專利名稱：非接觸受電裝置、非接觸送電裝置、非接觸供電系統(tǒng)以及車輛的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及非接觸受電裝置、非接觸送電裝置、非接觸供電系統(tǒng)以及車輛，更特定地，涉及對(duì)設(shè)置在線圈殼體內(nèi)的電氣設(shè)備的供電。
背景技術(shù)：
作為考慮了環(huán)境的車輛，電動(dòng)汽車、混合動(dòng)力車等電動(dòng)車輛備受注目。這些車輛搭載產(chǎn)生行駛驅(qū)動(dòng)力的電動(dòng)機(jī)和蓄積向該電動(dòng)機(jī)供給的電力的可再充電的蓄電裝置。另外， 混合動(dòng)力車包括作為動(dòng)力源搭載了電動(dòng)機(jī)并且進(jìn)而搭載了內(nèi)燃機(jī)的車輛、作為車輛驅(qū)動(dòng)用的直流電源搭載了蓄電裝置并且進(jìn)而搭載了燃料電池的車輛。在混合動(dòng)力車中，也與電動(dòng)汽車同樣，已知有能夠從車輛外部的電源對(duì)車載的蓄電裝置充電的車輛。例如，已知有能夠通過(guò)充電電纜將設(shè)置于家庭的電源插座與設(shè)置于車輛的充電口連接、從而從一般家庭的電源對(duì)蓄電裝置充電的所謂的“插電式混合動(dòng)力車”。另一方面，作為送電方法，不使用電源線和送電電纜的無(wú)線送電近年來(lái)受到注目。 作為該無(wú)線送電技術(shù)，已知如下三種有影響力的技術(shù)使用了電磁感應(yīng)的送電、使用了電磁波的送電、以及利用共振法的送電。其中，共振法是使一對(duì)共振器(例如一對(duì)自諧振線圈)在電磁場(chǎng)(接近場(chǎng))中進(jìn)行共振、經(jīng)由電磁場(chǎng)送電的非接觸的送電技術(shù)，也能夠?qū)?shù)kW(千瓦)的大電力進(jìn)行比較長(zhǎng)距離(例如數(shù)m)送電(專利文獻(xiàn)1)。專利文獻(xiàn)1 國(guó)際公開(kāi)第2007/008646號(hào)小冊(cè)子

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的課題在進(jìn)行所述那樣的使用了共振法的非接觸供電的情況下，當(dāng)共振器(自諧振線圈)進(jìn)行自諧振而在線圈內(nèi)流動(dòng)有電流時(shí)，由于線圈自身的電阻而使線圈發(fā)熱。因此，有時(shí)在收納共振器的線圈殼體內(nèi)設(shè)置冷卻裝置和/或用于監(jiān)視溫度的監(jiān)視裝置等電氣設(shè)備。而且，有時(shí)也設(shè)置對(duì)處于供電中進(jìn)行表示的顯示器等。這些電氣設(shè)備需要用于使設(shè)備工作的電源，一般而言有時(shí)通過(guò)電源配線從線圈殼體外部向該設(shè)備供電。在這樣的情況下，需要在線圈殼體內(nèi)設(shè)置用于從外部供給電源的電源用配線、和/ 或用于向外部輸出異常信號(hào)的信號(hào)用配線等。但是，因?yàn)榫€圈殼體內(nèi)的空間受限，所以存在這些電氣設(shè)備的設(shè)置位置可能受到限制、由于自諧振線圈與這些配線接近而在進(jìn)行電磁共振時(shí)這些配線對(duì)電磁場(chǎng)產(chǎn)生影響的可能性。本發(fā)明是為了解決這樣的問(wèn)題而完成的，其目的在于，在利用共振法的電力的傳送中，利用由電磁共振產(chǎn)生的電磁場(chǎng)，向設(shè)置在線圈殼體內(nèi)部的電氣設(shè)備進(jìn)行供電。用于解決課題的手段
本發(fā)明的非接觸受電裝置，經(jīng)由通過(guò)與送電裝置的電磁共振產(chǎn)生的電磁場(chǎng)來(lái)接受電力，該非接觸受電裝置具備受電單元、殼體以及配設(shè)在殼體內(nèi)的電氣設(shè)備。受電單元通過(guò)電磁共振接受從送電裝置輸送來(lái)的電力。殼體在內(nèi)部收納受電單元。并且，配設(shè)在殼體內(nèi)的電氣設(shè)備包括從電磁場(chǎng)接受電力的受電天線；和使用由受電天線接受來(lái)的電力的電氣負(fù)載。優(yōu)選的是，殼體具有用于防止電磁場(chǎng)向周圍泄漏的電磁遮蔽材料。另外，優(yōu)選的是，電磁遮蔽材料在殼體的與送電裝置相對(duì)的面上設(shè)置有開(kāi)口?；蛘?，優(yōu)選的是，電氣設(shè)備還包括整流器，該整流器接受由受電天線接受來(lái)的電力并對(duì)其進(jìn)行整流。另外，優(yōu)選的是，電氣負(fù)載包括顯示裝置、冷卻裝置、溫度檢測(cè)裝置以及電動(dòng)泵中至少任一方。本發(fā)明的非接觸供電系統(tǒng)，經(jīng)由通過(guò)電磁共振產(chǎn)生的電磁場(chǎng)，將來(lái)自電源的電力從送電裝置供電至受電裝置，受電裝置包括上述的非接觸受電裝置。本發(fā)明的非接觸送電裝置，經(jīng)由通過(guò)與受電裝置的電磁共振產(chǎn)生的電磁場(chǎng)，將來(lái)自電源的電力向受電裝置輸送，該非接觸送電裝置具備送電單元、殼體以及配設(shè)在殼體內(nèi)的電氣設(shè)備。送電單元通過(guò)電磁共振將電力向受電裝置輸送。殼體在內(nèi)部收納送電單元。 并且，配設(shè)在殼體內(nèi)的電氣設(shè)備包括從電磁場(chǎng)接受電力的受電天線；和使用由受電天線接受來(lái)的電力的電氣負(fù)載。優(yōu)選的是，殼體具有用于防止電磁場(chǎng)向周圍泄漏的電磁遮蔽材料。另外，優(yōu)選的是，電磁遮蔽材料在殼體的與受電裝置相對(duì)的面上設(shè)置有開(kāi)口?；蛘撸瑑?yōu)選的是，電氣設(shè)備還包括整流器，該整流器接受由受電天線接受來(lái)的電力并對(duì)其進(jìn)行整流。另外，優(yōu)選的是，電氣負(fù)載包括顯示裝置、冷卻裝置、溫度檢測(cè)裝置以及電動(dòng)泵中至少任一方。本發(fā)明的非接觸供電系統(tǒng)，經(jīng)由通過(guò)電磁共振產(chǎn)生的電磁場(chǎng)，將來(lái)自電源的電力從送電裝置供電至受電裝置，送電裝置包括上述的非接觸送電裝置。本發(fā)明的車輛具備非接觸受電裝置和電氣驅(qū)動(dòng)裝置。非接觸受電裝置經(jīng)由通過(guò)與車輛外部的送電裝置的電磁共振產(chǎn)生的電磁場(chǎng)，接受來(lái)自車輛外部的電源的電力。電氣驅(qū)動(dòng)裝置接受由非接觸受電裝置接受來(lái)的電力，產(chǎn)生用于推進(jìn)車輛的驅(qū)動(dòng)力。另外，非接觸受電裝置包括受電單元，其通過(guò)電磁共振接受從送電裝置輸送來(lái)的電力；在內(nèi)部收納受電單元的殼體；和配設(shè)在殼體內(nèi)的電氣設(shè)備。并且，電氣設(shè)備包括從電磁場(chǎng)接受電力的受電天線；和使用由受電天線接受來(lái)的電力的電氣負(fù)載。優(yōu)選的是，殼體具有用于防止電磁場(chǎng)向周圍泄漏的電磁遮蔽材料，電磁遮蔽材料在殼體的與送電裝置相對(duì)的面上設(shè)置有開(kāi)口。另外，優(yōu)選的是，電氣設(shè)備還包括整流器，該整流器接受由受電天線接受來(lái)的電力并對(duì)其進(jìn)行整流，電氣負(fù)載包括顯示裝置、冷卻裝置、溫度檢測(cè)裝置以及電動(dòng)泵中至少任一方。發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明，在利用共振法的電力的傳送中，能夠利用由電磁共振產(chǎn)生的電磁場(chǎng)，向設(shè)置在線圈殼體內(nèi)部的電氣設(shè)備進(jìn)行供電。


圖1是本發(fā)明的實(shí)施方式1的非接觸供電系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)圖。圖2是用于說(shuō)明利用共振法的送電的原理的圖。圖3是表示距電流源(磁流源)的距離與電磁場(chǎng)的強(qiáng)度的關(guān)系的圖。圖4是用于說(shuō)明圖1所示的線圈殼體的圖。圖5是表示在受電裝置的線圈殼體內(nèi)設(shè)置的電氣設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)的圖。圖6是表示在受電裝置的線圈殼體內(nèi)設(shè)置的電氣設(shè)備的第一具體例的圖。圖7是表示在受電裝置的線圈殼體內(nèi)設(shè)置的電氣設(shè)備的第二具體例的圖。圖8是表示在受電裝置的線圈殼體內(nèi)設(shè)置的電氣設(shè)備的第三具體例的圖。圖9是表示在受電裝置的線圈殼體內(nèi)設(shè)置的電氣設(shè)備的變形例的圖。圖10是表示在送電裝置的線圈殼體內(nèi)設(shè)置的電氣設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)的圖。附圖標(biāo)記的說(shuō)明100 電動(dòng)車輛；110、340 二次自諧振線圈；120、350 二次線圈；130 整流器； 140 轉(zhuǎn)換器；150,431 蓄電裝置；160 =PCU ；170 電動(dòng)機(jī)；180 車輛 ECU ；190、250 線圈殼體；195、255 面；200 供電裝置；210 交流電源；220高頻電力驅(qū)動(dòng)器；230、320 —次線圈；240,330 一次自諧振線圈；310 高頻電源；360 負(fù)載；400、400A、400B、400C、400D、 500 電氣設(shè)備；410,510 受電天線；420,520 整流器；430、430A、430B、430C、530 電氣負(fù)載；432 控制裝置；440 =DC電動(dòng)機(jī)；450 風(fēng)扇；460 =LED顯示器；470 溫度傳感器；480 光變換裝置；490 溫度監(jiān)視裝置。
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)說(shuō)明。另外，對(duì)圖中相同或者相當(dāng)?shù)牟糠謽?biāo)注相同的附圖標(biāo)記，不重復(fù)進(jìn)行其說(shuō)明。圖1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，非接觸供電系統(tǒng)具備電動(dòng)車輛100和供電裝置200。電動(dòng)車輛100包括二次自諧振線圈110、二次線圈120、線圈殼體190、整流器130、DC/DC轉(zhuǎn)換器140、蓄電裝置150、以及設(shè)置在線圈殼體 190內(nèi)的電氣設(shè)備400。另外，電動(dòng)車輛100還包括動(dòng)力控制單元(下面也稱為“P⑶(Power Control Unit)，，。)160、電動(dòng)機(jī) 170、以及車輛 ECU (Electronic Control Unit，電子控制單元)180。另外，電動(dòng)車輛100的結(jié)構(gòu)，只要是由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的車輛，不限于圖1所示的結(jié)構(gòu)。 例如，包括具備電動(dòng)機(jī)和內(nèi)燃機(jī)的混合動(dòng)力車輛、具備燃料電池的燃料電池汽車等。二次自諧振線圈110設(shè)置在例如車體下部。二次自諧振線圈110是兩端開(kāi)路(非連接)的LC共振線圈，通過(guò)經(jīng)由電磁場(chǎng)與供電裝置200的一次自諧振線圈MO(后述)進(jìn)行共振而從供電裝置200接受電力。另外，二次自諧振線圈110的電容分量為線圈的寄生電容，但也可以為了獲得預(yù)定的電容而另外設(shè)置連接于線圈的兩端的電容器(未圖示)。二次自諧振線圈110基于與供電裝置200的一次自諧振線圈240的距離、和/或一次自諧振線圈240和二次自諧振線圈110的共振頻率等，以使表示一次自諧振線圈240與二次自諧振線圈110的共振強(qiáng)度的Q值(例如，Q > 100)以及表示其結(jié)合度(耦合度) 的κ等變大的方式適當(dāng)設(shè)定其圈數(shù)。二次線圈120設(shè)置在與二次自諧振線圈110同軸上，能夠通過(guò)電磁感應(yīng)與二次自諧振線圈Iio磁性結(jié)合(耦合)。該二次線圈120通過(guò)電磁感應(yīng)取出由二次自諧振線圈110 接受來(lái)的電力，并將其向整流器130輸出。線圈殼體190將二次線圈120和二次自諧振線圈110收納于內(nèi)部。整流器130對(duì)由二次線圈120取出的交流電力進(jìn)行整流。DC/DC轉(zhuǎn)換器140基于來(lái)自車輛ECU180的控制信號(hào)，將由整流器130整流后的電力變換成蓄電裝置150的電壓電平并向蓄電裝置150輸出。另外，當(dāng)在車輛行駛中從供電裝置200受電的情況下，DC/DC轉(zhuǎn)換器140也可以將由整流器130整流后的電力變換成系統(tǒng)電壓并直接向PCU160供給。另外，DC/DC轉(zhuǎn)換器140并不是必須的，也可以在由整流器130對(duì)由二次線圈120取出的交流電力進(jìn)行整流之后將其直接提供給蓄電裝置150。蓄電裝置150是能夠再充電的直流電源，包括例如鋰離子電池、鎳氫電池等二次電池。蓄電裝置150除了蓄積從DC/DC轉(zhuǎn)換器140供給的電力以外，還蓄積由電動(dòng)機(jī)170 發(fā)電產(chǎn)生的再生電力。而且，蓄電裝置150將其蓄積的電力向P⑶160供給。另外，作為蓄電裝置150也能夠采用大容量的電容器，只要是能夠暫時(shí)蓄積從供電裝置200供給的電力和/或來(lái)自電動(dòng)機(jī)170的再生電力、并將其蓄積的電力向PCU160供給的電力緩沖器，可以是任何裝置。 P⑶160通過(guò)從蓄電裝置150輸出的電力或者從DC/DC轉(zhuǎn)換器140直接供給的電力來(lái)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)170。另外，PCU160對(duì)由電動(dòng)機(jī)170發(fā)電產(chǎn)生的再生電力進(jìn)行整流并將其向蓄電裝置150輸出，對(duì)蓄電裝置150充電。電動(dòng)機(jī)170由P⑶160驅(qū)動(dòng)，產(chǎn)生車輛驅(qū)動(dòng)力并向驅(qū)動(dòng)輪輸出。另外，電動(dòng)機(jī)170通過(guò)從驅(qū)動(dòng)輪和/或在混合動(dòng)力車輛的情況下未圖示的發(fā)動(dòng)機(jī)接受的動(dòng)能來(lái)進(jìn)行發(fā)電，將其發(fā)電產(chǎn)生的再生電力向PCU160輸出。車輛E⑶180在從供電裝置200向電動(dòng)車輛100供電時(shí)，控制DC/DC轉(zhuǎn)換器140。 車輛E⑶180例如通過(guò)控制DC/DC轉(zhuǎn)換器140來(lái)將整流器130與DC/DC轉(zhuǎn)換器140之間的電壓控制為預(yù)定的目標(biāo)電壓。另外，車輛ECU180在車輛行駛時(shí)基于車輛的行駛狀況和/或蓄電裝置150的充電狀態(tài)(下面也稱為“SOC (State Of Charge)”。)來(lái)控制PCU160。設(shè)置在線圈殼體190內(nèi)部的電氣設(shè)備400包括性地示出了在線圈殼體190內(nèi)部為了進(jìn)行異常監(jiān)視和/或顯示以及冷卻而設(shè)置的電氣驅(qū)動(dòng)單元。電氣設(shè)備400包括例如冷卻風(fēng)扇和/或冷卻用的電動(dòng)泵、LED (Light Emitting Diode、發(fā)光二極管)等顯示設(shè)備、以及檢測(cè)內(nèi)部溫度的溫度檢測(cè)裝置等。另一方面，供電裝置200包括交流電源210、高頻電力驅(qū)動(dòng)器220、一次線圈230、一次自諧振線圈M0、線圈殼體250、以及設(shè)置在線圈殼體250內(nèi)的電氣設(shè)備500。交流電源210是車輛外部的電源，例如為系統(tǒng)電源。高頻電力驅(qū)動(dòng)器220將從交流電源210接受的電力變換為高頻的電力，將該變換后的高頻電力向一次線圈230供給。另外，高頻電力驅(qū)動(dòng)器220生成的高頻電力的頻率為例如IMHz 數(shù)十MHz。一次線圈230設(shè)置在與一次自諧振線圈MO同軸上，能夠通過(guò)電磁感應(yīng)與一次自諧振線圈240磁性結(jié)合。而且，一次線圈230通過(guò)電磁感應(yīng)將從高頻電力驅(qū)動(dòng)器220供給的高頻電力向一次自諧振線圈240供電。
一次自諧振線圈240設(shè)置在例如地面附近。一次自諧振線圈240也是兩端開(kāi)路 (非連接)的LC共振線圈，通過(guò)經(jīng)由電磁場(chǎng)與電動(dòng)車輛100的二次自諧振線圈110進(jìn)行共振而向電動(dòng)車輛100輸送電力。另外，一次自諧振線圈MO的電容分量也為線圈的寄生電容， 但也可以與二次自諧振線圈110同樣地另外設(shè)置連接于線圈的兩端的電容器(未圖示)。該一次自諧振線圈240也基于與電動(dòng)車輛100的二次自諧振線圈110的距離、和 /或一次自諧振線圈240和二次自諧振線圈110的共振頻率等，以使Q值(例如，Q> 100) 以及結(jié)合度κ等變大的方式適當(dāng)設(shè)定其圈數(shù)。線圈殼體250將一次線圈230以及一次自諧振線圈240收納于內(nèi)部。設(shè)置在線圈殼體250內(nèi)部的電氣設(shè)備500包括性地示出了在線圈殼體250內(nèi)部為了進(jìn)行異常監(jiān)視和/或顯示以及冷卻而設(shè)置的電氣驅(qū)動(dòng)單元。電氣設(shè)備500包括例如冷卻風(fēng)扇和/或冷卻用的電動(dòng)泵、LED等顯示設(shè)備、以及檢測(cè)內(nèi)部溫度的溫度檢測(cè)裝置等作為電氣負(fù)載。圖2是用于說(shuō)明利用共振法的送電的原理的圖。參照?qǐng)D2，在該共振法中，與兩個(gè)音叉進(jìn)行共鳴同樣，通過(guò)具有相同固有振動(dòng)頻率的兩個(gè)LC共振線圈在電磁場(chǎng)(接近場(chǎng))中進(jìn)行共振，經(jīng)由電磁場(chǎng)從一方的線圈向另一方的線圈輸送電力。具體地說(shuō)，在高頻電源310上連接一次線圈320，向通過(guò)電磁感應(yīng)與一次線圈320 磁性結(jié)合的一次自諧振線圈330供給IMHz 數(shù)十MHz的高頻電力。一次自諧振線圈330 是由線圈自身的阻抗與寄生電容(在電容器連接于線圈的情況下，包括電容器的電容)構(gòu)成的LC共振器，經(jīng)由電磁場(chǎng)(接近場(chǎng))與具有與一次自諧振線圈330相同的共振頻率的二次自諧振線圈340進(jìn)行共振。于是，能量(電力)經(jīng)由電磁場(chǎng)從一次自諧振線圈330向二次自諧振線圈340移動(dòng)。移動(dòng)至二次自諧振線圈340的能量(電力)由通過(guò)電磁感應(yīng)與二次自諧振線圈340磁性結(jié)合的二次線圈350取出，向負(fù)載360供給。另外，利用共振法的送電在表示一次自諧振線圈330與二次自諧振線圈340的共振強(qiáng)度的Q值大于例如100時(shí)得以實(shí)現(xiàn)。另外，對(duì)與圖1的對(duì)應(yīng)關(guān)系進(jìn)行說(shuō)明，圖1的交流電源210以及高頻電力驅(qū)動(dòng)器 220相當(dāng)于圖2的高頻電源310。另外，圖1的一次線圈230以及一次自諧振線圈240分別相當(dāng)于圖2的一次線圈320以及一次自諧振線圈330，圖1的二次自諧振線圈110以及二次線圈120分別相當(dāng)于圖2的二次自諧振線圈340以及二次線圈350。而且，圖1的整流器 130以后的部分被概括表示為負(fù)載360。圖3是表示距電流源(磁流源)的距離與電磁場(chǎng)的強(qiáng)度的關(guān)系的圖。參照?qǐng)D3，電磁場(chǎng)包括三個(gè)分量。曲線kl是與距波源的距離成反比例的分量，被稱為“輻射電場(chǎng)”。曲線 k2是與距波源的距離的平方成反比例的分量，被稱為“感應(yīng)電場(chǎng)”。另外，曲線k3是與距波源的距離的立方成反比例的分量，被稱為“靜電場(chǎng)”?！办o電場(chǎng)”是電磁波的強(qiáng)度隨著距波源的距離增大而急劇減少的區(qū)域，在共振法中，利用該“靜電場(chǎng)”占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)的接近場(chǎng)(漸逝場(chǎng))進(jìn)行能量(電力)的傳送。即，在“靜電場(chǎng)”占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)的接近場(chǎng)中，通過(guò)使具有相同固有振動(dòng)頻率的一對(duì)共振器(例如一對(duì)LC 共振線圈)共振，從一方的共振器(一次自諧振線圈)向另一方的共振器(二次自諧振線圈)傳送能量(電力)。因?yàn)樵摗办o電場(chǎng)”不會(huì)將能量傳播到遠(yuǎn)方，所以與通過(guò)將能量傳播到遠(yuǎn)方的“輻射電場(chǎng)”來(lái)傳送能量(電力)的電磁波相比，共振法能夠以更少的能量損失進(jìn)行送電。圖4是用于詳細(xì)說(shuō)明圖1所示的線圈殼體190、250的構(gòu)造的圖。在該圖4中，包括二次自諧振線圈110和二次線圈120的單元(下面也稱為“受電單元”)被簡(jiǎn)略描述為圓柱狀。另外，關(guān)于包括一次自諧振線圈240和一次線圈230的單元(下面也稱為“送電單元”)也是同樣的。參照?qǐng)D4，線圈殼體190被設(shè)置成面積最大的面195能夠與送電單元相對(duì)。線圈殼體190形成為面195開(kāi)口的箱狀。并且，在面195以外的5個(gè)面上以覆蓋其內(nèi)面的方式粘貼用于對(duì)在從送電單元受電時(shí)在受電單元的周圍生成的共振電磁場(chǎng)(接近場(chǎng))進(jìn)行反射的電磁遮蔽材料(下面也稱為“電磁防護(hù)物”)(未圖示)。電磁防護(hù)物為低阻抗的物質(zhì)，例如使用薄的銅箔等。并且，包括二次自諧振線圈110和二次線圈120的受電單元設(shè)置在線圈殼體190 內(nèi)，受電單元經(jīng)由線圈殼體190的開(kāi)口部分(面195)從送電單元受電。另外，之所以使以面積最大的面195能夠與送電單元相對(duì)的方式進(jìn)行設(shè)置，是為了盡可能地確保從送電單元向受電單元的傳送效率。關(guān)于線圈殼體250，也被設(shè)置成面積最大的面255能夠與受電單元相對(duì)。線圈殼體250形成為面255開(kāi)口的箱狀。并且，在面255以外的5個(gè)面上以覆蓋其內(nèi)面的方式粘貼用于對(duì)在送電時(shí)在送電單元的周圍生成的共振電磁場(chǎng)(接近場(chǎng))進(jìn)行反射的電磁防護(hù)物 (未圖示)。并且，包括一次自諧振線圈240和一次線圈230的送電單元設(shè)置在線圈殼體250 內(nèi)，送電單元經(jīng)由線圈殼體250的開(kāi)口部分(面255)向受電單元送電。另外，之所以以使面積最大的面255能夠與受電單元相對(duì)的方式進(jìn)行設(shè)置，是為了盡可能地確保從送電單元向受電單元的傳送效率。另外，線圈殼體190、250的大小，特別是在搭載于車輛的情況下，考慮搭載空間和傳送效率來(lái)決定。即，從車輛中的搭載空間的觀點(diǎn)出發(fā)，最好線圈殼體190盡可能地小。另一方面，從傳送效率的觀點(diǎn)出發(fā)，希望線圈殼體190大。在利用共振法的電力供電時(shí)，由于一次自諧振線圈240與二次自諧振線圈110(下面，也概括地稱為“自諧振線圈”)的自諧振，線圈和電容器發(fā)熱。另外，有時(shí)由于從線圈的傳熱以及泄漏電磁場(chǎng)、線圈固定材料等也發(fā)熱。因此，有時(shí)在線圈殼體190、250內(nèi)設(shè)置用于進(jìn)行線圈殼體190、250內(nèi)的溫度監(jiān)視的監(jiān)視設(shè)備、和/或用于冷卻發(fā)熱部的冷卻設(shè)備。另外，有時(shí)也需要設(shè)置用于確認(rèn)供電時(shí)有無(wú)產(chǎn)生高頻的顯示設(shè)備。這些設(shè)備需要設(shè)備驅(qū)動(dòng)用的電源，但有時(shí)在從線圈殼體外部供給電源時(shí)，由于線圈殼體內(nèi)部的電源配線以及信號(hào)配線的線路布線、和/或能夠設(shè)置的空間，設(shè)備的設(shè)置位置會(huì)受到限制。特別是，在搭載于車輛的受電裝置的線圈殼體190中，線圈殼體內(nèi)部的空間受限的可能性高。另外，關(guān)于冷卻裝置，優(yōu)選以盡可能地接近發(fā)熱的線圈的方式而設(shè)置，但若配線接近自諧振線圈，則可能對(duì)電磁共振產(chǎn)生影響，也可能成為傳送效率降低的原因。而且，如上所述，為了防止向周圍泄漏電磁場(chǎng)，有時(shí)在線圈殼體內(nèi)部粘貼電磁防護(hù)物，但在從線圈殼體外部供給電源的情況下，需要用于將電源配線拉進(jìn)線圈殼體內(nèi)部的配線孔。于是，可能從該配線孔部分發(fā)生電磁場(chǎng)泄漏。
另外，由于電磁防護(hù)物與電源配線接觸，電磁防護(hù)物表面的高頻電流可能會(huì)妨礙電流向線圈殼體內(nèi)部的電氣設(shè)備行進(jìn)、使得電磁防護(hù)物的防護(hù)性能降低。因此，在本實(shí)施方式1中，將設(shè)置于線圈殼體內(nèi)部的電氣設(shè)備400、500設(shè)為具備用于從通過(guò)電磁共振產(chǎn)生的電磁場(chǎng)接受電力的受電天線以及用于將接受來(lái)的交流電力整流為直流電流的整流器為一體的單元。由此，不需要從線圈殼體外部供給電源，并且線圈殼體的防護(hù)性能以及防止傳輸效率的降低得以實(shí)現(xiàn)。圖5中示出了表示在受電測(cè)的線圈殼體190內(nèi)設(shè)置的電氣設(shè)備400的基本結(jié)構(gòu)的圖。參照?qǐng)D5，電氣設(shè)備400包括受電天線410、整流器420以及電氣負(fù)載430。受電天線410接受從送電單元產(chǎn)生的電磁場(chǎng)并接受電力。并且，受電天線410將接受來(lái)的交流電力輸出到整流器420。另外，受電天線410只要是能夠從電磁場(chǎng)接受電力，并不限定其結(jié)構(gòu)，可以應(yīng)用公知的天線。作為受電天線410，例如包括拋物面天線(parabolic antenna)、環(huán)形天線(loop antenna)、貝占片天線(patch antenna)、口剌口Λ 形天線(horn antenna)、以及共振天線等。整流器420接受來(lái)自受電天線410的交流電力并對(duì)其進(jìn)行整流。并且，整流器420 將整流后的直流電力供給到電氣負(fù)載430。關(guān)于電氣負(fù)載430，稍后進(jìn)行詳細(xì)敘述，包括冷卻裝置、顯示裝置以及監(jiān)視裝置等。另外，由受電天線410接受的電力根據(jù)電磁場(chǎng)的強(qiáng)度、即從送電單元送電的電力而增減。因此，關(guān)于由整流器420整流后的直流電力，電壓以及/或者電流有時(shí)發(fā)生變動(dòng)。 根據(jù)不同的電氣負(fù)載430，有時(shí)也如后述的冷卻裝置那樣利用該電力變動(dòng)來(lái)使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速增減，而在如控制裝置、傳感器的變換器等那樣優(yōu)選在恒定電壓下使用的情況下，可以根據(jù)需要在整流器420中設(shè)置恒定電壓調(diào)整電路。另外，為了防止電氣設(shè)備400本身受到電磁場(chǎng)的影響或者由于電磁場(chǎng)而發(fā)熱，可以根據(jù)需要由電磁防護(hù)物覆蓋電氣設(shè)備400(受電天線410除外)。以下，使用圖6 圖8對(duì)電氣負(fù)載430的具體例進(jìn)行說(shuō)明。圖6中示出了作為電氣負(fù)載430A而連接了冷卻風(fēng)扇時(shí)的例子。參照?qǐng)D6，電氣設(shè)備400A包括受電天線410、整流器420以及電氣負(fù)載430A。另外，電氣負(fù)載430A包括DC 電動(dòng)機(jī)440和風(fēng)扇450。DC電動(dòng)機(jī)440接受來(lái)自整流器420的直流電力而被驅(qū)動(dòng)，使風(fēng)扇450旋轉(zhuǎn)。通過(guò)風(fēng)扇450，能夠使線圈殼體190內(nèi)的空氣循環(huán)而抑制了熱量滯留、進(jìn)行了線圈殼體190內(nèi)的換氣，從而進(jìn)行線圈殼體190內(nèi)部的冷卻。在從送電單元供給的電力較大的情況下，二次自諧振線圈110以及電容器(未圖示)的發(fā)熱量也相應(yīng)地變大。因此，在從線圈殼體190的外部供給電源這樣的冷卻裝置的情況下，為了根據(jù)發(fā)熱量來(lái)改變冷卻能力，需要進(jìn)行根據(jù)線圈殼體190內(nèi)部的溫度和/或送電電力來(lái)改變冷卻裝置的驅(qū)動(dòng)指令的控制。然而，在設(shè)為了圖6所示的結(jié)構(gòu)的情況下，由于當(dāng)來(lái)自送電單元的供電電力變大時(shí)產(chǎn)生的電磁場(chǎng)的強(qiáng)度也變強(qiáng)，由受電天線410接受的電力也相應(yīng)地變大。即，DC電動(dòng)機(jī) 140的轉(zhuǎn)速增加。因此，不需要進(jìn)行上述那樣的特別的控制，也能夠輸出與供電電力相應(yīng)的冷卻能力。
另外，作為這樣的冷卻裝置的變形例，考慮使用電動(dòng)泵(未圖示)來(lái)代替風(fēng)扇450 的情況。例如，有時(shí)將二次自諧振線圈110設(shè)為中空的線圈材料，在內(nèi)部使冷卻介質(zhì)(例如純水等)流通來(lái)進(jìn)行冷卻。在該情況下，也能夠根據(jù)供電電力來(lái)改變電動(dòng)泵的轉(zhuǎn)速，因此能夠?qū)鋮s介質(zhì)的流通量進(jìn)行增減來(lái)得到與供電電力相應(yīng)的冷卻性能。接著，圖7中示出了作為電氣負(fù)載430B而連接了顯示裝置時(shí)的例子。參照?qǐng)D7，電氣設(shè)備400B包括受電天線410、整流器420以及電氣負(fù)載430B。另外，電氣負(fù)載430B包括顯示有無(wú)高頻產(chǎn)生的LED顯示器460。在該情況下，在從送電單元進(jìn)行供電時(shí)(即產(chǎn)生了高頻時(shí))，對(duì)LED顯示器460供給電源來(lái)點(diǎn)亮LED。因此，在該情況下也無(wú)需進(jìn)行用于顯示的特別控制，能夠適當(dāng)?shù)仫@示有
無(wú)高頻產(chǎn)生。圖8中示出了作為電氣負(fù)載430C而連接了線圈殼體190內(nèi)部的溫度檢測(cè)裝置的例子。參照?qǐng)D8，電氣設(shè)備400C包括受電天線410、整流器420以及電氣負(fù)載430C。另外， 電氣負(fù)載430C包括溫度傳感器470和光變換裝置480作為溫度檢測(cè)裝置。溫度傳感器470能夠應(yīng)用例如公知的熱敏電阻(thermistor)。熱敏電阻是電阻根據(jù)溫度變化而變化的溫度傳感器。另外，也能夠應(yīng)用熱敏電阻以外的熱電偶、測(cè)溫電阻體等溫度傳感器。并且，溫度傳感器470被安裝在線圈殼體190內(nèi)的測(cè)量對(duì)象物的適當(dāng)場(chǎng)所。光變換裝置480檢測(cè)溫度傳感器470的電阻等來(lái)檢測(cè)測(cè)量對(duì)象物的溫度。另外，光變換裝置480將關(guān)于檢測(cè)出的溫度的信息變換為光信號(hào)，通過(guò)光通信將其向線圈殼體190 外部的溫度監(jiān)視裝置490輸出。溫度監(jiān)視裝置490基于通過(guò)光通信接收到的關(guān)于溫度的信息，進(jìn)行溫度顯示和/ 或警報(bào)輸出等的控制。另外，在圖8中，對(duì)進(jìn)行線圈殼體190內(nèi)的溫度檢測(cè)的情況進(jìn)行了說(shuō)明，但也可以設(shè)置例如與電磁場(chǎng)的強(qiáng)度和/或上述冷卻裝置的電機(jī)電流等其他的監(jiān)視項(xiàng)目對(duì)應(yīng)的傳感器來(lái)進(jìn)行監(jiān)視。圖9中，作為上述的變形例，示出了作為電氣設(shè)備400D而具備與電氣負(fù)載430并聯(lián)連接的蓄電裝置431的結(jié)構(gòu)。參照?qǐng)D9，電氣設(shè)備400D包括受電天線410、整流器420、電氣負(fù)載430、蓄電裝置 431、以及控制裝置432。蓄電裝置431為可再充電的直流電源，例如包括鋰離子電池、鎳氫電池等二次電池。另外，也可以采用電容器等。蓄電裝置431能夠在從送電單元供電時(shí)進(jìn)行充電。通過(guò)設(shè)為這樣的結(jié)構(gòu)，在沒(méi)有從送電單元進(jìn)行供電時(shí)也能夠驅(qū)動(dòng)電氣負(fù)載430。另外，通過(guò)將控制裝置432連接于蓄電裝置431，也能夠控制電氣負(fù)載430。例如存在如下情況在供電結(jié)束后驅(qū)動(dòng)冷卻裝置一定時(shí)間；不管是否處于供電執(zhí)行中都對(duì)線圈殼體190的內(nèi)部進(jìn)行監(jiān)視。在上述圖5 9的說(shuō)明中，對(duì)設(shè)置在充電側(cè)的線圈殼體190內(nèi)的電氣設(shè)備400進(jìn)行了說(shuō)明，關(guān)于設(shè)置在送電側(cè)的線圈殼體250內(nèi)的電氣設(shè)備500也同樣能夠適用。圖10中示出了設(shè)置在線圈殼體250內(nèi)的電氣設(shè)備500的基本結(jié)構(gòu)。參照?qǐng)D10，電氣設(shè)備500，與在受電側(cè)說(shuō)明的圖5的結(jié)構(gòu)同樣，包括受電天線510、整流器520以及電氣負(fù)載530。另外，關(guān)于受電天線510、整流器520以及電氣負(fù)載530，與圖5中的受電天線410、整流器420以及電氣負(fù)載430對(duì)應(yīng)，因此不重復(fù)詳細(xì)說(shuō)明。如上所述，在利用共振法的非接觸供電系統(tǒng)中，通過(guò)將設(shè)置在線圈殼體190、250 內(nèi)的電氣設(shè)備400、500設(shè)為具備受電天線410、510以及整流器420、520作為一體的結(jié)構(gòu)， 無(wú)需從線圈殼體190、250外部供給電源，能夠從通過(guò)電磁共振產(chǎn)生的電磁場(chǎng)接受電力來(lái)驅(qū)動(dòng)電氣設(shè)備400、500。其結(jié)果，因?yàn)椴恍枰€圈殼體190、250內(nèi)的電源配線的線路布線，所以不會(huì)由于電源配線設(shè)置的制約而使電氣設(shè)備400、500的設(shè)置位置受到限制，設(shè)置位置的自由度增加。另外，因?yàn)椴恍枰€圈殼體190、250內(nèi)的電源配線，所以也能夠防止由于配線接近自諧振線圈而對(duì)電磁場(chǎng)產(chǎn)生影響。而且，因?yàn)椴恍枰糜趯㈦娫磁渚€拉入線圈殼體190、250內(nèi)的配線孔，所以也能夠防止由于電磁防護(hù)物與電源配線接觸而使電磁防護(hù)物的防護(hù)性能降低、妨礙電流向電氣設(shè)備400、500行進(jìn)。另外，在作為電氣設(shè)備400、500而連接冷卻裝置等的情況下，因?yàn)橛墒茈娞炀€ 410、510接受的電力根據(jù)來(lái)自送電單元的供電電力而增減，所以不需要追加復(fù)雜的控制裝置，能夠獲得與來(lái)自送電單元的供電電力相應(yīng)的冷卻能力。另外，本實(shí)施方式中的P⑶160以及電動(dòng)機(jī)170為本發(fā)明中的“電氣驅(qū)動(dòng)裝置”的一例。另外，本實(shí)施方式中的線圈殼體190、250為本發(fā)明中的“殼體”的一例。應(yīng)該認(rèn)為，本次所公開(kāi)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(shuō)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
1.一種非接觸受電裝置，經(jīng)由通過(guò)與送電裝置O00)的電磁共振產(chǎn)生的電磁場(chǎng)來(lái)接受電力，所述非接觸受電裝置具備受電單元(110、120)，其通過(guò)電磁共振接受從所述送電裝置(200)輸送來(lái)的電力；在內(nèi)部收納所述受電單元(110、120)的殼體(190)；和配設(shè)在所述殼體(190)內(nèi)的電氣設(shè)備G00、400A、400B、400C、400D)，所述電氣設(shè)備(400、400A、400B、400C、400D)包括從所述電磁場(chǎng)接受電力的受電天線G10)；和使用由所述受電天線(410)接受來(lái)的電力的電氣負(fù)載G30、430A、430B、430C)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非接觸受電裝置，其中，所述殼體(190)具有用于防止所述電磁場(chǎng)向周圍泄漏的電磁遮蔽材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的非接觸受電裝置，其中，所述電磁遮蔽材料在所述殼體(190)的與所述送電裝置(200)相對(duì)的面上設(shè)置有開(kāi)
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的非接觸受電裝置，其中，所述電氣設(shè)備(400、400A、400B、400C、400D)還包括整流器020)，該整流器(420)接受由所述受電天線(410)接受來(lái)的電力并對(duì)其進(jìn)行整流。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的非接觸受電裝置，其中，所述電氣負(fù)載G30、430A、430B、430C)包括顯示裝置03OA)、冷卻裝置03OB)、溫度檢測(cè)裝置G30C)以及電動(dòng)泵中至少任一方。
6.一種非接觸供電系統(tǒng)，其經(jīng)由通過(guò)電磁共振產(chǎn)生的電磁場(chǎng)，將來(lái)自電源的電力從送電裝置(200)供電至受電裝置，所述受電裝置包括權(quán)利要求1 5中任一項(xiàng)所述的非接觸受電裝置。
7.一種非接觸送電裝置000)，經(jīng)由通過(guò)與受電裝置的電磁共振產(chǎn)生的電磁場(chǎng)，將來(lái)自電源的電力向所述受電裝置輸送，所述非接觸送電裝置具備送電單元O30、240)，其通過(guò)電磁共振將所述電力向所述受電裝置輸送；在內(nèi)部收納所述送電單元Ο30、240)的殼體Q50)；和配設(shè)在所述殼體Ο50)內(nèi)的電氣設(shè)備(500)，所述電氣設(shè)備(500)包括從所述電磁場(chǎng)接受電力的受電天線(510)；和使用由所述受電天線(510)接受來(lái)的電力的電氣負(fù)載(530)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的非接觸送電裝置000)，其中，所述殼體(250)具有用于防止所述電磁場(chǎng)向周圍泄漏的電磁遮蔽材料。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的非接觸送電裝置000)，其中，所述電磁遮蔽材料在所述殼體Ο50)的與所述受電裝置相對(duì)的面上設(shè)置有開(kāi)口。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的非接觸送電裝置000)，其中，所述電氣設(shè)備(500)還包括整流器(520)，該整流器(520)接受由所述受電天線(510) 接受來(lái)的電力并對(duì)其進(jìn)行整流。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的非接觸送電裝置000)，其中，所述電氣負(fù)載(530)包括顯示裝置、冷卻裝置、溫度檢測(cè)裝置以及電動(dòng)泵中至少任一方。
12.一種非接觸供電系統(tǒng)，其經(jīng)由通過(guò)電磁共振產(chǎn)生的電磁場(chǎng)，將來(lái)自電源的電力從送電裝置(200)供電至受電裝置，所述送電裝置(200)包括權(quán)利要求7 11中任一項(xiàng)所述的非接觸送電裝置(200)。
13.—種車輛(100)，具備非接觸受電裝置，其經(jīng)由通過(guò)與所述車輛(100)外部的送電裝置Q00)的電磁共振產(chǎn)生的電磁場(chǎng)，接受來(lái)自所述車輛(100)外部的電源的電力；和電氣驅(qū)動(dòng)裝置(160、170)，其接受由所述非接觸受電裝置接受來(lái)的電力，產(chǎn)生用于推進(jìn)車輛的驅(qū)動(dòng)力，所述非接觸受電裝置包括受電單元(110、120)，其通過(guò)電磁共振接受從所述送電裝置(200)輸送來(lái)的電力；在內(nèi)部收納所述受電單元(110、120)的殼體(190)；和配設(shè)在所述殼體(190)內(nèi)的電氣設(shè)備G00、400A、400B、400C、400D)，所述電氣設(shè)備(400、400A、400B、400C、400D)包括從所述電磁場(chǎng)接受電力的受電天線G10)；和使用由所述受電天線(410)接受來(lái)的電力的電氣負(fù)載G30、430A、430B、430C)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的車輛，其中，所述殼體(190)具有用于防止所述電磁場(chǎng)向周圍泄漏的電磁遮蔽材料， 所述電磁遮蔽材料在所述殼體(190)的與所述送電裝置(200)相對(duì)的面上設(shè)置有開(kāi)
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的車輛，其中，所述電氣設(shè)備(400、400A、400B、400C、400D)還包括整流器020)，該整流器(420)接受由所述受電天線(410)接受來(lái)的電力并對(duì)其進(jìn)行整流，所述電氣負(fù)載G30、430A、430B、430C)包括顯示裝置03OA)、冷卻裝置03OB)、溫度檢測(cè)裝置G30C)以及電動(dòng)泵中至少任一方。
全文摘要
在利用共振法的非接觸供電系統(tǒng)中，將配設(shè)在線圈殼體內(nèi)的電氣設(shè)備(400)設(shè)為具備受電天線(410)以及整流器(420)作為一體的結(jié)構(gòu)。不需要從線圈殼體外部供給電源，從通過(guò)電磁共振產(chǎn)生的電磁場(chǎng)接受電力來(lái)驅(qū)動(dòng)電氣設(shè)備(400)。
文檔編號(hào)H02J17/00GK102197566SQ20098014277
公開(kāi)日2011年9月21日 申請(qǐng)日期2009年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月18日
發(fā)明者中村達(dá), 佐佐木將, 山本幸宏, 市川真士, 菊池平 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車株式會(huì)社