電力傳輸系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及經(jīng)由電磁場從送電天線(140)向受電天線(210)傳輸電能的電力傳輸系統(tǒng)，包括：將直流電壓轉(zhuǎn)換為規(guī)定的頻率的交流電壓并輸出的逆變器部(130)；送電側(cè)控制部(150)，其進(jìn)行以規(guī)定的頻率固定上述逆變器部(130)的驅(qū)動(dòng)頻率的控制，并且控制輸入上述逆變器部(130)的直流電壓的電壓值，將從上述逆變器部(130)輸出的電力值控制成恒定；被輸入來自上述逆變器部(130)的交流電壓的上述送電天線(140)；將來自上述受電天線(210)的輸出整流為直流電壓并輸出的整流部(220)；將從上述整流部(220)輸出的直流電壓升壓或者降壓并輸出的升降壓部(230)；利用來自上述升降壓部(230)的輸出進(jìn)行充電的電池(240)；以及受電側(cè)控制部(250)，其控制上述升降壓部(230)來以最大效率向上述電池(240)進(jìn)行充電。
【專利說明】電力傳輸系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及采用磁共振方式的磁共振天線的無線電力傳輸系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]近年來，正在盛行開發(fā)一種不使用電源線等而以無線方式傳輸電力(電能)的技術(shù)。在以無線方式傳輸電力的方式中，作為特別弓I人矚目的技術(shù)，有一種被稱為磁共振方式的技術(shù)。該磁共振方式是2007年馬薩諸塞州工科大學(xué)的研究組提出的方式，與之相關(guān)的技術(shù)例如在專利文獻(xiàn)I (日本特表2009 - 501510號(hào)公報(bào))中公開。
[0003]磁共振方式的無線電力傳輸系統(tǒng)通過使送電側(cè)天線的共振頻率與受電側(cè)天線的共振頻率相同，從送電側(cè)天線對受電側(cè)天線高效地進(jìn)行能量傳遞，最大特征之一是能夠使電力傳輸距離為數(shù)十cm?數(shù)m。
[0004]在上述那樣的磁共振方式的無線電力傳輸系統(tǒng)中，例如當(dāng)一方的天線被搭載于電動(dòng)汽車那樣的移動(dòng)體時(shí)，由于每當(dāng)進(jìn)行電力傳輸時(shí)，天線間的配置發(fā)生變化，所以賦予最佳的電力傳輸效率的頻率與之相伴而變化。鑒于此，提出了一種在進(jìn)行電力傳輸?shù)那岸螔呙桀l率，來決定實(shí)際的充電的電力傳輸時(shí)的最佳頻率的技術(shù)。例如，專利文獻(xiàn)1(日本特開2010 - 68657號(hào)公報(bào))中公開了一種無線電力發(fā)送裝置，其具有輸出規(guī)定的頻率的交流電力的交流電力輸出單元、第一共振線圈以及與該第一共振線圈對置配置的第二共振線圈，將由上述交流電力輸出單元輸出的交流電力向上述第一共振線圈輸出，通過共振現(xiàn)象以非接觸方式將上述交流電力向上述第二共振線圈發(fā)送，該無線電力發(fā)送裝置具備頻率設(shè)定單元，該頻率設(shè)定單元分別測定上述第一共振線圈的共振頻率以及上述第二共振線圈的共振頻率，將由上述交流電力輸出單元輸出的交流電力的頻率設(shè)定為上述各共振頻率的中間頻率。
[0005]專利文獻(xiàn)1:日本特表2009 - 501510號(hào)公報(bào)
[0006]專利文獻(xiàn)2:日本特開2010 - 68657號(hào)公報(bào)


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]然而，在以往的磁共鳴方式的無線電力傳輸系統(tǒng)中，存在需要在進(jìn)行電力傳輸?shù)那岸螔呙桀l率，來決定實(shí)際的充電的電力傳送時(shí)的最佳頻率的復(fù)雜的電路等，成為系統(tǒng)的成本增加的重要因素這樣的問題。
[0008]為解決上述技術(shù)問題，技術(shù)方案I涉及的發(fā)明是經(jīng)由電磁場從送電天線向受電天線傳輸電能的電力傳輸系統(tǒng)，其特征在于，包括:將直流電壓轉(zhuǎn)換為規(guī)定的頻率的交流電壓并輸出的逆變器部；控制上述逆變器部的驅(qū)動(dòng)頻率并且控制輸入至上述逆變器部的直流電壓的電壓值，從而控制從上述逆變器部輸出的電力的送電側(cè)控制部，被輸入來自上述逆變器部的交流電壓的上述送電天線；將來自上述受電天線的輸出整流為直流電壓并輸出的整流部；將從上述整流部輸出的直流電壓升壓或者降壓并輸出的升降壓部；利用來自上述升降壓部的輸出進(jìn)行充電的電池；以及受電側(cè)控制部，其通過控制上述升降壓部以便以最大效率向上述電池進(jìn)行充電，從而控制成上述逆變器部的驅(qū)動(dòng)頻率與上述送電天線和上述受電天線之間的耦合系數(shù)無關(guān)地不發(fā)生變化。
[0009]此外，技術(shù)方案2涉及的發(fā)明是根據(jù)技術(shù)方案I所記載的電力傳輸系統(tǒng)，其特征在于，上述送電側(cè)控制部進(jìn)行以規(guī)定的頻率固定上述逆變器部的驅(qū)動(dòng)頻率的控制，并且上述受電側(cè)控制部通過控制上述升降壓部來控制為以最大電力值向上述電池進(jìn)行充電。
[0010]此外，技術(shù)方案3涉及的發(fā)明是根據(jù)技術(shù)方案I或者技術(shù)方案2所記載的電力傳輸系統(tǒng)，其特征在于，作為上述逆變器部的驅(qū)動(dòng)頻率，使用兩個(gè)極值頻率中的較高的極值頻率。
[0011]根據(jù)本發(fā)明涉及的電力傳輸系統(tǒng)，通過在送電側(cè)系統(tǒng)中進(jìn)行以規(guī)定的頻率固定逆變器部的驅(qū)動(dòng)頻率的控制，在受電側(cè)系統(tǒng)中以最大效率向電池進(jìn)行充電，來控制成上述逆變器部的驅(qū)動(dòng)頻率與送電天線和受電天線之間的耦合系數(shù)無關(guān)地不發(fā)生變化。其結(jié)果，能夠進(jìn)行與送電天線和受電天線之間的位置偏移對應(yīng)的最佳的負(fù)載條件下的電力傳輸，并且由于不需要用于掃描頻率來決定實(shí)際的充電的電力傳輸時(shí)的最佳頻率的復(fù)雜的電路，所以能夠低價(jià)地組成系統(tǒng)。此外，在送電側(cè)系統(tǒng)中，通過使驅(qū)動(dòng)頻率為I個(gè)或者即使為多個(gè)也能夠使驅(qū)動(dòng)頻率的變化減小，從而能夠使系統(tǒng)構(gòu)成簡化。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明的實(shí)施方式涉及的電力傳輸系統(tǒng)的框圖。
[0013]圖2是示意性地表示將本發(fā)明的實(shí)施方式涉及的電力傳輸系統(tǒng)搭載于車輛的例子的圖。
[0014]圖3是表示本發(fā)明的實(shí)施方式涉及的電力傳輸系統(tǒng)的逆變器部的圖。
[0015]圖4是電池的充電曲線(profile)的圖。
[0016]圖5是表示負(fù)載條件與綜合效率之間的關(guān)系根據(jù)送電天線140與受電天線210之間的位置偏移而變化的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
[0017]圖6是說明送電天線140與受電天線210的位置關(guān)系的定義的圖。
[0018]圖7是表示在本發(fā)明的實(shí)施方式涉及的電力傳輸系統(tǒng)的送電側(cè)系統(tǒng)中的控制處理的流程的圖。
[0019]圖8是表示在本發(fā)明的實(shí)施方式涉及的電力傳輸系統(tǒng)的受電側(cè)系統(tǒng)中的控制處理的流程的圖。
[0020]圖9是使送電天線140與受電天線210接近時(shí)的送電效率的頻率依存性的例子的圖。
[0021]圖10是示意性表示第一極值頻率下的電流與電場的樣子的圖。
[0022]圖11是示意性表示第二極值頻率下的電流與電場的樣子的圖。
[0023]圖12是表示賦予兩個(gè)極值的極值頻率中產(chǎn)生磁壁的極值頻率(第一頻率)的情況下的特性的圖。
[0024]圖13是表示賦予兩個(gè)極值的極值頻率中產(chǎn)生電壁的極值頻率(第二頻率)的情況下的特性的圖。

【具體實(shí)施方式】
[0025]以下，參照附圖對本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說明。圖1是本發(fā)明的實(shí)施方式涉及的電力傳輸系統(tǒng)的框圖，圖2是示意性地表示將本發(fā)明的實(shí)施方式涉及的電力傳輸系統(tǒng)100搭載于車輛的例子的圖。本發(fā)明的電力傳輸系統(tǒng)100例如適合應(yīng)用于電動(dòng)汽車(EV)或混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(HEV)等的用于對車輛搭載電池充電的系統(tǒng)。為此，在車輛的底面部配置有能夠進(jìn)行受電的受電天線210。
[0026]在本實(shí)施方式涉及的電力傳輸系統(tǒng)100中，由于以非接觸方式對上述那樣的車輛傳輸電力，所以被設(shè)置于能夠使該車輛停車的停車空間。在車輛充電用的空間即該停車空間中，成為本實(shí)施方式涉及的電力傳輸系統(tǒng)100的送電天線140等被埋設(shè)于地下那樣的結(jié)構(gòu)。車輛的用戶將車輛停放到設(shè)置有本實(shí)施方式涉及的電力傳輸系統(tǒng)的停車空間，從送電天線140借助電磁場對車輛上搭載的受電天線210傳輸電能。
[0027]由于本實(shí)施方式涉及的電力傳輸系統(tǒng)100是上述那樣的利用方式，所以每當(dāng)使車輛停車在停車空間時(shí)，送電天線140與受電天線210之間的位置關(guān)系便發(fā)生變化，賦予最佳的電力傳輸效率的頻率也與之相伴而變化。鑒于此，在車輛停車后、即送電天線140與受電天線210之間的位置關(guān)系固定之后，在進(jìn)行實(shí)際的充電的電力傳輸時(shí)，根據(jù)被輸入至送電天線的電壓的相位與電流的相位之間的關(guān)系，來決定最佳頻率。
[0028]在車輛充電設(shè)備(送電側(cè))中，整流部110是將來自工業(yè)電源的交流電壓轉(zhuǎn)換為一定的直流電壓的轉(zhuǎn)換器，來自該整流部110的直流電壓被輸入至升降壓部120，在升降壓部120被升壓或者降壓為所期望的電壓值。能夠通過送電側(cè)控制部150控制在該升降壓部120輸出的電壓值的設(shè)定
[0029]逆變器部130根據(jù)由升降壓部120供給的直流電壓生成規(guī)定的交流電壓，并向送電天線140輸入。圖3是表示本發(fā)明的實(shí)施方式涉及的電力傳輸系統(tǒng)的逆變器部的圖。逆變器部130例如如圖3所示由以全橋方式連接的Qa至Qd所形成的4個(gè)場效應(yīng)晶體管(FET)構(gòu)成。
[0030]在本實(shí)施方式中，成為在串聯(lián)連接的開關(guān)元件Qa與開關(guān)元件Qb之間的連接部Tl、和串聯(lián)連接的開關(guān)元件Qc與開關(guān)元件Qd之間的連接部T2之間連接送電天線140的結(jié)構(gòu)，當(dāng)開關(guān)元件Qa與開關(guān)元件Qd為接通時(shí)，開關(guān)元件Qb與開關(guān)元件Q。為斷開，當(dāng)開關(guān)元件Qb與開關(guān)元件Q。為接通時(shí)，開關(guān)元件Qa與開關(guān)元件Qd為斷開，由此在連接部Tl與連接部T2之間產(chǎn)生矩形波的交流電壓。
[0031]從送電側(cè)控制部150輸入針對構(gòu)成上述那樣的逆變器部130的開關(guān)元件Qa至Qd的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。另外，能夠由送電側(cè)控制部150控制用于驅(qū)動(dòng)逆變器部130的頻率。
[0032]來自上述那樣的逆變器部130的輸出被供給至送電天線140。該送電天線140由具有電感成分的線圈構(gòu)成，通過與對置配置的車輛搭載的受電天線210共振，能夠?qū)乃碗娞炀€140輸出的電能輸送給受電天線210。
[0033]此外，在將來自逆變器部130的輸出向送電天線140輸入時(shí)，可以暫時(shí)利用未圖示的匹配器來匹配阻抗。匹配器可以由具有規(guī)定的電路常數(shù)的無源元件構(gòu)成。
[0034]在本發(fā)明的實(shí)施方式涉及的電力傳輸系統(tǒng)中，當(dāng)從電力傳輸系統(tǒng)100的送電側(cè)的送電天線140向受電側(cè)的受電天線210高效傳輸電力時(shí),通過使送電天線140的共振頻率與受電天線210的共振頻率相同，來從送電側(cè)天線對受電側(cè)天線高效地進(jìn)行能量傳遞。
[0035]由送電側(cè)控制部150計(jì)測對逆變器部130輸入的電壓V1以及電流I1、從逆變器部130輸出的電壓V2以及電流12。由此，送電側(cè)控制部150能夠根據(jù)計(jì)測的電壓V1以及電流I1取得對逆變器部130輸入的輸入電力(W1 = V1X I1K以及根據(jù)計(jì)測的電壓V2以及電流I2取得由逆變器部130輸出的輸出電力(W2 = V2XI2)等。
[0036]此外，在送電側(cè)控制部150，通過如上述那樣的結(jié)構(gòu)也能夠檢測從逆變器部130輸出的電壓V2的相位、和電流I2的相位。
[0037]送電側(cè)控制部150具有由CPU、保持在CPU上動(dòng)作的程序的ROM和作為CPU的工作區(qū)域的RAM等構(gòu)成的通用的信息處理部，計(jì)算檢測出的電壓V2的相位以及電流I2的相位之差。
[0038]送電側(cè)控制部150對由升降壓部120輸出的直流電壓的電壓、和在逆變器部130輸出的交流電壓的頻率進(jìn)行控制，而執(zhí)行實(shí)際的充電的電力傳輸。在進(jìn)行這樣的控制時(shí)，通過參照內(nèi)置于送電側(cè)控制部150的控制程序來決定頻率等?？刂瞥绦驑?gòu)成為存儲(chǔ)于存儲(chǔ)機(jī)構(gòu)，能夠被送電側(cè)控制部150的計(jì)算部參照。
[0039]此外，通信部170構(gòu)成為與車輛側(cè)的通信部270進(jìn)行無線電通信，能夠與車輛之間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的收發(fā)。通過通信部170接收到的數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)送至送電側(cè)控制部150而進(jìn)行處理。此外，送電側(cè)控制部150能夠?qū)⒁?guī)定信息經(jīng)由通信部170向車輛側(cè)發(fā)送。
[0040]接下來，對設(shè)置在車輛側(cè)的電力傳輸系統(tǒng)100的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。在車輛的受電側(cè)的系統(tǒng)中，受電天線210通過與送電天線140共振來接受從送電天線140輸出的電能。
[0041]由受電天線210接受的交流電力在整流部220被整流。來自整流部220的輸出在升降壓部230被升壓或者降壓為規(guī)定的電壓值，而被蓄積到電池240中。升降壓部230基于來自受電側(cè)控制部250的指令來控制電池240的蓄電。
[0042]由受電側(cè)控制部250計(jì)測從升降壓部230向電池240輸入的電壓V3以及電流13。構(gòu)成為受電側(cè)控制部250通過計(jì)測出的電壓V3以及電流I3來控制升降壓部230，而能夠以沿著電池240的適當(dāng)?shù)某潆娗€的方式控制電池240的充電。升降壓部230設(shè)置有電流傳感器以及電壓傳感器，通過對輸出電壓進(jìn)行反饋控制，能夠選擇是以恒電流充電模式、恒電力充電模式、恒電壓充電模式的任一種充電模式對電池240進(jìn)行充電。此外,如后面說明的那樣，在恒電流充電模式下，能夠進(jìn)行針對電池240的充電電力的電力最大化控制。
[0043]受電側(cè)控制部250具有由CPU、保持在CPU上動(dòng)作的程序的ROM以及作為CPU的工作區(qū)域的RAM等構(gòu)成的通用的信息處理部，以與圖示的受電側(cè)控制部250所連接的各構(gòu)成配合的方式進(jìn)行動(dòng)作。
[0044]在受電側(cè)控制部250存儲(chǔ)有電池240的充電曲線并且存儲(chǔ)有用于使受電側(cè)控制部250沿著該曲線動(dòng)作的算法。圖4是表示電池240的充電曲線260的圖。該充電曲線260表示電池240的充電曲線的一個(gè)例子，為了對電池240進(jìn)行充電，也可以使用其它的曲線。
[0045]此外，圖4表示從電池240的蓄電量幾乎沒有的狀態(tài)開始的充電曲線。在該充電曲線中，首先進(jìn)行以恒定的電力P_st進(jìn)行電池240的充電的恒輸出充電(CP控制)。接下來，若電池240的端部電壓成為Vf，則進(jìn)行維持恒定的充電電壓的恒電壓充電(CV控制)。然后，在恒電壓充電時(shí)，若流入電池240的電流成為Iniin，則結(jié)束充電。
[0046]此外，通信部270是與車輛充電設(shè)備側(cè)的通信部170進(jìn)行無線電通信，從而能夠與送電側(cè)系統(tǒng)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)的收發(fā)的結(jié)構(gòu)。由通信部270接收到的數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)送至受電側(cè)控制部250而進(jìn)行處理。此外，受電側(cè)控制部250能夠經(jīng)由通信部270向送電側(cè)發(fā)送規(guī)定信息。例如，受電側(cè)控制部250能夠向車輛充電設(shè)備側(cè)的系統(tǒng)發(fā)送是利用恒電力(CP)充電模式、或者恒電壓(CV)充電模式的哪個(gè)充電模式進(jìn)行電池240的充電所涉及的信息。
[0047]如上所述，在本實(shí)施方式涉及的電力傳輸系統(tǒng)100中，不是送電天線140與受電天線210之間的位置關(guān)系固定之后，在進(jìn)行實(shí)際的充電的電力傳輸時(shí)，進(jìn)行頻率掃描并選擇最佳頻率，而是以設(shè)定的一定的固定的頻率驅(qū)動(dòng)送電天線140，通過受電側(cè)系統(tǒng)中的升降壓部230中的調(diào)整，從而得到最佳的傳輸效率。
[0048]圖5是表示負(fù)載條件與綜合效率之間的關(guān)系根據(jù)送電天線140與受電天線210之間的位置偏移而變化的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，此外，圖6是說明送電天線140與受電天線210的位置關(guān)系的定義的圖。
[0049]送電天線140、受電天線210都是被卷繞成螺旋狀的大致矩形的線圈。在受電天線210搭載于車輛這一制約下，若將送電天線140與受電天線210之間的耦合系數(shù)為最大的送電天線140與受電天線210之間的相對位置定義為最佳相對位置，則送電天線140與受電天線210之間的位置偏移量能夠被定義為與該最佳相對位置的不同。距最佳相對位置的天線間的位置偏移量越大，耦合系數(shù)越小。
[0050]圖5 (A)示意性地示出在位置偏移量為Ocm的情況下，將負(fù)載的阻抗設(shè)定為50 Ω的情況以及將負(fù)載的阻抗設(shè)定為100 Ω的情況的效率的頻率特性，圖5 (B)示意性地示出在位置偏移量為15cm的情況下，將負(fù)載的阻抗設(shè)定為40 Ω的情況以及將負(fù)載的阻抗設(shè)定為50 Ω的情況的效率的頻率特性。此處，負(fù)載是指觀察圖1的Z而得的負(fù)載，此外，綜合效率中的效率是從圖1的H觀察的效率。此外，在圖5中，以ωζ =.等表示的值是阻抗為100Ω時(shí)，賦予最大的效率的頻率。
[0051]由圖5可知，即使在送電天線140與受電天線210之間的位置關(guān)系存在變化，通過使負(fù)載的阻抗變化，也能夠?qū)①x予作為系統(tǒng)整體的最大效率的頻率保持恒定。
[0052]鑒于此，在本發(fā)明涉及的電力傳輸系統(tǒng)中，在送電側(cè)系統(tǒng)中進(jìn)行以規(guī)定的頻率固定逆變器部130的驅(qū)動(dòng)頻率的控制，另一方面，在受電側(cè)系統(tǒng)中，控制成以最大電力進(jìn)行受電。
[0053]更具體而言，在本發(fā)明涉及的電力傳輸系統(tǒng)中，通過在送電側(cè)系統(tǒng)中，進(jìn)行以規(guī)定的頻率固定逆變器部130的驅(qū)動(dòng)頻率的控制，在受電側(cè)系統(tǒng)中，以最大效率向電池240進(jìn)行充電，來控制成上述逆變器部130的驅(qū)動(dòng)頻率與送電天線140與受電天線210之間的耦合系數(shù)無關(guān)地不發(fā)生變化。
[0054]其結(jié)果，即使存在受電側(cè)天線與送電側(cè)天線之間的位置的偏移，也不在進(jìn)行電力傳輸?shù)那岸螔呙桀l率而選擇最佳頻率，僅通過使受電側(cè)系統(tǒng)的升降壓部230的輸出變化而使負(fù)載變動(dòng)進(jìn)行調(diào)整，從而能夠進(jìn)行最佳的電力傳輸。
[0055]接下來，對如上所述那樣構(gòu)成的電力傳輸系統(tǒng)100的逆變器部130的控制處理的流程進(jìn)行說明。
[0056]圖7是表示本發(fā)明的實(shí)施方式涉及的電力傳輸系統(tǒng)的送電側(cè)系統(tǒng)中的控制處理的流程圖的圖。
[0057]在圖7中，在步驟SlOO中，若開始處理，則接著在步驟SlOl中，將逆變器部130的驅(qū)動(dòng)頻率固定地設(shè)定為規(guī)定的頻率。在下一步驟S102中，將電壓V2設(shè)定為作為初始電壓的 Vstart。
[0058]在步驟S103中，取得電流值I2，在步驟S104中，通過W2 = V2 X I2計(jì)算輸出電力。
[0059]在步驟S105中，判斷送電是否結(jié)束，在該判斷為否的情況下，進(jìn)入步驟S06。另一方面，在為是的情況下，進(jìn)入步驟S108，結(jié)束處理。
[0060]在步驟S106中，判斷輸出電力W是否到達(dá)作為目標(biāo)輸出電力的Wtarget，如果該判斷為是則進(jìn)入步驟S102，如果為否，則在步驟S107增減電壓V2來進(jìn)行調(diào)整。
[0061 ] 接下來，對與以上那樣的送電側(cè)系統(tǒng)對應(yīng)的受電側(cè)系統(tǒng)中的電力最大化控制進(jìn)行說明。在受電側(cè)系統(tǒng)中，成為使升降壓部230最佳地動(dòng)作，以最大效率向作為受電側(cè)的負(fù)載的電池進(jìn)行充電的算法，以使得能夠接受最大的電力。也就是說，只要控制升降壓部230以使得向電池240充電的電力為最大即可，圖8所示的流程圖僅是控制的一個(gè)例子。由于升降壓部230與電池240連接，所以在受電側(cè)控制部250觀測的電壓V3由電池240的狀態(tài)決定。因此，升降壓部230的升壓、降壓動(dòng)作在短期間未作為電壓V3的變化而被觀測到，作為電流I3而被觀測到。但是，由于若以充電時(shí)間整體來看，電壓V3也變化，所以觀測對象優(yōu)選為作為它們的積的W3。
[0062]圖8是表示本發(fā)明的實(shí)施方式涉及的電力傳輸系統(tǒng)的受電側(cè)系統(tǒng)中的控制處理的流程圖的圖。
[0063]在圖8中，若在步驟S200開始處理，則接著在步驟S201中，取得電流值I3、電壓值V3，在步驟S202中，通過W3 = V3X I3，計(jì)算從升降壓部230輸出的電力。
[0064]接著，在步驟S203中，進(jìn)行升降壓部230的升壓動(dòng)作，在步驟S204中，取得電流值13、電壓值v3，在步驟S205中，通過W3 = V3X I3計(jì)算從升降壓部230輸出的電力。在此的升壓動(dòng)作是指，假設(shè)在未與電池240連接的情況下，升降壓部230能夠使輸出電壓V3增加的動(dòng)作。
[0065]在步驟S206中，判斷輸出的電力是否已增加，在該判斷為是時(shí)，返回步驟S203，在為否時(shí)，進(jìn)入步驟S207。
[0066]在步驟S207中，將當(dāng)前的升壓設(shè)定值作為賦予最大輸出的值，而在升降壓部230設(shè)定。
[0067]而且，在步驟S208中，通過至S206為止的動(dòng)作，判斷輸出的電力是否未增加，在該判斷為是的情況下，進(jìn)入步驟S209，在為否的情況下，進(jìn)入步驟S214，結(jié)束處理。
[0068]在步驟S209中，進(jìn)行升降壓部230的降壓動(dòng)作，接著在步驟210中，取得電流值13、電壓值V3，在步驟211中，通過W3 = V3XIJ+算從升降壓部230輸出的電力。在此的降壓動(dòng)作是指，假設(shè)在未與電池240連接的情況下，升降壓部230能夠使輸出電壓V3減少的動(dòng)作。
[0069]在步驟S212中，判斷輸出的電力是否已增加，在該判斷為是時(shí)，返回步驟S209，在為否時(shí)，進(jìn)入步驟S213。在步驟S213中，將當(dāng)前的降壓設(shè)定值作為賦予最大輸出的值，而在升降壓部230設(shè)定，進(jìn)入步驟S214，結(jié)束處理。升壓設(shè)定值和降壓設(shè)定值是被排他地采用的，在此在設(shè)定了降壓設(shè)定值的情況下，不使用在步驟S207設(shè)定的升壓設(shè)定值。
[0070]以上，根據(jù)本發(fā)明涉及的電力傳輸系統(tǒng)，由于控制成在送電側(cè)系統(tǒng)中進(jìn)行以規(guī)定的頻率固定逆變器部的驅(qū)動(dòng)頻率的控制，在受電側(cè)系統(tǒng)中以最大電力進(jìn)行受電，其結(jié)果，能夠進(jìn)行以與送電天線和受電天線之間的位置偏移對應(yīng)的最佳的負(fù)載條件的電力傳輸，并且由于不需要用于掃描頻率來決定實(shí)際的充電的電力傳輸時(shí)的最佳頻率的復(fù)雜的電路，所以能夠低價(jià)地組成系統(tǒng)。此外，在送電側(cè)系統(tǒng)中，通過使驅(qū)動(dòng)頻率為一個(gè)，或者即使為多個(gè)也能夠使驅(qū)動(dòng)頻率的變化減小，從而能夠使系統(tǒng)構(gòu)成簡化。
[0071]在此，對賦予無線電力傳輸系統(tǒng)中的傳輸效率的極值的頻率進(jìn)行說明。在上述系統(tǒng)的電力傳輸時(shí)，存在兩個(gè)賦予傳輸效率的極值的頻率。對對于系統(tǒng)而言選擇這樣的兩頻率中的哪個(gè)頻率為最佳進(jìn)行說明。
[0072]圖9是表示使送電天線140與受電天線210接近時(shí)的送電效率的頻率依存性例子的圖。
[0073]在磁共振方式的無線電力傳輸系統(tǒng)中，如圖9所示那樣，存在第一極值頻率fn、第二極值頻率f；這兩個(gè)，但在進(jìn)行電力傳輸時(shí)，優(yōu)選為以它們中的任一個(gè)頻率來進(jìn)行。
[0074]圖10是示意性地表示第一極值頻率的電流和電場的樣子的圖。在第一極值頻率中，流過送電天線140的線圈的電流與流過受電天線210的線圈的電流之間相位大致相等，磁場向量一致的位置為送電天線140的線圈、受電天線210的線圈的中央部附近?？蓪⒃摖顟B(tài)認(rèn)為產(chǎn)生磁場方向與送電天線140和受電天線210之間的對稱面垂直的磁壁。
[0075]此外，圖11是示意性地表示第二極值頻率的電流和電場的樣子的圖。在第二極值頻率中，流過送電天線140的線圈的電流與流過受電天線210的線圈的電流之間相位幾乎相反，磁場向量一致的位置為送電天線140的線圈、受電天線210的線圈的對稱面附近?？蓪⒃摖顟B(tài)認(rèn)為產(chǎn)生磁場方向與送電天線140和受電天線210之間的對稱面水平的電壁。
[0076]此外，針對上述那樣的電壁、磁壁等的概念，將居村岳廣、堀洋一《電磁界共振結(jié)合U 3伝送技術(shù)》IEEJ Journal, Vol.129，N0.7，2009，或者居村岳廣、岡部浩之、內(nèi)田利之、堀洋一《等価回路々^見&非接觸電力伝送O磁界結(jié)合△電界結(jié)合1二関+ 3研究》IEEJTrans.1A, Vol.130，N0.1,2010等所記載的概念援引到本說明書中。
[0077]在本發(fā)明中，針對在作為賦予極值的頻率存在第一極值頻率、第二極值頻率這兩個(gè)頻率的情況下，選定在送電天線140與受電天線210之間的對稱面產(chǎn)生電壁的極值頻率的理由進(jìn)行說明。
[0078]圖12是表示賦予兩個(gè)極值的極值頻率中的產(chǎn)生磁壁的極值頻率(第一頻率)的情況下的特性的圖。圖12(A)是表示伴隨電池240 (負(fù)載)的負(fù)載變化變動(dòng)的送電側(cè)的電壓(V1)、電流(I1)的變動(dòng)的樣子的圖，圖12⑶是表示伴隨電池240 (負(fù)載)的負(fù)載變化變動(dòng)的受電側(cè)的電壓(V3)、電流(I3)的變動(dòng)的樣子的圖。根據(jù)如圖12所示那樣的特性，可知存在在受電側(cè)電池240 (負(fù)載)的負(fù)載增大且電壓增大的特性。
[0079]在產(chǎn)生以上那樣的磁壁的頻率中，從電池240側(cè)觀察，受電天線210可被視為恒電流源。在這樣的受電天線210以恒電流源那樣地動(dòng)作的頻率進(jìn)行電力傳輸?shù)那闆r下，假設(shè)在由于作為負(fù)載側(cè)的電池240等的故障而引起緊急停止，則受電天線210的兩端部的電壓上升。
[0080]另一方面，圖13是表示賦予兩個(gè)極值的極值頻率中的產(chǎn)生電壁的極值頻率(第二頻率)的情況下的特性的圖。圖13(A)是表示伴隨電池240 (負(fù)載)的負(fù)載變化變動(dòng)的送電側(cè)的電壓(V1)、電流(I1)的變動(dòng)的樣子的圖，圖13(B)是表示伴隨電池240 (負(fù)載)的負(fù)載變化變動(dòng)的受電側(cè)的電壓(V3)、電流(I3)的變動(dòng)的樣子的圖。根據(jù)圖13所示那樣的特性，可知存在在受電側(cè)電池240 (負(fù)載)的負(fù)載增大且電流減少的特性。
[0081]在產(chǎn)生以上那樣的電壁的頻率中，從電池240側(cè)觀察，受電天線210可被視為恒電壓源。在這樣的受電天線210以恒電壓源那樣地動(dòng)作的頻率進(jìn)行電力傳輸?shù)那闆r下，即使假設(shè)在由于作為負(fù)載側(cè)的電池240等的故障引起緊急停止，受電天線210的兩端部的電壓也不會(huì)上升。由此，根據(jù)本發(fā)明涉及的電力傳輸系統(tǒng)，在負(fù)載急劇降低時(shí)，電壓不會(huì)成為高壓，能夠穩(wěn)定地進(jìn)行電力傳輸。
[0082]在圖12的特性中，對受電側(cè)的電池240(負(fù)載)而言，充電電路被視為電流源，在圖13的特性中，對受電側(cè)的電池240(負(fù)載)而言，充電電路被視為電壓源。由于對電池240(負(fù)載)而言優(yōu)選伴隨著負(fù)載增大,而電流減少的圖13所示的特性，所以在本實(shí)施方式中，針對存在第一極值頻率、第二極值頻率這兩個(gè)頻率的情況下，選定在送電天線140與受電天線210之間的對稱面產(chǎn)生電壁的極值頻率。
[0083]根據(jù)這樣的本發(fā)明涉及的電力傳輸系統(tǒng)，即使在賦予傳輸效率的極值的頻率存在兩個(gè)的情況下，也能夠迅速地決定電力傳輸時(shí)的最佳頻率，能夠在短時(shí)間高效地進(jìn)行電力傳輸。
[0084]此外，在存在兩個(gè)賦予兩個(gè)極值的頻率的情況下，若選定在送電天線140與受電天線210之間的對稱面產(chǎn)生電壁的極值頻率，則由于對電池240 (負(fù)載)而言，充電電路被視為電壓源，所以具有由于在通過充電控制而向電池240的輸出變動(dòng)時(shí)，逆變器部130的輸出也相伴地增減而易于操縱這一優(yōu)點(diǎn)。此外，由于即使在受電側(cè)控制部250緊急停止時(shí)，提供電力也自動(dòng)地最小化，所以不需要不必要的裝置。
[0085]此外，在存在兩個(gè)賦予兩個(gè)極值的頻率的情況下，若選定在送電天線140與受電天線210之間的對稱面產(chǎn)生電壁的極值頻率，則由于從受電側(cè)控制部250來看整流部220被視為電壓源，所以具有由于在通過充電控制而向電池240的輸出變動(dòng)時(shí)，升降壓部120的輸出也相伴地增減而易于操縱這一優(yōu)點(diǎn)。
[0086]與此相對的，在存在兩個(gè)賦予兩個(gè)極值的頻率的情況下，若選定在送電天線140與受電天線210之間的對稱面產(chǎn)生磁壁的極值頻率，則在受電側(cè)控制部250使輸出減小時(shí)需要相伴地控制提供電壓，需要用于其的通信單元、檢測單元，成本增加。
[0087]但是，本發(fā)明涉及的電力傳輸系統(tǒng)中的逆變器部的頻率控制方法能夠用于，在選定極值為兩個(gè)的送電天線140與受電天線210之間的對稱面產(chǎn)生電壁的極值頻率的情況、選定產(chǎn)生磁壁的極值頻率的情況中的任一個(gè)，而且，在共振點(diǎn)附近的極值僅存在一個(gè)的情況下，也能夠有效地利用。
[0088]產(chǎn)業(yè)上的可利用性
[0089]本發(fā)明的電力傳輸系統(tǒng)適合用于近年，用于向迅速普及的電動(dòng)汽車(EV)、混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(HEV)等的車輛充電的磁共振方式的無線電力傳輸系統(tǒng)。在這樣的磁共振方式的無線電力傳輸系統(tǒng)中，存在由于需要用于在進(jìn)行電力傳輸?shù)那岸螔呙桀l率，來決定實(shí)際的充電的電力傳輸時(shí)的最佳頻率的復(fù)雜的電路等，所以成為系統(tǒng)的成本增加的重要因素的問題。與此相對的，在本發(fā)明涉及的電力傳輸系統(tǒng)中，通過在送電側(cè)系統(tǒng)中進(jìn)行以規(guī)定的頻率固定逆變器部的驅(qū)動(dòng)頻率的控制，在受電側(cè)系統(tǒng)中以最大效率向電池進(jìn)彳丁充電，來控制成上述逆變器部的驅(qū)動(dòng)頻率與送電天線和受電天線之間的耦合系數(shù)無關(guān)地不發(fā)生變化。其結(jié)果，能夠進(jìn)行與送電天線和受電天線之間的位置偏移對應(yīng)的最佳的負(fù)載條件下的電力傳輸，并且由于不需要用于掃描頻率來決定實(shí)際的充電的電力傳輸時(shí)的最佳頻率的復(fù)雜的電路，所以能夠低價(jià)地組成系統(tǒng)，產(chǎn)業(yè)上的可利用性非常大。
[0090]附圖標(biāo)記說明:
[0091]100...電力傳輸系統(tǒng)；110...整流部；120...升降壓部；130...逆變器部；140...送電天線；150...送電側(cè)控制部；170...通信部；210...受電天線；220...整流部；230...升降壓部；240...電池；250...受電側(cè)控制部；270...通信部。
【權(quán)利要求】
1.一種電力傳輸系統(tǒng),經(jīng)由電磁場從送電天線向受電天線傳輸電能，該電力傳輸系統(tǒng)的特征在于，包括: 將直流電壓轉(zhuǎn)換為規(guī)定的頻率的交流電壓并輸出的逆變器部； 送電側(cè)控制部，其控制所述逆變器部的驅(qū)動(dòng)頻率并且控制向所述逆變器部輸入的直流電壓的電壓值，從而控制從所述逆變器部輸出的電力； 被輸入來自所述逆變器部的交流電壓的所述送電天線； 將來自所述受電天線的輸出整流為直流電壓并輸出的整流部； 將從所述整流部輸出的直流電壓升壓或者降壓并輸出的升降壓部； 利用來自所述升降壓部的輸出進(jìn)行充電的電池；以及 受電側(cè)控制部，其通過控制所述升降壓部來以最大效率向所述電池進(jìn)行充電，從而控制為所述逆變器部的驅(qū)動(dòng)頻率與所述送電天線和所述受電天線間的耦合系數(shù)無關(guān)地不發(fā)生變化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力傳輸系統(tǒng)，其特征在于， 所述送電側(cè)控制部進(jìn)行以規(guī)定頻率固定所述逆變器部的驅(qū)動(dòng)頻率的控制，并且 所述受電側(cè)控制部通過控制所述升降壓部來控制為以最大電力值向所述電池進(jìn)行充電。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的電力傳輸系統(tǒng)，其特征在于， 作為所述逆變器部的驅(qū)動(dòng)頻率，使用兩個(gè)極值頻率中的較高的極值頻率。
【文檔編號(hào)】B60L5/00GK104137388SQ201380011177
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2013年2月27日 優(yōu)先權(quán)日:2012年2月29日
【發(fā)明者】山川博幸, 伊藤泰雄, 林弘毅 申請人:株式會(huì)社愛考斯研究