專利名稱：非接觸電力傳輸裝置及其設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及非接觸電力傳輸裝置及其設(shè)計(jì)方法。
背景技術(shù)：
圖6表示了非接觸電力傳輸裝置的概要，該非接觸電力傳輸裝置利用電磁場(chǎng)的共振從第1銅線線圈51向與該第1銅線線圈51分離配置的第2銅線線圈52傳輸電力。這樣的裝置例如在非專利文獻(xiàn)1以及專利文獻(xiàn)1中被公開(kāi)。在圖6中，將由與交流電源53連接的初級(jí)線圈M產(chǎn)生的磁場(chǎng)利用由第1以及第2銅線線圈51、52產(chǎn)生的磁場(chǎng)共振增強(qiáng)，并通過(guò)在第2銅線線圈52附近被增強(qiáng)的磁場(chǎng)的電磁感應(yīng)作用向負(fù)載56供給在次級(jí)線圈55 中產(chǎn)生的電力。確認(rèn)了在將半徑為30cm的第1以及第2銅線線圈51、52相互分離an進(jìn)行配置的情況下，能將作為負(fù)載56的60W電燈點(diǎn)亮。專利文獻(xiàn)1 國(guó)際公開(kāi)專利W0/2007/008646A2非專利文獻(xiàn)1 =NIKKEI ELECTRONICS 2007. 12. 3117 頁(yè) 1 頁(yè)但是，在非專利文獻(xiàn)1中沒(méi)有清楚地記載當(dāng)設(shè)計(jì)以及制造該非接觸電力傳輸裝置時(shí)所必要的發(fā)送側(cè)(供電側(cè))的第1銅線線圈51以及接收側(cè)(受電側(cè))的第2銅線線圈 52的共振頻率、和交流電源53的輸出電壓的頻率的關(guān)系。特別是，沒(méi)有公開(kāi)對(duì)用于高效率地傳輸電力的交流電源53的輸出電壓的頻率進(jìn)行確定的方法。因此，為了確定交流電源53 的輸出電壓的最合適的頻率，必須在寬范圍研究交流電源53的輸出電壓的頻率和電力傳輸效率的關(guān)系，存在耗費(fèi)工夫的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種設(shè)計(jì)以及制造都容易的非接觸電力傳輸裝置及其設(shè)計(jì)方法。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的第1方式，公開(kāi)了具備交流電源、共振系統(tǒng)和負(fù)載的非接觸電力傳輸裝置。所述共振系統(tǒng)具有與所述交流電源連接的初級(jí)線圈、初級(jí)側(cè)共振線圈、次級(jí)側(cè)共振線圈和與所述負(fù)載連接的次級(jí)線圈。在將所述共振系統(tǒng)的輸入阻抗和所述交流電源的交流電壓的頻率的關(guān)系制成曲線圖的情況下，所述交流電源的交流電壓的頻率被設(shè)定在所述輸入阻抗為極大的第1頻率、和比所述第1頻率高且輸入阻抗為極小的第2頻率之間。根據(jù)本發(fā)明的第2方式，公開(kāi)了具備交流電源、共振系統(tǒng)和負(fù)載的非接觸電力傳輸裝置。所述共振系統(tǒng)具有與所述交流電源連接的初級(jí)線圈、初級(jí)側(cè)共振線圈、次級(jí)側(cè)共振線圈和與所述負(fù)載連接的次級(jí)線圈。所述交流電源的交流電壓的頻率被設(shè)定在所述共振系統(tǒng)的輸入阻抗隨著所述交流電壓的頻率的增加而減少的輸入阻抗減少范圍內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明的第3方式，公開(kāi)了具備交流電源、共振系統(tǒng)和負(fù)載的非接觸電力傳輸裝置的設(shè)計(jì)方法。所述共振系統(tǒng)具有與所述交流電源連接的初級(jí)線圈、初級(jí)側(cè)共振線圈、次級(jí)側(cè)共振線圈和與所述負(fù)載連接的次級(jí)線圈。所述方法具備下述步驟在將所述共振系統(tǒng)的輸入阻抗和所述交流電源的交流電壓的頻率的關(guān)系制成曲線圖的情況下，在所述輸入阻抗為極大的第1頻率、和比所述第1頻率高且輸入阻抗為極小的第2頻率之間，設(shè)定所述交流電源的交流電壓的頻率。根據(jù)本發(fā)明的第4方式，公開(kāi)了具備交流電源、共振系統(tǒng)和負(fù)載的非接觸電力傳輸裝置的設(shè)計(jì)方法。所述共振系統(tǒng)具有與所述交流電源連接的初級(jí)線圈、初級(jí)側(cè)共振線圈、次級(jí)側(cè)共振線圈和與所述負(fù)載連接的次級(jí)線圈。所述方法具備將所述交流電源的交流電壓頻率設(shè)定在所述共振系統(tǒng)的輸入阻抗隨著所述交流電壓的頻率的增加而減少的輸入阻抗減少范圍內(nèi)的步驟。


圖1是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式涉及的非接觸電力傳輸裝置的概略構(gòu)成圖。圖2是表示在初級(jí)線圈的圈數(shù)為1圈的情況下，初級(jí)線圈的阻抗、共振系統(tǒng)的輸入阻抗以及電力傳輸效率、與交流電源的交流電壓的頻率的關(guān)系的曲線圖。圖3是表示在初級(jí)線圈的圈數(shù)為2圈的情況下，初級(jí)線圈的阻抗、共振系統(tǒng)的輸入阻抗以及電力傳輸效率、與交流電源的交流電壓的頻率的關(guān)系的曲線圖。圖4是表示在初級(jí)線圈的圈數(shù)為4圈的情況下，初級(jí)線圈的阻抗、共振系統(tǒng)的輸入阻抗以及電力傳輸效率、與交流電源的交流電壓的頻率的關(guān)系的曲線圖。圖5是表示構(gòu)成共振系統(tǒng)的初級(jí)側(cè)共振線圈以及次級(jí)側(cè)共振線圈的其它例子的示意圖。圖6是以往的非接觸電力傳輸裝置的概略構(gòu)成圖。
具體實(shí)施例方式以下，按照?qǐng)D1 圖4對(duì)本發(fā)明的非接觸電力傳輸裝置10的一個(gè)實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。如圖1所示，非接觸電力傳輸裝置10具備向負(fù)載17非接觸地傳輸由交流電源11 供給的電力的共振系統(tǒng)12。共振系統(tǒng)12具有與交流電源11連接的初級(jí)線圈13、初級(jí)側(cè)共振線圈14、次級(jí)側(cè)共振線圈15和次級(jí)線圈16。次級(jí)線圈16與負(fù)載17連接。交流電源 11向初級(jí)線圈13供給交流電壓。該交流電源11也可以是將從直流電源輸入的直流電壓變換成交流電壓并向初級(jí)線圈13供給的電源裝置。非接觸電力傳輸裝置10通過(guò)從交流電源11向初級(jí)線圈13施加交流電壓，使初級(jí)線圈13產(chǎn)生磁場(chǎng)。非接觸電力傳輸裝置10利用由初級(jí)側(cè)共振線圈14和次級(jí)側(cè)共振線圈 15產(chǎn)生的磁場(chǎng)共振來(lái)增強(qiáng)在初級(jí)線圈13中產(chǎn)生的磁場(chǎng)，并通過(guò)次級(jí)側(cè)共振線圈15附近的被增強(qiáng)的磁場(chǎng)的電磁感應(yīng)作用，使次級(jí)線圈16產(chǎn)生電力，并向負(fù)載17供給該電力。初級(jí)線圈13、初級(jí)側(cè)共振線圈14、次級(jí)側(cè)共振線圈15以及次級(jí)線圈16由電線形成。各線圈13、14、15、16的直徑和圈數(shù)按照應(yīng)該傳輸?shù)碾娏Φ拇笮〉缺贿m宜地設(shè)定。在該實(shí)施方式中，初級(jí)線圈13、初級(jí)側(cè)共振線圈14、次級(jí)側(cè)共振線圈15以及次級(jí)線圈16形成為相同的直徑。交流電源11輸出的交流電壓的頻率能夠自由地變化。因此，對(duì)共振系統(tǒng)12施加的交流電壓的頻率能夠自由地變化。
下面，對(duì)所述非接觸電力傳輸裝置10的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行說(shuō)明。首先，對(duì)構(gòu)成共振系統(tǒng)12的初級(jí)側(cè)共振線圈14以及次級(jí)側(cè)共振線圈15的規(guī)格進(jìn)行設(shè)定。作為規(guī)格，例如除了構(gòu)成初級(jí)側(cè)共振線圈14以及次級(jí)側(cè)共振線圈15的電線的材質(zhì)之外，還有電線的粗細(xì)、線圈的直徑、圈數(shù)和兩共振線圈14、15間的距離等用于制作以及設(shè)置兩共振線圈14、15所必要的值。下面，設(shè)定初級(jí)線圈13以及次級(jí)線圈16的規(guī)格。作為規(guī)格，除了構(gòu)成兩線圈13、16的電線的材質(zhì)之外，還有電線的粗細(xì)、線圈的直徑、圈數(shù)。通常使用銅線作為電線。下面，按照設(shè)定的規(guī)格形成初級(jí)線圈13、初級(jí)側(cè)共振線圈14、次級(jí)側(cè)共振線圈15 以及次級(jí)線圈16，來(lái)構(gòu)建共振系統(tǒng)12。然后，在次級(jí)線圈16上連接負(fù)載17。隨后，一邊改變對(duì)初級(jí)線圈13施加的交流電源11的交流電壓的頻率，一邊測(cè)量該共振系統(tǒng)12的輸入阻抗Zin。這里，共振系統(tǒng)12的輸入阻抗Zin是在初級(jí)線圈13的兩端測(cè)量到的共振系統(tǒng)12 整體的阻抗，與在次級(jí)線圈16上是否連接有負(fù)載17無(wú)關(guān)。然后，基于該測(cè)量結(jié)果，生成以輸入阻抗Zin為縱軸、以交流電源11的交流電壓的頻率為橫軸的曲線圖。在共振系統(tǒng)12的輸入阻抗Zin為極大的頻率(第1頻率)和比該頻率高且輸入阻抗Zin為極小的頻率(第 2頻率)之間，設(shè)定交流電源11的交流電壓的頻率。如圖2所示，在根據(jù)共振系統(tǒng)12生成了以輸入阻抗Zin為縱軸、以交流電源11的交流電壓的頻率為橫軸的曲線圖時(shí)，存在輸入阻抗Zin的極大點(diǎn)以及極小點(diǎn)各自出現(xiàn)2個(gè)位置的情況。在這樣的情況下，在與2個(gè)極大點(diǎn)中輸入阻抗Zin較大的極大點(diǎn)、即圖2中的極大點(diǎn)Pmax和2個(gè)極小點(diǎn)中輸入阻抗Zin較小的極小點(diǎn)之間、即圖2中的極小點(diǎn)Rnin之間對(duì)應(yīng)的頻率范圍內(nèi)，設(shè)定交流電源11的交流電壓的頻率。另外，根據(jù)共振系統(tǒng)12，還存在相同大小的輸入阻抗Zin的極大點(diǎn)以及極小點(diǎn)的組出現(xiàn)多組的情況。例如，存在圖2中的極大點(diǎn)Pmax以及極小點(diǎn)Rnin的組出現(xiàn)多組的情況。在這樣的情況下，在與最低頻率范圍內(nèi)出現(xiàn)的極大點(diǎn)Pmax以及極小點(diǎn)Rnin的組相對(duì)應(yīng)的頻率范圍內(nèi)，設(shè)定交流電源11的交流電壓的頻率。下面，在如上述那樣設(shè)定了交流電源11的交流電壓的頻率的狀態(tài)下，使共振系統(tǒng) 12的輸入阻抗Zin與交流電源11的輸出阻抗相匹配。在共振系統(tǒng)12的輸入阻抗Zin和交流電源11的輸出阻抗不能取得匹配的情況下，在初級(jí)線圈13和交流電源11之間加入匹配器來(lái)使其匹配。共振系統(tǒng)12的輸入阻抗和交流電源11的輸出阻抗相匹配是指最優(yōu)選使兩阻抗完全一致。但是，只要在達(dá)到作為非接觸電力傳輸裝置所希望的性能(電力傳輸效率)的范圍內(nèi)，例如共振系統(tǒng)12的輸入阻抗和交流電源11的輸出阻抗之差相對(duì)共振系統(tǒng)12的輸入阻抗在士 10%的范圍內(nèi)，優(yōu)選在士5%的范圍內(nèi)即可。在該實(shí)施方式中，作為構(gòu)成共振系統(tǒng)12的各線圈13、14、15和16的電線，使用了尺寸(截面積)為OAsq(平方毫米)的汽車(chē)用薄壁乙烯絕緣低壓電線(AVS線)。而且，按以下的規(guī)格形成了初級(jí)線圈13、初級(jí)側(cè)共振線圈14、次級(jí)側(cè)共振線圈15以及次級(jí)線圈16。初級(jí)線圈13以及次級(jí)線圈16 圈數(shù)...2圈，徑...直徑150mm，密繞(closely wound)兩共振線圈14、15 圈數(shù)...45圈，徑...直徑150mm，密繞，圈線的兩端開(kāi)放初級(jí)側(cè)共振線圈14和次級(jí)側(cè)共振線圈15之間的距離200mm然后，將50 Ω電阻連接在次級(jí)線圈16上作為負(fù)載17，從交流電源11向初級(jí)線圈13供給IOVpp (振幅5V)、頻率IMHz 7MHz的正弦交流電壓作為輸入電壓。然后，測(cè)量初級(jí)線圈13的阻抗Z1、共振系統(tǒng)12的輸入阻抗Zin以及電力傳輸效率η。另外，為了研究初級(jí)線圈13的阻抗Zl對(duì)共振系統(tǒng)12的輸入阻抗Zin以及電力傳輸效率η的影響，對(duì)不改變初級(jí)線圈13以外的線圈的規(guī)格，而將初級(jí)線圈13的圈數(shù)變?yōu)?圈以及4圈的共振系統(tǒng)12也以相同的條件進(jìn)行了相同測(cè)量。測(cè)量結(jié)果表示在圖2、圖3以及圖4的曲線圖中。 在圖2 圖4中，以橫軸表示交流電源11的交流電壓的頻率，以縱軸表示輸入阻抗Zin、初級(jí)線圈13的阻抗Zl以及電力傳輸效率η。在圖2 圖4中，將電力傳輸效率η簡(jiǎn)單表示為效率Π。共振系統(tǒng)12的輸入阻抗Zin的極大點(diǎn)用Pmax表示，極小點(diǎn)用Riiin表示。電力傳輸效率n表示負(fù)載17中的消耗電力相對(duì)于向初級(jí)線圈13輸入的電力的比率，在用％表示的情況下，可如下述那樣求得。電力傳輸效率η =(負(fù)載17中的消耗電力)/(向初級(jí)線圈13輸入的電力)Χ100[% ]圖2 圖4啟示了下面的內(nèi)容。1.初級(jí)線圈13的阻抗Zl與初級(jí)線圈13的圈數(shù)無(wú)關(guān)，隨著交流電源11的交流電壓的頻率從IMHz增加到7MHz而單調(diào)增加。阻抗Zl的增加率在頻率低的情況下較大。2.初級(jí)線圈13的阻抗Zl在交流電源11的交流電壓的頻率相同的情況下，隨著初級(jí)線圈13的圈數(shù)增加而變大。另外，與初級(jí)線圈13的圈數(shù)增加為2倍時(shí)相比，在增加為4 倍時(shí)，阻抗Zl相對(duì)于交流電源11的交流電壓的頻率的增加率較大。3.電力傳輸效率η與初級(jí)線圈13的圈數(shù)無(wú)關(guān)，以幾乎相同的頻率為最大。這里， 將電力傳輸效率n為最大的頻率定義為該共振系統(tǒng)12的共振頻率。4.在交流電源11的交流電壓的頻率為2MHz以下以及6MHz以上的范圍，共振系統(tǒng) 12的輸入阻抗Zin以與初級(jí)線圈13的阻抗幾乎一致的方式變化，在共振頻率附近，按順序產(chǎn)生并聯(lián)共振以及串聯(lián)共振，由此，輸入阻抗Zin以生成極大點(diǎn)Pmax以及極小點(diǎn)Rnin的方式變化。5.共振系統(tǒng)12的輸入阻抗Zin產(chǎn)生極大點(diǎn)Pmax以及極小點(diǎn)Riiin時(shí)的頻率與初級(jí)線圈13的阻抗Zl無(wú)關(guān)，是一定的。6.共振頻率存在于共振系統(tǒng)12的輸入阻抗Zin產(chǎn)生極大點(diǎn)Pmax時(shí)的頻率、和比該頻率高且共振系統(tǒng)12的輸入阻抗Zin產(chǎn)生極小點(diǎn)Rnin時(shí)的頻率之間。若在與極大點(diǎn) Pmax對(duì)應(yīng)的頻率和比該頻率高且與極小點(diǎn)Riiin對(duì)應(yīng)的頻率之間設(shè)定交流電源11的交流電壓的頻率，則能夠提高電力傳輸效率n。7.若將交流電源11的交流電壓的頻率設(shè)定為在與共振系統(tǒng)12的輸入阻抗Zin的極大點(diǎn)Pmax對(duì)應(yīng)的頻率、和比該頻率高且與輸入阻抗Zin的極小點(diǎn)Riiin對(duì)應(yīng)的頻率之間， 并且輸入阻抗Zin和初級(jí)線圈13的阻抗Zl相等的頻率，則電力傳輸效率η變?yōu)樽罡?。艮口?該頻率是共振頻率。8.也可以說(shuō)共振頻率存在于共振系統(tǒng)12的輸入阻抗Zin隨著頻率的增加而減少的輸入阻抗減少范圍內(nèi)。若在共振系統(tǒng)12的輸入阻抗Zin隨著頻率的增加而減少的范圍內(nèi)設(shè)定交流電源11的交流電壓的頻率，則能夠提高電力傳輸效率n。9.在共振系統(tǒng)12的輸入阻抗Zin隨著頻率的增加而減少的輸入阻抗減少范圍內(nèi)， 且輸入阻抗Zin和初級(jí)線圈13的阻抗Zl相等的頻率下，電力傳輸效率η變?yōu)樽罡摺ｔ蘅冢?br> 7該頻率成為共振頻率。本實(shí)施方式具有以下的優(yōu)點(diǎn)。(1)非接觸電力傳輸裝置10具備交流電源11、共振系統(tǒng)12和負(fù)載17。共振系統(tǒng) 12具有與交流電源11連接的初級(jí)線圈13、初級(jí)側(cè)共振線圈14、次級(jí)側(cè)共振線圈15和與負(fù)載17連接的次級(jí)線圈16。在將共振系統(tǒng)12的輸入阻抗Zin和交流電源11的交流電壓的頻率的關(guān)系制成曲線圖的情況下，在與輸入阻抗Zin的極大點(diǎn)Pmax對(duì)應(yīng)的頻率(第1頻率)、和比該頻率高且與輸入阻抗Zin的極小點(diǎn)Rnin對(duì)應(yīng)的頻率(第2頻率)之間的范圍， 設(shè)定交流電源11的交流電壓的頻率。因此，只通過(guò)測(cè)量共振系統(tǒng)12的輸入阻抗Zin，就能夠?qū)榱颂岣唠娏鬏斝师岸鴳?yīng)該設(shè)定的交流電源11的交流電壓的頻率的范圍限定在輸入阻抗Zin為極大的頻率和比該頻率高且輸入阻抗Zin為極小的頻率之間。因此，能夠容易地設(shè)計(jì)非接觸電力傳輸裝置10。(2)在將共振系統(tǒng)12的輸入阻抗Zin和交流電源11的交流電壓的頻率的關(guān)系制成曲線圖的情況下，交流電源11的交流電壓的頻率被設(shè)定成輸入阻抗Zin為極大的頻率和比該頻率高且輸入阻抗Zin為極小的頻率之間的頻率，并且輸入阻抗Zin和初級(jí)線圈13的阻抗Zl相等的頻率。因此，能夠容易地設(shè)計(jì)非接觸電力傳輸裝置10。特別是在對(duì)初級(jí)線圈施加了具有被設(shè)定為這樣的值的頻率的交流電壓的情況下，共振系統(tǒng)12的電力傳輸效率 n為最大。(3)初級(jí)線圈13、初級(jí)側(cè)共振線圈14、次級(jí)側(cè)共振線圈15以及次級(jí)線圈16被形成為相同直徑。因此，通過(guò)將初級(jí)線圈13以及初級(jí)側(cè)共振線圈14卷成一個(gè)筒，能夠容易地制作發(fā)送側(cè)(供電側(cè))的兩線圈13、14，并且，通過(guò)將次級(jí)側(cè)共振線圈15以及次級(jí)線圈16卷成一個(gè)筒，能夠容易地制作接收側(cè)(受電側(cè))的兩線圈15、16。另外，通過(guò)使初級(jí)側(cè)共振線圈14和次級(jí)側(cè)共振線圈15的圈數(shù)等設(shè)計(jì)參數(shù)相同，能夠簡(jiǎn)單地使兩者的共振頻率相同。(4)非接觸電力傳輸裝置10具備交流電源11、共振系統(tǒng)12和負(fù)載17。共振系統(tǒng) 12具有與交流電源11連接的初級(jí)線圈13、初級(jí)側(cè)共振線圈14、次級(jí)側(cè)共振線圈15和與負(fù)載17連接的次級(jí)線圈16。在共振系統(tǒng)12的輸入阻抗Zin隨著交流電源11的交流電壓的頻率的增加而減少的輸入阻抗減少范圍內(nèi)，設(shè)定交流電源11的交流電壓的頻率。因此， 只通過(guò)測(cè)量共振系統(tǒng)12的輸入阻抗Zin，便能夠?qū)榱颂岣唠娏鬏斝师嵌鴳?yīng)該設(shè)定的交流電源11的交流電壓的頻率的范圍限定在共振系統(tǒng)12的輸入阻抗Zin隨著頻率的增加而減少的輸入阻抗減少范圍內(nèi)。因此，能夠容易地設(shè)計(jì)非接觸電力傳輸裝置10。(5)將交流電源11的交流電壓的頻率設(shè)定為在共振系統(tǒng)12的輸入阻抗Zin隨著交流電源11的交流電壓的頻率的增加而減少的輸入阻抗減少范圍內(nèi)，且共振系統(tǒng)12的輸入阻抗Zin和初級(jí)線圈13的阻抗Zl成為相同值的頻率。因此，能夠容易地設(shè)計(jì)非接觸電力傳輸裝置10。特別是在對(duì)初級(jí)線圈施加了具有被設(shè)定為這樣的值的頻率的交流電壓的情況下，共振系統(tǒng)12的電力傳輸效率η為最大。(6)設(shè)定初級(jí)線圈13的阻抗Ζ1，以便使共振系統(tǒng)12的輸入阻抗Zin和交流電源 11的輸出阻抗以設(shè)定的頻率相匹配。因此，能夠從交流電源11向非接觸電力傳輸裝置10 高效率地供給電力。另外，在使共振系統(tǒng)12的輸入阻抗Zin和交流電源11的輸出阻抗相匹配時(shí)，可以只測(cè)量初級(jí)線圈13的阻抗Zl來(lái)代替共振系統(tǒng)12的輸入阻抗Zin。因此，能夠容易地使兩阻抗Zin和Zl匹配。
(7)在將共振系統(tǒng)12的輸入阻抗Zin和交流電源11的交流電壓的頻率的關(guān)系制成曲線圖的情況下，所述非接觸電力傳輸裝置10的設(shè)計(jì)方法在輸入阻抗Zin為極大的頻率 (第1頻率)、和比輸入阻抗Zin為極大的頻率高且輸入阻抗Zin為極小的頻率(第2頻率)之間設(shè)定交流電源11的交流電壓的頻率。因此，只通過(guò)測(cè)量共振系統(tǒng)12的輸入阻抗 Zin，便能夠?qū)榱颂岣唠娏鬏斝师嵌鴳?yīng)該設(shè)定的交流電源11的交流電壓的頻率的范圍，限定在共振系統(tǒng)12的輸入阻抗Zin為極大的頻率(第1頻率)和比該頻率高且輸入阻抗Zin為極小的頻率(第2頻率)之間。因此，能夠容易地設(shè)計(jì)非接觸電力傳輸裝置10。本發(fā)明并不被限定為上述實(shí)施方式，例如，也可以如下述那樣進(jìn)行具體化。在纏繞電線來(lái)形成線圈13、14、15和16時(shí)，各線圈13、14、15和16的形狀不限于圓筒形狀。例如，也可以為三角筒形狀、方筒形狀、六角筒形狀等多邊筒形狀或橢圓筒形狀等單純形狀的筒形狀，或者為具有非對(duì)稱圖形形狀的斷面的筒形狀。初級(jí)側(cè)共振線圈14以及次級(jí)側(cè)共振線圈15不限于電線被纏繞成筒狀的線圈，例如也可以如圖5所示，具有電線在一個(gè)平面上被纏繞的形狀。線圈13、14、15和16可以分別是電線被緊密地纏繞且相鄰的纏繞部分相接觸的構(gòu)成，也可以是空開(kāi)纏繞部分的間隔來(lái)纏繞電線，以使纏繞部分不接觸的構(gòu)成。初級(jí)線圈13、初級(jí)側(cè)共振線圈14、次級(jí)側(cè)共振線圈15以及次級(jí)線圈16沒(méi)有必要全部形成為相同的直徑。例如，也可以使初級(jí)側(cè)共振線圈14以及次級(jí)側(cè)共振線圈15為相同的直徑，初級(jí)線圈13以及次級(jí)線圈16為彼此不同的直徑，或者兩共振線圈14、15為彼此不同的直徑。構(gòu)成線圈13、14、15和16的電線不限于絕緣乙烯被覆線，也可以使用漆包線或者在纏繞裸線后澆注樹(shù)脂。非接觸電力傳輸裝置10的設(shè)計(jì)方法不限于在設(shè)定了構(gòu)成共振系統(tǒng)12的初級(jí)側(cè)共振線圈14以及次級(jí)側(cè)共振線圈15的規(guī)格后，設(shè)定交流電源11的規(guī)格，再設(shè)定初級(jí)線圈13 的阻抗Zl以使該交流電源11的輸出阻抗和共振系統(tǒng)12的輸入阻抗Zin相匹配的方法。例如，也可以首先設(shè)定交流電源11的規(guī)格，再配合該規(guī)格對(duì)構(gòu)成共振系統(tǒng)12的初級(jí)側(cè)共振線圈14以及次級(jí)側(cè)共振線圈15的規(guī)格以及初級(jí)線圈13的阻抗Zl進(jìn)行設(shè)定。在設(shè)定共振系統(tǒng)12的規(guī)格之前設(shè)定交流電源11的規(guī)格是指在設(shè)定共振系統(tǒng)12的規(guī)格時(shí)，以共振頻率被確定的狀態(tài)來(lái)設(shè)定構(gòu)成初級(jí)側(cè)共振線圈14以及次級(jí)側(cè)共振線圈15的電線的材質(zhì)、電線的粗細(xì)、線圈的直徑、圈數(shù)以及兩共振線圈14、15之間的距離等值。符號(hào)的說(shuō)明Pmax. · ·極大點(diǎn)，Pmin. · ·極小點(diǎn)，10. · ·非接觸電力傳輸裝置，11. · ·交流電源， 12...共振系統(tǒng)，13...初級(jí)線圈，14...初級(jí)側(cè)共振線圈，15...次級(jí)側(cè)共振線圈，16...次級(jí)線圈，17...負(fù)載。
權(quán)利要求
1.一種非接觸電力傳輸裝置，具備交流電源、共振系統(tǒng)和負(fù)載，所述共振系統(tǒng)具有與所述交流電源連接的初級(jí)線圈、初級(jí)側(cè)共振線圈、次級(jí)側(cè)共振線圈和與所述負(fù)載連接的次級(jí)線圈，該非接觸電力傳輸裝置的特征在于，在將所述共振系統(tǒng)的輸入阻抗和所述交流電源的交流電壓的頻率的關(guān)系制成曲線圖的情況下，所述交流電源的交流電壓的頻率被設(shè)定在所述輸入阻抗為極大的第1頻率、和比所述第1頻率高且輸入阻抗為極小的第2頻率之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非接觸電力傳輸裝置，其特征在于，所述交流電源的交流電壓的頻率被設(shè)定為在所述第1頻率和所述第2頻率之間，且所述輸入阻抗和所述初級(jí)線圈的阻抗相等的頻率。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非接觸電力傳輸裝置，其特征在于，所述初級(jí)線圈、初級(jí)側(cè)共振線圈、次級(jí)側(cè)共振線圈以及次級(jí)線圈被形成為相同直徑。
4.一種非接觸電力傳輸裝置，具備交流電源、共振系統(tǒng)和負(fù)載，所述共振系統(tǒng)具有與所述交流電源連接的初級(jí)線圈、初級(jí)側(cè)共振線圈、次級(jí)側(cè)共振線圈和與所述負(fù)載連接的次級(jí)線圈，該非接觸電力傳輸裝置的特征在于，所述交流電源的交流電壓的頻率被設(shè)定在所述共振系統(tǒng)的輸入阻抗隨著所述交流電壓的頻率的增加而減少的輸入阻抗減少范圍內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的非接觸電力傳輸裝置，其特征在于，所述交流電源的交流電壓的頻率被設(shè)定為在所述輸入阻抗減少范圍內(nèi)，且所述輸入阻抗和所述初級(jí)線圈的阻抗相等的頻率。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的非接觸電力傳輸裝置，其特征在于，所述初級(jí)線圈、初級(jí)側(cè)共振線圈、次級(jí)側(cè)共振線圈以及次級(jí)線圈形成為相同直徑。
7.一種非接觸電力傳輸裝置的設(shè)計(jì)方法，所述非接觸電力傳輸裝置具備交流電源、共振系統(tǒng)和負(fù)載，所述共振系統(tǒng)具有與所述交流電源連接的初級(jí)線圈、初級(jí)側(cè)共振線圈、次級(jí)側(cè)共振線圈和與所述負(fù)載連接的次級(jí)線圈，該非接觸電力傳輸裝置的設(shè)計(jì)方法的特征在于，在將所述共振系統(tǒng)的輸入阻抗和所述交流電源的交流電壓的頻率的關(guān)系制成曲線圖的情況下，在所述輸入阻抗為極大的第1頻率、和比所述第1頻率高且輸入阻抗為極小的第 2頻率之間，設(shè)定所述交流電源的交流電壓的頻率。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的非接觸電力傳輸裝置的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，將所述交流電源的交流電壓的頻率設(shè)定為在所述第1頻率和所述第2頻率之間，且所述輸入阻抗和所述初級(jí)線圈的阻抗相等的頻率。
9.一種非接觸電力傳輸裝置的設(shè)計(jì)方法，所述非接觸電力傳輸裝置具備交流電源、共振系統(tǒng)和負(fù)載，所述共振系統(tǒng)具有與所述交流電源連接的初級(jí)線圈、初級(jí)側(cè)共振線圈、次級(jí)側(cè)共振線圈和與所述負(fù)載連接的次級(jí)線圈，該非接觸電力傳輸裝置的設(shè)計(jì)方法的特征在于，將所述交流電源的交流電壓的頻率設(shè)定在所述共振系統(tǒng)的輸入阻抗隨著所述交流電壓的頻率的增加而減少的輸入阻抗減少范圍內(nèi)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的非接觸電力傳輸裝置的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，將所述交流電源的交流電壓的頻率設(shè)定為在所述輸入阻抗減少范圍內(nèi)，且所述輸入阻抗和所述初級(jí)線圈的阻抗相等的頻率。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種具備交流電源、共振系統(tǒng)和負(fù)載的非接觸電力傳輸裝置。所述共振系統(tǒng)具有與所述交流電源連接的初級(jí)線圈、初級(jí)側(cè)共振線圈、次級(jí)側(cè)共振線圈和與所述負(fù)載連接的次級(jí)線圈。在將所述共振系統(tǒng)的輸入阻抗和所述交流電源的交流電壓的頻率的關(guān)系制成曲線圖的情況下，所述交流電源的交流電壓的頻率被設(shè)定在所述輸入阻抗為極大的第1頻率、和比所述第1頻率高且輸入阻抗為極小的第2頻率之間。
文檔編號(hào)H02J17/00GK102197568SQ20098014289
公開(kāi)日2011年9月21日 申請(qǐng)日期2009年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月4日
發(fā)明者中田健一, 山本幸宏, 市川真士, 石川哲浩, 迫田慎平, 鈴木定典, 高田和良 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車(chē)株式會(huì)社, 株式會(huì)社豐田自動(dòng)織機(jī)