電力傳輸系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明是經(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)；控制逆變器部(130)的驅(qū)動頻率和輸入的直流電壓的電壓值并將從逆變器部(130)輸出的電力值控制成恒定的送電側(cè)控制部(150)；被輸入來自逆變器部(130)的交流電壓的送電天線(140)；將來自受電天線(210)的輸出整流為直流電壓的整流部(220)；將從整流部(220)輸出的直流電壓升壓或者降壓并輸出的升降壓部(230)；利用來自升降壓部(230)的輸出進(jìn)行充電的電池；以及受電側(cè)控制部(250)，其通過控制升降壓部(230)來控制為以最大電力值向電池進(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，作為特別引人矚目的技術(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)1 (日本特表2009 - 501510號公報）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 動汽車那樣的移動體時，由于每當(dāng)進(jìn)行電力傳輸時，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?頻率，來決定實際的電力傳輸時的最佳頻率的技術(shù)。例如，專利文獻(xiàn)1(日本特開2010 - 68657號公報）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號公報
[0006] 專利文獻(xiàn)2:日本特開2010 - 68657號公報


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 然而，
【發(fā)明者】通過實驗發(fā)現(xiàn)，在上述那樣的磁共振方式的無線電力傳輸系統(tǒng)中，在 送電側(cè)天線與受電側(cè)天線之間存在位置偏移的情況下，作為將受電側(cè)系統(tǒng)作為整體看時的 負(fù)載條件，存在與位置偏移對應(yīng)的最佳條件。然而，在上述專利文獻(xiàn)2記載的發(fā)明中，由于 未考慮上述那樣的負(fù)載條件而進(jìn)行電力傳輸，因此存在綜合的電力傳輸效率降低這一技術(shù) 問題。
[0008] 為解決上述技術(shù)問題，技術(shù)方案1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來控制為以 最大效率向上述電池進(jìn)行充電。
[0009] 此外，技術(shù)方案2涉及的發(fā)明是根據(jù)技術(shù)方案1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)行控制以使得上述逆變器部的輸出電力值為恒定，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1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)動頻率，使用兩個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)，由于在送電側(cè)系統(tǒng)中控制成輸出恒定的電力， 在受電側(cè)系統(tǒng)中控制成以最大電力進(jìn)行受電，所以其結(jié)果，由于能夠進(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，因此能夠抑制電力傳輸效率 的降低。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012] 圖1是本發(fā)明的實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)載條件與總合效率之間的關(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驗結(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。

【具體實施方式】
[0025] 以下，參照附圖對本發(fā)明的實施方式進(jìn)行說明。圖1是本發(fā)明的實施方式涉及的 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)1〇〇例如適合應(yīng)用于電動汽車（EV)或混 合動力電動汽車（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，成為本實施方式涉及的電力傳輸系統(tǒng)1〇〇的送電天線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 輛停止在停車空間時，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)行實際的充電的電力傳輸時，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Q A至QD所形成的4個場效應(yīng)晶體管（FET) 構(gòu)成。
[0030] 在本實施方式中，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T1、 和串聯(lián)連接的開關(guān)元件Q c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Q d為接通時，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，開關(guān)元件Qa與開關(guān)元件Qd為斷開，由此在連接部T1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Q d 的驅(qū)動信號。另外，能夠由送電側(cè)控制部150控制用于驅(qū)動逆變器部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?電天線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，可以暫時利用未圖示 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，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計測對逆變器部130輸入的電壓％以及電流L、從逆變器部 130輸出的電壓V 2以及電流12。由此，送電側(cè)控制部150能夠根據(jù)計測的電壓％以及電流 L取得對逆變器部130輸入的輸入電力（Wi = LX U、以及根據(jù)計測的電壓V2以及電流12 取得由逆變器部130輸出的輸出電力（W2 = V2XI2)。
[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12的相位。
[0037] 送電側(cè)控制部150具有由CPU、保持在CPU上動作的程序的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，計算檢測出的電壓V2的相位以及電流12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)行實際的充電的電力傳輸。在進(jìn)行這樣的控制時，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。控制程序構(gòu)成為存儲于存儲機(jī) 構(gòu)，能夠被送電側(cè)控制部150的計算部參照。
[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)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)，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計測從升降壓部230向電池240輸入的電壓V3以及電流1 3。 構(gòu)成為受電側(cè)控制部250通過計測出的電壓V3以及電流13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)行動作。
[0044] 在受電側(cè)控制部250存儲有電池240的充電曲線并且存儲有用于使受電側(cè)控制部 250沿著該曲線動作的算法。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的充電曲線的一個例子，也可以使用其它的曲線來進(jìn)行電池240的充電。
[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，若流入電池240的電流成為，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)充電模式的哪個充電模式進(jìn)行電池240的充電所涉及的信息。
[0047] 然而，
【發(fā)明者】通過實驗發(fā)現(xiàn)，在如本發(fā)明那樣的磁共振方式的無線電力傳輸系統(tǒng) 中，在送電天線140與受電天線210之間存在位置偏移的情況下，作為將受電側(cè)系統(tǒng)作為整 體看時的負(fù)載條件，存在與位置偏移對應(yīng)的最佳條件。
[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驗結(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是一邊使由大致矩形線圈構(gòu)成的送電天線140、受電天線210的長邊方向的位 置偏移變化一邊實驗地求出負(fù)載條件與綜合效率之間的關(guān)系。負(fù)載條件中的負(fù)載是指觀察 圖1中的Z而得的負(fù)載，此外，綜合效率中的效率是指從圖1中的η觀察的效率。
[0051] 如圖5所示那樣，可知效率最佳的負(fù)載條件根據(jù)送電天線140與受電天線210之 間的位置關(guān)系而不同。另一方面，如上述那樣的負(fù)載條件根據(jù)送電側(cè)系統(tǒng)中的電池240的 電壓而變動。
[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)中控制成輸出恒定的電 力，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。其結(jié)果，能夠進(jìn)行以與受電側(cè) 天線和送電側(cè)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。
[0053] 接下來，對如上所述那樣的結(jié)構(gòu)的電力傳輸系統(tǒng)100中的逆變器部130的控制處 理的流程進(jìn)行說明。
[0054] 此外，在本實施方式中，在送電側(cè)系統(tǒng)中，進(jìn)行使來自逆變器部130的輸出恒定且 追隨頻率的控制，而且在受電側(cè)系統(tǒng)中，通過使受電的電力為最大化的控制，能夠進(jìn)行以與 受電側(cè)天線和送電側(cè)天線之間的位置偏移對應(yīng)的最佳負(fù)載條件的電力傳輸。然而，在本發(fā) 明涉及的電力傳輸系統(tǒng)中，并不局限于如上述那樣的控制，例如，也可以針對送電側(cè)系統(tǒng)的 控制部和受電側(cè)系統(tǒng)的控制部進(jìn)行作為系統(tǒng)整體而使用綜合的最佳解那樣的指令，能夠進(jìn) 行以與受電側(cè)天線和送電側(cè)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。
[0055] 圖7是表示本發(fā)明的實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。
[0056] 在圖7中，若在步驟S100開始處理，則接著在步驟S101中，將電壓V2設(shè)定為作為 初始電壓的V start °
[0057] 接下來，在步驟S102中，控制逆變器部130的驅(qū)動頻率以便調(diào)合頻率以使得檢測 出的V 2_I2的相位差成為規(guī)定值以下。在下一步驟S103中，取得電流值12，在步驟S104中， 通過W 2 = V2XI2計算輸出電力。
[0058] 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。
[0059] 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。
[0060] 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最佳地動作，以最大效率進(jìn)行向作為受電側(cè)的 負(fù)載的電池充電的算法，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V 3由電池240的狀態(tài)決 定。因此，升降壓部230的升壓、降壓動作在短期間未作為電壓V3的變化而被觀測到，作為 電流1 3而被觀測到。但是，由于若以充電時間整體來看，電壓V3也變化，所以觀測對象優(yōu)選 為作為它們的積的W 3。
[0061] 圖8是表示本發(fā)明的實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。
[0062] 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13、電壓值 V3，在步驟S202中，通過W3 = V3XI3，計算從升降壓部230輸出的電力。
[0063] 接著，在步驟S203中，進(jìn)行升降壓部230的升壓動作，在步驟S204中，取得電流值 13、電壓值v3，在步驟S205中，通過W3 = V3X 13計算從升降壓部230輸出的電力。在此的升 壓動作是指，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 動作。
[0064] 在步驟S206中，判斷輸出的電力是否已增加，在該判斷為是時，返回步驟S203,在 為否時，進(jìn)入步驟S207。
[0065] 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。
[0066] 而且，在步驟S208中，通過至S206為止的動作，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。
[0067] 在步驟S209中，進(jìn)行升降壓部230的降壓動作，接著在步驟210中，取得電流值13、 電壓值V 3，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 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V 3減少的動作。
[0068] 在步驟S212中，判斷輸出的電力是否已增加，在該判斷為是時，返回步驟S209,在 為否時，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。
[0069] 以上，根據(jù)本發(fā)明涉及的電力傳輸系統(tǒng)，由于在送電側(cè)系統(tǒng)中控制成輸出恒定的 電力，在受電側(cè)系統(tǒng)中控制成以最大電力進(jìn)行受電，所以其結(jié)果，由于能夠進(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，因此能夠抑制電力傳輸 效率的降低。
[0070] 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，存在兩個賦予傳輸效率的極值的頻率。對對于系統(tǒng)而言選擇這樣的兩個 頻率中的哪個頻率為最佳進(jìn)行說明。
[0071] 圖9是表示使送電天線140與受電天線210接近時的送電效率的頻率依存性例子 的圖。
[0072] 在磁共振方式的無線電力傳輸系統(tǒng)中，如圖9所示那樣，存在第一極值頻率仁、第 二極值頻率f；這兩個，但在進(jìn)行電力傳輸時，優(yōu)選為以它們中的任一個頻率來進(jìn)行。
[0073] 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。可將該 狀態(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。
[0074] 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?？?將該狀態(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。
[0075] 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C 3伝送技術(shù)》IEEJ Journal，Vol. 129, No. 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^見亡非接觸電力伝送〇磁界結(jié)合i電界結(jié)合^関t 3研究》IEEJ Trans. IA，Vol. 130, No. 1，2010等所記載的概念援引到本說明書中。
[0076] 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。
[0077] 圖12是表示賦予兩個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)載變化變動的送電側(cè)的電 壓（L)、電流（IJ的變動的樣子的圖，圖12⑶是表示伴隨電池240 (負(fù)載）的負(fù)載變化變 動的受電側(cè)的電壓（V3)、電流（13)的變動的樣子的圖。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。
[0078] 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作的頻率進(jìn)行電力傳輸?shù)那闆r下，若假 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。
[0079] 另一方面，圖13是表示賦予兩個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)載變化變動的送 電側(cè)的電壓（')、電流的變動的樣子的圖，圖13(B)是表示伴隨電池240(負(fù)載）的負(fù) 載變化變動的受電側(cè)的電壓（V 3)、電流（13)的變動的樣子的圖。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。
[0080] 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，電壓不會成為高 壓，能夠穩(wěn)定地進(jìn)行電力傳輸。
[0081] 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，所以在本實施方式 中，針對存在第一極值頻率、第二極值頻率這兩個頻率的情況下，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。
[0082] 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 兩個的情況下，也能夠迅速地決定電力傳輸時的最佳頻率，能夠在短時間高效地進(jìn)行電力 傳輸。
[0083] 此外，在存在兩個賦予兩個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的輸出變動時，逆變器部130的輸 出也相伴地增減而易于操縱這一優(yōu)點。此外，由于即使在受電側(cè)控制部250緊急停止時，提 供電力也自動地最小化，所以不需要不必要的裝置。
[0084] 此外，在存在兩個賦予兩個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的輸出變動時，升降壓部120的 輸出也相伴地增減而易于操縱這一優(yōu)點。
[0085] 與此相對的，在存在兩個賦予兩個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 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。
[0086] 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，而且，在共振點附近的極值僅存在一個的情 況下，也能夠有效地利用。
[0087] 產(chǎn)業(yè)上的可利用性
[0088] 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汽車（EV)、混合動 力電動汽車（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，在送電側(cè)天線與受電側(cè)天線之間存在位置偏移的情況下，優(yōu)選地， 考慮將受電側(cè)系統(tǒng)視為整體時的負(fù)載條件而進(jìn)行電力傳輸，然而以往存在未進(jìn)行這樣的操 作，而綜合的電力傳輸效率降低這一問題。
[0089] 這次，由于作為將受電側(cè)系統(tǒng)視為整體時的負(fù)載條件，發(fā)現(xiàn)與位置偏移對應(yīng)的最 佳的條件，因此通過將此用于本發(fā)明的電力傳輸系統(tǒng)，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，能夠抑制電力傳輸效率的降低，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控制為以最大效率向所述電池進(jìn)行充電。
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)行控制使得所述逆變器部的輸出電力值為恒定，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)動頻率，使用兩個極值頻率中的較高的極值頻率。
【文檔編號】B60L11/18GK104160589SQ201380011188
【公開日】2014年11月19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:株式會社愛考斯研究