Бесконтактное оборудование снабжения электроэнергией, бесконтактное устройство приема электроэнергии и бесконтактная система снабжения электроэнергией



Бесконтактное оборудование снабжения электроэнергией, бесконтактное устройство приема электроэнергии и бесконтактная система снабжения электроэнергией
Бесконтактное оборудование снабжения электроэнергией, бесконтактное устройство приема электроэнергии и бесконтактная система снабжения электроэнергией
Бесконтактное оборудование снабжения электроэнергией, бесконтактное устройство приема электроэнергии и бесконтактная система снабжения электроэнергией
Бесконтактное оборудование снабжения электроэнергией, бесконтактное устройство приема электроэнергии и бесконтактная система снабжения электроэнергией
Бесконтактное оборудование снабжения электроэнергией, бесконтактное устройство приема электроэнергии и бесконтактная система снабжения электроэнергией
Бесконтактное оборудование снабжения электроэнергией, бесконтактное устройство приема электроэнергии и бесконтактная система снабжения электроэнергией
Бесконтактное оборудование снабжения электроэнергией, бесконтактное устройство приема электроэнергии и бесконтактная система снабжения электроэнергией
Бесконтактное оборудование снабжения электроэнергией, бесконтактное устройство приема электроэнергии и бесконтактная система снабжения электроэнергией
Бесконтактное оборудование снабжения электроэнергией, бесконтактное устройство приема электроэнергии и бесконтактная система снабжения электроэнергией
Бесконтактное оборудование снабжения электроэнергией, бесконтактное устройство приема электроэнергии и бесконтактная система снабжения электроэнергией
Бесконтактное оборудование снабжения электроэнергией, бесконтактное устройство приема электроэнергии и бесконтактная система снабжения электроэнергией

 


Владельцы патента RU 2486651:

ТОЙОТА ДЗИДОСЯ КАБУСИКИ КАЙСЯ (JP)

Изобретение относится к системам беспроводной передачи электроэнергии. Технический результат - увеличение мощности и расстояния передачи. Оборудование снабжения электроэнергией и устройство приема электроэнергии включают в себя первичную авторезонансную катушку и вторичную авторезонансную катушку, соответственно, которые резонируют через электромагнитное поле, чтобы обеспечить возможность оборудованию снабжения электроэнергией снабжать электроэнергией устройство приема электроэнергии бесконтактным образом. Устройство управления управляет высокочастотным устройством электроснабжения так, чтобы управлять снабжением электроэнергии из первичной авторезонансной катушки во вторичную авторезонансную катушку. Устройство управления оценивает расстояние между первичной авторезонансной катушкой и вторичной авторезонансной катушкой (60) из S-параметра S11, изменяющегося вместе с расстоянием между первичной авторезонансной катушкой и вторичной авторезонансной катушкой (60), и управляет снабжением электроэнергии на основании этого оцененного расстояния. 3 н. и 18 з.п. ф-лы, 11 ил.

 

Область техники

Настоящее изобретение относится к бесконтактному оборудованию снабжения электроэнергией, бесконтактным устройствам приема электроэнергии и бесконтактным системам снабжения электроэнергией и, в частности, к бесконтактному оборудованию снабжения электроэнергией, бесконтактным устройствам приема электроэнергии и бесконтактным системам снабжения электроэнергией, которые имеют оборудование снабжения электроэнергией и устройство приема электроэнергии, принимающее электроэнергию из оборудования снабжения электроэнергией, и которые снабжены резонаторами, соответственно, приводимыми в резонанс через электромагнитное поле, чтобы снабжать электроэнергией устройство приема электроэнергии бесконтактным образом.

Предшествующий уровень техники

Электрические транспортные средства, гибридные транспортные средства и другие транспортные средства с электродвигателем привлекают большое внимание с экологической точки зрения. Эти транспортные средства имеют установленный в них электродвигатель, который генерирует движущую силу и приводит транспортное средство в движение, а также перезаряжаемое устройство аккумулятора, которое накапливает и хранит электроэнергию, снабжаемую в электродвигатель. Следует отметить, что гибридные транспортные средства включают в себя транспортное средство с установленным в нем электродвигателем и двигателем внутреннего сгорания, а также транспортное средство с установленным в нем устройством аккумулятора и, в добавление, топливным элементом, которые служат как источники постоянного тока для приведение в действие транспортного средства.

Кроме того, известно транспортное средство, которое так же, как и электрическое транспортное средство, обеспечивает возможность зарядки устройства аккумулятора, установленного в транспортном средстве, посредством внешнего источника питания. Например, известно гибридное транспортное средство с вилкой для электрического соединения. Это транспортное средство позволяет заряжать устройство аккумулятора из обычного бытового источника питания посредством зарядного кабеля, который соединяет розетку источника питания, предоставленного в помещении, и зарядный порт этого транспортного средства.

С другой стороны, в последние годы все большее внимание привлекает способ передачи электроэнергии без использования шнура электропитания или кабеля передачи электроэнергии, то есть беспроводная передача электроэнергии. В настоящее время известны три, потенциально эффективных, способа беспроводной передачи электроэнергии - передача энергии посредством электромагнитной индукции, передача энергии посредством микроволн и передача энергии посредством резонанса.

Согласно способу передачи энергии посредством резонанса пара резонаторов (например, пара авторезонансных катушек) приводится в резонанс в электромагнитном поле (ближнем поле), чтобы передавать электроэнергию через электромагнитное поле бесконтактным образом. Так, согласно этому способу может передаваться электроэнергии на уровне порядка нескольких кВт через относительно большое расстояние (например, несколько метров) (например, см. патентный документ 1 - WO2007/008646 и непатентый документ 1 - Andre Kurs et al., "Wireless Power Transfer via Strongly Coupled Magnetic Resonances", [online], July 6, 2007, Science, volume 317, pp. 83-86, [searched on August 17, 2007], Internet <URL:http://www.sciencemag.org/cgi/ reprint/317/5834/83.pdf>).

Краткое изложение существа изобретения

При снабжении электроэнергией бесконтактным образом путем резонанса, применяемого в действующей системе транспортного средства с двигателем и т.п., упрощение системы управления представляет определенные трудности. Например, если то, присутствует ли устройство приема электроэнергии (например, транспортное средство, принимающее электроэнергию из оборудования снабжения электроэнергии) или каково расстояние между оборудованием снабжения электроэнергией и устройством приема электроэнергии, может быть определено в оборудовании снабжения электроэнергией без необходимости осуществления связи между оборудованием снабжения электроэнергией и устройством приема электроэнергии, то можно обойтись без их управления для осуществления связи друг с другом. В вышеупомянутых документах, тем не менее, эта проблема не рассматривается.

Соответственно, согласно настоящему изобретению предоставлены бесконтактное оборудование снабжения электроэнергией, бесконтактное устройство приема электроэнергии и бесконтактная система снабжения электроэнергией, которые позволяют упростить систему управления.

Согласно настоящему изобретению предоставлено бесконтактное оборудование снабжения электроэнергией, включающее в себя передающий электроэнергию резонатор, устройство электроснабжения и устройство управления. Передающий электроэнергию резонатор передает электроэнергию в устройство приема электроэнергии бесконтактным образом путем резонанса с принимающим электроэнергию резонатором устройства приема электроэнергии через электромагнитное поле. Устройство электроснабжения соединено с передающим электроэнергию резонатором и генерирует предварительно определенное высокочастотное напряжение. Устройство управления управляет устройством электроснабжения так, чтобы управлять снабжением электроэнергии из передающего электроэнергию резонатора в принимающий электроэнергию резонатор. Устройство управления управляет снабжением электроэнергии на основании характеристики частоты импеданса, которая наблюдается во входном блоке передающего электроэнергию резонатора в направлении принимающего электроэнергию резонатора и которая изменяется вместе с расстоянием между передающим электроэнергию резонатором и принимающим электроэнергию резонатором. Следует отметить, что импеданс может быть преобразован в S-параметр S11 посредством следующего выражения:

S11=(Z1-Z0)/(Z1+Z0)...(1),

где Z1 обозначает импеданс, наблюдаемый во входном блоке принимающего электроэнергию резонатора в направлении принимающего электроэнергию резонатора; Z0 обозначает импеданс, наблюдаемый во входном блоке в направлении устройства электроснабжения; Z1 представляется следующим уравнением, в котором используется входной сигнал напряжения V1 передающего электроэнергию резонатора и входной сигнал тока I1 передающего электроэнергию резонатора:

Z1=V1/I1...(2),

соответственно, нижеследующее описание приведено относительно S-параметра S11, а не импеданса, используемого при управлении снабжением электроэнергии.

Предпочтительно, устройство управления оценивает расстояние между передающим электроэнергию резонатором и принимающим электроэнергию резонатором из S-параметра S11 и управляет снабжением электроэнергии на основании этой оценки.

Предпочтительно, устройство управления снабжает электроэнергией устройство приема электроэнергии, когда расстояние, оцененное из S-параметра S11, равно или меньше предварительно определенной величины.

Предпочтительно, устройство управления оценивает расстояние между передающим электроэнергию резонатором и принимающим электроэнергию резонатором из характеристики амплитуды S-параметра S11, которая изменяется вместе с расстоянием между передающим электроэнергию резонатором и принимающим электроэнергию резонатором.

Предпочтительно, устройство управления оценивает расстояние между передающим электроэнергию резонатором и принимающим электроэнергию резонатором из характеристики фазы S-параметра S11, которая изменяется вместе с расстоянием между передающим электроэнергию резонатором и принимающим электроэнергию резонатором.

Предпочтительно, устройство управления определяет из S-параметра S11, требуется ли принимающему электроэнергию устройству принимать электроэнергию и может ли быть реализовано снабжение электроэнергией устройства приема электроэнергии, и если устройство управления определяет, что снабжение электроэнергии в устройство приема электроэнергии может быть выполнено, то устройство управления управляет устройством электроснабжения так, чтобы генерировать напряжение с резонансной частотой, определенной из особой точки S-параметра S11.

Предпочтительно, бесконтактное оборудование снабжения электроэнергией, дополнительно, включает в себя средство измерения тока и средство измерения напряжения. Средство измерения тока детектирует входной сигнал тока передающего электроэнергию резонатора. Средство измерения напряжения детектирует входной сигнал напряжения передающего электроэнергию резонатора. Устройство управления управляет устройством электроснабжения так, чтобы выводить предварительно определенную электроэнергию малой величины на устройство приема электроэнергии на множестве частот в предварительно определенном частотном диапазоне, и вычисляет S-параметр S11 из напряжения, детектируемого средством измерения напряжения, и тока, детектируемого средством измерения тока.

Предпочтительно, передающий электроэнергию резонатор включает в себя первичную катушку и первичную авторезонансную катушку. Эта первичная катушка соединена с устройством электроснабжения. На первичную авторезонансную катушку подается питание с первичной катушки посредством электромагнитной индукции, и она генерирует электромагнитное поле.

Кроме того, согласно настоящему изобретению предоставлено бесконтактное устройство приема электроэнергии, включающее в себя принимающий электроэнергию резонатор и устройство изменения импеданса. Принимающий электроэнергию резонатор принимает электроэнергию от оборудования снабжения электроэнергией бесконтактным образом путем резонанса с передающим электроэнергию резонатором оборудования снабжения электроэнергией через электромагнитное поле. Устройство изменения импеданса изменяет импеданс в зависимости от того, необходимо ли принимать электроэнергию из оборудования снабжения электроэнергией. Таким образом, необходимость приема электроэнергии из оборудования снабжения электроэнергией может быть определена в оборудовании снабжения электроэнергией из характеристики частоты импеданса.

Предпочтительно, когда прием электроэнергии из оборудования снабжения электроэнергией завершен, устройство изменения импеданса изменяет входной импеданс, так что завершение приема электроэнергии может быть детектировано в оборудовании снабжения электроэнергией из S-параметра S11.

Дополнительно, согласно настоящему изобретению предоставлена бесконтактная система снабжения электроэнергией, включающая в себя: оборудование снабжения электроэнергией, способное выводить предварительно определенную высокочастотную электроэнергию; и

устройство приема электроэнергии, способное принимать электроэнергию из оборудования снабжения электроэнергией бесконтактным образом. Оборудование снабжения электроэнергией включает в себя устройство электроснабжения, передающий электроэнергию резонатор и устройство управления. Устройство электроснабжения генерирует предварительно определенное высокочастотное напряжение. Передающий электроэнергию резонатор соединен с устройством электроснабжения и он принимает электроэнергию из устройства электроснабжения и генерирует электромагнитное поле. Устройство управления управляет устройством электроснабжения так, чтобы управлять снабжением электроэнергии из передающего электроэнергию резонатора в устройство приема электроэнергии. Устройство приема электроэнергии включает в себя принимающий электроэнергию резонатор для приема электроэнергии из передающего электроэнергию резонатора бесконтактным образом путем резонанса с передающим электроэнергию резонатором через электромагнитное поле. Устройство управления управляет снабжением электроэнергии на основании S-параметра S11, изменяющегося с расстоянием между передающим электроэнергию резонатором и принимающим электроэнергию резонатором.

Предпочтительно, устройство управления оценивает расстояние между передающим электроэнергию резонатором и принимающим электроэнергию резонатором из S-параметра S11, и управляет снабжением электроэнергии на основании этой оценки.

Предпочтительно, устройство управления выполняет снабжение электроэнергией устройства приема электроэнергии, когда расстояние, оцененное из S-параметра S11, равно или меньше предварительно определенной величины.

Предпочтительно, устройство приема электроэнергии, дополнительно, включает в себя устройство изменения импеданса, сконфигурированное с возможностью изменения импеданса устройства приема электроэнергии, когда прием электроэнергии из оборудования снабжения электроэнергией завершен. Устройство управления использует ранее полученную характеристику S-параметра S11, предоставленную, когда устройство изменения импеданса изменяет импеданс устройства приема электроэнергии, чтобы детектировать из S-параметра S11, что импеданс устройства приема электроэнергии изменяется, когда прием электроэнергии завершен, и на основании детектированного результата устройство управления останавливает снабжение электроэнергии в устройство приема электроэнергии.

Предпочтительно, передающий электроэнергию резонатор включает в себя первичную катушку и первичную авторезонансную катушку. Эта первичная катушка соединена с устройством электроснабжения. На первичную авторезонансную катушку подается питание с первичной катушки посредством электромагнитной индукции, и она генерирует электромагнитное поле. Принимающий электроэнергию резонатор включает в себя вторичную авторезонансную катушку и вторичную катушку. Вторичная авторезонансная катушка принимает электроэнергию из первичной авторезонансной катушки путем резонанса с первичной авторезонансной катушкой через электромагнитное поле. Вторичная катушка посредством электромагнитной индукции извлекает электроэнергию, принятую вторичной авторезонансной катушкой.

Настоящее изобретение обеспечивает возможность снабжения электроэнергией с управлением на основании S-параметра S11, изменяющегося с расстоянием между передающим электроэнергию резонатором и принимающим электроэнергию резонатором. Присутствие устройства приема электроэнергии или значение расстояния между оборудованием снабжения электроэнергией и устройством приема электроэнергии могут быть определены в оборудовании снабжения электроэнергией без необходимости осуществления связи между оборудованием снабжения электроэнергией и устройством приема электроэнергии. Соответственно, настоящее изобретение устраняет необходимость управления оборудованием снабжения электроэнергией и устройством приема электроэнергии для осуществления связи между ними. Это позволяет упростить систему управления.

Краткое описание чертежей

В дальнейшем изобретение поясняется описанием предпочтительных вариантов воплощения со ссылками на сопроводительные чертежи, на которых:

Фиг.1 изображает конфигурацию бесконтактной системы снабжения электроэнергией согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг.2 изображает эквивалентную принципиальную схему части, участвующей в передаче электроэнергии посредством резонанса.

Фиг.3 изображает характеристику амплитуды S-параметра S11 для схемы, показанной на Фиг.2.

Фиг.4 изображает корреляцию между разностью по частоте между точками локального минимума, образуемой при изменении расстояния между первичной авторезонансной катушкой и вторичной авторезонансной катушкой, и расстоянием между первичной авторезонансной катушкой и вторичной авторезонансной катушкой.

Фиг.5 изображает корреляцию между величиной амплитуды S-параметра S11, когда расстояние между первичной авторезонансной катушкой и вторичной авторезонансной катушкой больше, чем расстояние, при котором точки локального минимума могут быть объединены в единую точку локального минимума, и расстоянием между первичной авторезонансной катушкой и вторичной авторезонансной катушкой.

Фиг.6 изображает характеристики фаз S-параметра S11 схемы с Фиг.2.

Фиг.7 изображает корреляцию между диапазоном изменения от минимальной величины до максимальной величины характеристики фазы в частотном диапазоне, который сканируется при вычислении S-параметра S11, и расстоянием между первичной авторезонансной катушкой и вторичной авторезонансной катушкой.

Фиг.8 изображает характеристики фаз S-параметра S11, имеющие место, когда блок изменения импеданса, показанный на Фиг.1, разрывает линию между вторичной катушкой и нагрузкой.

Фиг.9 изображает схему последовательности операций процесса, выполняемого устройством управления с Фиг.1, чтобы управлять снабжением электроэнергии.

Фиг.10 изображает схему последовательности операций процесса вычисления S-параметра S11, выполняемого устройством управления.

Фиг.11 изображает конфигурацию гибридного транспортного средства как одного примера транспортного средства с электродвигателем, в котором установлено устройство приема электроэнергии, показанное на Фиг.1.

Описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения

Ниже приведено описание вариантов осуществления настоящего изобретения со ссылками на чертежи. На этих чертежах идентичные или соответствующие компоненты обозначены одинаковыми ссылочными номерами, и их дублирующее описание опущено.

Фиг.1 представляет собой иллюстрацию конфигурации бесконтактной системы снабжения электроэнергией согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения. Ссылаясь на Фиг.1, бесконтактная система снабжения электроэнергией включает в себя оборудование 1 снабжения электроэнергией и устройство 2 приема электроэнергии. Оборудование 1 снабжения электроэнергией включает в себя высокочастотное устройство 10 электроснабжения, первичную катушку 20, первичную авторезонансную катушку 30, устройство 40 управления, средство 50 измерения тока и средство 55 измерения напряжения 55.

Высокочастотное устройство 10 электроснабжения соединено с первичной катушкой 20 и работает под действием возбуждающего сигнала, принимаемого из устройства 40 управления, чтобы генерировать предварительно определенное высокочастотное напряжение (например, приблизительно от нескольких мГц до 20 мГц). Высокочастотное устройство 10 электроснабжения состоит, например, из схемы инвертора синусоидальной волны, и оно управляется посредством устройства 40 управления.

Первичная катушка 20 предоставлена, по существу, на одной оси с первичной авторезонансной катушкой 30 и сконфигурирована с возможностью магнитной связи с первичной авторезонансной катушкой 30 посредством электромагнитной индукции. Она принимает высокочастотную электроэнергию из высокочастотного устройства 10 электроснабжения и подает ее на первичную авторезонансную катушку 30 посредством электромагнитной индукции.

Первичная авторезонансная катушка 30 представляет собой катушку LC-резонанса с разъединенными (или разомкнутыми) противоположными концами, и она резонирует со второй авторезонансной катушкой 60, которая описана ниже и которая входит в состав устройства 2 приема электроэнергии, посредством электромагнитного поля, чтобы передавать электроэнергию в устройство 2 приема электроэнергии бесконтактным образом. Следует отметить, что C1 обозначает паразитную емкость первичной авторезонансной катушки 30, и альтернативно может быть предоставлен действующий конденсатор.

Средство 50 измерения тока детектирует входной сигнал тока I первичной катушки 20 и выводит детектированную величину в устройство 40 управления. Средство 55 измерения напряжения детектирует входной сигнал напряжения V первичной катушки 20 и выводит детектированную величину в устройство 40 управления. Средство 50 измерения тока представляет собой, например, датчик тока, а средство 55 измерения напряжения представляет собой, например, датчик напряжения.

Устройство 40 управления генерирует сигнал возбуждения для управления высокочастотным устройством 10 электроснабжения и выводит сгенерированный сигнал возбуждения в высокочастотное устройство 10 электроснабжения для управления высокочастотным устройством 10 электроснабжения так, чтобы управлять снабжением электроэнергии из первичной авторезонансной катушки 30 во вторичную авторезонансную катушку 60 устройства 2 приема электроэнергии.

Следует отметить, что устройство 40 управления оценивает расстояние между первичной авторезонансной катушкой 30 и вторичной авторезонансной катушкой из S-параметра S11, как видно по интерфейсу 100 в направлении к первичной катушке 20, причем этот S-параметра S11 изменяется вместе с расстоянием между первичной авторезонансной катушкой 30 и вторичной авторезонансной катушкой 60 (далее "S-параметр S11"), и устройство 40 управления осуществляет управление электроснабжением на основании этого оцененного расстояния. Более конкретно, когда расстояние, оцененное из S-параметра S11, равно или меньше предварительно определенной величины, устройство 40 управления реализует управление, чтобы оборудование 1 снабжения электроэнергией снабжало электроэнергию в устройство 2 приема электроэнергии, а когда расстояние, оцененное из S-параметра S11, больше предварительно определенной величины, устройство 40 управления не выполняет управление, чтобы оборудование 1 снабжения электроэнергией снабжало электроэнергией устройство 2 приема электроэнергии.

Следует отметить, что S-параметр S11 является коэффициентом отражения на входном порту схемы, сформированной из первичной катушки 20, первичной авторезонансной катушки 30 и вторичной авторезонансной катушки 60 и вторичной катушки 70 устройства 2 приема электроэнергии (или входе первичной катушки 20), и он также вычисляется, когда оборудование 1 электроснабжения начинает снабжение электроэнергии в устройство 2 приема электроэнергии. Он также периодически вычисляется с предварительно определенной частотой в течение времени снабжения электроэнергией из оборудования 1 снабжения электроэнергией устройства 2 приема электроэнергии. Следует отметить, что S-параметр S11 вышеупомянутой схемы имеет определенную характеристику, которая более подробно описана ниже.

Дополнительно, как описано ниже, когда устройство 2 приема электроэнергии завершает прием электроэнергии, он соответствующим образом меняет импеданс, и устройство 40 управления детектирует из S-параметра S11, что устройство 2 приема электроэнергии изменяется по импедансу, и, согласно этому детектированию, устройство 40 управления останавливает подачу электроэнергии из оборудования 1 снабжения электроэнергией устройства 2 приема электроэнергии. В настоящем документе также подробно описано, как сконфигурировано устройство 40 управления.

Устройство 2 приема электроэнергии включает в себя вторичную авторезонансную катушку 60, вторичную катушку 70 и блок 80 изменения импеданса.

Так же, как и первичная авторезонансная катушка 30, вторичная авторезонансная катушка 60 представляет собой катушку LC-резонанса с разъединенными (или разомкнутыми) противоположными концами, которая резонирует с первичной авторезонансной катушкой 30 оборудования 1 снабжения электроэнергией посредством электромагнитного поля, чтобы принимать электроэнергию из оборудования 1 снабжения электроэнергией бесконтактным образом. Следует отметить, что C2 обозначает паразитную емкость вторичной авторезонансной катушки 60, и альтернативно может быть предоставлен действующий конденсатор.

Вторичная катушка 70 предоставлена, по существу, на одной оси с вторичной авторезонансной катушкой 60, и она сконфигурирована с возможностью магнитного соединения с вторичной авторезонансной катушкой 60 посредством электромагнитной индукции, и вторичная катушка 70 извлекает электроэнергию, которая принимается вторичной авторезонансной катушкой 60 посредством электромагнитной индукции, и передает эту извлеченную электроэнергию на нагрузку 3 через блок 80 изменения импеданса.

Блок 80 изменения импеданса предоставлен между вторичной катушкой 70 и нагрузкой 3, и он регулирует свой собственный импеданс так, чтобы он имел постоянное значение, когда нагрузка 3 изменяется по импедансу. Например, блок 80 изменения импеданса представляет собой конвертер, способный регулировать входной импеданс.

Дополнительно, блок 80 изменения импеданса изменяет входной импеданс в значение предварительно определенной величины в ответ на сигнал STP, указывающий, что прием электроэнергии из оборудования 1 снабжения электроэнергией закончился. Иначе говоря, когда указывается, что прием электроэнергии из оборудования 1 снабжения электроэнергией закончился, блок 80 изменения импеданса изменяет импеданс устройства 2 приема электроэнергии в значение предварительно определенной величины. Изменение в импедансе устройства 2 приема электроэнергии, когда прием электроэнергии заканчивается, детектируется устройством 40 управления оборудования 1 снабжения электроэнергией из S-параметра S11.

Следует отметить, что если нагрузка 3 не изменяется по импедансу, то блок 80 изменения импеданса может быть сформирован из переключателя, способного разрывать электрическую цепь, из устройства с переменным импедансом и т.п.

Фиг.2 представляет собой эквивалентную принципиальную схему части, участвующей в передаче электроэнергии посредством резонанса. Ссылаясь на Фиг.2, передача энергии посредством резонанса позволяет двум катушкам LC-резонанса, имеющим одинаковую естественную резонансную частоту, как два камертона, резонировать в электромагнитном поле (ближнем поле), чтобы передавать электроэнергию из одной катушки в другую катушку посредством электромагнитного поля.

Более конкретно, высокочастотное устройство 10 электроснабжения соединено с первичной катушкой 20 и подает высокочастотную электроэнергию с частотой приблизительно от нескольких мГц до 20 мГц на первичную авторезонансную катушку 30, магнитно связанную с первичной катушкой 20 посредством электромагнитной индукции. Первичная авторезонансная катушка 30 представляет собой LC-резонатор, формируемый собственной индуктивностью и паразитной емкостью C1 катушки, и резонирует вместе с вторичной авторезонансной катушкой 60, имеющей такую же резонансную частоту, что и первичная авторезонансная катушка 30, посредством электромагнитного поля (ближнего поля). В результате энергия (электроэнергия) передается из первичной авторезонансной катушки 30 во вторичную авторезонансную катушку 60 через электромагнитное поле. Энергия (электроэнергия), передаваемая во вторую авторезонансную катушку 60, извлекается вторичной катушкой 70, магнитно связанной с вторичной авторезонансной катушкой 60 посредством электромагнитной индукции, и подается на нагрузку 3.

Следует отметить, что вышеупомянутый S-параметр S11 соответствует отношению электроэнергии, отраженной в порту P1, к электроэнергии, введенной в порт P1 (то есть, электроэнергии, выводимой из высокочастотного устройства 10 снабжения электроэнергии), то есть, он соответствует коэффициенту отражения порта P1, для схемы, сформированной между портами P1 и P2 и состоящей из первичной катушки 20, первичной авторезонансной катушки 30, вторичной авторезонансной катушки 60 и вторичной катушки 70.

Фиг.3 иллюстрирует характеристику амплитуды S-параметра S11 схемы с Фиг.2. Ссылаясь на Фиг.3, ось ординат представляет амплитуду S-параметра S11, а ось абсцисс представляет частоту высокочастотной электроэнергии, снабжаемой из высокочастотного устройства 10 электроснабжения в схему. Кривая k11 представляет характеристику амплитуды S-параметра S11, формируемую, когда расстояние между первичной авторезонансной катушкой 30 и вторичной авторезонансной катушкой 60 равно D1, а кривая k12 представляет характеристику амплитуды S-параметра S11, формируемую, когда расстояние между первичной авторезонансной катушкой 30 и вторичной авторезонансной катушкой 60 равно D2, где D2>D1. Дополнительно, кривая k13 представляет характеристику амплитуды S-параметра S11, формируемую, когда расстояние между первичной авторезонансной катушкой 30 и вторичной авторезонансной катушкой 60 равно D3, где D3>D2, а кривая k14 представляет характеристику амплитуды S-параметра S11, формируемую, когда расстояние между первичной авторезонансной катушкой 30 и вторичной авторезонансной катушкой 60 равно D4, где D4>D3.

Следует отметить, что кривые k11, k12, k13 указывают случаи, в которых первичная авторезонансная катушка 30 и вторичная авторезонансная катушка 60 имеют небольшие расстояния (D1, D2, D3) между друг другом, и, соответственно, оборудование 1 снабжения электроэнергией может снабжать устройство 2 приема электроэнергии достаточным количеством электроэнергии, тогда как кривая k14 указывает случай, в котором первичная авторезонансная катушка 30 и вторичная авторезонансная катушка 60 имеют между собой слишком большое расстояние (D4) и, соответственно, оборудование 1 снабжения электроэнергией не может снабжать устройство 2 приема электроэнергии достаточным количеством электроэнергии.

Как показано на Фиг.3, схема с Фиг.2, использующая резонанс для передачи электроэнергии, имеет S-параметр S11 с характеристикой амплитуды, имеющей две точки локального минимума (или особые точки), когда первичная авторезонансная катушка 30 и вторичная авторезонансная катушка 60 располагаются близко друг к другу, причем частоты (f11, f12) локальных точек минимума отдаляются друг от друга еще больше, когда катушки приближаются друг к другу. Дополнительно, когда катушки еще больше удаляются друг от друга, частоты (f11, f12) точек локального минимума приближаются друг к другу, а когда катушки располагаются на расстоянии Db друг от друга, две точки локального минимума объединяются в одну точку локального минимума. Дополнительно, когда расстояние между катушками становится больше расстояния Db, при котором точки локального минимума могут быть соединены для образования единой точки локального минимума, амплитуда S-параметра S11 увеличивается. Соответственно, в настоящем варианте осуществления до того как оборудование 1 снабжения электроэнергией начинает снабжать электроэнергией устройство 2 приема электроэнергии, предварительно получается корреляция между разностью в частоте между точками локального минимума, имеющей место, когда расстояние между первичной авторезонансной катушкой 30 и вторичной авторезонансной катушкой 60 изменяется, и расстоянием между катушками, как показано на Фиг.4. Ссылаясь на корреляцию с Фиг.4, когда расстояние между первичной авторезонансной катушкой 30 и вторичной авторезонансной катушкой 60 меньше расстояния Db, при котором точки локального минимума могут быть объединены в одну точку локального минимума, вычисляется S-параметр S11 схемы с Фиг.2, который имеет амплитуду, указывающую точки локального минимума с разностью в частоте, и на его основании может быть выполнена оценка расстояния между первичной авторезонансной катушкой 30 и вторичной авторезонансной катушкой 60. Альтернативно, предварительно получается корреляция между амплитудой S-параметра S11, имеющей место, когда расстояние между первичной авторезонансной катушкой 30 и вторичной авторезонансной катушкой 60 больше расстояния Db, при котором точки локального минимума могут быть соединены в одну точку локального минимума, и расстоянием между первичной авторезонансной катушкой 30 и вторичной авторезонансной катушкой 60, как показано на Фиг.5, и, ссылаясь на корреляцию с Фиг.5, когда расстояние между первичной авторезонансной катушкой 30 и вторичной авторезонансной катушкой 60 больше расстояния Db, при котором точки локального минимума могут быть объединены в одну точку локального минимума, вычисляется S-параметр S11 схемы с Фиг.2, который имеет некоторую величину амплитуды, и на его основании может быть выполнена оценка расстояния между первичной авторезонансной катушкой 30 и вторичной авторезонансной катушкой 60. Если это оценочное расстояние равно или меньше предварительно определенной величины, то оборудование 1 снабжения электроэнергией начинает снабжать электроэнергией устройство 2 приема электроэнергии.

Следует отметить, что вместо амплитудной характеристики S-параметра S11 для оценки расстояния между первичной авторезонансной катушкой 30 и вторичной авторезонансной катушкой 60 может использоваться характеристика его фазы.

Фиг.6 представляет собой иллюстрацию характеристик фаз S-параметра S11 схемы с Фиг.2. Ссылаясь на Фиг.6, ось ординат представляет фазы S-параметра S11, а ось абсцисс представляет частоту высокочастотной электроэнергии, снабжаемой из высокочастотного устройства 10 электроснабжения схемы. Кривая k21 представляет характеристику фазы S-параметра S11, формируемую, когда расстояние между первичной авторезонансной катушкой 30 и вторичной авторезонансной катушкой 60 равно D1, а кривая k22 представляет характеристику фазы S-параметра S11, формируемую, когда расстояние между первичной авторезонансной катушкой 30 и вторичной авторезонансной катушкой 60 равно D2, где D2>D1. Дополнительно, кривая k23 представляет характеристику фазы S-параметра S11, формируемую, когда расстояние между первичной авторезонансной катушкой 30 и вторичной авторезонансной катушкой 60 равно D3, где D3>D2, а кривая k24 представляет характеристику фазы S-параметра S11, формируемую, когда расстояние между первичной авторезонансной катушкой 30 и вторичной авторезонансной катушкой 60 равно D4, где D4>D3.

Следует отметить, что кривые k21, k22, k23 указывают случаи, в которых первичная авторезонансная катушка 30 и вторичная авторезонансная катушка 60 имеют небольшие расстояния (D1, D2, D3) между друг другом, и, соответственно, оборудование 1 снабжения электроэнергией может снабжать устройство 2 приема электроэнергии достаточным количеством электроэнергии, тогда как кривая k24 указывает случай, в котором первичная авторезонансная катушка 30 и вторичная авторезонансная катушка 60 имеют между собой слишком большое расстояние (D4) и, соответственно, оборудование 1 снабжения электроэнергией не может снабжать устройство 2 приема электроэнергии достаточным количеством электроэнергии.

Как показано на Фиг.6, схема с Фиг.2, использующая резонанс для передачи электроэнергии, имеет S-параметр S11, фаза которого имеет характеристику с двумя точками локального минимума и двумя точками локального максимума, когда первичная авторезонансная катушка 30 и вторичная авторезонансная катушка 60 располагаются близко друг к другу, и интервалы между частотами (f21, f22) этих точек, каждая из которых лежит между точкой локального минимума и точкой локального максимума в пределах предварительно определенного частотного диапазона, в котором характеристика фазы имеет изменение с максимальным градиентом (или особой точкой), увеличивается по мере приближения катушек друг к другу. Дополнительно, по мере того, как катушки удаляются друг от друга, частоты (f21, f22) этих точек, каждая из которых находится между точкой локального минимума и точкой локального максимума, лежащих в предварительно определенном частотном диапазоне, в котором фаза имеет характеристику с изменением с максимальным градиентом (или особых точек), приближаются друг к другу, и когда расстояние между катушками равно Db, две точки локального минимума и две точки локального максимума объединяются и представляют одну точку локального минимума и одну точку локального максимума. Дополнительно, когда катушки удаляются друг от друга больше расстояния Db, при котором точки локального минимума и точки локального максимума могут быть объединены, чтобы предоставить одну точку локального минимума и одну точку локального максимума, и когда достигается расстояние Dc, точки локального минимума и локального максимума исчезают, и фаза имеет характеристику в виде монотонной функции. В диапазоне частот, сканируемых при вычислении S-параметра S11, фаза имеет характеристику с минимальным значением и максимальным значением с областью изменения ∆θ между ними, которая характеристически увеличивается по мере удаления катушек друг от друга.

Соответственно, до того как оборудование 1 снабжения электроэнергией начинает подачу электроэнергии в устройство 2 приема электроэнергии, предварительно получается корреляция между разностью в частотах между этими точками, расположенными между точкой локального минимума и точкой локального максимума, которые лежат в предварительно определенном частотном диапазоне, в котором фаза имеет характеристику, имеющую изменение с максимальным градиентом, и расстоянием между первичной авторезонансной катушкой 30 и вторичной авторезонансной катушкой 60, как показано на Фиг.4, и, ссылаясь на корреляцию с Фиг.4, когда расстояние между первичной авторезонансной катушкой 30 и вторичной авторезонансной катушкой меньше расстояния Db, при котором точки локального минимума и точки локального максимума могут быть объединены в одну точку локального минимума и одну точку локального максимума, вычисляется S-параметр S11 схемы с Фиг.2, который имеет фазу, указывающую разность в частоте между этими точками, каждая из которых располагается между точкой локального минимума и точкой локального максимума, лежащими в предварительно определенном частотном диапазоне, где фаза имеет характеристику с изменением с максимальным градиентом, и на его основании может быть выполнена оценка расстояния между первичной авторезонансной катушкой 30 и вторичной авторезонансной катушкой 60. Альтернативно, предварительно получается корреляция между областью изменения ∆θ от минимального значения до максимального значения характеристики фазы в частотном диапазоне, сканируемом при вычислении S-параметра S11, и расстоянием между первичной авторезонансной катушкой 30 и вторичной авторезонансной катушкой 60, как показано на Фиг.7, и, ссылаясь на корреляцию с Фиг.7, когда расстояние между первичной авторезонансной катушкой 30 и вторичной авторезонансной катушкой 60 меньше расстояния Db, при котором точки локального минимума и точки локального максимума могут быть объединены в одну точку локального минимума и одну точку локального максимума, вычисляется S-параметр S11 схемы с Фиг.2, который имеет фазу, указывающую область изменения ∆θ от минимального значения до максимального значения характеристики фазы в частотном диапазоне, сканируемом при вычислении S-параметра S11, и на его основании может быть выполнена оценка расстояния между первичной авторезонансной катушкой и вторичной авторезонансной катушкой 60.

Фиг.8 представляет собой иллюстрацию характеристик фаз S-параметра S11, имеющих место, когда блок 80 изменения импеданса, показанный на Фиг.1, разрывает линию между вторичной катушкой 70 и нагрузкой 3. Ссылаясь на Фиг.8, ось ординат представляет фазу S-параметра S11, а ось абсцисс представляет частоту высокочастотной электроэнергии, снабжаемой из высокочастотного устройства 10 электроснабжения в схему. Кривая 31 представляет характеристику фазы S-параметра S11, имеющую место, когда расстояние между первичной авторезонансной катушкой 30 и вторичной авторезонансной катушкой 60 равно D1. Кривая 32 представляет характеристику фазы S-параметра S11, имеющую место, когда расстояние между первичной авторезонансной катушкой 30 и вторичной авторезонансной катушкой 60 равно D2, причем D2>D1. Кривая 33 представляет характеристику фазы S-параметра S11, имеющую место, когда расстояние между первичной авторезонансной катушкой 30 и вторичной авторезонансной катушкой 60 равно D3, причем D3>D2. Как показано на Фиг.8, схема с Фиг.2, использующая резонанс для передачи электроэнергии, имеет S-параметр S11, имеющий фазу с характеристикой в виде монотонной функции независимо от расстояния между первичной авторезонансной катушкой 30 и вторичной авторезонансной катушкой 60.

Когда устройство 2 приема электроэнергии (см. Фиг.1) заканчивает прием электроэнергии, импеданс устройства 2 приема электроэнергии соответствующим образом меняется на предварительно определенную величину, и фаза S-параметра S11, соответственно, имеет характеристику, изменяющуюся согласно Фиг.8. Соответственно, в настоящем варианте осуществления, когда устройство 2 приема электроэнергии заканчивает прием электроэнергии, вычисляется S-параметр S11 схемы с Фиг.2, и если вычисленный S-параметр S11 имеет фазу с характеристикой в виде монотонной функции, то факт того, что импеданс устройства 2 приема электроэнергии изменяется, то есть, факт того, что прием электроэнергии завершается, может быть детектирован в оборудовании 1 снабжения электроэнергии.

Фиг.9 представляет собой схему последовательности операций процесса, выполняемого устройством 40 управления с Фиг.1, чтобы управлять снабжением электроэнергии. Следует отметить, что этот процесс вызывается из основной процедуры и выполняется, когда истекает предварительно определенный период времени или выполняется предварительно определенное условие.

Ссылаясь на Фиг.9, устройство 40 управления использует S-параметр S11, полученный в результате процесса вычисления S-параметра S11, как описано ниже, для сканированных частот f1-fm, чтобы вычислить расстояние между первичной авторезонансной катушкой 30 и вторичной авторезонансной катушкой 60, где m являет собой натуральное число, которое равно или больше 2 (этап S10). Например, как описано со ссылкой на Фиг.3 и 6, расстояние между первичной авторезонансной катушкой 30 и вторичной авторезонансной катушкой 60 может быть оценено из характеристики амплитуды или фазы S-параметра S11.

Далее, устройство 40 управления определяет из S-параметра S11 для сканированной частоты f1-fm, нуждается ли устройство 2 приема электроэнергии (см.Фиг.1) в приеме электроэнергии (этап S20). Например, как описано со ссылкой на Фиг.8, характеристика фазы вычисленного S-параметра S11 сравнивается с характеристикой фазы с Фиг.8, и из полученного результата определяется, нуждается ли устройство 2 приема электроэнергии в приеме электроэнергии.

Далее, устройство 40 управления определяет, может ли оборудование 1 снабжения электроэнергией вывести электроэнергию большой величины (или регулярно снабжать электроэнергией) в устройство 2 приема электроэнергии (этап S30). Более конкретно, если на этапе S10 устройство 40 управления определяет, что расстояние между первичной авторезонансной катушкой 30 и вторичной авторезонансной катушкой 60 равно или меньше предварительно определенной величины, и устройство 60 управления также определяет на этапе S20, что устройству 2 приема электроэнергии требуется электроэнергия, то устройство 40 управления определяет, что оборудование 1 снабжения электроэнергией может вывести электроэнергию большой величины в устройство 2 приема электроэнергии. Следует отметить, что предварительно определенная величина устанавливается в значение, которое позволяет оборудованию 1 снабжения электроэнергией снабжать электроэнергией устройство 2 приема электроэнергии.

После того как устройство 40 управления определило на этапе S30, что оборудование 1 снабжения электроэнергией может вывести электроэнергию большой величины в устройство 2 приема электроэнергии (ветвь ДА на этапе S30), устройство 40 управления определяет резонансную частоту f0 на основании вычисленного S-параметра S11 (этап S40). Резонансная частота f0 представляет собой частоту, соответствующую точке локального минимума в характеристике амплитуды S-параметра S11 или точке в характеристике фазы S-параметра S11 между точкой локального минимума и точкой локального максимума, лежащими в предварительно определенном частотном диапазоне, в котором фаза имеет характеристику, имеющую вариацию с максимальным градиентом.

Далее, устройство 40 управления генерирует сигнал возбуждения для управления высокочастотным устройством 10 электроснабжения и выводит этот сигнал возбуждения в высокочастотное устройство 10 электроснабжения, чтобы вывести электроэнергию большой величины в устройство 2 приема электроэнергии, которое имеет резонансную частоту f0, которая была определена (или регулярно снабжать электроэнергию в устройство 2 приема электроэнергии) (этап S50).

Если на этапе S30 устройство 40 управления определяет, что оборудование 1 снабжения электроэнергией не может выводить электроэнергию большой величины в устройство 2 приема электроэнергии (ветвь НЕТ на этапе S30), то вывод электроэнергии большой величины останавливается (этап S60). Следует отметить, что когда оборудование 1 снабжения электроэнергией в текущий момент не выводит электроэнергию большой величины в устройство 2 приема электроэнергии, то вывод электроэнергии большой величины запрещается.

Фиг.10 представляет собой схему последовательности операций процесса вычисления S-параметра S11, выполняемого устройством 40 управления. S-параметр S11 получается путем сканирования предварительно определенного частотного диапазона через предварительно определенные интервалы. Более конкретно, некоторый диапазон частот, такой как показанный на Фиг.6 и 8, устанавливается как предварительно определенный частотный диапазон, и S-параметр S11 вычисляется для каждой из m частот, сканированных в этом установленном частотном диапазоне и последовательно изменяющихся через предварительно определенные интервалы. Следует отметить, что процесс с Фиг.10 циклически прерывает процесс управления снабжения электроэнергией с Фиг.9, и он выполняется в течение периода, который короче периода процесса с Фиг.9.

Ссылаясь на Фиг.10, устройство 40 управления сначала устанавливает величину n счетчика в значение 1 (этап S110). Далее, устройство 40 управления генерирует сигнал возбуждения для управления высокочастотным устройством 10 электроснабжения и выводит этот сигнал возбуждения в высокочастотное устройство 10 электроснабжения, чтобы вывести в устройство 2 приема электроэнергии электроэнергию малой величины со сканируемой частотой fn (то есть, электроэнергия меньшей величины, чем в обычном режиме электроснабжения)(этап S120).

Далее, устройство 40 управления получает величину, детектированную средством 50 измерения тока и указывающую входной сигнал тока I первичной катушки 20, величину, детектированную средством 55 измерения напряжения и указывающую входной сигнал напряжения V первичной катушки 20, а также разность фаз (этап S130). Далее, устройство 40 управления использует полученную информацию, чтобы вычислить S-параметр S11 для сканированной частоты fn по следующему выражению (этап S140):

S11=((V/I)-Z0)/((V/I)+Z0)...(3)

где Z0 представляет импеданс, наблюдаемый в блоке ввода электроэнергии первичной катушки 20 в направлении высокочастотного устройства 10 электроснабжения. После вычисления S-параметра S11 для сканированной частоты fn устройство 40 управления определяет, меньше ли величина n счетчика, чем m (этап S150). При положительном результате определения (ветвь ДА на этапе S150), устройство 40 управления устанавливает величину n счетчика в значение (n+1) (этап S160) и переходит к этапу S120. В противном случае (ветвь НЕТ на этапе S150) устройство 40 управления переходит к этапу S170 и последовательность этапов завершается.

Следует отметить, что вышеописанное управление, аналогично, может быть реализовано посредством способа, в котором направленный ответвитель, такой как сетевой анализатор, используется для вычисления S-параметра S11. Дополнительно, вышеописанное управление, аналогично, может быть реализовано путем замены S-параметра Z-параметром, Y-параметром и т.п.

Фиг.11 представляет собой конфигурацию гибридного транспортного средства как одного примера транспортного средства с электродвигателем, в котором установлено устройство 2 приема электроэнергии, показанное на Фиг.1. Ссылаясь на Фиг.11, гибридное транспортное средство 200 включает в себя устройство 210 аккумулятора, главное системное реле SMR1, повышающий преобразователь 220, инверторы 230, 232, двигатели-генераторы 240, 242, двигатель 250, устройство 260 деления мощности и ведущее колесо 270. Дополнительно, гибридное транспортное средство 200 также включает в себя вторичную авторезонансную катушку 60, вторичную катушку 70, блок 80 изменения импеданса, выпрямитель 280, главное системное реле SMR2 и электронный блок управления 290 транспортного средства (ЭБУ).

Гибридное транспортное средство 200 имеет двигатель 200 и двигатель-генератор 242, установленные в качестве источников энергии. Двигатель 250 и двигатели-генераторы 240, 242 соединены с устройством 260 деления энергии. Гибридное транспортное средство 200 перемещается за счет движущей силы, генерируемой, по меньшей мере, одним из двигателя 250 и двигателя-генератора 242. Энергия, генерируемая двигателем 250, разделяется устройством 260 деления энергии на два канала - по одному каналу энергия передается на ведущее колесо 270, а по другому каналу энергия передается на двигатель-генератор 240.

Двигатель-генератор 240 представляет собой вращающуюся электрическую машину переменного тока, например 3-фазный синхронный двигатель переменного тока, имеющий ротор с внедренным постоянным магнитом. Двигатель-генератор 240 использует кинетическую энергию двигателя 250 через устройство 260 разделения энергии, чтобы генерировать электроэнергию. Например, когда состояние заряда устройства 210 аккумулятора ниже предварительно определенного уровня, двигатель 250 запускается и двигатель-генератор 240 генерирует электроэнергию, чтобы зарядить устройство 210 аккумулятора.

Двигатель-генератор 242 также представляет собой вращающуюся электрическую машину переменного тока и, также как двигатель-генератор 240, является, например, 3-фазным синхронным двигателем переменного тока, имеющим ротор с внедренным постоянным магнитом. Двигатель-генератор 242 использует, по меньшей мере, одно из электроэнергии, накопленной в устройстве 210 аккумулятора, и электроэнергии, генерируемой двигателем-генератором 240, чтобы генерировать движущую силу, которая в свою очередь передается на ведущее колесо 270.

Дополнительно, когда транспортное средство тормозит или движется под уклон и его ускорение снижается, механическая энергия транспортного средства, такая как кинетическая энергия, потенциальная энергия и т.п., используется через ведущее колесо 270, чтобы приводить во вращение двигатель-генератор 242, который в этом случае действует как генератор электроэнергии. Таким образом, двигатель-генератор 242 действует как рекуперативный тормоз, преобразуя энергию движения в электрическую энергию и генерируя силу торможения. Электроэнергия, генерируемая двигателем-генератором 242, сохраняется в устройстве 210 аккумулятора.

Устройство 260 деления энергии представляет собой планетарную передачу, состоящую из солнечной шестерни, ведущей шестерни, держателя и коронной шестерни. Ведущая шестерня сцепляется с солнечной шестерней и коронной шестерней. Держатель поддерживает ведущую шестерню, обеспечивая возможность ее вращения, а также соединения с коленчатым валом двигателя 250. Солнечная шестерня соединена с валом двигателя-генератора 240. Солнечная шестерня соединена с валом двигателя-генератора 242 и ведущего колеса 270.

Главное системное реле SMR1 предоставлено между устройством 210 аккумулятора и повышающим преобразователем 220, и оно действует в ответ на сигнал, принимаемый из электронного управляющего устройства 290 транспортного средства, чтобы электрически соединять устройство 210 аккумулятора с повышающим преобразователем 220. Повышающий преобразователь 220 повышает напряжение на линии PL2 положительного электрода до уровня, который равен или выше уровня вывода из устройства 210 аккумулятора. Следует отметить, что повышающий преобразователь 220 состоит из, например, схемы преобразователя постоянного тока. Инверторы 230, 232 возбуждают двигатели-генераторы 240, 242, соответственно. Следует отметить, что инвертор 230, 232 выполнен, например, по трехфазной мостовой схеме.

Как описано со ссылкой на Фиг.1, также предоставлены вторичная авторезонансная катушка 60, вторичная катушка 70 и блок 80 изменения импеданса. Выпрямитель 280 выпрямляет электроэнергию переменного напряжения, выводимую из вторичной катушки 70. Главное системное реле SMR2 предоставлено между выпрямителем 280 и устройством 210 аккумулятора, и оно действует в ответ на сигнал, принимаемый из ЭБУ 290 транспортного средства, чтобы электрически соединять выпрямитель 280 с устройством 210 аккумулятора.

Электронное управляющее устройство 290 транспортного средства включает и выключает главные реле SMR1 и SMR2, соответственно, и когда транспортное средство двигается, ЭБУ 290 транспортного средства действует согласно положению педали акселератора, скорости транспортного средства и других сигналов, принимаемых из разных датчиков, чтобы генерировать сигнал для возбуждения повышающего преобразователя 220 и двигателей-генераторов 240, 242 и чтобы вывести сгенерированный сигнал на повышающий преобразователь 220 и инверторы 230, 232.

Дополнительно, когда оборудование 1 снабжения электроэнергией (см. Фиг.1) снабжает электроэнергией транспортное средство 200, ЭБУ 290 транспортного средства включает главное системное реле SMR2. В результате электроэнергия, принимаемая вторичной авторезонансной катушкой 60, подается в устройство 210 аккумулятора. Когда устройство 210 аккумулятора достигает состояния заряда, которое превышает верхнее допустимое значение, ЭБУ 290 транспортного средства выводит инструкцию в блок 80 изменения импеданса, чтобы изменять импеданс. Следует отметить, что факт того, что блок 80 изменения импеданса изменяет импеданс, детектируется в оборудовании 1 снабжения электроэнергией из S-параметра S11, и снабжение электроэнергии из оборудования 1 снабжения электроэнергией гибридного транспортного средства 200 останавливается.

Следует отметить, что оба главных системных реле SMR1 и SMR2 также могут быть включены, чтобы принимать электроэнергию из оборудования 1 снабжения электроэнергией в течение движения транспортного средства.

Следует отметить, что блок 80 изменения импеданса представляет собой релейный переключатель, так что можно обойтись без главного системного реле SMR2. Дополнительно, преобразователь постоянного напряжения может быть предоставлен между выпрямителем 280 и устройством 210 аккумулятора, чтобы преобразовывать электроэнергию постоянного напряжения, выпрямленную выпрямителем 280, до уровня напряжения устройства 210 аккумулятора.

Так, в настоящем варианте осуществления S-параметр S11, изменяющийся вместе с расстоянием между первичной авторезонансной катушкой 30 и вторичной авторезонансной катушкой 60, используется для оценки расстояния между первичной авторезонансной катушкой 30 и вторичной авторезонансной катушкой 60, и снабжение электроэнергии управляется на основании этого оцененного расстояния. Наличие устройства 2 приема электроэнергии или величина расстояния между оборудованием 1 снабжения электроэнергией и устройством 2 приема электроэнергии могут быть определены в оборудовании 1 снабжения электроэнергией без необходимости осуществления связи между оборудованием 1 снабжения электроэнергией и устройством 2 приема электроэнергии. Дополнительно, в настоящем варианте осуществления, когда устройство 2 приема электроэнергии завершает прием электроэнергии, импеданс 2 устройства 2 приема электроэнергии изменяется, и это изменение импеданса детектируется в оборудовании 1 снабжения электроэнергией из S-параметра S11. Факт того, что устройство 2 приема электроэнергии завершает прием электроэнергии, таким образом, может быть детектирован в оборудовании 1 снабжения электроэнергией без необходимости осуществления связи между оборудованием 1 снабжения электроэнергией и устройством 2 приема электроэнергии. Соответственно, настоящий вариант осуществления исключает необходимость управления оборудованием 1 снабжения электроэнергией и устройством 2 приема электроэнергии, чтобы осуществлять связь между ними. В результате может быть получена упрощенная система управления.

Следует отметить, что в вышеупомянутом варианте осуществления S-параметр S11 используется для оценки расстояния между первичной авторезонансной катушкой 30 и вторичной авторезонансной катушкой 60, и снабжение электроэнергией управляется на основании этого оцененного расстояния, причем расстояние между первичной авторезонансной катушкой 30 и вторичной авторезонансной катушкой 60 может не быть оценено, и S-параметр S11 может быть использован напрямую, чтобы управлять снабжением электроэнергией. Например, необходимость снабжения электроэнергией может быть определена со ссылкой на пороговое значение S-параметра S11 на основании расстояния между первичной авторезонансной катушкой 30 и вторичной авторезонансной катушкой 60, чтобы устранить необходимость оценки расстояния между первичной авторезонансной катушкой 30 и вторичной авторезонансной катушкой 60, и, таким образом, использовать S-параметр S11, чтобы управлять снабжением электроэнергией.

Дополнительно, в настоящем варианте осуществления блок 80 изменения импеданса выполнен с возможностью регулирования его входного импеданса в фиксированное значение, при изменении импеданса нагрузки 3. Эта функция, тем не менее, несущественна. Когда импеданс нагрузки 3 изменяется, также изменяется резонансная частота, и в расстоянии между первичной авторезонансной катушкой 30 и вторичной авторезонансной катушкой 60, оцененной из S-параметра S11, образуется ошибка. Тем не менее, если этой ошибкой можно пренебречь, то функция, регулирующая входной импеданс в фиксированное значение, когда импеданс нагрузки 3 изменяется, становится не нужна, и блок 80 изменения импеданса требуется только для того, чтобы обеспечивать функцию работы под действием сигнала STP, указывающего, что прием электроэнергии из оборудования 1 снабжения электроэнергией завершился, чтобы изменять импеданс в предварительно определенное значение. Дополнительно, если импеданс нагрузки 3, по существу, не изменяется, то расстояние между первичной авторезонансной катушкой 30 и вторичной авторезонансной катушкой 60 может быть точно оценено, даже если блок 80 изменения импеданса не включает в себя функцию регулирования входного импеданса в фиксированное значение, когда импеданс нагрузки 3 изменяется во время приема электроэнергии.

Дополнительно, в вышеупомянутом варианте осуществления первичная катушка 20 используется для снабжения электроэнергией в первичной авторезонансной катушки 30 посредством электромагнитной индукции, а вторичная авторезонансная катушка 70 используется для извлечения электроэнергии из вторичной авторезонансной катушки 60 посредством электромагнитной индукции. Альтернативно, можно обойтись без первичной катушки 20 и высокочастотное устройство 10 снабжения электроэнергией может напрямую снабжать электроэнергией первичную авторезонансную катушку, и также можно обойтись без вторичной катушки 70, и в этом случае электроэнергия будет извлекаться напрямую из вторичной авторезонансной катушки 60.

Дополнительно, согласно изложенному выше описанию пара авторезонансных катушек резонирует, чтобы передавать электроэнергию. Альтернативно, резонаторы в форме пары авторезонансных катушек могут быть заменены на пару дисков с высокими диэлектрическими свойствами. Каждый диск формируется из материала с высокой диэлектрической постоянной, такого как TiO2, BaTi4O9, LiTaO3 и т.п.

Дополнительно, хотя в вышеизложенном описании транспортное средство на электрическом двигателе с установленным в нем устройством 2 приема электроэнергии было описано как пример гибридного транспортного средства последовательного/параллельного типа, в котором используется устройство 260 деления энергии для разделения и передачи энергии двигателя 250 на ведущее колесо 270 и двигатель-генератор 240, настоящее изобретение также применимо к другим типам гибридных транспортных средств. Более конкретно, настоящее изобретение применимо, например, к: гибридному транспортному средству так называемого последовательного типа, в котором двигатель 250 используется только для приведения во вращения двигателя-генератора 240 и для движения транспортного средства двигательная сила генерируется только двигателем-генератором 242; гибридному транспортному средству, которое использует только рекуперативную кинетическую энергию, которая генерируется двигателем 250; и гибридному транспортному средству с вспомогательным электродвигателем, в котором двигатель внутреннего сгорания является основным источником энергии, а электродвигатель используется в качестве вспомогательного источника энергии. Дополнительно, настоящее изобретение также применимо к электрическому транспортному средству 250, которое не включает в себя двигатель 250 и перемещается только за счет электроэнергии, а также к транспортному средству на топливных элементах, которое включает в себя источник питания постоянного тока, реализованный как устройство 210 аккумулятора и, в добавление, топливный элемент.

Следует отметить, что в вышеизложенном описании первичная авторезонансная катушка 30 и первичная катушка 20 соответствуют одному варианту осуществления "передающего электроэнергию резонатора", а вторичная авторезонансная катушка 60 и вторичная катушка 70 соответствуют одному варианту осуществления "принимающего электроэнергию резонатора". Дополнительно, блок 80 изменения импеданса соответствует одному варианту осуществления "устройства изменения импеданса".

Следует понимать, что раскрытые здесь варианты осуществления являются иллюстративными и не устанавливают каких-либо границ. Объем настоящего изобретения определяется прилагаемой формулой изобретения, а не вышеизложенным описанием, и он должен включать в себя любые модификации в рамках объема и сущности, эквивалентно терминам формулы изобретения.

Список обозначений

1: оборудование снабжения электроэнергией, 2: устройство приема электроэнергии, 3: нагрузка, 10: высокочастотное устройство электроснабжения, 20: первичная катушка, 30: первичная авторезонансная катушка, 40: устройство управления, 50: средство измерения тока, 55: средство измерения напряжения, 60: вторичная авторезонансная катушка, 70: вторичная катушка, 80: блок изменения импеданса, 200: гибридное транспортное средство, 210: устройство аккумулятора, 220: повышающий преобразователь, 230, 232: инвертор, 240, 242: двигатель-генератор, 250: двигатель, 260: устройство деления электроэнергии, 270: ведущее колесо, 280: выпрямитель, 290: электронный блок управления транспортного средства, C1, C2: паразитная емкость, SMR1, SMR2: главное системное реле, PL1, PL2: линия положительного электрода, NL: линия отрицательного электрода.

1. Бесконтактное оборудование снабжения электроэнергией, содержащее: передающий электроэнергию резонатор для передачи электроэнергии в устройство приема электроэнергии бесконтактным образом путем резонанса с принимающим электроэнергию резонатором устройства приема электроэнергии через электромагнитное поле, устройство электроснабжения, соединенное с передающим электроэнергию резонатором и генерирующее предварительно определенное высокочастотное напряжение и устройство управления для управления устройством электроснабжения так, чтобы управлять снабжением электроэнергии из передающего электроэнергию резонатора в принимающий электроэнергию резонатор, причем устройство управления управляет снабжением электроэнергии на основании характеристики частоты импеданса, изменяющейся с расстоянием между передающим электроэнергию резонатором и принимающим электроэнергию резонатором.

2. Бесконтактное оборудование снабжения электроэнергией по п.1, в котором устройство управления оценивает расстояние между передающим электроэнергию резонатором и принимающим электроэнергию резонатором из характеристики частоты импеданса, и управляет снабжением электроэнергии на основании этого оцененного расстояния.

3. Бесконтактное оборудование снабжения электроэнергией по п.2, в котором устройство управления выполняет снабжение электроэнергией устройства приема электроэнергии, когда расстояние, оцененное из характеристики частоты импеданса, равно или меньше предварительно определенной величины.

4. Бесконтактное оборудование снабжения электроэнергией по п.2 или 3, в котором устройство управления оценивает расстояние между передающим электроэнергию резонатором и принимающим электроэнергию резонатором из характеристики амплитуды характеристики частоты импеданса, изменяющейся с расстоянием между передающим электроэнергию резонатором и принимающим электроэнергию резонатором.

5. Бесконтактное оборудование снабжения электроэнергией по п.2 или 3, в котором устройство управления оценивает расстояние между передающим электроэнергию резонатором и принимающим электроэнергию резонатором из характеристики фазы характеристики частоты импеданса, изменяющейся с расстоянием между передающим электроэнергию резонатором и принимающим электроэнергию резонатором.

6. Бесконтактное оборудование снабжения электроэнергией по любому из пп.1-3, в котором устройство управления определяет из характеристики частоты импеданса, нуждается ли устройство приема электроэнергии в приеме электроэнергии и может ли быть выполнено снабжение электроэнергией устройства приема электроэнергии, и если устройство управления определяет, что снабжение электроэнергией устройства приема электроэнергии может быть выполнено, то устройство управления управляет устройством электроснабжения так, чтобы генерировать напряжение с резонансной частотой, определенной из особой точки характеристики частоты импеданса.

7. Бесконтактное оборудование снабжения электроэнергией по любому из пп.1-3, дополнительно содержащее: средство измерения тока для детектирования входного сигнала тока передающего электроэнергию резонатора и средство измерения напряжения для детектирования входного сигнала напряжения передающего электроэнергию резонатора, причем устройство управления управляет устройством электроснабжения так, чтобы выводить предварительно определенную электроэнергию малой величины в устройство приема электроэнергии на множестве частот в предварительно определенном частотном диапазоне, и чтобы вычислять характеристику частоты импеданса из напряжения, детектируемого средством измерения напряжения, и тока, детектируемого средством измерения тока.

8. Бесконтактное оборудование снабжения электроэнергией по любому из пп.1-3, в котором передающий электроэнергию резонатор включает в себя: первичную катушку, соединенную с устройством электроснабжения и первичную авторезонансную катушку, на которую подается электроэнергия с первичной катушки посредством электромагнитной индукции и которая генерирует электромагнитное поле.

9. Бесконтактное устройство приема электроэнергии, содержащее: принимающий электроэнергию резонатор для приема электроэнергии от оборудования снабжения электроэнергией бесконтактным образом путем резонанса с передающим электроэнергию резонатором оборудования снабжения электроэнергией через электромагнитное поле; и устройство изменения импеданса для изменения импеданса в зависимости от того, необходимо ли принимать электроэнергию из оборудования снабжения электроэнергией, так что необходимость приема электроэнергии из оборудования снабжения электроэнергией может быть определена в оборудовании снабжения электроэнергией из характеристики частоты импеданса.

10. Бесконтактное устройство приема электроэнергии по п.9, в котором, когда прием электроэнергии из оборудования снабжения электроэнергией завершен, устройство изменения импеданса изменяет входной импеданс, так что завершение приема электроэнергии может быть детектировано в оборудовании снабжения электроэнергией из характеристики частоты импеданса.

11. Бесконтактная система снабжения электроэнергией, содержащая: оборудование снабжения электроэнергией, выполненное с возможностью выводить предварительно определенную высокочастотную электроэнергию и устройство приема электроэнергии, выполненное с возможностью принимать электроэнергию из оборудования снабжения электроэнергией бесконтактным образом, причем оборудование снабжения электроэнергией включает в себя: устройство электроснабжения для генерации предварительно определенного высокочастотного напряжения; передающий электроэнергию резонатор, который соединен с устройством электроснабжения, и принимает электроэнергию из устройства электроснабжения и генерирует электромагнитное поле и устройство управления для управления устройством электроснабжения так, чтобы управлять снабжением электроэнергии из передающего электроэнергию резонатора в устройство приема электроэнергии, причем устройство приема электроэнергии включает в себя: принимающий электроэнергию резонатор для приема электроэнергии из передающего электроэнергию резонатора бесконтактным образом, путем резонанса с передающим электроэнергию резонатором посредством электромагнитного поля, причем устройство управления управляет снабжением электроэнергии на основании характеристики частоты импеданса, изменяющейся вместе с расстоянием между передающим электроэнергию резонатором и принимающим электроэнергию резонатором.

12. Бесконтактная система снабжения электроэнергией по п.11, в которой устройство управления оценивает расстояние между передающим электроэнергию резонатором и принимающим электроэнергию резонатором из характеристики частоты импеданса и управляет снабжением электроэнергии на основании этого оцененного расстояния.

13. Бесконтактная система снабжения электроэнергией по п.12, в которой устройство управления выполняет снабжение электроэнергией устройства приема электроэнергии, когда расстояние, оцененное из характеристики частоты импеданса, равно или меньше предварительно определенной величины.

14. Бесконтактная система снабжения электроэнергией по п.11 или 13, в которой устройство приема электроэнергии дополнительно включает в себя устройство изменения импеданса, сконфигурированное с возможностью изменения импеданса устройства приема электроэнергии, когда прием электроэнергии из оборудования снабжения электроэнергией завершен и устройство управления использует заранее полученную характеристику частоты импеданса, предоставленную, когда устройство изменения импеданса изменяет импеданс в устройстве приема электроэнергии, чтобы детектировать из характеристики частоты импеданса, что импеданс устройства приема электроэнергии изменяется, когда прием электроэнергии завершен, и на основании детектированного результата устройство управления останавливает снабжение электроэнергии в устройство приема электроэнергии.

15. Бесконтактная система снабжения электроэнергией по любому из пп.11-13, в которой передающий электроэнергию резонатор включает в себя первичную катушку, соединенную с устройством электроснабжения и первичную авторезонансную катушку, на которую подается электроэнергия с первичной катушки посредством электромагнитной индукции и которая генерирует электромагнитное поле и принимающий электроэнергию резонатор включает в себя вторичную авторезонансную катушку для приема электроэнергии из первичной авторезонансной катушки путем резонанса с первичной авторезонансной катушкой через электромагнитное поле, и вторичную катушку для извлечения электроэнергии, принятой вторичной авторезонансной катушкой, посредством электромагнитной индукции.

16. Бесконтактное оборудование снабжения электроэнергией по п.1, в котором устройство управления управляет снабжением электроэнергией на основании S-параметра S11 схемы, состоящей из передающего электроэнергию резонатора и принимающего электроэнергию резонатора, причем S-параметр S11 изменяется вместе с расстоянием между передающим электроэнергию резонатором и принимающим электроэнергию резонатором.

17. Бесконтактное оборудование снабжения электроэнергией по п.16, в котором устройство управления оценивает расстояние между передающим электроэнергию резонатором и принимающим электроэнергию резонатором из S-параметра S11, и управляет снабжением электроэнергии на основании этого оцененного расстояния.

18. Бесконтактное устройство приема электроэнергии по п.9, в котором устройство изменения импеданса изменяет импеданс в зависимости от того, необходим ли прием электроэнергии из оборудования снабжения электроэнергией, так что необходимость приема электроэнергии из оборудования снабжения электроэнергии может быть определена в оборудовании снабжения электроэнергией из S-параметра S11 схемы, состоящей из передающего электроэнергию резонатора и принимающего электроэнергию резонатора.

19. Бесконтактное устройство приема электроэнергии по п.18, в котором, когда прием электроэнергии из оборудования снабжения электроэнергией завершен, устройство изменения импеданса изменяет входной импеданс, так что завершение приема электроэнергии может быть детектировано в оборудовании снабжения электроэнергией из S-параметра S11.

20. Бесконтактная система снабжения электроэнергии по п.11, в которой устройство управления управляет снабжением электроэнергией на основании S-параметра S11 схемы, состоящей из передающего электроэнергию резонатора и принимающего электроэнергию резонатора, причем S-параметр S11 изменяется с расстоянием между передающим электроэнергию резонатором и принимающим электроэнергию резонатором.

21. Бесконтактная система снабжения электроэнергией по п.20, в которой устройство управления оценивает расстояние между передающим электроэнергию резонатором и упомянутым принимающим электроэнергию резонатором из S-параметра S11 и управляет снабжением электроэнергии на основании этого оцененного расстояния.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электрорадиотехники, а более конкретно - к системам и компонентам, предназначенным для беспроводной передачи энергии. .

Изобретение относится к электроснабжению и может использоваться в народном хозяйстве для передачи электрической энергии на расстояние без проводов. .

Изобретение относится к электротехнике, к передаче электрической энергии. .

Изобретение относится к электротехнике, к передаче электрической энергии. .

Изобретение относится к области бесконтактного получения энергии и включает в себя устройство (150) накопления энергии, идентифицированное как объект для подачи энергии, и вторичную саморезонирующую катушку (110), получающую электрическую энергию, которая должна подаваться на упомянутую нагрузку, от внешней первичной саморезонирующей катушки (240).

Изобретение относится к электротехнике, к передаче электрической энергии. .

Изобретение относится к способам и устройствам передачи электрической энергии без потерь. .

Изобретение относится к системам передачи электроэнергии

Изобретение относится к системам беспроводной передачи энергии

Использование: в области электротехники. Технический результат - повышение надежности и эффективности. Энергия бесконтактным способом подается от участка (12) передачи энергии на участок (14) приема энергии. Участок (18) детектирования эффективности передачи детектирует эффективность передачи, а определяющий участок (20) определяет, когда эффективность передачи равна или больше определенного значения. Если эффективность передачи меньше определенного значения, может присутствовать преграда, и энергия временно перестает передаваться. Затем периодически передается малая энергия и детектируется эффективность. Если эффективность равна или больше определенного значения, возобновляется передача нормальной энергии. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 13 ил.

Группа изобретений относится к устройствам подачи энергии для транспортного средства. Каждое из устройств содержит формирователь высокочастотной энергии. Устройство по первому и второму вариантам содержит первичную катушку, первичную работающую на собственной резонансной частоте катушку, устройство связи для приема значения детектирования принимаемой энергии, устройство управления, отражающее средство. Устройство по второму варианту также содержит устройство регулирования. Устройства по третьему, четвертому, пятому, шестому и седьмому вариантам содержат первичный LC-резонатор, устройство управления. Устройство по восьмому варианту содержит формирователь высокочастотной энергии, первичную работающую на собственной резонансной частоте катушку, устройство регулирования резонансной частоты первичной катушки и устройство управления устройством регулирования. Устройство управления осуществляет управление так, чтобы частота высокочастотной энергии приближалась к резонансной частоте первичного LC-резонатора и вторичного LC-резонатора. Первичный LC-резонатор и вторичный LC-резонатор работают на различных частотах до приближения к измененной резонансной частоте. Технический результат заключается в обеспечении электроэнергией транспортного средства беспроводным способом. 8 н. и 16 з.п. ф-лы, 23 ил.

Изобретение относится к технике генерации электромагнитного излучения с перестройкой частоты генерации в широком интервале значений и может быть использовано в системах локации, передачи энергии на большие расстояния. Заявленный способ генерации электромагнитного излучения большой мощности осуществляется путем накачки высокого уровня ленгмюровских колебаний в плазме сильноточным электронным пучком и трансформации этих колебаний в ходе нелинейных плазменных процессов в электромагнитные волны с частотой, соответствующей плазменной или удвоенной плазменной частотам. Техническим результатом заявленного способа является обеспечение возможности достижения большой мощности электромагнитного излучения в миллиметровой, субмиллиметровой и терагерцовой областях (в диапазоне частот от десятков гигагерц до терагерца) с возможностью быстрой (за время ~10-7 с) управляемой перестройки частоты генерируемого излучения при плотности мощности генерируемого излучения в этом случае порядка сотен киловатт на см3 плазмы при частоте излучения более 500 ГГц. 1 ил.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах беспроводной передачи энергии на расстояние. Технический результат - повышение эффективности приема энергии в тепловом диапазоне ректенн. Для этого формируют решетку приемных элементов из диодов и пересекающихся проводников, подсоединенных своими концами к двум разнополярным шинам сбора постоянного тока, некоторые проводники выполняют в виде диэлектрической нити, на внешнюю поверхность которой последовательно с взаимным перекрытием наносят кольцевой слой металла, затем - кольцевой слой диэлектрика, затем - кольцевой слой другого металла, и вновь - кольцевой слой первого металла для формирования последовательной цепи диодов МДМ структуры, при этом формирование решетки обеспечивают путем взаимного переплетения указанных нитей. 2 ил.

Ректенна // 2505907
Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах беспроводной передачи энергии на расстояние. Технический результат - повышение эффективности приема энергии в тепловом диапазоне ректенн. Ректенна содержит диоды и решетку приемных элементов, выполненную в виде пересекающихся проводников, подсоединенных своими концами к двум разнополярным шинам сбора постоянного тока и образующих при пересечении систему квадратных ячеек, приспособление для упругой деформации ячеек, некоторые проводники выполнены в виде диэлектрической нити, на внешнюю поверхность которой последовательно, с взаимным перекрытием нанесены кольцевые слои металла, диэлектрика и другого металла, взаимные контакты которых образуют структуру МДМ диода, при этом приспособление для упругой деформации ячеек связано с шинами для обеспечения возможности взаимного перемещения последних. 2 ил.
Наверх