CN103270671A - 电力馈送系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了电力馈送系统，即使电力馈送侧螺旋形线圈和电力接收侧螺旋形线圈之间发生距离变动或者横向偏移，所述电力馈送系统也可高效地将电力从电力馈送侧馈送到电力接收单元。距离测量单元（13）测量电力馈送侧螺旋形线圈（7）与电力接收侧螺旋形线圈（9）之间的线圈间距离（L1），并且控制单元（14、16）根据由测量单元（13）测量的线圈间距离（L1）来调整电力馈送侧变容二极管（8）和电力接收侧变容二极管（11）的电容。

Description

电力馈送系统
技术领域
本发明涉及一种电力馈送系统，特别是，涉及用于以非接触式方式将电力从电力馈送侧线圈供应到电力接收侧线圈的电力馈送系统。
背景技术
如上文提到的电力馈送系统是众所周知的，例如图29（参阅专利文献1和2）所示的电力馈送系统。如图所示，电力馈送系统1具有：电力馈送单元3，作为电力馈送单元构件；电力接收单元5，作为电力接收单元构件。上述电力馈送单元3具有：电力馈送侧环形天线6，被供应电力；电力馈送侧螺旋形线圈7，作为电力馈送侧线圈，与电力馈送侧环形天线6电磁耦合。当供应电力给上述电力馈送侧环形天线6时，电力通过电磁感应传送到电力馈送侧螺旋形线圈7。
上述电力接收单元5具有：电力接收侧螺旋形线圈9，与电力馈送侧螺旋形线圈7电磁谐振；和电力接收侧环形天线10，与电力接收侧螺旋形线圈9电磁连接。当电力馈送到电力馈送侧螺旋形线圈7时，电力以无线方式馈送到电力接收侧螺旋形线圈9。
此外，当电力馈送到电力接收侧线圈9时，电力通过电磁感应馈送到电力接收侧环形天线10，供应给与电力接收侧环形天线10连接的负载。根据电力馈送系统1，通过电力馈送侧螺旋形线圈7与电力接收侧螺旋形线圈9之间的电磁感应，能够以非接触式方式将从电力馈送单元供应的电力馈送到电力接收单元。
人们已经设计，通过分别将上述电力接收单元5和电力馈送单元3提供给汽车和道路，采用上述电力馈送系统1以非接触式方式将电力馈送到安装于汽车中的负载。
然而，安装于汽车中的电力接收单元5与电力馈送单元3之间的距离随汽车类型而变化。即，电力接收单元5的电力接收侧螺旋形线圈9与电力馈送单元3的电力馈送侧螺旋形线圈7之间的线圈间距离L1随汽车类型而变化。例如，当电力接收单元5安装于低车身汽车（诸如跑车）中时，线圈间距离L1变短，而当电力接收单元5安装于高车身汽车（诸如旅行车）中时，线圈间距离L1变长。
当线圈间距离L1取值范围从100毫米（mm）到400mm时，同时电力馈送系统1的电力馈送侧环形天线6和电力接收侧环形天线10两者的半径固定为206mm时，如图29所示，然后发明者测量了电力接收侧环形天线10的通过特性S21和反射特性S11。结果示出于图30至图32中。
从图30显而易见，上述电力馈送系统1中线圈间距离L1变动引起通过特性S21变化。图31和图32中可以找到，主要由于电力馈送侧螺旋形线圈7和电力接收侧螺旋形线圈9之间不对准引起。
为了更充分地说明，当电力馈送侧环形天线6和电力接收侧环形天线10两者的半径固定为206mm时，当200mm时，线圈间距离L1位于接近临界耦合，而线圈间距离L1变为比200mm更短，电力馈送单元3和电力接收单元5紧密耦合，呈现双谐振特性，导致通过特性变为1处频率变化。
因此，当操作频率固定为接近13.5兆赫兹（MHz）时，在线圈间距离L1为200mm之后，通过特性S21变为接近1，导致高效率，而如果线圈间距离L1变动到100mm，那么通过特性S21降为接近0.64，引起损耗增加。
另一方面，线圈间距离L1越长，电力馈送侧螺旋形线圈7与电力接收侧螺旋形线圈9之间耦合变得越松弛，引起彼此阻抗匹配解耦，因而损耗增加。
从上文可以看出，已经造成线圈间距离L1的变动使得从电力馈送单元3到电力接收单元5的电力馈送效率变化，从而增加损耗的缺点。此外，已经造成如图9所示的缺点，当发生了横向偏移x，即，轴在电力馈送侧环形天线6或电力馈送侧螺旋形线圈7与电力接收侧环形天线10或电力接收侧螺旋形线圈9之间偏移时，线圈间距离L1的变动也引起从电力馈送单元3到电力接收单元5的电力馈送效率变化，从而增加损耗。
[引文列表]
[专利文献]
[专利文献1]
日本专利申请公开号2010-124522
[专利文献2]
日本专利申请公开号2010-68657
发明内容
[技术问题]
因此，本发明目的是提供一种电力馈送系统，即使电力馈送侧螺旋形线圈与电力接收侧螺旋形线圈之间发生距离变动，或者电力馈送侧螺旋形线圈与电力接收侧螺旋形线圈之间发生横向偏移，所述电力馈送系统也能够高效地将电力从电力馈送单元供应到电力接收单元。
[问题解决方案]
在解决上述问题的第一方面中详述的本发明涉及电力馈送系统，所述电力馈送系统包括：电力馈送单元，具有用于接收电力的电力馈送侧环形天线以及与电力馈送侧环形天线电磁耦合的电力馈送侧线圈；电力接收单元，具有与电力馈送侧线圈电磁谐振的电力接收侧线圈以及与电力接收侧线圈电磁耦合的电力接收侧环形天线；和电容器，与电力馈送侧线圈和电力接收侧线圈中至少一个并联连接，所述电容器配置为电容可变。
优选地，电力馈送系统包括：距离测量单元，用于测量电力馈送侧线圈与电力接收侧线圈之间的距离；和调整单元，用于根据由距离测量单元测量的距离来调整电容器的电容。
优选地，电力馈送系统包括：反射测量单元，用于测量来自电力馈送侧线圈的反射；和调整单元，用于根据由反射测量单元测量的反射量来调整电容器的电容。
在第二方面中详述的本发明涉及电力馈送系统，所述电力馈送系统包括：电力馈送单元，具有用于接收电力的电力馈送侧环形天线以及与电力馈送侧环形天线电磁耦合的电力馈送侧线圈；和电力接收单元，具有与电力馈送侧线圈电磁谐振的电力接收侧线圈以及与电力接收侧线圈电磁耦合的电力接收侧环形天线，其中电力馈送侧环形天线和电力接收侧环形天线中至少一个划分为多个部件，并且其中所述多个部件构成为相对于彼此移动和改变接触位置以改变所述至少一个环形天线的环尺寸。
优选地，所述多个部件彼此重叠且接触以形成环。
优选地，所述多个部件中至少一个包括在所述至少一个部件的端部处在中间方向上凹陷的凹部，所述凹部构成为可滑动地容纳所述多个部件中相邻部件的端部。
优选地，所述电力馈送系统还包括：移动单元，用于移动所述多个部件；距离测量单元，用于测量电力馈送侧环形天线与电力接收侧环形天线之间的距离；和移动单元控制单元，用于控制移动单元移动所述多个部件，使得环尺寸符合由距离测量单元测量的距离。
优选地，所述电力馈送系统还包括：移动单元，用于移动所述多个部件；反射测量单元，用于测量来自电力接收侧线圈的反射；和移动单元控制单元，用于根据由反射测量单元测量的反射量来控制移动单元移动所述多个部件。
[本发明的有益效果]
根据在第一方面中详述的本发明，配置为电容可变的电容器与电力馈送侧线圈和电力接收侧线圈中一个连接。因为改变电容器的电容导致效率变化，所以即使电力馈送侧线圈与电力接收单元之间距离变动或者电力馈送侧线圈与电力接收单元之间发生横向偏移，通过根据电力馈送侧线圈与电力接收单元之间距离变动或者电力馈送侧线圈与电力接收单元之间横向偏移来改变电容器的电容，也能够高效地供应电力。
根据本发明，因为距离测量单元用于测量电力馈送侧线圈与电力接收侧线圈之间的距离，并且调整单元用于根据由距离测量单元测量的距离来调整电容器的电容，所以即使电力馈送侧线圈与电力接收单元之间距离发生变动，或者电力馈送侧线圈与电力接收单元之间发生横向偏移，也能够高效且自动地供应电力。
根据本发明，因为反射测量单元测量来自电力馈送侧线圈的反射，并且调整单元根据由反射测量单元测量的反射来调整电容器的电容，所以即使电力馈送侧线圈与电力接收单元之间距离发生变动，或者电力馈送侧线圈与电力接收单元之间发生横向偏移，也能够高效且自动地供应电力。
根据第二方面的本发明，电力馈送侧环形天线和电力接收侧环形天线中至少一个划分为多个部件，并且所述多个部件相对于彼此移动和改变接触位置以改变环尺寸。因为改变电容器的电容导致效率变化，所以即使电力馈送侧线圈与电力接收单元之间距离发生变动，或者电力馈送侧线圈与电力接收单元之间发生横向偏移，通过根据电力馈送侧线圈与电力接收单元之间距离变动或者电力馈送侧线圈与电力接收单元之间横向偏移来改变电容器的电容，也能够高效地供应电力。
根据本发明，因为多个部件彼此重叠，所以在简单结构中能够改变所述多个部件的接触位置。
根据本发明，因为多个部件中至少一个包括在所述至少一个部件的端部处在所述端部的中间方向上凹陷的凹部，并且所述凹部构成为可滑动地容纳所述多个部件中相邻部件的端部，所以在简单结构中能够改变所述多个部件的接触位置。
根据本发明，因为距离测量单元测量电力馈送侧环形天线与电力接收侧环形天线之间的距离，并且移动单元控制单元控制移动单元，移动所述多个部件，使得环尺寸符合由距离测量单元测量的距离，所以即使电力馈送侧线圈与电力接收单元之间距离发生变动，或者电力馈送侧线圈与电力接收单元之间发生横向偏移，也能够高效且自动地供应电力。
根据本发明，因为移动单元移动所述多个部件，反射测量单元测量来自电力接收侧线圈的反射，并且移动单元控制单元控制移动单元根据由反射测量单元测量的反射来移动所述多个部件，所以即使电力馈送侧线圈与电力接收单元之间距离发生变动，或者电力馈送侧线圈与电力接收单元之间发生横向偏移，也能够高效且自动地供应电力。
附图说明
图1为示出在第一实施例中的电力馈送系统的视图。
图2为示出图1所示电力馈送系统的构造的透视图。
图3为示出在电力馈送侧和电力接收侧螺旋形线圈的谐振频率固定为8.1MHz的同时，当电力馈送侧和电力接收侧变容二极管的电容随着图1所示电力馈送系统中电力馈送单元和电力接收侧螺旋形线圈之间的线圈间距离L1变动而变化时，电力接收侧环形天线的通过特性S21的测量结果的曲线图。
图4为示出在电力馈送侧和电力接收侧螺旋形线圈的谐振频率固定为8.1MHz的同时，当电力馈送侧和电力接收侧变容二极管的电容随着图1所示电力馈送系统中电力馈送侧和电力接收侧螺旋形线圈之间的线圈间距离L1变动而变化时，电力接收侧环形天线的反射特性S11的测量结果的曲线图。
图5为示出在电力馈送单元和电力接收侧螺旋形线圈的谐振频率固定为17MHz的同时，当电力馈送侧和电力接收侧变容二极管的电容随着图1所示电力馈送系统中电力侧单元和电力接收侧螺旋形线圈之间的线圈间距离L1变动而变化时，电力接收侧环形天线的通过特性S21的测量结果的曲线图。
图6为示出在电力馈送单元和电力接收侧螺旋形线圈的谐振频率固定为17MHz的同时，当电力馈送侧和电力接收侧变容二极管的电容随着图1所示电力馈送系统中电力馈送单元和电力接收侧螺旋形线圈之间的线圈间距离L1变动而变化时，电力接收侧环形天线的反射特性S11的测量结果的曲线图。
图7为示出在第二实施例中的电力馈送系统的视图。
图8为示出构成图7所示电力馈送单元7的控制单元所用的程序的流程图。
图9为说明横向偏移x的说明图。
图10为示出第三实施例的电力馈送系统的视图。
图11A为示出图10所示电力馈送系统的构造的透视图。
图11B为示出图10所示电力馈送系统的构造的侧视图。
图12为示出在图10所示电力馈送系统的线圈间距离L1固定为300mm的同时，当电力馈送侧环形天线和电力接收侧环形天线的半径R11、R12变为103mm、85mm和75mm时，电力接收侧环形天线的通过特性S21的测量结果的曲线图。
图13为示出在图10所示电力馈送系统的线圈间距离L1固定为300mm的同时，当电力馈送侧环形天线和电力接收侧环形天线的半径R11、R12变为103mm、85mm和75mm时，电力接收侧环形天线的反射特性S11的测量结果的曲线图。
图14为示出在图10所示电力馈送系统的线圈间距离L1固定为300mm的同时，当电力馈送侧环形天线和电力接收侧环形天线的半径R11、R12变为103mm、85mm和75mm时，电力接收侧环形天线的反射特性S11的测量结果的史密斯圆图。
图15为示出在电力侧单元和电力接收侧螺旋形线圈的谐振频率固定为13.3MHz的同时，当电力馈送侧环形天线和电力接收侧环形天线的半径R11、R12随着图10所示电力馈送系统中电力馈送侧和电力接收侧螺旋形线圈之间的线圈间距离L1变动而变化时，电力接收侧环形天线的通过特性S21的测量结果的曲线图。
图16为示出在电力馈送侧和电力接收侧螺旋形线圈的谐振频率固定为13.3MHz的同时，当电力馈送侧环形天线和电力接收侧环形天线的半径R11、R12随着图10所示电力馈送系统中电力馈送侧和电力接收侧螺旋形线圈之间的线圈间距离L1变动而变化时，电力接收侧环形天线的反射特性S11的测量结果的曲线图。
图17为示出在电力馈送侧和电力接收侧螺旋形线圈的谐振频率固定为26MHz的同时，当电力馈送侧环形天线和电力接收侧环形天线的半径R11、R12随着图10所示电力馈送系统中电力馈送侧和电力接收侧螺旋形线圈之间的线圈间距离L1变动而变化时，电力接收侧环形天线的通过特性S21的测量结果的曲线图。
图18为示出在电力馈送侧和电力接收侧螺旋形线圈的谐振频率固定为26MHz的同时，当电力馈送侧环形天线和电力接收侧环形天线的半径R11、R12随着图10所示电力馈送系统中电力馈送侧和电力接收侧螺旋形线圈之间的线圈间距离L1变动而变化时，电力接收侧环形天线的反射特性S11的测量结果的曲线图。
图19为示出当图10所示电力馈送系统的电力馈送侧环形天线的半径R11固定为250mm且电力接收侧环形天线的半径R12单独随着线圈间距离L1变动而变化时，通过特性S21的测量结果的曲线图。
图20为示出当电力馈送侧环形天线的半径R11固定为250mm且电力接收侧环形天线的半径R12单独随着线圈间距离L1变动而变化时，反射特性S11的测量结果的曲线图。
图21为示出在第三实施例中的电力接收单元的详细顶视图。
图22为示出当图10所示电力馈送系统的电力接收侧环形天线的长度L3随着线圈间距离L1变动而变化时，通过特性S21的测量结果的曲线图。
图23为在第四实施例中的电力接收侧环形天线的视图（图中（A）为顶视图，（B）为沿（A）中Ⅰ-Ⅰ截取的截面视图）。
图24为在第五实施例中的电力接收侧环形天线的顶视图。
图25为在第六实施例中的电力馈送系统的视图。
图26为在第七实施例中的电力馈送系统的视图。
图27为示出构成图26所示电力馈送系统的控制单元所用的程序的流程图。
图28为示出当线圈间距离L1固定为200mm以对应于横向偏移且图21所示电力馈送系统中电力接收侧环形天线的长度L3变化时，反射特性S11的测量结果的曲线图。
图29为示出常规电力馈送系统例子的透视图。
图30为示出在电力馈送侧环形天线和电力接收侧环形天线的半径R11、R12固定为206mm的同时，当线圈间距离L1在100mm到400mm范围内变化时，图29所示电力馈送系统中电力接收侧环形天线的通过特性S21的测量结果的曲线图。
图31为示出在电力馈送侧环形天线和电力接收侧环形天线的半径R11、R12固定为206mm的同时，当线圈间距离L1在100mm到400mm范围内变化时，图29所示电力馈送系统中电力接收侧环形天线的反射特性S11的测量结果的曲线图。
图32为示出在电力馈送侧环形天线和电力接收侧环形天线的半径R11、R12固定为206mm的同时，当线圈间距离L1在100mm到400mm范围内变化时，图29所示电力馈送系统中电力接收侧环形天线的反射特性S11的测量结果的史密斯圆图。
[参考符号列表]
1   电力馈送系统
3   电力馈送单元（电力馈送构件）
5   电力接收单元（电力接收构件）
6   电力馈送侧环形天线
7   电力馈送侧螺旋形线圈
8   电力馈送侧变容二极管（电容器）
10  电力接收侧环形天线
11  电力接收侧变容二极管（电容器）
13  距离测量单元（距离测量构件）
14  控制单元（调整构件）
16  控制单元（调整构件）
17  移动单元（移动构件）
18  反射测量单元（反射测量构件）
19  控制单元（移动单元控制构件）
20  反射测量单元（反射测量构件）
101至106  L形部件（部件）
107、108  半圆弧部件（部件）
具体实施方式
第一实施例
下文中，参考附图描述本发明的电力馈送系统。图1示出在第一实施例中的本发明电力馈送系统。图2为示出图1所示电力馈送系统的构造的透视图。如图2所示，电力馈送系统1具有：设置于道路2上的电力馈送单元3，作为馈送构件；安装于汽车4的车身中的电力接收单元5。
如图1和图2所示，上述电力馈送单元3具有：被供应电力的电力馈送侧环形天线6；电力馈送侧螺旋形线圈7，作为电力馈送侧线圈，与电力馈送侧环形线圈6电磁耦合；电力馈送单元变容二极管8，作为电容器，与电力馈送侧螺旋形线圈7并联连接。这个电力馈送侧环形天线6为圆环形，其轴排布于从道路2朝向汽车4的车身的方向上，即，在垂直方向上。从交流电源V为上述电力馈送侧环形天线6供应交流电。
上述电力馈送侧螺旋形线圈7以这样一种方式构成，使得例如绕组线以直径大于电力接收侧环形天线6的直径的线圈形状缠绕。电力馈送侧螺旋形线圈7在电力馈送侧环形天线6的汽车4侧处排布于与电力馈送侧环形天线6相同的轴中。在本实施例中，电力馈送侧环形天线6排布于与在距离汽车4最远侧处电力馈送侧螺旋形线圈7的绕组线相同的平面中。
由此可见，电力馈送侧环形天线6和电力馈送侧螺旋形线圈7在它们彼此电磁耦合的范围内配置为彼此分开，即，当交流电供应给电力馈送侧环形天线6时，在电力馈送侧螺旋形线圈7中发生传导电流。上述电力馈送单元变容二极管8为二极管，其中电容随着施加与二极管两端的电压而变化。
上述电力接收单元5具有：电力接收侧螺旋形线圈9，与电力馈送侧螺旋形线圈7电磁谐振；电力接收侧环形天线10，与电力接收侧螺旋形线圈9电磁耦合；和电力接收侧变容二极管11，与电力接收侧环形天线10并联连接。上述电力接收侧环形天线10与负载连接，诸如未示出的车载蓄电池。上述电力接收侧环形天线10形成为环形，其轴排布于从汽车4的车身朝向道路2的方向上，即，在垂直方向上。
上述电力接收侧螺旋形线圈9以与电力馈送侧螺旋形线圈7相同的方式设置，由直径大于电力馈送单元6或电力接收侧环形天线10的直径的线圈组成。电力接收侧螺旋形线圈9也排布在与电力接收侧环形天线10相同的轴中前述电力接收侧环形天线10的道路2侧处。在本实施例中，电力接收侧环形天线10排布于与距离道路2最远的电力接收侧螺旋形线圈9的绕组线相同的平面中。
由此可见，电力接收侧环形天线10和电力接收器螺旋形线圈9在它们彼此电磁耦合的范围内配置为彼此分开，即，当交流电供应给电力接收侧环形天线9时，在电力接收侧螺旋形线圈10中发生传导电流。
根据上述电力馈送系统1，当汽车4接近电力馈送单元3并且电力馈送侧螺旋形线圈7和电力接收侧螺旋形线圈9在其轴方向上间隔地彼此相对时，电力馈送侧螺旋形线圈7和电力接收侧螺旋形线圈9彼此电磁谐振以将电力以非接触式方式从电力馈送单元3供应到电力接收单元5。
为了更充分地说明，当给上述电力馈送侧环形天线6供应交流电时，电力通过电磁感应馈送到电力馈送侧螺旋形线圈7。当电力馈送到电力馈送侧螺旋形线圈7时，电力通过磁场谐振馈送到电力接收侧螺旋形线圈9。此外，当电力馈送到电力接收侧螺旋形线圈9时，电力通过电磁感应馈送到电力接收侧环形天线10，供应给与电力接收侧环形天线10相连接的负载。
接着，在详细描述电力馈送系统1结构之前，描述本发明原理。首先，发明者等人测量了当电力馈送单元和电力接收侧变容二极管的每个电容随电力馈送侧螺旋形线圈7与电力接收侧螺旋形线圈9之间的线圈间距离L1变动而变化时的通过和反射特性S21、S11。结果示出于图3和图4中。在图3和图4的测量中，线圈间距离L1以及电力馈送侧变容二极管8和11的电容C设定为下表1所示。
表1
L1 变容二极管电容
100mm 7.85pF
200mm 9.2pF
300mm 9.75pF
400mm 10pF
应当注意，在图3和图4所示测量中，电力馈送侧和电力接收侧环形天线6、10的直径R11和R12对应于150mm，电力馈送侧和电力接收侧螺旋形线圈7和9的圈数对应于7。
即使线圈间距离L1如图所示变化，改变电力馈送侧变容二极管8、11的电容也保持其效率和频率恒定。即，如果线圈间距离L1变化，那么在8.1MHz频率附近能够获得高效方式。
而且，如果谐振频率变化，那么发明者等人为了检查是否获得上述结果，测量了当电力馈送侧和电力接收侧螺旋形线圈7、9的圈数为3从而谐振频率在17Mhz附近，电力馈送侧和电力接收侧变容二极管随着线圈间距离L1而变化时，通过特性S21和反射特性S11。结果示出于图5和图6中。图5和6中的线圈间距离L1以及电力馈送侧变容二极管8和11的电容设定为下表2所示。
表2
L1 变容二极管电容
100mm 7.7pF
200mm 9.1pF
300mm 9.6pF
400mm 10pF
应当注意，在图5和图6所示测量中，除电力馈送侧和电力接收侧螺旋形线圈7、9的圈数之外的参数与图3和图4相同。
如图所示，当谐振频率为17MHz时，或者当线圈间距离L1变化时，通过改变电力馈送侧和电力接收侧变容二极管8、11的电容，在17MHz频率附近能够获得高效方式。
然后，再次参考电力馈送系统构造的描述，如图1所示，电力馈送系统1还具有：可变电压源12，将电力施加到电力馈送侧变容二极管8两端；安装于道路2侧处的距离测量单元13，用于测量线圈间距离L1；和控制单元14，作为调整构件，用于控制可变电压源12，使得根据由距离测量单元13测量的线圈间距离L1给电力馈送侧变容二极管8施加电压。
上述可变电压源12配置为使得施加电压为可变。考虑诸如红外辐射或者超宽带（UWB）无线电设备作为上述距离测量单元13，所述距离测量单元13测量从道路2到汽车4的车身的距离，从测量的距离判定线圈间距离L1。上述控制单元14由例如中央处理单元（CPU）组成。
此外，如图1所示，电力馈送系统1还具有：可变电压源15，将电压施加到电力接收侧变容二极管11施加两端；和控制单元16，作为调整构件，用于控制可变电压源12，使得根据由距离测量单元13测量的线圈间距离L1给电力馈送侧变容二极管8施加电压。上述可变电压源15制造为使得施加电压变化。上述控制单元16例如由CPU组成。
接着，将描述上述电力馈送系统1的操作。首先，控制单元14引入利用距离测量单元13测量的线圈间距离L1。例如，控制单元14将指示如图表1和表2所示线圈间距离L1与电力馈送侧变容二极管8的电容C之间关系的表存储于未示出的存储器1中。控制单元14读取与从表引入的线圈间距离L1对应的电力馈送侧变容二极管8的电容C，控制可变电压源12以满足读取电容C。
此外，当馈送电力时，控制单元14控制交流电源V使调制信号（如AM、FM、ASK、FSK或PSK）多路复用到磁场中，在调制信号中并入了由距离测量单元13判定的线圈间距离L1，将线圈间距离L1传送给汽车4。控制单元16从由电力接收侧环形天线10发送的电力引入线圈间距离L1。控制单元16将指示如表1和表2所示线圈间距离L1与电力接收侧变容二极管11的电容C之间关系的表存储于未示出的存储器中。控制单元16控制可变电压源15，以满足与从表引入的线圈间距离L1对应的电力接收侧变容二极管11的读取电容。
根据上述电力馈送系统1，电力馈送侧螺旋形线圈7和电力接收侧螺旋形线圈9都分别并联连接到电力馈送侧变容二极管8、11，其中电容C配置为电容可变。鉴于电力馈送侧变容二极管8、11的电容变动使得其效率能够变化，即使电力馈送侧螺旋形线圈7与电力接收侧螺旋形线圈9之间的线圈间距离L1变化，电力馈送侧变容二极管8、11的电容随着电力馈送侧螺旋形线圈7与电力接收侧螺旋形线圈9之间的线圈间距离L1的变化也使其能够以高效方式供应电力。
此外，根据上述电力馈送系统1，因为距离测量单元13测量电力馈送侧螺旋形线圈7与电力接收侧螺旋形线圈9之间的线圈间距离L1，并且控制单元14、16根据由距离测量单元13测量的线圈间距离L1来调整电力馈送侧和电力接收侧变容二极管8、11的电容C，所以即使电力馈送侧螺旋形线圈7与电力接收侧螺旋形线圈9之间的线圈间距离L1变化，也使得能够调整电容C从而以高效方式且自动地供应电力。由此可见，由于由汽车4的悬架引起或者由汽车4中行李或者乘客重量引起的垂直运动，即使由线圈间距离L1变动引起的线圈间距离L1变化，也能够以高效方式供应电力。
应当注意，在上述第一实施例中，虽然由测量单元13测量的线圈间距离L1传送给汽车4，但是本发明并不旨在限于本实施例。例如，可传送根据上述线圈间距离L1的电力接收侧变容二极管8的电容C。
应当注意，虽然在上述第一实施例中，电力馈送侧和电力接收侧变容二极管8、11都与电力馈送侧螺旋形线圈7和电力接收侧螺旋形线圈9并联连接，但是本发明并不旨在限于此。例如，电力接收侧变容二极管11移除，电力馈送侧变容二极管8可单独并联设置于电力馈送侧螺旋形线圈7中，并且所述电力馈送侧变容二极管8的电容可调整。此外，电力馈送侧变容二极管8移除，电力接收侧变容二极管11可单独设置于电力接收侧螺旋形线圈9中，并且所述电力接收侧变容二极管11的电容可调整。
根据第一实施例，虽然电力馈送侧和电力接收侧变容二极管8、11根据由距离测量单元13测量的线圈间距离L1来调整，但是本发明并不旨在限于此。例如，控制单元14、16，距离测量单元13，电力馈送侧变容二极管8和可变电压源12移除。并且可变电压源15在制造过程中调整为使得电力接收侧变容二极管11满足与线圈间距离L1对应的值，然后电力接收侧变容二极管11的电容C可为固定，而无需调整可变电压源15。同样在这种情况下，即使线圈间距离L1根据汽车类型变化，也能够通用环形天线6、11和螺旋形线圈7、9以高效方式供应电力。
第二实施例
接着，将描述第二实施例。虽然在上述第一实施例中，基于由距离测量单元13测量的线圈间距离L1，调整电力馈送侧和电力接收侧变容二极管8、11的电容C，但是在第二实施例中，另一方面，如图7所示，可以想到，取代距离测量单元11，反射测量单元18设置于汽车4中用于测量电力接收侧螺旋形线圈9的反射量，移除电力馈送侧变容二极管8，单独设置电力接收侧变容二极管11，并且电力接收侧变容二极管11的电容C由控制单元16调整，使得反射特性S21改良。应当注意，上述反射测量单元18是测量馈送到电力接收侧螺旋形线圈9的电力且从测量的电力判定反射量的单元，因而可以想到采用例如定向耦合器或者循环器。
然后，下文中将参考图8详细描述上述控制单元16的操作。首先，在通过由反射测量单元18测量的供应给电力接收侧螺旋形线圈9的电力检测到来自电力馈送单元3的电力供应之后，控制单元16开始电容调整过程。控制单元16然后引入由反射测量单元18测量的反射量（步骤S1），判定反射量是否低于一定量（步骤S2）。如果反射量低于一定量（步骤S2中是），那么控制单元16再次回到步骤S1。相反，如果反射量高于一定量（步骤S2中否），那么控制单元16控制可变电压源15以增加电力接收侧变容二极管11的电容C（步骤S3）。
然后，控制单元16再次引入反射量（步骤S4），并且由于步骤S3中的变化，判定反射量是否降低（步骤S5）。如果反射量降低（步骤S5中是），那么控制单元16判定反射量是否低于由于反射量降低引起的一定量（步骤S6）。如果反射量低于一定量，那么控制单元16再次回到步骤S1。
相反，如果反射量超过一定量（步骤S6中否），那么控制单元16再次增加电力接收侧变容二极管11的电容C（步骤S7）。之后，控制单元16再次引入反射量（步骤S8），控制单元16重复步骤S7的动作，直至引入的反射量低于一定量。当步骤S8中引入的反射量低于一定量（步骤S9中是）时，控制单元16再次回到步骤S1。
另一方面，如果反射量降低，那么控制单元16反向降低电力接收侧变容二极管11的电容C（步骤S10）。之后，控制单元16再次引入反射量（步骤S11），重复步骤S10，直至引入量低于一定量。当步骤S11中引入的反射量低于一定量（步骤S12中是）时，控制单元16再次回到步骤S1。根据上述第二实施例，能够以高效方式自动地供应电力。
虽然在上述第一实施例中，防止了由距离变动引起的效率降低，但是在第二实施例中对反射量作出响应能够解决电力馈送侧环形天线6和电力馈送侧螺旋形线圈7的轴与电力接收侧环形天线10和电力馈送侧螺旋形天线9的轴之间的不对准x的变化以及距离变动两者。
应当注意，根据上述第二实施例，虽然电力馈送侧变容二极管8移除，但是本发明并不限于本实施例。例如，在汽车4和道路2能够彼此通信的系统中，控制单元16可利用通信来发送调整命令给道路2，而无需移除电力馈送侧变容二极管8，从而调整电力馈送侧变容二极管8和电力接收侧变容二极管11两者的电容C。
此外，根据上述实施例，虽然变容二极管用作电容器，但是本发明并不限于本实施例。例如，可使用通过机械操作调整电容的可变电容器。
第三实施例
接着，将参考附图描述第三实施例中的本发明电力馈送系统。图10示出第三实施例中的本发明电力馈送系统。图11A和图11B分别示出描绘图10所示电力馈送系统结构的示意透视图和侧视图。在这些图中，对于相对于图1在上述第一实施例中示出的电力馈送系统的对应部分贴上相同参考符号，并且其详细描述省略。如这些图所示，第三实施例与第一实施例不同之处在于：不存在可变电容器8、11、可变电压源12、15、距离测量单元13和控制单元14、16以及电力接收侧环形天线10的结构。应当注意，虽然图11A中为了简单描述利用圆环示出，但是电力接收单元天线10实际上诸如图12、图14和图15所示。结构将在以下这些图12、图14和图15中描述。
接着，在详细描述上述电力馈送系统1的结构之前，将描述本发明原理。首先，为了检查电力馈送侧和电力接收单元环形天线6、11的半径变动如何影响通过特性S21和反射特性S11，发明者等人测量了在电力馈送侧螺旋形线圈7与电力接收侧螺旋形线圈9之间的线圈间距离L1固定为300mm的同时，当电力馈送侧螺旋形线圈6和电力馈送侧螺旋形线圈10的半径R11、R12变为103mm、85mm和75mm时，通过特性S21和反射特性S11。结果示出于图12至图14中。如这些图所示，可以发现，即使线圈间距离L1固定，电力馈送侧螺旋形线圈6和电力馈送侧螺旋形线圈10的半径R11、R12变动也导致通过特性和反射特性S21、S11变化。
详细地，可以发现，扩大电力馈送侧螺旋形线圈6和电力馈送侧螺旋形线圈10的半径R11、R12使得电力馈送单元3和电力接收单元5的耦合在松弛方向上变化，因而损耗高，或者缩短半径使得耦合在紧密方向上变化，呈现共振特性。由此可见，当线圈间距离L1缩短以使耦合呈现紧密时，扩大电力馈送侧螺旋形线圈6和电力馈送侧螺旋形线圈10的半径R11、R12使得耦合在紧密方向上控制，或者当线圈间距离L1扩大以使耦合呈现松弛时，缩短电力馈送侧螺旋形线圈6和电力馈送侧螺旋形线圈10的半径R11、R12使得耦合在紧密方向上控制，这导致发明者等人在边界耦合处操作。
然后，发明者等人测量了当电力馈送侧和电力接收单元环形线圈天线6、10的半径R11、R12变化时通过特性S21和反射特性S11。结果示出于图15、图16中。在这些图中所示的测量中，线圈间距离L1和半径R11、R12设定为下表3所示。
表3
L1 R11=R12
100mm 250mm
200mm 206mm
300mm 170mm
400mm 150mm
应当注意，在图12至图16所示测量中，半径R11、R12（参考图11）配置为294mm、圈数为6.5圈、长度L11、L12为52mm的线圈用作电力馈送侧和电力接收侧螺旋形线圈7、9。
如这些图所示，即使线圈间距离L1改变，电力馈送侧和电力接收单元螺旋形线圈7、9的半径R11、R12的改变也能够保持效率和频率恒定。即，与线圈间距离L1变动无关，在13.3MHz频率附近处可保持效率高。
然而，因为高效带频趋于变窄，所以使线圈间距离L1进一步扩大而大于一定距离降低了其效率。由此可见，即使线圈间距离L1变化，通过改变电力馈送侧和电力接收单元环形天线6、10的半径R11、R12，使用为了在一定频率处（例如，13.3MHz）获得高效率而优化的电力馈送侧和电力接收侧螺旋形线圈7、9也保持效率高。
此外，为了检查是否即使谐振频率变化也获得前述特性，发明者等人测量了在电力馈送侧和电力接收侧螺旋形线圈7、9的圈数设定为3并且谐振频率在26MHz附近的同时，当电力馈送侧和电力接收单元环形天线6、10的半径R11、R12随着线圈间距离L1变动而变化时，通过特性S21和反射特性S11。结果示出于图17和图18中。在这些图所示的测量中，线圈间距离L1和半径R11、R12设定为下表4所示。
表4
L1 R11=R12
100mm 236mm
200mm 194mm
300mm 160mm
400mm 136mm
应当注意，在图17和图18所示测量中，电力馈送侧和电力接收侧螺旋形线圈7、9的圈数设定为3，所得长度L21、L22各变为24mm，而其它参数与图12至图16所示相同。
如这些图所示，当谐振频率为26MHz时，即使线圈间距离L1变化，通过改变电力馈送侧和电力接收侧螺旋形线圈6、10的半径，也能够保持其效率和频率恒定。
如以往描述，例如，当电力从安装于道路2中的电力馈送单元3馈送到安装于汽车4车身中的电力接收单元5时，线圈间距离L1随汽车类型而有所不同（例如，跑车形成为低，旅行车形成为高）。因此，一般设置在多个类型汽车之间尺寸不同的电力馈送侧和电力接收侧环形天线6、11，导致电力馈送侧和电力接收侧环形天线6、11的类型增加，这产生成本。
在本发明中，通过使用尺寸配置为可变的电力接收侧环形天线10，装接了具有电力接收单元天线10的电力接收单元5，制造过程中调整电力接收单元天线10，从而获得高效率。因为使用通常与汽车类型无关的电力接收单元天线10使得高效供应电力，所以能够防止电力接收侧环形天线10的类型增加，因而减少成本。随后将描述所述电力接收侧环形天线10的不同尺寸的结构。
电力从安装于道路2中的电力馈送单元3馈送到安装于汽车4车身中的电力接收单元5，并且当线圈间距离L1随着汽车类型而不同时，期望仅改变设置于汽车4中的电力接收侧环形天线10的尺寸，并且保持电力馈送侧环形天线6的尺寸恒定。因此，发明者等人测量了当电力馈送侧环形天线6的半径R11固定为250mm且电力接收侧环形天线10的半径R12随着线圈间距离L1而变化时，通过特性S21和反射特性S11。结果示出于图19和图20中。
可以发现，如这些图所示，即使电力馈送侧环形天线6的半径R11为固定，改变电力接收侧环形天线10的半径R12，也使得即使线圈间距离L1变化也能够以高效方式供应电力。将这个情况与电力馈送侧和电力接收侧环形天线6、10的半径R11、R12都变化的情况相比，因为半径R11、R12的变动范围需要增加，所以可以想到，线圈间距离L1的对应变动范围变窄。此外，将这个情况与电力馈送侧和电力接收侧环形天线6、10的半径R11、R12都变化的情况相比，高效带频趋于略微变窄。
然后，将参考图21详细描述本发明的电力接收侧环形天线10的结构。如图21所示，电力接收侧环形天线10由将矩形环划分为两个的L形部件101、102组成。L形部件101、102形成为形状和尺寸相同的带板。这些L形部件101、102彼此重叠且接触以形成矩形环。根据电力接收侧环形天线10，L形部件101、102在矩形环中对角线地移动，如箭头Y1所示，因而能够改变长度L3，即其环尺寸。
在这些L形部件101、102中，通过在箭头Y1方向上移动L形部件101、102，在制造过程中根据汽车类型调整长度L3。期望为了保持接触部的良好电气特性，L形部件101、102重叠的部分由指状物保持。
关注的是，在图21所示的前述电力接收侧环形天线10的情况下，从环突出的部分对其特性产生不利影响。为了判定不利影响，发明者等人测量了当电力接收侧环形天线10的长度L3随着线圈间距离L1变动而变化时的通过特性S21。结果示出于图22中。在图22的测量中，线圈间距离L1和长度L3设定为下表5所示。
表5
L1 L3
100mm 240mm
200mm 190mm
300mm 158mm
400mm 134mm
从图显而易见，可以发现，即使线圈间距离L1变化，也能够保持效率和频率恒定，并且从环突出的部分不对任何事物产生不利影响。
应当注意，在前述实施例中，电力接收侧环形天线10利用但不限于两个带板状L形部件101、102形成，L形部件101、102彼此重叠以形成环，使得电力接收侧环形天线10的环尺寸变化。电力接收侧环形天线10可例如具有用于划分环的多个部件，移除每个部件以改变电力接收侧环形天线10的尺寸，例如，四个直部件，所述四个直部件彼此重叠以变为矩形环，从而改变电力接收侧环形天线10的尺寸。
第四实施例
接着，描述第四实施例。第三实施例与第四实施例之间很大差异在于其电力环形天线10的结构。在上述第三实施例中，电力环形天线10由两个L形部件101、102组成，而在上述第四实施例中，如图23所示，它由四个L形部件103至106组成。
上述L形部件103、105以这样一种方式形成，使得它们的端部都比它们的中部厚并且每个还具有朝向它中部凹陷的凹部10A。与上述L形部件104、106相邻的L形部件的两端可滑动地插入于凹部10A中。将L形部件104、106的两端插入于具有L形部件103、105的两端的每个凹部10A中，从而形成矩形环。
在凹部10A中，滑动L形部件104、106的两端使得矩形环的长度L3变化。在这种情况下也期望为了保持接触部的良好电气特性，L形部件104、106插入的L形部件103、105的两端由所述指状物保持。
第五实施例
接着，描述第五实施例。第三实施例与第五实施例之间很大差异在于其电力环形天线10的结构。在上述第三实施例中，电力环形天线10由两个L形部件101、102组成，而在上述第五实施例中，如图24所示，电力接收单元天线10由两个半圆弧部件107至108组成。
此外，半圆弧部件107和108的各个一端彼此重叠，并且在此状态下通过铰链10b彼此连接。即，半圆弧部件107和108设置为绕铰链10b旋转。如上述第一实施例，半圆弧部件107和108的各个另一端彼此单独重叠。
根据以上结构，当半圆弧部件107的另一端在图的左侧方向上旋转，半圆弧部件108的另一端在图的右侧方向上旋转时，圆环尺寸变小，而当半圆弧部件107的另一端在图的右侧方向上旋转，半圆弧部件108的另一端在图的左侧方向上旋转时，圆环尺寸变大。在这种情况下也期望为了保持接触部的良好电气特性，半圆弧部件107、108彼此重叠的两端通过所述指状物保持。
第六实施例
接着，描述第六实施例。虽然在上述实施例中，电力接收侧环形天线10的尺寸在制造过程中对于每个汽车类型调整，但是可以想到，在第六实施例中，如图25所示，设置有：作为移动单元构件的移动单元17，诸如用于驱动构成电力接收单元天线10的L形部件101至106或半圆弧部件107、108的电机；以及作为测量构件的距离测量单元18，用于测量线圈间距离L1，通过控制单元19控制移动单元17，控制单元19充当移动单元控制构件，诸如中央处理器单元，使得环尺寸符合由距离测量单元18测量的线圈间距离L1，因而移动这些L形部件101至106或半圆弧部件107、108。
这使得能够改变环尺寸，使得即使电力馈送侧环形天线7与电力接收侧环形天线10之间的线圈间距离L1变化，也高效且自动地供应电力。应当注意，可以想到，采用红外或无线电通信作为距离测量单元18。这使得能够以高效方式自动地供应电力。
第七实施例
接着，描述第七实施例。在上述第六实施例中，L形部件101至106或半圆弧部件107、108根据由距离测量单元18测量的线圈间距离L1来移动，而在第七实施例中，如图26所示，可以想到，取代距离测量单元18，设置反射测量单元20，用于测量来自电力接收侧螺旋形线圈9的反射量，并且移动单元17由控制单元19控制，从而改良由反射测量单元20测量的反射特性S21，因此驱动这些L形部件101至106或半圆弧部件107、108。请注意，上述反射测量单元20是测量供应给电力接收侧螺旋形线圈9的电力以从测量的电力判定反射量的单元，例如，可以想到使用定向耦合器或者循环器。
接着，下文中参考图27详细描述上述控制单元19的操作。首先，控制单元19根据由反射测量单元20测量的供应给电力接收侧螺旋形线圈9的电力，检测是否从电力馈送单元3开始电力供应，然后开始环控制过程。然后，控制单元19引入由反射测量单元20测量的反射量（步骤S13），并且判定反射量是否低于一定量（步骤S14）。如果反射量低于一定量（步骤S14中是），那么控制单元19再次回到步骤S13。相反，如果反射量高于一定量（步骤S14中否），那么控制单元19控制移动单元17，使L形部件101至106或半圆弧部件107、108在增加环尺寸的方向上移动（步骤S15）。
然后，控制单元19再次引入反射量（步骤S16），并且判定反射量是否由于步骤S15中变化而降低（步骤S17）。如果反射量降低（步骤S17中是），那么控制单元19判定反射量是否由于反射量降低而低于一定量（步骤S18）。如果反射量低于一定量，那么控制单元19再次回到步骤S13。
相反，如果反射量超过一定量（步骤S18中否），那么控制单元19判定线圈间距离L1足够短以紧密耦合，再次控制移动单元17，使L形部件101至106或半圆弧部件107、108在增加环尺寸的方向上移动（步骤S19）。之后，控制单元19再次引入反射量（步骤S20），控制单元19重复步骤S19的动作，直至引入的反射量低于一定量。当步骤S20中引入的反射量低于一定量（步骤S21中是）时，控制单元19再次回到步骤S13。
另一方面，反射量降低（步骤S17中否），控制单元19判定线圈间距离L1足够大以松弛耦合，并且相反控制移动单元17，使L形部件101至106或半圆弧部件107、108在降低环尺寸的方向上反向移动（步骤S22）。之后，再次引入反射量（步骤S23），控制单元19重复步骤S22的动作，直至引入量低于一定量。当步骤S23中引入的反射量低于一定量（步骤S24中是）时，控制单元19再次回到步骤S13。根据上述第七实施例，使得能够使环尺寸呈现为以高效方式自动地供应电力。
请注意，上述实施例构成为防止例如但不限于由于距离变动导致的效率降低。例如，如图9所示，能够对应于由电力馈送侧环形天线6和电力馈送侧螺旋形线圈7的轴与电力接收侧环形天线10和电力馈送侧螺旋形线圈7的轴之间不对准x的变动引起的特性变化。
为了判定上述效果，发明者等人测量了当电力接收侧环形天线10的距离L3随横向偏移x（图9）变动而变化时的反射特性S21，其中线圈间距离L1为200mm。结果示出于图28中。在图28中，横向偏移x和距离L3设定为如下表6所示。从图显而易见，可以发现，即使横向偏移x发生，通过改变电力馈送侧和电力接收侧环形天线6、10的尺寸，效率和频率也保持恒定。因此，根据上述第七实施例，可以发现，控制环尺寸使得反射量低于一定量，使得能够对应于线圈间距离L1变动和横向偏移x变动两者。
表6
X L3
0mm 190mm
100mm 180mm
200mm 156mm
300mm 120mm
此外，根据前述实施例，仅改变电力接收单元10的半径R12对应于例如但不限于线圈间距离L1变动。例如，只有电力馈送侧环形天线6的半径R11可改变，或者电力接收侧环形天线10和电力馈送侧环形天线6的半径R11、R12都可改变。
此外，上述电力馈送系统1应用于例如但不限于对汽车4供应电力的系统。本发明能够应用于其它系统。
此外，上述实施例仅示出但不限于本发明的典型实施例。即，应当理解，各种改变和修改对于本领域技术人员应当显而易见。因此，除非所述改变和修改脱离下文中界定的本发明范围，它们应当视为包括在本发明范围中。

Claims (8)

1.一种电力馈送系统，包括：
电力馈送侧，该电力馈送侧设置有用于接收电力的电力馈送侧环形天线，以及与所述电力馈送侧环形天线电磁耦合的电力馈送侧线圈；
电力接收单元，该电力接收单元设置有与所述电力馈送侧线圈电磁谐振的电力接收侧线圈，以及与所述电力接收侧线圈电磁耦合的电力接收侧环形天线；和
电容器，该电容器与所述电力馈送侧线圈和所述电力接收侧线圈中的至少一个并联连接，该电容器配置为电容可变。
2.根据权利要求1所述的电力馈送系统，还包括：距离测量单元，用于测量所述电力馈送侧线圈与所述电力接收侧线圈之间的距离；和调整单元，用于根据由所述距离测量单元测量的所述距离来调整所述电容器的电容。
3.根据权利要求1所述的电力馈送系统，还包括：反射测量单元，用于测量来自所述电力馈送侧线圈的反射；和调整单元，用于根据由所述反射测量单元测量的反射量来调整所述电容器的电容。
4.一种电力馈送系统，包括：
电力馈送侧，该电力馈送侧设置有用于接收电力的电力馈送侧环形天线，以及与所述电力馈送侧环形天线电磁耦合的电力馈送侧线圈；和
电力接收单元，该电力接收单元设置有与所述电力馈送侧线圈电磁谐振的电力接收侧线圈，以及与所述电力接收侧线圈电磁耦合的电力接收侧环形天线，
其中，所述电力馈送侧环形天线和所述电力接收侧环形天线中的至少一个被划分为多个部件；并且其中，所述多个部件构成为相对于彼此移动和改变接触位置，从而改变所述至少一个环形天线的环尺寸。
5.根据权利要求4所述的电力馈送系统，其中，所述多个部件彼此重叠并且接触，从而形成环。
6.根据权利要求4所述的电力馈送系统，其中，所述多个部件中的至少一个在端部处包括在中间方向上凹陷的凹部，该凹部构成为可滑动地容纳所述多个部件中相邻部件的端部。
7.根据权利要求4至6中任一项所述的电力馈送系统，还包括：移动单元，用于移动所述多个部件；距离测量单元，用于测量所述电力馈送侧环形天线与所述电力接收侧环形天线之间的距离；和移动单元控制单元，用于控制所述移动单元移动所述多个部件，使得所述环尺寸符合由所述距离测量单元测量的所述距离。
8.根据权利要求4至6中任一项所述的电力馈送系统，还包括：移动单元，用于移动所述多个部件；反射测量单元，用于测量来自所述电力接收侧线圈的反射；和移动单元控制单元，用于根据由所述反射测量单元测量的所述反射量来控制所述移动单元移动所述多个部件。
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