CN102239622A - 非接触电力传输装置及非接触电力传输装置中的电力传输方法 - Google Patents

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山本幸宏
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Abstract

本发明公开了一种具有交流电源和共振系统的非接触电力传输装置。共振系统具有与所述交流电源连接的初级线圈、初级侧共振线圈、次级侧共振线圈、次级线圈、与次级线圈连接的负载。非接触电力传输装置还具有状态检测部和阻抗可变电路。所述状态检测部对所述共振系统的状态进行检测。所述阻抗可变电路以如下方式构成：基于由所述状态检测部检测到的共振系统的状态，调整自身的阻抗，使得所述共振系统的共振频率的输入阻抗和输出阻抗匹配。

Description

非接触电力传输装置及非接触电力传输装置中的电力传输方法
技术领域
本发明涉及非接触电力传输装置以及该非接触电力传输装置中的电力传输方法，特别涉及共振型的非接触电力传输装置以及该非接触电力传输装置中的电力传输方法。
背景技术
图9示出利用电磁场的共振从第一铜线圈51向与该第一铜线圈51分离配置的第二铜线圈52传输电力的非接触电力传输装置。例如，在非专利文献1以及专利文献1公开了这样的装置。在图9中，利用第一以及第二铜线圈51、52的磁场共振，对与交流电源53连接的初级线圈54所产生的磁场进行增强，通过第二铜线圈52附近的增强后的磁场的电磁感应作用将在次级线圈55中产生的电力提供给负载56。在使半径为30cm的第一以及第二铜线圈51、52彼此离开2m配置的情况下，确认能够使作为负载56的60W的电灯点亮。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开特许WO/2007/008646 A2。
非专利文献
非专利文献1：NIKKEI  ELECTRONICS  2007.12.3 117页～128页。
发明内容
发明要解决的课题
在该共振型非接触电力传输装置中，为了将交流电源53的输出电力效率较好地向负载56供给，需要将交流电源53的输出电力效率较好地向共振系统（第一以及第二铜线圈51、52、以及初级和次级线圈54、55）供给。但是，在上述文献中并没有明确记载设计以及制造非接触电力传输装置时所需的发送侧（送电侧）的第一铜线圈51以及接收侧（受电侧）的第二铜线圈52的各自的共振频率和交流电源53的交流电压的频率的关系。
在第一铜线圈51和第二铜线圈52之间的距离恒定并且负载56的电阻值恒定的状态的情况下，首先，通过实验求出共振系统的共振频率，将具有通过实验求出的共振频率的交流电压从交流电源53向初级线圈54供给即可。但是，若第一铜线圈51和第二铜线圈52之间的距离以及负载56的电阻值的至少一方发生变化，则共振系统的输入阻抗发生变化。因此，交流电源53的输出阻抗和共振系统的输入阻抗不匹配，由此，从共振系统向交流电源53的反射功率变大，所以，交流电源53的输出电力不能够效率较好地向负载56供给。换言之，电力传输效率变小。此处，共振系统的共振频率是指电力传输效率最大的频率。
本发明的目的在于提供非接触电力传输装置以及该非接触电力传输装置中的电力传输方法，即使构成共振系统的两个共振线圈之间的距离以及负载的至少一方发生变化，也能够不使交流电源的交流电压的频率改变地将交流电源的输出电力效率较好地向负载供给。
用于解决课题的手段
为了达到上述目的，根据本发明的第一方式，提供一种具有交流电源、共振系统、负载的非接触电力传输装置。共振系统具有与所述交流电源连接的初级线圈、初级侧共振线圈、次级侧共振线圈、次级线圈、与所述次级线圈连接的负载。非接触电力传输装置还具有状态检测部和阻抗可变电路。所述状态检测部检测所述共振系统的状态。所述阻抗可变电路以如下方式构成：基于由所述状态检测部检测到的共振系统的状态，调整自身的阻抗，使得所述共振系统的共振频率的输入阻抗与比所述初级线圈更靠近所述交流电源侧的阻抗即输出阻抗匹配。
在本发明的第二方式中，提供一种具有交流电源、共振系统、负载的非接触电力传输装置。共振系统具有与所述交流电源连接的初级线圈、初级侧共振线圈、次级侧共振线圈、次级线圈、与所述次级线圈连接的负载。非接触电力传输装置还具有阻抗可变电路和对所述阻抗可变电路进行控制的控制部。阻抗可变电路设置在所述次级线圈和所述负载之间并且具有可变电抗元件。对于所述控制部来说，对于表示所述共振系统的状态的参数的变化，控制所述可变电抗元件的电抗，因此，对所述阻抗可变电路的阻抗进行调整，使得抑制从所述交流电源输出的交流电压的频率的所述共振系统的输入阻抗的变化。
在本发明的第三方式中，提供一种具有交流电源和共振系统的非接触电力传输装置中的电力传输方法。共振系统具有与所述交流电源连接的初级线圈、初级侧共振线圈、次级侧共振线圈、次级线圈、与所述次级线圈连接的负载。所述方法具有：在所述次级线圈和所述负载之间设置阻抗可变电路；对于表示所述共振系统的状态的参数的变化，调整所述阻抗可变电路的阻抗，使得抑制从所述交流电源输出的交流电压的频率的所述共振系统的输入阻抗的变化。
附图说明
图1是本发明的第一实施方式的非接触电力传输装置的概要结构图。
图2是具有第一实施方式的非接触电力传输装置的充电装置以及移动体的示意图。
图3是表示使图1所示的初级侧共振线圈和次级侧共振线圈之间的距离发生变化的情况下的共振系统的输入阻抗和交流电压的频率的关系的图表。
图4是具有本发明的第二实施方式的非接触电力传输装置的充电装置以及移动体的示意图。
图5是本发明的第三实施方式的非接触电力传输装置的概要结构图。
图6是具有第三实施方式的非接触电力传输装置的充电装置以及移动体的示意图。
图7是表示使图5所示的初级侧共振线圈和次级侧共振线圈之间的距离发生变化的情况下的共振系统的输入阻抗和交流电压的频率的关系的图表。
图8是具有本发明的第四实施方式的非接触电力传输装置的充电装置以及移动体的示意图。
图9是现有技术的非接触电力传输装置的结构图。
具体实施方式
以下，根据图1～图3对本发明的第一实施方式的非接触电力传输装置10进行说明。
如图1所示，非接触电力传输装置10具有交流电源11、阻抗可变电路17、共振系统20。本实施方式的共振系统20具有：与阻抗可变电路17连接的初级线圈12；初级侧共振线圈13；次级侧共振线圈14；次级线圈15；与次级线圈15连接的负载16；与初级侧共振线圈13并联连接的电容器18；与次级侧共振线圈14并联连接的电容器19。
交流电源11向阻抗可变电路17供给交流电压。该交流电源11也可以将从直流电源输入的直流电压变换为交流电压并向阻抗可变电路17供给。交流电源11的交流电压的频率设定为共振系统20的共振频率。
初级线圈12、初级侧共振线圈13、次级侧共振线圈14以及次级线圈15由电线形成。作为构成各线圈12、13、14、15的电线，例如，使用绝缘乙烯树脂覆盖线。各线圈12、13、14、15的卷径和匝数与应该传输的功率的大小等对应地适当设定。在该实施方式中，初级线圈12、初级侧共振线圈13、次级侧共振线圈14以及次级线圈15形成为相同的卷径。初级侧共振线圈13和次级侧共振线圈14是相同的线圈，电容器18与电容器19是相同的电容器。
阻抗可变电路17具有作为可变电抗的两个可变电容器21、22和电感器23。可变电容器21与交流电源11并联连接，可变电容器22与初级线圈12并联连接。电感器23配置在两个可变电容器21、22之间。两个可变电容器21、22的电容分别由控制部24控制。通过改变可变电容器21、22的电容，由此，改变阻抗可变电路17的阻抗。调整阻抗可变电路17的阻抗，使得共振系统20的共振频率的输入阻抗Zin与比初级线圈12更靠近交流电源11侧的阻抗匹配。以下，在本实施方式以及后述的第二实施方式中，将比初级线圈12更靠近交流电源11侧的阻抗称为交流电源11的输出阻抗。可变电容器21、22是例如具有利用未图示的马达驱动的旋转轴的公知的可变电容器。根据来自控制部24的驱动信号驱动所述马达，从而改变可变电容器21、22的电容。
非接触电力传输装置10应用于以非接触的方式对移动体（例如，车辆）30上搭载的二次电池31进行充电的系统。图2示意性示出构成所述系统的充电装置32和移动体30。移动体30具有次级侧共振线圈14、次级线圈15、整流电路34以及作为负载16的二次电池31。充电装置32具有交流电源11、初级线圈12、初级侧共振线圈13、阻抗可变电路17以及控制部24。充电装置32以非接触的方式对二次电池31进行充电。充电装置32设置在充电站。
充电装置32具有对共振系统20的状态进行检测的状态检测部即作为距离测定部的距离传感器33。距离传感器33在移动体30停止在充电位置的状态下对移动体30和充电装置32之间的距离进行测定，由此，测定初级侧共振线圈13和次级侧共振线圈14之间的距离。
控制部24具有CPU35以及存储器36。在存储器36中将表示初级侧共振线圈13与次级侧共振线圈14之间的距离和共振系统20的共振频率的输入阻抗Zin的关系的数据存储为映射或者关系式。该数据预先通过实验求出。此外，在存储器36中，作为为了不改变交流电源11的交流电压的频率而以使输入阻抗Zin与交流电源11的输出阻抗匹配的方式对阻抗可变电路17的阻抗进行调整所使用的数据，存储有表示可变电容器21、22的电容与输入阻抗Zin的关系的数据。输入阻抗Zin与交流电源11的输出阻抗匹配并不仅仅是两个阻抗完全一致。例如，在非接触电力传输装置10的电力传输效率为80%以上、或者从初级线圈12向交流电源11的反射功率为5%以下等的作为非接触电力传输装置达到所希望的性能的范围内，输入阻抗Zin和交流电源11的输出阻抗的差是被允许的。在例如输入阻抗Zin和交流电源11的输出阻抗的差为±10%的范围内即可，优选为±5%的范围内即可，若是这样范围的差，则两个阻抗即为匹配。
然后，对本实施方式的非接触电力传输装置10的作用进行说明。
在移动体30停止在充电装置32的附近的充电位置的状态下，进行针对二次电池31的充电。当移动体30停止在充电位置时，利用距离传感器33对移动体30和充电装置32之间的距离进行测定。对于控制部24来说，输入距离传感器33的输出信号，根据距离传感器33的测定结果运算初级侧共振线圈13和次级侧共振线圈14之间的距离。控制部24基于在存储器36中存储的数据决定适于运算出的距离的可变电容器21、22的电容。然后，控制部24对可变电容器21、22的马达输出驱动信号，使得将可变电容器21、22的电容调整为充电时的适当的电容。并且，将可变电容器21、22的电容调整为适于初级侧共振线圈13和次级侧共振线圈14之间的距离的值。
然后，从交流电源11向初级线圈12施加具有共振系统20的共振频率的交流电压，由此，使初级线圈12产生磁场。初级线圈12所产生的磁场被初级侧共振线圈13和次级侧共振线圈14的磁场共振增强，通过次级侧共振线圈14附近的增强后的磁场的电磁感应作用，在次级线圈15中产生电力，该电力通过整流电路34供给到二次电池31。
图3是表示改变初级侧共振线圈13和次级侧共振线圈14之间的距离进行所测定的情况下的交流电源11的交流电压的频率和共振系统的输入阻抗Zin的关系的图表。当初级侧共振线圈13和次级侧共振线圈14之间的距离发生变化时，共振系统20的共振频率的输入阻抗Zin的值也发生变化。并且，图3示出使初级线圈12、初级侧共振线圈13、次级侧共振线圈14、次级线圈15的直径分别为300mm左右、使交流电源11的输出阻抗为50Ω、使负载16的电阻值为50Ω的情况下的输入阻抗Zin和交流电源11的交流电压的频率的关系。初级侧共振线圈13和次级侧共振线圈14之间的距离越大，共振系统20的共振频率为大致2.2MHz的输入阻抗Zin的值越大。
当充电时的移动体30的停止位置发生变化时，初级侧共振线圈13和次级侧共振线圈14之间的距离也发生变化。于是，共振系统20的共振频率的输入阻抗Zin的值变化。因此，在不具有阻抗可变电路17的非接触电力传输装置中，由于充电时的移动体30的停止位置的变化，导致交流电源11的输出阻抗和共振系统20的输入阻抗Zin不匹配，由此，产生从初级线圈12向交流电源11的反射功率。
但是，本实施方式的非接触电力传输装置10具有阻抗可变电路17，并且，在充电时利用距离传感器33间接地测定初级侧共振线圈13和次级侧共振线圈14的距离。并且，对阻抗可变电路17的阻抗进行调整，使得交流电源11的输出阻抗与该距离的共振系统20的输入阻抗Zin匹配。因此，在不改变交流电源11的交流电压的频率的情况下降低从初级线圈12向交流电源11的反射功率，由此，能够效率较好地将交流电源11的输出电力向二次电池31供给。
本实施方式具有以下优点。
（1）非接触电力传输装置10具有交流电源11、阻抗可变电路17以及共振系统20。共振系统20具有与阻抗可变电路17连接的初级线圈12、初级侧共振线圈13、次级侧共振线圈14、次级线圈15、与次级线圈15连接的负载16。阻抗可变电路17设置在交流电源11和初级线圈12之间。此外，非接触电力传输装置10具有作为对共振系统20的状态进行检测的状态检测部的距离传感器33。 基于距离传感器33的检测结果，对阻抗可变电路17的阻抗进行调整，使得共振系统20的共振频率的输入阻抗Zin与交流电源11的输出阻抗匹配。因此，即使在初级侧共振线圈13和次级侧共振线圈14之间的距离从对共振系统20的共振频率进行设定时的基准值发生了变化的情况下，也不使交流电源11的交流电压的频率改变地降低从初级线圈12向交流电源11的反射功率，由此，能够效率良好地将交流电源11的输出电力向负载16供给。
（2）非接触电力传输装置10具有作为对初级侧共振线圈13和次级侧共振线圈14之间的距离进行测定的距离测定部的距离传感器33。基于距离传感器33的测定结果对阻抗可变电路17的阻抗进行调整。因此，即便输入阻抗Zin伴随初级侧共振线圈13和次级侧共振线圈14之间的距离的变化而变化，也能够通过调整阻抗可变电路17的阻抗，使交流电源11的输出阻抗和共振系统20的共振频率的输入阻抗Zin匹配。
（3）非接触电力传输装置10应用于以非接触的方式对移动体30所搭载的二次电池31充电的系统，设置在充电站的充电装置32具有距离传感器33。因此，在充电时移动体30停止的状态下，即使每次充电时移动体30和充电装置32之间的距离不同，也能够在不改变共振系统20的共振频率的情况下使共振系统20的输入阻抗Zin与交流电源11的输出阻抗匹配，能够效率良好地对二次电池31进行充电。此外，也不需要按每个移动体30设置距离传感器33。因此，与按每个移动体30设置距离传感器33的情况相比，系统的结构简单。此外，不需要为了使移动体30与充电装置32之间的距离为规定的值而使该移动体30停止在预先决定的位置，所以，使移动体30停止在充电位置时的方向盘操作或加速器以及制动器操作变得容易。
（4）在初级侧共振线圈13以及次级侧共振线圈14上分别连接有电容器18、19。因此，能够在不增加初级侧共振线圈13以及次级侧共振线圈14的线圈的匝数的情况下降低共振系统20的共振频率。此外，如果共振系统的共振频率相同，则与不在初级侧共振线圈13以及次级侧共振线圈14上分别连接电容器18、19的共振系统相比，能够使初级侧共振线圈13以及次级侧共振线圈14小型化。
然后，根据图4对本发明的第二实施方式的非接触电力传输装置10进行说明。该非接触电力传输装置10与如下情况对应：在充电时，负载16的状态发生变化，由此，共振系统20的输入阻抗Zin发生变化。但是，移动体30停止在以该移动体30与充电装置32之间的距离为规定的值的方式预先决定的位置。即，对于第二实施方式的非接触电力传输装置10来说，作为状态检测部，具有负载检测部来代替距离测定部。负载检测部检测负载16的状态。与第一实施方式相同的构件标注相同的附图标记且省略其详细说明。
在本实施方式中，移动体30停止在该移动体30和充电装置32之间的距离为规定的值的预先决定的位置（充电位置）。在移动体30上设置有作为对二次电池31的充电量进行检测的负载检测部的充电量传感器37。由充电量传感器37检测到的二次电池31的充电量的数据经由未图示的无线通信装置发送到充电装置32。
在存储器36中将表示二次电池31的充电量与该充电量的共振系统20的输入阻抗Zin的关系的数据存储为映射或者关系式。该数据预先通过实验求出。此外，在存储器36中，作为为了不改变交流电源11的交流电压的频率而以使输入阻抗Zin与交流电源11的输出阻抗匹配的方式对阻抗可变电路17的阻抗进行调整所使用的数据，存储有表示可变电容器21、22的电容与输入阻抗Zin的关系的数据。
在移动体30停止在充电位置的状态下对二次电池31进行充电。当移动体30停止在充电位置时，充电量传感器37开始检测二次电池31的充电量。二次电池31的充电量的数据从充电量传感器37经由无线通信装置发送到充电装置32。控制部24输入充电量的数据，根据在存储器36中存储的数据，求出与充电量对应的共振系统20的输入阻抗Zin，根据所述数据决定可变电容器21、22的电容，使得该输入阻抗Zin和交流电源11的输出阻抗匹配。然后，控制部24向可变电容器21、22的马达输出驱动信号，使得将可变电容器21、22的电容调整为充电时的适当的电容。并且，将可变电容器21、22的电容调整为适于二次电池31的充电量的值。
然后，从交流电源11向初级线圈12施加具有共振系统20的共振频率的交流电压，从而开始向二次电池31充电。在充电中，充电量传感器37检测二次电池31的充电量，将该检测数据发送到充电装置32。此外，对于控制部24来说，根据二次电池31的充电量的数据，决定适于该充电量的可变电容器21、22的电容，并且，调整可变电容器21、22的电容，使得可变电容器21、22的电容成为适于充电量的值。因此，在充电中，即便共振系统20的输出阻抗Zin伴随二次电池31的充电量的变化而发生变化，也可调整阻抗可变电路17的阻抗，使得交流电源11的输出阻抗与共振系统20的输入阻抗Zin匹配。
对于本实施方式来说，除了第一实施方式的优点（4）之外，具有以下优点。
（5）本实施方式的非接触电力传输装置10具有作为对负载16的状态进行检测的负载检测部的充电量传感器37。基于充电量传感器37的检测结果调整阻抗可变电路17的阻抗，使得共振系统20的共振频率的输入阻抗Zin与交流电源11的输出阻抗匹配。因此，即便在负载16的状态在以非接触的方式从充电装置32向移动体30传输电力的期间发生变化而使共振系统20的输入阻抗Zin变化的情况下，也不使交流电源11的交流电压的频率改变地降低从初级线圈12向交流电源11的反射功率，由此，能够效率良好地将交流电源11的输出电力向负载16供给。
（6）本实施方式的非接触电力传输装置10应用于以非接触的方式对移动体30所搭载的二次电池31进行充电的系统。对于移动体30来说，在对二次电池31进行充电时，停止在以该移动体30和充电装置32之间的距离为规定的值的方式预先决定的位置。在移动体30上设置有检测二次电池31的充电量的充电量传感器37。控制部24基于充电量传感器37的检测数据对阻抗可变电路17的阻抗进行调整，使得即使共振系统20的输入阻抗Zin变化，该输入阻抗Zin和交流电源11的输出阻抗也匹配。因此，能够效率更好地进行针对二次电池31的充电。
然后，根据图5～图7对本发明的第三实施方式的非接触电力传输装置10进行说明。与第一实施方式相同的构件标注相同的附图标记并省略其详细说明。
如图5所示，在本实施方式的非接触电力传输装置10中，在次级线圈15和负载16之间设置有阻抗可变电路17。本实施方式的共振系统20具有初级线圈12、初级侧共振线圈13、次级侧共振线圈14、次级线圈15、负载16、阻抗可变电路17。
交流电源11向初级线圈12供给交流电压。该交流电源11的交流电压的频率设定为共振系统20的共振频率。
控制部24调整阻抗可变电路17的阻抗，使得抑制与表示共振系统20的状态的参数的变化对应的共振系统20的输入阻抗Zin的变化。对可变电容器21、22的电容（电抗）进行控制，从而调整阻抗可变电路17的阻抗。以下，在本实施方式以及后述的第四实施方式中，将比次级线圈15更靠近二次电池31侧的阻抗称为负载侧阻抗。
本实施方式的非接触电力传输装置10应用于以非接触的方式对移动体（例如，车辆）30所搭载的二次电池31进行充电的系统。图6示意性示出构成所述系统的充电装置32和移动体30。移动体30具有次级侧共振线圈14、次级线圈15、作为负载16的二次电池31、阻抗可变电路17、控制部24以及作为负载检测部的充电量传感器37。
在本实施方式的控制部24的存储器36中，作为用于使负载侧阻抗为设定共振系统20的共振频率时的基准值的数据，将表示二次电池31的充电量与可变电容器21、22的电容的关系的数据存储为映射或者关系式。该数据预先通过实验求出。控制部24基于充电量传感器37的检测结果，以负载侧阻抗的变化被抑制的方式改变可变电容器21、22的电容，调整阻抗可变电路17的阻抗。
充电装置32设置在充电站。本实施方式的充电装置32具有交流电源11、初级线圈12以及初级侧共振线圈13。
然后，对本实施方式的非接触电力传输装置10的作用进行说明。
在移动体30停止在以移动体30与充电装置32的距离为规定的值的方式预先决定的位置（充电位置）的状态下，进行针对电池31的充电。当移动体30停止在充电位置时，充电量传感器37开始检测二次电池31的充电量。二次电池31的充电量的数据从充电量传感器37发送到控制部24。对于控制部24来说，输入充电量的数据，基于在存储器36中存储的数据，决定与充电量对应的可变电容器21、22的电容。然后，控制部24向可变电容器21、22的马达输出驱动信号，使得将可变电容器21、22的电容调整为充电时的适当的电容。并且，调整可变电容器21、22的电容，使得可变电容器21、22的电容为适于二次电池31的充电量的值，即，即便二次电池31的充电量发生变化，负载侧阻抗也不发生变化。
然后，从交流电源11对初级线圈12施加交流电压，由此，使初级线圈12产生磁场。该交流电压的频率为共振系统20的共振频率。对于非接触电力传输装置10来说，利用初级侧共振线圈13与次级侧共振线圈14的磁场共振对初级线圈12产生的磁场进行增强，通过次级侧共振线圈14附近的增强后的磁场的电磁感应作用，在次级线圈15中产生电力，并将该电力供给到二次电池31。
在充电中，充电量传感器37检测二次电池31的充电量，将该检测数据向控制部24发送。此外，控制部24基于二次电池31的充电量的数据，决定适于该充电量的可变电容器21、22的电容，并且，调整可变电容器21、22的电容，使得可变电容器21、22的电容成为适于该充电量的值。因此，即使在充电中二次电池31的充电量发生变化，阻抗可变电路17的阻抗也以负载侧阻抗不发生变化的方式被调整，由此，共振系统20的输入阻抗Zin的变化被抑制。即，调整阻抗可变电路17的阻抗，使得对与表示共振系统20的状态的参数（在本实施方式中是作为负载的二次电池31的充电量）的变化对应的共振系统20的输入阻抗的变化进行抑制。
图7示出使负载16的电阻值改变的情况下的交流电源11的交流电压的频率和共振系统的输入阻抗Zin的关系。如图7所示，即使负载16的电阻值发生变化，共振系统20的共振频率（在图7中为2.6MHz）也不发生变化，但是，该共振频率的输入阻抗Zin的值发生变化。交流电源11输出预先设定的共振频率的交流电压，使得共振系统20的输入阻抗Zin和交流电源11的输出阻抗匹配。因此，在充电中作为负载的二次电池31的充电量变化，由此，共振系统20的输入阻抗Zin的值变小时，交流电源11的输出阻抗和共振系统20的输入阻抗Zin不匹配，由此，存在产生从初级线圈12向交流电源11的反射功率的危险。
但是，在本实施方式的非接触电力传输装置10中，在充电时利用充电量传感器37检测二次电池31的充电量。并且，以抑制负载侧阻抗的变化的方式利用控制部24决定可变电容器21、22的电容，将可变电容器21、22的电容调整为该充电量。因此，共振系统20的输入阻抗Zin与二次电池31的充电量无关地保持恒定。
对于本实施方式来说，除了第一实施方式的优点（4），具有以下优点。
（7）非接触电力传输装置10具有设置在次级线圈15和负载16之间的阻抗可变电路17。初级线圈12、初级侧共振线圈13、次级侧共振线圈14、次级线圈15、负载16以及阻抗可变电路17构成共振系统20。并且，控制部24以抑制与表示共振系统20的状态的参数的变化对应的输入阻抗Zin的变化的方式，调整阻抗可变电路17的阻抗。因此，在负载16的状态从设定共振系统20的共振频率时的基准值发生变化的情况下，也不使交流电源11的交流电压的频率改变地降低从初级线圈12向交流电源11的反射功率，由此，能够效率较好地从交流电源11向负载16供给电力。
（8）非接触电力传输装置10具有检测负载16的状态的充电量传感器37，基于充电量传感器37的检测结果对阻抗可变电路17的阻抗进行调整。因此，在共振系统20的输入阻抗Zin在以非接触的方式从初级侧共振线圈13向次级侧共振线圈14传输电力的期间由于负载16的变化而发生变化的境况下，也不改变交流电源11的交流电压的频率地降低从初级线圈12向交流电源11的反射功率，由此，能够效率良好地从交流电源11向负载16供给电力。
（9）非接触电力传输装置10应用于对在移动体30上搭载的二次电池31进行非接触充电的系统。对于移动体30来说，在对二次电池31进行充电时，停止在离充电装置32恒定的距离的位置。在移动体30上设置有检测二次电池31的充电量的充电量传感器37。控制部24以抑制二次电池31的充电量的变化所导致的负载侧阻抗的变化的方式，对阻抗可变电路17的阻抗进行调整。因此，能够效率较好地进行针对二次电池31的充电。
然后，根据图8对本发明的第四实施方式进行说明。在本实施方式中，与如下情况对应：对二次电池31充电时的移动体30的停止位置不恒定，初级侧共振线圈13和次级侧共振线圈14之间的距离在每次移动体30停止时不同，即共振系统20的输入阻抗Zin变化。与第三实施方式相同的构件标注相同的附图标记且省略详细说明。
对于移动体30来说，除了充电量传感器37之外，还具有所述第一实施方式的距离传感器33作为距离测定部。
在存储器36中，将表示二次电池31的充电量和该充电量的共振系统20的输入阻抗Zin的关系的数据存储为映射或者关系式。该数据与各种的初级侧共振线圈13和次级侧共振线圈14之间的距离对应。这些数据预先通过实验求出。此外，在存储器36中，作为用于使负载侧阻抗成为设定共振频率时的基准值的数据，存储有表示初级侧共振线圈13和次级侧共振线圈14之间的距离与可变电容器21、22的电容的关系的数据。该数据与二次电池31的各种充电量对应。
在移动体30停止在充电装置32附近的充电位置的状态下，进行针对二次电池31的充电。当移动体30停止在充电位置时，距离传感器30测定移动体30和充电装置32的距离。此外，充电量传感器37检测二次电池31的充电量。距离传感器33的测定数据以及充电量传感器37的检测数据被发送到控制部24。控制部24根据距离传感器33的测定数据以及在存储器36中存储的数据，求出初级侧共振线圈13与次级侧共振线圈14之间的距离。此外，控制部24输入充电量的数据，根据在存储器36中存储的数据，决定适于与初级侧共振线圈13和次级侧共振线圈14之间的距离对应的可变电容器21、22的电容。然后，控制部24将用于调整可变电容器21、22的电容的驱动信号输出到阻抗可变电路17，使得可变电容器21、22的电容与根据所述数据决定的电容一致。其结果是，可变电容器21、22的电容变为适于充电量的值。
然后，从交流电源11向初级线圈12供给具有共振系统20的共振频率的交流电压，由此，开始对二次电池31充电。在充电中，充电量传感器37检测二次电池31的充电量，并且，将该检测数据向充电装置32发送。此外，控制部24根据二次电池31的充电量的数据决定适于该充电量的可变电容器21、22的电容，并且，调整可变电容器21、22的电容，使得可变电容器21、22的电容成为适于充电量的值。因此，即使在充电中二次电池31的充电量发生变化，也可调整阻抗可变电路17的阻抗，使得负载侧阻抗不发生变化，即共振系统20的输入阻抗Zin不发生变化。
在第四实施方式中，除了第一实施方式的优点（1）、（3）、（4）之外，具有以下优点。
（10）非接触电力传输装置10具有作为检测二次电池31的状态的负载检测部的充电量传感器37和作为检测初级侧共振线圈13和次级侧共振线圈14之间的距离的距离测定部的距离传感器33。控制部24基于距离传感器33的测定结果和充电量传感器37的测定结果，进行阻抗可变电路17的阻抗的调整。因此，即使初级侧共振线圈13和次级侧共振线圈14之间的距离以及二次电池31的充电量的这二者发生变化，也能够在不改变交流电源11的交流电压的频率的情况下效率较好地将来自交流电源11的输出电力向二次电池31供给。
本发明不限于上述实施方式，例如，也可以以如下方式进行具体化。
在第二实施方式中，可以在充电装置32上设置距离传感器33。由此，考虑充电时的移动体30的停止位置以及充电时的二次电池31的负载的变化，调整阻抗可变电路17的阻抗。换言之，在充电时即便不使移动体30停止在离充电装置32的距离为恒定的预定的位置，也可与充电的共振系统20的输入阻抗Zin的变化对应地调整阻抗可变电路17的阻抗，使得以适当的条件对二次电池31进行充电。
在第一以及第二实施方式中，也可以是如下结构：在将非接触电力传输装置10应用于移动体30所搭载的二次电池31的充电系统的情况下，不仅对额定容量相同的二次电池31进行充电，也可以对额定容量不同的二次电池31进行充电。例如，在控制部24的存储器36中，按额定容量不同的各二次电池31存储有表示初级侧共振线圈13和次级侧共振线圈14之间的距离与该距离的共振系统20的共振频率的输入阻抗Zin的值的关系、或二次电池31的充电量与该充电量的共振系统20的输入阻抗Zin的关系的数据。并且，控制部24根据移动体30所搭载的二次电池31的额定容量，运算与充电时的共振系统20的输入阻抗Zin对应的适当的可变电容器21、22的电容，并且，调整阻抗可变电路17的阻抗。
在第二至第四实施方式中，代替根据充电量的变化算出充电时的二次电池31的负载的变化，也可以使用直接检测负载的状态的传感器作为负载检测部。例如，也可以将对供给到二次电池31的电流量进行检测的电流传感器作为负载检测部。
在上述各实施方式中，非接触电力传输装置10可以在将使用中负载阶段性地变化的电气设备用作负载的情况下应用、或在对负载的值不同的多个电气设备供给电力的装置中应用。
第三以及第四实施方式的非接触电力传输装置10可以为如下结构：仅考虑初级侧共振线圈13和次级侧共振线圈14的距离为共振系统20的共振频率的输入阻抗Zin的变化的主要原因，不具有负载检测部（充电量传感器37）而只具有距离测定部（距离传感器33）。例如，在第四实施方式中，省略在移动体30上设置的充电量传感器37，并且，在存储器36中省略与充电量相关的数据的存储。在该情况下，控制部24基于距离测定部（距离传感器33）的测定结果，进行阻抗可变电路17的阻抗的调整。因此，即使初级侧共振线圈13和次级侧共振线圈14之间的距离变化，也能够在不改变交流电源11的交流电压的频率的情况下效率较好地将来自交流电源11的输出电力向二次电池31供给。此外，也可以不使移动体30停止在离充电装置32的距离被决定了的位置，所以，使移动体30停止在充电位置的操作变得容易。
在第三以及第四实施方式中，也可以是如下结构：在将非接触电力传输装置10应用于移动体30所搭载的二次电池31的充电系统的情况下，不仅对额定容量相同的二次电池31进行充电，也对额定容量不同的二次电池进行充电。例如，在控制部24的存储器36中，按额定容量不同的各二次电池31，作为在设定共振系统20的共振频率时用于使负载侧阻抗为基准值的数据，将表示共振线圈13、14间的距离以及二次电池31的充电量与可变电容器21、22的电容的关系的数据存储为映射或者关系式。并且，控制部24根据移动体30所搭载的二次电池31的额定容量，运算充电时的适当的可变电容器21、22的电容，并且，对阻抗可变电路17的阻抗进行调整。
在上述各实施方式中，在将非接触电力传输装置10应用于将在使用中负载阶段性地变化的电气设备用作负载16的系统的情况下、或者将非接触电力传输装置10应用于将负载变化的期间被预先决定的电气设备用作负载16的系统的情况下，根据从负载16的驱动开始时（非接触电力传输装置10的电力传输开始时）开始的经过时间对阻抗可变电路17的阻抗进行调整也可以。
在上述各实施方式中，对于阻抗可变电路17来说，不限于包含两个可变电容器21、22和一个电感器23的阻抗可变电路。例如，省略构成阻抗可变电路17的可变电容器21、22的任意一个，由一个可变电容器和一个电感器23构成阻抗可变电路17也可以。此外，由固定电容式的电容器和可变电感器构成阻抗可变电路17也可以。
在上述各实施方式中，可以省略分别在初次侧共振线圈13以及次级侧共振线圈14上连接的电容器18、19。但是，在初级侧共振线圈13以及次级侧共振线圈14上分别连接有电容器18、19的情况与省略了电容器18、19的情况相比，能够降低共振频率。此外，与省略了电容器18、19的情况相比，能够进行初级侧共振线圈13以及次级侧共振14的小型化。
在上述各实施方式中，对于交流电源11来说，交流电压的频率能够改变或者不能够改变都可以。
在上述各实施方式中，初级线圈12、初级侧共振线圈13、次级侧共振线圈14以及次级线圈15的形状不限于圆筒形状。例如，可以做成四角筒形状、六角筒形状、三角筒形状等的多角筒形状、或者做成椭圆筒形状。
在上述各实施方式中，初级线圈12、初级侧共振线圈13、次级侧共振线圈14以及次级线圈15的形状不限于左右对称的形状，也可以是非对称的形状。
在上述各实施方式中，电线不限于剖面圆形的一般的铜线，例如，也可以是矩形剖面的板状的铜线。
在上述各实施方式中，电线的材料不限于铜，例如，也可以是铝或银。
在上述各实施方式中，对于初级侧共振线圈13以及次级侧共振线圈14来说，不限于电线卷绕成筒状的线圈，例如，也可以具有电线在一个平面上卷绕的形状。
在上述各实施方式中，初级线圈12、初级侧共振线圈13、次级侧共振线圈14以及次级线圈15不需要全部形成为相同的直径。例如，初级侧共振线圈13以及次级侧共振线圈14为相同直径、初级线圈12和次级线圈15为彼此不同的直径或者两个线圈14、15为不同的直径也可以。
在上述各实施方式中，代替初级线圈12、初级侧共振线圈13、次级侧共振线圈14以及次级线圈15由电线形成，由在基板上设置的布线图形形成也可以。
附图标记说明如下：
11  交流电源
12  初级线圈
13  初级侧共振线圈
14  次级侧共振线圈
15  次级线圈
16  负载
17  阻抗可变电路
20  共振系统
33  作为距离测定部的距离传感器
37  作为负载检测部的充电量传感器。

Claims (13)

1. 一种非接触电力传输装置，具有交流电源和共振系统，该共振系统具有与所述交流电源连接的初级线圈、初级侧共振线圈、次级侧共振线圈、次级线圈、与所述次级线圈连接的负载，其特征在于，
还具有：状态检测部，检测所述共振系统的状态；阻抗可变电路，设置在所述交流电源和所述初级线圈之间，
所述阻抗可变电路以如下方式构成：基于由所述状态检测部检测到的共振系统的状态，对自身的阻抗进行调整，使得所述共振系统的共振频率的输入阻抗与比所述初级线圈更靠近所述交流电源侧的阻抗即输出阻抗匹配。
2. 如权利要求1所述的非接触电力传输装置，其特征在于，
所述状态检测部包括对所述初级侧共振线圈与所述次级侧共振线圈之间的距离进行测定的距离测定部，
所述阻抗可变电路以如下方式构成：基于由所述距离测定部测定的所述距离，对自身的阻抗进行调整。
3. 如权利要求1所述的非接触电力传输装置，其特征在于，
所述状态检测部包括检测所述负载的状态的负载检测部，
所述阻抗可变电路以如下方式构成：基于由所述负载检测部检测到的所述负载的状态，对自身的阻抗进行调整。
4. 如权利要求1～3的任意一项所述的非接触电力传输装置，其特征在于，
所述阻抗可变电路具有可变电容器和电感器，
所述非接触电力传输装置还具有输出用于对可变电容器的电容进行控制的驱动信号的控制部，该控制部具有对表示所述输入阻抗和所述可变电容器的电容的关系的数据进行存储，
所述控制部使用所述数据对所述可变电容器的电容进行调整，使得所述输入阻抗和所述输出阻抗匹配。
5. 如权利要求1～4的任意一项所述的非接触电力传输装置，其特征在于，
所述非接触电力传输装置应用于对作为搭载在移动体上的所述负载的二次电池进行充电的系统，该系统具有设置在充电站的充电装置，
所述移动体除了具有所述二次电池，还具有所述次级侧共振线圈以及所述次级线圈，
所述充电装置具有对所述交流电源、所述初级线圈、所述初级侧共振线圈、所述阻抗可变电路、所述状态检测部以及所述阻抗可变电路进行控制的控制部。
6. 一种非接触电力传输装置，具有交流电源和共振系统，该共振系统具有与所述交流电源连接的初级线圈、初级侧共振线圈、次级侧共振线圈、次级线圈、与所述次级线圈连接的负载，其特征在于，
还具有：阻抗可变电路，设置在所述次级线圈和所述负载之间，并且，具有可变电抗元件；控制部，控制所述阻抗可变电路，
所述控制部对于表示所述共振系统的状态的参数的变化，对所述可变电抗元件的电抗进行控制，由此，对所述阻抗可变电路的阻抗进行调整，使得对从所述交流电源输出的交流电压的频率的所述共振系统的输入阻抗的变化进行抑制。
7. 如权利要求6所述的非接触电力传输装置，其特征在于，
还具有对所述负载的状态进行检测的负载检测部，
所述控制部基于由所述负载检测部检测到的负载的状态，对所述阻抗可变电路的阻抗进行调整。
8. 如权利要求6所述的非接触电力传输装置，其特征在于，
还具有对所述初级侧共振线圈和所述次级侧共振线圈之间的距离进行测定的距离测定部，
所述控制部基于由所述距离测定部测定的所述初级侧共振线圈和所述次级侧共振线圈之间的距离，对所述阻抗可变电路的阻抗进行调整。
9. 如权利要求6所述的非接触电力传输装置，其特征在于，
还具有：负载检测部，对所述负载的状态进行检测；距离测定部，对所述初级侧共振线圈和所述次级侧共振线圈之间的距离进行测定，
所述控制部基于由所述负载检测部检测到的所述负载的状态和由所述距离测定部测定的所述初级侧共振线圈与所述次级侧共振线圈之间的距离，对所述阻抗可变电路的阻抗进行调整。
10. 如权利要求7～9的任意一项所述的非接触电力传输装置，其特征在于，
所述阻抗可变电路具有可变电容器和电感器，
所述控制部具有对表示示出所述共振系统的状态的参数与所述可变电容器的电容的关系的数据进行存储的存储器，
所述控制部使用所述数据对所述可变电容器的电容进行调整，使得比所述次级线圈更靠近负载侧的阻抗与预先决定的基准值一致。
11. 如权利要求6～10的任意一项所述的非接触电力传输装置，其特征在于，
所述非接触电力传输装置应用于对作为搭载在移动体上的所述负载的二次电池进行充电的系统，该系统具有设置在充电站的充电装置，
所述移动体具有所述次级侧共振线圈、所述次级线圈、所述阻抗可变电路、所述二次电池、所述控制部以及对表示所述共振系统的状态的参数进行检测的检测部，
所述充电装置具有所述交流电源、所述初级线圈、所述初级侧共振线圈。
12. 一种非接触电力传输装置中的电力传输方法，该非接触电力传输装置具有交流电源和共振系统，该共振系统具有与所述交流电源连接的初级线圈、初级侧共振线圈、次级侧共振线圈、次级线圈、与所述次级线圈连接的负载，该方法的特征在于，具有：
在所述次级线圈和所述负载之间设置阻抗可变电路；
对于表示所述共振系统的状态的参数的变化，调整所述阻抗可变电路的阻抗，使得对从所述交流电源输出的交流电压的频率的所述共振系统的输入阻抗的变化进行抑制。
13. 如权利要求12所述的电力传输方法，其特征在于，
所述阻抗可变电路具有可变电容器和电感器，
所述方法还包括：使用表示示出所述共振系统的状态的参数与所述可变电容器的电容的关系的数据，对所述可变电容器的电容进行调整，使得比所述次级线圈更靠近负载侧的阻抗与预先决定的基准值一致。
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