專利名稱：非接觸供電設(shè)備以及非接觸供電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及非接觸供電設(shè)備以及非接觸供電系統(tǒng)，特別涉及通過使在供電設(shè)備和從供電設(shè)備受電的受電裝置各自設(shè)置的共振器經(jīng)由電磁場(chǎng)產(chǎn)生共振、從而以非接觸的方式向受電裝置進(jìn)行供電的非接觸供電設(shè)備以及非接觸供電系統(tǒng)。
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)力汽車等電動(dòng)車輛備受注目。這些車輛搭載有產(chǎn)生行駛驅(qū)動(dòng)力的電動(dòng)機(jī)、和存儲(chǔ)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)力汽車為搭載有電動(dòng)機(jī)還搭載有內(nèi)燃機(jī)作為動(dòng)力源的汽車、或作為車輛驅(qū)動(dòng)用的直流電源而搭載有蓄電裝置并搭載有燃料電池的汽車。在混合動(dòng)力汽車中，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，已知所謂的“插電式混合動(dòng)力汽車”，該“插電式混合動(dòng)力汽車” 通過以充電電纜連接設(shè)置于住宅的電源插座與設(shè)置于車輛的充電口，能夠從一般家庭電源對(duì)蓄電裝置充電。另一方面，作為送電方法，近年來不使用電源線或送電電纜的無線送電受到注目。 作為該無線送電技術(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、使用了微波的送電、以及以共振法進(jìn)行的送電。其中，共振法為使一對(duì)共振器(例如一對(duì)自諧振線圈)在電磁場(chǎng)(近場(chǎng))中產(chǎn)生共振、經(jīng)由電磁場(chǎng)進(jìn)行送電的非接觸的送電技術(shù)，也能夠?qū)?shù)kW的大電力進(jìn)行較長距離(例如數(shù)m)送電(例如，參照專利文獻(xiàn)1、非專利文獻(xiàn)1)。專利文獻(xiàn)1 國際公開第2007/008646號(hào)小冊(cè)子非專利文獻(xiàn) 1 :Andre Kurs et al. , "Wireless Power Transfer via Strongly Coupled Magnetic Resonances，，、[online] >2007 年 7 月 6 日、Science、第 317 卷、 p. 83-86、[2007 年9 月 12 日檢索]、互聯(lián)網(wǎng) <URL :http://www. sciencemag. org/cgi/ reprint/317/5834/83. pdf>

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的課題送電時(shí)產(chǎn)生的電磁場(chǎng)的強(qiáng)度，考慮對(duì)周圍的影響，其上限值由EMC關(guān)聯(lián)規(guī)格來確定。在此，在將上述使用了共振法的非接觸供電應(yīng)用于例如要求大電力的供電的電動(dòng)車輛的情況下，若使用單一頻率(例如共振頻率)進(jìn)行供電，則可能在該頻率中產(chǎn)生電磁場(chǎng)強(qiáng)度的較大峰值，不能滿足規(guī)格。然而，為了滿足規(guī)格而抑制供電電力則會(huì)導(dǎo)致供電時(shí)間的長時(shí)間化，損害用戶的便利性。于是希望不使供電電力大幅降低地抑制電磁場(chǎng)強(qiáng)度的峰值，但在所述文獻(xiàn)中，對(duì)這樣的課題沒有特別研究。因此，本發(fā)明的目的在于，提供一種能夠不使供電電力大幅降低地抑制電磁場(chǎng)強(qiáng)度的峰值的非接觸供電設(shè)備以及非接觸供電系統(tǒng)。
用于解決課題的手段根據(jù)本發(fā)明，非接觸供電設(shè)備具備送電用共振器、電源裝置和控制裝置。送電用共振器通過經(jīng)由電磁場(chǎng)與受電裝置的受電用共振器進(jìn)行共振，以非接觸方式向受電裝置送電。電源裝置連接于送電用共振器，向送電用共振器供給預(yù)定的高頻電力?？刂蒲b置基于由送電用共振器和受電用共振器形成的電路的S21參數(shù)來設(shè)定頻率擴(kuò)展的頻率范圍，控制電源裝置以使其向送電用共振器供給具有該頻率范圍的高頻電力。優(yōu)選的是，控制裝置基于S21參數(shù)的振幅特性相對(duì)地增大的頻帶來設(shè)定頻率擴(kuò)展的頻率范圍。優(yōu)選的是，控制裝置通過交替地切換S21參數(shù)的振幅特性中表現(xiàn)的兩個(gè)共振頻率，進(jìn)行頻率擴(kuò)展。另外，優(yōu)選的是，控制裝置將包含S21參數(shù)的振幅特性中表現(xiàn)的兩個(gè)共振頻率的至少一方的頻帶設(shè)為頻率擴(kuò)展的頻率范圍。另外，優(yōu)選的是，控制裝置將處于S21參數(shù)的振幅特性中表現(xiàn)的兩個(gè)共振頻率之間、且不包含該兩個(gè)共振頻率的頻帶設(shè)為頻率擴(kuò)展的頻率范圍。另外，優(yōu)選的是，控制裝置基于根據(jù)S21參數(shù)的振幅特性中表現(xiàn)的共振頻率算出的Q值，設(shè)定頻率擴(kuò)展的頻率范圍。優(yōu)選的是，送電用共振器包括一次線圈和一次自諧振線圈。一次線圈連接于電源裝置。一次自諧振線圈被通過電磁感應(yīng)從一次線圈供電，產(chǎn)生電磁場(chǎng)。另外，根據(jù)本發(fā)明，非接觸供電系統(tǒng)具備能夠輸出預(yù)定的高頻電力的供電設(shè)備； 和能夠以非接觸方式從供電設(shè)備受電的受電裝置。受電裝置包括受電用共振器。受電用共振器經(jīng)由在與供電設(shè)備之間產(chǎn)生的電磁場(chǎng)，以非接觸方式從供電設(shè)備受電。供電設(shè)備包括送電用共振器、電源裝置和控制裝置。送電用共振器通過經(jīng)由電磁場(chǎng)與受電用共振器進(jìn)行共振，以非接觸方式向受電用共振器送電。電源裝置連接于送電用共振器，向送電用共振器供給預(yù)定的高頻電力。控制裝置基于由送電用共振器和受電用共振器形成的電路的S21參數(shù)來設(shè)定頻率擴(kuò)展的頻率范圍，控制電源裝置以使其向送電用共振器供給具有該頻率范圍的高頻電力。優(yōu)選的是，送電用共振器包括一次線圈和一次自諧振線圈。一次線圈連接于電源裝置。一次自諧振線圈被通過電磁感應(yīng)從一次線圈供電，產(chǎn)生電磁場(chǎng)。受電用共振器包括二次自諧振線圈和二次線圈。二次自諧振線圈通過經(jīng)由電磁場(chǎng)與一次自諧振線圈進(jìn)行共振， 從一次自諧振線圈受電。二次線圈通過電磁感應(yīng)取出從二次自諧振線圈接受來的電力。發(fā)明的效果在本發(fā)明中，基于由送電用共振器和受電用共振器形成的電路的S21參數(shù)來設(shè)定頻率擴(kuò)展的頻率范圍，在該頻率范圍進(jìn)行頻率擴(kuò)展來進(jìn)行送電，因此能夠使用傳輸效率 (送電效率)高的頻帶，同時(shí)能夠降低特定頻率中電磁場(chǎng)頻譜的峰值。因此，根據(jù)本發(fā)明，能夠不使供電電力降低地抑制電磁場(chǎng)強(qiáng)度的峰值。


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。圖2是與以共振法進(jìn)行的送電相關(guān)的部分的等效電路圖。
圖3是表示了從供電設(shè)備向受電裝置供電時(shí)的電磁場(chǎng)強(qiáng)度的圖。圖4是表示了圖2所示電路的S21參數(shù)的振幅特性的圖。圖5是圖1所示的控制裝置的功能框圖。圖6是作為搭載有圖1所示的受電裝置的電動(dòng)車輛的一例而表示的混合動(dòng)力汽車的結(jié)構(gòu)圖。圖7是用于說明Q值的圖。圖8是表示了在一次自諧振線圈中流動(dòng)的電流與在二次自諧振線圈中流動(dòng)的電流的相位差的圖。
具體實(shí)施例方式以下，參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說明。另外，對(duì)圖中相同或相當(dāng)?shù)牟糠謽?biāo)注相同的附圖標(biāo)記，不重復(fù)其說明。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)具備供電設(shè)備1和受電裝置2。供電設(shè)備1包括高頻電源裝置10、一次線圈20、一次自諧振線圈30和控制裝置40。高頻電源裝置10連接于一次線圈20，能夠基于從控制裝置40接收的驅(qū)動(dòng)信號(hào)來產(chǎn)生預(yù)定的高頻電壓(例如數(shù)MHz 10數(shù)MHz)。高頻電源裝置10包括例如正弦波逆變器電路，由控制裝置40進(jìn)行控制。一次線圈20配設(shè)在與一次自諧振線圈30大致同軸上，構(gòu)成為能夠通過電磁感應(yīng)與一次自諧振線圈30以磁力結(jié)合。并且，一次線圈20通過電磁感應(yīng)將從高頻電源裝置10 供給的高頻電力向一次自諧振線圈30供電。一次自諧振線圈30為兩端開放(非連接)的LC共振線圈，通過經(jīng)由電磁場(chǎng)與受電裝置2的二次自諧振線圈60 (后述)進(jìn)行共振，以非接觸方式向受電裝置2輸送電力。另外，Cl表示一次自諧振線圈30的寄生電容，但也可以實(shí)際設(shè)置電容器?？刂蒲b置40生成用于控制高頻電源裝置10的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，將其生成的驅(qū)動(dòng)信號(hào)向高頻電源裝置10輸出。并且，控制裝置40通過控制高頻電源裝置10，從而控制從一次自諧振線圈30向受電裝置2的二次自諧振線圈60的供電。在此，控制裝置40基于實(shí)現(xiàn)以共振法進(jìn)行的送電的、包括一次線圈20、一次自諧振線圈30、以及受電裝置2的二次自諧振線圈60和二次線圈70 (后述)的電路的S21參數(shù)，設(shè)定頻率擴(kuò)展的頻率范圍，控制高頻電源裝置以使其輸出具有該頻率范圍的高頻電力。詳細(xì)地進(jìn)行說明，如上述那樣，若使用單一的頻率進(jìn)行供電，則可能會(huì)在該頻率中產(chǎn)生電磁場(chǎng)強(qiáng)度的較大峰值、不能滿足預(yù)定規(guī)格。于是，在本實(shí)施方式中，為了抑制供電時(shí)產(chǎn)生的電磁場(chǎng)強(qiáng)度的峰值，使用頻率擴(kuò)展技術(shù)使送電電力在預(yù)定的頻率范圍內(nèi)擴(kuò)展。在此，為了不使供電電力大幅降低地抑制電磁場(chǎng)強(qiáng)度的峰值，在本實(shí)施方式中，基于實(shí)現(xiàn)以共振法進(jìn)行的送電的電路的S21參數(shù)的振幅特性相對(duì)增大的頻帶，設(shè)定頻率擴(kuò)展的頻率范圍。即，S21參數(shù)表示包括一次線圈20、一次自諧振線圈30、以及受電裝置2的二次自諧振線圈60和二次線圈70(后述)的電路的從輸入端口(一次線圈20的輸入)向輸出端口(二次線圈70的輸出)的傳輸系數(shù)。因此，通過基于S21參數(shù)的振幅特性相對(duì)增大的頻帶來設(shè)定頻率擴(kuò)展的頻率范圍，能夠不使供電電力大幅減低地抑制電磁場(chǎng)強(qiáng)度的峰
6值。另外，稍后對(duì)實(shí)現(xiàn)以共振法進(jìn)行的送電的電路的S21參數(shù)的特性、以及控制裝置 40的功能結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。另一方面，受電裝置2包括二次自諧振線圈60和二次線圈70。二次自諧振線圈 60，與上述的一次自諧振線圈30同樣，也為兩端開放(非鏈接)的LC共振線圈，通過經(jīng)由電磁場(chǎng)與供電設(shè)備1的一次自諧振線圈30進(jìn)行共振，以非接觸方式從供電設(shè)備1受電。另外，C2表示二次自諧振線圈60的寄生電容，但也可以實(shí)際設(shè)置電容器。二次線圈70配設(shè)在與二次自諧振線圈60大致同軸上，構(gòu)成為能夠通過電磁感應(yīng)與二次自諧振線圈60以磁力結(jié)合。并且，二次線圈70通過電磁感應(yīng)取出由二次自諧振線圈60接受來的電力，將其取出的電力向負(fù)載3輸出。圖2是與以共振法進(jìn)行的送電相關(guān)的部分的等效電路圖。參照?qǐng)D2，在該共振法中，與兩個(gè)音叉進(jìn)行共鳴的情況同樣，通過使具有相同的固有振動(dòng)數(shù)的兩個(gè)LC共振線圈在電磁場(chǎng)(近場(chǎng))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傳輸電力。具體而言，將高頻電源裝置10連接于一次線圈20，向通過電磁感應(yīng)以磁力與一次線圈20結(jié)合的一次自諧振線圈30供給例如數(shù)MHz 10數(shù)MHz程度的高頻電力。一次自諧振線圈30為由線圈自身的阻抗和寄生電容Cl形成的LC共振器，經(jīng)由電磁場(chǎng)(近場(chǎng))與具有與一次自諧振線圈30相同的共振頻率的二次自諧振線圈60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30向二次自諧振線圈60移動(dòng)。移動(dòng)至二次自諧振線圈 60的能量(電力)由通過電磁感應(yīng)以磁力與二次自諧振線圈60結(jié)合的二次線圈70取出， 并向負(fù)載3供給。另外，上述的S21參數(shù)對(duì)應(yīng)于關(guān)于在端口 P1、P2之間形成的、包括一次線圈20、一次自諧振線圈30、二次自諧振線圈60以及二次線圈70的電路、向端口 Pl輸入的輸入電力 (從高頻電源裝置10輸出的電力)到達(dá)端口 P2的比率，即從端口 Pl向端口 P2的傳輸系數(shù)。圖3是表示了從供電設(shè)備1向受電裝置2供電時(shí)的電磁場(chǎng)強(qiáng)度的圖。參照?qǐng)D3，縱軸表示供電時(shí)的電磁場(chǎng)強(qiáng)度，橫軸表示從供電設(shè)備1向受電裝置2供給的高頻電力的頻率。 曲線kl表示以單一頻率f進(jìn)行供電時(shí)的電磁場(chǎng)強(qiáng)度，曲線k2表示進(jìn)行頻率擴(kuò)展來供電時(shí)的電磁場(chǎng)強(qiáng)度。如圖3所示，若以單一頻率f進(jìn)行供電，則會(huì)在該頻率f中出現(xiàn)電磁場(chǎng)強(qiáng)度的較大峰值，產(chǎn)生的電磁場(chǎng)強(qiáng)度會(huì)超過規(guī)格值。另一方面，若進(jìn)行頻率擴(kuò)展，則能夠抑制電磁場(chǎng)強(qiáng)度的峰值，將產(chǎn)生的電磁場(chǎng)強(qiáng)度抑制到規(guī)格值以下。圖4是表示了圖2所示電路的S21參數(shù)的振幅特性的圖。參照?qǐng)D4，縱軸表示S21 參數(shù)的振幅，橫軸表示從高頻電源裝置10供給到電路的高頻電力的頻率。如圖4所示，具有如下特征在實(shí)現(xiàn)以共振法進(jìn)行的送電的如2所示電路的S21參數(shù)的振幅特性中，在頻率Π、f2存在兩個(gè)峰值，由此使得振幅相對(duì)增大的頻帶寬。即，在頻率fl、f2之間的頻率中，S21參數(shù)增大。于是，在本實(shí)施方式中，以包含該S21參數(shù)的振幅增大的頻帶的方式，設(shè)定頻率擴(kuò)展的頻率范圍。由此，可以使用傳輸效率(送電效率)高的頻帶，同時(shí)通過頻率擴(kuò)展抑制了電磁場(chǎng)強(qiáng)度的峰值。另外，頻率擴(kuò)展的調(diào)制方式可以是直接擴(kuò)展方式，也可以是跳頻方式。在本實(shí)施方式中，采用了使用S21參數(shù)的振幅特性中的共振頻率fl、f2的跳頻方式。圖5是圖1所示的控制裝置40的功能框圖。參照?qǐng)D5，控制裝置40包括起振電路110、120、M序列隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生電路130、選擇開關(guān)140、電源控制部150以及驅(qū)動(dòng)信號(hào)生成部 160。起振電路110產(chǎn)生具有預(yù)先求出的S21參數(shù)的振幅特性中的共振頻率fl的信號(hào)。 起振電路120產(chǎn)生具有S21參數(shù)的振幅特性中的共振頻率f2的信號(hào)。M序列隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生電路130產(chǎn)生包括0和1的隨機(jī)數(shù)信號(hào)。選擇開關(guān)140接收從起振電路110輸出的頻率fl的信號(hào)和從起振電路120輸出的頻率f2的信號(hào)。然后，選擇開關(guān)140根據(jù)從M序列隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生電路130接收到的隨機(jī)數(shù)信號(hào)，選擇從起振電路110接收到的頻率fl的信號(hào)和從起振電路120接收到的頻率f2的信號(hào)中的某一信號(hào)，將其選擇出的信號(hào)向電源控制部150輸出。電源控制部150生成用于將具有從選擇開關(guān)140接收到的信號(hào)的頻率的高頻電力從高頻電源裝置10(圖1)輸出的控制指令，將其生成的控制指令向驅(qū)動(dòng)信號(hào)生成部160輸出。然后，驅(qū)動(dòng)信號(hào)生成部160基于從電源控制部150接收到的控制指令，生成用于驅(qū)動(dòng)高頻電源裝置10的信號(hào)，將其生成的信號(hào)向高頻電源裝置10輸出。在該控制裝置40中，通過選擇開關(guān)140切換具有頻率Π的信號(hào)和具有頻率f2的信號(hào)并將其提供給電源控制部150。然后，電源控制部150控制高頻電源裝置10以使其輸出具有該提供來的信號(hào)的頻率的高頻電力。由此，從高頻電源裝置10輸出隨機(jī)地將頻率切換為頻率Π、f2 (跳頻)的、頻率擴(kuò)展后的高頻電力。另外，通過網(wǎng)絡(luò)分析儀這樣的使用了定向耦合器的技術(shù)來算出S21參數(shù)，也同樣能夠?qū)崿F(xiàn)上述的控制。另外，使用Z參數(shù)、Y參數(shù)等來代替S參數(shù)，也同樣能夠?qū)崿F(xiàn)上述的控制。圖6是作為搭載有圖1所示的受電裝置2的電動(dòng)車輛的一例而表示的混合動(dòng)力汽車的結(jié)構(gòu)圖。參照?qǐng)D6，混合動(dòng)力汽車200包括蓄電裝置210、系統(tǒng)主繼電器SMR1、升壓轉(zhuǎn)換器220、逆變器230、232、電動(dòng)發(fā)電機(jī)M0J42、發(fā)動(dòng)機(jī)250、動(dòng)力分配裝置沈0以及驅(qū)動(dòng)輪 270。另外，混合動(dòng)力汽車200還包括二次自諧振線圈60、二次線圈70、整流器觀0、系統(tǒng)主繼電器SMR2以及車輛EOT^O?；旌蟿?dòng)力汽車200搭載發(fā)動(dòng)機(jī)250和電動(dòng)發(fā)電機(jī)242作為動(dòng)力源。發(fā)動(dòng)機(jī)250和電動(dòng)發(fā)電機(jī)240、242與動(dòng)力分配裝置260連接。并且，混合動(dòng)力汽車200通過發(fā)動(dòng)機(jī)250和電動(dòng)發(fā)電機(jī)242的至少一方產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力進(jìn)行行駛。發(fā)動(dòng)機(jī)250產(chǎn)生的動(dòng)力由動(dòng)力分配裝置260分配到兩條路徑。即，一方為向驅(qū)動(dòng)輪270傳遞的路徑，另一方為向電動(dòng)發(fā)電機(jī)240 傳遞的路徑。電動(dòng)發(fā)電機(jī)240為交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)，例如包括在轉(zhuǎn)子中埋設(shè)有永磁體的三相交流同步電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)發(fā)電機(jī)240使用經(jīng)由動(dòng)力分配裝置260傳遞來的發(fā)動(dòng)機(jī)250的動(dòng)能進(jìn)行發(fā)電。例如，若蓄電裝置210的充電狀態(tài)(也稱為“SOCGtate Of Charge)”)低于預(yù)先確定的值，則發(fā)動(dòng)機(jī)250啟動(dòng)并通過電動(dòng)發(fā)電機(jī)240進(jìn)行發(fā)電，對(duì)蓄電裝置210充電。電動(dòng)發(fā)電機(jī)242也為交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)，與電動(dòng)發(fā)電機(jī)240同樣，包括例如在轉(zhuǎn)子中埋設(shè)有永磁體的三相交流同步電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)發(fā)電機(jī)242使用蓄積于蓄電裝置210的電力和由電動(dòng)發(fā)電機(jī)240發(fā)電產(chǎn)生的電力的至少一方來產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力。并且，電動(dòng)發(fā)電機(jī)M2的驅(qū)動(dòng)
8力被傳遞至驅(qū)動(dòng)輪270。另外，在車輛制動(dòng)時(shí)或在下坡的加速度減低時(shí)，作為動(dòng)能和勢(shì)能蓄積于車輛的機(jī)械能經(jīng)由驅(qū)動(dòng)輪270用于電動(dòng)發(fā)電機(jī)M2的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)，電動(dòng)發(fā)電機(jī)242作為發(fā)電機(jī)進(jìn)行工作。由此，電動(dòng)發(fā)電機(jī)242作為將行駛能量變換為電力并產(chǎn)生制動(dòng)力的再生制動(dòng)器進(jìn)行工作。并且，由電動(dòng)發(fā)電機(jī)242發(fā)電產(chǎn)生的電力被蓄積于蓄電裝置210中。動(dòng)力分配裝置沈0由包括太陽輪、小齒輪、行星架以及齒圈的行星齒輪構(gòu)成。小齒輪與太陽輪和齒圈嚙合。行星架以能夠自轉(zhuǎn)的方式支撐小齒輪并且與發(fā)動(dòng)機(jī)250的曲軸連接。太陽輪與電動(dòng)發(fā)電機(jī)240的旋轉(zhuǎn)軸連接。齒圈與電動(dòng)發(fā)電機(jī)242的旋轉(zhuǎn)軸以及驅(qū)動(dòng)輪 270連接。系統(tǒng)主繼電器SMRl配設(shè)在蓄電裝置210與升壓轉(zhuǎn)換器220之間，根據(jù)來自車輛 EOT^O的信號(hào)將蓄電裝置210電連接于升壓轉(zhuǎn)換器220。升壓轉(zhuǎn)換器220將正極線PL2的電壓升壓到蓄電裝置210的輸出電壓以上的電壓。另外，升壓轉(zhuǎn)換器220例如包括直流斬波電路。逆變器230、232分別驅(qū)動(dòng)電動(dòng)發(fā)電機(jī)M0J42。另外，逆變器230、232例如包括三相橋式電路。二次自諧振線圈60和二次線圈70為圖1中說明的那樣。整流器280對(duì)由二次線圈70取出的交流電力進(jìn)行整流。系統(tǒng)主繼電器SMR2配設(shè)在整流器280與蓄電裝置210之間，根據(jù)來自車輛ECU^K)的信號(hào)將整流器觀0電連接于蓄電裝置210。車輛EOT^O，在行駛模式時(shí)，使系統(tǒng)主繼電器SMR 1導(dǎo)通、并使系統(tǒng)主繼電器SMR2 斷開。并且，車輛ECU^K)，在車輛行駛時(shí)，基于加速開度、車輛速度、來自其他各種傳感器的信號(hào)，生成用于驅(qū)動(dòng)升壓轉(zhuǎn)換器220以及電動(dòng)發(fā)電機(jī)M0、242的信號(hào)，將其生成的信號(hào)向升壓轉(zhuǎn)換器220以及逆變器230、232輸出。另外，在從供電設(shè)備1 (圖1)向混合動(dòng)力汽車200進(jìn)行供電時(shí)，車輛ECU290使系統(tǒng)主繼電器SMR2導(dǎo)通。由此，將由二次自諧振線圈60接受來的電力向蓄電裝置210供給。 另外，在整流器280與蓄電裝置210之間可以設(shè)置DC/DC轉(zhuǎn)換器，該DC/DC轉(zhuǎn)換器對(duì)由整流器280整流后的直流電力進(jìn)行電壓變換而將其變換為蓄電裝置210的電壓電平。另外，通過使系統(tǒng)主繼電器SMR1、SMR2都導(dǎo)通，也能夠在車輛行駛中從供電設(shè)備1 受電。如上所述，在本實(shí)施方式中，基于實(shí)現(xiàn)以共振法進(jìn)行的送電的、包括一次線圈20、 一次自諧振線圈30、二次自諧振線圈60以及二次線圈70的電路的S21參數(shù)，設(shè)定頻率擴(kuò)展的頻率范圍，在該頻率范圍進(jìn)行頻率擴(kuò)展來進(jìn)行送電，因此能夠使用傳輸效率(送電效率) 高的頻帶，同時(shí)能夠降低特定頻率中電磁場(chǎng)頻譜的峰值。因此，根據(jù)本實(shí)施方式，能夠不使從供電設(shè)備1向受電裝置2的供電電力降低地抑制電磁場(chǎng)強(qiáng)度的峰值。另外，在上述的實(shí)施方式中，頻率擴(kuò)展的調(diào)制方式設(shè)為了跳頻方式，但也可以設(shè)為直接擴(kuò)展方式。在采用直接擴(kuò)展方式的情況下，作為頻率擴(kuò)展的頻率范圍，可以設(shè)定為圖4 所示的包含共振頻率fl、f2雙方的頻帶，也可以設(shè)定為包含頻率fl、f2的任一方的頻帶、或者也可以設(shè)定為頻率Π、f2之間的頻帶。在此，在包含頻率fl、f2的任一方的頻率范圍內(nèi)通過直接擴(kuò)展方式進(jìn)行頻率擴(kuò)展的情況下，可以基于Q值來決定該頻率范圍。圖7是用于說明Q值的圖。參照?qǐng)D7，在從供電設(shè)備1向受電裝置2輸送頻率f的高頻電力的情況下，Q值由下式來表示。Q 值=f/Af. · ·⑴在此，Af在將施加于負(fù)載3 (圖1)的電壓設(shè)為Vm時(shí)，電壓變?yōu)開的頻帶的寬度。于是，例如在施加于負(fù)載的電壓的頻率特性中，將根據(jù)圖4所示的共振頻率fl的峰值求出的Q值設(shè)為Q1，如下式這樣設(shè)定頻率擴(kuò)展的頻率范圍。Afl = α (fl/Ql). . . (2)在此，α為調(diào)整系數(shù)?；蛘?，在施加于負(fù)載的電壓的頻率特性中，將根據(jù)圖4所示的另一個(gè)共振頻率f2 的峰值求出的Q值設(shè)為Q2，如下式這樣設(shè)定頻率擴(kuò)展的頻率范圍。Δ f2 = β (f2/Q2)... (3)在此，β為調(diào)整系數(shù)。另外，α和β以不超過規(guī)格的上限值的方式進(jìn)行設(shè)定。如此一來，能夠基于Q值適當(dāng)?shù)卦O(shè)定頻率擴(kuò)展的頻率范圍。另外，通過改變從供電設(shè)備1向受電裝置2供給的高頻電力的頻率，能夠改變從供電設(shè)備1向受電裝置2供電時(shí)周圍產(chǎn)生的電磁場(chǎng)強(qiáng)度的分布。圖8是表示了在一次自諧振線圈30中流動(dòng)的電流與在二次自諧振線圈60中流動(dòng)的電流的相位差的圖。參照?qǐng)D8，橫軸表示從供電設(shè)備1向受電裝置2供給的高頻電力的頻率。如圖8所示，在一次自諧振線圈30中流動(dòng)的電流與在二次自諧振線圈60中流動(dòng)的電流的相位差隨著供電電力的頻率而變化。在此，在各線圈的周圍產(chǎn)生的電磁場(chǎng)的分布，與在該線圈中流動(dòng)的電流相應(yīng)地變化。并且，在從供電設(shè)備1向受電裝置2供電時(shí)在周圍產(chǎn)生的電磁場(chǎng)強(qiáng)度的分布為如下情況通過在一次自諧振線圈30中流動(dòng)的電流而在一次自諧振線圈30的周圍產(chǎn)生的電磁場(chǎng)、 與通過在二次自諧振線圈60中流動(dòng)的電流而在二次自諧振線圈60的周圍產(chǎn)生的電磁場(chǎng)重疊。因此，利用如上所述在一次自諧振線圈30中流動(dòng)的電流與在二次自諧振線圈60 中流動(dòng)的電流的相位差隨著供電電力的頻率而變化的情況，改變從供電設(shè)備1向受電裝置 2供給的高頻電力的頻率，由此能夠改變從供電設(shè)備1向受電裝置2供電時(shí)周圍產(chǎn)生的電磁場(chǎng)強(qiáng)度的分布。由此，通過適當(dāng)選擇供電電力的頻率，也能夠降低希望場(chǎng)所的電磁場(chǎng)強(qiáng)度。另外，在上述的實(shí)施方式中，設(shè)為了使用一次線圈20通過電磁感應(yīng)向一次自諧振線圈30進(jìn)行供電，并使用二次線圈70通過電磁感應(yīng)從二次自諧振線圈60取出電力，但也可以不設(shè)置一次線圈20而從高頻電源裝置10直接向一次自諧振線圈30供電、不設(shè)置二次線圈70而直接從二次自諧振線圈60取出電力。另外，在上述中，設(shè)為了通過使一對(duì)自諧振線圈進(jìn)行共振來進(jìn)行送電，但作為共振體也可以使用一對(duì)高電介質(zhì)盤來代替一對(duì)自諧振線圈。高電介質(zhì)盤由高介電常數(shù)材料構(gòu)成，使用例如 TiO2, BaTi4O9, LiTaO3 等。另外，在上述中，作為搭載有受電裝置2的一例，對(duì)能夠通過動(dòng)力分配裝置260分配發(fā)動(dòng)機(jī)250的動(dòng)力并將其傳遞至驅(qū)動(dòng)輪270和電動(dòng)發(fā)電機(jī)240的串聯(lián)/并聯(lián)型的混合動(dòng)力汽車進(jìn)行了說明，但本發(fā)明也能夠適用于其他形式的混合動(dòng)力汽車。即，例如本發(fā)明也能夠適用于如下車輛等只為了驅(qū)動(dòng)電動(dòng)發(fā)電機(jī)240而使用發(fā)動(dòng)機(jī)250、僅利用電動(dòng)發(fā)電機(jī)242來產(chǎn)生車輛的驅(qū)動(dòng)力的所謂的串聯(lián)型的混合動(dòng)力車輛；在發(fā)動(dòng)機(jī)250生成的動(dòng)能中僅將再生能量作為電能進(jìn)行回收的混合動(dòng)力車輛；將發(fā)動(dòng)機(jī)作為主動(dòng)力并根據(jù)需要由電機(jī)輔助的電機(jī)輔助型的混合動(dòng)力車輛。另外，本發(fā)明也能夠適用于不具備發(fā)動(dòng)機(jī)250而僅利用電力進(jìn)行行駛的電動(dòng)車輛、作為直流電源除了蓄電裝置210以外還搭載燃料電池的燃料電池車。另外，在上述中，一次自諧振線圈30和一次線圈20形成本發(fā)明中的“送電用共振器”的一個(gè)實(shí)施例，二次自諧振線圈60和二次線圈70形成本發(fā)明中的“受電用共振器”的一個(gè)實(shí)施例。另外，起振電路110、120、M序列隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生電路130以及選擇開關(guān)140形成本發(fā)明中的“頻率設(shè)定部”的一個(gè)實(shí)施例。應(yīng)該認(rèn)為，本次所公開的實(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。附圖標(biāo)記的說明1供電設(shè)備；2受電裝置；3負(fù)載；10高頻電源裝置；20 —次線圈；30—次自諧振線圈；40控制裝置；60 二次自諧振線圈；70 二次線圈；110、120起振電路；130M序列隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生電路；140選擇開關(guān)；150電源控制部；160驅(qū)動(dòng)信號(hào)生成部；200混合動(dòng)力汽車；210蓄電裝置；220升壓轉(zhuǎn)換器；230、232逆變器；240、242電動(dòng)發(fā)電機(jī)；250發(fā)動(dòng)機(jī)；260動(dòng)力分配裝置；270驅(qū)動(dòng)輪；280整流器；290車輛ECU ；C1、C2寄生電容；SMR1、MSR2系統(tǒng)主繼電器；PL1、 PL2正極線；NL負(fù)極線。
1權(quán)利要求
1.一種非接觸供電設(shè)備，具備送電用共振器(30、20)，其通過經(jīng)由電磁場(chǎng)與受電裝置⑵的受電用共振器(60、70)進(jìn)行共振，以非接觸方式向所述受電裝置送電；電源裝置(10)，其連接于所述送電用共振器，向所述送電用共振器供給預(yù)定的高頻電力；以及控制裝置(40)，其基于由所述送電用共振器和所述受電用共振器形成的電路的S21參數(shù)來設(shè)定頻率擴(kuò)展的頻率范圍，控制所述電源裝置以使其向所述送電用共振器供給具有該頻率范圍的高頻電力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非接觸供電設(shè)備，其中，所述控制裝置基于所述S21參數(shù)的振幅特性相對(duì)地增大的頻帶來設(shè)定所述頻率擴(kuò)展的頻率范圍。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非接觸供電設(shè)備，其中，所述控制裝置通過交替地切換所述S21參數(shù)的振幅特性中表現(xiàn)的兩個(gè)共振頻率，進(jìn)行所述頻率擴(kuò)展。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非接觸供電設(shè)備，其中，所述控制裝置將包含所述S21參數(shù)的振幅特性中表現(xiàn)的兩個(gè)共振頻率的至少一方的頻帶設(shè)為所述頻率擴(kuò)展的頻率范圍。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非接觸供電設(shè)備，其中，所述控制裝置將處于所述S21參數(shù)的振幅特性中表現(xiàn)的兩個(gè)共振頻率之間、且不包含該兩個(gè)共振頻率的頻帶設(shè)為所述頻率擴(kuò)展的頻率范圍。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非接觸供電設(shè)備，其中，所述控制裝置基于根據(jù)所述S21參數(shù)的振幅特性中表現(xiàn)的共振頻率算出的Q值，設(shè)定所述頻率擴(kuò)展的頻率范圍。
7.根據(jù)權(quán)利要求1 6中任一項(xiàng)所述的非接觸供電設(shè)備，其中，所述送電用共振器包括一次線圈(20)，其連接于所述電源裝置；和一次自諧振線圈(30)，其被通過電磁感應(yīng)從所述一次線圈供電，產(chǎn)生所述電磁場(chǎng)。
8.一種非接觸供電系統(tǒng)，具備能夠輸出預(yù)定的高頻電力的供電設(shè)備(1)；和能夠以非接觸方式從所述供電設(shè)備受電的受電裝置0)，所述受電裝置包括受電用共振器(60、70)，該受電用共振器經(jīng)由在其與所述供電設(shè)備之間產(chǎn)生的電磁場(chǎng)，以非接觸方式從所述供電設(shè)備受電，所述供電設(shè)備包括送電用共振器O0、30)，其通過經(jīng)由電磁場(chǎng)與所述受電用共振器進(jìn)行共振，以非接觸方式向所述受電用共振器送電；電源裝置(10)，其連接于所述送電用共振器，向所述送電用共振器供給預(yù)定的高頻電力；以及控制裝置(40)，其基于由所述送電用共振器和所述受電用共振器形成的電路的S21參數(shù)來設(shè)定頻率擴(kuò)展的頻率范圍，控制所述電源裝置以使其向所述送電用共振器供給具有該頻率范圍的高頻電力。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的非接觸供電系統(tǒng)，其中， 所述送電用共振器包括 一次線圈(20)，其連接于所述電源裝置；和一次自諧振線圈(30)，其被通過電磁感應(yīng)從所述一次線圈供電，產(chǎn)生所述電磁場(chǎng)， 所述受電用共振器包括二次自諧振線圈(60)，其通過經(jīng)由所述電磁場(chǎng)與所述一次自諧振線圈進(jìn)行共振，從所述一次自諧振線圈受電；和二次線圈(70)，其通過電磁感應(yīng)取出由所述二次自諧振線圈接受來的電力。
全文摘要
通過使供電設(shè)備(1)的一次自諧振線圈(30)與受電裝置(2)的二次自諧振線圈(60)經(jīng)由電磁場(chǎng)進(jìn)行共振，以非接觸方式從供電設(shè)備(1)向受電裝置(2)進(jìn)行供電。控制裝置(40)基于包括供電設(shè)備(1)的一次線圈(20)和一次自諧振線圈(30)以及受電裝置(2)的二次自諧振線圈(60)和二次線圈(70)的電路的S21參數(shù)，設(shè)定頻率擴(kuò)展的頻率范圍，控制高頻電源裝置(10)以使其向受電裝置(2)供給具有該設(shè)定的頻率范圍的高頻電力。
文檔編號(hào)H02J17/00GK102197567SQ20098014278
公開日2011年9月21日 申請(qǐng)日期2009年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月17日
發(fā)明者井上匠, 市川真士, 榊原啟之 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車株式會(huì)社, 株式會(huì)社日本自動(dòng)車部品綜合研究所