受電裝置和送電裝置的制造方法
【專利摘要】一種受電裝置具有從送電裝置非接觸地接收電力的受電單元，并且受電單元包括第一節(jié)點(diǎn)、第二節(jié)點(diǎn)，以及在第一節(jié)點(diǎn)和第二節(jié)點(diǎn)之間依次串聯(lián)連接的電容器、線圈、電容器、線圈和電容器。
【專利說明】
受電裝置和送電裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及受電裝置和送電裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]已經(jīng)提出用于從送電裝置向受電裝置非接觸地或無線地發(fā)送電力的各種類型的送電系統(tǒng)。
[0003]受電裝置包括含諧振電路的受電單元，以及容納受電單元的殼體，并且諧振電路包括受電線圈和受電電容器。送電裝置包括含諧振電路的送電單元，以及容納送電單元的殼體，并且諧振電路包括送電線圈和送電電容器。
[0004]通常，受電單元和送電單元中每者的諧振電路由一個(gè)線圈和連接到該線圈的一個(gè)電容器組成。
[0005 ] 如果AC電流通過串聯(lián)LC諧振電路，則電容器的電壓和線圈的電壓根據(jù)AC電流的頻率來改變。此時(shí)，電容器的電壓相位和線圈的電壓相位處于相反的狀態(tài)。例如，當(dāng)在電容器中電壓下降時(shí)，在線圈中電壓上升，并且當(dāng)在電容器中電壓上升時(shí)，在線圈中電壓下降。因此，在電力傳送期間，在線圈和電容器的連接點(diǎn)處的電壓絕對值比諧振電路的其它部分處的電壓絕對值更大。
[0006]由于在線圈和電容器的連接點(diǎn)處的電壓絕對值很大，如上所述，所以諧振電路的整體的平均電壓的絕對值變大。
[0007]因此，如果諸如殼體的部件位于受電單元和送電單元中每者的諧振電路周圍，則在諧振電路和殼體之間的電位差很大。特別地，在電容器和線圈的連接點(diǎn)與殼體之間的電位差很大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明提出具有其中電壓絕對值不大可能或不可能很大的諧振電路的受電裝置。本發(fā)明同樣提出具有其中電壓的絕對值不大可能或不可能很大的諧振電路的送電裝置。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的第一方面的受電裝置具有從送電裝置非接觸地接收電力的受電單元。受電單元包括第一節(jié)點(diǎn)、第二節(jié)點(diǎn)、第一電容器、第一線圈、第二電容器、第二線圈以及第三電容器，并且第一電容器、第一線圈、第二電容器、第二線圈以及第三電容器在第一節(jié)點(diǎn)和第二節(jié)點(diǎn)之間依次串聯(lián)連接。
[0010]根據(jù)如上所述的受電裝置，第一電容器、第二電容器和第三電容器的電壓相位與第一線圈和第二線圈的電壓相位處于相反狀態(tài)。因此，例如，在第一線圈和第二線圈中電壓上升的時(shí)間點(diǎn)，在第一電容器、第二電容器和第三電容器中電壓下降。
[0011]如果通過將第一線圈和第二線圈串聯(lián)連接形成的線圈與第一線圈和第二線圈比較，則在第一線圈和第二線圈的每者中發(fā)生的電壓上升量比通過將第一線圈和第二線圈串聯(lián)連接形成的線圈中發(fā)生的電壓上升量更小。因而，在第一線圈和第二線圈的每者中發(fā)生的電壓上升量或電壓下降量可以降低。
[0012]然后，如果第一電容器和第二電容器設(shè)置在第一線圈的兩端，則第一線圈的電壓絕對值不大可能或不可能增加。如果第二電容器和第四電容器設(shè)置在第二線圈的兩端，則第二線圈的電壓絕對值不大可能或不可能增加。
[0013]因此，在第一電容器、第一線圈、第二電容器、第二線圈和第三電容器中的電壓分布指示受電單元中電壓分布整體相對低。
[0014]根據(jù)本發(fā)明第二方面的送電裝置包括向受電裝置非接觸地發(fā)送電力的送電單元。送電單元包括第三節(jié)點(diǎn)、第四節(jié)點(diǎn)、第四電容器、第三線圈、第五電容器、第四線圈和第六電容器，并且第四電容器、第三線圈、第五電容器、第四線圈和第六電容器在第三節(jié)點(diǎn)和第四節(jié)點(diǎn)之間依次串聯(lián)連接。
[0015]在如上所述的送電裝置中，在第四電容器、第三線圈、第五電容器、第四線圈和第六電容器中的電壓分布指示在送電單元中電壓分布整體相對低。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的受電裝置，受電單元中的電壓分布整體相對低。根據(jù)本發(fā)明的送電裝置，送電單元中的電壓分布整體相對低。
【附圖說明】
[0017]本發(fā)明的示例性實(shí)施例的特征、優(yōu)點(diǎn)與技術(shù)和工業(yè)意義將在下面參照附圖來描述，其中相同的數(shù)字表示相同的元件，并且在附圖中:
[0018]圖1是示意性示出非接觸式充電系統(tǒng)的示意圖；
[0019]圖2是示意性示出非接觸式充電系統(tǒng)的電路圖；
[0020]圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的送電裝置的分解透視圖；
[0021]圖4是示出圖3的送電裝置的送電單元的電路圖；
[0022]圖5是示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的受電裝置的分解透視圖；
[0023]圖6是示出圖5的受電裝置的受電單元的電路圖；
[0024]圖7是示出當(dāng)向送電單元提供具有送電頻率的AC電流時(shí)，在電容器、線圈、電容器、線圈和電容器中的電壓分布的圖；
[0025]圖8是示出當(dāng)受電單元接收電力時(shí)受電單元內(nèi)的電壓分布的圖；
[0026]圖9是根據(jù)比較例的送電單元的電路圖；
[0027]圖10是根據(jù)比較例的受電單元的電路圖；
[0028]圖11是示出比較例的送電單元中的電壓分布的圖；
[0029 ]圖12是示出比較例的受電單元中的電壓分布的圖；
[0030]圖13是示出圖4的實(shí)施例的變形例的送電單元的示意圖；以及
[0031]圖14是示出圖13所示的送電單元中的電壓分布的瞬時(shí)值的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032]圖1和圖2示意性示出非接觸充電系統(tǒng)I。如圖1和圖2所示，非接觸充電系統(tǒng)I包括安裝在車輛2上的受電系統(tǒng)4，和向受電系統(tǒng)4非接觸地或無線地發(fā)送電力的送電裝置3。
[0033]受電系統(tǒng)4包括受電裝置5、連接到受電裝置5的整流器6，以及連接到整流器6的電池7。整流器6將從受電裝置5供應(yīng)的AC電力轉(zhuǎn)換成DC電力，并且向電池7供應(yīng)DC電力。受電裝置5包括受電單元90，和容納受電單元90的殼體80。電池7向轉(zhuǎn)換器(未示出)供應(yīng)電力。轉(zhuǎn)換器向逆變器供應(yīng)電力，該逆變器進(jìn)而向旋轉(zhuǎn)電機(jī)供應(yīng)電力。旋轉(zhuǎn)電機(jī)例如驅(qū)動(dòng)車輪。
[0034]送電裝置3包括送電單元40、連接到送電單元40的頻率轉(zhuǎn)換器11，以及容納頻率轉(zhuǎn)換器11和送電單元40的殼體20。頻率轉(zhuǎn)換器11連接到電源10。頻率轉(zhuǎn)換器11調(diào)節(jié)從電源10供應(yīng)的AC電流的頻率。
[0035]在圖2中，送電單元40和受電單元90中的每者具有由兩個(gè)或更多個(gè)電容器和線圈形成的諧振電路。送電單元40的諧振電路的諧振頻率等于或基本上等于受電單元90的諧振電路的諧振頻率。
[0036]當(dāng)各諧振電路的諧振頻率之間的差等于或小于若干kHz時(shí)，諧振頻率可稱為基本上彼此相等。如果諧振頻率之間的差在該范圍內(nèi)，則可以在送電單元40和受電單元90之間實(shí)施良好地電力傳送。
[0037]送電單元40的諧振電路的Q值等于或大于100，并且受電單元90的諧振電路的Q值同樣等于或大于100。
[0038]如上所述，通過設(shè)定送電單元40和受電單元90的諧振頻率和Q值，可以在送電單元40和受電單元90之間高效地發(fā)送和接收電力。
[0039]圖3示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的送電裝置3。如圖3所示，送電裝置3包括送電單元40，以及其中容納送電單元40的殼體20。
[0040]殼體20包括布置在地面等上的金屬基板22，設(shè)置在基板22的上表面上的金屬隔板23，以及蓋24。
[0041 ]蓋24包括樹脂蓋25和金屬蓋26。放置樹脂蓋25以覆蓋基板22的上表面的一部分，從而形成其中容納送電單元40的空間。另外，放置金屬蓋26以覆蓋基板22的上表面的一部分，從而形成其中容納頻率轉(zhuǎn)換器11的空間。
[0042]隔板23形成在基板22的上表面上，以便將其中容納送電裝置40的空間與其中容納頻率轉(zhuǎn)換器11的空間分離。
[0043]頻率轉(zhuǎn)換器11包括兩個(gè)或更多個(gè)高電壓裝置29，并且金屬蓋26用來保護(hù)頻率轉(zhuǎn)換器11，以及同樣防止從各高電壓裝置29生成的噪聲在送電裝置3周圍傳播。
[0044]樹脂蓋25由允許磁場和磁通通過蓋25的樹脂材料形成。
[0045]送電單元40包括鐵氧體21，設(shè)置在鐵氧體21的上表面上的線圈單元12，以及設(shè)置在鐵氧體21的下表面?zhèn)壬系碾娙萜鲉卧?3。
[0046]鐵氧體21包括通過以環(huán)形形狀布置的多個(gè)分裂鐵氧體形成的外周環(huán)形芯36，以及布置在外周環(huán)形芯36的上表面上以便與外周環(huán)形芯36的內(nèi)邊緣部分接觸的中間鐵氧體35。中間鐵氧體35同樣通過布置多個(gè)分裂鐵氧體以使得它們彼此間隔而形成。中間鐵氧體35設(shè)置成關(guān)閉外周環(huán)形芯36的開口。
[0047]線圈單元12包括設(shè)置在外周環(huán)形芯36的上表面上的線圈17，以及設(shè)置在線圈17的上表面上的線圈18。
[0048]線圈17和線圈18中的每者通過卷繞在卷繞軸01周圍的線圈配線形成，并且線圈17和線圈18設(shè)置成使得卷繞軸01以垂直方向取向。線圈17和線圈18采用平面螺旋線圈。
[0049]連接到頻率轉(zhuǎn)換器11的配線31連接到線圈17的一個(gè)端部。連接到頻率轉(zhuǎn)換器11的配線33連接到以下將描述的電容器16。
[0050]電容器單元13包括電容器14、電容器15和電容器16。電容器14、15、16中的每者設(shè)置在鐵氧體21的下表面?zhèn)壬稀?br>[0051]圖4示出送電單元40。如圖4所示，送電單元40包括節(jié)點(diǎn)27、節(jié)點(diǎn)28，以及在節(jié)點(diǎn)27和節(jié)點(diǎn)28之間以該順序串聯(lián)連接的電容器14、線圈17、電容器15、線圈18和電容器16。
[0052]更具體地，電容器14的一個(gè)電極連接到節(jié)點(diǎn)27(配線31)，并且電容器14的另一個(gè)電極連接到線圈17的一個(gè)端部。線圈17的另一個(gè)端部連接到電容器15的一個(gè)電極，并且電容器15的另一個(gè)電極連接到線圈18的一個(gè)端部。線圈18的另一個(gè)端部連接到電容器16的一個(gè)電極。電容器16的另一個(gè)電極連接到節(jié)點(diǎn)28(配線33)。
[0053]節(jié)點(diǎn)27是將電容器14的一個(gè)電極與頻率轉(zhuǎn)換器11連接的接線點(diǎn)，而節(jié)點(diǎn)28是將電容器16的另一個(gè)電極與頻率轉(zhuǎn)換器11連接的接線點(diǎn)。
[0054]圖5示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的受電裝置5。如圖5所示，受電裝置5包括受電單元90，以及其中容納受電單元90的殼體80。
[0055]殼體80包括設(shè)置在車輛的底板下方的基板84，以及布置成從下方覆蓋基板84的樹脂蓋85。
[0056]基板84例如由金屬形成，并且用作屏蔽。在其中在基板84和底板之間另外設(shè)置屏蔽板的情況下，基板84可以由樹脂材料形成。
[0057]樹脂蓋85由磁場和磁通可以穿透通過其的材料形成，諸如樹脂材料。樹脂蓋85設(shè)置成從下方覆蓋基板84。采用安裝在基板84上的樹脂蓋85，在樹脂蓋85和基板84之間形成容納受電單元90的空間。
[0058]受電單元90包括鐵氧體81、電容器單元9和線圈單元8。鐵氧體81包括外周環(huán)形鐵氧體82和中間鐵氧體83，該外周環(huán)形鐵氧體82包括以環(huán)形形狀布置的多個(gè)分裂鐵氧體，該中間鐵氧體83設(shè)置在外周環(huán)形鐵氧體82的下表面上。中間鐵氧體83包括多個(gè)分裂鐵氧體，并且將其放置于接近外周環(huán)形鐵氧體82的開口。
[0059]線圈單元8包括設(shè)置在外周環(huán)形鐵氧體82的下表面上的線圈44，以及設(shè)置在線圈44的下表面上的線圈45。
[0060]線圈44和線圈45中的每者通過卷繞在卷繞軸02周圍的線圈配線形成，并且放置線圈44和線圈45以使得卷繞軸02以垂直方向延伸。線圈44、45采用平面螺旋線圈。
[0061 ]電容器單元9包括電容器41、電容器42和電容器43。連接到整流器6的配線86連接到線圈44的一個(gè)端部，并且連接到整流器6的配線88連接到電容器43。
[0062]圖6示出受電單元90。如圖6所示，受電單元90包括節(jié)點(diǎn)46、節(jié)點(diǎn)47，以及在節(jié)點(diǎn)46和節(jié)點(diǎn)47之間以該順序串聯(lián)連接的電容器41、線圈44、電容器42、線圈45和電容器43。
[0063]參考圖1，在非接觸充電系統(tǒng)I中，當(dāng)從送電裝置3向受電裝置5非接觸地或無線地發(fā)送電力時(shí)，AC電流從電源1供應(yīng)到頻率轉(zhuǎn)換器11 ο頻率轉(zhuǎn)換器11調(diào)節(jié)頻率，并且向送電單元40供應(yīng)所得的電流。向送電單元40供應(yīng)的電流的送電頻率等于送電裝置40的諧振頻率。
[0064]圖7的圖示出當(dāng)向送電裝置40供應(yīng)具有送電頻率的AC電流時(shí)在電容器14、線圈17、電容器15、線圈18和電容器16中的電壓分布。在圖7中，橫軸指示上述分量的位置，并且縱軸指示電壓。
[0065]可以由以下等式(I)來表示供應(yīng)給送電單元40的AC電流^的一般式，并且可以由以下等式(2)來表示施加到送電單元40的電壓Vi。
[0066]Ii = 1isin ω t (I)
[0067]Vi = Ιο? X I Z I sin( ω t+θ) (2)
[0068]在上述等式中，Θ、Ζ和|Z|如下表達(dá):
[0069]Θ = IarT1E{ coLi7+oLi8-l/( ω&4)-1/( ω&5)-1/( oCi6)}/R]
[0070]Z = R+j{ ωLi7+ ωLis-1/( ωCu)~l/( ωCi5)_l/( ωCi6)}
[0071 ] I Z I = [R2+{ ω Li7+ ω Lis-1/( ω Cu)~l/( ω Ci5)_l/( ω Ci6) }2]"2
[0072]其中，“IQ1”是AC電流I1的最大值，“ω”是AC電流的角速度，并且“Z”是送電單元40的阻抗。“ L17”是線圈17的電感，并且“L18”是線圈18的電感?！?C14”是電容器14的電容，并且“Ci5”是電容器15的電容?！癈16”是電容器16的電容?！癛”是線圈17、18和電容器14、15、16的等效串聯(lián)電阻(未示出)。
[0073]在本實(shí)施例中，向送電裝置40供應(yīng)的電流的送電頻率是送電單元40的諧振頻率。
[0074]因此，在匕表示送電頻率(送電單元40的諧振頻率)的情況下，將此時(shí)的角速度表示為 ω i = 2Jiflo
[0075]此時(shí)，電路的阻抗呈最小值，并且因?yàn)樵谒碗妴卧?0中電阻分量R小到可以忽略，
z I等于O。
[0076]因此，從上面指示的等式(2)導(dǎo)出以下等式。
[0077]Vi = Ιο? X I Z I sin( ω t+θ) =0
[0078]即，在送電單元40中，送電單元40的兩端電壓通常等于0V。
[0079 ]將研究其中具有送電頻率f i的電流通過電容器14、15、16的情況。在更接近節(jié)點(diǎn)27的電容器14、15、16的電極的電位等于OV的情況下，更接近節(jié)點(diǎn)28的電容器14、15、16的電極的電壓Vl4、Vl5、Vl6可由以下等式(3)-(5)表不。
[0080]Vw= [1isin( oit-3i/2)]/( oiCw) (3)
[0081]V15= [1isin( ω ι?-π/2)]/( ω 1C15) (4)
[0082]Vi6 = [1isin( ω it-Ji/2) ]/( ω iCib) (5)
[0083]另外，將研究其中具有送電頻率匕的電流通過線圈17和線圈18的情況。在更接近節(jié)點(diǎn)27的線圈17和線圈18的端部的電位等于OV的情況下，更接近節(jié)點(diǎn)28的線圈17、18的端部的電壓Vn、V18可由以下等式(6)、(7)表示。
[0084]Vn= ωLi7loisin( ωit+ir/2) (6)
[0085]Vis= ωLi8loisin( ωit+ir/2) (7)
[0086]如從上面指示的等式(3)-(7)中顯而易見的，電容器14、15、16中的每者的電壓相位從線圈17、18的電壓相位偏移。
[0087]因此，例如，當(dāng)在電容器14、15、16的每者中電壓上升時(shí)，在線圈17、18的每者中電壓下降。
[0088]圖7所示的圖指示當(dāng)向送電單元40供應(yīng)具有送電頻率h的電流時(shí)得到的瞬時(shí)值。在圖7中，t等于tKt =。)。在圖7中所示的時(shí)間，在電容器14、15、16中電壓下降，并且在線圈17、18中電壓上升。
[0089]在圖7所示的示例中，線圈17的電感L17設(shè)定為等于或基本上等于線圈18的電感Ll8o
[0090]Li7 = Li8 (8)
[0091]另外，形成電容器14、16以使得電容器14的電容C14等于或基本等于電容器16的電容(:16。電容器15的電容C15比電容CmX16更小，并且設(shè)定為電容C14X16的一半。更具體地，設(shè)定電容CW、C15、C16以滿足以下等式(9)。
[0092]Ci5 = Ci4/2 = Ci6/2 (9)
[0093]此外，設(shè)定電容&4、C15、C16和電感LmL18以滿足由以下等式(10)指示的關(guān)系。
[0094]2/(^014=1/(^015 = 2/(^016=0 417=0 418 (10)
[0095]由于如由上述等式(9)和(10)所指示的，設(shè)定每個(gè)電感和每個(gè)電容，所以等于OV的節(jié)點(diǎn)27的電位在電容器14和線圈17的連接點(diǎn)處降低到-A1(V)13電壓借助于電容器14下降
[0096]I Ai I = I [1isin( ω ι?ι_π/2)]/( ω iCm)
[0097]然后，在線圈17和電容器15的連接點(diǎn)，電壓上升到A1(V)13即，借助于線圈17，電壓上升2Αι。
[0098]I 2Αι I = I ω Li7loisin( ω iti+ir/2) I (11)
[0099]然后，在電容器15和線圈18之間連接點(diǎn)處的電位下降到-A1(V)13即，借助于電容器15，電壓下降2Αι。
[0100]I 2Αι I = I [1isin( ω ι?ι_π/2)]/( ω 1C15)
[0101]然后，在線圈18和電容器16的連接點(diǎn)處的電位上升到A1(V)13即，借助于線圈18，電壓上升2Αι。
[0102]|2Αι| = I coLis1isin( ωΑι+3?/2) I (12)
[0103]然后，節(jié)點(diǎn)28的電位下降到OV。即，借助于電容器16，電壓下降A(chǔ)1。
[0104]I Ai I = I [1isin( ω ι?ι_π/2)]/( ω iCi6)
[0105]如圖7所示，在電力傳送期間，從送電單元40中的電壓分布獲得的平均電壓等于0V。因此，在整個(gè)送電單元40中，電壓可保持在低電平處。即使t變化，送電單元40中的平均電壓保持OV。
[0106]圖8的圖示出當(dāng)從送電單元40接收電力時(shí)受電單元90中的電壓分布。如果向送電單元40供應(yīng)具有送電頻率f I的AC電流，則在送電單元40周圍形成磁場。該磁場的頻率同樣等于送電頻率f I，并且具有送電頻率f I的電流流過從磁場接收電力的受電單元90。
[0107]在I2表示接收電力的電流并且￥2表示接收電力的電壓的情況下，可由以下等式
(13)和(14)表示接收的電流12和接收的電壓V2的一般式。
[0108]12 = 12sin ω t (13)
[0109]V2 = 102 X I Z I sin( ω t+θ) (14)
[0110]在以上等式中，θ、ζ和|z|如下表示:
[0111]e = tan_1[{ OL44+ω?45-1/( ωθ4?)-1/( ωθ42)-1/( ωC43)}/R]
[0112]Z = R+j{ coL44+oL45_1/( ω〇4?)_1/( ω〇42)_1/( ω〇43)}
[0113]I Z I = [R2+{ ω L44+ ω L45_l/( ω C41 )_1/( ω C42)_l/( ω C43)}2]"2
[0114]其中，“IQ2”是接收的電流I2的最大值，“ω”是AC電流的角速度，并且“Ζ”是受電單元90的阻抗。“ W’是線圈44的電感，并且“L45”是線圈45的電感?！?C41 ”是電容器41的電容，并且“C42”是電容器42的電容。“C43”是電容器43的電容。“R”是線圈44、45和電容器41、42、43的等效串聯(lián)電阻(未不出)。
[0115]由于受電單元90的諧振頻率等于送電單元40的諧振頻率，所以如果具有送電頻率f I的電流流過受電單元90，則受電單元90的阻抗最小化。同樣在受電單元90中，電阻分量R小到可以忽略；因此，如果具有送電頻率f I的電流流過受電單元90，則受電單元90的節(jié)點(diǎn)46和節(jié)點(diǎn)47的電壓變成等于0V。
[0116]將研究其中具有送電頻率fi的電流流過電容器41、42、43的情況。在更接近節(jié)點(diǎn)46的電容器41、42、43的電極的電位等于OV的情況下，更接近節(jié)點(diǎn)47的電容器41、42、43的電極的電壓V41、V42、V43可由以下等式(15)至(17)表不。
[0117]V4I= [12Sin( ω it-Ji/2)]/( ω 1C41) (15)
[0118]V42= [12Sin( ω it-Ji/2)]/( ω 1C42) (16)
[0119]V43= [12Sin( ω it-Ji/2)]/( ω 1C43) (17)
[0120]另外，將研究其中具有送電頻率匕的電流流過線圈44和線圈45的情況。在更接近節(jié)點(diǎn)46的線圈44和線圈45的端部的電位等于O V的情況下，更接近節(jié)點(diǎn)47的線圈44、45的端部的電壓V44、V45可由以下等式(18)、(19)表示。
[0121 ] V44= ω L44lo2sin( ω it+ir/2) (18)
[0122]V45= ωL45lo2sin( ωit+ir/2) (19)
[0123]如從上面指示的等式(15)至(19)中顯而易見的，電容器41、42、43中的每者的電壓相位從線圈44、45的電壓相位偏移。
[0124]因此，例如，當(dāng)在電容器41、42、43的每者中電壓上升時(shí)，在線圈44、45的每者中電壓下降。
[0125]圖8所示的圖指示當(dāng)向受電單元90供應(yīng)具有送電頻率h的電流時(shí)獲得的瞬時(shí)值。在圖8中，t等于t2(t = t2)。在圖8中所示的時(shí)間，在電容器41、42、43中電壓下降，并且在線圈44、45中電壓上升。
[0126]在圖8所不的不例中，將線圈44的電感L44設(shè)定為等于或基本上等于線圈45的電感
L45 O
[0127]L44 = L45 (20)
[0128]另外，形成電容器41、42以使得電容器41的電容C41等于或基本上等于電容器43的電容C43 ο電容器42的電容C42比電容C41、C43更小，并且將其設(shè)定為電容C41、C43的一半。更具體地，將電容C41、C42、C43設(shè)定為滿足以下等式(21 )。
[0129]C42 = C4i/2 = C43/2 (21)
[0? 3O] 此外，將電容C41、C42、C43和電感L44、L45設(shè)定為?兩足由以下等式(22 )所指不的關(guān)系。
[0131]2/ ω 1C41 = I / ω 1C42 = 2/ ω 1C43 = ω 1L44 = ω 1L45 (22)
[0132]由于如由以上等式(21)和等式(22)所指示的來設(shè)定每一個(gè)電感和每一個(gè)電容，所以等于OV的節(jié)點(diǎn)46的電位在電容器41和線圈44的連接點(diǎn)降低到-A2(V)。即，電壓在電容器41中下降A(chǔ)2。
[0133]Α21 = [12sin( ωι?2-π/2)]/( ω iCn)
[0134]然后，在線圈44和電容器42的連接點(diǎn)處，電壓上升到A2(V)。即，借助于線圈44電壓上升2A2。
[0135]2A21 = I ω L44lo2sin( ω it2+3r/2) (23)
[0136]然后，在電容器42和線圈45的連接點(diǎn)處，電位降低到-A2(V)。即，借助于電容器42電壓下降2A2。
[0137]I 2A21 = I [12sin( ω ι?2-π/2)]/( ω 1C42)
[0138]然后，在線圈45和電容器43的連接點(diǎn)處，電位上升到A2(V)。即，借助于線圈45電壓上升2A2。
[0139]2A21 = I ω L45lo2sin( ω ι?2+π/2) (24)
[0140]然后，節(jié)點(diǎn)47的電位降低到0V。即，借助于電容器43電壓下降A(chǔ)s。
[0141]Α21 = [12sin( ωι?2-π/2)]/( ω 1C43)
[0142]如圖8所示，在電力傳送期間從受電單元90中的電壓分布獲得的平均電壓等于0V。因此，在整個(gè)受電單元90中電壓可保持在低電平處。即使t變化，受電單元90中的平均電壓保持在OV。
[0143]將使用作為比較例的送電單元50和受電單元60來描述根據(jù)上述實(shí)施例的受電單元和送電單元的作用和效果。
[OH4]圖9示出根據(jù)比較例的送電單元50。如圖9所示，送電單元50包括在節(jié)點(diǎn)51和節(jié)點(diǎn)54之間彼此串聯(lián)連接的電容器52和線圈53。
[OH5] 送電單元50的諧振頻率等于圖4所示的送電單元40的諧振頻率。
[0146]因此，在C52表示電容器52的電容并且L53表示線圈53的電感的情況下，滿足以下等式(25)和(26)。
[0147]L53 = Li7+Li8 (25)
[0148]1/C52 = l/Ci4+1/Ci5+1/Ci6 (26)
[0149]然后，在圖11中，由于送電單元50的諧振頻率等于或基本上等于送電頻率，所以如果送電頻率f I的AC電流流過送電單元50，貝Ij在送電單元50中阻抗等于O。因此，在電力傳送期間，送電單元50的兩端的電壓等于0V。此外，在圖11中指示的時(shí)間與在圖4中指示的時(shí)間相同，并且在圖11中t等于ti(t = ti)。
[0150]然后，更接近節(jié)點(diǎn)51的電容器52的電極的電壓為0V，并且在電容器52和線圈53的連接點(diǎn)處的電壓^工可以由以下等式(27)表示。
[0151]-Bi = -| [1isin( oit1-3i/2)]/( OiC52) (27)
[0152]然后，電壓在線圈53中上升扮。
[0153]Bi= I ω L53loisin( ω iti+ir/2) I (28)
[0154]在此，將在圖7中示出的IA11與在圖11中示出的IB11比較。
[0155]根據(jù)以上指示的等式(11)和(12)，可以將IA11表示如下。
[0156]I Ai I = I ω Li7loisin( ω iti+ir/2) | /2
[0157]I Ai I = I ω Li8loisin( ω iti+ir/2) | /2
[0158]在此，根據(jù)以上指示的等式(25)和等式(28)，建立以下等式(29)。
[0159]Bi| =2X IAi (29)
[0160]因此，根據(jù)本實(shí)施例的送電單元40，電壓的絕對值的最大值可以降低為比根據(jù)比較例的送電單元50的更低。此外，如從圖7和圖11中顯而易見，根據(jù)本實(shí)施例的送電單元40可以將平均電壓降低為比根據(jù)比較例的送電單元50的更低。
[0161]因而，在圖3中，例如，可以降低在線圈單元12和鐵氧體21之間的電位差。隨著因而減小的線圈單元12和鐵氧體21之間的電位差，即使在鐵氧體21和線圈單元12之間形成寄生電容，仍防止鐵氧體21的電位升尚。由于可防止鐵氧體21的電位升尚，所以在鐵氧體21和基板22之間的電位差不大可能或不可能很大。因此，可以降低在線圈單元12和基板22之間的電位差。
[0162]此外，由于可以降低在線圈單元12中產(chǎn)生的電壓的絕對值的最大值，所以同樣可以降低在線圈單元12與在線圈單元12的周圍設(shè)置的鐵氧體21和基板22之間的電位差。
[0163]特別地，由于電容器15的電容C15比其它電容器14、16的電容CaC16更小，所以在電容器15中發(fā)生的電壓下降(電壓上升)比在電容器14、16中發(fā)生的電壓下降(電壓上升)更大。
[0164]采用這種布置，即使在線圈17中電壓上升(下降)很大，在電容器15中電壓下降(上升)很大，也可以防止送電單元40的平均電壓很大。
[0165]此外，線圈17的電感Ln等于或基本上等于線圈18的電感Lis，以使得在送電單元40中出現(xiàn)的電壓分布變?yōu)殛P(guān)于電容器15對稱。以該方式，可以使送電單元40的平均電壓接近O。
[0166]在該連接中，當(dāng)在電感L17和電感L18之間的差等于或小于電感L17的5%時(shí)，可將電感Li7和電感Li8稱為基本彼此相等。如果電感中的差處于上述指示的范圍內(nèi)，則送電單元40中的電壓分布的平均電壓變得近似為O。
[0167]圖10示出根據(jù)比較例的受電單元60。如圖10所示，受電單元60包括在節(jié)點(diǎn)61和節(jié)點(diǎn)64之間彼此串聯(lián)連接的電容器62和線圈63。
[0168]受電單元60的諧振頻率和受電單元90的諧振頻率兩者等于或基本上等于送電頻率fi。
[0169]因此，在C62表示電容器62的電容并且L63表示線圈63的電感的情況下，滿足以下等式(30)和(31)。
[0170]L63 = L44+L45 (30)
[0171]I/C62 = I/C4I+1/C42+1/C43 (31)
[0172]此外，由于受電單元60的諧振頻率等于送電頻率，所以當(dāng)具有發(fā)送頻率5的電流流過受電單元60時(shí)，如圖12所示，在節(jié)點(diǎn)61和節(jié)點(diǎn)64處的電位等于0V。
[0173]然后，在電容器62和線圈63的連接點(diǎn)處，可以由以下等式(32)表達(dá)電壓-B2。在圖12中所示的時(shí)間與在圖8中所示的時(shí)間相同，并且在圖12中所示的示例中t等于t2(t = t2)。
[0174]-B2 = -1 [12sin( oit2-3i/2)]/( OiC62) (32)
[0175]然后，在線圈63中電壓上升B2。
[0176]B2= I ω L64lo2sin( ω it2+V2) I (33)
[0177]在此，將在圖8中所示的圖與在圖12中所示的圖比較。
[0178]根據(jù)以上指示的等式(23)和(24)，可以將IΑ2I表達(dá)如下。
[0179]Α21 = ω L44lo2sin( ω ι?2+π/2) /2
[0180]ΙΑ2Ι = I wL45lo2sin( ω ι?2+π/2) /2
[0181]在此，根據(jù)以上指示的兩個(gè)等式與等式(30)和等式(33)，可以通過以下等式(34)表達(dá)在IB21和IA21之間的關(guān)系O
[0182]B2I =2X IA2 (34)
[0183]如從該等式(34)顯而易見的，根據(jù)本實(shí)施例在受電單元90中產(chǎn)生的電壓的絕對值的最大值可降低到比根據(jù)比較例的受電單元60的電壓的最大值的絕對值更低。因此，根據(jù)本實(shí)施例的受電單元90，可以降低在受電單元90周圍設(shè)置的各種部件與受電單元90之間的電位差。
[0184]此外，如從圖8和圖12顯而易見的，可以將受電單元90的整體的平均電位降低到比作為比較例的受電單元60的整體的平均電位更低。
[0185]特別地，由于將電容器42的電容C42設(shè)定為比其它電容器41、43的電容041、043更小，所以在電容器42中發(fā)生的電壓下降(電壓上升)比在電容器41、43中發(fā)生的電壓下降(電壓上升)更大。
[0186]采用這種布置，即使在線圈44中電壓上升很大，在電容器42中電壓下降很大，也可以防止受電單元90的整體的平均電壓很大。
[0187]此外，使線圈44的電感L44等于或基本上等于線圈45的電感L45，從而在受電單元90中出現(xiàn)的電壓分布變?yōu)殛P(guān)于電容器42對稱。以該方式，受電單元9 O的整體的平均電壓可以接近O。
[0188]在圖7所示的送電裝置40中，形成線圈17和線圈18以使得線圈17的電感等于或基本上等于線圈18的電感，如在上述等式(8)中指示的。然而，該布置不是必須的布置。
[0189]此外，雖然如在上述等式(9)中所指示的設(shè)定每一個(gè)電容器的電容，但是該布置不是必須的布置。
[0190]圖13示出根據(jù)本實(shí)施例的送電單元40的變形例。在圖13所示的示例中，電容器114、線圈117、電容器115、線圈118和電容器116在節(jié)點(diǎn)27和節(jié)點(diǎn)28之間彼此串聯(lián)連接。
[0191 ] 在此，Lm表示線圈117的電感，并且L118表示線圈118的電感。
[0192]然后，將線圈117、118的電感Lm、L118設(shè)定成=圖14的圖示出圖13所示的送電單元140的電壓分布的瞬時(shí)值(t = ^)。在因而配置的送電單元140中，在電容器114中電壓下降，并且在線圈117中電壓上升。然后，在電容器115中電壓下降，并且在線圈118中電壓上升。然后，在電容器116中電壓下降。
[0193]在此，將在圖14中所示的電壓分布與在圖11中所示的電壓分布比較。變形例的線圈117的電感Lm比比較例的線圈53的電感L53更小。
[0194]因此，在線圈117中發(fā)生的電壓上升量(A3+A4)比在線圈53中發(fā)生的電壓上升量(B1)更小。
[0195]此外，由于借助于連接到線圈117的電容器114電壓下降，所以線圈117的整體的電壓很低。因此，|a3|和|a4|遠(yuǎn)小于|Βι|。
[0196]類似地，由于在線圈118中電壓上升，并且在電容器115中電壓下降，所以在圖14中不出的電壓A6的IA61遠(yuǎn)小于I Bi I。
[0197]因此，采用在節(jié)點(diǎn)27和節(jié)點(diǎn)28之間順序地串聯(lián)連接的電容器、線圈、電容器、線圈和電容器，可降低在送電單元中產(chǎn)生的電壓的絕對值的最大值，并且可降低送電單元的平均電壓。
[0198]同樣在受電單元中，使線圈44的電感等于線圈45的電感，并且使電容器42的電容大于電容器41和電容器43的電容不是必須的。
[0199]S卩，當(dāng)受電單元被配置成使得電容器41、線圈44、電容器42、線圈45和電容器43在節(jié)點(diǎn)46和節(jié)點(diǎn)47之間順序地串聯(lián)連接時(shí)，如與其中一個(gè)線圈和一個(gè)電容器彼此串聯(lián)連接的情況相比，可以降低平均電壓和電壓的最大值的絕對值。
[0200]雖然已在上面描述本發(fā)明的實(shí)施例及其變形例，但是本文所描述的內(nèi)容在所有方面僅是示例性的，而不是限制性的。本發(fā)明的技術(shù)范圍由所附權(quán)利要求限定，并旨在包括在權(quán)利要求及其等同物范圍內(nèi)的所有改變或修改。
[0201]可以將本發(fā)明應(yīng)用到受電裝置和送電裝置。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種受電裝置，其特征在于包括: 受電單元，其從送電裝置非接觸地接收電力， 其中所述受電單元包括第一節(jié)點(diǎn)、第二節(jié)點(diǎn)、第一電容器、第一線圈、第二電容器、第二線圈和第三電容器，所述第一電容器和所述第一線圈，以及 所述第二電容器、所述第二線圈和所述第三電容器在所述第一節(jié)點(diǎn)和所述第二節(jié)點(diǎn)之間依次串聯(lián)連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的受電裝置，其特征在于所述第二電容器的電容比所述第一電容器的電容和所述第三電容器的電容更小。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的受電裝置，其特征在于所述第一線圈的電感等于或基本上等于所述第二線圈的電感。4.一種送電裝置，其特征在于包括: 送電單元，其向受電裝置非接觸地發(fā)送電力， 其中所述送電單元包括第三節(jié)點(diǎn)、第四節(jié)點(diǎn)、第四電容器、第三線圈、第五電容器、第四線圈和第六電容器，以及 所述第四電容器、所述第三線圈、所述第五電容器、所述第四線圈和所述第六電容器在所述第三節(jié)點(diǎn)和所述第四節(jié)點(diǎn)之間依次串聯(lián)連接。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的送電裝置，其特征在于所述第四電容器的電容基本上等于所述第六電容器的電容，并且所述第五電容器的電容比所述第四電容器的電容更小。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的送電裝置，其特征在于所述第三線圈的電感等于或基本上等于所述第四線圈的電感。
【文檔編號】H02J50/12GK106059104SQ201610204596
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年4月1日 公開號201610204596.6, CN 106059104 A, CN 106059104A, CN 201610204596, CN-A-106059104, CN106059104 A, CN106059104A, CN201610204596, CN201610204596.6
【發(fā)明人】湯淺浩章, 西崎良平, 木村統(tǒng)公
【申請人】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