專利名稱：具有重疊線圈的感應(yīng)供電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及供電系統(tǒng)。特別地，本發(fā)明涉及從設(shè)置在設(shè)施上的供電線圈向設(shè)置在例如車輛等的可移動體上的電力接收線圈無接觸地供給電力的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
使用電磁感應(yīng)的非接觸供電系統(tǒng)是已知的。例如，日本特開 No. 2000-23393 (JP-A-2000-23393)介紹了一種非接觸供電系統(tǒng)，通過使副方線圈朝向原方線圈，該系統(tǒng)從容納在一個容器內(nèi)的電力供給原方線圈向容納在另一容器內(nèi)的電力接收副方線圈傳輸電力。原方與副方線圈各自由磁芯和繞組構(gòu)成。線圈之一的磁芯的截面積大于另一線圈的磁芯的外直徑。
當(dāng)用設(shè)置在例如供電站的設(shè)施上的原方線圈和設(shè)置在例如車輛的可移動體上的副方線圈供給電力時，原方線圈被設(shè)置在可移動體能夠停泊的空間。然而，為了不論可移動體在停泊空間中停在哪里均能高效率地供電，原方線圈或副方線圈必須大，這限制了空間的形狀并導(dǎo)致成本的增大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種能夠高效率地向可移動體供給電力而不論可移動體在停泊空間中停泊的位置的供電系統(tǒng)。
本發(fā)明的第一實施形態(tài)涉及一種供電系統(tǒng)，其包含設(shè)置在設(shè)施的規(guī)定區(qū)域內(nèi)的供電線圈；電力接收線圈，其具有與供電線圈相同的諧振頻率，并被設(shè)置在可移動體上。當(dāng)可移動體被定位在所述規(guī)定區(qū)域內(nèi)時，電力接收線圈朝向供電線圈，當(dāng)從線圈軸線的方向觀察時，電力接收線圈與供電線圈重疊或與供電線圈接近。
當(dāng)從線圈軸線方向觀察時，供電線圈可具有有著長軸和短軸的形狀，當(dāng)從線圈軸線方向觀察時，電力接收線圈可具有有著長軸和短軸的形狀，供電線圈和電力接收線圈可被布置為，在可移動體被定位在所述規(guī)定區(qū)域內(nèi)時，當(dāng)從線圈軸線的方向觀察時，供電線圈和電力接收線圈彼此交叉。
電力接收線圈可具有當(dāng)從線圈軸線方向觀察時長軸短于供電線圈長軸的形狀，供電線圈和電力接收線圈可被布置為，在可移動體處于所述規(guī)定區(qū)域內(nèi)時，當(dāng)從線圈軸線的方向觀察時，電力接收線圈與供電線圈重疊或與供電線圈接近。
供電線圈可被設(shè)置為從所述規(guī)定區(qū)域直立，電力接收線圈可被設(shè)置在可移動體的后部。
供電線圈可被設(shè)置為從所述規(guī)定區(qū)域直立，電力接收線圈可被設(shè)置在可移動體的車輪上。
相應(yīng)地，本發(fā)明使得高效率地向可移動體供給電力、而無論可移動體在規(guī)定區(qū)域 (即停泊空間)中停泊的位置如何成為可能。


參照附圖，由下面對示例性實施例的介紹，將會明了本發(fā)明的上述以及其他目的、 特征和優(yōu)點(diǎn)，在附圖中，相似的標(biāo)號用于表示相同的元件，且其中 圖IA示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的供電線圈與電力接收線圈的一種布置； 圖IB示出了根據(jù)示例性實施例的供電線圈和電力接收線圈的另一種布置； 圖IC示出了根據(jù)示例性實施例的供電線圈和電力接收線圈的又一種布置； 圖2為一圖表，其示出了供電頻率和效率之間的關(guān)系； 圖3A示出了根據(jù)示例性實施例的供電線圈和電力接收線圈的一種布置； 圖;3B示出了根據(jù)示例性實施例的供電線圈和電力接收線圈的另一種布置； 圖3C示出了根據(jù)示例性實施例的供電線圈和電力接收線圈的又一種布置；。
圖4示出了根據(jù)示例性實施例的供電線圈和電力接收線圈的一種布置； 圖5示出了根據(jù)示例性實施例的供電線圈和電力接收線圈的另一種布置；以及 圖6示出了根據(jù)示例性實施例的供電線圈和電力接收線圈的一種布置。
具體實施例方式下面將參照附圖詳細(xì)介紹本發(fā)明的示例性實施例。
在此示例性實施例中，用作可移動體的車輛停泊在供電站的規(guī)定區(qū)域，在那里，其將從供電線圈接收AC (交流)電力。供電線圈(或原方線圈)被設(shè)置在供電站，電力接收線圈(或副方線圈)被設(shè)置在車輛上。電力接收線圈被定位在電力接收線圈附近，AC電力被供到供電線圈。供電線圈和電力接收線圈電磁耦合，使得電力接收線圈無接觸地接收AC 電力。所接收的AC電力首先由整流器整流，并接著供到車載電池，以便對車載電池充電。
供電線圈被布置在供電站的規(guī)定區(qū)域，即將要停泊車輛的區(qū)域。供電線圈的截面積小于規(guī)定區(qū)域。另外，供電線圈被布置在該規(guī)定區(qū)域中，使得當(dāng)從線圈軸線方向觀察時， 其或者與電力接收線圈重疊，或者充分接近電力接收線圈。另外，為了增大供電效率，使得電力接收線圈的諧振頻率與供電線圈的諧振頻率匹配。
圖1A-1C示出了當(dāng)從線圈軸線方向觀察時供電線圈10和電力接收線圈12之間的相對位置關(guān)系。電力接收線圈12的諧振頻率與供電線圈10的諧振頻率相同。
圖IA示出了電力接收線圈12被布置為與供電線圈10重疊的情況。圖IB示出了電力接收線圈12被布置為接近供電線圈10但不與之重疊的情況。圖IC示出了電力接收線圈12的部分被布置為與供電線圈10重疊的情況。在圖1A-1C中，供電線圈10的位置是固定的，而電力接收線圈12的位置可移動，這是因為電力接收線圈被設(shè)置在例如車輛的可移動體上。
圖2為一圖表，其示出了當(dāng)改變供電頻率時效率(即傳送效率)的變化。在圖2 中，參考標(biāo)號IA指示的線表示圖IA所示布置的效率，參考標(biāo)號IB指示的線表示圖IB所示布置的效率，參考標(biāo)號IC指示的線表示圖IC所示布置的效率。采用線IA和1C，即采用圖 IA和IC所示的布置，存在兩個最大效率峰，采用線1B，即采用圖IB所示的布置，僅有一個最大效率峰。在所有情況下，通過調(diào)節(jié)供電頻率，可獲得大約90%的高效率。這意味著，通過使得供電線圈10和電力接收線圈12的諧振頻率相同并將電力接收線圈12布置為接近供電線圈12——如果不是至少部分地與供電線圈12重疊的話，通過根據(jù)電力接收線圈12
4關(guān)于供電線圈10的位置調(diào)節(jié)供電頻率，可以以大約90%的高效率供給電力。
圖3A-3C示出了供電線圈10和電力接收線圈12的特定形狀。供電線圈10在供電站的規(guī)定區(qū)域100內(nèi)被設(shè)置在地上，而電力接收線圈12被設(shè)置在停泊在該規(guī)定區(qū)域100 中的車輛200上。圖3A-3C均出了供電線圈10被嵌入該規(guī)定區(qū)域100且電力接收線圈12 被安裝在車輛200底部的實例。在圖3A中，當(dāng)從線圈軸線方向觀察時，供電線圈10的截面積小于規(guī)定區(qū)域100，供電線圈10具有矩形形狀，其中，一邊長于另一邊。如圖所示，當(dāng)彼此呈直角的兩個軸線被表示為方向χ和方向y時，供電線圈10在方向y上長于在方向χ上。 供電線圈10在方向y上的長度可大致等于規(guī)定區(qū)域100在方向y上的長度，或者略短。供電線圈10在方向y上延伸規(guī)定區(qū)域100的幾乎整個長度。同時，在從線圈軸線方向觀察時， 電力接收線圈12具有矩形形狀，并且，在方向χ上長于在方向y上。通過這種方式，供電線圈10和電力接收線圈12在從線圈軸線方向觀察時均為矩形，一個的長度方向垂直于另一個的長度方向。結(jié)果，無論車輛200如何停泊在規(guī)定區(qū)域100中，電力接收線圈12的至少一部分將會與供電線圈10重疊。
另外，在圖:3B中，供電線圈10的截面積小于規(guī)定區(qū)域100，當(dāng)從線圈軸線方向觀察時，供電線圈10具有矩形形狀，其中，一邊長于另一邊。如圖所示，當(dāng)彼此呈直角的兩個軸線被表示為方向X和方向y時，供電線圈10在方向χ上長于在方向y上。供電線圈10在 χ方向上延伸規(guī)定區(qū)域100的幾乎整個長度。同時，供電線圈12具有矩形形狀，并在方向y 上長于在方向χ上。通過這種方式，供電線圈10和電力接收線圈12在從線圈軸線方向觀察時均為矩形，一個的長度方向垂直于另一個的長度方向。結(jié)果，無論車輛200如何停泊在規(guī)定區(qū)域100中，電力接收線圈12的至少一部分將會與供電線圈10重疊。
另外，在圖3C中，供電線圈10的截面積小于規(guī)定區(qū)域100，當(dāng)從線圈軸線方向觀察時，供電線圈10具有矩形形狀，其中，一邊長于另一邊。如圖所示，當(dāng)彼此呈直角的兩個軸線被表示為方向X和方向y時，供電線圈10在方向y上長于在方向χ上。同時，電力接收線圈12具有正方形形狀，其中，方向χ上的長度等于方向y上的長度，并且，電力接收線圈 12可在方向χ上移動。結(jié)果，無論車輛200如何停泊在規(guī)定區(qū)域100中，可通過在方向χ上移動電力接收線圈12使電力接收線圈12的至少一部分與供電線圈10重疊。順便提及，在圖3C中，當(dāng)車輛首次被停泊在規(guī)定區(qū)域100中時，電力接收線圈12在一開始被定位在車輛 200的縱向方向的中心軸線上。接著，電力接收線圈12在AC電力被供到供電線圈10的同時在方向χ上前后移動，以尋找具有最佳效率的位置。一旦電力接收線圈12找到該位置， 其停止移動。
在所有的圖3A-3C中，供電頻率被設(shè)置為匹配或接近于諧振頻率。首先在供電頻率被初始設(shè)置為諧振頻率的情況下測量效率。于是，在以微小增量增大和減小供電頻率以尋找具有最佳效率的頻率之后測量效率。獲得最佳效率的頻率被用作供電頻率。供電頻率的搜索范圍可通過使供電線圈10和電力接收線圈12的諧振頻率相同并將供電線圈10和電力接收線圈12布置在圖3A-3C所示的位置來充分限制。由圖2可明了，大約士0.5MHz 的供電頻率搜索范圍是足夠的。
圖3A-3C均示出了嵌入供電站的規(guī)定區(qū)域100的供電線圈10和設(shè)置在車輛200 底部以朝向供電線圈10的電力接收線圈12，如上面所介紹的那樣。當(dāng)然，這種類型的布置僅僅是一個實例。其他的布置也是可行的。
圖4和5顯示出供電線圈10和電力接收線圈12的其他布置。在圖4中，支撐板在供電站的規(guī)定區(qū)域100的邊緣直立，供電線圈10被設(shè)置在此支撐板上。供電線圈10具有矩形形狀，其中，其在垂直方向上長，在水平方向上短。同時，在大致上與供電線圈10相同高度的位置上，電力接收線圈12被設(shè)置在車輛200的后部。電力接收線圈12也具有矩形形狀，其中，其在垂直方向上短，在水平方向上長。因此，當(dāng)車輛100向后進(jìn)入規(guī)定區(qū)域100 且車輛200的后部接近支撐板時，電力接收線圈12以十字的形狀與供電線圈10重疊，如圖 4B所示。這等價于圖IA所示的布置。
另外，在圖5中，在供電站的規(guī)定區(qū)域100中，支撐板沿著車輛的一側(cè)直立，供電線圈10被設(shè)置在此支撐板上。供電線圈10具有矩形形狀，其中，其在水平方向上長，在垂直方向上短。供電線圈10被設(shè)置在與車輛200的車輪大致相同的高度。同時，電力接收線圈 12被設(shè)置在車輛200的車輪上。電力接收線圈12具有大致為圓形的形狀。因此，當(dāng)車輛 200進(jìn)入規(guī)定區(qū)域100時，電力接收線圈12將會與供電線圈10重疊，如圖5B所示。
通過這種方式，采用此示例性實施例，供電線圈10被設(shè)置在規(guī)定區(qū)域100中，電力接收線圈12被設(shè)置在例如車輛的可移動體上。另外，電力接收線圈12的諧振頻率被設(shè)置為與供電線圈10的相同。當(dāng)可移動體已經(jīng)停泊在規(guī)定區(qū)域100中時，當(dāng)從線圈軸線方向觀察時，電力接收線圈12與供電線圈10重疊或與之接近，由此確保電力被高效供給。來自供電線圈12的AC電力由整流器進(jìn)行整流，并被供給安裝在車輛200中的二次電池，以便對二次電池充電。車輛200可具有充電控制設(shè)備，其監(jiān)視二次電池的充電狀態(tài)(S0C)。此充電控制設(shè)備可通知車輛200的用戶何時檢測到二次電池被完全充電，或者，其可在檢測到二次電池被完全充電時經(jīng)由無線通信通知供電站并停止到供電線圈10的電力供給。
在此示例性實施例中，供電線圈10和電力接收線圈12均具有圖1A-1C所示的卵圓形狀、圖3A-3C所示的矩形或正方形形狀或圖5所示的圓形形狀，但本發(fā)明不限于此。也就是說，供電線圈10和電力接收線圈12可具有其他的形狀。例如，在圖3C中，供電線圈10 可為正方形，電力接收線圈12可為矩形。另外，在圖3C中，電力接收線圈12可為圓形或卵圓形。
在此示例性實施例中，供電線圈10和電力接收線圈12的布置在從線圈軸線的方向觀察的情況下描述。圖6示出了線圈軸線方向的一個實例。當(dāng)供電線圈10的軸線300 平行于電力接收線圈12的軸線400時，平行于軸線300和軸線400的方向A對應(yīng)于從線圈軸線方向的觀察方向。卵圓形狀11表示供電線圈10在線圈軸線方向的投影，卵圓形狀13 表示電力接收線圈12在線圈軸線方向的投影。圖1A-1C和3A-3C表示供電線圈10和電力接收線圈12的投影。在這些投影的情況下，當(dāng)存在部分重疊部分500時，供電線圈10和電力接收線圈12可以說在從線圈軸線方向觀察時彼此重疊。
順便提及，在上面介紹的示例性實施例中，供電線圈具有矩形形狀，但其也可具有這樣的閉合形狀當(dāng)從線圈軸線方向觀察時具有長軸和短軸。除了矩形形狀以外，這種類型的形狀包括橢圓形形狀、具有圓角的矩形形狀、吉他形狀、球形、拉長的六角形形狀、拉長的鉆石形狀。另外，電力接收線圈還不限于具有上面所述的正方形、圓形或卵圓形狀。也就是說，電力接收線圈可具有當(dāng)從線圈軸線方向觀察時長軸短于供電線圈長軸的形狀，或正多邊形形狀或圓形形狀。
盡管參照其示例性實施例介紹了本發(fā)明，應(yīng)當(dāng)明了，本發(fā)明不限于示例性實施例或構(gòu)造。相反，本發(fā)明旨在覆蓋多種修改和等價布置。另外，盡管示例性實施例的多種元件以多種組合和配置示出，其是示例性的，其他的組合和布置，包括較多、較少或僅僅一個元件，也屬于本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種供電系統(tǒng)，其特征在于包含設(shè)置在設(shè)施的規(guī)定區(qū)域內(nèi)的供電線圈；以及電力接收線圈，其具有與供電線圈相同的諧振頻率，并被設(shè)置在可移動體上，其中，當(dāng)可移動體位于所述規(guī)定區(qū)域內(nèi)時，電力接收線圈朝向供電線圈，并且當(dāng)從線圈軸線的方向觀察時，電力接收線圈與供電線圈重疊或接近供電線圈。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的供電系統(tǒng)，其中，供電線圈具有當(dāng)從線圈軸線方向觀察時有著長軸和短軸的形狀；電力接收線圈具有當(dāng)從線圈軸線方向觀察時有著長軸和短軸的形狀；并且供電線圈和電力接收線圈被布置為，在可移動體位于所述規(guī)定區(qū)域內(nèi)時，當(dāng)從線圈軸線的方向觀察時，供電線圈和電力接收線圈互相交叉。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的供電系統(tǒng)，其中，供電線圈具有當(dāng)從線圈軸線方向觀察時有著長軸和短軸的形狀；電力接收線圈具有當(dāng)從線圈軸線方向觀察時有著長軸和短軸的形狀；供電線圈和電力接收線圈被布置為，在可移動體位于所述規(guī)定區(qū)域內(nèi)時，供電線圈的長軸與電力接收線圈的長軸交叉。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的供電系統(tǒng)，其中，供電線圈和電力接收線圈被布置為，電力接收線圈的長軸在可移動體的縱向方向延伸，供電線圈的長軸在與可移動體在所述規(guī)定區(qū)域內(nèi)前進(jìn)的方向交叉的方向延伸。
5.根據(jù)權(quán)利要求3的供電系統(tǒng)，其中，供電線圈和電力接收線圈被布置為，供電線圈的長軸在可移動體的寬度方向延伸，供電線圈的長軸在可移動體在所述規(guī)定區(qū)域內(nèi)前進(jìn)的方向延伸。
6.根據(jù)權(quán)利要求2或3的電力系統(tǒng)，其中，電力接收線圈具有當(dāng)從線圈軸線方向觀察時長軸短于供電線圈長軸的形狀；并且供電線圈和電力接收線圈被布置為，在可移動體位于所述規(guī)定區(qū)域內(nèi)時，當(dāng)從線圈軸線的方向觀察時，電力接收線圈與供電線圈重疊或接近供電線圈。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的供電系統(tǒng)，其中，供電線圈具有正多邊形形狀或圓形形狀；并且供電線圈和電力接收線圈被布置為，在可移動體位于所述規(guī)定區(qū)域內(nèi)時，當(dāng)從線圈軸線的方向觀察時，電力接收線圈與供電線圈重疊或接近供電線圈。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的供電系統(tǒng)，其中，供電線圈具有當(dāng)從線圈軸線方向觀察時有著長軸和短軸的形狀；并且電力接收線圈被設(shè)置在可移動體上，以便能夠在與供電線圈長軸方向交叉的方向上移動。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的供電系統(tǒng)，其中，供電線圈被設(shè)置為從所述規(guī)定區(qū)域直立，并且電力接收線圈被設(shè)置在可移動體的后部。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的供電系統(tǒng)，其中，供電線圈被設(shè)置為從所述規(guī)定區(qū)域直立，并且電力接收線圈被設(shè)置在可移動體的車輪上。
11.根據(jù)權(quán)利要求1-8中任意一項的供給系統(tǒng)，其中，供電線圈被設(shè)置為嵌入在所述規(guī)定區(qū)域中，并且電力接收線圈被設(shè)置在可移動體的底部。
12.根據(jù)權(quán)利要求1-11中任意一項的供電系統(tǒng)，其中，可移動體為車輛。
全文摘要
供電線圈(10)被設(shè)置在供電站的規(guī)定區(qū)域(100)中，電力接收線圈(12)被設(shè)置在車輛(200)上。當(dāng)從線圈軸線方向觀察時，供電線圈(10)具有在方向y上長的矩形形狀，電力接收線圈(12)具有在方向x上長的矩形形狀。電力接收線圈(12)的諧振頻率被設(shè)置為與供電線圈(10)的諧振頻率相同。
文檔編號B60L11/18GK102186695SQ200980141531
公開日2011年9月14日 申請日期2009年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月20日
發(fā)明者天野也寸志, 市川真士 申請人:豐田自動車株式會社