CN106134035B - 电力传输系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种抑制噪声的产生、减少噪声的泄漏的电力传输系统。本发明的电力传输系统经由在具有初级谐振器线圈(160)的初级谐振器产生的规定频率的电磁场向具有次级谐振器线圈(260)的次级谐振器传输电能，并且，通过将上述规定频率及其高次谐波分量中的一个作为噪声减少对象频率而具备两个噪声消除谐振器，来减少噪声，上述电力传输系统的特征在于，具备：具有第一噪声消除谐振器线圈(310)并具有比上述噪声减少对象频率高根据上述初级谐振器线圈(160)与上述第一噪声消除谐振器线圈(310)的耦合度来决定的第一移频的量的谐振频率的第一噪声消除谐振器(300)；以及具有第二噪声消除谐振器线圈(350)并具有比上述噪声减少对象频率低根据上述初级谐振器线圈(160)与上述第二噪声消除谐振器线圈(350)的耦合度来决定的第二移频的量的谐振频率的第二噪声消除谐振器(340)。
Description
技术领域
本发明涉及借助磁共振方式以无线进行电力的输送与接收的电力传输系统。
背景技术
磁共振方式的无线电力传输系统比较大的特征之一在于，通过使送电侧天线的谐振频率与受电侧天线的谐振频率相同，来从送电侧天线对受电侧天线高效地进行能量传递，并且能够使电力传输距离为数十cm～数m。
在电动汽车等车辆的供电站使用上述那样的磁共振方式的无线电力传输系统的情况下，考虑如下方法：将受电侧天线搭载于车辆的底部，从埋设于地上的送电侧天线对该受电侧天线进行供电。在这样的电力传输方式中，考虑如下问题：送电侧天线与受电侧天线之间难以完全地电磁耦合，会有很多从天线辐射的噪声产生从而车体底部的金属等因此而引起温度上升等情况。
因此，在无线电力传输系统中，需要研究用于减少从天线产生的噪声的方案。
此外，作为减少高频噪声的技术，例如专利文献1(日本特开2010-87024号公报)公开了在噪声的产生源的附近设置由具有环状的闭合路径的导体和与闭合路径电连接的电容器构成的谐振电路的技术。
专利文献1：日本特开2010-87024号公报
在专利文献1所记载的现有技术中，作为噪声消除用的LC谐振器的谐振频率，使之与欲除去的噪声源的频率一致，由此增大噪声减少效果。
然而，特别是作为使用磁共振方式的磁共振天线的无线电力传输系统中的噪声对策，存在即便使噪声消除谐振器的谐振频率与噪声源的频率一致，噪声减少效果也不一定较大的问题。
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经由在具有初级谐振器线圈的初级谐振器产生的规定频率的电磁场向具有次级谐振器线圈的次级谐振器传输电能，并且，通过将上述规定频率及其高次谐波分量中的一个作为噪声减少对象频率而具备两个噪声消除谐振器，来减少噪声，上述电力传输系统的特征在于，具备：第一噪声消除谐振器，其具有第一噪声消除谐振器线圈，并具有比上述噪声减少对象频率高第一移频的量的谐振频率，上述第一移频根据上述初级谐振器线圈与上述第一噪声消除谐振器线圈的耦合度来决定；以及第二噪声消除谐振器，其具有第二噪声消除谐振器线圈，并具有比上述噪声减少对象频率低第二移频的量的谐振频率，上述第二移频根据上述初级谐振器线圈与上述第二噪声消除谐振器线圈的耦合度来决定。
另外，本发明所涉及的电力传输系统的特征在于，上述初级谐振器线圈由主线圈构成，上述主线圈通过使导体线绕与地面平行的第一基准轴卷绕而成，在上述电力传输系统中配置有上述第一噪声消除谐振器线圈，该第一噪声消除谐振器线圈通过使导体线绕第二基准轴卷绕而成，上述第二基准轴在由上述主线圈的卷绕端面的延长面构成的空间的外侧并且与上述第一基准轴平行。
另外，本发明所涉及的电力传输系统的特征在于，上述初级谐振器线圈由主线圈构成，上述主线圈通过使导体线绕与地面平行的第一基准轴卷绕而成，在上述电力传输系统中配置有上述第二噪声消除谐振器线圈，该第二噪声消除谐振器线圈通过使导体线绕第三基准轴卷绕而成，上述第三基准轴在由上述主线圈的卷绕端面的延长面构成的空间的内侧并且与上述第一基准轴平行。
另外，本发明所涉及的电力传输系统的特征在于，在上述初级谐振器线圈与上述第一噪声消除谐振器线圈之间的互感分量为Lm1、上述第一噪声消除谐振器线圈的电容分量为Cn1时，
上述第一移频为
[式8]
另外，本发明所涉及的电力传输系统的特征在于，在上述初级谐振器线圈与上述第二噪声消除谐振器线圈之间的互感分量为Lm2、上述第二噪声消除谐振器线圈的电容分量为Cn2时，
上述第二移频为
[式14]
另外，本发明所涉及的电力传输系统的特征在于，上述噪声消除谐振器线圈的Q值为50以上。
在本发明所涉及的电力传输系统中，具备噪声消除谐振器，该噪声消除谐振器具有噪声消除谐振器线圈，并具有比上述规定频率高移频的量的谐振频率，该移频根据上述初级谐振器线圈与上述噪声消除谐振器线圈的耦合度来决定，根据这样的本发明，特别是在使用磁共振方式的磁共振天线的无线电力传输系统中，能够抑制噪声的产生，能够减少噪声的泄漏。
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4是对本发明的实施方式所涉及的电力传输系统中的初级谐振器以及次级谐振器的设置方式进行说明的图。
图5是对初级谐振器线圈以及次级谐振器线圈的布局进行说明的图。
图6是对本发明的实施方式所涉及的第一噪声消除谐振器300以及第二噪声消除谐振器340与作为噪声源的初级谐振器150之间的耦合进行说明的图。
图7是将传输效率的频率依赖性与噪声辐射率的频率依赖性的图重叠而示出的图。
图8是将传输效率的频率依赖性与噪声辐射率的频率依赖性的图重叠而示出的图。
图9是示意性地示出第一极值频率(磁壁条件耦合时频率)下的电流与电场的样子的图。
图10是示意性地示出第二极值频率(电壁条件耦合时频率)下的电流与电场的样子的图。
图11是对通过第一噪声消除谐振器300来提高噪声减少效率的情况进行说明的示意图，图11的(A)表示初级谐振器150的初级谐振器线圈160与第一噪声消除谐振器300的第一噪声消除谐振器线圈310在磁壁条件下耦合的情况，图11的(B)表示初级谐振器150的初级谐振器线圈160与第一噪声消除谐振器300的第一噪声消除谐振器线圈310在电壁条件下耦合的情况。
图12是对通过第二噪声消除谐振器340来提高噪声减少效率的情况进行说明的示意图，图12的(A)表示初级谐振器150的初级谐振器线圈160与第二噪声消除谐振器340的第二噪声消除谐振器线圈350在磁壁条件下耦合的情况，图12的(B)表示初级谐振器150的初级谐振器线圈160与第二噪声消除谐振器340的第二噪声消除谐振器线圈350在电壁条件下耦合的情况。
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。此外，在本实施方式中，对使用初级谐振器150作为构成电力传输系统的送电侧的天线、另外使用次级谐振器250作为受电侧的天线的例子进行说明。
作为本发明的使用天线的电力传输系统，例如假定用于对电动汽车(EV)、混合动力汽车(HEV)等车辆的充电的系统。电力传输系统对上述那样的车辆非接触地传输电力，因此设置于能够供该车辆停车的停车空间。车辆的用户使车辆停车在设置有该电力传输系统的停车空间，使搭载于车辆的次级谐振器250与上述初级谐振器150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侧的初级谐振器150向受电侧系统200侧的次级谐振器250高效地传输电力时，通过使初级谐振器150的谐振频率与次级谐振器250的谐振频率相同，来从送电侧天线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是将所输入的工业电源转换为一定的直流的转换器。来自该AC/DC转换部101的输出在电压控制部102中，被升压至规定的电压。在该电压控制部102生成的电压的设定能够由主控制部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所示那样，由以全桥方式连接的由QA～QD构成的4个场效应晶体管(FET)构成。
在本实施方式中，构成为在串联连接的开关元件QA和开关元件QB之间的连接部T1与串联连接的开关元件QC和开关元件QD之间的连接部T2之间连接匹配器104，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，从而在连接部T1与连接部T2之间产生矩形波的交流电压。此外，在本实施方式中，通过各开关元件的开关为生成的矩形波的频率的范围为20kHz～数千kHz左右。
针对构成上述那样的逆变器部103的开关元件QA～QD的驱动信号从主控制部110输入。另外，用于驱动逆变器部103的频率能够由主控制部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的输出被供给至初级谐振器150。构成匹配器104的无源元件的电路常数能够根据来自主控制部110的指令来进行调整。主控制部110产生针对匹配器104的指令，以使得初级谐振器150与次级谐振器250共振。此外，匹配器104不是必要结构。
初级谐振器150由具有感抗分量的初级谐振器线圈160和具有容抗分量的初级谐振器电容器170构成，通过与对置配置的车辆搭载的次级谐振器250共振，而能够将从初级谐振器150输出的电能输送至次级谐振器250。初级谐振器150及次级谐振器250作为电力传输系统100中的磁共振天线部来发挥作用。
电力传输系统100的主控制部110是由CPU、保持在CPU上进行动作的程序的ROM、以及作为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以与和图示的主控制部110连接的各结构配合的方式来进行动作。
另外，通信部120构成为与车辆侧的通信部220进行无线通信，与车辆之间能够进行数据的收发。通过通信部120接收到的数据能够传送至主控制部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，次级谐振器250通过与初级谐振器150共振来接受从初级谐振器150输出的电能。这样的次级谐振器250被安装于车辆的底面部。
次级谐振器250由具有感抗分量的次级谐振器线圈260和具有容抗分量的次级谐振器电容器270构成。
通过次级谐振器250接收到的交流电力在整流部202中被整流，被整流过的电力通过充电控制部203蓄电于电池204。充电控制部203基于来自主控制部210的指令来控制电池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中被升压或降压至规定的电压值，之后蓄电于电池204。另外，充电控制部203构成为也能够进行电池204的余量管理等。
主控制部210是由CPU、保持在CPU上进行动作的程序的ROM、以及作为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以与和图示的主控制部210连接的各结构配合的方式进行动作。
界面部215被设置于车辆的驾驶座部，向用户(驾驶员)提供规定信息等，或者接受来自用户的操作及输入，由显示装置、按钮类、触摸面板、扬声器等构成。若用户的规定操作被执行，则作为操作数据从界面部215输送至主控制部210并被处理。另外，在向用户提供规定信息时，从主控制部210向界面部215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构成为与送电侧的通信部120进行无线通信，与送电侧的系统之间能够进行数据的收发。通过通信部220接收到的数据能够传送至主控制部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。
欲通过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，从界面部215进行执行充电的主旨的输入。接收到该输入的主控制部210取得来自充电控制部203的电池204的余量，对电池204的充电所需要的电量进行计算。计算出的电量和委托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。接收到这些内容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以及匹配器104来向车辆侧传输电力。
接下来，对以上那样构成的初级谐振器150及次级谐振器250各自的电路常数(电感分量、电容分量)进行说明。图3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。
在本发明所涉及的电力传输系统100中，通过构成为初级谐振器150的电路常数(电感分量、电容分量)与次级谐振器250的电路常数并不相同，来提高传输效率。
在图3所示的等效电路中，示出：初级谐振器150的电感分量为L1、电容分量为C1、电阻分量为Rt1，次级谐振器250的电感分量为L2、电容分量为C2、电阻分量为Rt2，初级谐振器150与次级谐振器250之间的互感为M。此外，电阻分量Rt1以及电阻分量Rt2是导线等的内部电阻，不是有意设置的。另外，R表示电池204的内部电阻。另外，初级谐振器150与次级谐振器250之间的耦合系数用K表示。
另外，在本实施方式中，考虑初级谐振器150构成电感分量为L1、电容分量为C1的串联谐振器，另外次级谐振器250构成电感分量为L2、电容分量为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侧的初级谐振器150向受电侧系统200侧的次级谐振器250高效地传输电力时，通过使初级谐振器150的谐振频率与次级谐振器250的谐振频率相同，来从送电侧天线(初级谐振器150)对受电侧天线(次级谐振器250)高效地进行能量传递。用于此的条件能够由下述式(1)表示。
[式1]
若将该式仅由电感分量L1、电容分量C1、电感分量L2、电容分量C2的关系来表示，则能够归纳为下述式(2)。
[式2]
L1C1＝L2C2···(2)
另外，初级谐振器150的阻抗能够由下述式(3)表示，另外，次级谐振器250的阻抗能够由下述式(4)表示。此外，在本说明书中，将由下述式(3)以及下述式(4)定义的值定义为各个谐振器的阻抗。
[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转移至恒压充电模式，则电池204的电压恒定，所以输入阻抗根据充电功率而变化。若向电池204的充电功率大，则输入阻抗低，若充电功率小则输入阻抗高。从效率的方面考虑，优选受电侧的次级谐振器250设定为接近与电池204的充电功率对应的输入阻抗的阻抗。
另一方面，从效率的方面考虑，从送电侧的电源观察到的向初级谐振器150的输入阻抗越高越好。这是因为：由于电源的内部电阻量而以与电流的平方成比例地产生损耗。
根据以上内容，优选由(3)式表示的初级谐振器150的阻抗与由(4)式表示的次级谐振器250的阻抗之间满足下述式(5)的关系。
[式5]
若将该式仅由电感分量L1、电容分量C1、电感分量L2、电容分量C2的关系来表示，则能够归纳为下述式(6)。
[式6]
在本发明所涉及的电力传输系统100中，初级谐振器150的电路常数与次级谐振器250的电路常数满足上述的式(2)以及式(6)，因此在利用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。
还言及与电池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，能够举出次级谐振器250的阻抗与电池204的阻抗匹配。
即，在本实施方式中，除了式(2)以及式(6)的条件之外，式(4)的次级谐振器250的阻抗与电池204的阻抗R之间还具有下述式(7)的关系，
[式7]
由此，在利用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。
接下来，对以上那样构成的电力传输系统100中的噪声泄漏对策进行说明。
如上述说明过的那样，在本实施方式所涉及的电力传输系统100中，为了进行对电动汽车(EV)、混合动力汽车(HEV)等的车辆搭载电池的充电而使用。图4是对本发明的实施方式所涉及的电力传输系统中的初级谐振器150以及次级谐振器250的设置方式进行说明的图。
如图4所示，构成初级谐振器150的初级谐振器线圈160以及初级谐振器电容器170被收纳于初级谐振器壳体140，并被配置于地面上。另一方面，构成次级谐振器250的次级谐振器线圈260以及次级谐振器电容器270被收纳于次级谐振器壳体240，并被安装于车辆的底面部。
若在上述那样的状况下，利用电力传输系统100实施电力传输，则在初级谐振器150与次级谐振器250不对置的周边部，产生电磁场强度高的区域，从而噪声泄漏。
这样的在电力传输中从谐振器泄漏的电磁场入射至车辆的金属部并对其进行加热，或者存在从车辆的底面与地面之间泄漏而对环境、人体造成影响的可能性，因此不优选。
因此，在本发明所涉及的电力传输系统100中，将第一噪声消除谐振器300以及第二噪声消除谐振器340这两个噪声消除谐振器配置在作为送电侧的天线的初级谐振器150的附近，由此能够减少上述那样的泄漏，能够抑制因电磁场的泄漏带来的对环境、人体的影响。
图5是对初级谐振器线圈160以及次级谐振器线圈260的布局进行说明的图。
图5是去除收纳初级谐振器150的初级谐振器壳体140以及收纳次级谐振器250的次级谐振器壳体240而示出的图。此外，在本图中，仅示出初级谐振器150的初级谐振器线圈160，初级谐振器电容器170省略图示。同样地，仅示出次级谐振器250的次级谐振器线圈260，次级谐振器电容器270省略图示。
在本实施方式中，初级谐振器线圈160由铁氧体基材161和卷绕于该铁氧体基材161的线圈绕组162构成，次级谐振器线圈260由铁氧体基材261和卷绕于该铁氧体基材261的线圈绕组262构成。也将该初级谐振器线圈160称为主线圈。该初级谐振器线圈160(主线圈)被定义为通过使导体线绕与地面平行的第一基准轴卷绕而构成的线圈。
另外，在本发明中使用的第一噪声消除谐振器300由具有电感分量Ln1的第一噪声消除谐振器线圈310和具有电容分量Cn1的第一噪声消除谐振器电容器320的串联连接而构成，但在图5中仅图示第一噪声消除谐振器线圈310，第一噪声消除谐振器电容器320省略图示。另外，第一噪声消除谐振器线圈310由铁氧体基材311和卷绕于该铁氧体基材311的线圈绕组312构成。
这里，在本实施方式中，第一噪声消除谐振器线圈310使用通过使导体线绕第二基准轴卷绕而成的线圈，所述第二基准轴在由初级谐振器线圈160(主线圈)的卷绕端面的延长面构成的空间的外侧并且与上述第一基准轴平行。
另外，在本发明中使用的第二噪声消除谐振器340由具有电感分量Ln2的第二噪声消除谐振器线圈350和具有电容分量Cn2的第二噪声消除谐振器电容器360的串联连接而构成，但在图5中仅图示第二噪声消除谐振器线圈350，第二噪声消除谐振器电容器360省略图示。另外，第二噪声消除谐振器线圈350由铁氧体基材351和卷绕于该铁氧体基材351的线圈绕组352构成。
这里，在本实施方式中，第二噪声消除谐振器线圈350使用通过使导体线绕第三基准轴卷绕而成的线圈，上述第三基准轴在由初级谐振器线圈160(主线圈)的卷绕端面的延长面构成的空间的内侧并且与上述第一基准轴平行。
对第一噪声消除谐振器300以及第二噪声消除谐振器340进一步详细地进行说明。此外，在本发明中使用的第一噪声消除谐振器300以及第二噪声消除谐振器340特别适于使用磁共振方式的磁共振天线的无线电力传输系统中的噪声对策，但并不局限于上述电力传输系统那样的噪声源，也可以针对各种噪声源来提高噪声减少效率。
图6是对本发明的实施方式所涉及的第一噪声消除谐振器300以及第二噪声消除谐振器340与作为噪声源的初级谐振器150之间的耦合进行说明的图。
在图6中，初级谐振器150被用作电力传输系统的送电用的天线，假定初级谐振器150产生规定的基本频率的电磁场，对未图示的受电用的次级谐振器250以磁共振方式进行电力的传输。
初级谐振器150由具有电感分量L1的初级谐振器线圈160和具有电容分量C1的初级谐振器电容器170的串联连接而构成。
另一方面，第一噪声消除谐振器300由具有电感分量Ln1的第一噪声消除谐振器线圈310和具有电容分量Cn1的第一噪声消除谐振器电容器320的串联连接而构成，假定除去从初级谐振器150泄漏的电磁场(噪声)，而无助于对次级谐振器250的电力传输。
另外，第二噪声消除谐振器340由具有电感分量Ln2的第二噪声消除谐振器线圈350和具有电容分量Cn2的第二噪声消除谐振器电容器360的串联连接而构成，假定除去从初级谐振器150泄漏的电磁场(噪声)，而无助于对次级谐振器250的电力传输。
Lm1是初级谐振器线圈160与第一噪声消除谐振器线圈310之间的互感。
另外，Lm2是初级谐振器线圈160与第二噪声消除谐振器电容器360之间的互感。
第一噪声消除谐振器300以及第二噪声消除谐振器340实际上具有在端子部(2)闭合的构造，但在图6中，通过识别为从初级谐振器150向第一噪声消除谐振器300以及第二噪声消除谐振器340的电力传输电路，来对第一噪声消除谐振器300以及第二噪声消除谐振器340的特性进行说明。
图7是将基于初级谐振器线圈160和第一噪声消除谐振器300的电力传输电路中的传输效率的频率依赖性与噪声辐射率的频率依赖性的图重叠而示出的图。在图7中，横轴表示频率，另外，纵轴的S21表示在从端子(1)输入了信号时通过端子(2)的电力。
如图7所示，在图6的电力传输电路中的电力传输效率的频率特性中，赋予两个极值的频率有两个。在图7中，将频率低的一方的极值频率定义为第一极值频率fm1，将频率高的一方的极值频率定义为第二极值频率fe1。另外，在附图中，fc1表示噪声消除谐振器300的谐振频率。
在以作为频率低的一方的极值频率的第一极值频率驱动初级谐振器150来进行电力传输的情况下，初级谐振器150的初级谐振器线圈160与第一噪声消除谐振器300的第一噪声消除谐振器线圈310在磁壁条件下耦合。
另一方面，在以作为频率高的一方的极值频率的第二极值频率驱动初级谐振器150来进行电力传输的情况下，初级谐振器150的初级谐振器线圈160与第一噪声消除谐振器300的第一噪声消除谐振器线圈310在电壁条件下耦合。
另外，图8是将基于初级谐振器线圈160和第二噪声消除谐振器340的电力传输电路中的传输效率的频率依赖性与噪声辐射率的频率依赖性的图重叠而示出的图。在图8中，横轴表示频率，另外，纵轴的S31表示在从端子(1)输入了信号时通过端子(3)的电力。
如图8所示，在图6的电力传输电路中的电力传输效率的频率特性中，赋予两个极值的频率有两个。在图8中，将频率低的一方的极值频率定义为第一极值频率fm2，将频率高的一方的极值频率定义为第二极值频率fe2。另外，在附图中，fc2表示第二噪声消除谐振器340的谐振频率。
在以作为频率高的一方的极值频率的第二极值频率驱动初级谐振器150来进行电力传输的情况下，初级谐振器150的初级谐振器线圈160与第二噪声消除谐振器340的第二噪声消除谐振器线圈350在电壁条件下耦合。
另一方面，在以作为频率低的一方的极值频率的第一极值频率驱动初级谐振器150来进行电力传输的情况下，初级谐振器150的初级谐振器线圈160与第二噪声消除谐振器340的第二噪声消除谐振器线圈350在磁壁条件下耦合。
图8中的第二极值频率fe2与图7中的第一极值频率fm1相等。
以下，对在初级谐振器150的初级谐振器线圈160与噪声消除谐振器300的噪声消除谐振器线圈310之间的对称面产生的电壁以及磁壁的概念进行说明。
图9是示意性地示出第一极值频率(磁壁条件耦合时频率)下的电流与电场的样子的图。在第一极值频率下，在初级谐振器线圈160中流动的电流与在噪声消除谐振器线圈310中流动的电流的相位大致相等，磁场向量一致的位置为初级谐振器线圈160、噪声消除谐振器线圈310的中央部附近。将该状态考虑为产生磁场的方向相对于初级谐振器线圈160与噪声消除谐振器线圈310之间的对称面垂直的磁壁的状态。
如图9所示，在初级谐振器150与噪声消除谐振器300在磁壁条件下耦合时，成为来自初级谐振器线圈160的磁场进入噪声消除谐振器线圈310的状态。
另外，图10是示意性地示出第二极值频率(电壁条件耦合时频率)下的电流与电场的样子的图。在第二极值频率下，在初级谐振器线圈160中流动的电流与在噪声消除谐振器线圈310中流动的电流的相位几乎相反，磁场向量一致的位置为初级谐振器线圈160、噪声消除谐振器线圈310的对称面附近。将该状态考虑为产生磁场的方向相对于初级谐振器线圈160与噪声消除谐振器线圈310之间的对称面水平的电壁的状态。
如图10所示，在初级谐振器150与噪声消除谐振器300在电壁条件下耦合时，成为来自初级谐振器线圈160的磁场与来自噪声消除谐振器300的磁场在对称面相互排斥的状态。
此外，关于以上那样的电壁、磁壁等概念，在本说明书中引用居村岳广、堀洋一“基于电磁场共振耦合的传输技术(電磁界共振結合による伝送技術)”IEEJ Journal，Vol.129,No.7,2009、或者居村岳广、冈部浩之、内田利之、堀洋一“关于从等效电路观察到的非接触电力传输的磁场耦合和电场耦合的研究(等価回路から見た非接触電力伝送の磁界結合と電界結合に関する研究)”IEEJ Trans.IA，Vol.130,No.1,2010等中所记载的内容。
这里，可知：图7的单点划线所示的来自初级谐振器150的噪声辐射的频率特性在第一极值频率(磁壁条件耦合时频率)取得极小值，在第二极值频率(电壁条件耦合时频率)取得极大值。
由于具有上述那样的特性，在本发明中，以初级谐振器150产生的电磁场(噪声)的频率正好为第一极值频率fm1(磁壁条件耦合时频率)的关系来设定第一噪声消除谐振器300的谐振频率fc1。
更具体而言，第一噪声消除谐振器300的谐振频率fc1设定为比初级谐振器150所产生的电磁场的规定频率(在本实施方式的情况下为fm1。也称为噪声减少对象频率)高移频fs1的量的谐振频率，该移频fs1根据初级谐振器线圈160与第一噪声消除谐振器线圈310的耦合度k1(小写)来决定。
移频fs1根据初级谐振器线圈160与第一噪声消除谐振器线圈310的耦合度k1来决定，即，移频fs1由初级谐振器线圈160与第一噪声消除谐振器线圈310之间的互感Lm1决定，上述的移频fs能够根据下述式(8)求出。
[式8]
根据上述内容，第一噪声消除谐振器300的谐振频率fc1能够根据下述式(9)求出。
[式9]
fc1＝fm1+fs1 (9)
通过像上述那样设定第一噪声消除谐振器300的谐振频率fc1，从而作为噪声源的初级谐振器150的初级谐振器线圈160与第一噪声消除谐振器线圈310在磁壁条件下耦合，由此，也如图7的噪声辐射的频率特性所示那样，第一噪声消除谐振器300能够高效地除去从初级谐振器150辐射的噪声。
根据在本发明中使用的第一噪声消除谐振器300，从而特别是在使用磁共振方式的磁共振天线的无线电力传输系统中的噪声对策中，噪声减少效果较大。
此外，在本发明中使用的第一噪声消除谐振器300相对于噪声为无源结构，因此优选第一噪声消除谐振器300的特性与噪声的逆相位波的等级为倍率程度。另外，优选尽力减少第一噪声消除谐振器300中的损耗，实验确认：若第一噪声消除谐振器300的Q值为50以上，则噪声减少效果较大。
另外，从作为噪声源的初级谐振器150产生的电磁场的频率除包含基波之外，还包含该基波的高次谐波的噪声分量，因此存在针对该噪声分量也欲通过第一噪声消除谐振器300来进行除去的需求。
作为上述那样的高次谐波，在驱动初级谐振器150的频率的奇数倍的高次谐波容易辐射的系统中，从初级谐振器150产生根据下述式(10)求出的高次谐波，因此第一噪声消除谐振器300的谐振频率由下述式(11)决定即可。
[式10]
f2n-1＝(2n-1)fm1 (10)
(其中，n为自然数)
[式11]
fc1＝(2n-1)fm1+fs1 (11)
(其中，n为自然数)
另外，作为高次谐波，在驱动初级谐振器150的频率的偶数倍的高次谐波容易辐射的系统中，从初级谐振器150产生根据下述式(12)求出的高次谐波，因此第一噪声消除谐振器300的谐振频率由下述式(13)决定即可。
[式12]
f2n＝2nfm1 (12)
(其中，n为自然数)
[式13]
fc1＝2nfm1+fs1 (13)
(其中，n为自然数)
另外，可知：图8的单点划线所示的来自初级谐振器150的噪声辐射的频率特性在第一极值频率(磁壁条件耦合时频率)取得极大值，在第二极值频率(电壁条件耦合时频率)取得极小值。
由于具有上述那样的特性，在本发明中，以初级谐振器150产生的电磁场(噪声)的频率正好为第二极值频率fe2(电壁条件耦合时频率)的关系来设定第二噪声消除谐振器340的谐振频率fc2。
更具体而言，第二噪声消除谐振器340的谐振频率fc2设定为比初级谐振器150所产生的电磁场的规定频率(在本实施方式的情况下为fe2。其值与fm1相等。也称为噪声减少对象频率)低移频fs2的量的谐振频率，该移频fs2根据初级谐振器线圈160与第二噪声消除谐振器线圈350的耦合度k2(小写)来决定。
移频fs2根据初级谐振器线圈160与第二噪声消除谐振器线圈350的耦合度k2来决定，即，移频fs2由初级谐振器线圈160与第二噪声消除谐振器线圈350之间的互感Lm2决定，上述的移频fs2能够根据下述式(14)求出。
[式14]
根据以上内容，第二噪声消除谐振器340的谐振频率fc2能够根据下述式(15)求出。
[式15]
fc2＝fm2-fs2 (15)
通过像上述那样设定第二噪声消除谐振器340的谐振频率fc2，从而作为噪声源的初级谐振器150的初级谐振器线圈160与第二噪声消除谐振器线圈350在电壁条件下耦合，由此，也如图8的噪声辐射的频率特性所示那样，第二噪声消除谐振器340能够高效地除去从初级谐振器150辐射的噪声。
此外，图8中的第二极值频率fe2与图7中的第一极值频率fm1相等。
根据在本发明中使用的第二噪声消除谐振器340，从而特别是在使用磁共振方式的磁共振天线的无线电力传输系统中的噪声对策中，噪声减少效果较大。
此外，在本发明中使用的第二噪声消除谐振器340相对于噪声为无源结构，因此优选第二噪声消除谐振器340的特性与噪声的逆相位波的等级为倍率程度。另外，优选尽力减小第二噪声消除谐振器340中的损耗，实验确认：若第二噪声消除谐振器340的Q值为50以上，则噪声减少效果较大。
另外，从作为噪声源的初级谐振器150产生的电磁场的频率除包含基波之外，还包含该基波的高次谐波的噪声分量，因此存在针对该噪声分量也欲通过第二噪声消除谐振器340来进行除去的需求。
作为上述那样的高次谐波，在驱动初级谐振器150的频率的奇数倍的高次谐波容易辐射的系统中，从初级谐振器150产生根据下述式(16)求出的高次谐波，因此第二噪声消除谐振器340的谐振频率由下述式(17)决定即可。
[式16]
f2n-1＝(2n-1)fm2 (16)
(其中，n为自然数)
[式17]
fc2＝(2n-1)fm2-fs2 (17)
(其中，n为自然数)
另外，作为高次谐波，在驱动初级谐振器150的频率的偶数倍的高次谐波容易辐射的系统中，从初级谐振器150产生根据下述式(18)求出的高次谐波，因此第二噪声消除谐振器340的谐振频率由下述式(19)决定即可。
[式18]
f2n＝2nfm2 (18)
(其中，n为自然数)
[式19]
fc2＝2nfm2-fs2 (19)
(其中，n为自然数)
如上述说明过的那样，在本发明中使用的第一噪声消除谐振器300的第一噪声消除谐振器线圈310中，通过与初级谐振器150器的初级谐振器线圈160在磁壁条件下耦合，来实现噪声减少效果，对该原理示意性地进行说明。
图11是对通过本发明的实施方式所涉及的第一噪声消除谐振器300来提高噪声减少效率的情况进行说明的示意图。
图11的(A)表示初级谐振器150的初级谐振器线圈160与第一噪声消除谐振器300的第一噪声消除谐振器线圈310在磁壁条件下耦合的情况，在该情况下，成为来自初级谐振器线圈160的磁场进入第一噪声消除谐振器线圈310的状态，但若基于此，则在点X产生的磁场也进入第一噪声消除谐振器线圈310。因此，像由点划线围起的那样，来自初级谐振器线圈160的磁场与进入第一噪声消除谐振器线圈310的磁场抵消，产生噪声的消除效果。
另一方面，图11的(B)表示初级谐振器150器的初级谐振器线圈160与第一噪声消除谐振器300的第一噪声消除谐振器线圈310在电壁条件下耦合的情况，在该情况下，成为来自初级谐振器线圈160的磁场与来自第一噪声消除谐振器线圈310的磁场在初级谐振器线圈160与第一噪声消除谐振器线圈310之间相互排斥的状态，但若基于此，则产生进入点X的磁场。因此，像由点划线围起的那样，来自初级谐振器线圈160的磁场与来自第一噪声消除谐振器线圈310的磁场以相互增强的方式作用，导致噪声放大。
如上述说明过的那样，通过在本发明中使用的第二噪声消除谐振器线圈350的第二噪声消除谐振器线圈350中，与初级谐振器150器的初级谐振器线圈160在电壁条件下耦合，来实现噪声减少效果，对该原理示意性地进行说明。
图12是对通过本发明的实施方式所涉及的第二噪声消除谐振器340来提高噪声减少效率的情况进行说明的示意图。
图12的(A)表示初级谐振器150的初级谐振器线圈160与第二噪声消除谐振器340的第二噪声消除谐振器线圈350在磁壁条件下耦合的情况，在该情况下，成为来自初级谐振器线圈160的磁场进入第二噪声消除谐振器线圈350的状态，但若基于此，则在点X产生的磁场也进入第二噪声消除谐振器线圈350。因此，像由点划线围起的那样，来自初级谐振器线圈160的磁场与来自第二噪声消除谐振器线圈350的磁场以相互增强的方式作用，导致噪声放大。
另一方面，图12的(B)表示初级谐振器150器的初级谐振器线圈160与第二噪声消除谐振器340的第二噪声消除谐振器线圈350在电壁条件下耦合的情况，在该情况下，成为来自初级谐振器线圈160的磁场与来自第二噪声消除谐振器线圈350的磁场在初级谐振器线圈160与第二噪声消除谐振器线圈350之间相互排斥的状态，但若基于此，则产生进入点X的磁场。因此，像由点划线围起的那样，来自初级谐振器线圈160的磁场与进入第二噪声消除谐振器线圈350的磁场抵消，产生噪声的消除效果。
以上，在本发明所涉及的电力传输系统100中，具备第一噪声消除谐振器300以及第二噪声消除谐振器340，根据这样的本发明，特别是在使用磁共振方式的磁共振天线的无线电力传输系统中，能够抑制噪声的产生，能够减少噪声的泄漏。
产业上的可利用性
本发明的电力传输系统优选在用于对近几年正在迅速普及的电动汽车(EV)、混合动力汽车(HEV)等车辆的充电的磁共振方式的无线电力传输系统中使用。在将这样的磁共振方式的电力传输系统应用在对电动汽车(EV)、混合动力汽车(HEV)等车辆的电力供给的情况下，假定送电用的谐振器被埋设于地下部，另外，受电用的谐振器被布局于车辆的底面部。
在这样的电力传输方式中，考虑如下问题：送电侧谐振器与受电侧谐振器之间难以完全地电磁耦合，会有很多从谐振器辐射的噪声产生从而车体底部的金属等因此而引起温度上升等情况。因此，在无线电力传输系统中，需要研究用于减少从谐振器产生的噪声的方案。在现有技术中，作为噪声消除用的LC谐振器的谐振频率，使之与欲除去的噪声源的频率一致，由此增大噪声减少效果。然而，特别是作为使用磁共振方式的磁共振天线的无线电力传输系统中的噪声对策，存在即便使噪声消除谐振器的谐振频率与噪声源的频率一致，噪声减少效果也不一定较大的问题。
在本发明所涉及的电力传输系统中，具备噪声消除谐振器，该噪声消除谐振器具有噪声消除谐振器线圈，并具有比上述规定频率高移频的量的谐振频率，该移频根据上述初级谐振器线圈与上述噪声消除谐振器线圈的耦合度来决定，根据这样的本发明，特别是在使用磁共振方式的磁共振天线(谐振器)的无线电力传输系统中，能够抑制噪声的产生，能够减少噪声的泄漏，在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；110...主控制部；120...通信部；140...初级谐振器壳体；150...初级谐振器；160...初级谐振器线圈；161...铁氧体基材；162...线圈绕组；170...初级谐振器电容器；201...次级谐振器；202...整流部；203...充电控制部；204...电池；210...主控制部；215...界面部；220...通信部；240...次级谐振器壳体；250...次级谐振器；260...次级谐振器线圈；261...铁氧体基材；262...线圈绕组；270...次级谐振器电容器；300...第一噪声消除谐振器；310...第一噪声消除谐振器线圈；311...铁氧体基材；312...线圈绕组；320...第一噪声消除谐振器电容器；340...第二噪声消除谐振器；350...第二噪声消除谐振器线圈；351...铁氧体基材；352...线圈绕组；360...第二噪声消除谐振器电容器。
Claims (6)
1.一种电力传输系统，其经由在具有初级谐振器线圈的初级谐振器产生的规定频率的电磁场向具有次级谐振器线圈的次级谐振器传输电能，并且，
通过将所述规定频率及其高次谐波分量中的一个作为噪声减少对象频率而具备两个噪声消除谐振器，来减少噪声，
所述电力传输系统的特征在于，具备：
第一噪声消除谐振器，其具有第一噪声消除谐振器线圈，并具有比所述噪声减少对象频率高第一移频的量的谐振频率，所述第一移频根据所述初级谐振器线圈与所述第一噪声消除谐振器线圈的耦合度来决定；以及
第二噪声消除谐振器，其具有第二噪声消除谐振器线圈，并具有比所述噪声减少对象频率低第二移频的量的谐振频率，所述第二移频根据所述初级谐振器线圈与所述第二噪声消除谐振器线圈的耦合度来决定。
2.根据权利要求1所述的电力传输系统，其特征在于，
所述初级谐振器线圈由主线圈构成，所述主线圈通过使导体线绕与地面平行的第一基准轴卷绕而成，
在所述电力传输系统中配置有所述第一噪声消除谐振器线圈，该第一噪声消除谐振器线圈通过使导体线绕第二基准轴卷绕而成，所述第二基准轴在由所述主线圈的卷绕端面的延长面构成的空间的外侧并且与所述第一基准轴平行。
3.根据权利要求1所述的电力传输系统，其特征在于，
所述初级谐振器线圈由主线圈构成，所述主线圈通过使导体线绕与地面平行的第一基准轴卷绕而成，
在所述电力传输系统中配置有所述第二噪声消除谐振器线圈，该第二噪声消除谐振器线圈通过使导体线绕第三基准轴卷绕而成，所述第三基准轴在由所述主线圈的卷绕端面的延长面构成的空间的内侧并且与所述第一基准轴平行。
4.根据权利要求1所述的电力传输系统，其特征在于，
在所述初级谐振器线圈与所述第一噪声消除谐振器线圈之间的互感分量为Lm1、所述第一噪声消除谐振器线圈的电容分量为Cn1时，
所述第一移频为
5.根据权利要求1所述的电力传输系统，其特征在于，
在所述初级谐振器线圈与所述第二噪声消除谐振器线圈之间的互感分量为Lm2、所述第二噪声消除谐振器线圈的电容分量为Cn2时，
所述第二移频为
6.根据权利要求1～5中任一项所述的电力传输系统，其特征在于，
所述噪声消除谐振器线圈的Q值为50以上。
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