无线充电装置和无线充电系统的制作方法

专利名称：无线充电装置和无线充电系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及采用允许要传送到电动车等中采用的电池的电力作为向电池提供的 电力的非接触式供电方法的无线充电装置，并且涉及无线充电系统。
背景技术：
通常，通过采取一般方法对电动车中采用的电池进行充电，通过这种方法将充电 站的电缆插入电池中以对电池进行充电。然而，由于送电量很大，所以需要将粗重的电缆插入电池并且连接到电池。此外， 如果对电池进行充电的操作在室外进行，则雨水等使操作在某些情况下存在危险。为了解决上述问题，已经提出了其他的方法。根据其他方法，两个线圈相互面对以 允许电力以非接触式方式从一个线圈传送到另一个线圈，这种方式也称为无线方式。通过 这种方式，使得执行用于对电池进行充电的非接触式充电操作而无需无线充电系统的金属 部件之间的电接触成为可能。为了测试该方法，已经采用了所提出的方法。以下简要说明无线送电。近年来，不需要电缆的无线充电供应操作以及用于执行这样的无线供应操作的无 线充电供应系统已经引起了关注。通过采用涉及利用电磁共振现象的磁场共振方式的无电 缆方式执行无线充电供应操作。当今，在采用已经广泛使用磁感应方法的当前非接触式送电系统中，需要在供电 侧上的供电器和受电侧上的受电器之间共享磁通量(magnetic flux，磁束)，从而为了用高 程度的效率将电力从供电器传送到受电器，需要将受电器设置在靠近供电器的位置处。此 外，当将受电器耦合到供电器时，将受电器的轴与供电器的轴对齐是重要的。另一方面，在采用电磁感应方式的非接触式送电系统中，利用电磁共振现象的非 接触式送电系统提供了电磁共振现象的原理允许在比供电器和受电器之间的距离更远的 距离上送电的优点。此外，利用电磁共振现象的非接触式送电系统还提供了另一优点即使 受电器的轴与供电器的轴未对齐至某种程度，仍不会降低送电的效率。注意，除了磁场共振方式之外，电场共振方式也利用电磁共振现象。此外，近年来，已经报道了通过采用利用磁场共振现象的磁场共振方式来传送超 过2m距离的60W电力的无线送电技术。除此之外，还报道了通过采用磁场共振方式来驱动彼此相隔50cm的距离的电子 装置以传送60W电力的高效无线送电系统的进展。如上所述，磁场共振型的无线供电(或送电)系统与电磁感应型的无线供电(或 送电)系统的相同之处在于，在两种系统中，都通过利用磁场来送电。然而，在磁场共振型 的无线供电(或送电)系统的情况下，使用电磁共振现象以获得电磁感应型的无线供电 (或送电)系统的送电距离的约10倍的送电距离。图1是示出了一般通过采用无线送电技术对电动车的电池进行充电的无线充电 系统的典型配置的示图。
如图所示，无线充电系统1被配置为包括无线充电站2和电动车3。无线充电站2具有电源装置21和送电线圈22。另一方面，电动车3包括受电线圈31、AC(交流)-DC(直流)转换电路32和电池 33。通常，在无线充电系统1中，也称为供电线圈的送电线圈22被安装在地面上，而受 电线圈31结合在(作为图中所示的电动车3的)车辆的底部上。然而，在诸如卡车或公交车的大型车辆的情况下，如作为图2的示图所示，车辆的 底部远离地面。因此，送电线圈22与受电线圈31之间的距离不合需要地长。结果，送电线 圈22与受电线圈31之间的送电的效率不可避免地变得极差。已经提出了解决上述问题的各种技术，例如，参照日本专利公开第2005-255144 号(作为专利文件1)、第2005-269687号(作为专利文件2)、第2000-152512号(作为专 利文件3)以及第2000-092615号(作为专利文件4)。专利文件1 专利文件4公开了均采用如下方法通过机械地从地面升高送电线 圈22来移动送电线圈22以接近受电线圈31，以便将送电线圈22设置在更靠近受电线圈 31的位置。

发明内容
然而，如作为图2的示图所示，通过利用将大电力从电源装置21提供给送电线圈 22的粗重的电缆将送电线圈22连接到电源装置21。因此，上述专利文件中公开的方法具 有需要提供用于机械移动送电线圈22的大型机构的缺点。此外，这些方法还具有非常接近 (由于移动送电线圈22的重复操作引起电缆越来越劣化的)可能性范围的缺点。为了解决上述问题，本发明的发明人已经提出了一种无线充电装置以及一种无线 充电系统，能够通过采用无线技术送电而无需利用送电电缆并且即使送电线圈与受电线圈 之间的距离较远仍能够通过利用(防止送电机构变得复杂的)简单配置以高程度的效率来 传送电力。根据本发明的第一实施方式的无线充电装置包括电源装置，被配置为生成要传 送到受电装置的电力；送电设备，被配置为将电源装置生成的电力传送到受电装置；电力 中继设备，能够将由送电设备传送的电力中继到受电装置；以及电力中继设备移动机构部， 被配置为移动电力中继设备。在无线充电装置中，送电设备包括第一共振元件，被配置为将 从电源装置接收的电力传送到受电装置；电力中继设备包括第二共振元件，被配置为通过 磁场共振关系接收由第一共振元件提供的电力，并且通过磁场共振关系将该电力传送到受 电装置；以及电力中继设备移动机构部能够在不将由送电设备传送的电力中继到受电装置 的状态的区域与将由送电设备传送的电力中继到受电装置的预定送电允许区域之间，移动 电力中继设备。根据本发明的第二实施方式的无线充电系统包括无线充电装置，包括配置为生 成用于对包含在受电装置中的电池进行充电的电源装置以及配置为将电源装置生成的电 力传送到受电装置的送电设备；电力中继设备，被配置为将从无线充电装置中采用的送电 设备接收的电力中继到受电装置；以及受电装置，包括配置为通过磁场共振关系接收由无 线充电装置的送电设备传送的电力或者通过磁场共振关系接收由电力中继设备中继的电力、并且将所接收的电力充电到电池中的受电设备。在无线充电系统中，送电设备包括第一 共振元件，被配置为接收由电源装置提供的电力，并将该电力传送到受电设备；电力中继设 备包括第二共振元件，被配置为通过磁场共振关系接收由第一共振元件提供的电力，并且 通过另一磁场共振关系将接收的电力中继到受电设备；以及受电设备包括第三共振元件， 被配置为通过磁场共振关系接收从送电设备传送到受电设备的电力，或者通过另一磁场共 振关系接收由电力中继设备中继的电力。通过本发明的功效(virtue)，即使用作第一共振元件的送电线圈与用作第三共振 元件的受电线圈之间的距离较远，通过利用(防止送电机构变得复杂的)简单配置，通过采 用无线技术而无需利用送电电缆，仍可以高程度的效率送电。


图1是示出了一般用于通过采用无线送电技术对电动车的电池进行充电的无线 充电系统的典型配置的示图；图2是参照大型车辆的送电的描述的示例性示图，其中送电线圈与受电线圈之间 的距离不合需要地长，从而送电线圈与受电线圈之间的送电效率不可避免地变得很差；图3是示出了根据本发明的第一实施方式的无线充电系统的第一典型配置的示 图；图4是示出了根据第一实施方式的无线充电系统的等效块的示图；图5是示出了利用右手侧的电力中继设备的根据第一实施方式的无线充电系统 的配置以及不利用右手侧的电力中继设备的根据第一实施方式的无线充电系统的配置的 示图；图6是示出了不利用电力中继设备的无线充电系统的等效块的示图；图7是参照作为图6的示图所示的无线充电系统中的送电操作的概要的描述的示 例性示图，用于设置在供电侧上的共振线圈远离设置在受电侧上的共振线圈的情况，即，用 于车辆具有大尺寸的情况；图8是示出了利用电力中继设备的无线充电系统的等效块的示图；图9是参照作为图8的示图所示的无线充电系统中的送电操作的概要的描述的示 例性示图，用于设置在供电侧上的共振线圈远离设置在受电侧上的共振线圈的情况，即，用 于车辆具有较大尺寸的情况；图IOA和IOB是示出了根据实施方式的无线充电装置中采用的第一电力中继设备 移动(包含和排除)机构部的第一典型配置的示图；图IlA和IlB是示出了根据实施方式的无线充电装置中采用的第二电力中继设备 移动(包含和排除)机构部的第二典型配置的示图；图12A和12B是示出了根据实施方式的无线充电装置中采用的第三电力中继设备 移动(包含和排除)机构部的第三典型配置的示图；图13是示出了根据实施方式的执行控制以将电力中继设备移动到最佳电力中继 位置的第一典型无线充电系统的模型的示图；图14是示出了根据实施方式的执行控制以将电力中继设备移动到最佳电力中继 位置的第一典型无线充电系统中采用的信号处理系统的框图15示出了表示根据实施方式的执行控制以将电力中继设备移动到最佳电力中 继位置的第一典型无线充电系统所执行的操作的概要的流程图；图16是示出了根据实施方式的执行控制以将电力中继设备移动到最佳电力中继 位置的第二典型无线充电系统的模型的示图；图17是示出了根据实施方式的执行控制以将电力中继设备移动到最佳电力中继 位置的第二典型无线充电系统中采用的信号处理系统的框图；图18示出了表示根据实施方式的执行控制以将电力中继设备移动到最佳电力中 继位置的第二典型无线充电系统所执行的操作的概要的流程图；图19是示出了根据实施方式的无线充电装置中采用的电力中继设备移动(包含 和排除)机构部的第四典型配置的示图；图20是示出了根据本发明的第二实施方式的无线充电系统的第二典型配置的示 图；图21是示出了根据本发明的第三实施方式的无线充电系统的第三典型配置的示 图；以及图22是示出了根据本发明的第四实施方式的无线充电系统的第四典型配置的示 图。
具体实施例方式以下参照

本发明的实施方式。注意，按照以下顺序安排的章节说明实施方式。1.实现无线充电系统的第一典型配置的第一实施方式2.实现无线充电系统的第二典型配置的第二实施方式3.实现无线充电系统的第三典型配置的第三实施方式4.实现无线充电系统的第四典型配置的第四实施方式<1.第一实施方式>图3是示出了根据本发明的第一实施方式的无线充电系统100的第一典型配置的 示图。图4是示出了根据第一实施方式的无线充电系统100的等效块(block)的示图。如图所示，无线充电系统100包括也称为无线充电站的无线充电装置200以及通 常安装在电动车上的受电装置300。无线充电装置200采用电源装置210、电源电缆220、送电设备230和电力中继设 备 240。电源装置210包括AC电力发生器211，用于生成要通过采用无线送电技术传送到 受电装置300的高频AC电力。通过电源电缆220将AC电力发生器211生成的AC电力提供给送电设备230。送电设备230采用放大器231和用作第一共振元件的供电侧共振线圈232。放大器231是用于放大通过电源电缆220由AC电力发生器211向其提供的AC电 力并且将放大的电力提供至供电侧共振线圈232的部件。第一共振元件用作供电侧共振器TX1。通过采用高效的无线送电技术，用作供电侧共振器TXl的供电侧共振线圈232将放大器231向其提供的AC电力传送至受电装置300。共振线圈还称为共鸣线圈。然而，在描述本发明的实施方式的本说明书中，故意使 用技术术语“共振线圈”和“共振”来分别代替技术术语“共鸣线圈”和“共鸣”。电力中继设备240具有用作第二共振元件的电力中继线圈241，可以通过利用磁 场共振关系耦合到送电设备230的供电侧共振线圈232。第二共振元件用作中间级共振器MXl。当电力中继线圈241的自共振频率与送电设备230中采用的供电侧共振线圈232 的自共振频率相匹配时，建立磁场共振关系，允许以高程度的效率将电力从供电侧共振线 圈232传送到电力中继线圈241。出于同样原因，当电力中继线圈241的自共振频率与受电装置300中所包含的受 电设备310中采用的受电侧共振线圈311的自共振频率相匹配时，建立磁场共振关系，允许 以高程度的效率将电力从电力中继线圈241传送到受电侧共振线圈311。电力中继设备240是由电力中继线圈241和电力中继线圈241的寄生电容(stray capacity)或连接到电力中继线圈241的电容C241构成的共振电路，以形成与电力中继线 圈241相结合的并联电路。电力中继设备240被容纳在无线充电装置200的充电区域CARA的地面之下的空 间内。如果需要的话，如图3所示，执行控制以将电力中继设备240移动到送电设备230与 受电设备310之间的电力中继位置。以下的描述将说明移动电力中继设备240的机构、将电力中继设备240移动到电 力中继位置所执行的控制以及关于其的其他的细节。安装在电动车CAR上的受电装置300采用上述受电设备310、AC-DC转换电路320 和要用从无线充电装置200接收的电力进行充电的电池330。受电设备310通常设置在电动车CAR的底部。受电设备310采用用作(作为第三共振元件的)受电侧共振器RXl的上述受电侧 共振线圈311。如上所述，当电力中继设备240中采用的电力中继线圈241的自共振频率与受电 侧共振线圈311的自共振频率相匹配时，建立磁场共振关系，允许以高程度的效率将电力 从电力中继线圈241传送到受电侧共振线圈311。AC-DC转换电路320是对由受电设备310接收的AC(交流)电力进行整流并且由 AC-DC转换电路320向用作负载负荷的电池330输出DC (直流)作为整流结果的电力的部 件。将DC电力提供给电池330作为对电池330进行充电的电压。如上所述，根据该实施方式的无线充电系统100被配置为，包括三个共振器，即， 分别用作第一、第二和第三共振元件的供电侧共振器TX1、中间级共振器MXl和受电侧共振 器 RX1。[系统概要]图5是示出了利用右手侧的电力中继设备240的根据第一实施方式的无线充电系 统100的配置，以及不利用右手侧的电力中继设备240的根据第一实施方式的无线充电系 统100的配置的示图。在根据第一实施方式的无线充电系统100的配置中，通过在供电侧共振线圈232与受电侧共振线圈311之间的位置处设置用于将电力从无线充电装置200中继到受电装置 300的电力中继线圈241，即使供电侧共振线圈232与受电侧共振线圈311之间的距离较 长，仍可以以高程度的效率将电力从无线充电装置200传送到受电装置300。电力中继线圈 241还称为中继器(I^peater)线圈。此外，物理地提供电力中继线圈241作为完全不需要连接电缆的独立元件。除此 之外，电力中继线圈241被配置为，用作其位置可以轻松改变的线圈。稍后将详细描述改变 电力中继线圈241的位置的位置改变机构。电力中继线圈241的电路被配置为仅由电感L和电容C构成。电力中继线圈241 的共振频率设定为传播AC磁场的频率。即，在无线充电系统100中，通过将电力中继设备240设置在如图5的右手侧示图 所示的供电侧共振线圈232与受电侧共振线圈311之间的所选位置处，即使车辆具有较大 尺寸，仍能够提高供电侧共振线圈232与受电侧共振线圈311之间的送电效率。这是由于， 电力中继设备240是通过将供电侧共振线圈232所传送的电力中继到受电侧共振线圈311 来允许供电侧共振线圈232与受电侧共振线圈311之间的送电距离加长的设备。由于电力中继设备240中采用的电力中继线圈241不需要连接至其的电缆等，并 且具有(具有小重量)的极简单结构，所以还可以非常简单地制造用于保持、移动和更换电 力中继设备240的机构。此外，如图5的左侧示图所示，当对客车CAR进行充电时，不需要(还称为中继器 的)电力中继设备240。在这种情况下，可以将电力中继设备240保存在地下空间内等，以 便通过仅利用供电侧共振线圈232的受电侧共振线圈311就可以将电力从无线充电装置 200传送到安装在客车CAR上的受电装置300。另一方面，在将电力从无线充电装置200传 送到安装在具有大尺寸的车辆上的受电装置300的操作中，将电力中继设备240设置在供 电侧共振线圈232与受电侧共振线圈311之间的所选位置处，以对受电装置300进行充电。因此，可以通过利用供电侧共振线圈232和受电侧共振线圈311对客车CAR进行 充电，而通过将电力中继设备240设置在供电侧共振线圈232与受电侧共振线圈311之间 的所选位置处来对具有大尺寸的车辆进行充电。通过这种方式，无线充电系统100可以用 于对具有小尺寸的客车以及具有大尺寸的车辆进行充电。以下描述说明了需要电力中继设备240对具有大尺寸的车辆进行充电的情况，以 及不需要电力中继设备240对具有小尺寸的客车进行充电的情况。图6是示出了不利用电力中继设备240的无线充电系统的等效块的示图。另一方面，图7是被参照以描述作为图6的示图所示的无线充电系统中的送电操 作的概要的示例性示图，用于设置在供电侧上的共振线圈232远离设置在受电侧上的共振 线圈311的情况，即，用于车辆具有较大尺寸的情况；在这种情况下，送电设备230中采用的供电侧共振线圈232生成AC磁通量。受电设备310中采用的受电侧共振线圈311接收由供电侧共振线圈232生成的AC 磁通量，在受电侧共振线圈311中产生电动势。如果供电侧共振线圈232和受电侧共振线圈311彼此分隔开，则由供电侧共振线 圈232生成的AC磁通量扩散，导致较小的磁通量密度。如果由受电侧共振线圈311接收的AC磁通量的密度较小，则受电侧共振线圈311产生的电动势也较小。因此，如果供电侧共振线圈232和受电侧共振线圈311彼此靠近，如客车的情况， 则即使不将电力中继设备240插入到供电侧共振线圈232与受电侧共振线圈311之间的位 置处，仍可以以高程度的效率将电力从供电侧共振线圈232传送到受电侧共振线圈311。然 而，如果供电侧共振线圈232和受电侧共振线圈311彼此分隔开，如诸如卡车或公交车的大 型车辆的情况，则除非将电力中继设备240插入供电侧共振线圈232与受电侧共振线圈311 之间的位置处，否则很难以高程度的效率将电力从供电侧共振线圈232传送到受电侧共振 线圈311。图8是示出了利用电力中继设备240的无线充电系统的等效块的示图。另一方面，图9是被参照以描述作为图8的示图所示的无线充电系统中的送电操 作的概要的示例性的示图，用于设置在供电侧上的共振线圈232远离设置在受电侧上的共 振线圈311的情况，即，车辆具有较大尺寸的情况；在这种情况下，电力中继设备240中采用的电力中继线圈241接收由供电侧共振 线圈232产生的AC磁通量。由于电力中继线圈241是具有线圈和电容的共振电路，所以电力中继线圈241产 生具有偏移的相位的电动势。因此，在围绕电力中继线圈241的空间中也产生较强的磁通量。由于受电设备310中采用的受电侧共振线圈311接收与受电侧共振线圈311相隔 较短距离的电力中继线圈241所产生的AC磁通量，所以受电侧共振线圈311产生较大的电 动势。[用于移动(包含和排除)电力中继设备的机构]接下来，以下描述说明了用于移动(包括或除外)电力中继设备240的机构。图IOA和图IOB是示出了用作根据实施方式的部分的无线充电装置200所包含的 第一电力中继设备移动(包含和排除)机构部260的典型配置的示图。在无线充电装置200中，在充电区域CARA的地面之下的空间内产生用于容纳可包 含和可排除的电力中继设备240的供电中继容纳部250。S卩，可以将电力中继设备240设置在供电中继容纳部250中。注意，在本实施方式中，供电中继容纳部250具有用于设定不将送电设备230所传 送的电力中继到受电装置300的状态的区域。此外，送电设备230的位置与受电设备310的位置之间的区域是允许将电力从送 电设备230传送到受电设备310的预定电力中继区域。如作为图IOA和IOB的示图所示，用于移动电力中继设备240的电力中继设备移 动机构部260被配置为，用作可以通过驱动电机(作为图IOA和IOB的示图中未示出)围 绕几乎平行于地面的旋转轴261旋转的部分。当不使用电力中继设备240时，以电力中继线圈241的线圈并列配置面241a朝向 相对于供电侧共振线圈232的线圈并列配置面232a旋转90度的方向的状态，将电力中继 设备240容纳在供电中继容纳部250中，如作为图IOA的示图所示。通过将电力中继设备 240容纳在这样的状态下，对送电设备230中采用的供电侧共振线圈232不会产生影响。为了在将电力从送电设备230传送到受电设备310的操作中利用电力中继设备240，需要将电力中继设备240从上述容纳状态旋转90度，以便电力中继线圈241的线圈并 列配置面241a朝向平行于供电侧共振线圈232的线圈并列配置面232a的方向。然后，如作为图IOB中的示图所示，升降机(作为图IOB的示图中未示出)将电力 中继设备240从供电中继容纳部250升高到(以事先确定的距离与出现在地上的送电设备 230中采用的供电侧共振线圈232分隔开的)位置，大致位于地面上。即，控制电力中继设 备240以移动到送电设备230与受电设备310之间的电力中继位置。为了将电力中继设备240向后容纳在供电中继容纳部250中，升降机降低电力中 继设备240，以将电力中继设备240设置在供电中继容纳部250内。然后，旋转电力中继设 备240，以便电力中继线圈241的线圈并列配置面241a朝向相对于供电侧共振线圈232的 线圈并列配置面232a旋转90度的方向。图IlA和图IlB是示出了根据实施方式的用作一个部分的无线充电装置200A中 包含的第二电力中继设备移动(包含和排除)机构部260A的第二典型配置的示图。根据本实施方式的第二电力中继设备移动机构部260A具有容纳在电力中继设备 容纳部250中的主体262上的支撑体264。支撑体264可以通过驱动电机(作为图IlA和 IlB的示图中未示出)围绕作为旋转中心的旋转轴263旋转。旋转轴263几乎平行于地面。 将电力中继设备240附接至支撑体264的一端。当不使用电力中继设备240时，将电力中继设备240容纳在供电中继容纳部250 中，如作为图IlA的示图所示。更加具体地，将电力中继设备240容纳在与送电设备230中 采用的供电侧共振线圈232分隔开的位置处，以便电力中继设备240对供电侧共振线圈232 不产生影响。更加具体地，将电力中继设备240容纳在供电中继容纳部250中，以便电力 中继线圈241的线圈并列配置面241a朝向相对于供电侧共振线圈232的线圈并列配置面 232a旋转90度的方向。在第二电力中继设备移动机构部260A的这种典型配置中，为了在将电力从送电 设备230传送到受电设备310的操作中利用电力中继设备240，第二电力中继设备移动机构 部260A的旋转轴263沿顺时针方向旋转90度，如作为图IlB的示图所示。如上所述，通过旋转第二电力中继设备移动机构部260A的旋转轴263，可以将电 力中继设备240从供电中继容纳部250升高到以事先确定的距离与出现在地上的送电设备 230中采用的供电侧共振线圈232分隔开的位置处，大致位于地面上。即，控制电力中继设 备240以移动到送电设备230与受电设备310之间的电力中继位置。为了将电力中继设备 240向后容纳在供电中继容纳部250中，第二电力中继设备移动机构部260A的旋转轴263 沿逆时针方向旋转90度。详细来说，将电力中继设备240容纳在供电中继容纳部250中，如作为图IlA的示 图所示。更具体地，将电力中继设备240容纳在与送电设备230中采用的供电侧共振线圈 232分隔开的位置处，以便电力中继线圈241的线圈并列配置面241a朝向相对于供电侧共 振线圈232的线圈并列配置面232a旋转90度的方向，如作为图IlA的示图所示。图12A和图12B是示出了根据进一步的实施方式的用作一个部分的无线充电装置 200B中包含的第三电力中继设备移动(包含和排除)机构部260B的第三典型配置的示图。作为图12A和图12B的示图中所示的第三电力中继设备移动机构部260B的典型 配置与作为图IlA和图IlB的示图中所示的第二电力中继设备移动机构部260A的典型配置的不同之处在于，在作为图12A和图12B的示图中所示的实施方式的情况下，第三电力中 继设备移动机构部^OB被配置为在供电中继容纳部250B的底部251上方的平行于地面的 X轴方向上可移动。在作为图12A和图12B的示图中，X轴的方向是水平方向。控制第三电力中继设备移动机构部^OB的移动，以将电力中继设备240设置在送 电设备230与受电设备310之间的最佳电力中继位置处，从而以高程度的效率将电力从送 电设备230传送到受电设备310。为了在将电力从送电设备230传送到受电设备310的操作中利用电力中继设备 M0，将支撑体264沿顺时针方向旋转90度，以便将电力中继设备240设置在作为图12A的 示图中所示的直立状态。随着电力中继设备240直立，向着送电设备230的位置在水平方 向上移动第三电力中继设备移动机构部^OB,如作为图12B的示图所示。然后，确定供电侧共振线圈232与受电侧共振线圈311之间的最佳电力中继位置。即，通过使受电侧共振线圈311接收的电力最大化的方式在某个范围内移动电力 中继设备MO，确定电力中继设备MO的最佳电力中继位置。以下通过给出两个具体实例来说明将电力中继设备240移动到最佳电力中继位 置而执行的控制。图13是示出了根据实施方式的执行控制以将电力中继设备240移动到最佳电力 中继位置的第一典型无线充电系统100C的模型的示图。图14是示出了根据实施方式的执行控制以将电力中继设备240移动到最佳电力 中继位置的第一典型无线充电系统100C中采用的信号处理系统的框图。如作为图14的框图所示，安装在电动车CAR上的受电装置300C具有受电侧无线 电通信单元340，用于将受电状态传送到设置在供电侧上的无线充电装置200C(也称为无 线充电站200C)。此外，受电装置300C还采用电平检测电路350和受电侧送电控制部360。电平检测电路350是用于检测受电装置300C的受电设备310中采用的受电侧共 振线圈311所接收的电力电平并且将关于受电侧共振线圈311所接收的电力电平的信息提 供给受电侧送电控制部360的部分。受电侧送电控制部360是用于执行控制以驱动受电侧无线电通信单元340以向设 置在供电侧上的无线充电装置200C(或无线充电站200C)提供受电侧送电控制部360已经 从电平检测电路350接收到的信息作为关于受电侧共振线圈311所接收的电力电平的信息 的部分。该信息表示上述受电状态。此外，受电侧送电控制部360还执行控制，以驱动受电侧无线电通信单元340，以 发布对设置在供电侧上的无线充电装置200C(或无线充电站200C)进行充电操作的请求。如作为图14的框图所示，无线充电装置200C采用供电侧无线电通信单元270和 供电侧送电控制部观0。供电侧无线电通信单元270是用于接收来自受电装置300C中采用的受电侧无线 电通信单元340的无线电信息的单元。供电侧送电控制部280是用于控制第三电力中继设备移动机构部^OB的移动以 及控制由送电设备230执行的操作以根据从供电侧无线电通信单元270接收的无线电信息 将电力传送到受电装置300C的部分。
图15示出了表示根据实施方式的执行控制以将电力中继设备240移动到最佳电 力中继位置的第一典型无线充电系统100C所执行的操作的概要的流程图。如图所示，流程图开始于步骤ST1，其中，包含设置在供电侧上的无线充电装置 200C的无线充电系统100C开始执行操作。然后，在下一步骤ST2，第三电力中继设备移动 机构部260B将电力中继线圈241的位置恢复至原点(original point)。当设置在车辆CAR上的受电侧共振线圈311达到紧密靠近供电侧共振线圈232的 位置时，将受电设备310设置在能够接收来自送电设备230的电力的状态，在下一步骤ST3， 设置在车辆CAR上的受电侧送电控制部360通过受电侧无线电通信单元340与供电侧无线 电通信单元270之间的无线电通信，向供电侧送电控制部280通知受电设备310已经被设 置在能够接收来自送电设备230的电力的状态。由受电侧送电控制部360通知受电设备310已经被设置在能够接收来自送电设 备230的电力的状态，供电侧送电控制部280执行控制以传送来自供电侧共振线圈232的 电力。该电力不是要从无线充电装置200C传送到受电装置300C的100%电力。S卩，供电侧 送电控制部280执行控制以将小电力从供电侧共振线圈232传送到受电装置300C。结果， 在下一步骤ST4，开始传送小电力。电平检测电路350检测受电侧上的无线充电系统100C中采用的受电装置300C所 接收的电力电平。受电装置300C通过受电侧无线电通信单元340与供电侧无线电通信单 元270之间的无线电通信，将关于电平检测电路350所接收的电力电平的信息传送到供电 侧上的无线充电系统100C中采用的无线充电装置200C。在后续的步骤ST5 ST8中，在无线充电装置200C中，当供电侧无线电通信单元 270正在监测关于设置在受电侧上的电平检测电路350所接收的电力电平的信息时，供电 侧送电控制部280控制第三电力中继设备移动机构部260B以将电力中继线圈241移动到 操作范围内的位置，并且然后，供电侧送电控制部280扫描监测到的(电平检测电路350所 接收的)电力电平，以寻找最高电力电平，以便识别(或确定)用于最高电力电平的电力中 继线圈241的位置。即，供电侧送电控制部280在检测到最高电力电平时识别电力中继线 圈241的位置作为设置电力中继线圈241的位置。然后，在下一步骤ST9，供电侧送电控制部280将电力中继线圈241移动到所识别 的位置。随后，在下一步骤ST10，供电侧送电控制部280控制送电设备230以执行充电操 作，用于将100%电力传送给受电装置300C。图16是示出了根据实施方式的执行控制以将电力中继设备240移动到最佳电力 中继位置的第二典型无线充电系统100D的模型的示图；图17是示出了根据实施方式的执行控制以将电力中继设备240移动到最佳电力 中继位置的第二典型无线充电系统100D中采用的信号处理系统的框图。以下描述说明了作为图16和图17的示图中所示的第二典型无线充电系统100D 与作为图13和图14的示图中所示的第一典型无线充电系统100C之间的不同之处。在第二典型无线充电系统100D的情况下，没有采用无线电通信。相反地，无线充 电装置200D采用阻抗匹配检测器290用于检测供电侧上生成的送电信号的阻抗状态。当阻 抗状态表示阻抗匹配最佳时，无线充电装置200D确定已经以高程度的效率将电力从无线 充电装置200D传送到受电装置300D。将(在最佳阻抗匹配处设置电力中继线圈241的)位置识别为电力中继线圈241的最佳电力中继位置。通常通过利用高频耦合器，阻抗匹配检测器290测量前进方向电力波以及反射方 向电力波，计算定义为反射方向电力波与前进方向电力波之比的反射率。送电控制部^OD控制第三电力中继设备移动机构部^OB,以移动电力中继线圈 24L·将提供最小反射率的状态定义为阻抗匹配状态，其中，电力中继线圈241设置在最佳 电力中继位置。通过这种方式，可以确定电力中继线圈241的最佳电力中继位置。根据这种其他实施方式采用的另一方法，阻抗匹配检测器290测量电压波形和电 流波形。然后，通过利用相位比较器来对电压波形和电流波形之间的相位差进行相互比较。 电压波形和电流波形之间的最小相位差表示阻抗匹配状态，其中，电力中继线圈241设置 在在最佳电力中继位置。通过这种方式，可以确定电力中继线圈241的最佳电力中继位置。图18示出了表示根据实施方式的执行控制以将电力中继设备240移动到最佳电 力中继位置的第二典型无线充电系统100D所执行的操作的概要的流程图。如图所示，当用作供电侧上的装置的无线充电系统100D中采用的无线充电装置 200D开始其操作的执行时，流程图开始于步骤STl 1。然后，在下一步骤ST12，第三电力中继 设备移动机构部260B将电力中继线圈241的位置恢复到原点。当按下无线充电装置200D中采用的充电开始按钮时，响应于按下充电开始按钮 的操作，送电控制部^OD执行控制，以将电力从供电侧共振线圈232传送到受电装置300D。 该电力不是要从无线充电装置200D传送到受电装置300D的100 %电力。即，供电侧送电控 制部280执行控制，以将小电力从供电侧共振线圈232传送到受电装置300D。注意，所有图 中均未示出充电开始按钮。结果，在下一步骤ST13，开始小电力的传送。无线充电装置200D中采用的阻抗匹配检测器290检测阻抗匹配状态的电平。在后续的步骤ST14 S T17，在无线充电装置200D中，当监测阻抗匹配状态的检 测电平时，送电控制部^OD控制第三电力中继设备移动机构部^OB以将电力中继线圈Ml 移动到操作范围内的位置，并且然后，送电控制部^OD扫描监测到的(阻抗匹配状态的) 电平，以寻找最高电平，以便识别(或确定)用于最高电平的电力中继线圈241的位置。即， 送电控制部^OD在检测到最高电平时识别电力中继线圈241的位置作为设置电力中继线 圈241的位置。然后，在下一步骤ST18，送电控制部^OD将电力中继线圈241移动到所识别的位 置。随后，在下一步骤ST19，送电控制部^OD控制送电设备230，以执行充电操作，用于将 100%电力传送给受电装置300D。图19是示出了根据实施方式的电力中继设备移动(包含和排除)机构部260C的 第四典型配置的示图。在上述的分别作为电力中继设备移动(包含和排除)机构部的 配置的第一 第三典型配置中，沿正交于地面的垂直方向升高和降低或旋转电力中继设备 2400然而，在电力中继设备移动(包含和排除)机构部^OC的第四典型配置的情况下，将 电力中继设备240设置在送电设备230与受电设备310之间的位置处，或者沿平行于地面 的水平方向从这样的位置处取走电力中继设备M0。电力中继设备移动机构部沈0的第四 典型配置通常包括自由折叠支撑体沈5，其末端安装有电力中继设备M0。自由折叠支撑体 265可以手动或通过利用电力展开或折叠。
在上述第一实施方式中，将用于允许通过中继传送的电力延长送电距离的电力中 继设备240设置在供电侧共振线圈232与受电侧共振线圈311之间的所选位置处。因此， 甚至可以以高程度的效率将电力传送到具有大尺寸的车辆。由于电力中继设备MO中采用的电力中继线圈241不需要连接至其的电缆等，并 且具有(具有小重量的)极简单的结构，所以还可以非常简单地制造用于保持、移动和更换 电力中继设备MO的机构。此外，当对客车CAR进行充电时，不需要(还称为中继器的)电力中继设备M0。 在这种情况下，可以将电力中继设备240保存在地下的容器等中，以便通过利用供电侧共 振线圈232和受电侧共振线圈311就可以将电力从无线充电装置200传送到安装在客车 CAR上的受电装置300。另一方面，在将电力从无线充电装置200传送到安装在具有大尺寸 的车辆上的受电装置300的操作中，将电力中继设备240设置在供电侧共振线圈232与受 电侧共振线圈311之间的所选位置处，以通过电力中继设备240对受电装置300进行充电。因此，可以通过利用供电侧共振线圈232和受电侧共振线圈311对客车CAR进行 充电，而通过将电力中继设备240设置在供电侧共振线圈232与受电侧共振线圈311之间 的所选位置处对具有大尺寸的车辆进行充电。通过这种方式，无线充电系统100可以用于 对具有小尺寸的客车以及具有大尺寸的车辆进行充电。此外，在第一实施方式中，控制电力中继设备MO中采用的电力中继线圈M1，以 移动到送电设备230中采用的供电侧共振线圈232与受电设备310中采用的受电侧共振线 圈311之间的中间位置。将电力中继线圈241设置在可能获得最佳送电电平或阻抗匹配状 态而选择的中间位置处。因此，可以通过电力中继设备MO的方式以高程度的效率将电力从无线充电装置 200传送到受电装置300，并且此外，通过电力中继设备240的功效(virtue)可以使送电距 离延长。结果，可能获得提供超过普通磁场共振法的送电能力的送电能力的送电距离。<2.第二实施方式〉图20是示出了根据本发明的第二实施方式的无线充电系统100E的第二典型配置 的示图。根据第二实施方式的无线充电系统100E与根据第一实施方式的无线充电系统 100 100D的不同之处在于，在根据第二实施方式的无线充电系统100E的情况下，电力中 继设备370包含在安装在车辆CAR上的受电装置300E中。为了执行对受电装置300E进行充电的操作，例如，通常按下受电装置300E的充电 开关。当按下充电开关时，电力中继设备370自动伸出到送电设备230中采用的供电侧共 振线圈232与受电设备310中采用的受电侧共振线圈311之间的位置。此外，为了终止对受电装置300E进行充电的操作，按下另一开关，以将电力中继 设备370容纳在设置在车辆CAR的底部的容器中。<3.第三实施方式〉图21是示出了根据本发明的第三实施方式的无线充电系统100F的第三典型配置 的示图。根据第三实施方式的无线充电系统100F与根据第一实施方式的无线充电系统 100 100D、根据第二实施方式的无线充电系统100E的不同之处在于，在根据第三实施方式的无线充电系统100F的情况下，将多个受电设备310安装在车辆CAR上。在根据第三实 施方式的无线充电系统100F的典型配置的情况下，将受电设备310-1 310-4安装在车辆 CAR 上。在这种典型配置中，不是将受电设备310安装在车辆CAR的底部，而是将受电设备 310-1安装在车辆CAR的前表面的引擎罩(bonnet)上，而将受电设备310-2安装在车辆CAR 的侧部表面上。另一方面，将受电设备310-3安装在车辆CAR的后表面上的车辆CAR的后 备箱(trunk)的后端，而将受电设备310-4安装在车辆CAR的顶蓬的上表面上。在无线充电装置(台)200F中，将送电设备230安装在墙面WLL上。此外，如果需要的话，设置电力中继设备240。<4.第四实施方式〉图22是示出了根据本发明的第四实施方式的无线充电系统100G的第四典型配置 的示图。根据第四实施方式的无线充电系统100G是本发明提供的一种无线充电系统，充 当不是为四轮车辆而设计，而是为两轮电动自行车、电动踏板车和电动车(电动助力车) CAR2而设计的系统。在无线充电装置(台)200G中，将送电设备230安装在墙面WLL上。此外，如果需要的话，设置电力中继设备240。本申请书包含涉及于2010年1月29日向日本专利局提交的日本优先专利申请第 JP 2010-017994号中公开的主题，其全部内容结合与此作为参考。本领域的那些技术人员应理解的是，在所附权利要求或其等效物的范围内，可以 根据设计要求和其他因素进行各种修改、组合、子组合和替代。
权利要求
1.一种无线充电装置，包括电源装置，被配置为生成要传送到受电装置的电力；送电设备，被配置为将由所述电源装置生成的电力传送到所述受电装置；电力中继设备，能够将由所述送电设备传送的电力中继到所述受电装置；以及电力中继设备移动机构部，被配置为移动所述电力中继设备，其中，所述送电设备包括第一共振元件，该第一共振元件被配置为将从所述电源装置接收到 的电力传送到所述受电装置，所述电力中继设备包括第二共振元件，该第二共振元件被配置为通过磁场共振关系接 收由所述第一共振元件提供的电力，并且通过磁场共振关系将所述电力传送到所述受电装 置，以及所述电力中继设备移动机构部能够在不将由所述送电设备传送的电力中继到所述受 电装置的状态的区域与将由所述送电设备传送的电力中继到所述受电装置的状态的预定 送电允许区域之间，移动所述电力中继设备。
2.根据权利要求1所述的无线充电装置，还包括电力中继设备容纳部，当不使用所述电力中继设备时能够容纳所述电力中继设备，其中，当不使用所述电力中继设备时，所述电力中继设备移动机构部将所述电力中继设备容 纳部中的所述电力中继设备保持在不接收由所述送电设备生成的磁通量并且不中继由所 述送电设备传送的电力的状态；以及当使用所述电力中继设备时，所述电力中继设备移动机构部将所述电力中继设备移动 到接收由所述送电设备生成的磁通量并且中继由所述送电设备传送的电力的状态的所述 预定的送电允许区域。
3.根据权利要求1所述的无线充电装置，其中，所述电力中继设备移动机构部能够至 少调整所述电力中继设备的位置，以使所述电力中继设备面向所述送电设备。
4.根据权利要求3所述的无线充电装置，还包括送电控制部，被配置为接收关于由所述送电设备传送到所述电力中继设备的电力电平 的信息，并且控制所述电力中继设备移动机构部，以调整所述电力中继设备的位置，从而使 所述电力中继设备面向所述送电设备，以便提高由所述接收到的信息表示的所述电平。
5.根据权利要求4所述的无线充电装置，其中，在实际送电之前，所述送电控制部控制所述送电设备，以传送比所述实际传送中要传 送的正常电力少的电力，并且随着控制所述送电设备进入传送比所述正常电力少的电力的 状态，所述送电控制部控制所述电力中继设备移动机构部，以调整所述电力中继设备的位 置，从而使所述电力中继设备面向所述送电设备，以便提高由所述送电设备传送的电力电 平；以及在控制所述电力中继设备移动机构部以调整所述电力中继设备的位置从而使所述电 力中继设备面向所述送电设备之后，在所述实际传送中，所述送电控制部控制所述送电设 备，以传送所述正常电力。
6.根据权利要求3所述的无线充电装置，还包括阻抗匹配检测器，被配置为根据所述无线充电装置中生成的送电信号来检测阻抗匹配状态；以及送电控制部，被配置为控制所述电力中继设备移动机构部，以调整所述电力中继设备 的位置，从而使所述电力中继设备面向所述送电设备，以便根据由所述阻抗匹配检测器执 行的检测的结果来提供所述阻抗匹配状态。
7.根据权利要求6所述的无线充电装置，其中，在实际送电之前，所述送电控制部控制所述送电设备，以传送比在所述实际传送中要 传送的正常电力少的电力，并且随着控制所述送电设备进入传送比所述正常电力少的电力 的状态，所述送电控制部控制所述电力中继设备移动机构部，以调整所述电力中继设备的 位置，从而使所述电力中继设备面向所述送电设备，以便根据由所述阻抗匹配检测器执行 的检测的结果来提供所述阻抗匹配状态；以及在控制所述电力中继设备移动机构部以调整所述电力中继设备的位置从而使所述电 力中继设备面向所述送电设备之后，在所述实际传送中，所述送电控制部控制所述送电设 备，以传送所述正常电力。
8.一种无线充电系统，包括无线充电装置，包括电源装置，被配置为生成用于对包含在受电装置中的电池进行充 电；以及送电设备，被配置为将由所述电源装置生成的电力传送到所述受电装置；电力中继设备，被配置为将从所述无线充电装置中采用的所述送电设备接收的电力中 继到所述受电装置；以及所述受电装置，包括受电设备，被配置为通过磁场共振关系接收由所述无线充电装置 的所述送电设备传送的电力，或者通过磁场共振关系接收由所述电力中继设备中继的电 力，并且将所述接收的电力充电到所述电池中，其中，所述送电设备包括第一共振元件，该第一共振元件被配置为接收由所述电源装置提供 的电力，并且将所述电力传送到所述受电设备，所述电力中继设备包括第二共振元件，该第二共振元件被配置为通过磁场共振关系接 收由所述第一共振元件提供的电力，并且通过另一磁场共振关系将所述接收的电力中继到 所述受电设备，以及所述受电设备包括第三共振元件，该第三共振元件被配置为通过所述磁场共振关系接 收由所述送电设备传送到所述受电设备的电力，或者通过所述另一磁场共振关系接收由所 述电力中继设备中继的电力。
9.根据权利要求8所述的无线充电系统，其中，所述无线充电装置包括电力中继设备移动机构部，被配置为移动所述电力中继设备；以及所述电力中继设备移动机构部能够在不将由所述送电设备传送的电力中继到所述受 电设备的状态的区域与将所述送电设备传送的电力中继到所述受电设备的预定送电允许 区域之间，移动所述电力中继设备。
10.根据权利要求9所述的无线充电系统，其中，所述无线充电装置还具有电力中继设备容纳部，当不使用所述电力中继设备时能够容 纳所述电力中继设备；以及当不使用所述电力中继设备时，所述电力中继设备移动机构部将所述电力中继设备容纳部中的所述电力中继设备保持在不接收由所述送电设备生成的磁通量并且不中继由所 述送电设备传送的电力的状态；以及当使用所述电力中继设备时，所述电力中继设备移动机构部将所述电力中继设备移动 到接收由所述送电设备生成的磁通量并且中继由所述送电设备传送的电力的状态的所述 预定的送电允许区域。
11.根据权利要求9所述的无线充电系统，其中，所述电力中继设备移动机构部能够至 少调整所述电力中继设备的位置，以使所述电力中继设备面向所述送电设备。
12.根据权利要求11所述的无线充电系统，其中， 所述受电装置还包括受电侧无线电通信部，被配置为将无线电信号传送到所述无线充电装置； 电平检测部，被配置为检测由所述受电装置接收的电力电平；以及 受电侧送电控制部，被配置为控制所述受电侧无线电通信部，以传送将关于作为由所 述受电装置接收的所述电力电平的所述电平检测部检测的电平的信息的无线电信号传送 到所述无线充电装置；以及 所述无线充电装置还包括供电侧无线电通信部，被配置为接收从所述受电装置传送关于由所述受电装置接收的 所述电力电平的所述信息的所述无线电信号；以及供电侧送电控制部，被配置为通过所述供电侧无线电通信部接收关于来自所述受电装 置的所述电力电平的所述信息，并且控制所述电力中继设备移动机构部，以调整所述电力 中继设备的位置，从而使所述电力中继设备面向所述送电设备，以便提高由所述接收的信 息表示的所述电平。
13.根据权利要求12所述的无线充电系统，其中，在实际送电之前，所述供电侧送电控制部控制所述送电设备，以传送比所述实际传送 中要传送的正常电力少的电力，并且随着控制所述送电设备进入传送比所述正常电力少的 电力的状态，所述送电控制部控制所述电力中继设备移动机构部，以调整所述电力中继设 备的位置，从而使所述电力中继设备面向所述送电设备，以便提高所述送电设备传送的电 力电平；以及在控制所述电力中继设备移动机构部以调整所述电力中继设备的位置从而使所述电 力中继设备面向所述送电设备之后，在所述实际传送中，所述供电侧送电控制部控制所述 送电设备，以传送所述正常电力。
14.根据权利要求11所述的无线充电系统，其中，所述无线充电装置还包括 阻抗匹配检测器，被配置为检测所述无线充电装置中生成的送电信号的阻抗匹配状态；以及送电控制部，被配置为控制所述电力中继设备移动机构部，以调整所述电力中继设备 的位置，从而使所述电力中继设备面向所述送电设备，以便根据由所述阻抗匹配检测器执 行的检测的结果来提供所述阻抗匹配状态。
15.根据权利要求14所述的无线充电系统，其中，在实际送电之前，所述送电控制部控制所述送电设备，以传送比所述实际传送中要传 送的正常电力少的电力，并且随着控制所述送电设备进入传送比所述正常电力少的电力的状态，所述送电控制部控制所述电力中继设备移动机构部，以调整所述电力中继设备的位 置，从而使所述电力中继设备面向所述送电设备，以便由根据所述阻抗匹配检测器执行的 检测的结果来提供所述阻抗匹配状态；以及在控制所述电力中继设备移动机构部以调整所述电力中继设备的位置从而使所述电 力中继设备面向所述送电设备之后，在所述实际传送中，所述送电控制部控制所述送电设 备，以传送所述正常电力。
全文摘要
本发明公开了无线充电装置和无线充电系统。无线充电装置，包括电源装置，被配置为生成要传送到受电装置的电力；送电设备，被配置为将电源装置生成的电力传送到受电装置；电力中继设备，能够将送电设备传送的电力中继到受电装置；以及电力中继设备移动机构部，被配置为移动电力中继设备。
文档编号H02J7/02GK102142708SQ20111002455
公开日2011年8月3日 申请日期2011年1月21日 优先权日2010年1月29日
发明者村山雄二 申请人:索尼公司