电力供应系统的制作方法
【专利摘要】本发明能够抑制在非接触电力供应系统中由电力供应侧线圈相对于电力接收侧线圈的移位所引起的传输效率的下降。电力供应系统具有电力被供应到的电力供应侧螺旋线圈（33）。电力接收单元包括电力接收侧螺旋线圈（51），该电力接收侧螺旋线圈（51）布置成与所述电力供应侧螺旋线圈（33）电磁地谐振并且从所述电力供应侧螺旋线圈（33）接收电力。在所述电力供应侧螺旋线圈（33）和所述电力接收侧螺旋线圈（51）的中心轴线（Z1、Z2）相对于彼此移位的位置处，电力供应单元的阻抗和电力接收单元的阻抗匹配。提供一种非接触电力供应系统，其中减小了产品到单品在传输效率上的变化。电力供应侧螺旋线圈（32）与电力接收侧螺旋线圈（51）的缠绕数应当是至少三匝但不超过六匝，优选是至少三匝但不超过五匝。
【专利说明】电力供应系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种电力供应系统，特别地涉及一种以非接触形式将来自电源侧线圈的电力供应至电力接收侧线圈的电力供应系统。
【背景技术】
[0002]图15示出这种电力供应系统的已知示例(参考例如文献I和2)。如图15中所示，电力供应系统I包括作为电力供应单元的电力供应部3和作为电力接收单元的电力接收部
5。电力供应部3包括:电力供应侧环形天线32，电力被供应至该电力供应侧环形天线32 ；电力供应侧螺旋线圈33，其作为电力供应侧线圈，电磁地耦接到该电力供应侧环形天线32并且布置成沿着电力供应侧环形天线32的中心轴线方向远离电力供应侧环形天线32并且与其相对。
[0003]电力接收部5包括:电力接收侧螺旋线圈51，其作为电力接收侧线圈，布置成沿着用于电磁谐振的电力供应侧螺旋线圈33的中心轴线方向远离电力供应侧螺旋线圈33并且与其相对；和电力接收侧环形天线52，其布置成沿着电力接收侧螺旋线圈51的中心轴线方向远离电力接收侧螺旋线圈51并且与其相对，并且电磁地耦接于该电力接收侧螺旋线圈51。一旦电力被传输到电力供应侧螺旋线圈33，则该电力通过电磁谐振被无线地传输至电力接收侧螺旋线圈51。
[0004]一旦电力被传输至电力接收侧螺旋线圈51,则该电力通过电磁感应被传输至电力接收侧环形天线52并且被供应至连接到该电力接收侧环形天线52的负载诸如电池。根据上述电力供应系统1，电力能够以非接触方式从电力供应侧通过电力供应侧螺旋线圈33和电力接收侧螺旋线圈51之间的电磁谐振被供应至电力接收侧。
[0005]此外，通过对机动车辆4提供电力接收部5和对马路2等等提供电力供应部3，利用上述电力供应系统1，能够将电力以无线形式供应至安装于机动车辆4的电池。
[0006]在电力供应系统I中，调节电力供应部3和电力接收部5的阻抗(即，使电力供应部3的阻抗和电力接收部5的阻抗匹配)，使得在电力供应侧螺旋线圈33的中心轴线Zl和电力接收侧螺旋线圈51的中心轴线Z2在一条线上对齐且横向移位X=O的条件下，获得最佳传输效率。
[0007]然而，在上述电力供应系统I中，难以使机动车辆4停止，使得电力供应侧螺旋线圈33的中心轴线Zl和电力接收侧螺旋线圈51的中心轴线Z2被同轴地定位。因此，如图15中所示，可能形成中心轴线Zl相对于中心轴线Z2的横向移位χ (>0)。
[0008]对于根据图15中所示的传统产品的电力供应系统1，其中，在中心轴线Zl、Z2之间的横向移位是X=O的状态下，电力供应部3的阻抗和电力接收部5的阻抗匹配，发明人模拟了对于范围从O至0.375D (D=电力供应侧螺旋线圈33和电力接收侧螺旋线圈51的直径)的横向移位χ的传输效率。结果在图4中以黑色圆圈绘制。
[0009]如图4中所示，存在如下问题:当横向移位χ等于O时，传输效率为约98%，而当横向移位X是0.375D时，传输效率下降至82%。[0010]此外，如图16中所示，另一个电力供应系统I具有连接到电力供应侧螺旋线圈33和电力接收侧螺旋线圈51的两端电容器Cl、C2。电容器Cl、C2被设置用于调节谐振频率并且根据电力供应侧螺旋线圈33和电力接收侧螺旋线圈51的匝数N而被设定成能够获得期望的谐振频率f0的值。一般而言，在设置有电容器Cl、C2的该电力供应系统I中，电力供应侧螺旋线圈31和电力接收侧螺旋线圈51具有等于I的匝数。
[0011]然而，在上述传统产品的电力供应系统I中，存在如下问题:取决于产品，在谐振频率f0下的传输效率下降。发明人探究了这种问题的原因并且发现这种问题是由电容器Cl、C2中的变化所引起。一般而言，保证的是市售电容器具有约±5%至约±10%的电容。因此，期望电容器Cl、C2的变化在这种范围内。图17示出当电容器Cl、C2的电容变化了±5%和±10%时，在谐振频率f0附近的传输效率的模拟结果。
[0012]如在图17中能够看到的，对其中电容器C1、C2的电容C没有误差地是期望电容Cs的传统产品al，以及对于具有不超过约±5%的误差的传统产品a2、a3，在谐振频率f0下的传输效率等于或大于90%。另一方面,对于具有±10%的误差的传统产品a4、a5,在谐振频率f0下的传输效率下降至约50%。
[0013]引用列表
[0014]文献1:A.Kurs, A.Karalis, R.Moffatt, J.D.Joannopoulous, P.Fisher, M.Soljacicj"Wireless power transfer via strongly coupled magnetic resonances"，Sience，Vol.317，pp.83-86，July6, 2007
[0015]文献2:Μ.Sol jacic，A.Karalis, J.Jonnopou1s，A.Kursj R.Moffatt, P.fisgeR，"Development of technology for wireless power transfer-Lighting up60Wbulb in experiment' Nikkei Electronics,3Dec.2007
【发明内容】
[0016]发明目的
[0017]本发明的一个目的是提供一种电力供应系统，该电力供应系统能够减小由于电力供应侧线圈相对于电力接收侧线圈的横向移位所引起的传输效率的下降，并且因此能够以高效率将来自电力供应单元的电力供应至电力接收单元。
[0018]此外，本发明的另一个目的是提供一种能够减小由于电容器的变化所引起的传输效率的下降的电力供应系统。
[0019]技术问题
[0020]为了实现上述目的，在第一方面中，电力供应系统包括:电力供应单元，该电力供应单元包括电力供应侧线圈，电力被供应至该电力供应侧线圈；和电力接收单元，该电力接收单元包括电力接收侧线圈，该电力接收侧线圈布置成与电力供应侧线圈电磁地谐振并且接收来自电力供应侧线圈的电力，其中，在电力供应侧线圈的中心轴线相对于电力接收侧线圈的中心轴线移位的位置处，电力供应单元的阻抗和电力接收单元的阻抗匹配。
[0021]为了实现上述目的，在第二方面中，本发明提供上述电力供应系统，其中，电力供应侧线圈和电力接收侧线圈被缠绕成圆形形状。
[0022]为了实现上述目的，在第三方面中，本发明提供一种电力供应系统，该电力供应系统包括:电力供应侧线圈，电力被供应至该电力供应侧线圈；电力接收侧线圈，该电力接收侧线圈布置成与电力供应侧线圈电磁地谐振并且接收来自电力供应侧线圈的电力；和用于调节谐振频率的电容器，该电容器连接到电力供应侧线圈和电力接收侧线圈每一者的两端，其中，电力供应侧线圈和电力接收侧线圈的匝数是至少3匝但是不超过6匝。
[0023]为了实现上述目的，在第四方面中，本发明提供上述电力供应系统，其中，电力供应侧线圈和电力接收侧线圈的匝数是至少3匝但是不超过5匝。
[0024]技术效果
[0025]如上文所解释的，根据在第一方面中描述的发明，在电力供应侧线圈的中心轴线相对于电力接收侧线圈的中心轴线移位的位置处，电力供应单元的阻抗和电力接收单元的阻抗匹配。因此，由电力供应侧线圈和电力接收侧线圈之间的横向移位所引起的传输效率的下降能够减小，并且能够以高效率将来自电力供应单元的电力供应至电力接收单元。
[0026]根据在第二方面中描述的发明，由于电力供应侧线圈和电力接收侧线圈被缠绕成圆形形状，所以能够消除传输效率上的各向异性。
[0027]根据在第三方面中描述的发明，电力供应侧线圈和电力接收侧线圈的匝数是至少3匝但是不超过6匝。因此，即使在电容器的电容中存在高达±10%的误差，在期望的谐振频率处传输效率也能够等于或大于80%，由此能减小由电容器中的变化所引起的传输效率的下降。
[0028]根据在第四方面中描述的发明，电力供应侧线圈和电力接收侧线圈的匝数是至少3匝但是不超过5匝。因此，即使存在0.(D是电力供应侧线圈和电力接收侧线圈的直径)的位置移位，在谐振频率处的传输效率也能够等于或大于60%。
【专利附图】
【附图说明】
[0029]图1示出根据本发明的第一实施例的电力供应系统；
[0030]图2是构成图1的电力供应系统的电力供应侧环形天线、电力供应侧螺旋线圈、电力接收侧螺旋线圈和电力接收侧环形天线的透视图；
[0031]图3A图示根据本发明的提供最佳传输效率的位置；
[0032]图3B图示根据传统技术的提供最佳传输效率的位置；
[0033]图4是示出对于当中心轴线之间的横向移位χ是X=O时电力供应部的阻抗和电力接收部的阻抗匹配的传统产品，以及对于根据本发明的其中当中心轴线之间的横向移位X等于0.0625D、0.125D、0.1875D、0.25D、0.312?和0.37?时电力供应部的阻抗和电力接收部的阻抗匹配的相应产品A至F，对于中心轴线Z1、Z2之间的范围从O至0.375D的移位的
传输效率；
[0034]图5示出根据本发明的第二实施例的电力供应系统；
[0035]图6是构成图5的电力供应系统的电力供应侧环形天线、电力供应侧螺旋线圈、电力接收侧螺旋线圈和电力接收侧环形天线的透视图；
[0036]图7是示出对于比较产品〃a〃在谐振频率f0下的传输效率的模拟结果的图形，所述比较产品是具有N=2的电力供应系统，其中，比较产品al使得C=Cs,比较产品a2、a3使得C=Cs ±5%，并且比较产品a4、a5使得C=Cs ± 10% ；
[0037]图8是示出对于本发明的产品"a"在谐振频率f0下的传输效率的模拟结果的图形，所述比较产品〃a〃是具有N=3的电力供应系统，其中，本发明的产品al使得C=Cs,本发明的产品a2、a3使得C=Cs±5%，并且本发明的产品a4、a5使得C=Cs± 10% ；
[0038]图9是示出对于本发明的产品"b"在谐振频率f0下的传输效率的模拟结果的图形，所述比较产品是具有N=4的电力供应系统，其中，本发明的产品bl使得C=Cs，本发明的产品b2、b3使得C=Cs±5%，并且本发明的比较产品b4、b5使得C=Cs±10% ；
[0039]图10是示出对于本发明的产品"c"在谐振频率f0下的传输效率的模拟结果的图形，所述比较产品是具有N=5的电力供应系统，其中，本发明的产品c I使得C=Cs，本发明的产品c2、c3使得C=Cs±5%，并且本发明的比较产品c4、c5使得C=Cs±10% ；
[0040]图11是示出当将电力供应侧螺旋线圈和电力接收侧螺旋线圈的匝数改变为I至8时，在谐振频率fO附近的传输效率的最大值和最小值的模拟结果的图形；
[0041]图12图示电力供应侧螺旋线圈相对于电力接收侧螺旋线圈的位置移位；
[0042]图13是示出当将电力供应侧螺旋线圈和电力接收侧螺旋线圈的匝数改变为I至
5.7时，在谐振频率fO附近的传输效率的模拟结果的图形；
[0043]图14是示出当将电力供应侧螺旋线圈和电力接收侧螺旋线圈的匝数改变为I至8时，对于电力供应系统在谐振频率f0附近的传输效率的模拟结果的图形；
[0044]图15示出传统的电力供应系统；
[0045]图16示出传统的电力供应系统；并且
[0046]图17是示出对于传统产品"a"在谐振频率f0下的传输效率的模拟结果的图形，所述传统产品是具有N=I的电力供应系统，其中，传统产品al使得C=Cs,传统产品a2、a3使得C=Cs ±5%，并且传统产品a4、a5使得C=Cs ± 10%。
[0047]附图标记清单
[0048]I电力供应系统
[0049]3电力供应部(电力供应单元)
[0050]5电力接收部(电力接收单元)
[0051]33电力供应侧螺旋线圈(电力供应侧线圈)
[0052]51电力接收侧螺旋线圈(电力接收侧线圈)
[0053]Cl电容器
[0054]C2电容器
【具体实施方式】
[0055]第一实施例
[0056]在下文中，参照图1和图2解释根据本发明的第一实施例的电力供应系统。图1示出根据本发明的第一实施例的电力供应系统。图2是构成图1的电力供应系统的电力供应侧环形天线、电力供应侧螺旋线圈、电力接收侧螺旋线圈和电力接收侧环形天线的透视图。如在这些附图中所示的，电力供应系统I包括作为例如在马路2上提供的电力供应单元的电力供应部3和作为例如设置到机动车辆4的主体部的电力接收单元的电力接收部5。
[0057]电力供应部3包括:DC/AC转换器31，该DC/AC转换器31将从DC电力源供应的直流电力(DC电力)转换成交流电力(AC电力)；电力供应侧环形天线32，由DC/AC转换器31所转换的AC电力被供应至该电力供应侧环形天线32 ;电力供应侧螺旋线圈33，其作为电力供应侧线圈，布置成沿着电力供应侧环形天线32的中心轴线方向远离电力供应侧环形天线32并且与该电力供应侧环形天线32相对，并且电磁地耦接到该电力供应侧环形天线32 ；和电容器Cl，该电容器Cl与电力供应侧螺旋线圈33并联。
[0058]电力供应侧环形天线32布置成圆形回路的形式，并且电力供应侧环形天线32的中心轴线是沿着从马路2朝机动车辆4的车身部的方向即垂直方向而布置。DC/AC转换器31连接到该电力供应侧环形天线32的两端，使得如上所述地供应由该DC/AC转换器31所转换的AC电力。
[0059]电力供应侧螺旋线圈33通过将线缠绕成圆形螺旋形状而形成。在该实施例中，电力供应侧螺旋线圈33的匝数是2匝。电力供应侧螺旋线圈33布置在电力供应侧环形天线32的与机动车辆4相邻的一侧上，并且与电力供应侧环形天线32同轴地布置。电力供应侧环形天线32和电力供应侧螺旋线圈33在该电力供应侧环形天线32和该电力供应侧螺旋线圈33将要电磁地彼此耦接的范围内，即，在当AC电力供应至电力供应侧环形天线32并且交流电流流入该电力供应侧环形天线32中时在电力供应侧螺旋线圈33处诱发电磁感应的范围内，彼此隔开。提供电容器Cl以调节谐振频率。
[0060]电力接收部5包括:电力接收侧螺旋线圈51，其作为电力接收侧线圈，布置成与电力供应侧螺旋线圈33电磁地谐振；电力接收侧环形天线52，其布置成沿着电力接收侧螺旋线圈51的中心轴线方向与该电力接收侧螺旋线圈51相对，并且电磁地耦接到该电力接收侧螺旋线圈51 ；AC/DC转换器53，该AC/DC转换器53将由电力接收侧环形天线52接收到的AC电力转换成DC电力；和电容器C2，该电容器C2与电力接收侧螺旋线圈51并联。
[0061]诸如电池的负载7经AC/DC转换器53连接到电力接收侧环形天线52。电力接收侧环形天线52布置成圆形回路的形式，并且电力接收侧环形天线52的中心轴线是沿着从机动车辆4的车身部朝向马路2的方向即垂直方向而布置。在该实施例中，如图2中所不，电力接收侧环形天线52具有与上述电力接收侧环形天线32相同的直径。然而，本发明并不限于这种情况，并且电力接收侧环形天线52的直径可以小于电力接收侧环形天线32的直径。
[0062]电力接收侧螺旋线圈51是通过将线缠绕成圆形螺旋形状而形成的。在该实施例中，如电力供应侧螺旋线圈33那样，电力接收侧螺旋线圈51的匝数是2匝。电力接收侧螺旋线圈51具有与电力供应侧螺旋线圈33相同的直径。然而，本发明并不限于这种情况，并且电力接收侧螺旋线圈51的直径可以小于电力供应侧螺旋线圈33的直径。
[0063]电力接收侧螺旋线圈51布置在电力接收侧环形天线52的与马路2相邻的一侧上，并且与电力接收侧环形天线52同轴地布置。因此，电力接收侧环形天线52和电力接收侧螺旋线圈51在该电力接收侧环形天线52和该电力接收侧螺旋线圈51将要电磁地彼此率禹接的范围内，即，在当交流电流入电力接收侧螺旋线圈51中时在电力接收侧环形天线52处诱发感应电流的范围内，彼此隔开。类似于电容器Cl，设置电容器C2用于谐振频率的调节。事先调节这些电容器C1、C2的电容，使得电力供应侧螺旋线圈33和电力接收侧螺旋线圈51的谐振频率是期望频率f0 (例如10MHz)。
[0064]根据上述电力供应系统1，当使机动车辆4的电力接收部5朝电力供应部3移动，并且将电力供应侧螺旋线圈33和电力接收侧螺旋线圈51沿着所述中心轴线方向彼此间有间隙地相对定位时，电力供应侧螺旋线圈33和电力接收侧螺旋线圈51彼此电磁地谐振，由此以非接触形式将来自电力供应部3的电力供应至电力接收部5。[0065]更具体地，当AC电力被供应至电力供应侧环形天线32时,该AC电力通过电磁感应被传输到电力供应侧螺旋线圈33。换言之，电力通过电力供应侧环形天线32馈送至电力供应侧螺旋线圈33。当电力被传输到电力供应侧螺旋线圈33时，该电力通过磁场谐振而被无线地传输至电力接收侧螺旋线圈51。此外，当电力被传输至电力接收侧螺旋线圈51时，则因此电力通过电磁感应被传输至电力接收侧环形天线52并且通过AC/DC转换器53被供应至连接到该电力接收侧环形天线52的负载7。
[0066]如图3A中所示，在电力供应系统I中，调节电力供应部3的阻抗和电力接收部5的阻抗(即，使电力供应部3的阻抗和电力接收部5的阻抗匹配)，使得传输效率在电力供应侧螺旋线圈33和电力接收侧螺旋线圈51的中心轴线Zl、Z2的横向地移位X 00)的位置处最大。中心轴线Zl、Z2之间的该横向移位X处于其中电力供应侧螺旋线圈33和电力接收侧螺旋线圈51在中心轴线方向上彼此重叠的范围内。
[0067]例如，用于匹配电力供应部3的阻抗和电力接收部5的阻抗的方法包括:在电力供应侧螺旋线圈33和电力接收侧螺旋线圈51的两侧或电力供应侧环形天线32和电力接收侧环形天线52的两侧上设置匹配装置；以及使用该匹配装置调节阻抗，或调节DC/AC转换器31的阻抗和AC/DC转换器53的阻抗。
[0068]参照图3B，当电力供应部3的阻抗和电力接收部5的阻抗在中心轴线Z1、Z2之间的横向移位X是X=O的位置处匹配时，像传统技术的情况那样，传输效率在中心轴线Zl上的点P处变为最大，并且传输效率随着电力接收侧螺旋线圈51的中心轴线Z2移离点P而减小。
[0069]相比之下，反过来参照图3A，当电力供应部3的阻抗和电力接收部5的阻抗在电力供应侧螺旋线圈33和电力接收侧螺旋线圈51的中心轴线Zl、Z2移位X的位置处匹配时，传输效率在以中心轴线Zl为中心的具有X的半径的圆圈R上变为最大，并且传输效率随着电力接收侧螺旋线圈51的中心轴线Z2移离圆圈R而减小。从图3A和图3B显然地，在传统技术中，传输效率仅在点P处是最大的，而在本实施例中，传输效率在圆圈R上的各点处是最大的。因此，能够减小由于电力供应侧螺旋线圈33相对于电力接收侧螺旋线圈51的位置移位X而引起的传输效率的下降，由此以高效率将来自电力供应部3的电力供应至电力接收部5。
[0070]接着，本发明的发明人已经关于如下产品模拟了对于中心轴线Zl、Z2之间的、范围从O到0.375D的横向移位的传输效率，所述的产品为:如图3B中所示，当中心轴线Z1、Z2之间的横向移位X是X=O时电力供应侧螺旋线圈33的阻抗和电力接收侧螺旋线圈51的阻抗匹配的传统产品；和当中心轴线Zl、Z2之间的横向移位X等于0.0625D、0.125D,
0.1875D、0.25D、0.3125D和0.375D时电力供应侧螺旋线圈33的阻抗和电力接收侧螺旋线圈51的阻抗匹配的本发明的相应产品A至F。结果在图4中示出。
[0071]如图4中示，对于传统产品:在横向移位X=O处的传输效率是98%，而在横向移位x=0.375D处的传输效率下降至82%。相比之下，对于阻抗在横向移位x=0.0625D、0.125D处匹配的本发明产品A、B，在横向移位x=0.375D处的传输效率为约85%，S卩，在x=0.375D处的传输效率的下降能够减小。此外，对于阻抗在在横向移位x=0.187?处匹配的本发明的产品C，在横向移位X=O处的传输效率是97.5%，即，传输效率略下降，但是，在横向移位x=0.375D处的传输效率为约89%，即，在x=0.375D处的传输效率的下降能够减小。[0072]此外，对于阻抗在横向移位x=0.25D处匹配的本发明的产品D，在横向移位X=O处的传输效率是95.5%，但是在横向移位x=0.37?处的传输效率为约92%，即，在x=0.37?处的传输效率的下降能够显著地减小。此外，对于阻抗在横向移位x=0.3125D处匹配的本发明的产品E，在横向移位x=0处的传输效率下降至91%，但是在横向移位x=0.375D处的传输效率能够增加到96%。
[0073]此外，对于阻抗在横向移位x=0.37?处匹配的本发明的产品F，在横向移位X=O处的传输效率下降至84%，但是在横向移位x=0.375D处的传输效率能够增加到98%。因此，从上文的结果显然，在传统产品中，当存在从O至0.375D范围内的横向移位时，传输效率下降至82% ;然而，即使存在从O至0.375D的范围内的横向移位X，本发明的产品A至F也能够实现84%或更高的传输效率。因此，发现本发明的产品减小由横向移位引起的传输效率的下降，因此能够以高效率将来自电力供应部3的电力供应至电力接收部5。
[0074]而且，根据上文描述的实施例，由于电力供应侧螺旋线圈33和电力接收侧螺旋线圈5缠绕成圆形形状，所以能够消除传输效率中的各向异性。
[0075]在上述实施例中，电力供应侧螺旋线圈33和电力接收侧螺旋线圈51缠绕成圆形形状；然而本发明并不限于这种情况。电力供应侧螺旋线圈33和电力接收侧螺旋线圈51的形状能够是不同于圆圈的形状，诸如矩形或三角形。
[0076]第二实施例
[0077]在下文中，参照图5和图6解释根据本发明的第二实施例的电力供应系统。图5示出根据本发明的第二实施例的电力供应系统。图6是构成图5的电力供应系统的电力供应侧环形天线、电力供应侧螺旋线圈、电力接收侧螺旋线圈和电力接收侧环形天线的透视图。如在这些附图中所示的，电力供应系统I包括例如在马路2上提供的电力的供应部3和例如设置于机动车辆4的车身部的电力接收部5。
[0078]电力供应部3包括:电力供应侧环形天线32，AC电力被供应至该电力供应侧环形天线32 ；电力供应侧螺旋线圈33，该电力供应侧螺旋线圈33布置成沿着电力供应侧环形天线32的中心轴线方向远离该电力供应侧环形天线32并且与该电力供应侧环形天线32相对，并且电磁地耦接于该电力供应侧环形天线32;和电容器Cl，该电容器Cl连接到电力供应侧螺旋线圈33的两端(参见图6)。
[0079]电力供应侧环形天线32通过将导线缠绕成圆形回路的形式而形成，并且电力供应侧环形天线32的中心轴线是沿着从马路2朝机动车辆4的车身部的方向即垂直方向而布置。AC电力源V连接到该电力供应侧环形天线32的两端以供应来自AC电力源的AC电力。
[0080]电力供应侧螺旋线圈33通过将导线缠绕成圆形螺旋形状而形成。在图5和图6中所示的示例中，电力供应侧螺旋线圈33的匝数是5匝。然而，在第二实施例中，匝数并不限于这种情况，并且能够在3匝至6匝之间。如图6中所示，用于调节谐振频率的电容器Cl连接到电力供应侧螺旋线圈33的两端。
[0081]电力供应侧螺旋线圈33布置在电力供应侧环形天线32的与机动车辆4相邻的一侧上，并且与电力供应侧环形天线32同轴地布置。电力供应侧环形天线32和电力供应侧螺旋线圈33在该电力供应侧环形天线32和该电力供应侧螺旋线圈33将要电磁地彼此耦接的范围内，即，在当AC电力供应至电力供应侧环形天线32并且交流电流流入电力供应侧环形天线32中时在电力供应侧螺旋线圈33处诱发电磁感应的范围内，彼此隔开。
[0082]电力接收部5包括:电力接收侧螺旋线圈51，该电力接收侧螺旋线圈51布置成当沿着电力供应侧螺旋线圈33的中心轴线方向相对于电力供应侧螺旋线圈33以一定的间隔相对地定位时与该电力供应侧螺旋线圈33电磁地谐振；电力接收侧环形天线52，该电力接收侧环形天线52布置成沿着电力接收侧螺旋线圈51的中心轴线方向与该电力接收侧螺旋线圈51相对并且电磁地耦接于该电力接收侧螺旋线圈51 ;和电容器C2，该电容器C2连接到电力接收侧螺旋线圈51的两端。
[0083]电力接收侧环形天线52通过将导线缠绕成圆形回路而形成，并且电力接收侧环形天线52的中心轴线是沿着从机动车辆4的车身部朝马路2的方向即垂直方向而布置。诸如电池的负载7连接到电力接收侧环形天线52的两端。在该实施例中，电力接收侧环形天线52具有与上述电力接收侧环形天线32相同的直径。然而，本发明并不限于这种情况，并且电力接收侧环形天线52的直径可以小于电力接收侧环形天线32的直径。
[0084]电力接收侧螺旋线圈51通过将导线缠绕成圆形螺旋形状而形成。在图5和图6中所示的示例中，如电力供应侧螺旋线圈33那样，电力接收侧螺旋线圈51的匝数N是5匝。然而，本发明并不限于这种情况，并且匝数能够在3匝至6匝之间。在该实施例中，电力接收侧螺旋线圈51可以具有与电力供应侧螺旋线圈33相同的直径。然而，本发明并不限于这种情况，并且电力接收侧螺旋线圈51的直径可以小于电力供应侧螺旋线圈33的直径。
[0085]如图6中所示，用于调节谐振频率的电容器C2连接到电力接收侧螺旋线圈51的两端。设置电容器C1、C2以用于调节谐振频率，并且电力供应侧螺旋线圈33和电力接收侧螺旋线圈51的电容C被设置为电容Cs，因此谐振频率是期望频率f0。
[0086]电力接收侧螺旋线圈51布置在电力接收侧环形天线52的与马路2相邻的一侧上，并且与电力接收侧环形天线52同轴地布置。因此，电力接收侧环形天线52和电力接收侧螺旋线圈51在该电力接收侧环形天线52和该电力接收侧螺旋线圈51将要电磁地彼此率禹接的范围内，即，在当交流电流入电力接收侧螺旋线圈51中时在电力接收侧环形天线52处诱发感应电流的范围内，彼此隔开。
[0087]根据上述电力供应系统1，当使机动车辆4的电力接收部5朝电力供应部3移动，并且电力供应侧螺旋线圈33和电力接收侧螺旋线圈51沿着中心轴线方向彼此间具有间隙地相对定位时，电力供应侧螺旋线圈33和电力接收侧螺旋线圈51彼此电磁地谐振，由此以非接触形式从电力供应部3向电力接收部5供应电力。
[0088]更具体地，当AC电力被供应至电力供应侧环形天线32时，该AC电力通过电磁感应被传输到电力供应侧螺旋线圈33。换言之，电力通过电力供应侧环形天线32馈送至电力供应侧螺旋线圈33。当电力被传输到电力供应侧螺旋线圈33时，该电力通过磁场谐振被无线地传输至电力接收侧螺旋线圈51。此外，当电力被传输至电力接收侧螺旋线圈51时，则因此电力通过电磁感应被传输至电力接收侧环形天线52并且被供应至连接到该电力接收侧环形天线52的负载7。
[0089]根据上述电力供应系统1，电力供应侧螺旋线圈33和电力接收侧螺旋线圈51的匝数在3匝至6匝之间。因此，即使在电容器C1、C2的电容上存在最大±10%的误差，在期望的谐振频率f0下的传输效率能够是80%或更高，由此减小由电容器C1、C2的变化所引起的传输效率上的下降。[0090]接着，本发明的发明人已经模拟了对于如下各比较产品al至a5在谐振频率f0附近的传输效率，所述比较产品al至a5是具有N=2的匝数的电力供应侧螺旋线圈33和电力接收侧螺旋线圈51的电力供应系统I。比较产品al包括没有误差地具有C=Cs的电容的电容器C1、C2，比较产品a2、a3具有误差为±5%的C=Cs±5%，并且比较产品a4、a5具有误差为±10%的C=Cs±10%。结果在图7中示出。
[0091]此外，为了验证效果，本发明的发明人已经模拟了对于相应的本发明的产品al至c5的在谐振频率f0附近的传输效率，所述产品al至c5是具有N=3、4、5的匝数的电力供应侧螺旋线圈33和电力接收侧螺旋线圈51的电力供应系统I。本发明的产品al、bl、c2包括没有误差地具有C=Cs的电容的电容器Cl、C2，本发明的产品a2、a3、b2、b3、c2、c3具有误差为±5%的C=Cs±5%，并且本发明的产品a4、a5、b4、b5、c4、c5具有误差为土 10%的C=Cs±10%。结果在图8至图10中示出。
[0092]如图17中所示，对于在电容器C1、C2的电容C上没有误差的传统产品al (N=I),在谐振频率f0处的传输效率是94% ;而对于具有5%的误差的传统产品a2、a3 (N=l)，传输效率为约90%，低了约4%。而且，对于具有±10%的大误差的传统产品a4、a5 (N=l)，传输效率为约50%，低了 44%。
[0093]相比之下，如图7中所示，对于在电容器C1、C2的电容C上没有误差的比较产品al(N=2)，在谐振频率f0处的传输效率是98% ;而对于具有5%的误差的比较产品a2、a3(N=2)，传输效率是95%，仅低了约3%，S卩，传输效率的下降减小。而且，对于具有±10%的大误差的比较产品a4、a5 (N=2)，确保了约72%的传输效率，这意味着与传输产品al相比，传输效率的下降减小约20%。因此，发现与传统产品a4、a5相比传输效率能够提高。
[0094]此外，如图8中所示，对于在电容器C1、C2的电容C上没有误差的本发明的产品al(N=3)以及对于具有±5%的误差的本发明的产品a2、a3 (N=3)，在谐振频率f0处的传输效率为98%。因此，发现:如果误差在约±5%内，则在传输效率上几乎不存在下降。此外，甚至对于具有±10%的大误差的本发明的产品a4、a5 (N=3)，能够确保87%的传输效率，这意味着与本发明的产品al相比，传输效率的下降减小约10%。因此，发现:与传统产品a4、a5相比，传输效率能够提高。
[0095]此外，如图9中所示，对于在电容器C1、C2的电容C上没有误差的本发明的产品bl(N=4)以及对于具有±5%的误差的本发明的产品b2、b3 (N=4)，在谐振频率f0处的传输效率为98%。因此，发现:如果误差在约±5%，则在传输效率上几乎不存在下降。此外，甚至对于具有土 10%的大误差的本发明的产品a4、a5 (N=2),能够确保96%的传输效率，这意味着与本发明的产品al相比，传输效率的下降减小约2%。因此，发现，与传统产品a4、a5相比，传输效率能够提高。
[0096]此外，如图10中所示，对于在电容器Cl、C2的电容C上没有误差的本发明的产品cl (N=5)，对于在电容器C1、C2的电容C上具有±5%的误差的本发明的产品c2、c3，以及对于具有土 10%的误差的本发明的产品C4、c5，在谐振频率f0处的传输效率为98%。因此，发现:如果误差在约±10%内，则在传输效率上几乎不存在下降。
[0097]因此，从图8至图10显然地，由电容器C1、C2的电容C的误差所引起的传输效率的下降能够随着电力供应侧螺旋线圈33和电力接收侧螺旋线圈51的匝数N的增加而减小。
[0098]此外，本发明的发明人已经模拟了当将图5和图6中所示的电力供应系统I的电力供应侧螺旋线圈33和电力接收侧螺旋线圈51的匝数N从I匝改变至8匝时在谐振频率附近的传输效率的最大值(即，在C=Cs处的值)和最小值(即，在C=Cs土 10%处的值)。结果在图11中示出。从图11图显然地，由电容器Cl、C2的电容C的误差所引起的传输效率的下降能够随着电容器C1、C2的匝数N的增加而减小。然而，当匝数大于N=6时，由于谐振频率f0的改变，传输效率已经显著下降。
[0099]这种情况能够解释如下。一般而言，谐振频率f0由下列方程式(I)表达，
[0100]f0=l/ (2 X sqrt (LX (Cs+Cp))) [Hz] (I),
[0101]其中，L=电力供应侧螺旋线圈33和电力接收侧螺旋线圈51的电感，Cs=电容器C1、C2的电容(集总常数电容)，并且Cp=电力供应侧螺旋线圈33和电力接收侧螺旋线圈51的寄生电容。
[0102]当电力供应侧螺旋线圈33和电力接收侧螺旋线圈51的匝数N增加时，寄生电容Cp增大，并且感应器L增大。因此，集总常数电容Cs减小。因此，可以预期的是，由于在方程式(I)中集总常数Cs对谐振频率f0的贡献率减小，所以谐振频率f0不再受到集总常数电容Cs的变化的影响。
[0103]此外，从图11显然地，通过将电力供应侧螺旋线圈33和电力接收侧螺旋线圈51的匝数N设置成至少3匝但是不超过6匝，即使在电容器Cl、C2的电容上存在高达土 10%的误差，在期望谐振频率f0处的传输效率也能够等于或大于80%。因此，由电容器C1、C2的变化所引起的传输效率的下降能够减小。
[0104]在上述实施例中，电力供应侧螺旋线圈33和电力接收侧螺旋线圈51的匝数N在3匝和6匝之间。然而，匝数N更优选地在3匝和5匝之间以获得在宽范围内的高传输效率。这种情况对于图12中所示的电力供应侧螺旋线圈33和电力接收侧螺旋线圈51之间的位置移位X也是优选的。如图12中所示，位置移位X是电力供应侧螺旋线圈33的中心轴线Zl相对于电力接收侧螺旋线圈51的中心轴线Z2的移位量。
[0105]为证实影响，本发明的发明人已经模拟了当电力供应侧螺旋线圈33和电力接收侧螺旋线圈51的匝数N从I匝改变至5.7匝时在谐振频率f0附近的传输效率。结果在图13中示出。从图13显然地，具有高传输效率的频率范围随着匝数N的增加而增加。
[0106]接着，为了证实影响，本发明的发明人已经模拟了对于具有匝数N为I匝至8匝的电力供应侧螺旋线圈33和电力接收侧螺旋线圈51的电力供应系统I并且当发生了 O至
0.75D (在此处，D指示电力供应侧螺旋线圈33和电力接收侧螺旋线圈51的直径)的位置移位时，在谐振频率f0附近的传输效率。结果在图14中示出。
[0107]从图14显然地，与具有匝数N=I的传统产品相比，由位置移位X所引起的传输效率的下降随着匝数N的增加而减小。然而，当匝数大于N=6时，谐振频率f0改变，因此传输效率显著下降。
[0108]此外，从图14显然地，当电力供应侧螺旋线圈33和电力接收侧螺旋线圈51的匝数N是少3匝但是不超过5匝时，即使存在0.5D的位置移位X时，在谐振频率fO处的传输效率也能够等于或大于60%。
[0109]根据上述实施例，电力供应侧螺旋线圈33和电力接收侧螺旋线圈51缠绕成圆形形状；然而，本发明并不限于这种情况。电力供应侧螺旋线圈33和电力接收侧螺旋线圈51的形状可以不同于圆形并且可以是矩形或三角形形状。[0110]本文中所描述的实施例仅仅是本发明的代表性实施例，并且本发明并不限于这些实施例。也就是，在不脱离本发明的主旨的情况下，能够以不同的方式修改和实施本发明。
【权利要求】
1.一种电力供应系统，包括: 电力供应单元,该电力供应单元包括电力供应侧线圈，电力被供应到该电力供应侧线圈；和 电力接收单元，该电力接收单元包括电力接收侧线圈，该电力接收侧线圈布置成与所述电力供应侧线圈电磁地谐振并且接收来自所述电力供应侧线圈的电力， 其中，在所述电力供应侧线圈的中心轴线相对于所述电力接收侧线圈的中心轴线移位的位置处，所述电力供应单元的阻抗和所述电力接收单元的阻抗匹配。
2.根据权利要求1所述的电力供应系统，其中，所述电力供应侧线圈和所述电力接收侧线圈被缠绕成圆形形状。
3.一种电力供应系统，包括: 电力供应侧线圈，电力被供应到该电力供应侧线圈； 电力接收侧线圈，该电力接收侧线圈布置成与所述电力供应侧线圈电磁地谐振并且接收来自所述电力供应侧线圈的电力；以及 用于调节谐振频率的电容器，该电容器连接到所述电力供应侧线圈和所述电力接收侧线圈每一者的两端， 其中，所述电力供应侧线圈和所述电力接收侧线圈的匝数是至少3匝但是不超过6匝。
4.根据权利要求3所述的电力供应系统，其中，所述电力供应侧线圈和所述电力接收侧线圈的匝数是至少3匝但是不超过5匝。
【文档编号】H02J17/00GK103782480SQ201280032574
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2012年6月27日 优先权日:2011年6月30日
【发明者】大川雅充, 田中信吾, 田口範高 申请人:矢崎总业株式会社