CN102762407A

CN102762407A - 电力馈送装置和车辆电力馈送系统

Info

Publication number: CN102762407A
Application number: CN2011800093509A
Authority: CN
Inventors: 山本幸宏; 古池刚
Original assignee: Toyota Industries Corp; Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp; Toyota Motor Corp
Priority date: 2010-02-12
Filing date: 2011-02-09
Publication date: 2012-10-31
Anticipated expiration: 2031-02-09
Also published as: WO2011098888A3; CN102762407B; JP5211088B2; US20120306265A1; WO2011098888A2; JP2011166994A; EP2533998A2

Abstract

电力馈送装置包含：网络分析器（160），其测量包含电磁感应线圈（130）与谐振线圈（140）的谐振系统的S参数的测量值；以及，电子控制单元（ECU）（190）。ECU（190）根据测量到的S参数将谐振线圈（140，210）的谐振频率调节到电力供给频率。具体而言，ECU控制可变电容器（150，220），以便调节谐振线圈（140，210）的谐振频率，在调节谐振频率之后，控制阻抗匹配装置（152），以便使谐振系统的输入阻抗与从谐振系统的输入端口（P1）看到的在高频电力供给装置（110）侧的阻抗匹配。

Description

电力馈送装置和车辆电力馈送系统

技术领域

本发明涉及电力馈送装置和车辆电力馈送系统,其具有电力发送线圈,该线圈经由电磁场与电力接收装置的电力接收线圈谐振,以便以无接触的方式将电力馈送到电力接收装置。

背景技术

作为对环境友好的车辆,例如电动车辆和混合动力车等的电气车辆正在受到更多的注意。这些车辆装有推进车辆的电动机以及存储供到电动机的电力的可再充电的蓄电装置。术语“混合动力车”指的是装有作为动力源的内燃机和电动机的车辆以及除蓄电装置外装有燃料电池的汽车，燃料电池作为直流电源以推进车辆。

已经知道，如同电气车辆的情况一样，混合动力车包括能够从外部电源充电的车载蓄电装置。例如，“插入式混合动力车”顾名思义包括蓄电装置，其能通过用充电电缆连接家用电源插座和车辆的充电端口来从标准家用电源充电。

与此形成对比的是，不使用电源线缆或电力传输电缆的无线电力传输作为电力传输方法正在吸引人们的注意。作为主流的无线电力传输方法，已知有三种技术：使用电磁感应的电力传输，使用微波的电力传输，使用谐振方法的电力传输。

在无线电力传输方法中，谐振方法是这样的一种无接触的电力传输技术：其中，一对谐振器（例如，一对谐振线圈）在电磁场（近场）中谐振以经由电磁场传输电力，并能在相对较长的距离（例如，几米）上传输几kW的高电力。

使用谐振方法从外部电力馈送装置向电气车辆无线馈送电力的车辆电力馈送系统在例如日本特开No.2009-106136（JP-A-2009-106136）中介绍。

如果电力馈送装置的电力发送线圈和电力接收侧（车辆）的电力接收线圈之间的位置关系改变，从电力发送线圈到电力接收线圈的电力传输的效率改变，从电力馈送装置向电力接收装置馈送电力的效率改变。因此，无论电力发送线圈和电力接收线圈之间的位置关系如何改变，保持高效电力馈送仍为一项技术难题。另外，用于获得高效电力馈送的调节方法优选为尽可能地简单。

发明内容

本发明提供了一种电力馈送装置以及车辆电力馈送系统，其能够通过简单的调节获得高度有效的电力馈送。

根据本发明第一实施形态的电力馈送装置为这样的电力馈送装置，其以无接触的方式将电力馈送到包括电力接收线圈的电力接收装置，包括电力供给装置、电力发送线圈、第一与第二调节装置、检测装置以及控制装置。电力供给装置产生具有规定频率的电力。电力发送线圈接收由电力供给装置产生的电力，并通过经由电磁场与电力接收线圈谐振，以无接触的方式将电力发送到电力接收线圈。第一调节装置调节电力发送线圈的谐振频率。第二调节装置调节包括电力发送线圈和电力接收线圈的谐振系统的输入阻抗。检测装置检测谐振系统的通过特性和反射特性中的至少一个。基于检测装置的检测结果，控制装置通过控制第一调节装置将谐振频率调节到规定频率，并通过控制第二调节装置使谐振系统的输入阻抗与从谐振系统输入端口看到的在电力供给装置侧的阻抗匹配。

控制装置可首先通过控制第一调节装置而将谐振频率调节到规定频率，在谐振频率的调节之后，通过控制第二调节装置来进行阻抗匹配。

控制装置可判断电力发送线圈和电力接收线圈之间的距离是否小于规定的基准值，如果判断为线圈之间的距离小于基准值，通过控制第一调节装置来调节谐振频率，如果判断为线圈之间的距离等于或大于基准值，通过控制第二调节装置来调节谐振系统的输入阻抗。

第一调节装置可包括可变电容器，其被设置在电力发送线圈中。第二调节装置可包括LC电路，其被设置在电力发送线圈和电力供给装置之间。LC电路可包括可变电容器和可变线圈中的至少一个。

电力发送线圈可包括谐振线圈和电磁感应线圈，电磁感应线圈连接到电力供给装置并通过电磁感应将从电力供给装置接收的电力供到谐振线圈，第二调节装置可通过改变谐振线圈和电磁感应线圈之间的距离来调节谐振系统的输入阻抗。

根据本发明第二实施形态的车辆电力馈送系统包括电力馈送装置以及从电力馈送装置被供以电力的车辆。电力馈送装置包括电力供给装置、电力发送线圈和第一调节装置。电力供给装置产生具有规定频率的电力。电力发送线圈接收由电力供给装置产生的电力，并产生用于将电力以无接触的方式发送到车辆的电磁场。第一调节装置调节电力发送线圈的谐振频率。车辆包括电力接收线圈和第二调节装置。电力接收线圈通过经由电磁场与电力馈送装置的电力发送线圈谐振来以无接触的方式从电力发送线圈接收电力。第二调节装置对电力接收线圈的谐振频率进行调节。电力馈送装置还包括第三调节装置、检测装置和控制装置。第三调节装置调节包括电力发送线圈和电力接收线圈的谐振系统的输入阻抗。检测装置检测谐振系统的反射特性和通过特性的至少一个。基于检测装置的检测结果，控制装置通过控制第一与第二调节装置将电力发送线圈和电力接收线圈的谐振频率调节到规定频率，并通过控制第三调节装置使谐振系统的输入阻抗与从谐振系统的输入端口看到的在电力供给装置侧的阻抗匹配。

控制装置可首先通过控制第一与第二调节装置将谐振频率调节到规定频率，并在谐振频率的调节之后，通过控制第三调节装置来进行阻抗匹配。

控制装置可判断电力发送线圈和电力接收线圈之间的距离是否小于规定的基准值，如果判断为线圈之间的距离小于基准值，通过控制第一与第二调节装置来调节谐振频率，如果判断为线圈之间的距离等于或大于基准值，通过控制第三调节装置来调节输入阻抗。

在本发明中，基于检测装置的检测结果，通过控制第一调节装置，将线圈的谐振频率调节为规定的频率，通过控制第二调节装置，将谐振系统的输入阻抗与从谐振系统的输入端口看到的在电力供给装置侧的阻抗匹配。因此，谐振频率的调节和阻抗匹配能分立地得到调节。因此，根据本发明，能通过简单的调节获得高效的电力馈送。

附图说明

参照附图，由下面对示例性实施例的介绍，将明了本发明的前述以及进一步的特征和优点，其中，类似的标号用于表示类似的元件，且其中：

图1为一功能框图，其示出了根据本发明第一实施例的车辆电力馈送系统的整体构造；

图2为执行谐振方法中的电力发送的部分的等效电路的电路图；

图3示出了图1所示的阻抗匹配装置的电路构造的实例；

图4为第一图表，其示出了谐振系统的通过特性（S21）和反射特性（S11）；

图5为第二图表，其示出了谐振系统的通过特性（S21）和反射特性（S11）；

图6为第三图表，其示出了谐振系统的通过特性（S21）和反射特性（S11）；

图7示出了当图1所示的可变电容器的电容变化时发生的通过特性（S21）的变化；

图8为一图表，其示出了当图1所示的可变电容器的电容变化时在反射特性（S11）中的变化；

图9为一图表，其示出了当使用图1所示的阻抗匹配装置进行阻抗匹配时在通过特性（S21）中的变化；

图10为一流程图，其示出了在ECU中执行以调节谐振线圈的谐振频率以及对谐振系统的阻抗进行匹配的过程；

图11为一流程图，其示出了第二实施例中在ECU中执行以调节谐振线圈的谐振频率以及对谐振系统的阻抗进行匹配的过程；以及

图12示出了阻抗匹配的替代性方法。

具体实施方式

下面参照附图介绍本发明的实施例。在附图中，相同或对应的部分用同样的参考标号表示，不再重复对其进行介绍。

图1为一功能框图，其示出了根据本发明第一实施例的车辆电力馈送系统的整体构造。参照图1，车辆电力馈送系统包含电力馈送装置100和车辆200。

电力馈送装置100包含高频电力供给装置100、同轴电缆120、电磁感应线圈130、谐振线圈140。电力馈送装置100还包含可变电容器150、阻抗匹配装置152、网络分析器160、继电器162。另外，电力馈送装置100还包含通信天线170、通信装置180、电子控制单元（ECU）190。

高频电力供给装置110将通过连接到例如系统电源的电源插头350接收的系统电力转换为规定高频电力，并将高频电力输出到同轴电缆120。高频电力供给装置110产生的高频电力的频率被设置为1MHz到几十MHz等的范围内的规定值。

电磁感应线圈130一般布置为与谐振线圈140同轴，并与谐振线圈140间隔开规定的距离。电磁感应线圈130可以通过电磁感应与谐振线圈140磁耦合，并通过电磁感应将从高频电力供给装置110经过同轴电缆120供给的高频电力供到谐振线圈140。

阻抗匹配装置152被设置在电磁感应线圈130的输入侧。阻抗匹配装置152将包含电磁感应线圈和谐振线圈140以及安装在车辆200上的谐振线圈210和电磁感应线圈230（其将在下面介绍）的感应系统的输入阻抗与从谐振系统输入端口看到的在高频电力供给装置110侧的阻抗相匹配。阻抗匹配装置152根据来自ECU 190的命令对谐振系统的输入阻抗进行调节。

谐振线圈140通过电磁感应从电磁感应线圈130被供以电力。谐振线圈140通过经由电磁场与装在车辆200中的用于电力接收的谐振线圈210谐振来以无接触的方式将电力传送到车辆。谐振线圈140的匝数和直径基于到车辆200的谐振线圈210的距离以及谐振频率来适当地设置，使得能够获得大的Q因子（例如Q>100）以及大的耦合度k。

谐振线圈140包含可变电容器150，可变电容器150例如连接在谐振线圈140的相反末端之间。可变电容器150根据来自ECU 190的命令在电容上发生变化，并通过电容的变化来调节谐振线圈140的谐振频率。

网络分析器160检测包含电磁感应线圈130和谐振线圈140以及车辆200上的谐振线圈210和电磁感应线圈230的谐振系统的通过特性（S21）和反射特性（S11）。网络分析器160通过将连接端子320与端子330电气连接以及通过开启继电器162来连接到谐振系统。基于来自ECU 190的命令，网络分析器160测量谐振系统的S参数（S11，S21），并将测量得到的S参数（S11，S21）输出到ECU 190。商业上可获得的产品可被用作网络分析器160。

通信天线170被连接到通信装置180。通信装置180用作与车辆200的通信装置290通信的通信接口。

通过基于由网络分析器160测量的S参数来控制可变电容器150和220，ECU 190将谐振线圈140和210的谐振频率调节到电力供给频率（从高频电力供给装置110输出的高频电力的频率）。基于测量得到的S参数，通过控制阻抗匹配装置152，ECU 190也将谐振系统的输入阻抗与从谐振系统的输入端口看到的在高频电力供给装置110侧的阻抗匹配。

具体而言，当继电器162被开通以便连接网络分析器160时，通过基于由网络分析器160测量的S参数控制可变电容器150和220，ECU 190首先调节谐振线圈140和210的谐振频率。于是，在调节谐振频率之后，ECU 190通过控制阻抗匹配装置152而对阻抗进行匹配。用于调节的命令从ECU 280经由通信装置180和290被供到车辆200的可变电容器220。

谐振线圈的谐振频率的调节优选为在谐振线圈140和210之间的互感低的情况下进行，换句话说，在谐振线圈140和210之间充分的距离得到保证、使得在S参数的频谱中不存在两个峰（也就是说，仅出现一个峰）的情况下进行，如下面所介绍的那样。这是因为，当互感低时，即使谐振线圈140和210之间的间隔变化，谐振频率不变，而在互感大时，谐振频率随着谐振线圈140和210之间的间隔变化而变化。这一点参照附图在下面介绍。

车辆200包含谐振线圈210、可变电容器220、电磁感应线圈230、整流器电路240、充电器250、蓄电装置260、电力输出装置270、开关275。车辆200还包含ECU 280、通信装置290、通信天线300。

通过经由电磁场与电力馈送装置100的谐振线圈140谐振，以无接触的方式，车辆200的谐振线圈210接收来自电力馈送装置100的谐振线圈140的电力。谐振线圈210的匝数和直径也基于到电力馈送装置100的谐振线圈140的距离以及谐振频率来适当地设置，使得大的Q因子（例如Q>100）以及大的耦合度k能被获得。

谐振线圈210包含可变电容器220，可变电容器220被连接在例如谐振线圈210的相反末端之间。可变电容器220根据来自ECU 280的命令在电容上改变，并通过电容的改变来调节谐振线圈210的谐振频率。

电磁感应线圈230一般布置为以到谐振线圈210的规定的距离与谐振线圈210同轴。电磁感应线圈230可以通过电磁感应与谐振线圈210磁耦合，通过电磁感应取出由谐振线圈210接收的电力，并将该电力输出到整流器电路240。

整流器电路240将由电磁感应线圈230从谐振线圈210取出的电力（AC）进行整流，并将整流得到的电力输出到充电器250。根据来自ECU280的控制信号，充电器250将已由整流器电路240整流的电力转换为蓄电装置260的电压等级，并将转换得到的电力输出到蓄电装置260。

蓄电装置260为可再充电的DC电源，并包含二次电池，例如锂离子或镍氢化物电池。蓄电装置260不仅存储从充电器250供给的电力，还存储由电力输出装置270产生的再生电力。蓄电装置260将所存储的电力供到电力输出装置270。高容量电容器可用作蓄电装置260，可使用任何能够临时存储由电力馈送装置供给的电力以及来自电力输出装置270的再生电力并将所存储的电力供到电力输出装置270的电力缓存器（power buffer）。

电力输出装置270使用存储在电力存储装置260中的电力来推进车辆200。尽管没有特别示出，电力输出装置270包含例如：变换器，其接收从蓄电装置260输出的电力；电动机，其由变换器驱动；驱动轮，其接收来自电动机的驱动力，等等。电力输出装置270可包含发动机，其驱动发电机，以便对蓄电装置260充电。

ECU 280将电力发送请求命令输出到通信装置290，以便使得电力馈送装置100向车辆200发送电力。当电力馈送装置100正在向车辆200馈送电力时，ECU 280控制充电器250的运行。具体而言，ECU 280控制充电器250，使得从整流器电路240输出的电力被转换为蓄电装置260的电压等级。通信装置290为用于与电力馈送装置100的通信装置180通信的通信接口。通信天线300被连接到通信装置290。

图2为谐振方法中执行电力传送的部分的等效电路的电路图。参照图2，在谐振方法中，在谐振方法中，通过电磁场（近场）中的两个谐振线圈140和210的谐振——类似于两个音叉之间的谐振，电力经由电磁场从谐振线圈140传送到谐振线圈210。

具体而言，几MHz与大约几十MHz之间的恒定频率的高频电力从高频电力供给装置110被供到电磁感应线圈130，电力于是被供到通过电磁感应与电磁感应线圈130磁耦合的谐振线圈140。谐振线圈140可通过其自身的电感以及可变电容器150电气谐振，并经由电磁场（近场）与车辆200侧的谐振线圈210谐振。于是，能量（电力）从谐振线圈140经由电磁场被传送到谐振线圈210。被传送到谐振线圈210的能量（电力）被通过电磁感应与谐振线圈210磁耦合的电磁感应线圈230取出，于是，被供到负载310（其指的是整流器电路240（图1）下游的整个电气系统）。

由网络分析器160（图1）测量的通过特性（S21）对应于进入端口P1（从高频电力供给装置110输出的电力）的输入电力通过在端口P1与端口P2之间形成的谐振系统到达端口P2的比（现实中，阻抗匹配装置152被设置在电磁感应线圈130的输入侧），换句话说，从端口P1到端口P2的传送系数。另外，反射特性（S11）对应于在端口P1与P2之间形成的谐振系统中被反射到进入端口P1的输入电力的电力的比，换句话说，端口P1上的反射系数。

图3示出了图1所示的阻抗匹配装置152的电路构造的实例。参照图3，阻抗匹配装置152包含可变电容器154和可变线圈156。可变电容器154并联连接到高频电力供给装置110（未示出）。可变线圈156连接在阻抗匹配装置152和电磁感应线圈130（未示出）之间。阻抗匹配装置152的阻抗通过改变可变电容器154的电容以及可变线圈156的电感中的至少一个来改变。然而，可变电容器154或可变线圈156中的任意一个可以是不可变的。

图4-图6示出了包含谐振线圈140和210以及电磁感应线圈130和230的谐振系统的通过特性（S21）和反射特性（S11）。图4-图6示出了对于电力馈送装置100的谐振线圈140和车辆200的谐振线圈210之间的不同间隙的通过特性（S21）和反射特性（S11）。图4示出了当谐振线圈140和210之间的间隙最大时的通过特性（S21）和反射特性（S11），图6示出了当谐振线圈140和210之间的间隙最小时的通过特性（S21）和反射特性（S11）。

参照图4，S参数（S11，S21）中的每一个具有特定频率（谐振频率）的峰。在图4中，由于谐振线圈140与210之间的间隙大，S特性（S11，S21）仅仅具有一个峰。

参照图5，如果谐振线圈140和210之间的间隙减小，峰值增大，而峰频率不变。在图5中，由于谐振线圈140和210之间的互感的影响，各个峰开始分为两个。

参照图6，当谐振线圈140和210之间的间隙进一步减小时，各个峰分为两个，这是由于谐振线圈140和210之间的互感的影响。另外，峰频率依赖于谐振线圈140和210之间的间隙大小而变化。

换句话说，如果谐振线圈140和210之间的间隙充分小、使得S参数（S11，S21）的峰由于谐振线圈140与210之间的互感而被分为两个，谐振频率难以调节，因为S参数（S11，S21）的峰频率依赖于谐振线圈140和210之间的间隙的变化而变化。因此，在第一实施例中，谐振线圈的谐振频率首先在谐振线圈140、210之间的互感低的情况下受到调节，换句话说，谐振线圈140、210之间的距离充分得到保证，使得S参数（S11，S21）各自仅仅具有一个峰。于是，此后，使用阻抗匹配装置152（图1）进行阻抗匹配，使得通过特性（S21）的峰值增大（即反射特性（S11）的峰值减小）。

图7为一图表，其示出了当图1所示可变电容器150、220的电容变化时在通过特性（S21）中的变化。参照图7，当可变电容器150和220的电容变化时，通过特性（S21）的峰值几乎不变化，仅峰频率变化。因此，将会明了，谐振频率可在通过特性得到保持的情况下通过调节可变电容器150和220的电容来调节。

图8为一图表，其示出了当图1所示的可变电容器150、220的电容变化时在反射特性（S11）中的变化。参照图8，当可变电容器150和220的电容变化时，反射特性（S11）的峰值几乎不变化，仅峰频率变化。因此，能够明了，通过调节可变电容器150、220的电容，谐振频率可在反射特性（S11）保持恒定的同时得到调节。

图9为一图表，其示出了当使用图1所示的阻抗匹配装置152执行阻抗匹配时在通过特性（S21）中的变化。参照图9，虚线表示在阻抗匹配之前的通过特性（S21），实线表示在阻抗匹配之后的通过特性（S21）。通过使用阻抗匹配装置132将谐振系统的输入阻抗与从谐振系统的输入端口看到的在高频电力供给装置（110）侧的阻抗匹配，通过特性（S21）得到改进。

图10为一流程图，其示出了由ECU 190执行的调节谐振线圈的谐振频率并对谐振系统的阻抗进行匹配的过程。参照图10，通过开通继电器162，ECU 190将网络分析器160电气连接到谐振系统（步骤S10）。下面的介绍基于图1中的端子320和330已经彼此电气连接的假设。

当网络分析器160被连接时，参照S参数（S11，S21），在谐振线圈140和220之间的互感低的情况下（也就是说，S参数（S11，S21）中的每一个仅仅具有一个峰，如前面介绍的那样），通过控制可变电容器150和220，ECU 190将谐振线圈140和210的谐振频率调节到由高频电力供给装置110产生的高频电力的频率（步骤S20）。

于是，ECU 190判断通过可变电容器150、220对谐振线圈140和210的谐振频率的调节是否已经完成（步骤S30）。例如，如果谐振线圈140、210的谐振频率和由高频电力供给装置110产生的高频电力的频率之间的偏差已经变得小于预定值，判断为谐振频率的调节已经完成。如果判断为谐振频率的调节尚未完成（S30中的否），过程返回到步骤S20。

如果在步骤S30中判断为谐振频率的调节已经完成（步骤30中的是），参照S参数（S11，S21），通过控制阻抗匹配装置152，ECU 190使谐振系统的输入阻抗与从谐振系统的输入端口看到的在高频电力供给装置110侧的阻抗匹配（步骤S40）。

于是，ECU 190判断阻抗匹配装置152的阻抗匹配是否已经完成（步骤S50）。例如当通过特性（S21）的峰值已经达到极值时，判断为阻抗匹配已经完成。如果判断为阻抗匹配尚未完成（步骤S50中的否），过程返回到步骤S40。

如果在步骤S50中判断为阻抗匹配已经完成（步骤50中的是），通过关断继电器162，ECU 190将网络分析器160从谐振系统电气断开（步骤S60）。

如果预期在从电力馈送装置100向车辆200的实际电力馈送期间在谐振线圈140、210之间有某些位置偏差，在谐振线圈140与210之间不存在位置偏差的情况下执行的调节阶段中，阻抗可预先被调节，以便建立S参数的峰开始分为两个的状态，如图5所示。通过这种方式，电力传输效率能够最大化，即使在实际电力馈送期间发生某些位置偏差。

然而，如果预期在从电力馈送装置100向车辆200的实际电力馈送期间谐振线圈140、210之间的间隙存在大的波动，与位置偏差情况下形成对比的是，阻抗可预先受到调节，以便建立S参数的峰轻微降低的状态。通过这种方式，由于S参数的峰分为两个导致的谐振频率偏差可得到避免，即使谐振线圈140和210之间的间隙在实际电力馈送期间减小。

另外，如果谐振线圈140和210之间的位置偏差小，且预期在从电力馈送装置100到车辆200的实际电力馈送期间谐振线圈之间的间隙仅仅存在微小波动，阻抗可预先受到调节，以便建立S参数的峰可以或者不可以分为两个的状态。

尽管谐振线圈140、210在上面的实例中被示为具有圆形形状，线圈不限于具有圆形形状。然而，谐振线圈140、210可具有圆形形状，因为在实际电力馈送期间谐振线圈140、210之间的位置偏差的方向被认为为是随机的。

如上面所介绍的，在第一实施例中，基于测量到的S参数（S11，S21），谐振线圈的谐振频率通过控制可变电容器150、220来调节，谐振系统阻抗匹配通过控制阻抗匹配装置152来进行。结果，谐振频率的调节和阻抗匹配可分开进行。因此，根据此第一实施例，电力可非常高效地通过简单的调节来馈送。

另外，根据第一实施例，谐振频率和阻抗可容易地调节，这是因为谐振频率首先在互感低的时候被调节，阻抗匹配在谐振频率已经被调节后进行。

如上面所介绍的，当谐振线圈140、210之间的间隙小时，S参数（S11，S21）的峰由于谐振线圈140、210之间的互感的影响而如图6所示地被分为两个，谐振频率发生偏差。相反，在谐振线圈140、210之间的位置偏差或间隙大时，当阻抗匹配进行时，通过特性（S21）得到改进，如图9的虚线所示。

因此，在第二实施例中，S参数（S11，S21）的峰不分为两个的谐振线圈140、210之间的最小距离被用作基准值，当谐振线圈140、210之间的距离低于基准值时，基准频率通过可变电容器150、220来调节。相反，阻抗匹配装置152在谐振线圈140、210之间的距离超过基准值时进行阻抗匹配。

根据第二实施例的车辆电力馈送系统的一般构造与根据图1所示的第一实施例的车辆电力馈送系统的一般构造大致相同。

图11为一流程图，其阐释了在第二实施例中由ECU 190执行的用于调节谐振线圈的谐振频率以及对谐振系统的阻抗进行匹配的过程。参照图11，通过开通继电器162，ECU 190将网络分析器160电气连接到谐振系统（步骤S110）。下面的讨论基于这样的假设：图1中的端子320、330已经彼此电气连接。

一旦网络分析器160被连接，ECU 190判断谐振线圈140、210之间的距离是否低于基准值（步骤S120）。判断可基于S参数（S11，S21）的峰是否被分为两个或通过用距离传感器实际测量线圈之间的距离来作出。

如果判断为谐振线圈140、210之间的距离低于基准值（步骤120中的是），参照S参数（S11，S21），通过控制可变电容器150和220，ECU 190将谐振线圈140、210的谐振频率调节为与由高频电力供给装置110产生的高频电力的频率匹配（步骤S130）。

然而，如果判断为谐振线圈140和210之间的距离等于或大于基准值（步骤120中的否），参照S参数（S11，S12），通过控制阻抗匹配装置152，ECU 190使谐振系统的输入阻抗与从谐振系统的输入端口看到的在高频电力供给装置110侧的阻抗匹配（步骤S140）。

当谐振频率的调节或是阻抗匹配完成时，通过关断继电器162，ECU190将网络分析器160从谐振系统电气断开（步骤S150）。

如上面所介绍的，根据这一第二实施例，电力可非常高效地馈送，即便是谐振线圈140、210之间的间隙或谐振线圈140、210之间的位置关系改变。

尽管在上面的实施例的每一个中阻抗匹配由设置在电磁感应线圈130的输入侧的阻抗匹配装置152进行，阻抗匹配方法不限于所介绍的方式。谐振系统的输入阻抗可通过改变电磁感应线圈130和谐振线圈140之间的距离来改变。因此，如图12所示，通过适当的机构或驱动单元，电磁感应线圈130可沿着电磁感应线圈130和谐振线圈140的中心轴线移动，使得阻抗匹配可通过改变电磁感应线圈130和谐振线圈140之间的距离来进行。

上面，高频电力供给装置110可被视为对应于本发明的“电力供给装置”的实例，谐振线圈140和电磁感应线圈130对应于本发明的“电力发送线圈”的一实例。另外，可变电容器150可视为对应于在本发明中“对电力发送线圈的谐振频率进行调节的第一调节装置”的实例，阻抗匹配装置152可视为对应于本发明中对“谐振系统的输入阻抗进行调节的第二调节装置”和“第三调节装置”的实例。

另外，网络分析器160可视为对应于本发明的“检测装置”的一个实例，ECU 190可视为对应于本发明中的“控制装置”的一个实例。另外，谐振线圈210和电磁感应线圈230可视为对应于本发明的“电力接收线圈”的一个实例，可变电容器220可看作对应于本发明中“对电力接收线圈的谐振频率进行调节的第二调节装置”的一个实例。

将会明了，这里介绍的实施例仅仅是说明性的，而不是限制性的。本发明的范围不是由对实施例的上述介绍限制，而是由权利要求限制，等价于以及落入权利要求范围的所有修改旨在包含在本发明的范围内。

Claims

1.一种电力馈送装置，其以无接触的方式将电力馈送到包括电力接收线圈的电力接收装置，所述电力馈送装置包括：

电力供给装置，其产生具有规定频率的电力；

电力发送线圈，其接收由所述电力供给装置产生的电力，并通过经由电磁场与所述电力接收线圈谐振，以无接触的方式将所述电力发送到所述电力接收线圈；

第一调节装置，其调节所述电力发送线圈的谐振频率；

第二调节装置，其调节包括所述电力发送线圈和所述电力接收线圈的谐振系统的输入阻抗；

检测装置，其检测所述谐振系统的通过特性和反射特性中的至少一者；以及

控制装置，其基于所述检测装置的检测结果，通过控制所述第一调节装置而将谐振频率调节到所述规定频率，并且，通过控制所述第二调节装置而使所述谐振系统的输入阻抗与从所述谐振系统的输入端口看到的在所述电力供给装置侧的阻抗匹配。

2.根据权利要求1的电力馈送装置，其中，所述控制装置首先将谐振频率调节到所述规定频率，在所述谐振频率已经被调节到所述规定频率之后，所述控制装置对所述阻抗进行匹配。

3.根据权利要求1的电力馈送装置，其中，所述控制装置判断所述电力发送线圈和所述电力接收线圈之间的距离是否低于规定的基准值，并且，如果所述线圈之间的距离低于所述基准值，对所述谐振频率进行调节，如果判断为所述线圈之间的距离等于或大于所述基准值，对所述输入阻抗进行调节。

4.根据权利要求1-3中的任意一项的电力馈送装置，其中，所述第一调节装置包括可变电容器，所述可变电容器被设置在所述电力发送线圈中。

5.根据权利要求1-4中的任意一项的电力馈送装置，

其中，所述第二调节装置包括LC电路，所述LC电路被设置在所述电力发送线圈和所述电力供给装置之间，并且，

所述LC电路包括可变电容器和可变线圈中的至少一者。

6.根据权利要求1-4中的任意一项的电力馈送装置，

其中，所述电力发送线圈包括谐振线圈和电磁感应线圈，所述电磁感应线圈被连接到所述电力供给装置，并通过电磁感应而将从所述电力供给装置接收的电力供到所述谐振线圈，并且，

所述第二调节装置通过调节所述谐振线圈和所述电磁感应线圈之间的距离来调节所述输入阻抗。

7.一种车辆电力馈送系统，包括：

电力馈送装置；以及

车辆，其从所述电力馈送装置被供以电力，

其中，所述电力馈送装置包括电力供给装置、电力发送线圈和第一调节装置，所述电力供给装置产生具有规定频率的电力，所述电力发送线圈接收由所述电力供给装置产生的电力，并产生用于将所述电力以无接触的方式发送到所述车辆的电磁场，所述第一调节装置调节所述电力发送线圈的谐振频率，并且，

所述车辆包括电力接收线圈和第二调节装置，所述电力接收线圈通过经由所述电磁场与所述电力馈送装置的所述电力发送线圈谐振来以无接触的方式从所述电力发送线圈接收电力，所述第二调节装置对所述电力接收线圈的谐振频率进行调节，并且，

其中，所述电力馈送装置还包括第三调节装置、检测装置和控制装置，所述第三调节装置对包括所述电力发送线圈和所述电力接收线圈的谐振系统的输入阻抗进行调节，所述检测装置检测所述谐振系统的通过特性和反射特性中的至少一者，所述控制装置基于所述检测装置的检测结果，通过控制所述第一调节装置与所述第二调节装置而将所述电力发送线圈和所述电力接收线圈的谐振频率调节到所述规定频率，并且，通过控制所述第三调节装置而使所述谐振系统的输入阻抗与从所述谐振系统的输入端口看到的在所述电力供给装置侧的阻抗匹配。

8.根据权利要求7的车辆电力馈送系统，其中，所述控制装置首先将所述谐振频率调节到所述规定频率，在所述谐振频率已经被调节到所述规定频率之后，所述控制装置对所述阻抗进行匹配。

9.根据权利要求7的车辆电力馈送系统，其中，所述控制装置判断所述电力发送线圈和所述电力接收线圈之间的距离是否低于规定的基准值，并且，如果判断为所述线圈之间的距离低于所述基准值，对所述谐振频率进行调节，如果判断为所述线圈之间的距离等于或大于所述基准值，对所述输入阻抗进行调节。