專利名稱：非接觸饋電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及非接觸饋電裝置。
背景技術(shù)：
作為基于電磁感應(yīng)的相互感應(yīng)作用，從初級(jí)側(cè)對(duì)移動(dòng)體中設(shè)置的次級(jí)側(cè),存在空隙并一面以非接觸方式靠近對(duì)應(yīng)位置一面供給電力的非接觸饋電裝置，已知在初級(jí)側(cè)的饋電電路中，在并聯(lián)的各線圈中分別配置用于諧振調(diào)諧的串聯(lián)電容器，電容器并聯(lián)地分別連接到各線圈的裝置(專利文獻(xiàn)I)。
現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
專利文獻(xiàn)
專利文獻(xiàn)1:特開2010-40699號(hào)公報(bào)發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的課題
但是，在以往的非接觸饋電裝置中，以初級(jí)側(cè)線圈和次級(jí)側(cè)線圈之間的耦合系數(shù)是固定的為前提來設(shè)定電容器等，所以在該耦合系數(shù)變化的情況下，有饋電效率降低的問題。
因此，本發(fā)明提供在耦合狀態(tài)變化的條件下，也抑制饋電效率降低的非接觸饋電裝置。
用于解決課題的方案
本發(fā)明通過在從交流電源的輸出側(cè)觀察的僅初級(jí)側(cè)的阻抗的特性中，在最靠近交流電源的基波分量的頻率取極大值的頻率和最靠近基波分量的頻率取極小值的頻率之間具有基波分量的頻率，在從連接到次級(jí)繞組的負(fù)載側(cè)觀察的僅次級(jí)側(cè)的阻抗的特性中，在最靠近交流電源的基波分量的頻率取極大值的頻率和最靠近基波分量的頻率取極小值的頻率之間具有基波分量的頻率，從而解決上述課題。
發(fā)明效果
根據(jù)本發(fā)明，在耦合系數(shù)在規(guī)定的范圍內(nèi)變化的情況下，輸入阻抗的絕對(duì)值對(duì)基波分量的頻率的特性成為在規(guī)定的阻抗值附近變動(dòng)的特性，輸入阻抗的相位特性對(duì)基波分量的頻率成為在規(guī)定的相位附近變動(dòng)的特性，所以在耦合狀態(tài)變化的條件下，也可以抑制從交流電源側(cè)的輸出側(cè)觀察的輸入阻抗的變化，作為其結(jié)果，可以抑制饋電效率的降低。


圖1是本例的非接觸饋電裝置的電路圖。
圖2a是圖1的初級(jí)繞組和次級(jí)繞組呈現(xiàn)對(duì)置的狀態(tài)的平面圖及立體圖。
圖2b是圖1的初級(jí)繞組和次級(jí)繞組呈現(xiàn)對(duì)置的狀態(tài)的平面圖及立體圖，是表示在X軸方向上偏移的情況的圖。
圖3是表示耦合系數(shù)的變化對(duì)圖2a、2b所示的X軸方向(Y軸方向)和Z軸方向的次級(jí)繞組201的曲線圖。
圖4是表示耦合系數(shù)對(duì)圖1的初級(jí)繞組和次級(jí)繞組之間的距離的特性的曲線圖。
圖5a是表示以往的非接觸饋電裝置中的、輸入阻抗特性對(duì)耦合系數(shù)的曲線圖。
圖5b是表示以往的非接觸饋電裝置中的、輸入阻抗的絕對(duì)值對(duì)等效負(fù)載電阻的特性的曲線圖。
圖5c是表示以往的非接觸饋電裝置中的、功率因數(shù)對(duì)耦合系數(shù)的特性的曲線圖。
圖6是表示圖1的初級(jí)側(cè)的等效電路的電路圖。
圖7a是圖1的非接觸饋電單元的電路圖中初級(jí)側(cè)電路的電路圖。
圖7b是圖1的非接觸饋電單元的電路圖中次級(jí)側(cè)電路的電路圖。
圖8a是表示圖7a的電路中的阻抗特性對(duì)頻率的曲線圖。
圖8b是表示圖7b的電路中的阻抗特性對(duì)頻率的曲線圖。
圖9a是表示圖1的非接觸饋電裝置中的、輸入阻抗的絕對(duì)值對(duì)耦合系數(shù)的特性的曲線圖。
圖9b是表示圖1的非接觸饋電裝置中的、輸入阻抗的相位特性對(duì)耦合系數(shù)的曲線圖。
圖1Oa是表示圖1的非接觸饋電單元和負(fù)載單元的等效電路的電路圖。
圖1Ob是表示復(fù)數(shù)平面的、圖1的非接觸饋電單元的輸入阻抗(Zin)的極點(diǎn)(pole)和零點(diǎn)的圖。
圖1Oc是表示復(fù)數(shù)平面的、圖1的非接觸饋電單元的輸入阻抗(Zin)的極點(diǎn)和零點(diǎn)的圖。
圖1la是表示圖7a的電路中的、阻抗絕對(duì)值的特性對(duì)頻率的曲線圖。
圖1lb是表示圖7a的電路中的、阻抗絕對(duì)值的特性對(duì)頻率的曲線圖。
圖1lc是表示圖1的非接觸饋電單元中的、阻抗絕對(duì)值的特性對(duì)頻率的曲線圖。
圖12a是表示圖1的高頻交流電源單元中的、輸出電壓的特性對(duì)輸出電流的曲線圖。
圖12b是表示圖1的高頻交流電源單元中的、輸出電壓的特性對(duì)輸出電流的曲線圖。
圖13a是表示圖1的非接觸饋電單元中的、輸入阻抗的絕對(duì)值對(duì)耦合系數(shù)的特性的曲線圖。
圖13b是表示圖1的非接觸饋電單元中的、輸入阻抗的絕對(duì)值的特性對(duì)等效負(fù)載電阻的曲線圖。
圖13c是表示圖1的非接觸饋電單元中的、功率因數(shù)對(duì)耦合系數(shù)的特性的曲線圖。
圖14的(a)是表示圖1的非接觸饋電裝置中的、輸出功率(Pwt)的特性對(duì)耦合系數(shù)(k)的曲線圖，(b)是表示在圖1的非接觸饋電裝置中，滿足規(guī)定的電力條件的耦合系數(shù)(k)的范圍的曲線圖。
圖15是表示圖1的非接觸饋電單元中的、效率對(duì)耦合系數(shù)的特性的曲線圖。
圖16是本發(fā)明的另一實(shí)施方式的非接觸饋電裝置的非接觸饋電單元的電路圖。
圖17是表示圖15的電路內(nèi)初級(jí)側(cè)的電路中的、輸入阻抗的絕對(duì)值對(duì)頻率的特性的曲線圖。
圖18是發(fā)明的另一實(shí)施方式的非接觸饋電裝置的非接觸饋電單元的電路圖。
圖19是表示圖17的電路內(nèi)初級(jí)側(cè)的電路中的、輸入阻抗的絕對(duì)值對(duì)頻率的特性的曲線圖。
標(biāo)號(hào)說明
11...正極
6...高頻交流電源單元
61...整流器
61a 61f...二極管
62...平滑電容器
63...電壓型逆變器
63a 63d...晶體管
64.…三相交流電源
7...負(fù)載單元
71...整流器
71a 71d...二極管
72...負(fù)載
5...非接觸饋電單元
3...輸電電路單元
101...初級(jí)繞組
102,103...電容器
104...線圈
4...受電電路單元
201...次級(jí)繞組
202,203...電容器
701...等效負(fù)載電阻具體實(shí)施方式
以下，基于

本發(fā)明的實(shí)施方式。
《第I實(shí)施方式》`
作為本發(fā)明實(shí)施方式的非接觸電源電路裝置的一例，說明與電動(dòng)汽車等的車輛用電池及電力負(fù)載一起使用的非接觸饋電裝置。
圖1表示非接觸饋電裝置的電路圖。本實(shí)施方式的非接觸饋電裝置包括:高頻交流電源單元6 ;進(jìn)行從高頻交流電源電路6輸出的電力的非接觸饋電的非接觸饋電單元5 ；以及由非接觸饋電單元供給電力的負(fù)載單元7。
高頻交流電源單元6包括:三相交流電源64 ;連接到三相交流電源64，將三相交流整流為直流的整流器61 ；以及通過平滑電容器62連接到整流器61，將整流后的電流反變換為高頻電力的電壓型逆變器63。整流器61將二極管61a和二極管61b、二極管61c和二極管61d、以及二極管61e和二極管61f三并聯(lián)地連接，在各自的中間連接點(diǎn)上連接三相交流電源64的輸出。電壓型逆變器63將在MOSFET的功率晶體管等上反并聯(lián)連接二極管的開關(guān)元件63a和同樣的開關(guān)元件63b的串聯(lián)電路及同樣的開關(guān)元件63c和開關(guān)元件63d的串聯(lián)電路并聯(lián)連接，通過平滑電容器62，連接到整流器61。而且，開關(guān)元件63a和開關(guān)元件63b之間的中間連接點(diǎn)及開關(guān)元件63c和開關(guān)元件63d之間的中間連接點(diǎn)分別連接到非接觸饋電單元5的初級(jí)側(cè)即輸電電路單元3。電壓型逆變器63對(duì)非接觸饋電單元50供給數(shù)k IOOkHz左右的交流電力。
這里，從高頻交流電源單元6輸出到非接觸饋電單元5的輸出波形是周期性變化的波形，將該輸出波形的頻率設(shè)為fo。此外，在該輸出波形中含有失真的情況下(或輸出波形例如為矩形波的情況)，含有失真的波形的周期函數(shù)具有的基本正弦波的頻率為頻率(f0)o以下，在本發(fā)明中，將這些頻率進(jìn)行統(tǒng)稱，稱為高頻交流電源單元6的基波分量的頻率(fo)。再有，高頻交流電源單元6不一定為圖1所示的電路，也可以是其他電路。
非接觸饋電單元5具有作為變壓器的輸入側(cè)的輸電電路3和作為變壓器的輸出側(cè)的受電電路單元4。輸電電路3有初級(jí)繞組101、串聯(lián)連接到初級(jí)繞組101的電容器102、以及并聯(lián)連接到初級(jí)繞組101的電容器103，受電電路單元4有次級(jí)繞組201、與次級(jí)繞組201并聯(lián)連接的電容器202、以及與次級(jí)繞組201串聯(lián)連接的電容器203。
負(fù)載單元7有將通過非接觸饋電單元5供給的交流電力整流為直流的整流單元71、以及連接到整流單元71的負(fù)載72。整流單元71將二極管71a和二極管71b、以及二極管71c和二極管7Id并聯(lián)連接，在各自的中間連接點(diǎn)上連接受電電路單元4的輸出。而且，將整流單元71的輸出連接到負(fù)載72。
接著，用圖2a、圖2b、圖3及圖4，說明在車輛和停車場中配有圖1所示的非接觸電源電路裝置的情況下，初級(jí)繞組101和次級(jí)繞組201的耦合系數(shù)(k)。
本例中，例如在車輛中配備包括次級(jí)繞組201的受電電路單元4及負(fù)載單元7，在作為地面?zhèn)壤缤＼噲鲋信鋫浒跫?jí)繞組101的輸電電路3及高頻交流電源6。電動(dòng)汽車的情況下，負(fù)載72例如對(duì)應(yīng)于二次電池。次級(jí)繞組201例如配備于車輛的底盤上。而且，車輛的駕駛員在該停車場停車，以使該次級(jí)繞組201例如在初級(jí)繞組101的上面，電力從初級(jí)繞組101供給到次級(jí)繞組201，負(fù)載72所包含的二次電池被充電。
圖2a及圖2b是表示初級(jí)繞組101及次級(jí)繞組201對(duì)置的狀態(tài)的平面圖a)、立體圖b)、c)。在圖2a及圖2b中，X軸及Y軸表示初級(jí)繞組101及次級(jí)繞組201的平面方向，Z軸表示高度方向。再有，為了本說明，初級(jí)繞組101及次級(jí)繞組201都設(shè)為相同的圓形形狀，但本例不一定為圓形，此外，不一定使初級(jí)繞組101和次級(jí)繞組201為同一形狀。
此時(shí)，如圖2a所示，在平面方向即X軸、Y軸方向上，車輛停車在停車場，以使次級(jí)繞組201重合在初級(jí)繞組101上即可，如圖2b所示，初級(jí)繞組101和次級(jí)繞組201之間的相對(duì)位置有時(shí)因駕駛員的技能而在平面方向上會(huì)偏離。此外，車輛的高度因車輛的種類或載重量而不同，所以初級(jí)繞組101和次級(jí)繞組201的高度方向Z的距離也因車高而不同。
在從高頻交流電源6供給到初級(jí)繞組101的電力(power)為固定的情況下，由次級(jí)繞組201受電的電力的效率，在次級(jí)繞組201重合于初級(jí)繞組101的狀態(tài)(相當(dāng)于圖3A的狀態(tài))下最高，在次級(jí)繞組201的中心點(diǎn)遠(yuǎn)離初級(jí)繞組101的中心點(diǎn)時(shí)降低。
圖3表示對(duì)圖2a、2b所示的X軸方向(Y軸方向)和Z軸方向的次級(jí)繞組201的耦合系數(shù)的變化。如圖3所示，在初級(jí)繞組I的中央和次級(jí)繞組2的中央一致的情況下，初級(jí)繞組I和次級(jí)繞組2中間的漏磁通變少，圖3的X軸的值相當(dāng)于零，耦合系數(shù)k變大。另一方面，相對(duì)于圖2a，如圖2b所示，初級(jí)繞組I和次級(jí)繞組2的位置在X軸方向上偏離時(shí)，漏磁通多，如圖3所示，耦合系數(shù)k變小。此外，初級(jí)繞組I和次級(jí)繞組2的Z軸(高度)方向的偏差變大時(shí)，耦合系數(shù)k變小。
圖4是表示耦合系數(shù)對(duì)初級(jí)繞組101和次級(jí)繞組201之間的距離(L)的特性的曲線圖。其中，距離(L)由式⑴表示。
權(quán)利要求
1.一種非接觸饋電裝置，包括通過交流電源從初級(jí)繞組供給電力的次級(jí)繞組，其特征在于， Zl對(duì)頻率的阻抗的絕對(duì)值特性，在最靠近所述交流電源的基波分量的頻率取極大值的頻率和最靠近所述基波分量的頻率取極小值的頻率之間具有所述基波分量的頻率， Z2對(duì)頻率的阻抗的絕對(duì)值特性，在最靠近所述交流電源的基波分量的頻率取極大值的頻率和最靠近所述基波分量的頻率取極小值的頻率之間具有所述基波分量的頻率， 其中: Zl表示從所述交流電源的輸出側(cè)觀察到的僅初級(jí)側(cè)的阻抗， Z2表示從所述次級(jí)繞組上所連接的負(fù)載側(cè)觀察到的僅次級(jí)側(cè)的阻抗。
2.權(quán)利要求1所述的非接觸饋電裝置，其特征在于， 將第I電容器串聯(lián)連接到所述初級(jí)繞組，將第2電容器并聯(lián)連接到所述初級(jí)繞組，將第3電容器串聯(lián)連接到所述次級(jí)繞組，將第4電容器并聯(lián)連接到所述次級(jí)繞組，并滿足flA < f0 < flB 及 f2A < f0 < f2B其中滿足:
3.權(quán)利要求2所述的非接觸饋電裝置，其特征在于，滿足 f1A ( f2A < f0 < f2B ( flB。
4.權(quán)利要求1至3的任何一項(xiàng)所述的非接觸饋電裝置，其特征在于， 根據(jù)所述交流電源的阻抗值設(shè)定對(duì)所述基波分量的頻率的、Zin的絕對(duì)值， 其中: Zin表示從所述交流電源的輸出側(cè)觀察的、包含所述初級(jí)繞組和所述次級(jí)繞組的饋電電路的輸入阻抗。
5.權(quán)利要求1至4的任何一項(xiàng)所述的非接觸饋電裝置，其特征在于， 在所述初級(jí)繞組和所述次級(jí)繞組的耦合系數(shù)在0.01以上到0.5以下的范圍內(nèi)變動(dòng)的情況下，對(duì)所述基波分量的頻率的、Zin的絕對(duì)值在所述交流電源的阻抗值附近變動(dòng)， 其中: Zin表示從所述交流電源的輸出側(cè)觀察的、包含所述初級(jí)繞組和所述次級(jí)繞組的饋電電路的輸入阻抗。
6.權(quán)利要求1至5的任何一項(xiàng)所述的非接觸饋電裝置，其特征在于， 在將所述第一電容器串聯(lián)連接到所述初級(jí)繞組，將第二電容器并聯(lián)連接到所述初級(jí)繞組，將第三電容器串聯(lián)連接到所述次級(jí)繞組，將第四電容器并聯(lián)連接到所述次級(jí)繞組，將從所述交流電源的輸出側(cè)觀察的、包含所述初級(jí)繞組和所述次級(jí)繞組的饋電電路的輸入阻抗的特性用復(fù)數(shù)平面表示的情況下， 最接近虛軸的第一極點(diǎn)和零點(diǎn)隨著所述初級(jí)繞組和所述次級(jí)繞組之間的耦合系數(shù)的增加，取虛軸上的、對(duì)于與所述基波頻率分量的頻率對(duì)應(yīng)的值對(duì)稱的軌跡， 第二接近虛軸的第二極點(diǎn)隨著所述耦合系數(shù)的增加，靠近所述第一極點(diǎn)。
7.權(quán)利要求1至6的任何一項(xiàng)所述的非接觸饋電裝置，其特征在于， 將第一電容器串聯(lián)連接到所述初級(jí)繞組，將第二電容器并聯(lián)連接到所述初級(jí)繞組，將第三電容器串聯(lián)連接到所述次級(jí)繞組，將第四電容器并聯(lián)連接到所述次級(jí)繞組，根據(jù)所述交流電源的阻抗來設(shè)定從交流電源的輸出側(cè)觀察的、包含所述初級(jí)繞組和所述次級(jí)繞組的饋電電路的輸入阻抗中的、f 1A和f 1B之間的頻率差， 其中滿足:
全文摘要
非接觸饋電裝置，包括通過交流電源從初級(jí)繞組供給電力的次級(jí)繞組，Z1對(duì)頻率的阻抗的絕對(duì)值特性，在最靠近交流電源的基波分量的頻率取極大值的頻率和最靠近基波分量的頻率取極小值的頻率之間具有基波分量的頻率，Z2對(duì)頻率的阻抗的絕對(duì)值特性，在最靠近交流電源的基波分量的頻率取極大值的頻率和最靠近基波分量的頻率取極小值的頻率之間具有基波分量的頻率。其中，Z1表示從交流電源的輸出側(cè)觀察的僅初級(jí)側(cè)的阻抗，Z2表示從次級(jí)繞組所連接的負(fù)載側(cè)觀察的僅次級(jí)側(cè)的阻抗。
文檔編號(hào)H02J17/00GK103210564SQ20118005399
公開日2013年7月17日 申請(qǐng)日期2011年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月12日
發(fā)明者甲斐敏佑, T.克賴索恩, 皆川裕介 申請(qǐng)人:日產(chǎn)自動(dòng)車株式會(huì)社