CN102214956B - 移动型非接触电力馈送设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及移动型非接触电力馈送设备。非接触电力馈送设备基于电磁感应的互感效应从电力传输线圈向电力接收线圈馈送电力。在这样的非接触电力馈送设备中，可以通过移动电力馈送方法将电力馈送到电力接收线圈，由此在电力馈送的情况下电力接收线圈通过气隙与固定的电力传输线圈对应地移动。以环形扁平结构分别形成电力传输线圈和电力接收线圈。交叉线圈被用作电力传输线圈。沿着电力接收侧的移动方向以长环形形成交叉线圈，并且交叉线圈在途中交叉以提供多个单元。然而，应该注意到可以与电力传输线圈一起使用谐振中继线圈以将交叉线圈用作它的中继线圈。
Description
技术领域
本发明涉及移动型非接触电力馈送设备，并且更特别地，涉及适合从固定的初级侧(即，电力馈送侧或轨道侧(track side))不经接触向移动的次级(secondary)侧(即电力接收侧或拾取侧)馈送电力的非接触电力馈送设备。
背景技术
已经基于需求开发了适合于无需比如电缆的机械接触向例如电动车辆的电池馈送电力的非接触电力馈送设备，并且该设备已用于实际的使用中。
在该非接触电力馈送设备中，基于电磁感应的互感应作用，电力从电力馈送侧的固定电力传输线圈通过气隙以紧密对应的方式馈送到装配于例如电动车辆的可移动物体上的电力接收侧的电力接收线圈。
停止类型的电力馈送方法是用非接触电力馈送设备馈送电力的典型示例，但是也已经开发出了便利的不需要故意停止以馈送电力的移动型电力馈送方法，并且该方法已用于实际的使用中。
参考停止类型的电力馈送方法，可移动物体在馈送电力的情况下需要停止，并且定位电力接收线圈以停止在电力传输线圈的上面或上方以馈送电力。相反，在移动型电力馈送方法中，在馈送电力的情况下不需要停止移动物体，并且当电力接收线圈移动至电力传输线圈附近时电力馈送就会起作用。
(现有技术的描述)
在下述专利文件1中公开的技术是移动型非接触电力馈送设备的典型示例。
然而，该非接触电力馈送设备适合于工厂等中使用的自动引导的车辆，但是具有不适合于用于在道路上行驶的电动车辆的劣势。换句话说，电力接收侧的电力接收线圈需要移动通过相对于电力馈送侧的固定电力传输线圈的非常接近的小的气隙。
为了克服专利文件1中公开的非接触电力馈送设备的这样的劣势，开发出了在下述专利文件2和3中公开的技术。
在专利文件2和3中公开的技术的特征在于：提供独立中继电路在电力馈送侧和/或电力接收侧作为谐振电路，并且将谐振电路的中继线圈置于气隙的磁路上。通过这样的布置，由这样的谐振中继方法组成的移动型非接触电力馈送设备使得能够通过大的气隙供给电力并且适合于馈送电力至例如电动车辆。
(专利文件)
【专利文件1】日本未审查专利公开No.H06-506099(PCT国际申请的日本翻译)；
【专利文件2】日本未审查专利公开No.2002-508916(PCT国际申请的日本翻译)；
【专利文件3】日本未审查专利公开No.2009-501510(PCT国际申请的日本翻译)。
(本发明的要解决的问题)
已经指出了移动型非接触电力馈送设备具有下述问题。
(电磁波影响)
在非接触电力馈送设备中，基于电磁感应的互感效应进行电力馈送。由于高频磁场(交流可变磁场)强效地(strongly)形成从而以很强的强度辐射(radiate)和扩散(diffuse)高频电磁波，有对周围环境造成不利影响的可能性。
例如，已经指出了在数十米至数百米以外的区域内，有引起例如可能的电磁干扰的电磁污染和电子干扰的风险，以及造成人类身体功能紊乱的风险。
在这些情况下，例如，在日本，无线电通信法对使用10k赫兹或更高频的装置设置限制，以使从这些装置辐射出的电磁波强度小于或等于规定的值。
(应对电磁波的手段)
相反地，在上述停止类型非接触电力馈送设备的情况下，容易采取电磁屏蔽的手段。换句话说，由于电力馈送侧的电力传输线圈的环(loop)很小，通过使用其中使用了电传导材料的电磁波屏蔽罩遮盖电力传输线圈，很容易反射、吸收和削弱辐射的电磁波至规定值水平(level)或更低。
相反地，在移动型非接触电力馈送设备的情况下，很难采取电磁屏蔽的措施。
换句话说，考虑到电力接收侧在移动的事实，电力馈送侧的电力传输线圈由沿移动方向以长而且大(massive)的环型构成并具有大的环区域。如此，不容易采取这样的电磁屏蔽措施以用电磁屏蔽罩遮盖电力传输线圈，并且结果，辐射电磁波容易到达邻近区域。
从而，将传统移动型非接触电力馈送设备设置并用于可用频率不超过规定值(即10k赫兹)的范围。
(问题)
参考非接触电力馈送设备，考虑到比如对电动车辆的普遍利用的需求，气隙的扩张是重要主题。
甚至在移动型非接触电力馈送设备中，考虑到这样的需求和主题开发了上述专利文件2和3中公开的技术，但是因为采用了谐振中继方法，从效率方面，那些技术的前提是使用10k赫兹或更高的高频交流电，例如程度为数十k赫兹至100k赫兹的高频交流电。
从而，如果采用该移动型非接触电力馈送设备，即向在高速公路或其他道路上行驶的电动车辆馈送电力，辐射到外面的电磁波变得更强，使得具有生成上述电磁污染的更大风险。因此，因为上述问题在现有条件下很难采用移动型非接触电力馈送设备。
发明内容
1.本发明
考虑到其中的实际条件，开发本发明的移动型非接触电力馈送设备以解决现有技术的问题。
因此本发明的目的是提供改良的移动型非接触电力馈送设备，在该设备中，首先，没有电磁污染的风险，其次，可以实现气隙的扩张，再次，可以对普遍使用的电动车辆做出贡献。
2.解决问题的手段
下面描述了与权利要求中一样的本发明的解决这些问题的技术手段。
(方面1)
提供了一种移动型非接触电力馈送设备，用于基于电磁感应的互感效应，从电力馈送侧电路的电力传输线圈向电力接收侧电路的电力接收线圈馈送电力。
通过移动电力馈送方法将电力馈送到电力接收线圈，由此电力接收线圈通过气隙与固定的电力传输线圈对应地移动。
以环形扁平结构分别形成电力传输线圈和电力接收线圈，交叉线圈被用作电力传输线圈。
沿着电力接收侧的移动方向以长环形形成交叉线圈，并且交叉线圈在途中交叉以提供多个单元。
此外，如下述方面2至15，根据本发明的移动型非接触电力馈送设备可以通过添加技术上有限的要素来修改。
(方面2)
在根据方面1的移动型非接触电力馈送设备中，以如下方式提供交叉线圈：在正方向和负方向上交替反转从由交叉形成的单元生成的磁场的方向。
(方面3)
在根据方面2的移动型非接触电力馈送设备中，以如下方式设置交叉线圈：在正方向上生成磁场的单元的面积与在负方向上生成磁场的单元的面积相等。
(方面4)
在根据方面1的移动型非接触电力馈送设备中，对应于电力接收侧电路的电力接收线圈布置中继电路的中继线圈。
中继电路独立于电力接收侧电路并且中继线圈与布置在中继电路中的电容器谐振并且与电力接收线圈一起移动。
(方面5)
在根据方面1的移动型非接触电力馈送设备中，通过侧面电力馈送方法实现电力馈送，并且电力馈送侧电路的电力传输线圈固定地布置在与路面或地面相对的垂直路侧部的侧面。
(方面6)
在根据方面1的移动型非接触电力馈送设备中，通过下部电力馈送方法实现电力馈送，并且电力馈送侧电路的电力传输线圈固定地布置在路面或地面的侧面。
(方面7)
在根据方面1的移动型非接触电力馈送设备中，例如电力接收线圈的电力接收侧电路装配在车辆例如汽车或其他可移动体上。
(方面8)
在根据方面1的移动型非接触电力馈送设备中，中继电路)的中继线圈对应于电力传输线圈固定布置，中继电路独立于电力馈送侧电路，中继线圈与布置在中继电路中的电容器谐振，并且在电力馈送的情况下，电力接收线圈通过气隙对应于中继线圈移动。
没有采用方面1中的交叉线圈作为电力馈送侧电路的电力传输线圈。而是采用交叉线圈作为中继电路的中继线圈。
(方面9)
在根据方面8的移动型非接触电力馈送设备中，对由交叉线圈组成的中继线圈的每一单元布置中继电路的电容器。
(方面10)
在根据方面8的移动型非接触电力馈送设备中，以如下方式提供交叉线圈：在正方向和负方向上交替反转从由交叉形成的单元生成的磁场的方向。
(方面11)
在根据方面10的移动型非接触电力馈送设备中，以如下方式提供交叉线圈：在正方向上生成磁场的单元的面积与在负方向上生成磁场的单元的面积相等。
(方面12)
在根据方面8的移动型非接触电力馈送设备中，对应于电力接收侧电路的电力接收线圈布置中继电路的中继线圈。
中继电路独立于电力接收侧电路并且中继线圈与布置在中继电路中的电容器谐振并与电力接收线圈一起移动。
(方面13)
在根据方面8的移动型非接触电力馈送设备中，通过侧面电力馈送方法实现电力馈送，并且电力馈送侧电路的电力传输线圈和与电力传输线圈相对应的中继电路)的中继线圈被固定地布置在与路面或地面相对的垂直路侧部的侧面。
(方面14)
在根据方面8的移动型非接触电力馈送设备中，通过下部电力馈送方法实现电力馈送，并且电力馈送侧电路的电力传输线圈和与电力传输线圈相对应的中继电路的中继线圈被固定地布置在路面或地面的侧面。
(方面15)
在根据方面8的移动型非接触电力馈送设备中，例如电力接收线圈的电力接收侧电路装配在车辆例如汽车或其他可移动物体上。
操作等
下面的条目(1)到(10)中描述本发明的操作等。
(1)在该非接触电力馈送设备中，电力馈送通过移动方法起作用。
(2)以如下方式提供非接触电力馈送设备：在电力馈送的情况下，电力传输线圈和/或其中继线圈以及电力接收线圈和/或其中继线圈通过气隙电磁耦合。
(3)以这样的方式，在该非接触电力馈送设备中，基于电磁感应的互感效应从电力馈送侧到电力接收侧进行电力馈送。
(4)在该非接触电力馈送设备中，强力地形成高频磁场从而通过由长且大(massive)的环形形成的电力馈送侧的电力传输线圈或者电力馈送侧的中继线圈强力辐射(radiate)电磁波。
(5)在本发明中，采用交叉线圈用作电力传输线圈或中继线圈。为由交叉线圈的交叉形成的每一单元生成的磁场的方向交替反转以提供反转极性。
(6)因而，每一磁场和朝邻近区域辐射的电磁波，一旦传播，会通过扩散彼此交迭，干扰，和抵消，并很大程度削弱。
(7)由于在该非接触电力馈送设备中采用谐振中继方法，可能不浪费电能而使得气隙大。
(8)在该非接触电力馈送设备中，谐振中继电路的中继线圈布置在电力馈送侧和/或电力接收侧。
(9)从而，更强力地形成高频磁场以更加强力地辐射电磁波，但是因为采用了交叉线圈，邻近区域的电磁波强度可以确定地减低。
(10)本发明的移动式非接触电力馈送设备具有下述第一，第二和第三效果。
3.本发明的效果
(第一效果)
首先，在本发明中，可以防止电磁污染的风险。根据本发明的移动式非接触电力馈送设备中采用交叉线圈以用作电力馈送侧的电力传输线圈或中继电路的中继线圈。形成了磁场朝邻近区域辐射，且一旦传播至邻近区域，单个电磁波彼此抵消并通过扩散削弱，以很大程度地减低其强度。
从而，可以确定地防止对邻近区域的环境的不利影响。如在这种传统非接触电力馈送设备中，在数十米至数百米以外的区域内，可以避免生成比如电磁干扰的电磁污染和电子干扰的风险，以及造成人类身体功能紊乱的风险。
(第二效果)
其次，本发明中可以实现气隙的扩张。
对于本发明的移动式非接触电力馈送设备，在电力馈送侧的电力传输线圈和电力接收侧的电力接收线圈之间采用了谐振中继方法。
在这样的布置下，可能不浪费电力而使气隙变大。在该非接触电力馈送设备中，因此可能在例如若干米的大的气隙上馈送若干千瓦量级或甚至更大的大量电力。
在这样的情况下，形成了更强的磁场以辐射更强的电磁波，但是通过采用交叉线圈可以避免生成电磁污染的风险。
(第三效果)
本发明可以对电动车辆的普遍使用做出贡献。如上所述，在本发明的移动式非接触电力馈送设备中，不但可以避免电磁污染，而且可以实现气隙的扩张。从而，可以采用移动式非接触电力馈送设备作为容易和安全的手段来对行驶在高速公路和其他道路上的电动车辆馈送电力。
然而，众所周知的电动车辆的普遍使用的瓶颈在于在其上装配的电池的高成本和高重量的结构。正相反，如果采用本发明的非接触电力馈送设备，可能容易地沿路给电池充电，并且结果可以实现电动车辆电池的小容量，减小尺寸，减少成本，减少重量等。
例如，通过连续在高速公路上安装本发明的非接触电力馈送设备的电力馈送侧以在电力接收侧对行驶的电动车辆的电池充电，也可能使高速公路上的电动车辆行驶很长距离。
如此，本发明能极大地有助于对在高速公路上行驶的电动车辆电力馈送及其普遍的利用。
从上述第一、第二和第三个效果中显而易见，本发明具有能够解决这一类传统非接触电力馈送设备的所有问题的良好效果。
附图说明
当结合附图时，本发明的上述和其他目标、特征和优点将从下面的说明书中显而易见。
图1是根据本发明的移动型非接触电力馈送设备的说明性透视图，其中图1A是第一实施例并且图1B是第二实施例；
图2是根据本发明的移动型非接触电力馈送设备的说明性透视图，其中图2A是第三实施例并且图2B是第四实施例；
图3是根据本发明的移动型非接触电力馈送设备的说明性透视图，其中图3A是第五实施例并且图3B是第六实施例；
图4是移动型非接触电力馈送设备的交叉线圈的说明性透视图，其中图4A示出它的基本原理并且图4B示出很难馈电的位置关系；
图5是根据本发明的移动型非接触电力馈送设备的说明性透视图，其中示出了在路上的电力馈送方法；
图6示出下部电力馈送方法的一个例子，其中图6A是说明性侧视图并且图6B是主要部分的说明性视图。
具体实施方式
现在将在下文中充分描述本发明的优选实施例。
(非接触电力馈送设备1)
首先，参考附图6大体描述了移动式非接触电力馈送设备1。提供了该非接触电力馈送设备1以基于电磁感应的互感效应，通过气隙A从电力馈送侧电路2的电力传输线圈3向电力接收侧电路4的电力接收线圈5馈送电力。
以如下方式提供了非接触电力馈送设备：电力馈送通过移动电力馈送方法起作用，由此，在电力馈送的情况下，电力接收线圈5通过气隙A对应于固定的电力传输线圈3移动。电力传输线圈3和电力接收线圈5分别由环形扁平结构形成。
将会进一步详细地描述这样的非接触电力馈送设备1。初级侧的电力馈送侧电路2，即电力馈送侧和轨道侧，固定地布置于地面、路面、在电力馈送台(stand)或其他电力馈送区域的地面6上方的楼面或另一部分。
次级侧的电力接收侧电路4，即电力接收侧和拾取侧，装配于比如电动车辆和电动火车的车辆7或其他可移动物体上。电力接收侧电路4不但对于传动(driving)可用，而且对于非传动可用。如附图6所示，电力接收侧电路4主要连接至车载电池8，但是也可以将它直接连接至不同类型的负载L(参见附图1至4)。
电力馈送侧电路2的电力传输线圈3连接至其中使用了高频反用换流器(inverter)的电源9。在如附图6所示的示例中电力接收侧电路4的电力接收线圈5可以连接至电池8，在其中通过电力馈送操作充电的电池8驱动运转的马达10。在该附图中附图标记11是将交流转换成直流的转换器，附图标记12是将直流转换为交流的反用换流器。
电力传输线圈3和电力接收线圈5分别具有扁平结构，在该结构上绝缘线圈导线在同一表面以环形缠绕例如许多次，并由沿可移动物体的移动方向B的长矩形圆环形形成。提供电力传输线圈3使之具有与电力接收线圈5相同的宽度，并由比电力接收线圈5长若干倍至数十倍的长而且大的环形形成。例如，电力传输线圈3可以具有5mx28cm的尺寸，而电力传输线圈5可以具有1mx28cm的尺寸。
电力馈送操作通过移动电力馈送方法起作用。换而言之，在电力馈送的情况下，电力接收侧电路4的电力接收线圈5以与电力馈送侧电路2的长而且大的电力传输线圈3紧密对应的方式移动或行驶，并且电力通过气隙A不经接触馈送。
其次，现在将描述电磁感应的互感效应。在电力传输线圈3和电力接收线圈5a间馈送电力的情况下，电力传输线圈3中形成了磁通量以生成电力接收线圈5中的感应电动势，从而从电力传输线圈3向电力接收线圈5馈送电力，这是众所周知并且用于实践中的。
换而言之，由电源9将例如大约10k赫兹至100k赫兹的高频交流电流应用于电力馈送侧电路2的电力传输线圈3作为激励电流，在电力传输线圈5的线圈导线周围生成磁场，并在与线圈表面垂直的方向上形成磁通量。该磁通量通过电力接收侧电路4的电力接收线圈5以互联(interlinkage)，其中生成感应电动势以形成磁场，从而使用形成的磁场馈送和接收电力。
在非接触电力馈送设备1中，在电力传输线圈3和电力接收线圈5间的气隙A中形成磁通量的磁路，以提供电力传输线圈3和电力接收线圈5的双方电路间的电磁耦合。在这样的方式下，实现了若干千瓦或更高例如数十千瓦至数百千瓦的电力供给。
移动式非接触电力馈送设备1如上所述。
(本发明的第一实施例)
下面将描述本发明的移动式非接触电力馈送设备1。首先，将参考附图1A描述本发明的第一实施例。
在第一实施例的非接触电力馈送设备1中，采用交叉线圈C作为电力馈送侧的电力馈送侧电路2的电力传输线圈3。
在电力馈送的情况下，提供包括电力馈送侧的交叉线圈C和电力接收侧的电力接收线圈5的电力传输线圈3，以形成它们之间的气隙A中的磁通量的磁路。在这样的方式下，电力传输线圈3(交叉线圈C)和电力接收线圈5电磁耦合以实现电力馈送(参考上面对非接触电力馈送设备1的大体描述)。
现在将参考附图4A描述交叉线圈C。电力馈送侧的交叉线圈C沿电力接收侧的移动方向B以长环形形成，并且在途中交叉以通过交叉提供多个单元D。
交叉线圈C符合上面对电力传输线圈3的描述并由扁平结构形成，在该结构中绝缘线圈导线在同一表面上以长而且大的环形缠绕例如很多转(在附图1A和4A以及其他附图中示出为一条线)。交叉线圈C在途中的交叉点E交叉以提供多个的分开和间隔的单元D。
交叉点E的数量，即交叉的数量，可以是单数的或复数的。在附图1，4A和其他附图中，交叉的数量为3以提供4个单元D。由交叉形成的每一单元D的面积(即，由单元D的绝缘线圈导线围绕的扁平表面的面积)设置为共同的，即，在附图1A，4A和其他附图中是相同的，但是也可以设置为不同的。
无论如何，对于如附图4A所示的交叉线圈C，在正方向和负方向上交替反转由交叉形成并串联连接的每一单元D间生成的磁场F的方向。
换而言之，当电流馈送至交叉线圈C时，生成对应于该电流的磁场，但是对于由交叉相邻形成的每一单元D互相反转电流的方向，结果，磁场的方向在正方向和负方向上交替反转。也就是，对于交叉线圈C，对于由交叉所连接的相邻每一单元反转磁场的北极和南极，以在相反方向生成磁场。
以这样的方式设置交叉线圈C以使在正方向生成磁场的单元D的面积(area)等于在负方向生成磁场的单元D的面积。
换而言之，提供交叉线圈C以使正方向上磁场的单元D的总面积等于负方向上磁场的单元D的总面积。要注意的是，总面积的“相等”不但包括完美匹配的情况，而且包括有很小差别的情况。在附图1A，4A和其他附图中，每一单元D的面积是共同的，即，如上所述相等，并且由此在正方向上的单元D和在负方向上的单元D数量相同，即，各两个。
在第一实施例中，采用这样的交叉线圈C(用作)作为传输线圈3。第一实施例如上所述。
(第二实施例)
下面将参考附图1B描述本发明的第二实施例。在第二实施例的非接触电力馈送设备1中，除第一实施例的结构以外，还有对应于电力接收侧电路4的电力接收线圈5布置的中继电路13的中继线圈14。
中继电路13独立于电力接收侧电路4并且其中继线圈14与布置于中继电路13的电容器15谐振。
将进一步描述这样的第二实施例的非接触电力馈送设备1。在第二实施例中，对于电力接收侧，电力接收侧中继电路13的中继线圈14以长环形紧密对应于并且匹配电力接收线圈5的尺寸而布置于电力接收侧电路4的电力接收线圈5的气隙A侧。
由中继线圈14和电容器15组成的中继电路13包括独立于电力接收侧电路4并以和电力馈送侧电路2的电源9的操作频率(即整个电路的操作频率)相匹配的谐振频率谐振的电路。在本说明书中，谐振电路也包括在其中使用极高频的磁谐振电路。
在根据第二实施例的非接触电力馈送设备中，由于在电力馈送的情况下中继线圈14与电容器15谐振，形成并电磁耦合了磁通量的磁路，并在电力传输线圈3(交叉线圈C)，中继线圈14和电力接收线圈5间实现了电力馈送，即使它们间有很大的气隙A。
在这样的方式下，在第二实施例中同交叉线圈C一起采用谐振中继方法。在第二实施例中，由于电力传输线圈3(交叉线圈C)和其他组件的结构符合上面第一实施例中所述，对它们给予同样的附图标记并省略它们的描述。
第二实施例如上所述。
(第三实施例)
下一个，将参考附图2A描述本发明的第三实施例。在第三实施例的非接触电力馈送设备1中，中继电路16的中继线圈17对应于电力传输线圈4固定布置。中继电路16独立于电力馈送侧电路2，并且中继线圈17与中继电路16中布置的电容器18谐振。
在电力馈送操作的情况下，电力接收线圈5通过气隙A对应于电力馈送侧的中继线圈17移动。
不同于第一和第二实施例，不采用交叉线圈C作为电力馈送侧电路2的电力传输线圈3，而是采用交叉线圈C作为中继电路16的中继线圈17。
将进一步描述第三实施例的非接触电力馈送设备1。在第三实施例中，对于电力馈送侧，电力馈送侧中继电路16的中继线圈17紧密对应于电力馈送侧电路2的电力传输线圈3的气隙A侧布置。
由中继线圈17和电容器18组成的中继电路16由独立于电力馈送侧电路2的电路组成，也由谐振电路组成，该谐振电路以与电力馈送侧电路2的电源9的操作频率匹配的整个电路的谐振频率谐振。
在第三实施例中，不同于上述的第一和第二实施例，采用交叉线圈C作为这样的中继电路16的中继线圈17。参考第一实施例中对于交叉线圈C的详细描述。在第三实施例中，仅对中继电路16提供一个电容器18，该电容器18对于中继线圈17(交叉线圈C)的每一单元D共有。
此外，在第三实施例中，考虑到长而且大的环形交叉线圈C被用作中继线圈17的事实，电力馈送侧电路2的电力传输线圈3并不形成为上面的一般的示例和第一及第二实施例中所述的长而且大的环形，而是短而且小的矩形。
附图标记19是布置在电力馈送侧电路2中的电容器。由于这样的安排，由电力传输线圈3和电容器19组成的电力馈送侧电路2变为以与电力源9的操作频率匹配的谐振频率谐振的谐振电路。在如附图2A所示的实施例中，电容器9并行布置，但是在电力传输线圈3很大，它的电感变大，且很难应用电流的情况下(参考后面所述的附图3的第五和第六实施例)，可以串联布置。
参考第三实施例，在电力馈送的情况下，由于电力传输线圈3与电容器19谐振并且中继线圈17(交叉线圈C)与电容器18谐振，确定地形成并电磁耦合了磁通量的磁路，并且在电力馈送侧上的电力传输线圈3和中继线圈17(交叉线圈C)，以及电力接收侧上的电力接收线圈5之间实现了电力馈送，即使在它们之间有很大的气隙A。
在这样的方式下，在第三实施例中与交叉线圈C一起采用谐振中继方法。在第三实施例中，由于交叉线圈C和其他组件的结构符合上面第一实施例中所述，对它们给予同样的附图标记并省略它们的描述。
第三实施例如上所述。
(第四实施例)
下面将参考附图2B描述本发明的第四实施例。在第四实施例的非接触电力馈送设备1中，除了上述第三实施例的结构之外，电力接收侧中继电路13如在第二实施例中布置。
在这样的方式下，在第四实施例中与交叉线圈C一起采用多种谐振中继方法。在第四实施例中，由于中继线圈17(交叉线圈C)，中继线圈14和其他组件的结构符合上面第二和第三实施例中所述，对它们给予同样的附图标记并省略它们的描述。
第四实施例如上所述。
(第五实施例)
下一个，将参考附图3A描述本发明的第五实施例。在第五实施例的非接触电力馈送设备1中，除上述第三实施例的结构以外，中继电路16的电容器18布置在中继线圈17(交叉线圈C)的至少两个单元中。如同在附图3A中典型地示出，对于每一单元D布置电容器18。
尽管对上述第三实施例的中继电路16仅提供了对于每一单元D共有的一个电容器18，在第五实施例中布置了多个电容器18。
如下是布置多个电容器18的原因。如果由谐振电路组成的中继电路16的中继线圈17(交叉线圈C)沿移动方向B变长，电感变大。为了保持谐振频率不变，必须以与电感量成反比例减小用于谐振的电容器18的电容。
电路中电容器18的电容与串联连接的数量成反比例。因而可能通过增加相同电容的电容器18的串联连接数量和通过减小整个电容器18的电容来保持谐振频率与最初预期的相同。
对于上述原因，在第五实施例中增加电容器18的串联连接的数量。作为典型示例，对于中继线圈(交叉线圈C)的每一单元D布置电容器18。由于这样的安排，有稳定地发生中继线圈17(交叉线圈C)进一步变长和大的劣势。
在这样的方式下，在附图5中，采用了交叉线圈C和谐振中继方法并且使用了多个用于谐振的电容器18。由于交叉线圈C和其他组件的结构符合上面附图3中所述，对它们给予同样的附图标记并省略它们的描述。
第五实施例如上所述。
(第六实施例)
下面将参考附图3B描述本发明的第六实施例。在第六实施例的非接触电力馈送设备1中，除上述第五实施例的结构之外，电力接收侧中继电路13如在第二及第四实施例中布置。
在这样的方式下，在第六实施例中同交叉线圈C一起采用多种谐振中继方法。在第六实施例中，由于中继线圈17(交叉线圈C)，中继线圈14和其他组件的结构符合上面第二和第五实施例中所述，对它们给予同样的附图标记并省略它们的描述。
第六实施例如上所述。
(非接触电力馈送设备1的部署等)
下一个，将参考附图5和6描述移动式非接触电力馈送设备1的部署等。
首先，非接触电力馈送设备1的次级侧，即电力接收侧和拾取侧，换句话说，比如电力接收线圈5的电力接收侧电路4和比如中继线圈14的电力接收侧中继电路13，装配在例如电动汽车或其他可移动物体的车辆上。
非接触电力馈送设备1的初级侧，即电力馈送侧或轨道侧，换句话说，比如电源9和电力传输线圈3的电力馈送侧电路2和比如中继线圈17的电力馈送侧中继电路16，固定地布置于地面，路面，在地面6上方的楼面或另一部分。
将进一步描述在电力馈送侧移动式非接触电力馈送设备1的部署等。侧面电力馈送方法和下部电力馈送方法是移动式非接触电力馈送设备1使用的典型电力馈送方法。
参考侧面电力馈送方法，在电力馈送侧的电力传输线圈3(交叉线圈C)和中继线圈17(交叉线圈C)固定地布置于垂直路侧部21的侧面，例如在地面6上方的部分的侧面上相对于道路20的路面或地面的路肩的墙面(对于上述第三至第六实施例，参考附图5的左侧道)。当然，对于电力接收侧，电力接收线圈5和中继线圈14布置于比如电动车辆的车辆7或其他可移动物体的侧面部分。
在下部电力馈送方法的情况下，在电力馈送侧的电力传输线圈3和中继线圈17通过嵌入式方法等，固定布置于地面6上方的部分的侧面上的道路20的路面或地面(对于上述第一和第二实施例，参考附图6，并且对于第三至第六实施例，参考附图5的右侧道)。当然，对于电力接收侧，电力接收线圈5和中继线圈14布置于例如电动车辆的车辆7或其他可移动物体的底部部分。
侧面电力馈送方法在安装成本，可靠性的维护等方面胜过下部电力馈送方法。附图5的附图标记22是中心间隔物。在其中电力传输线圈3和中继线圈17固定布置于中心间隔物的配置也是侧面电力馈送方法的一部分。
无论如何，如附图5所示，存在很多情况，其中沿行进(running)方向(即例如电动车辆的车辆7的移动方向B)布置多个电力馈送侧。
在电力馈送侧的每一电力传输线圈3(交叉线圈C)的每一单元D和在电力馈送侧的每一中继线圈17(交叉线圈C)的每一单元D安装成一排，即在沿移动方向B的电力馈送区域的整个长度上以实际上的带状模式安装。整个长度在数十至数百米之间变化。
非接触电力馈送设备1的部署等如上所述。
(操作等)
本发明的移动式非接触电力馈送设备1如上述构造。在下面条目(1)至(10)中将描述本发明的操作等。
(1)在非接触电力馈送设备1中，通过移动电力馈送方法进行电力馈送。换句话说，在电力馈送的情况下，装配在比如电动车辆的车辆7或其他可移动物体上的次级侧，即在电力接收侧或拾取侧的电力接收线圈5(参考第一至第六实施例)和中继线圈14(参考第二，第四和第六实施例)移动或行进。这些电力接收线圈5和中继线圈14移动或行进，通过气隙不经接触，紧密对应于固定布置于地面6上方的道路20或另一部分的初级侧，即在电力馈送侧或轨道侧的电力传输线圈3(参考第一和第二实施例)和中继线圈17(参考第三至第六实施例)。
(2)在电力馈送的情况下，在非接触电力馈送设备1的电力馈送侧，从电源9向电力馈送侧电路2的电力传输线圈3应用高频交流电流作为激励电流。在这种方式下，在电力馈送侧和电力接收侧之间通过气隙A形成并电磁耦合了磁通量的磁路。
换句话说，在电力传输线圈3(交叉线圈C)和电力接收线圈5之间(参考第一实施例)，在电力传输线圈3(交叉线圈C)，中继线圈14和电力接收线圈5之间(参考第二实施例)，在电力传输线圈3，中继线圈17(交叉线圈C)和电力接收线圈5之间(参考第三和第五实施例)，或者在电力传输线圈3，中继线圈17(交叉线圈C)，中继线圈14和电力接收线圈5之间(参考第四和第六实施例)形成并电磁耦合了磁通量的磁路。
(3)在这样的方式下，以如下方式提供非接触电力馈送设备1：基于电磁感应的互感效应，从电力传输线圈3和/或中继线圈17向中继线圈14和/或电力接收线圈5馈送电力。换句话说，从初级侧(即电力馈送侧或轨道侧)向次级侧(即电力接收侧或拾取侧)进行电力馈送。详细地，从长且大的交叉线圈C的每个单元D(电力传输线圈3和中继线圈17)向紧密对应于每个单元D移动的中继线圈14和电力接收线圈5顺序地馈送电力。
(4)在这种类型的非接触电力馈送设备1中使用大约10k赫兹到100k赫兹的高频交流电流。由于使用这样的高频交流电流基于电磁感应的互感效应进行电力馈送，所以形成大强度的高频磁场(交流磁场)以辐射强的高频电磁波。
此外，用于辐射这样的高频磁场和高频电磁波的电力馈送侧上的电力传输线圈3或中继线圈17以长且大环形形成并且提供成一排，即在电力馈送区域的整个长度上在数十至数百米之间以实际上的带形提供。
(5)由此，在本发明中，交叉线圈C被用作电力传输线圈3(参考第一和第二实施例)或者交叉线圈C被用作中继线圈17(参考第三到第六实施例)。
以如下方式提供交叉线圈C：从由交叉形成的每个单元D生成的磁场的方向变成了反转极性区，并且在正方向和负方向上交替反转。
(6)在形成每个单元D之后，在相邻区域抵消并弱化了向外面辐射并从电力馈送区域逐渐扩散的磁场，在该电力馈送区域中非接触电力馈送设备1的电力馈送侧被提供给相邻区域，例如数十米至数百米之外。换句话说，当将彼此相邻的正方向的磁场和负方向的磁场传播到相邻区域时，通过扩散彼此传播、交叠和干扰。这两个磁场形成了合成磁场并且基于反转的极性彼此抵消，并且结果很大程度地减小了磁场强度。
由此，很大程度上减小了辐射出非接触电力馈送设备1的电力馈送侧的所有电磁波，从而在远离非接触电力馈送设备1的区域中显著地降低强度。由此，电场和磁场向外扩散，即，在数量上减少了电力线和磁力线并且在数量上降低了强度。
如上所述，因为在正方向的磁场和在负方向的磁场的抵消是重要的，所以实现设置交叉线圈C以使得在正方向上生成磁场的每个单元D的整个面积等于在负方向上生成磁场的每个单元D的整个面积的操作是有效的。这种情况下相等不但包括完美匹配的情况，而且包括有很小差别的情况。
(7)另一方面，在该非接触电力馈送设备1中采用谐振中继方法。即，以如下方式提供非接触电力馈送设备1：在电力馈送侧的电力传输线圈3和电力接收侧的电力接收线圈5之间布置谐振中继电路16的中继线圈17(交叉线圈C)(参考第三到第六实施例)和谐振中继电路13的中继线圈14(参考第二、第四和第六实施例)，从而在它们之间提供电磁耦合。在这个非接触电力馈送设备1中，通过谐振将大的激励反应电力馈送给气隙A的磁路。
当采用谐振中继方法时，通过谐振可以改善气隙电力馈送效率并且可以使得气隙A是大的而不浪费提供的电能。
(8)现在考虑本发明的每个实施例的气隙A。与第一实施例相比，在第二实施例的电力接收侧使用与电力馈送侧的电力传输线圈13(交叉线圈C)谐振的中继线圈14。由此即使气隙A是大的，也可以在它们之间更确定地进行电磁耦合。
此外，由于中继线圈14被紧凑地布置以面向电力接收线圈5，所以它们之间的电磁耦合的程度是非常高的。参考第二实施例，通过使用中继线圈14可以使得气隙A更大。
在第三和第五实施例中，因为在电力馈送侧使用了通过谐振电磁耦合的电力传输线圈3和中继线圈17(交叉线圈C)，所以通过它们的使用可以使得气隙A变大。
此外，在第四和第六实施例中，因为将谐振中继线圈14加入到的电力接收侧，所以可以使得气隙A更大。
(9)通过采样这样的谐振中继方法，在这个非接触电力馈送设备1中使用大于10k赫兹(例如大约10k赫兹到100k赫兹)的高频交流电流，并且由此形成更强的磁场以辐射更强的电磁波。
然而，通过采用如上所述的交叉线圈C，确信以减少磁场的强度和辐射到相邻区域的电磁波。由此，可以避免电磁波对于相邻区域的不利影响。
(10)对于交叉线圈C(电力传输线圈3和中继线圈17)，在移动的电力接收线圈5或中继线圈14被紧凑地布置以对应于交叉点E的情况下，电力馈送变得暂时困难。
此外，与每个单元D区域不同，在交叉点E立即形成其中正方向的磁场和负方向的磁场彼此抵消的合成磁场，从而立即生成一直为零的电力馈送。
换句话说，对于在交叉线圈C(电力传输线圈3或中继线圈17)的每个单位D区域中形成的每个磁场，关于在正方向磁场的位置和负方向磁场的位置不能干扰并且在形成的时候立即抵消。由此，通过在每个单元D区域上形成的每个磁场，在时间上对以紧凑的对应方式移动的电力接收线圈5或中继线圈14进行平滑的电力馈送。
在交叉点E，如上述相邻区域中所述，形成了合成磁场，其中在正方向的磁场和在负方向的磁场干扰并相互抵消。由此，在形成磁场的时候在交叉点E立即形成这样的干扰并抵消的合成磁场，而在相邻区域，仅在每个单元D区域中形成的磁场辐射和扩散的时候形成这样的合成磁场，换句话说，仅在磁场被传播到远程相邻区域时形成这样的合成磁场。
例如电动车辆的车辆7可以通过已经被充电并且几乎可以忽略影响的电池的电力经过这样的交叉点E。
上面描述了操作等。
附图标记的说明
1：非接触电力馈送设备 2：电力馈送侧电路 3：电力传输线圈
4：电力接收侧电路 5：电力接收线圈 6：地面上的部分
7：车辆 8：电池 9：电源 10：马达 11：转换器 12：反用换流器
13：中继电路 14：中继线圈 15：电容器 16：中继电路 17：中继线圈
18：电容器 19：电容器 20：道路 21：垂直路侧部 22：中心隔离物
A：气隙 B：移动方向 C：交叉线圈 D：单元 E：交叉点
F：磁场方向 L：负载
Claims (11)
1.一种移动型非接触电力馈送设备（1），用于基于电磁感应的互感效应，从电力馈送侧电路（2）的电力传输线圈（3）向电力接收侧电路（4）的电力接收线圈（5）馈送电力，其特征在于，
通过移动电力馈送方法将电力馈送到电力接收线圈（5），由此电力接收线圈（5）通过气隙（A）与固定的电力传输线圈（3）对应地移动，以环形扁平结构分别形成电力传输线圈（3）和电力接收线圈（5），交叉线圈（C）被用作电力传输线圈（3），其中沿着电力接收侧的移动方向（B）以长环形形成交叉线圈（C），并且交叉线圈（C）在途中交叉以提供多个单元（D），交叉线圈（C）是由环形缠绕的线圈导线构成的，并且呈长矩形圆环形，交叉线圈（C）从由交叉形成的各单元（D）生成的磁场（F）的方向在正方向和负方向上交替反转，由于磁场（F）的方向交替反转，因此朝邻近区域辐射的磁场相互抵消并削弱，从而可以防止电磁污染；
其中，以如下方式设置交叉线圈（C）：在正方向上生成磁场的单元（D）的面积与在负方向上生成磁场的单元（D）的面积相等。
2.根据权利要求1所述的移动型非接触电力馈送设备（1），其中对应于电力接收侧电路（4）的电力接收线圈（5）布置中继电路（13）的中继线圈（14），中继电路（13）独立于电力接收侧电路（4）并且中继线圈（14）与布置在中继电路（13）中的电容器（15）谐振并且与电力接收线圈（5）一起移动。
3.根据权利要求1所述的移动型非接触电力馈送设备（1），其中，通过侧面电力馈送方法实现电力馈送，并且电力馈送侧电路（2）的电力传输线圈（3）固定地布置在与路面或地面相对的垂直路侧部的侧面。
4.根据权利要求1所述的移动型非接触电力馈送设备（1），其中，通过下部电力馈送方法实现电力馈送，并且电力馈送侧电路（2）的电力传输线圈（3）固定地布置在路面或地面的侧面。
5.根据权利要求1所述的移动型非接触电力馈送设备（1），其中电力接收侧电路（4）例如电力接收线圈（5）被装配在车辆（7）例如汽车或其他可移动体上。
6.根据权利要求1所述的移动型非接触电力馈送设备（1），其中，中继电路（16）的中继线圈（17）对应于电力传输线圈（3）固定布置，中继电路（16）独立于电力馈送侧电路（2），中继线圈（17）与布置在中继电路（16）中的电容器（18）谐振，并且在电力馈送的情况下，电力接收线圈（5）通过气隙（A）对应于中继线圈（17）移动，并且其中权利要求1所述的交叉线圈（C）不被用作电力馈送侧电路（2）的电力传输线圈（3），而是交叉线圈（C）被用作中继电路（16）的中继线圈（17）。
7.根据权利要求6所述的移动型非接触电力馈送设备（1），其中，对由交叉线圈（C）组成的中继线圈（17）的每一单元（D）布置中继电路（16）的电容器（18）。
8.根据权利要求6所述的移动型非接触电力馈送设备（1），其中，对应于电力接收侧电路（4）的电力接收线圈（5）布置中继电路（13）的中继线圈（14），中继电路（13）独立于电力接收侧电路（4）并且中继线圈（14）与布置在中继电路（13）中的电容器（15）谐振并与电力接收线圈（5）一起移动。
9.根据权利要求6所述的移动型非接触电力馈送设备（1），其中，通过侧面电力馈送方法实现电力馈送，并且电力馈送侧电路（2）的电力传输线圈（3）和与电力传输线圈（3）相对应的中继电路（16）的中继线圈（17）被固定地布置在与路面或地面相对的侧部的侧面。
10.根据权利要求6所述的移动型非接触电力馈送设备（1），其中，通过下部电力馈送方法实现电力馈送，并且电力馈送侧电路（2）的电力传输线圈（3）和与电力传输线圈（3）相对应的中继电路（16）的中继线圈（17）被固定地布置在路面或地面的侧面。
11.根据权利要求6所述的移动型非接触电力馈送设备（1），其中电力接收侧电路（4）例如电力接收线圈（5）被装配在车辆（7）例如汽车或其他可移动体上。
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