专利名称：供电装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具备设置在第一部分上的多个一次线圈和设置在第二部分上的多个二次线圈并从一次线圈向二次线圈供电的供电装置。
背景技术：
一直以来，在电力机动车或混合动力车辆等电动车辆中，考虑利用从蓄电池供给的电力来驱动行驶用电动机的情况，该行驶用电动机对车轮进行驱动。例如，混合动力车辆搭载行驶用电动机和发动机，使用行驶用电动机和发动机中的至少一方作为车辆的驱动源。在这样的电动车辆中，当蓄电池的充电电力消失时，考虑了通过发动机来驱动发电机，将由发电机发出的电力向蓄电池供给并进行充电，或将旧的蓄电池更换为新的蓄电 池，或将从外部交流电源供给的交流电力转换成直流电力之后向蓄电池供给、充电。例如，在被称为插入式混合动力车的车辆的情况下，考虑了将与家庭用电源等外部电源连接的插座和设置在充电线缆的一侧的插头连接，并将设置在充电线缆的另一侧的插头与设置于车辆的充电口连接，由此进行充电。相对于此，考虑了使用从设置在固定侧的一次线圈向设置在作为移动体的车辆侧的二次线圈以无线的方式进行供电的移动体供电装置，以无线的方式从外部电源向车辆传输电力，并对蓄电池进行充电。例如，如专利文献I记载那样，已知有通过未使用电源软线或输电线缆的无线输电、即使用了共鸣法的输电，而能够进行从车辆外部的电源向车载的蓄电装置的充电的充电系统。该充电系统具备电动车辆和供电装置。电动车辆包括通过电磁场的共鸣与供电装置的一次共振线圈电磁耦合并能够从一次共振线圈接受高频电力的二次共振线圈；从二次共振线圈通过电磁感应而能够受电的二次线圈；整流器；及蓄电装置。整流器对二次线圈接受到的电力进行整流，蓄电装置对通过整流器整流后的电力进行蓄积。另外，在专利文献I中记载有在车辆侧将二次共振线圈和二次线圈中的一方或双方安置多个，或在供电装置侧将一次共振线圈和一次线圈中的一方或双方安置多个的情况。另外，在专利文献2中记载有一种非接触供电装置，其具备在移动体的移动路经上设置的多个供电模块；及在移动体上设置的多个受电模块。供电模块将供电电路与供电用线圈进行一体化。受电模块将受电电路与受电用线圈进行一体化。来自交流电源的交流由供电模块转换为高频的正弦波，向各自的供电用线圈供给而产生高频磁场。当设置于移动体的受电用线圈接近供电用线圈时，受电用线圈接受在供电用线圈之间产生的感应电动势，在对接受到的电力进行了整流之后，向驱动移动体的电动机等的负载供给。在先技术文献专利文献专利文献I :日本特开2009-106136号公报专利文献2 :日本特开2006-121791号公报
发明内容
在上述的专利文献I记载的充电系统的情况下，虽然通过无线输电、即使用了共鸣法的输电，而能够进行从车辆外部的电源向车载的蓄电装置的充电，但并未记载将固定侧的一次共振线圈和移动体侧的二次共振线圈分别各设置多个的情况。因此，在车辆的行驶中从车辆外部的供电装置向车载的蓄电装置输电时，从多个一次共振线圈通过多个二次共振线圈进行受电，从减少在每个线圈输电或受电的电力的方面来说存在改良的余地。当在每个线圈输电或受电的电力增大时，因铜损等而损失可能会增大。相对于此，在专利文献2记载的非接触供电装置的情况下，由于设置多个供电用线圈及受电用线圈，因此有可能能够降低从多个供电用线圈向多个受电用线圈同时输电而在每个线圈输电或受电的电力。但是，在使用彼此相同的共振频率的线圈作为多个线圈时，在通过使用了电磁场共鸣的共鸣方式在线圈间进行输电受电的情况下，接近设置的线圈彼此发生共振而可能无法进行高传送效率下的输电。另外，在伴随着移动体的移动而线圈间的位置关系发生变化时，共振频率会发生变化，从而输电的电力的频率设定可能变得复杂。
另外，在未限定为这样的移动体供电装置的供电装置的结构中，即使在从设置在第一部分上的一次线圈向设置在第二部分上的二次线圈进行供电的情况下，在与上述同样地进行使用了电磁场共鸣的输电受电时，也要求能提高传送效率。本发明目的是在供电装置中，即使在使用多个一次线圈和多个二次线圈进行使用了电磁场共鸣的输电受电的情况下，也提高传送效率。本发明的供电装置具备设置在第一部分上的多个一次线圈和设置在第二部分上的多个二次线圈，且从一次线圈向二次线圈供电，其特征在于，使各个一次线圈相对于相邻的一次线圈彼此的共振频率不同，使各个二次线圈相对于相邻的二次线圈彼此的共振频率不同。另外，在本发明的供电装置中，优选的是，设有多个一次线圈的第一部分为固定侦牝在向设有多个二次线圈的第二部分即移动体的供电中使用，多个一次线圈包括共振频率相互不同的至少一个第一一次线圈和至少一个第二一次线圈，第一一次线圈和第二一次线圈在移动体的移动方向上交替配置，多个二次线圈包括共振频率相互不同的至少一个第一二次线圈和至少一个第二二次线圈，第一二次线圈和第二二次线圈在移动体的移动方向上交替配置。另外，在本发明的供电装置中，优选的是，设有多个一次线圈的第一部分为固定侦牝所述供电装置在向设有多个二次线圈的第二部分即移动体的供电中使用，多个二次线圈沿着移动体的移动方向配置成一列，多个一次线圈以伴随着移动体的移动而能够与多个二次线圈在上下方向上相对的方式配置成一列。另外，在本发明的供电装置中，优选的是，设有多个一次线圈的第一部分为固定侦牝所述供电装置在向设有多个二次线圈的第二部分即移动体的供电中使用，多个二次线圈沿着移动体的移动方向配置成多列，多个一次线圈以伴随着移动体的移动而能够与多个二次线圈的对应的列在上下方向上相对的方式配置成多列。另外，在本发明的供电装置中，优选的是，各个一次线圈相对于相邻的一次线圈，通过使彼此的半径、轴向长度及匝数中的至少任一个不同，而使彼此的共振频率不同，各个二次线圈相对于相邻的二次线圈，通过使彼此的半径、轴向长度及匝数中的至少任一个不同，而使彼此的共振频率不同。另外，在本发明的供电装置中，优选的是，具备与多个一次线圈及二次线圈的一方或两者分别连接的电容器，多个一次线圈及二次线圈之一或两者分别相对于相邻的一次线圈或相邻的二次线圈，通过使分别连接的电容器的容量不同，而使彼此的共振频率不同。发明效果根据本发明的供电装置，即使在使用多个一次线圈和多个二次线圈进行使用了电磁场共鸣的输电受电的情况下，也能提高传送效率。
图I是表示作为本发明的第一实施方式的供电装置的车辆充电系统的整体结构图。 图2是表示在图I中从二次蓄电侧线圈向蓄电部充电并用于由蓄电部驱动电动机的电路的图。图3是表示在第一实施方式中道路侧的一次自共振线圈与车辆侧的二次自共振线圈相対的情况的示意图。图4是表示在第一实施方式中彼此相邻的两种一次自共振线圈或二次自共振线圈的立体图。图5是表示从本发明的范围脱离的比较例中，配置共振频率彼此相同的2个一次线圈和共振频率彼此相同的2个二次线圈并使一次线圈与二次线圈相対的情况的示意图。图6是表示在图5的配置位置从ー个一次线圈向自己及另ー个线圈传输电カ时的传送效率与频率之间的关系的模拟结果的一例的图。图7是表示将一次线圈及二次线圈分别仅设置一个并使一次线圈及二次线圈相对的情况的不意图。图8是表示在图7的配置位置从一次线圈向自己及另ー个线圈传输电カ时的传送效率与频率之间的关系的模拟结果的一例的图。图9是表示在为了确认第一实施方式的效果而进行的模拟中使用的结构的示意图。图10是表示在图9的线圈结构中在假定各个组由沿着轴向正对的一次线圈和ニ次线圈构成的2组彼此较大地分离存在时，从一次线圈向自己及相対的二次线圈传输电カ时的传送效率与频率之间的关系的模拟结果的一例的图。图11是表示在图9的配置结构中从ー个一次线圈向自己及另ー个线圈传输电カ时的传送效率与频率之间的关系的模拟结果的图。图12是表示在图9的配置结构中从另ー个一次线圈向自己及另ー个线圈传输电力时的传送效率与频率之间的关系的模拟结果的图。图13A是表示在第一实施方式中彼此相邻的两种一次自共振线圈或二次自共振线圈的另一例的第一例的立体图。图13B是表示在第一实施方式中彼此相邻的两种一次自共振线圈或二次自共振线圈的另一例的第二例的立体图。图13C是表示在第一实施方式中彼此相邻的两种一次自共振线圈或二次自共振线圈的另一例的第三例的立体图。图14是表示在本发明的第二实施方式中一次自共振线圈及二次自共振线圈相对的情况的简要立体图。图15是在第二实施方式中从上方向下方观察车辆在道路上移动时的一次自共振线圈及二次自共振线圈的配置结构的简图。
具体实施例方式[第一发明的实施方式]以下，使用附图，详细说明本发明的实施方式。图I至图4表示本发明的第一实施方式。如图I所示，本实施方式的作为供电装置且移动体供电装置的车辆充电系统，具备为第一部分且在作为固定侧的道路10侧设置的一次自共振线圈组12和为第二部分且在作为移动体的车辆14设置的二次自共振线圈组16，从一次自共振线圈组12向二次自共振线圈 组16供电。即，车辆充电系统为了向车辆14的供电而使用。因此，车辆充电系统具备供电装置18和作为电动车辆的车辆14。供电装置18包括交流电源28、多个一次电源侧线圈30、一次自共振线圈组12、未图示的作为控制部的一次侧控制器、及未图示的切换开关。一次自共振线圈组12包括作为一次线圈的多个第一一次自共振线圈20及多个第二一次自共振线圈22。交流电源28是外部电源，例如为系统电源。交流电源28和各一次电源侧线圈30经由高频电力驱动器32而连接。另外，切换开关在交流电源28与多个高频电力驱动器32之间共通地设置于各高频电力驱动器32。一次侧控制器对切换开关的连接切断的切换进行控制。通过切换开关的连接，从交流电源28向各高频电力驱动器32供给交流电力。高频电力驱动器32将对从交流电源28输出的电力进行频率转换后的电力向一次电源侧线圈30输出。一次电源侧线圈30通过电磁感应而能够向对应的一次自共振线圈20 (或22)输电。优选的是，一次电源侧线圈30配置在与对应的一次自共振线圈20 (或22)同轴上。一次电源侧线圈30将来自交流电源28的电力向对应的一次自共振线圈20 (或22)输出。如图3的示意图所示，各一次自共振线圈20、22在作为道路10的充电专用区间的直线路上，沿着作为车辆14 (图I)的移动方向的直线方向(图3的左右方向)，将第一一次自共振线圈20和第二一次自共振线圈22以交替且排列成一列的方式配置。例如，多个一次自共振线圈20、22以如下方式配置使轴向朝向上下方向，在直线上成为一列等，各自的中心轴彼此的间隔相同。另外，第一一次自共振线圈20与第二一次自共振线圈22如后面详细说明那样彼此的共振频率不同。另外，如图I所示，一次电源侧线圈30在道路10的直线路的地面附近，以分别沿着上下方向大致相对的方式配置在一次自共振线圈20 (或22)的下侧。另外，一次自共振线圈20、22是两端敞开的非连接的LC共振线圈。另外，高频电力驱动器32将从交流电源28输出的电力转换成能够从对应的一次自共振线圈20 (或22)向车辆14侧的对应的二次自共振线圈24 (或26)输电的高频电力，并将该转换后的高频电力向对应的一次电源侧线圈30供给。另一方面，车辆14是例如以未图示的发动机和行驶用电动机34中的至少一方为主驱动源的混合动力车辆、或以行驶用电动机34为主驱动源的电力机动车即电动车辆。车辆14具备配置在底部附近的二次自共振线圈组16、多个二次蓄电侧线圈36、整流器38、蓄电部40、包含逆变器电路的驱动部41、作为控制部的二次侧控制器42 (图2)、及行驶用电动机44。二次自共振线圈组16包括作为二次线圈的多个第一二次自共振线圈24及多个第ニニ次自共振线圈26。另外，多个二次蓄电侧线圈36沿着上下方向与多个二次自共振线圈24、26相对配置。另外，整流器38与二次蓄电侧线圈36分别连接。二次自共振线圈24、26是两端敞开的LC共振线圈。多个二次自共振线圈24、26例如以轴向朝向上下方向的方式沿着车辆14的前后方向排列配置。如图3的示意图所示，在车辆14 (图I)中，在作为车辆14的移动方向的前后方向(图I的左右方向)上，第一二次自共振线圈24与第二二次自共振线圈26以交替且排列成一列的方式配置。另外，配置在道路10侧的多个一次自共振线圈20、22配置成伴随着车辆14的移动而能够与多个二次自共振线圈24、26在上下方向上相对且配置成一列。另外，第一二次自共振线圈24与第二ニ次自共振线圈26如后面详细说明那样彼此的共振频率不同。 二次自共振线圈24、26相对于道路10侧的一次自共振线圈20、22通过电磁场的共鸣而电磁耦合，能够从一次自共振线圈20、22接受电力。二次自共振线圈24、26基于蓄电部40 (图I、图2)的电压、一次自共振线圈20、22与二次自共振线圈24、26之间的距离、一次自共振线圈20、22与二次自共振线圈24、26的共鸣频率等，以表示一次自共振线圈20、22与二次自共振线圈24、26的线圈的共振的锐度的值(Q值)及表示其耦合度的值等变大的方式设定匝数。如图2所示，二次蓄电侧线圈36通过电磁感应而能够接受来自二次自共振线圈24,26 (图I)的电力，优选配置在与对应的二次自共振线圈24、26同轴上。二次蓄电侧线圈36将从二次自共振线圈24、26接受到的电カ向整流器38输出。整流器38将从二次蓄电侧线圈36接受到的高频的交流电カ整流成直流电カ而向蓄电部40输出。需要说明的是，也可以取代整流器38，而使用将从二次蓄电侧线圈36接受到的高频的交流电カ转换成向蓄电部40供给的直流电カ的AC/DC转换器。蓄电部40是能够充放电的直流电源，例如由锂离子蓄电池、镍氢蓄电池等二次电池构成。蓄电部40除了蓄积从整流器38供给的电力以外，还具有对伴随着车轮的制动而由行驶用电动机44发出的电カ进行蓄积的功能。蓄电部40能够向二次侧控制器42供给电力。需要说明的是，作为蓄电部40，也可以使用大容量的电容器。驱动部41将从蓄电部40供给的电カ转换成交流电压而向行驶用电动机44输出，对行驶用电动机44进行驱动。另外，驱动部41将由行驶用电动机44发出的电カ整流成直流电カ而向蓄电部40输出，对蓄电部40进行充电。行驶用电动机44从蓄电部40经由驱动部41供给电力，产生车辆驱动力，并将该产生的驱动カ向车轮输出。另外，如图2详细所示，将与二次蓄电侧线圈36连接的整流器38经由第一开关46而与蓄电部40连接，在蓄电部40的正极侧及负极侧与驱动部41之间设有第二开关48。例如，二次侧控制器42基于驾驶员对开关等操作部的操作，将第一开关46和第二开关48中的一方连接，并将另一方切断，由此向行驶用电动机44供给电力，从而能够对驱动行驶用电动机44或从交流电源28 (图I)向蓄电部40充电进行切換。
另外，如图3所示，使彼此相邻的第一一次自共振线圈20与第二一次自共振线圈22的共振频率不同。因此，多个一次自共振线圈20、22分别相对于相邻的一次自共振线圈20 (或22)为彼此不同的共振频率。因此，如图4所示，相邻的第一一次自共振线圈20及第二一次自共振线圈22彼此的半径R20、R22不同。即，如图3所示，一次自共振线圈组12包括沿着车辆14 (图I)的移动方向(图3的箭头方向)每隔I个配置的具有相同的第一半径R20的第一一次自共振线圈20 ;配置在2个第一一次自共振线圈20之间且具有与第一半径R20不同的第二半径R22的第二一次自共振线圈22。并且，使彼此相邻的第一一次自共振线圈与第二一次自共振线圈的共振频率不同。因此，多个一次自共振线圈20、22在车辆14的移动方向上交替地使共振频率变化。另外，第一一次自共振线圈20与第二一次自共振线圈22除了半径之外，轴向长度等的其他的形状相同。另外，多个二次自共振线圈24、26相对于沿着车辆14 (图I)的前后方向(图3的箭头方向)相邻的二次自共振线圈24 (或26)而彼此的共振频率不同。因此，如图4所示，在相邻的第一二次自共振线圈24及第二二次自共振线圈26彼此之间使半径R24、26不同。即，二次自共振线圈组16 (图3)包括沿着车辆14的移动方向每隔I个配置的具有相同的第一半径R24的第一二次自共振线圈24 ;及配置在2个第一二次自共振线圈24之间且 具有与第一半径R24不同的第二半径R26的第二二次自共振线圈26。因此，多个二次自共振线圈24、26在车辆14的移动方向上交替地使共振频率变化。另外，第一二次自共振线圈24与第二二次自共振线圈26除了半径之外，轴向长度等其他的形状相同。另外，使第一二次自共振线圈24的共振频率与第一一次自共振线圈20的共振频率一致，并使第二二次自共振线圈26的共振频率与第二一次自共振线圈22的共振频率一致。另外，使相邻的二次自共振线圈24、26的中心间的间隔与相邻的一次自共振线圈20、22的中心间的间隔至少在与多个一次自共振线圈20、22的一部分对应的部分或与全部对应的部分上相同。需要说明的是，图I所示的设置在交流电源28与一次电源侧线圈30之间的高频电力驱动器32对应于两种第一一次自共振线圈20和第二一次自共振线圈22而设置2个，也能够在2个高频电力驱动器32分别连接输出对应的相同频率的电力的多个一次电源侧线圈30。另外，第一一次自共振线圈20、第二一次自共振线圈22、第一二次自共振线圈24、及第二二次自共振线圈26可以分别为一个以上。在这样的本实施方式中，从道路10侧向车辆14传输电力的方法如下所述进行。即，从交流电源28向全部的一次电源侧线圈30供给经由高频电力驱动器32进行了频率转换后的电力，从一次电源侧线圈30通过电磁感应向对应的一次自共振线圈20、22传输电力。另外，从一次自共振线圈20、22向车辆14侧的二次自共振线圈24、26通过电磁场共鸣而传输电力，从二次自共振线圈24、26通过电磁感应向二次蓄电侧线圈36传输电力。从二次蓄电侧线圈36将由整流器38整流成直流后的电流向蓄电部40发送，对蓄电部40进行充电。根据本实施方式，即使在作为移动体的车辆14移动的情况下，也能容易地进行传输的电力的频率设定。另外，即使在使用多个一次自共振线圈20、22和多个二次自共振线圈24、26而进行使用了电磁场共鸣的电力的输电受电的情况下，也能够提高传送效率。SP，如本实施方式那样，当增多在电力的输电受电中使用的线圈数时，能够减少由各个线圈每一个传送的电力，因此能够减少在各个线圈中流动的电流。因此，能够降低铜损，能够提高传送效率。但是，与本实施方式不同，在各线圈中使用相同的共振频率的线圈时，在使用了电磁场共鸣的共鸣方式的非接触电カ传送中，传送效率可能会恶化。尤其是输电侧和受电侦_线圈分别为各多个，在输电侧线圈及受电侧线圈之间进行电カ的输电受电时，若输电侧的相邻的线圈彼此的距离、及受电侧的相邻的线圈彼此的距离近，则传送效率可能会恶化。接下来，详细说明其理由。例如，图5是表示在从本发明的范围脱离的比较例中配置共振频率彼此相同的2个一次线圈Cl、C2和共振频率彼此相同的2个二次线圈C3、C4并使一次线圈Cl、C2与ニ次线圈C3、C4相対的情况的示意图。另外，图6是表示在图5的配置位置从ー个一次线圈Cl向自己及另ー个线圈传输电カ时的传送效率与频率之间的关系的计算结果的一例的图。在图5中，与本实施方式同样地，能够将来自交流电源的由高频驱动器进行了频率转换后的交流电カ从2个一次电源侧线圈30通过电磁感应分别向相対的2个一次自共振线圈即一次线圈Cl、C2传送。另外，能够将从各一次线圈Cl、C2向2个二次自共振线圈即二次线圈C3、C4传送的交流电カ通过电磁感应向与各二次线圈C3、C4相対的2个二次蓄电侧线圈36传送。 另外，如图5所示，确定各线圈CfC4的半径R (例如为30cm)，分别确定相邻的ー次线圈Cl、C2彼此、及相邻的二次线圈C3、C4彼此的间隔d (例如为10cm)，进行求出从ー个一次线圈Cl向ー个一次线圈Cl自身及另ー线圈C2 C4传送电力时的传送效率与频率之间的关系的计算，即进行模拟。另外，各线圈Cf C4的形状包括轴向长度、匝数等全部相同。图6表示该模拟結果。需要说明的是，在图6中，通过虚线Sll表示从ー个一次线圈Cl返回ー个一次线圈Cl自身的电カ的传送效率，通过单点划线S21表示从ー个一次线圈Cl向相邻的另ー个一次线圈C2传输的电カ的传送效率。另外，通过双点划线S31表示从ー个一次线圈Cl向与ー个一次线圈Cl在轴向上正对的ー个二次线圈C3传输的电カ的传送效率，通过实线S41表示从ー个一次线圈Cl向与另ー个一次线圈C2在轴向上正对的另ー个二次线圈C4传输的电カ的传送效率。需要说明的是，在以下的图6的说明中，使用图5所示的标号进行说明。从图6所示的结果可知，在图5所示的线圈配置的情况下，从作为电源侧的一个一次线圈Cl向作为受电线圈的各二次线圈C3、C4传输的输电电力的传送效率在传送效率最高的共振频率点fa上成为向各二次线圈C3、C4传送的传送效率之和的85%左右(=S31+S41)。另外，求出从另ー个一次线圈C2向另ー个一次线圈C2自身及另ー个线圈Cl、C3、C4传输电力时的传送效率与频率之间的关系的模拟结果也成为与图6的结果同样的结果O这种情况下，图6中，虚线S 11成为从另ー个一次线圈C2向另ー个一次线圈C2自身返回的电カ的传送效率即S22，单点划线S21成为从另ー个一次线圈C2向相邻的ー个一次线圈Cl传输的电カ的传送效率即S12。另外，双点划线S31成为从另ー个一次线圈C2向与另ー个一次线圈C2在轴向上正对的另ー个二次线圈C4传输的电カ的传送效率即S42，实线S41成为从另ー个一次线圈C2向与ー个一次线圈Cl在轴向上正对的ー个二次线圈C3传输的电カ的传送效率即S32。并且，这种情况下，从作为电源侧的另ー个一次线圈C2向作为受电线圈的各二次线圈C3、C4传输的输电电力的传送效率在传送效率的最高的共振频率点上也成为向各二次线圈C3、C4的传送效率之和的85%左右(=S32+S42)。但是可知，将输电侦彳、受电侧的线圈分别仅配置一个，从输电侧的一个线圈向受电侧的一个线圈传送电力时的传送效率成为95%左右，如上所述，在将输电侧、受电侧的线圈分别各配置多个的情况下，可知从各个输电侧的线圈的传送效率相当恶化。如此，作为传送效率恶化的理由，存在有从一个一次线圈Cl向另一个一次线圈C2的传送效率S21、及从另一个一次线圈C2向一个一次线圈Cl的传送效率S12分别产生5%左右。即，有时输电侧的线圈Cl、C2彼此共振，在输电侧的线圈Cl、C2彼此之间传输电力。因此，本发明者考虑了即使将相同的共振频率的线圈C1、C2 (或C3、C4)在输电侧和受电侧分别各配置多个，在未想任何办法的现有结构的情况下，未必希望提高效率。另一方面，输电侧的线圈及受电侧的线圈分别各为一个，且从一个输电侧线圈向一个受电侧线圈输电时，即以密耦合进行输电受电的情况下，传送效率升高的共振点存在两个，而且在线圈间的传送效率在各自的共振点升高为95%左右。例如，图7是表示将一次线圈及二次线圈分别仅设置一个，并使一次线圈及二次线圈相对的情况的示意图。另外，图8是表示在图7的配置位置从一次线圈向自己及另一个线圈传输电力时的传送效率与频率之间的关系的模拟结果的一例的图。 在图7中，除了作为一次自共振线圈的一次线圈Cla和作为二次自共振线圈的二次线圈C3a分别仅配置一个以外，与上述的图5的情况相同。在图8中，表示进行求出从一次线圈Cla向一次线圈Cla自身及二次线圈C3a传输电力时的传送效率与频率之间的关系的计算、即进行了模拟的结果。需要说明的是，在图8中，通过虚线Slla表示从一次线圈Cla向一次线圈Cla自身返回的电力的传送效率，通过实线S31a表不从一次线圈Cla向二次线圈C3a传输的电力的传送效率。从图8所示的结果可知，在分别通过各一个输电侧的线圈Cla及受电侧的线圈C3a从一个输电侧线圈Cla向一个受电侧线圈C3a输电，即以密I禹合进行输电的情况下,传送效率升高的共振点存在两个，在各自的共振点上，传送效率成为95%左右。相对于此，将输电侧的线圈及受电侧的线圈分别形成为各多个时，从上述的图6所示的模拟结果可知，传送效率升高的共振点成为在密耦合的情况下产生的2个共振点的中间的频率带，而且若根据本发明者进行的模拟，则传送效率升高的该频率根据线圈的位置关系而变化。因此，在具备受电侧的线圈的移动体进行移动且受电侧的线圈相对于输电侧的线圈进行移动时，可能会产生输电的电力的频率设定变得更复杂这样的不良情况。相对于此，在上述的图I至图4中说明的本实施方式的情况下，各一次自共振线圈20、22相对于相邻的一次自共振线圈20、22而彼此的共振频率不同，各二次自共振线圈24、26相对于相邻的二次自共振线圈24、26而彼此的共振频率不同。因此，在各个组由沿着轴向大致正对的一个一次自共振线圈和一个二次自共振线圈构成的多个组中，在相邻的组彼此之间以不同的频率共振，而且能够以高效率来传送电力。例如在各个组中，能够将从一次自共振线圈20 (或22)向二次自共振线圈24 (或26)的电力的传送效率形成为95%左右的高效率。接下来，说明为了确认本实施方式的效果而进行的模拟结果。图9是表示在为了确认本实施方式的效果而进行的模拟中使用的结构的示意图。在该结构中，配置共振频率相互不同的2个一次线圈和共振频率相互不同的2个二次线圈，并使一次线圈与二次线圈相対。另外，图10是表示在图9的线圈结构中，各个组由沿着轴向正对的一次线圈和二次线圈构成的2个组彼此较大地分离，即假定为独立存在时，从一次线圈向自己及相対的ニ次线圈传输电カ时的传送效率与频率之间的关系的模拟结果的一例的图。即如图9所示，在使用于模拟的结构中，作为一次自共振线圈的2个一次线圈C5、C6通过使形状即半径R5、R6不同而使共振频率彼此不同。另外，作为二次自共振线圈的2个二次线圈C7、C8通过使形状即半径R7、R8不同而使共振频率彼此不同。除此以外的结构与上述的图5的情况同样。在图10中，表示进行求出假定为从各一次线圈C5、C6仅向各一次线圈C5、C6自身及在轴向上正对的二次线圈C7、C8传输电力时的传送效率与频率之间的关系的计算、即进行了模拟的結果。需要说明的是，在图10中，通过虚线S55表示从ー个一次线圈C5向ー个一次线圈C5自身返回的电カ的传送效率,通过单点划线S75表不从ー个一次线圈C5向在轴向上与一个一次线圈C5正对的ー个二次线圈C7传输的电カ的传送效率。另外，通过双点划线S66表示从另ー个一次线圈C6向另ー个一次线圈C6自身返回的电カ的传送效率，通过实线S86 表示从另ー个一次线圈C6向在轴向上与另ー个一次线圈C6正对的另ー个二次线圈C8传输的电力的传送效率。如图10所示，在各组中由彼此沿着轴向正对的一次线圈C5 (或C6)和二次线圈C7 (或CS)构成的多个组的每ー个组中，能够以彼此不同的频率进行共振，且以95%左右的效率传输电カ。并且，如此配置以不同的频率进行共振的2组一次线圈C5、C6及二次线圈C7、CS而求出从ー个一次线圈C5向自己或另ー个线圈传输电カ时的效率和频率的模拟结果的ー例如图11所示。另外，同样地，求出从另ー个一次线圈C6向自己或另ー个线圈传输电カ时的效率和频率的模拟结果的一例如图12所示。在图11中，通过双点划线S55表示从ー个一次线圈C5向ー个一次线圈C5自身返回的电カ的传送效率，通过实线S65表示从ー个一次线圈C5向相邻的另ー个一次线圈C6传输的电カ的传送效率。另外，通过单点划线S75表示从ー个一次线圈C5向沿着轴向与ー个一次线圈C5正对的ー个二次线圈C7传输的电力的传送效率，通过虚线S85表示从ー个一次线圈C5向沿着轴向与另ー个一次线圈C6正对的另ー个二次线圈CS传输的电カ的传送效率。另外,在图12中，通过双点划线S66表不从另一个一次线圈C6向另一个一次线圈C6自身返回的电カ的传送效率，通过实线S56表示从另ー个一次线圈C6向相邻的ー个一次线圈C5传输的电カ的传送效率。另外，通过虚线S76表示从另ー个一次线圈C6向沿着轴向与ー个一次线圈C5正对的ー个二次线圈C7传输的电カ的传送效率，通过单点划线S86表示从另ー个一次线圈C6向沿着轴向与另ー个一次线圈C6正对的另ー个二次线圈CS传输的电力的传送效率。从图11、图12的结果可知，在本实施方式中，即使在使用多个一次自共振线圈20、22和多个二次自共振线圈24、26进行使用了电磁场共鸣的电カ的输电受电的情况下，在各个线圈20、22、24、26的共振点上也能够提高传送效率。需要说明的是，从图11、图12可知，在从各个一次自共振线圈20、22向正对的二次自共振线圈24、26输电时，共振频率存在2个，但也可以将所述共振频率中的任一个设定作为电源侧的频率。需要说明的是，在本实施方式中，在多个一次自共振线圈20、22中，为了使相对于相邻的一次自共振线圈20、22而彼此的共振频率不同，而使相邻的第--次自共振线圈20
及第二一次自共振线圈22彼此的直径不同。另外，在多个二次自共振线圈24、26中，为了使相对于相邻的二次自共振线圈24、26而彼此的共振频率不同，而使相邻的第一二次自共振线圈24及第二二次自共振线圈26彼此的直径不同。但是，本实施方式并未限定为这样的结构，如图13A所示，在相邻的一次自共振线圈20、22彼此之间(或相邻的二次自共振线圈24、26彼此之间)，也可以通过使轴向长度不同而使共振频率不同。另外，如图13B所示，在相邻的一次自共振线圈20、22彼此之间(或相邻的二次自共振线圈24、26彼此之间)，也可以通过使匝数即圈数不同而使共振频率不同。需要说明的是，在图13B中，在相邻的一次自共振线圈20、22彼此之间(或相邻的二次自共振线圈24、26彼此之间)，虽然也使轴向长度不同，但当然也可以使轴向长度相同而使匝数不同。另外，也可以在相邻的一次自共振线圈20、22彼此和相邻的二次自共振线圈24、26彼此中的一方或双方，通过使直径、轴向长度、匝数中的至少任一个、即I个或2个或3个不同，由此使彼此的共振频率不同。另外，如图13C所示，在多个一次自共振线圈20、22及多个二次自共振线圈24、26的一方或双方连接可变容量电容器50、52，在相邻的一次自共振线圈20、22彼此之间(或相 邻的二次自共振线圈24、26彼此之间)，也可以通过使它们分别连接的可变容量电容器50、52的容量不同而使彼此的共振频率不同。需要说明的是，用于在一次自共振线圈20、22和二次自共振线圈24、26使相邻的线圈20、22、24、26的共振频率不同的结构也可以在电源侧与车辆侧间不同。例如，也可以为了使相邻的一次自共振线圈20、22的共振频率不同而使彼此的直径不同，为了使相邻的二次自共振线圈24、26的共振频率不同而使彼此的轴向长度不同。[第二发明的实施方式]图14是表示在本发明的第二实施方式中一次自共振线圈及二次自共振线圈相对的情况的简要立体图。图15是在第二实施方式中从上方向下方观察车辆在道路上移动时的一次自共振线圈及二次自共振线圈的配置结构的简图。需要说明的是，在图14、15中，由实线表示具有第一共振频率的线圈，由虚线表示具有与第一共振频率不同的第二共振频率的多个线圈。如图14、15所示，在本实施方式中，多个二次自共振线圈24、26及二次蓄电侧线圈36 (参照图I、图2)沿着车辆14的移动方向即前后方向(图15的左右方向)配置多列(在图示的例子中为2列)。另外，多个一次自共振线圈20、22及一次电源侧线圈30 (参照图I)是配置成伴随着车辆14的移动而与多个二次自共振线圈24、26对应的列且能够沿着上下方向(图14的上下方向，图15的表里方向)相对的多列(在图示的例子中为2列)。即，在本实施方式中，在道路10侧，将多个一次自共振线圈20、22沿着作为车辆14的移动方向的直线方向(图15的左右方向)配置成多列，例如2列。另外，多个一次自共振线圈20、22在相互沿着直线方向相邻的一次自共振线圈20、22彼此之间、及相互沿着与直线方向正交的横向(图15的上下方向)相邻的一次自共振线圈20、22彼此之间，使共振频率不同。因此，将具有第一共振频率的第一一次自共振线圈20和具有第二共振频率的第二一次自共振线圈22在各列中沿着直线方向交替配置，并使第一一次自共振线圈20与第二一次自共振线圈22沿着横向相对。另外，在车辆14侧将多个二次自共振线圈24、26沿着车辆14的移动方向即前后方向(图15的左右方向)配置成多列、例如2列。另外，多个二次自共振线圈24、26在相互沿着前后方向相邻的二次自共振线圈24、26彼此之间、及相互沿着与前后方向正交的车辆14的宽度方向(图15的上下方向)相邻的二次自共振线圈24、26彼此之间，使共振频率不同。因此，将共振频率相互不同的第一二次自共振线圈24和第二二次自共振线圈26在各列中沿着车辆14的前后方向交替配置，且第一二次自共振线圈24与第二二次自共振线圈26沿着车辆14的宽度方向相对配置。另外，使沿着车辆14的前后方向相邻的二次自共振线圈24、26的中心间的间隔和沿着道路10的直线方向相邻的一次自共振线圈20、22的中心间的间隔至少在与多个一次自共振线圈20、22的一部对应的部分或与全部对应的部分上相同。另外，使沿着车辆14的宽度方向相邻的二次自共振线圈24、26的中心间的间隔与沿着道路10的横向相邻的一次自共振线圈20、22的中心间的间隔相同。另外，多个一次电源侧线圈30 (參照图I)与多个一次自共振线圈20、22相对配置，多个二次蓄电侧线圈36 (參照图I)与多个二次自共振线圈24、26相对配置。
在这样的本实施方式的情况下，也是，在从道路10侧向车辆14进行电力的输电时，从交流电源28向全部的一次电源侧线圈30供给经由高频电カ驱动器32进行了频率转换后的电力，并从一次电源侧线圈30通过电磁感应向对应的一次自共振线圈20、22传输电力。另外，从一次自共振线圈20、22向车辆14侧的二次自共振线圈24、26通过电磁场共鸣来传输电力，从二次自共振线圈24、26通过电磁感应向二次蓄电侧线圈36传输电力。另外，在本实施方式的情况下也是，即使在车辆14移动时也能容易地进行传输的电カ的频率设定，且即使在使用多个一次自共振线圈20、22和多个二次自共振线圈24、26进行使用了电磁场共鸣的电力的输电受电的情况下也能够提高传送效率。其他的结构及作用与上述的第一实施方式相同，因此省略重复的说明。需要说明的是，在上述中，说明了在向移动体供电的移动体供电装置中适用了本发明的情況，但供电装置并未限定为移动体供电装置。例如，即使从设置在固定侧或作为移动体的第一部分上的一次线圈向设置在固定侧的另一部分或作为移动体的第二部分上的二次线圈供电的情况下，通过适用本发明，也与上述同样地能够在进行使用了电磁场共鸣的输电受电时提高传送效率。标号说明10道路，12 一次自共振线圈组，14车辆，16 二次自共振线圈组，18供电装置，20第一一次自共振线圈，22第二一次自共振线圈，24第一二次自共振线圈，26第二二次自共振线圈，28交流电源，30 —次电源侧线圈，32高频电カ驱动器，34行驶用电动机，36 二次蓄电侧线圏，38整流器，40蓄电部，41驱动部，42 二次侧控制器，44行驶用电动机，46第一开关，48第二开关，50、52电容器。
权利要求
1.一种供电装置，具备设置在第一部分上的多个一次线圈和设置在第二部分上的多个二次线圈，且从一次线圈向二次线圈供电，其特征在于， 使各个一次线圈相对于相邻的一次线圈彼此的共振频率不同， 使各个二次线圈相对于相邻的二次线圈彼此的共振频率不同。
2.根据权利要求I所述的供电装置，其特征在于， 设有多个一次线圈的第一部分为固定侧， 所述供电装置在向设有多个二次线圈的第二部分即移动体的供电中使用， 多个一次线圈包括共振频率相互不同的至少一个第一一次线圈和至少一个第二一次线圈， 第一一次线圈和第二一次线圈在移动体的移动方向上交替配置， 多个二次线圈包括共振频率相互不同的至少一个第一二次线圈和至少一个第二二次线圈， 第一二次线圈和第二二次线圈在移动体的移动方向上交替配置。
3.根据权利要求I或2所述的供电装置，其特征在于， 设有多个一次线圈的第一部分为固定侧， 所述供电装置在向设有多个二次线圈的第二部分即移动体的供电中使用， 多个二次线圈沿着移动体的移动方向配置成一列， 多个一次线圈以伴随着移动体的移动而能够与多个二次线圈在上下方向上相对的方式配置成一列。
4.根据权利要求I或2所述的供电装置，其特征在于， 设有多个一次线圈的第一部分为固定侧， 所述供电装置在向设有多个二次线圈的第二部分即移动体的供电中使用， 多个二次线圈沿着移动体的移动方向配置成多列， 多个一次线圈以伴随着移动体的移动而能够与多个二次线圈的对应的列在上下方向上相对的方式配置成多列。
5.根据权利要求广4中任一项所述的供电装置，其特征在于， 各个一次线圈相对于相邻的一次线圈，通过使彼此的半径、轴向长度及匝数中的至少任一个不同，而使彼此的共振频率不同， 各个二次线圈相对于相邻的二次线圈，通过使彼此的半径、轴向长度及匝数中的至少任一个不同，而使彼此的共振频率不同。
6.根据权利要求广4中任一项所述的供电装置，其特征在于， 具备与多个一次线圈和/或多个二次线圈分别连接的电容器， 多个一次线圈和/或多个二次线圈分别相对于相邻的一次线圈或相邻的二次线圈，通过使分别连接的电容器的容量不同，而使彼此的共振频率不同。
全文摘要
车辆充电系统包括设置在道路(10)侧的多个一次自共振线圈(20、22)和设置在车辆(14)上的多个二次自共振线圈(24、26)，且从一次自共振线圈(20、22)向二次自共振线圈(24、26)供电。使各个一次自共振线圈(20、22)相对于相邻的一次自共振线圈(20、22)彼此的共振频率不同。使各个二次自共振线圈(24、26)相对于相邻的二次自共振线圈(24、26)彼此的共振频率不同。
文档编号H01F38/14GK102835002SQ20118001524
公开日2012年12月19日 申请日期2011年3月10日 优先权日2010年3月23日
发明者天野也寸志, 市川真士 申请人:丰田自动车株式会社