УСТРОЙСТВО БЕСКОНТАКТНОГО ПРИЕМА МОЩНОСТИ И ТРАНСПОРТНОЕ СРЕДСТВО, ВКЛЮЧАЮЩЕЕ В СЕБЯ ЕГО, УСТРОЙСТВО БЕСКОНТАКТНОЙ ПЕРЕДАЧИ МОЩНОСТИ И СИСТЕМА БЕСКОНТАКТНОЙ ПЕРЕДАЧИ МОЩНОСТИ
POWER CONTACTLESS RECEIVER AND VEHICLE EQUIPPED THEREWITH, POWER CONTACTLESS TRANSMITTER AND POWER CONTACTLESS TRANSMISSION SYSTEM

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к устройству бесконтактного приема мощности и к транспортному средству, включающему в себя его, а также устройству бесконтактной передачи мощности и системе бесконтактной передачи мощности и, в частности, относится к устройству бесконтактного приема мощности, выполненному с возможностью осуществлять передачу мощности в беспроводном режиме, и к транспортному средству, включающему в себя его, а также устройству бесконтактной передачи мощности и системе бесконтактной передачи мощности.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Выложенный патент (Япония) № 2002-209343 (PTD 1) раскрывает систему, допускающую передачу мощности бесконтактным образом из опросчика в ответчик с тем, чтобы заряжать конденсатор в ответчике. В системе передача данных осуществляется между ответчиком и опросчиком через электромагнитную волну, имеющую первую частоту. Между тем, электромагнитная волна, имеющая вторую частоту ниже первой частоты, выводится из опросчика, чтобы электромагнитно соединять антенну для зарядки, размещенную в каждом из опросчика и ответчика, с тем чтобы заряжать конденсатор в ответчике (см. PTD 1).
СПИСОК БИБЛИОГРАФИЧЕСКИХ ССЫЛОК
ПАТЕНТНЫЕ ДОКУМЕНТЫ
PTD 1. Выложенный патент (Япония) номер 2002-209343
PTD 2. Выложенный патент (Япония) номер 2010-148174
PTD 3. Выложенный патент (Япония) номер 2010-141966
КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В вышеуказанной системе, раскрытой в выложенном патенте (Япония) № 2002-209343, помехи между электромагнитной волной, имеющей первую частоту для передачи данных, и электромагнитной волной, имеющей вторую частоту для заряда приводят к уменьшению скорости связи и/или эффективности заряда. В вышеуказанной системе, хотя вторая частота выбрана с возможностью быть ниже первой частоты, если гармоническая составляющая второй частоты перекрывается с первой частотой, возникает шум в электромагнитной волне для передачи данных, который может приводить к неполадкам при связи, таким как уменьшение скорости связи и т.п.
Следовательно, задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы предоставлять устройство бесконтактного приема мощности, допускающее исключение помех между передачей мощности и передачей данных, и транспортное средство, включающее в себя его, а также устройство бесконтактной передачи мощности и систему бесконтактной передачи мощности.
Согласно настоящему изобретению, устройство бесконтактного приема мощности выполнено с возможностью принимать бесконтактным образом мощность, передаваемую из устройства передачи мощности, и включает в себя модуль приема мощности и устройство связи. Модуль приема мощности выполнен с возможностью принимать бесконтактным образом мощность переменного тока, передаваемую из устройства передачи мощности на первой частоте. Устройство связи выполнено с возможностью осуществлять беспроводную связь с устройством передачи мощности через радиоволну, имеющую вторую частоту. Первая частота и вторая частота определяются таким образом, что взаимосвязь между первой частотой и второй частотой является нецелым кратным.
Предпочтительно, модуль приема мощности принимает бесконтактным образом мощность переменного тока, передаваемую из модуля передачи мощности в устройстве передачи мощности, через резонанс с модулем передачи мощности посредством электромагнитного поля.
Предпочтительно, вторая частота определяется выше первой частоты.
Предпочтительно, первая частота определяется на основе состояния передачи мощности переменного тока, и вторая частота определяется таким образом, что взаимосвязь между определенной первой частотой и второй частотой является нецелым кратным.
Предпочтительно, вторая частота определяется на основе состояния связи с устройством передачи мощности, и первая частота определяется на основе состояния передачи мощности переменного тока в таком диапазоне, что взаимосвязь между определенной второй частотой и первой частотой является нецелым кратным.
Предпочтительно, устройство бесконтактного приема мощности дополнительно включает в себя модуль модификации, сконфигурированный с возможностью модифицировать вторую частоту таким образом, что взаимосвязь между первой частотой и второй частотой является нецелым кратным.
Предпочтительно, устройство бесконтактного приема мощности дополнительно включает в себя модуль модификации, сконфигурированный с возможностью модифицировать первую частоту таким образом, что взаимосвязь между первой частотой и второй частотой является нецелым кратным.
Предпочтительно, устройство связи допускает выбор одной из множества частот связи, чтобы осуществлять беспроводную связь с устройством передачи мощности, и выбирает частоту связи, которая является нецелым кратным первой частоты, из множества частот связи в качестве второй частоты, чтобы осуществлять беспроводную связь с устройством передачи мощности.
Согласно настоящему изобретению, транспортное средство включает в себя любое из устройств бесконтактного приема мощности, описанных выше.
Согласно настоящему изобретению, устройство бесконтактной передачи мощности выполнено с возможностью передавать бесконтактным образом мощность в устройство приема мощности и включает в себя модуль подачи мощности, модуль передачи мощности и устройство связи. Модуль подачи мощности выполнен с возможностью формировать мощность переменного тока, имеющую первую частоту. Модуль передачи мощности выполнен с возможностью передавать бесконтактным образом мощность переменного тока, сгенерированную посредством модуля подачи мощности, в устройство приема мощности. Устройство связи выполнено с возможностью осуществлять беспроводную связь с устройством приема мощности через радиоволну, имеющую вторую частоту. Первая частота и вторая частота определяются таким образом, что взаимосвязь между первой частотой и второй частотой является нецелым кратным.
Предпочтительно, модуль передачи мощности передает бесконтактным образом мощность переменного тока в модуль приема мощности в устройстве приема мощности через резонанс с модулем приема электрической мощности посредством электромагнитного поля.
Предпочтительно, вторая частота определяется выше первой частоты.
Предпочтительно, первая частота определяется на основе состояния передачи мощности переменного тока, и вторая частота определяется таким образом, что взаимосвязь между определенной первой частотой и второй частотой является нецелым кратным.
Предпочтительно, вторая частота определяется на основе состояния связи с устройством приема мощности, и первая частота определяется на основе состояния передачи мощности переменного тока в таком диапазоне, что взаимосвязь между определенной второй частотой и первой частотой является нецелым кратным.
Предпочтительно, устройство бесконтактной передачи мощности дополнительно включает в себя модуль модификации, сконфигурированный с возможностью модифицировать вторую частоту таким образом, что взаимосвязь между первой частотой и второй частотой является нецелым кратным.
Предпочтительно, устройство бесконтактной передачи мощности дополнительно включает в себя модуль модификации, сконфигурированный с возможностью модифицировать первую частоту таким образом, что взаимосвязь между первой частотой и второй частотой является нецелым кратным.
Предпочтительно, устройство связи допускает выбор одной из множества частот связи, чтобы осуществлять беспроводную связь с устройством приема мощности, и выбирает частоту связи, которая является нецелым кратным первой частоты, из множества частот связи в качестве второй частоты, чтобы осуществлять беспроводную связь с устройством приема мощности.
Согласно настоящему изобретению, система бесконтактной передачи мощности выполнена с возможностью передавать бесконтактным образом мощность из устройства передачи мощности в устройство приема мощности. Устройство передачи мощности включает в себя модуль подачи мощности, модуль передачи мощности и первое устройство связи. Модуль подачи мощности выполнен с возможностью формировать мощность переменного тока, имеющую первую частоту. Модуль передачи мощности выполнен с возможностью передавать бесконтактным образом мощность переменного тока, сгенерированную посредством модуля подачи мощности, в устройство приема мощности. Первое устройство связи выполнено с возможностью осуществлять беспроводную связь с устройством приема мощности через радиоволну, имеющую вторую частоту. Устройство приема мощности включает в себя модуль приема мощности и второе устройство связи. Модуль приема мощности выполнен с возможностью принимать бесконтактным образом мощность переменного тока, передаваемую из модуля передачи мощности. Второе устройство связи выполнено с возможностью осуществлять беспроводную связь с устройством передачи мощности через радиоволну, имеющую вторую частоту. Первая частота и вторая частота определяются таким образом, что взаимосвязь между первой частотой и второй частотой является нецелым кратным.
Предпочтительно, модуль передачи мощности передает бесконтактным образом мощность переменного тока в модуль приема мощности через резонанс с модулем приема мощности посредством электромагнитного поля, и модуль приема мощности принимает бесконтактным образом мощность переменного тока, передаваемую из модуля передачи мощности, через резонанс с модулем передачи мощности через электромагнитное поле.
Предпочтительно, вторая частота определяется выше первой частоты.
Предпочтительно, система бесконтактной передачи мощности дополнительно включает в себя модуль управления. Модуль управления регулирует первую частоту на основе состояния передачи мощности переменного тока и модифицирует вторую частоту таким образом, что взаимосвязь между регулируемой первой частотой и второй частотой является нецелым кратным.
Предпочтительно, система бесконтактной передачи мощности дополнительно включает в себя модуль управления. Модуль управления определяет вторую частоту на основе состояния связи с устройством передачи мощности и, после определения второй частоты, регулирует первую частоту на основе состояния передачи мощности переменного тока в таком диапазоне, что взаимосвязь между первой частотой и второй частотой является нецелым кратным.
Предпочтительно, первое и второе устройства связи допускают выбор одной из множества частот связи, чтобы осуществлять беспроводную связь друг с другом, и выбирают частоту связи, которая является нецелым кратным первой частоты, из множества частот связи в качестве второй частоты, чтобы осуществлять беспроводную связь друг с другом.
ПРЕИМУЩЕСТВА ИЗОБРЕТЕНИЯ
В настоящем изобретении, мощность переменного тока, имеющая первую частоту, передается бесконтактным образом из устройства передачи мощности в устройство приема мощности. Дополнительно, беспроводная связь осуществляется между устройством передачи мощности и устройством приема мощности через радиоволну, имеющую вторую частоту. Кроме того, поскольку первая частота и вторая частота определяются таким образом, что взаимосвязь между первой частотой и второй частотой является нецелым кратным, ни гармоническая составляющая мощности переменного тока не перекрывается с радиоволной для беспроводной связи, ни гармоническая составляющая радиоволны для беспроводной связи не перекрывается с мощностью переменного тока. В силу этого, согласно настоящему изобретению, можно исключать помехи между передачей мощности и передачей данных.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг. 1 является видом, иллюстрирующим общую конфигурацию системы бесконтактной передачи мощности, согласно варианту 1 осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 2 является видом, иллюстрирующим принцип передачи мощности через резонанс.
Фиг. 3 является видом, иллюстрирующим взаимосвязь между частотой и эффективностью передачи мощности переменного тока, передаваемой из устройства передачи мощности в транспортное средство.
Фиг. 4 является видом, концептуально поясняющим способ определения частоты передачи мощности и частоты связи согласно варианту 2 осуществления.
Фиг. 5 является блок-схемой последовательности операций способа, поясняющей процедуру определения частоты передачи мощности и частоты связи, согласно варианту 2 осуществления.
Фиг. 6 является видом, концептуально поясняющим способ определения частоты передачи мощности и частоты связи, согласно варианту 3 осуществления.
Фиг. 7 является блок-схемой последовательности операций способа, поясняющей процедуру определения частоты передачи мощности и частоты связи, согласно варианту 3 осуществления.
Фиг. 8 является видом, иллюстрирующим взаимосвязь между частотой и отраженной мощностью для мощности переменного тока, передаваемой из устройства передачи мощности в транспортное средство.
ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Далее подробно описываются примерные варианты осуществления настоящего изобретения со ссылками на чертежи. Следует отметить, что на чертежах идентичным или соответствующим частям присвоены идентичные ссылки с номерами, и их описание не повторяется.
ВАРИАНТ 1 ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Фиг. 1 является видом, иллюстрирующим общую конфигурацию системы бесконтактной передачи мощности согласно варианту 1 осуществления настоящего изобретения. Со ссылкой на фиг. 1, система бесконтактной передачи мощности включает в себя устройство 100 передачи мощности и транспортное средство 200, служащее в качестве устройства приема мощности.
Устройство 100 передачи мощности включает в себя модуль 110 подачи мощности, датчик 115 мощности, модуль 120 согласования импеданса, электромагнитную индукционную катушку 130, резонансную катушку 140, конденсатор 150, электронный модуль 160 управления (в дальнейшем в этом документе, называемый "ECU") и устройство 170 связи.
Модуль 110 подачи мощности формирует мощность переменного тока, имеющую предписанную частоту f1. Например, модуль 110 подачи мощности принимает мощность из системного источника питания (не показан) и формирует мощность переменного тока, имеющую частоту f1. Частота f1 составляет, например, приблизительно от 1 МГц до менее 20 МГц. Модуль 110 подачи мощности работает в ответ на инструкцию, принимаемую из ECU 160, чтобы формировать и прекращать вывод мощности переменного тока и управлять выходной мощностью.
Датчик 115 мощности определяет отраженную мощность в модуле 110 подачи мощности и выводит определенное значение в ECU 160. Следует отметить, что отраженная мощность является выходной мощностью из модуля 110 подачи мощности, которая отражается и возвращается в модуль 110 подачи мощности. Следует отметить, что датчик 115 мощности может представлять собой различные известные датчики, которые могут определять отраженную мощность в модуле 110 подачи мощности. Допустимо, если датчик 115 мощности дополнительно выполнен с возможностью позволять определять мощность бегущей волны.
Модуль 120 согласования импеданса предоставляется между модулем 110 подачи мощности и электромагнитной индукционной катушкой 130 и выполнен с возможностью иметь переменный внутренний импеданс. Модуль 120 согласования импеданса работает в ответ на инструкцию, принимаемую из ECU 160, чтобы варьировать импеданс таким образом, чтобы согласовывать входной импеданс резонансной системы, включающей в себя электромагнитную индукционную катушку 130, резонансную катушку 140 и конденсатор 150 и резонансную катушку 210, конденсатор 220 и электромагнитную индукционную катушку 230 (которая описывается ниже), которые размещаются в транспортном средстве 200, с выходным импедансом модуля 110 подачи мощности. Модуль 120 согласования импеданса, например, может формироваться из переменного конденсатора и катушки.
Электромагнитная индукционная катушка 130 может соединяться с резонансной катушкой 140 магнитно через электромагнитную индукцию и подавать мощность переменного тока, которая выводится из модуля 110 подачи мощности, в резонансную катушку 140. Резонансная катушка 140 принимает мощность из электромагнитной индукционной катушки 130 и резонирует через электромагнитное поле с резонансной катушкой 210 (которая описывается ниже), установленной в транспортном средстве 200, и за счет этого передает мощность бесконтактным образом в резонансную катушку 210 транспортного средства 200. Следует отметить, что резонансная катушка 140 содержит конденсатор 150. Конденсатор 150 подключается, например, между противоположными концами резонансной катушки 140.
Резонансная катушка 140 имеет диаметр катушки и число витков, надлежащим образом спроектированные с возможностью предоставлять большой коэффициент Q (например, Q>100) и небольшой коэффициент κ связи на основе расстояния до резонансной катушки 210 транспортного средства 200, частоты передачи мощности и т.п. Передача мощности посредством резонанса является технологией передачи мощности, отличающейся от электромагнитной индукции, которая спроектирована с возможностью предоставлять небольшой коэффициент Q и большой коэффициент κ связи.
Следует отметить, что электромагнитная индукционная катушка 130 предоставляется для того, чтобы упрощать подачу мощности в резонансную катушку 140 из модуля 110 подачи мощности, и допустимо подключать модуль 110 подачи мощности непосредственно к резонансной катушке 140 без размещения электромагнитной индукционной катушки 130. Кроме того, паразитная емкость резонансной катушки 140 может быть использована без размещения конденсатора 150.
ECU 160 управляет передачей мощности из устройства 100 передачи мощности в транспортное средство 200 согласно программной обработке посредством выполнения заранее сохраненной программы в центральном процессоре (CPU, не показан) и/или аппаратной обработке через выделенную электронную схему. Кроме того, ECU 160 управляет связью с транспортным средством 200 через использование устройства 170 связи таким образом, чтобы обмениваться с транспортным средством 200 информацией, требуемой для того, чтобы передавать мощность из устройства 100 передачи мощности в транспортное средство 200.
Устройство 170 связи является интерфейсом связи, выполненным с возможностью осуществлять беспроводную связь с транспортным средством 200. Устройство 170 связи осуществляет связь с устройством 290 связи (которое описывается ниже) транспортного средства 200 через использование радиоволны, имеющей частоту f2 (в дальнейшем в этом документе, частота f2 также упоминается как "частота f2 связи", и между тем, частота f1 мощности переменного тока, передаваемой из устройства 100 передачи мощности в транспортное средство 200, также упоминается как "частота f1 передачи мощности" или "резонансная частота f1"). Частота f2 связи, например, меньше 10 ГГц. В настоящем варианте осуществления, частота f2 связи и частота f1 передачи мощности задаются таким образом, что взаимосвязь между f1 и f2 является нецелым кратным, что подробно описывается далее. Информация, передаваемая в транспортное средство 200 через устройство 170 связи, включает в себя, например, инструкцию начала передачи мощности или инструкцию прекращения передачи мощности, эффективность приема мощности или принимаемую мощность в транспортном средстве 200, напряжение принимаемой мощности и т.п.
Между тем, транспортное средство 200, служащее в качестве устройства приема мощности, включает в себя резонансную катушку 210, конденсатор 220, электромагнитную индукционную катушку 230, выпрямитель 240, устройство 250 накопления мощности, устройство 260 вывода мощности, расходуемой на движение, детектор 270, ECU 280 и устройство 290 связи.
Резонансная катушка 210 резонирует с резонансной катушкой 140 устройства 100 передачи мощности через электромагнитное поле, чтобы принимать мощность из резонансной катушки 140 бесконтактным образом. Следует отметить, что резонансная катушка 210 также содержит конденсатор 220. Конденсатор 220 подключается, например, между противоположными концами резонансной катушки 210. Резонансная катушка 210 имеет диаметр катушки, число витков и т.п., надлежащим образом спроектированные с возможностью предоставлять большой коэффициент Q и небольшой коэффициент κ связи на основе расстояния до резонансной катушки 140, частоты передачи мощности и т.п. резонансной катушки 140 устройства 100 передачи мощности.
Электромагнитная индукционная катушка 230 может соединяться с резонансной катушкой 210 магнитно через электромагнитную индукцию и извлекать мощность, которую резонансная катушка 210 принимает через электромагнитную индукцию, и выводить ее в выпрямитель 240. Следует отметить, что электромагнитная индукционная катушка 230 предоставляется для того, чтобы упрощать извлечение мощности из резонансной катушки 210, и допустимо, если выпрямитель 240 непосредственно подключается к резонансной катушке 210 без размещения электромагнитной индукционной катушки 230. Кроме того, паразитная емкость резонансной катушки 210 может быть использована таким образом, чтобы не размещать конденсатор 220.
Выпрямитель 240 выпрямляет мощность переменного тока, извлеченную посредством электромагнитной индукционной катушки 230, и выводит ее в устройство 250 накопления мощности. Устройство 250 накопления мощности является перезаряжаемым источником питания постоянного тока и сформировано из аккумуляторной батареи, такой как литий-ионный или никель-гидридный аккумулятор. Устройство 250 накопления мощности накапливает выходную мощность из выпрямителя 240 и также накапливает мощность, сгенерированную посредством устройства 260 вывода мощности, расходуемой на движение. Затем, устройство 250 накопления мощности подает накопленную мощность в устройство 260 вывода мощности, расходуемой на движение. Следует отметить, что допустимо использовать конденсатор большой емкости в качестве устройства 250 накопления мощности.
Устройство 260 вывода мощности, расходуемой на движение, использует мощность, накапливаемую в устройстве 250 накопления мощности, чтобы формировать силу для того, чтобы приводить в движение и в силу этого вынуждать транспортное средство 200 ехать. Хотя конкретно не показано, устройство 260 вывода мощности, расходуемой на движение, например, включает в себя инвертор, принимающий мощность из устройства 250 накопления мощности, двигатель, приводимый в действие посредством инвертора, ведущее колесо, приводимое в движение посредством электродвигателя, и т.п. Следует отметить, что устройство 260 вывода мощности, расходуемой на движение, может включать в себя генератор мощности для заряда устройства накопления мощности 250 и двигатель, который может приводить в действие генератор мощности.
Детектор 270 выполнен с возможностью определять состояние мощности, принимаемой из устройства 100 передачи мощности. В качестве примера, детектор 270 включает в себя датчик напряжения и датчик тока, определяет напряжение V и ток I вывода мощности постоянного тока из выпрямителя 240 и выводит определенное напряжение и ток в ECU 280.
ECU 280 управляет приемом мощности из устройства 100 передачи мощности согласно программной обработке посредством выполнения заранее сохраненной программы в CPU (не показан) и/или аппаратной обработке через выделенную электронную схему. Кроме того, ECU 280 управляет связью с устройством 100 передачи мощности через использование устройства 290 связи таким образом, чтобы обмениваться с устройством 100 передачи мощности информацией, требуемой для того, чтобы принимать мощность из устройства 100 передачи мощности.
Устройство 290 связи является интерфейсом связи, выполненным с возможностью осуществлять беспроводную связь с устройством 100 передачи мощности. Устройство 290 связи осуществляет связь с устройством 170 связи устройства 100 передачи мощности через использование радиоволны, имеющей частоту f2. Как упомянуто выше, частота f2 связи и частота f1 передачи мощности задаются таким образом, что взаимосвязь между f1 и f2 является нецелым кратным.
Фиг. 2 является видом, иллюстрирующим принцип передачи мощности через резонанс. Со ссылкой на фиг. 2, в резонансе, две резонансные LC-катушки (резонансные катушки 140 и 210), имеющие идентичную собственную частоту, резонируют, как два камертона, в электромагнитном поле (поле в ближней зоне), так что одна катушка передает мощность в другую катушку через электромагнитное поле.
В частности, высокочастотная мощность от 1 МГц до менее 20 МГц подается в резонансную катушку 140 через электромагнитную индукционную катушку 130, подключенную к модулю 110 подачи мощности. Резонансная катушка 140 формирует LC-резонатор вместе с конденсатором 150 и резонирует через электромагнитное поле (поле в ближней зоне) с резонансной катушкой 210, имеющей резонансную частоту, идентичную резонансной частоте резонансной катушки 140. Затем, энергия (мощность) передается из резонансной катушки 140 в резонансную катушку 210 через электромагнитное поле. Энергия (или мощность), передаваемая в резонансную катушку 210, извлекается посредством электромагнитной индукционной катушки 230 и подается в нагрузку 350 после выпрямителя 240 (см. фиг. 1).
Снова ссылаясь на фиг. 1, в системе бесконтактной передачи мощности, частота мощности переменного тока, передаваемой из резонансной катушки 140 устройства 100 передачи мощности в резонансную катушку 210 транспортного средства 200, а именно, частота f1 передачи мощности и частота радиоволны для связи между устройствами 170 и 290 связи, а именно, частота f2 связи задается таким образом, что взаимосвязь между f1 и f2 является нецелым кратным. В варианте 1 осуществления частота f1 передачи мощности и частота f2 связи задаются таким образом, что частота f2 связи выше частоты f1 передачи мощности, и частота f2 связи является нецелым кратным частоты f1 передачи мощности. В силу этого, гармоническая составляющая мощности переменного тока, передаваемой из резонансной катушки 140 в резонансную катушку 210, не перекрывается с радиоволной для беспроводной связи между устройствами 170 и 290 связи, и, следовательно, исключаются неполадки при связи, такие как уменьшение скорости связи и т.п.
Следует отметить, что допустимо, если частота f1 передачи мощности и частота f2 связи задаются таким образом, что частота f2 связи ниже частоты f1 передачи мощности, и частота f1 передачи мощности является нецелым кратным частоты f2 связи. Тем не менее, поскольку скорость связи между устройствами 170 и 290 связи становится более высокой по мере того, как увеличивается частота f2 связи, и резонансная система может быть реализована при меньших затратах по мере того, как снижается частота f1 передачи мощности, как упомянуто выше в варианте 1 осуществления, частота f1 передачи мощности и частота f2 связи задаются таким образом, что частота f2 связи выше частоты f1 передачи мощности, и частота f2 связи является нецелым кратным частоты f1 передачи мощности. Например, предпочтительно, чтобы частота f1 передачи мощности и частота f2 связи задавались таким образом, что частота f2 связи была в 100 раз выше частоты f1 передачи мощности.
Как упомянуто выше, в варианте 1 осуществления, мощность переменного тока, имеющая частоту f1 передачи мощности, передается бесконтактным образом из устройства 100 передачи мощности в транспортное средство 200. Беспроводная связь осуществляется между устройством 100 передачи мощности и транспортным средством 200 через радиоволну, имеющую частоту f2 связи. Дополнительно, поскольку частота f1 передачи мощности и частота f2 связи задаются таким образом, что взаимосвязь между ними является нецелым кратным, ни гармоническая составляющая мощности переменного тока не перекрывается с радиоволной для беспроводной связи, ни гармоническая составляющая радиоволны для беспроводной связи не перекрывается с мощностью переменного тока. В силу этого, согласно варианту 1 осуществления, можно исключать помехи между передачей мощности из резонансной катушки 140 в резонансную катушку 210 и беспроводной связью между устройствами 170 и 290 связи.
ВАРИАНТ 2 ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
В варианте 2 осуществления, частота f1 передачи мощности, а именно, частота мощности переменного тока, передаваемая из резонансной катушки 140 устройства 100 передачи мощности в резонансную катушку 210 транспортного средства 200, и частота f2 связи, а именно, частота радиоволны для беспроводной связи между устройствами 170 и 290 связи, сконфигурированы с возможностью быть переменными в устройстве 100 передачи мощности и/или транспортном средстве 200. Частота f1 передачи мощности оказывает влияние на эффективность передачи мощности, передаваемой из резонансной катушки 140 устройства 100 передачи мощности в резонансную катушку 210 транспортного средства 200.
Фиг. 3 является видом, иллюстрирующим взаимосвязь между частотой и эффективностью передачи мощности переменного тока, передаваемой из устройства 100 передачи мощности в транспортное средство 200. Со ссылкой на фиг. 3, эффективность передачи достигает максимума на определенной частоте и снижается на частотах, отклоненных от определенной частоты.
Таким образом, в варианте 2 осуществления, сначала регулируется частота f1 передачи мощности на основе состояния передачи (к примеру, эффективности приема мощности транспортного средства 200) из устройства 100 передачи мощности в транспортное средство 200. В частности, сначала регулируется частота f1 передачи мощности таким образом, чтобы максимизировать эффективность передачи мощности. После того, как регулирование частоты f1 передачи мощности заканчивается, частота f2 связи определяется таким образом, что частота f2 связи является нецелым кратным частоты f1 передачи мощности. В частности, например, множество каналов связи со взаимно различными частотами подготавливаются заранее, и выбирается канал связи, имеющий частоту f2 связи, которая является нецелым кратным частоты f1 передачи мощности.
Фиг. 4 является видом, концептуально поясняющим способ определения частоты f1 передачи мощности и частоты f2 связи согласно варианту 2 осуществления. Со ссылкой на фиг. 4, в варианте 2 осуществления, частота f1 передачи мощности регулируется таким образом, чтобы максимизировать эффективность передачи мощности, передаваемой из устройства 100 передачи мощности в транспортное средство 200, и таким образом, сначала определяется частота f1 передачи мощности.
После определения частоты f1 передачи мощности, определяется то, является или нет частота f2 связи целым кратным частоты f1 передачи мощности. Предположим, что частота f2 связи составляет f2_1, и f2_1 является целым кратным частоты f1 передачи мощности, другими словами, в случае если частота f2 связи перекрывается с гармонической составляющей мощности переменного тока, которая передается, частота f2 связи модифицируется до значения f2_2, которое является нецелым кратным частоты f1 передачи мощности.
Общая конфигурация системы бесконтактной передачи мощности согласно варианту 2 осуществления является идентичной системе бесконтактной передачи мощности согласно варианту 1 осуществления, проиллюстрированной на фиг. 1.
Фиг. 5 является блок-схемой последовательности операций способа, поясняющей процедуру определения частоты f1 передачи мощности и частоты f2 связи согласно варианту 2 осуществления. Со ссылкой на фиг. 5 наряду с фиг. 1, сначала устанавливается связь между устройством 170 связи передающего устройства 100 и устройством 290 связи транспортного средства 200 (этап S10). Здесь, частота f2 связи временно задана равным предварительно определенному начальному значению. Затем, начинается передача мощности из устройства 100 передачи мощности в транспортное средство 200, и вычисляется эффективность передачи мощности, передаваемой из устройства 100 передачи мощности в транспортное средство 200 (этап S20). В качестве примера, эффективность приема мощности (отношение мощности, принимаемой посредством транспортного средства 200, к мощности, передаваемой из устройства 100 передачи мощности) транспортного средства 200 вычисляется в качестве эффективности передачи. Вычисление эффективности передачи может быть выполнено в ECU 160 устройства 100 передачи мощности или может быть выполнено в ECU 280 транспортного средства 200. В случае если эффективность передачи вычисляется в ECU 160 устройства 100 передачи мощности, значение определения принимаемой мощности отправляется из транспортного средства 200 в устройство 100 передачи мощности посредством использования устройств 170 и 290 связи. В случае если эффективность передачи вычисляется в ECU 280 транспортного средства 200, значение передаваемой мощности отправляется из устройства 100 передачи мощности в транспортное средство 200 посредством использования устройств 170 и 290 связи.
После этого частота f1 передачи мощности регулируется на основе эффективности передачи, вычисленной на этапе S20 (этап S30). Иными словами, как проиллюстрировано на фиг. 3, частота f1 передачи мощности регулируется таким образом, что максимизируется эффективность передачи. Регулирование частоты f1 передачи мощности выполняется посредством ECU 160 через способ управления модулем 110 подачи мощности, который выполнен с возможностью допускать модификацию частоты мощности переменного тока на основе инструкции из ECU 160. Помимо этого, регулирование частоты f1 передачи мощности может быть выполнено в ECU 280 транспортного средства 200 фактически таким образом, что инструкция модификации частоты для модуля 110 подачи мощности формируется в ECU 280 транспортного средства 200 на основе эффективности передачи, и сгенерированная инструкция передается в устройство 100 передачи мощности через устройства 290 связи и 170.
После того, как регулирование частоты f1 передачи мощности заканчивается, определяется то, является или нет частота f2 связи целым кратным частоты f1 передачи мощности (этап S40). Частота f2 связи не должна быть обязательно полным целым кратным частоты f1 передачи мощности, и частота f2 связи определяется как целое кратное частоты f1 передачи мощности в случае, если целое кратное частоты f1 передачи мощности содержится в полосе пропускания, предоставляемой для частоты f2 связи, без вызывания неполадок при связи. Хотя описано, что частота f1 передачи мощности является частотой мощности переменного тока, сгенерированной посредством модуля 110 подачи мощности устройства 100 передачи мощности, и процесс определения этапа S40 выполняется в ECU 160 устройства 100 передачи мощности, допустимо, если значение частоты f1 передачи мощности отправляется в транспортное средство 200, и вышеуказанный процесс определения может быть выполнен в ECU 280 транспортного средства 200.
Затем, если определено, что частота f2 связи является целым кратным частоты f1 передачи мощности на этапе S40 ("Да" на этапе S40), частота f2 связи модифицируется таким образом, что частота f2 связи является нецелым кратным частоты f1 передачи мощности (этап S50). Например, текущий канал связи между устройствами 170 и 290 связи переключается посредством ECU 160 и 280 на другой канал связи, имеющий частоту, которая является нецелым кратным частоты f1 передачи мощности.
С другой стороны, если определено, что частота f2 связи является нецелым кратным частоты f1 передачи мощности, на этапе S40 ("Нет" на этапе S40), процедура переходит к этапу S60 без выполнения процесса на этапе S50.
Как упомянуто выше, в варианте 2 осуществления, сначала регулируется частота f1 передачи мощности на основе состояния передачи мощности из устройства 100 передачи мощности в транспортное средство 200, и после того, как регулирование частоты f1 передачи мощности заканчивается, частота f2 связи выбирается таким образом, что частота f2 связи является нецелым кратным частоты f1 передачи мощности. Таким образом, согласно варианту 2 осуществления, можно исключать помехи между передачей мощности и беспроводной связью между устройствами 170 и 290 связи при достижении высокой эффективности передачи при передаче мощности из резонансной катушки 140 в резонансную катушку 210.
ВАРИАНТ 3 ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
В варианте 2 осуществления сначала регулируется частота f1 передачи мощности на основе состояния передачи из устройства 100 передачи мощности в транспортное средство 200, и после этого, частота f2 связи выбирается таким образом, что частота f2 связи является нецелым кратным частоты f1 передачи мощности.
Между тем, степень свободы выбора частоты f2 связи может быть значительно ограничена посредством стандартов связи или условий использования радиоволны. Таким образом, в варианте 3 осуществления, частота f2 связи выбирается на основе состояния связи между устройствами 170 и 290 связи, и после того, как частота f2 связи определяется, частота f1 передачи мощности регулируется таким образом, что частота f2 связи является нецелым кратным частоты f1 передачи мощности с учетом состояния передачи мощности.
Фиг. 6 является видом, концептуально поясняющим способ определения частоты f1 передачи мощности и частоты f2 связи согласно варианту 3 осуществления. Со ссылкой на фиг. 6, в варианте 3 осуществления, частота f2 связи выбирается на основе состояния связи между устройствами 170 и 290 связи, и таким образом, сначала определяется частота f2 связи. Здесь, частота f2 связи предположительно является фиксированно равной f2_2.
Затем, частота f1 передачи мощности регулируется таким образом, что максимизируется эффективность передачи мощности, передаваемой из устройства 100 передачи мощности в транспортное средство 200. Здесь, частота f1 передачи мощности регулируется до значения f1_1, и в случае, если частота f2 связи (f2_2) является целым кратным частоты f1 передачи мощности (f1_1), другими словами, когда частота f2 связи перекрывается с гармонической составляющей мощности переменного тока, которая передается, то частота f1 передачи мощности модифицируется от f1_1 до f1_2 таким образом, что частота f2 связи является нецелым кратным частоты f1 передачи мощности. Помимо этого, чтобы не допускать значительного снижения эффективности передачи вследствие модификации частоты f1 передачи мощности, величина модификации частоты f1 передачи мощности ограничивается до минимума.
Общая конфигурация системы бесконтактной передачи мощности согласно варианту 3 осуществления является идентичной системе бесконтактной передачи мощности согласно варианту 1 осуществления, проиллюстрированной на фиг. 1.
Фиг. 7 является блок-схемой последовательности операций способа, поясняющей процедуру определения частоты f1 передачи мощности и частоты f2 связи согласно варианту 3 осуществления. Со ссылкой на фиг. 7 наряду с фиг. 1, сначала устанавливается связь между устройством 170 связи передающего устройства 100 и устройством 290 связи транспортного средства 200 (этап S110). Затем, состояние связи между устройствами 170 и 290 связи подтверждается посредством ECU 160 и/или ECU 280 (этап S120). Например, качество состояния связи подтверждается согласно определению того, возникают или нет перекрестные помехи, осуществляется связь на предварительно определенной скорости связи или нет, и т.п.
Если определено, что состояние связи демонстрирует плохое качество, на этапе S120 ("Нет" на этапе S120), частота f2 связи модифицируется (этап S130). Например, текущий выбранный канал связи между устройствами 170 и 290 связи переключается посредством ECU 160 и 280 на другой канал связи. После этого, процедура возвращается к этапу S120.
Если определено, что состояние связи демонстрирует хорошее качество, на этапе S120 ("Да" на этапе S120), начинается передача мощности из устройства 100 передачи мощности в транспортное средство 200, и вычисляется эффективность передачи мощности, передаваемой из устройства 100 передачи мощности в транспортное средство 200 (этап S140). После этого, частота f1 передачи мощности регулируется на основе эффективности передачи, вычисленной на этапе S20 (этап S30). После того, как регулирование частоты f1 передачи мощности заканчивается, определяется то, является или нет частота f2 связи целым кратным частоты f1 передачи мощности (этап S160). Поскольку соответствующий процесс этапов S140, S150 и S160 является идентичным соответствующему процессу этапов S20, S30 и S40, проиллюстрированных на фиг. 5, их описания не повторяются.
Если определено, что частота f2 связи является целым кратным частоты f1 передачи мощности, на этапе S160 ("Да" на этапе S160), частота f1 передачи мощности модифицируется таким образом, что частота f2 связи является нецелым кратным частоты f1 передачи мощности с учетом состояния передачи мощности (этап S170). В частности, частота f1 передачи мощности модифицируется таким образом, что частота f2 связи является нецелым кратным частоты f1 передачи мощности, при ограничении величины модификации частоты f1 передачи мощности до минимума, с тем чтобы не допускать значительного снижения эффективности передачи вследствие модификации частоты f1 передачи мощности. Модификация частоты f1 передачи мощности выполняется посредством ECU 160 через способ управления модулем 110 подачи мощности. Помимо этого, посредством формирования инструкции модификации частоты для модуля 110 подачи мощности в ECU 280 транспортного средства 200 и ее передачи в устройство 100 передачи мощности, модификация частоты f1 передачи мощности может быть выполнена фактически в ECU 280 транспортного средства 200.
С другой стороны, если определено, что частота f2 связи является нецелым кратным частоты f1 передачи мощности, на этапе S160 ("Нет" на этапе S160), процедура переходит к этапу S180 без выполнения процесса на этапе S170.
Как упомянуто выше, в варианте 3 осуществления, частота f2 связи выбирается на основе состояния связи между устройствами 170 и 290 связи, и после определения частоты f2 связи, частота f1 передачи мощности регулируется таким образом, что частота f2 связи является нецелым кратным частоты f1 передачи мощности с учетом состояния передачи мощности. Таким образом, согласно варианту 3 осуществления, даже в случае, если степень свободы в выборе частоты f2 связи ограничена, можно исключать помехи между передачей мощности и беспроводной связью между устройствами 170 и 290 связи при достижении высокой эффективности передачи.
ВАРИАНТ 4 ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Снова со ссылкой на фиг. 1, система бесконтактной передачи мощности согласно варианту 4 осуществления включает в себя устройства 170A и 290A связи вместо устройств 170 и 290 связи, соответственно. Устройства 170A и 290A связи выполнены с возможностью позволять обмениваться данными друг с другом посредством выбора одной частоты связи из множества частот связи. Таким образом, устройства 170A и 290A связи выбирают из множества частот связи частоту связи, которая является нецелым кратным резонансной частоты f1, в качестве частоты f2 связи для того, чтобы обмениваться данными друг с другом.
Следует отметить, что выбор частоты связи в устройстве 170A связи может быть выполнен посредством ECU 160 через управление устройством 170A связью на основе резонансной частоты f1. Аналогично, выбор частоты связи в устройстве 290A связи может быть выполнен посредством ECU 280 через управление устройством 290A связью на основе резонансной частоты f1.
Аналогично, согласно варианту 4 осуществления, можно исключать помехи между передачей мощности из резонансной катушки 140 в резонансную катушку 210 и беспроводной связью между устройствами 170A и 290A связи.
В варианте 2 осуществления и варианте 3 осуществления, описанных выше, частота f1 передачи мощности регулируется на основе эффективности передачи мощности, передаваемой из устройства 100 передачи мощности в транспортное средство 200. Тем не менее, параметр, используемый для того, чтобы регулировать частоту f1 передачи мощности, не ограничивается эффективностью передачи. Например, можно регулировать частоту f1 передачи мощности на основе отраженной мощности, определенной посредством датчика 115 мощности, размещенного в устройстве 100 передачи мощности.
Фиг. 8 является видом, иллюстрирующим взаимосвязь между частотой и отраженной мощностью для мощности переменного тока, передаваемой из устройства 100 передачи мощности в транспортное средство 200. Со ссылкой на фиг. 8, отраженная мощность достигает минимума на определенной частоте и увеличивается на частотах, отклоненных от определенной частоты. Таким образом, допустимо регулировать частоту f1 передачи мощности так, что отраженная мощность, которая определяется посредством датчика 115 мощности, становится минимальной.
В каждом варианте осуществления, упомянутом выше, мощность передается из устройства 100 передачи мощности в транспортное средство 200 через использование пары резонансных катушек 140 и 210; тем не менее, вместо каждой резонансной катушки 140 или 210 в форме катушки, допустимо использовать стержневую или елочную антенну либо использовать диск с высокой диэлектрической проницаемостью, изготовленный из материала с высокой диэлектрической проницаемостью.
Как указано выше, модуль 120 согласования импеданса размещается в устройстве 100 передачи мощности с возможностью регулировать импеданс резонансной системы. Тем не менее, допустимо, если вместо модуля 120 согласования импеданса, преобразователь постоянного тока размещается после выпрямителя 240 в транспортном средстве 200, и импеданс резонансной системы регулируется посредством управления преобразователем постоянного тока.
Выше описывается то, что резонансные катушки 140 и 210 спроектированы таким образом, что каждая из резонансных катушек 140 и 210 имеет большой коэффициент Q и небольшой коэффициент κ связи, и мощность передается из резонансной катушки 140 в резонансную катушку 210 через резонанс между резонансными катушками 140 и 210. Тем не менее, настоящее изобретение также является применимым к такой системе, которая передает мощность из устройства передачи мощности в транспортное средство через электромагнитную индукцию. В частности, в системе бесконтактной передачи мощности, проиллюстрированной на фиг. 1, электромагнитная индукционная катушка 130 и резонансная катушка 140 формируются посредством одной катушки, резонансная катушка 210 и электромагнитная индукционная катушка 230 формируются посредством одной катушки, и каждая катушка спроектирована с возможностью предоставлять небольшой коэффициент Q и большой коэффициент κ связи таким образом, чтобы передавать мощность из устройства передачи мощности в транспортное средство через электромагнитную индукцию. Тем не менее, в общем, мощность, передаваемая через резонанс, имеет частоту передачи мощности выше, чем при передаче мощности через электромагнитную индукцию, и таким образом, разность между частотой связи и частотой передачи мощности становится меньшей, что приводит к тому, что помехи между частотой связи и частотой передачи мощности становятся значительными. Следовательно, хотя настоящее изобретение является применимым к передаче мощности через электромагнитную индукцию, оно является подходящим для передачи мощности через резонанс.
Как указано выше, резонансная катушка 140 и конденсатор 150 составляют один пример "модуля передачи мощности" в настоящем изобретении, и резонансная катушка 210 и конденсатор 220 составляют один пример "модуля приема мощности" в настоящем изобретении.
Следует понимать, что варианты осуществления, раскрытые в данном документе, представлены в целях иллюстрации и описания, но не ограничены во всех аспектах. Подразумевается, что объем настоящего изобретения не ограничивается вышеприведенным описанием, а задается посредством объема формулы изобретения и охватывает все модификации, эквивалентные по значению и объему формулы изобретения.
Список номеров ссылок
100 - устройство передачи мощности; 110 - модуль подачи мощности; 115 - датчик мощности; 120 - модуль согласования импеданса; 130, 230 - электромагнитная индукционная катушка; 140, 210 - резонансная катушка; 150, 220 - конденсатор; 160, 280 - ECU; 170, 170A, 290, 290A - устройство связи; 200 - транспортное средство; 240 - выпрямитель; 250 - устройство накопления мощности; 260 - устройство вывода мощности, расходуемой на движение; 350 - нагрузка