技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及具有初級(jí)線圈和與該初級(jí)線圈隔開(kāi)距離而配置的共振線圈以及次級(jí)線圈，從初級(jí)線圈向次級(jí)線圈非接觸地發(fā)送電力的非接觸電力供給裝置，特別涉及提高了從初級(jí)線圈向次級(jí)線圈的供電效率的非接觸電力供給裝置。

背景技術(shù)：

作為向工廠內(nèi)的作業(yè)車輛、汽車無(wú)接觸地發(fā)送電力的裝置，如專利文獻(xiàn)1記載，提出了隔開(kāi)間隙配置初級(jí)線圈和次級(jí)線圈，在次級(jí)側(cè)設(shè)置連接了共振用電容器的共振線圈(三級(jí)線圈)，從初級(jí)線圈向次級(jí)線圈供給電力的非接觸供電裝置。

另外，在專利文獻(xiàn)2中，提出了將沿著行駛路所配置的供電線路作為初級(jí)側(cè)，將在地上移動(dòng)體上所設(shè)置的鐵芯上卷繞的拾取器線圈作為次級(jí)側(cè)，與拾取器線圈的輸出端子并聯(lián)連接共振電容器來(lái)形成共振電路，如果拾取器線圈的電壓進(jìn)一步上升，則使磁飽和而自電感降低的可飽和電抗器與拾取器線圈并聯(lián)連接，伴隨負(fù)載成為輕負(fù)載而使在可飽和電抗器中流過(guò)的電流增大，限制拾取器線圈的電壓的上升的地上移動(dòng)體的非接觸供電裝置。

專利文獻(xiàn)1：日本專利第4318742號(hào)公報(bào)

專利文獻(xiàn)2：日本專利第3442937號(hào)公報(bào)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

但是，在專利文獻(xiàn)1記載的技術(shù)中，存在從初級(jí)線圈向次級(jí)線圈供給的電力效率惡化這樣的問(wèn)題。

進(jìn)而，存在如果非接觸地供給大電力，則電阻損失以及渦電流損失所致的初級(jí)線圈的發(fā)熱變大，在共振線圈中流過(guò)的電流也增大，共振線圈過(guò)剩地引起發(fā)熱，并且通過(guò)在共振電路中存在的電阻而發(fā)生功耗這樣的問(wèn)題。

另外，在專利文獻(xiàn)2記載的技術(shù)中，供電線路和拾取器線圈的距離大致恒定，所以供電線路和拾取器線圈的磁性的耦合恒定。另外，在專利文獻(xiàn)2中，如果成為輕負(fù)載，則在拾取器線圈中發(fā)生過(guò)電壓，所以為了防止該現(xiàn)象，使用通過(guò)過(guò)電壓自飽和的可飽和電抗器，但課題與本申請(qǐng)發(fā)明不同，進(jìn)而在引用文獻(xiàn)2中，未與拾取器線圈獨(dú)立地使用共振線圈，所以其結(jié)構(gòu)也與本申請(qǐng)發(fā)明不同。

本發(fā)明是鑒于上述事情而完成的，其目的在于提供一種向與次級(jí)線圈獨(dú)立地具有共振電路(共振線圈)的次級(jí)側(cè)電路高效地供給電力，進(jìn)而減少了初級(jí)線圈、次級(jí)線圈、共振線圈的發(fā)熱以及損失的非接觸電力供給裝置。

依照所述目的的第1發(fā)明提供一種非接觸電力供給裝置，具有與高頻電源連接的初級(jí)線圈、接受從所述初級(jí)線圈發(fā)生的電力的次級(jí)線圈、以及在所述初級(jí)線圈與所述次級(jí)線圈之間與所述次級(jí)線圈接觸地配置的共振線圈，其特征在于：俯視的所述次級(jí)線圈以及所述共振線圈各自的面積與俯視的所述初級(jí)線圈的面積等同或者更小，所述初級(jí)線圈是將第1絞合線平面狀地螺旋卷繞而形成的，所述共振線圈是將把第2絞合線平面狀地螺旋卷繞的線圈串聯(lián)卷繞2層而形成的，所述次級(jí)線圈是將第3絞合線并聯(lián)地排列2根且平面狀地螺旋卷繞而成的。

第2發(fā)明的非接觸電力供給裝置在第1發(fā)明的非接觸電力供給裝置中，其特征在于：所述初級(jí)線圈的相鄰的所述第1絞合線是隔開(kāi)間隙(例如1～5mm)配置的。

第3發(fā)明的非接觸電力供給裝置在第1、第2發(fā)明的非接觸電力供給裝置中，其特征在于：所述初級(jí)線圈、所述次級(jí)線圈以及所述共振線圈形成為在俯視時(shí)在角部具有圓度的中空的矩形(長(zhǎng)方形或者正方形)。

第4發(fā)明的非接觸電力供給裝置在第3發(fā)明的非接觸電力供給裝置中，其特征在于：該非接觸電力供給裝置用于對(duì)在工廠內(nèi)移動(dòng)的作業(yè)車輛的電池進(jìn)行充電，所述初級(jí)線圈是沿著所述作業(yè)車輛的通路配置的，所述次級(jí)線圈以及所述共振線圈搭載于所述作業(yè)車輛上。

第5發(fā)明的非接觸電力供給裝置在第4發(fā)明的非接觸電力供給裝置中，其特征在于：對(duì)所述次級(jí)線圈的輸出進(jìn)行整流而充電到所述電池，控制在所述共振線圈中流過(guò)的電流從而調(diào)整該充電電流。

第6發(fā)明的非接觸電力供給裝置在第4、第5發(fā)明的非接觸電力供給裝置中：1)所述初級(jí)線圈、所述次級(jí)線圈、以及所述共振線圈的沿著所述通路的寬度的尺寸在俯視時(shí)分別處于350～600mm的范圍，2)所述初級(jí)線圈的沿著所述通路的長(zhǎng)度在俯視時(shí)處于350～800mm的范圍，3)所述次級(jí)線圈以及所述共振線圈的沿著所述通路的長(zhǎng)度處于350～650mm的范圍。

第7發(fā)明的非接觸電力供給裝置在第1～第6發(fā)明的非接觸電力供給裝置中，其特征在于：在所述初級(jí)線圈的背面，與該初級(jí)線圈的繞組交叉地設(shè)置有多個(gè)棒狀鐵氧體磁心。

第8發(fā)明的非接觸電力供給裝置在第7發(fā)明的非接觸電力供給裝置中，其特征在于：在所述棒狀鐵氧體磁心的背面，設(shè)置有保持所述初級(jí)線圈以及該棒狀鐵氧體磁心的、板厚為3～10mm的鋁板。

在本發(fā)明的非接觸電力供給裝置中，在初級(jí)線圈、次級(jí)線圈以及共振線圈中，使用絞合線，所以即使流過(guò)高頻也不易發(fā)生表皮效果，因此，電力損失變少，成為高效的非接觸電力供給裝置。

另外，次級(jí)線圈以及共振線圈各自的面積與俯視的初級(jí)線圈的面積等同或者更小，所以泄漏磁通減少，能夠進(jìn)行高效的電力供給。

另外，共振線圈是將把絞合線平面狀地螺旋卷繞了的線圈串聯(lián)卷繞2層而形成的，所以能夠增加卷繞數(shù)而緊湊地形成。

特別，在初級(jí)線圈中隔開(kāi)間隔而配置了絞合線的情況下，冷卻效果增大，絞合線彼此的干擾也減少。

進(jìn)而，在使初級(jí)線圈、次級(jí)線圈以及共振線圈的形狀成為在角部具有圓度的矩形的情況下，與作業(yè)車輛、汽車等的寬度、行駛符合地，能夠確保更寬的面積，傳送效率提高。

另外，在初級(jí)線圈的背面配置了棒狀鐵氧體磁心的情況下，能夠減少通過(guò)初級(jí)線圈發(fā)生的泄漏磁通，減輕電力損失，傳送效率也變高。

進(jìn)而，在棒狀鐵氧體磁心的背面設(shè)置了板厚是3～10mm的鋁板的情況下，能夠?qū)⒊跫?jí)線圈以及棒狀鐵氧體磁心組裝到該鋁板上或者下，作為初級(jí)線圈的支撐部件也有效地發(fā)揮作用。

附圖說(shuō)明

圖1(A)是在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的非接觸電力供給裝置中使用的初級(jí)線圈的側(cè)面圖、(B)是其平面圖。

圖2是為了確認(rèn)作用效果而進(jìn)行了試驗(yàn)的該非接觸電力供給裝置的配置圖。

圖3(A)是該非接觸電力供給裝置的共振線圈的側(cè)面圖、(B)是其平面圖。

圖4是該非接觸電力供給裝置的次級(jí)線圈的平面圖。

圖5是該非接觸電力供給裝置的概略框圖。

圖6(A)～(C)分別是示出該非接觸電力供給裝置的動(dòng)作狀態(tài)的波形圖。

(符號(hào)說(shuō)明)

10：非接觸電力供給裝置；11：高頻電源；12：初級(jí)線圈；13：次級(jí)線圈；14：共振線圈；16：整流電路；17：二次電池；18：控制電路；18a：共振用電容器；19：光耦合器；20：開(kāi)關(guān)元件電路；22：電容器；23：電阻；25：第1絞合線；26：第2絞合線；27；28：線圈；29；29a：第3絞合線；31：棒狀鐵氧體磁心；33：絕緣板；35：鋁板；37；38：二極管；40：端子盒；41：交流累加電力計(jì)；42：端子盒；43：直流累加電力計(jì)。

具體實(shí)施方式

接下來(lái)，參照附圖，說(shuō)明使本發(fā)明具體化了的實(shí)施例。

如圖2、圖5所示，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的非接觸電力供給裝置10具有與由逆變器(優(yōu)選為8～50kHz的例子)構(gòu)成的高頻電源11連接的初級(jí)線圈12、接受從初級(jí)線圈12發(fā)生的電力的次級(jí)線圈13、以及在初級(jí)線圈12與次級(jí)線圈13之間與次級(jí)線圈13接觸或者接近地所配置的共振線圈14。

另外，對(duì)次級(jí)線圈13連接整流電路16，次級(jí)線圈13的輸出被變換為直流而供給到作為負(fù)載的二次電池17。檢測(cè)通過(guò)整流電路16整流的直流的電壓以及電流并輸入到控制電路18。在控制電路18中進(jìn)行數(shù)字處理，經(jīng)由光耦合器19供給到開(kāi)關(guān)元件電路20。

在開(kāi)關(guān)元件電路20中，發(fā)生通過(guò)占空比所區(qū)分的ON信號(hào)和OFF信號(hào)，使在共振線圈14中流過(guò)的電流增減。共振線圈14串聯(lián)地連接有電容器22和電阻23。在圖6(C)中示出該情況時(shí)，在t2的期間中開(kāi)關(guān)元件電路20成為OFF而僅電阻23與共振線圈14串聯(lián)地連接，但在t1的期間中開(kāi)關(guān)元件電路20成為ON，對(duì)電阻23并聯(lián)地施加其他電阻。因此，能夠改變t1和t2的長(zhǎng)度比來(lái)控制共振電流。

在共振線圈14中流過(guò)的電流、和在次級(jí)線圈13中流過(guò)的電流一次函數(shù)性地增加，所以通過(guò)探測(cè)整流電路16的輸出電流并反饋到共振線圈14，能夠使在整流電路16中通過(guò)的電流成為一定(或者一定值以下)。

另外，通過(guò)利用控制電路18檢測(cè)并反饋整流電路16的輸出電壓，能夠?qū)⒄麟娐?6的輸出電壓控制為一定值以下。另外，在二次電池17接近充電完成的情況下，電壓上升，所以還能夠探測(cè)其而使充電電流減少或者成為0。

另外，圖6(A)示出高頻電源11的輸出電壓，(B)示出在共振線圈14中流過(guò)的電流。

另外，與共振線圈14串聯(lián)地設(shè)置共振用電容器18a，使在共振線圈14中流過(guò)的電流，以高頻電源(逆變器)11的振蕩頻率f共振。另外，還能夠調(diào)整電容器18a，使由共振線圈14和電容器18a形成的共振頻率f1成為(0.9～1.05)f。

接下來(lái)，說(shuō)明在固定物(例如在建筑物中固定或者沿著作業(yè)車輛的通路配置)上所安裝的初級(jí)線圈12、和在通過(guò)二次電池17驅(qū)動(dòng)的車輛(例如在工廠內(nèi)移動(dòng)的作業(yè)車輛)上搭載的次級(jí)線圈13以及共振線圈14。在向二次電池17充電時(shí)，車輛停在特定位置，如圖2所示，在車輛上所固定的共振線圈14以及次級(jí)線圈13針對(duì)在頂棚部分上安裝了的初級(jí)線圈12相向(參照?qǐng)D2的上半段)。另外，俯視的次級(jí)線圈13以及共振線圈14各自的面積與俯視的初級(jí)線圈12的面積等同或者更小，并且初級(jí)線圈12優(yōu)選覆蓋共振線圈14。

俯視的次級(jí)線圈13和共振線圈14成為角部呈圓弧狀(具有圓度)的中空的矩形，形狀、面積相同且重疊配置。俯視的次級(jí)線圈13和共振線圈14在圖3(A)、(B)、圖4中，寬度a、b處于350～600mm的范圍，長(zhǎng)度c、d處于350～650mm的范圍。

另一方面，如圖1(A)、(B)所示，由在俯視時(shí)角部呈圓弧狀的中空的矩形構(gòu)成的初級(jí)線圈12的寬度e處于350～600mm的范圍，長(zhǎng)度f(wàn)處于350～800mm的范圍。

另外，長(zhǎng)度是指相對(duì)車輛的行進(jìn)方向的長(zhǎng)度(即沿著車輛的通路的長(zhǎng)度)，寬度是指與長(zhǎng)度正交的方向的長(zhǎng)度(即沿著通路的寬度的長(zhǎng)度)。

初級(jí)線圈12是將第1絞合線25平面狀地螺旋卷繞而形成的，共振線圈14是將把第2絞合線26平面狀地螺旋卷繞的線圈27、28串聯(lián)地卷繞2層而形成的，次級(jí)線圈13是將第3絞合線29、29a并聯(lián)地排列2個(gè)且平面狀地螺旋卷繞而成的。第1～第3絞合線25、26、29、29a的粗細(xì)由所流過(guò)的電流決定，在對(duì)工廠內(nèi)的車輛的二次電池17進(jìn)行充電的情況下，例如，優(yōu)選采用100A規(guī)格(直徑為約8～9mm、14～22SQ)的例子。

如圖1(A)、(B)所示，在初級(jí)線圈12的背面，以約10～50mm的間隔與初級(jí)線圈12的繞組(第1絞合線25)交叉地設(shè)置了多個(gè)棒狀鐵氧體磁心31。該棒狀鐵氧體磁心31完全覆蓋繞組，進(jìn)而向其內(nèi)側(cè)以及外側(cè)突出。由此，極力防止由初級(jí)線圈12發(fā)生的磁場(chǎng)泄漏到初級(jí)線圈12的背面?zhèn)取?/p>

在初級(jí)線圈12的相鄰的繞組、即第1絞合線25之間設(shè)置間隙S，極力防止第1絞合線25彼此的干擾。間隙S是例如2～5mm程度。

初級(jí)線圈12固定于絕緣板(例如玻璃環(huán)氧基板)33上，在絕緣板33的背部設(shè)置有棒狀鐵氧體磁心31，進(jìn)而在其背部設(shè)置有3～10mm(優(yōu)選5～8mm)的鋁板35。該鋁板35經(jīng)由棒狀鐵氧體磁心31增強(qiáng)初級(jí)線圈12整體，所以能夠在建筑物的頂棚、壁等上用螺釘固定。

次級(jí)線圈13是如圖5所示將2根絞合線29、29a(第3絞合線)絞合或者卷繞平行地配置的線而構(gòu)成的，連結(jié)單側(cè)的絞合線29、29a，用作中間抽頭，構(gòu)成利用2個(gè)二極管37、38的整流電路16。

接下來(lái)，參照?qǐng)D2，說(shuō)明為了確認(rèn)本發(fā)明的作用、效果所進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)例。

如圖2所示，在初級(jí)線圈12中，將寬度e是400mm、長(zhǎng)度f(wàn)是600mm(參照?qǐng)D1)、直徑是8～9mm的第1絞合線25平面狀螺旋地卷繞了10匝。

在初級(jí)線圈12的正下方，配置共振線圈14，與該共振線圈14相接地配置了次級(jí)線圈13。另外，共振線圈14和初級(jí)線圈12的間隔是50mm。共振線圈14以及次級(jí)線圈13的平面尺寸相同，寬度a、b是400mm，長(zhǎng)度是600mm。

在共振線圈14中，將第2絞合線(直徑8～9mm)26卷繞8匝，將該線圈27、28串聯(lián)地連接而成為2層。

次級(jí)線圈13是將第3絞合線29、29a重疊或者絞合地平面狀地螺旋卷繞的結(jié)構(gòu)且是3匝。

如圖2所示，在初級(jí)線圈12的跟前側(cè)設(shè)置端子盒40并連接交流累加電力計(jì)41，在整流電路16的輸出側(cè)設(shè)置端子盒42并連接直流累加電力計(jì)43而測(cè)定了的結(jié)果，交流側(cè)的電力是4.591kw，直流側(cè)的電力是3.504kw。因此，在單純地計(jì)算效率(η)時(shí)，成為76％，但實(shí)際上如果調(diào)整初級(jí)線圈12與次級(jí)線圈13的間隙，則能夠達(dá)到70～90％程度。另外，高頻電源的振蕩頻率是10kHz。

以上，在初級(jí)線圈、次級(jí)線圈以及共振線圈中使用了絞合線，所以能夠盡可能避免渦電流所致的損失(接近效果)，使非接觸電力供給裝置的效率上升。

本發(fā)明不限于上述實(shí)施例，還能夠在不變更本發(fā)明的要旨的范圍內(nèi)變更其結(jié)構(gòu)。

例如，在該實(shí)施例中，在初級(jí)線圈中未設(shè)置初級(jí)側(cè)共振線圈，但根據(jù)需要能夠設(shè)置。在該情況下，在初級(jí)側(cè)共振線圈中消耗電力，所以效率降低，但能夠增大初級(jí)線圈與次級(jí)線圈的間隔。

產(chǎn)業(yè)上的可利用性

關(guān)于本發(fā)明的非接觸電力供給裝置，導(dǎo)體的利用率高，所以損失比較少，例如，如果應(yīng)用于汽車、工廠內(nèi)車輛、其他移動(dòng)的臺(tái)車等，則能夠無(wú)接觸地高效地對(duì)這些供電。