки L1, передающей энергию, и этот магнитный поток является связанным с катушкой А, генерируя напряжение в катушке А за счет электромагнитной индукции. Таким образом, происходит передача энергии в устройство 2 приема энергии.
Микрокомпьютер 100 многократно включает и выключает переключающий элемент на полевом транзисторе (ПТ), посредством чего периодически создает резонанс катушки L1, передающей энергию, и резонансного конденсатора C3, и генерирует колебания в катушке L1, передающей энергию, для передачи энергии в устройство 2 приема энергии.
Микрокомпьютер 100 включает в себя центральный процессор, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), специализированную аппаратную схему и т.п., и функционирует в качестве устройства 110 определения и контроллера 120 колебаний путем выполнения программы, запомненной в ПЗУ. Несмотря на то, что устройство 110 определения и контроллер 120 колебаний реализованы посредством микрокомпьютера 100, они не ограничены этим вариантом реализации, и могут быть реализованы посредством специализированных аппаратно реализованных схем.
Устройство 110 определения обнаруживает место на области размещения (PL), в которое помещено устройство 2 приема энергии, на основании индуктивностей соответствующих катушек L1, передающих энергию, которые обнаружены устройством 112 обнаружения. В частности, если напряжение Ve, представляющее собой напряжение, деленное посредством резисторов R1, R2, от напряжения Vd на стоке переключающего элемента на полевом транзисторе (ПТ), является большим или равным заданному значению, то устройство 110 определения обнаруживает, что место в области размещения (PL) непосредственно над катушкой L1, передающей энергию, которое соответствует напряжению Ve, не является тем местом, в которое помещено устройство 2 приема энергии, а если напряжение Ve является меньшим, чем заданное значение, то обнаруживают, что местом, в которое помещено устройство 2 приема энергии, является место области размещения (PL) непосредственно над катушкой L1, передающей энергию, которое соответствует напряжению Ve.
И вновь со ссылкой на Фиг. 2, контроллер 120 колебаний задает множество катушек L1, передающих энергию, которые подлежат возбуждению, на основании места размещения, обнаруженного устройством 110 определения, устанавливает параметры токов, которые должны течь во множестве катушек, передающих энергию, таким образом, чтобы формы кривой токов, которые должны течь в соответствующих заданных катушках, передающие энергию, были сдвинуты друг относительно друга, и выводит переключающие напряжения в переключающие элементы на полевом транзисторе (ПТ). В качестве параметров могут использоваться, например, значения фаз, частот или токов.
Согласно системе передачи энергии из этого варианта осуществления изобретения, вне зависимости от того, в какое место области размещения (PL) помещено устройство 2 приема энергии, отсутствует какое-либо место на области размещения (PL) непосредственно над катушками L1, передающими энергию, которые подлежат возбуждению, где происходит взаимная компенсация магнитных потоков, сгенерированных множеством катушек L1, передающих энергию, и где магнитные потоки, связанные с катушкой L2, принимающей энергию, становятся равными 0. Таким образом, может быть обеспечена надежная зарядка устройства 2 приема энергии.
Кроме того, поскольку множество катушек, передающих энергию, которые подлежат возбуждению, задают на основании места, в которое помещено устройство 2 приема энергии, то колебания генерируют только в тех катушках L1, передающих энергию, которые вносят вклад в бесконтактную зарядку, а генерацию колебаний в тех катушках L1, передающих энергию, которые не вносят вклад в бесконтактную зарядку, не осуществляют, в результате чего это может способствовать экономии энергии.
Экономия энергии может быть обеспечена путем простого управления установлением параметров токов, втекающих во множество катушек L1, передающих энергию, которые подлежат возбуждению.
Какое именно место области размещения (PL) является местом, в которое помещено устройство 2 приема энергии, определяют на основании индуктивностей катушек L1, передающих энергию. Таким образом, место размещения может быть определено даже без наличия специально предусмотренных средств связи для определения места размещения, вследствие чего система может быть упрощена, и ее стоимость может быть уменьшена.
(Второй вариант осуществления изобретения)
Система бесконтактной передачи энергии согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения отличается тем, что производят взаимный сдвиг фаз токов, втекающих во множество заданных катушек, передающих энергию, в системе бесконтактной передачи энергии из первого варианта осуществления изобретения. В этом варианте осуществления изобретения не приведено описание элементов, которые являются одинаковыми с элементами из первого варианта осуществления изобретения.
На Фиг. 7 изображены диаграммы формы сигналов напряжений Vd относительно уровня потенциала заземления в том случае, когда катушка А была размещена так, как показано на Фиг. 1A, и генерация колебаний осуществлялась во всех катушках с а по i. На фиг. 7 на временных диаграммах формы сигналов в строках с первой по девятую соответственно показаны временные диаграммы формы сигналов для катушек с а по i, при этом вертикальная ось отображает напряжение Vd, а горизонтальная ось отображает время.
На Фиг. 1A количество взаимосвязей магнитного потока между катушкой А и катушками а, d, по существу, является одним и тем же. Количество взаимосвязей магнитного потока между катушкой А и катушками b, e, по существу, является одним и тем же, но меньшим, чем количество взаимосвязей магнитного потока между катушкой А и катушками а, d. Соответственно, в результате размещения устройства 2 приема энергии индуктивности катушек а, d являются большими, чем индуктивности катушек b, e.
Таким образом, как показано на  Фиг. 7, в результате размещения устройства 2 приема энергии амплитуды напряжений Vd на катушках а, d становятся меньшими, чем амплитуды напряжений Vd на катушках b, e.
С другой стороны, как показано на  Фиг. 1A, магнитные потоки катушек c, f, g, h, i не являются связанными с катушкой А. Таким образом, как показано на  Фиг. 7, амплитуды напряжений Vd на катушках c, f, g, h, i становятся большими, чем амплитуды напряжений Vd на катушках а, b, d, e.
Таким образом, может быть определено, что устройство 2 приема энергии не размещено непосредственно над соответствующей катушкой L1, передающей энергию, если напряжение Vd является большим или равным заданному значению, и что устройство 2 приема энергии размещено непосредственно над соответствующей катушкой L1, передающей энергию, если напряжение Vd является меньшим, чем заданное значение.
И вновь со ссылкой на Фиг. 2, контроллер 120 колебаний задает множество катушек L1, передающих энергию, которые подлежат возбуждению, на основании места размещения, определенного устройством 110 определения, и выводит переключающие напряжения в переключающие элементы на полевом транзисторе (ПТ) для взаимного сдвига фаз токов, втекающих во множество заданных катушек L1, передающих энергию.
В частности, если под местом размещения, определенным устройством 110 определения, имеется множество соседних катушек L1, передающих энергию, то контроллер 120 колебаний задает это множество катушек L1, передающих энергию, в качестве катушек, которые подлежат возбуждению. Кроме того, если под местом размещения, определенным устройством 110 определения, имеется только одна катушка L1, передающая энергию, то контроллер 120 колебаний задает эту катушку L1, передающую энергию, и, по меньшей мере, одну из катушек L1, передающих энергию, соседних с этой катушкой L1, передающей энергию, в качестве катушек, которые подлежат возбуждению.
Затем контроллер 120 колебаний выводит такие переключающие напряжения, чтобы в соседние катушки L1, передающие энергию, из множества катушек L1, передающих энергию, которые подлежат возбуждению, втекали токи, фазы которых сдвинуты друг относительно друга на 90°.
На Фиг. 4 изображены временные диаграммы формы сигналов, на которых показаны переключающие напряжения на выходе контроллера 120 колебаний в том случае, когда катушка А была размещена непосредственно над катушками а, b, d, e, как показано на Фиг. 1A. На  Фиг. 5 изображены временные диаграммы формы сигналов, на которых показаны токи, соответственно втекающие в катушки с а по i, в том случае, когда были выведены переключающие напряжения, показанные на Фиг. 4. На Фиг. 6 изображены временные диаграммы формы сигналов напряжений Vd относительно уровня потенциала заземления в том случае, когда были выведены переключающие напряжения, показанные на Фиг. 4. На диаграммах, показанных на Фиг. 4, вертикальная ось отображает переключающее напряжение, а горизонтальная ось отображает время. На диаграммах, показанных на Фиг. 5, вертикальная ось отображает ток, а горизонтальная ось отображает время. На диаграммах, показанных на Фиг. 6, вертикальная ось отображает напряжение Vd, а горизонтальная ось отображает время.
В случае, показанном на Фиг. 1A, контроллер 120 колебаний задает катушки а, b, d, e в качестве катушек L1, передающих энергию, которые подлежат возбуждению. Таким образом, контроллер 120 колебаний обеспечивает запаздывание фаз переключающих напряжений для катушки b, которая является соседней с катушкой а и изображена ниже ее, и для катушки d, которая является соседней с катушкой а и изображена справа от нее, на 90° относительно переключающего напряжения для катушки а, как показано на диаграммах из Фиг. 4. Для переключающего напряжения для катушки e, которая является соседней с катушкой а и изображена ниже справа от нее по диагонали, контроллер 120 колебаний устанавливает ту же самую фазу, что и фаза переключающего напряжения для катушки а.
В частности, если предположить, что переключающие напряжения двух фаз, сдвинутых одна относительно другой на 90°, являются первым и вторым переключающими напряжениями, то контроллер 120 колебаний выводит переключающие напряжения таким образом, чтобы из катушек, передающих энергию, которые подлежат возбуждению, те катушки, колебания в которых должны быть сгенерированы первым переключающим напряжением, и те катушки, колебания в которых должны быть сгенерированы вторыми переключающими напряжениями, были расположены в шахматном порядке.
Таким образом, понятно, что фазы токов, втекающих в катушки b, d, имеют запаздывание относительно фаз токов, втекающих в катушки а, e, на 90°, как показано на диаграммах из Фиг. 5. Также понятно, что в катушки c, f, g, h, i не втекают какие-либо токи, поскольку генерация колебаний в этих катушках не должна осуществляться.
Кроме того, понятно, что фазы напряжений Vd для катушек b, d имеют запаздывание относительно фаз напряжений Vd для катушек а, e на 90°, как показано на диаграммах из Фиг. 6. Также понятно, что на катушках c, f, g, h, i не генерируются какие-либо напряжения, поскольку генерация колебаний в этих катушках не должна осуществляться.
На Фиг. 15 изображена диаграмма, на которой показаны сгенерированные магнитные потоки в том случае, когда фазы токов, втекающих в катушки а, d, являются одинаковыми. Следует отметить, что ось x, показанная на Фиг. 15, указывает горизонтальное направление на Фиг. 1A, а ось z указывает направление по высоте (направление, ортогональное к плоскости Фиг. 1A) на Фиг. 1A. Положение P1, показанное на Фиг. 15, представляет собой положение на расстоянии h по высоте в направлении оси z от середины отрезка прямой, соединяющей центр CTa катушки а и центр CTd катушки d. Здесь значение высоты h, по существу, эквивалентно расстоянию от катушек а, d до области размещения (PL). Другими словами, положение P1 указывает положение катушки L2, принимающей энергию тогда, когда устройство 2 приема энергии размещено на области размещения (PL), будучи расположенным посередине между катушками а и d.
На Фиг. 16 показано содержание в магнитном потоке компонент, направленных по оси z, в каждом положении по оси x в том случае, когда положение P1 было смещено в направлении x, когда в катушки а, d втекали токи с одинаковой фазой. На Фиг. 17 показано содержание в магнитном потоке компонент, направленных по оси z, в каждом положении по оси x в том случае, когда положение P1 было смещено в направлении x, когда в катушки а, d втекали токи, фазы которых были сдвинуты относительно друг друга на 90°.
Как показано на Фиг. 15 и Фиг. 16, в положении P1, когда в катушки а, d втекают токи одинаковой фазы, то магнитный поток Ba катушки а направлен под углом вправо вниз, а магнитный поток Bd катушки d направлен под углом влево вверх. Таким образом, компонента Ba1, представляющая собой компоненту магнитного потока Ba в направлении оси z, имеет, по существу, ту же самую величину, что и компонента Bd1, представляющая собой компоненту магнитного потока Bd в направлении оси z, и ориентирована в направлении, прямо противоположном направлению компоненты Bd1. Таким образом, Ba1 и Bd1 компенсируют друг друга, и содержание в магнитном потоке компонент, направленных по оси z, в положении P1 становится, по существу, равным 0. Когда катушка L2, принимающая энергию, размещена в положении P1, то отсутствует магнитный поток, связанный с этой катушкой L2, принимающей энергию, и устройство 1 передачи энергии не может передавать энергию в устройство 2 приема энергии.
В частности, понятно, что содержание в магнитном потоке компонент, направленных по оси z, достигает максимума в положении, когда z=h, x=CTa или когда z=h, x=CTd, уменьшается в соответствии с колоколообразной кривой при приближении x к P1 от CTa и увеличивается в соответствии с колоколообразной кривой при приближении x к CTd от P1, как показано на Фиг. 16.
Из этого понятно, что устройство 1 передачи энергии может производить передачу большого количества энергии в устройство 2 приема энергии, когда устройство 2 приема энергии расположено рядом и непосредственно над центром CTa или центром CTd, но энергия, переданная устройством 1 передачи энергии в устройство 2 приема энергии, уменьшается по мере приближения места, в которое помещено устройство 2 приема энергии, к положению P1. Таким образом, если устройство 2 приема энергии помещено вблизи положения P1 и непосредственно над ним, то устройство 2 приема энергии не может получать энергию от устройства 1 передачи энергии.
С другой стороны, как показано на Фиг. 17, когда фазы токов, втекающие в катушки а, d, имеют сдвиг друг относительно друга на 90°, то содержание в магнитном потоке компонент, направленных по оси z, является, по существу, постоянным в соответствующих положениях x в направлении х, где z=h. Таким образом, вне зависимости от того, в какое место группы катушек L1, передающих энергию, которые подлежат возбуждению, помещено устройство 2 приема энергии, магнитные потоки могут являться связанными с катушкой L2, принимающей энергию, и энергия может быть передана в устройство 2 приема энергии.
И вновь со ссылкой на Фиг. 2, источник V1 питания реализован посредством схемы источника питания, предназначенной для преобразования напряжения промышленной частоты, величиной, например, 100 В, в постоянное напряжение заданного уровня, причем его положительный электрод соединен с катушкой L1, передающей энергию, а его отрицательный электрод заземлен. Конденсатор C1 реализован, например, посредством электролитического конденсатора, подключенного параллельно источнику V1 питания, и он сглаживает напряжение на выходе источника V1 питания.
На Фиг. 3 изображена принципиальная электрическая схема устройства 2 приема энергии, показанного на Фиг. 1. Устройство 2 приема энергии включает в себя выпрямительную схему 21, катушку L2, принимающую энергию, и аккумуляторную батарею АКБ. Катушка L2, принимающая энергию, имеет индуктивную связь с катушками L1, передающими энергию, и принимает энергию, переданную из катушек L1, передающих энергию.
Выпрямительная схема 21 включает в себя диод D2 и конденсатор C4. Конденсатор C4 сглаживает напряжение, сгенерированное в катушке L2, принимающей энергию. Диод D2 выпрямляет напряжение, сгенерированное в катушке L2, принимающей энергию. Таким образом, постоянное напряжение подают на аккумуляторную батарею АКБ, которая заряжается этим постоянным напряжением. Например, в качестве аккумуляторной батареи АКБ может применяться одна из различных аккумуляторных батарей, таких как, например, литий-ионная аккумуляторная батарея, никель-водородная аккумуляторная батарея и свинцово-кислотная аккумуляторная батарея.
Как описано выше, согласно системе передачи энергии из этого варианта осуществления изобретения, вне зависимости от того, в какое место области размещения (PL) помещено устройство 2 приема энергии, отсутствует какое-либо место на области размещения (PL) непосредственно над катушками L1, передающими энергию, которые подлежат возбуждению, где происходит взаимная компенсация магнитных потоков, сгенерированных множеством катушек L1, передающих энергию, и где магнитные потоки, связанные с катушкой L2, принимающей энергию, становятся равными 0. Таким образом, может быть обеспечена надежная зарядка устройства 2 приема энергии.
Кроме того, поскольку, множество катушек, передающих энергию, которые подлежат возбуждению, задано на основании места, в которое помещено устройство 2 приема энергии, то колебания генерируют только в тех катушках L1, передающих энергию, которые вносят вклад в бесконтактную зарядку, а генерацию колебаний в катушках L1, передающих энергию, которые не вносят вклад в бесконтактную зарядку, не осуществляют, в результате чего это может способствовать экономии энергии.
Может быть обеспечена надежная зарядка устройства 2 приема энергии, и может быть обеспечена экономия энергии путем простого управления взаимным сдвигом фаз токов, втекающих во множество катушек L1, передающих энергию которые подлежат возбуждению.
Какое именно место области размещения (PL) является местом, в которое помещено устройство 2 приема энергии, определяют на основании индуктивностей катушек L1, передающих энергию. Таким образом, место размещения может быть определено даже без наличия специально предусмотренных средств связи для определения места размещения, вследствие чего система может быть упрощена, и ее стоимость может быть уменьшена.
(Третий вариант осуществления изобретения)
Система бесконтактной передачи энергии согласно третьему варианту осуществления изобретения отличается тем, что изменяют частоты токов, втекающих во множество заданных катушек, передающих энергию, в системе бесконтактной передачи энергии из первого варианта осуществления изобретения. В этом варианте осуществления изобретения не приведено описание элементов, которые являются одинаковыми с элементами из первого и второго вариантов осуществления изобретения.
На Фиг. 11 изображены временные диаграммы формы сигналов напряжений Vd относительно уровня потенциала заземления в том случае, когда катушка А была размещена так, как показано на Фиг. 1A, и генерация колебаний осуществлялась во всех катушках с а по i.
На Фиг. 11 на временных диаграммах формы сигналов в строках с первой по девятую соответственно показаны временные диаграммы формы сигналов для катушек с а по i, при этом, вертикальная ось отображает напряжение Vd, а горизонтальная ось отображает время.
На Фиг. 1A количество взаимосвязей магнитного потока между катушкой А и катушками а, d, по существу, является одним и тем же. Количество взаимосвязей магнитного потока между катушкой А и катушками b, e, по существу, является одним и тем же, но меньшим, чем количество взаимосвязей магнитного потока между катушкой А и катушками а, d. Соответственно, в результате размещения устройства 2 приема энергии индуктивности катушек а, d являются большими, чем индуктивности катушек b, e.
Таким образом, как показано на диаграммах из Фиг. 11, в результате размещения устройства 2 приема энергии амплитуды напряжений Vd на катушках a, d становятся меньшими, чем амплитуды напряжений Vd на катушках b, e.
С другой стороны, как показано на Фиг. 1A, магнитные потоки катушек c, f, g, h, i не являются взаимосвязанными с катушкой А. Таким образом, как показано на Фиг. 11, амплитуды напряжений Vd на катушках c, f, g, h, i становятся большими, чем амплитуды напряжений Vd на катушках a, b, d, e.
Таким образом, может быть определено, что устройство 2 приема энергии не размещено непосредственно над соответствующей катушкой L1, передающей энергию, если напряжение Vd является большим или равным заданному значению, и что устройство 2 приема энергии размещено непосредственно над соответствующей катушкой L1, передающей энергию, если напряжение Vd является меньшим, чем заданное значение.
И вновь со ссылкой на Фиг. 2, контроллер 120 колебаний задает множество катушек L1, передающих энергию, которые подлежат возбуждению, на основании места размещения, определенного устройством 110 определения, и выводит переключающие напряжения на переключающие элементы на полевом транзисторе (ПТ) для взаимного сдвига частот токов, втекающих во множество заданных катушек L1, передающих энергию.
В частности, при наличии множества соседних катушек L1, передающих энергию, под местом размещения, которое определено устройством 110 определения, контроллер 120 колебаний задает это множество катушек L1, передающих энергию, в качестве катушек, которые подлежат возбуждению. Кроме того, если под местом размещения, определенным устройством 110 определения, имеется только одна катушка L1, передающая энергию, то контроллер 120 колебаний задает эту катушку L1, передающую энергию, и, по меньшей мере, одну из катушек L1, передающих энергию, соседних с этой катушкой L1, передающей энергию, в качестве катушек, которые подлежат возбуждению.
В этом случае контроллер 120 колебаний выводит переключающие напряжения таким образом, чтобы в соседние катушки L1, передающие энергию, из множества катушек L1, передающих энергию, которые подлежат возбуждению, втекали токи, имеющие соотношение частот 1:m. Здесь значение m может быть равным, например, 2.
На Фиг. 8 изображены временные диаграммы формы сигналов, на которых показаны переключающие напряжения на выходе контроллера 120 колебаний в том случае, когда катушка А была размещена непосредственно над катушками а, b, d, e, как показано на Фиг. 1A. На Фиг. 9 изображены временные диаграммы формы сигналов, на которых показаны токи, соответственно втекающие в катушки с а по i, в том случае, когда были выведены переключающие напряжения, показанные на Фиг. 8. На Фиг. 10 изображены временные диаграммы формы сигналов напряжений Vd относительно уровня потенциала заземления в том случае, когда были выведены переключающие напряжения, показанные на Фиг. 8. На диаграммах, показанных на Фиг. 8, вертикальная ось отображает переключающее напряжение, а горизонтальная ось отображает время. На диаграммах, показанных на Фиг. 9, вертикальная ось отображает ток, а горизонтальная ось отображает время. На диаграммах, показанных на Фиг. 10, вертикальная ось отображает напряжение Vd, а горизонтальная ось отображает время.
В случае, показанном на Фиг. 1A, контроллер 120 колебаний задает катушки а, b, d, e в качестве катушек L1, передающих энергию, которые подлежат возбуждению. Таким образом, контроллер 120 колебаний удваивает частоты переключающих напряжений для катушки b, которая является соседней с катушкой а и изображена ниже ее, и для катушки d, которая является соседней с катушкой а и изображена справа от нее, относительно переключающего напряжения для катушки а, как показано на диаграммах из Фиг. 8. Для переключающего напряжения для катушки e, которая является соседней с катушкой а и изображена ниже справа от нее по диагонали, контроллер 120 колебаний устанавливает ту же самую частоту, что и частота переключающего напряжения для катушки а.
В частности, если предположить, что, переключающее напряжение, имеющее частоту f1 (Гц), и переключающее напряжение, имеющее частоту 2·f1 (Гц), являются первым и вторым переключающими напряжениями, то контроллер 120 колебаний выводит переключающие напряжения таким образом, чтобы из катушек L1, передающих энергию, которые подлежат возбуждению, те катушки, колебания в которых должны быть сгенерированы первым переключающим напряжением, и те катушки, колебания в которых должны быть сгенерированы вторыми переключающими напряжениями, были расположены в шахматном порядке.
Таким образом, понятно, что частоты токов, втекающих в катушки b, d, являются вдвое большими, чем частоты токов, втекающих в катушки а, e, как показано на диаграммах из Фиг. 9. Также понятно, что в катушки c, f, g, h, i не втекают какие-либо токи, поскольку генерация колебаний в этих катушках не должна осуществляться.
Кроме того, понятно, что частоты напряжений Vd для катушек b, d являются вдвое большими, чем частоты напряжений Vd для катушек а, e, как показано на диаграммах из Фиг. 10. Также понятно, что на катушках c, f, g, h, i не генерируются какие-либо напряжения, поскольку генерация колебаний в этих катушках не должна осуществляться.
Согласно системе передачи энергии из этого варианта осуществления изобретения, может быть обеспечена надежная зарядка устройства 2 приема энергии, и может быть обеспечена экономия энергии путем простого управления изменением частот токов, втекающих во множество катушек L1, передающих энергию, которые подлежат возбуждению, в дополнение к эффектам из первого варианта осуществления изобретения.
(Четвертый вариант осуществления изобретения)
Система бесконтактной передачи энергии согласно четвертому варианту осуществления настоящего изобретения отличается тем, что изменяют величины токов, втекающих во множество заданных катушек, передающих энергию, в системе бесконтактной передачи энергии из первого варианта осуществления изобретения. В этом варианте осуществления изобретения не приведено описание элементов, которые являются одинаковыми с элементами из вариантов осуществления изобретения с первого по третий.
В этом варианте осуществления изобретения устройстве 110 определения, показанное на Фиг. 2, вызывает то, что в катушки с а по i втекают одинаковые токи, и определяет место размещения катушки А перед изменением скважности импульсов переключающих напряжений для изменения величин токов, втекающих во множество заданных катушек, передающих энергию.
Кроме того, контроллер 120 колебаний задает множество катушек L1, передающих энергию, которые подлежат возбуждению, на основании места размещения, определенного устройством 110 определения, и выводит переключающие напряжения с различной скважностью импульсов в переключающие элементы на полевом транзисторе (ПТ), соответствующие заданным катушкам L1, передающим энергию, таким образом, чтобы во множество заданных катушек L1, передающих энергию, втекали токи, имеющие соотношение величин 1:m. В этом варианте осуществления изобретения значение m установлено, например, равным 2.
На Фиг. 12 изображены временные диаграммы формы сигналов переключающих напряжений на выходе контроллера 120 колебаний в том случае, когда катушка А была размещена непосредственно над катушками а, b, d, e, как показано на Фиг. 1A. На Фиг. 13 изображены временные диаграммы формы сигналов, на которых показаны токи, соответственно втекающие в катушки с а по i в том случае, когда были выведены переключающие напряжения, показанные на Фиг. 12.
На Фиг. 14 изображены временные диаграммы формы сигналов напряжений Vd относительно уровня потенциала заземления в том случае, когда были выведены переключающие напряжения, показанные на Фиг. 12. На диаграммах, показанных на Фиг. 12, вертикальная ось отображает переключающее напряжение, а горизонтальная ось отображает время. На диаграммах, показанных на Фиг. 13, вертикальная ось отображает ток, а горизонтальная ось отображает время. На диаграммах, показанных на Фиг. 14, вертикальная ось отображает напряжение Vd, а горизонтальная ось отображает время.
В случае, показанном на Фиг. 1A, контроллер 120 колебаний задает катушки а, b, d, e в качестве катушек L1, передающих энергию, которые подлежат возбуждению. Таким образом, контроллер 120 колебаний вдвое уменьшает скважность импульсов переключающих напряжений для катушки b, соседней с катушкой а и изображенной ниже ее, и для катушки d, соседней с катушкой а и изображенной справа от нее, относительно скважности импульсов переключающего напряжения для катушки а, как показано на диаграммах из Фиг. 12.
Для переключающего напряжения для катушки e, которая является соседней с катушкой а и изображена ниже справа от нее по диагонали, контроллер 120 колебаний устанавливает ту же самую скважность импульсов, что и скважность импульсов переключающего напряжения для катушки а.
В частности, если предположить, что первым и вторым переключающими напряжениями являются переключающее напряжение со скважностью импульсов d1 и переключающее напряжение со скважностью импульсов ·d1/2, то контроллер 120 колебаний выводит переключающие напряжения таким образом, чтобы из катушек L1, передающих энергию, которые подлежат возбуждению, те катушки, колебания в которых должны быть сгенерированы первым переключающим напряжением, и те катушки, колебания в которых должны быть сгенерированы вторыми переключающими напряжениями, были расположены в шахматном порядке.
Таким образом, понятно, что величины токов, втекающих в катушки b, d, являются вдвое большими, чем величины токов, втекающих в катушки а, e, как показано на диаграммах из Фиг. 13. Также понятно, что в катушки c, f, g, h, i не втекают какие-либо токи, поскольку генерация колебаний в этих катушках не должна осуществляться.
Кроме того, понятно, что величины напряжений Vd для катушек b, d являются вдвое большими, чем величины напряжений Vd для катушек а, e, как показано на диаграммах из Фиг. 14. Также понятно, что на катушках c, f, g, h, i не генерируются какие-либо напряжения, поскольку генерация колебаний в этих катушках не должна осуществляться.
Согласно системе передачи энергии из этого варианта осуществления изобретения, может быть обеспечена надежная зарядка устройства 2 приема энергии, и может быть обеспечена экономия энергии путем простого управления изменением величин токов, втекающих во множество катушек L1, передающих энергию, которые подлежат возбуждению, в дополнение к эффектам из первого варианта осуществления изобретения.
Несмотря на то, что в приведенном выше описании величины токов, втекающих в катушки L1, передающие энергию, изменяют путем изменения скважности импульсов переключающих напряжений, настоящее изобретение не ограничено этим вариантом. Например, если предположить, что в катушки L1, передающие энергию, втекают первый ток и второй ток, величина которого является вдвое большей, чем величина первого тока, то параметры цепи соответствующих цепей 11 подачи тока могут быть установлены таким образом, чтобы катушки L1, колебания в которых должны быть сгенерированы первым током, и катушки L1, колебания в которых должны быть сгенерированы вторым током, были расположены в шахматном порядке.
(Пятый вариант осуществления изобретения)
Система бесконтактной передачи энергии согласно пятому варианту осуществления настоящего изобретения отличается тем, что периодически генерирует колебания в иных катушках L1, передающих энергию, чем те катушки, которые подлежат возбуждению в системе бесконтактной передачи энергии из первого варианта осуществления изобретения. В этом варианте осуществления изобретения не приведено описание элементов, которые являются одинаковыми с элементами из вариантов осуществления изобретения с первого по четвертый.
В этом варианте осуществления изобретения контроллер 120 колебаний, показанный на Фиг. 2, задает катушки L1, передающие энергию, которые подлежат возбуждению, тем же самым образом, как и в первом варианте осуществления изобретения. Затем контроллер 120 колебаний выводит переключающие напряжения в переключающие элементы на полевом транзисторе (ПТ), соответствующие иным катушкам L1, передающим энергию, чем те катушки, которые подлежат возбуждению, для периодической генерации колебаний в иных катушках L1, передающих энергию, чем те катушки, которые подлежат возбуждению.
Здесь, в этом варианте осуществления изобретения, генерацию колебаний в иных катушках L1, передающих энергию, чем те катушки, которые подлежат возбуждению, осуществляют периодически только в течение 1 миллисекунды (мс) за секунду. Соответственно, контроллер 120 колебаний может, например, выводить в переключающие элементы на полевом транзисторе (ПТ), соответствующие иным катушкам L1, передающим энергию, чем те катушки, которые подлежат возбуждению, те же самые напряжения, что и переключающие напряжения для катушек L1, передающих энергию, которые подлежат возбуждению, только в течение 1 мс за секунду.
Если генерация колебаний в иных катушках L1, передающих энергию, чем те катушки, которые подлежат возбуждению, полностью прекращена, то напряжения VD, соответствующие иным катушкам L1, передающим энергию, чем те катушки, которые подлежат возбуждению, не изменяются даже в том случае, если на область размещения (PL) помещено другое устройство 2 приема энергии. Таким образом, устройство 112 обнаружения не может обнаружить факт размещения этого устройства 2 приема энергии.
Соответственно, в этом варианте осуществления изобретения обеспечена возможность обнаружения факта размещения другого устройства 2 приема энергии за счет периодической генерации колебаний в катушках L1, передающих энергию.
(Шестой вариант осуществления изобретения)
Система бесконтактной передачи энергии согласно шестому варианту осуществления настоящего изобретения отличается тем, что место размещения определяют путем установления значений весовых коэффициентов для соответствующих катушек L1, передающих энергию, согласно напряжениям на соответствующих катушках L1, передающих энергию. В этом варианте осуществления изобретения не приведено описание элементов, которые являются одинаковыми с элементами из вариантов осуществления изобретения с первого по пятый.
В этом варианте осуществления изобретения устройстве 110 определения, показанное на Фиг. 2, устанавливает большее значение весового коэффициента для некоторой катушки L1, передающей энергию, имеющей меньшее соответствующее напряжение Vd, и определяет, что устройство 2 приема энергии размещено непосредственно над этой катушкой L1, передающей энергию, если значение весового коэффициента является большим или равным заданному значению, а если значение весового коэффициента является меньшим, чем заданное значение, то определяет, что устройство 2 приема энергии не размещено непосредственно над этой катушкой L1, передающей энергию.
На Фиг. 18 изображена временная диаграмма формы сигналов напряжений Vd, на которой показана взаимосвязь между напряжениями Vd и значениями весовых коэффициентов. Как показано на Фиг. 18, устройство 110 определения устанавливает заданное значение весового коэффициента в качестве значения весового коэффициента для определенной катушки L1, передающей энергию, согласно амплитуде напряжения Vd, соответствующего этой катушке L1, передающей энергию.
Здесь устройство 110 определения может, например, установить значение весового коэффициента, соответствующее предполагаемому максимальному значению Vmax амплитуды напряжения Vd, равным 0, установить значение весового коэффициента, соответствующее предполагаемому минимальному значению Vmin амплитуды напряжения Vd, равным 1, и вычислить значение весового коэффициента для этого напряжения Vd путем линейной интерполяции амплитуды напряжения Vd, обнаруженного устройством 112 обнаружения.
Так как амплитуда первого слева напряжения Vd соответствует минимальному значению Vmin на Фиг. 18, то для катушки L1, передающей энергию, которая соответствует этому напряжению Vd, в качестве максимального значения весового коэффициента, равного установлено значение 1. Так как амплитуда второго слева напряжения Vd является более низкой, чем Vmax, на величину (Vmax-Vmin)×(2/3), то для катушки L1, передающей энергию, которая соответствует этому напряжению Vd, устанавливают значение весового коэффициента, равное 1×2/3=0,67, способом линейной интерполяции. Так как амплитуда третьего слева напряжения Vd является более низкой, чем Vmax, на величину (Vmax-Vmin)×(1/3), то для катушки L1, передающей энергию, которая соответствует этому напряжению Vd, устанавливают значение весового коэффициента, равное 1×1/3=0,33. Так как амплитуда четвертого слева напряжения, Vd соответствует максимальному значению Vmax, то для катушки L1, передающей энергию, которая соответствует этому напряжению Vd, устанавливают минимальное значение весового коэффициента, равное 0.
Затем устройство 110 определения определяет, что место на области размещения (PL), расположенной непосредственно над этой катушкой L1, передающей энергию, не является местом размещения для той катушки L1, передающей энергию, значение весового коэффициента которой является равным или меньшим, чем, например, 0,1, наряду с этим оно определяет, что место на области размещения (PL), расположенное непосредственно над этой катушкой L1, передающей энергию, является местом размещения для той катушки L1, передающей энергию, значение весового коэффициента которой является большим, чем 0,1.
Как описано выше, согласно системе бесконтактной передачи энергии из этого варианта осуществления изобретения, напряжение для катушки L1, передающей энергию, уменьшается по мере уменьшения расстояния до катушки L2, принимающей энергию. Таким образом, путем установления значения весового коэффициента для каждой катушки L1, передающей энергию, на основании напряжения на каждой катушке L1, принимающей энергию, может быть определено, размещено ли устройство 2 приема энергии непосредственно над каждой катушкой L1, передающей энергию, или нет, на основании установленного значения весового коэффициента, а размер размещенного устройства 2 приема энергии может быть определен на основании количества следующих одна за другой катушек L1, передающих энергию, для которых установлены большие значения весовых коэффициентов.
Кроме того, если имеется множество групп следующих одна за другой катушек L1, передающих энергию, для которых установлены большие значения весовых коэффициентов, то может быть определено, что на области размещения (PL) размещено множество устройств 2 приема энергии.
(Седьмой вариант осуществления изобретения)
Система бесконтактной передачи энергии согласно седьмому варианту осуществления настоящего изобретения отличается тем, что индуктивности соответствующих катушек L1, передающих энергию, определяют на основании напряжений на катушках обратной связи, имеющих индуктивную связь с соответствующими катушками L1, передающими энергию. В этом варианте осуществления изобретения не приведено описание элементов, которые являются одинаковыми с элементами из вариантов осуществления изобретения с первого по шестой.
На  Фиг. 19 изображена принципиальная электрическая схема, на которой показана одна цепь 11 подачи тока и микрокомпьютер 100, согласно седьмому варианту осуществления настоящего изобретения. Как показано на Фиг. 19, устройство 112 обнаружения включает в себя катушку L3 обратной связи, диод D1, резистор R2 и конденсатор C2.
Один конец катушки L3 обратной связи соединен с резистором R2 через диод D1, а другой ее конец заземлен и имеет индуктивную связь с катушкой L1, передающей энергию. Диод D1 предотвращает прохождение электрического тока от диода D1 на землю через катушку L3 обратной связи.
Таким образом, в микрокомпьютер 100 подается напряжение Ve в точке соединения между диодом D1 и резистором R2. Если напряжение на катушке L1, принимающей энергию, изменяется, то, напряжение на катушке L3 обратной связи также изменяется в соответствии с этим изменением, и также изменяется напряжение Ve в соответствии с напряжением на катушке L3 обратной связи. Следовательно, используя напряжение Ve, устройство 110 определения может определить, является ли место на области размещения (PL) непосредственно над катушкой L1, передающей энергию, которая соответствует каждому напряжению Ve, местом размещения.
Как описано выше, поскольку согласно системе бесконтактной передачи энергии из этого варианта осуществления изобретения предусмотрено наличие множества катушек L3 обратной связи, имеющих индуктивную связь с соответствующими катушками L1, передающими энергию, то напряжения на катушках L3 обратной связи могут быть уменьшены путем регулирования количества витков катушек L3 обратной связи и катушек L1, передающих энергию.
Например, если устройство 1 передачи энергии приводится в действие путем его подключения к электропитанию переменного промышленной частоты с напряжением 100 В, то на выходе конденсатора C1 получают постоянное напряжение величиной, например, около 140 В. Следовательно, напряжение Vd также увеличивается, и в качестве элементов схемы для создания устройства 112 обнаружения в устройстве, показанном на Фиг. 2, необходимо применять элементы схемы, способные выдерживать высокие нагрузки. Однако, поскольку в этом варианте осуществления изобретения предусмотрено наличие катушек L3 обратной связи, то в качестве диода D1, резистора R2 и конденсатора C2, как элементов схемы для создания устройства 112 обнаружения, могут быть использованы диод, резистор и конденсатор, способные выдерживать невысокие нагрузки, и это может способствовать снижению стоимости.
(Восьмой вариант осуществления изобретения)
Система бесконтактной передачи энергии согласно восьмому варианту осуществления изобретения отличается тем, катушки L1, передающие энергию, расположены на треугольной сетке размещения, состоящей из правильных треугольников. В этом варианте осуществления изобретения не приведено описание элементов, которые являются одинаковыми с элементами из вариантов осуществления изобретения с первого по седьмой. Кроме того, в качестве цепи 11 подачи тока может быть использована цепь подачи тока, показанная на Фиг. 2 или на Фиг. 19.
На Фиг. 20 изображена схема расположения катушек L1, передающих энергию, системы бесконтактной передачи энергии согласно восьмому варианту осуществления настоящего изобретения. Как показано на Фиг. 20, катушки L1, передающие энергию, расположены таким образом, что в этом варианте осуществления изобретения их центры CT1 (не показаны) расположены в вершинах Ps правильных треугольников треугольной сетки Ms размещения.
Сетка Ms такова, что в каждом из двух уровней: верхнем и нижнем, расположено по три правильных треугольника. Правильные треугольники с первого по третий в первом уровне при отсчете слева соответственно именуют ниже правильными треугольниками Tr1 - Tr3, а правильные треугольники с первого по третий при отсчете слева во втором уровне именуют правильными треугольниками Tr4-Tr6.
В сетке Ms в первом ряду расположены три вершины Ps, во второй ряду расположены две вершины Ps, а в третьем ряду расположены три вершины Ps, в силу чего размещено всего восемь вершин Ps.
Соответственно, в этом варианте осуществления изобретения в первом и в третьем рядах расположено по три катушки L1, передающие энергию, и во втором ряду расположено две катушки L1, передающие энергию, в силу чего в общей сложности размещено восемь катушек, передающих энергию. На Фиг. 20 три катушки L1, передающие энергию, которые расположены в первом ряду, именуют катушками а, d, g, две катушки, передающие энергию, которые расположены во втором ряду, именуют катушками c, f, а три катушки L1, передающие энергию, которые расположены в третьем ряду, именуют катушками b, e, h.
В этом варианте осуществления изобретения контроллер 120 колебаний, показанный на Фиг. 2 или на Фиг. 19, выводит переключающие напряжения с тремя фазами, имеющими сдвиг друг относительно друга на 120°, в переключающие элементы на полевом транзисторе (ПТ), которые соответствуют этим соответствующим катушкам L1, передающим энергию, таким образом, чтобы в три катушки L1, передающие энергию, которые расположены в вершинах Ps правильного треугольника, к которому относится катушка L1, передающая энергию, которая расположена под местом размещения, определенным устройством 110 определения, втекали токи с тремя фазами, имеющими сдвиг друг относительно друга на 120°.
Как показано на Фиг. 20, катушка А размещена непосредственно над катушками а, c, d. Таким образом, устройство 110 определения определяет местоположение области размещения (PL) непосредственно над катушками а, c, d как место, в которое помещено устройство 2 приема энергии.
Соответственно, контроллер 120 колебаний выводит переключающие напряжения с тремя фазами, имеющими сдвиг друг относительно друга на 120°, в переключающие элементы на полевом транзисторе (ПТ), соответствующие катушкам а, c, d, расположенным в вершинах правильного треугольника Tr1, к которому относятся катушки а, c, d как катушки L1, передающие энергию, которые расположены под местом размещения.
Вершина Ps, где расположена катушка d, относится к правильным треугольникам Tr1-Tr3, а вершина Ps, где расположена катушка c, относится к правильным треугольникам Tr1, Tr2, Tr4 и Tr5. Однако поскольку определено, что устройство 2 приема энергии размещено непосредственно над катушками а, c, d, расположенными во всех вершинах Ps правильного треугольника Tr1, то контроллер 120 колебаний задает катушки а, c, d, расположенные в вершинах правильного треугольника Tr1, в качестве катушек L1, передающих энергию, которые подлежат возбуждению.
На Фиг. 21 изображены временные диаграммы формы сигналов, на которых показаны переключающие напряжения на выходе контроллера 120 колебаний в том случае, когда катушка А была размещена непосредственно над катушками а, с, d, как показано на Фиг. 20. В случае, показанном на Фиг. 20, контроллер 120 колебаний задает катушки а, c, d в качестве катушек L1, передающих энергию, которые подлежат возбуждению. Таким образом, как показано на диаграммах из Фиг. 21, контроллер 120 колебаний задерживает фазу переключающего напряжения для катушки d, соседней с катушкой а и расположенной справа от нее, на 120° относительно фазы переключающего напряжения для катушки а.
Кроме того, контроллер 120 колебаний задерживает фазу переключающего напряжения для катушки c относительно фазы переключающего напряжения для катушки d на 120°.
Таким образом, даже в том случае, если катушка А размещена вблизи центра тяжести правильного треугольника Tr1, показанного на Фиг. 20, магнитные потоки могут являться связанными с этой катушкой А, и может происходить передача энергии в устройство 2 приема энергии.
Несмотря на то, что в приведенном выше описании на катушки, расположенные в трех вершинах правильного треугольника, подают переключающие напряжения с тремя фазами, имеющими сдвиг друг относительно друга на 120°, может использоваться способ изменения частоты, описанный в третьем варианте осуществления изобретения, или способ изменения величины тока, описанный в четвертом варианте осуществления изобретения, не будучи ограниченным вышеизложенным.
В случае использования способа изменения частоты в соответствующие катушки L1, передающие энергию, которые расположены в трех вершинах правильного треугольника, могут втекать токи, частоты которых отличаются в соотношении 1:m:n. Кроме того, в случае использования способа изменения величины тока в соответствующие катушки L1, передающие энергию, которые расположены в трех вершинах правильного треугольника, могут втекать токи, величины которых отличаются в соотношении 1:m:n. Здесь значениями m и n являются, например, числа, за исключением 1 (например, целые числа, большие или равные 2).
На Фиг. 22 изображены временные диаграммы формы сигналов, на которых показаны переключающие напряжения на выходе контроллера 120 колебаний в случае использования способа с изменением частоты, когда катушка А была размещена непосредственно над катушками а, c, d, как показано на Фиг. 20.
Как показано на диаграммах из Фиг. 22, катушки а, c, d соответственно возбуждают переключающими напряжениями, частоты которых соотносятся как 1:m:n. Таким образом, в катушки а, c, d втекают токи, частоты которых сдвинуты друг относительно друга, и плотности магнитного потока в центрах тяжести соответствующих правильных треугольников, могут быть сделаны одинаковыми.
(Девятый вариант осуществления изобретения)
Система бесконтактной передачи энергии согласно девятому варианту осуществления настоящего изобретения отличается тем, что катушки L1, передающие энергию, расположены в виде такой многослойной структуры, что их центры являются смещенными друг относительно друга. На Фиг. 23 изображена схема расположения катушек L1, передающих энергию, согласно девятому варианту осуществления настоящего изобретения. В этом варианте осуществления изобретения не приведено описание элементов, которые являются одинаковыми с элементами из вариантов осуществления изобретения с первого по восьмой.
Как показано на Фиг. 23, катушки L1, передающие энергию, расположены в трех слоях с S1 по S3. Слои S1-S3 сформированы слоями катушки, в которых катушки L1, передающие энергию, расположены в виде матрицы M×N (на Фиг. 23 в виде матрицы 3×4).
В каждом из слоев S1-S3 шаги расстановки катушек L1, передающих энергию, по вертикали и по горизонтали равны.
Слои S1 - S3 сформированы в виде многослойной структуры таким образом, что центры катушек L1, передающих энергию, являются смещенными. На Фиг. 23 центры CT1 катушек L1, передающих энергию, слоя S1 смещены вниз на величину "a" относительно центров CT3 катушек L1, передающих энергию, слоя S3, а центры CT2 катушек L1, передающих энергию, слоя S2 смещены влево на величину "a" относительно центров CT3 катушек L1, передающих энергию, слоя S3.
Структура смещения слоев S1-S3 из Фиг. 23 приведена в качестве примера, и может использоваться иная структура смещения.
Как описано выше, поскольку слои S1 к S3 сформированы в виде многослойной структуры таким образом, что центры катушек L1, передающих энергию, являются смещенными, то может быть более надежно предотвращено появление того места, расположенного непосредственно над катушками L1, передающими энергию, которые подлежат возбуждению, где происходит взаимная компенсация магнитных потоков, и магнитные потоки, связанные с катушкой А, становятся равными 0. Таким образом, вне зависимости от того, в какое место области размещения (PL) помещена катушка А, магнитные потоки могут быть связанными с катушкой А. Следовательно, может быть обеспечена не только надежная передача энергии в устройство 2 приема энергии, но и экономия энергии.
(Десятый вариант осуществления изобретения)
Система бесконтактной передачи энергии согласно десятому варианту осуществления изобретения отличается тем, что периодически генерирует колебания во всех катушках L1, передающих энергию, тогда, когда устройство 2 приема энергии не размещено над областью размещения (PL). В этом варианте осуществления изобретения не приведено описание элементов, которые являются одинаковыми с элементами из вариантов осуществления изобретения с первого по девятый. Кроме того, в качестве цепи 11 подачи тока может быть использована цепь подачи тока, показанная на Фиг. 2 или на Фиг. 19.
В этом варианте осуществления изобретения контроллер 120 колебаний, показанный на Фиг. 2 или на Фиг. 19, выводит переключающие напряжения таким образом, что обеспечивает периодическую генерацию колебаний во всех катушках L1, передающих энергию, когда устройство 110 определения определяет, что устройство 2 приема энергии не размещено непосредственно ни над одной из катушек L1, передающих энергию. Здесь контроллер 120 колебаний может периодически генерировать колебания в катушках L1, передающих энергию, путем вывода в соответствующие переключающие элементы на полевом транзисторе (ПТ) таких же самых переключающих напряжений, как и те переключающие напряжения, которые выводят для прерывистой генерации колебаний в пятом варианте осуществления изобретения.
Таким образом, устройство 112 обнаружения может обнаруживать расположение устройства 2 приема энергии, если устройство 2 приема энергии снова помещено в такое состояние, в котором устройство 2 приема энергии не размещено над областью размещения (PL).
Как описано выше, согласно системе бесконтактной передачи энергии из этого варианта осуществления изобретения, периодически генерируют колебания в соответствующих катушках L1, передающих энергию тогда, когда устройство 2 приема энергии не размещено над областью размещения (PL). Таким образом, имеется возможность уменьшения мощности в режиме ожидания и одновременного обнаружения расположения устройства 2 приема энергии.
(Одиннадцатый вариант осуществления изобретения)
Система бесконтактной передачи энергии согласно одиннадцатому варианту осуществления настоящего изобретения отличается тем, что катушки L1, передающие энергию, выполнены имеющими больший размер, чем размер катушки L2, принимающей энергию (размер катушек L1, передающих энергию, > размера катушки L2, принимающей энергию). Если размер катушки L2, принимающей энергию, задан в несколько раз большим, чем размер катушек L1, передающих энергию, чтобы размер катушки L2, принимающей энергию, был большим, чем размер катушек L1, передающих энергию (размер катушки L2, принимающей энергию, > размера катушек L1, передающих энергию), то катушка L2, принимающая энергию, может быть расположена непосредственно над множеством катушек L1, передающих энергию, в силу чего имеется возможность предотвращения того, чтобы магнитные потоки, связанные с катушкой L2, принимающей энергию, становились равными 0.
Однако, если в качестве устройства 2 приема энергии применяется устройство небольшого размера, такое как, например, электрическая зубная щетка, то диаметр катушки L2, принимающей энергию, составляет, приблизительно, 10 мм. Таким образом, если катушка L2, принимающая энергию, выполнена имеющей больший размер, чем размер катушек L1, передающих энергию, то диаметр катушек L1, передающих энергию, должен составлять, приблизительно, 5 мм.
Однако, поскольку имеется зазор, приблизительно, от 3 мм до 4 мм, вызванный наличием корпусов устройства 1 передачи энергии и устройства 2 приема энергии, то, возможно, что генерация взаимосвязанных магнитных потоков для катушки L2, принимающей энергию, размещенной на расстоянии от 3 мм до 4 мм до надлежащего положения, не сможет быть осуществлена, если диаметр катушек L1, передающих энергию, составляет, приблизительно, 5 мм. Таким образом, за счет создания катушек L1, передающих энергию, большего размера, чем размер катушки L2, принимающей энергию, магнитные потоки могут быть связаны с катушкой L2, принимающей энергию, и энергия может быть передана в устройство 2 приема энергии даже в том случае, если в качестве устройства 2 приема энергии применяется малогабаритное устройство.
Однако, если катушки L1, передающие энергию, выполнены имеющими больший размер, чем размер катушки L2, принимающей энергию, то существует место, в котором магнитные потоки, связанные с катушкой L2, принимающей энергию, становятся равными 0, как показано на Фиг. 16. Однако, как показано на Фиг. 17, магнитные потоки могут быть связанными с катушкой L2, принимающей энергию, вне зависимости от места размещения катушки L2, принимающей энергию, за счет взаимного сдвига фаз токов, втекающих во множество катушек L1, передающих энергию, которые подлежат возбуждению, что описано в первом и в других вариантах осуществления изобретения.
Следовательно, передача энергия может производиться вне зависимости от места размещения устройства 2 приема энергии даже в том случае, если в качестве устройства 2 приема энергии применяется малогабаритное устройство, такое как, например, электрическая зубная щетка.
(Двенадцатый вариант осуществления изобретения)
Система бесконтактной передачи энергии согласно двенадцатому варианту осуществления настоящего изобретения отличается тем, что производят зарядку аккумуляторной батареи АКБ током постоянной величины в системе бесконтактной передачи энергии согласно любому из вариантов осуществления изобретения с первого по одиннадцатый. В этом варианте осуществления изобретения не приведено описание элементов, которые являются одинаковыми с элементами из вариантов осуществления изобретения с первого по одиннадцатый. На  Фиг. 24 изображена принципиальная электрическая схема устройства 2 приема энергии согласно двенадцатому варианту осуществления настоящего изобретения. Как показано на Фиг. 24, устройство 2 приема энергии снабжено катушкой L2, принимающей энергию, выпрямительной схемой 21, конденсатором C4, переключающим элементом на полевом транзисторе (ПТ1), резистором R10 и контроллером 22.
Выпрямительная схема 21 включает в себя диод D1, анод которого соединен с одним концом конденсатора C4, и конденсатор C5, один конец которого соединен с катодом диода D2, а другой его конец соединен с отрицательным электродом аккумуляторной батареи АКБ. Описание функций диода D2 не приведено, поскольку они являются теми же самыми, что и функции диода D2, показанного на Фиг. 3. Конденсатор C5 является сглаживающим конденсатором.
Конденсатор C4 является согласующим конденсатором, подключенным параллельно катушке L2, принимающей энергию, и он предусмотрен для приема большего количества энергии из устройства 1 передачи энергии.
Переключающий элемент на полевом транзисторе (ПТ1) реализован, например, посредством n-канального полевого транзистора, сток которого соединен с катодом диода D2, а его исток соединен с положительным электродом аккумуляторной батареи АКБ через резистор R10, и он включается и выключается в соответствии с широтномодулированным (ШИМ) сигналом на выходе контроллера 22.
Контроллер 22 обнаруживает ток, текущий в резисторе R10, и управляет переключающим элементом на полевом транзисторе (ПТ1) методом широтноимпульсной модуляции (ШИМ) путем подачи ШИМ-сигнала на затвор переключающего элемента на полевом транзисторе (ПТ1), вследствие чего ток становится током постоянной величины.
На Фиг. 25A показаны три соседние катушки L1, передающие энергию, а на Фиг. 25Б изображен график, на котором показано распределение плотности магнитного потока трех катушек L1, передающих энергию, которые показаны на Фиг. 25A. На Фиг. 25Б вертикальная ось отображает плотность магнитного потока, а горизонтальная ось отображает положения на прямой линии, соединяющей центры CT трех катушек L1, передающих энергию, которые показаны на Фиг 25A.
Понятно, что магнитный поток изменяется пилообразно, достигая максимумов в центрах CT и доходя до минимумов в середине отрезков прямых, соединяющих соседние центры CT, как показано на Фиг 25Б.
Соответственно, когда катушка L2, принимающая энергию, размещена непосредственно над центром CT, то контроллер 22 сокращает период состояния "включено" переключающего элемента на полевом транзисторе (ПТ1) путем увеличения скважности импульсов ШИМ-сигнала, так как плотность магнитного потока является высокой, и подается большое количество энергии. С другой стороны, когда катушка L2, принимающая энергию, размещена непосредственно над точкой посередине между соседними центрами CT, то контроллер 22 сокращает период состояния "включено" переключающего элемента на полевом транзисторе (ПТ1) путем уменьшения скважности импульсов ШИМ-сигнала, так как плотность магнитного потока является низкой, и подается меньшее количество энергии. Таким образом, в среднем, на аккумуляторную батарею АКБ подают ток постоянной величины, в силу чего зарядку аккумуляторной батареи АКБ производят током постоянной величины.
(Тринадцатый вариант осуществления изобретения)
Система бесконтактной передачи энергии согласно тринадцатому варианту осуществления настоящего изобретения отличается тем, что изменяют энергию, подлежащую передаче в устройство 2 приема энергии, в соответствии с размером устройства 2 приема энергии, размещенного на области размещения (PL). В этом варианте осуществления изобретения не приведено описание элементов, которые являются одинаковыми с элементами из вариантов осуществления изобретения с первого по двенадцатый. В качестве цепи 11 подачи тока может быть использована любая из цепей подачи тока, показанных на Фиг. 2 или на Фиг. 9.
В этом варианте осуществления изобретения устройство 110 определения, показанное на Фиг. 2 и Фиг. 19, устанавливает значения весовых коэффициентов для катушки L1, передающей энергию, способом линейной интерполяции так же, как и в третьем варианте осуществления изобретения, и, исходя из распределения значений весовых коэффициентов, задает количество размещенных устройств 2 приема энергии.
На Фиг. 26 показаны катушки L1, передающие энергию, и катушки L2, принимающие энергию, в том случае, когда над областью размещения (МН) помещены два устройства 2 приема энергии. Как показано на Фиг. 26, катушка А, так как катушка L2, принимающая энергию, первого устройства 2 приема энергии размещена над катушками а, b, d, e, а катушка B, представляющая собой катушку L2, принимающую энергию, второго устройства 2 приема энергии, помещается размещена над катушками h, i, k, l.
В этом случае предполагают, что устройство 110 определения устанавливает приведенные ниже значения весовых коэффициентов для катушек а, b, d, e и для катушек h, i, k, l путем линейной интерполяции напряжений Ve, которые соответствуют соответствующим катушкам L1, передающим энергию.
a: 0,4, b: 0,2, d: 0,3, e:0,1
h: 0,3, i: 0,4, k: 0,5, l: 0,7
Затем устройство 110 определения определяет катушки а, b, d, e как группу катушек L1, передающих энергию, поскольку распределение значений весовых коэффициентов для катушек а, b, d, e образует одну совокупность, и определяет катушки h, i, k, l как группу катушек L1, передающих энергию, поскольку распределение значений весовых коэффициентов для катушек h, i, k, l образует одну совокупность.
После этого устройство 110 определения вычисляет суммарную величину значений весовых коэффициентов для катушек L1, передающих энергию, каждой группы и устанавливает эту суммарную величину в качестве значение весового коэффициента для катушки, передающей энергию, имеющей максимальное значение весового коэффициента, в каждой группе.
В случае, показанном на Фиг. 26, в группе катушек а, b, d, e суммарная величина значений весовых коэффициентов составляет 0,4+0,2+0,3+0,1=1, и устройство 110 определения назначает значение 1,0 в качестве значения весового коэффициента для катушки а, так как значение весового коэффициента катушки а является наибольшим. В группе катушек h, i, k, l суммарная величина значений весовых коэффициентов составляет 0,3+0,4+0,5+0,7=1,9, и устройство 110 определения назначает значение 1,9 в качестве значения значение весового коэффициента для катушки l, так как значение весового коэффициента катушки l является наибольшим.
Затем, в том случае, когда значение весового коэффициента, назначенное катушке L1, передающей энергию, с наибольшим значением весового коэффициента в одной группе, является большим или равным пороговому значению, устройство 110 определения определяет, что непосредственно над этой катушкой L1, передающей энергию, размещено большое устройство 2 приема энергии. С другой стороны, когда значение весового коэффициента, назначенное катушке L1, передающей энергию, с наибольшим значением весового коэффициента в одной группе, является меньшим, чем пороговое значение, устройство 110 определения определяет, что непосредственно над этой катушкой L1, передающей энергию размещено небольшое устройство 2 приема энергии.
В случае, показанном на Фиг. 26, если предполагают, что пороговое значение равно 1,5, то определено, что непосредственно над катушкой а размещено небольшое устройство 2 приема энергии, поскольку значение весового коэффициента, назначенное катушке а, равно 1,0 и является меньшим, чем пороговое значение. С другой стороны, определено, что непосредственно над катушкой l размещено большое устройство 2 приема энергии, поскольку значение весового коэффициента, назначенное катушке 1, равно 1,9 и является большим, чем пороговое значение.
Контроллер 120 колебаний задает в качестве катушек L1, передающих энергию, которые подлежат возбуждению, каждую катушку L1, передающую энергию, которой устройством 110 определения было назначено значение весового коэффициента, и катушку L1, передающую энергию, значение весового коэффициента которой является следующим по величине после значения весового коэффициента вышеупомянутой катушки L1, передающей энергию, из катушек L1, передающих энергию, которые являются соседними с вышеупомянутой катушкой L1, передающей энергию.
Как показано на Фиг. 26, так как из катушек а, b, d, e наибольшим является значение весового коэффициента для катушки а, а катушкой L1, передающей энергию, которая имеет второе по величине значение весового коэффициента, является катушка d, то в качестве катушек L1, передающих энергию, которые подлежат возбуждению, задают катушки а, d. Кроме того, так как из катушек h, i, k, l наибольшим является значение весового коэффициента для катушки l, а катушкой L1, передающей энергию, которая имеет второе по величине значение весового коэффициента, является катушка k, то в качестве катушек L1, передающих энергию, которые подлежат возбуждению, задают катушки l, k.
Затем контроллер 120 колебаний выводит такие переключающие напряжения, чтобы в две соседние катушки L1, передающие энергию, которые в каждой группе заданы как катушки L1, передающие энергию, которые подлежат возбуждению, втекали токи, фазы которых имеют сдвиг друг относительно друга на 90°.
В этом случае контроллер 120 колебаний может выводить такие переключающие напряжения, чтобы в две соседние катушки L1, передающие энергию, над которыми размещено большое устройство 2 приема энергии, текли большие токи, чем в две соседние катушки L1, передающие энергию, над которыми размещено небольшое устройство 2 приема энергии.
В частности, контроллер 120 колебаний может установить меньшую скважность импульсов переключающих напряжений для двух соседних катушек L1, передающих энергию, над которыми размещено большое устройство 2 приема энергии, чем скважность импульсов переключающих напряжений для двух соседних катушек L1, передающих энергию, над которыми размещено небольшое устройство 2 приема энергии.
В случае, показанном на Фиг. 26, контроллер 120 колебаний выводит такие переключающие напряжения, чтобы в катушки а, d втекали токи, фазы которых имеют сдвиг друг относительно друга на 90°. Кроме того, контроллер 120 колебаний выводит такие переключающие напряжения, чтобы в катушки l, k втекали токи, фазы которых имеют задержку на 90°.
Так как над катушками а, d размещено небольшое устройство 2 приема энергии, а над катушками l, k размещено большое устройство 2 приема энергии, контроллер 120 колебаний может установить более высокую скважность импульсов переключающих напряжений для катушек а, d, чем скважность импульсов переключающих напряжений для катушек l, k.
На Фиг. 27 изображена схема последовательности операций, на которой показано функционирование системы бесконтактной передачи энергии согласно тринадцатому варианту осуществления настоящего изобретения. Сначала, когда система включена (операция ST1), микрокомпьютер 100 периодически выводит переключающие напряжения для периодической генерации колебаний в соответствующих катушках L1, передающих энергию (операция ST2).
Затем, после обнаружения расположения устройств 2 приема энергии (операция ST3) устройство 110 определения устанавливает значения весовых коэффициентов для соответствующих катушек L1, передающих энергию (операция ST4) и вычисляет суммарную величину значений весовых коэффициентов для каждой группы катушек L1, передающих энергию (операция ST5).
После этого устройство 110 определения определяет катушку L1, передающую энергию, с наибольшим значением весового коэффициента для каждой группы катушек L1, передающих энергию, и, используя суммарную величину значений весовых коэффициентов, определяет, какое из устройств 2 приема энергии, которыми являются большое устройство приема энергии и небольшое устройство приема энергии, размещено непосредственно над катушкой L1, передающей энергию, с наибольшим значением весового коэффициента (операция ST6).
После этого контроллер 120 колебаний задает две катушки L1, передающие энергию, а именно, катушку L1, передающую энергию, с наибольшим значением весового коэффициента в каждой группе и катушку L1, передающую энергию, значение весового коэффициента которой является следующим по величине после значения весового коэффициента для вышеупомянутой катушки L1, передающей энергию, из катушек L1, передающих энергию, соседних с вышеупомянутой катушкой L1, передающей энергию, в качестве катушек L1, передающих энергию, которые подлежат возбуждению, генерирует колебания в этих катушках L1, передающих энергию, обеспечивая взаимный сдвиг фаз друг относительно друга на 90°, и периодически генерирует колебания в иных катушках L1, передающих энергию, чем те катушки, которые подлежат возбуждению (операция ST7). Затем в этой последовательности операций возвращаются к операции ST3.
Как описано выше, согласно системе бесконтактной передачи энергии из этого варианта осуществления изобретения, имеется возможность производить передачу большего количества энергии в большое устройство 2 приема энергии и меньшего количества энергии в небольшое устройство 2 приема энергии, вследствие чего может быть обеспечена эффективная передача энергии в устройства 2 приема энергии.
Кроме того, надлежащие количества энергии могут быть переданы в соответствующие устройства 2 приема энергии в соответствии с размерами соответствующих устройств 2 приема энергии даже в том случае, если размещено множество устройств 2 приема энергии.
Ниже подытожены технические особенности настоящего изобретения.
(1) Система бесконтактной передачи энергии согласно одному из объектов настоящего изобретения содержит устройство передачи энергии, включающие в себя катушки, передающие энергию, которые предназначены для передачи энергии; и устройство приема энергии, включающее в себя катушку, принимающую энергию, которая должна иметь индуктивную связь с катушками, передающими энергию, причем это устройство передачи энергии включает в себя область размещения, на которой должно быть размещено устройство приема энергии, множество катушек, передающих энергию, которые расположены под областью размещения, генератор, предназначенный для генерации колебаний в соответствующих катушках, передающих энергию, осуществляя их возбуждение по отдельности, устройство обнаружения, предназначенное для обнаружения индуктивностей соответствующих катушек, передающих энергию, и устройство определения, предназначенное для определения того места на области размещения, в которое помещено устройство приема энергии, на основании индуктивностей соответствующих катушек, передающих энергию, которые обнаружены устройством обнаружения; а генератор задает множество катушек, передающих энергию, которые подлежат возбуждению, на основании местоположения, определенного устройством определения, и устанавливает параметры токов, втекающих в соответствующие катушки, передающие энергию, таким образом, что обеспечивает взаимный сдвиг формы кривой токов, втекающих во множество заданных катушек, передающих энергию.
Согласно этому варианту устройства обнаруживают индуктивности соответствующих катушек, передающих энергию, на основании обнаруженных индуктивностей определяют место размещения устройства приема энергии, на основании определенного места размещения задают множество катушек, передающих энергию, которые подлежат возбуждению, устанавливают такие параметры токов, втекающих в соответствующие катушки, передающие энергию, что обеспечивают взаимный сдвиг формы сигнала токов, втекающих во множество заданных катушек, передающих энергию, и генерируют колебания в этом множестве катушек, передающих энергию.
Таким образом, вне зависимости от того, в какое место на области размещения помещено устройство приема энергии, отсутствует какое-либо место на области размещения непосредственно над катушками, передающими энергию, которые подлежат возбуждению, где происходит взаимная компенсация магнитных потоков, сгенерированных множеством катушек, передающих энергию, и где магнитные потоки, связанные с катушкой, принимающей энергию, становятся равными 0, вследствие чего может быть обеспечена надежная зарядка устройства приема энергии.
Кроме того, поскольку, множество катушек, передающих энергию, которые подлежат возбуждению, задано на основании места, в которое помещено устройство приема энергии, то колебания генерируют только в тех катушках, передающих энергию, которые вносят вклад в бесконтактную зарядку, а генерацию колебаний в катушках, передающих энергию, которые не вносят вклад в бесконтактную зарядку, не осуществляют, в результате чего это может способствовать экономии энергии.
Кроме того, экономия энергии может быть обеспечена путем простого управления установлением параметров токов, соответственно втекающих во множество катушек, передающих энергию, которые подлежат возбуждению.
Какое именно место области размещения является тем местом, в которое помещено устройство приема энергии, определяют на основании индуктивностей катушек, передающих энергию. Таким образом, место размещения может быть определено даже без наличия специально предусмотренных средств связи для определения места размещения, вследствие чего система может быть упрощена, и ее стоимость может быть уменьшена.
(2) В предпочтительном варианте генератор задает множество катушек, передающих энергию, которые подлежат возбуждению, на основании места размещения, определенного устройством определения, и обеспечивает взаимный сдвиг фаз токов, втекающих во множество заданных катушек, передающих энергию.
Согласно этому варианту устройства, может быть обеспечена надежная зарядка устройства приема энергии путем простого управления взаимным сдвигом фаз токов, втекающих во множество катушек, передающих энергию, которые подлежат возбуждению.
(3) В предпочтительном варианте генератор задает множество катушек, передающих энергию, которые подлежат возбуждению, на основании места размещения, определенного устройством определения, и изменяет частоты токов, втекающих во множество заданных катушек, передающих энергию.
Согласно этому варианту устройства, может быть обеспечена надежная зарядка устройства приема энергии путем простого управления изменением частот токов, втекающих во множество катушек, передающих энергию, которые подлежат возбуждению.
(4) В предпочтительном варианте генератор задает множество катушек, передающих энергию, которые подлежат возбуждению, на основании места размещения, определенного устройством определения, и изменяет величины токов, втекающих во множество заданных катушек, передающих энергию.
Согласно этому варианту устройства, может быть обеспечена надежная зарядка устройства приема энергии путем простого управления изменением величин токов, втекающих во множество катушек, передающих энергию, которые подлежат возбуждению.
(5) В предпочтительном варианте множество катушек, передающих энергию, расположены в форме сетчатой структуры; и генератор вызывает то, что в соседние катушки из множества катушек, передающих энергию, которые подлежат возбуждению, втекают токи с двумя фазами, имеющими сдвиг друг относительно друга на 90°.
Согласно этому варианту устройства, поскольку фазы токов, втекающих в соседние катушки, передающие энергию, имеют сдвиг друг относительно друга на 90°, то плотность магнитного потока на области размещения может быть сделана, по существу, равномерной, и зарядка устройства приема энергии может производиться вне зависимости от того, в какое место области размещения помещено устройство приема энергии.
(6) В предпочтительном варианте множество катушек, передающих энергию, расположены в форме сетчатой структуры; и генератор вызывает то, что в соседние катушки из множества катушек, передающих энергию, которые подлежат возбуждению, втекают различные токи, частоты которых соотносятся как 1:m (m>0).
Согласно этому варианту устройства, поскольку в соседние катушки, передающие энергию, втекают различные токи, частоты которых соотносятся как 1:m (m>0), то плотность магнитного потока на области размещения может быть сделана, по существу, равномерной, и зарядка устройства приема энергии может производиться вне зависимости от того, в какое место области размещения помещено устройство приема энергии.
(7) В предпочтительном варианте множество катушек, передающих энергию, расположены в форме сетчатой структуры; и генератор вызывает то, что в соседние катушки из множества катушек, передающих энергию, которые подлежат возбуждению, втекают различные токи, величины которых соотносятся как 1:m (m>0).
Согласно этому варианту устройства, поскольку в соседние катушки, передающие энергию, втекают различные токи, величины которых соотносятся как 1:m (m>0), то плотность магнитного потока на области размещения может быть сделана, по существу, равномерной, и зарядка устройства приема энергии может производиться вне зависимости от того, в какое место области размещения помещено устройство приема энергии.
(8) В предпочтительном варианте соответствующие катушки, передающие энергию, имеют одинаковый размер, и их центры расположены в вершинах треугольной сетки, состоящей из правильных треугольников; и генератор вызывает то, что в три катушки, передающие энергию, которые расположены в соответствующих вершинах правильного треугольника, к которому относится катушка, передающая энергию, расположенная под местом размещения, определенным устройством определения, втекают токи с тремя фазами, имеющими сдвиг друг относительно друга на 120°.
Согласно этому варианту устройства, поскольку катушки, передающие энергию, расположены таким образом, что их центры находятся в вершинах треугольной сетки, состоящей из правильных треугольников, то зазоры между катушками, передающими энергию, могут быть уменьшены. Кроме того, поскольку в три катушки, передающие энергию, которые расположены в вершинах правильного треугольника, к которому относится катушка, передающая энергию, расположенная под местом размещения устройства приема энергии, втекают токи с тремя фазами, имеющими сдвиг друг относительно друга на 120°, то величины плотности магнитного потока в центрах тяжести соответствующих правильных треугольников могут быть сделаны одинаковыми.
(9) В предпочтительном варианте соответствующие катушки, передающие энергию, имеют одинаковый размер, и их центры расположены в вершинах треугольной сетки, состоящей из правильных треугольников; и генератор вызывает то, что в три катушки, передающие энергию, которые расположены в соответствующих вершинах правильного треугольника, к которому относится катушка, передающая энергию, расположенная под местом размещения, определенным устройством определения, втекают токи, частоты которых соотносятся как 1:m:n (m, n>0).
Согласно этому варианту устройства, поскольку катушки, передающие энергию, расположены таким образом, что их центры находятся в вершинах треугольной сетки, состоящей из правильных треугольников, то зазоры между катушками, передающими энергию, могут быть уменьшены. Кроме того, поскольку в три катушки, передающие энергию, которые расположены в вершинах правильного треугольника, к которому относится катушка, передающая энергию, расположенная под местом размещения устройства приема энергии, втекают токи, частоты которых соотносятся как 1:m:n, то величины плотности магнитных потоков в центрах тяжести соответствующих правильных треугольников могут быть сделаны одинаковыми.
(10) В предпочтительном варианте соответствующие катушки, передающие энергию, имеют одинаковый размер, и их центры расположены в вершинах треугольной сетки, состоящей из правильных треугольников; и генератор вызывает то, что в три катушки, передающие энергию, которые расположены в соответствующих вершинах правильного треугольника, к которому относится катушка, передающая энергию, расположенная под местом размещения, определенным устройством определения, втекают токи, величины которых соотносятся как 1:m:n (m, n>0).
Согласно этому варианту устройства, поскольку катушки, передающие энергию, расположены таким образом, что их центры находятся в вершинах треугольной сетки, состоящей из правильных треугольников, то зазоры между катушками, передающими энергию, могут быть уменьшены. Кроме того, поскольку в три катушки, передающие энергию, которые расположены в вершинах правильного треугольника, к которому относится катушка, передающая энергию, расположенная под местом размещения устройства приема энергии, втекают токи, величины которых соотносятся как 1:m:n, то величины плотности магнитных потоков в центрах тяжести соответствующих правильных треугольников могут быть сделаны одинаковыми.
(11) В предпочтительном варианте генератор периодически генерирует колебания в иных катушках, передающих энергию, чем те катушки, которые подлежат возбуждению.
Согласно этому варианту устройства, поскольку осуществляют периодическую генерацию колебаний в иных катушках, передающих энергию, чем те катушки, передающие энергию, которые подлежат возбуждению, то даже в том случае, если, например, другое устройство приема энергии размещено на области размещения непосредственно над иными катушками, передающими энергию, чем те катушки, которые подлежат возбуждению, место размещения этого устройства приема энергии может быть обнаружено. Другими словами, если генерация колебаний в иных катушках, передающих энергию, чем те катушки, которые подлежат возбуждению, полностью прекращена, то невозможно обнаружить тот факт, что снова было размещено другое устройство приема энергии. Однако за счет периодической генерации колебаний в вышеупомянутых катушках, передающих энергию, может быть обнаружено, было ли устройство приема энергии уже размещено или нет, и если это устройство приема энергии обнаружено, то может производиться его зарядка.
(12) В предпочтительном варианте устройство обнаружения обнаруживает индуктивности соответствующих катушек, передающих энергию, на основании напряжений на соответствующих катушках, передающих энергию.
Согласно этому варианту устройства, место размещения устройства приема энергии может быть обнаружено при помощи простого устройства, поскольку индуктивности соответствующих катушек, передающих энергию, обнаруживают на основании напряжений на соответствующих катушках, передающих энергию.
(13) В предпочтительном варианте устройство обнаружения реализовано посредством множества катушек обратной связи, которые соответствуют соответствующим катушкам, передающим энергию, и имеют индуктивную связь с соответствующими катушками, передающими энергию, и оно обнаруживает индуктивности соответствующих катушек, передающих энергию, на основании напряжений на соответствующих катушках обратной связи.
Согласно этому варианту устройства, поскольку предусмотрено наличие множества катушек обратной связи, имеющих индуктивную связь с соответствующими катушками, передающими энергию, то в качестве элементов схемы для создания устройства обнаружения могут быть использованы элементы схемы, способные выдерживать невысокие нагрузки, и может быть уменьшена стоимость.
(14) В предпочтительном варианте устройство определения устанавливает значения весовых коэффициентов для соответствующих катушек, передающих энергию, таким образом, чтобы значения весовых коэффициентов для соответствующих катушек, передающих энергию, увеличивались по мере уменьшения напряжений на соответствующих катушках, передающих энергию, и определяет место размещения на основании установленных значений весовых коэффициентов.
Согласно этому варианту устройства, поскольку напряжения на катушках, передающих энергию, уменьшаются при уменьшении расстояния до катушки, принимающей энергию, то определение того, размещено ли устройство приема энергии непосредственно над соответствующими катушками, передающими энергию, или нет, может быть выполнено на основании установленных значений весовых коэффициентов, а размер размещенного устройства приема энергии может быть определен по количеству следующих одна за другой катушек, передающих энергию, для которых установлены большие значения весовых коэффициентов при установке значений весовых коэффициентов для соответствующих катушек, передающих энергию, на основании напряжений на соответствующих катушках, передающих энергию.
(15) В предпочтительном варианте соответствующие катушки, передающие энергию, расположены в виде многослойной структуры таким образом, что их центры являются смещенными относительно друг друга.
Согласно этому варианту устройства, значения плотности магнитного потока в соответствующих местах области размещения могут быть сделаны постоянными с более высокой уверенностью.
(16) В предпочтительном варианте генератор периодически генерирует колебания во всех катушках, передающих энергию, когда устройством определения определено, что на области размещения не размещено какое-либо устройство приема энергии.
Согласно этому варианту устройства, поскольку периодически осуществляют генерацию колебаний в соответствующих катушках, передающих энергию, когда на области размещения не размещено какое-либо устройство приема энергии, то существует возможность уменьшения мощности в режиме ожидания и одновременного обнаружения факта размещения устройства приема энергии.
(17) В предпочтительном варианте катушки, передающие энергию, являются большими по размеру, чем катушка, принимающая энергию.
Согласно этому варианту устройства, передача энергия может производиться вне зависимости от места размещения устройства приема энергии даже в том случае, если в качестве устройства приема энергии применяется небольшое устройство приема энергии, такое как, например, электрическая зубная щетка.
(18) В предпочтительном варианте устройство приема энергии содержит аккумуляторную батарею, зарядку которой производят посредством энергии, принятой катушкой, принимающей энергию, выпрямительную схему, предназначенную для выпрямления и сглаживания тока, принятого катушкой, принимающей энергию, переключающий элемент, предназначенный для включения и отключения соединения между выпрямительной схемой и аккумуляторной батареей, и контроллер, предназначенный для управления переключающим элементом таким образом, чтобы ток, подаваемый в аккумуляторную батарею, являлся током постоянной величины.
Согласно этому варианту устройства, зарядка аккумуляторной батареи устройства приема энергии может производиться током постоянной величины.
(19) В предпочтительном варианте устройство определения определяет размер устройства приема энергии, размещенного на области размещения, по значениям весовых коэффициентов, установленным для соответствующих катушек, передающих энергию; и генератор изменяет энергию, подлежащую передаче в устройство приема энергии, в соответствии с размером устройства приема энергии, определенным устройством определения.
Согласно этому варианту устройства, имеется возможность передачи большего количества энергии в большое устройство приема энергии и передачи меньшего количества энергии в небольшое устройство приема энергии, вследствие чего может быть обеспечена эффективная передача энергии в устройство приема энергии.
(20) В предпочтительном варианте устройство определения определяет размеры соответствующих устройств приема энергии на основании значений весовых коэффициентов, когда на области размещения размещено множество устройств приема энергии.
Согласно этому варианту устройства, надлежащие количества энергии могут быть переданы в соответствующие устройства приема энергии в соответствии с размерами соответствующих устройств приема энергии, даже в том случае, если размещено множество устройств приема энергии.
Эта заявка на изобретение основана на заявках на патенты Японии № 2009-015988 и № 2009-150586, поданных в Патентное ведомство Японии 27 января 2009 г. и 25 июня 2009 г., содержание которых тем самым включено сюда путем ссылки.
Несмотря на то, что было приведено полное описание настоящего изобретения на примерах со ссылкой на сопроводительные чертежи, следует понимать, что для специалистов в данной области техники очевидны различные изменения и модификации. Следовательно, если не указано обратное, то такие изменения и модификации следует истолковывать как не выходящие за пределы объема патентных притязаний настоящего изобретения, который определен ниже.