CN102593958A - 磁场共振方式的非接触供电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种磁场共振方式的非接触供电装置，第一，不需使用高压且大容量的电源装置，第二，能够实现气隙扩大和大功率供给，第三，还能够防止电磁波损伤。该非接触供电装置(15)中，输电侧电路(6)中配置有输电线圈(3)和并联电容器(11)，从而形成为并联谐振电路。而且，受电侧电路(7)中配置有受电线圈(4)和并联电容器(12)，从而形成为并联谐振电路。而且，两并联谐振电路的谐振频率设定为相等，并且，使输电侧电路(6)的高频电源(9)的电源频率与该谐振频率相等。而且，输电侧电路(6)中，高频电源(9)侧的电路部分与并联电容器(11)以及输电线圈(3)侧的电路部分通过电场耦合用电容器(21、22)的电场耦合连接。

Description

磁场共振方式的非接触供电装置
技术领域
本发明涉及非接触供电装置。例如，本发明涉及从地面侧的输电侧向车辆侧的受电侧以非接触状态供给电力的磁场共振方式的非接触供电装置。
背景技术
根据需要开发了不借助电缆等机械接触对例如电动汽车等车辆从外部供给电力的非接触供电装置并将其实际应用。
该非接触供电装置基于电磁感应的互感作用，从固定在地上侧的输电侧电路的输电线圈向搭载于车辆等移动体侧的受电侧电路的受电线圈在存在例如数十毫米以上～数百毫米以下程度气隙(air gap)的非接触状态下近邻着进行位置对应的同时供给电力(参照后述图4)。
对于该种非接触供电装置，除了大功率供给需求，鉴于供电时的便利性要求扩大气隙、也就是大气隙化的需求很大，作为适应这些需求的一环，磁场共振方式的研究和开发正在进展之中。
首先，针对图3(1)的现有技术进行描述。
关于磁场共振方式，典型的是如图3(1)的现有技术中所示的那样，在使用了单个或者多个中继线圈2的非接触供电装置1中适用和实施。
即，在该图3(1)所示的非接触供电装置1中，首先作为前提，在输电线圈3与受电线圈4之间的气隙G的磁路上配置有构成谐振电路5的中继线圈2。在图示例子中，中继线圈2分别配置在输电线圈3侧和受电线圈4侧。
而且，两谐振电路5与输电线圈3等输电侧电路6以及受电线圈4等受电侧电路7电绝缘，从而构成为独立的不同于输电侧电路6以及受电侧电路7的电路。而且，两谐振电路5在气隙G的磁路上供给励磁无功功率(excitingreactive power)。图中8为谐振电路5的谐振用电容器。
而且，作为磁场共振方式，两谐振电路5的谐振频率设定为相等，从而使得中继线圈2间电磁耦合作为磁场共振用线圈，并且，使输电侧电路6的高频电源9的电源频率与该谐振频率相等。
例如该图3(1)中现有技术所示，典型的磁场共振方式类型是在使用中继线圈2的非接触供电装置1中适用和实施。
接着，针对图3(2)的现有技术进行描述。
关于磁场共振方式，像如图3(2)的现有技术所示的那样，也可以在不同于图3(1)中所示类型的非接触供电装置1的、不使用中继线圈2的非接触供电装置10中适用和实施。
即，在该非接触供电装置10中，输电侧电路6中配置有输电线圈3和并联电容器11，从而形成为并联谐振电路。而且，受电侧电路7中配置有受电线圈4和并联电容器12，从而形成为并联谐振电路。
而且，在该类型中，作为磁场共振方式，输电线圈3和受电线圈4被用作磁场共振用线圈，从而两并联谐振电路的谐振频率设定为相等，并且，使输电侧电路6的高频电源9的电源频率与该谐振频率相等。图中13、14为铁氧体芯(ferrite core)等磁芯，L为负载。
而且，相比于在图3(1)那样的非接触供电装置1中适用和实施磁场共振方式的类型，在图3(2)那样的非接触供电装置10中适用和实施磁场共振方式的类型由于电阻值减少等原因，具有能够供给较大功率的优点。并且，随着大气隙G化，电磁耦合的耦合系数K的降低能够通过线圈的Q值来补偿。即，通过采用具有远小于输电线圈3和受电线圈4的互感的电阻成分的输电线圈3、受电线圈4，能够维持线圈间效率。
作为在图3(1)的非接触供电装置1中适用和实施磁场共振方式的类型，可列举例如下述专利文献1。
关于在图3(2)所示的非接触供电装置10中适用和实施磁场共振方式的类型，参照例如同一专利文献1中的图3(1)、(2)。
专利文献1：日本特开2010-173503号公报
但是，该种图3(2)中所示现有的磁场共振方式的非接触供电装置10被指出了如下课题。
磁场共振方式具有能够扩大气隙G的优点。即便是在例如输电线圈3与受电线圈4之间的电磁耦合的耦合系数K为0.1以下这样的大气隙G的前提下，磁场共振方式也能够通过非接触供电实现大功率供给。
但是，现有的磁场共振方式的非接触供电装置10被指出如下问题：在大气隙G的前提下，对输电线圈3进行励磁的励磁视在功率变得极大，因此需要大容量的高频电源9，造成成本负担过大。
例如，针对图3(2)的非接触供电装置10进行仿真时，如果在K值为0.05的情况下试图对受电侧电路7进行大约2kW程度(输出电压V2420V×5A)的大功率供给，那么输电侧电路6的励磁视在功率将超过130kVA(1.4kV×96A)。
即，面向输电线圈3的输入电压V1需要为超过1.4kV的高电压，需要在输电侧电路6的谐振电路中生成该高电压。结果，需要通过高频电源9及/或变压器来供给该高电压。这样，使用输电线圈3和受电线圈4作为磁场共振用线圈类型的磁场共振方式被指出如下问题：需要高压且大容量的逆变电源(inverter power)及/或升压变压器，电源装置的成本增高。
发明内容
本发明的磁场共振方式的非接触供电装置是为了解决上述现有技术、即图3(2)所示磁场共振方式的非接触供电装置10的课题而完成的装置。
而且，本发明的目的在于提供一种磁场共振方式的非接触供电装置，第一，不需使用高压且大容量的电源装置，第二，能够实现气隙扩大和大功率供给，第三，还能够防止电磁波损伤。
本发明的技术方案如下。
第一方案如下。
第一方案的磁场共振方式的非接触供电装置基于电磁感应的互感作用，从输电侧电路的输电线圈向受电侧电路的受电线圈在存在气隙的非接触状态下近邻着进行位置对应的同时供给电力。
而且，该输电侧电路中配置有该输电线圈和与该输电线圈并联连接的并联电容器，从而形成为并联谐振电路。而且，该受电侧电路中配置有该受电线圈和与该受电线圈并联连接的并联电容器，从而也形成为并联谐振电路。
而且，两该并联谐振电路的谐振频率设定为相等，并且，使该输电侧电路的高频电源的电源频率与该谐振频率相等。而且，该输电侧电路中，该高频电源侧的电路部分与该并联电容器以及输电线圈侧的电路部分通过电场耦合用电容器的电场耦合连接。
第二方案如下。
在第一方案的磁场共振方式的非接触供电装置中，该电场耦合用电容器发挥升压功能，从而在将该高频电源侧的电路部分保持为低压的同时，使该输电线圈侧的电路部分高压化。
第三方案如下。
在第二方案的磁场共振方式的非接触供电装置中的该输电侧电路中，该高频电源侧的电路部分与该电场耦合用电容器、该并联电容器以及该输电线圈侧的电路部分经由绝缘变压器连接。
第四方案如下。
在第二方案的磁场共振方式的非接触供电装置中，该输电线圈等该输电侧电路固定配置在地面、路面、地板面或者其他地上侧。而且，该受电线圈等该受电侧电路搭载在车辆或其它移动体侧。
第五方案如下。
在第四方案的磁场共振方式的非接触供电装置中，通过停止供电方式供电。从而在供电时该受电线圈相对于固定的该输电线圈在存在气隙的同时近邻着进行位置对应后停止。并且，该输电线圈和该受电线圈由能够成对的对称结构构成。
第六方案如下。
在第四方案的磁场共振方式的非接触供电装置中，该输电线圈以及该受电线圈分别由被绝缘的线圈导线在同一平面内卷绕多次形成为涡旋状而形成，从而形成为整体平坦、厚度薄的扁平的扁平结构。
第七方案如下。
在第二方案的磁场共振方式的非接触供电装置中，基于该受电线圈的输出电压相对于面向该输电线圈的输入电压的频率响应来设定该谐振频率。该频率响应在与电磁耦合的耦合系数对应的同时表示双峰特性，从而将该谐振频率设定为与特定的耦合系数相关的双峰特性的两峰的中间频率。
关于作用
本发明具有如下(1)～(10)的作用。
(1)非接触供电装置中，受电线圈在与输电线圈存在气隙的状态下近邻着进行位置对应的同时进行供电。
(2)在进行供电时，输电线圈中通电，形成磁通。从而在气隙中形成磁通的磁路。
(3)而且，利用上述(2)中感应出的磁场，基于电磁感应的互感作用，从输电线圈侧向受电线圈侧供给电力。
(4)输电侧电路中，由输电线圈和并联电容器形成并联谐振电路。而且，受电侧电路中，由受电线圈和并联电容器形成并联谐振电路。而且，采用了如下磁场共振方式：使两并联谐振电路的谐振频率和高频电源的电源频率相等。
(5)如上所述，采用了使用输电线圈和受电线圈作为磁场共振用线圈的磁场共振方式。而且，鉴于扩大气隙的需求，面向输电线圈的励磁视在功率变大，从而需要大的输入电压和电流。
(6)于是，首先，由于通过并联谐振电路能够得到大电流，因此在电源装置侧保持小电流和小容量的情况下，能够实现输电线圈侧的大功率化。
(7)与此同时，在本发明中，输电侧电路的高频电源侧和输电线圈等侧之间通过电场耦合用电容器连接。从而，通过该电场耦合用电容器的升压功能，能够在将高频电源侧保持为低压的同时，使输电线圈等侧高压化。能够在电源装置侧保持低压和小容量的情况下，实现输电线圈侧的高压化以及大功率化。
(8)当然，由于采用了磁场共振方式，能够在扩大气隙的前提下实现大功率供给。而且，由于气隙中未设置独立的谐振电路，因此能够相应地提供大功率。
(9)并且，经由绝缘变压器连接输电侧电路的高频电源时，共模电流被削减，从而减少了对外辐射的不必要的电磁波。
(10)于是，本发明的磁场共振方式的非接触供电装置发挥如下效果。
发明的效果
第一效果
第一，不需使用高压且大容量的电源装置，能够提高输电线圈电压。
该磁场共振方式的非接触供电装置采用输电线圈和受电线圈作为磁场共振用线圈的类型，为了扩大气隙，输电线圈需要大的励磁视在功率。
于是，在本发明中，通过电场耦合用电容器的电场耦合将输电线圈等侧与输电侧电路的高频电源侧连接，从而，在将高频电源侧保持为低压且小容量的同时，使输电线圈等侧高压化。与此同时，由于与输电线圈并联地连接有谐振电容器，因此能够使高频电源侧保持小电流和小容量的同时，使输电线圈等侧大功率化。
因此，解决了前述该种现有技术中需要高压和大容量的逆变电源、变压器从而导致电源装置成本高的问题。本发明中，不需要高频电源的高压化以及大容量化，而且也不需要变压器进行升压，也不需要高压化，能够实现输电线圈的高压化。电源装置侧保持低压和小容量即可实现大幅的成本削减。
第二效果
第二，能够实现气隙扩大和大功率供给。本发明的磁场共振方式的非接触供电装置采用输电线圈和受电线圈作为磁场共振用线圈的类型。
于是，首先，有效利用磁场共振方式的特征，能够实现在扩大气隙、即大气隙化的前提下的大功率供给，从而提高供电时的便利性。与此同时，相比前述现有技术的使用中继线圈类型的磁场共振方式的非接触供电装置，能够提供更大的功率。
第三效果
第三，还能够防止电磁波损伤。该非接触供电装置中多使用数十kHz以上～数百kHz以下程度的高频交流，这样的话，线圈中流过包含高次谐波的电流，从而共模电流也包含高次谐波。于是，存在由于基于由该共模电流形成的磁场向外部辐射的电磁波对近邻周边带来电波妨碍或对人体造成机能损伤的危险。
对比，在本发明中，在输电侧电路中设置绝缘变压器，从而阻止了共模电流，减少了不必要的电磁波辐射，因此能够降低产生电磁波损伤的危险。
通过该第一、第二、第三效果可知，本发明所发挥的效果显著并且巨大，能够完全解决该种现有实例中存在的课题。
附图说明
图1是针对本发明涉及的磁场共振方式的非接触供电装置用于说明实施发明的方式的电路图。
图2用于说明磁场共振方式的非接触供电装置，(1)是用于说明其原理的电路说明图，(2)是输出电压的频率响应图。
图3用于说明磁场共振方式的非接触供电装置，表示现有技术，(1)是其一个例子的电路说明图，(2)是其他例子的电路说明图。
图4用于非接触供电装置的一般性说明，(1)是整体侧视图，(2)是构成框图。
符号说明
1-非接触供电装置(现有实例)，2-中继线圈，3-输电线圈，4-受电线圈，5-谐振电路，6-输电侧电路，7-受电侧电路，8-电容器，9-高频电源，10-非接触供电装置(现有实例)，11-并联电容器，12-并联电容器，13-磁芯，14-磁芯，15-非接触供电装置(本发明)，16-蓄电池，17-扼流圈，18-马达，19-整流器，20-逆变器，21-电场耦合用电容器，22-电场耦合用电容器，23-绝缘变压器，24-电容器，A-地上，B-车辆，C-供电站，G-气隙，L-负载，V1-输入电压，V2-输出电压，
Figure BSA00000598569700071
-磁通。
具体实施方式
以下，针对用于实施本发明的方式，详细地进行说明。
关于非接触供电装置15
首先，参照图4、图1以及图2(1)等对作为本发明前提的非接触供电装置15进行一般性说明。
非接触供电装置15基于电磁感应的互感作用，从输电侧电路6的输电线圈3向受电侧电路7的受电线圈4在存在气隙G的非接触状态下近邻着进行位置对应的同时供给电力。
输电侧电路6固定配置在地上A侧，受电侧电路7搭载于车辆B侧等移动体侧。
非接触供电装置15的详细说明
针对该种非接触供电装置15，一般性地进一步详细说明。
首先，针对电路进行描述。
称作供电侧、搬运侧或者1次侧的输电侧电路6在供电站C等供电区域中固定配置在地面、路面、地板面或其它的地上A侧。
而称作受电侧、接收侧或者2次侧的受电侧电路7搭载于电动汽车(EV车)或者电车等车辆B或者其它移动体侧。受电侧电路7除了可用于驱动，也可用于非驱动，典型的是如图4中所示那样与车载蓄电池16连接，但是也存在如图1、图2(1)中所示的那样与各种负载L直接连接的情况。
接着，针对供电进行描述。
输电侧电路6的输电线圈3与受电侧电路7的受电线圈4之间，在进行供电时，在存在数十毫米以上～数百毫米以下、例如50mm以上～150mm以下程度的微小间隙空间、即气隙G的同时，于非接触状态下近邻着对应定位。
在供电时，如图4、图1以及图2(1)所示，受电线圈4相对于固定的输电线圈3从上侧或者横侧或者其他方向等对应定位后停止(例如停车)的停止供电方式为典型方式。在停止供电方式的情况下，输电线圈3和受电线圈4构成为可在上下、或者左右、或者其他方向等成对的对称结构。
相对于此，也能够是受电线圈4在输电线圈3上等低速移动的同时进行供电的移动供电方式。作为移动供电方式的一个例子，可列举对在高速道路上行驶中的电动汽车充电的例子。
接着，针对线圈等进行描述。
输电侧电路6的输电线圈3与高频电源9连接。高频电源9由用于转换频率等的逆变电源(inverter power)构成，将例如数kHz以上～数十kHz以下、更进一步为数十kHz以上～数百kHz以下程度的高频交流作为供电交流、亦即作为励磁电流向输电线圈3通电。图1的输电侧电路6中，17为扼流圈，11为与输电线圈3并联谐振用的并联电容器。
图4的例子中，受电侧电路7的受电线圈4能够与蓄电池16连接，利用通过供电充电后的蓄电池16驱动移动用马达18。相对于此，在图1、图2(1)的例子中，其它的负载11中被供给电力。图4中19为将交流转换为直流的整流器(整流部以及平滑部)，20为将直流转换为交流的逆变器。图1的受电侧电路7中，12为与受电线圈4并联谐振用的并联电容器。
输电线圈3以及受电线圈4形成为卷绕为涡旋状且扁平的扁平结构。即、输电线圈3以及受电线圈4以如下方式形成：被绝缘包覆的线圈导线在同一平面内维持并排的平行位置关系的同时，卷绕多次形成圆形或方形的涡旋状。从而，输电线圈3以及受电线圈4形成为整体上没有凹凸的、平坦的、厚度薄的、扁平的扁平结构，并且形成为环状，亦即大致的法兰盘状。
而且，输电线圈3在气隙G的相反侧、即外侧具备铁氧体芯等磁芯13，受电线圈4也在外侧具备铁氧体芯等磁芯14(参照图3)。
磁芯13、14由强磁性体构成，形成为扁平的平板状并且为环状也就是大致法兰盘状的扁平的扁平结构，相对于输电线圈3、受电线圈4形成为稍大的表面积，并且同心配置。而且，磁芯13、14在增大线圈电感并强化电磁耦合的同时，感应形成的磁通
Figure BSA00000598569700091
进行收集以及定向。
接着，针对电磁感应的互感作用进行描述。
非接触供电装置15在供电时，在隔着气隙G近邻着对应位置的输电线圈3和受电线圈4之间，利用在输电线圈3形成磁通，在受电线圈4中产生感应电动势。从而从输电线圈3向受电线圈4供给电力，这是公知公用的做法。
即，如图1、图2(1)所示，通过从高频电源9向输电侧电路6的输电线圈3施加供电交流、亦即励磁电流进行通电，产生自感电动势，在输电线圈3的周围产生磁场，从而在相对于其线圈面为直角方向上形成磁通
Figure BSA00000598569700092
而且，如此形成的磁通
Figure BSA00000598569700093
通过贯穿并交链(interlinkage)受电侧电路7的受电线圈4，在受电线圈4产生感应电动势，形成磁场。这样，利用感应出的磁场来输送和接收电力，从而能够供给数kW以上，并且进一步为数十kW以上～数百kW以下程度的电力。输电线圈3侧的磁通
Figure BSA00000598569700094
的磁电路与受电线圈4侧的磁通
Figure BSA00000598569700095
的磁电路在相互之间也形成磁通
Figure BSA00000598569700096
的磁电路、亦即磁路，从而电磁耦合。
非接触供电装置15中，基于这样的电磁感应的互感作用，进行非接触供电。
以上为关于非接触供电装置15的一般性说明。
本发明概要
以下，参照图1、图2(1)对本发明的磁场共振方式的非接触供电装置15进行说明。首先，本发明的概要如下。
该非接触供电装置15中，输电侧电路6中配置有输电线圈3和与输电线圈3并联连接的并联电容器11，从而形成为并联谐振电路。而且，受电侧电路7中配置有受电线圈4和与受电线圈4并联连接的并联电容器12，从而也形成为并联谐振电路。
而且，该非接触供电装置15采用磁场共振方式。即，两并联谐振电路的谐振频率设定为相等，并且，使输电侧电路6的高频电源9的电源频率与该谐振频率相等。
而且，本发明的非接触供电装置15中的输电侧电路6中，高频电源9侧的电路部分与并联电容器11以及输电线圈3侧的电路部分通过电场耦合用电容器21、22的电场耦合连接。该电场耦合用电容器21、22发挥升压功能，从而在将高频电源9侧的电路部分保持为低压的同时，使输电线圈3等侧的电路部分高压化。
于是，通过谐振带来的输电线圈3的大电流化以及该种电场耦合用电容器21、22带来的高压化，使得输电线圈3的励磁视在功率增大。
以上为本发明的概要。
以下，针对该种本发明进一步详细描述。
关于磁场共振方式
首先，参照图1、图2(1)以及图3(2)等针对作为本发明的非接触供电装置15的前提的磁场共振方式进行说明。
作为非接触供电方式，已知如前所述的利用电磁感应的互感作用的方式，近年来，该种方式中并用磁场共振方式的技术受到瞩目。针对非接触供电并用磁场共振方式，即便在大的气隙G的前提下，也能实现大功率供给。
而且，在作为本发明前提的磁场共振方式中，在供电时，使通过相互磁通电磁耦合并且相互之间具有相同谐振频率的输电线圈3侧和受电线圈4侧在存在气隙G的状态下近邻着进行位置对应。而且，从高频电源9供给与谐振频率的频率相同的励磁电流。由此，在输电线圈3和受电线圈4之间产生磁场共振现象，从而能够在实现扩大气隙G的同时，进行大功率供电。
这样，在作为本发明前提的磁场共振方式中，首先，输电侧电路6中通过输电线圈3和并联电容器11形成并联谐振电路，并且，受电侧电路7中通过受电线圈4和并联电容器12形成并联谐振电路。而且，输电侧电路6的并联谐振电路的谐振频率、受电侧电路7的并联谐振电路的谐振频率、输电侧电路6的高频电源9的电源频率相等。
以上是关于磁场共振方式的描述。
关于频率设定
接着，参照图2(2)等针对上述频率的设定进行说明。
首先，输电侧电路6的并联谐振电路的谐振频率f1(Hz)由输电线圈3的自感L1(H)和并联电容器11的电容C1(F)确定。
而且，受电侧电路7的并联谐振电路的谐振频率f2(Hz)由受电线圈4的自感L2(H)和并联电容器12的电容C2(F)确定。
于是，设定该两谐振频率f1与f2相等。谐振频率f1与f2通过以下数式1、2得出。
数式1： f 1 = 1 2 π L 1 C 1
数式2： f 2 = 1 2 π L 2 C 2
以下说明具体的频率设定。
首先作为前提，相对于面向输电侧电路6的输电线圈3的输入电压V1的、受电侧电路7的受电线圈4的输出电压V2的频率响应为图2(2)所示那样的比率，表示双峰特性。
即，在输电线圈3与受电线圈4之间的气隙G距离过大的情况下，输出电压V2的频率响应表示单峰特性。而气隙G距离接近能够供电时，输出电压V2的频率响应在与电磁耦合的耦合系数K对应的同时，表示图示的双峰特性。
耦合系数K表示输电线圈3与受电线圈4之间的电磁耦合的耦合程度，通过下述数式3得出。M(H)为互感，K值与气隙G距离的大小成比例，取0～1之间的值。距离越远，由于漏磁增加，因此K值接近于0，而距离越近，则K值接近于1，在无漏磁的假想状态下K值为1。
K = M L 1 L 2
如上所述，并且如图2(2)所示，受电线圈4的输出电压V2的频率响应表示出双峰特性，其峰与峰之间的频率差Δf的大小与K值成比例。气隙G距离变小，K值变大，则频率差Δf扩大，而气隙G距离变大，K值变小，则频率差Δf缩小。
而且，在进行作为主题的频率设定时，首先，对于特定的耦合系数K，受电线圈4侧的谐振频率f2为表示双峰特性的两峰频率中间的频率。即，受电线圈4侧的谐振频率f2被调整为一个峰的频率与另一个峰的频率的中间频率。
于是，输电线圈3侧的谐振频率f1为也设定为与其相等，使高频电源9的电源频率也与其相等。与此相应，输电线圈3、受电线圈4的自感L1、L2被加以调整。
以上是关于频率设定的说明。
关于电场耦合用电容器21、22
接着，参照图1针对电场耦合用电容器21、22进行说明。
输电侧电路6中，高频电源9侧的电路部分与构成并联谐振电路的输电线圈3以及并联电容器11的电路部分通过电场耦合用电容器21、22连接。
即，在输电线圈3的两端分别经由与并联电容器11的两连接点与两电场耦合用电容器21、22各自一方的电极侧串联连接。两电场耦合用电容器21、22的另一方的电极侧分别与图示例子中绝缘变压器23的二次侧线圈两端串联连接。
电场耦合用电容器21、22分别利用在其电极间感应的电力线以及电场输出和接受电力，届时，基于与输电线圈3的谐振，发挥升压功能。
即，电场耦合用电容器21、22在分压的同时与输电线圈3并联谐振(其谐振频率设定为等于前述的谐振频率)。从而在输电侧电路6中，高频电源9以及绝缘变压器23侧的电路部分不被升压、即高压化，保持为低压，同时，输电线圈3以及并联电容器11侧的电路部分与并联电容器11一起被高压化，被升压。
以上是关于电场耦合用电容器21、22的说明。
关于绝缘变压器23等
接着，参照图1针对绝缘变压器23等进行说明。
在输电侧电路6中，如前所述地保持为低压的高频电源9侧的电路部分中进一步设有绝缘变压器23。高频电源9侧的电路部分和上述电场耦合用电容器21、22、并联电容器11以及输电线圈3等侧的电路部分经由绝缘变压器23连接。
即，绝缘变压器23的二次侧线圈的一端与电场耦合用电容器21串联连接，另一端与电场耦合用电容器22串联连接。绝缘变压器23的一次侧线圈的一端与高频电源9的一端侧经由扼流圈17串联连接，另一端与高频电源9的另一端侧经由电容器24串联连接。
而且，绝缘变压器23的功能在于将高频电源9侧和输电线圈3侧之间电绝缘，从而削减共模电流(common mode current)，以减少基于由输电线圈3形成的磁场的不必要的电磁波辐射。当然，也能够利用绝缘变压器23的变压功能，使高频电源9的逆变电源在适当的运转点运转，从而还能够有助于提高效率。
并且，扼流圈17使来自高频电源9的供电交流中基本波以外的谐波成分衰减。即，作为高频电源9，多使用成本面优异的矩形波逆变器，从而供电交流中包含谐波，因此，为了减少流入并联电容器11，设置有扼流圈17。
并且，电容器24阻止直流成分流入绝缘变压器23。即，电容器24阻止来自高频电源9的供电交流中所含的直流成分流入绝缘变压器23，从而防止绝缘变压器23的性能劣化。
以上是关于绝缘变压器23等的说明。
作用等
本发明的磁场共振方式的非接触供电装置15如上所说明的那样来构成。于是，本发明具有如下作用。
(1)非接触供电装置15中，车辆B等移动体侧搭载的受电侧电路7的受电线圈4相对于地上A侧固定设置的输电侧电路6的输电线圈3在存在气隙G的状态下非接触地近邻着进行位置对应的同时供给电力(参照图4等)。
(2)在进行供电时，首先在输电侧电路6中，输电线圈3将来自高频电源9的高频交流作为励磁电流通电。于是，输电线圈3中形成磁通
Figure BSA00000598569700131
从而在输电线圈3与受电线圈4间的气隙G中形成磁通
Figure BSA00000598569700132
的磁路(参照图2(1)等)。
(3)这样，输电线圈3侧与受电线圈4侧之间隔着气隙G电磁耦合，磁通
Figure BSA00000598569700141
贯穿并交链受电线圈4，从而在受电线圈4生成感应电动势。这样，该非接触供电装置15利用感应出的磁场，并基于电磁感应的互感作用，从输电侧电路6向受电侧电路7供给电力(参照图1、图2(1))。
(4)但是，该非接触供电装置15中，输电侧电路6中由输电线圈3和并联电容器11形成为并联谐振电路。而且，受电侧电路7中由受电线圈4和并联电容器12形成为并联谐振电路。
并且，该非接触供电装置15并用了磁场共振方式，两并联谐振电路的谐振频率f1、f2以及输电侧电路6的高频电源9的电源频率相等(参照图1等)。
(5)这样，该非接触供电装置15为采用输电线圈3和受电线圈4作为磁场共振用线圈的类型。而且，由于在K值为0.1以下的大气隙G的状态下实施非接触供电，因此面向输电线圈3的励磁视在功率增大，从而面向输电线圈3的输入电压V1也需要为高电压。并且，通过并联谐振电路来实现面向输电线圈3的大电流化。
(6)于是，为了应对该种高电压需求，在本发明的输电侧电路6中，利用电场耦合用电容器21、22连接高频电源9侧和输电线圈3等侧之间(参照图1)。
而且，该电场耦合用电容器21、22发挥升压功能，在将输电侧电路6的高频电源9侧保持为低压的同时，使输电线圈3等侧高压化。从而，不需高频电源9的高压化以及大容量化、变压器的升压以及高压化，能够在电源装置侧保持低压和小容量的同时实现输电线圈3的高压化。由此实现面向输电线圈3的大的励磁视在功率。
(7)当然，该非接触供电装置15由于并用了磁场共振方式，因此能够容易实现使气隙G扩大。即，采用使用输电线圈3和受电线圈4作为磁场共振用线圈的类型的磁场共振方式，能够容易地实现在大的气隙G的前提下的大功率供给(参照图1、图2(1)等、图3(2)等)。
并且，该磁场共振方式为在气隙G中不设置独立于输电侧电路6、受电侧电路7的中继线圈2、谐振电路5(参照图3(1)的现有技术)的类型。于是，相对应地减少电阻值，从该角度讲，也能够对受电侧电路7供给更大功率。
(8)但是在图示例子中，在输电侧电路6中，高频电源9侧与电场耦合用电容器21、22、并联电容器11、输电侧线圈3等侧经由绝缘变压器23连接(参照图1)。
该绝缘变压器23使高频电源9侧与电场耦合用电容器21、22、并联电容器11以及输电侧线圈3侧之间电绝缘，从而削减共模电流。从而能够大幅减少基于在输电线圈3以及受电线圈4间形成的磁场向外部辐射的不必要的电磁波，因此能够避免在非接触供电装置15的近邻周边产生电磁波损伤的危险。
(9)需要说明的是，本说明书中，“设定为谐振频率相等”、“使谐振频率相等”、“与谐振频率相等”、“两峰频率”、“两峰频率的中间频率”等表述并非要求完全相同或者完全中间。
即，这些表述应该从广义上、即作为表示该程度的频率、包含其前后范围的频率的概念来理解。并且，应理解为线圈的Q值越高，则所表示的频率范围越窄，Q值越低，则所表示的频率范围越宽。总之，这些表述应理解为用于表示实现作为主题的磁场共振的范围的频率。
以上是关于作用的说明。
实施例
此处，针对本发明的实施例进行说明。
(1)在图1的电路中适用和实施本发明的非接触供电装置15，从而针对向受电侧电路7的负载L进行大约2kW程度大功率供给的情况进行仿真。
(2)首先，前提条件如下。
●设K值＝0.05，设输电线圈3的自感L1＝26.2(H)，设受电线圈4的自感L2＝18.2(H)。
●而且，设并联电容器11的电容＝100n(F)，设并联电容器12的电容＝170n(F)。
●并且，设电场耦合用电容器21、22的电容＝50n(F)(需要说明的是，电场耦合用电容器21、22的电容也可不像这样为相同值)。
(3)通过在该前提条件下进行仿真，结果得到如下数据。
●高频电源9：257V×10A＝电源供给功率2.57kW
●至绝缘变压器23的一次侧线圈侧为止：260V×10A＝视在功率2.60kVA
●从绝缘变压器23的二次侧线圈至电场耦合用电容器21、22的低压侧为止：145V×10A＝视在功率1.45kVA
●从电场耦合用电容器21、22的高压侧至输电线圈3为止：1.4kV×96A＝视在功率134.4kVA
●从受电线圈4起：420V×40A＝视在功率16.8kVA
●负载L：420V×5A＝有效功率2.1kW
(4)这样，在向受电侧电路7的负载L实施大约2kW程度大功率供给的情况下，即，在输电侧电路6的输电线圈3需要1.4kV程度的大输入电压V1的情况下，得到如下结果。
即，在输电侧电路6的绝缘变压器23侧，只需为145V程度的低电压，而且高频电源9侧只需257V程度的低电压。这样，证明了即便在供给大功率的情况下电源装置侧也只需为低电压。
以上是关于实施例的说明。

Claims (7)

1.一种磁场共振方式的非接触供电装置，其基于电磁感应的互感作用，从输电侧电路的输电线圈向受电侧电路的受电线圈在存在气隙的非接触状态下近邻着进行位置对应的同时供给电力，所述磁场共振方式的非接触供电装置的特征在于，
该输电侧电路中配置有该输电线圈和与该输电线圈并联连接的并联电容器，从而形成为并联谐振电路，而且，该受电侧电路中配置有该受电线圈和与该受电线圈并联连接的并联电容器，从而形成为并联谐振电路，
两该并联谐振电路的谐振频率设定为相等，并且，使该输电侧电路的高频电源的电源频率与该谐振频率相等，
该输电侧电路中，该高频电源侧的电路部分与该并联电容器以及输电线圈侧的电路部分通过电场耦合用电容器的电场耦合连接。
2.根据权利要求1所述的磁场共振方式的非接触供电装置，其特征在于，
该电场耦合用电容器发挥升压功能，从而在将该高频电源侧的电路部分保持为低压的同时，使该输电线圈侧的电路部分高压化。
3.根据权利要求2所述的磁场共振方式的非接触供电装置，其特征在于，
该输电侧电路中，该高频电源侧的电路部分与该电场耦合用电容器、该并联电容器以及该输电线圈侧的电路部分经由绝缘变压器连接。
4.根据权利要求2所述的磁场共振方式的非接触供电装置，其特征在于，
该输电线圈等该输电侧电路固定配置在地面、路面、地板面或者其它地上侧，而且，该受电线圈等该受电侧电路搭载在车辆或其它移动体侧。
5.根据权利要求4所述的磁场共振方式的非接触供电装置，其特征在于，
通过停止供电方式供电，从而在供电时该受电线圈相对于固定的该输电线圈在存在气隙的同时近邻着进行位置对应后停止，
并且，该输电线圈和该受电线圈由能够成对的对称结构构成。
6.根据权利要求4所述的磁场共振方式的非接触供电装置，其特征在于，
该输电线圈以及该受电线圈分别由被绝缘的线圈导线在同一平面内卷绕多次形成为涡旋状而形成，从而形成为整体平坦、厚度薄的扁平的扁平结构。
7.根据权利要求2所述的磁场共振方式的非接触供电装置，其特征在于，
基于该受电线圈的输出电压相对于面向该输电线圈的输入电压的频率响应来设定该谐振频率，
该频率响应在与电磁耦合的耦合系数对应的同时表示双峰特性，从而将该谐振频率设定为与特定的耦合系数相关的双峰特性的两峰的中间频率。
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