DE112012007040T5

DE112012007040T5 - Energieempfangende Vorrichtung, energieübertragende Vorrichtung und Energieübertragungssystem

Info

Publication number: DE112012007040T5
Application number: DE112012007040.2T
Authority: DE
Inventors: Shinji Ichikawa
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2012-10-23
Filing date: 2012-10-23
Publication date: 2015-08-06
Also published as: US20150246616A1; CN104736377A; WO2014064759A1; JPWO2014064759A1

Abstract

Eine energieempfangende Vorrichtung hat: eine energieempfangende Einheit (20), die kontaktfrei elektrische Energie von einer energieübertragenden Einheit (56) empfängt, die extern von einem Fahrzeug vorgesehen ist; und einen Stützmechanismus (30), der für die energieempfangende Einheit (20) vorgesehen ist, um die energieempfangende Einheit (20) so zu stützen, dass sie zu der energieübertragenden Einheit (56) näher hin und von dieser weg bewegbar ist, wobei der Stützmechanismus (30) für die energieempfangende Einheit (20) ein Vorspannelement, das eine Vorspannkraft aufbringt zum Vorspannen der energieempfangenden Einheit (20), um einen Abstand zwischen der energieempfangenden Einheit (20) und der energieübertragenden Einheit (56) zu erhöhen, und eine Antriebseinheit hat, die für die energieempfangende Einheit (20) vorgesehen ist und eine Bewegungskraft erzeugt zum Bewegen der energieempfangenden Einheit (20) entgegen der Vorspannkraft, um den Abstand zwischen der energieempfangenden Einheit (20) und der energieübertragenden Einheit (56) zu verkürzen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine energieempfangende Vorrichtung, eine energieübertragende Vorrichtung und ein Energieübertragungssystem.
HINTERGRUND DES STANDES DER TECHNIK
In der Vergangenheit ist eine Vielfalt an Energieübertragungssystemen vorgeschlagen worden, um eine in einem Fahrzeug montierte Batterie kontaktfrei mit elektrischer Energie zu versorgen.
Beispielsweise beschreibt das offengelegte japanische Patent JP 2011-193617 ein Energieübertragungssystem, das elektrische Energie von einer energieliefernden elektromagnetischen Spule zu einer energieempfangenden elektromagnetischen Spule kontaktfrei liefert, um eine Batterie aufzuladen. Das Energieübertragungssystem hat außerdem eine Anhebevorrichtung, um die energieempfangende elektromagnetische Spule zu stützen, um zu ermöglichen, dass die Spule sich relativ zu einem Fahrzeug automatisch anhebt und absenkt. Die energieempfangende elektromagnetische Spule hat einen nach unten gerichteten Vorsprung.
DOKUMENTENLISTE
PATENTDOKUMENTE

PATENTDOKUMENT 1: offengelegtes japanisches Patent JP 2011-193617

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
TECHNISCHES PROBLEM
Wenn jedoch in einer energieempfangenden Vorrichtung, wie sie in dem offengelegten japanischen Patent JP 2011-193617 beschrieben ist, das Antreiben der Anhebevorrichtung in einem Prozess angehalten wird, bei dem bewirkt wird, dass die energieempfangende Spule abgesenkt wird, wird die Spule an einer Position angehalten, bei der sie von dem oberen Totpunkt abgesenkt ist. Wenn das Fahrzeug mit der abgesenkten Spule fährt, kann die Spule mit einem Bordstein oder dergleichen zusammenstoßen und kann beschädigt werden.
Die vorliegende Erfindung ist im Hinblick auf die vorstehend erläuterte Problematik gemacht worden, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine energieempfangende Vorrichtung zu schaffen, bei der verhindert werden kann, dass eine energieempfangende Einheit benachbart zu einer energieübertragenden Einheit gehalten wird, wenn ein Aktuator, der die energieempfangende Einheit zu der energieübertragenden Einheit bewegt, nicht länger zufriedenstellend angetrieben wird.
Eine zweite Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine energieübertragende Vorrichtung zu schaffen, bei der verhindert werden kann, dass eine energieübertragende Einheit benachbart zu einer energieempfangenden Einheit gehalten wird, wenn ein Aktuator, der die energieübertragende Einheit zu der energieempfangenden Einheit bewegt, nicht länger zufriedenstellend angetrieben wird.
Eine dritte Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Energieübertragungssystem zu schaffen, bei dem verhindert werden kann, dass eine energieübertragende Einheit und eine energieempfangende Einheit benachbart zueinander gehalten werden, wenn ein Aktuator, der zumindest die energieübertragende Einheit und/oder die engergieempfangende Einheit zu der anderen Einheit so antreibt, dass sie benachbart zueinander sind, nicht länger zufriedenstellend angetrieben wird.
LÖSUNG DER AUFGABE
Die vorliegende Erfindung schafft eine energieempfangende Vorrichtung mit: einer energieempfangenden Einheit, die elektrische Energie kontaktfrei von einer energieübertragenden Einheit empfängt, die extern von einem Fahrzeug vorgesehen ist; und einem Stützmechanismus, der für die energieempfangende Einheit vorgesehen ist, um die energieempfangende Einheit zu stützen, die zu der energieübertragenden Einheit näher hin und von dieser weg bewegbar ist. Der Stützmechanismus für die energieempfangende Einheit weist Folgendes auf: ein Vorspannelement, das eine Vorspannkraft zum Vorspannen der energieempfangenden Einheit aufbringt, um einen Abstand zwischen der energieempfangenden Einheit und der energieübertragenden Einheit zu erhöhen, und eine Antriebseinheit, die für die energieempfangende Einheit vorgesehen ist und eine Bewegungskraft erzeugt zum Bewegen der energieempfangenden Einheit entgegen der Vorspannkraft, um den Abstand zwischen der energieempfangenden Einheit und der energieübertragenden Einheit zu verkürzen.
Vorzugsweise hat der Stützmechanismus für die energieempfangende Einheit einen Haltemechanismus, um zu verhindern, dass die Antriebseinheit für die energieempfangende Einheit auf die energieempfangende Einheit eine Antriebskraft aufbringt, die größer als oder gleich ein vorbeschriebener Wert ist.
Vorzugsweise ist die Antriebseinheit für die energieempfangende Einheit ein Motor, der einen Stator und einen Rotor aufweist. Der Haltemechanismus hat eine Steuereinheit, die zu dem Motor gelieferte elektrische Energie steuert, und eine Erfassungseinheit, die einen Drehwinkel des Rotors erfasst. Wenn der Motor auf die energieempfangende Einheit die Antriebskraft aufbringt, die größer als oder gleich dem vorgeschriebenen Wert ist, steuert die Steuereinheit den Motor so, dass ein Anheben der energieempfangenden Einheit bewirkt wird.
Vorzugsweise hat der Haltemechanismus eine Schalteinheit. Die Schalteinheit ist daran angepasst, dass sie zwischen einem Zulässigkeitszustand, bei dem gestattet wird, dass die energieempfangende Einheit sich von der energieübertragenden Einheit weg bewegt und außerdem gestattet ist, dass die energieempfangende Einheit sich der energieübertragenden Einheit nähert, und einem Haltezustand schaltbar ist, bei dem gestattet ist, dass die energieempfangende Einheit sich von der energieübertragenden Einheit weg bewegt und außerdem verhindert wird, dass die energieempfangende Einheit sich der energieübertragenden Einheit nähert. Wenn die energieempfangende Einheit einmal an einer energiempfangenden Position positioniert ist, ist die Schalteinheit in den Haltezustand versetzt.
Vorzugweise weist der Stützmechanismus für die energieempfangende Einheit einen Arm auf, um die energieempfangende Einheit zu stützen, und, wenn der Arm dreht, bewegt die energieempfangende Einheit sich so, dass sie sich der unterhalb der energieempfangenden Einheit angeordneten energieübertragenden Einheit nähert. Unter der Annahme, dass, bevor die energieempfangende Einheit die Bewegung zu der energieübertragenden Einheit beginnt, die energieempfangende Einheit eine Ausgangsposition einnimmt, dass, wenn die energieempfangende Einheit und die energieübertragende Einheit elektrische Energie zwischen ihnen übertragen, die energieempfangende Einheit eine energieempfangende Position einnimmt, und dass, wenn die energieempfangende Einheit sich aus der Ausgangsposition zu der energieempfangenden Position bewegt, die energieempfangende Einheit einem Pfad folgt, dann, wenn die energieempfangende Einheit sich entlang des Pfades um die energieempfangende Position herum bewegt, die energieempfangende Einheit um einen größeren Betrag horizontal als vertikal versetzt wird.
Vorzugsweise hat unter der Annahme, dass, bevor die energieempfangende Einheit mit der Bewegung zu der energieübertragenden Einheit beginnt, die energieempfangende Einheit eine Ausgangsposition einnimmt, der Stützmechanismus für die energieempfangende Einheit ein Halteelement zum Halten der energieempfangenden Einheit, wenn die energieempfangende Einheit an der Ausgangsposition angeordnet ist.
Vorzugsweise stützt der Stützmechanismus für die energieempfangende Einheit die energieempfangende Einheit vertikal beweglich. Vorzugsweise haben die energieübertragende Einheit und die energieempfangende Einheit jeweils Eigenfrequenzen mit einer Differenz, die geringer als oder gleich wie 10% der Eigenfrequenz der energieempfangenden Einheit ist.
Vorzugsweise empfängt die energieempfangende Einheit elektrische Energie von der energieübertragenden Einheit durch zumindest entweder ein Magnetfeld, das zwischen der energieempfangenden Einheit und der energieübertragenden Einheit ausgebildet ist und bei einer spezifischen Frequenz schwingt, und/oder ein elektrisches Feld, das zwischen der energieempfangenden Einheit und der energieübertragenden Einheit ausgebildet ist und bei einer spezifischen Frequenz schwingt.
Die vorliegende Erfindung schafft eine energieübertragende Vorrichtung mit: einer energieübertragenden Einheit, die elektrische Energie zu einer an einem Fahrzeug vorgesehenen energieempfangenden Einheit kontaktfrei überträgt; und einem Stützmechanismus, der für die energieübertragende Einheit vorgesehen ist, um die energieübertragende Einheit zu stützen, die näher zu der energieempfangenden Einheit und von dieser weg bewegbar ist. Der Stützmechanismus für die energieübertragende Einheit hat ein Vorspannelement, das eine Vorspannkraft zum Vorspannen der energieübertragenden Einheit aufbringt, um einen Abstand zwischen der energieübertragenden Einheit und der energieempfangenden Einheit zu erhöhen, und eine Energieübertragungsantriebseinheit, die eine Bewegungskraft erzeugt zum Bewegen der energieübertragenden Einheit, um den Abstand zwischen der energieübertragenden Einheit und der energieempfangenden Einheit zu verkürzen.
Die vorliegende Erfindung schafft ein Energieübertragungssystem mit: einer energieempfangenden Vorrichtung, die an einem Fahrzeug vorgesehen ist und eine energieempfangende Einheit hat; einer energieübertragenden Vorrichtung, die die energieempfangende Einheit mit elektrischer Energie kontaktfrei beliefert; und einem Stützmechanismus, der zumindest entweder die energieempfangende Einheit und/oder die energieübertragende Einheit so stützt, dass ermöglicht ist, dass zumindest entweder die energieempfangende Vorrichtung und/oder die energieübertragende Vorrichtung, die zumindest die energieempfangende Einheit und/oder die energieübertragende Einheit haben, näher zu der anderen Einheit, d.h. der energieübertragenden Einheit oder der energieempfangenden Einheit, hin und von dieser weg bewegt zu werden. Der Stützmechanismus hat eine Antriebseinheit zum Erzeugen einer Antriebskraft zum Bewegen entweder der energieempfangenden Einheit oder der energieübertragenden Einheit, um einen Abstand zwischen der energieempfangenden Einheit und der energieübertragenden Einheit zu verkürzen, und ein Vorspannelement, das eine Vorspannkraft aufbringt zum Vorspannen entweder der energieempfangenden Einheit und/oder der energieübertragenden Einheit, die durch die Bewegungskraft bewegt worden ist, die durch die Antriebseinheit aufgebracht worden ist, um den Abstand zwischen der energieempfangenden Einheit und der energieübertragenden Einheit zu erhöhen.
VORTEILHAFTE WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
Die vorliegende energieempfangende Vorrichtung, die vorliegende energieübertragende Vorrichtung und das vorliegende Energieübertragungssystem können verhindern, dass eine energieempfangende Einheit und eine energieübertragende Einheit benachbart zueinander gehalten werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt schematisch ein Energieübertragungssystem, ein Fahrzeug, eine energieempfangende Vorrichtung und eine energieübertragende Vorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel.
2 zeigt eine elektrische Schaltungsdarstellung, die ermöglicht, dass das in 1 gezeigte Energieübertragungssystem eine kontaktfreie Energieübertragung ausführt.
3 zeigt eine Ansicht von unten auf eine Bodenfläche 25 eines Fahrzeugs 10.
4 zeigt eine perspektivische Explosionsansicht einer energieempfangenden Vorrichtung 11 und einer energieübertragenden Vorrichtung 50.
5 zeigt eine perspektivische Ansicht einer energieempfangenden Einheit 20 und eines Stützmechanismus 30, der die energieempfangende Einheit 20 stützt.
6 zeigt eine schematische Seitenansicht einer Schalteinheit 36 unter Betrachtung in einer Richtung, die in 5 durch einen Pfeil A gezeigt ist.
7 zeigt eine Seitenansicht einer energieempfangenden Einheit 20, eines Gehäuses 65 und eines Stützmechanismus 30 unter Betrachtung in einem Zustand, bei dem das Fahrzeug 10 angehalten ist.
8 zeigt eine Seitenansicht einer energieempfangenden Einheit 20 und eines Gehäuses 65, die gegenüber dem in 7 gezeigten Zustand nach unten bewegt sind.
9 zeigt eine Seitenansicht eines Zustandes, der sich dann ergibt, wenn die energieempfangende Einheit 20 elektrische Energie von einer energieübertragenden Einheit 56 kontaktfrei empfängt.
10 zeigt eine Seitenansicht einer beispielartigen Variation eines Drehwinkels θ beim Ausrichten einer energieempfangenden Einheit 20 mit einer energieübertragenden Einheit 56.
11 zeigt ein Simulationsmodell des Energieübertragungssystems.
12 zeigt eine grafische Darstellung einer Beziehung zwischen einer Differenz bei der Eigenfrequenz und einer Energieübertragungseffizienz.
13 zeigt eine grafische Darstellung einer Beziehung zwischen einer Energieübertragungseffizienz bei variiertem Luftspalt AG und einer Frequenz f3 einer zu einer Primärspule 65 gelieferten Stromstärke, wobei eine Eigenfrequenz f0 feststehend ist.
14 zeigt eine Beziehung zwischen einem Abstand von einer Stromquelle oder einer magnetischen Stromquelle und der Stärke eines elektromagnetischen Feldes.
15 zeigt eine perspektivische Ansicht einer energieempfangenden Vorrichtung 11 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
16 zeigt eine Seitenansicht mit einer energieempfangenden Einheit 20 und einem Gehäuse 65 in einem Anfangszustand.
17 zeigt eine Seitenansicht mit einer energieempfangenden Einheit 20 und einem Gehäuse 65, die aus dem in 16 gezeigten Zustand nach unten versetzt sind.
18 zeigt eine Seitenansicht mit einer energieempfangenden Einheit 20 und einem Gehäuse 65, die zu einer energieempfangenden Position bewegt sind.
19 zeigt eine Seitenansicht einer energieempfangenden Vorrichtung 11, wobei eine energieempfangende Einheit 20 in dem Anfangszustand ist.
20 zeigt einen Zustand in einer Seitenansicht, bei dem eine energieempfangende Einheit 20 und ein Gehäuse 65 aus dem in 19 gezeigten Zustand nach unten bewegt sind.
21 zeigt eine Seitenansicht mit einer energieempfangenden Einheit 20 an der energieempfangenden Position.
22 zeigt eine perspektivische Ansicht der energieübertragenden Vorrichtung.
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Nachstehend wird auf die 1 bis 22 Bezug genommen, um eine energieempfangende Vorrichtung, eine energieübertragende Vorrichtung und ein Energieübertragungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung in Ausführungsbeispielen zu beschreiben. Während nachstehend eine Vielzahl an Ausführungsbeispielen beschrieben ist, ist in der ursprünglich angemeldeten vorliegenden Erfindung ebenfalls angedacht, dass die Ausführungsbeispiele im Hinblick auf den Aufbau in geeigneter Weise kombiniert werden. Im Wesentlichen identische Konfigurationen sind durch identische Bezugszeichen bezeichnet und werden nicht unbedingt wiederholt beschrieben.
Erstes Ausführungsbeispiel
1 zeigt eine schematische Ansicht eines Energieübertragungssystems, eines Fahrzeugs, einer energieempfangenden Vorrichtung, einer energieübertragenden Vorrichtung und dergleichen gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel.
Das Energieübertragungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung hat ein Fahrzeug 10, das eine energieempfangende Vorrichtung 11 aufweist, und eine externe Energiezuführvorrichtung 51, die eine energieübertragende Vorrichtung 50 aufweist. Die energieempfangende Vorrichtung 11 des Fahrzeugs 10 empfängt hauptsächlich elektrische Energie von der energieübertragenden Vorrichtung 50.
Ein Parkraum 52 ist mit einem Radblock und einer Linie, die eine Parkposition und einen Parkbereich anzeigt, versehen, um zu ermöglichen, dass das Fahrzeug 10 an einer vorgeschriebenen Position angehalten wird.
Die externe Energiezuführvorrichtung 51 hat einen Hochfrequenz-Energietreiber 54, der mit einer Wechselstromenergieversorgung 53 verbunden ist, eine Steuereinheit 55, die den Hochfrequenzenergietreiber 54 und dergleichen antreibbar steuert, und eine energieübertragende Vorrichtung 50, die mit dem Hochfrequenzenergietreiber 54 verbunden ist.
Die energieübertragende Vorrichtung 50 hat eine energieübertragende Einheit 56, und die energieübertragende Einheit 56 hat eine Spuleneinheit 60 und einen Kondensator 59, der mit der Spuleneinheit 60 verbunden ist. Die Spuleneinheit 60 hat einen Ferritkern 57 und eine Primärspule (oder eine erste Spule) 58, die als Wicklung auf den Ferritkern 57 gewickelt ist. Die Primärspule 58 ist mit dem Hochfrequenzenergietreiber 54 verbunden. Es ist hierbei zu beachten, dass; wenn in dem ersten Ausführungsbeispiel auf eine beliebige Primärspule Bezug genommen wird, die Primärspule die Primärspule 58 ist.
In 1 hat das Fahrzeug 10 einen Fahrzeugkörper 10A, die energieempfangende Vorrichtung 11, die an dem Fahrzeugkörper 10A vorgesehen ist, einen Gleichrichter 13, der mit der energieempfangenden Vorrichtung 11 verbunden ist, einen DC/DC-Wandler 14, der mit dem Gleichrichter 13 verbunden ist, eine Batterie 15, die mit dem DC/DC-Wandler 14 verbunden ist, eine Energiesteuereinheit (PCU) 16, eine Motoreinheit 17, die mit der Energiesteuereinheit 16 verbunden ist, eine Fahrzeugelektroniksteuereinheit (ECU) 12, die den DC/DC-Wandler 14, die Energiesteuereinheit 16 und dergleichen antreibbar steuert, einen Stützmechanismus 30 und eine Einstelleinheit 27.
Der Fahrzeugkörper 10A hat einen Körper, in welchem ein Verbrennungsmotorraum, ein Kabinenraum und dergleichen ausgebildet sind, und ein Außenbauteil wie beispielsweise einen Stoßfänger, der an dem Körper vorgesehen ist. Das Fahrzeug 10 hat ein Vorderrad 19F und ein Hinterrad 19B.
Es ist hierbei zu beachten, dass während dem ersten Ausführungsbeispiel ein Hybridfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor beschrieben ist, die vorliegende Erfindung nicht auf ein derartiges Fahrzeug beschränkt ist. Beispielsweise ist die vorliegende Erfindung ebenfalls auf ein elektrisches Fahrzeug ohne einen Verbrennungsmotor, ein Brennstoffzellenfahrzeug mit einer Brennstoffzelle anstelle eines Verbrennungsmotors und dergleichen anwendbar.
Die Fahrzeug-ECU 12 hat eine Stützmechanismussteuereinheit 18, die den Stützmechanismus 30 antreibbar steuert, wie dies nachstehend beschrieben ist. Der Gleichrichter 13 ist mit der energieempfangenden Vorrichtung 11 verbunden und empfängt einen Wechselstrom von der energieempfangenden Vorrichtung 11, wandelt den empfangenden Wechselstrom in einen Gleichstrom um und liefert den Gleichstrom zu dem DC/DC-Wandler 14.
Der DC/DC-Wandler 14 empfängt den Gleichstrom von dem Gleichrichter 13, stellt die elektrische Spannung des empfangenen Gleichstroms ein und liefert diese zu der Batterie 15. Es ist hierbei zu beachten, dass der DC/DC-Wandler 14 nicht wesentlich ist und weggelassen werden kann. In diesem Fall kann der DC/DC-Wandler 14 ersetzt werden, indem eine externe Energiezuführvorrichtung 51 mit einer passenden Vorrichtung zwischen der energieübertragenden Vorrichtung 50 und dem Hochfrequenzenergietreiber 54 vorgesehen wird, die die Impedanz in Übereinstimmung bringt (anpasst).
Die Energiesteuereinheit 16 hat einen Konverter (Wandler), der mit der Batterie 15 verbunden ist, und einen Inverter, der mit dem Konverter verbunden ist, und der Konverter stellt einen von der Batterie 15 gelieferten Gleichstrom ein (oder verstärkt diesen) und liefert den Gleichstrom zu dem Inverter. Der Inverter empfängt den Gleichstrom von dem Konverter, wandelt den Gleichstrom in einen Wechselstrom um und liefert den Wechselstrom zu einer Motoreinheit 17.
Die Motoreinheit 17 ist beispielsweise ein Dreiphasenwechselstrommotor oder dergleichen, und die Motoreinheit 17 wird durch den Wechselstrom angetrieben, der von dem Inverter der Energiesteuereinheit 16 geliefert wird.
Die energieempfangende Vorrichtung 11 hat eine energieempfangende Einheit 20. Die energieempfangende Einheit 20 hat eine Spuleneinheit 24 und einen Kondensator 23, der mit der Spuleneinheit 24 verbunden ist. Die Spuleneinheit 24 hat einen Ferritkern 21 und eine Sekundärspule 22, die auf dem Ferritkern 21 gewickelt ist. Es ist hierbei zu beachten, dass die energieempfangende Einheit 20 außerdem den Kondensator 23 nicht als ein wesentliches Bauteil hat. Die Sekundärspule 22 ist mit dem Gleichrichter 13 verbunden.
2 zeigt eine elektrische Schaltdarstellung, die ermöglicht, dass das in 1 gezeigte Energieübertragungssystem eine kontaktfreie Energieübertragung ausführt. Es ist hierbei zu beachten, dass die Schaltungsdarstellung in 2 lediglich ein Beispiel ist, und die kontaktfreie Energieübertragung kann in einem anderen Aufbau als der in 2 gezeigte Aufbau ausgeführt werden.
Die Sekundärspule 22 arbeitet mit dem Kondensator 23 zusammen, um eine Resonanzschaltung auszubilden, und empfängt kontaktfrei die elektrische Energie, die von der energieübertragenden Einheit 56 der externen Energiezuführvorrichtung 51 übertragen wird. Es ist hierbei zu beachten, dass, obwohl dies in der Zeichnung nicht gezeigt ist, die Sekundärspule 22 und der Kondensator 23 eine geschlossene Schleife ausbilden können, und die durch die Sekundärspule 22 empfangene elektrische Wechselstromenergie kann von der Sekundärspule 22, indem separat eine Spule vorgesehen ist, durch elektromagnetische Induktion extrahiert werden, wobei diese zu dem Gleichrichter 13 ausgegeben wird.
Die Primärspule 58 arbeitet mit dem Kondensator 59 zusammen, um eine Resonanzschaltung auszubilden, und überträgt kontaktfrei die elektrische Wechselstromenergie, die von der Wechselstromversorgung 53 zu der energieempfangenden Einheit 20 kontaktfrei geliefert wird. Es ist hierbei zu beachten, dass, obwohl dies in der Zeichnung nicht gezeigt ist, die Primärspule 58 und der Kondensator 59 eine geschlossene Schleife ausbilden können, und die von der Wechselstromenergieversorgung 53 ausgegebene elektrische Wechselstromenergie kann über eine separat vorgesehene Spule durch elektromagnetische Induktion zu der Primärspule 58 geliefert werden.
Es ist hierbei zu beachten, dass die Kondensatoren 23 und 59 jeweils so vorgesehen sind, dass ihre jeweilige Eigenfrequenz der Resonanzschaltung eingestellt wird, und die Kondensatoren 23 und 59 können weggelassen werden, wenn eine erwünschte Eigenfrequenz über eine Streukapazität der Primärspule 58 und der Sekundärspule 22 erlangt wird. Es ist hierbei zu beachten, dass, während das Beispiel von 2 die Sekundärspule 22 und den Kondensator 23 parallel verbunden zeigt, die Sekundärspule 22 und der Kondensator 23 in Reihe verbunden sein können. Darüber hinaus können, während das Beispiel von 2 zeigt, dass die Primärspule 58 und der Kondensator 59 parallel verbunden sind, diese in Reihe verbunden sein.
3 zeigt eine Ansicht von unten auf eine Bodenfläche 25 des Fahrzeugs 10. In 3 ist mit "D" eine vertikal nach unten weisende Richtung D gezeigt. Mit "L" ist eine nach links weisende Richtung L relativ zu dem Fahrzeug gezeigt. Mit "R" ist eine nach rechts weisende Richtung R relativ zu dem Fahrzeug gezeigt. Mit "F" ist eine nach vorn weisende Richtung F relativ zu dem Fahrzeug gezeigt. Mit "B" ist eine nach hinten weisende Richtung B relativ zu dem Fahrzeug gezeigt. Die Bodenfläche 25 des Fahrzeugs 10 (oder des Fahrzeugkörpers 10A) ist eine Fläche des Fahrzeugs 10, die an einer Position betrachtet werden kann, die vom Fahrzeug 10 in der vertikal nach unten weisenden Richtung beabstandet ist, wobei die Reifen des Fahrzeugs 10 in Kontakt mit der Bodenfläche sind. Die energieempfangende Vorrichtung 11, die energieempfangende Einheit 20 und die Sekundärspule 22 sind an der Bodenfläche 25 vorgesehen.
Die Bodenfläche 25 hat eine Mitte, die aus Gründen der Veranschaulichung als P1 bezeichnet ist. Die Mitte P1 befindet sich in der Mitte des Fahrzeugs 10 unter Betrachtung der Längsrichtung, und befindet sich außerdem in der Mitte des Fahrzeugs 10 unter Betrachtung in der Breitenrichtung.
Der Fahrzeugkörper 10A hat eine Bodentafel 26, die an der Bodenfläche des Fahrzeugs 10 vorgesehen ist. Die Bodentafel 26 ist ein tafelartiges Element, das den Innenraum und die Außenseite des Fahrzeugs abgrenzt.
Es ist hierbei zu beachten, dass das Vorsehen der energieempfangenden Vorrichtung 11 an der Bodenfläche 25 das Anbringen der Vorrichtung direkt an der Bodentafel 26, das Aufhängen der Vorrichtung von der Bodentafel 26, ein Seitenelement, ein Querelement oder dergleichen und ähnliches umfasst.
Es ist hierbei zu beachten, dass das Vorsehen der energieempfangenden Einheit 20, der Sekundärspule 22 und dergleichen an der Bodenfläche 25 bedeutet, dass diese in einem Gehäuse einer energieempfangenden Vorrichtung 11 untergebracht sind, wobei die energieempfangende Vorrichtung 11 an der Bodenfläche 25 vorgesehen ist.
Das Vorderrad 19F ist näher zu der Fahrzeugvorderseite als die Mitte P1 vorgesehen. Das Vorderrad 19F umfasst ein rechtes Vorderrad 19FR und ein linkes Vorderrad 19FL, die in der Breitenrichtung des Fahrzeugs 10 ausgerichtet sind.
Das Hinterrad 19B umfasst ein rechtes Hinterrad 19BR und ein linkes Hinterrad 19BL, die in der Breitenrichtung des Fahrzeugs 10 ausgerichtet sind.
4 zeigt eine perspektivische Explosionsansicht der energieempfangenden Vorrichtung 11 und der energieübertragenden Vorrichtung 50. Wie dies in 4 gezeigt ist, ist die energieübertragende Einheit 56 in einem Gehäuse 62 untergebracht. Das Gehäuse 62 hat eine Abschirmung 63, die so ausgebildet ist, dass sie nach oben offen ist, und einen Deckel, der so vorgesehen ist, dass er die Öffnung der Abschirmung 63 schließt. Es ist hierbei zu beachten, dass der Deckel in dem Beispiel von 4 nicht gezeigt ist.
Die energieübertragende Einheit 56 hat einen Ferritkern 57, der in einem fixierten Element 61 untergebracht ist, und die Primärspule 58 ist an einer Umfangsfläche des fixierten Elementes 61 gewickelt. Das fixierte Element 61 ist aus Harz (Kunststoff) ausgebildet.
In 4 ist die energieempfangende Einheit 20 in einem Gehäuse 65 untergebracht. Das Gehäuse 65 hat eine Abschirmung 66, die so ausgebildet ist, dass sie nach unten offen ist, und einen Deckel 67, der so angeordnet ist, dass er die Öffnung der Abschirmung 66 schließt. Der Deckel 67 ist aus Harz (Kunststoff) oder dergleichen ausgebildet.
Der Ferritkern 21 ist in einem feststehenden Element 68 untergebracht, und die Sekundärspule 22 ist auf einer Umfangsfläche des feststehenden (fixierten) Elementes 68 gewickelt. Die Sekundärspule 22 ist aus einem Wicklungsdraht ausgebildet, der so gewickelt ist, dass er eine Wickelachse O2 umgibt. Die Sekundärspule 22 ist derart ausgebildet, dass unter Betrachtung von einem Ende von ihr zu ihrem anderen Ende der Wicklungsdraht die Wickelachse O2 umgibt und außerdem entlang dieser versetzt ist.
Es ist hierbei zu beachten, dass die Abschirmung 66 einen oberen Abschnitt 70 und eine Umfangswand 71 hat, die so ausgebildet ist, dass sie von einem Umfangsabschnitt des oberen Abschnittes 70 nach unten herabhängt. Die Umfangswand 71 umfasst eine Endwand 72 und eine Endwand 73, die unter Betrachtung in einer Richtung ausgerichtet sind, in der sich die Wickelachse O2 erstreckt, und eine Seitenwand 74 und eine Seitenwand 75, die zwischen der Endwand 72 und der Endwand 73 angeordnet sind.
5 zeigt eine perspektivische Ansicht einer energieempfangenden Einheit 20 und eines Stützmechanismus 30, der die energieempfangende Einheit 20 stützt. Wie dies in 5 gezeigt ist, hat die energieempfangende Vorrichtung 11 einen Stützmechanismus 30, der die energieempfangende Einheit 20 zu der energieübertragenden Einheit 56 hin und von dieser weg bewegen kann.
Der Stützmechanismus (oder ein Stützmechanismus für die energieempfangende Einheit) 30 hat einen Verbindungsmechanismus 31, eine Antriebseinheit 32, ein Vorspannelement 33, eine Haltevorrichtung 34, einen Stopper 35 und eine Schalteinheit 36. Der Verbindungsmechanismus 31 hat ein Stützelement 37 und ein Stützelement 38.
Das Stützelement 37 hat eine Drehwelle 40, die durch die Bodentafel 26 oder dergleichen drehbar gestützt ist, einen Fuß 41, der an einem Ende der Drehwelle 40 ausgebildet ist, und einen Fuß 42, der mit dem anderen Ende der Drehwelle 40 verbunden ist. Der Fuß 41 hat ein unteres Ende, das mit dem Gehäuse 65 an der Seitenwand 75 drehbar verbunden ist. Der Fuß 42 hat ein unteres Ende, das mit dem Gehäuse 65 an der Seitenwand 74 drehbar verbunden ist.
Das Stützelement 38 ist von dem Stützelement 37 unter Betrachtung entlang der Mittelachse O2 beabstandet. Das Stützelement 38 hat eine Drehwelle 45, die durch die Bodentafel 26 oder dergleichen drehbar gestützt ist, einen Fuß 46, der an einem Ende der Drehwelle 45 verbunden ist, und einen Fuß 47, der mit dem anderen Ende der Drehwelle 45 verbunden ist. Der Fuß 46 hat ein unteres Ende, das mit der Seitenwand 75 drehbar verbunden ist, und der Fuß 47 hat ein unteres Ende, das mit der Seitenwand 74 drehbar verbunden ist.
Die Antriebseinheit 32 hat ein Zahnrad 80, das an einem Endabschnitt der Drehwelle 45 vorgesehen ist, ein Zahnrad 81, das mit dem Zahnrad 80 in Zahneingriff steht, und einen Motor 82, der das Zahnrad 81 dreht.
Der Motor 82 hat einen Rotor 95, der drehbar vorgesehen ist und mit dem Zahnrad 81 verbunden ist, einen Stator 96, der den Rotor 95 umgibt, und eine Kodiereinrichtung 97, die den Drehwinkel des Rotors 95 erfasst.
Wenn der Motor 82 elektrische Energie empfängt, dreht der Rotor 95. Wenn der Rotor 95 dreht, dreht sich demgemäß das Zahnrad 81, und das mit dem Zahnrad 81 in Zahneingriff stehende Zahnrad 80 dreht sich ebenfalls. Da das Zahnrad 80 an der Drehwelle 45 fixiert ist, wird sich die Drehwelle 45 drehen. Wenn sich die Drehwelle 45 dreht, bewegen sich die energieempfangende Einheit 20 und das Gehäuse 65. Der Motor 82 sieht somit eine Antriebskraft vor, die wiederum zu der energieempfangenden Einheit 20 und dem Gehäuse 65 übertragen wird. In Abhängigkeit davon, in welcher Richtung der Motor 82 dreht, werden die energieempfangende Einheit 20 und das Gehäuse 65 angehoben oder abgesenkt.
Ein Vorspannelement 33 umfasst ein elastisches Element 33a, das mit dem Fuß 46 und der Bodentafel 26 verbunden ist, und ein elastisches Element 33b, das mit dem Fuß 47 und der Bodentafel 26 verbunden ist.
Es ist hierbei zu beachten, dass das elastische Element 33a ein Ende 83 hat, das mit dem Fuß 46 drehbar verbunden ist, und das elastische Element 33a ein Ende 84 hat, das mit der Bodentafel 26 drehbar verbunden ist. Das elastische Element 33b hat außerdem ein Ende 85, das mit dem Fuß 47 drehbar verbunden ist, und ein Ende 86, das mit der Bodentafel 26 drehbar verbunden ist.
Das elastische Element 33a hat das Ende 83 an einer Seite des Fußes 46, so, dass es näher zu dem unteren Ende von diesem als zu seiner Mitte ist. Das elastische Element 33a hat das Ende 84 entgegengesetzt zu dem Stützelement 37, wobei, der Fuß 46 und die Drehwelle 45 ihre Verbindung zwischen dem Ende 84 und dem Stützelement 37 haben.
Das elastische Element 33b hat das Ende 85 an einer Seite des Fußes 47 näher zu dem unteren Ende von diesem als zu seiner Mitte. Das elastische Element 33b hat das Ende 86 entgegengesetzt zu dem Stützelement 37, wobei die Drehwelle 45 und der Fuß 47 ihre Verbindung zwischen dem Ende 86 und dem Stützelement 37 haben.
5 zeigt außerdem eine gestrichelte Linie, um die energieempfangende Einheit 20 und das Gehäuse 65 anzuzeigen, bevor die energieempfangende Einheit 20 sich zu der energieübertragenden Einheit 56 absenkt, d.h. in einem Anfangszustand.
In dem Anfangszustand sind das elastische Element 33a und das elastische Element 33b in einem natürlichen (nicht unter Last stehenden) Zustand.
Dann werden, wie dies in 5 durch eine durchgehende Linie aufgezeigt ist, wenn die energieempfangende Einheit 20 und das Gehäuse 65 versetzt werden, das elastische Element 33a und das elastische Element 33b ausgefahren. Dadurch werden das elastische Element 33a und das elastische Element 33b gespannt. Diese Spannung spannt die energieempfangende Einheit 20 und das Gehäuse 65 zu dem Anfangszustand vor.
Die Haltevorrichtung 34 hat einen Körper 88, der an der Bodentafel 26 oder dergleichen fixiert ist, und ein Stützelement 87, das durch den Umstand, bis zu welchem Betrag es von dem Körper 88 vorragt, eingestellt wird. 5 zeigt außerdem eine gestrichelte Linie, um die energieempfangende Einheit 20 und das Gehäuse 65 aufzuzeigen, bevor die energieempfangende Einheit 20 zu der energieübertragenden Einheit 56 abgesenkt wird, d.h. in einem Anfangszustand.
Das Stützelement 87 stützt das Gehäuse 65 in dem Anfangszustand an seiner Bodenfläche (oder an seinem Deckel) und fixiert die energieempfangende Einheit 20 an dem Fahrzeug 10. Es ist hierbei zu beachten, dass die Endwand 73 mit einem Loch versehen sein kann, um in diesem das Stützelement 87 zu empfangen.
Der Stopper 35 hat ein Stopperstück 90 und ein Stopperstück 91, um den Fuß 41 in einem Drehwinkel zu halten, damit ein Bereich definiert wird, in welchem ermöglicht ist, dass die energieempfangende Einheit 20 und die Seitenwand 75 sich drehen.
Das Stopperstück 90 gelangt mit den Füßen 41, 42 in Kontakt, um zu verhindern, dass die energieempfangende Einheit 20 und das Gehäuse 65 mit der Bodenplatte 26 und dergleichen des Fahrzeugs 10 in Kontakt gelangen.
Das Stopperstück 91 dient dazu, an den Füßen 41, 42 anzuliegen, um zu ermöglichen, dass sich die energieempfangende Einheit 20 und das Gehäuse 65 nach unten innerhalb eines begrenzten Bereiches bewegen, um somit zu verhindern, dass sie mit einem Element in Kontakt gelangen, das an der Bodenfläche (Erdboden) angeordnet ist.
Die Schalteinheit 36 hat ein Zahnrad 92, das an der Drehwelle 45 fixiert ist, und einen Stopper 93 der mit dem Zahnrad 92 in Eingriff steht. Es ist hierbei zu beachten, dass der Stopper 93 mit dem Zahnrad 92 in Eingriff gelangt/von diesem außer Eingriff gelangt unter Steuerung durch die Fahrzeug-ECU 12, die in 1 gezeigt ist. Wenn der Stopper 93 mit dem Zahnrad 92 in Eingriff steht, wird die Drehwelle 45 davor bewahrt, dass sie sich in einer Richtung dreht, in der ermöglicht wird, dass die energieempfangende Einheit 20 abgesenkt wird, d.h. es liegt ein Haltezustand vor. Genauer gesagt ist der Haltezustand ein Zustand, bei dem ermöglich ist, dass die energieempfangende Einheit 20 sich von der energieübertragenden Einheit 56 weg bewegt, und außerdem verhindert wird, dass die energieempfangende Einheit 20 sich der energieübertragenden Einheit 56 nähert.
Es ist hierbei zu beachten, dass wenn der Stopper 93 von dem Zahnrad 92 außer Eingriff steht, die Schalteinheit 36 in einem Zulässigkeitszustand angeordnet ist, in welchem ermöglich ist, dass die Drehwelle 36 sich in einer Richtung dreht, in welcher ermöglicht ist, dass die energieempfangende Einheit 20 nach oben bewegt wird, und ermöglicht wird, dass die Drehwelle 36 sich so dreht, dass die energieempfangende Einheit 20 abgesenkt wird. Genauer gesagt ist der Zulässigkeitszustand ein Zustand, bei dem ermöglicht wird, dass die energieempfangende Einheit 20 sich von der energieübertragenden Einheit 56 wegbewegt, und außerdem ermöglicht wird, dass die energieempfangende Einheit 20 sich der energieübertragenden Einheit 56 nähert.
6 zeigt eine schematische Seitenansicht der Schalteinheit 36 unter Betrachtung in einer Richtung, die in 5 durch einen Pfeil A gezeigt ist. Wie dies in 6 gezeigt ist, hat die Schalteinheit 36 ein Zahnrad 92, dass an der Drehwelle 45 fixiert ist, einen Stopper 93, der wahlweise mit dem Zahnrad 92 in Eingriff gelangt, und eine Antriebseinheit 110.
Das Zahnrad 92 hat eine Umfangsfläche, die mit einer Vielzahl an zueinander beabstandeten Zähnen 99 versehen ist. Der Stopper 93 ist an einer axialen Welle 98 drehbar vorgesehen. Die Antriebseinheit 110 dreht den Stopper 93. Die Antriebseinheit 110 schaltet einen Zustand, bei dem ermöglicht wird, dass ein Endstück des Stoppers 93 mit einem Zahn 99 in Eingriff gelangt, zu einem Zustand, bei dem ermöglicht wird, dass das Endstück des Stoppers 93 von dem Zahnrad 92 getrennt ist, um den Stopper 93 mit dem Zahnrad 92 in Eingriff zu bringen und umgekehrt.
Es ist hierbei zu beachten, dass die axiale Welle 98 mit einer Torsionsfeder 111 oder dergleichen versehen ist, und der Stopper 93 durch eine anhand der Torsionsfeder 111 aufgebrachten Kraft vorgespannt ist, um den Stopper 93 so vorzuspannen, dass sein Endstück gegen eine Umfangsfläche des Zahnrades 92 gedrückt wird.
Die Antriebseinheit 110 kann den Stopper 93 drehen, um zu ermöglichen, dass das Endstück des Stoppers von der Umfangsfläche des Zahnrades 92 entgegen der Kraft wegbewegt wird, die durch die Torsionsfeder 111 zum Vorspannen des Stoppers aufgebracht wird. Es ist hierbei zu beachten, dass die Antriebseinheit 110 unter Steuerung durch die Stützmechanismusteuereinheit 18 angetrieben wird.
Eine Drehrichtung Dr1 ist eine Richtung, in der die Drehwelle 45 und das Zahnrad 92 sich drehen, wenn die energieempfangende Einheit 20 und die energieübertragende Einheit 56 angehoben werden, und eine Drehrichtung Dr2 ist eine Richtung, in der die Drehwelle 45 und das Zahnrad 92 drehen, wenn die energieempfangende Einheit 20 und die energieübertragende Einheit 56 abgesenkt werden.
Wenn der Stopper 93 mit dem Zahnrad 92 in Eingriff steht, wird das Zahnrad 92 vor einer Drehung in der Drehrichtung Dr2 bewahrt.
Wenn der Stopper 93 mit dem Zahnrad 92 in Eingriff steht, kann sich das Zahnrad 92 noch in der Drehrichtung Dr1 drehen.
Unter Bezugnahme auf 1, stellt die Einstelleinheit 27 eine Größe der elektrischen Energie ein, die von der Batterie 15 zu dem Motor 82 des Stützmechanismus 30 geliefert wird. Die Stützmechanismussteuereinheit 18 steuert die Einstelleinheit 27 antreibbar.
Nachstehend ist beschrieben, wie die vorstehend beschriebene energieempfangende Vorrichtung 11 arbeitet, wenn sie elektrische Energie von der energieübertragenden Einheit 56 empfängt.
Wenn die energieempfangende Einheit 20 elektrische Energie von der energieübertragenden Einheit 56 empfängt, ist das Fahrzeug 10 an einer vorgeschriebenen Position angehalten (oder geparkt). 7 zeigt eine Seitenansicht der energieempfangenden Einheit 20, des Gehäuses 65 und des Stützmechanismus 30, die im angehaltenen Zustand des Fahrzeugs 10 gezeigt sind.
Wie dies in 7 gezeigt ist, ist das Gehäuse 65 durch die Haltevorrichtung 34 benachbart zu der Bodentafel 26 gestützt, und das Gehäuse 65 ist in der Anfangsposition (Ausgangsposition) fixiert. Es ist hierbei zu beachten, dass in dem Anfangszustand das Vorspannelement 33 eine natürliche Länge hat, und das Vorspannelement 33 befindet sich in einem Zustand, bei dem es keine Kraft wie beispielsweise eine Spannung auf die energieempfangende Einheit 20 und das Gehäuse 65 aufbringt.
Wenn dann die energieempfangende Einheit 20 kontaktfrei elektrische Energie empfängt, treibt die Stützmechanismussteuereinheit 18 die Haltevorrichtung 34 an, um das Stützelement 87 von einer unteren Fläche des Gehäuses 65 zurück zu versetzen (zurückzuziehen).
Dann schaltet die Stützmechanismussteuereinheit 18 die Einstelleinheit 27 ein, um zu ermöglichen, dass die Batterie 15 den Motor 82 mit elektrischer Energie versorgt.
Wenn der Motor 82 einmal elektrische Energie empfängt, sieht der Motor 82 eine Bewegungskraft vor, und, wie dies in 8 gezeigt ist, dreht sich der Fuß 46 um die Drehwelle 45. Dies ermöglicht, dass die energieempfangende Einheit 20 und das Gehäuse 65 sich in vertikal nach unten weisende Richtung D und auch in Fahrzeugvorderrichtung F sich bewegen.
Zu diesem Zeitpunkt bewegt sich außerdem das Stützelement 37, um dem Stützelement 38, der energieempfangenden Einheit 20 und dem Gehäuse 65 zu folgen. Es ist hierbei zu beachten, dass das Stützelement 37 ein Stützelement 37 ist, das sich um die Drehwelle 40 dreht.
Wenn sich die energieempfangende Einheit 20 und das Gehäuse 65 bewegen, fährt das Vorspannelement 33 aus, und das Vorspannelement 33 bringt eine Spannung auf das Gehäuse 65 auf, um den Anfangszustand zu erzielen (beizubehalten), wie dies in 7 gezeigt ist. Der Motor 82 widersteht der Spannung und bewegt das Gehäuse 65. Die Kodiereinrichtung 97 überträgt den Drehwinkel des Rotors 95 des Motors 82 zu der Stützmechanismussteuereinheit 18.
9 zeigt eine Seitenansicht eines Zustandes, der sich dann ergibt, wenn die energieempfangende Einheit 20 elektrische Energie von der energieübertragenden Einheit 56 kontaktfrei empfängt.
Unter Bezugnahme auf 9 erkennt die Stützmechanismussteuereinheit 18, wo das Gehäuse 65 und die energieempfangende Einheit 20 angeordnet sind, auf der Grundlage der von der Kodiereinrichtung 97 empfangenen Information.
Wenn dann die Stützmechanismussteuereinheit 18 bestimmt, dass der Rotor 95 einen Drehwinkel hat, der ermöglicht, dass die energieempfangende Einheit 20 und die energieübertragende Einheit 56 einander zugewandet sind, treibt dann unter Bezugnahme auf 6 die Stützmechanismussteuereinheit 18 die Antriebseinheit 110 an, um den Stopper 93 mit dem Zahnrad 92 in Eingriff zu bringen.
Dadurch wird die Drehung des Zahnrades 92 und der Drehwelle 45 angehalten, und folglich wird das Absenken der energieempfangenden Einheit 20 und der energieübertragenden Einheit 56 angehalten. Es ist hierbei zu beachten, dass das Vorspannelement 33 eine Spannung vorsieht, die geringer ist als die von dem Motor 82 vorgesehene Antriebskraft, und die energieempfangende Einheit 20 und die energieübertragende Einheit 56 werden somit vor einer Aufwärtsbewegung bewahrt. Somit wird die Bewegung der energieempfangenden Einheit 20 und der energieübertragenden Einheit 56 angehalten. Anders ausgedrückt gelangt, während der Motor 82 die energieempfangende Einheit 20 und das Gehäuse 65 in einer Richtung antreibt, in welcher ermöglicht ist, dass das sie abgesenkt werden, der Stopper 93 mit dem Zahnrad 92 in Eingriff, um die Bewegung der energieempfangenden Einheit 20 und des Gehäuses 65 anzuhalten, und, da die Antriebskraft des Motors 82 größer als die Spannung des Vorspannelementes 33 ist, die energieempfangende Einheit 20 und das Gehäuse 65 werden im angehaltenen Zustand gehalten.
In 9 zeigt eine gestrichelte Linie das Stützelement 38 an einer Position in einem Anfangszustand. Indem dieser Anfangszustand als eine Referenz dient, dreht sich das Stützelement 38 um einen Drehwinkel θ.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die energieempfangende Einheit 20 mit der energieübertragenden Einheit 56 mit einem Drehwinkel θ ausgerichtet, der in einen Bereich fällt, der größer als oder gleich wie 45 Grad ist und kleiner als oder gleich wie 100 Grad ist.
Wenn der Drehwinkel θ in diesem Bereich in einer vorgegebenen Größe geändert wird, wird die energieempfangende Einheit 20 in einer größeren Größe in der Fahrzeugrückwärtsrichtung und Fahrzeugvorwärtsrichtung B und F (d.h. horizontal) als in der vertikal nach oben weisenden Richtung und der vertikal nach unten weisenden Richtung U und D versetzt.
Wenn die energieempfangende Einheit 20 zu der energieübertragenden Einheit 56 in der Fahrzeugrückwärtsrichtung oder Fahrzeugvorwärtsrichtung B oder F fehlausgerichtet ist, kann die energieempfangende Einheit 20 zu der energieübertragenden Einheit 56 horizontal erneut ausgerichtet werden, während die energieempfangende Einheit 20 davor bewahrt werden kann, dass ihre Position vertikal signifikant variiert.
Vorzugsweise wird die energieempfangende Einheit 20 zu der energieübertragenden Einheit 56 mit einem Drehwinkel θ ausgerichtet, der in einen Bereich fällt, der größer als oder gleich wie 45 Grad ist und der geringer als oder gleich wie 90 Grad ist.
Ein Drehwinkel θ von weniger als oder gleich wie 90 Grad ermöglicht, dass die energieempfangende Einheit 20 zu der energieübertragenden Einheit 56 so ausgerichtet wird, dass die energieempfangende Einheit 20 innerhalb eines verringerten Bereiches bewegt wird, um zu verhindern, dass die energieempfangende Einheit 20 gegen einen Fremdkörper kollidiert, der auf der Bodenfläche (Erdboden) angeordnet ist.
Es ist hierbei zu beachten, dass in dem Beispiel von 9 die energieempfangende Einheit 20 der energieübertragenden Einheit 56 an einer Position zugewandt ist, die eingenommen wird, wenn der Drehwinkel θ im Wesentlichen 90 Grad beträgt. Insbesondere wenn der Drehwinkel θ in einer Nähe von 90 Grad in einem vorgegebenen Betrag variiert, werden die energieempfangende Einheit 20 und das Gehäuse 65 in einer größeren Größe in der Fahrzeugrückwärtsrichtung und Fahrzeugvorwärtsrichtung B und F (d.h. horizontal) als in der vertikal nach oben weisenden und der vertikal nach unten weisenden Richtung U und D versetzt.
Wenn die energieempfangende Einheit 20 zu der energieübertragenden Einheit 56 in der Fahrzeugrückwärtsrichtung oder Fahrzeugvorwärtsrichtung B oder F fehlausgerichtet ist, kann die engergieempfangende Einheit 20 zu der energieübertragenden Einheit 56 horizontal erneut ausgerichtet werden, während die energieempfangende Einheit 20 davor bewahrt werden kann, dass ihre Position vertikal signifikant variiert.
10 zeigt eine Seitenansicht einer beispielartigen Änderung des Drehwinkels θ beim Ausrichten der energieempfangenden Einheit 20 zu der energieübertragenden Einheit 56.
In dem Beispiel von 10 wird die energieempfangende Einheit 20 zu der energieübertragenden Einheit 56 mit einem Drehwinkel θ ausgerichtet, der in einen Bereich fällt, der größer als oder gleich 0 Grad ist und kleiner als 45 Grad ist.
Wenn der Drehwinkel θ, der größer als oder gleich wie 0 Grad ist und kleiner als 45 Grad ist, variiert (sich ändert), bewegt sich die energieempfangende Einheit 20 in einem größeren Betrag in der vertikalen Richtung als in der Fahrzeugrückwärtsrichtung und Fahrzeugvorwärtsrichtung B und F.
Der Drehwinkel θ in dem vorstehend beschriebenen Bereich ermöglicht, dass die energieempfangende Einheit 20 zu der energieübertragenden Einheit 56 vertikal ausgerichtet wird, während eine horizontale Bewegung der energieempfangenden Einheit 20 verhindert wird.
Wenn die energieempfangende Einheit 20 und die energieübertragende Einheit 56 wie vorstehend beschrieben ausgerichtet sind, sind die energieempfangende Einheit 20 und die energieübertragende Einheit 56 einander derart zugewandt, dass sie wie vorgeschrieben beabstandet sind. Wenn die energieempfangende Einheit 20 und die energieübertragende Einheit 56 einmal einander zugewandt sind, überträgt die energieübertragende Einheit 56 elektrische Energie kontaktfrei zu der energieempfangenden Einheit 20. Mit welchem Prinzip die energieempfangende Einheit 20 und die energieübertragende Einheit 56 die elektrische Energie zwischen ihnen übertragen, ist nachstehend beschrieben.
Wenn die energieempfangende Einheit 20 und die energieübertragende Einheit 56 zwischen ihnen die Übertragung von elektrischer Energie einmal vollendet haben, dann treibt unter Bezugnahme auf 6 die Stützmechanismussteuereinheit 18 die Antriebseinheit 111 an, um den Stopper 93 von dem Zahnrad 92 außer Eingriff zu bringen. Darüber hinaus steuert die Stützmechanismussteuereinheit 18 die Einstelleinheit 27 so, dass diese angetrieben wird, um zu bewirken, dass die energieempfangende Einheit 20 und das Gehäuse 65 angehoben werden. Dadurch hält beispielsweise die Einstelleinheit 27 die Lieferung von elektrischem Strom zu dem Motor 82 an. Wenn einmal das Vorsehen einer Antriebskraft durch den Motor 82 angehalten worden ist, die auf die energieempfangende Einheit 20 und das Gehäuse 65 aufgebracht wird, bringt das Vorspannelement 33 eine Spannung auf, um zu bewirken, dass die energieempfangende Einheit 20 und das Gehäuse 65 angehoben werden.
Zu diesem Zeitpunkt wird unter Bezugnahme auf 6, wenn die energieempfangende Einheit 20 und die energieübertragende Einheit 56 bei mit dem Zahnrad 92 in Eingriff stehenden Stopper 93 angehoben werden, ermöglicht, dass das Zahnrad 92 sich in der Drehrichtung Dr1 dreht.
Wenn die Stützmechanismussteuereinheit 18 aus einem Drehwinkel des Rotors 95, der durch die Kodiereinrichtung 97 erfasst wird, bestimmt, dass das Gehäuse 65 und die energieempfangende Einheit 20 zu der Ausgangsposition (Anfangsposition) zurückgekehrt sind, steuert die Stützmechanismussteuereinheit 18 die Einstelleinheit 27 so, dass das Antreiben des Motors 82 beendet wird. Darüber hinaus treibt die Stützmechanismussteuereinheit 18 die Haltevorrichtung 34 so an, dass das Gehäuse 65 durch das Stützelement 87 fixiert wird. Wenn die energieempfangende Einheit 20 und das Gehäuse 65 zu der Ausgangsposition zurückkehren, werden die Längen des elastischen Elementes 33a und des elastischen Elementes 33b minimiert. Demgemäß werden, wenn die energieempfangende Einheit 20 und das Gehäuse 65 aus der Ausgangsposition weiter angehoben werden sollen, das elastische Element 33a und das elastische Element 33b zu einer längeren Länge ausgefahren als dann, wenn die energieempfangende Einheit 20 und das Gehäuse 65 die Ausgangsposition einnehmen, und demgemäß bringen das elastische Element 33a und das elastische Element 33b eine Spannung auf die energieempfangende Einheit 20 und das Gehäuse 65 auf, um die energieempfangende Einheit 20 und das Gehäuse 65 zu der Ausgangsposition zurückkehren zu lassen. Somit kehren die energieempfangende Einheit 20 und das Gehäuse 65 in zufriedenstellender Weise zu der Ausgangsposition zurück.
Es ist hierbei zu beachten, dass beim Bewirken des Anhebens der energieempfangenden Einheit 20 und das Gehäuse 65 nicht nur das Vorspannelement 33 eine Spannung aufbringt, wie dies vorstehend beschrieben ist, sondern der Motor 82 auch angetrieben werden kann, um ein Anheben der energieempfangenden Einheit 20 und das Gehäuses 65 zu bewirken.
Während die energieempfangende Einheit 20 und das Gehäuse 65 abgesenkt werden, kann es sein, dass der Motor 82 nicht zufriedenstellend angetrieben wird.
In diesem Fall bringt das Vorspannelement 33 eine Spannung auf, um zu bewirken, dass die energieempfangende Einheit 20 und das Gehäuse 65 angehoben werden. Dadurch kann verhindert werden, dass die energieempfangende Einheit 20 und das Gehäuse 65 unten gehalten werden.
Es ist hierbei zu beachten, dass, während sich das Gehäuse 65 und die energieempfangende Einheit 20 aus der Ausgangsposition von 7 zu der energieempfangenden Position von 9 bewegen, ein Bordstein oder ein ähnlicher Fremdkörper verhindern kann, dass die energieempfangende Einheit 20 und das Gehäuse 65 sich weiter bewegen. Es ist hierbei zu beachten, dass die energieempfangende Position eine Position ist, die die energieempfangende Einheit 20 dann einnimmt, wenn sie elektrische Energie von der energieübertragenden Einheit 56 empfängt.
Zu dem Zeitpunkt, bei dem, wenn die Stützmechanismussteuereinheit 18 bei eingeschalteter Einstelleinheit 27 erfasst, dass der Rotor 95 eine vorgeschriebene Zeitspanne lang einen unveränderten Drehwinkel hat, steuert die Stützmechanismussteuereinheit 18 die Einstelleinheit 27 so, dass ein Anheben der energieempfangenden Einheit 20 und des Gehäuses 65 bewirkt werden.
Genauer gesagt beliefert die Einstelleinheit 27 den Motor 82 mit elektrischer Energie, um den Rotor 95 in einer Richtung zu drehen, in der ein Anheben der energieempfangenden Einheit 20 und des Gehäuses 65 bewirkt werden. Dadurch kann verhindert werden, dass die Antriebseinheit 32 eine Antriebskraft mit einem vorbeschriebenen Wert oder größer auf die energieempfangende Einheit 20 aufbringt, um das Gehäuse 65 gegen den Fremdkörper zu drücken und das Gehäuse 65 zu beschädigen. Es ist hierbei zu beachten, dass die Antriebskraft mit dem vorbeschriebenen Wert, die die Antriebseinheit 32 auf die energieempfangende Einheit 20 aufbringt, in geeigneter Weise in Abhängigkeit von der Festigkeit des Gehäuses 65 und der energieempfangenden Einheit 20 eingestellt ist.
In dem vorstehend beschriebenen Beispiel sind das elastische Element 33a und das elastische Element 33b in einem natürlichen Zustand, wenn die energieempfangende Einheit 20 und das Gehäuse 65 in dem Anfangszustand (Ausgangszustand) sind. Alternativ können das elastische Element 33a und das elastische Element 33b in einem ausgefahrenen (verlängerten) Zustand sein, wenn die energieempfangende Einheit 20 und das Gehäuse 65 in dem Anfangszustand sind. Dies ermöglicht außerdem, dass die Länge der elastischen Elemente 33a und 33b minimiert wird, wenn die energieempfangende Einheit 20 und das Gehäuse 65 in dem Anfangszustand sind.
Dann bringen, wenn die energieempfangende Einheit 20 und das Gehäuse 65 sich nach unten bewegen, das elastische Element 33a und das elastische Element 33b eine zunehmende Spannung auf die energieempfangende Einheit 20 und das Gehäuse 65 auf. Durch diese Spannung können die energieempfangende Einheit 20 und das Gehäuse 65 zurück zu dem Anfangszustand gezogen werden, nachdem das Empfangen von elektrischer Energie vollendet ist. Somit verhindert auch das Aufbringen einer Spannung auf die energieempfangende Einheit 20 und das Gehäuse 65, wenn sie in dem Anfangszustand sind, dass die energieempfangende Einheit 20 und das Gehäuse 65 mit Leichtigkeit aus der Anfangsposition versetzt werden.
Nachstehend wird auf die 11 bis 14 Bezug genommen, um ein Prinzip zu beschreiben, mit welchem ein Energieübertragungssystem die elektrische Energie überträgt.
Das vorliegende Ausführungsbeispiel sieht ein Energieübertragungssystem vor mit einer energieübertragenden Einheit 65 und einer energieempfangenden Einheit 20 mit jeweiligen Eigenfrequenzen mit einer Differenz, die geringer als oder gleich wie 10% der Eigenfrequenz der energieempfangenden Einheit 20 oder der energieübertragenden Einheit 56 ist. Die energieübertragende Einheit 56 und die energieempfangende Einheit 20 haben jeweils eine Eigenfrequenz, die in einem derartigen Bereich festgelegt ist, was eine effizientere Energieübertragung ermöglicht. Die energieübertragende Einheit 56 und die energieempfangende Einheit 20 haben jeweils Eigenfrequenzen mit einer Differenz, die größer als 10% der Eigenfrequenz der energieempfangenden Einheit 20 oder der energieübertragenden Einheit 56 ist, was zu einer Energieübertragungseffizienz führt, die geringer als 10% ist, und folglich zu einem derartigen Nachteil, dass eine längere Zeitspanne zum Aufladen der Batterie 15 erforderlich ist.
Hierbei ist mit der Eigenfrequenz der energieübertragenden Einheit 56, wenn der Kondensator 59 nicht vorgesehen ist, eine Oszillationsfrequenz (Schwingungsfrequenz) gemeint, bei der eine elektrische Schaltung, die aus der Induktivität der Primärspule 58 und der Kapazität der Primärspule 58 ausgebildet ist, frei oszilliert. Wenn der Kondensator 59 vorgesehen ist, ist mit der Eigenfrequenz der energieübertragenden Einheit 56 eine Oszillationsfrequenz (Schwingungsfrequenz) gemeint, bei der eine elektrische Schaltung, die aus der Kapazität der Primärspule 58 und dem Kondensator 59 und der Induktivität der Primärspule 58 ausgebildet ist, frei oszilliert. In der vorstehend beschriebenen elektrischen Schaltung wird, wenn eine Brechkraft und ein elektrischer Widerstand gegen 0 oder im Wesentlichen gegen 0 gehen, die erhaltene Eigenfrequenz auch als Resonanzfrequenz der energieübertragenden Einheit 56 bezeichnet.
In ähnlicher Weise ist mit der Eigenfrequenz der energieempfangenden Einheit 20, wenn der Kondensator 23 nicht vorgesehen ist, eine Oszillationsfrequenz (Schwingungsfrequenz) gemeint, bei der eine elektrische Schaltung, die aus der Induktivität der Sekundärspule 22 und der Kapazität der Sekundärspule 22 ausgebildet ist, frei oszilliert. Wenn der Kondensator 23 vorgesehen ist, ist mit der Eigenfrequenz der energieempfangenden Einheit 20 eine Oszillationsfrequenz (Schwingungsfrequenz) gemeint, bei der eine elektrische Schaltung, die aus der Kapazität der Sekundärspule 22 und dem Kondensator 23 und der Induktivität der Sekundärspule 22 ausgebildet ist, frei oszilliert. In der vorstehend erläuterten elektrischen Schaltung ist, wenn die Brechkraft und der elektrische Widerstand gegen 0 oder im Wesentlichen gegen 0 gehen, die erhaltene Eigenfrequenz auch als eine Resonanzfrequenz der energieempfangenden Einheit 20 bezeichnet.
Nachstehend wird auf die 11 und 12 Bezug genommen, um ein Ergebnis einer Simulation zu beschreiben, die eine Beziehung zwischen einer Differenz der Eigenfrequenz und der Energieübertragungseffizienz analysiert. 11 zeigt ein Simulationsmodell eines Energieübertragungssystems. Das Energieübertragungssystem hat eine energieübertragende Vorrichtung 190 und eine energieempfangende Vorrichtung 191, und die energieübertragende Vorrichtung 190 hat eine Spule 192 (eine elektromagnetische Induktionsspule) und eine energieübertragende Einheit 193. Die energieübertragende Einheit 193 hat eine Spule 194 (eine Primärspule) und einen Kondensator 195, der in der Spule 194 vorgesehen ist.
Die energieempfangende Vorrichtung 191 hat eine energieempfangende Einheit 196 und eine Spule 197 (eine elektromagnetische Induktionsspule). Die energieempfangende Einheit 196 hat eine Spule 199 (eine Sekundärspule) und einen Kondensator 198, der mit der Spule 199 verbunden ist.
Die Spule 194 hat eine Induktivität Lt und der Kondensator 195 hat eine Kapazität C1. Die Spule 199 hat eine Induktivität Lr und der Kondensator 198 hat eine Kapazität C2. Wenn jeder Parameter somit festgelegt ist, haben die energieübertragende Einheit 193 und die energieempfangende Einheit 196 jeweilige Eigenfrequenzen f1 und f2, die durch die folgenden Ausdrücke (1) und (2) ausgedrückt werden: f1 = 1/{2π(Lt × C1)^1/2} (1), und f2 = 1/{2π(Lr × C2)^1/2} (2).
Wenn die Induktivität Lr und die Kapazitäten C1 und C2 feststehend sind und nur die Induktivität Lt variiert, haben die energieübertragende Einheit 193 und die energieempfangende Einheit 196 Eigenfrequenzen mit einer Abweichung, die eine Beziehung zu der Energieübertragungseffizienz hat, wie dies in 12 gezeigt ist. Es ist hierbei zu beachten, dass in dieser Simulation die Spule 194 und die Spule 199 eine feststehende relative Positionsbeziehung haben, und darüber hinaus die energieübertragende Einheit 193 mit einer elektrischen Stromstärke beliefert wird, deren Frequenz feststehend ist.
Die grafische Darstellung von 12 hat eine Abszissenachse, die eine Abweichung zwischen den Eigenfrequenzen (in %) zeigt, und eine Ordinatenachse, die eine Übertragungseffizienz (in %) für eine feststehende Frequenz zeigt. Die Abweichung bei der Eigenfrequenz (in %) wird anhand des folgenden Ausdrucks (3) aufgezeigt: (Abweichung bei der Eigenfrequenz) = {(f1 – f2)/f2} × 100(%) (3).
Wie dies außerdem aus 12 hervorgeht, wird, wenn die Eigenfrequenzen eine Abweichung von ±0% haben, eine Energieübertragungseffizienz von nahe zu 100% erzielt. Wenn die Eigenfrequenz eine Abweichung von ±5% haben, wird eine Energieübertragungseffizienz von 40% vorgesehen. Wenn die Eigenfrequenz eine Abweichung von ±10% haben, wird eine Energieübertragungseffizienz von 10% vorgesehen. Wenn die Eigenfrequenzen eine Abweichung von ±15% haben, wird eine Energieübertragungseffizienz von 5% vorgesehen. Anders ausgedrückt ist ersichtlich, dass die energieübertragende Einheit und die energieempfangende Einheit ihre jeweiligen Eigenfrequenzen so haben, dass sie mit einer Abweichung (in %) mit einem Absolutwert (oder einer Differenz) festgelegt werden, der in einen Bereich von 10% oder geringer der Eigenfrequenz der energieempfangenden Einheit 196 fällt, wodurch eine effiziente Energieübertragung ermöglicht wird. Darüber hinaus ist ersichtlich, dass für die energieübertragende Einheit und die energieempfangende Einheit ihre jeweiligen Eigenfrequenzen mit einer Abweichung (in %) beim Absolutwert so festgelegt werden, dass dieser gleich wie oder geringer als 5% der Eigenfrequenz der energieempfangenden Einheit 196 ist, wodurch eine effizientere Energieübertragung ermöglicht wird. Die Simulation ist mit einer Software zur Analyse des elektromagnetischen Feldes (JMAG^®, hergestellt durch die JSOL Corporation) ausgeführt worden.
Nachstehend ist beschrieben, wie das Energieübertragungssystem gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel arbeitet.
Unter Bezugnahme auf 1 wird die Primärspule 58 mit elektrischer Wechselstromenergie von dem Hochfrequenzenergietreiber 54 beliefert. Die Primärspule 58 wird mit der elektrischen Energie so beliefert, dass diese eine Wechselstromstärke mit einer spezifischen Frequenz hat, die durch sie hindurch tritt.
Wenn die Primärspule 58 die Wechselstromstärke mit der spezifischen Frequenz hat, die durch sie hindurch tritt, bildet die Primärspule 58 ein elektromagnetisches Feld aus, das die Primärspule 58 umgibt und bei einer spezifischen Frequenz schwingt (oszilliert).
Die Sekundärspule 22 ist innerhalb eines vorgeschriebenen Bereiches gemessen von der Primärspule 58 angeordnet, und die Sekundärspule 22 empfängt elektrische Energie von dem elektromagnetischen Feld, das die Primärspule 58 umgibt.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Sekundärspule 22 und die Primärspule 58 sogenannte Helixspulen (Spiralspulen). Demgemäß bildet die Primärspule 58 magnetische und elektrische Felder, die die Primärspule 58 umgeben und bei einer spezifischen Frequenz schwingen, und die Sekundärspule 22 empfängt hauptsächlich elektrische Energie von jenem Magnetfeld.
Die Primärspule 58 bildet das Magnetfeld mit der spezifischen Frequenz so aus, dass dieses die Primärspule 58 umgibt, was nachstehend noch detaillierter beschrieben ist. Das "Magnetfeld mit der spezifischen Frequenz" steht typischerweise im Zusammenhang mit der Energieübertragungseffizienz und einer Frequenz einer zu der Primärspule 58 gelieferten elektrischen Stromstärke. Demgemäß ist zunächst beschrieben, welche Beziehung zwischen der Energieübertragseffizienz und der Frequenz der zu der Primärspule 58 gelieferten elektrischen Stromstärke existiert. Wenn elektrische Energie von der Primärspule 58 zu der Sekundärspule 22 übertragen wird, wird diese bei einer Effizienz übertragen, die mit einer Vielfalt an Faktoren variiert, wie beispielsweise ein Abstand zwischen der Primärspule 58 und der Sekundärspule 22. Beispielsweise haben die energieübertragende Einheit 56 und die energieempfangende Einheit 20 eine Eigenfrequenz (oder Resonanzfrequenz) f0, empfängt die Primärspule 58 eine elektrische Stromstärke mit einer Frequenz f3, und haben die Sekundärspule 22 und die Primärspule 58 einen Luftspalt AG zwischen ihnen, um dies zu veranschaulichen.
13 zeigt eine grafische Darstellung einer Beziehung zwischen der Energieübertragungseffizienz bei variierendem Luftspalt AG und der Frequenz f3 der zu der Primärspule 58 gelieferten elektrischen Stromstärke bei feststehender Eigenfrequenz f0.
In der grafischen Darstellung von 13 zeigt die Abszissenachse die Frequenz f3 der zu der Primärspule 58 gelieferten elektrischen Stromstärke, und die Ordinatenachse zeigt die Energieübertragungseffizienz (in %). Eine Effizienzkurve L1 zeigt eine Beziehung zwischen einer Energieübertragungseffizienz, die dann vorgesehen wird, wenn der Luftspalt AG gering ist, und der Frequenz f3 der zu der Primärspule 58 gelieferten elektrischen Stromstärke. Wie dies durch die Effizienzkurve L1 aufgezeigt ist, erreicht, wenn der Luftspalt AG gering ist, die Energieübertragungseffizienz eine Spitze bei den Frequenzen f4 und f5, wobei f4 < f5 ist. Wenn der Luftspalt AG größer wird und wenn die Energieübertragungseffizienz zunimmt, nähern sich die beiden Spitzen zueinander. Dann hat, wie dies durch eine Effizienzkurve L2 aufgezeigt ist, wenn der Luftspalt AG größer als der vorgeschriebene Abstand ist, die Energieübertragungseffizienz eine einzelne Spitze, und wenn die Primärspule 58 eine elektrische Stromstärke mit einer Frequenz f6 empfängt, hat die Energieübertragungseffizienz den Spitzenwert. Wenn der Luftspalt AG immer noch größer als jener ist, der der Effizienzkurve L2 entspricht, hat, wie dies durch eine Effizienzkurve L3 aufgezeigt ist, die Energieübertragungseffizienz einen geringeren Spitzenwert.
Beispielsweise kann eine effizientere Energieübertragung durch ein erstes Verfahren wie folgt erzielt werden: die in 1 gezeigte Primärspule 58 kann mit einer elektrischen Stromstärke beliefert werden, deren Frequenz feststehend ist, und die Kondensatoren 59, 23 und dergleichen können eine variierte (geänderte) Kapazität gemäß dem Luftspalt AG haben, um eine Charakteristik der Energieübertragungseffizienz zwischen der energieübertragenden Einheit 56 und der energieempfangenden Einheit 20 zu ändern. Genauer gesagt wird, während die Primärspule 58 mit einer elektrischen Stromstärke beliefert wird, deren Frequenz feststehend ist, die Kapazität der Kondensatoren 59 und 23 so eingestellt, dass ein Spitzenwert der Energieübertragungseffizienz ermöglicht wird. In diesem Verfahren tritt durch die Primärspule 58 und die Sekundärspule 22 eine Stromstärke, deren Frequenz feststehend ist, unabhängig von der Größe des Luftspaltes AG. Die Charakteristik der Energieübertragungseffizienz kann alternativ geändert werden, indem eine abgestimmte (passende) Vorrichtung genutzt wird, die zwischen der energieübertragenden Vorrichtung 50 und dem Hochfrequenzenergietreiber 54 vorgesehen ist, oder indem ein Konverter 14 oder dergleichen genutzt wird.
Ein zweites Verfahren basiert auf der Größe eines Luftspaltes AG zum Einstellen einer Frequenz einer zu der Primärspule 58 gelieferten elektrischen Stromstärke. Beispielsweise wird in 13 für die eine Effizienzkurve L1 entsprechenden Energieübertragungscharakteristik die Primärspule 58 mit einer Stromstärke mit einer Frequenz f4 oder f5 beliefert. Für die Energieübertragungscharakteristika, die den Effizienzkurven L2 und L3 entsprechen, wird die Primärspule 58 mit einer Stromstärke mit einer Frequenz f6 beliefert. Somit wird eine Stromstärke, die durch die Primärspule 58 und die Sekundärspule 22 tritt, im Hinblick auf die Frequenz gemäß der Größe des Luftspaltes AG variiert.
In dem ersten Verfahren tritt durch die Primärspule 58 eine elektrische Stromstärke, deren Frequenz feststehend ist, wohingegen in dem zweiten Verfahren durch die Primärspule 58 eine elektrische Stromstärke tritt, deren Frequenz sich in geeigneter Weise mit dem Luftspalt AG ändert. Das erste oder zweite Verfahren oder dergleichen wird somit angewendet, um die Primärspule 58 mit einer elektrischen Stromstärke mit einer spezifischen Frequenz zu beliefern, die so festgelegt ist, dass eine effiziente Energieübertragung vorgesehen wird. Wenn durch die Primärspule 58 die elektrische Stromstärke mit der spezifischen Frequenz hindurch tritt, bildet die Primärspule 58 ein Magnetfeld (ein elektromagnetisches Feld) aus, das die Primärspule 58 umgibt und bei einer spezifischen Frequenz schwingt (oszilliert). Die energieempfangende Einheit 20 empfängt elektrische Energie von der energieübertragenden Einheit 56 durch ein Magnetfeld, das zwischen der energieempfangenden Einheit 20 und der energieübertragenden Einheit 56 ausgebildet ist und bei einer spezifischen Frequenz schwingt. Demgemäß ist "ein Magnetfeld, das bei einer spezifischen Frequenz schwingt" nicht auf ein Magnetfeld mit einer feststehenden Frequenz beschränkt. Es ist hierbei zu beachten, dass, während in dem vorstehend erläuterten Beispiel der Luftspalt AG Beachtung fand und eine Stromstärke, die zu der Primärspule 58 geliefert wird, demgemäß im Hinblick auf die Frequenz festgelegt wurde, die Energieübertragungseffizienz auch anhand von anderen Faktoren variiert wie beispielsweise eine horizontale Fehlausrichtung der Primärspule und Sekundärspule 58 und 22, und die zu der Primärspule 58 gelieferte elektrische Stromstärke kann im Hinblick auf die Frequenz auf der Basis von derartigen anderen Faktoren eingestellt werden.
Das vorliegende Ausführungsbeispiel ist im Hinblick auf ein Beispiel mit einer Resonanzspule, die als Helixspule (Spiralspule) ausgeführt ist, beschrieben. Wenn die Resonanzspule eine Antenne wie beispielsweise eine Schlängellinienantenne ist, ist die Primärspule 58, durch die eine Stromstärke mit einer spezifischen Frequenz hindurch tritt, von einem elektrischen Feld mit einer spezifischen Frequenz umgeben. Durch dieses elektrische Feld werden die energieübertragende Einheit 56 und die energieempfangende Einheit 20 zwischen ihnen elektrische Energie übertragen.
Das Energieübertragungssystem des vorliegenden Ausführungsbeispiels ermöglicht, dass ein nahes Feld, an dem ein "statisches elektromagnetisches Feld" eines elektromagnetischen Feldes dominant ist (oder ein abklingendes Feld) genutzt wird, um elektrische Energie noch effizienter zu übertragen und zu empfangen. 14 zeigt eine Darstellung einer Beziehung zwischen einem Abstand von einer Stromquelle oder einer magnetischen Stromquelle und der Stärke eines elektromagnetischen Feldes. Unter Bezugnahme auf 14 hat das elektromagnetische Feld drei Komponenten. Eine Kurve k1 repräsentiert eine Komponente in einem umgekehrte Verhältnis zu einem Abstand von einem Erregerzentrum, das als "abgestrahlte elektromagnetisches Feld" bezeichnet wird. Eine Kurve k2 repräsentiert eine Komponente in einem umgekehrten Verhältnis zu dem Quadrat des Abstandes von dem Erregerzentrum, die als ein "induziertes elektromagnetisches Feld" bezeichnet wird. Eine Kurve k3 repräsentiert eine Komponente in einem umgekehrten Verhältnis zu der dritten Potenz des Abstandes von dem Erregerzentrum, wobei diese als ein "statisches elektromagnetisches Feld" bezeichnet wird. Wenn das elektromagnetische Feld eine Wellenlänge λ hat, kann ein Abstand, der ermöglicht, dass das " abgestrahlte elektromagnetische Feld", das "induzierte elektromagnetische Feld" und das "statische elektromagnetische Feld" im Wesentlichen eine gleiche Stärke haben, als λ/2π dargestellt werden.
Ein "statisches elektromagnetisches Feld" ist ein Bereich, an dem die Stärke einer elektromagnetischen Welle schnell abnimmt als eine Funktion des Abstandes von dem Erregerzentrum, und das Energieübertragungssystem gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel setzt ein nahes Feld wirkungsvoll ein, das durch das statische elektromagnetische Feld (d.h. ein abklingendes Feld) dominiert wird, um Energie (oder elektrische Energie) zu übertragen. Genauer gesagt stehen die energieübertragende Einheit 56 und die energieempfangende Einheit 20, die nahe Eigenfrequenzen (beispielsweise ein Paar an LC-Resonanzspulen) haben, in Resonanz in einem nahen Feld, dass durch ein "statisches elektromagnetisches Feld" dominiert wird, um Energie (oder elektrische Energie) von der energieübertragenden Einheit 56 zu der energieempfangenden Einheit 20 zu übertragen. Das "statische elektromagnetische Feld" breitet eine Energie über eine weite Entfernung aus, und das Resonanzverfahren kann elektrische Energie mit einem geringeren Energieverlust als eine elektromagnetische Welle übertragen, die Energie (oder elektrische Energie) über das "abgestrahlte elektromagnetische Feld" überträgt, welches Energie über eine lange Entfernung ausbreiten lässt.
Somit ermöglicht das Energieübertragungssystem gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, dass eine energieübertragende Einheit und eine energieempfangende Einheit durch ein elektromagnetisches Feld in Resonanz stehen, um zwischen ihnen elektrische Energie kontaktfrei zu übertragen. Ein derartiges elektromagnetisches Feld, das zwischen einer energieempfangenden Einheit und einer energieübertragenden Einheit ausgebildet wird, kann beispielsweise als ein Nahfeldresonanzkupplungsfeld bezeichnet werden.
Das Kuppeln der energieübertragenden Einheit 56 und der energieempfangenden Einheit 20 bei einer Energieübertragung im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird beispielsweise als "Magnetresonanzkupplung", "Magnetfeldresonanzkupplung", "Magnetfeldresonanzkupplung", "Nahfeldresonanzkupplung", "Elektromagnetfeldresonanzkupplung" oder "Elektrofeldresonanzkupplung" bezeichnet.
Das "Elektromagnetfeldresonanzkuppeln" bedeutet ein Kuppeln, das das "Magnetresonanzkuppeln", das "Magnetfeldresonanzkuppeln" und das "Elektrofeldresonanzkuppeln" sämtlich umfasst.
Die Primärspule 58 der energieübertragenden Einheit 56 und die Sekundärspule 22 der energieempfangenden Einheit 20, die in der vorliegenden Beschreibung beschrieben sind, sind Spulenantennen, und demgemäß werden die energieübertragende Einheit 56 und die energieempfangende Einheit 20 hauptsächlich durch ein Magnetfeld gekuppelt, und die energieübertragende Einheit 56 und die energieempfangende Einheit 20 werden durch ein "Magnetresonanzkuppeln" oder ein "Magnetfeldresonanzkuppeln" gekuppelt.
Es ist hierbei zu beachten, dass die Primärspulen 58, 22 beispielsweise Schlängellinienantennen sein können, und in diesem Fall werden die energieübertragende Einheit 56 und die energieempfangende Einheit 20 hauptsächlich über ein elektrisches Feld gekuppelt. In diesem Fall werden die energieübertragende Einheit 56 und die energieempfangende Einheit 20 durch ein "Elektrofeldresonanzkuppeln" gekuppelt. Somit übertragen in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die energieempfangende Einheit 20 und die energieübertragende Einheit 56 elektrische Energie zwischen ihnen kontaktfrei. Bei dem somit kontaktfrei erfolgenden Übertragen von elektrischer Energie wird ein Magnetfeld hauptsächlich zwischen der energieempfangenden Einheit 20 und der energieübertragenden Einheit 56 ausgebildet.
Zweites Ausführungsbeispiel
Nachstehend wird auf die 15 bis 18 Bezug genommen, um eine energieempfangende Vorrichtung 11 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel zu beschreiben.
15 zeigt eine perspektivische Ansicht einer energieempfangenden Vorrichtung 11 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel. Wie dies in 15 gezeigt ist, hat ein elastisches Element 33a ein Ende 84, das näher zu einem Stützelement 37 als eine Verbindung aus einer Drehwelle 45 und einem Fuß 46 angeordnet ist, und ein elastisches Element 33b hat ein Ende 86, das näher zu einem Stützelement 37 als eine Verbindung aus einer Drehwelle 45 und einem Fuß 47 angeordnet ist.
Das elastische Element 33a und das elastische Element 33b haben ihre jeweiligen Enden 84 und 86 so, dass diese über der energieempfangenden Einheit 20 und dem Gehäuse 65 in dem Ausgangszustand angeordnet sind.
Wie dies in den 15 und 16 gezeigt ist, haben, wenn die energieempfangende Einheit 20 und das Gehäuse 65 in dem Ausgangszustand sind, das elastische Element 33a und das elastische Element 33b eine größere Länge als dann, wenn die energieempfangende Einheit 20 und das Gehäuse 65 unten angeordnet sind, wie dies in 17 gezeigt ist.
Demgemäß wird die Länge des elastischen Elementes 33a und des elastischen Elementes 33b kürzer, wenn die energieempfangende Einheit 20 und das Gehäuse 65 nach unten versetzt werden, und das elastische Element 33a und das elastische Element 33b bringen somit eine Kraft auf die energieempfangende Einheit 20 und das Gehäuse 65 auf und drücken diese.
Das elastische Element 33a und das elastische Element 33b haben ihre jeweiligen Enden 84 und 86 so, dass diese über der energieempfangenden Einheit 20 und dem Gehäuse 65 angeordnet sind, und wenn die energieempfangende Einheit 20 und das Gehäuse 65 gedrückt werden, werden die energieempfangende Einheit 20 und das Gehäuse 65 nach unten vorgespannt.
Es ist hierbei zu beachten, dass es nicht erforderlich ist, dass das elastische Element 33a und das elastische Element 33b eine natürliche Länge haben, wenn die energieempfangende Einheit 20 und das Gehäuse 65 die Anfangsposition einnehmen, und das elastische Element 33a und das elastische Element 33b können zusammengezogen sein (Kontraktion), wenn die energieempfangende Einheit 20 und das Gehäuse 65 die Anfangsposition einnehmen.
In diesem Fall werden, wenn die Haltevorrichtung 34 aus ihrem Haltezustand befreit wird, die energieempfangende Einheit 20 und das Gehäuse 65 durch eine Kraft mit einer vorgeschriebenen Größe gedrückt, und die energieempfangende Einheit 20 und das Gehäuse 65 beginnen mit einer zufriedenstellenden nach unten gerichteten Versetzbewegung.
Dann werden, während die energieempfangende Einheit 20 und das Gehäuse 65 sich aus der Ausgangsposition zu der energieempfangenden Position bewegen, wie dies in 18 gezeigt ist, das elastische Element 33a und das elastische Element 33b so vorgespannt, dass die energieempfangende Einheit 20 und das Gehäuse 65 nach unten versetzt werden.
Wenn die energieempfangende Einheit 20 und das Gehäuse 65 nach unten versetzt werden, drehen sich das Zahnrad 80 und das Zahnrad 81. Der Motor 82 hat einen Rotor 95, der mit dem Zahnrad 81 gekuppelt ist, und demgemäß dreht sich der Rotor 95 ebenfalls. Die Kodiereinrichtung 97 misst den Drehwinkel des Rotors 95, und die Stützmechanismussteuereinheit 18 bestimmt aus dem Drehwinkel des Rotors 95, wo die energieempfangende Einheit 20 und das Gehäuse 65 angeordnet sind.
Wenn ein vorbestimmter Drehwinkel einmal erzielt worden ist, bringt die Stützmechanismussteuereinheit 18 den Stopper 93 des Haltemechanismus 36 mit dem Zahnrad 92 in Eingriff. Dadurch wird die energieempfangende Einheit 20 an einer Position angehalten, an der sie der energieübertragenden Einheit 56 zugewandt ist.
Es ist hierbei zu beachten, dass bei einem Prozess, bei dem bewirkt wird, dass die energieempfangende Einheit 20 und das Gehäuse 65 abgesenkt werden, der Motor 82 so angetrieben werden kann, dass das Absenken der energieempfangenden Einheit 20 und des Gehäuses 65 unterstützt wird.
Wenn die energieempfangende Einheit 20 und die energieübertragende Einheit 56 die zwischen ihnen erfolgende Übertragung von elektrischer Energie einmal vollendet haben, wird der Motor 82 so angetrieben, dass ein Anheben der energieempfangenden Einheit 20 und des Gehäuses 65 bewirkt werden.
Der Motor 82 bewirkt, dass die energieempfangende Einheit 20 und das Gehäuse 65 sich entgegen einer Kraft anheben, die durch die elastischen Elemente 33a und 33b aufgebracht wird, um die energieempfangende Einheit 20 und das Gehäuse 65 zu drücken.
Wenn die energieempfangende Einheit 20 und das Gehäuse 65 einmal zu der Ausgangsposition zurückgekehrt sind, wird der Antriebsmotor 82 angehalten, und die Haltevorrichtung 34 hält die energieempfangende Einheit 20 und das Gehäuse 65.
Drittes Ausführungsbeispiel
Nachstehend wird auf die 19 bis 21 Bezug genommen, um eine energieempfangende Vorrichtung 11 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel zu beschreiben. 19 zeigt eine Seitenansicht der energieempfangenden Vorrichtung 11 mit einer energieempfangenden Einheit 20 in einem Ausgangszustand.
Wie dies in 19 gezeigt ist, hat die energieempfangende Vorrichtung 11 eine energieempfangende Einheit 20 und einen Stützmechanismus 30, der die energieempfangende Einheit 20 stützt. Der Stützmechanismus 30 hat einen Arm 130, einen Federmechanismus 140, eine Antriebseinheit 141, ein Stützelement 150 und ein Stützelement 151. Der Arm 130 hat eine längere Stange 131, eine kürzere Stange 132, die mit der längeren Stange 131 an einem Ende verbunden ist, und eine Verbindungsstange 133, die mit der längeren Stange 131 an dem anderen Ende verbunden ist.
Die kürzere Stange 132 ist mit der längeren Stange 131 derart einstückig verbunden, dass Erstgenannte sich relativ zu der Letztgenannten biegt (abgewinkelt wird). Die Verbindungsstange 133 ist mit dem Gehäuse 65 an einer oberen Fläche verbunden. Der Arm 130 und die längere Stange 131 sind durch ein Scharnier 164 verbunden.
Das Stützelement 151 hat ein Ende, das mit dem Arm 130 durch ein Scharnier 163 verbunden ist. Das Stützelement 151 hat ein Ende, das mit einer Verbindung der längeren Stange 131 und der kürzeren Stange 132 verbunden ist. Das Stützelement 151 hat ein anderes Ende, das an einer fixierten Platte 142 fixiert ist. Die fixierte Platte 142 ist an der Bodentafel 26 so vorgesehen, dass sie durch ein Scharnier 160 drehbar ist.
Das Stützelement 150 hat ein Ende, das mit der kürzeren Stange 132 an einem Ende durch ein Scharnier 162 verbunden ist. Das Stützelement 150 hat ein anderes Ende, das an der Bodentafel 26 durch ein Scharnier 161 drehbar gestützt ist. Die Antriebseinheit 141 ist beispielsweise ein pneupatischer Zylinder. Die Antriebseinheit 141 ist mit einem Kolben 144 versehen, und der Kolben 144 hat ein Endstück, das mit der fixierten Platte 142 verbunden ist. Es ist hierbei zu beachten, dass die Antriebseinheit 141 an der Bodentafel 26 an einer Bodenfläche fixiert ist.
Der Federmechanismus 140 ist an der Bodentafel 26 vorgesehen und in ihm ist eine Feder untergebracht. Der Federmechanismus 140 hat ein Ende, das mit einem Verbindungsstück 145 versehen ist, das mit der intern untergebrachten Feder und der fixierten Platte 142 verbunden ist. Die Feder 140 bringt eine Vorspannkraft auf die fixierte Platte 142 auf, um die fixierte Platte 142 zu ziehen.
Die Stelle, an der das Verbindungsstück 145 an der fixierten Platte 142 verbunden ist, und die Stelle, an der der Kolben 144 an der fixierten Platte 142 verbunden ist, sind zueinander entgegengesetzt, wobei das Scharnier 160 zwischen ihnen angeordnet ist. Nachstehend ist auf die 20 und 21 Bezug genommen, um zu beschreiben, wie jedes Element bei der Bewegung der energieempfangenden Einheit 20 zu der energieübertragenden Einheit 56 arbeitet. Wenn die energieempfangende Einheit 20 aus dem Zustand von 19 nach unten bewegt wird, drückt die Antriebseinheit 141 den Kolben 144 heraus, und der Kolben 144 drückt die fixierte Platte 142. Wenn die fixierte Platte 142 durch den Kolben 144 gedrückt wird, dreht sich die fixierte Platte 142 um das Scharnier 160. Zu diesem Zeitpunkt wird die Feder in dem Federmechanismus 140 gestreckt.
Somit dreht, wie dies in 20 gezeigt ist, beim Bewirken des Absenkens der energieempfangenden Einheit 20 die Antriebseinheit 140 die fixierte Platte 142 entgegen der Spannung des Federmechanismus 140.
Die fixierte Platte 142 und das Stützelement 151 sind einstückig verbunden, und demgemäß dreht sich, wenn die fixierte Platte 142 sich dreht, das Stützelement 151 ebenfalls um das Scharnier 160.
Wenn sich das Stützelement 151 dreht, bewegt sich außerdem der Arm 130. Zu diesem Zeitpunkt dreht sich das Stützelement 150 um das Scharnier 161, während ein Ende des Armes 130 gestützt wird.
Somit bewegt sich die Verbindungsstange 133 vertikal nach unten, und gleiches geschieht mit der energieempfangenden Einheit 20.
Die energieempfangende Einheit 20 senkt sich aus dem Anfangszustand um einen vorbestimmten Abstand ab, und, wie dies in 21 gezeigt ist wird die energieempfangende Einheit 20 an der energieempfangenden Position positioniert.
Wenn die energieempfangende Einheit 20 einmal die energieempfangende Position erreicht hat, wie dies in 21 gezeigt ist, hält die Antriebseinheit 141 die Drehung der fixierten Platte 142 an. Es ist hierbei zu beachten, dass die fixierte Platte 142 eine Drehwelle haben kann, die mit einer Rasteinrichtung (ein Schaltmechanismus) oder dergleichen versehen ist, um die Drehung der Antriebseinheit 141 anzuhalten. In diesem Fall gestattet, während die Rasteinrichtung verhindert, dass sich die fixierte Platte 142 in einer Richtung dreht, in der ein Absenken der energieempfangenden Einheit 20 möglich ist, die Rasteinrichtung dass sich die fixierte Platte 142 in einer Richtung dreht, in der ermöglicht ist, dass die energieempfangende Einheit 20 nach oben versetzt wird.
Wenn die energieempfangende Einheit 20 einmal die energieempfangende Position erreicht hat, verhindert die Rasteinrichtung ein Drehen der fixierten Platte 142 in der Richtung, in der ein Absenken der energieempfangenden Einheit 20 ermöglicht ist, während die Antriebseinheit 141 kontinuierlich angetrieben wird. Die Antriebseinheit 141 sieht eine größere Bewegungskraft als die Spannung, die durch den Federmechanismus 140 aufgebracht wird, vor und verhindert somit ein Versetzen der energieempfangenden Einheit 20 über die Rasteinrichtung nach oben und ein Absenken über die Rasteinrichtung.
Somit beginnen, wenn die energieempfangende Einheit 20 an der energieempfangenden Position einmal angehalten worden ist, die energieempfangende Einheit 20 und die energieübertragende Einheit 56 mit der Übertragung von elektrischer Energie zwischen ihnen.
Danach wird, wenn das Aufladen der Batterie vollendet ist, die antreibende Antriebseinheit 141 angehalten. Die Antriebseinheit 141 bringt nicht länger eine Kraft zum Drücken der fixierten Platte 142 auf, und die fixierte Platte 142 dreht sich, da der Federmechanismus 140 eine Spannung auf diese aufbringt.
Wenn sich die fixierte Platte 142 durch die durch den Federmechanismus 140 aufgebrachte Spannung dreht, dreht das Stützelement 151 sich um das Scharnier 160. Zu diesem Zeitpunkt ermöglicht die Rasteinrichtung, dass die fixierte Platte 142 sich dreht, um zu gestatten, dass die energieempfangende Einheit 20 in einer Richtung versetzt wird, in der ein nach oben gerichtetes Verschieben der energieempfangenden Einheit 20 ermöglicht ist. Somit wird die energieempfangende Einheit 20 nach oben versetzt. Dann wird, wie dies in 19 gezeigt ist, wenn die energieempfangende Einheit einmal zu der Ausgangsposition zurück gekehrt ist, die energieempfangende Einheit 20 durch die (nicht gezeigte) Haltevorrichtung fixiert.
Somit sieht das dritte Ausführungsbeispiel eine energieempfangende Vorrichtung 11 vor, die ermöglicht, dass die energieempfangende Einheit 20 vertikal versetzt wird.
Es ist hierbei zu beachten, dass, während im dritten Ausführungsbeispiel die Antriebseinheit 141 eine Antriebskraft aufbringt, um die energieempfangende Einheit 20 nach unten zu bewegen, und der Federmechanismus 140 eine Spannung zum nach oben gerichteten Bewegen der energieempfangenden Einheit 20 aufbringt, die energieempfangende Vorrichtung 11 daran angepasst werden kann, dass sie eine solche energieempfangende Einheit 20 hat, die durch ihr Eigengewicht abgesenkt wird.
In dieser beispielartigen Abwandlung hat die energieempfangende Einheit 11 einen Winkelsensor, der an der Drehwelle der fixierten Platte 42 vorgesehen ist und den Drehwinkel der Drehwelle erfasst, und einen Haltemechanismus, der die Drehung der Drehwelle der fixierten Platte 42 verhindert. Die energieempfangende Einheit 20 senkt sich aufgrund ihres Eigengewichts entgegen der Spannung des Federmechanismus 140 ab.
Wenn der Winkelsensor einmal erfasst hat, dass die energieempfangende Einheit 20 sich zu der energieempfangenden Position abgesenkt hat, verhindert der Haltemechanismus, dass sich die Drehwelle der fixierten Platte 142 dreht. Dadurch wird das Absenken der energieempfangenden Einheit 20 angehalten.
Wenn die energieempfangende Einheit 20 sich aufwärts bewegt, wird die Antriebseinheit 141 angetrieben, um zu bewirken, dass die energieempfangende Einheit 20 angehoben wird.
Wenn die energieempfangende Einheit 20 einmal zu der Aufladeposition angehoben worden ist, fixiert die Haltevorrichtung die energieempfangende Einheit 20, und die antreibende Antriebseinheit 141 wird ebenfalls angehalten.
Viertes Ausführungsbeispiel
Nachstehend wird auf 22 Bezug genommen, um eine energieübertragende Vorrichtung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel zu beschreiben. Die energieübertragende Vorrichtung 50 hat eine energieübertragende Einheit 56 und einen Stützmechanismus 230, der in einem Unterbringungsraum 200 untergebracht ist und der eine energieübertragende Einheit 56 so stützt, dass diese zu einem Aufwärtsbewegen und Abwärtsbewegen in der Lage ist.
Der Stützmechanismus 230 hat einen Verbindungsmechanismus 231, eine Antriebseinheit 260 und eine Schalteinheit 261. Der Verbindungsmechanismus 231 hat eine Feder 232, ein Stützelement 240, ein Stützelement 241 und eine Kodiereinrichtung 253.
Die Feder 232 ist so vorgesehen, dass sie den Unterbringungsraum 200 und das Gehäuse 62 verbindet, die die energieübertragende Einheit 56 an ihren jeweiligen Bodenflächen unterbringt. Die Feder 232 ist so vorgespannt, dass ermöglicht wird, dass das Gehäuse 62 benachbart zu der Bodenfläche des Unterbringungsraums 200 ist.
Das Stützelement 240 hat eine Drehwelle 242, die näher zu der Bodenfläche des Unterbringungsraumes 200 vorgesehen ist, und drehbar gestützt ist, einen Fuß 243, der mit der Drehwelle 242 an einem Ende verbunden ist, und einen Fuß 244 der mit der Drehwelle 242 an dem anderen Ende verbunden ist. Die Füße 242 und 243 sind mit der Bodenfläche des Gehäuses 62 verbunden.
Das Stützelement 241 hat eine Drehwelle 245, die näher zu der Bodenfläche des Unterbringungsraumes 200 und drehbar gestützt ist, einen Fuß 246, der mit der Drehwelle 245 an einem Ende verbunden ist, und einen Fuß 247, der mit der Drehwelle 245 an dem anderen Ende verbunden ist. Die Füße 246 und 247 sind außerdem mit der Bodenfläche des Gehäuses 62 verbunden.
Die Antriebseinheit 260 hat ein Zahnrad 250, das an der Drehwelle 242 vorgesehen ist, ein Zahnrad 252, das mit dem Zahnrad 250 in Zahneingriff steht, und einen Motor 251, der das Zahnrad 252 dreht.
Die Kodiereinrichtung 253 erfasst den Drehwinkel eines in dem Motor 251 vorgesehenen Rotors. Wo die energieübertragende Einheit 56 angeordnet ist, wird aus dem Drehwinkel, der durch die Kodiereinrichtung 253 erfasst wird, berechnet.
Die Schalteinheit 261 hat ein Zahnrad 262, das an der Drehwelle 242 fixiert ist, und einen Stopper 263, der mit einer Verzahnung des Zahnrades 262 in Eingriff steht.
Wenn der Stopper 263 der Schalteinheit 261 mit dem Zahnrad 262 in Eingriff steht, wird verhindert, dass die Drehwelle 242 sich in einer Richtung dreht, in der ermöglicht wird, dass die energieübertragende Einheit 56 angehoben wird. Während der Stopper 263 mit dem Zahnrad 262 in Eingriff steht, wird immer noch ermöglicht, dass die Drehwelle 242 sich dreht, um zu ermöglichen, dass die energieübertragende Einheit 56 abgesenkt wird.
Wenn die energieübertragende Vorrichtung in dieser Weise aufgebaut ist und das Fahrzeug 10 nicht angehalten ist und die energieübertragende Vorrichtung in einem Bereitschaftszustand ist, ist die energieübertragende Einheit 56 näher zu der Bodenfläche des Unterbringungsraums 200 angeordnet und befindet sich folglich an einer Ausgangsposition.
Dann bewirkt, wenn das Fahrzeug 10 an einer vorgeschriebenen Position anhält und die energieübertragende Vorrichtung 50 und die energieempfangende Vorrichtung 11 des Fahrzeugs 10 kontaktfrei elektrische Energie übertragen, der Stützmechanismus 230 ein Anheben der energieübertragenden Einheit 56.
Genauer gesagt wird die Schalteinheit 261 aus einem gehaltenen Zustand befreit und unter dieser Bedingung wird die Antriebseinheit 260 so angetrieben, dass ein Anheben der energieübertragenden Einheit 56 bewirkt wird.
Dadurch bewirkt die Antriebseinheit 260, dass die energieübertragende Einheit 56 entgegen der durch die Feder 232 aufgebrachte Spannung angehoben wird. Dann steuert, wenn die energieübertragende Einheit 56 einmal eine energieübertragungsposition erreicht hat, an der ermöglicht ist, dass die energieübertragende Einheit 56 elektrische Energie zu der energieempfangenden Einheit 20 überträgt, die Steuereinheit 55 die Schalteinheit 261 so, dass die Drehung der Drehwelle 242 verhindert wird.
Zu diesem Zeitpunkt bringt die Antriebseinheit 260 auf die energieübertragende Einheit 56 eine Antriebskraft auf, die größer als die Spannung ist, die die Feder 232 auf die energieübertragende Einheit 56 aufbringt, und demgemäß hält die energieübertragende Einheit 56 an der Energieübertragungsposition an.
Danach hält, wenn die Übertragung von elektrischer Energie zu der energieempfangenden Einheit 20 endet, die Steuereinheit 55 die antreibende Antriebseinheit 260 an. Somit wird die energieübertragende Einheit 56 nach unten versetzt, da die Feder 232 eine Spannung aufbringt. Somit kehrt die energieübertragende Einheit 56 zu der Ausgangsposition zurück.
Wenn bei der in dieser Weise aufgebauten energieübertragenden Vorrichtung 50 die Antriebseinheit 260 nicht länger zufriedenstellend arbeitet, sinkt die energieübertragende Einheit 56 nach unten, da die Feder 232 eine Spannung aufbringt. Dadurch kann verhindert werden, dass die energieübertragende Einheit 56 in einem sich nach oben bewegenden Zustand gehalten wird.
Es sollte hierbei verständlich sein, dass die hier offenbarten Ausführungsbeispiele lediglich veranschaulichend zu verstehen sind und in keinerlei Hinsicht einschränkend sind. Der Umfang der vorliegenden Erfindung wird durch die in den Ansprüchen gewählten Ausdrücke definiert und soll sämtliche Abwandlungen innerhalb dieses Umfangs und zu den Ausdrücken in den Ansprüchen äquivalente Bedeutungen umfassen. Darüber hinaus dienen die vorstehend aufgezeigten numerischen Werte der Veranschaulichung und sind nicht auf die vorstehend erwähnten numerischen Werte oder Bereiche beschränkt.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Die vorliegende Erfindung ist auf energieempfangende Vorrichtungen, energieübertragende Vorrichtungen und Energieübertragungssysteme anwendbar.
Bezugszeichenliste

10: Fahrzeug
10A: Fahrzeugkörper
11: energieempfangende Vorrichtung
13: Gleichrichter
14: Konverter
15: Batterie
16: Energiesteuereinheit
17: Motoreinheit
19B, 19BL, 19BR: hinteres Rad
19F: vorderes Rad
19FL: linkes vorderes Rad
19FR: rechtes vorderes Rad
20: energieempfangende Einheit
21, 57: Ferritkern
22: Sekundärspule
23, 23, 59, 59: Kondensator
24, 60: Wicklungseinheit (Spuleneinheit)
25: Bodenfläche
26: Bodentafel
50: energieübertragende Vorrichtung
51: externe Energiezuführvorrichtung
52: Parkraum
53: Wechselstromenergiezufuhr
54: Hochfrequenzenergietreiber
55: Steuereinheit
56: energieübertragende Einheit
58: Primärspule

Claims

Energieempfangende Vorrichtung mit: einer energieempfangenden Einheit, die elektrische Energie kontaktfrei von einer energieübertragenden Einheit empfängt, die extern von einem Fahrzeug vorgesehen ist; und einem Stützmechanismus, der für die energieempfangende Einheit vorgesehen ist, um die energieempfangende Einheit zu stützen, die zu der energieübertragenden Einheit näher hin und von dieser weg bewegbar ist, wobei der Stützmechanismus für die energieempfangende Einheit Folgendes aufweist: ein Vorspannelement, das eine Vorspannkraft zum Vorspannen der energieempfangenden Einheit aufbringt, um einen Abstand zwischen der energieempfangenden Einheit und der energieübertragenden Einheit zu erhöhen, und eine Antriebseinheit, die für die energieempfangende Einheit vorgesehen ist und eine Bewegungskraft erzeugt zum Bewegen der energieempfangenden Einheit entgegen der Vorspannkraft, um den Abstand zwischen der energieempfangenden Einheit und der energieübertragenden Einheit zu verkürzen.
Energieempfangende Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der Stützmechanismus für die energieempfangende Einheit einen Haltemechanismus hat, um zu verhindern, dass die Antriebseinheit für die energieempfangende Einheit auf die energieempfangende Einheit eine Antriebskraft aufbringt, die größer als oder gleich ein vorbeschriebener Wert ist.
Energieempfangende Vorrichtung gemäß Anspruch 2, wobei die Antriebseinheit für die energieempfangende Einheit ein Motor ist, der einen Stator und einen Rotor aufweist; der Haltemechanismus eine Steuereinheit, die zu dem Motor gelieferte elektrische Energie steuert, und eine Erfassungseinheit hat, die einen Drehwinkel des Rotors erfasst; und wenn der Motor auf die energieempfangende Einheit die Antriebskraft aufbringt, die größer als oder gleich dem vorgeschriebenen Wert ist, die Steuereinheit den Motor so steuert, dass ein Anheben der energieempfangenden Einheit bewirkt wird.
Energieempfangende Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der Haltemechanismus eine Schalteinheit hat; die Schalteinheit daran angepasst ist, dass sie zwischen einem Zulässigkeitszustand, bei dem gestattet wird, dass die energieempfangende Einheit sich von der energieübertragenden Einheit weg bewegt und außerdem gestattet ist, dass die energieempfangende Einheit sich der energieübertragenden Einheit nähert, und einem Haltezustand schaltbar ist, bei dem gestattet ist, dass die energieempfangende Einheit sich von der energieübertragenden Einheit weg bewegt und außerdem verhindert wird, dass die energieempfangende Einheit sich der energieübertragenden Einheit nähert; und wenn die energieempfangende Einheit einmal an einer energiempfangenden Position positioniert ist, die Schalteinheit in den Haltezustand versetzt ist.
Energieempfangende Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei: der Stützmechanismus für die energieempfangende Einheit einen Arm aufweist, um die energieempfangende Einheit zu stützen, und, wenn der Arm dreht, die energieempfangende Einheit sich so bewegt, dass sie sich der unterhalb der energieempfangenden Einheit angeordneten energieübertragenden Einheit nähert; und unter der Annahme, dass, bevor die energieempfangende Einheit die Bewegung zu der energieübertragenden Einheit beginnt, die energieempfangende Einheit eine Ausgangsposition einnimmt, dass, wenn die energieempfangende Einheit und die energieübertragende Einheit elektrische Energie zwischen ihnen übertragen, die energieempfangende Einheit eine energieempfangende Position einnimmt, und dass, wenn die energieempfangende Einheit sich aus der Ausgangsposition zu der energieempfangenden Position bewegt, die energieempfangende Einheit einem Pfad folgt, dann, wenn die energieempfangende Einheit sich entlang des Pfades um die energieempfangende Position herum bewegt, die energieempfangende Einheit um einen größeren Betrag horizontal als vertikal versetzt wird.
Energieempfangende Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei: unter der Annahme, dass, bevor die energieempfangende Einheit mit der Bewegung zu der energieübertragenden Einheit beginnt, die energieempfangende Einheit eine Ausgangsposition einnimmt, der Stützmechanismus für die energieempfangende Einheit ein Halteelement hat zum Halten der energieempfangenden Einheit, wenn die energieempfangende Einheit an der Ausgangsposition angeordnet ist.
Energieempfangende Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der Stützmechanismus für die energieempfangende Einheit die energieempfangende Einheit vertikal beweglich stützt.
Energieempfangende Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die energieübertragende Einheit und die energieempfangende Einheit jeweils Eigenfrequenzen haben mit einer Differenz, die geringer als oder gleich wie 10% der Eigenfrequenz der energieempfangenden Einheit ist.
Energieempfangende Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die energieempfangende Einheit elektrische Energie von der energieübertragenden Einheit durch zumindest entweder ein Magnetfeld, das zwischen der energieempfangenden Einheit und der energieübertragenden Einheit ausgebildet ist und bei einer spezifischen Frequenz schwingt, und/oder ein elektrisches Feld empfängt, das zwischen der energieempfangenden Einheit und der energieübertragenden Einheit ausgebildet ist und bei einer spezifischen Frequenz schwingt.
Energieübertragende Vorrichtung mit: einer energieübertragenden Einheit, die elektrische Energie zu einer an einem Fahrzeug vorgesehenen energieempfangenden Einheit kontaktfrei überträgt; und einem Stützmechanismus, der für die energieübertragende Einheit vorgesehen ist, um die energieübertragende Einheit zu stützen, die näher zu der energieempfangenden Einheit und von dieser weg bewegbar ist, wobei der Stützmechanismus für die energieübertragende Einheit ein Vorspannelement, das eine Vorspannkraft zum Vorspannen der energieübertragenden Einheit aufbringt, um einen Abstand zwischen der energieübertragenden Einheit und der energieempfangenden Einheit zu erhöhen, und eine Energieübertragungsantriebseinheit hat, die eine Bewegungskraft erzeugt zum Bewegen der energieübertragenden Einheit, um den Abstand zwischen der energieübertragenden Einheit und der energieempfangenden Einheit zu verkürzen.
Energieübertragungssystem mit: einer energieempfangenden Vorrichtung, die an einem Fahrzeug vorgesehen ist und eine energieempfangende Einheit hat; einer energieübertragenden Vorrichtung, die die energieempfangende Einheit mit elektrischer Energie kontaktfrei beliefert; und einem Stützmechanismus, der zumindest entweder die energieempfangende Einheit und/oder die energieübertragende Einheit so stützt, dass ermöglicht ist, dass zumindest entweder die energieempfangende Vorrichtung und/oder die energieübertragende Vorrichtung, die zumindest die energieempfangende Einheit und/oder die energieübertragende Einheit haben, näher zu der anderen Einheit, d.h. der energieübertragenden Einheit oder der energieempfangenden Einheit, hin und von dieser weg bewegt zu werden, wobei der Stützmechanismus eine Antriebseinheit zum Erzeugen einer Antriebskraft zum Bewegen entweder der energieempfangenden Einheit oder der energieübertragenden Einheit, um einen Abstand zwischen der energieempfangenden Einheit und der energieübertragenden Einheit zu verkürzen, und ein Vorspannelement hat, das eine Vorspannkraft aufbringt zum Vorspannen entweder der energieempfangenden Einheit und/oder der energieübertragenden Einheit, die durch die Bewegungskraft bewegt worden ist, die durch die Antriebseinheit aufgebracht worden ist, um den Abstand zwischen der energieempfangenden Einheit und der energieübertragenden Einheit zu erhöhen.