技术领域
[0001] 本发明涉及一种非接触供电系统。
[0002] 本申请根据2012年10月1日在日本申请的日本特愿2012-219276号而主张其优先权，在这里引用其内容。
相关背景技术
[0003] 专利文献1公开了一种非接触供电装置，其具备对电动汽车的二次线圈(受电线圈)进行非接触供电的一次线圈(供电线圈)，即使电动汽车的停止位置偏离也能够不有损于供电效率地进行供电。该非接触供电装置具备平板状的一次线圈保持体，其在前方的下部设置开口，从该开口在水平方向进退自由地进行驱动并且内置有一次线圈，通过在电动汽车的二次线圈的下方使一次线圈保持体进行水平移动，使二次线圈和一次线圈相向来进行非接触供电。另外，在该非接触供电装置中，该开口的上缘部相对于一次线圈保持体的上表面可滑动地接触，即使在一次线圈保持体上(一次线圈的上方)载有异物的情况下，也能够去除该异物。
[0004] 现有技术文献
[0005] 专利文献
[0006] 专利文献1：日本特开2010-70048号公报
具体实施方式
[0025] 以下参照附图对本发明的实施方式进行说明。
[0026] [第一实施方式]
[0027] 首先说明第一实施方式。如图1所示，第一实施方式的非接触供电系统具备埋设在地面的地上供电装置S和从地上供电装置S接受供电的车辆M。这样的非接触供电系统根据作为非接触供电方式之一的磁共振方式从地上供电装置S向车辆M非接触供给电力。
[0028] 地上供电装置S被埋设在例如交叉点或道口的停车位置、或者停车场的停车位置等，对于停在这些停车位置的车辆M进行非接触供电。如图1所示，这样的地上供电装置S具备电源1、整流电路2、供电电路3、供电线圈4、柔性罩5、供电用供气排气机构6以及供电用控制部7。另外，供电用供气排气机构6以及供电用控制部7是本实施方式的气体供给单元。
[0029] 电源1是输出端与整流电路2的输入端连接，把向车辆M供电所需要的交流电力提供给整流电路2的交流电源。这样的电源1例如是供给200V或400V等的三相交流电力或者供给100V的单相交流电力的系统电源。
[0030] 整流电路2的输入端与电源1连接，输出端与供电电路3连接。这样的整流电路2将从电源1供给的交流电力进行整流转换为直流电力，将该直流电力输出给供电电路3。
[0031] 供电电路3的输入端与整流电路2连接，输出端与供电线圈4的两端连接。这样的供电电路3是一种逆变器，其具备与供电线圈4构成供电侧共振电路的共振用电容器，根据从供电用控制部7输入的控制指令将从整流电路2供给的直流电力转换为频率比电源1的交流电力高的交流电力(高频电力)，将其供给给供电线圈4。
[0032] 供电线圈4是具有预定的线圈直径的螺旋线圈，以将线圈轴设为上下方向(垂直方向)的姿势，并且在地表面上露出的状态或者通过塑料等非磁性材料进行了成型的状态下设置在上述的停车位置上。这样的供电线圈4的两端与供电电路3的输出端连接，通过从上述供电电路3供给高频电力而产生磁场，由此对车辆M非接触进行供电。
[0033] 柔性罩5是使橡胶等自由伸缩的弹性材料形成为膜状的一种气球，以内包供电线圈4的状态设置在地面上。另外，柔性罩5被密封，当从供电用供气排气机构6供给气体(例如空气)时，向供电线圈4的周围膨胀(参照图3C)。这样的柔性罩5的内部空间被分割为多个区域。即，该柔性罩5的内部空间如图2A、图2B所示那样，相对于供电线圈4的上表面4a从垂直方向观察，同心圆状地被分割为4个区域5a～5d。另外，图2A是柔性罩5的膨胀过程中的状态(与图3B相同)的侧面的截面图，图2B是平面的截面图。另外，在本实施方式中，柔性罩5的内部空间被分割为4个区域5a～5d，但是分割数量不限于4个，可以是多个。
[0034] 供电用供气排气机构6是一种泵，其根据从供电用控制部7输入的控制指令向柔性罩5内供给气体，并且从柔性罩5排出气体。这样的供电用供气排气机构6具有4个供气排气管，各个供气排气管与柔性罩5的各个区域5a～5d连接。
[0035] 供电用控制部7是软件型控制装置，其具备微处理器和存储器等，根据预定的供电用控制程序发挥功能，控制供电电路3和供电用供气排气机构6。在后述的动作说明中对这样的供电用控制部7的详细处理进行说明。
[0036] 车辆M是由驾驶员驾驶来在道路上行驶的汽车，例如是将电力作为动力源进行行驶的电动汽车和混合动力汽车。如图1所示，这样的车辆M具备受电线圈11、受电电路12、充电电路13、电池14以及受电用控制部15。另外，在图1虽然进行了省略，但车辆M当然具备行驶电动机、方向盘以及刹车等行驶所需要的构成要素。
[0037] 受电线圈11是具有与地上供电装置S的供电线圈4大致相同的线圈直径的螺旋线圈，以线圈轴成为上下方向(垂直方向)的姿势设置在车辆M的底部，从而能够与供电线圈4相向。这样的受电线圈11的两端与受电电路12的输入端连接，当供电线圈4的磁场进行作用时通过电磁感应产生电动势，将该电动势输出到受电电路12。
[0038] 受电电路12的输入端与受电线圈11的两端连接，输出端与充电电路13的输入端连接。这样的受电电路12是一种整流电路，其具备与受电线圈11构成受电侧共振电路的共振用电容器，将从受电线圈11供给的交流电力转换为直流电力后供给给充电电路13。另外，设定受电电路12的共振用电容器的静电容量，以使供电侧共振电路的共振频率和受电测共振电路的共振频率成为相同的频率。
[0039] 充电电路13的输入端与受电电路12的输出端连接，输出端与电池14的输入端连接，将从受电电路12供给的电力(直流电力)对电池14进行充电。电池14是车辆M中配备的能够再充电的电池(例如锂离子电池或镍氢电池等二次电池)，将驱动电力供给给未图示的行驶电动机等。受电用控制部15是一种软件型控制装置，其具备微处理器和存储器等，根据预定的受电用控制程序发挥功能，并控制充电电路13。
[0040] 接着，对于这样构成的第一实施方式的非接触供电系统的动作进行说明。
[0041] 最初，对于非供电时的车辆M以及地上供电装置S的动作进行说明。车辆M的受电用控制部15在非供电时(例如用户进行的车辆的正常运行时)，使充电电路13停止。另一方面，地上供电装置S的供电用控制部7在非供电时，也就是作为供电对象的车辆M没有在停车位置停车时，使供电电路3停止，并且为了使柔性罩5完全进行收缩而使供电用供气排气机构6排出柔性罩5内的气体。
[0042] 之后，用户驾驶车辆M，使车辆M移动到地上供电装置S的设置场所并停车。车辆M的受电用控制部15根据未图示的超声波传感器或光传感器等位置传感器的输出，掌握地上供电装置S的设置位置。受电用控制部15如上述那样当根据超声波传感器或者光传感器等位置传感器的输出而检测出移动到地上供电装置S的上方时，使充电电路13开始充电动作。
[0043] 另一方面，地上供电装置S的供电用控制部7根据与车辆M相同且未图示的超声波传感器或者光传感器等位置传感器的输出而掌握车辆M的位置。供电用控制部7当根据超声波传感器或者光传感器等位置传感器的输出检测出车辆M移动到地上供电装置S的上方时，为了使柔性罩5完全进行膨胀而使供电用供气排气机构6供给气体。
[0044] 这里，供电用控制部7从区域5a开始，相对于供电线圈4的上表面4a从垂直方向观察，按照与径向相邻的区域5b、5c、5d的顺序错开时间地使供电用供气排气机构6供给气体。也就是说，供电用控制部7从柔性罩5的中心圆的区域5a开始，按照相邻的区域5b、5c、5d的顺序错开时间地使供电用供气排气机构6供给气体。
[0045] 这样柔性罩5按照区域5a、5b、5c、5d的顺序错开时间地被供给气体，因此在膨胀的过程中，成为能够将存在于自身上的垃圾等异物排除的特定形状。也就是说，柔性罩5在供给气体之前，如图3A所示，气体被完全排出因此成为塌陷的圆顶形状，但是如果开始供给气体，则按照区域5a、5b、5c、5d的顺序错开时间来供给气体，由此按照区域5a、5b、5c、5d的顺序膨胀，如图3B所示，从一点的顶点5e到边缘部5f成为具有陡峭倾斜的形状。因此，如图3B所示那样，异物在柔性罩5的倾斜面下降，从柔性罩5表面排除异物。
[0046] 之后，柔性罩5通过对各个区域5a～5d充分供给气体而膨胀，占据供电线圈4和受电线圈11之间的空间。也就是说，柔性罩5如图3C所示，通过膨胀以与从车辆M的底面露出的受电线圈11的下表面以及侧面接触的方式覆盖受电线圈11。这样，本实施方式能够防止异物侵入到供电线圈4和受电线圈11之间的空间。
[0047] 并且，供电用控制部7当使供电用供气排气机构6供给一定量的气体后罩的膨胀完成时，使供电电路3开始供电动作。另一方面，车辆M的受电用控制部15一边监视电池14的充电状态一边控制充电电路13，从而恰当地对电池14进行充电。受电用控制部15当检测到电池14成为充满电状态时，通过未图示的显示器等通知电池14成为充满电状态。并且，用户当通过未图示的显示器等识别出成为充满电状态时，驾驶车辆M，从地上供电装置S的设置场所移动。
[0048] 另一方面，地上供电装置S的供电用控制部7当根据未图示的超声波传感器或者光传感器等位置传感器的输出检测到车辆M进行了移动时，停止供电电路3的控制，并且控制供电用供气排气机构6，使柔性罩5完全收缩。
[0049] 根据这样的第一实施方式的非接触供电系统，柔性罩5在膨胀时，成为具有能够排除存在于自身上的异物的陡峭倾斜的形状，所以即使在不能移动供电线圈4的情况下，也能够去除存在于供电线圈4的上方的异物。另外，根据第一实施方式的非接触供电系统，柔性罩5通过膨胀占据供电线圈4和受电线圈11之间的空间，所以能够防止异物侵入到供电线圈4和受电线圈11之间的空间。
[0050] 另外，柔性罩5由橡胶等非导电性且非磁性的材料形成，因此供电线圈4产生的作用于受电线圈11的磁场不会受到柔性罩5的影响，非接触供电的效率不会下降。
[0051] [第二实施方式]
[0052] 接着，对于第二实施方式的非接触供电系统进行说明。
[0053] 第二实施方式的非接触供电系统具备柔性罩25来代替第一实施方式的柔性罩5，另外具备供气排气机构26来代替第一实施方式的供电用供气排气机构6。关于这之外的构成要素与第一实施方式相同。因此，在第二实施方式中对于与第一实施方式相同的构成要素省略说明。
[0054] 第二实施方式的柔性罩25如图4A、图4B所示，在膨胀时，内部空间被分割为覆盖供电线圈4上方的圆锥形的区域25a和区域25a的周围区域25b。另外，在本实施方式中，区域25a是圆锥形，这是为了与供电线圈4的上表面4a的形状(圆形)匹配，例如如果供电线圈4的上表面4a是四角形，则可以与供电线圈4的上表面4a的形状匹配而成为四角锥形。另一方面，供电用供气排气机构26具有2个供气排气管，各供气排气管与柔性罩25的各个区域25a、25b连接。
[0055] 接着，对这样构成的第二实施方式的非接触供电系统的动作进行说明。另外，对于和第一实施方式相同的动作省略说明。
[0056] 地上供电装置S的供电用控制部7当根据未图示的超声波传感器或者光传感器等位置传感器的输出而检测出车辆M移动到地上供电装置S的上方时，为了使柔性罩25完全地膨胀而使供电用供气排气机构26供给气体。
[0057] 这里，供电用控制部7从圆锥形的区域25a开始，相对于供电线圈4的上表面4a从垂直方向观察，对与径向邻接的区域25b错开时间地依次使供电用供气排气机构26供给气体。也就是说，供电用控制部7控制供电用供气排气机构26，以便从圆锥形的区域25a开始，在使圆锥形的区域25a完全膨胀后对周围的区域25b供给气体。
[0058] 这样，柔性罩25在膨胀的过程中，成为能够排除存在于自身上的异物的特定形状。也就是说，柔性罩25在开始供给气体时，只有圆锥形的区域25a进行膨胀，从而成为具有从一点的顶点25c到边缘部25d陡峭倾斜的形状。因此，异物在柔性罩25的陡峭倾斜面下降，从柔性罩25表面排除异物。
[0059] 并且，柔性罩25在圆锥形的区域25a膨胀后，通过对区域25b供给气体而膨胀，由此占据供电线圈4和受电线圈11之间的空间。
[0060] 也就是说，如图4A所示，柔性罩25通过膨胀，以与从车辆M的底面露出的受电线圈11的下表面以及侧面接触的方式覆盖受电线圈11。由此，本实施方式能够防止异物侵入到供电线圈4和受电线圈11之间的空间中。
[0061] 根据这样的第二实施方式的非接触供电系统，柔性罩25在膨胀时，成为具有能够排除存在于自身上的异物的陡峭倾斜的形状，因此即使是在不能移动供电线圈4的情况下，也能够去除存在于供电线圈4上方的异物。另外，根据本实施方式，柔性罩25通过膨胀而占据供电线圈4和受电线圈11之间的空间，所以能够防止异物侵入到供电线圈4和受电线圈11之间的空间。
[0062] 另外，柔性罩5由橡胶等非导电性且非磁性的材料形成，所以供电线圈4产生的作用于受电线圈11的磁场不会受到柔性罩5的影响，非接触供电的效率不会下降。
[0063] 以上说明了本发明的实施方式，但是本发明不限于上述实施方式，例如考虑以下的变形。
[0064] (1)在上述第一、第二实施方式中，柔性罩5、25的内部空间被分割为多个区域(区域5a～5d或区域25a、25b)，通过供电用供气排气机构6、26错开时间地对各个区域供给气体，从而实现了异物的去除，但本发明不限于此。
[0065] 例如，关于将柔性罩5的内部空间分割为多个区域的分割方法(分割数量、分割后的区域的形状)，可以使用上述第一、第二实施方式以外的方法进行分割。另外，即使在不分割柔性罩5的内部空间而由一个区域构成的情况下，如果在膨胀之前将柔性罩形成为具有从顶点到边缘部倾斜的形状，则能够去除存在于供电线圈4上方的异物。这时，供电用供气排气机构6按照一定的比例向柔性罩内的内部空间供给气体。另外，柔性罩可以不将一点作为顶点，而是成为由一对斜面组成的屋顶形状，能够去除存在于供电线圈4上方的异物。并且，柔性罩可以不是一对斜面，而是成为由一个斜面和垂直面组成的形状，能够去除存在于供电线圈4上方的异物。
[0066] (2)在上述实施方式中，可以利用堵塞相变现象。即，通过将粉体和气体一起供给到柔性罩5、25内，用粉体充满柔性罩5、25内并且使柔性罩5、25膨胀来覆盖受电线圈11，之后通过只排出柔性罩5、25内的气体而使柔性罩5、25内的粉体虚拟地固体化。在该状态下，使粉体在覆盖供电线圈4以及受电线圈11的状态下固体化，所以能够占据供电线圈4和受电线圈11之间的空间。
[0067] (3)在上述实施方式中，作为非接触供电的方法采用了磁共振方式，但也可以采用电磁感应方式。
[0068] 供电线圈4以及受电线圈11不限于螺旋线圈，如果可以非接触供电，可以是螺线管线圈或圆形线圈等其他的线圈方式，供电线圈4和受电线圈11的形状/大小可以不同。
[0069] 产业上的应用
[0070] 根据本发明的非接触供电系统，能够防止异物侵入到供电线圈和受电线圈之间的空间。
[0071] 符号说明
[0072] S：地上供电装置
[0073] M：车辆
[0074] 1：电源
[0075] 2：整流电路
[0076] 3：供电电路
[0077] 4：供电线圈
[0078] 5、25：柔性罩
[0079] 6、26：供电用供气排气机构(气体供给单元)
[0080] 7：供电用控制部(气体供给单元)
[0081] 11：受电线圈
[0082] 12：受电电路
[0083] 13：充电电路
[0084] 14：电池
[0085] 15：受电用控制部
[0086] 4a：上表面
[0087] 5a、5b、5c、5d：区域
[0088] 5c：顶点
[0089] 5d：边缘部
[0090] 25c：顶点
[0091] 25d：边缘部
