电力传输系统的制作方法
【专利摘要】为了提供能够迅速地选定电力传输时的最佳的频率，能够缩短电力传输所需要的时间的电力传输系统，本发明的电力传输系统具有：逆变器部（130），其输出规定的频率的交流电力；供电天线（140），其被输入来自上述逆变器部（130）的交流电力；以及供电控制部（150），其控制由上述逆变器部（130）输出的交流电力的频率，并且对上述逆变器部（130）的逆变器效率进行运算，在电力传输系统中，经由电磁场从上述供电天线（140）向对置的受电天线（210）传输电能，其特征在于，上述供电控制部（150）进行控制，以便从上限频率将频率降低规定量的同时对逆变器效率进行运算，并选定给予最高的逆变器效率的频率来进行电力传输。
【专利说明】电力传输系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及使用了磁共振方式的磁共振天线的无线电力传输系统。
【背景技术】
[0002]近年来，盛行开发不使用电源线等，而以无线传输电力(电能)的技术。在以无线传输电力的方式中，作为特别受到关注的技术，有被称为磁共振方式的技术。该磁共振方式是马萨诸塞州理工大学的研究组于2007年提出的，与此相关联的技术例如在专利文献I (日本特表2009 - 501510号公报)中被公开。
[0003]磁共振方式的无线电力传输系统的显著特征之一是，通过使供电侧天线的共振频率与受电侧天线的共振频率相同，从供电侧天线向受电侧天线高效地进行能量传递，能够使电力传输距离为数十厘米?数米。
[0004]在上述那样的磁共振方式的无线电力传输系统中，例如，在一方的天线搭载于电动汽车这样的移动体的情况下，每次为了进行电力传输而将车停放在停车空间时，天线间的配置都会变化，所以给予最佳的电力传输效率的频率也随之变化。于是，提出了在进行电力传输的前段，扫描频率，以此决定出实际充电的电力传输时的最佳频率的技术。例如，专利文献2 (日本特开2010 - 68657号公报)公开了一种无线电力发送装置，该无线电力发送装置具有输出规定频率的交流电力的交流电力输出单元、第I共振线圈以及与该第I共振线圈对置地配置的第2共振线圈，将通过上述交流电力输出单元输出的交流电力输出给上述第I共振线圈，并利用共振现象以非接触的方式将上述交流电力发送给上述第2共振线圈，其特征在于，具备频率设定单元，该频率设定单元分别测定上述第I共振线圈的共振频率、以及上述第2共振线圈的共振频率，并将通过上述交流电力输出单元输出的交流电力的频率设定为上述各共振频率的中间频率。
[0005]专利文献1:日本特表2009 - 501510号公报
[0006]专利文献2:日本特开2010 - 68657号公报
[0007]图16是对电力传输系统所使用的电力传输用天线的特性进行说明的图。更具体而言，图16 (A)是表示单个电力传输用天线的共振特性的图，图16 (B)是表示使供电用的电力传输用天线和受电用的电力传输用天线接近时的供电特性的一个例子的图。其中，L是电力传输用天线的电感成分，C是电力传输用天线的电容成分，Lm是供电用的电力传输用天线与受电用的电力传输用天线之间的互感成分。
[0008]在磁共振方式的无线电力传输系统中，如图16 (B)所示那样，当存在第I极值频率fm、第2极值频率f；这两个极值频率的情况下，优选选择第2极值频率f；。优选选择第2极值频率f；的理由会在“【具体实施方式】”部分进一步说明，但是是因为能够进行更稳定的电力传输。
[0009]然而，在专利文献2所记载的现有技术中，存在进行频率扫描，不能够迅速地选择出上述那样的第2极值频率f；，电力传输的执行耗时这样的问题。
【发明内容】
[0010]为了解决上述问题，技术方案I所涉及的发明的电力传输系统具有:逆变器部，其输出规定的频率的交流电力；供电天线，其被输入来自上述逆变器部的交流电力；以及控制部，其控制由上述逆变器部输出的交流电力的频率，并且对上述逆变器部的逆变器效率进行运算，并在该电力传输系统中，经由电磁场从上述供电天线向对置的受电天线传输电能，上述电力传输系统的特征在于，上述控制部进行控制，以便从上限频率将频率降低规定量的同时对逆变器效率进行运算，并选定给予最高的逆变器效率的频率来进行电力传输。
[0011]另外，技术方案2所涉及的发明的电力传输系统是具有:逆变器部，其输出规定的频率的交流电力；供电天线，其被输入来自上述逆变器部的交流电力；以及控制部，其控制通过上述逆变器部输出的交流电力的频率，并且对上述逆变器部的逆变器效率进行运算，并该电力传输系统中，经由电磁场从上述供电天线向对置的受电天线传输电能，上述电力传输系统的特征在于，上述控制部进行控制，以便从上限频率将频率降低规定量的同时对逆变器效率进行运算，并且在运算出的逆变器效率与上一次运算出的逆变器效率相比下降的情况下，选定给予上一次的逆变器效率的频率来进行电力传输。
[0012]本发明所涉及的电力传输系统从上限频率将频率降低规定量的同时对逆变器效率进行运算，并选定给予最高的逆变器效率的频率来进行电力传输，根据这样的本发明所涉及的电力传输系统，能够迅速地选定负载急剧降低时电压不会成为高压，且能够稳定地进行电力传输的第2极值频率，所以能够缩短电力传输所需要的时间。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1是本发明的实施方式所涉及的电力传输系统的框图。
[0014]图2是示意地表示将本发明的实施方式所涉及的电力传输系统搭载于车辆的例子的图。
[0015]图3是表示本发明的实施方式所涉及的电力传输系统的逆变器部的图。
[0016]图4是表示本发明的实施方式所涉及的电力传输系统中的电池的充电曲线的图。
[0017]图5是表示本发明的实施方式所涉及的电力传输系统中的充电器控制处理的流程的图。
[0018]图6是本发明的实施方式所涉及的电力传输系统所使用的受电天线210的分解立体图。
[0019]图7是表示本发明的实施方式所涉及的电力传输中的天线间的电力传输的情况的剖面的示意图。
[0020]图8是表示本发明的实施方式所涉及的电力传输系统中的电力传输频率决定处理的流程的图。
[0021]图9是示意地说明基于扫描的最佳频率决定过程的图。
[0022]图10是表示频率与电力传输效率的关系的图。
[0023]图11是示意地表示第I极值频率中的电流与电场的情况的图。
[0024]图12是示意地表示第2极值频率中的电流与电场的情况的图。
[0025]图13是表示两个给予极值的极值频率中磁壁产生的极值频率(第I频率)的特性的图。[0026]图14是表示两个给予极值的极值频率中电壁产生的极值频率(第2频率)的特性的图。
[0027]图15是表示本发明的实施方式所涉及的电力传输系统中的电力传输处理的流程的图。
[0028]图16是说明在电力传输系统中使用的电力传输用天线的特性的图。
【具体实施方式】
[0029]以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。图1是本发明的实施方式所涉及的电力传输系统的框图，图2是示意地表示将本发明的实施方式所涉及的电力传输系统100搭载于车辆的例子的图。本发明的电力传输系统100例如适合用于对电动汽车(EV)、混合动力汽车(HEV)等的车载电池进行充电的系统。因此，在车辆的底面部配置有能够进行受电的受电天线210。
[0030]在本实施方式所涉及的电力传输系统100中，为了以非接触的方式向上述那样的车辆传输电力，其被设置于能够使该车辆停放的停车空间。构成为在车辆充电用的空间亦即该停车空间的地中部埋设本实施方式所涉及的电力传输系统100的供电天线140等。车辆的用户使车辆停在设有本实施方式所涉及的电力传输系统的停车空间，然后经由电磁场从供电天线140向搭载于车辆的受电天线210传输电能。
[0031]本实施方式所涉及的电力传输系统100为上述那样的利用方式，所以每次进行电力传输时供电天线140和受电天线210之间的位置关系都会变化，且给予最佳的电力传输效率的频率也随之变化。于是，车辆停车后，即、供电天线140与受电天线210之间的位置关系固定后，在进行实际充电的电力传输之前，对频率进行扫描，以此决定出电力传输时的
最佳频率。
[0032]车辆充电设备(供电侧)中的整流升压部120是将来自商用电源等的AC电源部110的交流电压转换为恒定的直流的转换器、和将来自该转换器的输出升压为规定的电压的器件。由该整流升压部120生成的电压的设定能够由供电控制部150控制。
[0033]逆变器部130根据从整流升压部120供给的直流电压生成规定的交流电压，并输入至供电天线140。图3是表示本发明的实施方式所涉及的电力传输系统的逆变器部的图。例如如图3所示，逆变器部130通过由以全桥方式连接的Qa?Qd构成的四个场效应晶体管(FET)构成。
[0034]在本实施方式中，构成为供电天线140连接于串联连接的开关元件Qa和开关元件Qb之间的连接部Tl、以及串联连接的开关元件Qc和开关元件Qd之间的连接部T2之间，开关元件Qa和开关元件Qd接通时，开关元件Qb和开关元件Q。断开，开关元件Qb和开关元件Qc接通时，开关元件Qa和开关元件Qd断开，从而使连接部Tl和连接部T2之间产生矩形波的交流电压。
[0035]从供电控制部150输入针对构成上述那样的逆变器部130的开关元件Qa?Qd的驱动信号。另外，能够由供电控制部150控制用于使逆变器部130驱动的频率。
[0036]来自上述那样的逆变器部130的输出被供给至供电天线140。该供电天线140由具有电感成分的后述那样的线圈构成，能够通过使其与以对置的方式配置的车载的受电天线210共振，将从供电天线140输出的电能传输给受电天线210。[0037]此外，将来自逆变器部130的输出输入给供电天线140时，也可以暂且通过未图示的匹配器使阻抗匹配。匹配器能够由具有规定的电路常数的无源元件构成。
[0038]在本发明的实施方式所涉及的电力传输系统中，从电力传输系统100的供电侧的供电天线140向受电侧的受电天线210高效地传输电力时，通过使供电天线140的共振频率与受电天线210的共振频率相同，从供电侧天线向受电侧天线高效地进行能量传递。
[0039]通过供电控制部150测量输入给逆变器部130的电压V1以及电流I1、从逆变器部130输出的电压V2以及电流I2。由此，供电控制部150能够根据测量出的电SV1以及电流I1获取被输入给逆变器部130的输入电力(W1 = V1XI1),以及，根据测量出的电压V2以及电流I2获取从逆变器部130输出的输出电力(W2 = V2XI2).供电控制部150具有由CPU、对在CPU上动作的程序进行保持的ROM、以及作为CPU的工作区的RAM等构成的通用的信息处理部，根据获取的输入电力(W1)和输出电力(W2)对逆变器部130的效率(W1 / W2)进行运算。
[0040]供电控制部150中的存储部151是在进行频率扫描时，相关联地存储频率和运算出的逆变器效率的临时存储单元。供电控制部150以逆变器部130的输出电力成为规定的电力的方式进行控制，并在变更逆变器部130输出的交流电压的频率的同时，对逆变器部130的逆变器效率进行运算，并存储于该存储部151。
[0041 ] 供电控制部150控制由整流升压部120输出的直流电压的电压、和由逆变器部130输出的交流电压的频率，执行实际充电的电力传输。
[0042]接下来，对设于车辆侧的电力传输系统100的构成进行说明。在车辆的受电侧的系统中，受电天线210通过与供电天线140共振，接受从供电天线140输出的电能。
[0043]由受电天线210受电的交流电力在整流器220中被整流，被整流后的电力通过充电器230被蓄电于电池240。充电器230基于来自充电控制部250的指令控制电池240的蓄电。此外，在本实施方式中，对使用电池240作为受电侧系统的负载，并对其进行充电的例子进行说明，但作为受电侧系统的负载，也可以使用其他的负载。
[0044]通过充电控制部250测量从充电器230输入到电池240的电压V3以及电流13。充电控制部250构成为能够根据测量出的电压V3以及电流I3控制充电器230，并以沿电池240的适当的充电曲线的方式控制电池240的充电。充电器230能够选择以恒流、恒定输出、恒压的任一种方式对电池240进行充电。
[0045]充电控制部250具有由CPU、对在CPU上动作的程序进行保持的ROM、以及作为CPU的工作区的RAM等构成的通用的信息处理部，与图示的与充电控制部250连接的各构成配合地动作。
[0046]充电控制部250存储电池240的充电曲线，并且存储用于使充电控制部250沿该曲线进行动作的算法。
[0047]图4是表示电池240的充电曲线260的图。该充电曲线260表示电池240的充电曲线的一个例子，也可以使用其他的曲线对电池240进行充电。
[0048]另外，在图4中表示从电池240几乎没有蓄电量的状态开始的充电曲线。在该充电曲线260中，首先进行以恒定的电流I_st进行电池240的充电的恒流充电(CC控制)。接下来，若电池240的端部电压达到Vf，则进行维持恒定的充电电压的恒压充电(CV控制)。然后，若在恒压充电时，流入电池240的电流达到Iniin，则结束充电。[0049]接下来，对为了控制充电器230而由充电控制部250执行的流程(充电曲线260的算法)进行说明。图5是表示本发明的实施方式所涉及的电力传输系统中的充电器230的控制处理的流程的图。
[0050]在图5中，若在步骤SlOO中开始充电器230的控制处理，则接着，在步骤SlOl中，获取电池240的端部电压V3。在步骤S102中，判定是否为V3 ( Vf。
[0051]若步骤S102中的判定为是，则移至步骤S103，使恒流充电动作。此外，此时，从供电侧观察的阻抗Zn为Z。。。
[0052]另一方面，若步骤S102中的判定为否，则移至步骤S104，使恒压充电动作。此时，从供电侧观察的阻抗Zn为与Zcc不同的Zw。这是因为电池的电压根据充电状态而变化，且阻抗变化。 [0053]在步骤S105中，获取流入电池240的电流I3。在步骤S106中，判定是否为13≤Imin。
[0054]若步骤S106中的判定为否，则返回到步骤S104进行循环。另一方面，若步骤S106中的判定为是，则移至步骤S107，使充电器230停止充电，并在步骤S108中结束充电器230的控制处理。在使充电器230停止时，从供电侧观察的阻抗Zn为与Zcc以及Zct的任意一个均不同的
[0055]图6是本发明的实施方式所涉及的电力传输系统所使用的受电天线210的分解立体图，图7是表示本发明的实施方式所涉及的电力传输中的天线间的电力传输的情况的剖面的示意图。此外，在以下的实施方式中，作为线圈体270以矩形平板状的线圈体为例进行说明，但本发明的天线并不限定于这样的形状的线圈。例如，作为线圈体270也能够利用圆形平板状的线圈体等。这样的线圈体270作为受电天线210中的磁共振天线部发挥作用。该“磁共振天线部”不仅包括线圈体270的电感成分，还包括基于其杂散电容的电容成分、或者基于有意图地追加的电容器的电容成分。
[0056]线圈壳体260用于收纳具有受电天线210的电感成分的线圈体270。该线圈壳体260例如是由聚碳酸酯等树脂构成的，且呈具有开口的箱体的形状。以侧板部262从线圈壳体260的矩形形状的底板部261的各边沿与上述底板部261垂直的方向延伸的方式设置。而且，在线圈壳体260的上方构成有被侧板部262围住这样的上方开口部263。封装于线圈壳体260的受电天线210在该上方开口部263侧被安装于车辆主体部。为了将线圈壳体260安装于车辆主体部，能够使用以往公知的任意的方法。此外，为了提高向车辆主体部的安装性，也可以在上方开口部263的周围设置凸缘部件等。
[0057]线圈体270由环氧玻璃制的矩形平板状的基材271、和在该基材271上形成的螺旋状的导电部272构成。在呈螺旋状的导电部272的内周侧的第I端部273、以及外周侧的第2端部274电连接导电线路(未图示)。由此，将由受电天线210接受到的电力导向整流部220。这样的线圈体270被载置在线圈壳体260的矩形形状的底板部261上，并通过适当的固定单元固定在底板部261上。
[0058]磁屏蔽体280是具有中空部285的平板状的磁性部件。为了构成该磁屏蔽体280，优选电阻率较大、导磁率较大、磁滞较小的磁性材料，例如能够使用铁氧体等磁性材料。将磁屏蔽体280通过适当的手段固定于线圈壳体260，从而被配置成在线圈体270的上方间隔某种程度的空间。通过这样的设计，在供电天线140侧产生的磁力线透过磁屏蔽体280的比率变高，在从供电天线140向受电天线210的电力传输中，构成车辆主体部的金属物对磁力线的影响变得轻微。
[0059]另外，在线圈壳体260的上方开口部263，覆盖上述上方开口部263的矩形平板状的金属体盖部290被配置成在屏蔽体280的上方间隔规定距离。作为这样的金属体盖部290所使用的金属材料能够使用任意的金属材料，但在本实施方式中，例如使用铝。
[0060]以上，根据本发明的受电天线210，由于在线圈体270的上方设有磁屏蔽体280，所以即使在车辆底面安装了受电天线210的情况下，也能够抑制构成车辆主体部的金属物等的影响，从而高效地进行电力传输。
[0061]另外，上述那样的受电天线210的结构也适用于构成电力传输系统100的供电侧的天线。该情况下，如图7所示，供电天线140为与受电天线210相对于水平面成面对称(镜像对称)的结构。
[0062]在供电天线140中也与受电侧相同，为线圈体370配置于线圈壳体360，且距其规定距离设有磁屏蔽体380，并且通过金属体盖部390密封线圈壳体160的结构。
[0063]接下来，对基于如上述那样构成的本实施方式所涉及的电力传输系统100的电力传输进行说明。如以上所说明的那样，在基于电力传输系统100的电力传输中，首先，在实际充电的前段，以在电力传输中使用的电力进行频率扫描，选定逆变器效率的极值，并基于此极值，决定在实际的电力传输中驱动逆变器部130的频率。在基于本实施方式所涉及的电力传输系统100的电力传输中，首先，像这样选定最佳频率，然后，通过选定的最佳频率进行电力传输。
[0064]图8是表示本发明的实施方式所涉及的电力传输系统中的电力传输频率决定处理的流程的图。这样的流程通过供电控制部150被执行。在图8中，若在步骤S200中开始电力传输频率决定处理，则接着，在步骤S201中，供电控制部150以目标输出值成为规定的电力值的方式设定整流升压部120。
[0065]另外，在步骤S202中，设`定成逆变器部130的驱动频率的开始扫描时的上限值。
[0066]在步骤S203中，以第I电力执行电力传输，在步骤S204中通过测量V^HI2,来测量输入电力(W1)、输出电力(W2)。在步骤S205中，基于输入电力(W1)、输出电力(W2)，对逆变器部130的效率η (= W1 / W2)进行运算。
[0067]在步骤S206中，将运算出的逆变器效率与频率对应地存储于存储部151。通过变更频率的同时对逆变器效率进行运算，在该存储部151中积累逆变器效率的频率特性。
[0068]在步骤S207中，判定本次计算出的逆变器效率是否比上一次计算出的逆变器效率大。若步骤S207中的判定为否，则移至步骤S208。另一方面，若步骤S207中的判定为是，则将频率降低规定量(△￡)并进行设定后，返回至步骤S203进行循环。
[0069]在步骤S207中的判定为否时移至的步骤S208，将给予存储于存储部151的上一次的逆变器效率的频率选定为进行实际的电力传输时的最佳频率。
[0070]参照图9对通过上述那样的步骤S203~步骤S209的循环探索出的最佳频率具体是什么样的频率进行说明。图9是示意地说明基于扫描的最佳频率决定过程的图。
[0071]图9表示本实施方式所涉及的电力传输系统100所假定的电力传输效率的频率特性的一个例子。根据图8所示的算法，从上限值的频率每次将频率降低Af的同时求出逆变器效率。而且，在本次的循环中计算出的逆变器效率比在上一次的循环中计算出的逆变器效率小时，将给予上一次的逆变器效率的频率决定为进行电力传输时的最佳频率。[0072]在图9所示的例子中，从上限值的频率给予的逆变器效率η 1开始，依次使频率降低Af的同时求出逆变器效率(η2、η3、η4...)。从η1到η6之间在步骤S207中的判定成为是，所以返回到步骤S203进行循环。另一方面，若计算出逆变器效率Π7，则117> n 6不成立，所以在步骤S207中的判定为否，移至步骤S208，将给予上一次循环时的逆变器效率n6的频率决定为进行电力传输时的最佳频率。
[0073]如上所述，本发明所涉及的电力传输系统从上限频率降低规定量的频率的同时对逆变器效率进行运算，并且在运算出的逆变器效率与上一次运算出的逆变器效率相比下降的情况下，选定给予上一次的逆变器效率的频率进行电力传输，根据这样的本发明所涉及的电力传输系统，能够迅速地选定负载急剧降低时电压不会成为高压，且能够稳定地进行电力传输的第2极值频率，所以能够缩短电力传输所需要的时间。后面对其详细的内容进行说明。
[0074]这里，对电力传输效率的频率特性的图案进行说明。图10是表示本实施方式的电力传输系统中的频率和电力传输效率的关系的图。
[0075]图10 (A)表示受电天线210和供电天线140被最佳配置时的状态所对应的电力传输效率的频率特性。如图10 (A)所示，有两个给予极值的频率。将频率低的一方的极值频率定义为第I极值频率，将频率高的一方的极值频率定义为第2极值频率。
[0076]随着从图10 (A)到图10 (B)、图10 (C)、图10 (D)，示出受电天线210与供电天线140之间的位置的偏移进一步变大时的状态所对应的电力传输效率的频率特性。
[0077]如图10 (C)、图10 (D)所示，在给予传输效率的极值的频率为一个的情况下，在步骤S208中，选定该极值的频率。另一方面，在如图10 (Α)、图10 (B)所示那样，作为给予极值的频率，存在第I极值频率、第2极值频率的两个的情况下，在本实施方式中，选定在供电天线140与受电天线210之间的对称面电壁产生的极值频率。
[0078]以下，对在供电天线140与受电天线210之间的对称面产生的电壁、以及磁壁的概念进行说明。
[0079]图11是示意地表示第I极值频率中的电流与电场的情况的图。在第I极值频率中,流过供电天线140的电流和流过受电天线210的电流的相位大致相等，磁场矢量一致的位置在供电天线140、受电天线210的中央部附近。将该状态认为是磁场的方向与供电天线140和受电天线210之间的对称面垂直的磁壁产生的状态。
[0080]另外，图12是示意地表示第2极值频率中的电流和电场的情况的图。在第2极值频率中，流过供电天线140的电流和流过受电天线210的电流的相位几乎相反，磁场矢量一致的位置在供电天线140、受电天线210的对称面附近。将该状态认为是磁场的方向与供电天线140和受电天线210之间的对称面平行的电壁产生的状态。
[0081]此外，关于以上那样的电壁、磁壁等的概念，在本说明书中使用了在居村岳广、堀洋一 “基于电磁场共振稱合的传输技术” IEEJ Journal, Vol.129, N0.7, 2009,或者居村岳广、冈部浩之、内田利之、堀洋一 “关于从等效电路观察的非接触电力传输的磁场耦合和电场耦合的研究” IEEJ Trans.1A, Vol.130，N0.1，2010等中记载的概念。
[0082]接下来，对在本发明中，在作为给予极值的频率，存在第I极值频率、第2极值频率这两个的情况下，选定在供 电天线140与受电天线210之间的对称面电壁产生的极值频率的理由进行说明。[0083]图13是表示两个给予极值的极值频率中磁壁产生的极值频率(第I频率)下的特性的图。图13 (A)是表示随着电池240 (负载)的负载变化变动的供电侧的电压(V1)、电流
(I1)的变动的情况的图，图13 (B)是表示随着电池240 (负载)的负载变化变动的受电侧的电压(V3)、电流(I3)的变动的情况的图。根据图13所示的特性可知，有在受电侧电压随着电池240 (负载)的负载增大而增大的特性。
[0084]在上述那样的磁壁所产生的频率中，从电池240侧观察，可以将受电天线210看作是恒流源。在以这样的受电天线210如恒流源那样动作的频率下进行电力传输的情况下，若假设因作为负载侧的电池240等的不良状况而引起了紧急停止，则受电天线210的两端部的电压上升。
[0085]另一方面，图14是表示两个给予极值的极值频率中电壁产生的极值频率(第2频率)下的特性的图。图14 (A)是表示随着电池240 (负载)的负载变化变动的供电侧的电压(V1X电流(I1)的变动的情况的图，图14 (B)是表示随着电池240 (负载)的负载变化变动的受电侧的电压(V3)、电流(I3)的变动的情况的图。根据图14所示那样的特性可知，有在受电侧电流随着电池240 (负载)的负载增大而减少的特性。
[0086]在上述那样的电壁产生的频率中，从电池240侧观察，可以将受电天线210看作是恒压源。在以这样的受电天线210如恒压源那样动作的频率下进行电力传输的情况下，即使假设因作为负载侧的电池240等的不良状况而引起了紧急停止，受电天线210的两端部的电压也不会上升。因此，根据本发明的电力传输系统，在负载急剧降低时电压不会成为高压，能够稳定地进行电力传输。
[0087]在图13的特性中，对于受电侧的电池240 (负载)而言，可以将充电电路看作是电流源，在图14的特性中，对于受电侧的电池240 (负载)而言，可以将充电电路看作是电压源。对于电池240 (负载)而言,优选电流随着负载增大而减小的图14所示的特性，所以在本实施方式中，对于存在第I极值频率、第2极值频率这两个频率的情况，选定在供电天线140与受电天线210之间的对称面电壁产生的极值频率。
[0088]根据这样的本发明所涉及的电力传输系统，即使在存在两个给予传输效率的极值的频率的情况下，也能够迅速地决定电力传输时的最佳的频率，能够在短时间内进行高效的电力传输。
[0089]另外，在存在两个给予两个极值的频率的情况下，若选定在供电天线140与受电天线210之间的对称面电壁产生的极值频率，则对于电池240 (负载)而言，可以将充电电路看作电压源，所以有因在通过充电控制向电池240的输出变动时逆变器部130的输出也随之增减而容易处理这样的优点。另外，由于在充电器230紧急停止时，供给电力也会自动地最小化，所以也不需要多余的装置。
[0090]另外，在存在两个给予两个极值的频率的情况下，若选定在供电天线140与受电天线210之间的对称面电壁产生的极值频率，则从充电器230观察，可以将整流器220看作是电压源，所以有因通过充电控制向电池240的输出变动时整流升压部120的输出也随之增减而容易处理这样的优点。另外，由于在充电器230紧急停止时，供给电力也会自动地最小化，所以也不需要多余的装置。
[0091]与此相对，在存在两个给予两个极值的频率的情况下，若选定在供电天线140与受电天线210之间的对称面磁壁产生的极值频率，则需要随着充电器230减小输出时控制供给电压，因此需要为此的通信单元、检测单元，花费成本。
[0092]如以上所说明的，作为本实施方式所涉及的电力传输系统100中的扫描动作，首先，将逆变器部130的驱动频率设定为上限值，并从该上限频率依次将频率降低规定量(Δ f )而进行扫描。假设进行与其相反的扫描动作，即、进行将逆变器部130的驱动频率设定为下限值，并从该下限频率依次将频率提高规定量(△￡)的扫描动作，则由于第I极值频率是比第2极值频率低的频率，所以存在选定第I极值频率作为最佳的频率的可能性。如上述，与第I极值频率相比，更优选以第2极值频率进行实际的电力传输。因此，在本实施方式所涉及的电力传输系统100中，从上限频率依次将频率降低规定量(Af)而进行扫描，可靠地选择第2极值频率作为最佳频率。
[0093]再次返回到图8，移至步骤S210，结束最佳频率的决定处理。
[0094]以上，根据本发明所涉及的电力传输系统，即使在存在两个给予传输效率的极值的频率的情况下，也能够决定电力传输时的最佳的频率，能够进行高效的电力传输。
[0095]另外， 根据这样的本发明所涉及的电力传输系统，能够迅速地选定负载急剧降低时电压不会成为高压，并能够稳定地进行电力传输的第2极值频率，所以能够缩短电力传输所需要的时间。
[0096]接下来，对以如上述那样决定出的最佳频率进行的实际充电的电力传输的处理进行说明。图15是表示本发明的实施方式所涉及的电力传输系统中的电力传输处理的流程的图。该流程通过供电控制部150被执行。若在步骤S300中开始电力传输处理，则接着，在步骤S301中，供电控制部150以目标输出值成为第I电力(例如，1.5kW)的方式设定整流升压部120。
[0097]另外，在步骤S302中，将逆变器部130的驱动频率设定为通过先前的最佳频率决定处理决定出的最佳频率，在步骤S303中执行电力传输。
[0098]在步骤S304中，根据从逆变器部130输出的电压V2以及电流I2，测量输出电力。
[0099]在步骤S305中，判定测量出的输出电力是否比第I电力小。逆变器部130能够输出第I电力时，是在受电侧充电器230以恒流进行充电动作，且从供电侧观察的阻抗成为Zn = Zcc的时候。与此相对，若在受电侧从恒定输出充电移至恒压充电，则在受电侧充电器230中开始以恒压进行充电动作，从供电侧观察的阻抗成为Zn = Zcvo若存在这样的阻抗的变化，则从逆变器部130输出的电力比第I电力小。在步骤S305中捕捉上述那样的受电侧的变化。
[0100]步骤S305中的判定为否时返回到步骤S303进行循环，步骤S305中的判定为是时，移至步骤S306，以向逆变器部130输入的输出电压不变的方式设定整流升压部120。
[0101]在步骤S307中，执行电力传输，在步骤S308中，根据从逆变器部130输出的电压V2以及电流12，测量输出电力。
[0102]在步骤S309中，判定测量出的输出电力是否比第2电力小。逆变器部130能够以第2电力以上的电力进行输出时，是在受电侧以恒压充电进行动作，且从供电侧观察的阻抗成为Zn = Zcv的时候。与此相对，在受电侧，若电池240的充电完成，且充电器230的动作停止，则从供电侧观察的阻抗成为Zn = Zopo若存在这样的阻抗的变化，则从逆变器部130输出的电力比第2电力小。在步骤S309中捕捉上述那样的受电侧的变化。
[0103]步骤S309中的判定为否时返回至步骤S307进行循环，步骤S309中的判定为是时，推断为在受电侧完成了电池240的充电，所以移至步骤S310而停止电力传输，并在步骤S311中结束处理。
[0104]根据以上那样的本发明所涉及的电力传输系统100，根据基于阻抗的变化的输出电力的变化，检测受电侧的电池240的充电时，是在进行恒定输出充电、或者在进行恒压充电，或是停止充电，能够据此从供电侧向受电侧传输适当的电力，能够进行高效的电力传输。
[0105]产业上的可利用性
[0106]本发明的电力传输系统优选应用于用于向近年来迅速普及的电动车(EV )、混合动力汽车(HEV )等车辆的充电的系统。在现有的电力传输系统中，为了选择能够进行高效的能量传输的最佳频率而进行频率扫描，但在有两个极值频率的磁共振方式的无线电力传输系统中，不能够简单地应用以往的频率扫描。于是，在本发明所涉及的电力传输系统中，从上限频率将频率降低规定量的同时运算逆变器效率，并选定给予最高的逆变器效率的频率，从而能够迅速地选定能够稳定地进行电力传输的第2极值频率，所以能够缩短电力传输所需要的时间，产业上的利用性非常大。
[0107]附图标记说明
[0108]100…电力传输系统;110…AC电源部；120…整流升压部;130…逆变器部;140…供电天线；150…供电控制部；151…存储部;210…受电天线;220…整流器；230…充电器；240…电池；250…充电控制部；260…线圈壳体；261…底板部；262…侧板部；263…(上方)开口部；270…线圈体；271…基材；272…导电部；273…第I端部；274…第2端部；280…磁屏蔽体；285…中空部；290…金属体盖部；360…线圈壳体；370…线圈体；380…磁屏蔽体；390…金属体盖部；`
【权利要求】
1.一种电力传输系统,该电力传输系统具有:逆变器部，其输出规定的频率的交流电力；供电天线，其被输入来自所述逆变器部的交流电力；以及控制部，其控制由所述逆变器部输出的交流电力的频率，并且对所述逆变器部的逆变器效率进行运算，并在该电力传输系统中，经由电磁场从所述供电天线向对置的受电天线传输电能，所述电力传输系统的特征在于， 所述控制部进行控制，以便从上限频率将频率降低规定量的同时对逆变器效率进行运算，并选定给予最高的逆变器效率的频率来进行电力传输。
2.—种电力传输系统,该电力传输系统具有:逆变器部，其输出规定的频率的交流电力；供电天线，其被输入来自所述逆变器部的交流电力；以及控制部，其控制由所述逆变器部输出的交流电力的频率，并且对所述逆变器部的逆变器效率进行运算，并在该电力传输系统中，经由电磁场从所述供电天线向对置的受电天线传输电能，所述电力传输系统的特征在于， 所述控制部进行控制，以便从上限频率将频率降低规定量的同时对逆变器效率进行运算，并且在运算出的逆变器效率与上一次运算出的逆变器效率相比下降的情况下，选定给予上一次的逆变器效率的频率来进行电力传输。
【文档编号】H02J7/00GK103620913SQ201280031622
【公开日】2014年3月5日 申请日期:2012年6月28日 优先权日:2011年6月30日
【发明者】山川博幸 申请人:株式会社爱考斯研究