专利名称：非接触送电系统的制作方法
技术领域：
本申请所公开 的技术涉及以非接触方式对利用电能作为动カ源的设备进行送电的技术。
背景技术：
近年来，作为汽车的新型行驶驱动技木，将电能作为动カ源而利用电动机来产生驱动カ的电动汽车、利用内燃机与电动机的补充来产生驱动カ的所谓混合动カ汽车的开发不断发展而趋于实用化。电能被搭载于车辆的蓄电装置蓄积在车辆内。蓄电装置可使用镍氢电池、锂离子电池等能够再充电的二次电池，一般对二次电池的充电通过来自车辆外部的电源的送电来进行。作为送电的方法，除了利用线缆将车辆外部的电源和包括二次电池的蓄电装置之间连接的情况之外，以非接触状态进行送电的方法也受到关注。已经公开了ー种下述的车辆用供电装置为了从车辆外部的电源以非接触状态向电动车辆发送充电电力而具备高频电カ驱动器、初级线圈、初级自激谐振线圈。来自电源的电カ被高频电カ驱动器变换成高频电力，并被初级线圈提供给初级自激谐振线圈。初级自激谐振线圈与位于车辆的次级自激谐振线圈之间产生电磁耦合，从而以非接触状态对车辆发送电力(专利文献I)。另外，作为利用线圈或者天线来进行非接触送电的技术，还公开了专利文献2、非专利文献I。专利文献I :日本特开2009 - 106136号公报专利文献2 :日本特表2009 — 501510号公报非专利文献I :ァリステディスカラリス(Aristeidis Karalis)、另2名、「ヱ
フイシェン卜ワイヤレスノンラデイエイテイブミッドレンジエネルギー卜ランスファ
(Efficient wireless non-radiativemid-range energy transferノ」、[online]、2007年4月27、ァニユァルオブフィジックス(Annals of Physics) 323 (2008) p. 34-48、[平成21年 11 月 20 日検索]，インタ一ネッ卜< URL www. sciencedirect. com >然而，背景技术只不过例示了利用线圏/天线以非接触状态来进行电カ输送用的电路构成。关于在进行送电时的从送电条件的识别、设定起经过送电开始到送电结束为止这ー系列的送电次序，则完全没有公开。进行非接触送电的电路构成通过基于可靠的送电次序(sequence)进行动作,能够高效地送电。
发明内容
本申请所公开技术是鉴于上述课题而提出的，其目的在于提供一种在进行送电时，能够通过从送电条件的识别、设定起经过送电开始到送电结束为止这一系列的送电次序来良好地执行非接触送电的非接触送电系统。本申请公开的技术所涉及的非接触送电系统是以非接触状态对利用电能作为动力源的设备进行送电的非接触送电系统。该非接触送电系统的特征在于，具备受电侧天线，其被搭载在设备中并通过电磁性耦合来受电；送电侧天线，其通过电磁性耦合对受电侧天线进行送电；交流电驱动器，其与送电侧天线连接，在送电时供给规定频率的交流电并且在进行送电之前对频率进行扫描来供给交流电；以及检测电路，当在交流电驱动器中对频率进行扫描吋，该检测电路对包括交流电驱动器和送电侧天线以及受电侧天线的系统的反射特性进行检測；将由所述检测电路检测出的反射特性为谐振状态的谐振频率设为所述规定频率。根据本申请公开的技术所涉及的非接触送电系统，通过在送电之前进行频率扫描，根据由检测反射特性的检测电路检测出的反射特性来检测谐振频率，以该谐振频率从交流电驱动器供给交流电，能够高效地提供电カ。
图I是表示非接触送电系统的图。图2是表示送电动作中的谐振频率的图。图3是表示在能够供电的区域内发送接收天线双方位于同一相隔距离时的驻波比(Standing Wave Ratio，以下简称为“SWR”)值的负载电阻依赖特性的图。图4是送电装置的电路框图。图5是受电装置的电路框图。图6是送电装置动作时的流程图。
图7是受电装置动作时的流程图。图8是表示在能够供电的区域内存在发送接收天线双方时的SWR值的频率特性的图。图9是表示仅存在发送侧天线时的SWR值的频率特性的图。图10是送电装置的频率扫描的流程图。
具体实施例方式图I是将非接触送电系统应用于向电动车或者混合动カ车送电的情况的系统构成图。车辆2是电动车或者混合动カ车。表示车辆2向送电区域I入库的状态。在送电区域I中埋设有送电装置10，其与车辆2中搭载的受电装置20之间进行非接触送电。在非接触送电中，利用从送电装置10的送电侧天线11向受电装置20的受电侧天线21的电磁波所产生的电磁性耦合来进行电カ的发送。送电侧天线11沿着送电区域I的地表面，配置形成电磁性耦合的耦合面11A。受电侧天线21沿着车辆2的下面，配置形成电磁性耦合的耦合面21A。送电侧天线11由包括发送规定频率的交流电的交流电驱动器的送电部12驱动。送电部12被控制电路13控制。而且，由受电侧天线21接收到的交流电被受电部22整流并蓄积到蓄电池等中。受电部22被控制电路23控制。这里，从送电部12的交流电驱动器发送给送电侧天线11的交流电的规定频率是包括送电侧天线11以及受电侧天线21的系统的谐振频率。图2表示系统的谐振频率的特性图。横轴是送电侧天线11与受电侧天线21之间的间隔距离(L)，纵轴是谐振频率(f)。间隔距离(L)为L = LO以上的区域是可忽略与受电侧天线21的电磁性耦合的影响的区域。系统以不包括受电侧天线21的送电侧天线11所具有的固有谐振频率(f = fO)谐振。在间隔距离(L)未L = LO以下的区域中，系统处于送电侧天线11和受电侧天线21被电磁性耦合的状态。是受到伴随着电磁性耦合的相互电感所产生的影响的区域。在该区域中，谐振频率依赖于间隔距离(L)而变化。夹着送电侧天线11固有的谐振频率(f = fO)存在2个谐振点，呈现相互的谐振频率随着间隔距离(L)变短而分离的特性。另外，利用该区域中的谐振频率能够得到高的送电效率。图2的曲线例如是在图3所例示的从送电侧天线11向受电侧天线21传送电カ时的SWR值相对于频率的特性曲线中，对取SWR值的极小点的频率进行绘制(plot)而得到的曲线。在送电侧天线11与受电侧天线21之间的间隔距离(L)相同的情况下，根据负载电
阻的大小的不同，图2所示的系统的谐振频率的频率值的分离程度不同。即，负载电阻越小(在图3中用实线表示的特性曲线)分离程度越大、越接近规定间隔距离，能够准确地检测出间隔距离(U。在图3中，例示了当负载电阻变大吋，SWR值的极小点相互靠近并且峰值变得不清楚的特性。负载电阻变大时SWR值的极小点不分离而成为I个点的结果是，送电侧天线11与受电侧天线21之间的间隔距离(L)的检测变得困难。即，还存在无论实际上是否位于能够供电的区域内，都无法判断为位于能够供电的区域内的情況。因此，为了准确地检测送电侧天线11与受电侧天线21之间的间隔距离(L)，需要使受电侧天线21处于短路(闭环)状态，尽量降低负载电阻量，使间隔距离(L)接近规定的距离，来提高检测精度。图4是送电装置10的电路框图。具备控制电路13、振荡器14、驱动电路12A、匹配电路12B、SWR计12C以及送电侧天线11。并且，在送电区域I具备区域内检测传感器15。从振荡器14输出的时钟信号向控制电路13输入，被用于控制电路13内的动作时钟以及驱动电路12A的交流电送电等的周期控制。控制电路13基于从振荡器14、SWR计12C、区域内检测传感器15接收到的信号，来控制驱动电路12A、匹配电路12B。驱动电路12A包括由逆变器(invertor)、放大器等构成的交流电驱动器，通过匹配电路12B以及SWR计12C向送电侧天线11提供交流电。该交流电被控制电路13周期性控制成规定频率的交流电。匹配电路12B为了更高效地将由驱动电路12A提供的交流电向送电侧天线11提供，根据来自控制电路13的控制，取得送电侧天线11与驱动电路12A的阻抗匹配。SffR计12C计测从驱动电路12A向送电侧天线11发送的交流电的SWR值，并对控制电路13发送結果。检测有无因交流电的传播而引起的反射波。送电侧天线11是具有电感分量和电容分量的LC谐振线圈，与后述的受电装置20的受电侧天线21之间电磁耦合，向受电侧天线21发送电力。区域内传感器15检测车辆2是否进入到送电区域I，并将其结果发送给控制电路13。图5是受电装置20的电路框图。受电装置20具备控制电路23、振荡器24、受电侧天线21、受电检测电路22A、切换电路22B、匹配电路22C、整流平滑电路22D以及充电电路 22E。从振荡器24输出的时钟信号输入到控制电路23，被用作控制电路23内的动作时钟。
控制电路23基于从振荡器24以及受电检测电路22A接收到的信号，来控制切換电路22B以及充电电路22E。受电检测电路22A例如具备电流传感器，检测流过受电侧天线21的电流。检测是否正在进行来自送电装置10的交流电的送电。切换电路22B根据从控制电路23接收到的信号，来切换是使受电侧天线21成为闭环状态，或是与充电电路22E连接，还是处于开环状态。匹配电路22C取得从受电侧天线21到整流平滑电路22D的系统的 阻抗匹配，以使由受电侧天线21接收到的交流电不被反射而通过整流平滑电路22D向充电电路22E供给。整流平滑电路22D将由受电侧天线21供给的交流电变换成直流电カ并进行平滑化，然后向充电电路22E供给。充电电路22E是将由整流平滑电路22D供给的电カ向电池等蓄电装置(未图示)充电的电路。这里，蓄电装置例如由锂离子或镍氢等二次电池、大容量的电容器构成。由控制电路23控制来进行充电控制。受电侧天线21是具有电感分量和电容分量的LC谐振线圈，与送电侧天线11之间电磁稱合，通过送电侧天线11来接收交流电。下面，利用流程图来说明送电装置10和受电装置20的动作。图6表示送电装置10动作时的流程图。在送电装置10动作开始(STO)后，送电装置10待机到由区域内检测传感器15检测出受电装置20的进入为止(ST2)。通过待机到由区域内检测传感器15检测出受电装置20的进入为止，并在检测出受电装置20的进入后进行频率扫描以及送电，能够降低消耗电力。在由区域内检测传感器15检测出受电装置20的进入后，驱动电路12A以在受电侧的受电侧天线21中流过电流的程度的低电カ开始输出电流(ST4)，在进行送电(ST8)之前維持低电カ下的输出。由此，能够降低消耗电力。在该电流输出开始后，驱动电路12A根据控制电路13的控制对输出电カ的频率进行扫描(ST6)。通过ー边扫描频率ー边利用SWR计12C计测SWR值，能够得到输出电カ的频率和SWR值的特性。这里，SffR值极小的频率是谐振频率。输出频率的扫描在检测出2个谐振频率之前执行(ST8 :否)。在确认了 2个谐振频率的情况下，确认为受电侧天线21存在于送电侧天线11的能够供电区域内(ST8 :是)。图8表示受电侧天线21存在于送电侧天线11的能够供电区域内时的SWR值的频率特性。另夕卜，在谐振频率仅存在I个的情况下，可以说受电侧天线21在送电侧天线11的能够供电区域内不存在。图9表示只有送电侧天线时的SWR值的频率特性。在受电侧天线21存在于送电侧天线11的能够供电区域内的情况下，以前述2个谐振频率的某一方来进行送电(ST8)。其中，频率扫描动作的详细内容将后述。并且，可根据送电侧天线11与受电侧天线21之间的距离和谐振频率的特性(图2)，得到送电侧天线11和受电侧天线21的距离(ST10)。控制电路13对应于该天线间的距离来设定匹配电路12B(ST12)。然后，为了从送电装置10向受电装置20送电，驱动电路12A根据控制电路13的控制来增大输出(ST14)。在充电结束时受电装置20打开受电侧天线21的环。由此，通过由送电部的SWR计12C计测出的SWR值发生变化，来检测受电装置20的充电结束，送电部检测充电结束(ST16 :是)。检测到充电结束的送电装置10的控制电路13使驱动电路12A的输出停止(ST18)。送电 部结束动作(ST20)。下面，图7中表示受电装置20动作时的流程图。在动作开始(SRO)时受电装置20的切换电路22B按照使受电侧天线21成为闭环状态的方式进行连接(SR2)。由此，相比于和充电电路22E连接的情況，具有能够准确地检测传送路的阻抗的效果，能够基于该信息更准确地推定送电侧天线11与受电侧天线21之间的间隔距离(L)。而且，由于以非常小的电カ进行动作，所以能够降低消耗电力。受电检测电路22A待机到被从送电装置10提供电カ而在受电侧天线21中流过电カ为止(SR4)。在受电侧天线21中流过电カ后，受电检测电路22A待机到检测出受电侧天线21中流过的电力大幅増加、即检测出送电为止(SR6 :否)。在检测出送电后(SR6 :是)，按照从受电侧天线21连接到充电电路22E为止的方式，受电装置20的控制电路23对切换电路22B进行控制(SR8)。与受电侧天线21连接的充电电路22E开始电池的充电(SR10)。到电池的充电结束为止保持以上的状态(SR12 :否)。当电池的充电结束时(SR12 :是)，控制电路23控制切换电路22B，切断受电侧天线21和充电电路22E的连接，并打开受电侧天线21的环(SR14)。由此，能够降低受电结束后的电カ消耗。受电部结束动作(SR16)。图10表示驱动电路12A的频率扫描时的流程图。在频率扫描中，使驱动电路12A的输出频率F从初期频率Fs逐次増加频率增加量A f直到结束频率Fe为止。开始驱动电路12A的动作(SR))，进行初期设定。将计数器n设定为0 (SF2)，将计数器m设定为0 (SF4)。将输出频率F设定为初期频率Fs (SF6)。通过以上步骤结束初期设定，以下开始使计数器n的值每个循环加I并使输出频率F每个循环增加△ f的循环云力作(SF8 SF26)。驱动电路12A以输出频率F输出交流电(SF8)。利用SWR计来计测SWR值(SF10)，将得到的SWR值保存为第n次循环动作时的SWR值Sn (SF12)。当计数器n为2以上时(SF14 :是)，比较第n次循环动作时的SWR值Sn和第n —I次循环动作时的SWR值Sn — I、第n — I次循环动作时的SWR值Sn — I和第n — 2次循环动作时的SWR值Sn — 2 (SF16)。当与SWR值Sn — 2相比SWR值Sn — I小，并且与SWR值Sn — I相比Sn大时(SF16 :是)，在第n — I次循环动作时的输出频率Fn — I附近SWR值取极小。S卩，可以说第n — I次循环动作时的输出频率Fn — I是与谐振频率相近的频率。由此，将第n — I次循环动作时的输出频率Fn — I保存为谐振频率Dm(SF18)，将计数器m的值加I (SF20)。然后，移向处理(SF22)。这里，在成为与SWR值Sn — 2相比SWR值Sn 一 I大，或者与SWR值Sn — I相比Sn小中的至少任意ー个条件的情况下(SF16 :否)，不进行处理(SF18)、(SF20)而移向处理(SF22)。在处理(SF22)中，将计数器n的值加I。将对当前的输出频率F加上频率增加量Af 后的频率重新设定为输出频率F (SF24)。在输出频率F为结束频率Fe以下的情况下，返回到SF8 (SF26 :否)。在输出频率F大于结束频率Fe的情况下结束频率扫描，并移向下面的处理(SF28)(SF26 :是)。频率扫描结束时的计数器m的值是从扫描到的频率带宽Fs开始到Fe之间存在的谐振频率的个数。根据m的值来判断接收天线21在供电区域内是否存在(SF28)。
在计数器m的值不是2的情况(SF28 :否)、即谐振频率仅存在0或者I个的情况下，判断为在能够送电区域内不存在接收天线(SF30)。在计数器m的值是2的情况下(SF28 是)、即谐振频率存在2个的情况下，判断为在能够送电区域内中存在接收天线(SF32)。通过以上步骤，结束频率扫描(SF34)。当判断为在能够送电区域内存在接收天线时，通过将驱动电路12A输出的交流电的输出频率F设为谐振频率DO或者Dl，能够高效地提供电カ。这里，驱动电路12A是交流电驱动器的一例，SWR计12C是检测反射特性的检测电路的一例。如以上详细说明那样，根据实施方式，能够在检测到车辆2进入送电区域I时自动地从送电装置10向车辆内的受电装置20提供电カ来进行充电。而且，在实际进行送电之前，以微弱的输出来扫描送电部12输出的交流电的频率，通过SWR计的计测得到谐振频率。由此，能够判别受电侧天线21在送电侧天线11的能够供电区域内是否存在。并且，通过以得到的谐振频率从送电部12向送电侧天线11提供电力，能够高效地发送电力。另外，在利用区域内检测传感器15检测到受电装置20的进入后，驱动电路12A以在受电侧的受电侧天线21中流过电流的程度的低电カ开始输出电流(图6、ST4)，在进行送电(图6、ST8)之前維持低电カ下的输出。由此，能够降低消耗电力。另外，如果电池的充电结束(图7、SR12 :是)，则控制电路23控制切换电路22B，切断受电侧天线21和充电电路22E的连接，并且打开受电侧天线21的环(图7、SR14)。由此，能够降低受电结束后的电カ消耗。另外，在动作开始(图7、SR0)时受电装置20的切换电路22B按照使受电侧天线21处于闭环状态的方式进行连接(图7、SR2)。由此，相比于与充电电路22E连接的情况，具有能够准确地检测传送路的阻抗的效果，基于该信息能够更准确地推定送电侧天线11与受电侧天线21之间的间隔距离(L)。另外，由于以非常小的电カ进行动作，所以能够降低消耗电力。另外，当充电结束时，受电装置20打开受电侧天线21的环。由此，通过由送电部的SWR计12C计测的SWR值发生变化，来检测受电装置20的充电结束，送电部能够容易地检测出充电结束(图7、SR16)。在开始送电装置10的动作(图6、ST0)后，送电装置10待机到由区域内检测传感器15检测出受电装置20的进入为止(图6、ST2)。通过待机到由区域内检测传感器15检测出受电装置20的进入为止，并在检测出受电装置20的进入后进行频率扫描以及送电，能够降低消耗电カ。此外，本发明不限于上述实施方式，在不脱离本发明主g的范围内能够进行各种改良、变更，这自不待言。利用电能作为动カ源的设备也可以不是本申请实施例中的车辆，例如也可以是移动电话机、数字照相机及笔记本等便携式设备、以及电视、家庭影院及数字相框等固定设备。检测反射特性的检测电路也可以不是本申请实施例中的SWR计，例如只要是计测从送电部12向送电侧天线11提供的电流量的电路、计测被供给的电压的波形的电路等能够检测交流电的反射多少的电路即可。附图标记说明1…送电区域；2…车辆;10…送电装置;11…送电侧天线；11A…耦合面；12…送电部；13、23…控制电路；12A…驱动电路；12B…匹配电路；12C…驻波比(SWR)计；14、24…振荡器；15…区域内检测传感器;20…受电装置;21…受电侧天线;21A… 耦合面；22…受电部；22A…受电检测电路；22B…切换电路；22C…匹配电路；22D…整流平滑电路；22E…充电电路。
权利要求
1.一种非接触送电系统，以非接触状态对利用电能作为动力源的设备送电，其特征在于，具备 受电侧天线，其被搭载于所述设备并通过电磁性耦合来受电； 送电侧天线，其通过所述电磁性耦合对所述受电侧天线送电； 交流电驱动器，其与所述送电侧天线连接，在送电时提供规定频率的交流电并且在送电之前进行频率扫描来提供交流电；以及 检测电路，当在所述交流电驱动器中对频率进行扫描时，该检测电路检测包括所述交流电驱动器和所述送电侧天线以及所述受电侧天线的系统的反射特性； 将由所述检测电路检测出的反射特性为谐振状态的谐振频率设为所述规定频率。
2.根据权利要求I所述的非接触送电系统，其特征在于， 在检测出所述设备进入到送电侧天线的能够送电区域内之后，进行所述频率扫描。
3.根据权利要求I或2中所述的非接触送电系统，其特征在于， 在确认了两个由所述检测电路检测出的所述谐振频率的情况下，开始提供电力。
4.根据权利要求广3中任意一项所述的非接触送电系统，其特征在于， 所述交流电驱动器以与送电时相比低的电力提供所述频率扫描时的交流电。
5.根据权利要求广4中任意一项所述的非接触送电系统，其特征在于， 具备切换所述受电侧天线的连接目的地的切换电路， 在进行所述频率扫描时，所述切换电路使所述受电侧天线成为不包含负载的闭环。
6.根据权利要求5所述的非接触送电系统，其特征在于， 所述切换电路在受电结束时使所述受电侧天线成为开环。
7.根据权利要求6所述的非接触送电系统，其特征在于， 所述检测电路还根据所述反射特性从谐振状态发生变化来检测因所述受电侧天线的开环引起的受电结束。
8.根据权利要求广7中任意一项所述的非接触送电系统，其特征在于， 具备对所述设备进入到能够送电区域内进行检测的区域内检测传感器。
全文摘要
本发明的目的在于提供一种在进行送电时，能够通过从送电条件的识别、设定起经过送电开始到送电结束为止这一系列的送电次序来良好地执行非接触送电的非接触送电系统。在以非接触状态对利用电能作为动力源的车辆等设备进行送电的系统中，具备搭载于设备来接收电力的受电侧天线和对受电侧天线发送电力的送电侧天线，当以谐振频率振动的交流电通过天线间的电磁性耦合被送电时，如果检测到在所述送电侧天线能够供电的区域内存在所述受电侧天线，则开始送电，如果利用被送来的电力进行充电的设备中搭载的电源的充电结束，则停止送电。
文档编号H02J17/00GK102714431SQ20118000700
公开日2012年10月3日 申请日期2011年1月26日 优先权日2010年1月26日
发明者伊藤泰雄 申请人:爱考斯研究株式会社