共振型非接触供电系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种共振型非接触供电系统，该共振型非接触供电系统中，电源部被构成为能够变更输出频率，具有测定共振系统的输入阻抗的阻抗测定单元（阻抗测定部）。另外，具有控制单元（控制部），其进行控制，使得在将电源部的输出频率变更为电源部的输出频率fo存在于频率f1≤fo≤频率f2、频率f3≤fo≤频率f4、……、频率f2n－1≤fo≤f2n的范围中的任意一个之后，向受电设备进行正式送电。频率f1、f2、f3、f4……、f2n－1、f2n（f1＜f2＜f3＜……＜f2n－1＜f2n）是在将向共振系统供给上述频率的电力时的共振系统的输入阻抗设为Z1、Z2、Z3、……、Z2n－1、Z2n时，成为Z1＝Z2、Z3＝Z4、……、Z2n－1＝Z2n的频率。
【专利说明】共振型非接触供电系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及共振型非接触供电系统。
【背景技术】
[0002]以往，提出有利用磁场共振来传送电力的方式(例如，参照专利文献I )。可是，专利文献I未示出进行磁场共振的共振系统的共振频率的具体的确定方法。因此，难以设计并制造高效地传送电力的共振型非接触供电系统。于是，提出有设计、制造容易的非接触电力传送装置(例如，参照专利文献2)。专利文献2的非接触电力传送装置在用图表示共振系统的输入阻抗和频率的关系的情况下的上述输入阻抗成为极大的频率、和比上述输入阻抗成为极大的频率高并且输入阻抗成为极小的频率之间设定交流电源的频率。
[0003]专利文献1:国际公开第2007/008646号
[0004]专利文献2:日本特开2010-114964号公报
[0005]专利文献2的装置未考虑受电侧的负载变动。可是，在通过磁场共振进行电力传送的情况下，因为由于负载的变化导致共振系统的共振频率变化，所以需要对应由于负载的变化引起的共振系统的共振频率的变化。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于，提供一种设计、制造容易，并且即使负载变动也能够高效地从电源部向负载供给电力的共振型非接触供电系统。
[0007]为了实现上述的目的，本发明的一种方式是一种共振型非接触供电系统，该共振型非接触供电系统具备供电设备，其具备电源部和从上述电源部接受电力供给的一次侧共振线圈；以及受电设备，其具备对来自上述一次侧共振线圈的电力进行磁场共振并接受电力的二次侧共振线圈和被供给上述二次侧共振线圈接受的电力的负载，该共振型非接触供电系统至少由上述一次侧共振线圈、上述二次侧共振线圈以及上述负载构成共振系统。而且，上述电源部被构成为能够变更输出频率，该共振型非接触供电系统具有阻抗测定单元(阻抗测定部)，其测定上述共振系统的输入阻抗、和控制单元(控制部)，其进行控制，使得在将上述电源部的输出频率变更为上述电源部的输出频率f。存在于频率( f。<频率f2、频率f3 ( f。≤频率f4、……、频率f2n—i≤f。( f2n的范围中的任意一个之后，向上述受电设备进行正式送电。上述频率4、4、&、&……Jmf2n Cf1 < f2 < f3 <……<f2n—工
<f2n)是在将向上述共振系统供给上述频率的电力时的上述共振系统的输入阻抗设为Zpz2、z3、……、Z2n—1、Z2nW，成为Z1 = z2、z3 = z4、……、z2n—i = Z2n的频率。此处，所谓的“正式送电”是指在电源部的输出频率f。满足上述条件的状态下，向受电设备传送电力，不包含到设定满足上述条件的输出频率f。的范围之前的准备阶段中的向受电设备的电力的传送。
[0008]若将从电源部向共振系统供给不同的频率f1、f2、f3、……Amf2n Cf1 < f2 < f3<……< fn < f2n)的电力时的共振系统的输入阻抗设为Z1、Z2、Z3、……、Z2n_1、Z2n，则本方式的共振型非接触供电系统基于“存在成为Z1 = Z2, Z3 = Z4,……、Z2H = Z2n的频率，共振系统的共振频率……、Umft52n存在于频率(f01≤频率f2、频率f3 ( fo2≤频率f4、……、频率fn≤fon≤频率f2n的范围”这样的本发明的发明人发现的知识而完成。此处，所谓“共振频率”是指共振系统中的电力传送效率成为最大的频率。
[0009]在该方式中，因为在电源部的输出频率是共振频率或者从共振频率偏离预先设定的值的范围内进行电力传送，所以将电源部的输出频率变更为f\、f2、f3、……、f2n—i < f2nCf1 < f2 < f3 <……< f2n —i < f2n)的情况的共振系统的输入阻抗Z1、Z2、Z3>……、z2n —
1> Z2n由阻抗测定单元测定。控制单元求出成为Z1 = Z2> Z3 = Z4>......、rLlr1-' = Z2n的频
率，并基于其结果控制为，在将电源部的输出频率变更为电源部的输出频率f。存在于频率fi (f。≤频率f2、频率f3 (f。≤频率f4、……、频率f2n—i≤f0≤频率f2n的范围中的任意一个之后，供电设备对受电设备以该输出频率进行正式送电。如果电源部的输出频率f。存在于上述范围中的任意一个，则根据上述的本发明的发明人发现的知识，该输出频率f。与共振系统的共振频率相等或者为从共振频率的偏离小的频率。因此，即使受电设备的负载变动也能够高效地从电源部向负载供给电力。另外，共振型非接触供电系统的设计、制造也容易。
[0010]在本发明的一方式中，上述供电设备以及上述受电设备的至少一方设置有将从上述电源部接受供给的电力通过电磁感应向上述一次侧共振线圈供给的感应线圈、或者将由上述二次侧共振线圈接受的电力通过电磁感应取出的感应线圈，共振系统至少由上述感应线圈、上述一次侧共振线圈、上述二次侧共振线圈以及上述负载构成。
[0011]共振型非接触供电系统为了在供电设备和受电设备之间进行非接触供电，至少存在一次侧共振线圈以及二次侧共振线圈的两个共振线圈即可。可是，设置有将从电源部接受供给的电力通过电磁感应向一次侧共振线圈供给的感应线圈以及将由二次侧共振线圈接受的电力通过电磁感应取出的感应线圈中的至少一方的感应线圈的情况下,调整为匹配状态变得容易。 另外，具备一次侧共振线圈、二次侧共振线圈以及两个感应线圈的全部的构成的情况下，调整为匹配状态更容易。
[0012]在本发明的一方式中，上述控制单元控制为，在上述供电设备的正式送电之前，求出上述频率4、4、&、……J2n-^f2n Cf1 < f2 < f3 <……< f2n —i < f2n)，基于其结果，选择使上述电源部的输出频率f。存在于频率fi ( &<频率4、频率&<&<频率&、……、频率f2n—i频率f2n的范围中的哪个范围来变更上述电源部的输出频率之后，开始正式送电。之后，以规定周期基于上述阻抗测定单元的测定结果判断上述输出频率f。是否脱
离了上述选择的范围，在脱离了的情况下，求出频率fV、f2,、f3,、......、f2n— (fl, < f2>
<<……< f2n —< f2n,)，基于其结果，选择使上述电源部的输出频率f。存在于频率K f。≤频率f2，、频率f3，≤f。≤频率f4，、……、频率f2n—i，≤f。≤f2n，的范围中的哪个范围来变更上述电源部的输出频率之后，进行正式送电。上述频率匕、匕、&,、……、f2n-r、f2n,是在将向上述共振系统供给上述频率fr、f2,、f3,、……、f2n — r、f2n,的电力时的上述共振系统的输入阻抗设为Zr、Z2，、Z3，、……、Z2n —r、Z2n，时，成为Zr = Z2，、Z3，= Z4，、……、Z2n-1，= Z2n，的频率。
[0013]如果共振系统的共振频率恒定，则通过一次将电源部的输出频率设定为共振系统的共振频率从而高效地进行电力传送。可是，在受电设备在接受电力中伴随负载变动的情况下，共振频率与负载的变动对应地变化，所以在电源部的输出频率恒定的情况下，输出频率从共振频率偏离，电力传送效率降低。可是，在该发明中，即使共振系统的共振频率根据充电时的负载的变动而变动，电源部的输出频率f。也在电力传送被高效地进行的范围内根据共振频率的变动来变更。因此，即使在负载变动大的情况下，电力传送也被高效地进行。
[0014]在本发明的一方式中，上述受电设备装备于车辆，上述车辆具备整流器以及电池作为上述负载。在受电设备安装于车辆，作为负载具备电池的情况下，共振系统的共振频率根据电力传送中的负载的变动变大的情况或者车辆为了接受电力(充电)而停止时的停止状态来变化。可是，在该发明中，即使共振系统的共振频率变化，因为电源部的输出频率f。被控制单元变更，所以电力传送也被高效地进行。
[0015]根据本发明，能够提供一种设计、制造容易，且即使负载变动也能够高效地从电源部向负载供给电力的共振型非接触供电系统。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1是第I实施方式的共振型非接触充电系统的构成图。
[0017]图2是省略一部分地表示图1的系统的电路图。
[0018]图3是表示以不同的频率供给电力的情况下的输入阻抗的实部和虚部的关系的图表。
[0019]图4是表示高频电源的输出频率和电力传送效率的关系的图表。
[0020]图5是省略一部分地表示第2实施方式的共振型非接触充电系统的电路图。
[0021]图6是表示以不同的频率供给电力的情况下的输入阻抗的实部和虚部的关系的图。
[0022]图7是表示高频电源的输出频率和电力传送效率的关系的图表。
【具体实施方式】
[0023](第I实施方式)
[0024]以下，参照图1?图4对将本发明具体化为用于对车载电池进行充电的共振型非接触充电系统的第I实施方式进行说明。
[0025]如图1所示，作为共振型非接触供电系统的共振型非接触充电系统由设置于地上侧的供电设备10和安装于作为移动体的车辆的受电设备30构成。
[0026]供电设备10具备作为电源部的高频电源11、与高频电源11的输出部连接的匹配器12、一次侧线圈13、阻抗测定单元(阻抗测定部)14、以及电源侧控制器15。作为阻抗测定单元14使用电力测定器和相位测定器。
[0027]受电设备具备二次侧线圈31、整流器32、充电器33、与充电器33连接的电池(二次电池)34、以及车辆侧控制器35。整流器32、充电器33以及电池34构成负载。
[0028]共振系统由匹配器12、一次侧线圈13、二次侧线圈31以及负载(整流器32、充电器
33、以及电池34)构成。共振系统的共振频率根据向电池34供给的电力的电力值而变化。车辆侧控制器35被输入来自检测向电池34供给的电力的电力值的未图示的检测单元(检测部，即电力检测单元或者电力检测部)的检测信号，从而能够确认向电池34供给的电力的电力值。另外，电源侧控制器15和车辆侧控制器35能够经由未图示的无线通信装置通信，电源侧控制器15从车辆侧控制器35得到充电状态的信息。
[0029]如图2所示，一次侧线圈13由作为感应线圈的一次线圈13a和一次侧共振线圈13b构成。一次线圈13a经由匹配器12与高频电源11连接。一次线圈13a和一次侧共振线圈13b以位于同轴上的方式配设，一次侧共振线圈13b连接有电容C。一次线圈13a通过电磁感应与一次侧共振线圈13b结合,从高频电源11向一次线圈13a供给的交流电力通过电磁感应向一次侧共振线圈13b供给。阻抗测定单元14与一次侧线圈13的一次线圈13a连接，其检测信号向电源侧控制器15输出。
[0030]二次侧线圈31由作为感应线圈的二次线圈31a和二次侧共振线圈31b构成。二次线圈31a和二次侧共振线圈31b以位于同轴上的方式配设，二次侧共振线圈31b连接有电容C。二次线圈31a通过电磁感应与二次侧共振线圈31b结合，通过共振从一次侧共振线圈13b向二次侧共振线圈31b供给的交流电力通过电磁感应向二次线圈31a供给。二次线圈31a与整流器32连接。在该实施方式中，一次侧共振线圈13b以及二次侧共振线圈31b相同地形成，作为各电容C使用相同电容值的电容。
[0031]如图2所示，匹配器12由两个可变电容16、17和电感线圈18构成。一方的可变电容16与高频电源11连接，另一方的可变电容17与一次线圈13a并联连接。电感线圈18在两个可变电容16、17之间连接。通过可变电容16、17的容量变更从而匹配器12的阻抗变更。匹配器12被电源侧控制器15控制。
[0032]高频电源11被构成为能够变更输出频率，输出被来自电源侧控制器15的指令信号指示的输出频率的交流电力。阻抗测定单元14与一次侧线圈13的一次线圈13a连接，测定共振系统的输入阻抗。阻抗测定单元14的检测信号被输出至电源侧控制器15。
[0033]存储器20存储有用 于将高频电源11的输出频率设定在共振系统的共振频率或者从共振频率偏离预先设定的值的范围内的控制程序。CPU19基于阻抗测定单元14的检测信号计算共振系统的共振频率的存在范围，来设定高频电源11的输出频率。详细而言，输入阻抗测定单元14的检测信号，来读取使高频电源11的输出频率变更为f\、f2、f3、……、f2n-1> f2n (fi < f2 < f3 <……< fn < f2n>的情况下的共振系统的输入阻抗Z2、z3、……、Z2n —1、Z2n，并求出成为Zi = Z2、Z3 = Z4、……、z2n —i = Z2n的频率。CPU19基于其结果，将高频电源11的输出频率f。设定为存在于共振频率1、&2、&3、……、fm满足的
条件亦即L≤f2、f3≤f；2≤f4、......、f2n—I≤f2n的范围中的任意一个。即，
CPU19进行控制，使得在将高频电源11的输出频率变更为高频电源11的输出频率f。存在于频率( f。≤频率f2、频率f3 ( f。≤频率f4、……、频率f2n —:≤f。( f2n的范围中的任意一个之后，供电设备10对于受电设备30进行正式送电。
[0034]上述的输出频率f。的设定方法是基于本发明的发明人发现的如下的见解。对于共振型非接触供电系统而言，若将从高频电源11向共振系统供给不同的频率f\、f2、f3、……、f2n-l>f2n (fl < f2 < f3 <……< < f2n)的电力时的共振系统的输入阻抗设为ZpZ2、Z3、……、z2n—1、z2n，贝IJ“存在成为Z1 = z2、z3 = z4、……、z2n—I = Z2n的频率。另外，共振系统的共振频率……、f?存在于频率(f01≤频率f2、频率f3 (f02≤频率f4、……、频率K fon≤频率f2n的范围”。此外，若将阻抗设为Zi = Ri + jXi，则所谓Z1 = Z2 是指 R1 = R2 且 X1 = X2O
[0035]接下来，对于上述的见解的证据进行说明。[0036]在图3表示使用输出阻抗被固定为50Q的一般的高频电源，并将输出频率在9.50MHz~11.0OMHz的范围中变更，来测定共振系统的输入阻抗的情况的输入阻抗的实部和虚部的关系。输出频率以从9.50MHz每次增加0.025MHz的方式变更来实行。此外，在图3中，Ps所示的点是与输出频率9.50MHz对应的点，Pe所示的点是与输出频率11.0OMHz对应的点。
[0037]如图3所示，共振系统的输入阻抗并不是与高频电源的输出频率的增加对应地单纯地变化，而是频率在9.50MHz~10.1OMHz中，随着频率的增加输入阻抗的实部以及虚部均增加，之后，到频率10.18MHz之前随着频率的增加输入阻抗的实部增加而虚部减少。另外，随着频率的进一步增加，以成为输入阻抗的实部以及虚部均减少的状态、实部减少而虚部增加的状态、实部以及虚部均增加的状态、实部增加而虚部减少的状态，实部以及虚部均减少的状态、实部减少而虚部增加的状态的方式变化。
[0038]在图3中，所示的点的输入阻抗Z1和f2所示的点的输入阻抗Z2几乎相等。
[0039]f: = 10.325MHz, Z1 = 46.7 + j4.69
[0040]f2 = 10.925MHz, Z2 = 51.6 + j4.85
[0041]因为在实验中未精细地采样数据，所以严格来说不成为Z1 = Z2，但是如果以高频电源的输出频率的增加量比0.025MHz小的间隔采样数据，则认为与图3所示的曲线的交点对应的频率中小的一方的频率成为，大的一方的频率成为f2，在和f2处为Z1 = Z2。
[0042]在图4表示使高频电源的输出频率在9.5MHz~11.0MHz的范围中变化来测定各频率的电力传送效率的结果。从图4可知，共振系统的电力传送效率成为最大(95.05%)的频率10.575MHz为共振系统的共振频率f^。该共振频率fj 10.575MHz)为f\( 10.325MHz)和f2 (10.925MHz )之间的值，满足f: ( f0l ( f2的关系。
[0043]为了确认电力传送效率成为最大的频率不存在于和f2之间以外，使高频电源的输出频率在9.5MHz~11.0MHz的范围中变化来测定各频率的电力传送效率，确认了电力传送效率成为最大的频率存在于和f2之间。
[0044]接下来，对如上述那样构成的共振型非接触充电系统的作用进行说明。
[0045]在对安装于车辆的电池34进行充电的情况下，在车辆停止在供电设备10的附近的规定位置的状态下进行向电池34的充电。车辆侧控制器35向电源侧控制器15发送充电请求信号。另外，车辆侧控制器35确认电池34的充电状态(S0C)，将该信息发送给电源侧控制器15。
[0046]若电源侧控制器15 (CPU19)确认了充电请求信号，则由匹配器12进行匹配。接下来，CPU19在供电设备10的正式送电之前，以如下的方式进行高频电源11的输出频率的设定。此外，所谓“正式送电”是指在高频电源11的输出频率f。对于满足如上述那样设定的( f0l ( f2的关系的频率f\、f2满足≤f。≤f2的关系的状态下向受电设备30传送电力。
[0047]首先，CPU19输入阻抗测定单元14的检测信号来读取将高频电源11的输出频率变更为f\、f2> f3>……、f2n— 1、f2? Cf1 < f2 < f3 <……< f2n— i < f2n)的情况下的共振
系统的输入阻抗 Zp Z2、Z3、......、Z2n —1、Z2n,求出成为 Z1 = Z2、Z3 = Z4、......、Z2n—I = Z2n
的频率。CPU19基于其结果，将高频电源11的输出频率f。设定为存在于共振频率fd、fo2>fo3>......、足的条件亦即 ( fol ( f2> f3 ( fo2 ( f4>......、f2n— I ≤ fon ( f2n 的范围中的任意一个。CPU19在将高频电源11的输出频率f。变更为上述设定的范围内的频率，例如成为< f。< f2之后，开始正式送电。
[0048]而且，从高频电源11向一次线圈13a以设定的频率输出高频电力，并在通过电磁感应被供给电力的一次线圈13a产生磁场。该磁场通过一次侧共振线圈13b和二次侧共振线圈31b的磁场共振而增强。通过二次线圈31a利用电磁感应来从增强的二次侧共振线圈31b附近的磁场取出交流电力，被整流器32整流之后，由充电器33向电池34充电。
[0049]CPU19以规定周期输入阻抗测定单元14的检测信号，基于测定结果，判断输出频率f。是否脱离了之前选择的范围，即输出频率f。是否满足< f。< f2。CPU19在输出频率
f0脱离了之前选择的范围的情况下，求出频率fV、f2，、f3，、......、f2n —i，、f2n，(fi，< fV < fV
<……<&—:，< f2n，)。而且控制为，基于其结果选择使高频电源11的输出频率f。存在于频率fi，≤fo≤频率f2，、频率f3≤fo≤频率f4，、……、频率f2n—i≤fo≤f2n，的范围中的哪个范围来变更高频电源11的输出频率，然后进行正式送电。频率4，、4、&，、……、f2n—i，、f2n，是在将向共振系统供给频率fi，、f2，、f3，、……，f2n—i，、f2n，的电力时的共振系统的输
入阻抗设为 Z1,、Z2,、Z3,、......、Z2n — i,、Z2n,时成为 Z1, = Z2,、Z3, = Z4,、......、Z2n-1 = Z2n,的频率。
[0050]若电池34充满电，则车辆侧控制器35停止充电器33的充电，并且向电源侧控制器15发送充电结束信号。另外，即使在到达充满电之前，例如，若由驾驶员输入充电停止指令，则停止充电器33的充电，并且向电源侧控制器15发送充电结束信号。若电源侧控制器15接收到充电结束信号，则结束电力传送(供电)。
[0051]根据该实施方式，能够得到以下所示的效果。
[0052](1)在共振型非接触充电系统中，电源部(高频电源11)被构成为能够变更输出频率，设置有测定共振系统的输入阻抗的阻抗测定单元14。控制单元(控制部，即CPU19)进行控制，使得在将高频电源11的输出频率f。变更为高频电源11的输出频率f。存在于频率fi ( f。≤频率f2、频率f3 ( f。≤频率f4、……、频率f2n—i≤f0 ( f2n的范围中的任意一个之后，向受电设备30进行正式送电。频率f\、f2、f3、f4、……、f2n—1、f2n Cf1 < f2 < f3<……< f2n —工< f2n)是在将向共振系统供给上述频率的电力时的共振系统的输入阻抗设
为 Z1、Z2、Z3、......、Z2n —1、Z2n 时成为 Z1 = Z2、Z3 = Z4、......、Z2n-1 = Z2n 的频率。因此，即
使受电设备30的负载变动也能够高效地从高频电源11向负载供给电力。另外，共振型非接触供电系统的设计、制造也容易。
[0053](2)控制单元(CPU19)在供电设备10的正式送电之前，求出频率f丨、f2、f3、f4、......、
f2n-l>f2n(fl < f2 < f3 <……< f2n—i < D。而且，基于其结果，选择使高频电源11的输出频率f0存在于频率fl ( f0 <频率f2、频率f3 ( f0 <频率f4、……、频率f2n— i < f。(频率f2n的范围中的哪个范围来变更高频电源11的输出频率之后，开始正式送电。之后，控制单元以规定周期基于阻抗测定单元14的测定结果来判断输出频率f。是否脱离了上述选
择的范围，在脱离了的情况下，求出频率fpfpfn......、4— l，、f；to，(fl，< f2>< f3><......<f2n—i，<f2n，)。而且，进行控制，使得基于其结果，选择使高频电源11的输出频率f。存在于频率，≤f。≤频率f2，、频率f3≤f。≤频率f4，、……，频率f2n—:，≤f。≤f2n，的范围中的哪个范围来变更高频电源11的输出频率之后，进行正式送电。频率匕、4、&，、……、f2n — r、f2n，是在将向共振系统供给频率、f2，、f3，、……、f2n — r、f2n，的电力时的共振系统的細入阻抗设为 Z1,、Z2,、Z3,、......，Z2n — r、Z2n,时成为 Z1, = Z2,、Z3, = Z4,、......、Z2n — r =
Z2n.的频率。
[0054]在受电设备30在接受电力中伴随负载变动的情况下，共振频率与负载的变动对应地变化，所以在高频电源11的输出频率恒定的情况下，输出频率从共振频率偏离，电力传送效率降低。可是，在该实施方式中，即使共振系统的共振频率根据充电时的负载的变动而变动，高频电源11的输出频率f。也在高效地进行电力传送的范围内根据共振频率的变动而变更。因此，即使负载变动大的情况下，电力传送也被高效地进行。
[0055](3)受电设备30装备于车辆，车辆作为负载具备整流器32、充电器33以及电池
34。在受电设备30安装于车辆，作为负载具备电池34的情况下，共振系统的共振频率根据电力传送中的负载的变动变大的情况、或者车辆为了受电(充电)而停止时的停止状态而变化。可是，在该实施方式中，即使共振系统的共振频率变化，因为高频电源11的输出频率f。被控制单元(CPU19)变更，所以电力传送也被高效地进行。
[0056](第2实施方式)
[0057]接下来，参照图5?图7对将本发明具体化的第2实施方式进行说明。在该实施方式中，构成共振系统的线圈的数量在供电设备10以及受电设备30中均为一个这一点与上述第I实施方式不同。与第I实施方式相同的部分标记相同的附图标记并省略详细说明。
[0058]如图5所示，一次侧共振线圈13b经由匹配器12与高频电源11连接。二次侧共振线圈31b与整流器32连接。即，一次侧线圈13不具备作为感应线圈的一次线圈13a而仅由一次侧共振线圈13b构成，二次侧线圈31不具备作为感应线圈的二次线圈31a而仅由二次侧共振线圈31b构成。
[0059]在该实施方式中，在针对安装于车辆的电池34的充电时，电源侧控制器15以及车辆侧控制器35按照与第I实施方式相同的各步骤依次进行控制。而且，从高频电源11向一次侧共振线圈13b以共振系统的共振频率输出高频电力，该电力通过一次侧共振线圈13b和二次侧共振线圈31b的磁场共振而增强，从二次侧共振线圈31b输出的交流电力由整流器32整流之后，通过充电器33向电池34充电。
[0060]即使构成共振型非接触充电系统的共振系统的线圈的数量在一次侧以及二次侧均被变更为一次侧共振线圈13b以及二次侧共振线圈31b —个的构成，也与第I实施方式相同，CPU19进行能够基于阻抗测定单元14的检测信号来计算共振系统的共振频率的存在范围的保证。
[0061]具体而言，进行与第I实施方式的情况相同的实验。其中，在高频电源的输出频率的范围比第I实施方式的情况的实施例1低的频率范围内进行。在图6表示将输出频率在50kHz?200kHz的范围中变更来测定共振系统的输入阻抗的情况的输入阻抗的实部和虚部的关系。输出频率以从50kHz每次增加IkHz的方式变更来实行。此外，在图6中，Ps所示的点是与输出频率50kHz对应的点，Pe所示的点是与输出频率200kHz对应的点。
[0062]如图6所示，共振系统的输入阻抗并不是与高频电源的输出频率的增加对应地单纯地变化，而是频率在50kHz?114kHz中，随着频率的增加输入阻抗的实部以及虚部均增力口，之后，到频率121kHz之前随着频率的增加，输入阻抗的实部增加而虚部减少。另外，随着频率的进一步增加，以成为输入阻抗的实部以及虚部均减少的状态、实部减少而虚部增加的状态、实部以及虚部均增加的状态、实部增加而虚部减少的状态、实部以及虚部均减少的状态、实部减少而虚部增加的状态的方式变化。
[0063]在图6中，所示的点的输入阻抗Z1和f2所示的点的输入阻抗Z2几乎相等。
[0064]f: = 123kHz, Z1 = 168.57 + j2.49
[0065]f2 = 171kHz, Z2 = 162.0 + j4.12
[0066]因为在实验中未精细地采样数据，所以严格来说不成为Z1 = Z2，但是如果以高频电源的输出频率的增加量比IkHz小的间隔采样数据，则认为与图6所示的曲线的交点对应的频率中的小的一方的频率成为，大的一方的频率成为f2，在和f2成为Z1 = Z2。 [0067]在图7表示使高频电源的输出频率在50kHz~200kHz的范围中变化来测定各频率的电力传送效率的结果。从图7可知，共振系统中的电力传送效率成为最大(98.80%)的频率140kHz为共振系统的共振频率f。。该共振频率f。(MOkHz)Sf1 (123kHz)和f2(171kHz)之间的值，满足f1≤f。≤f2的关系。
[0068]为了确认电力传送效率成为最大的频率不存在于和f2之间以外，使高频电源的输出频率在50kHz~200kHz的范围中变化来测定了各频率下的电力传送效率，确认了电力传送效率成为最大的频率存在于和f2之间。
[0069]在该第2实施方式中，能够得到与第I实施方式的效果(I)~(4)基本相同的效果，另外能够得到如下的效果。
[0070](5)供电设备10以及受电设备30中构成共振系统的线圈的数量均为一个，所以能够实现共振系统的小型化，将受电设备30安装在车辆时的安装空间的确保变得容易，并且安装位置的自由度变大。
[0071]实施方式并不局限于上述两实施方式，例如，也可以如下面那样具体化。
[0072]〇共振型非接触供电系统为了在供电设备10和受电设备30之间进行非接触供电，不是必须具备一次线圈13a、一次侧共振线圈13b、二次线圈31a以及二次侧共振线圈31b的全部，也可以如第2实施方式那样省略作为感应线圈的一次线圈13a以及二次线圈31a的两方。另外,也可以省略作为感应线圈的一次线圈13a以及二次线圈31a的任意一方。可是，具备一次线圈13a、一次侧共振线圈13b、二次线圈31a以及二次侧共振线圈31b的全部的构成的情况下，调整为匹配状态较容易。
[0073]〇也可以在受电设备30设置匹配器。例如，也可以在二次线圈31a和整流器32之间设置匹配器，使车辆侧控制器35进行该匹配器的调整。如第2实施方式那样，在设置于共振系统的线圈是一次侧共振线圈13b以及二次侧共振线圈31b两个的情况下，优选在供电设备10以及受电设备30的双方设置匹配器。
[0074]〇也可以仅将匹配器12设置在二次侧(受电设备30侧)。另外，也可以构成为在一次侧(供电设备10侧)以及二次侧(受电设备30侧)均不设置匹配器12。
[0075]〇也可以分别在一次侧(供电设备10侧)以及二次侧(受电设备30侧)设置多个匹配器12。
[0076]〇匹配器12并不局限于具备两个可变电容16、17和电感线圈18的构成,例如,可以为具备可变电感线圈作为电感线圈18的构成，或者由可变电感线圈和两个非可变电容构成。
[0077]〇匹配器并不局限于能够调整阻抗的构成，也可以是阻抗固定的构成。
[0078]〇在供电设备10以及受电设备30的任意一方均不设置匹配器，在共振系统的共振频率根据共振系统的输入阻抗的变动从在正式传送开始时设定输出频率f。时的值偏离规定量以上的情况下，可以仅通过将输出频率f。设定为与变动后的共振频率对应的值来对应。
[0079]〇可以代替匹配器设置功率改善电路(PFC电路)。在该情况下，代替阻抗测定单元14设置相位差测定单元(相位差测定部)。
[0080]〇测定阻抗的位置并不局限于图2所示的位置，即测定一次侧线圈13的输入阻抗的位置。例如，也可以测定匹配器12的输入端的阻抗。
[0081]〇整流器32也可以内置于充电器33。
[0082]〇也可以不设置充电器33，而使从二次侧线圈31输出的交流电流由整流器32整流之后，直接向电池34充电。
[0083]〇电源部并不局限于高频电源11，只要是输出交流的构成即可，例如，可以转换从工业电源供给的交流电力的频率进而输出。
[0084]〇作为移动体的车辆并不局限于需要驾驶员的车辆，也可以是无人搬运车。
[0085]〇共振型非接触充电系统并不局限于对于安装于车辆的电池34进行非接触充电的系统。例如，也可以是对于装备于船舶或者自走式的机器人等的移动体的电池，或者安装于移动电话机、便携式个人计算机等便携式的电子设备的电池进行非接触充电的系统。
[0086]〇共振型非接触供电系统并不局限于共振型非接触充电系统，也可以应用于对于装备于机器人等的移动体的电动设备供给电力的装置。
[0087]〇共振型非接触供电系统也可以设为在移动至由作为动力源不接受非接触电力传送而用通常的电力来驱动的输送机等的输送单元(输送部)规定的作业位置，并且具备以恒定电力来驱动的电动机作为负载的装置装备受电设备30的构成。
[0088]〇一次线圈13a以及二次线圈31a的直径并不局限于与一次侧共振线圈13b以及二次侧共振线圈31b的直径相同地形成的构成，既可以小也可以大。
[0089]〇在第2实施方式中，一次侧共振线圈13b以及二次侧共振线圈31b并不局限于多匝的线圈，也可以使用匝数是一匝的线圈。
[0090]〇也可以省略与一次侧共振线圈13b以及二次侧共振线圈31b连接的电容C。可是，连接电容C的构成与省略电容C的情况相比， 能够降低共振频率。另外，如果共振频率相同，则与省略电容C的情况相比，能够实现一次侧共振线圈13b以及二次侧共振线圈31b的小型化。
[0091]根据上述实施方式能够把握以下的技术思想(发明)。
[0092](I)在权利要求1~权利要求4的任意一项所述的发明中，上述供电设备在上述输出电源连接有匹配器。
[0093](2)在权利要求1~权利要求4以及上述技术思想(I)的任意一项所述的发明中，上述电源部的输出频率满足在电波法中允许使用的条件。
【权利要求】
1.一种共振型非接触供电系统，其具备供电设备和受电设备，并至少由一次侧共振线圈、二次侧共振线圈以及负载构成共振系统，所述供电设备具备电源部和从所述电源部接受电力供给的所述一次侧共振线圈，所述受电设备具备对来自所述一次侧共振线圈的电力进行磁场共振并接受电力的所述二次侧共振线圈和被供给所述二次侧共振线圈接受的电力的所述负载，其中， 所述电源部被构成为能够变更输出频率， 所述共振型非接触供电系统具有: 阻抗测定单元，其测定所述共振系统的输入阻抗；以及 控制单元，其进行控制，使得在将所述电源部的输出频率变更为所述电源部的输出频率f0存在于频率fi ≤f。≤频率f2、频率f3 ≤f。≤频率f4、……、频率f2n—i≤f。≤f2n的范围中的任意一个之后向所述受电设备进行正式送电， 所述频率 f\、f2> f3> f4、……、f2n— 1、f2? Cf1 < f2 < f3 <……< f2n— i < f2n)是在将向所述共振系统供给所述频率的电力时的所述共振系统的输入阻抗设为\、Z2, Z3,……、2211—1、2211时成为 Z1 = Z2、Z3 = Z4、......、Z2n—丨=Z2n 的频率。
2.根据权利要求1所述的共振型非接触供电系统，其中， 所述供电设备以及所述受电设备的至少一方设置有将从所述电源部接受供给的电力通过电磁感应向所述一次侧共振线圈供给的感应线圈、或者将由所述二次侧共振线圈接受的电力通过电磁感应取出的感应线圈，所述共振型非接触供电系统至少由所述感应线圈、所述一次侧共振线圈、所述二次侧共振线圈以及所述负载构成共振系统。
3.根据权利要求1或者2所述的共振型非接触供电系统，其中， 所述控制单元进行控制，使得在所述供电设备的正式送电之前，求出所述频率f\、f2、f3>......、f2n —1、f2n(fi < f2 < f3 <......< f2n —I < f2n)，并基于该结果选择使所述电源部的输出频率f。存在于频率≤ f。≤频率f2、频率f3 ≤ f。≤频率f4、……、频率f2n — i≤f。≤频率f2n的范围中的哪个范围来变更所述电源部的输出频率，然后开始正式送电，之后以规定周期基于所述阻抗测定单元的测定结果来判断所述输出频率f。是否脱离了所述选择的范围，在脱离了的情况下，求出频率fV、f2>> f3，、......、f2n—I，、f2n- (fi，< fV < fy <......<f2n-r < f2n，)，并基于该结果选择使所述电源部的输出频率f。存在于频率fV ( f。<频率f2，、频率f3，≤f。≤频率f4，、……、频率f2n—r ^f0 ^ f2n，的范围中的哪个范围来变更所述电源部的输出频率，然后进行正式送电， 所述频率fV、f2，、f3，、......、f2n_f2n，是在将向所述共振系统供给所述频率f\，、fV、f3，、……、f2n - r、f2n，的电力时的所述共振系统的输入阻抗设为m……，Z2n _ r、Z2n,时成为 Z1, = Z2,、Z3, = Z4,、......、z2n —r = Z2n,的频率。
4.根据权利要求1~3中任意一项所述的共振型非接触供电系统，其中， 所述受电设备被装备于车辆，所述车辆具备整流器以及电池作为所述负载。
【文档编号】B60L5/00GK103608998SQ201280028777
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2012年5月11日 优先权日:2011年6月17日
【发明者】田口雄一, 山口敦 申请人:株式会社丰田自动织机