CN102177042B - 非接触电力传递装置及具有非接触电力传递装置的车辆 - Google Patents
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Abstract
一种非接触电力传递装置，包括自谐振线圈(110、240)；能够利用电磁感应与所述自谐振线圈之间传递电力的感应线圈(120、230)；和安装有所述自谐振线圈(110、240)及所述感应线圈(120、230)的至少一方，且在内部规定了能够收纳设备的收纳室(273、473)的线轴(272、472)。
Description
技术领域
本发明涉及非接触电力传递装置及具有该非接触电力传递装置的车辆，尤其涉及以非接触方式从车辆外部的电源向车辆传递电力的技术。
背景技术
作为环保的车辆，电动车、混合动力车等电动车辆广受瞩目。这些车辆搭载有产生行驶驱动力的电动机、和积蓄供给到该电动机的电力的可再充电的蓄电装置。另外，混合动力车是与电动机一起还搭载有内燃机作为动力源的车辆，或是和蓄电装置一起还搭载有燃料电池作为车辆驱动用的直流电源的车辆。
在混合动力车中也公知有与电动汽车同样地可从车辆外部的电源对车载蓄电装置充电的车辆。例如，公知有如下的所谓“插入(plug in)式混合动力车”：用充电电缆将设于家宅内的电源插座与设于车辆上的充电口连接，从而可从一般的家庭电源对蓄电装置进行充电。
另一方面，作为输电方法，近年来不使用电源线、输电电缆的无线输电备受瞩目。作为该无线输电技术，作为有实力的技术，已知使用电磁感应的输电技术、使用电磁波的输电技术以及利用共振法的输电技术这三个技术。
其中，共振法是使一对共振器(例如一对自谐振线圈)在电磁场(近场)共振，借助电磁场来输电的非接触方式的输电技术，能够以较长距离(例如数m)输送数kW的大功率(参照专利文献1和非专利文献1)
专利文献1：国际公开第2007/008646号单行本
非专利文献1：Andre Kurs et al.，“Wireless Power Transfer Via Strongly Coupled Magnetic Resonances”[online]，2007年7月6日，SCIENCE，第317卷，p.83-86，[2007年9月12日检索]，因特网<URL：http://www.sciencemag.org/cgi/reprint/317/5834/83.pdf>
发明内容
采用共振法的非接触电力传递装置至少具有自谐振线圈、和安装自谐振线圈的线轴。
而且，要使采用共振法的非接触电力传递装置作为充电装置发挥作用，还需要一次线圈以及整流器等许多附属设备。
因此，若将采用共振法的非接触电力传递装置用作实际的充电装置等，则装置自身的尺寸变大，为了将其搭载到车辆等，需要使装置自身紧凑化。
本发明是鉴于上述课题而做出的，其第一目的在于提供一种采用共振法、谋求紧凑化的非接触电力传递装置。第二目的在于提供一种谋求非接触电力传递装置的紧凑化的车辆。
本发明的非接触电力传递装置，具备：第二自谐振线圈，在该第二自谐振线圈与相对配置的第一自谐振线圈之间，能够通过磁场的共振进行电力的输送及接受中的至少一方；感应线圈，其能够进行下述中的至少一方：通过电磁感应取出第二自谐振线圈接受的电力，以及通过电磁感应对第二自谐振线圈供给电力；和线轴，其安装有第二自谐振线圈，在内部规定了能够收纳设备的收纳室。
优选是，第二自谐振线圈及感应线圈搭载于车辆，第一自谐振线圈配置在车辆的外部，第一自谐振线圈对第二自谐振线圈输送电力，第二自谐振线圈接受从第一自谐振线圈输送的电力，第二自谐振线圈和感应线圈构成受电装置的至少一部分。
优选是，第一自谐振线圈搭载于车辆，第二自谐振线圈及感应线圈配置在车辆的外部，第二自谐振线圈对第一自谐振线圈输送电力，第一自谐 振线圈接受从第二自谐振线圈输送的电力，第二自谐振线圈和感应线圈构成输电装置的至少一部分。
优选是，所述线轴的轴向长度比线轴的宽度方向长度短。
优选是，收纳在所述线轴的收纳室内的设备包括与第二自谐振线圈连接的电容器。
优选是，收纳在所述线轴的收纳室内的设备为能够将第二自谐振线圈在受电时选择的第一状态和非受电时选择的第二状态之间切换的切换设备，在第一状态中第二自谐振线圈通过磁场的共振与第一自谐振线圈磁耦合，在第二状态中与第一状态相比第二自谐振线圈与第一自谐振线圈通过共振而产生的磁耦合弱。
优选是，所述第二自谐振线圈包括线圈主体部、和改变线圈主体部的电感的阻抗改变部，阻抗改变部收纳在收纳室内。
优选是，所述线圈主体部在中央部被分割为第一部分和第二部分。所述阻抗改变部包括继电器，该继电器设置在线圈主体部的中央部，在受电时将第一部分和第二部分连接，在非受电时将第一部分和第二部分断开，继电器收纳在收纳室内。
优选是，所述第二自谐振线圈包括线圈主体部、和改变线圈主体部的电容的电容改变部。而且，所述电容改变部收纳在收纳室内。
优选是，所述电容改变部包括：与线圈主体部的端部连接的引出线、与引出线连接的继电器、以及电容器，该电容器在受电时利用继电器经由引出线与线圈主体部连接，在非受电时利用继电器与线圈主体部断开。所述继电器及电容器的至少一方收纳在收纳室内。
优选是，还包括与所述感应线圈连接的整流器，整流器收纳在收纳室内。
优选是还包括与所述感应线圈连接的电压变换器，电压变换器收纳在收纳室内。
优选是，所述第二自谐振线圈包括从线轴的外周面离开、沿着线轴的外周面卷绕的卷绕部、和与线轴连接、能够支承卷绕部的支承部。
本发明的车辆，具有上述的非接触电力传递装置。
在本发明的非接触电力传递装置及具有非接触电力传递装置的车辆中，能够谋求非接触电力传递装置的紧凑化。
附图说明
图1是本发明的实施方式1的供电系统的整体构成图。
图2是用于说明利用共振法输电的原理的图。
图3是表示距电流源(磁流源)的距离与电磁场的强度之间关系的图。
图4是表示图1所示的电动车辆的动力传动系统构成的框图。
图5是图4所示的DC/DC转换器的电路图。
图6是表示图1、图4中二次自谐振线圈的详细构成的图。
图7是表示二次自谐振线圈、二次线圈及它们附近构成的立体图。
图8是图7的VIII-VIII线处的剖视图。
图9是从罩的底部侧看线圈收纳部的立体图。
图10是表示实施方式2的非接触受电装置所使用的二次自谐振线圈的构成的电路图。
图11是表示作为二次自谐振线圈110A的变形例的二次自谐振线圈110A1的构成的电路图。
图12是收纳图10所示的二次自谐振线圈及二次线圈的线圈收纳部的剖视图。
图13是表示作为二次自谐振线圈的变形例的二次自谐振线圈的构成的电路图。
图14是收纳图13所示的二次自谐振线圈及二次线圈的线圈收纳部270的剖视图。
图15是表示作为二次自谐振线圈的另一变形例的二次自谐振线圈的构成的电路图。
图16是收纳图15所示的二次自谐振线圈及二次线圈的线圈收纳部270的剖视图。
图17是收纳供电装置的一次自谐振线圈及一次线圈的线圈收纳部的立体图。
图18是图17的XVIII-XVIII线处的剖视图。
附图标记的说明
100电动车辆；110、110A、110B、110C二次自谐振线圈；111线圈主体部；112继电器；115阻抗改变部；116支承部；117卷绕部；120二次线圈；122卷绕部；130整流器；140转换器；142直流交流变换部；144变压器部；146整流部；150蓄电装置；162升压转换器；164、166变换器；200供电装置；210交流电源；220高频电力驱动器；230一次线圈；240一次自谐振线圈；250通信装置；270线圈收纳部；271罩；272线轴；273收纳室；274周壁部；275顶板部；276底部；277底部；278周壁部；280屏蔽构件；281屏蔽构件；282连接器(connector)；283连接器；310高频电源；311线圈主体部；312A、312B、312C电容改变部；313电容器；314放电电阻；315继电器；320一次线圈；321、322引出线；330一次自谐振线圈；340二次自谐振线圈；350二次线圈；360负载；380屏蔽构件；381屏蔽构件；417卷绕部；418卷绕部；450电容器；470线圈收纳部；417罩；472线轴；473收纳室。
具体实施方式
以下，参照附图详细说明本发明的实施方式。另外，对图中相同或相当部分标注相同附图标记，省略其重复说明。
<实施方式1>
图1是本发明的实施方式1的供电系统的整体构成图。参照图1，该供电系统包括搭载于电动车辆100的受电装置(非接触电力传递装置)和供电装置(非接触电力传递装置)200。搭载于电动车辆100的受电装置包括二次自谐振线圈110、二次线圈120、整流器130、DC/DC转换器140和蓄电装置150。电动车辆100还包括动力控制单元(以下也称为“PCU(Power Control Unit)”)160、电动机170、车辆ECU(Electronic Control Unit)180和通信装置190。
二次自谐振线圈110配设在车体下部，但若供电装置200配设在车辆上方，则该二次自谐振线圈110也可以配设在车体上部。二次自谐振线圈110是两端开放(非连接)的LC共振线圈，借助电磁场与供电装置200的一次自谐振线圈240(后述)共振，从而从供电装置200接受电力。二次自谐振线圈110的电容成分(电容分量)是线圈的杂散电容，但也可以设置与线圈两端连接的电容器。
二次自谐振线圈110基于距供电装置200的一次自谐振线圈240的距离、一次自谐振线圈240及二次自谐振线圈110的共振频率等，适当设定其匝数，以使得表示一次自谐振线圈240与二次自谐振线圈110的共振强度的Q值(例如Q＞100)及表示其耦合度的κ等变大。
二次线圈120与二次自谐振线圈110同轴配置，能够利用电磁感应而与二次自谐振线圈110磁耦合。该二次线圈120利用电磁感应将由二次自谐振线圈110接受的电力取出而向整流器130输出。整流器130对由二次线圈120取出的交流电力进行整流。
DC/DC转换器140基于来自车辆ECU180的控制信号将由整流器130整流过的电流变换为蓄电装置150的电压电平、向蓄电装置150输出。在车辆行驶中从供电装置200受电时(在该情况下供电装置200配设在例如车辆上方或侧方)，DC/DC转换器140可以将由整流器130整流过的电力变换为系统电压、直接向PCU160供给。DC/DC转换器140不是一定必须的，也可以将由二次线圈120取出的交流电力由整流器130整流后直接给予蓄电装置150。
蓄电装置150是能够再充电的直流电源，包括例如锂离子、镍氢等的二次电池。蓄电装置150除了积蓄从DC/DC转换器140供给的电力之外，也积蓄由电动机170发电的再生电力。并且，蓄电装置150将其积蓄的电力向PCU160供给。作为蓄电装置150，可采用大容量的电容，只要是能够暂时积蓄从供电装置200供给的电力、来自电动机170的再生电力，并将该积蓄的电力向PCU160供给的电力缓冲器，任何形式都可以。
PCU160利用从蓄电装置150输出的电力或从DC/DC转换器140直接供给的电力来驱动电动机170。另外，PCU160对由电动机170发电的再生电力进行整流而向蓄电装置150输出，对蓄电装置150充电。电动机170受PCU160驱动，产生车辆驱动力向驱动轮输出。另外，电动机170借助从驱动轮、未图示的发动机接受的动能而发电，将该发电的再生电力向PCU160输出。
车辆ECU180在车辆行驶时基于车辆的行驶状况、蓄电装置150的充电状态(以下也称为“SOC(State Of Charge)”)控制PCU160。通信装置190是用于与车辆外部的供电装置200进行无线通信的通信接口。
另一方面，供电装置200包括交流电源210、高频电力驱动器220、一次线圈230、一次自谐振线圈240、通信装置250和ECU260。
交流电源210是车辆外部的电源，例如是系统电源。高频电力驱动器220将从交流电源210接受的电力转换为高频率的电力，并将该转换后的高频电力向一次线圈230供给。高频电力驱动器220生成的高频电力的频率例如是1M～十几MHz。
一次线圈230与一次自谐振线圈240同轴配置，可利用电磁感应而与一次自谐振线圈240磁耦合。一次线圈230利用电磁感应将从高频电力驱动器220供给的高频电力向一次自谐振线圈240供电。
一次自谐振线圈240配设于地面附近，但在从车辆上方向电动车辆100供电的情况下也可以配设于车辆上方或侧方。一次自谐振线圈240也是两端开放(非连接)的LC共振线圈，通过借助电磁场与电动车辆100的二次自谐振线圈110共振，从而向电动车辆100输电。另外，一次自谐振线圈240的电容成分也是线圈的杂散电容，但也可以设置与线圈的两端连接的电容器。
该一次自谐振线圈240也基于距电动车辆100的二次自谐振线圈110的距离、一次自谐振线圈240及二次自谐振线圈110的共振频率等，适当设定其匝数，以使得Q值(例如Q＞100)及耦合度κ等变大。
通信装置250是用于与供电目的方的电动车辆100进行无线通信的通 信接口。ECU260控制高频电力驱动器220，以使得电动车辆100的受电电力成为目标值。具体而言，ECU260利用通信装置250从电动车辆100取得电动车辆100的受电电力及其目标值，控制高频电力驱动器220的输出，以使得电动车辆100的受电电力与目标值一致。ECU260能够将供电装置200的阻抗值向电动车辆100发送。
图2是用于说明利用共振法输电的原理的图。参照图2，在该共振法中，与两个音叉发生共振同样地，具有相同固有振动数(振動数，频率、振动频率)的两个LC共振线圈在电磁场(近场)发生共振，由此从一个线圈经由电磁场向另一个线圈传输电力。
具体而言，高频电源310上连接有一次线圈320，向利用电磁感应与一次线圈320磁耦合的一次自谐振线圈330供给1M～十几MHz的高频电力。一次自谐振线圈330是由线圈自身的电感和杂散电容构成的LC共振器，与具有同一次自谐振线圈330相同共振频率的二次自谐振线圈340借助电磁场(近场)发生共振。于是，从能量(电力)从一次自谐振线圈330经由电磁场向二次自谐振线圈340移动。向二次自谐振线圈340移动了的能量(电力)被利用电磁感应与二次自谐振线圈340磁耦合的二次线圈350取出，向负载360供给。
对与图1的对应关系进行说明，图1的交流电源210和高频电力驱动器220相当于图2的高频电源310。图1的一次线圈230和一次自谐振线圈240分别相当于图2的一次线圈320和一次自谐振线圈330，图1的二次自谐振线圈110和二次线圈120分别相当于图2的二次自谐振线圈340和二次线圈350。图1的整流器130以后的构件概括表示为负载360。
图3是表示距电流源(磁流源)的距离与电磁场强度的关系的图。参照图3，电磁场包括三个成分。曲线k1表示与距波源的距离成反比的成分，称为“辐射电磁场”。曲线k2表示与距波源的距离的平方成反比的成分，称为“感应电磁场”。曲线k3表示与距波源的距离的三次方成反比的成分，称为“静电磁场”。
其中，存在电磁波的强度随着距波源的距离急剧减少的区域，在共振 法中，利用该近场(渐逝场(evanescent field))进行能量(电力)的传输。即，利用近场使具有相同固有振动数的一对共振器(例如一对LC共振线圈)共振，从而从一个共振器(一次自谐振线圈)向另一个共振器(二次自谐振线圈)传输能量(电力)。该近场不会向远方传播能量(电力)，因此与利用将能量传播至远方的“辐射电磁场”传输能量(电力)的电磁波相比，共振法能够以更少的能量损失进行输电。
图4是表示图1所示的电动车辆100的动力传动系统构成的框图。参照图4，电动车辆100包括蓄电装置150、系统主继电器SMR1、升压转换器162、变换器(inverter)164、166、电动发电机172、174、发动机176、动力分割装置177、驱动轮178。此外，电动车辆100还包括二次自谐振线圈110、二次线圈120、整流器130、DC/DC转换器140、系统主继电器SMR2、车辆ECU180、通信装置190、电压传感器191、192、电流传感器194。
该电动车辆100搭载发动机176和电动发电机174作为动力源。发动机176和电动发电机172、174与动力分割装置177连接。电动车辆100借助发动机176和电动发电机174中至少一方产生的驱动力而行驶。发动机176产生的动力被动力分割装置177分割为两个路径。即，一方是向驱动轮178传递的路径，另一方是向电动发电机172传递的路径。
电动发电机172是交流旋转电机，例如包括永磁体埋设在转子中的三相交流同步电动机。电动发电机172使用由动力分割装置177分割的发动机176的动能而发电。例如，当蓄电装置150的SOC低于预先设定的值时，发动机176起动，由电动发电机172进行发电，蓄电装置150被充电。
电动发电机174也是交流旋转电机，与电动发电机172同样，例如包括永磁体埋设在转子中的三相交流同步电动机。电动发电机174使用积蓄在蓄电装置150的电力及由电动发电机172发电的电力的至少一方来产生驱动力。并且，电动发电机174的驱动力被传递至驱动轮178。
另外，车辆制动时或在下坡路的加速度降低时，作为动能、势能而积蓄在车辆上的力学能量经由驱动轮178被用于电动发电机174的旋转驱动， 电动发电机174作为发电机进行工作。由此，电动发电机174作为将行驶能量变换为电力来产生制动力的再生制动器进行工作。并且，由电动发电机174产生的电力积蓄在蓄电装置150。电动发电机174相当于图1中的电动机170。
动力分割装置177包括含有太阳轮、小齿轮、行星轮架和内齿轮(ring gear，齿圈、冕状齿轮)的行星齿轮。小齿轮与太阳轮及内齿轮相配合。行星轮架以使小齿轮能自转的方式支承小齿轮，并且与发动机176的曲轴连结。太阳轮与电动发电机172的旋转轴连结。内齿轮与电动发电机174的旋转轴及驱动轮178连结。
系统主继电器SMR1配设在蓄电装置150与升压转换器162之间。当来自车辆ECU180的信号SE1被激活时，系统主继电器SMR1使蓄电装置150与升压转换器162电连接，当信号SE1失活时，系统主继电器SMR1截断蓄电装置150与升压转换器162之间的电路。
升压转换器162基于来自车辆ECU180的信号PWC，对从蓄电装置150输出的电压进行升压而向正极线PL2输出。另外，该升压转换器162例如包括直流斩波电路(chopper circuit，断继开关电路)。
变换器164、166分别与电动发电机172、174对应设置。变换器164基于来自车辆ECU180的信号PWI1驱动电动发电机172，变换器166基于来自车辆ECU180的信号PWI2驱动电动发电机174。变换器164、166例如包括三相桥式电路。
升压转换器162及变换器164、166相当于图1中的PCU160。
二次自谐振线圈110在中央部被分割为两部分，在其中央部设有继电器112。受电时，利用来自车辆ECU的控制信号SE3将继电器112控制为连接状态，二次自谐振线圈110的阻抗被改变为与图1的一次自谐振线圈240共振的阻抗(第一状态)。在受电停止时，利用来自车辆ECU的控制信号SE3将继电器112控制为非连接状态，二次自谐振线圈110的阻抗被改变为不与图1的一次自谐振线圈240共振的阻抗(第二状态)。
关于二次线圈120、整流器130及DC/DC转换器140，如图1中说明 的那样，因此省略其重复说明。系统主继电器SMR2配设在DC/DC转换器140与蓄电装置150之间。当来自车辆ECU180的信号SE2被激活时，系统主继电器SMR2使蓄电装置150与DC/DC转换器140电连接，当信号SE2失活时，系统主继电器SMR2截断蓄电装置150与DC/DC转换器140之间的电路。
电压传感器191检测系统主继电器SMR2与DC/DC转换器140之间的输电路径的线路间电压V2，将该检测值向车辆ECU180输出。电压传感器192检测整流器130与DC/DC转换器140之间的输电路径的线路间电压VH，将该检测值向车辆ECU180输出。电流传感器194检测从整流器130输出的电流I1，将该检测值向车辆ECU180输出。
车辆ECU180基于加速踏板开度、车辆速度、来自其他各传感器的信号，生成用于分别驱动升压转换器162及电动发电机172、174的信号PWC、PWI1、PWI2，将该生成的信号PWC、PWI1、PWI2分别向升压转换器162及变换器164、166输出。
车辆ECU180在车辆行驶时激活信号SE1使系统主继电器SMR1导通，并使信号SE2失活而使系统主继电器SMR2截止(断开)。在车辆行驶中可从供电装置受电的情况下，车辆ECU180也可以激活信号SE1、SE2，使系统主继电器SMR1、SMR2均导通。
另一方面，在从车辆外部的供电装置200受电时，车辆ECU180使信号SE1失活而使系统主继电器SMR1截止，并激活信号SE2而使系统主继电器SMR2导通。
车辆ECU180生成用于控制DC/DC转换器140的信号PWD，并将该生成的信号PWD向DC/DC转换器140输出。车辆ECU180基于来自电压传感器192的电压VH和来自电流传感器194的电流I1计算从供电装置200受电的受电电力，将该算出值与受电电力的目标值一起利用通信装置190向供电装置200发送。
图5是图4所示的DC/DC转换器140的电路图。参照图5，DC/DC转换器140包括直流交流变换部142、变压器部144、整流部146。直流交 流变换部142包括基于车辆ECU180的信号PWD而被驱动打开关闭的开关元件，将从图4的整流器130供给的直流电力变换为交流电力而向变压器部144输出。
变压器部144将直流交流变换部142与整流部146绝缘，并进行与线圈匝数比相应的电压变换。整流部146将从变压器部144输出的交流电力整流为直流电力，向图4的蓄电装置150输出。
图6是表示图1、图4中二次自谐振线圈110的详细构成的图。
参照图6，二次自谐振线圈110被构成为可切换第一状态和第二状态，第一状态是在受电时选择的，利用磁场的共振与图1的一次自谐振线圈240磁耦合，第二状态是在非受电时选择的，二次自谐振线圈110与一次自谐振线圈240的耦合弱于第一状态。
优选是二次自谐振线圈110在第一状态和第二状态具有不同的阻抗。
具体而言，二次自谐振线圈110包括线圈主体部111、改变线圈主体部111的阻抗的阻抗改变部115。
线圈主体部111在中央部被分割为第一部分113和第二部分114。阻抗改变部115包括继电器112，该继电器112设于线圈主体部111的中央部，在受电时将第一部分113和第二部分114连接，在非受电时将第一部分113和第二部分114断开。
二次自谐振线圈110在受电过程中如天线那样工作，两端的电压的振幅大，中央部的电压的振幅几乎为0。因此，若在线圈主体部111的中央部配置继电器112，则与在其他部分设置继电器的情况相比只要耐压低的小型继电器即可。
在采用共振法进行电力输电的情况下，输电方进行输电，只要共振线圈的共振频率一致，则即使在受电方没有受电的意愿时，作为车辆搭载的部件的二次自谐振线圈也会接受电力。因此，如图6所示，将二次自谐振线圈的阻抗构成为可改变，在受电方没有受电的意愿时，改变阻抗，以使共振频率与输电方不一致。
如此，在不需要时搭载于车辆上的部件不会受电，因此优选。
图7是表示二次自谐振线圈110、二次线圈120及它们附近构成的立体图，图8是图7的VIII-VIII线处的剖视图。
如图7所示，二次自谐振线圈110和二次线圈120收纳在线圈收纳部270内。
线圈收纳部270具有安装二次自谐振线圈110和二次线圈120的圆筒状的线轴(bobbin)272、和罩271。
罩271具有位于线轴272上的顶板部275、自顶板部275的周缘部垂下的周壁部274、与周壁部274的下端部连设的底部276。并且，在罩271内规定了收纳线轴272的收纳室。
线轴272固定在底部276，以至少一方端部开口的方式形成为筒状。并且，线轴272由罩271覆盖，从而线轴272的开口部被封闭，在内部规定出可收纳设备的收纳室273。
在此，二次自谐振线圈110的中心轴线方向的长度短于二次自谐振线圈110的直径。二次线圈120的卷绕绕数少于二次自谐振线圈110的卷绕绕数，例如为一圈左右，二次线圈120的中心轴线方向的长度短于二次线圈120的直径。
因此，即使将二次自谐振线圈110和二次线圈120同轴配置，也能够使得二次自谐振线圈110和二次线圈120的中心轴线方向上的线轴272的长度短于二次自谐振线圈110和二次线圈120的径向上的长度(线轴272的宽度方向的长度)。
由于线圈收纳部270的高度降低，因此即使将线圈收纳部270载置到电动车辆100的底板上，也能够抑制线圈收纳部270从底板大幅突出。由此，能够谋求提高受电装置在电动车辆100内的搭载性的提高。
在图8中，线轴272具有形成为圆筒状的周壁部278、和与周壁部278的端部连设的底部277，收纳在收纳室273内的设备载置在底部277上。
在此，由于底部277的直径长于线轴272的中心轴方向的长度，因此在底部277，确保较大的用于载置设备的载置面积。由此，不需要以使各设备层叠的状态进行固定，能够将多个设备直接固定在底部277。
并且，如上所述，通过将各种设备收纳在线轴272内，能够谋求充分利用线轴272内的死空间，能够谋求提高搭载效率。
在该图8所示的例子中，在线轴272的收纳室273内收纳有与二次自谐振线圈110连接的阻抗改变部115、和与二次线圈120连接的整流器130。
二次线圈120的连接器282设于线轴272的内周面，同样，二次自谐振线圈110的连接器283也设于线轴272的内周面。由此，在组装受电装置时，能够在将整流器130和阻抗改变部115固定在线轴272内后，进行整流器130与二次线圈120的连接及阻抗改变部115与二次自谐振线圈110的连接作业，能够谋求提高作业效率。
二次自谐振线圈110和二次线圈120安装在线轴272，在该图7所示的例子中，二次自谐振线圈110位于图1所示的一次自谐振线圈240一侧，二次线圈120相对于二次自谐振线圈110位于与一次自谐振线圈240相反一侧。
二次自谐振线圈110具有沿线轴272的周面延伸、在线轴272的周围卷绕多圈的卷绕部117、和一端固定在线轴272、能够支承卷绕部117的支承部116。并且，以使卷绕部117离开线轴272的外周面的方式，支承部116支承卷绕部117。
在此，在一般的线圈中，在线轴272的外周面形成螺旋状的槽来安装二次自谐振线圈110。在该一般的安装例中，线轴272的一部分位于构成二次自谐振线圈110的线圈线之间，从而形成电容，通过将交流电流供给到二次自谐振线圈110，由此线轴272中的位于线圈线之间的部分发热。
另一方面，在图7所示的例子中，二次自谐振线圈110的卷绕部117离开线轴272的外周面，并且露出于外部，因此，即使交流电流供给到二次自谐振线圈110，也能抑制线轴272被加热。
卷绕部117包括在二次自谐振线圈110的延伸方向的中央部被分割出的第一部分113和第二部分114。在第一部分113的中央部侧的端部连接有引出线321，该引出线321连接于阻抗改变部115，并固定在线轴272。在第一部分113的另一侧的端部连接有固定在线轴272的支承部116。在
第二部分114的中央部侧的端部连接有引出线321，该引出线321连接于阻抗改变部115，并固定在线轴272。在第二部分114的另一侧的端部连接有固定在线轴272的支承部116。
如此，第一部分113的两端部被固定在线轴272的支承部116及引出线321在离开线轴272外周面的位置支承。并且，第一部分113沿线轴272的外周面卷绕。
同样，第二部分114被引出线321和支承部116在离开线轴272的位置支承，并沿线轴272的外周面卷绕。
在此，阻抗改变部115收纳在收纳室273内，非常接近于第一部分113和第二部分114，因此，能够缩短引出线321的长度，抑制因引出线321导致二次自谐振线圈110的共振频率发生变动。
二次线圈120包括在离开线轴272外周面的位置沿线轴272的周面卷绕的卷绕部122、和与卷绕部122的两端部连接的引出线322。
并且，引出线322也自卷绕部122的端部向线轴272延伸，固定在线轴272，卷绕部122被该引出线322支承。另外，引出线322到达在线轴272内部规定出的收纳室273，与整流器130连接。整流器130也收纳在收纳室273内，因此能够缩短引出线322的长度。
在罩271内表面中的、图7所示的周壁部274及底部276的内表面设有屏蔽构件280，该屏蔽构件280例如由铜等金属材料、包括金属材料等的导电性的布及海绵等形成。另一方面，在与一次自谐振线圈240相对的顶板部275的内表面不设置屏蔽构件。
由此，在二次自谐振线圈110及一次自谐振线圈240之间产生的电磁场被屏蔽构件280反射，抑制其从屏蔽构件280向外方泄漏，并且，电磁波穿过未设置屏蔽构件280的顶板部275而流通，在一次自谐振线圈240与二次自谐振线圈110之间进行电力的输电及受电。如此，能够抑制电磁场的泄露，能够谋求提高在二次自谐振线圈110与一次自谐振线圈240之间的电力的受电效率。
在线轴272的内周面也设有屏蔽构件281。由此，能够抑制电磁波到 达线轴272内，能够抑制二次自谐振线圈110的共振频率因收纳在线轴272内的阻抗改变部115及整流器130而发生变动。
图9是从罩271的底部276侧看线圈收纳部270的立体图。如该图9所示，将整流器130和图1所示的转换器140连接的引出线从上述的底部276的中央部引出。
<实施方式2>
实施方式2是实施方式1的图4、图6所示的二次自谐振线圈110的构成的变形例。因此，对于其他部分的构成与实施方式1相同，省略其重复说明。
图10是表示实施方式2的非接触受电装置所使用的二次自谐振线圈110A的构成的电路图。
参照图10，二次自谐振线圈110A被构成为可切换第一状态和第二状态，第一状态是在受电时选择的，利用磁场的共振与图1的一次自谐振线圈240磁耦合，第二状态是在非受电时选择的，二次自谐振线圈110A与一次自谐振线圈240的耦合弱于第一状态。
二次自谐振线圈110A在第一状态和第二状态具有不同的阻抗。具体而言，二次自谐振线圈110A包括线圈主体部311、和改变线圈主体部311的电容的电容改变部312A。
电容改变部312A包括与线圈主体部的端部连接的引出线321、与引出线321连接的继电器315和在受电时借助继电器315经由引出线321与线圈主体部311连接、在非受电时借助继电器315与线圈主体部311断开的电容器313。
二次自谐振线圈110A还具有在非受电时使电容器313成为放出了电荷的状态的放电电阻314。放电电阻314连接在电容器313的两电极之间。电容器313连接在引出线322和继电器315之间，引出线322与线圈主体部311的另一端连接。
图11是表示作为二次自谐振线圈110A的变形例的二次自谐振线圈110A1的构成的电路图。
参照图10、图11，二次自谐振线圈110A1是在二次自谐振线圈110A的构成中取代电容改变部312A而具有电容改变部312A1。电容改变部312A1是在图10的电容改变部312A的构成中删除了放电电阻314，其他部分的构成与电容改变部312A相同，省略其重复说明。
图12是收纳上述图10所示的二次自谐振线圈110A及二次线圈120的线圈收纳部270的剖视图。
在该图12所示的例子中，在线轴272的收纳室273内收纳有与二次线圈120连接的整流器130和与线圈主体部311连接的继电器315、电容器313及放电电阻314。
由此，在该图10及图12所示的例子中，也能谋求受电装置的紧凑化。
图13表示作为二次自谐振线圈110A的变形例的二次自谐振线圈110B的构成的电路图。
参照图10、图13，二次自谐振线圈110B是在二次自谐振线圈110A的构成中取代电容改变部312A而含有电容改变部312B。
电容改变部312B包括与线圈主体部的端部连接的引出线321、与引出线321连接的继电器315、和在受电时借助继电器315经由引出线321与线圈主体部311连接、在非受电时借助继电器315与线圈主体部311断开的电容器313。
二次自谐振线圈110B还具有用于在非受电时使电容器313成为放出了电荷状态的放电电阻314。
二次自谐振线圈110B还具有在受电时使放电电阻314从电容器313断开、在非受电时使放电电阻与电容器连接的其他继电器316。
放电电阻314和其他继电器316串联连接在电容器313的两电极之间。电容器313连接在引出线322与继电器315之间，引出线322与线圈主体部311的另一端连接。
图4的车辆ECU180在受电时将继电器315控制为导通状态、将继电器316控制为截止状态，在非受电时将继电器315控制为截止状态、将继电器316控制为导通状态。
图14是收纳上述图13所示的二次自谐振线圈110B及二次线圈120的线圈收纳部270的剖视图。
在该图14所示的例子中，与线圈主体部连接的继电器315、电容器313、放电电阻314及继电器316收纳在线轴272的收纳室273内。而且，在收纳室273内还收纳有与二次线圈120连接的整流器130。
由此，在该图13及图14所示的例子中，也能谋求受电装置的紧凑化。
图15是表示作为二次自谐振线圈110A的另一变形例的二次自谐振线圈110C的构成的电路图。
参照图10、图15，二次自谐振线圈110C是在二次自谐振线圈110A的构成中取代电容改变部312A而含有电容改变部312C。
电容改变部312C包括与线圈主体部的端部连接的引出线321、与引出线321连接的继电器317、和在受电时借助继电器317经由引出线321与线圈主体部311连接、在非受电时借助继电器与线圈主体部311断开的电容器313。
二次自谐振线圈110C还具有在非受电时使电容器313成为放出了电荷的状态的放电电阻314。
继电器317在受电时将放电电阻314从电容器313断开，在非受电时使放电电阻314与电容器313连接。
车辆ECU180在受电时控制继电器317，使得将线圈主体部311的端部与电容器的一端连接，且使放电电阻314从该一端断开。车辆ECU180在非受电时控制继电器317，使得将线圈主体部311的端部从电容器的一端断开，使电容器的该一端与放电电阻314连接。
图16是收纳图15所示的二次自谐振线圈110C及二次线圈120等的线圈收纳部270的剖视图。
在该图16所示的例子中，收纳着与线圈主体部连接的继电器317、电容器313及放电电阻314、和与二次线圈120连接的整流器130及转换器(电压变换器)140，也能谋求受电装置的紧凑化。
作为收纳在收纳室273内的设备，不限于上述设备，例如也可以收纳车辆ECU180、通信装置190及温度传感器等。
如上所述，本实施方式中，即使进行来自供电装置的输电，也能够在不需要受电的情况下使得在车辆的任一处均不会存在利用共振而受电的部位，并且，能够谋求受电装置的紧凑化。
<实施方式3>
使用图17和图18说明在供电装置200应用本发明的例子。图17是收纳一次自谐振线圈240及一次线圈230的线圈收纳部470的立体图。图18是图17的XVIII-XVIII线处的剖视图。
如上述图17和图18所示，线圈收纳部470包括安装有一次自谐振线圈240及一次线圈230的线轴472、和以覆盖该线轴472的方式设置的罩471。
线轴472形成为筒状，在内部规定出可收纳设备的收纳室473。并且，在收纳室473内收纳有与一次自谐振线圈240连接的电容器450、和与一次线圈230连接的高频电力驱动器(频率变换器)220。由此，谋求供电装置200的紧凑化。另外，作为收纳在收纳室473内的设备，不限于上述设备，也可以收纳通信装置250、ECU260等。如此，本发明不限于受电装置，也能适用于供电装置200。
在该线圈收纳部470中，也是在线圈472的内周面设有屏蔽构件381，在罩471的内周面也设有屏蔽构件380。
而且，一次自谐振线圈240具有沿线轴472的外周面延伸且设于从线轴472外周面离开的位置的卷绕部417、和设于该卷绕部417的两端部且与电容器450连接的引出线421。引出线421固定在线轴472，支承卷绕部417。
同样，一次线圈230也具有沿线轴472的外周面卷绕的卷绕部418、和设于该卷绕部418的两端部且与高频电力驱动器220连接的引出线422。并且，卷绕部418在从线轴472的外周面离开的位置借助引出线421被固定。
在上述各实施方式中，作为图4所示的电动车辆，说明的是能够由动 力分割装置177分割发动机176的动力、传递至驱动轮178和电动发电机172的串联/并联型的混合动力车，但本发明也能适用于其他形式的混合动力车。即，例如对于使用仅用于驱动电动发电机172的发动机176、仅由电动发电机174产生车辆的驱动力的所谓的串联型混合动力车；仅将发动机176产生的动能中的再生能作为电能而回收的混合动力车；将发动机作为主动力、根据需要采用电动机辅助的电动机辅助型的混合动力车等，也能适用本发明。
本发明也能适用于不具有发动机176而仅靠电力行驶的电动车、作为直流电源除了蓄电装置150之外还具有燃料电池的燃料电池车。本发明也能适用于不具有升压转换器162的电动车辆。
应该认识到，本次所公开的实施方式在所有方面仅是例示，并不是限制性的。本发明的保护范围不是由上述实施方式的说明所示，而是由权利要求书所示，包含了与权利要求书等同的意思以及保护范围内的所有变更。
Claims (16)
1.一种非接触电力传递装置，具备：
第二自谐振线圈（110、240），在该第二自谐振线圈（110、240）与相对配置的第一自谐振线圈（240、110）之间，能够通过磁场的共振进行电力的输送及接受中的至少一方；和
感应线圈（120、230），其能够进行下述中的至少一方：通过电磁感应取出所述第二自谐振线圈接受的电力，以及通过电磁感应对所述第二自谐振线圈供给电力；
在所述第二自谐振线圈和所述感应线圈，形成有在内部收纳设备的收纳室（273、473）；
收纳在所述收纳室（273、473）内的设备包括与所述第二自谐振线圈（110、240）连接的电容器（313、450）。
2.一种非接触电力传递装置，具备：
第二自谐振线圈（110、240），在该第二自谐振线圈（110、240）与相对配置的第一自谐振线圈（240、110）之间，能够通过磁场的共振进行电力的输送及接受中的至少一方；和
感应线圈（120、230），其能够进行下述中的至少一方：通过电磁感应取出所述第二自谐振线圈接受的电力，以及通过电磁感应对所述第二自谐振线圈供给电力；
在所述第二自谐振线圈和所述感应线圈，形成有在内部收纳设备的收纳室（273、473）；
收纳在所述收纳室（273）内的设备为能够将所述第二自谐振线圈（110）在受电时选择的第一状态和非受电时选择的第二状态之间切换的切换设备（115），在所述第一状态中所述第二自谐振线圈（110）通过磁场的共振与第一自谐振线圈（240）磁耦合，在所述第二状态中与所述第一状态相比所述第二自谐振线圈（110）与所述第一自谐振线圈通过共振而产生的磁耦合弱。
3.一种非接触电力传递装置，具备：
第二自谐振线圈（110、240），在该第二自谐振线圈（110、240）与相对配置的第一自谐振线圈（240、110）之间，能够通过磁场的共振进行电力的输送及接受中的至少一方；和
感应线圈（120、230），其能够进行下述中的至少一方：通过电磁感应取出所述第二自谐振线圈接受的电力，以及通过电磁感应对所述第二自谐振线圈供给电力；
在所述第二自谐振线圈和所述感应线圈，形成有在内部收纳设备的收纳室（273、473）；
所述第二自谐振线圈（110）包括线圈主体部（111）、和改变所述线圈主体部的电感的阻抗改变部（115），
所述阻抗改变部（115）收纳在所述收纳室（273）内。
4.根据权利要求3所述的非接触电力传递装置，
所述线圈主体部（111）在中央部被分割为第一部分（113）和第二部分（114），
所述阻抗改变部（115）包括继电器（112），该继电器（112）设置在所述线圈主体部的中央部，在受电时将所述第一部分和所述第二部分连接，在非受电时将所述第一部分和所述第二部分断开，
所述继电器（112）收纳在所述收纳室（273）内。
5.一种非接触电力传递装置，具备：
第二自谐振线圈（110、240），在该第二自谐振线圈（110、240）与相对配置的第一自谐振线圈（240、110）之间，能够通过磁场的共振进行电力的输送及接受中的至少一方；和
感应线圈（120、230），其能够进行下述中的至少一方：通过电磁感应取出所述第二自谐振线圈接受的电力，以及通过电磁感应对所述第二自谐振线圈供给电力；
在所述第二自谐振线圈和所述感应线圈，形成有在内部收纳设备的收纳室（273、473）；
所述第二自谐振线圈（110A～110C）包括线圈主体部（311）、和改变所述线圈主体部的电容的电容改变部（312A～312C），
所述电容改变部（312A～312C）收纳在所述收纳室内。
6.根据权利要求5所述的非接触电力传递装置，
所述电容改变部（312A～312C）包括：
与所述线圈主体部（311）的端部连接的引出线（321）；
与所述引出线连接的继电器（315、317）；以及
电容器（313），其在受电时通过所述继电器（315、317）经由所述引出线（321）与所述线圈主体部（311）连接，在非受电时通过所述继电器与所述线圈主体部断开，
所述继电器及所述电容器中的至少一方收纳在所述收纳室（273）内。
7.一种非接触电力传递装置，具备：
第二自谐振线圈（110、240），在该第二自谐振线圈（110、240）与相对配置的第一自谐振线圈（240、110）之间，能够通过磁场的共振进行电力的输送及接受中的至少一方；
感应线圈（120、230），其能够进行下述中的至少一方：通过电磁感应取出所述第二自谐振线圈接受的电力，以及通过电磁感应对所述第二自谐振线圈供给电力；和
整流器（130），其与所述感应线圈连接；
在所述第二自谐振线圈和所述感应线圈，形成有在内部收纳设备的收纳室（273、473）；
所述整流器（130）收纳在所述收纳室（273）内。
8.一种非接触电力传递装置，具备：
第二自谐振线圈（110、240），在该第二自谐振线圈（110、240）与相对配置的第一自谐振线圈（240、110）之间，能够通过磁场的共振进行电力的输送及接受中的至少一方；
感应线圈（120、230），其能够进行下述中的至少一方：通过电磁感应取出所述第二自谐振线圈接受的电力，以及通过电磁感应对所述第二自谐振线圈供给电力；和
电压变换器（140），其与所述感应线圈连接；
在所述第二自谐振线圈和所述感应线圈，形成有在内部收纳设备的收纳室（273、473）；
所述电压变换器收纳在所述收纳室（273）内。
9.根据权利要求1至8的任意一项所述的非接触电力传递装置，
还具备安装有所述第二自谐振线圈（110、240）的线轴（272、472），
所述收纳室（273、473）被规定在所述线轴（272、472）的内部。
10.根据权利要求1至8的任意一项所述的非接触电力传递装置，所述第二自谐振线圈（110）及所述感应线圈（120）搭载于车辆，所述第一自谐振线圈（240）配置在所述车辆的外部，所述第一自谐振线圈（240）对所述第二自谐振线圈（110）输送电力，所述第二自谐振线圈（110）接受从所述第一自谐振线圈（240）输送的电力，所述第二自谐振线圈（110）和所述感应线圈（120）构成受电装置的至少一部分。
11.根据权利要求1至8的任意一项所述的非接触电力传递装置，所述第一自谐振线圈（110）搭载于车辆，所述第二自谐振线圈（240）及所述感应线圈（230）配置在所述车辆的外部，所述第二自谐振线圈（240）对所述第一自谐振线圈（110）输送电力，所述第一自谐振线圈（110）接受从所述第二自谐振线圈（240）输送的电力，所述第二自谐振线圈（240）和所述感应线圈（230）构成输电装置的至少一部分。
12.根据权利要求9所述的非接触电力传递装置，
所述线轴（272、472）的轴向长度比所述线轴（272、472）的宽度方向长度短。
13.根据权利要求9所述的非接触电力传递装置，
所述第二自谐振线圈（110、240）包括：从所述线轴（272、472）的外周面离开、沿着所述线轴（272、472）的外周面卷绕的卷绕部（117、417），和与所述线轴（272、472）连接、能够支承所述卷绕部的支承部（116）。
14.根据权利要求9所述的非接触电力传递装置，所述第二自谐振线圈（110）及所述感应线圈（120）搭载于车辆，所述第一自谐振线圈（240）配置在所述车辆的外部，所述第一自谐振线圈（240）对所述第二自谐振线圈（110）输送电力，所述第二自谐振线圈（110）接受从所述第一自谐振线圈（240）输送的电力，所述第二自谐振线圈（110）和所述感应线圈（120）构成受电装置的至少一部分。
15.根据权利要求9所述的非接触电力传递装置，所述第一自谐振线圈（110）搭载于车辆，所述第二自谐振线圈（240）及所述感应线圈（230）配置在所述车辆的外部，所述第二自谐振线圈（240）对所述第一自谐振线圈（110）输送电力，所述第一自谐振线圈（110）接受从所述第二自谐振线圈（240）输送的电力，所述第二自谐振线圈（240）和所述感应线圈（230）构成输电装置的至少一部分。
16.一种车辆，具有权利要求1至15的任意一项所述的非接触电力传递装置。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20131023 |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |