移動體用非接觸充電裝置及移動體用非接觸充電方法
【專利摘要】提供一種移動體用非接觸充電裝置及移動體用非接觸充電方法，以非接觸方式有效地向接收部的設置有制約的移動體傳輸電力。移動體用非接觸充電裝置具備：設置在電動汽車(100)中的受電裝置(110)；和不與受電裝置接觸的送電裝置(210)。受電裝置具備分散配置在電動汽車的規定的部位且用于接收來自外部的電力的多個受電線圈(140)。送電裝置具備與多個接收線圈相對應地配置在電動汽車的外部的規定位置且用于發送電力的多個送電線圈(240)。以非接觸的方式從多個送電線圈向多個受電線圈傳輸電力，對二次電池(130)進行充電。由于設置多個受電線圈，即使在設置面積或設置形狀有制約的情況下，也能夠有效地傳輸電力。
【專利說明】移動體用非接觸充電裝置及移動體用非接觸充電方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及移動體用非接觸充電裝置及移動體用非接觸充電方法。
【背景技術】
[0002]伴隨環境意識的提高和二次電池以及電動發動機的技術開發，提出了電動汽車、電動公交、電動卡車、電動二輪車等各種電動式的移動體。這些電動式移動體對二次電池進行充電，利用從二次電池提取出的電力來驅動電動發動機，得到推進力。
[0003]已知將電纜與二次電池連接來進行充電、或者采用非接觸式對二次電池進行充電的方法，由于使用電纜的方式作業麻煩，所以期待非接觸式的充電方法的開發(專利文獻
1、2)。
[0004]專利文獻I JP特開2011-258807號公報
[0005]專利文獻2 JP特開2011-176914號公報
[0006]電動汽車等移動體由于受到能設置受電裝置的場所的大小以及形狀的制約，短時間內對搭載于移動體的二次電池進行充電較為困難。例如，在車體的底板設置受電線圈的情況下，設置足夠面積的受電線圈較為困難，存在不能提高電力的傳輸效率的問題。

【發明內容】

[0007]因此，本發明的目的在于，提供在移動體的規定的部位分散配置多個接收部，并且在移動體的外部的規定位置配置與多個接收部相對應的多個發送部，由此能夠提高非接觸方式的電力傳輸效率的移動體用非接觸充電裝置以及移動體用非接觸充電方法。
[0008]為了解決上述課題，本發明涉及的移動體用非接觸充電裝置是用于以非接觸方式向移動體進行供電的移動體用非接觸充電裝置，具備:受電裝置，其設置于移動體；以及送電裝置，其被設置成不與受電裝置接觸；受電裝置具備分散配置在移動體的規定的部位且用于接收來自外部的電力的多個接收部；送電裝置具備與多個接收部相對應地配置在移動體的外部的規定位置且用于發送電力的多個發送部。
[0009]多個發送部為初級線圈，多個接收部為次級線圈，送電裝置可以利用電磁感應向受電裝置傳輸電力。
[0010](發明效果)
[0011]根據本發明，準備多個接收部并分散配置在移動體中，由于能夠從多個發送部向多個接收部以非接觸方式傳輸電力，所以能夠滿足移動體中的可設置面積等制約的同時提高電力傳輸的效率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是第I實施例的表示在移動體中設置了非接觸充電裝置的結構例的說明圖。
[0013]圖2是表示具有由I臺驅動變壓器驅動多個送電線圈的送電裝置、和并聯連接了多個受電線圈的受電裝置的非接觸充電裝置的例子的結構圖。[0014]圖3是第2實施例的表示具有由I臺驅動變壓器驅動多個送電線圈的送電裝置、和串聯連接了多個受電線圈的受電裝置的非接觸充電裝置的例子的結構圖。
[0015]圖4是第3實施例的表示由I臺驅動變壓器驅動多個送電線圈的送電裝置、和將并聯連接的多個受電線圈和串聯連接的多個受電線圈并聯連接而構成的受電裝置的例子的結構圖。
[0016]圖5是第4實施例的表示由I臺驅動變壓器驅動多個送電線圈的送電裝置、和將并聯連接的多個受電線圈和串聯連接的多個受電線圈串聯連接而構成的受電裝置的例子的結構圖。
[0017]圖6是第5實施例的表示由I臺驅動變壓器驅動多個送電線圈的送電裝置、和將并聯連接的多個受電線圈和并聯連接的多個受電線圈串聯連接而構成的受電裝置的例子的結構圖。
[0018]圖7是第6實施例的表示由I臺驅動變壓器驅動多個送電線圈的送電裝置、和將串聯連接的多個受電線圈和串聯連接的多個受電線圈并聯連接而構成的受電裝置的例子的結構圖。
[0019]圖8是第7實施例的表示由多臺驅動變壓器驅動多個送電線圈的送電裝置、和并聯連接了多個受電線圈的受電裝置的例子的結構圖。
[0020]圖9是第8實施例的表示由多臺驅動變壓器驅動多個送電線圈的送電裝置、和串聯連接了多個受電線圈的受電裝置的例子的結構圖。
[0021]圖10是第9實施例的表示由多臺驅動變壓器驅動多個送電線圈的送電裝置、和將并聯連接的多個受電線圈和串聯連接的多個受電線圈并聯連接而構成的受電裝置的例子的結構圖。
[0022]圖11是第10實施例的表示由多臺驅動變壓器驅動多個送電線圈的送電裝置、和將并聯連接的多個受電線圈和串聯連接的多個受電線圈串聯連接而構成的受電裝置的例子的結構圖。
[0023]圖12是第11實施例的表示由多臺驅動變壓器驅動多個送電線圈的送電裝置、和將并聯連接的多個受電線圈和并聯連接的多個受電線圈串聯連接而構成的受電裝置的例子的結構圖。
[0024]圖13是第12實施例的表示由多臺驅動變壓器驅動多個送電線圈的送電裝置、和將串聯連接的多個受電線圈和串聯連接的多個受電線圈并聯連接而構成的受電裝置的例子的結構圖。
[0025]圖14是第13實施例的表示采用多脈沖整流器來分配交流電源、并由多臺驅動變壓器驅動多個送電線圈的送電裝置、和將由串聯連接的多個受電線圈構成的群并聯連接而成的受電裝置的例子的結構圖。
[0026]圖15是第14實施例的表示采用多脈沖整流器來分配交流電源、并由多臺驅動變壓器驅動多個送電線圈的送電裝置、和具備多個包含串聯連接的多個受電線圈和二次電池在內的組的受電裝置的例子的結構圖。
[0027]圖16是第15實施例的從分散配置在屋內的多個墻壁面上的多個送電線圈向設置在移動體的各部分中的受電線圈傳輸電力的結構的說明圖。
[0028]符號說明:[0029]100:移動體，101:車體，110:受電裝置，120:交流-直流變換裝置，130:二次電池，140:受電線圈，200:交流電源，210:送電裝置，220:交流-直流變換裝置，230:驅動變壓器，230、240:送電線圈。
【具體實施方式】
[0030]以下，說明本發明的實施方式。在本實施方式中，如以下詳述，在以非接觸方式向移動體100傳輸電力的充電裝置中，米用一個或多個驅動變壓器230來驅動多個“諧振電容器C以及送電線圈240”部分。并且，在本實施方式中，從多個送電線圈240向串聯或并聯連接的多個受電線圈140通過利用例如電磁感應等原理來傳輸電力。收集由多個受電線圈140接收的電力后蓄積在二次電池130中。
[0031]因此，在本實施方式中，使用多個受電線圈和多個送電線圈，能夠通過多個路徑傳輸電力。由此，在存在設置場所等制約的移動體中，能夠提高電力傳輸效率。
[0032](實施例1)
[0033]使用圖1以及圖2來說明第I實施例。圖1表示在作為“移動體”的電動汽車100中設置了移動體用非接觸充電裝置的例子。
[0034]電動汽車100例如具備:車體101、前輪102、后輪103、電動發動機104、操縱裝置、照明裝置以及空調裝置(均未圖示)等。在本實施例中，示出后輪驅動的情況，電動發動機104例如設置在后輪103的車輪內部。
[0035]另外，電動汽車100的構成是一例，可以是前輪驅動方式，也可以是四輪全部驅動。此外，作為移動體，可以應用電動式卡車、電動式二輪車、電動式輪椅、電動式一人乘坐移動體(即個人機動車)等。
[0036]在車體101的例如底板部101A，分不同的場所來配置作為多個“接收部”的受電線圈140。各受電線圈140經由用于將交流電力變換為直流電力的交流-直流變換裝置120，與二次電池130連接。受電線圈140在基于電磁感應的電力傳輸中成為次級線圈。二次電池130其形式不是問題。作為二次電池130，例如，能夠使用鉛電池、鋰離子電池、鎳氫電池、鎳鎘電池等。
[0037]如后述，由一個或者多個受電線圈140以及交流-直流變換裝置120 (以下，受電線圈140等)形成群，在各群內，能夠將受電線圈140等并聯連接或串聯連接。為了得到期望的電壓值和/或電流值，可以采用適當并聯連接或串聯連接或者它們的組合的方式來連接受電線圈140等。
[0038]送電裝置210設置在電動汽車100的外部的規定位置。作為規定位置，例如，有電動汽車100的停車位置I等。送電裝置210具備作為與受電線圈140對應地配置有多個的“發送部”的送電線圈240。送電線圈240起到初級線圈的作用。
[0039]在此，將所謂送電線圈240的數目Ct和受電線圈140的數目Cr設定為2以上的自然數，但是兩者可以一致(Ct=Cr),也可以不一致(Ct>Cr或Ct〈Cr)。
[0040]在電動汽車100停止在規定位置的情況下，優選所有的受電線圈140分別與送電線圈240相對。但是，無需所有的受電線圈140與送電線圈240正確地相對。多個受電線圈140中某一個受電線圈140可以不與送電線圈240相f禹合。
[0041]交流-直流變換裝置220將來自交流電源200的交流電力變換為直流電力。驅動變壓器230將來自交流-直流變換裝置220的直流電力提供給各送電線圈240。各送電線圈240按照輸入電力來產生磁力線。該磁力線入射至對置的受電線圈140，產生流過受電線圈140的感應電流。如上述,各受電線圈140產生的電流蓄積在二次電池130中。
[0042]說明圖2的電路結構圖。送電裝置210具備一個交流-直流變換裝置220和一個驅動變壓器230。從一個驅動變壓器230向多個(所有)送電線圈240分配電力。與各送電線圈240并聯連接諧振電容器C。以下，在說明送電線圈240的情況下，敘述也包含諧振電容器C。在本實施例中，通過送電線圈240和諧振線圈C來構成“發送部”的一例。
[0043]受電裝置110具備與多個送電線圈240相對應的多個受電線圈140、和與各受電線圈140串聯連接的交流-直流變換裝置120。由受電線圈140和交流-直流變換裝置120構成一組接收電路。多組接收電路與二次電池130并聯連接。
[0044]以下，為了說明，對并聯連接了多個受電線圈140的受電線圈賦予符號141，對并聯連接了多個交流-直流變換裝置120的電路賦予符號121。
[0045]本實施例由于具備如上結構，所以起到如下效果。在本實施例中，在電動汽車100的車體101中設置多個受電線圈140。由此，例如，即使在例如電動乘用車這樣的存在設置面積或設置形狀等制約的情況下，僅配置必要數目的多個受電線圈，就能夠擴大受電線圈的總計面積。其結果，能夠有效地進行非接觸方式的電力傳輸。
[0046]在本實施例中，由于采用一個驅動變壓器230來并列驅動多個送電線圈240，所以能夠簡化送電裝置210的電路結構，也能夠降低制造成本。
[0047](實施例2)
[0048]使用圖3來說明第2實施例。包含本實施例的以下的各實施例由于相當于第I實施例的變形例，所以以與第I實施例的不同為中心來進行說明。
[0049]本實施例的受電裝置IlOA將多個受電線圈140以及交流-直流變換裝置120串聯連接，將接收到的電力蓄積在二次電池130中。對串聯連接而成的受電線圈賦予出符號142，對串聯連接而成的交流-直流變換裝置賦予符號122來進行說明。
[0050]這樣構成的本實施例也起到與第I實施例相同的作用效果。進一步地，在本實施例中，由于將各受電線圈140串聯連接起來，所以能夠提高向二次電池130的充電電壓，能夠得到期望的電壓值。
[0051](實施例3)
[0052]使用圖4來說明第3實施例。本實施例的受電裝置IlOB將并聯連接的受電線圈組141以及交流-直流變換裝置組121 (并聯連接群)、與串聯連接的受電線圈組142以及交流-直流變換裝置組122 (串聯連接群)并聯連接起來對二次電池130進行充電。
[0053]如果關注送電裝置210，則僅僅增加受電裝置IlOB所具有的受電線圈140，除了送電線圈240以及諧振電容器C也增加這一點以外，與在第I實施例中說明的送電裝置210的結構相同。
[0054]這樣構成的本實施例也起到與第I實施例相同的作用效果。進一步地，在本實施例中，通過并聯連接的受電線圈組141能夠增大充電電流值，通過串聯連接的受電線圈組142能夠增大充電電壓值。即，通過將并聯連接群和串聯連接群并聯連接起來，能夠容易得到期望的充電電流值以及充電電壓值。
[0055](實施例4)[0056]使用圖5說明第4實施例。本實施例的受電裝置IlOC將并聯連接的受電線圈組141以及交流-直流變換裝置組121、與串聯連接的受電線圈組142以及交流-直流變換裝置122串聯連接起來對二次電池130進行充電。這樣構成的本實施例也起到與第3實施例相同的作用效果。
[0057](實施例5)
[0058]使用圖6來說明第5實施例。本實施例的受電裝置IlOD將多個并聯連接的受電線圈組141以及交流-直流變換裝置組121 (并聯連接群)并聯連接起來對二次電池130進行充電。這樣構成的本實施例也起到與第3實施例相同的效果。
[0059](實施例6)
[0060]使用圖7來說明第6實施例。本實施例的受電裝置IlOE將多個串聯連接的受電線圈組142以及交流-直流變換裝置組122 (串聯連接群)并聯連接起來對二次電池130進行充電。這樣構成的本實施例也起到與第3實施例相同的效果。
[0061](實施例7)
[0062]參照圖8來說明第7實施例。本實施例的送電裝置2IOA采用各個驅動變壓器230來驅動多個送電線圈240。經由交流-直流變換裝置220將來自交流電源200的電力分配給各驅動變壓器230，從這些驅動變壓器230發送至送電線圈240。將由多個驅動變壓器230構成的群稱為驅動變壓器組231。受電裝置110與在第I實施例中敘述的受電裝置110相同。
[0063]這樣構成的本實施例起到與第I實施例大致相同的作用效果。在本實施例中，由于分別采用專用的驅動變壓器230來驅動多個送電線圈240，所以與第I實施例相比，部件數增加。但是，在本實施例中，即使在任一個驅動變壓器230發生了故障的情況下，也能夠以非接觸方式從其他的驅動變壓器230以及送電線圈240向受電裝置110發送電力。因此，在本實施例中，提高了耐障礙性以及可靠性。
[0064](實施例8)
[0065]使用圖9來說明第8實施例。在本實施例中，使分別由專用的驅動變壓器230驅動多個送電線圈240的送電裝置210A、和串聯連接了多個受電線圈140的受電裝置IlOA相耦合。這樣構成的本實施例也起到與第7實施例相同的作用效果。
[0066](實施例9)
[0067]使用圖10說明第9實施例。在本實施例中，使分別由專用的驅動變壓器230驅動多個送電線圈240的送電裝置210A、和將并聯連接的受電線圈組141和串聯連接的受電線圈組142并聯連接而成的受電裝置IlOB相耦合。這樣構成的本實施例也起到與第7實施例相同的作用效果。
[0068](實施例10)
[0069]使用圖11來說明第10實施例。在本實施例中，使分別由專用的驅動變壓器230驅動多個送電線圈240的送電裝置210A、和將并聯連接的受電線圈組141和串聯連接的受電線圈組142串聯連接而成的受電裝置IlOC相耦合。這樣構成的本實施例也起到與第7實施例相同的作用效果。
[0070](實施例11)
[0071]使用圖12說明第11實施例。在本實施例中，使分別由專用的驅動變壓器230驅動多個送電線圈240的送電裝置210A、和將多個并聯連接的受電線圈組141串聯連接而成的受電裝置IlOD相耦合。這樣構成的本實施例也起到與第7實施例相同的作用效果。
[0072](實施例12)
[0073]使用圖13說明第12實施例。在本實施例中，使分別由專用的驅動變壓器230驅動多個送電線圈240的送電裝置210A、和將多個串聯連接的受電線圈組142并聯連接而成的受電裝置IlOE相耦合。這樣構成的本實施例也起到與第7實施例相同的作用效果。
[0074](實施例13)
[0075]使用圖14說明第13實施例。本實施例的送電裝置210B經由多脈沖整流器250向多個交流-直流變換裝置220分配來自交流電源200的電力，各交流-直流變換裝置220向一個或多個驅動變壓器230提供電力。各驅動變壓器230驅動一個或多個送電線圈240。
[0076]例如，從公共的驅動變壓器230接受電力分配的3個驅動變壓器230 (I)?230 (3)分別驅動一個個送電線圈240。第4個驅動變壓器230 (4)并列驅動多個(例如2個)送電線圈240。圖14下側所示的第5個驅動變壓器230驅動一個送電線圈240。
[0077]受電裝置IlOE與圖13所述相同，并聯連接了多個串聯連接的受電線圈組142，由此對二次電池130進行充電。這樣構成的本實施例也起到與第7實施例相同的作用效果。
[0078](實施例14)
[0079]使用圖15說明第14實施例。在本實施例中，使在第13實施例(圖14)中說明的送電裝置210B和在第12實施例(圖13)中說明的受電裝置IlOE相耦合。這樣構成的本實施例也起到與第7實施例相同的作用效果。
[0080](實施例15)
[0081]使用圖16說明第15實施例。在本實施例中，說明移動體用非接觸充電裝置的其他設置方法。
[0082]建筑物2是用于容納電動汽車100的車庫、房屋等。在電動汽車100的車體101中，例如在底板部101A、兩側部101B、天花板部IOlC中分散配置一個或多個受電線圈140。
[0083]與配置在車體101的各部位的受電線圈140相對應地，在建筑物2的天花板部、兩側墻壁部、地板部配置一個或多個送電線圈240。受電線圈140以及送電線圈240的電連接可以使用在上述各實施例中敘述的構成的任一個。
[0084]在車體101的各部位中分散受電線圈140，與這些受電線圈140相對應地在建筑物2內配置多個送電線圈240。由此，電路的構成復雜化，但是能夠進一步增大用于電力傳輸的線圈面積，能夠以非接觸方式傳輸更多的電力。
[0085]在圖1中，示出了在車體101所具備的多個外面之中的一個面(底板面)側配置多個受電線圈140的例子，但是在圖16中，示出了在車體101所具備的多個外面之中的規定的多個面側設置多個受電線圈140的例子。
[0086]另外，本發明并不限于上述實施例。如果是本領域的技術人員，就能夠在本發明的范圍內進行各種追加、變更等。在各實施例中，敘述了采用電磁感應方式傳輸電力的情況，但是也可以取代這種方式，使用接收電波并變換為直流電力的電波方式、利用電場或磁場的諧振來傳輸電力的共振方式等。
[0087]進一步地，在各實施例中，以電動汽車為例進行了說明，但是也可以應用于如所謂的混合動力汽車這樣在并用內燃機和電動發動機的汽車中。[0088]此外，上述本發明能夠如以下所述那樣作為電動式移動體來把握。在以下的表現中，為了理解而引用附圖中的符號，但是并不限于附圖的構成。
[0089]“表現1:一種電動式移動體，是使用從外部傳輸的電力進行移動的電動式移動體100，具備:車體101 ;接收部140，多個該接收部140配置在上述車體的規定的面，并接收來自外部的電力；以及電路120，其使用由上述多個接收部接收到的電力來對二次電池130進行充電。”
【權利要求】
1.一種移動體用非接觸充電裝置，用于以非接觸方式向移動體進行供電，該移動體用非接觸充電裝置具備: 受電裝置，其設置于上述移動體；以及 送電裝置，其被設置成不與上述受電裝置接觸， 上述受電裝置具備分散配置在上述移動體的規定的部位、且用于接收來自外部的電力的多個接收部， 上述送電裝置具備與上述多個接收部相對應地配置在上述移動體的外部的規定位置、且用于發送電力的多個發送部。
2.根據權利要求1所述的移動體用非接觸充電裝置，其特征在于， 上述多個發送部為初級線圈， 上述多個接收部為次級線圈， 上述送電裝置利用電磁感應來向上述受電裝置傳輸電力。
3.根據權利要求2所述的移動體用非接觸充電裝置，其特征在于， 上述送電部通過至少一個驅動部來并列驅動上述多個發送部。
4.根據權利要求3所述的移動體用非接觸充電裝置，其特征在于， 與上述多個發送部分別并聯連接諧振電容器。
5.根據權利要求1所述的移動體用非接觸充電裝置，其特征在于， 通過并聯連接上述多個接收部來得到期望的電流。
6.根據權利要求1所述的移動體用非接觸充電裝置，其特征在于， 通過串聯連接上述多個接收部來得到期望的電壓。
7.根據權利要求1所述的移動體用非接觸充電裝置，其特征在于， 上述多個接收部被分組為多個群，決定按照上述多個群的每一個群進行并聯連接還是進行串聯連接，并且能夠將上述多個群彼此串聯連接或并聯連接。
8.根據權利要求3所述的移動體用非接觸充電裝置，其特征在于， 設置多個上述驅動部， 將交流電源變換為直流電源之前，將上述交流電源分配給上述多個驅動部。
9.根據權利要求3所述的移動體用非接觸充電裝置，其特征在于， 在將交流電源變換為直流電源之后分配給上述多個驅動部。
10.一種移動體用非接觸充電方法，用于以非接觸方式向移動體進行供電， 具備:受電裝置，其設置于上述移動體；以及送電裝置，其被設置成不與上述受電裝置接觸， 上述受電裝置具備分散配置在上述移動體的規定的部位、且用于接收來自外部的電力的多個接收部， 上述送電裝置具備與上述多個接收部相對應地配置在上述移動體的外部的規定位置、且用于發送電力的多個發送部， 在上述移動體在預先設定的規定區域內停車的情況下，從上述送電裝置經由上述多個發送部發送電力， 上述受電裝置將由上述多個接收部接收到的電力蓄積在二次電池中。
【文檔編號】H02J7/02GK103795131SQ201310515999
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2013年10月28日 優先權日:2012年10月29日
【發明者】今津真, 當麻貴則, 立川真, 馬場淳, 片山敏男 申請人:株式會社日立制作所