CN104093592A - 电力发送装置、电力接收装置和电力传输系统 - Google Patents

电力发送装置、电力接收装置和电力传输系统 Download PDF

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Abstract

一种电力发送装置包括电力发送部，该电力发送部以非接触的方式将电力发送到电力接收部。所述电力发送部具有谐振线圈(24)和面向所述谐振线圈(24)的管状构件(240)。所述管状构件(240)的至少一部分被电切断。

Description

电力发送装置、电力接收装置和电力传输系统
技术领域
本发明涉及电力发送装置、电力接收装置和电力传输系统。
背景技术
近几年，考虑到环境，使用来自电池等的电力驱动驱动轮的混合动力车辆、电动车辆等成为关注的焦点。
尤其是近几年，在上述配备电池的电动车辆中，无线充电成为关注的焦点，通过这种充电方式，无需使用插头等，可以非接触的方式给电池充电。然后，近期已经有人提出各种非接触式充电系统。
使用非接触式充电系统的电力传输系统例如在公开号为2011-072188的日本专利申请(JP 2011-072188 A)、公开号为2010-239848的日本专利申请(JP 2010-239848 A)、以及公开号为2011-045189的日本专利申请(JP2011-045189 A)中进行描述。
在这些电力传输系统中，描述通过使用屏蔽构件覆盖电力发送部来抑制泄露电磁场的屏蔽结构。类似地，描述了通过使用屏蔽构件覆盖电力接收部来抑制泄露电磁场的屏蔽结构。
在电力传输中使用的电磁场由电场和磁场形成。在其中以非接触的方式执行电力传输的情况下，存在当屏蔽构件不仅抑制电场，而且还抑制磁场时电力传输效率降低的挑战。
发明内容
本发明提供一种电力发送装置、电力接收装置和电力传输系统，它们具有当电力传输以非接触的方式执行时，能够降低由电场和磁场形成的电磁场中的电场的结构。
本发明的一方面提供一种电力发送装置，包括：电力发送部，其具有线圈和屏蔽构件并以非接触的方式将电力发送到电力接收部，所述屏蔽构件被设置在使所述屏蔽构件面向所述线圈的位置，并且所述屏蔽构件的至少一部分被电切断。
在所述电力发送装置中，所述屏蔽构件可形成管状构件，所述管状构件将所述线圈容纳在内并且具有两个端部。
在所述电力发送装置中，所述管状构件可具有将所述管状构件的外部与所述管状构件的内部连通的孔。
在所述电力发送装置中，所述线圈可被设置在第一绝缘构件上，所述屏蔽构件可包括第一屏蔽构件和第二屏蔽构件，所述第一屏蔽构件可被设置在第二绝缘构件上，所述第二屏蔽构件可被设置在第三绝缘构件上，并且可通过用所述第二绝缘构件和所述第三绝缘构件夹着所述第一绝缘构件，使所述线圈被所述第一屏蔽构件与所述第二屏蔽构件夹着。
在所述电力发送装置中，所述第一绝缘构件、所述第二绝缘构件和所述第三绝缘构件可以为绝缘基板。
在车辆中，所述电力发送部的固有频率与所述电力接收部的固有频率之差可小于或等于所述电力接收部的固有频率的10％。
在所述电力发送装置中，所述电力接收部与所述电力发送部之间的耦合系数可小于或等于0.1。在所述电力发送装置中，所述电力发送部可通过磁场和电场中的至少一者将电力发送到所述电力接收部。所述磁场形成于所述电力接收部与所述电力发送部之间并以预定的频率振荡。所述电场形成于所述电力接收部与所述电力发送部之间并以预定的频率振荡。
本发明的另一方面提供一种电力传输系统，包括：电力发送装置，其包括电力发送部，所述电力发送部具有线圈和屏蔽构件，所述屏蔽构件被设置在使所述屏蔽构件面向所述线圈的位置，并且所述屏蔽构件的至少一部分被电切断；以及电力接收装置，其以非接触的方式从所述电力发送部接收电力。
在所述电力传输系统中，所述屏蔽构件可形成管状构件，所述管状构件将所述线圈容纳在内并且具有两个端部。
在所述电力传输系统中，所述管状构件可具有将所述管状构件的外部与所述管状构件的内部连通的孔。
在所述电力传输系统中，所述线圈可被设置在第一绝缘构件上，所述屏蔽构件可包括第一屏蔽构件和第二屏蔽构件，所述第一屏蔽构件可被设置在第二绝缘构件上，所述第二屏蔽构件可被设置在第三绝缘构件上，并且可通过用所述第二绝缘构件和所述第三绝缘构件夹着所述第一绝缘构件，使所述线圈被所述第一屏蔽构件与所述第二屏蔽构件夹着。
在所述电力传输系统中，所述第一绝缘构件、所述第二绝缘构件和所述第三绝缘构件可以为绝缘基板。
本发明的又一方面提供一种电力接收装置，包括：电力接收部，其具有线圈和屏蔽构件并以非接触的方式从电力发送部接收电力，所述屏蔽构件被设置在使所述屏蔽构件面向所述线圈的位置，并且所述屏蔽构件的至少一部分被电切断。
在所述电力接收装置中，所述屏蔽构件可形成管状构件，所述管状构件将所述线圈容纳在内并且具有两个端部。
在所述电力接收装置中，所述管状构件可具有将所述管状构件的外部与所述管状构件的内部连通的孔。
在所述电力接收装置中，所述线圈可被设置在第一绝缘构件上，所述屏蔽构件可包括第一屏蔽构件和第二屏蔽构件，所述第一屏蔽构件可被设置在第二绝缘构件上，所述第二屏蔽构件可被设置在第三绝缘构件上，并且可通过用所述第二绝缘构件和所述第三绝缘构件夹着所述第一绝缘构件，使所述线圈被所述第一屏蔽构件与所述第二屏蔽构件夹着。
在所述电力接收装置中，所述第一绝缘构件、所述第二绝缘构件和所述第三绝缘构件可以为绝缘基板。
在所述电力接收装置中，所述电力发送部的固有频率与所述电力接收部的固有频率之差可小于或等于所述电力接收部的固有频率的10％。
在所述电力接收装置中，所述电力接收部与所述电力发送部之间的耦合系数可小于或等于0.1。在所述电力接收装置中，所述电力发送部可通过磁场和电场中的至少一者将电力发送到所述电力接收部。所述磁场形成于所述电力接收部与所述电力发送部之间并以预定的频率振荡。所述电场形成于所述电力接收部与所述电力发送部之间并以预定的频率振荡。
本发明的又一方面提供一种电力传输系统，包括：电力发送装置，其包括电力发送部；以及电力接收装置，其包括以非接触的方式从所述电力发送部接收电力的电力接收部。所述电力接收部具有线圈和屏蔽构件，所述屏蔽构件被设置在使所述屏蔽构件面向所述线圈的位置。所述屏蔽构件的至少一部分被电切断。
在所述电力传输系统中，所述屏蔽构件可形成管状构件，所述管状构件将所述线圈容纳在内并且具有两个端部。
在所述电力传输系统中，所述管状构件可具有将所述管状构件的外部与所述管状构件的内部连通的孔。
在所述电力传输系统中，所述线圈可被设置在第一绝缘构件上，所述屏蔽构件可包括第一屏蔽构件和第二屏蔽构件，所述第一屏蔽构件可被设置在第二绝缘构件上，所述第二屏蔽构件可被设置在第三绝缘构件上，并且可通过用所述第二绝缘构件和所述第三绝缘构件夹着所述第一绝缘构件，使所述线圈被所述第一屏蔽构件与所述第二屏蔽构件夹着。
在所述电力传输系统中，所述第一绝缘构件、所述第二绝缘构件和所述第三绝缘构件可以为绝缘基板。
通过上述电力发送装置、电力接收装置和电力传输系统，可在以非接触的方式执行电力传输的情况下，降低由电场和磁场形成的电磁场中的电场。
附图说明
下面将参考附图描述本发明的示例性实施例的特征、优点和技术与工业意义，在所述附图中，相同的附图标记表示相同的元件，其中：
图1是示意性地示出根据本发明的第一实施例的电力发送装置、电力接收装置和电力传输系统的视图；
图2是示出根据本发明的第一实施例的电力传输系统的仿真模型的视图；
图3是示出图2所示的仿真模型的仿真结果的图形；
图4是示出在图2所示的仿真模型中，在固有频率固定的状态下，当气隙改变时，电力传输效率与被提供给谐振线圈的电流的频率之间的关联的图形；
图5是示出在图2所示的仿真模型中，离电流源(磁流源)的距离与电磁场强度之间的关联的图形；
图6是示出根据本发明的第一实施例的电力传输系统的配置的示意图；
图7是沿图6中的线VII-VII截取的横截面图；
图8是示出根据本发明的第一实施例的电力发送侧电流值的时间变化和电力发送侧存储电荷的时间变化的示意图；
图9是示出第一实施例中在不设置任何屏蔽构件的情况下和在设置屏蔽构件的情况下电磁场产生原理的示意图；
图10是示出第一实施例中在不设置任何屏蔽构件的情况下和在设置屏蔽构件的情况下离线圈中心的距离与磁场之间的关联的图形；
图11是示出第一实施例中在不设置任何屏蔽构件的情况下和在设置屏蔽构件的情况下离线圈中心的距离与电场之间的关联的图形；
图12是示出第一实施例中在不设置任何屏蔽构件的情况下和在设置屏蔽构件的情况下频率与传输效率之间的关联的图形；
图13是示出根据本发明的第一实施例的备选实施例的电力传输系统的示意性配置的示意图；
图14是示出根据本发明的第一实施例的电力传输系统的示意性配置的示意图；
图15是示出根据本发明的第二实施例的屏蔽构件的结构的示意图；
图16是示出根据本发明的第三实施例的屏蔽构件的结构的示意图；
图17是示出图16所示的每个屏蔽构件的结构的分解透视图；以及
图18是示出根据本发明的第四实施例的每个屏蔽构件的结构的示意图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图描述根据本发明实施例的电力发送装置、电力接收装置和电力传输系统。在下面的实施例中，当指示数量、量等时，本发明的范围不限于这些数量、量等，除非另外指出。相同的附图标记表示相同或相应的组件，并且不再重复重叠的描述。本发明的范围还包含各个实施例中所描述的组件的适当组合。
将参考图1描述根据第一实施例的电力传输系统。图1是示意性地示出根据第一实施例的电力发送装置、电力接收装置和电力传输系统的视图。
根据第一实施例的电力传输系统包括电动车辆10和外部供电装置20。电动车辆10包括电力接收装置40。外部供电装置20包括电力发送装置41。当电动车辆10停在其中设置电力发送装置41的停车位42的预定位置时，电动车辆10的电力接收装置40从电力发送装置41接收电力。
指示停车位置和停车区域的轮框或线在停车位42中设置，以便使电动车辆10停在预定位置。
外部供电装置20包括高频电力驱动器22、控制单元26和电力发送装置41。高频电力驱动器22连接到交流电源21。控制单元26执行对高频电力驱动器22等的驱动控制。电力发送装置41连接到高频电力驱动器22。电力发送装置41包括电力发送部28和电磁感应线圈23。电力发送部28包括谐振线圈24和与谐振线圈24相连的电容器25。电磁感应线圈23电连接到高频电力驱动器22。需要指出，在图1所示的实例中，设置电容器25，但是，电容器25不一定是不可或缺的组件。
电力发送部28包括由谐振线圈24的电感、谐振线圈24的寄生电容以及电容器25的电容形成的电路。
电动车辆10包括电力接收装置40、整流器13、DC/DC转换器14、电池15、电力控制单元(PCU)16、电动机单元17和车辆电子控制单元(ECU)18。整流器13连接到电力接收装置40。DC/DC转换器14连接到整流器13。电池15连接到DC/DC转换器14。电动机单元17连接到电力控制单元16。车辆ECU 18执行对DC/DC转换器14、电力控制单元16等的驱动控制。根据该实施例的电动车辆10是包括引擎(未示出)的混合动力车辆。相反，只要电动车辆10由电动机驱动，电动车辆10便可以是电气车辆或燃料电池车辆。
整流器13连接到电磁感应线圈12，将从电磁感应线圈12提供的交流电转换为直流电，然后将直流电提供给DC/DC转换器14。
DC/DC转换器14调整从整流器13提供的直流电的电压，然后将经过调整的电压提供给电池15。DC/DC转换器14并非不可或缺的组件并且可省略。在这种情况下，通过在电力发送装置41与高频电力驱动器22之间设置用于外部供电装置20中匹配阻抗的匹配变换器(transformer)，可以替换用于DC/DC转换器14的匹配变换器。
电力控制单元16包括转换器和逆变器。转换器连接到电池15。逆变器连接到转换器。转化器调整(升高)从电池15提供的直流电，并且将经过调整的直流电提供给逆变器。逆变器将从转换器提供的直流电转换为交流电，然后将交流电提供给电动机单元17。
例如，采用三相交流电动机等作为电动机单元17。电动机单元17由从电力控制单元16的逆变器提供的交流电驱动。
当电动车辆10为混合动力车辆时，电动车辆10进一步包括引擎。此外，电动机单元17包括主要充当发电机的电动发电机和主要充当电动机的电动发电机。
电力接收装置40包括电力接收部27和电磁感应线圈12。电力接收部27包括谐振线圈11和电容器19。谐振线圈11具有寄生电容。电力接收部27具有由谐振线圈11的电感、谐振线圈11的电容以及电容器19的电容形成的电路。电容器19并非不可或缺的组件并且可以省略。
在根据该实施例的电力传输系统中，电力发送部28的固有频率与电力接收部27的固有频率之差小于或等于电力接收部27或电力发送部28的固有频率的10％。通过将电力发送部28和电力接收部27中每一者的固有频率设定为位于上述范围内，可以增加电力传输效率。另一方面，当固有频率之差大于电力接收部27或电力发送部28的固有频率的10％时，电力传输效率变得低于10％，因此会造成不便，例如给电池15充电的充电时间增加。
因此，在不设置电容器25的情况下，电力发送部28的固有频率表示由谐振线圈24的电感和谐振线圈24的电容形成的电路自由振荡情况下的振荡频率。在设置电容器25的情况下，电力发送部28的固有频率表示由谐振线圈24和电容器25的电容和谐振线圈24的电感形成的电路自由振荡情况下的振荡频率。在上述电路中，当制动力和电阻被设定为0或基本为0时，固有频率被称为电力发送部28的谐振频率。
类似地，在不设置电容器19的情况下，电力接收部27的固有频率表示由谐振线圈11的电感和谐振线圈11的电容形成的电路自由振荡情况下的振荡频率。在设置电容器19的情况下，电力接收部27的固有频率表示由谐振线圈11和电容器19的电容和谐振线圈11的电感形成的电路自由振荡情况下的振荡频率。在上述电路中，当制动力和电阻被设定为0或基本为0时，固有频率被称为电力接收部27的谐振频率。
将参考图2和图3描述分析固有频率之差与电力传输效率之间关联的仿真的结果。图2示出电力传输系统的仿真模型。电力传输系统89包括电力发送装置90和电力接收装置91。电力发送装置90包括电磁感应线圈92和电力发送部93。电力发送部93包括谐振线圈94和设置在谐振线圈94中的电容器95。
电力接收装置91包括电力接收部96和电磁感应线圈97。电力接收部96包括谐振线圈99和与谐振线圈99相连的电容器98。
谐振线圈94的电感被设为Lt，并且电容器95的电容被设为C1。谐振线圈99的电感被设为Lr，并且电容器98的电容被设为C2。当参数以此方式设定时，电力发送部93的固有频率f1通过下面的数学表达式(1)表示，并且电力接收部96的固有频率f2通过下面的数学表达式(2)表示。
f1＝1/{2π(Lt×C1)1/2}   (1)
f2＝1/{2π(Lr×C2)1/2}   (2)
在此，在电感Lr和电容C1和C2固定，并且只有电感Lt变化的情况下，电力发送部93与电力接收部96之间的固有频率之差与电力传输效率之间的关联在图3中示出。需要指出，在该仿真中，谐振线圈94与谐振线圈99之间的相对位置关系固定，而且，提供给电力发送部93的电流的频率恒定。
如图3所示，横轴表示固有频率之差(％)，纵轴表示设定频率上的传输效率(％)。固有频率之差(％)通过下面的数学表达式(3)表示。
固有频率之差(％)＝{(f1-f2)/f2}×100    (3)
通过图3很明显看出，当固有频率之差(％)为±0％时，电力传输效率接近100％。当固有频率之差(％)为±5％时，电力传输效率为40％。当固有频率之差(％)为±10％时，电力传输效率为10％。当固有频率之差(％)为±15％时，电力传输效率为5％。也就是说，可发现，通过将电力发送部和电力接收部中每一者的固有频率设定为使得固有频率之差(％)(固有频率差)的绝对值位于或小于电力接收部96的固有频率的10％，可以增加电力传输效率。而且发现，通过将电力发送部和电力接收部中每一者的固有频率设定为使得固有频率之差(％)的绝对值小于或等于电力接收部96的固有频率的5％，可以进一步增加电力传输效率。需要指出，采用电磁场分析软件应用(JMAG(商标)，由JSOL公司制造)作为仿真软件应用。
接下来，将描述根据该实施例的电力传输系统的操作。如图1所示，交流电力被从高频电力驱动器22提供给电磁感应线圈23。当预定的交流电流过电磁感应线圈23时，由于电磁感应，交流电也流过谐振线圈24。此时，电力被提供给电磁感应线圈23，以便流过谐振线圈24的交流电的频率变为预定频率。
当具有预定频率的电流流过谐振线圈24时，在预定频率上振荡的电磁场在谐振线圈24周围形成。
谐振线圈11被设置离谐振线圈24的预定范围内。谐振线圈11从谐振线圈24周围形成的电磁场接收电力。
在该实施例中，采用所谓的螺旋线圈作为谐振线圈11和谐振线圈24中的每一者。因此，在预定频率上振荡的磁场主要在谐振线圈24的周围形成，并且谐振线圈11从该磁场接收电力。
此处将描述在谐振线圈24周围形成的具有预定频率的磁场。“具有预定频率的磁场”一般与电力传输效率以及被提供给谐振线圈24的电流的频率关联。然后，首先，将描述电力传输效率与被提供给谐振线圈24的电流的频率之间的关联。当电力被从谐振线圈24传输到谐振线圈11时，电力传输效率根据各种因素而变化，例如谐振线圈24与谐振线圈11之间的距离。例如，电力发送部28和电力接收部27的固有频率(谐振频率)被设为f0，被提供给谐振线圈24的电流的频率为f3，并且谐振线圈11与谐振线圈24之间的气隙被设为AG。
图4是示出在固有频率f0固定的状态下，当气隙AG改变时，电力传输效率与被提供给谐振线圈24的电流的频率f3之间的关联的图形。
在图4所示的图形中，横轴表示被提供给谐振线圈24的电流的频率f3，纵轴表示电力传输效率(％)。效率曲线L1示意性地示出当气隙AG很小时，电力传输效率与被提供给谐振线圈24的电流的频率f3之间的关联。如效率曲线L1所示，当气隙AG很小时，电力传输效率的峰值出现在频率f4和f5(f4<f5)处。当气隙AG增加时，高电力传输效率所处的两个峰值发生变化，从而彼此接近。然后，如效率曲线L2所示，当气隙AG增加到大于预定距离时，电力传输效率的峰值数量为1，当被提供给谐振线圈24的电流的频率为f6时，电力传输效率变为峰值。当气隙AG进一步从效率曲线L2的状态增加时，电力传输效率的峰值降低，如效率曲线L3所示。
例如，下面的第一和第二方法可被构想为提高电力传输效率的方法。在第一方法中，通过在被提供给图1所示的谐振线圈24的电流的频率保持恒定的同时根据气隙AG改变电容器25和电容器19的电容，改变电力发送部28与电力接收部27之间的电力传输效率的特性。具体而言，电容器25和电容器19的电容被调整为使得电力传输效率在被提供给谐振线圈24的电流的频率保持恒定的状态下变为峰值。在此方法中，不用考虑气隙AG的大小，流过谐振线圈24和谐振线圈11的电流的频率保持恒定。可采用利用设置在电力发送装置41与高频电力驱动器22之间的匹配变换器的方法、利用转换器14的方法等作为改变电力传输效率特性的方法。
此外，在第二方法中，被提供给谐振线圈24的电流的频率基于气隙AG的大小进行调整。例如，在图4中，当电力传输特性变为效率曲线L1时，具有频率f4或频率f5的电流被提供给谐振线圈24。然后，当频率特性变为效率曲线L2或L3时，具有频率f6的电流被提供给谐振线圈24。在这种情况下，流过谐振线圈24和谐振线圈11的电流的频率根据气隙AG的大小进行改变。
在第一方法中，流过谐振线圈24的电流的频率为固定的恒定频率，而在第二方法中，流过谐振线圈24的电流的频率为随着气隙AG适当地改变的频率。通过第一方法、第二方法等，具有被设定为使得电力传输效率为高的预定频率的电流被提供给谐振线圈24。当具有预定频率的电流流过谐振线圈24时，在谐振线圈24周围形成在预定频率上振荡的磁场(电磁场)。电力接收部27通过形成于电力接收部27与电力发送部28之间并且在预定频率上振荡的磁场，从电力发送部28接收电力。这样，“在预定频率上振荡的磁场”不一定是具有固定频率的磁场。需要指出，在上述实施例中，被提供给谐振线圈24的电流的频率主要基于气隙AG进行设定，但是，电力传输效率也基于其它因素变化，例如谐振线圈24与谐振线圈11之间水平方向上的偏离，因此，被提供给谐振线圈24的电流的频率可基于这些其它因素进行调整。
在根据该实施例的电力传输系统中，利用其中静电场或电磁场中的静态电磁场占主导的近场(瞬逝场)。通过这样做，电力发送和电力接收效率得到提高。图5是示出离电流源(磁电流源)的距离与电磁场强度之间的关联的图形。如图5所示，电磁场包括三个分量。曲线k1是与离波源的距离成反比例的分量，并被称为辐射场或辐射电磁场。曲线k2是与离波源的距离的平方成反比例的分量，并被称为感应场或电磁感应场。此外，曲线k3是与离波源的距离的立方成反比例的分量，并被称为静电场或静态电磁场。当电磁场的波长为λ时，辐射场或辐射电磁场、感应场或感应电磁场、以及静电场或静态电磁场的强度基本彼此相等的距离可被表示为λ/2π。
静电场是其中电磁波强度随着离波源的距离而急剧下降的区域。在根据该实施例的电力传输系统中，能量(电力)传输利用其中静电场占主导的近场(瞬逝场)来执行。也就是说，通过使其中静电场占主导的近场中分别具有接近的固有频率的电力发送部28和电力接收部27(例如，一对LC谐振线圈)谐振，能量(电力)被从电力发送部27传输到电力接收部27。该静电场不会将能量传播到远处。因此，与通过将能量传播到远处的辐射场来传输能量(电力)的电磁波相比，谐振方法能够以较少的能量损耗发送电力。
通过这种方式，在根据该实施例的电力传输系统中，通过借助电磁场使电力发送部28和电力接收部27谐振，将电力从电力发送装置41发送到电力接收装置40。然后，电力发送部28与电力接收部27之间的耦合系数κ小于或等于0.1。一般而言，在利用电磁感应的电力传输中，电力发送部与电力接收部之间的耦合系数κ接近1.0。
在根据该实施例的电力传输中，电力发送部28与电力接收部27之间的耦合例如被称为“磁谐振耦合”、“磁场谐振耦合”、“电磁场谐振耦合”或“电场谐振耦合”。
电磁场谐振耦合表示包括磁谐振耦合、磁场谐振耦合和电场谐振耦合的耦合。
线圈型天线被用作说明书中描述的电力发送部28的谐振线圈24和电力接收部27的谐振线圈11。因此，电力发送部28和电力接收部27主要通过磁场耦合，并且电力发送部28和电力接收部27通过磁谐振或磁场谐振耦合。
将参考图6和图7描述根据该实施例的屏蔽构件的配置。图6是示出电力传输系统的配置的示意图。图7是沿图6中的线VII-VII截取的横截面图。
电力发送装置41包括谐振线圈24和电磁感应线圈23。电源P连接到电磁感应线圈23。谐振线圈24容纳在充当屏蔽构件的管状构件240内。管状构件240具有沿着谐振线圈24的形状的环形。管状构件240具有端部240E1和端部240E2。
端部240E1和端部240E2被设置为以预定的间隙C彼此面对。通过间隙C，管状构件240被电切断。通过这样做，电流不会环状地流过管状构件240。间隙C不限于1个。可设置两个或更多个间隙C。谐振线圈24被容纳在管状构件240内，使用树脂支撑构件(未示出)等以便不会与管状构件240接触。间隙C不限于1个。可设置多个间隙C。
管状构件240基本由导体制成的屏蔽材料形成。例如，使用诸如空心铜之类的金属材料。备选地，管状构件240可由低成本构件构成的空心管状构件形成，该低成本构件具有铜箔或具有电磁波屏蔽效果的织物、海绵等，粘附在管状构件内表面。
电力接收装置40包括谐振线圈11和电磁感应线圈12。负荷L连接到电磁感应线圈12。谐振线圈11容纳在充当屏蔽构件的管状构件110内。管状构件110具有沿着谐振线圈11的形状的环形。管状构件110具有端部110E1和端部110E2。端部110E1和端部110E2被设置为彼此面对并具有预定的间隙C。通过间隙C，管状构件110被电切断。通过这样做，电流不会环状地流过管状构件110。间隙C不限于1个。可设置两个或更多个间隙C。谐振线圈11被容纳在管状构件110内，使用树脂支撑构件(未示出)等以便不会与管状构件110接触。
在上述描述中，屏蔽构件表示当电磁场达到目标对象时，禁止电磁波穿过目标对象的功能，具体是表示通过将传入电磁波转换为涡电流，禁止电磁波行进。
当从电源P提供给电力发送装置41的电力被从电力发送装置41传输到电力接收装置40时，在电力发送装置41中的电磁感应线圈23与谐振线圈24之间发生电磁感应。在电力发送装置41的谐振线圈24与电力接收装置40的谐振线圈11之间发生电磁耦合。在电力接收装置40中的谐振线圈11与电磁感应线圈12之间发生电磁感应。通过这样做，执行从电力发送装置41到电力接收装置40的电力传输。
需要指出，电磁感应线圈12和23以及谐振线圈11和24中每一者的形状仅是示例，并非始终限于环形。
在此，将参考图8至12描述根据该实施例的充当屏蔽构件的管状构件110和240的操作和有利效果。图8是示出电力发送侧电流值的时间变化与电力发送侧存储电荷的时间变化的示意图。图9是示出在不设置任何屏蔽构件的情况下和在设置屏蔽构件的情况下电磁场产生原理的示意图。图10是示出在不设置任何屏蔽构件的情况下和在设置屏蔽构件的情况下离线圈中心的距离与磁场之间的关联的图形。图11是示出在不设置任何屏蔽构件的情况下和在设置屏蔽构件的情况下离线圈中心的距离与电场之间的关联的图形。图12是示出在不设置任何屏蔽构件的情况下和在设置屏蔽构件的情况下频率与传输效率之间的关联的图形。
如图8所示，在具有T秒周期的交流正弦波被施加到电力发送侧的情况下，电磁场谐振时的电流值的时间变化如(A)处所示，“电力发送侧电流值的时间变化”(顶行)，(i)在时间T/4×1上的零电流，(ii)在时间T/4×2上的I电流(顺时针方向)，(iii)在时间T/4×3上的零电流，以及(iv)在时间T/4×4上的I电流(逆时针方向)。通过这种方式，零电流状态和I电流状态以T/4为周期交替地改变。此时，在电力发送装置侧的所产生的磁场在(ii)时间T/4×2和(iv)时间T/4×4上达到最大值。
另一方面，在具有T秒周期的交流正弦波被施加到电力发送侧的情况下，电磁场谐振时的存储电荷的时间变化如(B)处所示，“电力发送侧存储电荷的时间变化”(底行)，(i)在谐振线圈24的图形中，在时间T/4×1上，正电荷存储在上侧，负电荷存储在下侧，(ii)在时间T/4×2上，电荷为零，(iii)在谐振线圈24的图形中，在时间T/4×3上，负电荷存储在上侧，正电荷存储在下侧，以及(iv)在时间T/4×4上，电荷为零。通过这种方式，电荷存储状态和零电荷状态以T/4为周期交替地改变。此时，在电力发送装置侧产生的电场在(i)时间T/4×1和(iii)时间T/4×3上达到最大值。
也就是说，电场在(i)时间T/4×1上达到最大值，磁场在(ii)时间T/4×2上达到最大值，电场在(iii)时间T/4×3上达到最大值，以及磁场在(iv)时间T/4×4上达到最大值。
通过这种方式，最大电场和最大磁场交替出现，并且电场的能量和磁场的能量交替地存储在谐振线圈24中。
接下来，在参考图9的该实施例中，通过与未设置任何屏蔽构件的情况比较，描述在根据该实施例设置屏蔽构件的情况下电磁场的产生原理。如图8所示，根据电场的能量和磁场的能量交替地存储在共振线圈24中的结果，电场E和磁场H以时间T/4为周期交替地出现在共振线圈24中，如图9的顶行所示。
当谐振线圈24容纳在作为根据该实施例的屏蔽构件的管状构件240内时，电场被封闭在导体制成的管状构件240内，朝向管状构件240外部的电场辐射显著减少。
另一方面，磁场H在谐振线圈24的线圈线周围产生。管状构件240不具有完整的环形形状。管状构件240具有间隙C，使得端部240E1和端部240E2彼此面对。因此，抵消在谐振线圈24中产生的电流的电流不会流过管状构件240。
作为结果，如图9中的底行所示，电场被管状构件240封闭，并且磁场被辐射到管状构件240外部，而不会受到来自管状构件240的影响。
将参考图10和图11描述在设置管状构件240的情况下，磁场的变化和电场的变化。如图10所示，即使设置管状构件240，磁场也会轻微减弱。另一方面，如图11所示，很明显，当设置管状构件240时，电场大幅减弱。
在上述描述中，描述在电力发送装置41的谐振线圈24中设置管状构件240的情况下的操作和有利效果；但是，在电力接收装置40的谐振线圈11中设置管状构件110的情况下也能实现类似的操作和有利效果。
将描述在电力发送装置41的谐振线圈24中设置管状构件240和在电力接收装置40的谐振线圈11中设置管状构件110的情况下的传输效率。如图中所示，即使在谐振线圈中的每一者中设置管状构件，也可保持高传输效率，而不会显著受到管状构件110和240中每一者存在或缺失的影响。
当在电力发送装置41的谐振线圈24和电力接收装置40的谐振线圈11中的每一者中设置管状构件时，可以在保持传输效率的状态下减少电场分量。
通过这种方式，在该实施例中，通过采用谐振线圈被容纳在充当屏蔽构件的管状构件内的结构，可以在以非接触的方式执行电力传输的情况下，减少由电场分量和磁场分量形成的电磁场中的电场分量。
根据该实施例的管状构件只是一个实例配置，其中屏蔽构件被设置在使屏蔽构件面向谐振线圈的位置。当屏蔽构件被设置为面向线圈时，形成管状。
在上述实施例中，基于其中电源P连接到电力发送装置41的电磁感应线圈23，以及负荷L连接到电力接收装置40的电磁感应线圈12的情况进行描述；但是，本发明不限于此配置。如图13所示，作为第一实施例的备选实施例，电源P可连接到电力发送装置41的谐振线圈24，以及负荷L可连接到电力接收装置40的谐振线圈11。
在这种情况下，当电源P可连接到谐振线圈24时，在管状构件240中形成开口240H，然后执行布线，使得线不会接触限定开口240H的管状构件240。类似地，当负荷L连接到谐振线圈11时，在管状构件110中形成开口110H，然后执行布线，使得线不会接触限定开口110H的管状构件110。
如图14所示，本发明具有这样的特征：屏蔽构件被设置在使屏蔽构件面向谐振线圈的位置，并且其中电源P连接到电力发送装置41的模式和其中负荷L连接到电力接收装置40的模式可以是任何模式。同样适用于其中采用根据以下备选实施例的屏蔽构件的情况。
将参考图15描述根据本发明第二实施例的作为分别用在电力发送装置41和电力接收装置40中的管状构件的管状构件110A和240A，这两个管状构件由具有导电性的编织构件形成。当在非接触式电力传输中传输的电力增加时，分别流过电磁感应线圈12和23以及谐振线圈11和24的电流值也在增加。
电磁感应线圈12和23以及谐振线圈11和24具有电阻特性，这样，电磁感应线圈12和23以及谐振线圈11和24发热。如在上面的实施例中描述的那样，当每个线圈容纳在对应的管状构件内时，热量在管状构件内积聚。
然后，如图15所示，通过从分别具有多个孔110C和240C的编织构件形成管状构件110A和240A，可以将管状构件110A和240A内产生的热量释放到管状构件110A和240A外部。此外，通过从编织构件形成管状构件110A和240A，可以减轻电力发送装置41和电力接收装置40中每一者的重量。每个编织构件的材料可以类似于根据上述实施例的管状构件110和240的材料。
将参考图16和17描述根据本发明第三实施例的在电力发送装置41中使用的谐振线圈组件24A和在电力接收装置40中使用的谐振线圈组件11A。如图16所示，谐振线圈组件11A和谐振线圈组件24A分别具有圆盘形状。
图17示出谐振线圈组件11A和谐振线圈组件24A中每一者的实例配置。谐振线圈组件11A和谐振线圈组件24A具有相同的结构，因此只描述谐振线圈24A的结构。图17中括号内的附图标记指示谐振线圈组件11A的情况中的附图标记。
谐振线圈24被设置在由树脂制成的第一绝缘基板240a上。在图中，由树脂制成的第二绝缘基板240b位于第一绝缘基板240a之上，第一屏蔽构件240X被设置在第二绝缘基板240b上。在图中，由树脂制成的第三绝缘基板240c位于第一绝缘基板240a之下，第二屏蔽构件240Y被设置在第三绝缘基板240c上。
第一屏蔽构件240X和第二屏蔽构件240Y分别由具有预定宽度的环形形状的金属层形成以便能够同时从上方和下方夹着谐振线圈24。
第一绝缘基板240a被第二绝缘基板240b和第三绝缘基板240c夹着，并且第一绝缘基板240a、第二绝缘基板240b和第三绝缘基板240c通过粘合剂等固定在一起。通过这样做，保持其中谐振线圈24被第一屏蔽构件240X和第二屏蔽构件240Y夹着的状态。
通过这种方式，借助使用由树脂制成的绝缘基板，可以容易地将第一屏蔽构件240X和第二屏蔽构件240Y设置在使第一屏蔽构件240X和第二屏蔽构件240Y经由谐振线圈24彼此面对的位置。同样借助此配置，当以非接触的方式执行电力传输时，可以减少由电场分量和磁场分量形成的电磁场中的电场分量。
尽管不限于使用图17所示的绝缘基板的配置，但是可使用绝缘纸作为绝缘构件以代替绝缘基板，如作为本发明的第四实施例的图18所示。
谐振线圈24被设置在由纸制成的第一绝缘纸241上。在图中，由纸制成的第二绝缘纸242位于第一绝缘纸241之上，第一屏蔽构件240X被设置在第二绝缘纸242上。在图中，由纸制成的第三绝缘纸243位于第一绝缘纸241之下，第二屏蔽构件240Y被设置在第三绝缘纸243上。
第一屏蔽构件240X和第二屏蔽构件240Y分别由具有预定宽度的环形形状的金属层形成，以便能够同时从上方和下方夹着谐振线圈24。
第一绝缘纸241被第二绝缘纸242和第三绝缘纸243夹着，并且第一绝缘纸241、第二绝缘纸242和第三绝缘纸243通过粘合剂等固定在一起。通过这样做，保持其中谐振线圈24被第一屏蔽构件240X和第二屏蔽构件240Y夹着的状态。
通过这种方式，借助使用由纸制成的绝缘纸，可以容易地将第一屏蔽构件240X和第二屏蔽构件240Y设置在使第一屏蔽构件240X和第二屏蔽构件240Y经由谐振线圈24彼此面对的位置。同样借助此配置，当以非接触的方式执行电力传输时，可以减少由电场分量和磁场分量形成的电磁场中的电场分量。
上述实施例是示例性的，并非在所有方面进行限制。本发明的范围并非由上面的描述定义，而是由所附权利要求定义。本发明的范围旨在包含落在所附权利要求及其等同物的范围内的所有修改。

Claims (26)

1.一种电力发送装置，包括：
电力发送部，其具有线圈和屏蔽构件并以非接触的方式将电力发送到电力接收部，所述屏蔽构件被设置在使所述屏蔽构件面向所述线圈的位置，并且所述屏蔽构件的至少一部分被电切断。
2.根据权利要求1的电力发送装置，其中
所述屏蔽构件形成管状构件，所述管状构件将所述线圈容纳在内并且具有两个端部。
3.根据权利要求2的电力发送装置，其中
所述管状构件具有将所述管状构件的外部与所述管状构件的内部连通的孔。
4.根据权利要求1的电力发送装置，其中
所述线圈被设置在第一绝缘构件上，
所述屏蔽构件包括第一屏蔽构件和第二屏蔽构件，
所述第一屏蔽构件被设置在第二绝缘构件上，
所述第二屏蔽构件被设置在第三绝缘构件上，并且
通过用所述第二绝缘构件和所述第三绝缘构件夹着所述第一绝缘构件，使所述线圈被所述第一屏蔽构件与所述第二屏蔽构件夹着。
5.根据权利要求4的电力发送装置，其中
所述第一绝缘构件、所述第二绝缘构件和所述第三绝缘构件为绝缘基板。
6.根据权利要求1的电力发送装置，其中
所述电力发送部的固有频率与所述电力接收部的固有频率之差小于或等于所述电力接收部的固有频率的10％。
7.根据权利要求1的电力发送装置，其中
所述电力接收部与所述电力发送部之间的耦合系数小于或等于0.1。
8.根据权利要求1的电力发送装置，其中
所述电力发送部通过磁场和电场中的至少一者将电力发送到所述电力接收部，所述磁场形成于所述电力接收部与所述电力发送部之间并以预定的频率振荡，所述电场形成于所述电力接收部与所述电力发送部之间并以预定的频率振荡。
9.一种电力传输系统，包括：
电力发送装置，其包括电力发送部，所述电力发送部具有线圈和屏蔽构件，所述屏蔽构件被设置在使所述屏蔽构件面向所述线圈的位置，并且所述屏蔽构件的至少一部分被电切断；以及
电力接收装置，其包括以非接触的方式从所述电力发送部接收电力的电力接收部。
10.根据权利要求9的电力传输系统，其中
所述屏蔽构件形成管状构件，所述管状构件将所述线圈容纳在内并且具有两个端部。
11.根据权利要求10的电力传输系统，其中
所述管状构件具有将所述管状构件的外部与所述管状构件的内部连通的孔。
12.根据权利要求9的电力传输系统，其中
所述线圈被设置在第一绝缘构件上，
所述屏蔽构件包括第一屏蔽构件和第二屏蔽构件，
所述第一屏蔽构件被设置在第二绝缘构件上，
所述第二屏蔽构件被设置在第三绝缘构件上，并且
通过用所述第二绝缘构件和所述第三绝缘构件夹着所述第一绝缘构件，使所述线圈被所述第一屏蔽构件与所述第二屏蔽构件夹着。
13.根据权利要求12的电力传输系统，其中
所述第一绝缘构件、所述第二绝缘构件和所述第三绝缘构件为绝缘基板。
14.一种电力接收装置，包括：
电力接收部，其具有线圈和屏蔽构件并以非接触的方式从电力发送部接收电力，所述屏蔽构件被设置在使所述屏蔽构件面向所述线圈的位置，并且所述屏蔽构件的至少一部分被电切断。
15.根据权利要求14的电力接收装置，其中
所述屏蔽构件形成管状构件，所述管状构件将所述线圈容纳在内并且具有两个端部。
16.根据权利要求15的电力接收装置，其中
所述管状构件具有将所述管状构件的外部与所述管状构件的内部连通的孔。
17.根据权利要求14的电力接收装置，其中
所述线圈被设置在第一绝缘构件上，
所述屏蔽构件包括第一屏蔽构件和第二屏蔽构件，
所述第一屏蔽构件被设置在第二绝缘构件上，
所述第二屏蔽构件被设置在第三绝缘构件上，并且
通过用所述第二绝缘构件和所述第三绝缘构件夹着所述第一绝缘构件，使所述线圈被所述第一屏蔽构件与所述第二屏蔽构件夹着。
18.根据权利要求17的电力接收装置，其中
所述第一绝缘构件、所述第二绝缘构件和所述第三绝缘构件为绝缘基板。
19.根据权利要求14的电力接收装置，其中
所述电力发送部的固有频率与所述电力接收部的固有频率之差小于或等于所述电力接收部的固有频率的10％。
20.根据权利要求14的电力接收装置，其中
所述电力接收部与所述电力发送部之间的耦合系数小于或等于0.1。
21.根据权利要求14的电力接收装置，其中
所述电力发送部通过磁场和电场中的至少一者将电力发送到所述电力接收部，所述磁场形成于所述电力接收部与所述电力发送部之间并以预定的频率振荡，所述电场形成于所述电力接收部与所述电力发送部之间并以预定的频率振荡。
22.一种电力传输系统，包括：
电力发送装置，其包括电力发送部；以及
电力接收装置，其包括以非接触的方式从所述电力发送部接收电力的电力接收部，所述电力接收部具有线圈和屏蔽构件，所述屏蔽构件被设置在使所述屏蔽构件面向所述线圈的位置，并且所述屏蔽构件的至少一部分被电切断。
23.根据权利要求22的电力传输系统，其中
所述屏蔽构件形成管状构件，所述管状构件将所述线圈容纳在内并且具有两个端部。
24.根据权利要求23的电力传输系统，其中
所述管状构件具有将所述管状构件的外部与所述管状构件的内部连通的孔。
25.根据权利要求22的电力传输系统，其中
所述线圈被设置在第一绝缘构件上，
所述屏蔽构件包括第一屏蔽构件和第二屏蔽构件，
所述第一屏蔽构件被设置在第二绝缘构件上，
所述第二屏蔽构件被设置在第三绝缘构件上，并且
通过用所述第二绝缘构件和所述第三绝缘构件夹着所述第一绝缘构件，使所述线圈被所述第一屏蔽构件与所述第二屏蔽构件夹着。
26.根据权利要求25的电力传输系统，其中
所述第一绝缘构件、所述第二绝缘构件和所述第三绝缘构件为绝缘基板。
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