专利名称：具有重叠线圈的感应供电系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及供电系统。特别地，本发明涉及从设置在设施上的供电线圈向设置在例如车辆等的可移动体上的电力接收线圈无接触地供给电力的系统。
背景技术：
使用电磁感应的非接触供电系统是已知的。例如，日本特开 No. 2000-23393 (JP-A-2000-23393)介绍了一种非接触供电系统，通过使副方线圈朝向原方线圈，该系统从容纳在一个容器内的电力供给原方线圈向容纳在另一容器内的电力接收副方线圈传输电力。原方与副方线圈各自由磁芯和绕组构成。线圈之一的磁芯的截面积大于另一线圈的磁芯的外直径。
当用设置在例如供电站的设施上的原方线圈和设置在例如车辆的可移动体上的副方线圈供给电力时，原方线圈被设置在可移动体能够停泊的空间。然而，为了不论可移动体在停泊空间中停在哪里均能高效率地供电，原方线圈或副方线圈必须大，这限制了空间的形状并导致成本的增大。
发明内容
本发明提供了一种能够高效率地向可移动体供给电力而不论可移动体在停泊空间中停泊的位置的供电系统。
本发明的第一实施形态涉及一种供电系统，其包含设置在设施的规定区域内的供电线圈；电力接收线圈，其具有与供电线圈相同的谐振频率，并被设置在可移动体上。当可移动体被定位在所述规定区域内时，电力接收线圈朝向供电线圈，当从线圈轴线的方向观察时，电力接收线圈与供电线圈重叠或与供电线圈接近。
当从线圈轴线方向观察时，供电线圈可具有有着长轴和短轴的形状，当从线圈轴线方向观察时，电力接收线圈可具有有着长轴和短轴的形状，供电线圈和电力接收线圈可被布置为，在可移动体被定位在所述规定区域内时，当从线圈轴线的方向观察时，供电线圈和电力接收线圈彼此交叉。
电力接收线圈可具有当从线圈轴线方向观察时长轴短于供电线圈长轴的形状，供电线圈和电力接收线圈可被布置为，在可移动体处于所述规定区域内时，当从线圈轴线的方向观察时，电力接收线圈与供电线圈重叠或与供电线圈接近。
供电线圈可被设置为从所述规定区域直立，电力接收线圈可被设置在可移动体的后部。
供电线圈可被设置为从所述规定区域直立，电力接收线圈可被设置在可移动体的车轮上。
相应地，本发明使得高效率地向可移动体供给电力、而无论可移动体在规定区域 (即停泊空间)中停泊的位置如何成为可能。
参照附图，由下面对示例性实施例的介绍，将会明了本发明的上述以及其他目的、 特征和优点，在附图中，相似的标号用于表示相同的元件，且其中 图IA示出了根据本发明示例性实施例的供电线圈与电力接收线圈的一种布置； 图IB示出了根据示例性实施例的供电线圈和电力接收线圈的另一种布置； 图IC示出了根据示例性实施例的供电线圈和电力接收线圈的又一种布置； 图2为一图表，其示出了供电频率和效率之间的关系； 图3A示出了根据示例性实施例的供电线圈和电力接收线圈的一种布置； 图;3B示出了根据示例性实施例的供电线圈和电力接收线圈的另一种布置； 图3C示出了根据示例性实施例的供电线圈和电力接收线圈的又一种布置；。
图4示出了根据示例性实施例的供电线圈和电力接收线圈的一种布置； 图5示出了根据示例性实施例的供电线圈和电力接收线圈的另一种布置；以及 图6示出了根据示例性实施例的供电线圈和电力接收线圈的一种布置。
具体实施例方式下面将参照附图详细介绍本发明的示例性实施例。
在此示例性实施例中，用作可移动体的车辆停泊在供电站的规定区域，在那里，其将从供电线圈接收AC (交流)电力。供电线圈(或原方线圈)被设置在供电站，电力接收线圈(或副方线圈)被设置在车辆上。电力接收线圈被定位在电力接收线圈附近，AC电力被供到供电线圈。供电线圈和电力接收线圈电磁耦合，使得电力接收线圈无接触地接收AC 电力。所接收的AC电力首先由整流器整流，并接着供到车载电池，以便对车载电池充电。
供电线圈被布置在供电站的规定区域，即将要停泊车辆的区域。供电线圈的截面积小于规定区域。另外，供电线圈被布置在该规定区域中，使得当从线圈轴线方向观察时， 其或者与电力接收线圈重叠，或者充分接近电力接收线圈。另外，为了增大供电效率，使得电力接收线圈的谐振频率与供电线圈的谐振频率匹配。
图1A-1C示出了当从线圈轴线方向观察时供电线圈10和电力接收线圈12之间的相对位置关系。电力接收线圈12的谐振频率与供电线圈10的谐振频率相同。
图IA示出了电力接收线圈12被布置为与供电线圈10重叠的情况。图IB示出了电力接收线圈12被布置为接近供电线圈10但不与之重叠的情况。图IC示出了电力接收线圈12的部分被布置为与供电线圈10重叠的情况。在图1A-1C中，供电线圈10的位置是固定的，而电力接收线圈12的位置可移动，这是因为电力接收线圈被设置在例如车辆的可移动体上。
图2为一图表，其示出了当改变供电频率时效率(即传送效率)的变化。在图2 中，参考标号IA指示的线表示图IA所示布置的效率，参考标号IB指示的线表示图IB所示布置的效率，参考标号IC指示的线表示图IC所示布置的效率。采用线IA和1C，即采用图 IA和IC所示的布置，存在两个最大效率峰，采用线1B，即采用图IB所示的布置，仅有一个最大效率峰。在所有情况下，通过调节供电频率，可获得大约90%的高效率。这意味着，通过使得供电线圈10和电力接收线圈12的谐振频率相同并将电力接收线圈12布置为接近供电线圈12——如果不是至少部分地与供电线圈12重叠的话，通过根据电力接收线圈12
4关于供电线圈10的位置调节供电频率，可以以大约90%的高效率供给电力。
图3A-3C示出了供电线圈10和电力接收线圈12的特定形状。供电线圈10在供电站的规定区域100内被设置在地上，而电力接收线圈12被设置在停泊在该规定区域100 中的车辆200上。图3A-3C均出了供电线圈10被嵌入该规定区域100且电力接收线圈12 被安装在车辆200底部的实例。在图3A中，当从线圈轴线方向观察时，供电线圈10的截面积小于规定区域100，供电线圈10具有矩形形状，其中，一边长于另一边。如图所示，当彼此呈直角的两个轴线被表示为方向χ和方向y时，供电线圈10在方向y上长于在方向χ上。 供电线圈10在方向y上的长度可大致等于规定区域100在方向y上的长度，或者略短。供电线圈10在方向y上延伸规定区域100的几乎整个长度。同时，在从线圈轴线方向观察时， 电力接收线圈12具有矩形形状，并且，在方向χ上长于在方向y上。通过这种方式，供电线圈10和电力接收线圈12在从线圈轴线方向观察时均为矩形，一个的长度方向垂直于另一个的长度方向。结果，无论车辆200如何停泊在规定区域100中，电力接收线圈12的至少一部分将会与供电线圈10重叠。
另外，在图:3B中，供电线圈10的截面积小于规定区域100，当从线圈轴线方向观察时，供电线圈10具有矩形形状，其中，一边长于另一边。如图所示，当彼此呈直角的两个轴线被表示为方向X和方向y时，供电线圈10在方向χ上长于在方向y上。供电线圈10在 χ方向上延伸规定区域100的几乎整个长度。同时，供电线圈12具有矩形形状，并在方向y 上长于在方向χ上。通过这种方式，供电线圈10和电力接收线圈12在从线圈轴线方向观察时均为矩形，一个的长度方向垂直于另一个的长度方向。结果，无论车辆200如何停泊在规定区域100中，电力接收线圈12的至少一部分将会与供电线圈10重叠。
另外，在图3C中，供电线圈10的截面积小于规定区域100，当从线圈轴线方向观察时，供电线圈10具有矩形形状，其中，一边长于另一边。如图所示，当彼此呈直角的两个轴线被表示为方向X和方向y时，供电线圈10在方向y上长于在方向χ上。同时，电力接收线圈12具有正方形形状，其中，方向χ上的长度等于方向y上的长度，并且，电力接收线圈 12可在方向χ上移动。结果，无论车辆200如何停泊在规定区域100中，可通过在方向χ上移动电力接收线圈12使电力接收线圈12的至少一部分与供电线圈10重叠。顺便提及，在图3C中，当车辆首次被停泊在规定区域100中时，电力接收线圈12在一开始被定位在车辆 200的纵向方向的中心轴线上。接着，电力接收线圈12在AC电力被供到供电线圈10的同时在方向χ上前后移动，以寻找具有最佳效率的位置。一旦电力接收线圈12找到该位置， 其停止移动。
在所有的图3A-3C中，供电频率被设置为匹配或接近于谐振频率。首先在供电频率被初始设置为谐振频率的情况下测量效率。于是，在以微小增量增大和减小供电频率以寻找具有最佳效率的频率之后测量效率。获得最佳效率的频率被用作供电频率。供电频率的搜索范围可通过使供电线圈10和电力接收线圈12的谐振频率相同并将供电线圈10和电力接收线圈12布置在图3A-3C所示的位置来充分限制。由图2可明了，大约士0.5MHz 的供电频率搜索范围是足够的。
图3A-3C均示出了嵌入供电站的规定区域100的供电线圈10和设置在车辆200 底部以朝向供电线圈10的电力接收线圈12，如上面所介绍的那样。当然，这种类型的布置仅仅是一个实例。其他的布置也是可行的。
图4和5显示出供电线圈10和电力接收线圈12的其他布置。在图4中，支撑板在供电站的规定区域100的边缘直立，供电线圈10被设置在此支撑板上。供电线圈10具有矩形形状，其中，其在垂直方向上长，在水平方向上短。同时，在大致上与供电线圈10相同高度的位置上，电力接收线圈12被设置在车辆200的后部。电力接收线圈12也具有矩形形状，其中，其在垂直方向上短，在水平方向上长。因此，当车辆100向后进入规定区域100 且车辆200的后部接近支撑板时，电力接收线圈12以十字的形状与供电线圈10重叠，如图 4B所示。这等价于图IA所示的布置。
另外，在图5中，在供电站的规定区域100中，支撑板沿着车辆的一侧直立，供电线圈10被设置在此支撑板上。供电线圈10具有矩形形状，其中，其在水平方向上长，在垂直方向上短。供电线圈10被设置在与车辆200的车轮大致相同的高度。同时，电力接收线圈 12被设置在车辆200的车轮上。电力接收线圈12具有大致为圆形的形状。因此，当车辆 200进入规定区域100时，电力接收线圈12将会与供电线圈10重叠，如图5B所示。
通过这种方式，采用此示例性实施例，供电线圈10被设置在规定区域100中，电力接收线圈12被设置在例如车辆的可移动体上。另外，电力接收线圈12的谐振频率被设置为与供电线圈10的相同。当可移动体已经停泊在规定区域100中时，当从线圈轴线方向观察时，电力接收线圈12与供电线圈10重叠或与之接近，由此确保电力被高效供给。来自供电线圈12的AC电力由整流器进行整流，并被供给安装在车辆200中的二次电池，以便对二次电池充电。车辆200可具有充电控制设备，其监视二次电池的充电状态(S0C)。此充电控制设备可通知车辆200的用户何时检测到二次电池被完全充电，或者，其可在检测到二次电池被完全充电时经由无线通信通知供电站并停止到供电线圈10的电力供给。
在此示例性实施例中，供电线圈10和电力接收线圈12均具有图1A-1C所示的卵圆形状、图3A-3C所示的矩形或正方形形状或图5所示的圆形形状，但本发明不限于此。也就是说，供电线圈10和电力接收线圈12可具有其他的形状。例如，在图3C中，供电线圈10 可为正方形，电力接收线圈12可为矩形。另外，在图3C中，电力接收线圈12可为圆形或卵圆形。
在此示例性实施例中，供电线圈10和电力接收线圈12的布置在从线圈轴线的方向观察的情况下描述。图6示出了线圈轴线方向的一个实例。当供电线圈10的轴线300 平行于电力接收线圈12的轴线400时，平行于轴线300和轴线400的方向A对应于从线圈轴线方向的观察方向。卵圆形状11表示供电线圈10在线圈轴线方向的投影，卵圆形状13 表示电力接收线圈12在线圈轴线方向的投影。图1A-1C和3A-3C表示供电线圈10和电力接收线圈12的投影。在这些投影的情况下，当存在部分重叠部分500时，供电线圈10和电力接收线圈12可以说在从线圈轴线方向观察时彼此重叠。
顺便提及，在上面介绍的示例性实施例中，供电线圈具有矩形形状，但其也可具有这样的闭合形状当从线圈轴线方向观察时具有长轴和短轴。除了矩形形状以外，这种类型的形状包括椭圆形形状、具有圆角的矩形形状、吉他形状、球形、拉长的六角形形状、拉长的钻石形状。另外，电力接收线圈还不限于具有上面所述的正方形、圆形或卵圆形状。也就是说，电力接收线圈可具有当从线圈轴线方向观察时长轴短于供电线圈长轴的形状，或正多边形形状或圆形形状。
尽管参照其示例性实施例介绍了本发明，应当明了，本发明不限于示例性实施例或构造。相反，本发明旨在覆盖多种修改和等价布置。另外，尽管示例性实施例的多种元件以多种组合和配置示出，其是示例性的，其他的组合和布置，包括较多、较少或仅仅一个元件，也属于本发明的精神和范围。
权利要求
1.一种供电系统，其特征在于包含设置在设施的规定区域内的供电线圈；以及电力接收线圈，其具有与供电线圈相同的谐振频率，并被设置在可移动体上，其中，当可移动体位于所述规定区域内时，电力接收线圈朝向供电线圈，并且当从线圈轴线的方向观察时，电力接收线圈与供电线圈重叠或接近供电线圈。
2.根据权利要求1的供电系统，其中，供电线圈具有当从线圈轴线方向观察时有着长轴和短轴的形状；电力接收线圈具有当从线圈轴线方向观察时有着长轴和短轴的形状；并且供电线圈和电力接收线圈被布置为，在可移动体位于所述规定区域内时，当从线圈轴线的方向观察时，供电线圈和电力接收线圈互相交叉。
3.根据权利要求1的供电系统，其中，供电线圈具有当从线圈轴线方向观察时有着长轴和短轴的形状；电力接收线圈具有当从线圈轴线方向观察时有着长轴和短轴的形状；供电线圈和电力接收线圈被布置为，在可移动体位于所述规定区域内时，供电线圈的长轴与电力接收线圈的长轴交叉。
4.根据权利要求3的供电系统，其中，供电线圈和电力接收线圈被布置为，电力接收线圈的长轴在可移动体的纵向方向延伸，供电线圈的长轴在与可移动体在所述规定区域内前进的方向交叉的方向延伸。
5.根据权利要求3的供电系统，其中，供电线圈和电力接收线圈被布置为，供电线圈的长轴在可移动体的宽度方向延伸，供电线圈的长轴在可移动体在所述规定区域内前进的方向延伸。
6.根据权利要求2或3的电力系统，其中，电力接收线圈具有当从线圈轴线方向观察时长轴短于供电线圈长轴的形状；并且供电线圈和电力接收线圈被布置为，在可移动体位于所述规定区域内时，当从线圈轴线的方向观察时，电力接收线圈与供电线圈重叠或接近供电线圈。
7.根据权利要求1的供电系统，其中，供电线圈具有正多边形形状或圆形形状；并且供电线圈和电力接收线圈被布置为，在可移动体位于所述规定区域内时，当从线圈轴线的方向观察时，电力接收线圈与供电线圈重叠或接近供电线圈。
8.根据权利要求7的供电系统，其中，供电线圈具有当从线圈轴线方向观察时有着长轴和短轴的形状；并且电力接收线圈被设置在可移动体上，以便能够在与供电线圈长轴方向交叉的方向上移动。
9.根据权利要求1的供电系统，其中，供电线圈被设置为从所述规定区域直立，并且电力接收线圈被设置在可移动体的后部。
10.根据权利要求1的供电系统，其中，供电线圈被设置为从所述规定区域直立，并且电力接收线圈被设置在可移动体的车轮上。
11.根据权利要求1-8中任意一项的供给系统，其中，供电线圈被设置为嵌入在所述规定区域中，并且电力接收线圈被设置在可移动体的底部。
12.根据权利要求1-11中任意一项的供电系统，其中，可移动体为车辆。
全文摘要
供电线圈(10)被设置在供电站的规定区域(100)中，电力接收线圈(12)被设置在车辆(200)上。当从线圈轴线方向观察时，供电线圈(10)具有在方向y上长的矩形形状，电力接收线圈(12)具有在方向x上长的矩形形状。电力接收线圈(12)的谐振频率被设置为与供电线圈(10)的谐振频率相同。
文档编号B60L11/18GK102186695SQ200980141531
公开日2011年9月14日 申请日期2009年10月19日 优先权日2008年10月20日
发明者天野也寸志, 市川真士 申请人:丰田自动车株式会社