非接觸受電裝置、非接觸送電裝置以及非接觸送電受電系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種非接觸受電裝置、非接觸送電裝置以及非接觸送電受電系統(tǒng)。非接觸受電裝置以非接觸的方式接收從送電裝置(200)傳輸?shù)碾娏?。送電裝置包括：送電部(220)；電源部(250)，其向送電部供給交流電力。非接觸受電裝置具備：受電部(110)，其以非接觸的方式從送電部接收電力；電氣負(fù)載裝置(190、120)，其使用由受電部所接收的電力。受電部被構(gòu)成為，在受電部被配置成與送電部間的位置發(fā)生了偏移的狀態(tài)的情況下，在非接觸電力傳輸中所使用的電源部的電源頻率下的傳輸效率達(dá)到最佳。優(yōu)選為，受電部被構(gòu)成為，在受電部的中心軸與送電部的中心軸的水平方向上的位置被配置成發(fā)生了偏移的狀態(tài)的情況下，使變更了送電頻率時(shí)的傳輸效率呈現(xiàn)出峰值的峰值頻率與電源頻率一致。
【專利說明】非接觸受電裝置、非接觸送電裝置以及非接觸送電受電系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種非接觸受電裝置、非接觸送電裝置以及非接觸送電受電系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，作為能夠以非接觸的方式傳輸電能的技術(shù)，使用了磁場共振方式的能量傳輸備受矚目。已知在磁共振方式中，即使在與電磁感應(yīng)方式相比送電部與受電部之間的距離較大的情況下也能夠進(jìn)行送電。
[0003]但是，在磁共振方式中，存在最佳距離，當(dāng)距離過近時(shí)傳輸效率將會(huì)變低。在日本特開2011-50140號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn)I)中，公開了一種如下的技術(shù)，即，在使用共振方式而以非接觸的方式實(shí)施電力的輸送和接收的情況下，即使在電力的輸送側(cè)與接收側(cè)之間的距離接近并成為緊密耦合狀態(tài)的情況下，也能夠較高地維持傳輸效率的技術(shù)。
[0004]在該文獻(xiàn)所公開的非接觸送電裝置中，將來自交流電源的交流電力向共振元件供給，由此使共振元件產(chǎn)生磁場，并通過共振而向成為對(duì)象方的受電裝置供給交流電力，在該結(jié)構(gòu)中，在交流電源與共振元件之間設(shè)置有自動(dòng)整合器。自動(dòng)整合器根據(jù)與交流電力的供給對(duì)象的受電裝置之間的耦合系數(shù)，而對(duì)共振元件的阻抗進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0005]在先技術(shù)文獻(xiàn)
[0006]專利文獻(xiàn)
[0007]專利文獻(xiàn)1:日本特開2011-50140號(hào)公報(bào)
[0008]專利文獻(xiàn)2:日本特開2010-141976號(hào)公報(bào)
[0009]專利文獻(xiàn)3:日本特開2010-193598號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]發(fā)明所要解決的課題
[0011]根據(jù)上述的日本特開2011-50140號(hào)公報(bào)所公開的設(shè)計(jì)方法，以能夠在送電裝置與受電裝置之間的位置關(guān)系達(dá)到剛剛好的狀態(tài)時(shí)以最大效率進(jìn)行送電的方式設(shè)計(jì)共振線圈。而且，當(dāng)位置關(guān)系發(fā)生了偏移時(shí)，例如在距離過近而成為緊密耦合狀態(tài)時(shí)，通過自動(dòng)整合器來對(duì)阻抗進(jìn)行調(diào)節(jié)從而改善傳輸效率。
[0012]雖然這種設(shè)計(jì)方法在便攜式設(shè)備等重量較小且位置對(duì)齊較為容易的非接觸受電裝置中為優(yōu)選，但由于在應(yīng)用于送電受電部的位置對(duì)齊并不容易的車輛等的情況下需要容許一定的位置偏移，因此能夠以最大效率進(jìn)行送電的機(jī)會(huì)較少。
[0013]因此需要將系統(tǒng)構(gòu)筑為，在某種程度上容許位置偏移并且即使發(fā)生了位置偏移效率也不會(huì)降低。
[0014]本發(fā)明的目的在于，提供一種即使送電裝置與受電裝置發(fā)生了位置偏移效率也不易降低的非接觸受電裝置、非接觸送電裝置以及非接觸送電受電系統(tǒng)。
[0015]用于解決課題的方法[0016]簡而言之，本發(fā)明為，用于以非接觸的方式接收從送電裝置傳輸?shù)碾娏Φ姆墙佑|受電裝置。送電裝置包括:送電部；電源部，其向送電部供給交流電力。非接觸受電裝置具有:受電部，其以非接觸的方式從送電部接收電力；電氣負(fù)載裝置，其使用由受電部所接收的電力。受電部被構(gòu)成為，在受電部被配置成與送電部間的位置發(fā)生了偏移的狀態(tài)的情況下，在非接觸電力傳輸中所使用的電源部的電源頻率下的傳輸效率達(dá)到最佳。
[0017]優(yōu)選為，受電部被構(gòu)成為，在受電部的中心軸與送電部的中心軸的水平方向上的位置被配置成發(fā)生了偏移的狀態(tài)的情況下，使變更了送電頻率時(shí)的傳輸效率呈現(xiàn)出峰值的峰值頻率與電源頻率一致。
[0018]更優(yōu)選為，受電部被構(gòu)成為，在受電部的中心軸與送電部的中心軸的水平方向上的位置被配置成一致的狀態(tài)的情況下，至少在高于電源頻率的第一頻率以及低于電源頻率的第二頻率這兩處具有與電源頻率下的傳輸效率相比傳輸效率增高的峰值。
[0019]進(jìn)一步優(yōu)選為，非接觸受電裝置還具備:整合器，其被設(shè)置在受電部與電氣負(fù)載裝置之間，并用于對(duì)非接觸受電裝置的阻抗進(jìn)行調(diào)節(jié)；控制裝置，其在受電部的中心軸與送電部的中心軸的水平方向上的位置被配置成一致的狀態(tài)的情況下，通過整合器而對(duì)非接觸受電裝置的阻抗進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0020]進(jìn)一步優(yōu)選為，非接觸手電裝置還具備:整合器，其被設(shè)置在受電部與電氣負(fù)載裝置之間，并用于對(duì)非接觸受電裝置的阻抗進(jìn)行調(diào)節(jié)；控制裝置，其在受電部的中心軸與送電部的中心軸的水平方向上的位置被配置成發(fā)生了偏移的狀態(tài)的情況下，通過整合器而對(duì)非接觸受電裝置的阻抗進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0021 ] 優(yōu)選為，受電部被構(gòu)成為，在受電部的中心軸與送電部的中心軸的水平方向上的位置被配置成一致的狀態(tài)的情況下，至少在高于電源頻率的第一頻率以及低于電源頻率的第二頻率這兩處具有與電源頻率下的傳輸效率相比傳輸效率增高的峰值。
[0022]優(yōu)選為，非接觸受電裝置還具備:整合器，其被設(shè)置在受電部與電氣負(fù)載裝置之間，并用于對(duì)非接觸受電裝置的阻抗進(jìn)行調(diào)節(jié)；控制裝置，其在受電部的中心軸與送電部的中心軸的水平方向上的位置被配置成一致的狀態(tài)的情況下，通過整合器而對(duì)非接觸受電裝置的阻抗進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0023]優(yōu)選為，非接觸受電裝置還具備:整合器，其被設(shè)置在受電部與電氣負(fù)載裝置之間，并用于對(duì)非接觸受電裝置的阻抗進(jìn)行調(diào)節(jié)；控制裝置，其在受電部的中心軸與送電部的中心軸的水平方向上的位置被配置成發(fā)生了偏移的狀態(tài)的情況下，通過整合器而對(duì)非接觸受電裝置的阻抗進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0024]優(yōu)選為，受電部被構(gòu)成為，與送電部間的固有頻率之差在±10%以內(nèi)。
[0025]更優(yōu)選為，受電部與送電部的耦合系數(shù)在0.1以下。
[0026]更優(yōu)選為，送電部通過磁場和電場中的至少一方而向受電部輸送電力，所述磁場被形成于受電部與送電部之間，并且以特定的頻率進(jìn)行振動(dòng)，所述電場被形成于受電部與送電部之間，并且以特定的頻率進(jìn)行振動(dòng)。
[0027]本發(fā)明在另一方式中，為用于以非接觸的方式向受電裝置輸送電力的非接觸送電裝置。受電裝置包括:受電部；電氣負(fù)載裝置，其從受電部接收電力。非接觸送電裝置包括:送電部，其以非接觸的方式向受電部輸送電力；電源部，其向送電部供給交流電力。送電部被構(gòu)成為，在受電部被配置為與送電部間的位置發(fā)生了偏移的狀態(tài)的情況下，在非接觸電力傳輸中所使用的電源部的電源頻率下的傳輸效率達(dá)到最佳。
[0028]優(yōu)選為，送電部被構(gòu)成為，在受電部的中心軸與送電部的中心軸的水平方向上的位置被配置成發(fā)生了偏移的狀態(tài)的情況下，使變更了送電頻率時(shí)的傳輸效率呈現(xiàn)出峰值的峰值頻率與電源頻率一致。
[0029]更優(yōu)選為，送電部被構(gòu)成為，在受電部的中心軸與送電部的中心軸的水平方向上的位置被配置成一致的狀態(tài)的情況下，至少在高于電源頻率的第一頻率以及低于電源頻率的第二頻率這兩處具有與電源頻率下的傳輸效率相比傳輸效率增高的峰值。
[0030]進(jìn)一步優(yōu)選為，非接觸送電裝置還具備:整合器，其被設(shè)置在送電部與電源部之間，并用于對(duì)非接觸送電裝置的阻抗進(jìn)行調(diào)節(jié)；控制裝置，其在受電部的中心軸與送電部的中心軸的水平方向上的位置被配置成一致的狀態(tài)的情況下，通過整合器而對(duì)非接觸送電裝置的阻抗進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0031]進(jìn)一步優(yōu)選為，非接觸送電裝置還具備:整合器，其被設(shè)置在送電部與電源部之間，并用于對(duì)非接觸送電裝置的阻抗進(jìn)行調(diào)節(jié)；控制裝置，其在受電部的中心軸與送電部的中心軸的水平方向上的位置被配置成發(fā)生了偏移的狀態(tài)的情況下，通過整合器而對(duì)非接觸送電裝置的阻抗進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0032]優(yōu)選為，送電部被構(gòu)成為，在受電部的中心軸與送電部的中心軸的水平方向上的位置被配置成一致的狀態(tài)的情況下，至少在高于電源頻率的第一頻率以及低于電源頻率的第二頻率這兩處具有與電源頻率下的傳輸效率相比傳輸效率增高的峰值。
[0033]優(yōu)選為，非接觸送電裝置還具有:整合器，其被設(shè)置在送電部與電源部之間，并用于對(duì)非接觸送電裝置的阻抗進(jìn)行調(diào)節(jié)；控制裝置，其在受電部的中心軸與送電部的中心軸的水平方向上的位置被配置成一致的狀態(tài)的情況下，通過整合器而對(duì)非接觸送電裝置的阻抗進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0034]優(yōu)選為，非接觸送電裝置還具備:整合器，其被設(shè)置在送電部與電源部之間，并用于對(duì)非接觸送電裝置的阻抗進(jìn)行調(diào)節(jié)；控制裝置，其在受電部的中心軸與送電部的中心軸的水平方向上的位置被配置成發(fā)生了偏移的狀態(tài)的情況下，通過整合器而對(duì)非接觸送電裝置的阻抗進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0035]優(yōu)選為，送電部被構(gòu)成為，與受電部間的固有頻率之差在±10%以內(nèi)。
[0036]更優(yōu)選為，受電部與送電部的耦合系數(shù)在0.1以下。
[0037]更優(yōu)選為，送電部通過磁場和電場中的至少一方而向受電部輸送電力，所述磁場被形成于受電部與送電部之間，并且以特定的頻率進(jìn)行振動(dòng)，所述電場被形成于受電部與送電部之間，并且以特定的頻率進(jìn)行振動(dòng)。
[0038]本發(fā)明在另一方式中，為非接觸送電受電系統(tǒng)，其具有非接觸送電裝置；非接觸受電裝置，其用于以非接觸的方式接收由非接觸送電裝置傳輸?shù)碾娏?。非接觸送電裝置包括:送電部；電源部，其向送電部供給交流電力。非接觸受電裝置包括:受電部，其固有頻率與送電部的固有頻率相同；電氣負(fù)載裝置，其使用由受電部所接收的電力。受電部被構(gòu)成為，在所述受電部被配置為與所述送電部間的位置發(fā)生了偏移的狀態(tài)的情況下，在非接觸電力傳輸中所使用的所述電源部的電源頻率下的傳輸效率達(dá)到最佳。
[0039]優(yōu)選為，受電部被構(gòu)成為，與送電部間的固有頻率之差在±10%以內(nèi)。
[0040]更優(yōu)選為，受電部與送電部的耦合系數(shù)在0.1以下。[0041]更優(yōu)選為，送電部通過磁場和電場中的至少一方而向受電部輸送電力，所述磁場被形成于受電部與送電部之間，并且以特定的頻率進(jìn)行振動(dòng)，所述電場被形成于受電部與送電部之間，并且以特定的頻率進(jìn)行振動(dòng)。
[0042]發(fā)明效果
[0043]根據(jù)本發(fā)明，即使送電裝置與受電裝置發(fā)生了某種程度的位置偏移，也能夠避免弓I起極端的效率降低的情況。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0044]圖1為本發(fā)明的實(shí)施方式的車輛用供電系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)圖。
[0045]圖2為用于對(duì)基于共鳴法的送電的原理進(jìn)行說明的圖。
[0046]圖3為表示距電流源(磁流源)的距離與電磁場的強(qiáng)度之間的關(guān)系的圖。
[0047]圖4為表不電力傳輸系統(tǒng)的模擬模型的圖。
[0048]圖5為表示送電裝置與受電裝置之間的固有頻率的偏移與效率之間的關(guān)系的圖。
[0049]圖6為圖1所示的電力送電受電系統(tǒng)10的詳細(xì)結(jié)構(gòu)圖。
[0050]圖7為用于對(duì)受電部110與送電部220之間的位置偏移進(jìn)行說明的圖。
[0051]圖8為用于對(duì)相對(duì)于實(shí)施方式的比較例的送電部或受電部的特性(未整合時(shí))進(jìn)行說明的圖。
[0052]圖9為用于對(duì)相對(duì)于實(shí)施方式的比較例的送電部或受電部的特性(整合時(shí))進(jìn)行說明的圖。
[0053]圖10為用于對(duì)受電部或送電部的線圈的位置關(guān)系和特性進(jìn)行說明的圖。
[0054]圖11為用于對(duì)本實(shí)施方式的送電部或受電部的特性(未整合時(shí))進(jìn)行說明的圖。
[0055]圖12為用于對(duì)本實(shí)施方式的送電部或受電部的特性(整合時(shí))進(jìn)行說明的圖。
[0056]圖13為表示用于對(duì)位置偏移進(jìn)行說明的共振線圈的第一配置例的圖。
[0057]圖14為表示用于對(duì)位置偏移進(jìn)行說明的共振線圈的第二配置例的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0058]以下，參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。此外，對(duì)于圖中相同或者相當(dāng)?shù)牟糠謽?biāo)注相同的附圖標(biāo)記并且不重復(fù)其說明。
[0059]圖1為，本發(fā)明的實(shí)施方式的電力送電受電系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)圖。
[0060]參照?qǐng)D1，電力送電受電系統(tǒng)10包括車輛100和送電裝置200。車輛100包括受電部110和通信部160。
[0061]受電部110被設(shè)置在車身底面上，并被構(gòu)成為，以非接觸的方式接收從送電裝置200的送電部220送出的電力。詳細(xì)而言，受電部110包括在后文中進(jìn)行說明的自諧振線圈(也稱作共振線圈)，并通過電磁場而與送電部220中所包含的自諧振線圈進(jìn)行共振，由此以非接觸的方式從送電部220受電。通信部160為，用于在車輛100與送電裝置200之間實(shí)施通信的通信接口。
[0062]送電裝置200包括高頻電源裝置210、送電部220、通信部230。高頻電源裝置210將例如經(jīng)由連接器212而被供給的工業(yè)交流電力轉(zhuǎn)換成高頻的電力并向送電部220輸出。
[0063]送電部220例如設(shè)置在停車場的地面上，并被構(gòu)成為，將從高頻電源裝置210供給的高頻電力以非接觸的方式向車輛100的受電部110送出。詳細(xì)而言，送電部220包括自諧振線圈，并通過該自諧振線圈經(jīng)由電磁場而與受電部110中所包含的自諧振線圈進(jìn)行共振，由此以非接觸的方式向受電部110送電。通信部230為，用于在送電裝置200與車輛100之間實(shí)施通信的通信接口。
[0064]在此，當(dāng)從送電裝置200向車輛100送電時(shí)，需要將車輛100向送電裝置200進(jìn)行引導(dǎo)并實(shí)施車輛100的受電部110與送電裝置200的送電部220的位置對(duì)齊。即，車輛100的位置對(duì)齊并不容易。對(duì)于便攜式設(shè)備而言，用戶可以以手持的方式而容易地進(jìn)行將便攜式設(shè)備放置于充電器等供電單元的適當(dāng)位置處的操作。但是，對(duì)于車輛而言，用戶需要對(duì)車輛進(jìn)行操作以使車輛停止在適當(dāng)?shù)奈恢锰?，并不能以手持的方式?duì)位置進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0065]因此，優(yōu)選為，從送電裝置200向車輛100的供電采用對(duì)于位置偏移的容許度較大的方式。在電磁感應(yīng)方式中，送信距離為短距離從而可以說對(duì)于位置偏移的容許度也較小。當(dāng)向車輛的供電欲采用電磁感應(yīng)方式時(shí)，將存在如下的可能性，即，在停車時(shí)需要駕駛員的精度較高的駕駛技術(shù)，或者需要將高精度的車輛引導(dǎo)裝置搭載于車輛，或者需要使線圈位置發(fā)生移動(dòng)的可動(dòng)部以便在不正確的停車位置的情況下也能夠應(yīng)對(duì)。
[0066]在基于電磁場的共振方式中，即使在送信距離為數(shù)m的情況下也能夠輸送比較大的電力，可以說一般情況下對(duì)于位置偏移的容許度與電磁感應(yīng)方式相比也較大。因此，在該實(shí)施方式的電力送電受電系統(tǒng)10中，使用共振法來實(shí)施從送電裝置200向車輛100的供電。
[0067]另外，在本實(shí)施方式所涉及的電力送電受電系統(tǒng)中，送電部的固有頻率、受電部的固有頻率被設(shè)為相同的固有頻率。
[0068]“送電部的固有頻率”是指，包括送電部的線圈以及電容器在內(nèi)的電路進(jìn)行自由振動(dòng)的情況下的振動(dòng)頻率。此外，“送電部的諧振頻率”是指，在包括送電部的線圈以及電容器在內(nèi)的電路中將制動(dòng)力或者電阻設(shè)為零時(shí)的固有頻率。
[0069]同樣，“受電部的固有頻率”是指，包括受電部的線圈以及電容器在內(nèi)的電路進(jìn)行自由振動(dòng)的情況下的振動(dòng)頻率。另外，“受電部的諧振頻率”是指，在包括受電部的線圈以及電容器在內(nèi)的電路中將制動(dòng)力或者電阻設(shè)為零時(shí)的固有頻率。
[0070]在本說明書中，“相同的固有頻率”不僅包括完全相同的情況，還包括固有頻率實(shí)質(zhì)相同的情況?！肮逃蓄l率實(shí)質(zhì)相同”是指，送電部的固有頻率與受電部的固有頻率之差在送電部的固有頻率或者受電部的固有頻率的10%以
[0071]內(nèi)的情況。
[0072]圖2為，用于對(duì)基于共振法的送電的原理進(jìn)行說明的圖。
[0073]參照?qǐng)D2，在該共振法中，與兩個(gè)音叉進(jìn)行共振的情況相同，通過具有相同的固有振動(dòng)數(shù)的兩個(gè)LC諧振線圈在電磁場(近場)中進(jìn)行共振，從而從一個(gè)線圈通過電磁場而向另一個(gè)線圈傳輸電力。
[0074]具體而言，將一次線圈320與高頻電源310連接，并向通過電磁感應(yīng)而與一次線圈320磁耦合的一次自諧振線圈330供給高頻電力。一次自諧振線圈330為，由線圈自身的電感和寄生電容而形成的LC諧振器，并通過電磁場(近場)而與具有和一次自諧振線圈330相同的諧振頻率的二次自諧振線圈340進(jìn)行共振。如此，能量(電力)通過電磁場而從一次自諧振線圈330向二次自諧振線圈340轉(zhuǎn)移。轉(zhuǎn)移到二次自諧振線圈340的能量(電力)被通過電磁感應(yīng)而與二次自諧振線圈340磁耦合的二次線圈350獲取，并向負(fù)載360供給。另外，基于共振法的送電在表示一次自諧振線圈330與二次自諧振線圈340的共振強(qiáng)度的Q值例如大于100時(shí)被實(shí)現(xiàn)。
[0075]另外，在本實(shí)施方式所涉及的電力送電受電系統(tǒng)中，通過利用電磁場而使送電部與受電部進(jìn)行共振(諧振)從而從送電部向受電部輸送電力，送電部與受電部的耦合系數(shù)(κ)在0.1以下。另外，通常在利用了電磁感應(yīng)的電力傳輸中，送電部與受電部的耦合系數(shù)(κ)為接近1.0的值。
[0076]另外，關(guān)于與圖1的對(duì)應(yīng)關(guān)系，二次自諧振線圈340以及二次線圈350對(duì)應(yīng)于與圖1的受電部110，一次線圈320以及一次自諧振線圈330對(duì)應(yīng)于圖1的送電部220。
[0077]圖3為，表示距電流源(磁流源)的距離與電磁場的強(qiáng)度之間的關(guān)系圖。
[0078]參照?qǐng)D3，電磁場包括三個(gè)成分。曲線kl為，與距波源的距離成反比的成分，被稱為“輻射電磁場”。曲線k2為，與距波源的距離的平方成反比的成分，被稱為“感應(yīng)電磁場”。另外，曲線k3為，與距波源的距離的立方成反比的成分，被稱為“靜電磁場”。
[0079]其中雖然存在電磁波的強(qiáng)度隨著距波源的距離而急劇減少的區(qū)域，但在共振法中，利用該近場(漸逝場)來實(shí)施能量(電力)的傳輸。即，通過利用近場而使具有相同的固有振動(dòng)數(shù)的一對(duì)共振器(例如一對(duì)LC諧振線圈)進(jìn)行共振，從而從一個(gè)共振器(一次自諧振線圈)向另一個(gè)共振器(二次自諧振線圈)傳輸能量(電力)。由于該近場不會(huì)向遠(yuǎn)方傳播能量(電力)，因此與通過能夠傳播能量至遠(yuǎn)方的“輻射電磁場”來傳輸能量(電力)的電磁波相比，共振法 能夠以較少的能量損失來進(jìn)行送電。
[0080]使用圖4以及圖5，對(duì)分析了固有頻率之差與電力傳輸效率之間的關(guān)系的模擬結(jié)果進(jìn)行說明。圖4為，表示電力傳輸系統(tǒng)的模擬模型的圖。另外，圖5為，表示送電部以及受電部的固有頻率的偏移與電力傳輸效率之間的關(guān)系的圖。
[0081]參照?qǐng)D4，電力傳輸系統(tǒng)89包括送電部90和受電部91。送電部90包括第一線圈92和第二線圈93。第二線圈93包括諧振線圈94和與諧振線圈94相連接的電容器95。受電部91包括第三線圈96和第四線圈97。第三線圈96包括諧振線圈99和與該諧振線圈99相連接的電容器98。
[0082]將諧振線圈94的電感設(shè)為電感Lt，并將電容器95的電容設(shè)為電容Cl。另外，將諧振線圈99的電感設(shè)為電感Lr，并將電容器98的電容設(shè)為電容C2。當(dāng)以這種方式設(shè)定各個(gè)參數(shù)時(shí)，第二線圈93的固有頻率fl由下式(I)表示，第三線圈96的固有頻率f2由下式
(2)表示。
[0083]Π = I/{2 π (Lt X Cl)1/2}…(I)
[0084]f2 = I/{2 π (Lr X C2)1/2}…(2)
[0085]在此，在圖5中圖示了在將電感Lr以及電容Cl、C2固定而僅使電感Lt發(fā)生變化的情況下，第二線圈93以及第三線圈96的固有頻率的偏移與電力傳輸效率之間的關(guān)系。此外，在該模擬中，諧振線圈94以及諧振線圈99的相對(duì)位置關(guān)系被固定，而且被供給至第二線圈93的電流的頻率為恒定。
[0086]在圖5所示的曲線圖中，橫軸表示固有頻率的偏移(％ ),縱軸表示恒定頻率下的電力傳輸效率(％ ) O固有頻率的偏移(％ )由下式⑶表不。
[0087](固有頻率的偏移)={(fl- f2)/f2} X100(% )...(3)[0088]由圖5可知，當(dāng)固有頻率的偏移(％ )為0%的情況下，電力傳輸效率接近100%。當(dāng)固有頻率的偏移(％)為±5%的情況下，電力傳輸效率為40%左右。當(dāng)固有頻率的偏移(%)為±10%的情況下，電力傳輸效率為10%左右。當(dāng)固有頻率的偏移(％)為±15%的情況下，電力傳輸效率為5%左右。即，可知通過以使固有頻率的偏移(％)的絕對(duì)值(固有頻率之差)處于第三線圈96的固有頻率的10%以下的范圍內(nèi)的方式來設(shè)定第二線圈93以及第三線圈96的固有頻率，從而能夠?qū)㈦娏鬏斝侍嵘翆?shí)用的程度。并且，由于當(dāng)以使固有頻率的偏移(％)的絕對(duì)值處于第三線圈96的固有頻率的5%以下的方式來設(shè)定第二線圈93以及第三線圈96的固有頻率時(shí)，能夠進(jìn)一步提高電力傳輸效率，因此更為優(yōu)選。另外，作為模擬軟件，采用了電磁場分析軟件(JMAG (注冊商標(biāo)):株式會(huì)社JSOL造)。
[0089]圖6為，圖1所示的電力送電受電系統(tǒng)10的詳細(xì)結(jié)構(gòu)圖。參照?qǐng)D6，車輛100除了受電部110以及通信部160之外，還包括:整合器120、整流器180、充電繼電器(CHR) 170、蓄電裝置190、系統(tǒng)主繼電器(SMR) 115、動(dòng)力控制單元PCU(Power Control Unit) 120、電動(dòng)發(fā)電機(jī)130、動(dòng)力傳遞齒輪140、驅(qū)動(dòng)輪150、作為控制裝置的車輛ECU (Electronic ControlUnit) 300、電流傳感器171、和電壓傳感器172。受電部110包括二次自諧振線圈111、電容器112、二次線圈113。
[0090]另外，雖然在本實(shí)施方式中，作為車輛100以電動(dòng)汽車為例而進(jìn)行了說明，但只要是能夠使用蓄積在蓄電裝置中的電力而行駛的車輛，則車輛100的結(jié)構(gòu)并不限定于此。作為車輛100的其他示例，還包括搭載有發(fā)動(dòng)機(jī)的混合動(dòng)力車、搭載有燃料電池的燃料電池
本坐
寸O
[0091]二次自諧振線圈111利用電磁場并通過電磁共振而從送電裝置200中所包含的一次自諧振線圈221受電。
[0092]對(duì)于該二次自諧振線圈111，根據(jù)距送電裝置200的一次自諧振線圈221的距離、一次自諧振線圈221以及二次自諧振線圈111的共振頻率等，以表示一次自諧振線圈221和二次自諧振線圈111的共振強(qiáng)度的Q值變大(例如，Q > 100)，表示它們的耦合度的耦合系數(shù)(K)等變小(例如0.1以下)的方式，適當(dāng)?shù)卦O(shè)定二次自諧振線圈111的匝數(shù)、線圈間距離。
[0093]電容器112連接于二次自諧振線圈111的兩端，并與二次自諧振線圈111 一起形成LC諧振電路。電容器112的電容根據(jù)二次自諧振線圈111所具有的電感，以成為預(yù)定的共振頻率的方式而被適當(dāng)?shù)卦O(shè)定。另外，在通過二次自諧振線圈111自身所具有的寄生電容而獲得所預(yù)期的諧振頻率的情況下，有時(shí)會(huì)省略電容器112。
[0094]二次線圈113以與二次自諧振線圈111同軸的方式而設(shè)置，并能夠通過電磁感應(yīng)而與二次自諧振線圈111磁稱合。該二次線圈113通過電磁感應(yīng)而獲取由二次自諧振線圈111接收的電力，并經(jīng)由整合器120而向整流器180輸出。
[0095]整合器120包括線圈121、可變電容器122、123。另外，整合器120通過對(duì)可變電容器122、123進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而能夠?qū)κ茈娧b置的阻抗進(jìn)行調(diào)節(jié)。當(dāng)將可變電容器122、123設(shè)為預(yù)定的狀態(tài)時(shí)，也可以將受電裝置的阻抗設(shè)定為沒有整合器120的狀態(tài)、即未插入整合器120的情況下的阻抗。
[0096]整流器180對(duì)從二次線圈113接收的交流電力進(jìn)行整流，并將該整流后的直流電力經(jīng)由CHR170而向蓄電裝置190輸出。作為整流器180，例如可以采用包括二極管電橋以及平滑用的電容器(均未圖示)的結(jié)構(gòu)。作為整流器180，雖然也可以使用利用開關(guān)控制來實(shí)施整流的、所謂的開關(guān)調(diào)節(jié)器，但整流器180有時(shí)也會(huì)被包含在受電部110中，為了防止伴隨于產(chǎn)生的電磁場而引起的開關(guān)元件的誤動(dòng)作等，更優(yōu)選為采用二極管電橋這種靜止型的整流器。
[0097]另外，雖然在本實(shí)施方式中，采用由整流器180整流后的直流電力被直接向蓄電裝置190輸出的結(jié)構(gòu)，但也可以采用如下方式，即，在整流后的直流電壓與蓄電裝置190所能夠容許的充電電壓不同的情況下，在整流器180與蓄電裝置190之間設(shè)置用于進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換的DC/DC轉(zhuǎn)換器(未圖示)。
[0098]電壓傳感器172被設(shè)置于連結(jié)整流器180與蓄電裝置190的電力線對(duì)之間。電壓傳感器172對(duì)整流器180的二次側(cè)的直流電壓、即從送電裝置200接收的受電電壓進(jìn)行檢測，并將該檢測值VC向車輛ECU300輸出。
[0099]電流傳感器171被設(shè)置于連結(jié)整流器180與蓄電裝置190的電力線上。電流傳感器171對(duì)向蓄電裝置190的充電電流進(jìn)行檢測，并將該檢測值IC向車輛ECU300輸出。
[0100]CHRl70與整流器180和蓄電裝置190電連接。CHR170根據(jù)來自車輛E⑶300的控制信號(hào)SE2而被控制，并對(duì)從整流器180向蓄電裝置190的電力的供給和切斷進(jìn)行切換。[0101 ] 蓄電裝置190為，被構(gòu)成為能夠進(jìn)行充放電的電力存儲(chǔ)元件。蓄電裝置190被構(gòu)成為，包括例如鋰離子電池、鎳氫電池或鉛蓄電池等二次電池、雙電層電容器等的蓄電元件。
[0102]蓄電裝置190經(jīng)由CHR170而與整流器180相連接。蓄電裝置190蓄積由受電部110接收并由整流器180整流后的電力。另外，蓄電裝置190還經(jīng)由SMR115而與P⑶120相連接。蓄電裝置190向P⑶120供給用于產(chǎn)生車輛驅(qū)動(dòng)力的電力。并且，蓄電裝置190蓄積由電動(dòng)發(fā)電機(jī)130發(fā)電的電力。蓄電裝置190的輸出例如為200V左右。
[0103]雖然均未圖示，但在蓄電裝置190中設(shè)置有用于對(duì)蓄電裝置190的電壓VB以及輸入輸出的電流IB進(jìn)行檢測的電壓傳感器以及電流傳感器。這些檢測值被輸出至車輛ECU300。車輛ECU300根據(jù)該電壓VB以及電流IB，而對(duì)蓄電裝置190的充電狀態(tài)(被稱作“SOC(State Of Charge)”)進(jìn)行運(yùn)算。
[0104]SMR115介于連結(jié)蓄電裝置190和K:U120的電力線之間。而且，SMR115通過來自車輛E⑶300的控制信號(hào)SEl而被控制，并對(duì)蓄電裝置190與P⑶120之間的電力的供給和切斷進(jìn)行切換。
[0105]雖然均未圖示，但P⑶120包括轉(zhuǎn)換器、逆變器。轉(zhuǎn)換器通過來自車輛E⑶300的控制信號(hào)PWC而被控制，并對(duì)來自蓄電裝置190的電壓進(jìn)行轉(zhuǎn)換。逆變器通過來自車輛ECU300的控制信號(hào)PWI而被控制,并使用由轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后的電力而對(duì)電動(dòng)發(fā)電機(jī)130進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。
[0106]電動(dòng)發(fā)電機(jī)130為交流旋轉(zhuǎn)電機(jī),例如，為具備埋設(shè)有永久磁鐵的轉(zhuǎn)子的永久磁鐵型同步電動(dòng)機(jī)。
[0107]電動(dòng)發(fā)電機(jī)130的輸出轉(zhuǎn)矩經(jīng)由動(dòng)力傳遞齒輪140而被傳遞至驅(qū)動(dòng)輪150，從而使車輛100行駛。電動(dòng)發(fā)電機(jī)130能夠在車輛100的再生制動(dòng)動(dòng)作時(shí)通過驅(qū)動(dòng)輪150的旋轉(zhuǎn)力來進(jìn)行發(fā)電。而且，該發(fā)電電力通過PCU120而被轉(zhuǎn)換成蓄電裝置190的充電電力。
[0108]另外，在除了電動(dòng)發(fā)電機(jī)130之外還搭載有發(fā)動(dòng)機(jī)(未圖示)的混合動(dòng)力汽車中，通過使該發(fā)動(dòng)機(jī)以及電動(dòng)發(fā)電機(jī)130協(xié)同工作，從而產(chǎn)生所需的車輛驅(qū)動(dòng)力。在這種情況下，也能夠使用由發(fā)動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的發(fā)電電力，而對(duì)蓄電裝置190進(jìn)行充電。[0109]如上所述，通信部160為，用于在車輛100與送電裝置200之間實(shí)施無線通信的通信接口。通信部160將來自車輛E⑶300的、關(guān)于蓄電裝置190的包括SOC在內(nèi)的蓄電池信息INFO向送電裝置200輸出。另外，通信部160將指示來自送電裝置200的送電的開始以及停止的信號(hào)STRT、STP向送電裝置200輸出。
[0110]車輛ECU300包括在圖1中均未圖示的CPU (Central Processing Unit)、存儲(chǔ)裝置以及輸入輸出緩沖器，并實(shí)施對(duì)來自各個(gè)傳感器等的信號(hào)的輸入及向各個(gè)設(shè)備的控制信號(hào)的輸出，并且實(shí)施對(duì)車輛100以及各個(gè)設(shè)備的控制。此外，關(guān)于這些控制，并不限定于通過軟件實(shí)施的處理，也能夠通過專用的硬件(電子電路)來進(jìn)行處理。
[0111]當(dāng)車輛ECU300接收到由用戶的操作等而產(chǎn)生的充電開始信號(hào)TRG時(shí)，根據(jù)預(yù)定的條件的成立的情況，而將指示送電的開始的信號(hào)STRT經(jīng)由通信部160而向送電裝置200輸出。另外，車輛ECU300根據(jù)蓄電裝置190成為充滿電的情況、或由用戶實(shí)施的操作等，而將指示送電的停止的信號(hào)STP經(jīng)由通信部160而向送電裝置200輸出。
[0112]送電裝置200包括電源裝置210、送電部220。電源裝置210除了通信部230之夕卜，還包括作為控制裝置的送電E⑶240、電源部250、整合器260。另外，送電部220包括一次自諧振線圈221、電容器222、一次線圈223。
[0113]電源部250通過來自送電E⑶240的控制信號(hào)MOD而被控制，并將從工業(yè)電源等交流電源接收到的電力轉(zhuǎn)換為高頻的電力。而且，電源部250將該轉(zhuǎn)換后的高頻電力經(jīng)由整合器260而向一次線圈223供給。
[0114]整合器260為，用于使送電裝置200與車輛100之間的阻抗匹配的電路。整合器260被構(gòu)成為，包括感應(yīng)器261和可變電容器262、263。整合器260通過由送電E⑶240根據(jù)從車輛100發(fā)送的蓄電池信息INFO所提供的控制信號(hào)ADJ而被控制，并對(duì)可變電容器以及可變感應(yīng)器進(jìn)行調(diào)節(jié)，以使送電裝置200的阻抗與車輛100側(cè)的阻抗一致。另外，整合器260將表示阻抗調(diào)節(jié)完成的信號(hào)COMP向送電E⑶240輸出。
[0115]此外，雖然在圖6中，在送電側(cè)設(shè)置整合器260，并在受電側(cè)設(shè)置整合器120，但也可以采用將整合器僅設(shè)置于送電側(cè)或者受電側(cè)中的任意一方的結(jié)構(gòu)。
[0116]一次自諧振線圈221通過電磁共振而向車輛100的受電部110中所包含的二次自諧振線圈111傳輸電力。
[0117]對(duì)于一次自諧振線圈221而言，根據(jù)與車輛100的二次自諧振線圈111間的距離、一次自諧振線圈221以及二次自諧振線圈111的共振頻率等，以表示一次自諧振線圈221與二次自諧振線圈111的共振強(qiáng)度的Q值變大(例如，Q > 100)，表示它們的耦合度的K等變小(例如0.1以下)的方式，適當(dāng)?shù)卦O(shè)定該一次自諧振線圈221的匝數(shù)及線圈間距離。
[0118]電容器222被連接于一次自諧振線圈221的兩端，并與一次自諧振線圈221 —起形成LC諧振電路。電容器222的容量根據(jù)一次自諧振線圈221所具有的電感，以成為預(yù)定的共振頻率的方式而被適當(dāng)設(shè)定。另外，在通過一次自諧振線圈221自身所具有的寄生電容而獲得預(yù)期的諧振頻率的情況下，有時(shí)會(huì)省略電容器222。
[0119]一次線圈223以與一次自諧振線圈221同軸的方式而設(shè)置，并能夠通過電磁感應(yīng)而與一次自諧振線圈221磁耦合。一次線圈223通過電磁感應(yīng)而將經(jīng)由整合器260供給的高頻電力向一次自諧振線圈221傳遞。
[0120]如上所述，通信部230為，用于在送電裝置200與車輛100之間實(shí)施無線通信的通信接口。通信部230接收從車輛100側(cè)的通信部160發(fā)出的蓄電池信息INFO、以及指示送電的開始以及停止的信號(hào)STRT、STP，并將這些信息向送電E⑶240輸出。另外，通信部230從送電E⑶240接收來自整合器260的表示阻抗調(diào)節(jié)完成的信號(hào)C0MP，并將該信號(hào)COMP向車輛100側(cè)輸出。
[0121]送電E⑶240包括在圖1中均未圖示的CPU、存儲(chǔ)裝置以及輸入輸出緩沖器，并實(shí)施對(duì)來自各個(gè)傳感器等的信號(hào)的輸入及向各個(gè)設(shè)備的控制信號(hào)的輸出，并且實(shí)施對(duì)電源裝置210中的各個(gè)設(shè)備的控制。另外，關(guān)于這些控制，并不限定于由軟件實(shí)施的處理，也能夠通過專用的硬件(電子電路)來進(jìn)行處理。
[0122]另外，關(guān)于從送電裝置200向車輛100的電力傳輸，在圖4、5中所說明的關(guān)于送電部90以及受電部91的關(guān)系成立。在圖6的電力傳輸系統(tǒng)中，送電部220的固有頻率與受電部110的固有頻率之差在送電部220的固有頻率或受電部110的固有頻率的±10%以下。通過將送電部220以及受電部110的固有頻率設(shè)定在這種范圍內(nèi)，從而能夠提高電力傳輸效率。另一方面，當(dāng)上述的固有頻率之差大于±10%時(shí)，電力傳輸效率將變得小于10%，從而產(chǎn)生電力傳輸時(shí)間變長等弊端。
[0123]另外，送電部220 (受電部110)的固有頻率是指，構(gòu)成送電部220 (受電部110)的電路(諧振電路)進(jìn)行自由振動(dòng)時(shí)的振動(dòng)頻率。另外，在構(gòu)成送電部220 (受電部110)的電路(諧振電路)中，將制動(dòng)力或電阻設(shè)為零時(shí)的固有頻率被稱為送電部220(受電部110)的諧振頻率。
[0124]送電部220以及受電部110通過磁場和電場中的至少一方，以非接觸的方式輸送接收電力，所述磁場被形成在送電部220與受電部110之間，并且以特定的頻率進(jìn)行振動(dòng)，所述電場被形成在送電部220與受電部110之間，并且以特定的頻率進(jìn)行振動(dòng)。送電部220與受電部110的耦合系數(shù)K在0.1以下，通過利用電磁場而使送電部220和受電部110進(jìn)行諧振(共振)，從而從送電部220向受電部110傳輸電力。
[0125]圖7為，用于對(duì)受電部110與送電部220之間的位置偏移進(jìn)行說明的圖。
[0126]參照?qǐng)D7，受電部110與送電部220之間的水平位置偏移距離Dl為，受電部110的水平中心與送電部220的水平中心之間的水平距離。但是，當(dāng)以水平位置偏移距離Dl為零作為前提來設(shè)計(jì)送電部、受電部時(shí)，在發(fā)生了水平位置偏移的情況下效率的降低將會(huì)增大。實(shí)際上，與以水平位置偏移距離Dl為零的方式停車相比，被停靠為水平位置偏移距離Dl不為零的狀態(tài)的可能性更高。
[0127]另外，受電部110與送電部220之間的垂直距離Hl也會(huì)因乘客的有無、貨物裝載量、輪胎氣壓等而發(fā)生變動(dòng)。因此，當(dāng)將垂直距離Hl設(shè)為固定并以與該固定距離完全一致的方式來設(shè)計(jì)送電部及受電部時(shí)，在產(chǎn)生了垂直位置偏移的情況下效率降的低將會(huì)增大。
[0128]因此，在本實(shí)施方式中，以存在位置偏移的情況為前提來實(shí)施送電部及受電部的設(shè)計(jì)。
[0129]圖8為，用于對(duì)相對(duì)于實(shí)施方式的比較例的送電部或受電部的特性(未整合時(shí))進(jìn)行說明的圖。
[0130]圖9為，用于對(duì)相對(duì)于實(shí)施方式的比較例的送電部或受電部的特性(整合時(shí))進(jìn)行說明的圖。
[0131]參照?qǐng)D8、圖9，為了使送電部與受電部之間的傳輸效率最大化，比較例的共振型非接觸送電受電系統(tǒng)中的共振線圈被設(shè)計(jì)成，在無位置偏移的正對(duì)狀態(tài)時(shí)傳輸效率峰值與電源頻率f0 —致，且峰值頻率為一個(gè)。
[0132]在圖8中，與位置偏移Omm(無位置偏移)的狀態(tài)下的特性曲線Wl相比，在位置偏移150mm的狀態(tài)下的特性曲線W2中，在電源頻率f0處的傳輸效率將從E2降低至El。
[0133]因此，如圖9所示，當(dāng)通過整合器來實(shí)施阻抗的匹配時(shí)，位置偏移150mm的特性曲線W2如特性曲線W4那樣發(fā)生變化，從而在電源頻率f0處的傳輸效率從El被改善為E3。但是，即使在進(jìn)行了改善的情況下，也無法改善至與無位置偏移的狀態(tài)下的傳輸效率E2 —致的程度，將位置偏移容許至正負(fù)150mm的情況下的傳輸效率保證值最大為傳輸效率E3。
[0134]圖10為，用于對(duì)受電部或送電部的線圈的位置關(guān)系和特性進(jìn)行說明的圖。此外，為了便于與圖7相對(duì)應(yīng)，圖10中也圖示了水平位置偏移距離D1、垂直距離H1。
[0135]參照?qǐng)D10，送電部被構(gòu)成為，包括共振線圈(一次自諧振線圈221)和感應(yīng)線圈(一次線圈223)。受電部被構(gòu)成為，包括共振線圈(二次自諧振線圈111)和感應(yīng)線圈(二次線圈113)。
[0136]當(dāng)以使共振線圈(一次自諧振線圈221)與感應(yīng)線圈(一次線圈223)之間的距離X1、或共振線圈(二次自諧振線圈111)與感應(yīng)線圈(二次線圈113)之間的距離X2變大的方式來設(shè)計(jì)送電部或者受電部時(shí)，送電部與受電部將形成緊密耦合，并且傳輸效率將呈現(xiàn)出兩個(gè)峰值。另外，由于在距離D變遠(yuǎn)的情況下，送電部與受電部的耦合將轉(zhuǎn)變?yōu)槭杷神詈?，因此以使共振線圈(一次自諧振線圈221)與感應(yīng)線圈(一次線圈223)之間的距離X1、或共振線圈(二次自諧振線圈111)與感應(yīng)線圈(二次線圈113)之間的距離X2變遠(yuǎn)的方式進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0137]如此，以無論在將距離D設(shè)為何值時(shí)送電部與受電部都會(huì)成為恰好的耦合度的方式來設(shè)計(jì)送電部、受電部，對(duì)制造商較為重要。
[0138]圖11為，用于對(duì)本實(shí)施方式的送電部或受電部的特性(未整合時(shí))進(jìn)行說明的圖。
[0139]圖12為，用于對(duì)本實(shí)施方式的送電部或受電部的特性(整合時(shí))進(jìn)行說明的圖。
[0140]參照?qǐng)D11、圖12，為了在發(fā)生了位置偏移的前提下將送電部與受電部之間的傳輸效率最大化，比較例的共振型非接觸送電受電系統(tǒng)中的共振線圈被設(shè)計(jì)成，在位置偏移150mm的正對(duì)狀態(tài)時(shí)傳輸效率峰值與電源頻率f0 —致，如特性曲線W6所示，峰值頻率為一個(gè)。
[0141]在圖11中，與位置偏移150mm的狀態(tài)下的特性曲線W6相比，在位置偏移Omm(無位置偏移)的狀態(tài)下的特性曲線W5中，在電源頻率f0處的傳輸效率從E3降低至E4。特性曲線W5在低于電源頻率f0的頻率fL和高于電源頻率f0的頻率fH這兩個(gè)頻率處具有傳輸效率成為高于E4的E5的峰值。
[0142]對(duì)于以這種方式設(shè)計(jì)的送電部或受電部，當(dāng)如圖12所示那樣通過整合器來實(shí)施阻抗的匹配時(shí)，位置偏移0_的特性曲線W5如特性曲線W7所示那樣發(fā)生變化，從而在電源頻率f0處的傳輸效率將從E4被改善為E6。
[0143]如果以在位置偏移150mm的位置處實(shí)現(xiàn)傳輸效率保證值E3的方式來確定圖10所示的線圈間距離Xl或X2，則能夠通過在位置偏移小于150_的狀態(tài)下利用整合器來匹配阻抗，從而使傳輸效率高于E3。另外，對(duì)于圖7所示的垂直距離H1，只需以未搭乘有乘員的情況(垂直距離Hl變大的狀態(tài))為基準(zhǔn)，并以最大峰值為一個(gè)且其頻率與電源頻率一致的方式來確定線圈間距離Xl或X2即可。
[0144]另外，在本實(shí)施方式中，即使在感應(yīng)線圈或共振線圈使用相同的構(gòu)件的情況下，通過以對(duì)圖10所示的線圈間距離X1、X2進(jìn)行調(diào)節(jié)的方式來制作送電部或受電部，從而在設(shè)定為位置偏移150mm的狀態(tài)的情況下，也能夠比圖8、圖9的比較例提高數(shù)個(gè)百分比的傳輸效率。
[0145]通過以上述方式實(shí)施送電部、受電部的設(shè)計(jì)，從而能夠?qū)崿F(xiàn)將送電部或受電部的位置偏移的容許量設(shè)定得較大(例如，達(dá)到線圈直徑的1/2左右)的非接觸受電裝置、非接觸送電裝置以及非接觸送電受電系統(tǒng)。
[0146]如上所述，在本實(shí)施方式所涉及的電力送電受電系統(tǒng)中，通過利用電磁場而使送電部與受電部進(jìn)行共振，從而從送電部向受電部輸送電力。將這種電力傳輸中的送電部與受電部的耦合例如稱作“磁共振耦合”、“磁場共振耦合”、“電磁場諧振耦合”或者”電場諧振耦合”。
[0147]“電磁場諧振耦合”是指，包括“磁共振耦合”、“磁場共振耦合”、“電場諧振耦合”中的任意一種的耦合。
[0148]由于在本說明書中所說明的送電部和受電部采用線圈形狀的天線，因此送電部和受電部主要通過磁場而耦合，送電部和受電部進(jìn)行“磁共振耦合”或者“磁場共振耦合”。
[0149]另外，作為送電部和受電部，例如還可以采用曲折線等的天線，在這種情況下，送電部與受電部主要通過電場而耦合。此時(shí)，送電部與受電部進(jìn)行“電場諧振耦合”。
[0150]另外，雖然在本實(shí)施方式中，例示了包含電磁感應(yīng)線圈的送電部、受電部，但本發(fā)明也能夠應(yīng)用于不包含電磁感應(yīng)線圈的共振型非接觸送電受電裝置中。即，以位置偏移為前提來設(shè)計(jì)送電部以及受電部，并在送電部與受電部發(fā)生了位置偏移的狀態(tài)下使效率達(dá)到最佳的方式，不僅能夠應(yīng)用于不包含電磁感應(yīng)線圈的共振型非接觸送電受電裝置中，還能夠應(yīng)用于不限于共振型而以其他方式進(jìn)行送電受電的非接觸送電受電裝置中。
[0151]另外，對(duì)于位置偏移，雖然在圖7、圖10中主要例示了水平方向上的偏移來進(jìn)行說明，但也可以將水平方向以外的偏移作為對(duì)象。
[0152]圖13為，表示用于對(duì)位置偏移進(jìn)行說明的共振線圈的第一配置例的圖。如圖13所示，共振線圈111與共振線圈221之間的配置關(guān)系通過水平偏移量D1、高度H1、旋轉(zhuǎn)角度Θ而被規(guī)定。如果是線圈形狀為圓形的情況，則旋轉(zhuǎn)角度Θ幾乎不產(chǎn)生影響，但在為異型線圈的情況(四邊形、多邊形等)的情況下，旋轉(zhuǎn)角度Θ對(duì)傳輸效率造成的影響也會(huì)增大。
[0153]圖14為，表示用于對(duì)位置偏移進(jìn)行說明的共振線圈的第二配置例的圖。在圖14中，作為送電部、受電部而例示了在平板的芯材上卷繞配線而形成的共振線圈IllA和共振線圈221A。
[0154]如圖14所示，共振線圈IllA與共振線圈221A之間的配置關(guān)系通過水平偏移量D1、高度H1、旋轉(zhuǎn)角度Θ而被規(guī)定。
[0155]參照?qǐng)D13、圖14，位置偏移可以為水平方向上的偏移Dl以外的位置偏移。在本說明書中，位置偏移包括以下的偏移。
[0156](i)水平方向上的位置偏移(稱為X方向上的偏移)；
[0157](ii)高度方向(稱為H方向上的偏移)上的偏移；[0158](iii)相對(duì)于中心軸的旋轉(zhuǎn)角度Θ的偏移(稱為旋轉(zhuǎn)方向上的偏移)；
[0159](iv)當(dāng)在送電部/受電部使用了異型線圈的情況下，如果將送電部和受電部被配置成能夠維持預(yù)定的受電效率的狀態(tài)的狀態(tài)設(shè)為最優(yōu)位置時(shí)，則與最優(yōu)位置相比，因送電部與受電部的位置關(guān)系在X方向、H方向、旋轉(zhuǎn)方向中的至少任意一個(gè)方向上發(fā)生了偏移而導(dǎo)致受電效率降低的狀態(tài)；
[0160](V)與上述的最優(yōu)位置相比，送電部的磁極與受電部的磁極之間的位置關(guān)系在X方向、H方向、旋轉(zhuǎn)方向中的至少任意一個(gè)方向上發(fā)生了偏移的狀態(tài)。
[0161]特別是，在如圖14所示這種共振線圈的情況下，可以將送電部與受電部之間的位置關(guān)系從將共振線圈位置配置為最優(yōu)狀態(tài)的狀態(tài)起在X方向、H方向、旋轉(zhuǎn)方向中的至少任意一個(gè)方向上發(fā)生了偏移的情況稱為位置偏移。
[0162]最后，再次參照附圖對(duì)本實(shí)施方式進(jìn)行總結(jié)。參照?qǐng)D6，本實(shí)施方式所公開的非接觸受電裝置為，用于以非接觸的方式接收從送電裝置200傳輸?shù)碾娏Φ姆墙佑|受電裝置。送電裝置200包括送電部220和向送電部220供給交流電力的電源部250。非接觸受電裝置包括:以非接觸的方式從送電部接收電力的受電部110、和使用由受電部110所接收的電力的電氣負(fù)載裝置(蓄電裝置190、P⑶120)。受電部110被構(gòu)成為，在被配置成受電部110的中心軸與送電部220的中心軸的水平方向上的位置發(fā)生了偏移的狀態(tài)的情況下，使在非接觸電力傳輸中所使用的電源部250的電源頻率f0下的傳輸效率(圖11中的E3)達(dá)到最佳。即，以被配置為發(fā)生了位置偏移的位置處的狀態(tài)為基準(zhǔn)來設(shè)計(jì)受電部110。
[0163]另外，在圖11中，受電部110被構(gòu)成為，與受電部110相對(duì)于送電部220而被配置在目標(biāo)位置處的情況下的、非接觸電力傳輸中所使用的電源部250的電源頻率f0下的傳輸效率(圖11中的E4)相 比，受電部110相對(duì)于送電部220而被配置在從目標(biāo)位置發(fā)生了位置偏移的位置處的情況下的、電源頻率f0下的傳輸效率(圖11中的E3)增高。
[0164]優(yōu)選為，目標(biāo)位置為，以不存在與送電部220間的位置偏移的方式配置受電部110的位置。受電部110被構(gòu)成為，在相對(duì)于送電部220的位置偏移量為預(yù)定量(例如，在圖11中為150mm)的情況下，電源頻率f0與在變更了頻率時(shí)傳輸效率呈現(xiàn)出峰值的峰值頻率一致。
[0165]更優(yōu)選為，受電部110被構(gòu)成為，在相對(duì)于送電部220而被配置在目標(biāo)位置處的情況下，至少在在高于電源頻率的第一頻率(圖11中的fH)以及低于電源頻率低的第二頻率(圖11中的fL)這兩處具有與電源頻率f0下的傳輸效率相比傳輸效率較高的峰值(圖11中的E5)。
[0166]進(jìn)一步優(yōu)選為，非接觸受電裝置還具備整合器120，所述整合器120被設(shè)置在受電部110與電氣負(fù)載裝置(蓄電裝置190、PCU120)之間，并用于對(duì)非接觸受電裝置的阻抗進(jìn)行調(diào)節(jié)。在受電部110相對(duì)于送電部220而被配置在目標(biāo)位置處的情況下，且在整合器被調(diào)節(jié)為與無整合器的情況在電氣上相同的狀態(tài)的情況(圖11)下，至少在高于電源頻率fo的第一頻率(圖11中的fH)以及低于電源頻率的第二頻率(圖11的fL)這兩處具有與電源頻率fO下的傳輸效率E4相比傳輸效率較高的峰值。
[0167]進(jìn)一步優(yōu)選為，非接觸受電裝置還具有控制裝置(車輛E⑶300)，所述控制裝置在位置偏移量與預(yù)定量(例如在圖11、圖12中為150_)不同的情況下，通過整合器120而對(duì)非接觸受電裝置的阻抗進(jìn)行調(diào)節(jié)。[0168]進(jìn)一步優(yōu)選為，如圖11、圖12所示，控制裝置(車輛E⑶300)即使在位置偏移量大致為零的情況下也通過整合器120而對(duì)非接觸受電裝置的阻抗進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0169]優(yōu)選為，受電部110被構(gòu)成為，與送電部220間的固有頻率之差在±10%以內(nèi)。
[0170]更優(yōu)選為，受電部110與送電部220的耦合系數(shù)在0.1以下。
[0171]更優(yōu)選為，送電部220通過磁場和電場中的至少一方而向受電部110輸送電力，所述磁場被形成在受電部110與送電部220之間，并且以特定的頻率進(jìn)行振動(dòng)，所述電場被形成在受電部110與送電部220之間，并且以特定的頻率進(jìn)行振動(dòng)。
[0172]參照?qǐng)D6，本實(shí)施方式在另一方面中，公開了一種用于以非接觸的方式向受電裝置輸送電力的非接觸送電裝置。受電裝置(車輛100)包括受電部110和從受電部110接收電力的電氣負(fù)載裝置(蓄電裝置190、PCU120)。非接觸送電裝置具備以非接觸的方式向受電部Iio輸送電力的送電部220、和向送電部220供給交流電力的電源部250。送電部220被構(gòu)成為，在被配置成受電部110的中心軸與送電部220的中心軸的水平方向上的位置發(fā)生了偏移的狀態(tài)的情況下，在非接觸電力傳輸中所使用的電源部250的電源頻率f0下的傳輸效率E3達(dá)到最佳。
[0173]傳輸效率E3優(yōu)于傳輸效率E4,所述傳輸效率E4為,送電部220相對(duì)于受電部110而被配置在目標(biāo)位置處的情況下的、非接觸電力傳輸中所使用的電源部250的電源頻率--下的傳輸效率。即，被構(gòu)成為，使送電部220相對(duì)于受電部110而被配置在從目標(biāo)位置發(fā)生了位置偏移的位置(在圖11中，位置偏移150mm)處的情況下的、電源頻率f0下的傳輸效率E3達(dá)到最佳。即，以被配置在發(fā)生了位置偏移的位置處的狀態(tài)為基準(zhǔn)來設(shè)計(jì)送電部220。 [0174]優(yōu)選為，目標(biāo)位置為，以不存在與送電部220間的位置偏移的方式配置送電部220的位置。送電部220被構(gòu)成為，在相對(duì)于受電部110的位置偏移量為預(yù)定量(例如在圖11中為150mm)的情況下，電源頻率f0與在變更了頻率時(shí)傳輸效率呈現(xiàn)出峰值的峰值頻率一致。
[0175]更優(yōu)選為，送電部220被構(gòu)成為，在相對(duì)于受電部110而被配置在目標(biāo)位置處的情況下，至少在高于電源頻率的第一頻率(圖11中的fH)以及低于電源頻率f0的第二頻率(圖11中的fL)這兩處具有與電源頻率f0下的傳輸效率(圖11中的E4)相比傳輸效率較高的峰值(圖11中的E5)。
[0176]進(jìn)一步優(yōu)選為，非接觸送電裝置200還具備整合器260，所述整合器260被設(shè)置在送電部220與電源部250之間，并用于對(duì)非接觸送電裝置200的阻抗進(jìn)行調(diào)節(jié)。在送電部220相對(duì)于受電部110而被配置在目標(biāo)位置處的情況下，且在整合器260被調(diào)節(jié)為與無整合器的情況在電氣上相同的狀態(tài)的情況下，至少在高于電源頻率fo的第一頻率(圖11中的fH)以及低于電源頻率f0的第二頻率(圖11中的fL)這兩處具有與電源頻率f0下的傳輸效率(圖11中的E4)相比傳輸效率較高的峰值(圖11中的E5)。
[0177]應(yīng)當(dāng)理解為，本次所公開的實(shí)施方式在所有的方面均為例示而并非進(jìn)行限制的方式。本發(fā)明的范圍并非上述所說明的范圍而是由權(quán)利要求書表示，并包括與權(quán)利要求書均等的意義以及范圍內(nèi)的所有變更。
[0178]符號(hào)說明
[0179]10電力送電受電系統(tǒng)；100、300ECU ;91、110受電部；111、340 二次自諧振線圈；112,222電容器;113、350 二次線圈;120、260整合器；121線圈；122、123、262、263可變電容器；130電動(dòng)發(fā)電機(jī)；140動(dòng)力傳遞齒輪；150驅(qū)動(dòng)輪；160、230通信部；171電流傳感器；172電壓傳感器；180整流器；190蓄電裝置；200送電裝置；210高頻電源裝置；212連接器；90、220送電部；221、330 —次自諧振線圈；223、320 —次線圈；250電源部；261感應(yīng)器；310高頻電源；360負(fù)載；PCU動(dòng)力控制單元。
【權(quán)利要求】
1.一種非接觸受電裝置，其用于以非接觸的方式接收由送電裝置(200)傳輸?shù)碾娏?，其中? 所述送電裝置包括: 送電部(220)； 電源部(250)，其向所述送電部供給交流電力， 所述非接觸受電裝置具有: 受電部(I 10)，其以非接觸的方式從所述送電部接收電力； 電氣負(fù)載裝置(190、120)，其使用由所述受電部所接收的電力， 所述受電部被構(gòu)成為，在所述受電部被配置成與所述送電部間的位置發(fā)生了偏移的狀態(tài)的情況下，在非接觸電力傳輸中所使用的所述電源部的電源頻率下的傳輸效率達(dá)到最佳。
2.如權(quán)利要求1所述的非接觸受電裝置，其中， 所述受電部被構(gòu)成 為，在所述受電部的中心軸與所述送電部的中心軸的水平方向上的位置被配置成發(fā)生了偏移的狀態(tài)的情況下，使變更了送電頻率時(shí)的傳輸效率呈現(xiàn)出峰值的峰值頻率與所述電源頻率一致。
3.如權(quán)利要求2所述的非接觸受電裝置，其中， 所述受電部被構(gòu)成為，在所述受電部的中心軸與所述送電部的中心軸的水平方向上的位置被配置成一致的狀態(tài)的情況下，至少在高于所述電源頻率的第一頻率以及低于所述電源頻率的第二頻率這兩處具有與所述電源頻率下的傳輸效率相比傳輸效率增高的峰值。
4.如權(quán)利要求3所述的非接觸受電裝置，其中， 還具備: 整合器(120)，其被設(shè)置在所述受電部與所述電氣負(fù)載裝置之間，并用于對(duì)所述非接觸受電裝置的阻抗進(jìn)行調(diào)節(jié)； 控制裝置(300)，其在所述受電部的中心軸與所述送電部的中心軸的水平方向上的位置被配置成一致的狀態(tài)的情況下，通過所述整合器而對(duì)所述非接觸受電裝置的阻抗進(jìn)行調(diào)節(jié)。
5.如權(quán)利要求3所述的非接觸受電裝置，其中， 還具備: 整合器(120)，其被設(shè)置在所述受電部與所述電氣負(fù)載裝置之間，并用于對(duì)所述非接觸受電裝置的阻抗進(jìn)行調(diào)節(jié)； 控制裝置(300)，其在所述受電部的中心軸與所述送電部的中心軸的水平方向上的位置被配置成發(fā)生了偏移的狀態(tài)的情況下，通過所述整合器而對(duì)所述非接觸受電裝置的阻抗進(jìn)行調(diào)節(jié)。
6.如權(quán)利要求1所述的非接觸受電裝置，其中， 所述受電部被構(gòu)成為，在所述受電部的中心軸與所述送電部的中心軸的水平方向上的位置被配置成一致的狀態(tài)的情況下，至少在高于所述電源頻率的第一頻率以及低于所述電源頻率的第二頻率這兩處具有與所述電源頻率下的傳輸效率相比傳輸效率增高的峰值。
7.如權(quán)利要求1所述的非接觸受電裝置，其中， 還具備:整合器(120)，其被設(shè)置在所述受電部與所述電氣負(fù)載裝置之間，并用于對(duì)所述非接觸受電裝置的阻抗進(jìn)行調(diào)節(jié)； 控制裝置(300)，其在所述受電部的中心軸與所述送電部的中心軸的水平方向上的位置被配置成一致的狀態(tài)的情況下，通過所述整合器而對(duì)所述非接觸受電裝置的阻抗進(jìn)行調(diào)節(jié)。
8.如權(quán)利要求1所述的非接觸受電裝置，其中， 還具備: 整合器(120)，其被設(shè)置在所述受電部與所述電氣負(fù)載裝置之間，并用于對(duì)所述非接觸受電裝置的阻抗進(jìn)行調(diào)節(jié)； 控制裝置(300)，其在所述受電部的中心軸與所述送電部的中心軸的水平方向上的位置被配置成發(fā)生了偏移的狀態(tài)的情況下，通過所述整合器而對(duì)所述非接觸受電裝置的阻抗進(jìn)行調(diào)節(jié)。
9.如權(quán)利要求1所述的非接觸受電裝置，其中， 所述受電部被構(gòu)成為，與所述送電部間的固有頻率之差在± 10 %以內(nèi)。
10.如權(quán)利要求1所述的非接觸受電裝置，其中， 所述受電部與所述送 電部的耦合系數(shù)在0.1以下。
11.如權(quán)利要求1所述的非接觸受電裝置，其中， 所述送電部通過磁場和電場中的至少一方而向所述受電部輸送電力，所述磁場被形成于所述受電部與所述送電部之間，并且以特定的頻率進(jìn)行振動(dòng)，所述電場被形成于所述受電部與所述送電部之間，并且以特定的頻率進(jìn)行振動(dòng)。
12.一種非接觸送電裝置，其用于以非接觸的方式向受電裝置輸送電力，其中， 所述受電裝置包括: 受電部(Iio)； 電氣負(fù)載裝置(190、120)，其從所述受電部接收電力， 所述非接觸送電裝置包括: 送電部(220)，其以非接觸的方式向所述受電部輸送電力； 電源部(250)，其向所述送電部供給交流電力， 所述送電部被構(gòu)成為，在所述受電部被配置為與所述送電部間的位置發(fā)生了偏移的狀態(tài)的情況下，在非接觸電力傳輸中所使用的所述電源部的電源頻率下的傳輸效率達(dá)到最佳。
13.如權(quán)利要求12所述的非接觸送電裝置，其中， 所述送電部被構(gòu)成為，在所述受電部的中心軸與所述送電部的中心軸的水平方向上的位置被配置成發(fā)生了偏移的狀態(tài)的情況下，使變更了送電頻率時(shí)的傳輸效率呈現(xiàn)出峰值的峰值頻率與所述電源頻率一致。
14.如權(quán)利要求13所述的非接觸送電裝置，其中， 所述送電部被構(gòu)成為，在所述受電部的中心軸與所述送電部的中心軸的水平方向上的位置被配置成一致的狀態(tài)的情況下，至少在高于所述電源頻率的第一頻率以及低于所述電源頻率的第二頻率這兩處具有與所述電源頻率下的傳輸效率相比傳輸效率增高的峰值。
15.權(quán)利要求14所述的非接觸送電裝置，其中，還具備: 整合器(260)，其被設(shè)置在所述送電部與所述電源部之間，并用于對(duì)所述非接觸送電裝置的阻抗進(jìn)行調(diào)節(jié)； 控制裝置(240)，其在所述受電部的中心軸與所述送電部的中心軸的水平方向上的位置被配置成一致的狀態(tài)的情況下，通過所述整合器而對(duì)所述非接觸送電裝置的阻抗進(jìn)行調(diào)節(jié)。
16.如權(quán)利要求14所述的非接觸送電裝置，其中， 還具備: 整合器(260)，其被設(shè)置在所述送電部與所述電源部之間，并用于對(duì)所述非接觸送電裝置的阻抗進(jìn)行調(diào)節(jié)； 控制裝置(240)，其在所述受電部的中心軸與所述送電部的中心軸的水平方向上的位置被配置成發(fā)生了偏移的狀態(tài)的情況下，通過所述整合器而對(duì)所述非接觸送電裝置的阻抗進(jìn)行調(diào)節(jié)。
17.如權(quán)利要求12所述的非接觸送電裝置，其中， 所述送電部被構(gòu)成為，在所述受電部的中心軸與所述送電部的中心軸的水平方向上的位置被配置成一致的狀態(tài) 的情況下，至少在高于所述電源頻率的第一頻率以及低于所述電源頻率的第二頻率這兩處具有與所述電源頻率下的傳輸效率相比傳輸效率增高的峰值。
18.如權(quán)利要求12所述的非接觸送電裝置，其中， 還具有: 整合器(260)，其被設(shè)置在所述送電部與所述電源部之間，并用于對(duì)所述非接觸送電裝置的阻抗進(jìn)行調(diào)節(jié)； 控制裝置(240)，其在所述受電部的中心軸與所述送電部的中心軸的水平方向上的位置被配置成一致的狀態(tài)的情況下，通過所述整合器而對(duì)所述非接觸送電裝置的阻抗進(jìn)行調(diào)節(jié)。
19.如權(quán)利要求12所述的非接觸送電裝置，其中， 還具備: 整合器(260)，其被設(shè)置在所述送電部與所述電源部之間，并用于對(duì)所述非接觸送電裝置的阻抗進(jìn)行調(diào)節(jié)； 控制裝置(240)，其在所述受電部的中心軸與所述送電部的中心軸的水平方向上的位置被配置成發(fā)生了偏移的狀態(tài)的情況下，通過所述整合器而對(duì)所述非接觸送電裝置的阻抗進(jìn)行調(diào)節(jié)。
20.如權(quán)利要求12所述的非接觸送電裝置，其中， 所述送電部被構(gòu)成為，與所述受電部間的固有頻率之差在± 10 %以內(nèi)。
21.如權(quán)利要求12所述的非接觸送電裝置，其中， 所述受電部與所述送電部的耦合系數(shù)在0.1以下。
22.如權(quán)利要求12所述的非接觸送電裝置，其中， 所述送電部通過磁場和電場中的至少一方而向所述受電部輸送電力，所述磁場被形成于所述受電部與所述送電部之間，并且以特定的頻率進(jìn)行振動(dòng)，所述電場被形成于所述受電部與所述送電部之間，并且以特定的頻率進(jìn)行振動(dòng)。
23.一種非接觸送電受電系統(tǒng)，具備: 非接觸送電裝置(200)； 非接觸受電裝置(100)，其用于以非接觸的方式接收由所述非接觸送電裝置傳輸?shù)碾娏Γ? 所述非接觸送電裝置包括: 送電部(220)； 電源部(250)，其向所述送電部供給交流電力， 所述非接觸受電裝置包括: 受電部(110),其固有頻率與所述送電部的固有頻率相同； 電氣負(fù)載裝置(190、120)，其使用由所述受電部所接收的電力， 所述受電部被構(gòu)成為，在所述受電部被配置為與所述送電部間的位置發(fā)生了偏移的狀態(tài)的情況下，在非接觸電力傳輸中所使用的所述電源部的電源頻率下的傳輸效率達(dá)到最佳。
24.如權(quán)利要求23所述的非接觸送電受電系統(tǒng)，其中， 所述受電部被構(gòu)成為，與所述送電部間的固有頻率之差在± 10 %以內(nèi)。
25.如權(quán)利要求23所述的非接觸送電受電系統(tǒng)，其中， 所述受電部與所述送電部的耦合系數(shù)在0.1以下。
26.如權(quán)利要求23所述的非接觸送電受電系統(tǒng)，其中， 所述送電部通過磁場和電場中的至少一方而向所述受電部輸送電力，所述磁場被形成于所述受電部與所述送電部之間，并且以特定的頻率進(jìn)行振動(dòng)，所述電場被形成于所述受電部與所述送電部之間，并且以特定的頻率進(jìn)行振動(dòng)。
【文檔編號(hào)】H02J17/00GK104025422SQ201180074457
【公開日】2014年9月3日 申請(qǐng)日期:2011年10月27日 優(yōu)先權(quán)日:2011年10月27日
【發(fā)明者】市川真士, 堀內(nèi)學(xué) 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車株式會(huì)社