CN104995817A - 受电装置和送电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的受电装置(11)具备:受电部(20),其以非接触方式从设置于外部的送电部(56)接受电力;以及壳体(27),其在内部收纳受电部(20),壳体(27)包括:盖部件(29),其位于送电部(56)侧,磁场能够通过所述盖部件(29);以及温度传感器(100),其配置于盖部件(29)并配置有多个,用于检测位于送电部(56)与受电部(20)之间的异物的温度,温度传感器(100)的配置间隔在从受电部(20)产生的电磁场强度强的部位比在电磁场强度弱的部位窄。

Description

受电装置和送电装置
技术领域
本发明涉及受电装置和送电装置。
背景技术
以往以来,已知有以非接触方式输送电力的送电装置和接受电力的受电装置。例如,美国专利申请公开第2011/0074346号说明书(专利文献1)所记载的无线电力传送装置具备覆盖线圈的盖部件,在该盖部件安装有温度传感器。由此,在线圈附近存在异物而因该异物产生了发热的情况下,能够检测异物的存在。
现有技术文献
专利文献1:美国专利申请公开第2011/0074346号说明书
发明内容
发明要解决的问题
为了高精度地检测异物的存在,可考虑在覆盖线圈的盖部件上配置大量温度传感器。但是,在配置了大量温度传感器的情况下,虽然能够提高异物的检测精度,但会招致无线电力传送装置整体上所需的成本的上升。
本发明是鉴于如上所述的问题而完成的,其目的在于提供能够高精度地检测成为高温的异物并且能够抑制成本的上升的受电装置和送电装置。
用于解决问题的手段
本发明的受电装置具备:受电部,其以非接触方式从设置于外部的送电部接受电力;以及壳体,其在内部收纳所述受电部,所述壳体包括:盖部件,其位于所述送电部侧,磁场能够通过所述盖部件;以及温度传感器,其配置于所述盖部件并配置有多个,用于检测位于所述送电部与所述受电部之间的异物的温度,所述温度传感器的配置间隔在从所述受电部产生的电磁场强度强的部位比在电磁场强度弱的部位窄。
在另一实施方式中,所述受电部包括螺线管型的线圈单元,所述线圈单元具有:板状的芯;以及线圈,其以围绕卷绕轴线的周围的方式缠绕于所述芯的周面,在与所述卷绕轴线交叉的方向上,所述电磁场强度强的部位位于与所述卷绕轴线交叉的所述线圈的端部附近的露出所述芯的区域。
在另一实施方式中,所述受电部包括环型的线圈单元,所述线圈单元具有:圆筒形状的芯;以及环状的线圈,其卷绕于所述芯的周面,所述线圈单元的电磁场强度强的部位位于所述线圈的中心部区域。
在另一实施方式中,所述温度传感器是PTC热敏电阻。
在另一实施方式中,多个所述PTC热敏电阻串联连接。
在另一实施方式中,多个所述PTC热敏电阻被划分为2个以上的传感器群,所述传感器群通过多个所述PTC热敏电阻串联连接而成,所述受电装置具有检测电路,所述检测电路在任一传感器群所包含的所述PTC热敏电阻检测到预定温度以上的温度的情况下输出检测信号。
在另一实施方式中,所述受电部搭载于车辆,在所述受电部设置有驱动机构,所述驱动机构能够使所述受电部以朝向所述送电部接近的方式移动,并且能够使所述受电部以远离所述送电部的方式移动。
在另一实施方式中,所述送电部的固有频率与所述受电部的固有频率之差为所述受电部的固有频率的10%以下。
在另一实施方式中,所述受电部与所述送电部的耦合系数为0.3以下。
在另一实施方式中,所述受电部通过形成于所述受电部与所述送电部之间且以特定频率振荡的磁场和形成于所述受电部与所述送电部之间且以特定频率振荡的电场的至少一方从所述送电部接受电力。
本发明的送电装置具备:送电部,其以非接触方式向搭载于车辆的受电部输送电力;以及壳体,其在内部收纳所述送电部,所述壳体包括:盖部件,其位于所述受电部侧,电磁场能够通过所述盖部件;以及温度传感器,其配置于所述盖部件且配置有多个,用于检测位于所述送电部与所述受电部之间的异物的温度,所述温度传感器的配置间隔在从所述送电部产生的电磁场强度强的部位比在电磁场强度弱的部位窄。
在另一实施方式中,所述送电部包括螺线管型的线圈单元,所述线圈单元具有:板状的芯;以及线圈,其以围绕卷绕轴线的周围的方式缠绕于所述芯的周面,在与所述卷绕轴线交叉的方向上,所述电磁场强度强的部位位于与所述卷绕轴线交叉的所述线圈的端部附近的露出所述芯的区域。
在另一实施方式中,所述送电部包括环型的线圈单元,所述线圈单元具有:圆筒形状的芯;以及环状的线圈,其卷绕于所述芯的周面,所述线圈单元的电磁场强度强的部位位于所述线圈的中心部区域。
在另一实施方式中,所述温度传感器是PTC热敏电阻。
在另一实施方式中,多个所述PTC热敏电阻串联连接。
在另一实施方式中,多个所述PTC热敏电阻被划分为2个以上的传感器群,所述传感器群通过多个所述PTC热敏电阻串联连接而成,所述受电装置具有检测电路,所述检测电路在任一传感器群所包含的所述PTC热敏电阻检测到预定温度以上的温度的情况下输出检测信号。
在另一实施方式中,所述送电部的固有频率与所述受电部的固有频率之差为所述受电部的固有频率的10%以下。
在另一实施方式中,所述受电部与所述送电部的耦合系数为0.3以下。
在另一实施方式中,所述送电部通过形成于所述受电部与所述送电部之间且以特定频率振荡的磁场和形成于所述受电部与所述送电部之间且以特定频率振荡的电场的至少一方从所述送电部接受电力。
发明的效果
根据本发明的受电装置和送电装置,能够提供能高精度地检测成为高温的异物并且能抑制成本上升的受电装置和送电装置。
附图说明
图1是示意性地示出实施方式的电力传送系统、车辆、受电装置以及送电装置等的示意图。
图2是在图1所示的电力传送系统中实现非接触电力传送的电路图。
图3是示出车辆的底面的仰视图。
图4是示出设置于车辆侧的受电装置的分解立体图。
图5是示意性地示出次级线圈的卷绕状态的立体图。
图6是示出送电装置的分解立体图。
图7是示出车辆以送电部与受电部相对的方式停车后的状态的立体图。
图8是示出送电部与受电部相对的状态下的车辆的一部分的侧视图。
图9是示出初级线圈卷绕于初级铁氧体芯的卷绕状态的俯视图。
图10是示出图9中的X-X线向视时的初级线圈单元的表面的磁通分布的图。
图11是示出作为发热评价1而在与初级线圈单元的铁氧体芯的表面相距预定距离的位置配置有铁制的板的状态的俯视图。
图12是图11中的XII-XII线向视剖视图。
图13是示出作为发热评价1而在与初级线圈单元的铁氧体芯的表面相距预定距离的位置配置有铁制的板的情况下的、板的大小与温度上升的关系的图。
图14是表示作为发热评价2而在与初级线圈单元的铁氧体芯的表面相距预定距离的位置配置有铁制的板的状态的俯视图。
图15是图14中的XIV-XIV线向视剖视图。
图16是表示作为发热评价2而在与初级线圈单元的初级铁氧体芯的表面相距预定距离的位置配置铁制的板且使板沿着卷绕轴线移动时的、板的位置与磁场强度的关系的图。
图17是配置有在实施方式的送电装置设置的温度传感器的初级侧盖部件的俯视图。
图18是图17中的XVIII-XVIII线向视剖视图。
图19是说明以越接近线圈则检测范围越密的方式配置温度传感器的示意图。
图20是变更了在实施方式的送电装置设置的温度传感器的配置的其他盖部件的俯视图。
图21是变更了在实施方式的送电装置设置的温度传感器的配置的又一盖部件的俯视图。
图22是图21中的XXII-XXII线向视剖视图。
图23是示出温度传感器的温度检测电路的图。
图24是示出PTC热敏电阻的电压-温度特性的图。
图25是示出NTC热敏电阻的电压-温度特性的图。
图26是示出温度传感器的其他温度检测电路的图。
图27是在实施方式的受电部的盖部件设置了温度传感器的情况下的剖视图。
图28是表示能够设置于实施方式的受电部的可动机构的立体图。
图29是从图28中的箭头A方向观察时的图。
图30是示出能够设置于实施方式的受电部的可动机构的上升状态的立体图。
图31是示出能够设置于实施方式的受电部的可动机构的中途状态的立体图。
图32是表示能够设置于实施方式的受电部的可动机构的下降状态的立体图。
图33是线圈为环型时的配置有在受电装置设置的温度传感器的盖部件的上看视图。
图34是线圈为环型时的配置有在送电装置设置的温度传感器的盖部件的下看视图。
图35是示出电力传送系统的模拟模型的图。
图36是示出送电部与受电部的固有频率的偏差和电力输送效率的关系的图表。
图37是在使固有频率f0固定的状态下使气隙AG变化时的电力输送效率与向初级线圈供给的电流的频率f3的关系的图表。
图38是表示距电流源或磁流源的距离与电磁场强度的关系的图。
具体实施方式
使用图1~图33说明本实施方式的电力输送系统、车辆、受电装置及受电用线圈单元、送电装置及送电用线圈单元。此外,在以下所说明的实施方式中,在言及个数、量等的情况下,除了特别记载的情况以外,本发明的范围不一定限于该个数、量等。另外,对于相同部件、相当部件,有时附上相同参照符号而不反复进行重复的说明。另外,当初就已预想到将实施方式中的构成适当组合而使用。
另外,在以下的实施方式中,虽然着眼于“磁场强度”进行说明,但在着眼于“电场强度”或“电磁场强度”的情况下也可获得同样的作用效果。此外,对于本实施方式的电力传送系统的详细情况,将在后面进行阐述。
图1是示意性地示出本实施方式的电力传送系统、车辆、受电装置以及送电装置等的示意图。
本实施方式1的电力传送系统具有包括受电装置11的电动车辆10和包括送电装置50的外部供电装置51。电动车辆10的受电装置11主要从送电装置50接受电力。
在驻车空间52设置有车轮挡(wheel block)和/或表示驻车位置及驻车范围的线,以使电动车辆10停车于预定的位置。
外部供电装置51包括连接于交流电源53的高频电力驱动器54、控制高频电力驱动器54等的驱动的控制部55、连接于该高频电力驱动器54的送电装置50、以及与电动车辆10进行信息的授受的天线61。
送电装置50包括送电部56,送电部56包括螺线管型的初级线圈单元60和连接于该初级线圈单元60的初级电容器59。初级线圈单元60包括初级铁氧体芯57和卷绕于该初级铁氧体芯57的初级线圈(第1线圈)58。初级线圈58连接于高频电力驱动器54。此外,初级线圈在本实施方式中是初级线圈58。
在图1中,电动车辆10具备车辆主体10A、设置于车辆主体10A的受电装置11、连接于受电装置11的整流器13、以及连接于该整流器13的DC/DC转换器14。电动车辆10具备连接于DC/DC转换器14的电池15、功率控制单元(PCU(Power Control Unit))16、连接于该功率控制单元16的马达单元17、控制DC/DC转换器14、功率控制单元16等的驱动的车辆ECU(Electronic Control Unit)12、驱动机构30、以及调整部9。电动车辆10具备与外部供电装置51之间进行信息的授受的天线49。车辆主体10A具备在内部形成有发动机舱和/或乘员收容室的车身和设置于该车身的挡泥板等外装部件。电动车辆10具备前轮19F和后轮19B。
此外,在本实施方式中,作为电动车辆10的一例,虽然对具备发动机47的混合动力车辆进行说明,但不限于该车辆。例如,也能够应用于不具备发动机的电动汽车、代替发动机而具备燃料电池的燃料电池车辆等。
整流器13连接于受电装置11,将从受电装置11供给的交流电流变换为直流电流,并供给到DC/DC转换器14。
DC/DC转换器14对从整流器13供给的直流电流的电压进行调整,并供给到电池15。此外,DC/DC转换器14不是必需的结构,也可以省略。在该情况下,通过在外部供电装置51的送电装置50与高频电力驱动器54之间设置用于匹配阻抗的匹配器,能够代替DC/DC转换器14。
功率控制单元16包括连接于电池15的转换器和连接于该转换器的变换器,转换器调整(升压)从电池15供给的直流电流,并供给到变换器。变换器将从转换器供给的直流电流变换为交流电流,并供给到马达单元17。
马达单元17例如采用三相交流马达等,由从功率控制单元16的变换器供给的交流电流驱动。
受电装置11包括受电部20。受电部20包括螺线管型的次级线圈单元24和连接于该次级线圈单元24的次级电容器23。次级线圈单元24包括次级铁氧体芯21和卷绕于次级铁氧体芯21的次级线圈(第2线圈)22。此外,在受电部20中,次级电容器23也不是必需的结构。次级线圈22连接于整流器13。此外,次级线圈在本实施方式中是次级线圈22。
图2是在图1所示的电力传送系统中实现非接触电力传送的电路图。此外,该图2所示的电路结构是一例,用于实现非接触电力传送的结构不限于图2的结构。
次级线圈22与次级电容器23一起形成谐振电路,以非接触方式接受从外部供电装置51的送电部56送出的电力。此外,虽然未特别进行图示,但也可以由次级线圈22和次级电容器23形成闭环,另外设置通过电磁感应从次级线圈22取出由次级线圈22接受到的交流电力并向整流器13输出的线圈。
另一方面,初级线圈58与初级电容器59一起形成谐振电路,以非接触方式将从交流电源53供给的交流电力向受电部20输送。此外,虽然未特别进行图示,但也可以由初级线圈58和初级电容器59形成闭环,另外设置通过电磁感应将从交流电源53输出的交流电力向初级线圈58供给的线圈。
此外,初级电容器59和次级电容器23是为了调整谐振电路的固有频率而设置的部件,在利用初级线圈58和次级线圈22的寄生电容能够得到所期望的固有频率的情况下,也可以是不设置初级电容器59和次级电容器23的结构。
图3是示出电动车辆10的底面25的仰视图。在该图3中,“D”表示铅垂方向下方D。“L”表示车辆左方L。“R”表示车辆右方R。“F”表示车辆前进方向F。“B”表示车辆后退方向B。电动车辆10(车辆主体10A)的底面25是指在电动车辆10的轮胎与地面接触的状态下从相对于电动车辆10向铅垂方向下方远离的位置观察电动车辆10时可看到的面。受电装置11、受电部20以及次级线圈22设置于底面25。
在此,将底面25的中央部设为中央部P1。中央部P1位于电动车辆10的前后方向的中央,并且位于电动车辆10的宽度方向的中央。
车辆主体10A包括设置于电动车辆10的底面的地板26。地板26是划分车辆内部与车辆外部的板状部件。
此外,所谓受电装置11设置于底面25,包括直接安装于地板26的情况和从地板26、纵梁、横梁等悬架的情况等。
受电部20和次级线圈22设置于底面25是指在受电装置11设置于底面25的状态下收纳在后述的受电装置11的壳体内。
前轮19F设置于比中央部P1靠车辆前进方向F侧。前轮19F包括在电动车辆10的宽度方向上排列的右前轮19FR和左前轮19FL。后轮19B包括在宽度方向上排列的右后轮19BR和左后轮19BL。
底面25的周缘部包括前缘部34F、后缘部34B、右侧缘部34R以及左侧缘部34L。前缘部34F是底面25的周缘部中位于比右前轮19FR和左前轮19FL靠车辆前进方向F侧的部分。
后缘部34B是底面25的外周缘部中位于比右后轮19BR和左后轮19BL靠车辆后退方向B侧的部分。
在电动车辆10的宽度方向上延伸的后缘部34B包括连接于后缘部34B的一方的端部的右侧后边部66R和连接于后缘部34B的另一方的端部的左侧后边部66L。右侧后边部66R从后缘部34B的一方的端部朝向右后轮19BR延伸,左侧后边部66L从后缘部34B的另一方的端部朝向左后轮19BL延伸。
右侧缘部34R和左侧缘部34L在电动车辆10的宽度方向上排列。右侧缘部34R和左侧缘部34L是底面25的外周缘部中位于前缘部34F与后缘部34B之间的部分。
图4是示出设置于电动车辆10侧的受电装置11的分解立体图。此外,为了使得卷绕状态容易理解,与实际相比较宽地图示出线圈线的间隔。后述的图5和图6也是同样的。另外,在图4中,将上下颠倒来进行图示。受电装置11具备受电部20和在内部收纳受电部20的次级侧壳体27。次级侧壳体27具备具有开口部的有底状的次级侧屏蔽部28和以封闭次级侧屏蔽部28的开口部的方式配置的平板状的次级侧盖部件29。
次级侧屏蔽部28包括与地板26相对的顶板部28a和从顶板部向铅垂方向下方D垂下的环状的周壁部28b。次级侧屏蔽部28例如由铜等金属材料形成。次级侧盖部件29以封闭次级侧屏蔽部28的开口部的方式形成为平板状,例如由树脂材料等形成。
次级线圈单元24具有次级铁氧体芯21和次级线圈22。次级铁氧体芯21形成为板状。在该次级铁氧体芯21的周面卷绕有次级线圈22。此外,也可以将次级铁氧体芯21收纳在树脂性的固定部件内,将次级线圈22缠绕于该固定部件的周面,从而将次级线圈22安装于次级铁氧体芯21。
图5是示意性地示出次级线圈22的卷绕状态的立体图。如该图5所示,次级线圈22包括第1端部22a和第2端部22b。次级线圈22通过以随着从第1端部22a朝向第2端部22b而围绕卷绕轴线O1的周围并且在卷绕轴线O1的延伸的方向上移位的方式卷绕线圈线而形成。
卷绕轴线O1是近似成在将线圈线划分为微小区间时通过各微小区间中的曲率中心点或其附近的假想线。
在本实施方式中,次级线圈22的中心部P2是位于卷绕轴线O1上的假想点,在卷绕轴线O1的延伸方向上位于次级线圈22的中央部。
如图3所示,这样构成的受电部20(受电装置11)被配置成卷绕轴线O1在电动车辆10的前后方向上延伸,卷绕轴线O1通过前缘部34F和后缘部34B。
受电部20(受电装置11)配置于比中央部P1靠车辆后退方向B侧。具体而言,设置于比中央部P1更接近后缘部34B的位置。并且,中央部P2被配置成最接近前缘部34F、后缘部34B、右侧缘部34R以及左侧缘部34L中的后缘部34B。
图6是示出设置于驻车空间52侧的送电装置50的分解立体图。送电装置50具备送电部56和在内部收纳送电部56的初级侧壳体62。初级侧壳体62具备具有开口部的有底状的初级侧屏蔽部63和以封闭初级侧屏蔽部63的开口部的方式配置的平板状的初级侧盖部件64。
初级侧屏蔽部63包括位于驻车空间52侧的顶板部63a和从顶板部63a向铅垂方向上方U立起的环状的周壁部63b。初级侧屏蔽部63例如由铜等金属材料形成。初级侧盖部件64以封闭初级侧屏蔽部63的开口部的方式形成为平板状,例如由树脂材料等形成。
在本实施方式中,在初级侧盖部件64的与初级线圈单元60相对的内面64r设置有用于检测初级线圈单元60的温度上升的多个温度传感器。关于这一点,将在后面进行详细阐述。
初级线圈单元60具有初级铁氧体芯57和初级线圈58。初级铁氧体芯57形成为板状。在该初级铁氧体芯57的周面卷绕有初级线圈58。此外,也可以将初级铁氧体芯57收纳在树脂性的固定部件内,将初级线圈58缠绕于该固定部件的周面,从而将初级线圈58安装于初级铁氧体芯57。初级线圈58向初级铁氧体芯57的卷绕状态与次级线圈单元24相同(参照图5)。
如图3所示,这样构成的送电部56(送电装置50)沿着卷绕轴线O1在电动车辆10的前后方向上延伸的方向配置。
在受电部20与送电部56之间进行电力传送时,受电部20与送电部56在铅垂方向上相对。此外,在本实施方式中,虽然受电部20的大小与送电部56的大小被设为实质相同的大小,但也可以使送电部56形成为比受电部20大。
图7是示出电动车辆10以送电部56与受电部20相对的方式停车后的状态的立体图,图8是表示送电部56与受电部20相对的状态下的电动车辆10的一部分的侧视图。
如图8所示,电动车辆10以受电部20配置于送电部56的上方的方式驻车于驻车空间52。在本实施方式中,由驾驶员使电动车辆10向车辆前进方向F或向车辆后退方向B移动,以使得受电部20位于送电部56的上方。由此,电动车辆10以受电部20与送电部56相对的方式驻车。
(送电部56的磁场强度)
接着,参照图9和图10,对初级线圈单元60的表面处的磁场强度进行说明。图9是示出初级线圈58向初级铁氧体芯57的卷绕状态的俯视图,图10是示出图9中的X-X线向视时的初级线圈单元60的表面的磁通分布的图。
如图9所示,在初级线圈58卷绕于初级铁氧体芯57的情况下,如图10所示,在沿着卷绕轴线O1观察初级线圈单元60的表面的磁通分布的情况下,在卷绕有初级线圈58的区域(B1-B2的区域)中,中央部的磁通分布变低,磁通分布朝向与卷绕轴线O1交叉的初级线圈58的端部而变高。
另外,在未卷绕初级线圈58的露出初级铁氧体芯57的区域(A1-B1区域、A2-B2区域),在与卷绕轴线O1交叉的初级线圈58的端部附近,磁通分布成为最大值(P1),且磁通分布朝向与卷绕轴线O1交叉的初级铁氧体芯57的端部而降低。
在次级线圈单元24中也显示与初级线圈单元60的磁通分布的分布相同的磁通分布的分布。
(发热评价1)
接着,参照图11~图13,对初级线圈单元60的发热评价1进行说明。图11是示出作为发热评价1而在与初级线圈单元60的初级铁氧体芯57的表面相距预定距离的位置配置有铁制的板500的状态的俯视图,图12是图11中的XII-XII线向视剖视图,图13是示出作为发热评价1而在与初级线圈单元60的初级铁氧体芯57的表面相距预定距离的位置配置有铁制的板500时的、板500的大小与温度上升的关系的图。
关于铁(Fe)制的板500,准备了尺寸1[50mm×50mm-厚度3mm]、尺寸2[100mm×100mm-厚度3mm]以及尺寸3[200mm×200mm-厚度3mm]这3个种类的板。关于板500的配置高度(h),将从初级铁氧体芯57的表面到板500的相对的表面的距离设为10mm。另外,如图10所示,板500的中心位置被配置成与磁通分布成为最大值(P1)的位置一致。
在预定的输出条件下评价板500的发热,结果确认到:若板500的面积变为4倍,则饱和温度变为大约2倍。在次级线圈单元24中也显示与初级线圈单元60的饱和温度的分布相同的饱和温度的分布。
(发热评价2)
接着,参照图14~图16,对初级线圈单元60的发热评价2进行说明。图14是示出作为发热评价2而在与初级线圈单元60的初级铁氧体芯57的表面相距预定距离的位置使铁制的板500沿着卷绕轴线O1移动的情况下的配置的状态的俯视图,图15是图14中的XIV-XIV线向视剖视图,图16是示出作为发热评价2而在与初级线圈单元60的初级铁氧体芯57的表面相距预定距离的位置配置铁制的板500并使板500沿着卷绕轴线O1移动时的、板500的位置与磁场强度的关系的图。
关于铁(Fe)制的板500,使用了[20mm×20mm-厚度1.8mm]的板。关于板500的配置高度(h),将从初级铁氧体芯57的表面到板500的相对的表面的距离设为10mm。另外,使板500的中心位置沿着卷绕轴线O1移动。
如图16所示,在预定的输出条件下评价板500的发热,结果确认到:板500的温度上升与磁场强度成比例。在次级线圈单元24中也显示与初级线圈单元60的饱和温度的分布相同的饱和温度的分布。
(温度传感器100的配置)
接着,参照图17~图22,对温度传感器100向初级侧盖部件64的与初级线圈单元60相对的内面64r的配置进行说明。图17是配置有在本实施方式的送电装置50设置的温度传感器100的初级侧盖部件64的俯视图,图18是图17中的XVIII-XVIII线向视剖视图,图19是说明以越接近初级线圈则检测范围越密的方式配置温度传感器100的示意图。
由于初级线圈单元60的表面存在如图10所示的磁场强度,所以在树脂制的初级侧盖部件64中,在贯穿该初级侧盖部件64的方向上存在磁场。另外,确认到了:如图13所示,若铁制的板500的面积变大,则温度上升变大,而且,如图16所示,温度上升与磁场强度成比例。
因此,在本实施方式中,以温度检测范围在从初级线圈单元60产生的磁场强度最强的区域成为最密的方式,在初级侧盖部件64的初级线圈单元60侧的内面64r配置温度传感器100,以温度检测范围随着远离从初级线圈单元60产生的磁场强度最强的区域而变疏的方式,在初级侧盖部件64的初级线圈单元60侧的内面64r配置温度传感器100。
在图17和图18中示出具体例。如图10所示,在沿着卷绕轴线O1观察初级线圈单元60的表面的磁场强度的情况下,在卷绕有初级线圈58的区域(B1-B2的区域)中,中央部的磁场强度变低,磁场强度朝向与卷绕轴线O1交叉的初级线圈58的端部而变高。
在初级侧盖部件64的与卷绕有初级线圈58的区域相对的区域64C中,在初级线圈58的中央部,沿着与卷绕轴线O1交叉的方向(图中的线L1)以温度检测范围变疏的方式配置温度传感器100。在本实施方式中,沿着线L1配置5个温度传感器100。5个温度传感器100的配置间隔是等间距。
接着,在区域64C中,沿着与卷绕轴线O1交叉的初级线圈58的端部(图中的线L2),以与中央部的线L1相比温度检测范围变密的方式配置温度传感器100。在本实施方式中,沿着线L2配置6个温度传感器100。6个温度传感器100的配置间隔是等间距。
接着,在未卷绕初级线圈58的露出初级铁氧体芯57的区域(A1-B1区域、A2-B2区域),沿着磁场强度成为最大值(P1)的区域(图中的线L3),以与线L2相比温度检测范围变密的方式配置温度传感器100。在本实施方式中,沿着线L3配置10个温度传感器100。10个温度传感器100的配置间隔是等间距。由于线L3上的磁场强度是最强的区域,所以该线L3上的温度检测范围与其他区域相比最密。
接着,在露出初级铁氧体芯57的区域(A1-B1区域、A2-B2区域),沿着从线L3观察位于线L2的相反侧(外侧)的位置的线L4,以与线L3相比变疏的方式配置温度传感器100。在本实施方式中,沿着线L4配置7个温度传感器100。7个温度传感器100的配置间隔是等间距。
进一步,在露出初级铁氧体芯57的区域(A1-B1区域、A2-B2区域),沿着从线L4观察位于线L3的相反侧(外侧)的位置的线L5,以与线L4相比变疏的方式配置温度传感器100。在本实施方式中,沿着线L5配置6个温度传感器100。6个温度传感器100的配置间隔是等间距。
此外,如图19所示,关于L3与L4的间隔,在磁场强度成为最大值(P1)的L3上配置的温度传感器100a的配置间距为间隔P12的情况下,在L3上配置的温度传感器100a与在L4上配置的最接近温度传感器100a的温度传感器100b的配置间距的间隔P13设定为比P12大(P12<P13)。此外,在L4上配置的温度传感器100b的配置间距为间隔P14的情况下,间隔P14设定为比间隔P13大(P13<P14)。
另外,如图19所示,关于L4与L5的间隔,在L4上配置的温度传感器100b的配置间距为间隔P14的情况下,在L4上配置的温度传感器100b与在L5上配置的最接近温度传感器100b的温度传感器100c的配置间距的间隔P15设定为比P14大(P14<P15)。另外,在L5上配置的温度传感器100c的配置间距为间隔P16的情况下,间隔P16设定为比间隔P15大(P15<P16)。
这样,在本实施方式中,温度传感器100的配置间隔被配置成在从送电部56产生的电磁场强度强的部位比在电磁场强度弱的部位窄。由此,在从初级线圈单元60产生的磁场强度最强的区域(线L3上),以温度检测范围成为最密的方式在初级侧盖部件64的初级线圈单元60侧的内面64r配置温度传感器100,随着远离从初级线圈单元60产生的磁场强度最强的区域,以温度检测范围变疏的方式在初级侧盖部件64的初级线圈单元60侧的内面64r配置温度传感器100。
此外,在本实施方式中,从初级线圈单元60产生的磁场强度最强的区域(线L3)存在2处,因此,例如在图17中从位于上侧的线L3朝向下侧的情况下,暂时以温度检测范围变疏的方式配置温度传感器100,但在通过线L1后,再次以温度检测范围变密的方式配置温度传感器100。
其结果,磁场强度越强的区域,温度传感器100的检测范围越密,即使是小的异物(纽扣电池(金属+电解液)、打火机(金属+可燃物)),也能够高精度地检测异物。其结果,在磁场强度高而异物容易成为高温的部位,能够高精度地进行成为高温的异物的检测。
另一方面,在磁场强度弱的区域(即使存在异物也不容易成为高温),由于温度传感器100的配置间隔变宽,所以温度传感器100的检测范围变疏。其结果,能够抑制由温度传感器的配置引起的成本上升。
此外,关于图17所示的温度传感器100的配置间距,虽然对在远离从初级线圈单元60产生的磁场强度最强的区域的情况下在L-R方向和F-B方向这两个方向上温度传感器100b的配置间距变宽的情况进行了说明,但关于从初级线圈单元60产生的磁场强度的变化可认为:虽然F-B方向上的变化如图10所示那样变化,但L-R方向上的变化小。
因而,如图20所示,也可以采用如下结构:L-R方向(图中的D2方向)的温度传感器100的配置间距恒定,仅在F-B方向(图中的D1方向)上,在远离从初级线圈单元60产生的磁场强度最强的区域的情况下,温度传感器100b的配置间距变宽。
另外,如图21所示,也可以将温度传感器100的配置间距设为恒定,而对于位于从初级线圈单元60产生的磁场强度最强的区域的温度传感器100,为了扩大检测范围而在初级侧盖部件64的初级线圈单元60侧的内面64r设置面积最大、导热性最优异的第1导电板110a,在该第1导电板110a上配置温度传感器100。因此,在图21所示的结构中,包括导电板在内的结构构成温度传感器。其结果,温度传感器(导电板)的配置间隔在从送电部56产生的电磁场强度强的部位比在电磁场强度弱的部位窄。
对于位于远离从初级线圈单元60产生的磁场强度最强的区域的区域的温度传感器100,可以设置面积比第1导电板110a小的第2导电板110b,对于位于进一步远离的区域的温度传感器100,可以设置面积比该第2导电板110b小的第3导电板110c。此外,通过使导电板的面积相同并使导电板的导热率变化,也能够得到与图21所示的结构同样的作用。
另外,在图21所示的结构中,虽然对在所有的温度传感器100中使用同一性能的传感器的情况进行了说明,但也可以组合温度检测范围不同的传感器,在磁场强度强的区域使用温度检测范围宽的传感器,在磁场强度弱的区域使用温度检测范围窄的传感器。
根据该结构,在从初级线圈单元60产生的磁场强度强的区域,也以温度检测范围变密的方式在初级侧盖部件64的初级线圈单元60侧的内面64r配置温度传感器100,随着远离从初级线圈单元60产生的磁场强度强的区域,也以温度检测范围变疏的方式在初级侧盖部件64的初级线圈单元60侧的内面64r配置温度传感器100。
其结果,磁场强度越强的区域,温度传感器100的检测范围越密,即使是小的异物(纽扣电池(金属+电解液)、打火机(金属+可燃物)),也能够高精度地检测异物。其结果,能够在磁场强度高而异物容易成为高温的部位高精度地进行成为高温的异物检测。
另一方面,在磁场强度弱的区域(即使存在异物也难以成为高温),温度传感器100的配置间隔变宽,因此,温度传感器100的检测范围变疏。其结果,能够抑制由温度传感器的配置引起的成本上升。
接着,参照图23~图26,对温度传感器100的连接状态进行说明。图23是示出温度传感器100的温度检测电路的图,图24是示出PTC热敏电阻的电压-温度特性的图,图25是示出NTC热敏电阻的电压-温度特性的图,图26是示出温度传感器的其他温度检测电路的图。
参照图23,在本实施方式中,电阻300和多个温度传感器100串联连接。另外,温度传感器100优选使用PTC(positive temperature coefficient:正温度系数)热敏电阻。PTC热敏电阻具有电阻值因温度的上升而急剧升高的性质。其结果,如图24所示,在图23的温度检测电路中使用了PTC热敏电阻的情况下,与正常时的输出电压P11相比,在PTC热敏电阻的温度上升的异常时,输出电压P12急剧升高。其结果,能够容易地检测过热状态。
另一方面,NTC(negative temperature coefficient:负温度系数)热敏电阻具有电阻值因温度的上升而变低的性质。NTC热敏电阻具有电阻值因温度的上升而恒定地降低的性质。其结果,如图25所示,在图23的温度检测电路中使用了NTC热敏电阻的情况下,与正常时的输出电压P21相比,在NTC热敏电阻的温度上升的异常时,输出电压P22变低。在NTC热敏电阻的情况下,输出电压与温度上升大致成反比例地降低,因此,从观察过热状态的观点考虑,优选使用PTC热敏电阻。
另外,在使用了NTC热敏电阻的情况下,为了进行温度测定,需要“并联”连接。因此,各NTC热敏电阻分别需要基准电阻和温度测定用的输出端子,会由于元件数量的增大、配线的复杂化而招致成本上升,但在使用了PTC热敏电阻的情况下,不会产生这样的成本上升。
以上述方式得到的输出信号被发送到监视电路550。通过在监视电路550的存储部预先存储温度传感器100为异常高温时的温度分布数据,从而基于所存储的温度分布数据和从温度检测电路得到的信号来判断在受电部20与送电部56之间是否存在成为高温的异物。
在监视电路550中判断为存在成为高温的异物的情况下,预定的输出信号S1被输出到控制部55(参照图1),送电装置50的电力输送被中止。另外,也可以通过从送电装置50侧的天线61向电动车辆10侧的天线49发送送电中止信号来向电动车辆10侧发送送电中止信号。此外,监视电路550也可以设置于控制部55的内部。
另外,如图26所示,在初级侧盖部件64的初级线圈单元60侧的内面64r配置多个温度传感器100的情况下,将其分为具有多个温度传感器100的第1温度传感器群100A和具有多个温度传感器100的第2温度传感器群100B,使第1温度传感器群100A与第2温度传感器群100B并联,向逻辑电路(OR)电路(检测电路)600输出来自第1温度传感器群100A和第2温度传感器群100B的输出信号。
在逻辑电路(OR)电路(检测电路)600中,在输入了来自至少任一方的传感器群的信号的情况下,基于预先存储的温度传感器100为异常高温时的温度分布数据和从传感器群得到的信号,判断在受电部20与送电部56之间是否存在成为高温的异物。
在逻辑电路(检测电路)600中判断为存在成为高温的异物的情况下,向控制部55输出预定的输出信号S2,中止送电装置50的电力输送。另外,也可以通过从送电装置50侧的天线61向电动车辆10侧的天线49发送送电中止信号来向电动车辆10侧发送送电中止信号。此外,逻辑电路(检测电路)600也可以设置于控制部55的内部。
此外,在上述说明中,主要以多个温度传感器100配置于初级侧盖部件64的初级线圈单元60侧的内面64r为前提进行了说明。
但是,如图27所示,在将多个温度传感器100设置于次级侧盖部件29的次级线圈单元24侧的内面29r而非初级侧盖部件64的情况下,也能够应用上述的温度传感器100的配置和温度检测电路。
在次级侧盖部件29配置了温度传感器100的情况下,可以向车辆ECU12输出从温度检测电路得到的信号,中止受电装置11的电力接受。另外,也可以通过从电动车辆10侧的天线49向送电装置50侧的天线61发送受电中止信号来向外部供电装置51侧发送受电中止信号。
此外,为了提高温度检测的精度,也可以采用将温度传感器100设置于初级侧盖部件64和次级侧盖部件29的双方的结构。另外,也可以不仅仅分为第1温度传感器群100A和第2温度传感器群100B这2个群,而是分为3个以上的传感器群。
(受电部20的驱动机构30)
接着,参照图28~图32,对在次级侧盖部件29配置了温度传感器100的情况下将受电部20支撑为能够升降支撑的驱动机构30进行说明。图28是示出能够设置于实施方式中的受电部20的驱动机构30的立体图,图29是从图28中的箭头A方向观察时的图,图30是示出能够设置于实施方式中的受电部20的驱动机构30的上升状态的立体图,图31是示出能够设置于实施方式中的受电部20的驱动机构30的中途状态的立体图,图32是示出能够设置于实施方式中的受电部20的驱动机构30的下降状态的立体图。
如图28所示,在受电部20设置有驱动机构30,该驱动机构30能够使受电部20以朝向送电部56接近的方式移动,并且能够使受电部20以远离送电部56的方式移动。
驱动机构30包括连杆机构31、驱动部32、施力部件33、保持装置89、阻挡件35以及切换部36。连杆机构31包括支撑部件37和支撑部件38。
支撑部件37包括以能够旋转的方式支撑于地板26等的旋转轴40、形成于旋转轴40的一端的腿部41以及连接于旋转轴40的另一端的腿部42。腿部41的下端部以能够旋转的方式连接于次级侧壳体27的侧面壁75。腿部42的下端部以能够旋转的方式连接于侧面壁74。
支撑部件38与支撑部件37在卷绕轴线O1的延伸方向上隔有间隔地配置。支撑部件38包括以能够旋转的方式支撑于地板26等的旋转轴45、连接于旋转轴45的一端的腿部46以及连接于旋转轴45的另一端的腿部48。腿部46的下端部以能够旋转的方式连接于侧面壁75,腿部48的下端部以能够旋转的方式连接于侧面壁74。
驱动部32包括设置于旋转轴45的端部的齿轮80、与齿轮80啮合的齿轮81以及使齿轮81旋转的马达82。
马达82包括以能够旋转的方式设置的连接于齿轮81的转子95、设置于该转子95的周围的定子96、以及检测转子95的旋转角度的编码器97。
若向马达82供给电力,则转子95旋转。若转子95旋转,则齿轮81旋转,与齿轮81啮合的齿轮80也旋转。由于齿轮80固定于旋转轴45,所以旋转轴45旋转。通过旋转轴45旋转,受电部20和次级侧壳体27移动。这样,马达82的驱动力被传递到受电部20和次级侧壳体27。通过马达82的旋转方向来控制受电部20和次级侧壳体27的上升和下降。
施力部件33包括连接于腿部46和地板26的弹性部件33a、以及连接于腿部48和地板26的弹性部件33b。
此外,弹性部件33a的端部83以能够旋转的方式连接于腿部46,弹性部件33a的端部84以能够旋转的方式连接于地板26。弹性部件33b的端部85也以能够旋转的方式连接于腿部48,弹性部件33b的端部86也以能够旋转的方式连接于地板26。
弹性部件33a的端部83设置于比腿部46的中央部靠腿部46的下端部侧。弹性部件33a的端部84相对于腿部46与旋转轴45的连接部而位于支撑部件37的相反侧。
弹性部件33b的端部85设置于比腿部48的中央部靠腿部48的下端部侧。弹性部件33b的端部86相对于旋转轴45与腿部48的连接部而位于支撑部件37的相反侧。
图28中的受电部20(由虚线表示)和次级侧壳体27表示受电部20朝向送电部56下降之前的初始状态下的受电部20和次级侧壳体27。在该初始状态所示的状态下,弹性部件33a以及弹性部件33b处于自然长度的状态。
如后述的图31和图32中所示,若受电部20和次级侧壳体27朝向下方移位,则弹性部件33a和弹性部件33b伸长。因此,在弹性部件33a和弹性部件33b中产生拉力。通过该拉力,以使受电部20和次级侧壳体27成为初始状态的方式对该受电部20和次级侧壳体27施力。
保持装置89包括固定于地板26等的装置主体88和可调整从装置主体88突出的突出量的支撑部件87。支撑部件87支撑初始状态下的次级侧壳体27的底面侧(次级侧盖部件),将受电部20固定于电动车辆10侧。此外,也可以在端面壁73形成孔部,并将支撑部件87插入该孔部。
阻挡件35包括限制腿部41的转角的阻挡片90和阻挡片91,规定受电部20和侧面壁75旋转的范围。
阻挡片90通过与腿部41、42接触来抑制受电部20和次级侧壳体27与电动车辆10的地板26等接触。
阻挡片91通过与腿部41、42接触来限制下方的受电部20和次级侧壳体27的移动范围,从而抑制其与放置于地面的部件接触。
切换部36包括固定于旋转轴45的齿轮92和与该齿轮92卡合的阻挡件93。此外,通过图1所示的车辆ECU12来使阻挡件93与齿轮92卡合,或者解除阻挡件93与齿轮92的卡合状态。通过阻挡件93与齿轮92卡合,从而成为限制旋转轴45向受电部20下降的方向旋转的限制状态。具体而言,限制状态是指容许受电部20远离送电部56并且抑制受电部20接近送电部56的状态。
此外,若阻挡件93与齿轮92卡合的卡合状态解除,则切换部36成为容许旋转轴45向受电部20上升的方向旋转并且容许旋转轴45以受电部20向下方下降的方式旋转的容许状态。具体而言,容许状态是指容许受电部20远离送电部56并且容许受电部20接近送电部56的状态。
图29示意性地示出切换部36的侧视图,是从图28的箭头A方向观察时的侧视图。如该图29所示,切换部36具备固定于旋转轴45的齿轮92、选择性地与齿轮92卡合的阻挡件93、以及驱动部110。
在齿轮92的周面以隔开间隔的方式形成有多个齿部99。阻挡件93以能够旋转的方式设置于轴部98。驱动部110使阻挡件93旋转。驱动部110对阻挡件93的顶端部与齿部99卡合的状态和阻挡件93的顶端部离开齿轮92而阻挡件93不与齿轮92卡合的状态进行切换。
此外,在轴部98设置有扭簧111等,阻挡件93的顶端部通过来自该扭簧111的作用力压靠于齿轮92的周面。
驱动部110能够以使阻挡件93的顶端部克服扭簧111的作用力而离开齿轮92的周面的方式使阻挡件93旋转。此外,驱动部110的驱动由可动机构控制部18控制。
旋转方向Dr1是在受电部20和次级侧壳体27上升时旋转轴45和齿轮92旋转的方向,旋转方向Dr2是在受电部20和次级侧壳体27下降时旋转轴45和齿轮92旋转的方向。
并且,通过阻挡件93与齿轮92卡合来限制齿轮92向旋转方向Dr2旋转。
另一方面,即使在阻挡件93与齿轮92卡合的状态下,齿轮92也能够向旋转方向Dr1旋转。
在图1中,调整部9调整从电池15向驱动机构30的马达82供给的电力量。可动机构控制部18控制调整部9的驱动。
对以上述方式构成的受电部20从送电部56接受电力时的动作进行说明。
在受电部20从送电部56接受电力时,电动车辆10停车(驻车)于预定的位置。图30是示出电动车辆10停车后的受电部20、次级侧壳体27以及驱动机构30的侧视图。
如该图30所示,次级侧壳体27在接近地板26的状态下由保持装置89支撑,次级侧壳体27固定于初始位置。此外,在该初始状态下,施力部件33是自然长度,施力部件33处于未向受电部20和次级侧壳体27施加拉力等力的状态。
然后,在受电部20以非接触方式接受电力时,可动机构控制部18驱动保持装置89而使支撑部件87从次级侧壳体27的下面退避。
然后,可动机构控制部18将调整部9设为开启(ON),以使得从电池15向马达82供给电力。
在向马达82供给电力时,如图31所示,腿部46通过来自马达82的动力而以旋转轴45为中心进行旋转。由此,受电部20和次级侧壳体27以朝向铅垂方向下方D并且朝向车辆前进方向F的方式移动。
此时,支撑部件37也以追随支撑部件38、受电部20以及次级侧壳体27的移动的方式移动。此外,支撑部件37以旋转轴40为中心进行旋转。
施力部件33随着受电部20和次级侧壳体27的移动而伸长,如图30所示,施力部件33以使次级侧壳体27成为初始状态的方式对次级侧壳体27施加拉力。马达82使次级侧壳体27克服该拉力而移动。编码器97将马达82的转子95的旋转角度发送到可动机构控制部18。
图32是示出受电部20以非接触方式从送电部56接受电力时的状态的侧视图。
在该图32中,可动机构控制部18基于来自编码器97的信息掌握次级侧壳体27和受电部20的位置。并且,在可动机构控制部18判断为转子95的旋转角度是受电部20与送电部56相对的相对角度时,在图29中,可动机构控制部18使驱动部110驱动而使阻挡件93与齿轮92卡合。
由此,齿轮92和旋转轴45的旋转停止,受电部20和次级侧壳体27的下降停止。此外,由于施力部件33的拉力比来自马达82的驱动力小,所以可抑制受电部20和次级侧壳体27上升。这样一来,受电部20和次级侧壳体27的移动停止。即,马达82向使受电部20和次级侧壳体27下降的方向驱动该受电部20和次级侧壳体27,另一方面,通过阻挡件93与齿轮92卡合,受电部20和次级侧壳体27的移动被阻止,由于马达82的驱动力比施力部件33的拉力大,所以可维持受电部20和次级侧壳体27停止的状态。
在图32中,虚线所示的支撑部件38表示初始状态下的支撑部件38的位置。以该初始状态下的支撑部件38作为基准,将支撑部件38旋转的旋转角度设为旋转角度θ。
在本实施方式中,在旋转角度θ为45度以上且100度以下的范围进行受电部20与送电部56的对位。
在这样的旋转角度θ的范围中,相对于旋转角度θ的变化量,车辆后退方向B和车辆前进方向F(水平方向)上的受电部20的变化量比铅垂方向上方U和铅垂方向下方D上的受电部20的位移量大。
因此,即使受电部20与送电部56相对地在车辆后退方向B或车辆前进方向F上发生了位置偏移,也能够一边抑制受电部20的铅垂方向上的位置大幅变化,一边调整受电部20与送电部56的水平方向上的位置偏移。
优选,在旋转角度θ为45度以上且90度以下的范围进行受电部20与送电部56的相对对位。
这样,通过在旋转角度θ为90度以下的范围进行对位,在进行受电部20与送电部56的对位时受电部20的移动范围变小,能够抑制受电部20与放置于地面上的异物碰撞。
此外,在该图32所示的例子中,在旋转角度θ成为大致90度的位置,受电部20与送电部56相对。尤其是,在旋转角度θ为90度附近时,相对于旋转角度θ的变化量,受电部20和次级侧壳体27在车辆后退方向B和车辆前进方向F(水平方向)上的位移量比在铅垂方向上方U和铅垂方向下方D上的位移量大。
因此,即使受电部20与送电部56相对地在车辆后退方向B或车辆前进方向F上发生了位置偏移,也能够一边抑制受电部20的铅垂方向上的位置大幅变化,一边调整受电部20与送电部56的水平方向上的位置偏移。
(送电部56和受电部20的其他实施方式)
在上述实施方式中,如图4和图6所示,对送电部56的初级线圈单元60和受电部20的次级线圈单元24使用了螺线管型的线圈的情况进行了说明。但是,如后所述,也可以使用环型的线圈。
图33示出受电部20的次级线圈单元24使用了环型的线圈的情况。该受电部20包括环型的次级线圈单元24和连接于该次级线圈单元24的次级电容器23。次级线圈单元24包括圆筒形状芯21和卷绕于该圆筒形状芯21的周面的环状的次级线圈(第2线圈)22。在本实施方式中,也与图4所示的受电部20同样,次级电容器23不是必需的结构。次级线圈22连接于整流器13(参照图1)。
另外,受电部20收纳于次级侧壳体27。次级侧壳体27具备具有开口部的有底筒状的次级侧屏蔽部28和以封闭次级侧屏蔽部28的开口部的方式配置的平板圆形状的次级侧盖部件29。次级侧屏蔽部28包括与地板26(参照图3)相对的顶板部28a和从顶板部向铅垂方向下方D垂下的环状的周壁部28b。次级侧屏蔽部28例如由铜等金属材料形成。
次级侧盖部件29以封闭次级侧屏蔽部28的开口部的方式形成为平板圆形状,例如由树脂材料等形成。
在对具有上述结构的环型的次级线圈单元24使用温度传感器的情况下,次级线圈单元24的磁场强度在环状的次级线圈22的中心部区域最强,且磁场强度随着朝向径向外侧而变弱。因此,在次级侧盖部件29的次级线圈单元24侧的内面29r配置温度传感器100的情况下,在与次级侧盖部件29的中心部C1相对的区域配置温度传感器100,并以随着朝向径向外侧而温度传感器100的配置间隔变大的方式配置多个温度传感器100。
由此,在从次级线圈单元24产生的磁场强度最强的区域,也以温度检测范围成为最密的方式在次级侧盖部件29的次级线圈单元24侧的内表面29r配置温度传感器100,随着远离从次级线圈单元24产生的磁场强度最强的区域,也以温度检测范围变疏的方式在次级侧盖部件29的次级线圈单元24侧的内表面29r配置温度传感器100。其结果,能够得到与使用螺线管型的线圈的情况同样的作用效果。
图34示出送电部56的初级线圈单元60使用了环型的线圈的情况。该送电部56包括环型的初级线圈单元60和连接于该初级线圈单元60的初级电容器59。初级线圈单元60包括圆筒形状芯57和卷绕于该圆筒形状芯57的环状的初级线圈(第1线圈)58。在本实施方式中,也与图6所示的送电部56同样,初级电容器59不是必需的结构。
另外,送电部56收纳于初级侧壳体62。初级侧壳体62具备具有开口部的有底筒状的初级侧屏蔽部63和以封闭初级侧屏蔽部63的开口部的方式配置的平板圆形状的初级侧盖部件64。初级侧屏蔽部63包括位于驻车空间52侧的顶板部63a和从顶板部63a向铅垂方向上方U立起的环状的周壁部63b。初级侧屏蔽部63例如由铜等金属材料形成。
初级侧盖部件64以封闭初级侧屏蔽部63的开口部方式形成为平板圆形状,例如由树脂材料等形成。
在对具有上述结构的环型的初级线圈单元60使用温度传感器的情况下,初级线圈单元60的磁场强度在环状的初级线圈58的中心部最强,且磁场强度随着朝向径向外侧而变弱。因此,在初级侧盖部件64的初级线圈单元60侧的内表面64r配置温度传感器100的情况下,在初级侧盖部件64的中心部C1配置温度传感器100,并以随着朝向径向外侧而温度传感器100的配置间隔变大的方式配置多个温度传感器100。
由此,在从初级线圈单元60产生的磁场强度最强的区域,也以温度检测范围成为最密的方式在初级侧盖部件64的初级线圈单元60侧的内面64r配置温度传感器100,随着远离从初级线圈单元60产生的磁场强度最强的区域,也以温度检测范围变疏的方式在初级侧盖部件64的初级线圈单元60侧的内面64r配置温度传感器100。其结果,能够得到与使用螺线管型的线圈的情况同样的作用效果。
接着,使用图2、图35~图38,对受电部20与送电部56间的电力传送的原理进行说明。
在本实施方式的电力传送系统中,如图2所示,送电部56的固有频率与受电部20的固有频率之差为受电部20或送电部56的固有频率的10%以下。通过将各送电部56和受电部20的固有频率设定在这样的范围,能够提高电力传送效率。另一方面,若固有频率之差比受电部20或送电部56的固有频率的10%大,则电力输送效率变得比10%小,会产生电池15的充电时间变长等弊端。
在此,在未设置初级电容器59的情况下,送电部56的固有频率是指由初级线圈58的电感和初级线圈58的电容形成的电路自由振荡时的振荡频率。在设置有初级电容器59的情况下,送电部56的固有频率是指由初级线圈58和初级电容器59的电容以及初级线圈58的电感形成的电路自由振荡时的振荡频率。在上述电路中,使制动力和电阻为零或实质上为零时的固有频率也称作送电部56的谐振频率。
同样,在未设置次级电容器23的情况下,受电部20的固有频率是指由次级线圈22的电感和次级线圈22的电容形成的电路自由振荡时的振荡频率。在设置有次级电容器23的情况下,受电部20的固有频率是指由次级线圈22和次级电容器23的电容以及次级线圈22的电感形成的电路自由振荡时的振荡频率。在上述电路中,使制动力和电阻为零或实质上为零时的固有频率也称作受电部20的谐振频率。
使用图35和图36,对解析固有频率之差与电力输送效率的关系而得到的模拟结果进行说明。图35是表示电力传送系统的模拟模型的图。电力输送系统具备送电装置190和受电装置191,送电装置190包括线圈192(电磁感应线圈)和送电部193。送电部193包括线圈194(1次线圈)和设置于线圈194的电容器195。
受电装置191具备受电部196和线圈197(电磁感应线圈)。受电部196包括线圈199和连接于该线圈199(2次线圈)的电容器198。
将线圈194的电感设为电感Lt,将电容器195的电容设为电容C1。将线圈199的电感设为电感Lr,将电容器198的电容设为电容C2。若这样设定各参数,则送电部193的固有频率f1由下述的式(1)表示,受电部196的固有频率f2由下述的式(2)表示。
f1=1/{2π(Lt×C1)1/2}···(1)
f2=1/{2π(Lr×C2)1/2}···(2)
在此,将在使电感Lr和电容C1、C2固定且仅使电感Lt变化的情况下的送电部193与受电部196的固有频率的偏差和电力输送效率的关系示于图36。此外,在该模拟中,线圈194与线圈199的相对的位置关系处于固定的状态,而且向送电部193供给的电流的频率是恒定的。
在图36所示的图表中,横轴表示固有频率的偏差(%),纵轴表示一定频率下的输送效率(%)。固有频率的偏差(%)由下述式(3)表示。
(固有频率的偏差)={(f1-f2)/f2}×100(%)···(3)
从图36也可以看出,在固有频率的偏差(%)为±0%的情况下,电力输送效率接近100%。在固有频率的偏差(%)为±5%的情况下,电力输送效率变为40%。在固有频率的偏差(%)为±10%的情况下,电力输送效率变为10%。在固有频率的偏差(%)为±15%的情况下,电力输送效率变为5%。即,可知,通过设定各送电部和受电部的固有频率以使固有频率的偏差(%)的绝对值(固有频率之差)处于受电部196的固有频率的10%以下的范围,能够提高电力传送效率。进而,可知,通过设定各送电部和受电部的固有频率以使固有频率的偏差(%)的绝对值成为受电部196的固有频率的5%以下,能够进一步提高电力输送效率。此外,作为模拟软件,采用了电磁场解析软件(JMAG(注册商标):株式会社JSOL制)。
接着,说明本实施方式的电力输送系统的动作。
在图1中,从高频电力驱动器54向初级线圈58供给交流电力。此时,以使在初级线圈58中流动的交流电流的频率成为特定频率的方式供给电力。
在初级线圈58流动特定频率的电流时,在初级线圈58的周围会形成以特定频率振荡的电磁场。
次级线圈22配置于自初级线圈58起的预定范围内,次级线圈22从形成于初级线圈58的周围的电磁场获取电力。
在本实施方式中,次级线圈22和初级线圈58采用了所谓的螺旋线圈。因此,在初级线圈58的周围会形成以特定频率振荡的磁场和电场,次级线圈22主要从该磁场获取电力。
在此,对形成于初级线圈58的周围的特定频率的磁场进行说明。“特定频率的磁场”典型地与电力输送效率和向初级线圈58供给的电流的频率具有关连性。因此,首先,对电力输送效率与向初级线圈58供给的电流的频率的关系进行说明。从初级线圈58向次级线圈22传送电力时的电力输送效率根据初级线圈58与次级线圈22之间的距离等各种各样的原因而变化。例如,将送电部56和受电部20的固有频率(谐振频率)设为固有频率f0,将向初级线圈58供给的电流的频率设为频率f3,将次级线圈22与初级线圈58之间的气隙设为气隙AG。
图37是示出在使固有频率f0固定的状态下使气隙AG变化时的电力输送效率与向初级线圈58供给的电流的频率f3的关系的图表。
在图37所示的图表中,横轴表示向初级线圈58供给的电流的频率f3,纵轴表示电力传送效率(%)。效率曲线L1示意性地示出气隙AG小时的电力传送效率与向初级线圈58供给的电流的频率f3的关系。如该效率曲线L1所示,在气隙AG小的情况下,电力传送效率的峰值在频率f4、f5(f4<f5)下产生。若增大气隙AG,则电力输送效率高的2个峰值以彼此接近的方式变化。然后,如效率曲线L2所示,在使气隙AG比预定距离大时,电力输送效率的峰值变为1个,在向初级线圈58供给的电流的频率为频率f6时电力输送效率成为峰值。若进一步使气隙AG比效率曲线L2的状态大,则如效率曲线L3所示,电力输送效率的峰值变小。
例如,作为用于谋求电力输送效率的提高的方法,可考虑如下的第1方法。作为第1方法,可举出如下方法:使向图1所示的初级线圈58供给的电流的频率恒定,配合气隙AG而使初级电容器59和/或次级电容器23的电容变化,从而使送电部56与受电部20之间的电力传送效率的特性变化。具体而言,在使向初级线圈58供给的电流的频率恒定的状态下,调整初级电容器59和次级电容器23的电容,以使得电力输送效率成为峰值。在该方法中,与气隙AG的大小无关,在初级线圈58和次级线圈22流动的电流的频率是恒定的。此外,作为使电力输送效率的特性变化的方法,也可以采用利用设置于送电装置50与高频电力驱动器54之间的匹配器的方法、利用转换器14的方法等。
另外,作为第2方法,是基于气隙AG的大小调整向初级线圈58供给的电流的频率的方法。例如,在图37中,在电力输送特性为效率曲线L1的情况下,向初级线圈58供给频率为频率f4或频率f5的电流。并且,在频率特性为效率曲线L2、L3的情况下,向初级线圈58供给频率为频率f6的电流。在该情况下,成为配合气隙AG的大小而使在初级线圈58和次级线圈22中流动的电流的频率变化。
在第1方法中,在初级线圈58中流动的电流的频率为固定的一定的频率,在第2方法中,在初级线圈58中流动的频率是根据气隙AG而适当变化的频率。通过第1方法、第2方法等,向初级线圈58供给以使电力输送效率高的方式设定的特定频率的电流。通过在初级线圈58中流动特定频率的电流,在初级线圈58的周围会形成以特定频率振荡的磁场(电磁场)。
受电部20通过形成于受电部20与送电部56之间且以特定频率振荡的磁场以及以特定频率振荡的电场的至少一方从送电部56接受电力。因此,“以特定频率振荡的磁场”不一定限于固定频率的磁场,“以特定频率振荡的电场”也不一定限于固定频率的电场。
此外,在上述例子中,虽然着眼于气隙AG来设定向初级线圈58供给的电流的频率,但电力输送效率也根据初级线圈58与次级线圈22的水平方向上的偏移等其他原因而变化,有时基于该其他原因来调整向初级线圈58供给的电流的频率。
此外,虽然对采用螺旋线圈作为共振线圈的例子进行了说明,但在采用了弯折线等天线等作为共振线圈的情况下,通过在初级线圈58中流动特定频率的电流,在初级线圈58的周围会形成特定频率的电场。然后,通过该电场在送电部56与受电部20之间进行电力传送。
在本实施方式的电力传送系统中,通过利用电磁场的“静电磁场”处于支配地位的邻近场(瞬逝场)来谋求送电和受电效率的提高。图38是表示距电流源或磁流源的距离与电磁场强度的关系的图。参照图38,电磁场包括3个成分。曲线k1是与距波源的距离成反比的成分,被称作“辐射电磁场”。曲线k2是与距波源的距离的平方成反比的成分,被称作“感应电磁场”。另外,曲线k3是与距波源的距离的立方成反比的成分,被称作“静电磁场”。此外,在将电磁场的波长设为“λ”时,“辐射电磁场”、“感应电磁场”以及“静电磁场”的强度大致相等的距离能够表示为λ/2π。
“静电磁场”是电磁波的强度随着距波源的距离增大而急剧减少的区域,在本实施方式的电力传送系统中,利用该“静电磁场”处于支配地位的邻近场(瞬逝场)进行能量(电力)的传送。即,在“静电磁场”处于支配地位的邻近场中,使具有接近的固有频率的送电部56和受电部20(例如一对LC谐振线圈)共振,从而从送电部56向另一方的受电部20传送能量(电力)。由于该“静电磁场”不向远方传播能量,所以与利用将能量传播到远方的“辐射电磁场”传送能量(电力)的电磁波相比,共振法能够以更少的能量损失输送电力。
对于这样的形成于受电部与送电部之间的电磁场,有时例如称作邻近场谐振(共振)耦合场。送电部与受电部之间的耦合系数κ例如为0.3以下左右,优选为0.1以下。作为耦合系数κ,也可以采用0.1~0.3程度的范围。耦合系数κ不限于这样的值,可取电力传送良好的各种值。
将本实施方式的电力传送中的送电部56与受电部20的耦合例如称作“磁共振耦合”、“磁场共振耦合”、“磁场谐振(共振)耦合”、“邻近场谐振(共振)耦合”、“电磁场谐振耦合”或“电场谐振耦合”。
“电磁场谐振耦合”是指包括“磁共振耦合”、“磁场共振耦合”、“电场谐振耦合”的全部的耦合。
在本说明书中所说明的送电部56的初级线圈58与受电部20的次级线圈22采用了线圈形状的天线,因此,送电部56与受电部20主要通过磁场耦合,送电部56与受电部20进行“磁共振耦合”或“磁场共振耦合”。
此外,作为初级线圈58和次级线圈22,例如也可以采用弯折线等天线,在该情况下,送电部56与受电部20主要通过电场耦合。此时,送电部56与受电部20进行“电场谐振耦合”。这样,在本实施方式中,在受电部20与送电部56之间以非接触方式进行电力传送。在这样以非接触方式进行电力送时,在受电部20与送电部56之间主要形成磁场。
此外,在上述实施方式中,虽然对从送电部56向受电部20输送电力的情况进行了说明,但在从受电部20向送电部56输送电力的情况下也同样能够抑制在受电部20与送电部56之间存在异物的状态下输送电力。
应该认为,此次公开的实施方式在所有方式都是例示而非限制性的内容。本发明的范围由权利要求书来表示,意在包括与权利要求书均等的含义以及范围内的所有变更。而且,上述数值等是例示,本发明不限于上述数值和范围。
标号的说明
9调整部,10电动车辆,10A车辆主体,11、191受电装置,13整流器,14转换器,15电池,16功率控制单元,17马达单元,18可动机构控制部,19B后轮,19BL左后轮,19BR右后轮,19F前轮,19FL左前轮,19FR右前轮,20、196受电部,21次级铁氧体芯(圆筒形状芯),22次级线圈,22a第1端部,22b第2端部,23次级电容器,24次级线圈单元,25底面,26地板,27次级侧壳体,28次级侧屏蔽部,28a、63a顶板部,28b、63b周壁部,29次级侧盖部件,29r、64r内表面,30驱动机构,31连杆机构,32、110驱动部,33施力部件,34L左侧缘部,33a、33b弹性部件,34B后缘部,34F前缘部,34R右侧缘部,35,93阻挡件,36切换部,37、38、87支撑部件,40、45旋转轴,41、42、46、48腿部,47发动机,49、61天线,50、190送电装置,51外部供电装置,52驻车空间,53交流电源,54高频电力驱动器,55控制部,56、193送电部,57初级铁氧体芯,58初级线圈,59初级电容器,60初级线圈单元,62初级侧壳体,63初级侧屏蔽部,64初级侧盖部件,64C区域,66L左侧后边部,66R右侧后边部,73端面壁,74、75侧面壁,80、81、92齿轮,82马达,83、84、85、86端部,88装置主体,89保持装置,90、91阻挡片,95转子,96定子,97编码器,98轴部,99齿部,100、100a、100b、100c温度传感器,100A第1温度传感器群,100B第2温度传感器群,110a第1导电板,110b第2导电板,110c第3导电板,111扭簧,192、194、197、199线圈,195、198电容器,300电阻,500板,550监视电路,600逻辑电路(检测电路)。

Claims (19)

1.一种受电装置,具备:
受电部,其以非接触方式从设置于外部的送电部接受电力;以及
壳体,其在内部收纳所述受电部,
所述壳体包括:
盖部件,其位于所述送电部侧,磁场能够通过所述盖部件;以及
温度传感器,其配置于所述盖部件并配置有多个,用于检测位于所述送电部与所述受电部之间的异物的温度,
所述温度传感器的配置间隔在从所述受电部产生的电磁场强度强的部位比在电磁场强度弱的部位窄。
2.根据权利要求1所述的受电装置,
所述受电部包括螺线管型的线圈单元,
所述线圈单元具有:
板状的芯;以及
线圈,其以围绕卷绕轴线的周围的方式缠绕于所述芯的周面,
在与所述卷绕轴线交叉的方向上,所述电磁场强度强的部位位于与所述卷绕轴线交叉的所述线圈的端部附近的露出所述芯的区域。
3.根据权利要求1所述的受电装置,
所述受电部包括环型的线圈单元,
所述线圈单元具有:
圆筒形状的芯;以及
环状的线圈,其卷绕于所述芯的周面,
所述线圈单元的电磁场强度强的部位位于所述线圈的中心部区域。
4.根据权利要求1~3中任一项所述的受电装置,
所述温度传感器是PTC热敏电阻。
5.根据权利要求4所述的受电装置,
多个所述PTC热敏电阻串联连接。
6.根据权利要求5所述的受电装置,
多个所述PTC热敏电阻被划分为2个以上的传感器群,所述传感器群通过多个所述PTC热敏电阻串联连接而成,
所述受电装置具有检测电路,所述检测电路在任一传感器群所包含的所述PTC热敏电阻检测到预定温度以上的温度的情况下输出检测信号。
7.根据权利要求1所述的受电装置,
所述受电部搭载于车辆,
在所述受电部设置有驱动机构,所述驱动机构能够使所述受电部以朝向所述送电部接近的方式移动,并且能够使所述受电部以远离所述送电部的方式移动。
8.根据权利要求1所述的受电装置,
所述送电部的固有频率与所述受电部的固有频率之差为所述受电部的固有频率的10%以下。
9.根据权利要求1所述的受电装置,
所述受电部与所述送电部的耦合系数为0.3以下。
10.根据权利要求1所述的受电装置,
所述受电部通过形成于所述受电部与所述送电部之间且以特定频率振荡的磁场和形成于所述受电部与所述送电部之间且以特定频率振荡的电场的至少一方从所述送电部接受电力。
11.一种送电装置,具备:
送电部,其以非接触方式向搭载于车辆的受电部输送电力;以及
壳体,其在内部收纳所述送电部,
所述壳体包括:
盖部件,其位于所述受电部侧,电磁场能够通过所述盖部件;以及
温度传感器,其配置于所述盖部件且配置有多个,用于检测位于所述送电部与所述受电部之间的异物的温度,
所述温度传感器的配置间隔在从所述送电部产生的电磁场强度强的部位比在电磁场强度弱的部位窄。
12.根据权利要求11所述的送电装置,
所述送电部包括螺线管型的线圈单元,
所述线圈单元具有:
板状的芯;以及
线圈,其以围绕卷绕轴线的周围的方式缠绕于所述芯的周面,
在与所述卷绕轴线交叉的方向上,所述电磁场强度强的部位位于与所述卷绕轴线交叉的所述线圈的端部附近的露出所述芯的区域。
13.根据权利要求11所述的送电装置,
所述送电部包括环型的线圈单元,
所述线圈单元具有:
圆筒形状的芯;以及
环状的线圈,其卷绕于所述芯的周面,
所述线圈单元的电磁场强度强的部位位于所述线圈的中心部区域。
14.根据权利要求11~13中任一项所述的送电装置,
所述温度传感器是PTC热敏电阻。
15.根据权利要求14所述的送电装置,
多个所述PTC热敏电阻串联连接。
16.根据权利要求15所述的送电装置,
多个所述PTC热敏电阻被划分为2个以上的传感器群,所述传感器群通过多个所述PTC热敏电阻串联连接而成,
所述送电装置具有检测电路,所述检测电路在任一传感器群所包含的所述PTC热敏电阻检测到预定温度以上的温度的情况下输出检测信号。
17.根据权利要求11所述的送电装置,
所述送电部的固有频率与所述受电部的固有频率之差为所述受电部的固有频率的10%以下。
18.根据权利要求11所述的送电装置,
所述受电部与所述送电部的耦合系数为0.3以下。
19.根据权利要求11所述的送电装置,
所述送电部通过形成于所述受电部与所述送电部之间且以特定频率振荡的磁场和形成于所述受电部与所述送电部之间且以特定频率振荡的电场的至少一方从所述送电部接受电力。
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