[发明专利]非接触电力传输系统

说明书

技术领域

本发明涉及非接触电力传输系统。

背景技术

图5是大致示出传统的非接触电力传输系统的构造图。非接触电力传输系统1设置有：供电单元3，该供电单元3作为馈送单元安置在诸如车辆停放空间的地的固定体2上；受电单元5，该受电单元5作为受电单元安置在汽车4的车体中；电压可变电源12，该电压可变电源12应用于供电单元3的供电侧变容器8(下文提及)的两端；控制器14，该控制器14调节并控制电压可变电源12的电压；电压可变电源15，该电压可变电源15应用于受电单元5的受电侧变容器11(下文提及)的两端；以及控制器16，该控制器16调节并控制电压可变电源15的电压。

供电单元3设置有供电侧线圈7，电力供给到该供电侧线圈7；以及供电侧变容器8，该供电侧变容器8并联连接到供电侧线圈7，如图5和6所示。变容器8是二极管，在该二极管中静电电容根据施加于该二极管两端的电压而变化。

受电单元5设置有受电侧线圈9；以及受电侧变容器11，该受电侧变容器11并联连接到受电侧线圈9。变容器11是二极管，在该二极管中静电电容根据施加于该二极管两端的电压而变化。

根据前述非接触电力传输系统1，当汽车4靠近供电单元3并且供电侧线圈7和受电侧线圈9在轴向上彼此面对时，供电侧线圈7和受电侧线圈9通过电磁感应而耦合，以从供电单元3向受电单元5以非接触的方式供电。

即，从直流电源(未示出)的直流电力转换到高频电力(频率f(MHz))的电力供给到供电侧线圈7。这是因为直流电不能在空间中传播。通过在空间中的自由传播，高频电力从供电侧线圈7传输到受电侧线圈9。传输到受电侧线圈9的高频电力通过这样的整流器(未示出)转换成直流电力。从而直流电力能够以非接触的方式从供电侧传输到受电侧。

供电侧线圈7和受电侧线圈9以相同的方式构造。线圈的两端称为端口，供电侧线圈7的两端为供电端口，受电侧线圈9的两端为受电端口。与线圈并联连接的供电侧变容器8和受电侧变容器11用于执行由线圈和电容构成的谐振电路的谐振频率调节以及在端口中的阻抗匹配。而且，可以平行地使用铁氧体，用于提高在低频的效率，但在图5的构造中未示出铁氧体。此处，作为实例，线圈的直径是60mm，构造线圈的铜线的直径是1.2mm，线圈的匝数是5匝，端口的阻抗是50Ω，将描述仿真结果，但其它值可以是有效的。

当在供电侧变容器8和受电侧变容器11的电容Cp是固定的情况下，供电侧线圈7和受电侧线圈9之间的距离是变化的时，图7A示出了频率对传输效率的特性，并且图7B示出频率对反射的特性。在图7A的频率对传输效率特性中，特性曲线A至F分别示出在距离d为2mm、4mm、6mm、8mm、12mm和16mm的情况下的传输效率的特性d2_(S21)²、d4_(S21)²、d6_(S21)²、d8_(S21)²、d12_(S21)²和d16_(S21)²。在图7B的频率对反射特性中，特性曲线A至F也分别示出了在距离d为2mm、4mm、6mm、8mm、12mm和16mm的情况下的反射特性d2_(S11)²、d4_(S11)²、d6_(S11)²、d8_(S11)²、d12_(S11)²和d16_(S11)²。

在图7A和7B中，当供电侧线圈7与受电侧线圈9之间的线圈间距离d达到供电侧线圈7与受电侧线圈9临界耦合的预定值时，优化了阻抗匹配以最大化传输效率并且最小化反射损失(参见特性曲线B)。当线圈间距离d增加超过预定值，使得变成松散耦合时，不能实现阻抗匹配，从而反射损失变大(特性曲线C-F)。而且，当线圈间距离d变得太窄使得变为过耦合时，谐振频率变得分为两个，并且带宽变窄，但是在两个谐振频率中传输效率和反射损失变得与临界耦合的大致相同(特性曲线A)。

在该实例中，Cp固定为1500pF(谐振频率＝2.8MHz)，但是在该值处，在d＝4mm处(预定值)获得(没有反射)最优阻抗匹配，并且在d＝4mm处获得最大传输效率(临界耦合)。然而，在d＞4mm处，无法实现阻抗匹配，并且反射损失变得增加，这引起传输效率的下降。不利地，在d＜4mm或者d＝2mm的情况下，例如，发生过耦合，并且谐振频率分为两个，其带宽变窄。从而，当固定Cp时，在距离变化的情况下，在传统领域中引起了传输效率的下降。

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