CN104756361B - 电力传输系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供即使在存在送电天线与受电天线之间的偏移的情况下，也不会产生电力传输效率大幅降低的情况的电力传输系统。本发明的电力传输系统(100)的特征在于，具有设置于地上且包含缠绕的送电线圈的送电天线(105)、和与上述送电天线(105)对置配置，包含缠绕的受电线圈，经由电磁场从上述送电天线(105)接受电能的受电天线(201)，上述送电线圈相对于水平面形成的铅直方向的第1投影面的面积(S1)比上述受电线圈相对于水平面形成的铅直方向的第2投影面的面积(S2)大。

Description

电力传输系统
技术领域
本发明涉及利用磁共振方式以无线进行电力的发送接收的电力传输系统。
背景技术
近年来，不使用电源软线等而以无线传输电力(电能)的技术的开发盛行。在以无线传输电力的方式之中，作为尤其注目的技术，存在称为磁共振方式的技术。该磁共振方式是2007年麻省理工大学的研究组提案的，与其关联的技术例如在专利文献1(日本特表2009-501510号公报)中公开。
磁共振方式的无线电力传输系统通过使用使送电侧天线的谐振频率与受电侧天线的谐振频率相同且高Q值(100以上)的天线，来从送电侧天线对受电侧天线高效地进行能量传递，比较突出的特征之一是能够使电力传输距离为数十cm～数m。
研究将上述那样的磁共振方式的无线电力传输系统应用于向电动车(EV)、混合动力电动车(HEV)等的车辆搭载电池的充电。这是因为：通过将这样的无线系统用于上述那样的车辆，为了向车辆供电，不需要使用电源连接器、电源线等。
例如，在专利文献2(日本特开2010-68657号公报)中公开了：将一方的天线搭载于电动车那样的移动体的底面部，从设置在地上的另一方的天线以无线进行电力传输，将传输的电力充电至电动车的电池。
专利文献1:日本特表2009-501510号公报
专利文献2:日本特开2010-68657号公报
如上述那样，在将磁共振方式的电力传输系统用于对电动车(EV)、混合动力电动车(HEV)等车辆的电力供给的情况下，假定送电用的天线被设置成被埋设在地下部，另外，受电用的天线被配置在车辆的底面部。
若以这种利用形态使用电力传输系统，则存在根据车辆的停车方式，而在送电用天线与受电用天线之间产生某种程度的偏移的情况。在电力传输系统中，优选形成具有鲁棒性的设计，以使得即使从给予最高传输效率的送电用天线与受电用天线的位置产生些许的偏移，电力传输效率也不会大幅降低。
然而，在以往的电力传输系统中，没有考虑这样的鲁棒性，在存在送电用天线与受电用天线之间的偏移的情况下，存在电力传输效率大幅降低的问题。
发明内容
为了解决上述问题，本发明所涉及的电力传输系统的特征在于，具有：送电天线，其设置于地上且包含缠绕的送电线圈；受电天线，其与上述送电天线对置配置，包含缠绕的受电线圈，经由电磁场从上述送电天线接受电能，上述送电线圈相对于水平面形成的铅直方向的第1投影面的面积比上述受电线圈相对于水平面形成的铅直方向的第2投影面的面积大。
另外，本发明所涉及的电力传输系统的特征在于，当规定方向上的上述送电线圈的内缘间距离为Ti，上述送电线圈的外缘间距离为To，上述受电线圈的内缘间距离为Ri，上述受电线圈的外缘间距离为Ro时，具有Ti＜Ri＜Ro＜To的关系。
另外，本发明所涉及的电力传输系统的特征在于，上述规定方向是相对于产生上述受电天线与上述送电天线之间的位置偏移的方向的垂直方向。
在本发明所涉及的电力传输系统中，形成具有鲁棒性的设计，以使得即使从给予最高传输效率的送电天线与受电天线的位置产生些许偏移，电力传输效率也不会大幅降低，在存在送电天线与受电天线之间的偏移的情况下，也不会产生电力传输效率大幅降低的情况。
附图说明
图1是本发明的实施方式所涉及的电力传输系统的框图。
图2是表示电力传输系统的逆变器部的图。
图3是送电天线105(受电天线201)的分解立体图。
图4是表示基于受电天线201/受电天线201的电力传输的状态的剖面示意图。
图5是表示本发明的实施方式所涉及的电力传输系统100的等效电路的图。
图6是对用于本发明的其他实施方式所涉及的天线的蛛网形线圈进行说明的图。
图7是表示本发明的其他实施方式所涉及的天线的结构例的图。
图8是本发明的其他实施方式所涉及的天线的送电线圈、受电线圈的俯视图。
图9是表示本发明的其他实施方式所涉及的天线的应用例的图。
图10是本发明的其他实施方式所涉及的天线的送电线圈的俯视图。
图11是本发明的其他实施方式所涉及的天线的送电线圈的俯视图。
图12是本发明的其他实施方式所涉及的天线的送电线圈的俯视图。
图13是本发明的其他实施方式所涉及的天线的送电线圈的俯视图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。图1是本发明的实施方式所涉及的电力传输系统的框图。其中，本发明所涉及的天线能够应用于构成电力传输系统的受电侧的天线和送电侧的天线中的任意一方，但是在以下的实施方式中，以对受电侧的天线应用本发明的天线为例进行说明。
作为使用了本发明的天线的电力传输系统，例如假定用于向电动车(EV)、混合动力电动车(HEV)等车辆进行充电的系统。电力传输系统为了以非接触方式对上述那样的车辆传输电力，设置在能够使该车辆停车的停车空间。车辆的用户通过使车辆停车在设置有该电力传输系统的停车空间，并且使搭载于车辆的受电天线201与上述送电天线105对置，由此接受来自电力传输系统的电力。
在电力传输系统中，在从电力传输系统100侧的送电天线105向受电侧系统200侧的受电天线201高效地传输电力时，使送电天线105的谐振频率与受电天线201的谐振频率相同，由此从送电侧天线针对受电侧天线高效地进行能量传递。
电力传输系统100中的AC/DC转换部101是将输入的商用电源转换成恒定直流的转换器。来自该AC/DC转换部101的输出在电压控制部102中升压至规定电压。由该电压控制部102生成的电压的设定能够从主控制部110进行控制。
逆变器部103根据从电压控制部102供给的电压生成规定的交流电压，并输入至匹配器104。图2是表示电力传输系统的逆变器部的图。逆变器部103例如如图2所示，由以全桥方式连接的由QA至QD构成的4个场效应晶体管(FET)构成。
在本实施方式中，形成在串联连接的开关元件QA与开关元件QB之间的连接部T1和串联连接的开关元件QC与开关元件QD之间的连接部T2之间连接匹配器104的结构，通过当开关元件QA和开关元件QD接通时开关元件QB和开关元件QC断开，当开关元件QB和开关元件QC接通时开关元件QA和开关元件QD断开，使在连接部T1与连接部T2之间产生矩形波的交流电压。其中，在本实施方式中，由各开关元件的开关生成的矩形波的频率的范围为20kHz～数1000kHz左右。
针对构成上述那样的逆变器部103的开关元件QA至QD的驱动信号从主控制部110输入。另外，用于使逆变器部103驱动的频率能够从主控制部110进行控制。
匹配器104由具有规定的电路常数的无源元件构成，被输入来自逆变器部103的输出。而且，来自匹配器104的输出被供给至送电天线105。构成匹配器104的无源元件的电路常数能够基于来自主控制部110的指令进行调整。主控制部110进行针对匹配器104的指令，以使得送电天线105与受电天线201谐振。其中，匹配器104不是必须的结构。
送电天线105由具有感应电抗分量的线圈构成，通过与对置配置的车辆搭载的受电天线201共振，能够将从送电天线105输出的电能传送至受电天线201。
电力传输系统100的主控制部110是由CPU、保持在CPU上动作的程序的ROM、作为CPU的工作区域的RAM等构成的通用的信息处理部。该主控制部110按照与图示的与主控制部110连接的各结构协动的方式进行动作。
另外，通信部120是能够与车辆侧的通信部220进行无线通信且能够与车辆之间进行数据的发送接收的结构。由通信部120接收到的数据能够转送到主控制部110，另外，主控制部110能够将规定信息经由通信部120发送至车辆侧。
接下来，对设置于车辆侧的结构进行说明。在车辆的受电侧的系统中，受电天线201通过与送电天线105共振，来接受从送电天线105输出的电能。这样的受电天线201安装于车辆的底面部。
由受电天线201接受到的交流电力在整流部202中整流，整流后的电力通过充电控制部203蓄电至电池204。充电控制部203基于来自主控制部210的指令控制电池204的蓄电。更具体而言，来自整流部202的输出在充电控制部203中，被升压或者降压至规定电压值，并蓄电至电池204。另外，充电控制部203构成为也能够进行电池204的残余量管理等。
主控制部210是由CPU、保持在CPU上动作的程序的ROM、作为CPU的工作区域的RAM等构成的通用的信息处理部。该主控制部210按照与图示的与主控制部210连接的各结构协作的方式进行动作。
接口部230设置在车辆的驾驶席部，向用户(驾驶员)提供规定的信息等，或者接受来自用户的操作/输入，由显示装置、按钮类、触摸面板、扬声器等构成。若执行基于用户的规定操作，则作为操作数据从接口部230发送至主控制部210来进行处理。另外，在向用户提供规定的信息时，从主控制部210对接口部230发送用于显示规定信息的显示指示数据。
另外，车辆侧的通信部220是能够与送电侧的通信部120进行无线通信且能够与送电侧的系统之间进行数据的发送接收的结构。由通信部220接收到的数据能够转送至主控制部210，另外，主控制部210能够将规定信息经由通信部220发送至送电系统侧。
欲用电力传输系统接受电力的用户使车辆停车在设置有上述那样的送电侧的系统的停车空间，从接口部230进行执行充电的主旨的输入。接受到该主旨的主控制部210取得来自充电控制部203的电池204的残余量，计算电池204的充电所必需的电力量。计算出的电力量和请求送电的主旨的信息被从车辆侧的通信部220发送至送电侧的系统的通信部120。接收到这些的送电侧系统的主控制部110通过控制电压控制部102、逆变器部103、匹配器104，来向车辆侧传输电力。
接下来，对在以上那样构成的电力传输系统100中使用的天线的具体结构进行说明。以下，对在受电天线201采用本发明的结构的例子进行说明，本发明的天线也可以对送电天线105进行应用。
图3是本发明的实施方式所涉及的送电天线105(受电天线201)的分解立体图，图4是表示基于本发明的实施方式所涉及的送电天线105/受电天线201的电力传输的状态的剖面示意图，图4中的箭头示意性地表示磁力线。
其中，在以下的实施方式中，以送电天线105/受电天线201中的线圈体270为矩形平板状的情况为例进行说明，但本发明的天线并不限定为这种形状的线圈。例如，作为线圈体270也能够利用圆形平板状的线圈体等。这样的线圈体270作为送电天线105/受电天线201中的磁共振天线部发挥作用。该“磁共振天线部”不仅包含线圈体270的电感分量，也包含基于其寄生容量的电容分量或者基于有意追加的电容器的电容分量。
其中，在本发明所涉及的电力传输系统100中，通过将送电天线105的电路常数(电感分量、电容分量)和受电天线201的电路常数构成为完全不同，来提高传输效率。在将送电天线105的电路常数及受电天线201的电路常数构成为不同的情况下，例如能够通过使用线圈体270等的简要形状相同但尺寸不同的部件来实现。
壳体260用于收容受电天线201的具有感应电抗分量的线圈体270。该壳体260呈例如由聚碳酸酯等树脂构成的具有开口的箱体形状。从壳体260的矩形状的底板部261的各边，按照沿相对于上述底板部261的垂直方向延伸的方式设置有侧板部262。而且，在壳体260的上方，构成有由侧板部262包围的上方开口部263。封装于壳体260的受电天线201在该上方开口部263侧安装于车辆主体部。为了将壳体260安装于车辆主体部，能够使用以往公知的任意方法。其中，为了提高向车辆主体部的安装性，也可以在上方开口部263的周围设置凸缘部件等。
线圈体270由环氧玻璃制的矩形平板状的基材271和形成在该基材271上的涡旋状的导电部272构成。未图示的导电线路与呈涡旋状的导电部272的内周侧的第1端部273及外周侧的第2端部274电连接。由此，将由受电天线201受电到的电力向整流部202引导。这样的线圈体270载置在壳体260的矩形状的底板部216上，通过适当的粘着方法粘着于底板部216上。
在线圈体270上按照与线圈体270分离第1距离d1的方式配置有铁素体基材280。作为铁素体基材280，优选为比电阻大、导磁率大、磁滞小的材料。铁素体基材280通过使用适当的方法粘着于壳体260，从而在线圈体270的上方间隔第1距离d1的空间而配置。根据这样的布局，在送电天线105侧产生的磁力线透过铁素体基材280的比率变高，在从送电天线105向受电天线201的电力传输中，由构成车辆主体部的金属物产生的对磁力线的影响变轻微。
另外，在壳体260的上方开口部263中，覆盖上述上方开口部263的矩形平板状的铝基材290在铁素体基材280的上方隔开第2距离d2地配置。作为这样的铝基材290所使用的金属材料，也能够使用铝以外的金属。
在本实施方式中，通过按照覆盖上述上方开口部263的方式配置铝基材290，能够抑制车辆主体金属部对线圈体270的影响，能够确定接收天线201的作为天线的特性。根据本实施方式，因为确定了天线的特性，所以能够与安装接收天线201的车辆种类无关地期待相同的电力传输特性，作为天线的通用性变高。
另外，在本实施方式中，受电天线201利用上方开口部263中的车体安装部265来安装于车辆主体部。这样的车体安装部265的构造能够适当地利用以往公知的构造。此外，为了提高向车辆主体部的安装性，也可以在上方开口部263的周围设置有凸缘部件等。
如以上所述，本发明的天线具有：在具有主面的绝缘性的基材271上形成规定的导电部272而成的线圈体270、在线圈体270上按照与线圈体270分离第1距离d1的方式配置的铁素体基材280、在铁素体基材280上按照与铁素体基材280分离第2距离d2的方式配置的铝基材290、配置在铝基材290上的车体安装部265。
接下来，对以上那样构成的送电天线105/受电天线201的各个电路常数(电感分量、电容分量)进行说明。图5是表示本发明的实施方式所涉及的电力传输系统100的等效电路的图。
在图5所示的等效电路中，示出送电天线105的电感分量为L1，电容分量为C1，电阻分量为Rt1，受电天线201的电感分量为L2，电容分量为C2，电阻分量为Rt2，送电天线105与受电天线201之间的互感为M。另外，R表示电池204的内部电阻。另外，送电天线105与受电天线201之间的耦合系数用k表示。
另外，在本实施方式中，认为送电天线105构成电感分量L1、电容分量C1的串联谐振器，另外，受电天线201构成电感分量L2、电容分量C2的串联谐振器。
首先，在磁共振方式的电力传输中，在从电力传输系统100侧的送电天线105向受电侧系统200侧的受电天线201高效地传输电力时，通过使送电天线105的谐振频率与受电天线201的谐振频率相同，来从送电侧天线针对受电侧天线高效地进行能量传递。对于此的条件，能够用下式(1)表示。
[式1]
若仅以电感分量为L1、电容分量为C1、电感分量为L2、电容分量为C2的关系进行表示，则能够简化为下式(2)。
[式2]
L1C1＝L2C2…(2)
另外，送电天线105的阻抗能够用下式(3)表示，另外，受电天线201的阻抗能够用下式(4)表示。其中，在本说明书中，将由下式(3)及下式(4)定义的值定义为各个天线的阻抗。
[式3]
[式4]
在磁共振方式的电力传输系统100的受电侧系统中，若电池204转移至定电压充电模式，则电池204的电压恒定，所以输入阻抗根据充电电力发生变化。若向电池204的充电电力大则输入阻抗变低，若充电电力小则输入阻抗变高。对于受电侧的受电天线201而言，从效率方面考虑，优选设定为接近与电池204的充电电力对应的输入阻抗的阻抗。
另一方面，从效率方面考虑，从送电侧的电源观察的向送电天线105的输入阻抗越高越好。这是因为由于电源的内部电阻的部分而以电流的平方比例产生损失。
根据以上所述，优选用(3)式表示的送电天线105的阻抗与用(4)式表示的受电天线201的阻抗之间满足下式(5)的关系。
[式5]
若仅以电感分量为L1、电容分量为C1、电感分量为L2、电容分量为C2的关系进行表示，则能够简化为下式(6)。
[式6]
如以上所述，在本发明所涉及的电力传输系统100中，送电天线105的电路常数和受电天线201的电路常数满足上述式(2)及式(6)，所以在以受电侧系统进行电池204的充电的情况下，能够进行高效的电力传输。
从送电天线105的电路常数和受电天线201的电路常数中的电感分量的观点考虑，为了使上述式(2)及式(6)那样的各关系成立，能够列举进行形成在基材271上的涡旋状的导电部272的尺寸、布局及磁性体等辅助部件的调整。
更具体而言，若以图3所示的导电部272的图案进行说明，则考虑使送电天线105的导电部272的长边、短边中的任一方或者两方比受电天线201的这些边长从而增长导电部272的全长、或者使送电天线105的导电部272的圈数比受电天线201的导电部的圈数多、在送电天线105的适当位置追加铁素体等磁性体等。
并且也提及与电池204的内部阻抗的关系。在受电侧系统中，作为能够对电池204高效地进行充电的条件，能够列举使受电天线201的阻抗与电池204的阻抗相匹配。
即，在本实施方式中，除了式(2)及式(6)的条件之外，还使式(4)的受电天线201的阻抗与电池204的阻抗R之间具有
[式7]
的关系，由此在以受电侧系统进行电池204的充电的情况下，作为系统整体，能够进行高效的电力传输。
在本发明所涉及的电力传输系统100能够使用的天线并不限定于目前为止说明的天线。
例如，在本发明所涉及的电力传输系统100中，也能够优选利用使用了蛛网形线圈的天线。以下，对这样的天线的具体结构进行说明。这些天线能够应用于送电天线105及受电天线201这双方。其中，以磁共振方式进行电力传输的天线，不仅包含线圈的电感分量，还包含基于其寄生容量的电容分量或者基于有意追加的电容器的电容分量。
图6是对用于本发明的其他实施方式所涉及的天线的蛛网形线圈进行说明的图，图6的(A)是表示为了塑造蛛网形线圈而利用的基材600的图，图6的(B)是表示对基材600缠绕导体线400时的模式的1例的图，图6的(C)是表示蛛网形线圈的图。
在图6的(A)所示的图中，以作为基材600是大致圆形的材料为例进行说明，但并不限定于此。
基材600是具有第1面601和与第1面601为表面背面的关系的第2面602的基板状的部件，例如优选使用聚碳酸酯、聚丙烯等介电损耗角正切小的材料构成。
该基材600由呈大致圆形的平板部的基部610和从该基部610以放射状延伸出的多个线圈造形用突片620构成。
线圈造形用突片620用于使导体线400通过第1面601或者第2面602中的任意一侧并卡止导体线400。由此，以导体线400维持蛛网形线圈的形状。
接下来，参照图6的(B)对用以上那样的基材600进行造形时的导体线400的缠绕模式的1例进行说明。作为导体线400，优选使用使多个导体单线汇合后的绞合线。
在图6的(B)中，箭头表示缠绕线圈时的顺序。例如，若通过将导体线400卡止于图中(a)所示的线圈造形用突片620来开始缠绕导体线400，则首先关于(a)所示的2个线圈造形用突片620，在线圈造形用突片620的第1面601侧，使导体线400卡止。
接下来，关于(b)所示的2个线圈造形用突片620，在线圈造形用突片620的第2面602侧，使导体线400卡止。
相反，关于(c)所示的2个线圈造形用突片620，在线圈造形用突片620的第1面601侧，使导体线400卡止。
如以上那样，按照以每2个线圈造形用突片620，将使导体线400卡止的面交替改变成第1面601侧、第2面602侧的缠绕模式，(c)→(d)→(e)→……依次缠绕。根据这样的缠绕模式，能够形成电感分量L大的天线。
相反，在形成电感分量L大的天线的情况下，优选按1个1个线圈造形用突片620，将使导体线400卡止的面交替改变为第1面601侧、第2面602侧的缠绕模式。
图6的(C)是表示用于本发明的其他实施方式所涉及的天线的蛛网形线圈的图，通过将这样的天线作为送电天线105、受电天线201使用，也能够实现本发明。
如目前为止所说明的那样，在将电力传输系统用于针对电动车(EV)、混合动力电动车(HEV)等车辆的电力供给的情况下，假定送电天线105按照埋设于地下部的方式设置，另外，受电天线201布局在车辆的底面部。
若以这样的利用形态使用电力传输系统，则存在根据车辆的停车方式，而在送电天线105与受电天线201之间产生某种程度的偏移的情况。在电力传输系统中，优选形成具有鲁棒性的设计，以使得即使从给予最高传输效率的送电天线105与受电天线201的位置产生些许偏移，电力传输效率也不会大幅降低。
然而，在以往的电力传输系统中，没有考虑这样的鲁棒性，在存在送电天线105与受电天线201之间的偏移的情况下，存在电力传输效率大幅降低的问题。
因此，在本实施方式中，提案抑制伴随着送电天线105与受电天线201的位置偏移的电力传输效率的降低的结构。
图7是表示本发明的其他实施方式所涉及的天线的结构例的图，图8是本发明的其他实施方式所涉及的天线的(A)送电线圈650、(B)受电线圈670的俯视图。
另外，图8的(C)是送电天线105与受电天线201之间不存在位置偏移的情况下的送电线圈650和受电线圈670的俯视图。
另外，图8的(D)是在受电天线201中也使用跑道状的线圈时的、送电天线105与受电天线201之间不存在位置偏移的情况下的送电线圈650和受电线圈670的俯视图。
另外，图9是表示本发明的其他实施方式所涉及的天线的应用例的图，将设置在地上的送电天线的送电线圈650取出表示，将搭载于车辆的受电天线的受电线圈670取出表示。
在图7、图8中，斜线部表示形成有天线的线圈的部分。另外，图7立体地表示送电天线105和受电天线201在电力传输时对置配置时的状态。
在本实施方式中，对送电天线105使用跑道状的送电线圈650，另外，对受电天线201使用环状的受电线圈670。但是，在本发明中，送电线圈650、受电线圈670的形状并不限定于此，例如也可以如图8的(D)所示，受电线圈670也使用跑道状的线圈。另外，也能够送电线圈650、受电线圈670这双方均使用环状的线圈。
送电天线105中的送电线圈650由卡止在具有第1面641和与第1面641为表面背面关系的第2面642的基材640的线圈造形用突片645的导体线400构成。
同样地，受电天线201中的受电线圈670由卡止在具有第1面661和与第1面661为表面背面关系的第2面662的基材660的线圈造形用突片665的导体线400构成。
在向上述那样的基材640、基材660缠绕导体线400来塑造线圈时，能够使用以图6进行说明的方法。
但是，在以图6进行说明的蛛网形线圈中，对将导体线400缠绕至线圈造形用突片645(或者线圈造形用突片665)时，以连续2个线圈造形用突片645(或者线圈造形用突片665)，使卡止导体线400的面按照第1面→第2面→第1面→……的方式交替改变的缠绕模式进行了说明。但并不局限于此，也能够采用按每1个线圈造形用突片645(或者线圈造形用突片665)，使卡止导体线400的面按照第1面→第2面→第1面→……的方式交替改变的缠绕模式。
一般而言，在使用前者的缠绕模式塑造线圈的情况下，能够将导体线400较密集地缠绕，在使用后者的缠绕模式塑造线圈的情况下，能够将导体线400较稀疏地缠绕。其中，在本说明书中，定义为越是在相同空间导体线400较密集的缠绕模式，越是卷绕密度高的线圈。另外，本实施方式中的“卷绕密度”例示与单位宽度(长度)的圈数成比例的情况，“卷绕密度”的概念也包含与单位面积的圈数成比例的情况。
图9的(A)示出在本发明的利用本发明所涉及的电力传输系统对车辆进行供电的前阶段将车辆停车在充电设备设置空间的样子。在本例中，不发生因止轮器而造成纸面的上下方向的天线间的位置偏移。图9的(B)示出车辆停车后形成给予最高传输效率的送电天线105与受电天线201的位置关系的样子，图9的(C)示出车辆停车后从给予最高传输效率的送电天线105与受电天线201的位置关系偏移后的样子。在本例中，假定因设置有上述那样的止轮器，而送电天线105与受电天线201的位置关系沿图9的(C)的箭头方向产生Δd位置偏移。
这里，在上述那样的电力传输系统中，为了形成具有鲁棒性的设计，以使得即使从给予最高传输效率的送电天线105与受电天线201的位置产生些许偏移，电力传输效率也不会大幅降低，在本实施方式中，设定为送电线圈650相对于水平面形成的铅直方向的第1投影面的面积S1比受电线圈670相对于水平面形成的铅直方向的第2投影面的面积S2大。若是这样的设定，则确认即使在如图9的(C)所示那样存在送电天线105与受电天线201的偏移的情况下，也不会产生电力传输效率大幅降低那样的情况。
在本发明中，除了上述那样的第1投影面的面积S1与第2投影面的面积S2的关系性之外，还优选具有以下那样的关系。设作为相对于送电天线105与受电天线201之间的位置偏移Δd产生的方向的垂直方向的方向为规定方向。优选当该规定方向的送电天线105的内缘间距离为Ti、送电天线105的外缘间距离为To、受电天线201的内缘间距离为Ri、受电天线201的外缘间距离为Ro时，具有Ti＜Ri＜Ro＜To的关系。若为这样的设定，则即使在存在送电天线105与受电天线201的偏移的情况下，也不会产生电力传输效率大幅降低的情况。另外，通过上述Ti＜Ri＜Ro＜To的关系而能够使电力传输系统具有鲁棒性，在如图8的(D)所示那样送电线圈650及受电线圈670均使用跑道状的线圈的情况下也相同。
其中，“内缘间距离”被定义为规定方向的内缘间的距离中的最大距离，“外缘间距离”被定义为规定方向的外缘间的距离中的最大距离。
另外，附记本发明在以下3方面也具有特征点：(1)送电线圈650、受电线圈670的形状不是相似形的方面，(2)通过缠绕导体线400而形成的送电线圈650、受电线圈670的平均直径不同的方面，(3)虽然送电线圈650的内径尽可能小较好，但只限于电感分量L1变大的效果之外，导体线400的电阻不变大的程度的方面。
接下来，对本发明的其他实施方式进行说明。图10是本发明的其他实施方式所涉及的天线的送电线圈650的俯视图。其中，在以下的实施方式中，对将本发明应用于送电天线105中的送电线圈650的例子进行说明，当并不局限于此，也能够将本发明应用于受电天线201的受电线圈670。
在本实施方式中，为了形成具有鲁棒性的设计，以使得即使从给予最高传输效率的送电天线105与受电天线201的位置产生些许偏移，电力传输效率也不会大幅降低，使在送电线圈650的内周部653和送电线圈650的外周部654，卷绕密度不同。更具体而言，送电线圈650的内周部653的卷绕密度比送电线圈650的外周部654的卷绕密度稀疏。
这里，作为在送电线圈650的内周部653和外周部654给予卷绕密度的疏密的1个方法，能够列举在送电线圈650的内周部653，采用按每1个线圈造形用突片645，使卡止导体线400的面按照第1面→第2面→第1面→……的方式交替改变的缠绕模式，在送电线圈650的外周部654，采用按每连续的2个线圈造形用突片645(或者线圈造形用突片665)，使卡止导体线400的面按照第1面→第2面→第1面→……的方式交替改变的缠绕模式的方法，但是只要能够在送电线圈650的内周部653和外周部654给予卷绕密度的疏密，则并不限定于这样的方法，无论怎样的方法均可采用。
如上述所述，通过使送电线圈650的内周部653的卷绕密度比送电线圈650的外周部654的卷绕密度稀疏，能够产生平均化了的磁场，确认出即使在如图9的(C)所示那样存在送电天线105与受电天线201的偏移的情况下，也不会产生电力传输效率大幅降低那样的情况。
接下来，对本发明的其他实施方式进行说明。图11是本发明的其他实施方式所涉及的天线的送电线圈650的俯视图。其中，在以下的实施方式中，对将本发明应用于送电天线105中的送电线圈650的例子进行说明，当并不局限于此，也能够将本发明应用于受电天线201的受电线圈670。
在本实施方式中，为了形成具有鲁棒性的设计，以使得即使从给予最高传输效率的送电天线105与受电天线201的位置产生些许偏移，电力传输效率也不会大幅降低，而形成对送电线圈650所形成的面中的送电线圈650的外缘全周配置高导磁率部件657的结构。作为这样的高导磁率部件657能够使用铁素体材。像这样，若对送电线圈650的外缘全周配置高导磁率部件657，则能够得到与送电线圈650的面积实质上变大的情况相同的效果，即使在存在送电天线105与受电天线201的偏移的情况下，也不会产生电力传输效率大幅降低的情况。
这里，在如图9的(C)所示那样，仅在纸面的横向存在产生送电天线105与受电天线201的偏移的可能性的情况下，也可以如图12、图13所示那样，在大致沿着与存在产生偏移的可能性的方向垂直的方向缠绕的送电线圈650的外缘的一部分配置一对高导磁率部件657。根据图12、图13所示的实施方式，具有能够得到鲁棒性的效果，并且能够抑制高导磁率部件657的成本的优点。
以上，在本发明所涉及的电力传输系统100中，形成具有鲁棒性的设计，以使得即使从给予最高传输效率的送电天线105与受电天线201的位置产生些许偏移，电力传输效率也不会大幅降低，即使在存在送电天线105与受电天线201的偏移的情况下，也不会产生电力传输效率大幅降低的情况。
产业上的利用性
本发明的电力传输系统是应用于用于向近年来急速普及的电动车(EV)、混合动力电动车(HEV)等车辆充电的磁共振方式的无线电力传输系统的优选系统。在以这种利用形态使用的电力传输系统中，存在根据车辆的停车方式，在送电用天线与受电用天线之间产生某种程度的偏移的情况。在电力传输系统中，优选形成具有鲁棒性的设计，以使得即使从给予最高传输效率的送电用天线与受电用天线的位置产生些许的偏移，电力传输效率也不会大幅降低。然而，在以往的电力传输系统中，没有考虑这样的鲁棒性，在存在送电用天线与受电用天线之间的偏移的情况下，存在电力传输效率大幅降低的问题。相对于此，在本发明所涉及的电力传输系统中，形成具有鲁棒性的设计，以使得即使从送电天线与受电天线的位置产生些许偏移，电力传输效率也不会大幅降低，在存在送电天线与受电天线之间的偏移的情况下，也不会产生电力传输效率大幅降低的情况，产业上的利用性非常大。
附图标记说明：
100…电力传输系统；101…AC/DC转换部；102…电压控制部；103…逆变器部；104…匹配器；105…送电天线；110…主控制部；120…通信部；201…受电天线；202…整流部；203…充电控制部；204…电池；210…主控制部；220…通信部；230…接口部；260…壳体；216…底板部；262…侧板部；263…(上方)开口部；265…车体安装部；270…线圈体；271…基材；272…导电部；273…第1端部；274…第2端部；280…铁素体基材；290…铝基材；400…导体线；600…基材；601…第1面；602…第2面；610…基部；620…线圈造形用突片；640…基材；641…第1面；642…第2面；645…线圈造形用突片；650…送电线圈；653…内周部；654…外周部；657…高导磁率部件；660…基材；661…第1面；662…第2面；665…线圈造形用突片；670…受电线圈。

Claims (1)

1.一种电力传输系统，其特征在于，
具有：
送电天线，其设置于地上且包含缠绕的呈由两个相对的半圆部和两个相对的直线部构成的跑道状的送电线圈；以及
受电天线，其搭载于车辆，与所述送电天线对置配置，包含缠绕的受电线圈，经由电磁场从所述送电天线接受电能，
所述送电线圈相对于水平面形成的铅直方向的第1投影面的面积比所述受电线圈相对于水平面形成的铅直方向的第2投影面的面积大，
当规定方向上的所述送电线圈的内缘间距离为Ti，所述送电线圈的外缘间距离为To，所述受电线圈的内缘间距离为Ri，所述受电线圈的外缘间距离为Ro时，具有Ti＜Ri＜Ro＜To的关系，
所述规定方向是相对于产生所述受电天线与所述送电天线之间的位置偏移的所述车辆的宽度方向垂直的方向。
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