專利名稱：非接觸供電設(shè)備、車輛以及非接觸供電系統(tǒng)的控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及非接觸供電設(shè)備、車輛以及非接觸供電系統(tǒng)的控制方法，尤其涉及通過輸電單元和受電單元介由電磁場(chǎng)進(jìn)行諧振來以非接觸的方式進(jìn)行供電的非接觸供電設(shè)備、從該非接觸供電設(shè)備接受電力的車輛以及非接觸供電系統(tǒng)的控制方法。
背景技術(shù)：
作為環(huán)保型車輛，電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力汽車等電動(dòng)車輛受到很大關(guān)注。這些車輛搭載有產(chǎn)生行駛驅(qū)動(dòng)力的電動(dòng)機(jī)和蓄積對(duì)該電動(dòng)機(jī)供給的電力的可再充電的蓄電裝置。此夕卜，混合動(dòng)力汽車為除電動(dòng)機(jī)之外還搭載有內(nèi)燃機(jī)作為動(dòng)力源的汽車，或除蓄電裝置之外還搭載有燃料電池作為車輛驅(qū)動(dòng)用的直流電源的汽車等。在混合動(dòng)力汽車中，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“插電式混合動(dòng)力汽車”:通過由充電電纜將設(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)蓄電裝置進(jìn)行充電。另一方面，作為輸電方法，未使用電源線和輸電電纜的無線輸電近年來受到關(guān)注。在該無線輸電技術(shù)中，作為非常有效的無線輸電技術(shù)，已知有利用電磁感應(yīng)的輸電、利用微波的輸電以及利用諧振法的輸電這三種技術(shù)。其中，諧振法是使一對(duì)諧振器(例如一對(duì)線圈)在電磁場(chǎng)(鄰近場(chǎng))中進(jìn)行諧振、介由電磁場(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)行比較長距離(例如數(shù)m)的輸送。日本特開2010 - 141976號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn)I)公開了通過諧振法以非接觸的方式向車輛輸電的非接觸電力傳輸裝置。該非接觸電力傳輸裝置具有交流電源、與交流電源連接的初級(jí)線圈、初級(jí)側(cè)諧振線圈、次級(jí)側(cè)諧振線圈、以及與負(fù)載(二次電池)連接的次級(jí)線圈，還具有在交流電源和初級(jí)線圈之間設(shè)置的阻抗可變電路。初級(jí)線圈、初級(jí)側(cè)諧振線圈、次級(jí)側(cè)諧振線圈、次級(jí)線圈以及負(fù)載構(gòu)成諧振系統(tǒng)。并且，調(diào)整阻抗可變電路的阻抗，以使諧振頻率中的諧振系統(tǒng)的輸入阻抗和與初級(jí)線圈相比靠交流電源側(cè)的阻抗相匹配。根據(jù)該非接觸電力傳輸裝置，即使諧振線圈之間的距離和/或接受電力的負(fù)載發(fā)生了變化，也能夠不改變交流電源的頻率而從交流電源向負(fù)載高效地供給電力(參照專利文獻(xiàn)I)。現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)I :日本特開2010 - 141976號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2 :日本特開2010 - 119246號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的問題若次級(jí)側(cè)諧振線圈相對(duì)于初級(jí)側(cè)諧振線圈的位置發(fā)生偏移，則線圈間的距離發(fā)生變化，由此諧振系統(tǒng)的阻抗發(fā)生變化，從供電設(shè)備向車輛的輸電效率降低。在上述公報(bào)中公開的非接觸電力傳輸裝置中，初級(jí)側(cè)諧振線圈和次級(jí)側(cè)諧振線圈之間的距離通過距離傳感器來測(cè)定，通過阻抗可變電路基于該測(cè)定結(jié)果來調(diào)整阻抗。然而，若另行設(shè)置對(duì)初級(jí)側(cè)諧振線圈和次級(jí)側(cè)諧振線圈之間的距離進(jìn)行測(cè)定的距離傳感器，則設(shè)備成本會(huì)增加。因此，本發(fā)明的目的在于，在通過輸電單元和受電單元介由電磁場(chǎng)進(jìn)行諧振來以非接觸的方式進(jìn)行供電的非接觸供電系統(tǒng)中，不需要用于對(duì)輸電單元和受電單元之間的距離進(jìn)行測(cè)定的距離傳感器。用于解決問題的手段根據(jù)本發(fā)明，非接觸供電設(shè)備為以非接觸的方式向包括受電單元的受電裝置供電的非接觸供電設(shè)備，并具有電源裝置、輸電單元、檢測(cè)裝置、通信裝置和推定部。電源裝置產(chǎn)生具有預(yù)定頻率的電力。輸電單元從電源裝置接受電力，通過介由電磁場(chǎng)與受電單元諧振，以非接觸的方式向受電單元輸電。檢測(cè)裝置檢測(cè)向電源裝置的反射電力。通信裝置接收受電裝置的受電狀況。推定部使用受電狀況以及反射電力與受電單元相對(duì)于輸電單元的位置偏移量之間的預(yù)先求出的關(guān)系，基于受電狀況以及反射電力來推定上述位置偏移量。優(yōu)選，非接觸供電設(shè)備還具有阻抗可變裝置和阻抗調(diào)整部。阻抗可變裝置設(shè)置在電源裝置和輸電單元之間。阻抗調(diào)整部使用上述位置偏移量與阻抗可變裝置的阻抗之間的預(yù)先求出的關(guān)系，基于上述位置偏移量來調(diào)整阻抗。優(yōu)選，受電狀況為受電裝置的受電電壓。另外優(yōu)選，受電狀況為受電裝置的受電電力。優(yōu)選，受電裝置構(gòu)成為能夠按照被賦予的指令將受電阻抗固定為預(yù)定值。通信裝置還在通過推定部推定位置偏移量時(shí)向受電裝置發(fā)送用于將受電阻抗固定為預(yù)定值的指令。 優(yōu)選，輸電單元包括初級(jí)線圈和初級(jí)自諧振線圈，受電單元包括次級(jí)自諧振線圈和次級(jí)線圈。初級(jí)線圈從電源裝置接受電力。初級(jí)自諧振線圈通過電磁感應(yīng)被從初級(jí)線圈供電，并產(chǎn)生電磁場(chǎng)。次級(jí)自諧振線圈通過介由電磁場(chǎng)與初級(jí)自諧振線圈諧振來從初級(jí)自諧振線圈接受電力。次級(jí)線圈通過電磁感應(yīng)將由次級(jí)自諧振線圈接受的電力取出并輸出。優(yōu)選，受電裝置搭載于車輛上。另外，根據(jù)本發(fā)明，車輛為能夠以非接觸的方式從包括輸電單元的供電設(shè)備接受電力的車輛，并具有受電單元、檢測(cè)裝置、通信裝置和推定部。受電單元通過介由電磁場(chǎng)與輸電單元諧振，以非接觸的方式從輸電單元接受電力。檢測(cè)裝置檢測(cè)受電單元的受電狀況。通信裝置接收供電設(shè)備中的反射電力的檢測(cè)值。推定部使用受電狀況以及反射電力與受電單元相對(duì)于輸電單元的位置偏移量之間的預(yù)先求出的關(guān)系，基于受電狀況以及反射電力來推定上述位置偏移量。另外，根據(jù)本發(fā)明，控制方法為以非接觸的方式從供電設(shè)備向受電裝置供電的非 接觸供電系統(tǒng)的控制方法。供電設(shè)備具有電源裝置和輸電單元。電源裝置產(chǎn)生具有預(yù)定頻率的電力。輸電單元從電源裝置接受電力，通過介由電磁場(chǎng)與受電裝置的受電單元諧振，以非接觸的方式向受電單元輸電。并且，控制方法包括檢測(cè)向電源裝置的反射電力的步驟；檢測(cè)受電裝置的受電狀況的步驟；以及使用受電狀況以及反射電力與受電單元相對(duì)于輸電單元的位置偏移量之間的預(yù)先求出的關(guān)系，基于受電狀況以及反射電力來推定上述位置偏移量的步驟。優(yōu)選，供電設(shè)備還具有在電源裝置和輸電單元之間設(shè)置的阻抗可變裝置。控制方法還包括如下步驟使用上述位置偏移量與阻抗可變裝置的阻抗之間的預(yù)先求出的關(guān)系，基于上述位置偏移量來調(diào)整阻抗。發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明，基于受電裝置的受電狀況以及向電源裝置的反射電力來推定受電單元相對(duì)于輸電單元的位置偏移量，因此不需要用于對(duì)輸電單元和受電單元之間的距離進(jìn)行測(cè)定的距離傳感器。


圖I是本發(fā)明的實(shí)施方式的非接觸供電系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)圖。圖2是表示圖I所示的阻抗匹配器的電路結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子的電路圖。圖3是用于說明利用諧振法的輸電的原理的圖。圖4是圖I所示的供電設(shè)備的E⑶的功能框圖。圖5是表示受電電壓以及反射電力與次級(jí)自諧振線圈相對(duì)于初級(jí)自諧振線圈的位置偏移量之間的關(guān)系的圖。圖6是表示關(guān)于次級(jí)自諧振線圈相對(duì)于初級(jí)自諧振線圈的位置偏移量與阻抗匹配器的調(diào)整值之間的關(guān)系的一個(gè)例子的圖。圖7是用于說明通過供電設(shè)備的E⑶執(zhí)行的處理的步驟的流程圖。標(biāo)號(hào)說明100供電設(shè)備，110電源裝置，115電力傳感器，120阻抗匹配器，122、124可變電容器，126線圈，130初級(jí)線圈，140初級(jí)自諧振線圈，150,220電容器，160,290 ECU, 170,300 信裝置，200車輛，230次級(jí)線圈，240整流器，250切換裝置，252、254繼電器，256電阻元件，262電壓傳感器，264電流傳感器，270充電器，280蓄電裝置，285動(dòng)力輸出裝置，350負(fù)載，400通信控制部，410電力控制部，420位置偏移量推定部，430匹配器控制部。
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)行詳細(xì)地說明。此外，對(duì)圖中相同或者相當(dāng)?shù)牟糠謽?biāo)注同一附圖標(biāo)記并不對(duì)其進(jìn)行重復(fù)說明。圖I是本發(fā)明的實(shí)施方式的非接觸供電系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)圖。參照?qǐng)D1，該非接觸供電系統(tǒng)具有供電設(shè)備100和車輛200。供電設(shè)備100包括電源裝置110、電力傳感器115、阻抗匹配器120、初級(jí)線圈130、初級(jí)自諧振線圈140、電容器150、電子控制單元(以下稱為“E⑶”。)160和通信裝置170。電源裝置110產(chǎn)生具有預(yù)定頻率的電力。作為一個(gè)例子，電源裝置110從未圖示的系統(tǒng)電源接受電力，產(chǎn)生具有IMHz 數(shù)十MHz的預(yù)定頻率的電力。電源裝置110按照從ECU160接受的指令，對(duì)電力的產(chǎn)生和停止以及輸出電力進(jìn)行控制。電力傳感器115對(duì)電源裝置110中的行波電力以及反射電力進(jìn)行檢測(cè)，并將它們的各檢測(cè)值向ECU160輸出。此外，行波電力是從電源裝置110輸出的電力。另外，反射電力是從電源裝置110輸出的電力進(jìn)行反射而返回電源裝置110的電力。此外，該電力傳感器115，可以使用能檢測(cè)電源裝置中的行波電力以及反射電力的各種公知的傳感器。阻抗匹配器120設(shè)置在電源裝置110和初級(jí)線圈130之間，并構(gòu)成為能夠改變內(nèi)部的阻抗。阻抗匹配器120按照從ECU160接受的指令來改變阻抗，從而使諧振系統(tǒng)的輸入阻抗與電源裝置110的輸出阻抗相匹配，所述諧振系統(tǒng)包括初級(jí)線圈130、初級(jí)自諧振線圈140和電容器150以及車輛200的次級(jí)自諧振線圈210、 電容器220和次級(jí)線圈230 (后面敘述)。圖2是表示圖I所示的阻抗匹配器120的電路結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子的電路圖。參照?qǐng)D2，阻抗匹配器120包括可變電容器122、124和線圈126?？勺冸娙萜?22與電源裝置110(圖I)并聯(lián)連接?？勺冸娙萜?24與初級(jí)線圈130 (圖I)并聯(lián)連接。線圈126在配設(shè)在電源裝置110和初級(jí)線圈130之間的電力線對(duì)的一條線上，連接在可變電容器122、124的連接節(jié)點(diǎn)之間。在該阻抗匹配器120中，按照從E⑶160 (圖I)接受的指令來改變可變電容器122、124中至少一個(gè)的電容，從而使阻抗發(fā)生變化。由此，阻抗匹配器120按照從E⑶160接受的指令，使諧振系統(tǒng)的輸入阻抗與電源裝置110的輸出阻抗相匹配。此外，雖然沒有特別圖示，但是也可以用可變線圈來構(gòu)成線圈126，能夠通過改變可變線圈的電感來改變阻抗。再次參照?qǐng)D1，初級(jí)線圈130被配設(shè)為與初級(jí)自諧振線圈140隔著預(yù)定的間隔并與初級(jí)自諧振線圈140在大致同軸上。初級(jí)線圈130通過電磁感應(yīng)與初級(jí)自諧振線圈140磁耦合，通過電磁感應(yīng)將從電源裝置110供給的高頻電力向初級(jí)自諧振線圈140供給。初級(jí)自諧振線圈140通過電磁感應(yīng)從初級(jí)線圈130接受電力，通過介由電磁場(chǎng)與在車輛200上搭載的次級(jí)自諧振線圈210 (后面敘述)諧振來向次級(jí)自諧振線圈210輸電。此外，在初級(jí)自諧振線圈140設(shè)置有電容器150。電容器150例如連接在初級(jí)自諧振線圈140的兩端部之間。并且，對(duì)初級(jí)自諧振線圈140的線圈直徑和卷數(shù)以及電容器150的電容進(jìn)行適當(dāng)設(shè)計(jì)以使Q值(例如，Q > 100)以及耦合度K等增大。此外，初級(jí)線圈130是為了易于從電源裝置110向初級(jí)自諧振線圈140供電而設(shè)置的，也可以不設(shè)置初級(jí)線圈130而將電源裝置110直接連接于初級(jí)自諧振線圈140。另夕卜，也可以利用初級(jí)自諧振線圈140的寄生電容來做成沒有設(shè)置電容器150的結(jié)構(gòu)。ECU160在從供電設(shè)備100向車輛200供電時(shí)，從電力傳感器115接受反射電力以及行波電力的檢測(cè)值，從通信裝置170接受通過通信裝置170接收到的車輛200側(cè)的受電狀況。此外，車輛200的受電狀況包括車輛200中的受電電壓和/或受電電流、受電電力等信息。另外，除了受電狀況之外，E⑶160還從通信裝置170接受與搭載于車輛200上的蓄電裝置280 (后面敘述)的充電狀態(tài)(以下稱為“SOC (State Of Charge)”。)相關(guān)的信息和/或供電開始/結(jié)束指令等。并且,EQJ160通過由CPU (Central Processing Unit)執(zhí)行預(yù)先存儲(chǔ)的程序?qū)崿F(xiàn)的軟件處理和/或由專用的電子電路實(shí)現(xiàn)的硬件處理，執(zhí)行預(yù)定的處理。具體地說，E⑶160控制電源裝置110的工作。另外，E⑶160基于車輛200的受電狀況以及向電源裝置110的反射電力，推定次級(jí)自諧振線圈210相對(duì)于初級(jí)自諧振線圈140的位置偏移量(以下，僅稱為“位置偏移量”。)。此外，初級(jí)自諧振線圈140和次級(jí)自諧振線圈210以中心軸呈相互平行的方式配設(shè)，將次級(jí)自諧振線圈210的中心軸相對(duì)于初級(jí)自諧振線圈140的中心軸的偏移量稱為“位置偏移量”。另外，ECU160基于所推定出的位置偏移量來調(diào)整阻抗匹配器120的阻抗。此外，之后會(huì)對(duì)這些處理進(jìn)行詳細(xì)說明。通信裝置170是用于與車輛200進(jìn)行通信的通信接口。通信裝置170從車輛200接收車輛200的受電狀況和/或蓄電裝置280的SOC等信息并將其向E⑶160輸出。另外，通信裝置170從ECU160接收指示開始包括位置偏移量的推定以及阻抗調(diào)整的一系列處理(以下，也僅稱為“調(diào)整處理”。)的指令、和/或指示開始用于對(duì)蓄電裝置280充電的正式供電的指令并將其向車輛200發(fā)送。另一方面，車輛200包括次級(jí)自諧振線圈210、電容器220、次級(jí)線圈230、整流器240、切換裝置250、充電器270、蓄電裝置280、動(dòng)力輸出裝置285。另外，車輛200還包括電壓傳感器262、電流傳感器264、ECU290、通信裝置300。次級(jí)自諧振線圈210通過介由電磁場(chǎng)與供電設(shè)備100的初級(jí)自諧振線圈140諧振來從初級(jí)自諧振線圈140接受電力。此外，在次級(jí)自諧振線圈210設(shè)置有電容器220。電容器220例如連接在次級(jí)自諧振線圈210的兩端部之間。并且，對(duì)次級(jí)自諧振線圈210的線 圈直徑和卷數(shù)以及電容器220的電容進(jìn)行適當(dāng)設(shè)計(jì)，以使Q值(例如，Q > 100)以及耦合度K等增大。次級(jí)線圈230被配設(shè)為與次級(jí)自諧振線圈210隔著預(yù)定的間隔并與次級(jí)自諧振線圈210在大致同軸上。次級(jí)線圈230能夠通過電磁感應(yīng)與次級(jí)自諧振線圈210磁耦合，通過電磁感應(yīng)將由次級(jí)自諧振線圈210接受的電力取出并向整流器240輸出。此外，次級(jí)線圈230是為了易于取出來自次級(jí)自諧振線圈210的電力而設(shè)置的，也可以不設(shè)置次級(jí)線圈230而將整流器240直接連接于次級(jí)自諧振線圈210。另外，也可以利用次級(jí)自諧振線圈210的寄生電容來做成沒有設(shè)置電容器220的結(jié)構(gòu)。整流器240對(duì)從次級(jí)線圈230輸出的電力(交流)進(jìn)行整流。充電器270將從整流器240輸出的直流電力電壓進(jìn)行電壓變換而成為蓄電裝置280的充電電壓，并將其向蓄電裝置280輸出。蓄電裝置280為可再充電的直流電源，由例如鋰離子和/或鎳氫等的二次電池構(gòu)成。蓄電裝置280除了蓄積從充電器270接受的電力之外，還蓄積由動(dòng)力輸出裝置285發(fā)電產(chǎn)生的再生電力。并且，蓄電裝置280將其蓄積的電力向動(dòng)力輸出裝置285供給。此外，也能夠采用大電容的電容器作為蓄電裝置280。動(dòng)力輸出裝置285使用在蓄電裝置280中蓄積的電力來產(chǎn)生車輛200的行駛驅(qū)動(dòng)力。雖然沒有特別圖示，但是動(dòng)力輸出裝置285例如包括從蓄電裝置280接受電力的逆變器、由逆變器驅(qū)動(dòng)的馬達(dá)、由馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)輪等。此外，動(dòng)力輸出裝置285也可以包括用于對(duì)蓄電裝置280充電的發(fā)電機(jī)和能夠驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)。切換裝置250設(shè)置在整流器240和充電器270之間。切換裝置250包括繼電器252、254和電阻元件256。繼電器252設(shè)置在整流器240和充電器270之間的電力線上。繼電器254以及電阻元件256在與繼電器252相比更靠近整流器240 —側(cè)，串聯(lián)連接在整流器240和充電器270之間的電力線對(duì)之間。并且，在通過供電設(shè)備100對(duì)蓄電裝置280充電時(shí)，接通繼電器252，并斷開繼電器254。另一方面，在調(diào)整處理時(shí)，斷開繼電器252，并接通繼電器254。該切換裝置250是如下裝置，為了穩(wěn)定地進(jìn)行位置偏移量的推定以及阻抗的調(diào)整，將因SOC導(dǎo)致阻抗發(fā)生變化的蓄電裝置280斷開而將具有預(yù)定的阻抗的電阻元件256連接。電壓傳感器262對(duì)通過整流器240整流后的受電電壓V進(jìn)行檢測(cè)，并將該檢測(cè)值向ECU290輸出。電流傳感器264對(duì)從整流器240輸出的受電電流I進(jìn)行檢測(cè)，并將該檢測(cè)值向E⑶290輸出。E⑶290分別從電壓傳感器262以及電流傳感器264接受受電電壓V以及受電電流I的檢測(cè)值。另外，E⑶290從通信裝置300接受指示開始調(diào)整處理的指令和/或指示開始蓄電裝置280的充電的指令。并且，E⑶290通過由CPU執(zhí)行預(yù)先存儲(chǔ)的程序?qū)崿F(xiàn)的軟件處理和/或由專用的電子電路實(shí)現(xiàn)的硬件處理，按照上述指令對(duì)切換裝置250以及充電器 270的工作進(jìn)行控制。通信裝置300是用于與供電設(shè)備100進(jìn)行通信的通信接口。通信裝置300從E⑶290接收車輛200的受電狀況和/或蓄電裝置280的SOC等信息并將其向供電設(shè)備100發(fā)送。另外，通信裝置300接收用于指示開始調(diào)整處理的指令和/或指示開始蓄電裝置280的充電的指令并將其向ECU290輸出。在該非接觸供電系統(tǒng)中，通過初級(jí)自諧振線圈140和次級(jí)自諧振線圈210介由電磁場(chǎng)進(jìn)行諧振，從供電設(shè)備100向車輛200進(jìn)行供電。在從供電設(shè)備100向車輛200供電時(shí)，在車輛200中檢測(cè)出受電狀況，在供電設(shè)備100中檢測(cè)出向電源裝置110的反射電力。并且，基于車輛200的受電狀況以及反射電力來推定位置偏移量。進(jìn)而，基于該推定出的位置偏移量來調(diào)整匹配器120的阻抗，以使諧振系統(tǒng)的輸入阻抗與電源裝置110的輸出阻抗相匹配。圖3是用于說明利用諧振法的輸電的原理的圖。參照?qǐng)D3，在該諧振法中，與兩個(gè)音叉諧振同樣，通過具有相同的固有振動(dòng)頻率的兩個(gè)LC諧振線圈在電磁場(chǎng)(鄰近場(chǎng))中諧振，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，將初級(jí)線圈130連接于電源裝置110，向通過電磁感應(yīng)與初級(jí)線圈130磁稱合的初級(jí)自諧振線圈140供給IM 數(shù)十MHz的高頻電力。初級(jí)自諧振線圈140與電容器150 —起形成LC諧振器，介由電磁場(chǎng)(鄰近場(chǎng))與具有與初級(jí)自諧振線圈140相同的諧振頻率的次級(jí)自諧振線圈210進(jìn)行諧振。于是，能量(電力)介由電磁場(chǎng)從初級(jí)自諧振線圈140向次級(jí)自諧振線圈210移動(dòng)。已移動(dòng)到次級(jí)自諧振線圈210的能量(電力),通過電磁感應(yīng)由與次級(jí)自諧振線圈210磁耦合的次級(jí)線圈230取出，并向整流器240 (圖I)以后的負(fù)載350供給。此外，在表示初級(jí)自諧振線圈140和次級(jí)自諧振線圈210的諧振強(qiáng)度的Q值大于例如100時(shí)，實(shí)現(xiàn)了利用諧振法的輸電。圖4是圖I所示的供電設(shè)備100的E⑶160的功能框圖。參照?qǐng)D4，E⑶160包括通信控制部400、電力控制部410、位置偏移量推定部420和匹配器調(diào)整部430。通信控制部400對(duì)由通信裝置170 (圖I)實(shí)現(xiàn)的與車輛200的通信進(jìn)行控制。具體地說，通信控制部400進(jìn)行通信裝置170與車輛200側(cè)的通信裝置300之間的通信的建立。另外，通信控制部400在由供電設(shè)備100對(duì)車輛200的蓄電裝置280 (圖I)充電之前，通過通信裝置170向車輛200發(fā)送指示開始調(diào)整處理的指令和/或調(diào)整處理結(jié)束后指示開始用于對(duì)蓄電裝置280充電的正式供電的指令。另外，通信控制部400通過通信裝置170從車輛200接收與車輛200側(cè)的受電狀況和/或蓄電裝置280的SOC相關(guān)的信息、供電開始/結(jié)束指令等。
電力控制部410通過控制電源裝置110來控制向車輛200的供電電力。在此，在調(diào)整處理時(shí)，控制電源裝置110以輸出比用于對(duì)蓄電裝置280充電的正式供電時(shí)小的電力(調(diào)整用電力)。位置偏移量推定部420基于包括于從車輛200接收到的受電狀況的受電電壓以及通過電力傳感器115 (圖I)檢測(cè)到的反射電力，推定次級(jí)自諧振線圈210相對(duì)于初級(jí)自諧振線圈140的位置偏移量S。圖5是表示受電電壓以及反射電力與位置偏移量5之間的關(guān)系的圖。參照?qǐng)D5，當(dāng)位置偏移量8較小時(shí)，車輛200中的受電電壓較高，供電設(shè)備100中的反射電力較小。另一方面，當(dāng)位置偏移量s較大時(shí),受電電壓較低,反射電力較大。因此，預(yù)先求出這樣的受電電壓以及反射電力與位置偏移量之間的關(guān)系并制成映射圖(map)等，使用該映射圖等，基于在從供電設(shè)備100向車輛200輸電時(shí)所檢測(cè)到的受電電壓以及反射電力，推定位置偏移量S。此外，雖然沒有特別圖示，但是也可以使用受電電力來代替受電電壓。S卩，當(dāng)位置偏移量S較小時(shí),車輛200中的受電電力較大,供電設(shè)備100中的反射電力較小。另一方面，當(dāng)位置偏移量S較大時(shí)，受電電力較小，反射電力較大。因此，也可以預(yù)先求出受電電力以及反射電力與位置偏移量之間的關(guān)系并制成映射圖等，使用該映射圖等，基于在從供電設(shè)備100向車輛200輸電時(shí)所檢測(cè)到的受電電力以及反射電力,推定位置偏移量5。再次參照?qǐng)D4，匹配器調(diào)整部430基于由位置偏移量推定部420推定出的位置偏移量S，調(diào)整阻抗匹配器120 (圖1、2)的阻抗，以使諧振系統(tǒng)的輸入阻抗與電源裝置110的輸出阻抗相匹配。圖6是表示關(guān)于位置偏移量S與阻抗匹配器120的調(diào)整值之間的關(guān)系的一個(gè)例子的圖。參照?qǐng)D6，C1、C2分別表示可變電容器122、124(圖2)的調(diào)整值。這樣，調(diào)整值Cl、C2隨著位置偏移量S而發(fā)生變化。因此，預(yù)先求出位置偏移量5與調(diào)整值Cl、C2的關(guān)系并制成映射圖等，使用該映射圖等，基于根據(jù)受電電壓以及反射電力而推定出的位置偏移量S，調(diào)整阻抗匹配器120的阻抗。再次參照?qǐng)D4，在阻抗的調(diào)整結(jié)束時(shí)，電力控制部410控制電源裝置110以進(jìn)行用于對(duì)車輛200的蓄電裝置280充電的正式供電。圖7是用于說明由供電設(shè)備100的E⑶160執(zhí)行的處理的步驟的流程圖。參照?qǐng)D7，E⑶160判定是否建立了與車輛200的通信(步驟S10)。當(dāng)與車輛200的通信沒有建立時(shí)，不執(zhí)行之后的一系列處理，處理移向步驟S120。當(dāng)在步驟SlO中判定為已建立與車輛200的通信時(shí)(在步驟SlO中是)，E⑶160通過通信裝置170 (圖I)將指示開始調(diào)整處理的指令向車輛200發(fā)送(步驟S20)。此外，在車輛200中，當(dāng)接收到該指令時(shí)，斷開繼電器252，并接通繼電器254 (圖I)。由此，電阻元件256被電連接，蓄電裝置280被電斷開。然后，在接收到電阻元件256已被連接之意的應(yīng)答時(shí)，E⑶160控制電源裝置110以輸出調(diào)整用電力(步驟S30)。此外，該調(diào)整用電力是比用于對(duì)蓄電裝置280充電的正式供電時(shí)的電力小的預(yù)定的電力。接著，E⑶160通過通信裝置170接收次級(jí)側(cè)(車輛)的受電狀況(受電電壓和/或、受電電流、受電電力等)(步驟S40)。進(jìn)而，E⑶160從電力傳感器115 (圖I)接受由電力傳感器115檢測(cè)到的向電源裝置110的反射電力(步驟S50)。然后，E⑶160使用預(yù)先準(zhǔn)備好的表示車輛200的受電電壓以及供電設(shè)備100中的反射電力與位置偏移量之間的關(guān)系的位置偏移量推定映射圖，基于所接收到的受電電壓以及所檢測(cè)到的反射電力來推定位置偏移量S (步驟S60)。進(jìn)而，ECU160使用預(yù)先準(zhǔn)備好的表示次級(jí)自諧振線圈210相對(duì)于初級(jí)自諧振線圈140的位置偏移量與阻抗匹配器120的調(diào)整值之間的關(guān)系的匹配器調(diào)整映射圖，基于在步驟S60中推定出的位置偏移量5來調(diào)整阻抗匹配器120 (步驟S70)。接著，E⑶160判定反射電力以及車輛200的受電電力是否在預(yù)定范圍內(nèi)(步驟S80)。該判定處理是用于判定相對(duì)于從電源裝置110輸出的電力(行波電力)、反射電力以及受電電力的大小是否妥當(dāng)?shù)奶幚怼Ｈ缓?，?dāng)判定為反射電力以及受電電力在預(yù)定范圍內(nèi)時(shí)(在步驟S80中是)，E⑶160通過通信裝置170 (圖I)將指示開始用于對(duì)蓄電裝置280充電的正式供電的指令向車輛200發(fā)送(步驟S90)。此外，在車輛200中，當(dāng)接收到該指令時(shí)，接通繼電器252，并斷開繼電器254。由此，充電器270與整流器240電連接，電阻元件256被電斷開。然后，E⑶160控制電源裝置110以輸出用于對(duì)蓄電裝置280充電的充電電力(步驟S100)。另一方面，當(dāng)在步驟S80中判定為反射電力以及受電電力不在預(yù)定范圍內(nèi)時(shí)(在步驟S80中否)，E⑶160使電源裝置110停止，中止由供電設(shè)備100對(duì)蓄電裝置280的充電(步驟 SI 10)。如上所述，在本實(shí)施方式中，基于車輛200的受電狀況以及供電設(shè)備100中的反射電力，推定次級(jí)自諧振線圈210相對(duì)于初級(jí)自諧振線圈140的位置偏移量8。因此，根據(jù)本實(shí)施方式，可以不需要用于對(duì)初級(jí)自諧振線圈140與次級(jí)自諧振線圈210之間的距離進(jìn)行測(cè)定的距離傳感器。另外，在本實(shí)施方式中，基于所推定出的位置偏移量5來調(diào)整阻抗匹配器120的阻抗。因此，根據(jù)本實(shí)施方式，能夠抑制輸電效率的降低。此外，在上述的實(shí)施方式中，設(shè)為在供電設(shè)備100的E⑶160中推定位置偏移量5，但也可以在車輛200的E⑶290中推定位置偏移量5。在該情況下，從供電設(shè)備100向車輛200發(fā)送反射電力的檢測(cè)值，從車輛200向供電設(shè)備100發(fā)送位置偏移量5的推定結(jié)果。另外，在以上所述中，設(shè)為基于所推定出的位置偏移量5來調(diào)整阻抗匹配器120的阻抗，但也可以基于所推定出的位置偏移量5來進(jìn)行車輛200相對(duì)于供電設(shè)備100的位置調(diào)整。另外，在以上所述中，設(shè)為阻抗匹配器120僅設(shè)置于初級(jí)側(cè)的供電設(shè)備100，但也可以在次級(jí)側(cè)的車輛200設(shè)置阻抗匹配器。并且，在將阻抗匹配器設(shè)置于車輛200的情況下，也與上述的實(shí)施方式同樣，能夠基于受電電壓(或受電電力)以及反射電力來推定位置偏移量8，基于該推定結(jié)果來調(diào)整車輛200的阻抗匹配器。
另外，在以上所述中，設(shè)為使供電設(shè)備100的初級(jí)自諧振線圈140與車輛200的次級(jí)自諧振線圈210諧振來進(jìn)行輸電，但也可以通過一對(duì)高電介質(zhì)盤來構(gòu)成輸電單元以及受電單元。高電介質(zhì)盤由高介電常數(shù)材料構(gòu)成，例如使用Ti02、BaTi409、LiTaO3等。此外，在以上所述中，初級(jí)線圈130、初級(jí)自諧振線圈140以及電容器150形成本發(fā)明中的“輸電單元”的一個(gè)實(shí)施例，次級(jí)自諧振線圈210、電容器220以及次級(jí)線圈230形成本發(fā)明中的“受電單元”的一個(gè)實(shí)施例。另外，電力傳感器115對(duì)應(yīng)于本發(fā)明中的“用于檢測(cè)反射電力的檢測(cè)裝置”的一個(gè)實(shí)施例，E⑶160 (位置偏移量推定部420)對(duì)應(yīng)于本發(fā)明中的“推定部”的一個(gè)實(shí)施例。進(jìn)而，阻抗匹配器120對(duì)應(yīng)于本發(fā)明中的“阻抗可變裝置”的一個(gè)實(shí)施例，E⑶160(匹配器調(diào)整部430)對(duì)應(yīng)于本發(fā)明中的“阻抗調(diào)整部”的一個(gè)實(shí)施例。另外，進(jìn)而，電壓傳感器262以及電流傳感器264對(duì)應(yīng)于本發(fā)明中的“用于檢測(cè)受電狀況的檢測(cè)裝置”的一個(gè)實(shí)施例。應(yīng)該認(rèn)為，本次所公開的實(shí)施方式在所有的方面都是例示而不是限制性的內(nèi)容。 本發(fā)明的范圍不是由上述的實(shí)施方式的說明而是由權(quán)利要求表示，包括與權(quán)利要求等同的意思以及范圍內(nèi)的所有的變更。
權(quán)利要求
1.一種非接觸供電設(shè)備，以非接觸的方式向包括受電單元(210，220，230)的受電裝置(200)供電，所述非接觸供電設(shè)備具有 電源裝置(110)，其產(chǎn)生具有預(yù)定頻率的電力； 輸電單元(130、140、150)，其用于從所述電源裝置接受電力，通過介由電磁場(chǎng)與所述受電單元諧振，以非接觸的方式向所述受電單元輸電； 檢測(cè)裝置(115 )，其用于檢測(cè)向所述電源裝置的反射電力； 通信裝置(170)，其用于接收所述受電裝置的受電狀況；以及 推定部(420)，其使用所述受電狀況以及所述反射電力與所述受電單元相對(duì)于所述輸電單元的位置偏移量之間的預(yù)先求出的關(guān)系，基于所述受電狀況以及所述反射電力來推定所述位置偏移量。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的非接觸供電設(shè)備，其中，還具有 阻抗可變裝置(120)，其設(shè)置在所述電源裝置與所述輸電單元之間；和阻抗調(diào)整部(430)，其利用所述位置偏移量與所述阻抗可變裝置的阻抗之間的預(yù)先求出的關(guān)系，基于所述位置偏移量來調(diào)整所述阻抗。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的非接觸供電設(shè)備，其中， 所述受電狀況為所述受電裝置的受電電壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的非接觸供電設(shè)備，其中， 所述受電狀況為所述受電裝置的受電電力。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的非接觸供電設(shè)備，其中， 所述受電裝置構(gòu)成為能夠按照被提供的指令將受電阻抗固定為預(yù)定值， 所述通信裝置還在由所述推定部推定所述位置偏移量時(shí)，向所述受電裝置發(fā)送用于將所述受電阻抗固定為所述預(yù)定值的所述指令。
6.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的非接觸供電設(shè)備，其中， 所述輸電單元包括 初級(jí)線圈(130)，其從所述電源裝置接受電力；和 初級(jí)自諧振線圈(140),其通過電磁感應(yīng)被從所述初級(jí)線圈供電,并產(chǎn)生所述電磁場(chǎng)， 所述受電單元包括 次級(jí)自諧振線圈(210)，其通過介由所述電磁場(chǎng)與所述初級(jí)自諧振線圈諧振，從所述初級(jí)自諧振線圈接受電力；和 次級(jí)線圈(230)，其通過電磁感應(yīng)將由所述次級(jí)自諧振線圈接受的電力取出并輸出。
7.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的非接觸供電設(shè)備，其中， 所述受電裝置搭載于車輛上。
8.—種車輛，能夠以非接觸的方式從包括輸電單元(130、140、150)的供電設(shè)備(100)接受電力，所述車輛具有 受電單元(210、220、230)，其通過介由電磁場(chǎng)與所述輸電單元諧振，以非接觸的方式從所述輸電單元接受電力； 檢測(cè)裝置(262、264 )，其用于檢測(cè)所述受電單元的受電狀況； 通信裝置(300 )，其用于接收所述供電設(shè)備中的反射電力的檢測(cè)值；以及 推定部(290 )，其使用所述受電狀況以及所述反射電力與所述受電單元相對(duì)于所述輸電單元的位置偏移量之間的預(yù)先求出的關(guān)系，基于所述受電狀況以及所述反射電力來推定所述位置偏移量。
9.一種非接觸供電系統(tǒng)的控制方法，所述非接觸供電系統(tǒng)以非接觸的方式從供電設(shè)備(100)向受電裝置(200)供電， 所述供電設(shè)備具有 電源裝置(110)，其產(chǎn)生具有預(yù)定頻率的電力；和 輸電單元(130、140、150)，其用于從所述電源裝置接受電力，通過介由電磁場(chǎng)與所述受電裝置的受電單元(210、220、230)諧振，以非接觸的方式向所述受電單元輸電， 所述控制方法包括 檢測(cè)向所述電源裝置的反射電力的步驟； 檢測(cè)所述受電裝置的受電狀況的步驟；以及 使用所述受電狀況以及所述反射電力與所述受電單元相對(duì)于所述輸電單元的位置偏移量之間的預(yù)先求出的關(guān)系，基于所述受電狀況以及所述反射電力來推定所述位置偏移量的步驟。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的非接觸供電系統(tǒng)的控制方法，其中， 所述供電設(shè)備還具有設(shè)置在所述電源裝置與所述輸電單元之間的阻抗可變裝置(120)， 所述控制方法還包括如下步驟使用所述位置偏移量與所述阻抗可變裝置的阻抗之間的預(yù)先求出的關(guān)系，基于所述位置偏移量來調(diào)整所述阻抗。
全文摘要
電源裝置(110)產(chǎn)生具有預(yù)定頻率的電力。初級(jí)自諧振線圈(140)通過介由電磁場(chǎng)與次級(jí)自諧振線圈(210)諧振，以非接觸的方式向次級(jí)自諧振線圈(210)輸電。電力傳感器(115)檢測(cè)向電源裝置(110)的反射電力。通信裝置(170)接收車輛(200)的受電狀況。ECU(160)使用受電狀況以及反射電力與次級(jí)自諧振線圈(210)相對(duì)于初級(jí)自諧振線圈(140)的位置偏移量之間的預(yù)先求出的關(guān)系，基于車輛(200)的受電狀況以及反射電力來推定上述位置偏移量。
文檔編號(hào)H02J17/00GK102640395SQ20108005408
公開日2012年8月15日 申請(qǐng)日期2010年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月1日
發(fā)明者市川真士 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車株式會(huì)社