专利名称：共振型非接触供电系统的受电设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及共振型非接触供电系统的受电设备。详细来说，受电设备适合于安装在具备有将从供电设备以非接触方式供给的电力进行充电的蓄电装置的移动体上而使用。
背景技术：
以往提出一种如下的充电系统 通过共振法从车辆外部的电源以无线方式接受充电电力，从而能够对车载的蓄电装置进行充电(参考专利文献I)。上述文献的充电系统具备电动车辆和供电装置，电动车辆包括次级自谐振线圈(次级侧共振线圈)、次级线圈、整流器和蓄电装置。供电装置具备高频电力驱动器、初级线圈和初级自谐振线圈(初级侧共振线圈)。次级自谐振线圈的匝数基于蓄电装置的电压、初级自谐振线圈与次级自谐振线圈之间的距离、初级自谐振线圈以及次级自谐振线圈的共振频率被设定。供电装置与车辆之间的距离根据车辆的状况(装载状况、轮胎的空气压等)变化，该结果产生的供电装置的初级自谐振线圈与车辆的次级自谐振线圈之间距离的变化给初级自谐振线圈以及次级自谐振线圈的共振频率带来变化。于是，上述文献公开了在次级自谐振线圈的导线上连接可变电容器，在蓄电装置充电时，根据电压传感器以及电流传感器的检测值计算出蓄电装置的充电电力。上述文献还公开了为了使蓄电装置的充电电力达到最大，而调整次级自谐振线圈的可变电容器的电容，从而调整次级自谐振线圈的LC共振频率。专利文献I :日本特开2009-106136号公报这样，上述文献公开了在初级自谐振线圈与次级自谐振线圈之间的距离随着车辆的状况(装载状况、轮胎的空气压等)而变化的情况下，也可从供电侧向受电侧高效地供给电力的方法。即、上述文献公开了调整次级自谐振线圈的可变电容器的电容，以使蓄电装置充电时蓄电装置的充电电力达到最大。然而，在上述文献的方法中，为了使从充电开始到充电结束充电电力达到最大，而需要持续调整次级自谐振线圈的可变电容器的电容，调整上花费时间。
发明内容
本发明的目的在于提供一种共振型非接触供电系统的受电设备，其即使在充电时蓄电装置的充电状态发生变化也能够容易地进行受电设备的匹配器的调整，以便从受电设备高效地进行电力传输，且能够高效率地进行充电。为了实现上述目的，本发明提供的共振型非接触供电系统的受电设备具备次级侧共振线圈，其接受来自供电设备所具有的初级侧共振线圈的电力；和整流器，其对上述次级侧共振线圈接受到的电力进行整流。并且，受电设备具备次级匹配器，其设置在上述次级侧共振线圈与上述整流器之间；充电器，其被供给通过上述整流器整流后的电力；蓄电装置，其与上述充电器连接；以及控制部，其在上述充电装置充电时调整上述次级匹配器。上述控制部将在上述充电时来自上述供电设备的输出上升过程中的充电电力与上述次级匹配器的匹配状态的关系作为数据存储于存储装置。并且，控制部构成为，在来自上述供电设备的输出下降过程中，根据在上述输出上升过程中存储于上述存储装置的数据来调整上述次级匹配器，以使上述次级匹配器成为与充电电力对应的适当的状态。根据此发明，在蓄电装置充电时调整次级匹配器的情况下，控制部(控制单元)将来自供电设备的输出上升过程中的充电电力与次级匹配器的匹配状态之间的关系作为数据存储于存储装置。并且，在来自供电设备的输出下降过程中，控制部根据在输出上升过程中已经存储于存储装置的数据来调整次级匹配器，以使次级匹配器成为与充电电力对应的适当的状态。因此，控制部需要调整次级匹配器，以便在来自供电设备的输出上升过程中与蓄电装置的充电电力对应地使次级匹配器成为适当的阻抗。但是，控制部在来自供电设备的输出下降过程中，根据已经存储于存储装置的数据来调整次级匹配器。因此，控制部能够容易地将次级匹配器调整为与充电电力对应的适当的状态。因此，即使充电时充电电力发生变化，也能够容易地调整受电设备的次级匹配器，以使从供电设备高效地进行电力传输。即、能够高效地进行充电。
图I是一实施方式所涉及的非接触供电系统的结构图。图2是表示图I的电池充电时充电电力随时间变化的曲线图。
具体实施例方式图I和图2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供电系统上的一实施方式进行说明。如图I所示，共振型非接触供电系统具备供电设备10和移动体设备20。供电设备10是设置于地面侧的供电侧设备(输电侧设备)。移动体设备20是作为安装在作为移动体的车辆(汽车)上的受电侧设备的移动体侧设备。供电设备10具备作为交流电源的高频电源11、初级匹配器12、初级线圈装置13以及电源控制器14。从作为电源侧控制器的电源控制器14对高频电源11发送电源开/关信号，根据该信号接通/断开高频电源11。高频电源11输出与共振系统的预先设定的共振频率相等的频率的交流电力，例如数MHz左右的高频电力。作为初级侧线圈的初级线圈装置13由初级线圈13a和初级侧共振线圈13b构成。初级线圈13a经由初级匹配器12与高频电源11连接。初级线圈13a和初级侧共振线圈13b配设为位于同一轴上，在初级侧共振线圈13b上并联连接有电容器C。初级线圈13a与初级侧共振线圈13b通过电磁感应而稱合,从高频电源11向初级线圈13a供给的交流电力通过电磁感应被供给初级侧共振线圈13b。作为初级侧匹配器的初级匹配器12由作为可变电抗的2个初级可变电容器15、16和初级电感器17构成。一个初级可变电容器15与高频电源11连接，另一个初级可变电容器16与初级线圈13a并联连接。初级电感器17连接在两个初级可变电容器15、16之间。通过变更初级可变电容器15、16的电容来改变初级匹配器12的阻抗。初级可变电容器15、16为具有例如通过马达驱动的未图示的旋转轴的公知构成，马达由来自电源控制器14的驱动信号来驱动，由此初级可变电容器15、16的电容分别被变更。移动体设备20具备次级线圈装置21、次级匹配器22、整流器23、充电器24、电池25以及车载控制器26。电池25是与充电器24连接的蓄电装置。并且，移动体设备20具备检测电池25的电压的电压传感器27、和检测从整流器23流向充电器24的电流的电流传感器28。作为车辆侧控制器的车载控制器26作为控制单元(控制部)发挥作用，该控制单元基于电压传感器27以及电流传感器28的检测信号来计算电池25的充电电力。充电器24具备DC/DC转换器(未图示)，该DC/DC转换器将被整流器23整流后的直流转换为适合于向电池25充电的电压。在电池25充电时，车载控制器26控制充电器24的DC/DC转换器的开关元件。作为次级侧线圈的次级线圈装置21由次级线圈21a和次级侧共振线圈21b构成。次级线圈21a和次级侧共振线圈21b配设为位于同一轴上，和与初级侧共振线圈13b不同的电容器C和次级侧共振线圈21b连接。次级线圈21a与次级侧共振线圈21b通过电磁感应而耦合，通过共振从初级侧共振线圈13b供给到次级侧共振线圈21b的交流电力通过电磁感应供给给次级线圈21a。次级线圈21a与次级匹配器22连接。另外，初级线圈13a、初级侧共振线圈13b、次级侧共振线圈21b以及次级线圈21a 各自的匝数和圈径与要从供电设备10向移动体设备20供电(传输)的电力的大小等对应地适当设定。在本实施方式中，初级匹配器12、初级线圈13a、初级侧共振线圈13b、次级侧共振线圈21b、次级线圈21a、次级匹配器22、整流器23、充电器24以及电池25构成共振系统。作为次级侧匹配器的次级匹配器22由作为可变电抗的2个次级可变电容器29、30和次级电感器31构成。次级电感器31连接在两个次级可变电容器29、30之间。一个次级可变电容器29与次级线圈21a并联连接，另一个次级可变电容器30与整流器23连接。通过改变次级可变电容器29、30的电容来改变次级匹配器22的阻抗。次级可变电容器29、30为具有例如通过马达驱动的未图示的旋转轴的公知构成，若马达被来自车载控制器26的驱动信号驱动，则次级可变电容器29、30的电容分别被变更。作为车辆侧控制器的车载控制器26具备车载CPU32以及车载存储装置(存储器)33。车载存储装置33存储有在电池25充电时用于车载控制器26调整次级匹配器22的控制程序。在电池25充电时，车载控制器26按照控制程序，将来自供电设备10的输出上升过程中的充电电力与次级匹配器22的匹配状态之间的关系作为数据存储于车载存储装置33中。并且,车载控制器26在来自供电设备10的输出下降过程中，基于在输出上升过程中存储在车载存储装置33中的数据，调整次级匹配器22，以使次级匹配器22成为与充电电力对应的适当的状态。具体来说，车载控制器26通过调整次级可变电容器29、30，而调整为使次级匹配器22成为与充电电力对应的适当的状态。接下来，对上述那样构成的共振型非接触供电系统的作用进行说明。在对安装在车辆上的电池25进行充电的情况下，车辆在供电设备10规定的充电停止位置停止。车辆在供电设备10规定的充电停止位置停止后，车载控制器26向电源控制器14发送供电请求信号。电源控制器14若接收到供电请求信号就开始供电。于是，若从供电设备10的高频电源11对初级线圈13a施加共振频率的交流电压，则通过非接触共振从初级侧共振线圈13b向次级侧共振线圈21b供给电力。次级侧共振线圈21b接受到的电力经由次级匹配器22以及整流器23供给给充电器24，由此与充电器24连接的电池25被充电。
另外，在对安装在车辆上的电池25进行充电的情况下，车辆未必正确地停止在供电设备10和移动体设备20之间高效地进行非接触供电的充电位置。因此，也存在在充电之前，对初级匹配器12以及次级匹配器22进行调整的情况。以非接触方式从供电设备10向移动体设备20供给(供电)的电力即、充电电力不是恒定，充电电力根据电池25的充电状态(SOC，State of Charge :荷电状态)变化。另外，初级侧共振线圈13b与次级侧共振线圈21b之间的距离即使是适合从供电设备10向移动体设备20高效地进行电力传输的距离，也可能存在电池25成为如下的充电状态，S卩、如果不将次级匹配器22的阻抗调整为与充电电力对应的适当值，则不能以高效的状态持续电池25的充电。在高效地进行电池25的充电的情况下，从充电开始到充电结束，从供电设备10输出的输出电力的变化与电池25的充电电力的变化相对应。即、如图2所示，在充电初期，充 电电力的变化是在较大的状态下上升到最大值。其后，在充电电力下降时，以比上升时变化比例小的状态渐渐下降。即、供电设备10在充电时以来自高频电源11的输出电力单调增加的方式输出后，至充电结束为止以单调减少的方式输出。在图2的方式中，从充电开始到充电电力达到最大的时间比充电电力从最大的状态至充电停止的时间短。车载控制器26在充电时的来自供电设备10的输出上升过程中按每个规定时间输入电压传感器27以及电流传感器28的检测信号，并基于该检测信号来计算充电电力。并且车载控制器26通过调整次级可变电容器29、30，将次级匹配器22调整为充电电力的匹配状态，即、适当的阻抗。并且，车载控制器26将充电电力与次级匹配器22之间的关系作为数据存储于车载存储装置33。例如车载控制器26将充电电力与次级可变电容器29、30的电容之间的关系作为数据存储于车载存储装置33。并且，车载控制器26在来自供电设备10的输出下降过程，即、充电电力下降过程中，根据在输出上升过程被存储到车载存储装置33中的数据，调整次级匹配器22 (次级可变电容器29、30 )，以使次级匹配器22成为与充电电力对应的适当的状态。具体来说，车载控制器26采用针对与充电电力上升过程中同样的充电电力的适当的次级可变电容器29、30的电容，作为与充电电力下降过程中某时刻的充电电力对应的适当的次级可变电容器29,30的电容。例如车载控制器26采用针对与图2所示的充电电力上升过程中的“A”点的充电电力的、适当的次级可变电容器29、30的电容，作为针对与充电电力下降过程中的“B ”点的充电电力的适当的次级可变电容器29、30的电容。因此，车载控制器26在充电电力下降过程中按每个规定时间根据电压传感器27以及电流传感器28的检测信号来计算充电电力，并以成为与计算出的充电电力对应的电容值的方式调整次级可变电容器29、30的电容。由此，车载控制器26在来自供电设备10的输出上升过程中需要与充电电力对应地调整次级匹配器22，以使次级匹配器22成为适当的阻抗，但在来自供电设备10的输出下降过程中，根据存储于车载存储装置的数据来调整次级匹配器22。因此，能够容易地将次级匹配器22调整为与充电电力对应的适当状态。通过这样调整次级匹配器22，供电设备10能够高效地进行电力传输。车载控制器26根据例如从电池25的电压达到规定电压时经过的时间来判断充电结束。若电池25的充电结束,则车载控制器26向电源控制器14发送充电结束信号。电源控制器14若接收到充电结束信号，则使电力传输结束。
这种实施方式，具有以下所示的优点。( I)共振型非接触供电系统的受电侧设备亦即移动体设备20具备次级侧共振线圈21b，其接受来自供电设备10的初级侧共振线圈13b的电力；整流器23，其对次级侧共振线圈21b接受的电力进行整流；次级匹配器22，其设置在次级侧共振线圈21b与整流器23之间。并且，移动体设备20具备充电器24，其被供给通过整流器23整流的电力；电池25，其与充电器连接；车载控制器26，其在充电器25充电时，对次级匹配器22进行调整。车载控制器26将在电池25充电时来自供电设备10的输出上升的输出上升过程中的充电电力与次级匹配器22的匹配状态之间的关系作为数据存储于车载存储装置33。并且，车载控制器26在来自供电设备10的输出下降的输出下降过程中，根据在输出上升过程中存储在车载存储装置中的数据，调整次级匹配器22，以使次级匹配器22成为与充电电力对应的适当的状态。因此，对于本实施方式而言，即使充电时电池25的充电状态发生变化，也能够容易地调整受电设备的次级匹配器22，以便从供电设备10进行高效的电力传输，由此，能够高·效地进行电力传输。(2)供电设备10使在充电时来自高频电源11的输出电力以单调递增的方式输出，之后到充电结束为止以单调地减少的方式，并且以输出电力从充电开始至达到最大的时间小于输出电力从最大的状态至充电停止的时间相的方式输出电力。因此，根据本实施方式，例如与输出电力从充电开始到达到最大的时间比输出电力从最大的状态至到充电停止的时间长的情况相比，能够缩短调整次级匹配器22所需要的时间。(3)在次级匹配器22中使用由两个次级可变电容器29、30和一个次级电感器31构成的η型匹配器。因此，能够通过调整一个可变电容器(例如次级可变电容器29)来对次级匹配器22的阻抗进行大的调整，通过调整另一个可变电容器(例如次级可变电容器30)来微调整次级匹配器22的阻抗。即、能够简单地进行次级匹配器22的阻抗调整。(4)在供电设备10中设置有初级匹配器12。例如，在电池25充电时，车辆未必正确地停止在供电设备10和移动体设备20之间高效地进行非接触供电的充电位置。然而，在本实施方式中，在充电之前，通过调整初级匹配器12以及次级匹配器22，即使不改变高频电源11的输出频率，也容易调整为从供电设备10高效地进行电力传输的状态。(5)移动体设备20被安装在车辆(汽车)上，在供电设备10中设置有次级匹配器
12。即使在车辆停止在供电设备10的规定的充电停止位置上的状态下，因车辆的状况(装载状况、轮胎的空气压等)，存在初级侧共振线圈13b与次级侧共振线圈21b之间的距离成为与为了从供电设备10高效地进行电力传输而预先设定的值不同的状态的情况，即、存在共振频率偏离的情况。然而，在本实施方式中，因为在供电设备10中设置有初级匹配器12，所以即使不移动车辆，也能够通过调整初级匹配器12，能够简单地与车辆的状况对应而从供电设备10高效地进行电力传输。实施方式并不局限于上述，例如也可具体化为如下方式。车载控制器26并不限于将I次充电时的来自供电设备10的输出上升过程中的充电电力与次级匹配器22的匹配状态之间的关系作为数据存储于车载存储装置33。S卩、车载控制器26也可以使车载存储装置33存储多次的充电时的上述数据，并对这些数据进行平均来使用。例如，车载控制器26也可以通过对本次的数据与过去的规定次数的数据进行平均来使用，从而获取次级匹配器22的匹配状态。
充电时的来自高频电源11的电力的输出状态并不限于如图2所示的输出电力单调增加地输出之后，到充电结束为止单调减少地输出。例如，在输出电力达到最大的途中，可以存在电力为恒定的状态或一度下降之后再次上升的状态。充电时的来自高频电源11的电力的输出状态也可以与图2相反，以输出电力从充电开始到达到最大的时间比输出电力从最大的状态到充电停止的时间长的方式进行输出。车载控制器26也可以使车载存储装置33存储表示在预先设定初级侧共振线圈13b与次级侧共振线圈21b之间的距离的状态下的电池25的充电状态(SOC)和对应于这样的充电状态的次级匹配器22的适当的阻抗之间的关系的数据。在这种情况下的车载控制器26根据充电时电压传感器27的检测信号来确认电池25的充电状态，并以与该充电状态对应的阻抗为基准来调整次级匹配器22。在这种情况下，例如，与车载控制器26未对电池 25的充电状态进行确认便对次级匹配器22进行调整的情况相比，能够在短时间内对次级匹配器22进行调整。车载控制器26并不限于根据充电时电压传感器27的检测信号来确认电池25的充电状态。例如,车载控制器26也可以通过在电池25放电后，检测并累计放电时的放电电压以及放电电流来检测充电开始时的电池25的充电状态。在这种情况下，例如与根据电池25的电压检测充电状态的情况相比，能够正确地检测出电池25的充电状态。共振型非接触供电系统为了在供电设备10和移动体设备20之间进行非接触供电,可以不必具备初级线圈13a、初级侧共振线圈13b、次级线圈21a以及次级侧共振线圈21b的全部。也就是说，共振型非接触供电系统至少具备初级侧共振线圈13b以及次级侧共振线圈21b即可。即、也可以代替由初级线圈13a以及初级侧共振线圈13b构成初级线圈装置13，而将初级线圈13a删除，且使初级侧共振线圈13b经由初级匹配器12与高频电源11连接。或者也可以代替由次级线圈21a以及次级侧共振线圈21b构成次级线圈装置21，而将初级线圈21a删除，且使次级侧共振线圈21b经由次级匹配器22与整流器23连接。然而，具备初级线圈13a、初级侧共振线圈13b、次级线圈21a以及次级侧共振线圈21b的全部的构成将共振型非接触供电系统调整为共振状态较容易。并且，即使在初级侧共振线圈13b与次级侧共振线圈21b之间的距离变大的情况下，也会容易保持共振状态。作为移动体的车辆意味着具备产生行驶驱动力的电动机的车辆即、电动车辆。即应用本法明的车辆列举电动车、进一步将内燃机与发动机一起作为动力源而安装的混合动力车、或进一步将燃料电池与蓄电装置一起作为车辆驱动用的直流电源而安装的车辆等。另外，并不局限于需要驾驶员的车辆，也可以是无人运输车。移动体并不局限于车辆，只要是在充电时以外与供电设备分离地移动的物体即可。即、移动体例如也可以是机器人。初级匹配器12以及次级匹配器22并不限于分别具备两个可变电容器与电感器的构成，可以具备是可变电感器作为电感器的构成，也可以是由可变电感器和两个非可变电容器构成的构成。初级匹配器12以及次级匹配器22并不限于分别为π型，也可以为T型或L型的
匹配器。高频电源11可以变更输出交流电压的频率也可以不变更输出交流电压的频率。可以省略供电设备10的初级匹配器12。然而，在省略初级匹配器12的情况下，为了从供电侧向受电侧高效地供给电力，需要使移动体精确地停止在规定的充电停止位置，以使初级侧共振线圈13b以及次级侧共振线圈21b之间的距离成为预先设定的值。蓄电装置是能够充放电的直流电源即可。也就是说，蓄电装置并不局限于电池(2次电池)25，例如也可以是大电容的电容器。初级线圈13a、初级侧共振线圈13b、次级侧共振线圈21b以及次级线圈21a的线圈的轴心并不限于以在水平方向或者垂直方向上延伸的方式设置的构成。例如也可以将这些线圈的轴心设置为相对于水平方向倾斜地延伸。可以不在充电器24中设置升压电路。也就是说，也可以将从次级线圈装置21输出的交流电流通过整流器23整流后，直接对电池25进行充电。也可以省略分别与初级侧共振线圈13b以及次级侧共振线圈21b连接的电容器C。然而，使电容器C与初级侧共振线圈13b以及次级侧共振线圈21b连接的构成与省略电容 器C的情况相比，能够降低共振频率。另外，如果共振频率相同，则使电容器C与初级侧共振线圈13b以及次级侧共振线圈21b连接的构成与省略各自电容器C的情况相比，能够小型化初级侧共振线圈13b以及次级侧共振线圈21b。初级线圈13a、初级侧共振线圈13b、次级侧共振线圈21b以及次级线圈21a无需全部形成为同一直径。例如，尽管初级侧共振线圈13b以及次级侧共振线圈21b以互相相同的直径形成，但初级线圈13a以及次级线圈21a也可以形成为与初级侧共振线圈13b以及次级侧共振线圈21b不同的直径。
权利要求
1.一种共振型非接触供电系统的受电设备，所述受电设备的特征在于，具备 次级侧共振线圈，其接受来自供电设备所具有的初级侧共振线圈的电力； 整流器，其对所述次级侧共振线圈接受到的电力进行整流； 次级匹配器，其设置在所述次级侧共振线圈与所述整流器之间； 充电器，其被供给由所述整流器整流后的电力； 蓄电装置，其与所述充电器连接；以及 控制部，其在所述蓄电装置充电时，对所述次级匹配器进行调整， 所述控制部构成为，将在所述充电时来自所述供电设备的输出上升过程中的充电电力与所述次级匹配器的匹配状态的关系作为数据存储于存储装置，并在来自所述供电设备的输出下降过程中，根据在所述输出上升过程中存储于所述存储装置的数据来调整所述次级匹配器，以使所述次级匹配器成为与充电电力对应的适当的状态。
2.根据权利要求I所述的受电设备，其特征在于， 所述受电设备构成为安装在移动体上使用。
3.根据权利要求2所述的受电设备，其特征在于， 所述移动体是电动车辆。
4.根据权利要求广3中任意一项所述的受电设备，其特征在于， 所述供电设备构成为，在所述充电时以来自所述高频电源的输出电力单调增加的方式进行输出后，以到充电结束为止单调减少的方式，并且以输出电力从充电开始至达到最大的时间比输出电力从最大的状态到充电停止的时间短的方式输出电力。
5.根据权利要求Γ4中任意一项所述的受电设备，其特征在于， 所述存储装置将预先设定了所述初级侧共振线圈与所述次级侧共振线圈之间的距离的状态下的所述蓄电装置的状态、和对应于该状态的所述次级匹配器的适当的阻抗的关系作为数据进行存储。
6.根据权利要求Γ5中任意一项所述的受电设备，其特征在于， 所述次级匹配器是由两个可变电容器与一个电感器构成的η型的匹配器。
全文摘要
受电设备(20)具备次级侧共振线圈(21b)，其接受来自供电设备(10)所具有的初级侧共振线圈(13b)的电力；和整流器(23)，其对接受到的电力进行整流。并且受电设备具备次级匹配器(22)，其设置在次级侧共振线圈(21b)与整流器(23)之间；充电器(24)，其被供给整流后的电力；蓄电装置(25)，其与充电器连接；以及控制部(26)，其在充电装置充电时调整次级匹配器。控制部将在充电时来自供电设备的输出上升过程中的充电电力与次级匹配器(22)的匹配状态的关系作为数据存储于存储装置(33)。并且，控制部在来自供电设备的输出下降过程中，根据在输出上升过程中存储于存储装置的数据来调整次级匹配器(22)，以使次级匹配器(22)成为与充电电力对应的适当的状态。
文档编号H02J17/00GK102884705SQ20118002298
公开日2013年1月16日 申请日期2011年5月12日 优先权日2010年5月14日
发明者高田和良, 铃木定典, 迫田慎平, 山本幸宏, 市川真士, 中村达 申请人:株式会社丰田自动织机, 丰田自动车株式会社