CN105453383B - 非接触式受电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的非接触式受电装置是以非接触方式受电电力的非接触式受电装置，采用的结构包括：包含用于接受来自供电线圈的供电的受电线圈和谐振用电容的谐振用电路；以及在所述谐振用电路的后级，调整特定的频率中的供电侧线圈电流和受电侧线圈电流之间的相位差，以使水平方向的磁通相互抵消的相位调整电路。

Description

非接触式受电装置
技术领域
本发明涉及以非接触方式受电从地面侧设置的供电装置利用电磁力供电的电力的非接触式受电装置。
背景技术
近年来，电动汽车(EV：Electric Vehicle)、插电式混合动力汽车(PHEV：Plug-inHybrid Electric Vehicle)等的用电行驶的汽车(以下，仅称为“车辆”)日益普及。这样的车辆装载大容量的蓄电池，将从外部供电的电能存储在蓄电池中，使用存储的电能来行驶。
作为从外部对车辆的蓄电池供电的方法，已知在地面侧设置的供电装置的一次侧线圈和车辆侧设置的受电装置的二次侧线圈之间，使用电磁力进行非接触式供电的方法。在采用了该方法的非接触式供电系统中，在考虑到从位于地面的一次侧线圈向车辆底面上设置的二次侧线圈的供电的情况下，相对于地面，水平方向的磁通可能成为不必要的辐射，需要降低不必要的辐射。作为降低不必要的辐射的方法，例如，已知专利文献1中公开的方法。
在专利文献1中，公开了通过交替地切换驱动频率的扩频，抑制一定的频率中的不必要的辐射的值并降低辐射。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：特开2010-193598号公报
发明内容
发明要解决的问题
可是，上述专利文献1中公开的方法，不足以使不必要的辐射满足由法规确定的规定值，仍被要求不必要的辐射的进一步降低。此外，在非接触式供电上可使用的驱动频带上有限制，况且，通过扩频并不能使驱动频率自由地变化。而且，在非接触式供电系统中，若使驱动频率变化，则对供电效率、发热等各种各样的项目有影响，所以其实现不容易。
本发明的目的在于，提供不使驱动频率变化而降低不必要辐射的非接触式受电装置。
解决问题的方案
本发明的非接触式受电装置，是以非接触方式受电电力的非接触式受电装置，采用的结构包括：谐振用电路，包含用于接受来自供电线圈的供电的受电线圈和谐振用电容；以及相位调整电路，在所述谐振用电路的后级，调整特定的频率中的供电侧线圈电流和受电侧线圈电流之间的相位差，以使水平方向的磁通相互抵消。
发明的效果
根据本发明，能够不使驱动频率变化而降低不必要辐射。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式1、2的充电系统的结构的框图。
图2是表示图1所示的供电单元及受电单元的内部结构的框图。
图3的(a)是表示图2所示的供电单元及受电单元的等效电路的图，图3的(b)是表示不包含相位调整电路的等效电路的图。
图4是表示图1所示的供电线圈和受电线圈的配置的图。
图5是表示在本发明的实施方式1的供电线圈和受电线圈之间形成的磁场形状的概念图。
图6是表示供电侧线圈电流及受电侧线圈电流之间的相位差、相位调整电容的电容量之间的关系的图。
图7是表示本发明的实施方式2的供电线圈和受电线圈的配置的图。
图8是表示在本发明的实施方式2的供电线圈和受电线圈之间形成的磁场形状的概念图。
图9是表示供电单元及受电单元的另一内部结构的框图。
图10是表示图9所示的供电单元及受电单元的等效电路的图。
图11是表示谐振用电路的另一结构的图。
具体实施方式
以下，参照附图详细地说明本发明的实施方式。
(实施方式1)
<充电系统的结构>
使用图1说明本发明的实施方式中的充电系统10的结构。
充电系统10具有供电装置100、车辆150、以及供电侧操作单元160。再有，图1表示供电线圈103a和受电线圈154a为相对置的可供电的状态。
供电装置100被设置或被埋设在地面上，以使供电单元103被配置为从地表面g露出。供电装置100例如设置在泊车位中，在车辆150的泊车中，通过面向受电单元154而对受电单元154供电。这里，供电是指从供电线圈103a对受电线圈154a供给电力。有关供电装置100的结构，将后述。
车辆150例如是称为HEV(Hybrid Electric Vehicle；油电混合动力车)或PEV(Plug-in Electric Vehicle；插电式电动车)的以蓄电池152的电力行驶的汽车。再有，有关车辆150的结构，将后述。
供电侧操作单元160根据来自车辆外部的操作，将表示供电开始的供电开始信号或表示供电停止的供电停止信号输出到供电装置100。
<车辆的结构>
车辆150主要由车辆侧操作单元151、蓄电池152、车辆侧控制单元153、受电单元154、以及车辆侧通信单元155构成。
车辆侧操作单元151接受用户的各种操作，将与接受的操作对应的各种信号输出到车辆侧控制单元153。
蓄电池152存储从供电装置100通过受电单元154供给的电力。
车辆侧控制单元153基于从车辆侧操作单元151输入的各种信号，对于受电单元154及车辆侧通信单元155进行控制，以使它们进行伴随充电的各种处理或伴随充电停止的各种处理。此外，车辆侧控制单元153通过车辆侧通信单元155与供电装置100的供电侧控制单元102之间进行各种信息的发送接收。
受电单元154具有受电线圈154a。受电线圈154a例如是螺线管线圈，受电从供电单元103的供电线圈103a供电的电力。根据车辆侧控制单元153的控制，受电单元154将由受电线圈154a受电的电力供给蓄电池152。以在车辆150的底部中露出到外部的状态来设置受电单元154。
根据车辆侧控制单元153的控制，车辆侧通信单元155生成允许充电的允许充电信号或不允许充电的不允许充电信号，将生成的允许充电信号或不允许充电信号发送给供电侧通信单元101。这里，例如，在供电中检测出错位的情况、或蓄电池152为满充电的状态的情况等中发送不允许充电信号。
<供电装置的结构>
供电装置100主要由供电侧通信单元101、供电侧控制单元102、供电单元103构成。
供电侧通信单元101从车辆侧通信单元155接收允许充电信号或不允许充电信号，接收到的允许充电信号或不允许充电信号输出到供电侧控制单元102。
在从供电侧操作单元160输入供电开始信号，同时从供电侧通信单元101输入了允许充电信号时，供电侧控制单元102控制供电单元103，以使其对于供电线圈103a进行向受电线圈154a的供电。
此外，在从供电侧操作单元160输入了供电停止信号的情况下，或由供电侧通信单元101输入了不允许充电信号的情况下，供电侧控制单元102控制供电单元103，以使不开始供电，或停止供电。
而且，供电侧控制单元102通过供电侧通信单元101与车辆150的车辆侧控制单元153之间进行各种信息的发送接收。
供电单元103具有供电线圈103a，供电线圈103a例如是螺线管线圈。供电单元103根据供电侧控制单元102的控制，由供电线圈103a对受电线圈154a进行供电。例如，通过电磁感应方式、电场共振方式或磁共振方式，供电单元103进行供电。
<供电单元及受电单元的详细的结构>
接着，说明上述供电单元103及受电单元154的内部结构。图2是表示图1所示的供电单元103及受电单元154的内部结构的框图。
供电单元103包括电源单元201、切换单元202、电压检测单元203、供电侧逆变器204、电流检测单元205及供电线圈103a。
电源单元201通过切换单元202对于供电侧逆变器204供给规定的电压及电流的直流电力。
根据供电侧控制单元102的控制，切换单元202切换电源单元201和供电侧逆变器204之间的连接或断开。
电压检测单元203检测从电源单元201对供电侧逆变器204供给的直流电力的电压值，将检测出的电压值输出到供电侧控制单元102。
根据供电侧控制单元102的控制，供电侧逆变器204将从电源单元201供给的直流电力转换为交流电力并供给供电线圈103a。再有，将对供电线圈103a供给的电流称为供电侧线圈电流。
电流检测单元205检测从供电侧逆变器204对供电线圈103a供给的交流电力的电流值及电流的相位，将检测出的电流值及电流的相位输出到供电侧控制单元102。
供电线圈103a通过由供电侧逆变器204接受交流电力的供给，对于受电线圈154a供电。
再有，在电源单元201和供电侧逆变器204之间设置了电压检测单元203，但也可以在供电侧逆变器204和供电线圈103a之间设置电压检测单元203。此外，在供电侧逆变器204和供电线圈103a之间设置了电流检测单元205，但也可以在电源单元201和供电侧逆变器204之间设置电流检测单元205。
受电单元154包括谐振用电路251、电流检测单元252、相位调整电路253、整流电路257、电压检测单元258。
谐振用电路251包含受电线圈154a及谐振用电容154b。受电线圈154a接受由供电单元103的供电线圈103a产生的电磁场(包含磁通)并产生电动势，将产生的电动势供给相位调整电路253。再有，以下，将由电动势产生的电流称为受电侧线圈电流。谐振用电容154b与受电线圈154a之间进行谐振，有助于在规定的频率(谐振频率)中高效率地流动电流。
电流检测单元252检测从受电线圈154a供给的电力的电流值及电流的相位，将检测出的电流值及电流的相位输出到车辆侧控制单元153。
相位调整电路253包括与受电线圈154a并联连接的相位调整电容255，在相位调整电容255的两端连接着继电器254、256。供电特性因间隙、位置错位、SOC(State of Charge；充电状态)等的状态而变化，所以产生要不要进行相位调整。为了应对它，将继电器254、256接通或关断。相位调整电路253通过车辆侧控制单元153的控制而接通继电器254、256时，相位调整电容255起作用，调整从受电线圈154a供给的受电侧线圈电流的相位，以使调整了相位的受电侧线圈电流和供电侧线圈电流之间的相位差为180°。
这里，车辆侧控制单元153通过车辆侧通信单元155从供电装置100的供电侧控制单元102获取供电侧线圈电流的相位，从受电单元154的电流检测单元252获取受电侧线圈电流的相位。如果获取的供电侧线圈电流和受电侧线圈电流之间的相位差为规定的阈值以上，则车辆侧控制单元153进行控制，以使相位调整电路253的继电器254、256为接通(ON)。
整流电路257将通过相位调整电路253调整了相位的受电侧线圈电流进行整流，供给蓄电池152。
电压检测单元258检测从整流电路257对蓄电池152供给的直流电力的电压值，将检测出的电压值输出到车辆侧控制单元153。
<充电系统的电路结构>
图3(a)是表示图2所示的供电单元103及受电单元154的等效电路的图。在该图中，R1表示供电单元103内的电阻，C1表示供电单元103的谐振用电容(图2中，未图示)，L1表示供电单元103的谐振用电感(相当于供电线圈103a)。此外，L2表示受电单元154的谐振用电感(相当于受电线圈154a)，R2表示受电单元154内的布线电阻及整流电路257的电阻、C2表示谐振用电容154b，C’2表示相位调整电容255，R1d＝Z0表示蓄电池(负载)。再有，图3(b)中仅供参考地表示不包含相位调整电路的等效电路。
<线圈的配置>
接着，使用图4说明上述供电线圈103a和受电线圈154a的配置。图4中，表示进行了供电线圈103a和受电线圈154a的位置对准的状态，省略贯通线圈内的铁心。此外，x轴表示车辆150的横向方向(+x方向为车辆150的右方向，-x方向为车辆150的左方向)，y轴表示车辆150的前后方向(+y方向为车辆150的后方，-y方向为车辆150的前方)，z轴表示对于地面的垂直方向(+z方向为车辆150的上方，-z方向为车辆150的下方)。
图4(a)表示xy平面，图4(b)表示xz平面，图4(c)表示yz平面。此外，图4(d)表示供电线圈103a和受电线圈154a的立体图。
这样，供电线圈103a和受电线圈154a中分别使用的螺线管线圈与地面g平行地配置其中心轴。
<磁通的方向>
图5是表示供电线圈103a和受电线圈154a之间形成的磁场形状的概念图。其中，驱动供电线圈103a的驱动频率假设为一定。该图表示图4所示的yz平面。图5(a)表示供电侧线圈电流的相位和受电侧线圈电流的相位为同相(相位差0)的情况下的磁场形状，图5(b)表示供电侧线圈电流的相位和受电侧线圈电流的相位为反相(相位差180°)的情况下的磁场形状。
可知在图5(a)中，磁通(图中，粗箭头)面向+y方向、即面向车辆150的后方互相增强，在图5(b)中，水平方向的磁通相互抵消。这样，通过将供电侧线圈电流的相位和受电侧线圈电流的相位成为反相，水平方向的磁通相互抵消，所以能够防止不必要的辐射漏到外部。
<相位调整电容的电容量>
接着，说明相位调整电容255的电容量。图6是表示供电侧线圈电流及受电侧线圈电流之间的相位差和相位调整电容的电容量之间的关系的图。在图6中，纵轴表示相位差[°]，横轴表示相位调整电容的电容量[μF]。由图6可知，优选将相位调整电容容量设定为相位差最接近180°的电容量。
<实施方式1的效果>
这样，根据实施方式1，在供电线圈103a和受电线圈154a中适用螺线管线圈，为使受电侧线圈电流和供电侧线圈电流之间的相位差为180°，通过相位调整电路调整受电侧线圈电流的相位，由供电线圈103a及受电线圈154a形成的水平方向的磁通相互抵消，所以能够不使驱动频率变化，而防止不必要的辐射漏到外部。
(实施方式2)
在实施方式1中，说明了在供电线圈及受电线圈中使用了螺线管线圈的情况，在本发明的实施方式2中，说明在供电线圈及受电线圈中使用螺旋线圈的情况。再有，本发明的实施方式2的充电系统的结构与实施方式1的图1及图2所示的结构是同样的，所以对于不同的作用，根据需要引用图1及图2来说明。
<供电单元及受电单元的详细的结构>
供电单元103具有供电线圈103a，供电线圈103a例如是螺旋线圈。根据供电侧控制单元102的控制，供电单元103由供电线圈103a对受电线圈154a进行供电。
受电单元154具有受电线圈154a。受电线圈154a例如是螺旋线圈，受电从供电单元103的供电线圈103a供电的电力。
相位调整电路253包括与受电线圈154a并联连接的相位调整电容255，在相位调整电容255的两端连接着继电器254、256。相位调整电路253通过由车辆侧控制单元153的控制，接通继电器254、256，相位调整电容255起作用，调整从受电线圈154a供给的受电侧线圈电流的相位，以使调整了相位的受电侧线圈电流和供电侧线圈电流之间的相位差为0。
<线圈的配置>
使用图7说明供电线圈103a和受电线圈154a的配置。图7中，表示进行了供电线圈103a和受电线圈154a的位置对准的状态。
图7(a)表示xy平面，图7(b)表示yz平面，图7(c)表示xz平面。此外，图7(d)表示供电线圈103a和受电线圈154a的立体图。
这样，在供电线圈103a和受电线圈154a中分别使用平板状的螺旋线圈，螺旋线圈的其平板面与地面g平行地配置。
<磁通的方向>
图8是表示供电线圈103a和受电线圈154a之间形成的磁场形状的概念图。其中，驱动供电线圈103a的驱动频率假定为一定。该图表示图7所示的yz平面或xz平面。图8(a)表示供电侧线圈电流的相位和受电侧线圈电流的相位为反相(相位差180°)的情况下的磁场形状，图8(b)表示供电侧线圈电流的相位和受电侧线圈电流的相位为同相(相位差0)的情况下的磁场形状。
图8(a)中，可知磁通(图中，粗箭头)朝向水平方向，图8(b)中，可知水平方向的磁通相互抵消，垂直方的磁通(图中，粗箭头)朝向+z方向，即朝向车辆150的方向。这样，通过使供电侧线圈电流的相位和受电侧线圈电流的相位成为同相，水平方向的磁通相互抵消，所以能够防止不必要的辐射漏到外部。
<实施方式2的效果>
这样，根据实施方式2，在供电线圈103a和受电线圈154a中适用螺旋线圈，通过相位调整电路调整受电侧线圈电流的相位，以使受电侧线圈电流和供电侧线圈电流之间的相位差为0°，由供电线圈103a及受电线圈154a形成的水平方向的磁通相互抵消，所以能够不使驱动频率变化，而防止不必要的辐射漏到外部。
以上，说明了实施方式。
再有，在上述各实施方式中，以在相位调整电路中使用相位调整电容的情况为例进行了说明。但是，本发明不限于此。例如，如图9所示，在相位调整电路253中也可以使用相位调整电感261。该情况下，相位调整电路253通过接通继电器262，关断继电器263而使相位调整电感261起作用。相反地，在关断相位调整电感261的作用的情况下，将继电器262关断，将继电器263接通。再有，图10中表示图9所示的供电单元103及受电单元154的等效电路。
此外，在上述各实施方式中，作为谐振用电路，以将受电线圈和电容并联地连接的情况为例子进行了说明。但是，本发明不限于此。例如，如图11(a)所示，可以在受电线圈154a的一端串联地连接电容，如图11(b)所示，也可以在受电线圈154a的两端串联地连接电容。
此外，在上述各实施方式中，以将相位调整电容的电容量设为一定的情况为例子进行了说明。但是，本发明不限于此，也可以将相位调整电容设为可变电容。这种情况下，通过根据驱动频率调整电容量，能够以相互抵消水平方向的磁通来形成。
工业实用性
本发明的非接触式受电装置，例如能够适用于PHEV或EV等的车辆。
标号说明
10充电系统
100供电装置
101供电侧通信单元
102供电侧控制单元
103供电单元
103a供电线圈
150车辆
151车辆侧操作单元
152蓄电池
153车辆侧控制单元
154受电单元
154a受电线圈
154b谐振用电容
155车辆侧通信单元
160供电侧操作单元
201电源单元
202切换单元
203、258电压检测单元
204供电侧逆变器
205、252电流检测单元
251谐振用电路
253相位调整电路
254、256、262、263继电器
255相位调整电容
257整流电路
261相位调整电感

Claims (9)

1.车辆用非接触式受电装置，是以非接触方式受电电力的车辆用的非接触式受电装置，包括：
谐振用电路，包含用于接受来自供电线圈的供电的受电线圈和谐振用电容；以及
相位调整电路，设置在所述谐振用电路的后级，
所述受电线圈设置在所述车辆的底部，
所述供电线圈设置在地面上，
所述相位调整电路调整在特定的频率中所述供电线圈的电流和所述受电线圈的电流的相位差，以抵消与所述地面为基准的平行方向的磁通。
2.如权利要求1所述的车辆用非接触式受电装置，
所述相位调整电路是与所述受电线圈并联地连接的电容。
3.如权利要求1所述的车辆用非接触式受电装置，
所述相位调整电路是与所述受电线圈串联地连接的电感。
4.如权利要求1所述的车辆用非接触式受电装置，
所述相位调整电路包括切换该相位调整电路的动作的继电器。
5.如权利要求4所述的车辆用非接触式受电装置，
在将所述特定的频率设为驱动频率的情况下，所述继电器被切换，以使所述相位调整电路动作。
6.如权利要求5所述的车辆用非接触式受电装置，
基于所述供电侧线圈电流和所述受电侧线圈电流之间的相位差，所述继电器被切换，以使所述相位调整电路动作。
7.如权利要求1所述的车辆用非接触式受电装置，
所述相位调整电路是与所述受电线圈并联地连接的可变电容。
8.如权利要求7所述的车辆用非接触式受电装置，
所述可变电容根据驱动频率改变电容量，以使以所述地面为基准的平行方向的磁通相互抵消。
9.如权利要求1所述的车辆用非接触式受电装置，
所述供电线圈及所述受电线圈是螺线管线圈或螺旋线圈。
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