專利名稱：非接觸供電裝置以及非接觸供電方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及基于共振法的非接觸供電裝置以及非接觸供電方法。
背景技術(shù)：
作為非接觸(無線)的送電技術(shù)，已知利用送電側(cè)和受電側(cè)的電磁場的共振而送電的方法。通過在受電側(cè)設(shè)置多組相同的諧振頻率的諧振線圈，從而即使車輛的停車位置相對于規(guī)定位置偏移，也能夠可靠且充分地接收從送電側(cè)送電的電力(參照專利文獻I的段落
以及圖10)?，F(xiàn)有技術(shù)文獻
專利文獻專利文獻I :特開2009-106136號公報

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的課題但是，由于設(shè)置了多組的受電用諧振線圈為相同的諧振頻率，因此當初設(shè)定的受電用或者送電用線圈的諧振頻率因環(huán)境狀況等外在原因而變動，則存在送電效率下降的問題。本發(fā)明想要解決的課題在于提供一種非接觸供電裝置以及非接觸供電方法，即使送電用諧振部或者受電用諧振部的諧振頻率相對地變動也能夠抑制送電效率的下降。用于解決課題的方案作為本發(fā)明的一個方式的非接觸供電裝置包括送電用諧振部；以及受電用諧振部，通過與送電用諧振部的磁場共振而磁性耦合。送電用諧振部與受電用諧振部通過磁場共振而磁性耦合，從而來自電源的電力經(jīng)由送電用諧振部被供應(yīng)至受電用諧振部。送電用諧振部以及受電用諧振部的一方具有規(guī)定的單一的諧振頻率，送電用諧振部以及受電用諧振部的另一方具有包含規(guī)定的單一的諧振頻率的多個諧振頻率。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明，就算送電用諧振部以及受電用諧振部的一方的諧振頻率因外在因素等而變動，由于送電用諧振部以及受電用諧振部的另一方具有包含該諧振頻率的多個諧振頻率，因此能夠以變動的諧振頻率進行送電。由此，即使諧振頻率相對地變動也能夠抑制送電效率的下降。


圖I是表示應(yīng)用了本發(fā)明的第I實施方式的對電動車輛的供電系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)圖。圖2是表示圖I的供電系統(tǒng)的詳細結(jié)構(gòu)的電氣電路圖。圖3A是表示并聯(lián)的LC諧振電路和其阻抗特性的曲線。
圖3B是表示串聯(lián)的LC諧振電路和其阻抗特性的曲線。圖3C是表示諧振頻率不同的一對LC諧振電路和其阻抗特性的曲線。圖4 Ca)是表示圖I以及圖2的送電線圈I的阻抗特性的曲線，圖4 (b)是表示受電線圈2的阻抗特性的曲線。圖5是表示圖2的送電線圈I以及受電線圈2的另一例的電氣電路圖。圖6是表示圖4的送電線圈I的阻抗特性以及受電線圈2的阻抗特性的另一例的曲線。圖7是表示圖2的送電線圈I以及受電線圈2的纏繞間距的一例示意圖。
圖8是表示圖7的送電線圈I以及受電線圈2的自身諧振特性的曲線。圖9是表示圖2的送電線圈I以及受電線圈2的又一纏繞例的示意圖。圖10是表示圖I的送電線圈I以及受電線圈2的另一配置例的立體圖。圖11是表示圖I的供電系統(tǒng)的另一詳細結(jié)構(gòu)例的電氣電路圖。圖12是表示圖I的供電系統(tǒng)的又一詳細結(jié)構(gòu)例的電氣電路圖。圖13是表示圖I的供電系統(tǒng)的又一詳細結(jié)構(gòu)例的電氣電路圖。圖14是表示圖12的受電線圈2的諧振特性的曲線。圖15是表示圖I的送電線圈I或者受電線圈2的另一結(jié)構(gòu)例的電氣電路圖。
具體實施例方式《第I實施方式》以下，基于

本發(fā)明的第I實施方式。在附圖之間，對相同構(gòu)件附加相同標號，并省略說明。圖I是表示應(yīng)用了本發(fā)明的第I實施方式的對電動車輛的供電系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)圖，是在用于對電動車輛V的驅(qū)動用電動機MT供應(yīng)電力的供電系統(tǒng)中實現(xiàn)了本發(fā)明的例子。本例的供電裝置10包括高頻交流電源6、初級線圈4、送電線圈I、受電線圈2、次級線圈5、整流器7、蓄電裝置8。在供電裝置10中，受電線圈2、次級線圈5、整流器7、蓄電裝置8被設(shè)置在電動車輛V中，高頻交流電源6、初級線圈4、送電線圈I被設(shè)置在電動車輛V的外部。作為電動車輛V的外部的一例，有供電場所。另外，在電動車輛V的驅(qū)動系統(tǒng)(動力傳動系統(tǒng))上連接了驅(qū)動用電動機MT。驅(qū)動用電動機MT接受來自蓄電裝置8的電力而產(chǎn)生車輛驅(qū)動力，并經(jīng)由驅(qū)動系統(tǒng)將該產(chǎn)生的車輛驅(qū)動力輸出到車輪。由此，電動車輛V行駛。此外,在圖I中雖然未圖示,但在利用交流電機作為驅(qū)動用電動機MT的情況下，在蓄電裝置8和驅(qū)動用電動機MT之間設(shè)置逆變器等的電力變換器。在電動車輛V側(cè)設(shè)置的受電線圈(次級自身諧振線圈)2的兩端由開放(非接觸)的LC諧振線圈構(gòu)成，通過磁場的共振與供電裝置10的送電線圈(初級自身諧振線圈)I磁耦合。由此，受電線圈2能夠從送電線圈I接收交流電力。即，受電線圈2基于蓄電裝置8的電壓、送電線圈I和受電線圈2之間的送電距離、送電線圈I和受電線圈2的諧振頻率等各種條件，適當設(shè)定線圈的匝數(shù)、粗細、纏繞間距，使得表示送電線圈I和受電線圈2的共振強度的Q值以及表示其耦合度的K值增大。次級線圈5是兩端連接的一匝線圈，通過電磁感應(yīng)能夠從受電線圈2接受電力。次級線圈5優(yōu)選與受電線圈2設(shè)置在同軸上。次級線圈5是為了不改變受電線圈2的自身諧振頻率而設(shè)置。并且，次級線圈5將從受電線圈2接收的電力輸出到整流器7。整流器7對從次級線圈5接受的高頻的交流電力進行整流后輸出蓄電裝置8。另夕卜，也可以代替整流器7，利用將從次級線圈5接受的高頻的交流電力變換為直流電力的AC/DC變換器。這時，直流電力的電壓電平設(shè)為蓄電裝置8的電壓電平。蓄電裝置8是能夠進行充放電的直流電源，例如由鋰離子和鎳氫等二次電池構(gòu)成。蓄電裝置8的電壓例如為20(T500V左右。蓄電裝置8除了積蓄從整流器7供應(yīng)的電力之外，還能夠積蓄通過驅(qū)動用電動機MT發(fā)電的再生電力。并且，蓄電裝置8將該積蓄的電力供應(yīng)給驅(qū)動用電動機MT。另外，作為蓄電裝置8，也可以采用大容量的電容器來代替二次電池或者與其并用。蓄電裝置8只要是能夠臨時積蓄來自整流器7或驅(qū)動用電動機MT的電力，并且將該積蓄的電力供應(yīng)給驅(qū)動用電動機MT的電力緩存器即可。另一方面，在電動車輛V的外部(供電場所)設(shè)置的高頻交流電源6例如包括系統(tǒng)電源6a (電力公司具有的商用基礎(chǔ)交流電源)和電力變換器6b。電力變換器6b將從交流 電源6a接受的交流電力變換為能夠從送電線圈I送電至電動車輛V側(cè)的受電線圈2的高頻的交流電力，并將該變換后的高頻的交流電力供應(yīng)給初級線圈4。初級線圈4能夠通過電磁感應(yīng)對送電線圈I傳送交流電力，優(yōu)選與送電線圈I配設(shè)在同軸上。初級線圈4是為了不改變送電線圈I的自身諧振頻率而設(shè)置。并且，初級線圈4將從電力變換器6b接收的電力輸出到送電線圈I。送電線圈I被配設(shè)在供電場所的例如地面附近。送電線圈I由兩端開放(非接觸)的LC諧振線圈構(gòu)成，通過磁場的共振與電動車輛V的受電線圈2磁耦合。由此，送電線圈I能夠?qū)κ茈娋€圈2傳送電力。即，送電線圈I基于通過從送電線圈I傳送的電力而充電的蓄電裝置8的電壓、送電線圈I和受電線圈2之間的送電距離、送電線圈I和受電線圈2的共振頻率等各種條件，適當設(shè)置線圈的匝數(shù)、粗細、纏繞間距，使得Q值以及耦合度的K值增大。關(guān)于包含送電線圈I的諧振頻率的設(shè)定的結(jié)構(gòu)在后面敘述。圖2是將圖I所示的供電系統(tǒng)進一步具體化后的電路圖。圖I所示的電力變換器6b例如能夠作為圖2所示那樣的開關(guān)電源來具體化。圖2的開關(guān)電源6b包括對交流電源6a進行整流的、由多個二極管構(gòu)成的整流電路；以及根據(jù)該整流獲得的直流電力生成高頻的交流電力的、包含多個晶體管的斬波電路。初級線圈4在與送電線圈I具有的3個LC諧振線圈之間分別形成磁性的耦合M,從而將由電力變換器6b生成的交流電力傳遞給送電線圈I。例如，如圖2所示，送電線圈I由相互串聯(lián)連接的3個LC諧振電路構(gòu)成。各個LC諧振電路被設(shè)定為每一個都具有單一的自身諧振頻率fO。另外，LC諧振電路的自身諧振頻率的設(shè)定能夠調(diào)整線圈的匝數(shù)、粗細、纏繞間距等線圈形狀和尺寸。另一方面，受電線圈2例如包括相互串聯(lián)連接的3個LC諧振電路L21C21、L22C22,L23C23。3個LC諧振電路L21C21、L22C22、L23C23被設(shè)置為能夠接收從送電線圈I的各個諧振電路L傳送的交流電力。此外，次級線圈5具有在3個LC諧振電路L21C21、L22C22、L23C23的各個線圈L21、L22、L23之間形成磁耦合M的線圈LK。由此，次級線圈5能夠從受電線圈2接收交流電力。整流器7能夠通過對接收的電力進行整流的、由多個二極管組成的電路來具體化。由此，能夠?qū)⑦@三個LC諧振電路L21C21、L22C22、L23C23接收的交流電力傳遞給蓄電裝置8和電機MT等的負載。圖2的交流電源6a以及電力變換器6b形成“包含開關(guān)電源的結(jié)構(gòu)”，初級線圈4以及送電線圈I形成“送電側(cè)諧振器”，受電線圈2以及次級線圈5形成“受電側(cè)多重諧振器”，整流器7以及負載(8，MT)形成負載電路。說明基于共振法的送電原理。共振法是與兩個音叉共振同樣地，具有相同的固有振動數(shù)的兩個LC諧振線圈經(jīng)由磁場而共振，從而從一個線圈通過無線方式向另一個線圈傳遞電力的方法。S卩，如圖I所示,從高頻交流電源6對初級線圈4輸入高頻的交流電力。于是,在初級線圈4中產(chǎn)生磁場,通過電磁感應(yīng)在送電線圈I中產(chǎn)生高頻的交流電力。送電線圈I以及受電線圈2的每一個作為基于線圈自身的電感L和導線之間的寄生電容C的LC諧振電路發(fā)揮作用。受電線圈2具有與送電線圈I相同的諧振頻率，因此通過磁場的共振與送 電線圈I磁性地耦合。由此，交流電力從送電線圈I被傳遞到受電線圈2。并且，在接收了交流電力的接收線圈2中產(chǎn)生磁場。通過受電線圈2的磁場，在次級線圈5中產(chǎn)生基于電磁感應(yīng)的高頻的交流電力。次級線圈5的交流電力在通過整流器7被整流為直流電力之后供應(yīng)給蓄電裝置8。進而，在圖3A的上部表示電容器C以及線圈L并聯(lián)連接的LC諧振電路，在圖3A的下部表示并聯(lián)的LC諧振電路的阻抗特性(頻率f_阻抗Z)。在圖3A中&表示諧振頻率，Af表示諧振頻率的半輻值。在(I)式以及(2)式中，“L”表示線圈L的電感，“C”表示線圈L的導線之間的寄生電容，“R”表示線圈L的寄生電阻值。[數(shù)I]
權(quán)利要求
1.一種非接觸供電裝置，其特征在于，包括 送電用諧振部；以及 受電用諧振部，通過與所述送電用諧振部的磁場共振而磁性耦合， 所述送電用諧振部與所述受電用諧振部通過磁場共振而磁性耦合，從而來自電源的電力經(jīng)由所述送電用諧振部被供應(yīng)至所述受電用諧振部， 所述送電用諧振部以及所述受電用諧振部的一方具有規(guī)定的單一的諧振頻率， 所述送電用諧振部以及所述受電用諧振部的另一方具有包含所述規(guī)定的單一的諧振頻率的多個諧振頻率。
2.一種非接觸供電裝置，其特征在于，包括 送電用諧振部，設(shè)置在車輛的外部且被輸入來自電源的電力， 所述送電用諧振部與在所述車輛中設(shè)置的受電用諧振部通過磁場共振而磁性耦合，從而來自所述電源的電力經(jīng)由所述送電用諧振部被供應(yīng)至所述受電用諧振部， 所述送電用諧振部以及所述受電用諧振部的一方具有規(guī)定的單一的諧振頻率， 所述送電用諧振部以及所述受電用諧振部的另一方具有包含所述規(guī)定的單一的諧振頻率的多個諧振頻率。
3.一種非接觸供電裝置，其特征在于，包括 受電用諧振部，被設(shè)置在車輛中， 所述受電用諧振部與在所述車輛的外部設(shè)置且被輸入來自電源的電力的送電用諧振部通過磁場共振而磁性耦合，從而來自所述電源的電力經(jīng)由所述送電用諧振部被所述受電用諧振部接收， 所述送電用諧振部以及所述受電用諧振部的一方具有規(guī)定的單一的諧振頻率， 所述送電用諧振部以及所述受電用諧振部的另一方具有包含所述規(guī)定的單一的諧振頻率的多個諧振頻率。
4.如權(quán)利要求I至3的任一項所述的非接觸供電裝置，其特征在于， 所述送電用諧振部以及所述受電用諧振部的另一方具有的所述多個諧振頻率中的至少一個諧振頻率，被設(shè)定在相鄰的另一諧振頻率的半輻值的范圍內(nèi)。
5.如權(quán)利要求I至4的任一項所述的非接觸供電裝置，其特征在于， 所述送電用諧振部以及所述受電用諧振部的一方，包含纏繞間距均勻的線圈。
6.如權(quán)利要求I至5的任一項所述的非接觸供電裝置，其特征在于， 所述送電用諧振部以及所述受電用諧振部的另一方，包含纏繞間距變化的線圈。
7.如權(quán)利要求I至6的任一項所述的非接觸供電裝置，其特征在于， 所述送電用諧振部以及所述受電用諧振部的一方，具有與所述送電用諧振部以及所述受電用諧振部的另一方具有的諧振電路的數(shù)量相同的數(shù)量的諧振電路， 所述送電用諧振部的各諧振電路與所述受電用諧振部的各諧振電路被靠近配置。
8.如權(quán)利要求I至7的任一項所述的非接觸供電裝置，其特征在于， 所述送電用諧振部以及所述受電用諧振部的一方為所述送電用諧振部，所述送電用諧振部以及所述受電用諧振部的另一方為所述受電用諧振部。
9.如權(quán)利要求8所述的非接觸供電裝置，其特征在于， 所述送電用諧振部以及所述受電用諧振部分別包括多個。
10.一種非接觸供電方法，其特征在于， 具有規(guī)定的單一的諧振頻率的一對諧振部的一方，與具有包含所述規(guī)定的單一的諧振頻率的多個諧振頻率的所述一對諧振部的另一方，通過磁場共振而磁性耦合，從而將來自電源的電力經(jīng)由一方的諧振部供應(yīng)至另一方的諧振部。
11.一種非接觸供電裝置，其特征在于，包括 送電用諧振部件；以及 受電用諧振部件，通過與所述送電用諧振部件的磁場共振而磁性耦合， 所述送電用諧振部件與所述受電用諧振部件通過磁場共振而磁性耦合，從而來自電源的電力經(jīng)由所述送電用諧振部件被供應(yīng)至所述受電用諧振部件， 所述送電用諧振部件以及所述受電用諧振部件的一方具有規(guī)定的單一的諧振頻率，所述送電用諧振部件以及所述受電用諧振部件的另一方具有包含所述規(guī)定的單一的諧振頻率的多個諧振頻率。
全文摘要
作為本發(fā)明的一個方式的非接觸供電裝置包括送電用諧振部；以及受電用諧振部，通過與送電用諧振部的磁場共振而磁性耦合。送電用諧振部與受電用諧振部通過磁場共振而磁性耦合，從而來自電源的電力經(jīng)由送電用諧振部被供應(yīng)至受電用諧振部。送電用諧振部以及受電用諧振部的一方具有規(guī)定的單一的諧振頻率，送電用諧振部以及受電用諧振部的另一方具有包含規(guī)定的單一的諧振頻率的多個諧振頻率。
文檔編號H02J17/00GK102823110SQ20118001643
公開日2012年12月12日 申請日期2011年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月31日
發(fā)明者K.斯隆努姆凱, 甲斐敏佑, 皆川裕介 申請人:日產(chǎn)自動車株式會社