專利名稱：非接觸受電裝置、非接觸輸電裝置、非接觸供電系統(tǒng)以及車輛的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及非接觸受電裝置、非接觸輸電裝置、非接觸供電系統(tǒng)以及車輛，更具體地說(shuō)，涉及對(duì)利用了共振法的非接觸供電系統(tǒng)的控制。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，作為環(huán)保型的車輛，搭載蓄電裝置(例如二次電池、電容器等)，并利用從蓄積于蓄電裝置的電力產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力來(lái)行駛的車輛受到注目。這樣的車輛包括例如電動(dòng)汽車、混合動(dòng)力汽車、燃料電池車等。在混合動(dòng)力車中，與電動(dòng)汽車同樣，也已知能夠從車輛外部的電源對(duì)車載的蓄電裝置進(jìn)行充電的車輛。例如，已知如下所謂的“插入式混合動(dòng)力車”:通過(guò)由充電電纜將設(shè)置于住宅的電源插座與設(shè)置于車輛的充電口連接，能夠從一般家庭的電源對(duì)蓄電裝置充電。 另一方面，作為輸電方法，未使用電源線和輸電電纜的無(wú)線輸電近年來(lái)受到注目。在該無(wú)線輸電技術(shù)中，作為最有希望的無(wú)線輸電技術(shù)，已知有利用電磁感應(yīng)的輸電、利用電磁波的輸電以及利用共振法的輸電這三種技術(shù)。其中，共振法是使一對(duì)共振器(例如一對(duì)自諧振線圈)在電磁場(chǎng)(鄰近場(chǎng))中進(jìn)行共振，通過(guò)電磁場(chǎng)進(jìn)行輸電的非接觸的輸電技術(shù)，并且也能夠?qū)?shù)kW的大電力進(jìn)行比較長(zhǎng)距離(例如數(shù)m)的輸送。日本特開2009-106136號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn)I)公開了通過(guò)共振法以無(wú)線方式從車輛外部的電源接受充電電力，對(duì)搭載在車輛上的蓄電裝置進(jìn)行充電的技術(shù)。日本特開2004-356765號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn)2)公開了如下技術(shù)在非接觸式數(shù)據(jù)載體中，具有線圈狀的天線和可變電容器，調(diào)整該非接觸式數(shù)據(jù)載體與非接觸式讀寫器的共振頻率(共振頻率)來(lái)進(jìn)行無(wú)線通信。現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)I:日本特開2009-106136號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2:日本特開2004-356765號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的問(wèn)題在利用共振法的非接觸供電系統(tǒng)中，通過(guò)在輸電裝置所包含的自諧振線圈與受電裝置所包含的自諧振線圈之間進(jìn)行電磁諧振(電磁共振)來(lái)傳輸電力。因此，若輸電裝置與受電裝置的共振頻率(諧振頻率)不一致，則電力的傳輸效率會(huì)降低。另外，在輸電裝置與受電裝置的距離發(fā)生了變化的情況下，因空間的阻抗發(fā)生變化，使傳輸效率成為最大的頻率也會(huì)變化。因此，即使在輸電裝置與受電裝置的距離為預(yù)定的基準(zhǔn)距離的情況下調(diào)整彼此的共振頻率使得傳輸效率最大，也有可能在例如車輛的停車位置偏移這樣的情況下導(dǎo)致傳輸效率降低。
本發(fā)明是為了解決這樣的問(wèn)題而提出的，其目的在于，在利用共振法的非接觸供電系統(tǒng)中，即使在輸電裝置與受電裝置的距離發(fā)生了變化的情況下，也能夠抑制電力的傳輸效率降低。用于解決問(wèn)題的技術(shù)方案本發(fā)明的非接觸受電裝置，用于以與相對(duì)的輸電裝置非接觸的方式接受電力，該非接觸受電裝置具有自諧振線圈、電容器和控制裝置。自諧振線圈通過(guò)與輸電裝置的電磁諧振來(lái)接受電力。電容器連接于自諧振線圈， 并構(gòu)成為能夠改變電容以便調(diào)整自諧振線圈的諧振頻率。并且，控制裝置在以由輸電裝置確定的預(yù)定的頻率進(jìn)行電磁諧振的情況下，控制電容器的電容以使電力的傳輸效率提高。優(yōu)選，控制裝置設(shè)定電容器的電容以使由自諧振線圈接受的受電電力成為最大。優(yōu)選，電容器包含電容被固定的第I電容器；和能夠改變電容的第2電容器,其相對(duì)于自諧振線圈而與第I電容器并聯(lián)連接。優(yōu)選，第I電容器的電容大于第2電容器的電容。優(yōu)選，第2電容器的電容被設(shè)定成從第I電容器的電容和第2電容器的最大電容的合計(jì)電容值減去第2電容器能夠變化的電容的一半電容得到的電容值，小于在預(yù)定的頻率下根據(jù)輸電裝置與非接觸受電裝置的目標(biāo)距離確定的基準(zhǔn)電容值。本發(fā)明的非接觸輸電裝置，用于以與相對(duì)的受電裝置非接觸的方式輸送電力，該非接觸輸電裝置具有自諧振線圈、電容器和控制裝置。自諧振線圈通過(guò)與受電裝置的電磁諧振來(lái)輸送從電源裝置提供的電力。電容器連接于自諧振線圈，并構(gòu)成為能夠改變電容以便調(diào)整自諧振線圈的諧振頻率。并且，控制裝置在以由電源裝置確定的預(yù)定的頻率進(jìn)行電磁諧振的情況下，控制電容器的電容以使電力的傳輸效率提高。優(yōu)選，控制裝置設(shè)定電容器的電容，以使在輸送電力中沒(méi)有被受電裝置接受而反射回來(lái)的反射電力最小。優(yōu)選，電容器包含電容被固定的第I電容器；和能夠改變電容的第2電容器,其相對(duì)于自諧振線圈而與第I電容器并聯(lián)連接。優(yōu)選，第I電容器的電容大于第2電容器的電容。優(yōu)選，第2電容器的電容被設(shè)定成從第I電容器的電容和第2電容器的最大電容的合計(jì)電容值減去第2電容器能夠變化的電容的一半電容得到的值，小于在預(yù)定的頻率下根據(jù)受電裝置與非接觸輸電裝置的目標(biāo)距離確定的基準(zhǔn)電容值。本發(fā)明的非接觸供電系統(tǒng)，用于在輸電裝置與受電裝置之間以非接觸的方式傳遞電力。輸電裝置包含第I自諧振線圈、第I電容器和用于控制第I電容器的第I控制裝置。第I自諧振線圈通過(guò)與受電裝置的電磁諧振來(lái)輸送從電源裝置提供的電力。第I電容器連接于第I自諧振線圈，并構(gòu)成為能夠改變電容以便調(diào)整第I自諧振線圈的諧振頻率。受電裝置包含第2自諧振線圈、第2電容器和用于控制第2電容器的第2控制裝置。第2自諧振線圈通過(guò)與輸電裝置的電磁諧振來(lái)接受電力。第2電容器連接于第2自諧振線圈，并構(gòu)成為能夠改變電容以便調(diào)整第2自諧振線圈的諧振頻率。并且，第I控制裝置和第2控制裝置構(gòu)成為能夠通過(guò)通信互相授受信號(hào)，在以由電源裝置確定的預(yù)定的頻率進(jìn)行電磁諧振的情況下，互相取得同步并分別控制第I電容器和第2電容器的電容，以使電力的傳輸效率提聞。
優(yōu)選，第2控制裝置將由受電裝置接受的受電電力發(fā)送至第I控制裝置，第I控制裝置基于從第2控制裝置接受的受電電力，判定傳輸效率是否最大。優(yōu)選，第I控制裝置和第2控制裝置分別控制第I電容器和第2電容器，以使第I電容器的電容的變化方向與第2電容器的電容的變化方向?yàn)橄嗤较?。?yōu)選，第I控制裝置和第2控制裝置，在使第I電容器的電容和第2電容器的電容與預(yù)定的初始值一致之后，使第I電容器的電容和第2電容器的電容變化。本發(fā)明的車輛，搭載有用于以與相對(duì)的輸電裝置非接觸的方式接受電力的非接觸受電裝置，非接觸受電裝置包含自諧振線圈、電容器和控制裝置。自諧振線圈通過(guò)與輸電裝 置的電磁諧振來(lái)接受電力。電容器連接于自諧振線圈，并構(gòu)成為能夠改變電容以便調(diào)整諧振頻率。并且，控制裝置在以由輸電裝置確定的預(yù)定的頻率進(jìn)行電磁諧振的情況下，控制電容器的電容以使電力的傳輸效率提高。發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明，在利用共振法的非接觸供電系統(tǒng)中，即使在輸電裝置與受電裝置的距離發(fā)生了變化的情況下，也能夠抑制電力的傳輸效率降低。


圖I是本發(fā)明的實(shí)施方式I的車輛用供電系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)圖。圖2是用于說(shuō)明利用共振法輸電的原理的圖。圖3是表示距電流源(磁流源)的距離與電磁場(chǎng)的強(qiáng)度的關(guān)系的圖。圖4是圖I所示的車輛的詳細(xì)結(jié)構(gòu)圖。圖5是圖I所示的輸電裝置的詳細(xì)結(jié)構(gòu)圖。圖6是受電裝置所包含的線圈單元的外觀圖。圖7是表示實(shí)施方式I的受電裝置和輸電單元的電路的一例的圖。圖8是用于說(shuō)明初級(jí)自諧振線圈和次級(jí)自諧振線圈的線圈間距離與電力的傳輸效率最大時(shí)的共振頻率的關(guān)系的圖。圖9是表示在將共振頻率固定為預(yù)定的頻率的狀態(tài)下，在線圈間距離發(fā)生了變化時(shí)電力的傳輸效率變?yōu)樽畲蟮碾娙萜魅萘康囊焕膱D。圖10是表示增大了線圈間距離的情況下的共振頻率與傳輸效率的關(guān)系的一例的圖。圖11是表示減小了線圈間距離的情況下的共振頻率與傳輸效率的關(guān)系的一例的圖。圖12是用于說(shuō)明電容器可變范圍與基準(zhǔn)電容器容量的關(guān)系的圖。圖13是表不考慮了電容器可變范圍的電容器容量的設(shè)定的一例的圖。圖14是表示在實(shí)施方式I中，在將共振頻率固定為預(yù)定的頻率的狀態(tài)下使電容器容量變化的情況下的、由受電裝置接受的受電電力和電力的傳輸效率的變化的一例的圖。圖15是用于說(shuō)明實(shí)施方式I中通過(guò)受電E⑶執(zhí)行的電力最大控制處理的流程圖。圖16是實(shí)施方式2的車輛的詳細(xì)結(jié)構(gòu)圖。圖17是實(shí)施方式2的輸電裝置的詳細(xì)結(jié)構(gòu)圖。圖18是表示實(shí)施方式2的受電裝置和輸電單元的電路的一例的圖。
圖19是表示在實(shí)施方式2中，在將共振頻率固定為預(yù)定的頻率的狀態(tài)下使電容器容量變化的情況下的、通過(guò)輸電裝置檢測(cè)的反射電力和電力的傳輸效率的變化的一例的圖。圖20是用于說(shuō)明實(shí)施方式2中通過(guò)輸電E⑶執(zhí)行的電力最大控制處理的流程圖。圖21是表示實(shí)施方式3的受電裝置和輸電單元的電路的一例的圖。圖22是用于說(shuō)明實(shí)施方式3的電力最大控制處理的流程圖。標(biāo)號(hào)說(shuō)明10車輛用供電系統(tǒng)、100車輛、110，IlOA受電裝置、112，340次級(jí)自諧振線圈、113繞線筒、114，350 次級(jí)線圈、116，116六，117，118，280，28(^，281，282 電容器、130、240 通信部、140整流器、142DC/DC轉(zhuǎn)換器、150蓄電裝置、162升壓轉(zhuǎn)換器、164、166逆變器、172、174 電動(dòng)發(fā)電機(jī)、176發(fā)動(dòng)機(jī)、177動(dòng)力分配裝置、178驅(qū)動(dòng)輪、180控制裝置、185受電ECU、190，272電壓傳感器、195，274電流傳感器、200輸電裝置、210電源裝置、220，220A輸電單元、222,320初級(jí)線圈、224，330初級(jí)自諧振線圈、250交流電源、260高頻電力驅(qū)動(dòng)器、270輸電ECU、273反射電力計(jì)、310高頻電源、360負(fù)載、400受電單元、NL接地線、PLl PL3電力線、SMRl，SMR2系統(tǒng)主繼電器。
具體實(shí)施例方式下面，參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。此外，對(duì)圖中相同或相當(dāng)?shù)牟糠謽?biāo)注同一附圖標(biāo)記而不對(duì)其進(jìn)行重復(fù)說(shuō)明。[實(shí)施方式I]圖I是本發(fā)明的實(shí)施方式I的車輛用供電系統(tǒng)10的整體結(jié)構(gòu)圖。參照?qǐng)D1，車輛用供電系統(tǒng)10包括車輛100和輸電裝置200。車輛100包括受電裝置110和通信部130。受電裝置110設(shè)置于車體底面，構(gòu)成為以非接觸的方式接受從輸電裝置200的輸電單元220 (后面敘述)送出的電力。詳細(xì)地說(shuō)，受電裝置110包括自諧振線圈(后面敘述)，通過(guò)利用電磁場(chǎng)與輸電單元220所包含的自諧振線圈進(jìn)行共振來(lái)以非接觸的方式從輸電單元220接受電力。通信部130是用于在車輛100與輸電裝置200之間進(jìn)行通信的通信接□。輸電裝置200包含電源裝置210、輸電單元220和通信部240。電源裝置210將例如從商用電源供給的交流電力變換為高頻的電力并向輸電單元220輸出。此外，電源裝置210生成的高頻電力的頻率例如為IM 數(shù)十MHz。輸電單元220設(shè)置于停車場(chǎng)的地面，將從電源裝置210供給的高頻電力以非接觸的方式向車輛100的受電裝置110送出。詳細(xì)地說(shuō)，輸電單元220包括自諧振線圈(后面敘述)，通過(guò)利用電磁場(chǎng)與受電裝置110所包含的自諧振線圈進(jìn)行諧振來(lái)以非接觸的方式向受電裝置110輸電。通信部240是用于在輸電裝置200與車輛100之間進(jìn)行通信的通信接口。在該車輛用供電系統(tǒng)10中，從輸電裝置200的輸電單元220送出高頻的電力，通過(guò)使車輛100的受電裝置110所包含的自諧振線圈與輸電單元220所包含的自諧振線圈利用電磁場(chǎng)進(jìn)行諧振，從輸電裝置200向車輛100供電。另外，在本實(shí)施方式I中，在正式的供電之前，從輸電單元220向受電裝置110進(jìn)行事先供電(以下也稱為“測(cè)試輸電”。)，基于其供電狀況，調(diào)整受電裝置110以使傳輸效率變得最大。此外，在進(jìn)行上述的測(cè)試輸電時(shí)將從輸電單元220送出的電力的大小，被設(shè)定得比進(jìn)行正式的電力輸送時(shí)從輸電單元220向受電裝置110供給的電力小。接著，對(duì)本實(shí)施方式I的車輛用供電系統(tǒng)10所使用的非接觸供電方法進(jìn)行說(shuō)明。在本實(shí)施方式I的車輛用供電系統(tǒng)10中，利用共振法進(jìn)行從輸電裝置200向車輛100的供電。 圖2是用于說(shuō)明利用共振法的輸電的原理的圖。參照?qǐng)D2，在該共振法中，與兩個(gè)音叉共鳴同樣，通過(guò)使具有相同固有振動(dòng)頻率的兩個(gè)LC諧振線圈在電磁場(chǎng)(鄰近場(chǎng))中進(jìn)行共振，介由電磁場(chǎng)從一個(gè)線圈向另一個(gè)線圈傳輸電力。具體地說(shuō)，將作為電磁感應(yīng)線圈的初級(jí)線圈320連接于高頻電源310，向通過(guò)電磁感應(yīng)與初級(jí)線圈320磁耦合的初級(jí)自諧振線圈330供給IM 數(shù)十MHz的高頻電力。初級(jí)自諧振線圈330是利用線圈自身的電感和寄生電容的LC諧振器，該初級(jí)自諧振線圈330利用電磁場(chǎng)(鄰近場(chǎng))與具有與初級(jí)自諧振線圈330相同的固有振動(dòng)頻率的次級(jí)自諧振線圈340進(jìn)行共振。于是，能量(電力)介由電磁場(chǎng)從初級(jí)自諧振線圈330向次級(jí)自諧振線圈340移動(dòng)。已移動(dòng)到次級(jí)自諧振線圈340的能量(電力)，由通過(guò)電磁感應(yīng)與次級(jí)自諧振線圈340磁率禹合的電磁感應(yīng)線圈即次級(jí)線圈350取出，并向負(fù)載360供給。此外,在表示初級(jí)自諧振線圈330和次級(jí)自諧振線圈340的共振強(qiáng)度的Q值大于例如100時(shí)，可實(shí)現(xiàn)利用共振法的輸電。此外，關(guān)于與圖I的對(duì)應(yīng)關(guān)系，次級(jí)自諧振線圈340和次級(jí)線圈350與圖I的受電裝置Iio相對(duì)應(yīng)，初級(jí)線圈320和初級(jí)自諧振線圈330與圖I的輸電單元220相對(duì)應(yīng)。圖3是表示距電流源(磁流源)的距離與電磁場(chǎng)的強(qiáng)度的關(guān)系的圖。參照?qǐng)D3，電磁場(chǎng)包含三個(gè)成分。曲線kl是與距波源的距離成反比例的成分，被稱為“輻射電磁場(chǎng)”。曲線k2是與距波源的距離的平方成反比例的成分，被稱為“感應(yīng)電磁場(chǎng)”。另外，曲線k3是與距波源的距離的立方成反比例的成分，被稱為“靜電磁場(chǎng)”。 其中存在隨著距波源的距離而電磁波的強(qiáng)度急劇減少的區(qū)域，但是在共振法中，利用該鄰近場(chǎng)(漸逝場(chǎng)evanescent field)來(lái)進(jìn)行能量(電力)的傳輸。S卩，利用鄰近場(chǎng),通過(guò)使具有相同固有振動(dòng)頻率的一對(duì)共振器(例如一對(duì)LC諧振線圈)諧振，從一個(gè)諧振器(初級(jí)自諧振線圈)向另一個(gè)諧振器(次級(jí)自諧振線圈)傳輸能量(電力)。由于該鄰近場(chǎng)不會(huì)將能量(電力)傳播到遠(yuǎn)處，所以與通過(guò)可將能量傳播至遠(yuǎn)處的“輻射電磁場(chǎng)”來(lái)傳輸能量(電力)的電磁波相比，共振法能夠以較少的能量損耗進(jìn)行輸電。圖4是圖I所示的車輛100的詳細(xì)結(jié)構(gòu)圖。參照?qǐng)D4，車輛100包括蓄電裝置150、系統(tǒng)主繼電器SMR1、升壓轉(zhuǎn)換器(converter) 162、逆變器(inverter) 164、166、電動(dòng)發(fā)電機(jī)172、174、發(fā)動(dòng)機(jī)176、動(dòng)力分配裝置177和驅(qū)動(dòng)輪178。另外，車輛100還包括受電裝置110、整流器140、DC/DC轉(zhuǎn)換器142、系統(tǒng)主繼電器SMR2、電壓傳感器190和電流傳感器195。進(jìn)而，車輛100包括控制裝置180和通信部130。另外，受電裝置110包括次級(jí)自諧振線圈112、次級(jí)線圈114、電容器116、受電 ECU (Electronic Control Unit :電子控制單兀)185。此外，在本實(shí)施方式I中，作為車輛100以具有發(fā)動(dòng)機(jī)176的混合動(dòng)力車輛為例進(jìn)行說(shuō)明，但是車輛100的結(jié)構(gòu)不限于此。只要是利用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的車輛，就能夠適用于例如電動(dòng)汽車、燃料電池汽車。在該情況下為沒(méi)有配置發(fā)動(dòng)機(jī)176的結(jié)構(gòu)。該車輛100搭載發(fā)動(dòng)機(jī)176和電動(dòng)發(fā)電機(jī)174作為驅(qū)動(dòng)源。發(fā)動(dòng)機(jī)176和電動(dòng)發(fā)電機(jī)172、174與動(dòng)力分配裝置177連接。并且，車輛100借助發(fā)動(dòng)機(jī)176和電動(dòng)發(fā)電機(jī)174中至少一方產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力來(lái)行駛。發(fā)動(dòng)機(jī)176產(chǎn)生的動(dòng)力被動(dòng)力分配裝置177分配到兩條路徑。即，一條為向驅(qū)動(dòng)輪178傳輸?shù)穆窂?另一條為向電動(dòng)發(fā)電機(jī)172傳輸?shù)穆窂健ｋ妱?dòng)發(fā)電機(jī)172為交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)，例如為在轉(zhuǎn)子中埋設(shè)有永磁體的三相交流同步電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)發(fā)電機(jī)172利用由動(dòng)力分配裝置177分配來(lái)的發(fā)動(dòng)機(jī)176的驅(qū)動(dòng)力來(lái)發(fā)電。例如，若蓄電裝置150的充電狀態(tài)(也稱為“SOC (State Of Charge)”。)比預(yù)定的值低，則發(fā)動(dòng)機(jī)176啟動(dòng)，由電動(dòng)發(fā)電機(jī)172進(jìn)行發(fā)電，對(duì)蓄電裝置150充電。電動(dòng)發(fā)電機(jī)174也是交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)，與電動(dòng)發(fā)電機(jī)172同樣，例如為在轉(zhuǎn)子中埋設(shè)有永磁體的三相交流同步電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)發(fā)電機(jī)174利用蓄積于蓄電裝置150的電力和通過(guò)電動(dòng)發(fā)電機(jī)172發(fā)電產(chǎn)生的電力的至少一方來(lái)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力。并且，電動(dòng)發(fā)電機(jī)174的驅(qū)動(dòng)力被傳遞到驅(qū)動(dòng)輪178。 另外，在車輛制動(dòng)時(shí)或下坡的加速度降低時(shí)，電動(dòng)發(fā)電機(jī)174從驅(qū)動(dòng)輪178接受旋轉(zhuǎn)力，電動(dòng)發(fā)電機(jī)174作為發(fā)電機(jī)進(jìn)行工作。由此，電動(dòng)發(fā)電機(jī)174作為將行駛能量變換為電力來(lái)產(chǎn)生制動(dòng)力的再生制動(dòng)器進(jìn)行工作。并且，通過(guò)電動(dòng)發(fā)電機(jī)174發(fā)電產(chǎn)生的電力被蓄積在蓄電裝置150中。動(dòng)力分配裝置177構(gòu)成為包括行星齒輪機(jī)構(gòu)，該行星齒輪機(jī)構(gòu)具有均未圖示的太陽(yáng)輪、小齒輪、行星齒輪架和齒圈。小齒輪與太陽(yáng)輪和齒圈相嚙合。行星齒輪架將小齒輪支撐為能夠自轉(zhuǎn)，并且行星齒輪架與發(fā)動(dòng)機(jī)176的曲軸連接。太陽(yáng)輪與電動(dòng)發(fā)電機(jī)172的旋轉(zhuǎn)軸相連接。齒圈與電動(dòng)發(fā)電機(jī)174的旋轉(zhuǎn)軸和驅(qū)動(dòng)輪178相連接。蓄電裝置150為可再充電的直流電源，構(gòu)成為包括例如鋰離子和/或鎳氫等的二次電池。蓄電裝置150蓄積從DC/DC轉(zhuǎn)換器142供給的電力。另外，蓄電裝置150還蓄積通過(guò)電動(dòng)發(fā)電機(jī)172、174發(fā)電產(chǎn)生的再生電力。并且，蓄電裝置150將其蓄積的電力向升壓轉(zhuǎn)換器162供給。此外，作為蓄電裝置150也可以采用大電容的電容器，只要是能夠暫時(shí)蓄積從輸電裝置200 (圖I)供給的電力和/或來(lái)自電動(dòng)發(fā)電機(jī)172、174的再生電力、并將該蓄積的電力向升壓轉(zhuǎn)換器162供給的電力緩沖器即可，可以是任何電力緩沖器。系統(tǒng)主繼電器SMRl插入安裝于蓄電裝置150與升壓轉(zhuǎn)換器162之間的電力線PLl、接地線NL。若來(lái)自控制裝置180的控制信號(hào)SEl被活性化(激活)，則系統(tǒng)主繼電器SMRl將蓄電裝置150與升壓轉(zhuǎn)換器162電連接，若控制信號(hào)SEl被非活性化(非激活)，則系統(tǒng)主繼電器SMRl切斷蓄電裝置150與升壓轉(zhuǎn)換器162之間的電路。升壓轉(zhuǎn)換器162基于來(lái)自控制裝置180的信號(hào)PWC，將電力線PL2的電壓升壓為從蓄電裝置150輸出的電壓以上的電壓。此外，該升壓轉(zhuǎn)換器162構(gòu)成為包含例如直流斬波電路。逆變器164、166分別與電動(dòng)發(fā)電機(jī)172、174對(duì)應(yīng)設(shè)置。逆變器164基于來(lái)自控制裝置180的信號(hào)PWIl來(lái)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)發(fā)電機(jī)172，逆變器166基于來(lái)自控制裝置180的信號(hào)PWI2來(lái)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)發(fā)電機(jī)174。此外，逆變器164、166構(gòu)成為包含例如三相橋式電路。在本實(shí)施方式中，如上述那樣為具有兩個(gè)逆變器和與之對(duì)應(yīng)的兩個(gè)電動(dòng)發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)，但是電動(dòng)發(fā)電機(jī)和逆變器的數(shù)量不限定于此。例如，也可以是以逆變器和電動(dòng)發(fā)電機(jī)為一組而設(shè)置一組的結(jié)構(gòu)。
次級(jí)自諧振線圈112利用電磁場(chǎng)并通過(guò)電磁共振(電磁諧振)來(lái)從用圖5中后述的輸電裝置200所包含的初級(jí)自諧振線圈接受電力。電容器116是構(gòu)成為可改變電容的可變電容器，并連接于次級(jí)自諧振線圈112的兩端。電容器116包含未圖示的促動(dòng)器。并且，通過(guò)來(lái)自受電E⑶185的控制信號(hào)CTLl控制促動(dòng)器，改變電容器116的電容。針對(duì)該次級(jí)自諧振線圈112，基于與輸電裝置200的初級(jí)自諧振線圈的距離和/或初級(jí)自諧振線圈與次級(jí)自諧振線圈112的共振頻率等，對(duì)其匝數(shù)進(jìn)行適當(dāng)設(shè)定以使表示初級(jí)自諧振線圈與次級(jí)自諧振線圈112的共振強(qiáng)度的Q值(例如，Q > 100)和表示其耦合度的K等增大。次級(jí)線圈114被設(shè)置為與次級(jí)自諧振線圈112在同軸上，能夠通過(guò)電磁感應(yīng)與次級(jí)自諧振線圈112磁稱合。該次級(jí)線圈114通過(guò)電磁感應(yīng)將由次級(jí)自諧振線圈112接受的電力取出并向整流器140輸出。·此外，通過(guò)上述的次級(jí)自諧振線圈112、次級(jí)線圈114和電容器116形成受電裝置110的受電單元400。整流器140對(duì)通過(guò)次級(jí)線圈114取出的交流電力進(jìn)行整流。DC/DC轉(zhuǎn)換器142基于來(lái)自控制裝置180的信號(hào)PWD，將通過(guò)整流器140整流后的電力變換為蓄電裝置150的電壓電平并向蓄電裝置150輸出。系統(tǒng)主繼電器SMR2設(shè)置在DC/DC轉(zhuǎn)換器142與蓄電裝置150之間。若來(lái)自控制裝置180的控制信號(hào)SE2被活性化，則系統(tǒng)主繼電器SMR2將蓄電裝置150與DC/DC轉(zhuǎn)換器142電連接，若控制信號(hào)SE2被非活性化，則系統(tǒng)主繼電器SMR2切斷蓄電裝置150與DC/DC轉(zhuǎn)換器142之間的電路。電壓傳感器190檢測(cè)整流器140與DC/DC轉(zhuǎn)換器142之間的電壓VH，并將該檢測(cè)值向控制裝置180和受電E⑶185輸出。電流傳感器195設(shè)置于連接整流器140與DC/DC轉(zhuǎn)換器142的電力線PL3，檢測(cè)在電力線PL3中流動(dòng)的電流IH。并且，電流傳感器195將該檢測(cè)結(jié)果向控制裝置180和受電ECU185 輸出。控制裝置180基于加速器開度和/或車輛速度、來(lái)自其他各種傳感器的信號(hào)，生成用于分別驅(qū)動(dòng)升壓轉(zhuǎn)換器162和電動(dòng)發(fā)電機(jī)172、174的控制信號(hào)PWC、PWII、PWI2，并將其生成的控制信號(hào)分別向升壓轉(zhuǎn)換器162和逆變器164、166輸出。并且，在車輛行駛時(shí)，控制裝置180使控制信號(hào)SEl活性化以使系統(tǒng)主繼電器SMRl接通，并使控制信號(hào)SE2非活性化以使系統(tǒng)主繼電器SMR2斷開。另外，控制裝置180經(jīng)由通信部130從輸電裝置200接受從輸電裝置200送出的電力的信息(電壓和電流)。并且，從電壓傳感器190接受通過(guò)電壓傳感器190檢測(cè)的電壓VH的檢測(cè)值。并且，控制裝置180基于這些數(shù)據(jù)執(zhí)行車輛的停車控制等，以將車輛引向輸電裝置200的輸電單元220 (圖I)。受電E⑶185接受通過(guò)電壓傳感器190和電流傳感器195檢測(cè)的電壓VH、電流IH的檢測(cè)值。并且，受電ECU185基于這些信息，計(jì)算從輸電裝置200接受的受電電力PR。并且，受電E⑶185介由通信部130將該受電電力PR向輸電裝置200送出。另外，受電E⑶185通過(guò)控制信號(hào)CTLl來(lái)控制電容器116所包含的促動(dòng)器(未圖示)，從而改變電容器116的電容。在向輸電單元220上的停車完成時(shí)，控制裝置180介由通信部130向輸電裝置200發(fā)送供電指令，并使控制信號(hào)SE2活性化以使系統(tǒng)主繼電器SMR2接通。并且，控制裝置180生成用于驅(qū)動(dòng)DC/DC轉(zhuǎn)換器142的信號(hào)PWD，并將其生成的信號(hào)PWD向DC/DC轉(zhuǎn)換器142輸出。此外，控制裝置180和受電ECU185包含均未圖示的CPU (Central ProcessingUnit :中央處理單元)、存儲(chǔ)裝置和輸入輸出緩沖器，接收各傳感器的輸入和/或向各設(shè)備輸出控制指令，進(jìn)行車輛100或各設(shè)備的控制。此外，針對(duì)這些控制，不限于通過(guò)軟件的處理，還能夠利用專用的硬件(電子電路)構(gòu)建一部分來(lái)進(jìn)行處理。另外，在圖4中，設(shè)為了使控制裝置180和受電E⑶185為不同的控制裝置的結(jié)構(gòu)，但是不限定于這樣的結(jié)構(gòu)，也可以設(shè)為使控制裝置180和受電ECU185為一個(gè)控制裝置。另 夕卜，也可以將控制裝置180中的一部分功能進(jìn)一步分成不同的控制裝置。圖5是圖I所示的輸電裝置200的詳細(xì)結(jié)構(gòu)圖。參照?qǐng)D5，輸電裝置200包含交流電源250、高頻電力驅(qū)動(dòng)器260、初級(jí)線圈222、初級(jí)自諧振線圈224、電壓傳感器272、電流傳感器274、通信部240、輸電ECU270和電容器280。交流電源250為車輛外部的電源，例如為商用電源。高頻電力驅(qū)動(dòng)器260將從交流電源250接受的電力變換為高頻的電力，并將該變換后的高頻電力向初級(jí)線圈222供給。此外，高頻電力驅(qū)動(dòng)器260生成的高頻電力的頻率為例如IM 數(shù)十MHz。初級(jí)線圈222被設(shè)置為與初級(jí)自諧振線圈224在同軸上，能夠通過(guò)電磁感應(yīng)與初級(jí)自諧振線圈224磁耦合。并且，初級(jí)線圈222通過(guò)電磁感應(yīng)將從高頻電力驅(qū)動(dòng)器260供給的高頻電力向初級(jí)自諧振線圈224供給。初級(jí)自諧振線圈224的兩端連接有電容器280，構(gòu)成LC諧振線圈。并且，初級(jí)自諧振線圈224與車輛100的次級(jí)自諧振線圈112利用電磁場(chǎng)進(jìn)行共振，從而向車輛100輸送電力。此外，為了得到預(yù)定的共振頻率，在能夠通過(guò)初級(jí)自諧振線圈224自身具有的寄生電容來(lái)實(shí)現(xiàn)電容成分的情況下，不用配置電容器280，初級(jí)自諧振線圈224的線圈兩端為非連接(open,開路)的狀態(tài)?；诔跫?jí)自諧振線圈224與車輛100的次級(jí)自諧振線圈112的距離和/或初級(jí)自諧振線圈224與次級(jí)自諧振線圈112的共振頻率等，對(duì)該初級(jí)自諧振線圈224的匝數(shù)進(jìn)行適當(dāng)設(shè)定以使Q值(例如，Q > 100)和耦合度K等增大。此外，初級(jí)自諧振線圈224、初級(jí)線圈222和電容器280形成圖I所示的輸電單元220。電壓傳感器272對(duì)從高頻電力驅(qū)動(dòng)器260輸出的電壓VS進(jìn)行檢測(cè)，并將該檢測(cè)值向輸電ECU270輸出。電流傳感器274對(duì)從高頻電力驅(qū)動(dòng)器260輸出的電流IS進(jìn)行檢測(cè)，并將該檢測(cè)值向輸電ECU270輸出。輸電E⑶270在介由通信部240從車輛100接受起動(dòng)指令時(shí)，起動(dòng)輸電裝置200。并且，輸電ECU270在介由通信部240從車輛100接受供電開始指令時(shí)，對(duì)高頻電力驅(qū)動(dòng)器260的輸出進(jìn)行控制以使從輸電裝置200向車輛100供給的電力與目標(biāo)值一致。另外，輸電E⑶270在經(jīng)由通信部240從受電裝置110接受用于測(cè)試輸電的信號(hào)輸出指令時(shí)，對(duì)高頻電力驅(qū)動(dòng)器260的輸出進(jìn)行控制以使其輸出比基于供電開始指令的供電執(zhí)行時(shí)的電力小的預(yù)定的電力。
圖6是受電裝置110和輸電裝置200所包含的線圈單元的外觀圖。在圖6中，作為一例，對(duì)受電裝置110的受電單元400進(jìn)行說(shuō)明。參照?qǐng)D6，受電單元400包含次級(jí)線圈114、次級(jí)自諧振線圈112、繞線筒113和電容器116。次級(jí)線圈114的線圈材料沿著繞線筒113的內(nèi)表面或外表面卷繞。并且，次級(jí)線圈114被配置為與次級(jí)自諧振線圈112在同軸上。次級(jí)線圈114的兩端被引出到容納受電單元400的線圈殼體(未圖示)的外部并與負(fù)載連接。并且，次級(jí)線圈114通過(guò)電磁感應(yīng)從次級(jí)自諧振線圈112接受電力。電容器116如上所述為可改變電容的可變電容器，并設(shè)置于繞線筒113的內(nèi)部。電容器116連接于次級(jí)自諧振線圈112的兩端，構(gòu)成LC諧振電路。
此外，電容器116可以是電容可變的一個(gè)電容器，也可以為如圖7所示包含相對(duì)于次級(jí)自諧振線圈112而并聯(lián)連接的具有固定電容的大電容電容器117和電容可變的小電容電容器118。一般來(lái)說(shuō)，多數(shù)情況下電容可變的電容器的價(jià)格比相同電容下電容固定的電容器的價(jià)格高。因此，如圖7所示，通過(guò)使用具有所需要的可變范圍的小電容可變電容器118和具有根據(jù)設(shè)計(jì)值確定的預(yù)定的基準(zhǔn)電容附近的電容的大電容的固定電容電容器117，與具有大的可變范圍的單個(gè)可變電容器的情況相比，可期待成本的降低。在利用共振法的非接觸供電中，通過(guò)使初級(jí)自諧振線圈224和次級(jí)自諧振線圈112以預(yù)定的共振頻率進(jìn)行共振來(lái)傳輸電力。在輸電單元220與受電單元400中，當(dāng)設(shè)定線圈單元的共振頻率時(shí)，被設(shè)計(jì)/調(diào)整成在輸電單元220與受電單元400的距離為成為目標(biāo)的基準(zhǔn)距離的情況下，使線圈單元以預(yù)定的電磁場(chǎng)的頻率(即，高頻電力驅(qū)動(dòng)器260的電源頻率)進(jìn)行共振。然而，在實(shí)際進(jìn)行供電的情況下，由于車輛的停車位置的偏移和/或車輛種類的不同導(dǎo)致車體底面的高度不同等，會(huì)發(fā)生單元間的距離偏離基準(zhǔn)距離的情況。于是，由于單元間的空間阻抗發(fā)生變化而使反射電力增加、或電磁場(chǎng)的強(qiáng)度發(fā)生變化，有可能會(huì)使電力的傳輸效率降低。圖8是用于說(shuō)明初級(jí)自諧振線圈和次級(jí)自諧振線圈的線圈間距離，與電力的傳輸效率成為最大時(shí)的共振頻率的關(guān)系的圖。圖8的橫軸表示線圈間距離，縱軸表示共振頻率。參照?qǐng)D8，在某目標(biāo)的基準(zhǔn)距離Daim，設(shè)為電力的傳輸效率最大的共振頻率為Fopt0此時(shí)，若線圈間距離從基準(zhǔn)距離變化，則與該變化相應(yīng)地傳輸效率最大的共振頻率如圖8中的曲線Wl所示變化。相應(yīng)于這樣的特性，也能夠根據(jù)線圈間距離來(lái)改變高頻電源的頻率，但是另一方面，有時(shí)因無(wú)線電法規(guī)(電波法)等規(guī)定而限制了可使用的電磁場(chǎng)的頻率范圍，也會(huì)引起無(wú)法選擇所希望的頻率的情況。因此，在本實(shí)施方式中，進(jìn)行如下的最大電力控制在線圈間距離發(fā)生了變化的情況下，在維持無(wú)線電法規(guī)等規(guī)定的預(yù)定的電磁場(chǎng)頻率的同時(shí)，使線圈單元的電容器的容量變化來(lái)控制線圈單元的共振頻率，以使電力的傳輸效率成為最大。圖9是表示在將電磁場(chǎng)的頻率維持在某個(gè)值(例如，13MHz)的狀態(tài)下，在線圈間距離發(fā)生了變化時(shí)使電力的傳輸效率變得最大的電容器容量的一例的圖。圖9的橫軸表示線圈間距離，縱軸表示電容器的容量。此外，圖中的Culim表示可變電容器的最大電容。參照?qǐng)D9，在預(yù)定的電磁場(chǎng)頻率的情況下，在目標(biāo)基準(zhǔn)距離Daim時(shí)傳輸效率最大的基準(zhǔn)的電容器容量(以下也稱為“基準(zhǔn)電容器容量”)為Copt時(shí)，若線圈間距離發(fā)生變化，則傳輸效率最大的電容器的容量如圖中的曲線W2所示變化。從曲線W2可知，線圈間距離小于基準(zhǔn)距離的情況下的電容器容量的變化量，比線圈間距離大于基準(zhǔn)距離大的情況下的電容器容量的變化量大。使用圖10和圖11來(lái)說(shuō)明成為這樣情況的理由。圖10和圖11是表示使線圈間距離發(fā)生了變化的情況下的共振頻率與傳輸效率的關(guān)系的一例的圖。圖10表示增大線圈間距離(遠(yuǎn)離)的情況，圖11表示減小線圈間距離的(靠近)情況。參照?qǐng)D10，曲線WlO表示線圈間距離為基準(zhǔn)距離的情況下的傳輸效率，此時(shí)的傳輸效率最大的共振頻率為HO。若從該狀態(tài)開始增大 線圈間距離，則如曲線W11、W12那樣，傳輸效率的最大值逐漸下降。這是因?yàn)殡S著線圈間距離增大，電磁場(chǎng)強(qiáng)度隨之變?nèi)醯挠绊懘?。在該情況下，傳輸效率最大的共振頻率幾乎沒(méi)有大變化。另一方面，若減小線圈間距離，則例如如圖11的曲線W21那樣，傳輸效率最大的頻率(f21，f21 *)從基準(zhǔn)距離時(shí)的頻率f20向頻率變高的方向和變低的方向逐漸擴(kuò)展。并且，在傳輸效率最大的頻率之間(f21與f21 *之間)，傳輸效率反而降低。這是因?yàn)殡S著線圈間距離減小，線圈間的空間阻抗變化很大，反射電力增加。在本實(shí)施方式的最大電力控制中，如此，對(duì)于線圈間距離的變化，在將電磁場(chǎng)的頻率維持在預(yù)定頻率的狀態(tài)下，使電容器的容量變化以使傳輸效率成為最大。即，相當(dāng)于在成為例如圖11的曲線W21的情況下，調(diào)整電容器的容量來(lái)使線圈單元的共振頻率變化，使曲線W21全體挪動(dòng)以使傳輸效率最大的頻率f21成為頻率f20。此時(shí)，從圖10和圖11可知，在增大線圈間距離的情況下，由于頻率的變化量小，所以電容器容量的變化量小。另一方面，在減小線圈間距離的情況下，由于頻率的變化量相對(duì)大，所以也就需要使電容器容量的變化量大。因此，如圖12所示，在相應(yīng)于線圈間距離的變化所需要的電容器的容量變化范圍AC中，需要使線圈間距離小于基準(zhǔn)距離的方向的變化范圍(圖中的C10)比線圈間距離大于基準(zhǔn)距離的方向的變化范圍(圖中的C20)大。即，以使基準(zhǔn)電容器容量值Copt比電容器可變范圍的中央值大的方式，設(shè)定電容器的容量。圖13是表示考慮了上述的電容器可變范圍的電容器容量的設(shè)定的一例的圖。參照?qǐng)D13，如圖12說(shuō)明的那樣，以根據(jù)基準(zhǔn)距離確定的電容器容量Copt為基準(zhǔn)，根據(jù)所需要的電容可變范圍CIO、C20確定可變電容器的最大電容Cvar (Cvar=C10+C20)。并且，將從根據(jù)基準(zhǔn)距離確定的電容器容量Copt減去減小方向的可變電容ClO得到的電容設(shè)定為固定電容器的容量Cfix (Cfix=Copt-ClO)。如此，能夠設(shè)定具有適當(dāng)?shù)目勺兎秶淖顑?yōu)電容器容量。在具有這樣的可變電容器的本實(shí)施方式中，在圖14示出在將電磁場(chǎng)的頻率固定為預(yù)定的頻率的狀態(tài)下，使電容器容量變化的情況下的由受電裝置110接受的受電電力PR和電力的傳輸效率EF的變化的一例。在圖14中，曲線W40表示受電電力PR，曲線W41表示傳輸效率EF。如圖9等說(shuō)明的那樣，在將電磁場(chǎng)的頻率固定為預(yù)定的頻率的情況下，若線圈間距離確定，則與其對(duì)應(yīng)，傳輸效率最大的電容器容量就被確定。在此，傳輸效率EF —般能夠用式(I)來(lái)表示，因此，在基本上受電裝置110的受電電力PR最大時(shí)，傳輸效率EF也大致接近最大。傳輸效率=受電電力/輸送電力…(I)因此，在從輸電單元220輸送電力的期間，在使可變電容器的值變化的同時(shí)對(duì)受電電力PR進(jìn)行檢測(cè)，搜索使該受電電力PR成為最大的點(diǎn)(圖14中的P40)。然后，通過(guò)將可變電容器設(shè)定為使該受電電力PR成為最大的點(diǎn)的電容器容量(圖14中的Cadj)，能夠使傳輸效率EF最大。圖15是用于說(shuō)明本實(shí)施方式I中由受電ECU185執(zhí)行的電力最大控制處理的流程圖。針對(duì)圖15所示的流程圖中的各步驟，通過(guò)以預(yù)定周期執(zhí)行預(yù)先存儲(chǔ)在受電ECU185中的程序來(lái)實(shí)現(xiàn)?；蛘?，也能夠針對(duì)一部分步驟，利用專用的硬件(電子電路)來(lái)實(shí)現(xiàn)處理。參照?qǐng)D15，受電E⑶185在步驟(以下將步驟省略為S) 300中，當(dāng)檢測(cè)到車輛100已停在輸電單元220的上方時(shí)，經(jīng)由通信部130向輸電裝置200側(cè)的輸電E⑶270要求開始 測(cè)試輸電。對(duì)應(yīng)于該要求，輸電ECU270為了測(cè)試輸電的目的而開始輸送比正式的電力輸送時(shí)的輸出低的電力。受電E⑶185在S310中，對(duì)受電E⑶185內(nèi)的存儲(chǔ)部(未圖示)的受電電力的最大值的存儲(chǔ)值Pmax進(jìn)行初始化(例如，設(shè)定為零)。接著，受電ECU185在S320中，向電容器116輸出控制信號(hào)CTL1，開始改變電容器116內(nèi)的可變電容器118的電容。例如，受電ECU185使電容從可變電容器118的最小電容向最大電容每次增加預(yù)定的變化量，進(jìn)行以后的S320 S350的處理。受電E⑶185在S330中，基于來(lái)自電壓傳感器190的電壓VH和來(lái)自電流傳感器195的電流IH的檢測(cè)值，計(jì)算受電電力PR。然后，受電ECU185在S340中，將通過(guò)計(jì)算求出的受電電力PR與所存儲(chǔ)的受電電力的最大值Pmax作比較,判定受電電力PR是否比存儲(chǔ)值Pmax大。在受電電力PR比存儲(chǔ)值Pmax大的情況下(在S340中是)，處理前進(jìn)至S350，受電ECU185將該受電電力PR的值設(shè)定為受電電力的最大值Pmax，并存儲(chǔ)此時(shí)的電容器容量。然后，處理前進(jìn)至S360。另一方面，若受電電力PR在存儲(chǔ)值Pmax以下(在S340中否)，則跳過(guò)S350的處理，處理前進(jìn)至S360。在S360中，受電ECU185判定可變電容器118的電容改變是否完成。該電容改變完成的判定，在例如上述那樣使電容從可變電容器118的最小電容向最大電容每次增加預(yù)定的變化量的情況下，通過(guò)可變電容器118的電容是否變?yōu)樽畲箅娙輥?lái)進(jìn)行判定。在可變電容器118的電容改變未完成的情況下(在S360中否)，處理返回至S320，對(duì)可變電容器118的電容作進(jìn)一步改變。然后，重復(fù)S330 S350的處理。這樣，在可變電容器118的可變電容范圍的整個(gè)范圍中，能夠算出相對(duì)于各電容值的受電電力PR，并能夠確定在該計(jì)算出的受電電力PR為最大時(shí)(即，傳輸效率為最大時(shí))的電容器容量值。在可變電容器118的電容改變完成的情況下(在S360中是)，受電E⑶185在S370中要求輸電ECU270停止測(cè)試輸電。然后，受電ECU185在S380中將可變電容器118的電容設(shè)定為所存儲(chǔ)的電容器容量值。然后，受電E⑶185在S390中要求輸電E⑶270開始正式的電力輸送。通過(guò)按照以上的處理進(jìn)行控制，在將電磁場(chǎng)的頻率維持在預(yù)定的頻率的狀態(tài)下，能夠設(shè)定電容器的容量以使傳輸效率最大。由此，在利用共振法的非接觸供電系統(tǒng)中，即使在線圈間距離從設(shè)計(jì)時(shí)的基準(zhǔn)距離發(fā)生了變動(dòng)的情況下，也能夠抑制傳輸效率的降低。[實(shí)施方式2]在實(shí)施方式I中，對(duì)以下結(jié)構(gòu)進(jìn)行了說(shuō)明將車輛側(cè)的線圈單元的電容器設(shè)為可變，調(diào)整該可變電容器的容量，從而在線圈間距離發(fā)生了變動(dòng)的情況下抑制電力的傳輸效率的降低。在實(shí)施方式2中，對(duì)以下結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明將輸電裝置側(cè)的電容器的容量設(shè)為可變，調(diào)整輸電裝置側(cè)的電容器容量，從而抑制電力的傳輸效率的降低。圖16是實(shí)施方式2的車輛100的詳細(xì)結(jié)構(gòu)圖。在圖16中，將實(shí)施方式I的圖4中的電容器116置換為電容固定的電容器116A。另外，圖17是實(shí)施方式2中的輸電裝置200的詳細(xì)結(jié)構(gòu)圖。在圖17中，將實(shí)施方 式I的圖5中的電容器280置換為電容可變的電容器280A，并追加用于對(duì)從受電裝置IlOA反射的反射電力進(jìn)行檢測(cè)的反射電力計(jì)273。此外，在圖16和圖17中，不重復(fù)與圖4和圖5相同要素的說(shuō)明。參照?qǐng)D17，電容器280A連接于初級(jí)自諧振線圈224的兩端。電容器280A包含未圖示的促動(dòng)器。并且，通過(guò)來(lái)自輸電E⑶270的控制指令CTL2控制促動(dòng)器，從而改變電容器280A的電容。反射電力計(jì)273設(shè)置在高頻電力驅(qū)動(dòng)器260與初級(jí)線圈222之間。反射電力計(jì)273對(duì)從受電裝置IlOA反射的反射電力進(jìn)行檢測(cè)，并將該檢測(cè)值RF向輸電ECU270輸出。圖18是表示實(shí)施方式2中的受電裝置IIOA和輸電單元220A的電路的一例的圖。參照?qǐng)D18，輸電單元220A所包含的電容器280A，與實(shí)施方式I中的受電裝置110側(cè)的電容器116同樣，包括相對(duì)于初級(jí)自諧振線圈224而并聯(lián)連接的具有固定電容的大電容電容器281和電容可變的小電容電容器281。電容器280A也可以為電容可變的I個(gè)電容器，但從成本方面考慮優(yōu)選上述那樣包含電容固定的電容器281和電容可變的電容器282的結(jié)構(gòu)。圖19是用于說(shuō)明實(shí)施方式2中的電力最大控制的圖，是在將共振頻率固定為預(yù)定頻率的狀態(tài)下使電容器容量變化的情況下的、通過(guò)輸電裝置200檢測(cè)的反射電力RF和電力的傳輸效率EF的變化的一例的圖。在圖19中，曲線W50表示反射電力RF，曲線W51表示傳輸效率EF。一般來(lái)說(shuō)，在通過(guò)受電裝置IIOA接受的受電電力PR與反射電力FR之間，式(2)的關(guān)系成立。受電電力=輸送電力-反射電力-損耗…(2)關(guān)于上述的式(I)，若使用該式(2 )，則傳輸效率EF能夠被置換成式(3 )所示。傳輸效率=(輸送電力-反射電力-損耗)/輸送電力…(3)從該式(3)可知，在電力的傳輸中，在由于電路的電阻成分和/或防止電磁場(chǎng)泄漏的電磁場(chǎng)屏蔽材料導(dǎo)致的損耗的變動(dòng)小的情況下，反射電力RF越小傳輸效率就越大。因此，使輸電單元220A所包含的電容器280A的電容變化，將電容器280A的電容設(shè)定為使此時(shí)的反射電力RF成為最小的點(diǎn)(圖19中的P50)的電容器容量Cadj *，從而能夠使傳輸效率EF最大。
此外，輸電E⑶270也可以從受電E⑶185接受通過(guò)受電裝置IIOA檢測(cè)的受電電力PR，與實(shí)施方式I同樣地設(shè)定電容器280A的電容以使受電電力PR最大。圖20是用于說(shuō)明在實(shí)施方式2中由輸電ECU270執(zhí)行的電力最大控制處理的流程圖。針對(duì)圖20所示的流程圖中的各步驟，通過(guò)以預(yù)定周期執(zhí)行預(yù)先存儲(chǔ)在輸電ECU270中的程序來(lái)實(shí)現(xiàn)?；蛘撸材軌蜥槍?duì)一部分步驟，利用專用的硬件(電子電路)來(lái)實(shí)現(xiàn)處理。參照?qǐng)D20，輸電E⑶270在S400中，當(dāng)檢測(cè)到車輛100已停在輸電單元220的上方時(shí)，開始輸送比正式的電力輸送時(shí)的輸出低的電力。輸電E⑶270在S410中，對(duì)輸電E⑶270內(nèi)的存儲(chǔ)部(未圖示)的反射電力的最小值的存儲(chǔ)值Rmin進(jìn)行初始化。此時(shí)的反射電力的初始值K設(shè)定為例如與輸送電力同等程度的值。接著，輸電ECU270在S420中，將控制信號(hào)CTL2輸出到電容器280A，開始改變電容器280A內(nèi)的可變電容器281的電容。例如，輸電E⑶270使電容從可變電容器281的最小·電容向最大電容每次增加預(yù)定的變化量，進(jìn)行以后的S420 S450的處理。輸電E⑶270在S430中，取得來(lái)自反射電力計(jì)273的反射電力RF的檢測(cè)值。然后，輸電ECU270在S440中，比較反射電力RF與所存儲(chǔ)的反射電力的最小值Rmin，判定反射電力RF是否比存儲(chǔ)值Rmin小。在反射電力RF比存儲(chǔ)值Rmin小的情況下(在S440中是)，處理前進(jìn)至S450，輸電ECU270將該反射電力RF的值設(shè)定為反射電力的最小值Rmin，并存儲(chǔ)此時(shí)的電容器容量。然后，處理前進(jìn)至S460。另一方面，在反射電力RF在存儲(chǔ)值Rmin以上的情況下(在S440中否)，跳過(guò)S450的處理，處理前進(jìn)至S460。在S460中，輸電ECU270判定可變電容器281的電容改變是否完成。該電容改變完成的判定，在例如上述那樣使電容從可變電容器281的最小電容向最大電容每次增加預(yù)定的變化量的情況下，通過(guò)可變電容器281的電容是否為最大電容來(lái)進(jìn)行判定。在可變電容器281的電容改變未完成的情況下(在S460中否)，處理返回至S420，進(jìn)一步改變可變電容器281的電容。然后，重復(fù)S430 S450的處理。如此，在可變電容器281的可變電容范圍的整個(gè)范圍中，通過(guò)計(jì)算相對(duì)于各電容值的反射電力RF，并比較該計(jì)算出的反射電力RF,從而能夠確定反射電力RF為最小時(shí)(即，傳輸效率為最大時(shí))的電容器容量值。在可變電容器281的電容改變完成的情況下(在S460中是)，輸電ECU270在S470中停止測(cè)試輸電。然后，輸電ECU270在S480中將可變電容器281的電容設(shè)定為所存儲(chǔ)的電容器容量值。然后，輸電E⑶270在S490中開始正式的電力輸送。通過(guò)按照以上那樣的處理來(lái)進(jìn)行控制，在將電磁場(chǎng)的頻率維持在預(yù)定的頻率的狀態(tài)下，能夠設(shè)定輸電裝置的電容器的容量以使傳輸效率最大。由此，在利用共振法的非接觸供電系統(tǒng)中，即使在線圈間距離從設(shè)計(jì)時(shí)的基準(zhǔn)距離發(fā)生了變動(dòng)的情況下，也能夠抑制傳輸效率的降低。[實(shí)施方式3]在實(shí)施方式I和實(shí)施方式2中，對(duì)受電裝置或輸電裝置中任意一方的線圈單元具有電容可變的電容器的情況進(jìn)行了說(shuō)明。
在實(shí)施方式3中，對(duì)如下結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明受電裝置和輸電裝置雙方都具有可變電容器，通過(guò)同步調(diào)整雙方電容器的容量，能夠抑制傳輸效率的降低。如此，通過(guò)調(diào)整受電裝置和輸電裝置雙方的電容器，能夠使雙方的線圈單元的阻抗匹配，因此能夠降低反射電力。由此，與實(shí)施方式I和實(shí)施方式2相比較，能夠期待進(jìn)一步抑制傳輸效率的降低。在實(shí)施方式3中，車輛100的詳細(xì)結(jié)構(gòu)與圖4同樣，另外，輸電裝置200的詳細(xì)結(jié)構(gòu)與圖17同樣。在以下的說(shuō)明中，對(duì)如下情況進(jìn)行說(shuō)明在輸電ECU270中，使用通過(guò)受電裝置110側(cè)運(yùn)算出的受電電力PR來(lái)進(jìn)行使傳輸效率成為最大的電容器容量的搜索。因此，受電ECU185介由通信部130、240將基于來(lái)自電壓傳感器190和電流傳感器195的檢測(cè)值而運(yùn)算出的受電電力PR向輸電ECU270輸出。輸電ECU270確定使該受電電力PR成為最大時(shí)的電容器容量。然后，受電ECU185和輸電ECU270按照所確定的電容器容量來(lái)分別設(shè)定電容器116、280A的電容。此外，也可以與實(shí)施方式I同樣，受電E⑶185利用受電電力PR來(lái)確定傳輸效率最大的電容器容量，也可以如實(shí)施方式2那樣,輸電ECU270利用反射電力RF來(lái)確定傳輸效率最大的電容器容量。圖21是表示實(shí)施方式3中的受電裝置IIOA和輸電單元220A的電路的一例的圖。 與實(shí)施方式I和實(shí)施方式2的情況同樣，電容器116、280A分別具有電容固定的電容器117、281和電容可變的電容器118、282。圖22是用于說(shuō)明實(shí)施方式3中的電力最大控制處理的流程圖。關(guān)于圖22所示的流程圖中的各步驟，通過(guò)以預(yù)定周期執(zhí)行預(yù)先存儲(chǔ)在受電ECU185或輸電ECU270中的程序來(lái)實(shí)現(xiàn)。或者，針對(duì)一部分步驟，也能夠利用專用的硬件(電子電路)來(lái)實(shí)現(xiàn)處理。參照?qǐng)D22，在檢測(cè)到車輛100已停在輸電單元220的上方時(shí)，受電E⑶185和輸電E⑶270在SlOO中，介由通信部130、240來(lái)進(jìn)行相互的線圈單元的各種數(shù)據(jù)的交換。在此，線圈單元的各種數(shù)據(jù)包含自諧振線圈的基準(zhǔn)的共振頻率、自諧振線圈的電感值、電容器的最大電容值、電容器的可變電容范圍和電容器的可變調(diào)整方向(增加方向或減小方向)。然后，受電E⑶185和輸電E⑶270在SllO中判定是否已相互識(shí)別了控制用的同步信號(hào)。在未識(shí)別控制用的同步信號(hào)的情況下(在SllO中否)，處理返回至S110，受電E⑶185和輸電E⑶270等待同步信號(hào)被識(shí)別。在已識(shí)別控制用的同步信號(hào)的情況下(在SllO中是)，處理前進(jìn)至S120，通過(guò)輸電E⑶270開始測(cè)試輸電。然后，輸電E⑶270在S130中，對(duì)輸電E⑶270內(nèi)的存儲(chǔ)部(未圖示)的受電電力的最大值的存儲(chǔ)值Pmax進(jìn)行初始化(例如，設(shè)定為零)。接著，在S140中，受電E⑶185和輸電E⑶270取得同步并通過(guò)控制信號(hào)CTL1、CTL2開始電容器116、280A的改變。此時(shí)，在電容器116、280A的可變范圍相同的情況下，基本上針對(duì)可變范圍的整個(gè)范圍進(jìn)行電容的改變。另一方面，在電容器116、280A的可變范圍不同的情況下，例如，可以在可變范圍窄的一側(cè)的范圍內(nèi)進(jìn)行電容的改變，也可以在相互重疊的可變范圍內(nèi)進(jìn)行電容的改變。此外，在任一情況下，在改變電容器116、280A的電容時(shí)，都將電容器116、280A設(shè)定為預(yù)先相同電容的初始值，然后在取得同步的同時(shí)使電容向相同的變化方向(增加方向或減小方向)變化。在S150中，受電E⑶185基于來(lái)自電壓傳感器190的電壓VH和來(lái)自電流傳感器195的電流IH的檢測(cè)值來(lái)運(yùn)算受電電力PR，并將該運(yùn)算結(jié)果向輸電E⑶270輸出。在S160中，輸電ECU270將從受電ECU185接受的受電電力PR與所存儲(chǔ)的受電電力的最大值Pmax進(jìn)行比較,判定受電電力PR是否比存儲(chǔ)值Pmax大。在受電電力PR比存儲(chǔ)值Pmax大的情況下(在S160中是)，處理前進(jìn)至S170，輸電ECU270將受電電力PR的值設(shè)定為受電電力的最大值Pmax，并存儲(chǔ)此時(shí)的電容器容量。然后，處理前進(jìn)至S180。另一方面，在受電電力PR在存儲(chǔ)值Pmax以下的情況下(在S160中否)，跳過(guò)S170的處理，處理前進(jìn)至S180。在S180中，輸電E⑶270判定電容器的容量改變是否完成。在電容器的容量改變未完成的情況下(在S180中否)，處理返回至S140，受電 E⑶185和輸電E⑶270對(duì)電容器的容量作進(jìn)一步的改變，重復(fù)S150 S170的處理。在電容器的容量改變已完成的情況下(在S180中是)，輸電E⑶270在S190中停止測(cè)試輸電。然后，受電E⑶185和輸電E⑶270在S200中分別將電容器116、280A的電容設(shè)定為使受電電力PR成為最大時(shí)的電容器容量值。然后，輸電E⑶270在S210中開始對(duì)受電裝置110進(jìn)行正式的電力輸送。通過(guò)按照以上那樣的處理進(jìn)行控制，在將電磁場(chǎng)的頻率維持在預(yù)定的頻率的狀態(tài)下，能夠設(shè)定受電裝置和輸電裝置的電容器的容量以使傳輸效率最大。由此，在利用共振法的非接觸供電系統(tǒng)中，即使在線圈間距離從設(shè)計(jì)時(shí)的基準(zhǔn)距離發(fā)生了變動(dòng)的情況下，也能夠抑制傳輸效率的降低。此外，本實(shí)施方式的初級(jí)自諧振線圈224和次級(jí)自諧振線圈112是本發(fā)明的“第I自諧振線圈”和“第2自諧振線圈”的一例。本實(shí)施方式的輸電ECU270和受電ECU185是本發(fā)明的“第I控制裝置”和“第2控制裝置”的一例。另外，本實(shí)施方式的高頻電力驅(qū)動(dòng)器260是本發(fā)明的“電源裝置”的一例。本次公開的實(shí)施方式在所有方面都是舉例說(shuō)明的內(nèi)容，應(yīng)認(rèn)為并不限制本發(fā)明。本發(fā)明的范圍并不通過(guò)上述的實(shí)施方式的說(shuō)明來(lái)限定，而是通過(guò)權(quán)利要求的范圍來(lái)限定，與權(quán)利要求等同的意思以及權(quán)利要求范圍內(nèi)的所有變更包含在本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種非接觸受電裝置，用于以與相對(duì)的輸電裝置(200)非接觸的方式接受電力，該非接觸受電裝置具有 自諧振線圈(112)，其構(gòu)成為通過(guò)與所述輸電裝置(200)的電磁諧振來(lái)接受電力； 電容器(116)，其連接于所述自諧振線圈(112)，并構(gòu)成為能夠改變電容以便調(diào)整所述自諧振線圈(112)的諧振頻率；和 控制裝置(185)，其用于在以由所述輸電裝置(200)確定的預(yù)定的頻率進(jìn)行電磁諧振的情況下，控制所述電容器(116)的電容以使電力的傳輸效率提高。
2.如權(quán)利要求I所述的非接觸受電裝置，其中， 所述控制裝置(185)設(shè)定所述電容器(116)的電容以使由所述自諧振線圈(112)接受的受電電力成為最大。
3.如權(quán)利要求2所述的非接觸受電裝置，其中， 所述電容器(116)包含 電容被固定的第I電容器(117);和 能夠改變電容的第2電容器(118)，其相對(duì)于所述自諧振線圈(112)而與所述第I電容器(117)并聯(lián)連接。
4.如權(quán)利要求3所述的非接觸受電裝置，其中， 所述第I電容器(117)的電容大于所述第2電容器(118)的電容。
5.如權(quán)利要求3所述的非接觸受電裝置，其中， 所述第2電容器(118)的電容被設(shè)定成從所述第I電容器(117)的電容和所述第2電容器(I 18)的最大電容的合計(jì)電容值減去所述第2電容器(I 18)能夠變化的電容的一半電容得到的電容值，小于在所述預(yù)定的頻率下根據(jù)所述輸電裝置(200)與所述非接觸受電裝置(110)的目標(biāo)距離確定的基準(zhǔn)電容值。
6.一種非接觸輸電裝置，用于以與相對(duì)的受電裝置(110A)非接觸的方式輸送電力，該非接觸輸電裝置具有 自諧振線圈(224)，其構(gòu)成為通過(guò)與所述受電裝置(110A)的電磁諧振來(lái)輸送從電源裝置(260)提供的電力； 電容器(280A)，其連接于所述自諧振線圈(224)，并構(gòu)成為能夠改變電容以便調(diào)整所述自諧振線圈(224)的諧振頻率；和 控制裝置(270)，其用于在以由所述電源裝置(260)確定的預(yù)定的頻率進(jìn)行電磁諧振的情況下，控制所述電容器(280A)的電容以使電力的傳輸效率提高。
7.如權(quán)利要求6所述的非接觸輸電裝置，其中， 所述控制裝置(270)設(shè)定所述電容器(280A)的電容，以使在輸送電力中沒(méi)有被所述受電裝置(110A)接受而反射回來(lái)的反射電力最小。
8.如權(quán)利要求7所述的非接觸輸電裝置，其中， 所述電容器(280A)包含 電容被固定的第I電容器(281);和 能夠改變電容的第2電容器(282)，其相對(duì)于所述自諧振線圈(224)而與所述第I電容器(281)并聯(lián)連接。
9.如權(quán)利要求8所述的非接觸輸電裝置，其中，所述第I電容器(281)的電容大于所述第2電容器(282)的電容。
10.如權(quán)利要求8所述的非接觸輸電裝置，其中， 所述第2電容器(282)的電容被設(shè)定成從所述第I電容器(281)的電容和所述第2電容器(282)的最大電容的合計(jì)電容值減去所述第2電容器(282)能夠變化的電容的一半電容得到的值，小于在所述預(yù)定的頻率下根據(jù)所述受電裝置(110A)與所述非接觸輸電裝置(200)的目標(biāo)距離確定的基準(zhǔn)電容值。
11.一種非接觸供電系統(tǒng)，用于在輸電裝置(200)與受電裝置(110)之間以非接觸的方式傳遞電力， 所述輸電裝置(200)包含 第I自諧振線圈(224)，其構(gòu)成為通過(guò)與所述受電裝置(110)的電磁諧振來(lái)輸送從電源裝置(260)提供的電力； 第I電容器(280A)，其連接于所述第I自諧振線圈(224)，并構(gòu)成為能夠改變電容以便調(diào)整所述第I自諧振線圈(224)的諧振頻率；和 第I控制裝置(270)，其用于控制所述第I電容器(280A)， 所述受電裝置(I 10)包含 第2自諧振線圈(112)，其構(gòu)成為通過(guò)與所述輸電裝置(200)的電磁諧振來(lái)接受電力； 第2電容器(116)，其連接于所述第2自諧振線圈(112)，并構(gòu)成為能夠改變電容以便調(diào)整所述第2自諧振線圈(112)的諧振頻率；和 第2控制裝置(185)，其用于控制所述第2電容器(116)， 所述第I控制裝置(270)和所述第2控制裝置(185)構(gòu)成為能夠通過(guò)通信互相授受信號(hào)，在以由所述電源裝置(260)確定的預(yù)定的頻率進(jìn)行電磁諧振的情況下，互相取得同步并分別控制所述第I電容器(280A)和所述第2電容器(116)的電容，以使電力的傳輸效率提聞。
12.如權(quán)利要求11所述的非接觸供電系統(tǒng)，其中， 所述第2控制裝置(185)將由所述受電裝置(110)接受的受電電力發(fā)送至所述第I控制裝置(270)， 所述第I控制裝置(270 )基于從所述第2控制裝置(185 )接受的所述受電電力，判定所述傳輸效率是否最大。
13.如權(quán)利要求11所述的非接觸供電系統(tǒng)，其中， 所述第I控制裝置(270)和所述第2控制裝置(185)分別控制所述第I電容器(280A)和所述第2電容器(116)，以使所述第I電容器(280A)的電容的變化方向與所述第2電容器(116)的電容的變化方向?yàn)橄嗤较颉?br> 14.如權(quán)利要求13所述的非接觸供電系統(tǒng)，其中， 所述第I控制裝置(270)和所述第2控制裝置(185)，在使所述第I電容器(280A)的電容和所述第2電容器(116)的電容與預(yù)定的初始值一致之后，使所述第I電容器(280A)的電容和所述第2電容器(I 16)的電容變化。
15.—種車輛，搭載有用于以與相對(duì)的輸電裝置(200)非接觸的方式接受電力的非接觸受電裝置(110)， 所述非接觸受電裝置(110 )包含自諧振線圈(112)，其構(gòu)成為通過(guò)與所述輸電裝置(200)的電磁諧振來(lái)接受電力；電容器(116)，其連接于所述自諧振線圈(112)，并構(gòu)成為能夠改變電容以便調(diào)整諧振頻率；和 控制裝置(185)，其用于在以由所述輸電裝置(200)確定的預(yù)定的頻率進(jìn)行電磁諧振的情況下，控制所述電容器(116)的電容以使電力的傳輸效率提高。
全文摘要
在利用共振法的非接觸供電系統(tǒng)(10)中，受電裝置(110)或輸電裝置(200)具有連接于自諧振線圈(112，224)并且電容可變的電容器(116、280A)。并且，在以由輸電裝置(200)確定的預(yù)定的頻率進(jìn)行電磁共振的情況下，調(diào)整電容器(116、280A)的電容以使供電時(shí)的電力的傳輸效率最大。由此，即使在受電裝置(110)所包含的次級(jí)自諧振線圈(112)與輸電裝置(200)所包含的初級(jí)自諧振線圈(224)的距離從設(shè)計(jì)時(shí)的基準(zhǔn)距離發(fā)生了變動(dòng)的情況下，也能夠抑制傳輸效率的降低。
文檔編號(hào)H02J17/00GK102714429SQ20108006172
公開日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2010年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月18日
發(fā)明者市川真士 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車株式會(huì)社