非接觸受電裝置及具有該非接觸受電裝置的車輛的制作方法
【專利摘要】一種非接觸受電裝置，具備：成為供電對象的充電裝置（150）等負載；和二次自諧振線圈（110），其從外部的一次自諧振線圈（240）接受用于向所述負載供給的電力。二次自諧振線圈（110）被構成為能夠在受電時選擇的第一狀態(tài)和非受電時選擇的第二狀態(tài)之間切換，在第一狀態(tài)中二次自諧振線圈通過磁場的共振與一次自諧振線圈（240）磁耦合，在第二狀態(tài)中與第一狀態(tài)相比二次自諧振線圈與一次自諧振線圈通過共振而產(chǎn)生的磁耦合弱。
【專利說明】非接觸受電裝置及具有該非接觸受電裝置的車輛
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及非接觸受電裝置及具有該非接觸受電裝置的車輛，尤其涉及以非接觸方式從車輛外部的電源向車輛供給電カ的技術。
【背景技術】
[0002]作為環(huán)保的車輛，電動車、混合動カ車等電動車輛廣受矚目。這些車輛搭載有產(chǎn)生行駛驅動力的電動機、和積蓄供給到該電動機的電カ的可再充電的蓄電裝置。另外，混合動力車是與電動機一起還搭載有內燃機作為動カ源的車輛，或是和蓄電裝置一起還搭載有燃料電池作為車輛驅動用的直流電源的車輛。
[0003]在混合動カ車中也公知有與電動汽車同樣地可從車輛外部的電源對車載蓄電裝置充電的車輛。例如，公知有如下的所謂“插入(Plug in)式混合動カ車用充電電纜將設于家宅內的電源插座與設于車輛上的充電ロ連接，從而可從一般的家庭電源對蓄電裝置進行充電。
[0004]另ー方面，作為輸電方法，近年來不使用電源線、輸電電纜的無線輸電備受矚目。作為該無線輸電技術，作為有實力的技術，已知使用電磁感應的輸電技術、使用電磁波的輸電技術以及利用共振法的輸電技術這三個技木。
[0005]其中，共振法是使ー對共振器(例如一對自諧振線圈)在電磁場(近場)共振，借助電磁場來輸電的非接觸方式的輸電技術，能夠以較長距離(例如數(shù)m)輸送數(shù)kW的大功率(參照非專利文獻I)
[0006]專利文獻1:國際公開第2007/008646號単行本
[0007]非專利文獻1:Andre Kurs et al., “Wireless Power Transfer Via StronglyCoupled Magnetic Resonances” [online], 2007 年 7 月 6 日，SCIENCE,第 317 卷，p.83-86, [2007 年9 月 I2 日檢索]，因特網(wǎng)〈URL:http://www.sciencemag.0rg/cgi/reprint/317/5834/83.pdf>

【發(fā)明內容】

[0008]采用共振法時，若滿足輸電方的共振器和受電方的共振器發(fā)生共振的條件，則輸送電力。但是，也有蓄電裝置為充滿電狀態(tài)等、受電方不希望接受電カ的情況。
[0009]在向車輛供電的供電系統(tǒng)中應用上述的“Wireless Power Transfer ViaStrongly Coupled Magnetic Resonances”中公開的無線輸送技術時，在車輛不需要受電時如何停止受電是課題。但是，在上述文獻中，對于受電停止的具體構成及控制技術沒有特別公開。
[0010]本發(fā)明的目的在于提供一種在采用共振法進行供電時能夠可靠地停止受電的非接觸受電裝置及車輛。
[0011]概要地說，本發(fā)明是ー種非接觸受電裝置，具備:成為供電對象的負載；和二次自諧振線圈，其從外部的一次自諧振線圈接受用于向所述負載供給的電力。二次自諧振線圈被構成為能夠在受電時選擇的第一狀態(tài)和非受電時選擇的第二狀態(tài)之間切換，在所述第一狀態(tài)中二次自諧振線圈通過磁場的共振與一次自諧振線圈磁耦合，在所述第二狀態(tài)中與第一狀態(tài)相比二次自諧振線圈與一次自諧振線圈通過共振而產(chǎn)生的磁耦合弱。
[0012]優(yōu)選是，二次自諧振線圈在第一狀態(tài)和第二狀態(tài)具有不同的阻抗。
[0013]更優(yōu)選是，二次自諧振線圈包括線圈主體部、改變線圈主體部的電感的電感改變部。
[0014]更優(yōu)選是，線圈主體部在中央部被分割為第一部分和第二部分。電感改變部包括繼電器，該繼電器設置在線圈主體部的中央部，在受電時將第一部分和第二部分連接，在非受電時將第一部分和第二部分斷開。
[0015]優(yōu)選是，二次自諧振線圈包括線圈主體部、改變線圈主體部的電容的電容改變部。
[0016]更優(yōu)選是，電容改變部包括:與線圈主體部的端部連接的引出線、與引出線連接的繼電器，以及電容器，該電容器在受電時利用繼電器經(jīng)由引出線與線圈主體部連接，在非受電時利用繼電器與線圈主體部斷開。
[0017]更優(yōu)選是，非接觸受電裝置還包括放電電阻，該放電電阻用于在非受電時使電容器成為放出了電荷的狀態(tài)。
[0018]更優(yōu)選是，還包括其他繼電器，該其他繼電器在受電時使放電電阻從電容器斷開，在非受電時使放電電阻與電容器連接。
[0019]更優(yōu)選是，繼電器在受電時使放電電阻從電容器斷開，在非受電時使放電電阻與電容器連接。
[0020]優(yōu)選是，非接觸受電裝置還包括對輸入電壓進行電壓變換、向負載供給的電壓變換部、和對交流電壓進行整流而作為輸入電壓給予電壓變換部的整流器。二次自諧振線圈從一次自諧振線圈接受電力，產(chǎn)生向整流器供給的交流電壓。
[0021 ] 優(yōu)選是，非接觸受電裝置搭載于車輛，從車輛外部的包括一次自諧振線圈的供電裝置接受電力。非接觸受電裝置還包括進行在第一狀態(tài)和第二狀態(tài)之間切換二次自諧振線圈的控制的控制部?？刂撇吭谲囕v滿足受電條件的情況下將二次自諧振線圈設定為第一狀態(tài)，在車輛不滿足受電條件的情況下將二次自諧振線圈設定為第二狀態(tài)。
[0022]更優(yōu)選是，車輛包括從非接觸受電裝置接受充電電力的蓄電裝置作為負載。受電條件包括蓄電裝置的充電狀態(tài)小于閾值這樣的條件。
[0023]更優(yōu)選是，受電條件包括車輛沒有發(fā)生預定故障這樣的條件。
[0024]本發(fā)明的另一方面是一種車輛，包括接受以非接觸方式從車輛外部輸電的電力的非接觸受電裝置。非接觸受電裝置包括:成為供電對象的負載、和從外部的一次自諧振線圈接受用于向負載供給的電力的二次自諧振線圈。二次自諧振線圈被構成為能夠在受電時選擇的第一狀態(tài)和非受電時選擇的第二狀態(tài)之間切換，在第一狀態(tài)中二次自諧振線圈通過磁場的共振與一次自諧振線圈磁耦合，在第二狀態(tài)中與第一狀態(tài)相比二次自諧振線圈與一次自諧振線圈通過共振而產(chǎn)生的磁耦合弱。
[0025]優(yōu)選是，二次自諧振線圈在第一狀態(tài)和第二狀態(tài)具有不同的阻抗。
[0026]根據(jù)本發(fā)明，在使用共振法進行輸電時，在不希望接受電力時能夠可靠地停止受電?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0027]圖1是本發(fā)明的實施方式I的供電系統(tǒng)的整體構成圖。
[0028]圖2是用于說明利用共振法輸電的原理的圖。
[0029]圖3是表示距電流源(磁流源)的距離與電磁場的強度之間關系的圖。
[0030]圖4是表示圖1所示的電動車輛100的動カ傳動系統(tǒng)構成的框圖。
[0031]圖5是圖4所示的DC/DC轉換器140的電路圖。
[0032]圖6是表示圖1、圖4中二次自諧振線圈110的詳細構成的圖。
[0033]圖7是用于說明車輛E⑶180執(zhí)行的充電開始處理的流程圖。
[0034]圖8是表示受電中正常結束時的處理的流程圖。
[0035]圖9是表示受電中發(fā)生了異常而強制結束時的處理的流程圖。
[0036]圖10是表示實施方式2的非接觸受電裝置所使用的二次自諧振線圈IlOA的構成的電路圖。
[0037]圖11是表示作為二次自諧振線圈IlOA的變形例的二次自諧振線圈110A1的構成的電路圖。
[0038]圖12是表示作為二次自諧振線圈IlOA的變形例的二次自諧振線圈IlOB的構成的電路圖。
[0039]圖13是表示作為二次自諧振線圈IlOA的另ー變形例的二次自諧振線圈IlOC的構成的電路圖。
[0040]附圖標記的說明
[0041]100 電動車輛;110、110A、110A1、110B、110C、340 二次自諧振線圈；111 線圈主體部；112繼電器；113第一部分；114第二部分；115電感改變部；120、350 二次線圈；130整流器；140轉換器；142直流交流變換部；144變壓器部；146整流部；150蓄電裝置；162升壓轉換器；164、166變換器；170電動機；172、174電動發(fā)電機；176發(fā)動機；177動カ分割裝置；178驅動輪；190通信裝置；191、192電壓傳感器；194電流傳感器；200供電裝置；210交流電源；220高頻電カ驅動器；230、320—次線圈；240、330 —次自諧振線圈；250通信裝置；310高頻電源；311線圈主體部;312A、312A1、312B、312C電容改變部；313電容器；314放電電阻;315、316、317繼電器;321、322引出線；360負載；180車輛ECU ；PL2正極線；SMR1、SMR2系統(tǒng)主繼電器。
【具體實施方式】
[0042]以下，參照附圖詳細說明本發(fā)明的實施方式。另外，對圖中相同或相當部分標注相同附圖標記，省略其重復說明。
[0043]<實施方式1>
[0044]圖1是本發(fā)明的實施方式I的供電系統(tǒng)的整體構成圖。參照圖1，該供電系統(tǒng)包括電動車輛100和供電裝置200。電動車輛100包括二次自諧振線圈110、二次線圈120、整流器130、DC/DC轉換器140和蓄電裝置150。電動車輛100還包括動カ控制單元(以下也稱為“PCU (Power Control Unit)”)160、電動機 170、車輛 ECU (Electronic Control Unit)180和通信裝置190。
[0045]二次自諧振線圈110配設在車體下部，但若供電裝置200配設在車輛上方，則該ニ次自諧振線圈110也可以配設在車體上部。二次自諧振線圈110是兩端開放(非連接)的LC共振線圈，借助電磁場與供電裝置200的一次自諧振線圈240 (后述)共振，從而從供電裝置200接受電力。二次自諧振線圈110的電容成分(電容分量)是線圈的雜散電容，但也可以設置與線圈兩端連接的電容器。
[0046]二次自諧振線圈110基于距供電裝置200的一次自諧振線圈240的距離、一次自諧振線圈240及二次自諧振線圈110的共振頻率等，適當設定其匝數(shù)，以使得表示一次自諧振線圈240與二次自諧振線圈110的共振強度的Q值(例如Q>100)及表示其耦合度的κ等變大。
[0047]二次線圈120與二次自諧振線圈110同軸配置，能夠利用電磁感應而與二次自諧振線圈110磁耦合。該二次線圈120利用電磁感應將由二次自諧振線圈110接受的電力取出而向整流器130輸出。整流器130對由二次線圈120取出的交流電力進行整流。
[0048]DC/DC轉換器140基于來自車輛E⑶180的控制信號將由整流器130整流過的電流變換為蓄電裝置150的電壓電平、向蓄電裝置150輸出。在車輛行駛中從供電裝置200受電時(在該情況下供電裝置200可以配設在例如車輛上方或側方)，DC/DC轉換器140可以將由整流器130整流過的電力變換為系統(tǒng)電壓、直接向PCU160供給。DC/DC轉換器140不是一定必須的，也可以將由二次線圈120取出的交流電力由整流器130整流后直接給予蓄電裝置150。
[0049]蓄電裝置150是能夠再充電的直流電源，包括例如鋰離子、鎳氫等的二次電池。蓄電裝置150除了積蓄從DC/DC轉換器140供給的電力之外，也積蓄由電動機170發(fā)電的再生電力。并且，蓄電裝置150將其積蓄的電力向P⑶160供給。作為蓄電裝置150，可采用大容量的電容，只要是能夠暫時積蓄從供電裝置200供給的電力、來自電動機170的再生電力，并將該積蓄的電力向PCU160供給的電力緩沖器，任何形式都可以。
[0050]P⑶160利用從蓄電裝置150輸出的電力或從DC/DC轉換器140直接供給的電力來驅動電動機170。另外，P⑶160對由電動機170發(fā)電的再生電力進行整流而向蓄電裝置150輸出，對蓄電裝置150充電。電動機170受P⑶160驅動，產(chǎn)生車輛驅動力向驅動輪輸出。另外，電動機170借助從驅動輪、未圖示的發(fā)動機接受的動能而發(fā)電，將該發(fā)電的再生電力向PCU160輸出。
[0051]車輛ECU180在車輛行駛時基于車輛的行駛狀況、蓄電裝置150的充電狀態(tài)(以下也稱為“SOC” (State Of Charge))控制PCU160。通信裝置190是用于與車輛外部的供電裝置200進行無線通信的通信接口。
[0052]另一方面，供電裝置200包括交流電源210、高頻電力驅動器220、一次線圈230、一次自諧振線圈240、通信裝置250和E⑶260。
[0053]交流電源210是車輛外部的電源，例如是系統(tǒng)電源。高頻電力驅動器220將從交流電源210接受的電力轉換為高頻率的電力，并將該轉換后的高頻電力向一次線圈230供給。高頻電力驅動器220生成的高頻電力的頻率例如是IM?十幾MHz。
[0054]一次線圈230與一次自諧振線圈240同軸配置，可利用電磁感應而與一次自諧振線圈240磁耦合。一次線圈230利用電磁感應將從高頻電力驅動器220供給的高頻電力向一次自諧振線圈240供電。
[0055]一次自諧振線圈240配設于地面附近，但在從車輛上方向電動車輛100供電的情況下也可以配設于車輛上方或側方。一次自諧振線圈240也是兩端開放(非連接)的LC共振線圈，通過借助電磁場與電動車輛100的二次自諧振線圈110共振，從而向電動車輛100輸電。另外，一次自諧振線圈240的電容成分也是線圈的雜散電容，但也可以設置與線圈的兩端連接的電容器。
[0056]該一次自諧振線圈240也基于距電動車輛100的二次自諧振線圈110的距離、一次自諧振線圈240及二次自諧振線圈110的共振頻率等，適當設定其匝數(shù)，以使得Q值(例如Q>100)及耦合度K等變大。
[0057]通信裝置250是用于與供電目的方的電動車輛100進行無線通信的通信接口。ECU260控制高頻電力驅動器220，以使得電動車輛100的受電電力成為目標值。具體而言，E⑶260利用通信裝置250從電動車輛100取得電動車輛100的受電電力及其目標值，控制高頻電力驅動器220的輸出，以使得電動車輛100的受電電力與目標值一致。ECU260能夠將供電裝置200的阻抗值向電動車輛100發(fā)送。
[0058]圖2是用于說明利用共振法輸電的原理的圖。參照圖2，在該共振法中，與兩個音叉發(fā)生共振同樣地，具有相同固有振動數(shù)(振動數(shù)，頻率、振動頻率)的兩個LC共振線圈在電磁場(近場)發(fā)生共振，由此從一個線圈經(jīng)由電磁場向另一個線圈傳輸電力。
[0059]具體而言，高頻電源310上連接有一次線圈320，向利用電磁感應與一次線圈320磁率禹合的一次自諧振線圈330供給IM?十幾MHz的高頻電力。一次自諧振線圈330是由線圈自身的電感和雜散電容構成的LC共振器，與具有同一次自諧振線圈330相同共振頻率的二次自諧振線圈340借助電磁場(近場)發(fā)生共振。于是，從能量(電力)從一次自諧振線圈330經(jīng)由電磁場向二次自諧振線圈340移動。向二次自諧振線圈340移動了的能量(電力)被利用電磁感應與二次自諧振線圈340磁耦合的二次線圈350取出，向負載360供給。
[0060]對與圖1的對應關系進行說明，圖1的交流電源210和聞頻電力驅動器220相當于圖2的高頻電源310。圖1的一次線圈230和一次自諧振線圈240分別相當于圖2的一次線圈320和一次自諧振線圈330，圖1的二次自諧振線圈110和二次線圈120分別相當于圖2的二次自諧振線圈340和二次線圈350。圖1的整流器130以后的構件概括表示為負載 360。
[0061]圖3是表示距電流源(磁流源)的距離與電磁場強度的關系的圖。參照圖3，電磁場包括三個成分。曲線kl表示與距波源的距離成反比的成分，稱為“輻射電磁場”。曲線k2表示與距波源的距離的平方成反比的成分，稱為“感應電磁場”。曲線k3表示與距波源的距離的三次方成反比的成分，稱為“靜電磁場”。
[0062]其中，存在電磁波的強度隨著距波源的距離急劇減少的區(qū)域，在共振法中，利用該近場(漸逝場(evanescent field))進行能量(電力)的傳輸。即，利用近場使具有相同固有振動頻率的一對共振器(例如一對LC共振線圈)共振，從而從一個共振器(一次自諧振線圈)向另一個共振器(二次自諧振線圈)傳輸能量(電力)。該近場不會向遠方傳播能量(電力)，因此與利用將能量傳播至遠方的“輻射電磁場”傳輸能量(電力)的電磁波相比，共振法能夠以更少的能量損失進行輸電。
[0063]圖4是表示圖1所示的電動車輛100的動力傳動系統(tǒng)構成的框圖。參照圖4,電動車輛100包括蓄電裝置150、系統(tǒng)主繼電器SMR1、升壓轉換器162、變換器(inverter) 164、166、電動發(fā)電機172、174、發(fā)動機176、動力分割裝置177、驅動輪178。此外，電動車輛100還包括二次自諧振線圈110、二次線圈120、整流器130、DC/DC轉換器140、系統(tǒng)主繼電器SMR2、車輛ECU180、通信裝置190、電壓傳感器191、192、電流傳感器194。
[0064]該電動車輛100搭載發(fā)動機176和電動發(fā)電機174作為動力源。發(fā)動機176和電動發(fā)電機172、174與動力分割裝置177連接。電動車輛100借助發(fā)動機176和電動發(fā)電機174中至少一方產(chǎn)生的驅動力而行駛。發(fā)動機176產(chǎn)生的動力被動力分割裝置177分割為兩個路徑。即，一方是向驅動輪178傳遞的路徑，另一方是向電動發(fā)電機172傳遞的路徑。
[0065]電動發(fā)電機172是交流旋轉電機，例如包括永磁體埋設在轉子中的三相交流同步電動機。電動發(fā)電機172使用由動力分割裝置177分割的發(fā)動機176的動能而發(fā)電。例如，當蓄電裝置150的SOC低于預先設定的值時，發(fā)動機176起動，由電動發(fā)電機172進行發(fā)電，蓄電裝置150被充電。
[0066]電動發(fā)電機174也是交流旋轉電機,與電動發(fā)電機172同樣,例如包括永磁體埋設在轉子中的三相交流同步電動機。電動發(fā)電機174使用積蓄在蓄電裝置150的電力及由電動發(fā)電機172發(fā)電的電力的至少一方來產(chǎn)生驅動力。并且，電動發(fā)電機174的驅動力被傳遞至驅動輪178。
[0067]另外，車輛制動時或在下坡路的加速度降低時，作為動能、勢能而積蓄在車輛上的力學能量經(jīng)由驅動輪178被用于電動發(fā)電機174的旋轉驅動，電動發(fā)電機174作為發(fā)電機進行工作。由此，電動發(fā)電機174作為將行駛能量變換為電力來產(chǎn)生制動力的再生制動器進行工作。并且，由電動發(fā)電機174產(chǎn)生的電力積蓄在蓄電裝置150。電動發(fā)電機174相當于圖1中的電動機170。
[0068]動力分割裝置177包括含有太陽輪、小齒輪、行星輪架和內齒輪(ring gear，齒圈、冕狀齒輪)的行星齒輪。小齒輪與太陽輪及內齒輪相配合。行星輪架以使小齒輪能自轉的方式支承小齒輪，并且與發(fā)動機176的曲軸連結。太陽輪與電動發(fā)電機172的旋轉軸連結。內齒輪與電動發(fā)電機174的旋轉軸及驅動輪178連結。
[0069]系統(tǒng)主繼電器SMRl配設在蓄電裝置150與升壓轉換器162之間。當來自車輛E⑶180的信號SEl被激活時，系統(tǒng)主繼電器SMRl使蓄電裝置150與升壓轉換器162電連接，當信號SEl失活時，系統(tǒng)主繼電器SMRl截斷蓄電裝置150與升壓轉換器162之間的電路。
[0070]升壓轉換器162基于來自車輛E⑶180的信號PWC，對從蓄電裝置150輸出的電壓進行升壓而向正極線PL2輸出。另外，該升壓轉換器162例如包括直流斬波電路(choppercircuit,斷繼開關電路)。
[0071]變換器164、166分別與電動發(fā)電機172、174對應設置。變換器164基于來自車輛E⑶180的信號PWIl驅動電動發(fā)電機172，變換器166基于來自車輛E⑶180的信號PWI2驅動電動發(fā)電機174。變換器164、166例如包括三相橋式電路。
[0072]升壓轉換器162及變換器164、166相當于圖1中的P⑶160。
[0073]二次自諧振線圈110在中央部被分割為兩部分，在其中央部設有繼電器112。受電時，利用來自車輛ECU的控制信號SE3將繼電器112控制為連接狀態(tài)，二次自諧振線圈110的阻抗被改變?yōu)榕c圖1的一次自諧振線圈240共振的阻抗(第一狀態(tài))。在受電停止時，利用來自車輛ECU的控制信號SE3將繼電器112控制為非連接狀態(tài)，二次自諧振線圈110的阻抗被改變?yōu)椴慌c圖1的一次自諧振線圈240共振的阻抗(第二狀態(tài))。[0074]關于二次線圈120、整流器130及DC/DC轉換器140，如圖1中說明的那樣，因此省略其重復說明。系統(tǒng)主繼電器SMR2配設在DC/DC轉換器140與蓄電裝置150之間。當來自車輛E⑶180的信號SE2被激活時，系統(tǒng)主繼電器SMR2使蓄電裝置150與DC/DC轉換器140電連接，當信號SE2失活時，系統(tǒng)主繼電器SMR2截斷蓄電裝置150與DC/DC轉換器140之間的電路。
[0075]電壓傳感器191檢測系統(tǒng)主繼電器SMR2與DC/DC轉換器140之間的輸電路徑的線路間電壓V2，將該檢測值向車輛ECU180輸出。電壓傳感器192檢測整流器130與DC/DC轉換器140之間的輸電路徑的線路間電壓VH，將該檢測值向車輛ECU180輸出。電流傳感器194檢測從整流器130輸出的電流II，將該檢測值向車輛E⑶180輸出。
[0076]車輛ECU180基于加速踏板開度、車輛速度、來自其他各傳感器的信號，生成用于分別驅動升壓轉換器162及電動發(fā)電機172、174的信號PWC、PWI1、PWI2，將該生成的信號PffC, PffIK Pff12分別向升壓轉換器162及變換器164、166輸出。
[0077]車輛E⑶180在車輛行駛時激活信號SEl使系統(tǒng)主繼電器SMRl導通，并使信號SE2失活而使系統(tǒng)主繼電器SMR2截止(斷開)。在車輛行駛中可從供電裝置受電的情況下，車輛E⑶180也可以激活信號SE1、SE2，使系統(tǒng)主繼電器SMR1、SMR2均導通。
[0078]另一方面，在從車輛外部的供電裝置200受電時，車輛E⑶180使信號SEl失活而使系統(tǒng)主繼電器SMRl截止，并激活信號SE2而使系統(tǒng)主繼電器SMR2導通。
[0079]車輛E⑶180生成用于控制DC/DC轉換器140的信號PWD，并將該生成的信號PWD向DC/DC轉換器140輸出。車輛ECU180基于來自電壓傳感器192的電壓VH和來自電流傳感器194的電流Il計算從供電裝置200受電的受電電力，將該算出值與受電電力的目標值一起利用通信裝置190向供電裝置200發(fā)送。
[0080]圖5是圖4所示的DC/DC轉換器140的電路圖。參照圖5，DC/DC轉換器140包括直流交流變換部142、變壓器部144、整流部146。直流交流變換部142包括基于車輛E⑶180的信號PWD而被驅動打開關閉的開關元件，將從圖4的整流器130供給的直流電力變換為交流電力而向變壓器部144輸出。
[0081]變壓器部144將直流交流變換部142與整流部146絕緣，并進行與線圈匝數(shù)比相應的電壓變換。整流部146將從變壓器部144輸出的交流電力整流為直流電力，向圖4的蓄電裝置150輸出。
[0082]圖6是表示圖1、圖4中二次自諧振線圈110的詳細構成的圖。
[0083]參照圖6，二次自諧振線圈110被構成為可切換第一狀態(tài)和第二狀態(tài)，第一狀態(tài)是在受電時選擇的，利用磁場的共振與圖1的一次自諧振線圈240磁耦合，第二狀態(tài)是在非受電時選擇的，二次自諧振線圈110與一次自諧振線圈240的耦合弱于第一狀態(tài)。
[0084]優(yōu)選是二次自諧振線圈110在第一狀態(tài)和第二狀態(tài)具有不同的阻抗。
[0085]具體而言，二次自諧振線圈110包括線圈主體部111、改變線圈主體部111的阻抗的阻抗改變部115。
[0086]線圈主體部111在中央部被分割為第一部分113和第二部分114。阻抗改變部115包括繼電器112，該繼電器112設于線圈主體部111的中央部，在受電時將第一部分113和第二部分114連接，在非受電時將第一部分113和第二部分114斷開。
[0087]二次自諧振線圈110在受電過程中如天線那樣工作，兩端的電壓的振幅大，中央部的電壓的振幅幾乎為O。因此，若在線圈主體部111的中央部配置繼電器112，則與在其他部分設置繼電器的情況相比只要耐壓低的小型繼電器即可。
[0088]在采用共振法進行電力輸電的情況下，輸電方進行輸電，只要共振線圈的共振頻率一致，則即使在受電方?jīng)]有受電的意愿時，作為車輛搭載的部件的二次自諧振線圈也會接受電力。因此，如圖6所示，將二次自諧振線圈的阻抗構成為可改變，在受電方?jīng)]有受電的意愿時，改變阻抗，以使共振頻率與輸電方不一致。
[0089]如此，在不需要時搭載于車輛上的部件不會受電，因此優(yōu)選。
[0090]圖7是用于說明在車輛E⑶180執(zhí)行的充電開始處理的流程圖。該流程圖的處理從預定的主程序調出而執(zhí)行。
[0091]參照圖7，首先，在步驟SI，判斷是否有充電開始指令。充電開始指令是例如通過乘坐人員按壓充電開始按鈕等而給予的。在步驟Si中被給予了充電開始指令時，處理進入步驟S2，在沒有充電開始指令時，在步驟S19移至主程序。
[0092]在處理進入步驟S2時，車輛E⑶180利用圖1的通信裝置190與供電裝置200確立通信。然后，在步驟S3，執(zhí)行系統(tǒng)主繼電器SMR2的熔敷檢查。
[0093]當系統(tǒng)主繼電器SMR2為截止狀態(tài)時，蓄電裝置150被斷開，因此，圖4的電壓傳感器191檢測到的電壓V2應降低?？刂葡到y(tǒng)主繼電器SMR2為截止狀態(tài)，若確認到電壓V2低于設定得低于蓄電裝置150電壓的預定閾值，則可知系統(tǒng)主繼電器SMR2被正常截止，并未熔敷。步驟S3的熔敷檢查結果在步驟S4中判斷。
[0094]在步驟S4中判斷為SMR2發(fā)生了熔敷的情況下，處理進入步驟S12，確定表示SMR2發(fā)生了熔敷這一內容的判定結果，將其存儲或通知。然后，在步驟S14中，車輛ECU180經(jīng)由通信裝置190向供電裝置200要求停止輸電。然后，在步驟S15中結束處理。
[0095]在步驟S4中判斷為SMR2未發(fā)生熔敷的情況下，處理進入步驟S5。在步驟S5，車輛E⑶180控制設于二次自諧振線圈110上的繼電器112為截止狀態(tài)。然后，車輛E⑶180經(jīng)由通信裝置190對供電裝置200要求輸電。
[0096]在有來自供電裝置200的輸電的情況下，一次自諧振線圈240被以共振頻率控制。如果繼電器112熔敷，則二次自諧振線圈110的阻抗的共振頻率與一次自諧振線圈240 —致，因此二次自諧振線圈110與一次自諧振線圈240發(fā)生共振。于是，經(jīng)由圖4的二次線圈120和整流器130傳輸電力，使得電壓VH上升。
[0097]因此，在步驟S7，檢查電壓VH是否上升，從而來進行繼電器112的熔敷判斷。在步驟S7檢測到電壓VH的上升時，處理進入步驟S16。在步驟S16，確定表示繼電器112已發(fā)生了熔敷這一內容的判定結果，將其存儲或通知。然后，在步驟S17中，車輛E⑶180經(jīng)由通信裝置190向供電裝置200要求停止輸電。然后，在步驟S18中結束處理。另外，在步驟S6，為了熔敷檢查而輸送的電力是微弱的，與后來真正輸送電力的步驟Sll的電力相比，是很小的電力。
[0098]另一方面，在步驟S7未檢測到電壓VH的上升時，處理進入步驟S8。在步驟SSjlJ定為繼電器112正常截止，未發(fā)生熔敷。然后，在步驟S9，車輛E⑶180經(jīng)由通信裝置190向供電裝置200要求暫時停止輸電。然后，在步驟S10，車輛ECU180將被控制為截止狀態(tài)的繼電器112及系統(tǒng)主繼電器SMR2 —起控制為導通狀態(tài)。接著在步驟SI I，車輛E⑶180經(jīng)由通信裝置190向供電裝置200要求暫時停止輸電，在步驟S12開始充電處理。其后，在步驟S19，控制移至主程序。
[0099]圖8是表示受電中正常結束時的處理的流程圖。
[0100]參照圖8，在車輛的非接觸受電裝置的受電中在步驟S51監(jiān)視是否發(fā)生了正常結束觸發(fā)(trigger)。例如，在充電進行到蓄電裝置150的充電狀態(tài)(SOC)成為管理上限值(充滿電的值)時、按下了充電結束按鈕時、電池溫度、電池電壓超出適于充電的預定范圍之外時，發(fā)生正常結束觸發(fā)。
[0101]若沒有發(fā)生這樣的正常結束觸發(fā)，則處理進入步驟S58，控制暫時移至主程序。在該情況下，滿足受電條件，二次自諧振線圈110被控制為可受電的狀態(tài)。然后，再次經(jīng)過了預定時間之后等，執(zhí)行步驟S51。
[0102]在步驟S51，若確認到發(fā)生了正常結束觸發(fā)，處理進入步驟S52。在步驟S52，車輛E⑶180經(jīng)由通信裝置190向供電裝置200要求停止輸電。于是，由圖4的電壓傳感器192檢測到的電壓VH降低。在步驟S53進行時間等待，直到電壓VH降低至比蓄電裝置150的電源電壓(例如數(shù)百V)足夠低的閾值Vth (例如42V)。
[0103]在步驟S53，在VH〈Vth成立了時，處理進入步驟S54。在步驟S54，進行系統(tǒng)主繼電器SMR2的熔敷檢查。熔敷檢查可以通過使系統(tǒng)主繼電器SMR2為截止狀態(tài)、將蓄電裝置150從電壓傳感器192斷開，在該狀態(tài)下用電壓傳感器192檢測電壓V2來進行。
[0104]在步驟S55，若電壓V2不低于設定得比蓄電裝置150的電壓足夠低的閾值，則判斷為蓄電裝置150沒有被切斷，系統(tǒng)主繼電器SMR2熔敷，處理進入步驟S59。在步驟S59，確定表示系統(tǒng)主繼電器SMR2已發(fā)生了熔敷這一內容的判定結果，將其存儲或通知。然后，在步驟S60中，結束處理。
[0105]另一方面，在步驟S55，若電壓V2在設定得比蓄電裝置150的電壓足夠低的閾值以下，則能夠判斷為蓄電裝置150被斷開，系統(tǒng)主繼電器SMR2未熔敷，此時處理進入步驟S56。在步驟S56，車輛ECU180控制繼電器112為截止狀態(tài)，以使得二次自諧振線圈110與一次自諧振線圈240不發(fā)生共振。然后，在步驟S57，結束處理。
[0106]圖9是表示受電中發(fā)生了異常而強制結束時的處理的流程圖。
[0107]參照圖9，在車輛的非接觸受電裝置的受電中在步驟SlOl監(jiān)視是否發(fā)生了緊急停止觸發(fā)。緊急停止觸發(fā)例如是整流器130、DC/DC轉換器140損傷了等、發(fā)生了車輛必須修理的故障時等發(fā)生的。
[0108]若未發(fā)生這樣的緊急停止觸發(fā)，處理進入步驟S106，控制暫時移至主程序。在該情況下，滿足受電條件，二次自諧振線圈110被控制為可受電的狀態(tài)。然后，再次經(jīng)過了預定時間之后等，執(zhí)行步驟SlOl。
[0109]在步驟S101，若確認到發(fā)生了緊急停止觸發(fā)，處理進入步驟S102。在步驟S102，車輛E⑶180經(jīng)由通信裝置190向供電裝置200要求停止輸電，并將繼電器112設定為截止狀態(tài)，以使得二次自諧振線圈110不進行因共振引起的受電。
[0110]于是，由圖4的電壓傳感器192檢測到的電壓VH降低。在步驟S103進行時間等待，直到電壓VH降低至比蓄電裝置150的電源電壓(例如數(shù)百V)足夠低的閾值Vth (例如42V)。
[0111]在步驟S103，在VH〈Vth成立了時，處理進入步驟S104。在步驟S104，進行系統(tǒng)主繼電器SMR2的熔敷檢查。熔敷檢查可以通過使系統(tǒng)主繼電器SMR2為截止狀態(tài)、將蓄電裝置150從電壓傳感器191斷開，在該狀態(tài)下用電壓傳感器191檢測電壓V2來進行。
[0112]在步驟S105，若電壓V2不低于設定得比蓄電裝置150的電壓足夠低的閾值，則判斷為蓄電裝置150未被斷開，系統(tǒng)主繼電器SMR2熔敷，處理進入步驟S107。在步驟S107，確定表示系統(tǒng)主繼電器SMR2已發(fā)生了熔敷這一內容的判定結果，將其存儲或通知。然后，在步驟S108中，結束處理。
[0113]另一方面，在步驟S105，若電壓V2為比蓄電裝置150的電壓足夠低的閾值以下，則能夠判斷為蓄電裝置150被斷開，系統(tǒng)主繼電器SMR2未熔敷，此時處理進入步驟S109，停止充電。
[0114]如上所述，實施方式I的非接觸受電裝置在車輛不希望受電時，改變阻抗構成，以使得二次自諧振線圈110不共振。該改變通過利用繼電器分割線圈的長度來改變電感而進行。如此，即使供電裝置側繼續(xù)輸電，車輛上也不存在接受其電力的部分，因此能夠避免發(fā)生不需要的高電壓等。
[0115]〈實施方式2>
[0116]實施方式2是實施方式I的圖4、圖6所示的二次自諧振線圈110的構成的變形例。因此，對于其他部分的構成與實施方式I相同，省略其重復說明。
[0117]圖10是表示實施方式2的非接觸受電裝置所使用的二次自諧振線圈IlOA的構成的電路圖。
[0118]參照圖10，二次自諧振線圈IlOA被構成為可切換第一狀態(tài)和第二狀態(tài)，第一狀態(tài)是在受電時選擇的，利用磁場的共振與圖1的一次自諧振線圈240磁耦合，第二狀態(tài)是在非受電時選擇的，二次自諧振線圈IlOA與一次自諧振線圈240的耦合弱于第一狀態(tài)。
[0119]二次自諧振線圈IlOA在第一狀態(tài)和第二狀態(tài)具有不同的阻抗。具體而言，二次自諧振線圈IlOA包括線圈主體部311、改變線圈主體部311的電容的電容改變部312A。
[0120]電容改變部312A包括與線圈主體部的端部連接的引出線321、與引出線321連接的繼電器315和在受電時借助繼電器315經(jīng)由引出線321與線圈主體部311連接、在非受電時借助繼電器315與線圈主體部311斷開的電容器313。
[0121]二次自諧振線圈IlOA還具有在非受電時使電容器313成為放出了電荷的狀態(tài)的放電電阻314。放電電阻314連接在電容器313的兩電極之間。電容器313連接在引出線322和繼電器315之間，引出線322與線圈主體部311的另一端連接。
[0122]圖11是表示作為二次自諧振線圈IlOA的變形例的二次自諧振線圈110A1的構成的電路圖。
[0123]參照圖10、圖11，二次自諧振線圈110A1是在二次自諧振線圈IlOA的構成中取代電容改變部312A而具有電容改變部312A1。電容改變部312A1是在圖10的電容改變部312的構成中刪除了放電電阻314，其他部分的構成與電容改變部312相同，省略其重復說明。
[0124]圖12是表示作為二次自諧振線圈IlOA的變形例的二次自諧振線圈IlOB的構成的電路圖。
[0125]參照圖10、圖12，二次自諧振線圈IlOB是在二次自諧振線圈IlOA的構成中取代電容改變部312A而含有電容改變部312B。
[0126]電容改變部312B包括與線圈主體部的端部連接的引出線321、與引出線321連接的繼電器315、和在受電時借助繼電器315經(jīng)由引出線321與線圈主體部311連接、在非受電時借助繼電器315與線圈主體部311斷開的電容器313。
[0127]二次自諧振線圈IlOB還具有在非受電時使電容器313成為放出了電荷狀態(tài)的放電電阻314。
[0128]二次自諧振線圈IlOB還具有在受電時使放電電阻314從電容器313斷開、在非受電時使放電電阻與電容器連接的其他繼電器316。
[0129]放電電阻314和其他繼電器316串聯(lián)連接在電容器313的兩電極之間。電容器313連接在引出線322與繼電器315之間，引出線322與線圈主體部311的另一端連接。
[0130]圖4的車輛E⑶180在受電時將繼電器315控制為導通狀態(tài)、將繼電器316控制為截止狀態(tài)，在非受電時將繼電器315控制為導通狀態(tài)、將繼電器316控制為截止狀態(tài)。
[0131]圖13是表示作為二次自諧振線圈IlOA的另一變形例的二次自諧振線圈IlOC的構成的電路圖。
[0132]參照圖10、圖13，二次自諧振線圈IlOC是在二次自諧振線圈IlOA的構成中取代電容改變部312A而含有電容改變部312C。
[0133]電容改變部312C包括與線圈主體部的端部連接的引出線321、與引出線321連接的繼電器317、和在受電時借助繼電器317經(jīng)由引出線321與線圈主體部311連接、在非受電時借助繼電器與線圈主體部311斷開的電容器313。
[0134]二次自諧振線圈IlOC還具有在非受電時使電容器313成為放出了電荷的狀態(tài)的放電電阻314。
[0135]繼電器317在受電時將放電電阻314從電容器313斷開，在非受電時使放電電阻314與電容器313連接。
[0136]車輛E⑶180在受電時控制繼電器317，使得將線圈主體部311的端部與電容器的一端連接，且使放電電阻314從該一端斷開。車輛ECU180在非受電時控制繼電器317，將線圈主體部311的端部從電容器的一端斷開，使電容器的該一端與放電電阻314連接。
[0137]如上所述，本實施方式中，即使進行來自供電裝置的輸電，也能夠在不需要受電的情況下使得在車輛的任一處均不會存在利用共振而受電的部位。
[0138]在上述各實施方式中，作為圖4所示的電動車輛，說明的是能夠由動力分割裝置177分割發(fā)動機176的動力、傳遞至驅動輪178和電動發(fā)電機172的串聯(lián)/并聯(lián)型的混合動力車，但本發(fā)明也能適用于其他形式的混合動力車。S卩，例如對于使用僅用于驅動電動發(fā)電機172的發(fā)動機176、僅由電動發(fā)電機172產(chǎn)生車輛的驅動力的所謂的串聯(lián)型混合動力車；僅將發(fā)動機176產(chǎn)生的動能中的再生能作為電能而回收的混合動力車；將發(fā)動機作為主動力、根據(jù)需要采用電動機輔助的電動機輔助型的混合動力車等，也能適用本發(fā)明。
[0139]本發(fā)明也能適用于不具有發(fā)動機176而僅靠電力行駛的電動車、作為直流電源除了蓄電裝置150之外還具有燃料電池的燃料電池車。本發(fā)明也能適用于不具有升壓轉換器162的電動車輛。
[0140]應該認識到，本次所公開的實施方式在所有方面僅是例示，并不是限制性的。本發(fā)明的保護范圍不是由上述實施方式的說明所示，而是由權利要求書所示，包含了與權利要求書等同的意思以及在保護范圍內的所有變更。
【權利要求】
1.一種非接觸受電裝置，具備: 被供電的負載(150);和 二次自諧振線圈(110、IIOA~110C)，其從外部的一次自諧振線圈(240)接受用于向所述負載供給的電力； 所述二次自諧振線圈被構成為能夠在受電時選擇的第一狀態(tài)和非受電時選擇的第二狀態(tài)之間切換，在所述第一狀態(tài)中所述二次自諧振線圈通過磁場的共振與所述一次自諧振線圈磁耦合，在所述第二狀態(tài)中與所述第一狀態(tài)相比所述二次自諧振線圈與所述一次自諧振線圈通過共振而產(chǎn)生的磁耦合弱。
2.根據(jù)權利要求1所述的非接觸受電裝置，所述二次自諧振線圈(110、110A~110C)在所述第一狀態(tài)和所述第二狀態(tài)具有不同的阻抗。
3.根據(jù)權利要求2所述的非接觸受電裝置， 所述二次自諧振線圈(110)包括:線圈主體部(111)、和改變所述線圈主體部的電感的電感改變部(115)。
4.根據(jù)權利要求3所述的非接觸受電裝置， 所述線圈主體部(111)在中央部被分割為第一部分(113)和第二部分(114)， 所述電感改變部(115)包括繼電器(112)，該繼電器(112)設置在所述線圈主體部的中央部，在受電時將所述第一部分和所述第二部分連接，在非受電時將所述第一部分和所述第二部分斷開。
5.根據(jù)權利要求1所述的非接觸受電裝置， 所述二次自諧振線圈(IlOA~110C)包括線圈主體部(311)、和改變所述線圈主體部的電容的電容改變部(312A~312C)。
6.根據(jù)權利要求5所述的非接觸受電裝置，所述電容改變部包括: 與所述線圈主體部的端部連接的引出線(321)； 與所述引出線連接的繼電器(315、317);和 電容器(313)，該電容器(313)在受電時通過所述繼電器(315、317)經(jīng)由所述引出線(321)與所述線圈主體部(311)連接，在非受電時通過所述繼電器與所述線圈主體部斷開。
7.根據(jù)權利要求6所述的非接觸受電裝置， 還包括放電電阻(314)，該放電電阻(314)用于在非受電時使所述電容器(313)成為放出了電荷的狀態(tài)。
8.根據(jù)權利要求7所述的非接觸受電裝置， 還包括其他繼電器(316)，該其他繼電器(316)在受電時將所述放電電阻(314)從所述電容器(313)斷開，在非受電時將所述放電電阻連接于所述電容器。
9.根據(jù)權利要求7所述的非接觸受電裝置， 所述繼電器(317)在受電時將所述放電電阻(314)從所述電容器(313)斷開，在非受電時將所述放電電阻與所述電容器連接。
10.根據(jù)權利要求1~9中的任一項所述的非接觸受電裝置，還包括: 將輸入電壓進行電壓變換、向所述負載供給的電壓變換部(140)，和 將交流電壓進行整流、作為所述輸入電壓給予所述電壓變換部的整流器(130)， 所述二次自諧振線圈(110、IIOA~110C)從所述一次自諧振線圈(240)接受電力，產(chǎn)生向所述整流器供給的所述交流電壓。
11.根據(jù)權利要求1所述的非接觸受電裝置， 所述非接觸受電裝置搭載于車輛(100)，從所述車輛外部的包括所述一次自諧振線圈的供電裝置(200 )接受電カ， 所述非接觸受電裝置還包括進行在所述第一狀態(tài)和所述第二狀態(tài)之間切換所述二次自諧振線圈的控制的控制部(180 )， 所述控制部在所述車輛滿足受電條件的情況下將所述二次自諧振線圈設定為所述第ー狀態(tài)，在所述車輛不滿足受電條件的情況下將所述二次自諧振線圈設定為所述第二狀態(tài)。
12.根據(jù)權利要求11所述的非接觸受電裝置， 所述車輛，包括從所述二次自諧振線圈接受充電電力的蓄電裝置(150)作為所述負載， 所述受電條件包括下述條件:所述蓄電裝置的充電狀態(tài)小于閾值。
13.根據(jù)權利要求11所述的非接觸受電裝置， 所述受電條件包括下述條件:在所述車輛中沒有發(fā)生預定故障。
14.一種車輛，具備接受從所述車輛外部以非接觸方式輸送的電カ的非接觸受電裝置， 所述非接觸受電裝置包括: 被供電的負載；和 二次自諧振線圈，其從外部的一次自諧振線圈接受用于向所述負載供給的電力； 所述二次自諧振線圈 被構成為能夠在受電時選擇的第一狀態(tài)和非受電時選擇的第二狀態(tài)之間切換，在所述第一狀態(tài)中所述二次自諧振線圈通過磁場的共振與所述一次自諧振線圈磁耦合，在所述第二狀態(tài)中與所述第一狀態(tài)相比所述二次自諧振線圈與所述一次自諧振線圈通過共振而產(chǎn)生的磁耦合弱。
15.根據(jù)權利要求14所述的車輛， 所述二次自諧振線圈在所述第一狀態(tài)和所述第二狀態(tài)具有不同的阻杭。
【文檔編號】B60L5/00GK103522902SQ201310483423
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2008年10月9日 優(yōu)先權日:2008年10月9日
【發(fā)明者】市川真士 申請人:豐田自動車株式會社