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電力饋送裝置和車輛電力饋送系統.pdf

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電力 饋送 裝置 車輛 系統
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摘要
申請專利號:

CN201180009350.9

申請日:

2011.02.09

公開號:

CN102762407B

公開日:

2015.01.14

當前法律狀態:

終止

有效性:

無權

法律詳情: 未繳年費專利權終止IPC(主分類):B60L 5/00申請日:20110209授權公告日:20150114終止日期:20160209|||授權|||實質審查的生效IPC(主分類):B60L 5/00申請日:20110209|||公開
IPC分類號: B60L5/00; B60M7/00; H01F27/00; H01F38/14; B60L11/18 主分類號: B60L5/00
申請人: 豐田自動車株式會社; 株式會社豐田自動織機
發明人: 山本幸宏; 古池剛
地址: 日本愛知縣
優先權: 2010.02.12 JP 028819/2010
專利代理機構: 北京市中咨律師事務所 11247 代理人: 郭曉華;楊曉光
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201180009350.9

授權公告號:

|||102762407B||||||

法律狀態公告日:

2017.03.29|||2015.01.14|||2012.12.26|||2012.10.31

法律狀態類型:

專利權的終止|||授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

電力饋送裝置包含:網絡分析器(160),其測量包含電磁感應線圈(130)與諧振線圈(140)的諧振系統的S參數的測量值;以及,電子控制單元(ECU)(190)。ECU(190)根據測量到的S參數將諧振線圈(140,210)的諧振頻率調節到電力供給頻率。具體而言,ECU控制可變電容器(150,220),以便調節諧振線圈(140,210)的諧振頻率,在調節諧振頻率之后,控制阻抗匹配裝置(152),以便使諧振系統的輸入阻抗與從諧振系統的輸入端口(P1)看到的在高頻電力供給裝置(110)側的阻抗匹配。

權利要求書

1.一種電力饋送裝置,其以無接觸的方式將電力饋送到包括電力接收
線圈的電力接收裝置,所述電力饋送裝置包括:
電力供給裝置,其產生具有規定頻率的電力;
電力發送線圈,其接收由所述電力供給裝置產生的電力,并通過經由
電磁場與所述電力接收線圈諧振,以無接觸的方式將所述電力發送到所述
電力接收線圈;
第一調節裝置,其調節所述電力發送線圈的諧振頻率;
第二調節裝置,其調節包括所述電力發送線圈和所述電力接收線圈的
諧振系統的輸入阻抗;
檢測裝置,其檢測所述諧振系統的通過特性和反射特性中的至少一者;
以及
控制裝置,其基于所述檢測裝置的檢測結果,通過控制所述第一調節
裝置而將諧振頻率調節到所述規定頻率,并且,通過控制所述第二調節裝
置而使所述諧振系統的輸入阻抗與從所述諧振系統的輸入端口看到的在所
述電力供給裝置側的阻抗匹配。
2.根據權利要求1的電力饋送裝置,其中,所述控制裝置首先將諧振
頻率調節到所述規定頻率,在所述諧振頻率已經被調節到所述規定頻率之
后,所述控制裝置對所述阻抗進行匹配。
3.根據權利要求1的電力饋送裝置,其中,所述控制裝置判斷所述電
力發送線圈和所述電力接收線圈之間的距離是否低于規定的基準值,并且,
如果所述線圈之間的距離低于所述基準值,對所述諧振頻率進行調節,如
果判斷為所述線圈之間的距離等于或大于所述基準值,對所述輸入阻抗進
行調節。
4.根據權利要求1-3中的任意一項的電力饋送裝置,其中,所述第一
調節裝置包括可變電容器,所述可變電容器被設置在所述電力發送線圈中。
5.根據權利要求1-4中的任意一項的電力饋送裝置,
其中,所述第二調節裝置包括LC電路,所述LC電路被設置在所述
電力發送線圈和所述電力供給裝置之間,并且,
所述LC電路包括可變電容器和可變線圈中的至少一者。
6.根據權利要求1-4中的任意一項的電力饋送裝置,
其中,所述電力發送線圈包括諧振線圈和電磁感應線圈,所述電磁感
應線圈被連接到所述電力供給裝置,并通過電磁感應而將從所述電力供給
裝置接收的電力供到所述諧振線圈,并且,
所述第二調節裝置通過調節所述諧振線圈和所述電磁感應線圈之間的
距離來調節所述輸入阻抗。
7.一種車輛電力饋送系統,包括:
電力饋送裝置;以及
車輛,其從所述電力饋送裝置被供以電力,
其中,所述電力饋送裝置包括電力供給裝置、電力發送線圈和第一調
節裝置,所述電力供給裝置產生具有規定頻率的電力,所述電力發送線圈
接收由所述電力供給裝置產生的電力,并產生用于將所述電力以無接觸的
方式發送到所述車輛的電磁場,所述第一調節裝置調節所述電力發送線圈
的諧振頻率,并且,
所述車輛包括電力接收線圈和第二調節裝置,所述電力接收線圈通過
經由所述電磁場與所述電力饋送裝置的所述電力發送線圈諧振來以無接觸
的方式從所述電力發送線圈接收電力,所述第二調節裝置對所述電力接收
線圈的諧振頻率進行調節,并且,
其中,所述電力饋送裝置還包括第三調節裝置、檢測裝置和控制裝置,
所述第三調節裝置對包括所述電力發送線圈和所述電力接收線圈的諧振系
統的輸入阻抗進行調節,所述檢測裝置檢測所述諧振系統的通過特性和反
射特性中的至少一者,所述控制裝置基于所述檢測裝置的檢測結果,通過
控制所述第一調節裝置與所述第二調節裝置而將所述電力發送線圈和所述
電力接收線圈的諧振頻率調節到所述規定頻率,并且,通過控制所述第三
調節裝置而使所述諧振系統的輸入阻抗與從所述諧振系統的輸入端口看到
的在所述電力供給裝置側的阻抗匹配。
8.根據權利要求7的車輛電力饋送系統,其中,所述控制裝置首先將
所述諧振頻率調節到所述規定頻率,在所述諧振頻率已經被調節到所述規
定頻率之后,所述控制裝置對所述阻抗進行匹配。
9.根據權利要求7的車輛電力饋送系統,其中,所述控制裝置判斷所
述電力發送線圈和所述電力接收線圈之間的距離是否低于規定的基準值,
并且,如果判斷為所述線圈之間的距離低于所述基準值,對所述諧振頻率
進行調節,如果判斷為所述線圈之間的距離等于或大于所述基準值,對所
述輸入阻抗進行調節。

說明書

電力饋送裝置和車輛電力饋送系統

技術領域

本發明涉及電力饋送裝置和車輛電力饋送系統,其具有電力發送線圈,
該線圈經由電磁場與電力接收裝置的電力接收線圈諧振,以便以無接觸的
方式將電力饋送到電力接收裝置。

背景技術

作為對環境友好的車輛,例如電動車輛和混合動力車等的電氣車輛正
在受到更多的注意。這些車輛裝有推進車輛的電動機以及存儲供到電動機
的電力的可再充電的蓄電裝置。術語“混合動力車”指的是裝有作為動力
源的內燃機和電動機的車輛以及除蓄電裝置外裝有燃料電池的汽車,燃料
電池作為直流電源以推進車輛。

已經知道,如同電氣車輛的情況一樣,混合動力車包括能夠從外部電
源充電的車載蓄電裝置。例如,“插入式混合動力車”顧名思義包括蓄電
裝置,其能通過用充電電纜連接家用電源插座和車輛的充電端口來從標準
家用電源充電。

與此形成對比的是,不使用電源線纜或電力傳輸電纜的無線電力傳輸
作為電力傳輸方法正在吸引人們的注意。作為主流的無線電力傳輸方法,
已知有三種技術:使用電磁感應的電力傳輸,使用微波的電力傳輸,使用
諧振方法的電力傳輸。

在無線電力傳輸方法中,諧振方法是這樣的一種無接觸的電力傳輸技
術:其中,一對諧振器(例如,一對諧振線圈)在電磁場(近場)中諧振
以經由電磁場傳輸電力,并能在相對較長的距離(例如,幾米)上傳輸幾
kW的高電力。

使用諧振方法從外部電力饋送裝置向電氣車輛無線饋送電力的車輛電
力饋送系統在例如日本特開No.2009-106136(JP-A-2009-106136)中介紹。

如果電力饋送裝置的電力發送線圈和電力接收側(車輛)的電力接收
線圈之間的位置關系改變,從電力發送線圈到電力接收線圈的電力傳輸的
效率改變,從電力饋送裝置向電力接收裝置饋送電力的效率改變。因此,
無論電力發送線圈和電力接收線圈之間的位置關系如何改變,保持高效電
力饋送仍為一項技術難題。另外,用于獲得高效電力饋送的調節方法優選
為盡可能地簡單。

發明內容

本發明提供了一種電力饋送裝置以及車輛電力饋送系統,其能夠通過
簡單的調節獲得高度有效的電力饋送。

根據本發明第一實施形態的電力饋送裝置為這樣的電力饋送裝置,其
以無接觸的方式將電力饋送到包括電力接收線圈的電力接收裝置,包括電
力供給裝置、電力發送線圈、第一與第二調節裝置、檢測裝置以及控制裝
置。電力供給裝置產生具有規定頻率的電力。電力發送線圈接收由電力供
給裝置產生的電力,并通過經由電磁場與電力接收線圈諧振,以無接觸的
方式將電力發送到電力接收線圈。第一調節裝置調節電力發送線圈的諧振
頻率。第二調節裝置調節包括電力發送線圈和電力接收線圈的諧振系統的
輸入阻抗。檢測裝置檢測諧振系統的通過特性和反射特性中的至少一個。
基于檢測裝置的檢測結果,控制裝置通過控制第一調節裝置將諧振頻率調
節到規定頻率,并通過控制第二調節裝置使諧振系統的輸入阻抗與從諧振
系統輸入端口看到的在電力供給裝置側的阻抗匹配。

控制裝置可首先通過控制第一調節裝置而將諧振頻率調節到規定頻
率,在諧振頻率的調節之后,通過控制第二調節裝置來進行阻抗匹配。

控制裝置可判斷電力發送線圈和電力接收線圈之間的距離是否小于規
定的基準值,如果判斷為線圈之間的距離小于基準值,通過控制第一調節
裝置來調節諧振頻率,如果判斷為線圈之間的距離等于或大于基準值,通
過控制第二調節裝置來調節諧振系統的輸入阻抗。

第一調節裝置可包括可變電容器,其被設置在電力發送線圈中。第二
調節裝置可包括LC電路,其被設置在電力發送線圈和電力供給裝置之間。
LC電路可包括可變電容器和可變線圈中的至少一個。

電力發送線圈可包括諧振線圈和電磁感應線圈,電磁感應線圈連接到
電力供給裝置并通過電磁感應將從電力供給裝置接收的電力供到諧振線
圈,第二調節裝置可通過改變諧振線圈和電磁感應線圈之間的距離來調節
諧振系統的輸入阻抗。

根據本發明第二實施形態的車輛電力饋送系統包括電力饋送裝置以及
從電力饋送裝置被供以電力的車輛。電力饋送裝置包括電力供給裝置、電
力發送線圈和第一調節裝置。電力供給裝置產生具有規定頻率的電力。電
力發送線圈接收由電力供給裝置產生的電力,并產生用于將電力以無接觸
的方式發送到車輛的電磁場。第一調節裝置調節電力發送線圈的諧振頻率。
車輛包括電力接收線圈和第二調節裝置。電力接收線圈通過經由電磁場與
電力饋送裝置的電力發送線圈諧振來以無接觸的方式從電力發送線圈接收
電力。第二調節裝置對電力接收線圈的諧振頻率進行調節。電力饋送裝置
還包括第三調節裝置、檢測裝置和控制裝置。第三調節裝置調節包括電力
發送線圈和電力接收線圈的諧振系統的輸入阻抗。檢測裝置檢測諧振系統
的反射特性和通過特性的至少一個。基于檢測裝置的檢測結果,控制裝置
通過控制第一與第二調節裝置將電力發送線圈和電力接收線圈的諧振頻率
調節到規定頻率,并通過控制第三調節裝置使諧振系統的輸入阻抗與從諧
振系統的輸入端口看到的在電力供給裝置側的阻抗匹配。

控制裝置可首先通過控制第一與第二調節裝置將諧振頻率調節到規定
頻率,并在諧振頻率的調節之后,通過控制第三調節裝置來進行阻抗匹配。

控制裝置可判斷電力發送線圈和電力接收線圈之間的距離是否小于規
定的基準值,如果判斷為線圈之間的距離小于基準值,通過控制第一與第
二調節裝置來調節諧振頻率,如果判斷為線圈之間的距離等于或大于基準
值,通過控制第三調節裝置來調節輸入阻抗。

在本發明中,基于檢測裝置的檢測結果,通過控制第一調節裝置,將
線圈的諧振頻率調節為規定的頻率,通過控制第二調節裝置,將諧振系統
的輸入阻抗與從諧振系統的輸入端口看到的在電力供給裝置側的阻抗匹
配。因此,諧振頻率的調節和阻抗匹配能分立地得到調節。因此,根據本
發明,能通過簡單的調節獲得高效的電力饋送。

附圖說明

參照附圖,由下面對示例性實施例的介紹,將明了本發明的前述以及
進一步的特征和優點,其中,類似的標號用于表示類似的元件,且其中:

圖1為一功能框圖,其示出了根據本發明第一實施例的車輛電力饋送
系統的整體構造;

圖2為執行諧振方法中的電力發送的部分的等效電路的電路圖;

圖3示出了圖1所示的阻抗匹配裝置的電路構造的實例;

圖4為第一圖表,其示出了諧振系統的通過特性(S21)和反射特性
(S11);

圖5為第二圖表,其示出了諧振系統的通過特性(S21)和反射特性
(S11);

圖6為第三圖表,其示出了諧振系統的通過特性(S21)和反射特性
(S11);

圖7示出了當圖1所示的可變電容器的電容變化時發生的通過特性
(S21)的變化;

圖8為一圖表,其示出了當圖1所示的可變電容器的電容變化時在反
射特性(S11)中的變化;

圖9為一圖表,其示出了當使用圖1所示的阻抗匹配裝置進行阻抗匹
配時在通過特性(S21)中的變化;

圖10為一流程圖,其示出了在ECU中執行以調節諧振線圈的諧振頻
率以及對諧振系統的阻抗進行匹配的過程;

圖11為一流程圖,其示出了第二實施例中在ECU中執行以調節諧振
線圈的諧振頻率以及對諧振系統的阻抗進行匹配的過程;以及

圖12示出了阻抗匹配的替代性方法。

具體實施方式

下面參照附圖介紹本發明的實施例。在附圖中,相同或對應的部分用
同樣的參考標號表示,不再重復對其進行介紹。

圖1為一功能框圖,其示出了根據本發明第一實施例的車輛電力饋送
系統的整體構造。參照圖1,車輛電力饋送系統包含電力饋送裝置100和
車輛200。

電力饋送裝置100包含高頻電力供給裝置100、同軸電纜120、電磁感
應線圈130、諧振線圈140。電力饋送裝置100還包含可變電容器150、阻
抗匹配裝置152、網絡分析器160、繼電器162。另外,電力饋送裝置100
還包含通信天線170、通信裝置180、電子控制單元(ECU)190。

高頻電力供給裝置110將通過連接到例如系統電源的電源插頭350接
收的系統電力轉換為規定高頻電力,并將高頻電力輸出到同軸電纜120。
高頻電力供給裝置110產生的高頻電力的頻率被設置為1MHz到幾十MHz
等的范圍內的規定值。

電磁感應線圈130一般布置為與諧振線圈140同軸,并與諧振線圈140
間隔開規定的距離。電磁感應線圈130可以通過電磁感應與諧振線圈140
磁耦合,并通過電磁感應將從高頻電力供給裝置110經過同軸電纜120供
給的高頻電力供到諧振線圈140。

阻抗匹配裝置152被設置在電磁感應線圈130的輸入側。阻抗匹配裝
置152將包含電磁感應線圈和諧振線圈140以及安裝在車輛200上的諧振
線圈210和電磁感應線圈230(其將在下面介紹)的感應系統的輸入阻抗
與從諧振系統輸入端口看到的在高頻電力供給裝置110側的阻抗相匹配。
阻抗匹配裝置152根據來自ECU?190的命令對諧振系統的輸入阻抗進行調
節。

諧振線圈140通過電磁感應從電磁感應線圈130被供以電力。諧振線
圈140通過經由電磁場與裝在車輛200中的用于電力接收的諧振線圈210
諧振來以無接觸的方式將電力傳送到車輛。諧振線圈140的匝數和直徑基
于到車輛200的諧振線圈210的距離以及諧振頻率來適當地設置,使得能
夠獲得大的Q因子(例如Q>100)以及大的耦合度k。

諧振線圈140包含可變電容器150,可變電容器150例如連接在諧振
線圈140的相反末端之間。可變電容器150根據來自ECU?190的命令在電
容上發生變化,并通過電容的變化來調節諧振線圈140的諧振頻率。

網絡分析器160檢測包含電磁感應線圈130和諧振線圈140以及車輛
200上的諧振線圈210和電磁感應線圈230的諧振系統的通過特性(S21)
和反射特性(S11)。網絡分析器160通過將連接端子320與端子330電氣
連接以及通過開啟繼電器162來連接到諧振系統。基于來自ECU?190的命
令,網絡分析器160測量諧振系統的S參數(S11,S21),并將測量得到
的S參數(S11,S21)輸出到ECU?190。商業上可獲得的產品可被用作網
絡分析器160。

通信天線170被連接到通信裝置180。通信裝置180用作與車輛200
的通信裝置290通信的通信接口。

通過基于由網絡分析器160測量的S參數來控制可變電容器150和
220,ECU?190將諧振線圈140和210的諧振頻率調節到電力供給頻率(從
高頻電力供給裝置110輸出的高頻電力的頻率)。基于測量得到的S參數,
通過控制阻抗匹配裝置152,ECU?190也將諧振系統的輸入阻抗與從諧振
系統的輸入端口看到的在高頻電力供給裝置110側的阻抗匹配。

具體而言,當繼電器162被開通以便連接網絡分析器160時,通過基
于由網絡分析器160測量的S參數控制可變電容器150和220,ECU?190
首先調節諧振線圈140和210的諧振頻率。于是,在調節諧振頻率之后,
ECU?190通過控制阻抗匹配裝置152而對阻抗進行匹配。用于調節的命令
從ECU?280經由通信裝置180和290被供到車輛200的可變電容器220。

諧振線圈的諧振頻率的調節優選為在諧振線圈140和210之間的互感
低的情況下進行,換句話說,在諧振線圈140和210之間充分的距離得到
保證、使得在S參數的頻譜中不存在兩個峰(也就是說,僅出現一個峰)
的情況下進行,如下面所介紹的那樣。這是因為,當互感低時,即使諧振
線圈140和210之間的間隔變化,諧振頻率不變,而在互感大時,諧振頻
率隨著諧振線圈140和210之間的間隔變化而變化。這一點參照附圖在下
面介紹。

車輛200包含諧振線圈210、可變電容器220、電磁感應線圈230、整
流器電路240、充電器250、蓄電裝置260、電力輸出裝置270、開關275。
車輛200還包含ECU?280、通信裝置290、通信天線300。

通過經由電磁場與電力饋送裝置100的諧振線圈140諧振,以無接觸
的方式,車輛200的諧振線圈210接收來自電力饋送裝置100的諧振線圈
140的電力。諧振線圈210的匝數和直徑也基于到電力饋送裝置100的諧
振線圈140的距離以及諧振頻率來適當地設置,使得大的Q因子(例如
Q>100)以及大的耦合度k能被獲得。

諧振線圈210包含可變電容器220,可變電容器220被連接在例如諧
振線圈210的相反末端之間。可變電容器220根據來自ECU?280的命令在
電容上改變,并通過電容的改變來調節諧振線圈210的諧振頻率。

電磁感應線圈230一般布置為以到諧振線圈210的規定的距離與諧振
線圈210同軸。電磁感應線圈230可以通過電磁感應與諧振線圈210磁耦
合,通過電磁感應取出由諧振線圈210接收的電力,并將該電力輸出到整
流器電路240。

整流器電路240將由電磁感應線圈230從諧振線圈210取出的電力
(AC)進行整流,并將整流得到的電力輸出到充電器250。根據來自ECU
280的控制信號,充電器250將已由整流器電路240整流的電力轉換為蓄
電裝置260的電壓等級,并將轉換得到的電力輸出到蓄電裝置260。

蓄電裝置260為可再充電的DC電源,并包含二次電池,例如鋰離子
或鎳氫化物電池。蓄電裝置260不僅存儲從充電器250供給的電力,還存
儲由電力輸出裝置270產生的再生電力。蓄電裝置260將所存儲的電力供
到電力輸出裝置270。高容量電容器可用作蓄電裝置260,可使用任何能夠
臨時存儲由電力饋送裝置供給的電力以及來自電力輸出裝置270的再生電
力并將所存儲的電力供到電力輸出裝置270的電力緩存器(power?buffer)。

電力輸出裝置270使用存儲在電力存儲裝置260中的電力來推進車輛
200。盡管沒有特別示出,電力輸出裝置270包含例如:變換器,其接收從
蓄電裝置260輸出的電力;電動機,其由變換器驅動;驅動輪,其接收來
自電動機的驅動力,等等。電力輸出裝置270可包含發動機,其驅動發電
機,以便對蓄電裝置260充電。

ECU?280將電力發送請求命令輸出到通信裝置290,以便使得電力饋
送裝置100向車輛200發送電力。當電力饋送裝置100正在向車輛200饋
送電力時,ECU?280控制充電器250的運行。具體而言,ECU?280控制充
電器250,使得從整流器電路240輸出的電力被轉換為蓄電裝置260的電
壓等級。通信裝置290為用于與電力饋送裝置100的通信裝置180通信的
通信接口。通信天線300被連接到通信裝置290。

圖2為諧振方法中執行電力傳送的部分的等效電路的電路圖。參照圖
2,在諧振方法中,在諧振方法中,通過電磁場(近場)中的兩個諧振線圈
140和210的諧振——類似于兩個音叉之間的諧振,電力經由電磁場從諧
振線圈140傳送到諧振線圈210。

具體而言,幾MHz與大約幾十MHz之間的恒定頻率的高頻電力從高
頻電力供給裝置110被供到電磁感應線圈130,電力于是被供到通過電磁
感應與電磁感應線圈130磁耦合的諧振線圈140。諧振線圈140可通過其
自身的電感以及可變電容器150電氣諧振,并經由電磁場(近場)與車輛
200側的諧振線圈210諧振。于是,能量(電力)從諧振線圈140經由電
磁場被傳送到諧振線圈210。被傳送到諧振線圈210的能量(電力)被通
過電磁感應與諧振線圈210磁耦合的電磁感應線圈230取出,于是,被供
到負載310(其指的是整流器電路240(圖1)下游的整個電氣系統)。

由網絡分析器160(圖1)測量的通過特性(S21)對應于進入端口P1
(從高頻電力供給裝置110輸出的電力)的輸入電力通過在端口P1與端
口P2之間形成的諧振系統到達端口P2的比(現實中,阻抗匹配裝置152
被設置在電磁感應線圈130的輸入側),換句話說,從端口P1到端口P2
的傳送系數。另外,反射特性(S11)對應于在端口P1與P2之間形成的
諧振系統中被反射到進入端口P1的輸入電力的電力的比,換句話說,端
口P1上的反射系數。

圖3示出了圖1所示的阻抗匹配裝置152的電路構造的實例。參照圖
3,阻抗匹配裝置152包含可變電容器154和可變線圈156。可變電容器154
并聯連接到高頻電力供給裝置110(未示出)。可變線圈156連接在阻抗
匹配裝置152和電磁感應線圈130(未示出)之間。阻抗匹配裝置152的
阻抗通過改變可變電容器154的電容以及可變線圈156的電感中的至少一
個來改變。然而,可變電容器154或可變線圈156中的任意一個可以是不
可變的。

圖4-圖6示出了包含諧振線圈140和210以及電磁感應線圈130和230
的諧振系統的通過特性(S21)和反射特性(S11)。圖4-圖6示出了對于
電力饋送裝置100的諧振線圈140和車輛200的諧振線圈210之間的不同
間隙的通過特性(S21)和反射特性(S11)。圖4示出了當諧振線圈140
和210之間的間隙最大時的通過特性(S21)和反射特性(S11),圖6示
出了當諧振線圈140和210之間的間隙最小時的通過特性(S21)和反射特
性(S11)。

參照圖4,S參數(S11,S21)中的每一個具有特定頻率(諧振頻率)
的峰。在圖4中,由于諧振線圈140與210之間的間隙大,S特性(S11,
S21)僅僅具有一個峰。

參照圖5,如果諧振線圈140和210之間的間隙減小,峰值增大,而
峰頻率不變。在圖5中,由于諧振線圈140和210之間的互感的影響,各
個峰開始分為兩個。

參照圖6,當諧振線圈140和210之間的間隙進一步減小時,各個峰
分為兩個,這是由于諧振線圈140和210之間的互感的影響。另外,峰頻
率依賴于諧振線圈140和210之間的間隙大小而變化。

換句話說,如果諧振線圈140和210之間的間隙充分小、使得S參數
(S11,S21)的峰由于諧振線圈140與210之間的互感而被分為兩個,諧
振頻率難以調節,因為S參數(S11,S21)的峰頻率依賴于諧振線圈140
和210之間的間隙的變化而變化。因此,在第一實施例中,諧振線圈的諧
振頻率首先在諧振線圈140、210之間的互感低的情況下受到調節,換句話
說,諧振線圈140、210之間的距離充分得到保證,使得S參數(S11,S21)
各自僅僅具有一個峰。于是,此后,使用阻抗匹配裝置152(圖1)進行阻
抗匹配,使得通過特性(S21)的峰值增大(即反射特性(S11)的峰值減
小)。

圖7為一圖表,其示出了當圖1所示可變電容器150、220的電容變化
時在通過特性(S21)中的變化。參照圖7,當可變電容器150和220的電
容變化時,通過特性(S21)的峰值幾乎不變化,僅峰頻率變化。因此,將
會明了,諧振頻率可在通過特性得到保持的情況下通過調節可變電容器
150和220的電容來調節。

圖8為一圖表,其示出了當圖1所示的可變電容器150、220的電容變
化時在反射特性(S11)中的變化。參照圖8,當可變電容器150和220的
電容變化時,反射特性(S11)的峰值幾乎不變化,僅峰頻率變化。因此,
能夠明了,通過調節可變電容器150、220的電容,諧振頻率可在反射特性
(S11)保持恒定的同時得到調節。

圖9為一圖表,其示出了當使用圖1所示的阻抗匹配裝置152執行阻
抗匹配時在通過特性(S21)中的變化。參照圖9,虛線表示在阻抗匹配之
前的通過特性(S21),實線表示在阻抗匹配之后的通過特性(S21)。通
過使用阻抗匹配裝置132將諧振系統的輸入阻抗與從諧振系統的輸入端口
看到的在高頻電力供給裝置(110)側的阻抗匹配,通過特性(S21)得到
改進。

圖10為一流程圖,其示出了由ECU?190執行的調節諧振線圈的諧振
頻率并對諧振系統的阻抗進行匹配的過程。參照圖10,通過開通繼電器
162,ECU?190將網絡分析器160電氣連接到諧振系統(步驟S10)。下面
的介紹基于圖1中的端子320和330已經彼此電氣連接的假設。

當網絡分析器160被連接時,參照S參數(S11,S21),在諧振線圈
140和220之間的互感低的情況下(也就是說,S參數(S11,S21)中的
每一個僅僅具有一個峰,如前面介紹的那樣),通過控制可變電容器150
和220,ECU?190將諧振線圈140和210的諧振頻率調節到由高頻電力供
給裝置110產生的高頻電力的頻率(步驟S20)。

于是,ECU?190判斷通過可變電容器150、220對諧振線圈140和210
的諧振頻率的調節是否已經完成(步驟S30)。例如,如果諧振線圈140、
210的諧振頻率和由高頻電力供給裝置110產生的高頻電力的頻率之間的
偏差已經變得小于預定值,判斷為諧振頻率的調節已經完成。如果判斷為
諧振頻率的調節尚未完成(S30中的否),過程返回到步驟S20。

如果在步驟S30中判斷為諧振頻率的調節已經完成(步驟30中的是),
參照S參數(S11,S21),通過控制阻抗匹配裝置152,ECU?190使諧振
系統的輸入阻抗與從諧振系統的輸入端口看到的在高頻電力供給裝置110
側的阻抗匹配(步驟S40)。

于是,ECU?190判斷阻抗匹配裝置152的阻抗匹配是否已經完成(步
驟S50)。例如當通過特性(S21)的峰值已經達到極值時,判斷為阻抗匹
配已經完成。如果判斷為阻抗匹配尚未完成(步驟S50中的否),過程返
回到步驟S40。

如果在步驟S50中判斷為阻抗匹配已經完成(步驟50中的是),通過
關斷繼電器162,ECU?190將網絡分析器160從諧振系統電氣斷開(步驟
S60)。

如果預期在從電力饋送裝置100向車輛200的實際電力饋送期間在諧
振線圈140、210之間有某些位置偏差,在諧振線圈140與210之間不存在
位置偏差的情況下執行的調節階段中,阻抗可預先被調節,以便建立S參
數的峰開始分為兩個的狀態,如圖5所示。通過這種方式,電力傳輸效率
能夠最大化,即使在實際電力饋送期間發生某些位置偏差。

然而,如果預期在從電力饋送裝置100向車輛200的實際電力饋送期
間諧振線圈140、210之間的間隙存在大的波動,與位置偏差情況下形成對
比的是,阻抗可預先受到調節,以便建立S參數的峰輕微降低的狀態。通
過這種方式,由于S參數的峰分為兩個導致的諧振頻率偏差可得到避免,
即使諧振線圈140和210之間的間隙在實際電力饋送期間減小。

另外,如果諧振線圈140和210之間的位置偏差小,且預期在從電力
饋送裝置100到車輛200的實際電力饋送期間諧振線圈之間的間隙僅僅存
在微小波動,阻抗可預先受到調節,以便建立S參數的峰可以或者不可以
分為兩個的狀態。

盡管諧振線圈140、210在上面的實例中被示為具有圓形形狀,線圈不
限于具有圓形形狀。然而,諧振線圈140、210可具有圓形形狀,因為在實
際電力饋送期間諧振線圈140、210之間的位置偏差的方向被認為為是隨機
的。

如上面所介紹的,在第一實施例中,基于測量到的S參數(S11,S21),
諧振線圈的諧振頻率通過控制可變電容器150、220來調節,諧振系統阻抗
匹配通過控制阻抗匹配裝置152來進行。結果,諧振頻率的調節和阻抗匹
配可分開進行。因此,根據此第一實施例,電力可非常高效地通過簡單的
調節來饋送。

另外,根據第一實施例,諧振頻率和阻抗可容易地調節,這是因為諧
振頻率首先在互感低的時候被調節,阻抗匹配在諧振頻率已經被調節后進
行。

如上面所介紹的,當諧振線圈140、210之間的間隙小時,S參數(S11,
S21)的峰由于諧振線圈140、210之間的互感的影響而如圖6所示地被分
為兩個,諧振頻率發生偏差。相反,在諧振線圈140、210之間的位置偏差
或間隙大時,當阻抗匹配進行時,通過特性(S21)得到改進,如圖9的虛
線所示。

因此,在第二實施例中,S參數(S11,S21)的峰不分為兩個的諧振
線圈140、210之間的最小距離被用作基準值,當諧振線圈140、210之間
的距離低于基準值時,基準頻率通過可變電容器150、220來調節。相反,
阻抗匹配裝置152在諧振線圈140、210之間的距離超過基準值時進行阻抗
匹配。

根據第二實施例的車輛電力饋送系統的一般構造與根據圖1所示的第
一實施例的車輛電力饋送系統的一般構造大致相同。

圖11為一流程圖,其闡釋了在第二實施例中由ECU?190執行的用于
調節諧振線圈的諧振頻率以及對諧振系統的阻抗進行匹配的過程。參照圖
11,通過開通繼電器162,ECU?190將網絡分析器160電氣連接到諧振系
統(步驟S110)。下面的討論基于這樣的假設:圖1中的端子320、330
已經彼此電氣連接。

一旦網絡分析器160被連接,ECU?190判斷諧振線圈140、210之間
的距離是否低于基準值(步驟S120)。判斷可基于S參數(S11,S21)的
峰是否被分為兩個或通過用距離傳感器實際測量線圈之間的距離來作出。

如果判斷為諧振線圈140、210之間的距離低于基準值(步驟120中的
是),參照S參數(S11,S21),通過控制可變電容器150和220,ECU?190
將諧振線圈140、210的諧振頻率調節為與由高頻電力供給裝置110產生的
高頻電力的頻率匹配(步驟S130)。

然而,如果判斷為諧振線圈140和210之間的距離等于或大于基準值
(步驟120中的否),參照S參數(S11,S12),通過控制阻抗匹配裝置
152,ECU?190使諧振系統的輸入阻抗與從諧振系統的輸入端口看到的在
高頻電力供給裝置110側的阻抗匹配(步驟S140)。

當諧振頻率的調節或是阻抗匹配完成時,通過關斷繼電器162,ECU
190將網絡分析器160從諧振系統電氣斷開(步驟S150)。

如上面所介紹的,根據這一第二實施例,電力可非常高效地饋送,即
便是諧振線圈140、210之間的間隙或諧振線圈140、210之間的位置關系
改變。

盡管在上面的實施例的每一個中阻抗匹配由設置在電磁感應線圈130
的輸入側的阻抗匹配裝置152進行,阻抗匹配方法不限于所介紹的方式。
諧振系統的輸入阻抗可通過改變電磁感應線圈130和諧振線圈140之間的
距離來改變。因此,如圖12所示,通過適當的機構或驅動單元,電磁感應
線圈130可沿著電磁感應線圈130和諧振線圈140的中心軸線移動,使得
阻抗匹配可通過改變電磁感應線圈130和諧振線圈140之間的距離來進行。

上面,高頻電力供給裝置110可被視為對應于本發明的“電力供給裝
置”的實例,諧振線圈140和電磁感應線圈130對應于本發明的“電力發
送線圈”的一實例。另外,可變電容器150可視為對應于在本發明中“對
電力發送線圈的諧振頻率進行調節的第一調節裝置”的實例,阻抗匹配裝
置152可視為對應于本發明中對“諧振系統的輸入阻抗進行調節的第二調
節裝置”和“第三調節裝置”的實例。

另外,網絡分析器160可視為對應于本發明的“檢測裝置”的一個實
例,ECU?190可視為對應于本發明中的“控制裝置”的一個實例。另外,
諧振線圈210和電磁感應線圈230可視為對應于本發明的“電力接收線圈”
的一個實例,可變電容器220可看作對應于本發明中“對電力接收線圈的
諧振頻率進行調節的第二調節裝置”的一個實例。

將會明了,這里介紹的實施例僅僅是說明性的,而不是限制性的。本
發明的范圍不是由對實施例的上述介紹限制,而是由權利要求限制,等價
于以及落入權利要求范圍的所有修改旨在包含在本發明的范圍內。

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