CN110383633A - 无线送电装置以及无线电力传输系统 - Google Patents

无线送电装置以及无线电力传输系统 Download PDF

Info

Publication number
CN110383633A
CN110383633A CN201880015370.9A CN201880015370A CN110383633A CN 110383633 A CN110383633 A CN 110383633A CN 201880015370 A CN201880015370 A CN 201880015370A CN 110383633 A CN110383633 A CN 110383633A
Authority
CN
China
Prior art keywords
power transmission
power
circuit
coil
wireless
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201880015370.9A
Other languages
English (en)
Inventor
伊井彰宏
宫泽陵
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
TDK Corp
Original Assignee
TDK Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by TDK Corp filed Critical TDK Corp
Publication of CN110383633A publication Critical patent/CN110383633A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/10—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles characterised by the energy transfer between the charging station and the vehicle
    • B60L53/12—Inductive energy transfer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L5/00—Current collectors for power supply lines of electrically-propelled vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/50—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
    • B60L50/60—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells using power supplied by batteries
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/10—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles characterised by the energy transfer between the charging station and the vehicle
    • B60L53/12—Inductive energy transfer
    • B60L53/122—Circuits or methods for driving the primary coil, e.g. supplying electric power to the coil
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60M—POWER SUPPLY LINES, AND DEVICES ALONG RAILS, FOR ELECTRICALLY- PROPELLED VEHICLES
    • B60M7/00—Power lines or rails specially adapted for electrically-propelled vehicles of special types, e.g. suspension tramway, ropeway, underground railway
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/10—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/10—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling
    • H02J50/12—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling of the resonant type
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/80—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power involving the exchange of data, concerning supply or distribution of electric power, between transmitting devices and receiving devices
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/90—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power involving detection or optimisation of position, e.g. alignment
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/02—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from ac mains by converters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2210/00—Converter types
    • B60L2210/40—DC to AC converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2207/00—Indexing scheme relating to details of circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J2207/20—Charging or discharging characterised by the power electronics converter
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/7072—Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/12—Electric charging stations
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/14—Plug-in electric vehicles

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
  • Current-Collector Devices For Electrically Propelled Vehicles (AREA)

Abstract

本发明提供无线送电装置以及无线电力传输系统。本发明的目的是在不使用特别传感器的情况下，精确地计算出送受电线圈间的相对方向上的分开距离。本发明的无线送电装置(Ut)是通过送电线圈与受电线圈之间的磁耦合无线地向无线受电装置(Ur)传输电力的无线送电装置，具备：将直流电力转换为驱动频率的交流电力的电力转换电路(PS)、含有包含接收从电力转换电路(PS)供给的交流电力并产生交流磁场的送电线圈的送电线圈单元(Ltu)的送电电路(Ct)、以及控制从送电线圈产生的磁通量的控制电路(Stu)；控制电路(Stu)将从送电线圈产生的磁通量控制为恒定的状态下，从无线送电装置(Ut)的电路特性值计算出送电线圈与受电线圈的相对方向上的分开距离。

Description

无线送电装置以及无线电力传输系统
技术领域
本发明涉及无线送电装置以及无线电力传输系统。
背景技术
公知有一种无线电力传输技术，利用相对的初级(送电)线圈和次级(受电)线圈之间的磁耦合，将赋予送电线圈的交流电流的能量无线地向次级线圈传输。
在该无线电力传输技术中，如果送电线圈与受电线圈的相对位置关系不适当而进行传输电力的话，则在电路的各个部分中产生意外的电压、电流而导致元件损坏的问题。因此，在开始电力传输之前，求出送电线圈与受电线圈的相对位置关系(具体而言为送受电线圈间的相对方向上以及与相对方向正交的方向上的分开距离)，研究基于该结果进行的电力传输。
在专利文献1中，公开了用于求出送电线圈与受电线圈的相对位置关系的技术。在该技术中，受电线圈安装在车辆上，送电线圈设置在停车场的地面上。由设置在车辆内的车高传感器的输出值来计算出送受电线圈间的相对方向(高度方向)上的分开距离。另一方面，根据设置在送电线圈侧的高频电源电路的输出阻抗，计算出与相对方向正交的方向(水平方向)上的分开距离。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2016-86577号公报
发明内容
发明要解决的课题
但是，根据专利文献1中记载的技术，为了求出送受电线圈间的相对方向上的分开距离，需要车高传感器。车高传感器等传感器的使用成为成本、尺寸、控制复杂性等增大的原因，因此要求进行改善。
因此本发明的目的之一是提供一种不使用特别的传感器就能够高精度地推定送受电线圈间的相对方向上的分开距离的无线送电装置以及无线电力传输系统。
用于解决课题的手段
根据本发明的无线送电装置是通过送电线圈与受电线圈的磁耦合无线地向无线受电装置传输电力的无线送电装置，具备：将直流电力转换为驱动频率的交流电力的电力转换电路、包含接收从所述电力转换电路供给的交流电力并产生交流磁场的所述送电线圈的送电电路、以及控制从所述送电线圈产生的磁通量的控制电路；所述控制电路从将从所述送电线圈产生的磁通量控制为恒定的状态下的所述无线送电装置的电路特性值计算出所述送电线圈与所述受电线圈的相对方向上的分开距离。另外，根据本发明的无线送电装置也可以是通过送电线圈与受电线圈的磁耦合向无线受电装置进行无线电力传输的无线送电装置，具备：将直流电力转换为驱动频率的交流电力的电力转换电路、包含接收从所述电力转换电路供给的交流电力并产生交流磁场的所述送电线圈的送电电路、以及控制流向所述送电线圈的电流的控制电路；所述控制电路从将流向所述送电线圈的电流控制为恒定的状态下的所述无线送电装置的电路特性值计算出所述送电线圈与所述受电线圈的相对方向上的分开距离。
在将送电线圈产生的磁通量控制在恒定的状态下，相对于送电线圈间的水平方向上的分开距离的变化，送电线圈的电感值基本没有变化。相对于送受电线圈间的相对方向上的分开距离的变化，送电线圈的电感值有很大的变化。因此，当送受电线圈之间的相对方向上的分开距离变化的话，无线送电装置的电路特性值也会有很大的变化，因此，根据本发明，在不使用特别的传感器的情况下，就能够高精度地计算出送受电线圈间的相对方向上的分开距离。
在上述无线送电装置中，所述送电电路还包含转换从外部电源供给的电力并将所述直流电力输出到所述电力转换电路的电源电路。所述控制电路可以通过使所述电源电路的输出直流电流、所述电源电路的输出直流电压或所述直流电力中的至少一个变化来控制从所述送电线圈产生的磁通量，并且所述电力转换电路具有多个开关元件，所述控制电路可以通过使所述驱动频率或所述多个开关元件的占空比变化来控制从所述送电线圈产生的磁通量。由此，能够通过控制电路来控制从送电线圈产生的磁通量，所以能够使送电线圈所产生的交流磁场强度成为恒定。
在上述无线送电装置中，所述送电电路还包含阻抗转换电路，所述阻抗转换电路在所述电力转换电路与所述送电线圈之间具有电容器或电感器的至少一个。所述控制电路也可以还包含通过改变所述阻抗转换电路的电抗值，来控制从所述送电线圈产生的磁通量。由此，能够通过控制电路来控制从送电线圈产生的磁通量，因此能够使送电线圈产生的交流磁场强度恒定。
在所述无线送电装置中，所述送电线圈构成为能够变更电感值，所述控制电路也可以通过变更所述送电线圈的电感值来控制从所述送电线圈产生的磁通量。由此，能够通过控制电路来控制从送电线圈产生的磁通量，因此能够使送电线圈产生的交流磁场强度恒定。
在该无线送电装置中，所述控制电路也可以通过控制与所述无线送电装置的电路特性值相同类型的电路特性值来将从所述送电线圈产生的磁通量控制为恒定。作为控制从送电线圈产生的磁通量恒定的结果的电路特性值，反映了送电线圈的电感值的变化，因此，据此，能够高精度地计算出送受电线圈间的相对方向上的分开距离。
根据本发明的无线电力传输系统是通过送电线圈与受电线圈的磁耦合，无线地从无线送电装置向无线受电装置传输电力的无线电力传输系统，所述无线送电装置是上述各无线送电装置中的任一种，所述无线送电装置包含：经由所述送电线圈产生的交流磁场来接收电力的所述受电线圈、整流所述受电线圈接收的电力的整流电路、检测所述整流电路的输出电压的电压检测电路；所述控制电路基于所述电压检测电路的检测结果计算出所述送电线圈与所述受电线圈之间的耦合系数，基于所述耦合系数和所述无线送电装置的电路特性值，计算出所述送电线圈与所述受电线圈的相对位置关系。由此，通过恒定地控制从送电线圈产生的磁通量，使得送受电线圈间的耦合系数与整流电路的输出电压之间的关系变得单调，因此控制电路能够从整流电路的输出电压高精度地计算出送受电线圈间的耦合系数。因此，与从送电线圈产生的磁通量控制为恒定的状态下的从无线送电装置的电路特性值得到的信息相匹配，能够更高精度地计算出送受电线圈间的相对位置关系。
在所述无线电力传输系统中，所述控制电路基于所述送电线圈与所述受电线圈的相对位置关系来计算出可传输电力，基于计算出的所述可传输电力来控制所述送电电路的动作。据此控制电路能够进行计算出的相对位置关系中的适当的电力控制，因此能够防止由于电路各部产生意外的电压、电流而导致元件损坏的问题。
在上述各个无线电力传输系统中，所述整流电路还包含切换电路，用于切换所述整流电路的输出端与负载之间的连接状态，所述切换电路包含：当所述控制电路基于所述电压检测电路的检测结果计算出送电线圈与受电线圈之间的耦合系数时，所述整流电路的输出端也可以为开放状态。据此，由于送受电线圈间的耦合系数和整流电路的输出电压之间的关系可以不依赖于负载，因此，控制电路能够更高精度地计算出送受电线圈间的耦合系数。
在上述各个无线电力传输系统中，还具备具有固定电阻值的负载电阻以及切换电路，所述切换电路切换所述整流电路的输出端与负载或者所述负载电阻的连接状态；所述切换电路可以在所述控制电路基于所述电压检测电路的检测结果来计算出所述送电线圈与所述受电线圈之间的耦合系数时，使所述整流电路的输出端连接到所述负载电阻。据此，由于送受电线圈间的耦合系数和整流电路的输出电压之间的关系可以不依赖于负载，因此，控制电路能够更高精度地计算出送受电线圈间的耦合系数。
在上述各无线电力传输系统中，还包含向用户通知信息的通知器，所述控制电路基于所述送电线圈与所述受电线圈的相对方向上的分开距离和所述电压检测电路的检测结果，计算出与所述送电线圈与所述受电线圈的所述相对方向正交的方向上的分开距离，所述通知器也可以向所述用户通知与所述送电线圈与所述受电线圈的所述相对方向正交的方向上的分开距离。由此，能够向用户通知送受电线圈间的水平方向上的分开距离，因此能够提高进行送受电线圈的位置对准时的用户的便利性。
根据本发明的另一方面的无线电力传输系统是通过送电线圈与受电线圈之间的磁耦合，无线地从无线送电装置向无线受电装置传输电力的无线电力传输系统，所述无线送电装置具备：将直流电力转换为驱动频率的交流电力的电力转换电路、以及包含接收从电力转换电路供给的所述交流电力并产生交流磁场的所述送电线圈的送电电路、以及控制从所述送电线圈产生的磁通量的控制电路；所述无线受电装置具有：经由所述送电线圈产生的所述交流磁场来接收电力的所述受电线圈；整流所述受电线圈接收的电力的整流电路；以及检测所述整流电路的输出电压的电压检测电路，所述控制电路获得在将从所述送电线圈产生的磁通量控制为恒定状态下的所述无线送电装置的电路特性值，并基于所述电压检测电路的检测结果计算出所述送电线圈与所述受电线圈之间的耦合系数，基于所述电路特性值和所述耦合系数计算出所述送电线圈与所述受电线圈的相对位置关系。另外，根据本发明的另一个方面的无线电力传输系统是通过送电线圈与受电线圈的磁耦合，无线地从无线送电装置向无线受电装置传输电力的无线电力传输系统，所述无线送电装置具备：将直流电力转换为驱动频率的交流电力的电力转换电路、以及包含接收从所述电力转换电路供给的所述交流电力并产生交流磁场的所述送电线圈的送电电路、控制流向所述送电线圈的电流的控制电路；所述无线受电装置也可以是具有经由所述送电线圈产生的交流磁场来接收电力的所述受电线圈、整流所述受电线圈接收的电力的整流电路、检测所述整流电路的输出电压的电压检测电路；所述控制电路获得在流向所述送电线圈的电流被控制为恒定状态下的所述无线送电装置的电路特性值，基于所述电压检测电路的检测结果计算出所述送电线圈与所述受电线圈之间的耦合系数，基于所述电路特性值和所述耦合系数计算出所述送电线圈与所述受电线圈的相对位置关系。据此，从在从送电线圈产生的磁通量被控制为恒定的状态下的无线送电装置的电路特性值、以及送电线圈与受电线圈的耦合系数来计算出送电线圈与受电线圈之间的相对位置关系，由此可以采用适合于送电线圈与受电线圈之间的相对位置关系的电力来执行向无线受电装置的电力传输。而且，可以向用户通知行进方向和车辆宽度方向中的各个位置偏差的大小。
发明效果
根据本发明，能够在不使用特别的传感器的情况下，高精度地计算出送受电线圈间的相对方向上的分开距离。
根据本发明的另一个方面，能够在不使用特别的传感器的情况下，以适合于送电线圈与受电线圈的相对位置关系的电力，进行向无线受电装置的电力传输，并且能够向用户通知行进方向和车辆宽度方向各自的位置偏差的大小。
附图说明
图1是示出本发明的实施方式涉及的无线电力传输系统的使用状态的图。
图2(a)是示出送电线圈的电感值相对于分开距离D的大小的变化率的图，图2(b)是示出将图2(a)的横轴置换为送电线圈与受电线圈的耦合系数k。
图3是示出本发明的第1实施方式涉及的无线送电装置Ut的构成的图。
图4是示出本发明的第1实施方式涉及的控制电路Stu的处理流程的流程图。
图5是示出本发明的第2实施方式涉及的无线送电装置Ut的构成的图。
图6是示出本发明的第3实施方式涉及的无线送电装置Ut的构成的图。
图7是示出本发明的第4实施方式涉及的无线电力传输系统S的构成的图。
图8是示出本发明的第5实施方式涉及的无线电力传输系统S的构成的图。
图9是示出本发明的第6实施方式涉及的无线电力传输系统S的构成的图。
图10是示出本发明的第7实施方式涉及的无线电力传输系统S的构成的图。
图11是示出本发明的第8实施方式涉及的无线电力传输系统S的构成的图。
图12是从上方观察送电线圈单元Ltu以及受电线圈单元Lru的图。
图13是示出前进方向的位置偏差ΔX的大小和送电电线圈的电感值的关系的图。
图14是示出本发明的第9实施方式涉及的送电线圈与受电线圈的相对位置关系的计算原理的图。
图15是示出本发明的第9实施方式涉及的控制电路Stu的处理流程的流程图。
具体实施方式
以下，参照附图详细说明本发明的实施方式。以下，首先参照图1和图2说明本发明的构成的概况，然后参照图3以后的各图对本发明的构成进行详细说明。
图1是示出本发明的实施方式涉及的无线电力传输系统的使用状态的图。图1(a)示出使用无线电力传输系统为了向具有相对较高的最低地面高度的电动车Vea(例如SUV)传输电力而使用的示例。图1(b)示出使用无线电力传输系统为了向具有相对较低地面高度的电动汽车Veb(例如轿车)传输电力而使用的示例。
无线电力传输系统构成为具有：包含送电线圈单元Ltu的无线送电装置Ut、包含受电线圈单元Lru的无线受电装置Ur。如图1所示，送电线圈单元Ltu是设置在路面上的装置，包含未图示的送电线圈。另一方面，受电线圈单元Lru是设置在车辆底面的装置，包含未图示的受电线圈。用户在进行电动汽车Vea、Veb的充电时，通过使各个电动车移动到送电线圈单元Ltu的上方，在送电线圈产生的磁场中配置受电线圈单元Lru。由此，通过送电线圈和受电线圈的磁耦合从无线送电装置Ut向无线受电装置Ur传输电力。通过这样被传输的电力，对电动车内的二次电池(未图示)充电。
此外，为了适当地执行从无线送电装置Ut到无线受电装置Ur的电力传输，必须对应送电线圈与受电线圈的相对位置关系，适当地控制由送电线圈产生的磁通量。因此，本实施方式涉及的无线送电装置Ut在开始电力传输之前执行用于计算出送电线圈与受电线圈的相对位置关系的处理。然后根据计算出的相对位置关系计算出可传输电力，并基于计算出的可传输电力来控制内部电路(图1中未示出)的动作。
送电线圈与受电线圈的相对位置关系由图1所示的分开距离Z、D表示。分开距离Z是送电线圈单元Ltu和受电线圈单元Lru的相对方向(高度方向)上的分开距离，分开距离D为是与相对方向正交的方向(水平方向)上的分开距离D。无线送电装置Ut在开始电力传输之前计算出这些分开距离Z和D。
图2(a)是示出送电线圈的电感值相对于分开距离D的大小的变化率的图。该图的横轴表示分开距离D，纵轴以百分率表示分开距离与Z＝140mm时的最小电感的差异(变化率)。另外，图2(b)将图2(a)的横轴置换为送电线圈与受电线圈的耦合系数k。耦合系数k一般来说，如果分开距离Z是相同的值，则分开距离D越大，值就越小。
如参照图2(a)所理解的，送电线圈的电感值相对于水平方向的分开距离D的变化几乎没有变化，而相对于相对方向上的分开距离Z的变化有很大变化。因此，如果知道送电线圈的电感值，则可以说能够求出分开距离Z。本实施方式涉及的无线送电装置Ut利用该原理来计算出分开距离Z。
此外，本实施方式涉及的无线送电装置Ut基于来自无线受电装置Ur的信息，计算出送电线圈与受电线圈的连接系数k。虽然在第5实施方式中将详细说明该耦合系数k的计算的详细内容，但是，在耦合系数k中，如果分开距离Z相等，则具有依存于分开距离D而变化的性质。因此，如果已知分开距离Z，则可以从耦合系数k中求得分开距离距离D。因此本实施方式涉及的无线送电装置Ut利用这个原理计算出分开距离D。
无线送电装置Ut基于如上所述计算出的分开距离Z和D来计算出可传输电力。以下，参照图3～图6对进行这种处理的无线送电装置Ut的3个实施方式(第1～第3实施方式)进行说明。然后，关于包含无线送电装置Ut的无线电力传输系统的五个实施方式(第4～第8实施方式)，参照图7～图11进行详细说明。
图3是示出本发明第1实施方式涉及的无线送电装置Ut的构成的图。如图1所示，本实施方式涉及的无线送电装置Ut与包含图1中所示的受电线圈单元Lru的无线受电装置Ur一起，构成无线电力传输系统S。
无线送电装置Ut是通过送电线圈与受电线圈之间的磁耦合无线地向无线受电装置Ur传输电力的装置。除了图1所示的送电线圈单元Ltu之外，还包含电源电路PC、电力转换电路PS、控制电路Stu和电流检测电路Dtu。受电线圈单元Ltu、电源电路PC和电力转换电路PS构成无线送电装置Ut的送电电路Ct。
电源电路PC是将例如从作为商用交流电力源的外部电源PW供给的交流电力转换为所希望的直流电力而输出的电路。例如由PFC(Power Factor Correction)电路或稳定化电源构成。
电力转换电路PS是将从电源电路PC供给的直流电力转换为具有规定驱动频率的交流电力的电路，具体地说是包含多个开关元件的开关电源。各开关元件被桥接。作为开关元件的例子，例如可以举出MOS-FET(Metal Oxide Semiconductor-Field EffectTransistor)和IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等元件。
送电线圈单元Ltu包含通过从电力转换电路PS供给的交流电力来产生交流磁场的送电线圈。当电力转换电路PS产生的交流电力被供给到送电线圈的两端时，交流电流在送电线圈内流动，并且交流磁场在送电线圈的周围产生。该交流磁场内进入受电线圈后，感应电流在受电线圈中流动。由此，实现从无线送电装置Ut到无线受电装置Ur的电力传输。另外，送电线圈单元Ltu可以连接到送电线圈，并且可以包含与送电线圈一起构成谐振电路的电容器。
电流检测电路Dtu是检测流经包含在送电线圈单元Ltu中的送电线圈的电流的值(以下称为“送电线圈电流值”)的电路。电流检测电路Dtu将检测到的送电线圈电流值输出到控制电路Stu。
控制电路Stu是具有计算出送电线圈与受电线圈的相对位置关系(具体而言上述的分开距离Z、D)，并且根据所计算出的相对位置关系计算出可传输电力，并且基于所计算出的可传输电力来控制送电电路Ct动作的功能的电路。以下，参照图4的流程图，详细说明控制电路Stu的功能。
图4是示出控制电路Stu的处理流程的流程图。控制电路Stu首先通过控制无线送电装置Ut的电路特性值将从送电线圈产生的磁通量控制为恒定(步骤S1)。在此所说的电路特性值可以考虑各种值，在本实施方式中是电源电路PC的输出直流电流、电源电路PC的输出直流电压、从电源电路PC向电力转换电路PS供给的直流电力、电力转换电路PS产生的交流电力的频率(上述驱动频率)、以及构成电力转换电路PS的多个开关元件的时间比率(开闭的占空值)中的至少一个。
另外，当电源电路PC的输出直流电流、电源电路PC的输出直流电压、或者从电源电路PC向电力转换电路PS供给的直流电力被用作无线送电装置Ut的电路特性值时，控制电路Stu通过控制电源电路PC，可以控制无线送电装置Ut的电路特性值。另一方面，电力转换电路PS产生的交流电力的频率(上述驱动频率)或构成电力转换电路PS的多个开关元件的时间比率(开闭的占空值)作为无线送电装置Ut的电路特性值时，控制电路Stu通过控制电力转换电路PS来控制无线送电装置Ut的电路特性值。
此外，控制电路Stu使用送电线圈电流值作为用于掌握从送电线圈单元Ltu内的送电线圈产生的磁通量是否恒定的监视值。具体而言，通过控制无线送电装置Ut的电路特性值以使送电线圈电流值恒定，从而恒定地控制由送电线圈产生的磁通量。如果送电线圈电流值是恒定的，则从送电线圈产生的磁通量也恒定，因此通过该控制，使从送电线圈产生的磁通量能够控制在恒定。另外在本实施方式中，为了掌握从送电线圈单元Ltu内的送电线圈产生的磁通量是否恒定，使用电流检测电路Dtu检测的送电线圈电流值，但也可以使用能够把握由送电线圈产生的磁通量是否恒定的其他方法。
然后，控制电路Stu在控制从送电线圈产生的磁通量恒定的状态下获得无线送电装置Ut的电路特性值(步骤S2)。这里获得的电路特性值与在步骤S1中作为控制对象的电路特性值相同。然后，控制电路Stu根据所获得的电路特性值，计算出送电线圈与受电线圈的相对方向上的分开距离Z(步骤S3)。如上所述，送电线圈的电感值随分开距离Z而变化，并且，为了恒定地控制从送电线圈产生的磁通量所必需的电路特性值反映了送电线圈的电感值的变化，因此控制电路Stu基于步骤S2中获得的电路特性值，可以计算出分开距离Z。具体来说，预先准备电路特性值和分开距离Z的查找表，通过从该查找表中读出与获得的电路特性值相对应的分开距离Z，从而计算出分开距离Z即可。
接着，控制电路Stu基于计算出的分开距离Z、送电线圈与受电线圈的耦合系数k(参照图2(b))，计算出送电线圈与受电线圈的水平方向上的分开距离D(步骤S4)。在后述的第4实施方式中对耦合系数k的获得方法进行说明。如上所述，在耦合系数k中，具有如果分开距离Z相等，则根据分开距离D而变化的性质，比控制电路Stu基于分开距离Z和耦合系数k，可以计算出分开距离D。具体而言，对于每个分开距离Z，预先准备耦合系数k和分开距离D的查找表。读出与步骤S3中计算出的分开距离Z相对应的查找表。并且，通过从该查找表中读出与获得的耦合系数k对应的分开距离D，进行分开距离D的计算出即可。
接着，控制电路Stu根据计算出的相对位置关系(分开距离Z，D)来计算出可传输电力(步骤S5)。具体而言该计算也可预先准备分开距离Z、D和可传输电力的查找表，通过从该查找表中读出与计算出的分开距离Z、D对应的可传输电力来执行。
最后，控制电路Stu基于计算出的可传输电力来控制送电电路Ct的动作(步骤S6)。具体而言，通过执行电源电路PC的动作控制、电力转换电路PS的动作控制中的任一个以上，实现以步骤S5中计算出的可传输电力的传输。由此，以适合送电线圈与受电线圈的相对位置关系的电力，执行向无线受电装置Ur的电力传输。
如上所述，根据本实施方式涉及的无线送电装置Ut，可以通过控制从送电线圈产生的磁通量在恒定的状态下的无线送电装置Ut的电路特性值来计算出分开距离Z。因此，可以高精度地计算出分开距离Z，而无需使用诸如车高传感器等特别传感器。另外，因为也可以计算出分开距离D，所以可以以适合送电线圈与受电线圈的相对位置关系的电力，进行向无线受电装置Ur的电力传输。
图5是示出本发明第2实施方式涉及的无线送电装置Ut的构成的图。本实施方式涉及的无线送电装置Ut与第1实施方式涉及的无线送电装置Ut的不同之处在于其具有阻抗转换电路Xtu。以下，对与第1实施方式相同的构成赋予相同的符号，以与第1实施方式的不同点为中心进行说明。
阻抗转换电路Xtu是在电力转换电路PS和送电线圈之间设置的电路，并且具有电容器或电感器中的至少一个。阻抗转换电路Xtu与送电线圈单元Ltu、电源电路PC和电力转换电路PS一起构成无线送电装置Ut的送电电路Ct。作为阻抗转换电路Xtu的具体构成示例，可以举出通过开关切换多个电容器或多个电感的连接的示例、由可变元件构成电容器或感应器的示例等。阻抗转换电路Xtu的阻抗值由控制电路Stu构成为可变更。
本实施方式涉及的控制电路Stu作为第1实施方式中说明的无线送电装置Ut的电路特性值，使用阻抗转换电路Xtu的电抗值。即，在图4的步骤S1中，通过控制阻抗转换电路Xtu的电抗值，控制从送电线圈产生的磁通量。另外，在图4的步骤S2中，获得将从送电线圈产生的磁通量控制为恒定的状态下的阻抗转换电路Xtu的电抗值。然后，在图4的步骤S3中，从获得的电抗值中计算出分开距离Z。送电线圈的电感值的变化也反映在为了将从送电线圈产生的磁通量控制为恒定所需的阻抗转换电路Xtu的电抗值，控制电路Stu可以从获得的电抗值中计算出分开距离Z。
图4的步骤S4之后的处理基本上与第1实施方式中说明的处理相同，但作为步骤S6中的送电电路Ct的动作控制，也可以执行阻抗转换电路Xtu的电抗值控制。另外，该电抗值控制可以与电源电路PC的动作控制、电力转换电路PS的动作控制一起进行，也可以单独进行。
如上所述，根据本实施方式涉及的无线电力传输系统S，从送电线圈产生的磁通量控制在恒定状态下的阻抗转换电路Xtu的电抗值中，可以计算出分开距离Z。因此，根据本实施方式，也可以不使用车高传感器等特别的传感器，高精度地计算出分开距离Z。
图6是示出本发明的第3实施方式涉及的无线送电装置Ut的构成的图。本实施方式涉及的无线送电装置Ut与第1实施方式涉及的无线送电装置Ut的不同之处在于，送电线圈的电感值是可变的。以下，对与第1实施方式相同的构成赋予相同的符号，以与第1实施方式的不同点为中心进行说明。
本实施方式的送电线圈单元Ltu中包含的送电线圈是可变电感的线圈。通过控制电路Stu，可以变更电感值。
本实施方式涉及的控制电路Stu使用送电线圈Ut的电感值作为第1实施方式中说明的无线送电装置Ut的电路特性值。换句话说，在图4的步骤S1中，通过控制送电线圈的电感值，控制从送电线圈产生的磁通量。此外，在图4的步骤S2中，获得从受电线圈产生的磁通量被控制在恒定状态下的送电线圈的电感值。然后，在图4的步骤S3中，从获得的电感值计算出分开距离Z。图4的步骤S4之后的处理与第1实施方式中说明的处理相同。
图4的步骤S4之后的处理基本上与第1实施方式中说明的处理相同，但作为步骤S6中的送电电路Ct的动作控制，也可以执行包含在送电线圈单元Ltu中的送电线圈的电感值控制。另外，该电感值控制可以与电源电路PC的动作控制、电力转换电路PS的动作控制一起进行，也可以单独进行。
如上所述，根据本实施方式涉及的无线电力传输系统S，可以通过从送电线圈产生的磁通量被控制为恒定状态下的送电线圈的电感值来计算出分开距离Z。因此，根据本实施方式，也可以不使用车高传感器等特别的传感器，高精度地计算出分开距离Z。
图7是示出本发明的第4实施方式的无线电力传输系统S的构成的图。本实施方式涉及的无线电力传输系统S的构成与第1实施方式涉及的无线电力传输系统S的构成相同。在本实施方式中，对在第1实施方式中省略了图示及说明的几个构成(特别是与耦合系数k的计算出有关的构成)进行说明。
如图7所示，除了在第1实施方式中说明的构成之外，无线送电装置Ut还具有无线通信模块Wtu。此外，除受电线圈单元Lru之外，无线受电装置Ur还包含整流电路DB、电压检测电路Dru和无线通信模块Wru。
首先，关注无线受电装置Ur的话，受电线圈单元Lru包含经由无线送电装置Ut的送电线圈产生的交流磁场接收电力的受电线圈。另外，受电线圈单元Lru可以包含与受电线圈连接，并与受电线圈一起构成谐振电路的电容器。整流电路DB是通过整流受电线圈接收的电力来产生直流电力的电路。整流电路DB产生的直流电力被供给到负载L。例如，负载L是设置在设置有无线受电装置Ur的车辆上的二次电池。
电压检测电路Dru是检测整流电路DB的输出电压的电路。无线通信模块Wru是具有无线通信功能的模块，具有将电压检测电路Dru检测出的输出电压向无线送电装置Ut无线发送的作用。
接下来，在无线送电装置Ut上，无线通信模块Wtu是具有无线通信功能的模块，被构成为能够接收由无线通信模块Wru发送的输出电压。所接收的输出电压被供给控制电路Stu。
控制电路Stu在从送电线圈产生的磁通量控制在恒定的状态下，从无线通信模块Wtu接收电压检测电路Dru检测的输出电压，基于该输出电压，如上所述，获得送电线圈与受电线圈之间的耦合系数k(参照图4的步骤S4)。如果从送电线圈产生的磁通量是恒定的，并且受电线圈和受电线圈的相对位置关系没有变动，由于耦合系数k与整流电路DB的输出电压之间的关系变得单调，因此控制电路Stu可以通过上述处理计算出耦合系数k。具体地，预先准备耦合系数k和整流电路DB的输出电压的查找表，通过从该查找表中读出与接收到的输出电压对应的耦合系数k，只要计算出耦合系数k即可。利用这样获得的耦合系数k的由控制电路Stu进行的处理如在第1实施方式中说明的那样。
根据如上所述本实施方式涉及的无线电力传输系统S，在无线送电装置Ut中能够获得送受电线圈间的耦合系数k。
图8是示出本发明的第5实施方式涉及的无线电力传输系统S的构成的图。本实施方式涉及的无线电力传输系统S在无线送电装置Ut具有通知器Au这点上，与第4实施方式涉及的无线电力传输系统S不同。以下，对与第4实施方式相同的构成赋予相同的标号，以与第5实施方式的不同点为中心进行说明。
通知器Au是向用户报告信息的机器，在本实施方式中作为无线送电装置Ut的一部分被设置。通知器Au所通知的信息具体为控制电路Stu计算出的分开距离D。通知的具体方法也可以是在规定的显示器上显示表示距离D的数值的方法，也可以是分开距离D在预定范围内时发出预定音的方法，分开距离D在规定范围内时，也可以点亮规定的灯。据此，由于能够向用户通知分开距离D，所以用户能够在确认分开距离D的同时对送受电线圈进行对准。也就是说，提高了进行送受电线圈的位置对准时的用户的便利性。
图9是示出本发明的第6实施方式涉及的无线电力传输系统S的构成的图。本实施方式涉及的无线电力传输系统S在通知器Au设置在无线受电装置Ur内这点上，与第5实施方式涉及的无线电力传输系统S不同。以下，对与第5实施方式相同的构成赋予相同的标号，以与第7实施方式的不同点为中心进行说明。
除了作为无线受电装置Ur的一部分设置通知器Au之外，通知器Au与第5实施方式涉及的通知器Au相同。但是，控制电路Stu计算出的分开距离D通过在无线通信模块Wtu和无线通信模块Wru之间执行的无线通信，被供给至无线受电装置Ur内的通知器Au。因此，本实施方式的通知器Au也能够与第7实施方式的通知器Au同样地将分开距离D通知给用户。因此，用户可以一边确认分开距离D，一边进行送受电线圈的位置对准。也就是说，提高了进行送电线圈的位置对准时的用户的便利性。
图10是示出本发明的第7实施方式涉及的无线电力传输系统S的构成的图。本实施方式涉及的无线电力传输系统S在无线受电装置Ur具有切换电路SW1这点上，与第4实施方式涉及的无线电力传输系统S不同。以下，对与第4实施方式相同的构成赋予相同的标号，以与第5实施方式的不同点为中心进行说明。
切换电路SW1是切换整流电路DB的输出端和负载L的连接状态的电路。具体而言，构成为在整流电路DB的输出端与负载L连接的状态和整流电路DB的输出端开放的状态之间进行切换。
在本实施方式涉及的控制电路Stu基于电压检测电路Dru的检测结果来计算出送电线圈与所述受电线圈之间的耦合系数k的情况下，通过经由在无线通信模块Wtu和无线通信模块Wru之间执行的无线通信控制切换电路SW1来控制切换电路SW1。将整流电路DB的输出端设为开放状态。其他情况下，整流电路DB的输出端为与负载L连接的状态。由此，控制电路Stu能够在整流电路DB未与负载L连接的状态下计算出耦合系数k。换句话说，在送受电线圈之间的耦合系数k与整流电路DB的输出电压之间的关系与负载L无关的状态下，可以计算出耦合系数k，因此能够计算出更高精度的耦合系数k。
图11是示出本发明的第8实施方式涉及的无线电力传输系统S的构成的图。本实施方式涉及的无线电力传输系统S与第7实施方式的无线电力传输系统S的不同点在于，无线受电装置Ur具有切换电路SW2来替代切换电路SW1。以下，对与第7实施方式相同的构成赋予相同的符号，以与第7实施方式的不同点为中心进行说明。
切换电路SW2在整流电路DB的输出端与负载L的连接状态之间切换的电路这一点上与切换电路SW1相同。在没有与负载L连接的情况下的整流电路DB的输出端与具有固定电阻值R的负载电阻相连接这一点上，与切换电路SW1不同。
在本实施方式涉及的控制电路Stu基于电压检测电路Dru的检测结果来计算出送电线圈与所述受电线圈之间的耦合系数k的情况下，通过经由在无线通信模块Wtu和无线通信模块Wru之间执行的无线通信控制切换电路SW2，将整流电路DB的输出端连接到负载电阻上。其他情况下，整流电路DB的输出端为与负载L连接的状态。由此，与第9实施方式相同，控制电路Stu能够在整流电路DB未与负载L连接的状态下计算出耦合系数k。换句话说，在送受电线圈之间的耦合系数k与整流电路DB的输出电压之间的关系不依赖于负载L的状态下，可以计算出耦合系数k，因此能够计算出更高精度的耦合系数k。
接下来，说明本发明的第9实施方式涉及的无线电力传输系统S。本实施方式涉及的无线电力传输系统S的构成在附图中出现的部分中与图9所示的第6实施方式涉及的构成相同，而在控制电路Stu所进行的处理的内容方面，与第6实施方式不同。即，在第1～第8实施方式中，将送电线圈的电感值几乎不随水平方向上的分开距离D的变化而改变作为前提进行说明，如稍后将参照图13说明的电感值不变化主要在于行进方向上的分开距离在一定范围内并且车辆宽度方向上的分开距离为某种程度大小的情况。因此，在本实施方式中，针对当送电线圈的电感值相对于水平方向上的分开距离D的变化也发生变化的情况下的控制电路Stu的处理，以与第6实施方式的不同点为中心进行说明。
图12是从上面观察送电线圈单元Ltu和受电线圈单元Lru的图。该图表示送电线圈单元Ltu的中心与受电线圈单元Lru的中心一致的情况。在该情况下，以各自的中心位置为原点，电动车的行进方向为X轴，车辆宽度方向为Y轴。另外，送电线圈与受电线圈的分开距离D由自原点的行进方向的位置偏差ΔX和车辆宽度方向上的位置偏差ΔY表示。据此，D2＝(ΔX)2+(ΔY)2关系成立。
图13是示出行进方向的位置偏差ΔX的大小与送电线圈的电感值之间的关系的图。该图的横轴以毫米为单位表示行进方向位置偏离ΔX，纵轴以微亨利单位表示送电线圈的电感值。
图13所示的曲线A1，B1，C1，示出车辆宽度方向的位置偏差ΔY为0mm，送电线圈单元Ltu与受电线圈单元Lru的相对方向上的分开距离Z分别为100mm、125mm、150mm的情况。另外在图13所示的曲线A2、B2、C2示出车辆宽度方向的位置偏差ΔY为100mm，分开距离Z分别为100mm、125mm、150mm的情况。
图2(a)所示的例子(送电线圈的电感值相对于水平方向上的分开距离D的变化几乎没有变化的例子)中，行进方向的位置偏差ΔX大致为100mm～250mm，且与车辆宽度方向的位置偏差ΔY为100mm的情况相对应。从图13的曲线A2，B2，C2中可以理解，在这种情况下，送电线圈的电感值相对于分开距离D几乎没有变化。第1～第8实施方式是特别着眼于这种情况的，在本实施方式中，对覆盖图13所示的曲线A1、B1、C1、A2、B2、C2的整体的处理进行说明。
图14是示出本实施方式涉及的送电线圈与受电线圈的相对位置关系的计算出原理的图。使用以上述原点为中心的三维球面坐标P(r，θ，φ)表示送电线圈与受电线圈的相对位置关系时，可以从无线送电装置Ut的电路特性值(例如电源电路PC的输出直流电流、电源电路PC的输出直流电压、从电源电路PC供给至电力转换电路PS的直流电力、电力转换电路PS产生的交流电力的频率、以及构成电力转换电路PS的多个开关元件的占空比中至少1个，包括从这些求得的送电线圈的电感值)求出r，θ，φ，能够根据送电线圈与受电线圈之间的耦合系数k求出r。因此，本实施方式涉及的控制电路Stu预先准备对于无线送电装置Ut的电路特性值和耦合系数k的每个组合与送电线圈与受电线圈的相对位置关联起来的查找表。通过从该查找表中读取与实际获得的这些组合相对应的相对位置关系，计算出送电线圈与受电线圈的相对位置关系。
表1是示出查找表的一个例子的图。该表的各栏中所示的“0.6kW/(Δra，Δθa，Δφa)”等字符串中斜杠之前的部分表示可传输电力，斜杠后面的部分表示送电线圈与受电线圈的相对位置关系。Δ表示各个值作为具有范围的值来计算出。图14示出关于Δθa和Δφa的范围的一个例子。从该图可以理解，根据本实施方式的计算出方法，r、θ、φ作为具有某程度的误差的范围的值来计算出。
[表1]
图15是表示本实施方式的控制电路Stu的处理流程的流程图。如比较该图和图4可知该图的处理流程是将图4的步骤S3～S5置换为步骤S10，在步骤S6的后段中追加步骤S11,S12。
本实施方式涉及的控制电路Stu在步骤S2的处理之后，基于在步骤S2中获得的无线送电装置Ut的电路特性值、如第4实施方式中说明的所获得的耦合系数k，参照表1所示的查找表，计算出受电线圈与受电线圈的相对位置关系、以及可传输电力(步骤S10)。
接着，如在第1实施方式中也说明的那样，控制电路Stu基于计算出的可传输电力来控制送电电路Ct的动作(步骤S6)。这使得能够以适合于送电线圈与受电线圈的相对位置关系的电力来执行向无线受电装置Ur的电力传输。
另外，控制电路Stu根据计算出的相对位置关系，分别针对行进方向和车辆宽度方向计算出位置偏差的大小(步骤S11)。该处理具体来说是通过将三维球面坐标P(r，θ，φ)变换为XYZ坐标，计算出从上述原点开始的前进方向的位置偏差ΔX以及车辆宽度方向的位置偏差ΔY的处理。之后，控制电路Stu通过图9所示的通知器Au，向用户通知计算出的行进方向和车辆宽度方向各自的位置偏差的大小(步骤S12)。由此，用户能够一边确认前进方向以及车辆宽度方向各自的位置偏差的大小，一边进行送受电线圈的位置对准。
如上所述，根据本实施方式涉及的无线电力传输系统S，即使在送电线圈的电感值相对于水平方向上的分开距离D的变化而变化的情况下，从将从送电线圈产生的磁通量控制为恒定状态下的无线送电装置Ut的电路特性值、以及送电线圈与受电线圈的耦合系数k，能够计算出送电线圈与受电线圈的相对位置关系。因此，不需使用特别的传感器，而可以实现以适合于送电线圈与受电线圈的相对位置关系的电力，向无线受电装置Ur的电力传输。
另外，根据本实施方式的无线电力传输系统S，能够向用户通知行进方向和车辆宽度方向各自的位置偏差的大小。用户可以一边确认行进方向以及车辆宽度方向各自的位置偏差的大小，一边对送受电线圈进行位置对准。因此，在进行送电线圈的位置对准时，提高了用户的便利性。
此外，在本实施方式中，从无线受电装置Ur内的通知器Au向用户通知位置偏差的方向和大小。如图8所示，在无线送电装置Ut内设置了通知器Au，当然，从该通知器Au可以向用户通知位置偏离的方向和大小。
另外，实际的送电线圈与受电线圈不是左右对称的，结果是，受电线圈相对于送电线圈在车辆宽度方向上偏移一定距离的情况下，其偏差为向右的情况和向左的情况，得到的无线送电装置Ut的电路特性值以及耦合系数k有时不同。利用此步骤S11还获得车辆宽度方向的位置偏离的方向，也可以与行进方向以及车辆宽度方向各自的位置偏离的大小一起通知用户。由此，进一步提高了用户的便利性。
以上，对本发明的优选实施方式进行了说明，但本发明并不局限于这样的实施方式，在本发明不脱离其主旨的范围内，当然可以以各种方式实施。
例如，追加用于测定送电线圈单元Ltu内的送电线圈产生的磁通量的检测线圈，通过使用由该检测线圈检测的磁通量代替电流检测电路Dtu检测的送电线圈电流值。即，作为用于把握从送电线圈单元Ltu内的送电线圈产生的磁通量是否恒定的监视值，也可以使用检测线圈检测的磁通量。即使这样，从送电线圈单元Ltu内的送电线圈产生的磁通量也能够控制在恒定。
在第2实施方式中，当送电线圈单元Ltu中包含的送电线圈的电感值为可变更时，作为步骤S6中的送电电路Ct的动作控制，也可以执行电源电路PC的动作控制、电力转换电路PS的动作控制、阻抗转换电路Xtu的电抗值控制、包含在送电线圈单元Ltu中的送电线圈的电感值控制中的任一个以上。
符号说明
Au…通知器
Ct…送电电路
DB…整流电路
Dru…电压检测电路
Dtu…电流检测电路
Lru…受电线圈单元
Ltu…送电线圈单元
PS…电源转换电路
PW…外部电源
L…负载
S…无线电力传输系统
SW1、SW2…切换电路
Stu…控制电路
Ur…无线受电装置
Ut…无线送电装置
Vea,Veb…电动车
Wru,Wtu…无线通信模块
Xtu…阻抗转换电路

Claims (14)

1.一种无线送电装置，其特征在于，
是通过送电线圈与受电线圈的磁耦合，无线地向无线受电装置传输电力的无线送电装置，
所述无线送电装置具备：
送电电路，包含将直流电力转换为驱动频率的交流电力的电力转换电路、以及接收从所述电力转换电路供给的所述交流电力并产生交流磁场的所述送电线圈；以及
控制电路，控制从所述送电线圈产生的磁通量，
所述控制电路从将从所述送电线圈产生的磁通量控制为恒定的状态下的所述无线送电装置的电路特性值计算出所述送电线圈与所述受电线圈的相对方向上的分开距离。
2.根据权利要求1所述的无线送电装置，其特征在于，
所述送电电路还包含转换从外部电源供给的电力并将所述直流电力输出到所述电力转换电路的电源电路，
所述控制电路通过使所述电源电路的输出直流电流、所述电源电路的输出直流电压或所述直流电力中的至少一个变化来控制从所述送电线圈产生的磁通量。
3.根据权利要求1所述的无线送电装置，其特征在于，
所述电力转换电路具有多个开关元件，
所述控制电路通过使所述驱动频率或所述多个开关元件的时间比率变化来控制从所述送电线圈产生的磁通量。
4.根据权利要求1所述的无线送电装置，其特征在于，
所述送电电路还包含阻抗转换电路，所述阻抗转换电路在所述电力转换电路与所述送电线圈之间具有电容器或电感器的至少一者，
所述控制电路通过改变所述阻抗转换电路的电抗值，来控制从所述送电线圈产生的磁通量。
5.根据权利要求1所述的无线送电装置，其特征在于，
所述送电线圈构成为能够变更电感值，
所述控制电路通过变更所述送电线圈的电感值来控制从所述送电线圈产生的磁通量。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的无线送电装置，其特征在于，
所述控制电路通过控制与所述无线送电装置的电路特性值相同种类的电路特性值来将从所述送电线圈产生的磁通量控制为恒定。
7.一种无线电力传输系统，其特征在于，
是通过送电线圈与受电线圈的磁耦合，无线地从无线送电装置向无线受电装置传输电力的无线电力传输系统，
所述无线送电装置是权利要求1～6中任一项所述的无线送电装置，
所述无线受电装置具有：
经由所述送电线圈产生的所述交流磁场来接收电力的所述受电线圈；
整流所述受电线圈接收的电力的整流电路；以及
检测所述整流电路的输出电压的电压检测电路，
所述控制电路基于所述电压检测电路的检测结果计算出所述送电线圈与所述受电线圈之间的耦合系数，基于所述耦合系数和所述无线送电装置的电路特性值，计算出所述送电线圈与所述受电线圈的相对位置关系。
8.根据权利要求7所述的无线电力传输系统，其特征在于，
所述控制电路根据所述送电线圈与所述受电线圈的相对位置关系计算出可传输电力，基于计算出的所述可传输电力来控制所述送电电路的动作。
9.根据权利要求7或8所述的无线电力传输系统，其特征在于，
还具备切换电路，所述切换电路切换所述整流电路的输出端与负载的连接状态，
在所述控制电路基于所述电压检测电路的检测结果计算出所述送电线圈与所述受电线圈之间的耦合系数的情况下，所述切换电路使所述整流电路的输出端为开放状态。
10.根据权利要求7或8所述的无线电力传输系统，其特征在于，
还具备：
具有固定电阻值的负载电阻；以及
切换电路，其切换所述整流电路的输出端与负载或者所述负载电阻的连接状态，
在所述控制电路基于所述电压检测电路的检测结果计算出所述送电线圈与所述受电线圈之间的耦合系数的情况下，所述切换电路使所述整流电路的输出端连接到所述负载电阻。
11.根据权利要求7～10中任一项所述的无线电力传输系统，其特征在于，
还具备向用户通知信息的通知器，
所述控制电路基于所述送电线圈与所述受电线圈的相对方向上的分开距离和所述电压检测电路的检测结果，计算出所述送电线圈和所述受电线圈的与所述相对方向正交的方向上的分开距离，
所述通知器向所述用户通知所述送电线圈和所述受电线圈的与所述相对方向正交的方向上的分开距离。
12.一种无线送电装置，其特征在于，
是通过送电线圈与受电线圈的磁耦合，无线地向无线受电装置传输电力的无线送电装置，
所述无线送电装置具备：
送电电路，包含将直流电力转换为驱动频率的交流电力的电力转换电路、以及接收从所述电力转换电路供给的所述交流电力并产生交流磁场的所述送电线圈；以及
控制流向所述送电线圈的电流的控制电路，
所述控制电路从将流向所述送电线圈的电流控制为恒定的状态下的所述无线送电装置的电路特性值计算出所述送电线圈与所述受电线圈的相对方向上的分开距离。
13.一种无线电力传输系统，其特征在于，
是通过送电线圈与受电线圈的磁耦合，无线地从无线送电装置向无线受电装置传输电力的无线电力传输系统，
所述无线送电装置具备：
送电电路，包含将直流电力转换为驱动频率的交流电力的电力转换电路、以及接收从所述电力转换电路供给的所述交流电力并产生交流磁场的所述送电线圈；以及
控制从所述送电线圈产生的磁通量的控制电路，
所述无线受电装置具有：
经由所述送电线圈产生的所述交流磁场来接收电力的所述受电线圈；
整流所述受电线圈接收的电力的整流电路；以及
检测所述整流电路的输出电压的电压检测电路，
所述控制电路，获取将从所述送电线圈产生的磁通量控制为恒定的状态下的所述无线送电装置的电路特性值，并且，基于所述电压检测电路的检测结果计算出所述送电线圈与所述受电线圈之间的耦合系数，基于所述电路特性值和所述耦合系数计算出所述送电线圈与所述受电线圈的相对位置关系。
14.一种无线电力传输系统，其特征在于，
是通过送电线圈与受电线圈的磁耦合，无线地从无线送电装置向无线受电装置传输电力的无线电力传输系统，
所述无线送电装置具备：
送电电路，包含将直流电力转换为驱动频率的交流电力的电力转换电路、以及接收从所述电力转换电路供给的所述交流电力并产生交流磁场的所述送电线圈；以及
控制流向所述送电线圈的电流的控制电路；
所述无线受电装置具有：
经由所述送电线圈产生的所述交流磁场来接收电力的所述受电线圈；
整流所述受电线圈接收的电力的整流电路；以及
检测所述整流电路的输出电压的电压检测电路，
所述控制电路获取将流向所述送电线圈的电流控制为恒定的状态下的所述无线送电装置的电路特性值，并且，基于所述电压检测电路的检测结果计算出所述送电线圈与所述受电线圈之间的耦合系数，基于所述电路特性值和所述耦合系数计算出所述送电线圈与所述受电线圈的相对位置关系。
CN201880015370.9A 2017-03-03 2018-03-01 无线送电装置以及无线电力传输系统 Pending CN110383633A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017040250 2017-03-03
JP2017-040250 2017-03-03
PCT/JP2018/007685 WO2018159732A1 (ja) 2017-03-03 2018-03-01 ワイヤレス送電装置及びワイヤレス電力伝送システム

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN110383633A true CN110383633A (zh) 2019-10-25

Family

ID=63371215

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201880015370.9A Pending CN110383633A (zh) 2017-03-03 2018-03-01 无线送电装置以及无线电力传输系统

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10933756B2 (zh)
JP (1) JP7131539B2 (zh)
CN (1) CN110383633A (zh)
WO (1) WO2018159732A1 (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7243450B2 (ja) * 2019-05-27 2023-03-22 株式会社デンソー 走行中給電システム
EP3920373A4 (en) * 2019-08-07 2023-01-25 Huawei Digital Power Technologies Co., Ltd. WIRELESS CHARGING DEVICE, AND POSITION DETECTION METHOD AND SYSTEM
KR102570750B1 (ko) * 2020-10-12 2023-08-24 한국산업기술시험원 무선 전력을 계량하는 장치 및 방법
JP2023161869A (ja) * 2022-04-26 2023-11-08 キヤノン株式会社 送電装置、受電装置、無線電力伝送の制御方法、およびプログラム

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012099644A (ja) * 2010-11-02 2012-05-24 Showa Aircraft Ind Co Ltd インダクタンス可変の非接触給電装置
CN104578447A (zh) * 2013-10-28 2015-04-29 松下电器产业株式会社 送电装置及无线电力传送系统
CN104734369A (zh) * 2013-12-19 2015-06-24 松下知识产权经营株式会社 送电装置、受电装置以及无线电力传输系统
CN205141846U (zh) * 2015-07-07 2016-04-06 中国矿业大学(北京) 一种可实现自动阻抗匹配的磁谐振无线电能传输系统
JP2016111873A (ja) * 2014-12-09 2016-06-20 昭和飛行機工業株式会社 非接触給電システムの周波数制御方法
CN105914906A (zh) * 2016-04-25 2016-08-31 中惠创智无线供电技术有限公司 无线电能传输的收发线圈相对位置检测装置及方法
CN106340976A (zh) * 2013-10-29 2017-01-18 松下电器产业株式会社 无线送电装置及无线电力传输系统

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9118357B2 (en) * 2011-02-17 2015-08-25 Qualcomm Incorporated Systems and methods for controlling output power of a wireless power transmitter
JP6252433B2 (ja) 2014-10-28 2017-12-27 トヨタ自動車株式会社 非接触送受電システム
JP6354678B2 (ja) * 2015-06-26 2018-07-11 トヨタ自動車株式会社 非接触送電装置

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012099644A (ja) * 2010-11-02 2012-05-24 Showa Aircraft Ind Co Ltd インダクタンス可変の非接触給電装置
CN104578447A (zh) * 2013-10-28 2015-04-29 松下电器产业株式会社 送电装置及无线电力传送系统
CN106340976A (zh) * 2013-10-29 2017-01-18 松下电器产业株式会社 无线送电装置及无线电力传输系统
CN104734369A (zh) * 2013-12-19 2015-06-24 松下知识产权经营株式会社 送电装置、受电装置以及无线电力传输系统
CN106998104A (zh) * 2013-12-19 2017-08-01 松下知识产权经营株式会社 送电装置、受电装置以及无线电力传输系统
JP2016111873A (ja) * 2014-12-09 2016-06-20 昭和飛行機工業株式会社 非接触給電システムの周波数制御方法
CN205141846U (zh) * 2015-07-07 2016-04-06 中国矿业大学(北京) 一种可实现自动阻抗匹配的磁谐振无线电能传输系统
CN105914906A (zh) * 2016-04-25 2016-08-31 中惠创智无线供电技术有限公司 无线电能传输的收发线圈相对位置检测装置及方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP7131539B2 (ja) 2022-09-06
US10933756B2 (en) 2021-03-02
JPWO2018159732A1 (ja) 2019-12-26
WO2018159732A1 (ja) 2018-09-07
US20210001732A1 (en) 2021-01-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110383633A (zh) 无线送电装置以及无线电力传输系统
CN110114958B (zh) 金属异物检测装置、无线供电装置、无线受电装置及无线电力传输系统
US9933378B2 (en) Coil unit and apparatus for detecting foreign matter
EP3355083B1 (en) Foreign-object detecting device, wireless electric-power transmitting device, and wireless electric-power transmission system
CN107612157B (zh) 具有性能监视的车用无线电力传输系统及其监视方法
US20150276965A1 (en) Metal foreign object detection system for inductive power transmission systems
CN103098344B (zh) 非接触供电装置
US9680336B2 (en) Wireless power repeater and method thereof
CN104682572B (zh) 线圈单元以及异物检测装置
CN107005086B (zh) 非接触供电系统
CN104184328B (zh) 电力转换装置及电力校正方法
CN106451815A (zh) 送电装置以及无线功率传输系统
CN106415988B (zh) 送电装置以及非接触供电系统
CN107667456A (zh) 无线电力传输系统及其驱动方法
CN104247208B (zh) 非接触电力传输装置及方法
CN107078644B (zh) 向发光机构供电的操作电路、led转换器和操作电路的操作方法
JP6345584B2 (ja) 非接触給電システムの周波数制御方法
CN108667162A (zh) 无线受电装置及无线电力传输系统
CN110103739A (zh) 弱磁场激励三线圈检测装置
CN112068208A (zh) 一种异物检测方法以及装置
CN104662773A (zh) 静电耦合式非接触供电装置
EP3118633A1 (en) Planar differential current pickup for wireless power transmission
CN110114697A (zh) 金属异物检测装置、无线供电装置、无线受电装置、及无线电力传输系统
KR102155896B1 (ko) 배터리 충전 장치 및 그 제어 방법
CN109510286A (zh) 供电装置、受电装置及非接触电力传输系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20191025