行驶中供电系统的制作方法

行驶中供电系统
相关申请的相互援引
1.本技术基于在2019年7月26日提交的申请号为2019-137399的日本专利申请主张优先权，并将其公开的全部内容以参见的方式纳入本技术。
技术领域
2.本公开涉及一种向行驶中的车辆等移动体供给电力的行驶中供电系统。


背景技术：

3.日本特开2016-220353号公报公开了一种行驶中非接触供电系统。在上述行驶中非接触供电系统中，从埋入地面侧的送电线圈向装设于车辆的底板下的受电线圈传送电力。


技术实现要素：

4.在专利文献1的方法中，由于送电线圈与受电线圈的间隔较宽，因此，难以增大送电效率。另外，还存在送电线圈与受电线圈的间隔会根据车辆而发生变化的问题。
5.根据本公开的一方式，提供了一种行驶中供电系统。上述行驶中供电系统包括：送电线圈，所述送电线圈设置于道路；送电电路，所示送电电路将电力供给至所述送电线圈；受电线圈，所述受电线圈设置于车辆；受电电路，所述受电电路与所述受电线圈连接；以及中继电路，所述中继电路在所述送电线圈与所述受电线圈之间传送电力。根据该方式，经由中继电路从送电线圈向受电线圈传送电力，因此，可以不考虑送电线圈与受电线圈的间隔。也可以不考虑送电线圈与受电线圈的间隔会根据车辆而发生变化的问题。
附图说明
6.图1a是行驶中供电系统的框图。图1b是示出电力的传送原理的说明图。图2是示出轮胎和中继线圈的配置的变形的说明图。图3a是示出胎面部方式的中继线圈的配置位置的说明图。图3b是示出轮粘贴方式的中继线圈的配置位置的说明图。图3c是示出胎侧部方式的中继线圈的配置位置的说明图。图3d是示出胎侧部方式的中继线圈的另一配置位置的说明图。图4是示出受电线圈的配置位置的说明图。图5是示出胎侧部方式的受电线圈的配置位置的说明图。图6是胎面部方式的轮胎的侧面的截面以及将一部分穿透的图。图7是胎面部方式的轮胎的剖视图。图8是送电线圈、中继线圈、受电线圈的等效电路。图9是示出轮胎的旋转角与电感的关系的图表。
图10是示出中继线圈的卷绕方式的另一示例的说明图。图11是示出中继线圈的卷绕方式的另一示例的说明图。图12是示出将中继线圈设置于轮毂盖的示例的说明图。图13是示出将受电线圈设置于防护罩的示例的说明图。图14是示出使中继线圈的形状图案与胎面部的形状图案匹配的示例的说明图。图15是图14所示的轮胎的剖视图。
具体实施方式
7.·
第一实施方式如图1a所示，行驶中供电系统500包括：设置于道路105的送电系统100；以及车辆202侧的受电系统200。行驶中供电系统500是能在车辆202的行驶中从送电系统100向车辆202供电的系统。车辆202例如构成为电动汽车或混合动力车。
8.道路105侧的送电系统100包括：多个送电线圈40；多个送电电路30，上述多个送电电路30对多个送电线圈40的每一个施加交流电压以供给电力；外部电源10(以下简称“电源10”)，上述外部电源10向多个送电电路30供给电力；线圈位置检测部20；以及控制装置50。
9.多个送电线圈40沿道路105的行进方向设置。送电电路30是将从电源10供给的直流电压转换为高频的交流电压并施加于送电线圈40的电路，包括逆变器电路、滤波器电路、谐振电路。在本实施方式中，逆变器电路、滤波器电路、谐振电路是公知的内容，因此省略说明。电源10是将直流电压供给至送电电路30的电路。例如，电源10从系统电源经由功率因数改善电路(pfc)向送电电路30供给。对pfc省略图示。电源10所输出的直流电压可以不是完全的直流电压，也可以包含一定程度的变动(波动)。
10.线圈位置检测部20对装设于车辆202的轮胎60中的中继电路70相对于送电线圈40的相对位置进行检测。例如，线圈位置检测部20可以根据多个送电电路30中的送电电力或送电电流的大小检测出中继电路70的位置，或是，也可以利用与车辆202的无线通信、对车辆202的位置进行检测的位置传感器来检测出中继电路70的位置。控制装置50与由线圈位置检测部20检测到的中继电路70的位置相应地向靠近中继电路70的一个以上的送电电路30电路及送电线圈40执行送电。
11.车辆202包括主电池210、辅机电池215、控制装置220、受电电路230、受电线圈240、dc/dc转换器电路260、逆变器电路270、电动发电机280、辅机290以及轮胎60。受电线圈240连接到受电电路230，在受电电路230的输出连接有主电池210、dc/dc转换器电路260的高压侧及逆变器电路270。在dc/dc转换器电路260的低压侧连接有辅机电池215和辅机290。逆变器电路270与电动发电机280连接。
12.轮胎60具有中继电路70。中继电路70具有后述的中继线圈。关于中继线圈，将在后文描述。中继线圈通过与送电线圈40之间的电磁感应而产生感应电动势。受电线圈240配置于能与轮胎60的中继线圈感应耦合的位置，通过与中继线圈之间的电磁感应来产生感应电动势。即，中继电路70对从送电线圈40向受电线圈240的供电进行中继。
13.受电电路230包括整流电路，该整流电路将从受电线圈240输出的交流电压转换为直流电压。另外，受电电路230也可以包括dc/dc转换器电路，该dc/dc转换器电路将在整流电路生成的直流电压转换为适于主电池210的充电的电压。从受电电路230输出的直流电压
可以用于主电池210的充电、经由逆变器电路270驱动电机发电机280，此外，也可以通过使用dc/dc转换器电路260进行降压，从而用于辅机电池215的充电、驱动辅机290。
14.主电池210是将用于驱动电动发电机280的比较高的直流电压输出的二次电池。电动发电机280作为三相交流电动机进行动作，并产生用于车辆202行驶的驱动力。电动发电机280在车辆202减速时作为发电机进行动作，并产生三相交流电压。当电动发电机280作为电动机动作时，逆变器电路270将主电池210的直流电压转换成三相交流电压并向电动发电机280供给。逆变器电路270在电动发电机280作为发电机动作时，将电动发电机280输出的三相交流电压转换为直流电压而供给至主电池210。
15.dc/dc转换器电路260将主电池210的直流电压转换为适于驱动辅机290的直流电压并供给至辅机电池215及辅机290。辅机电池215是将用于驱动辅机290的直流电压输出的二次电池。辅机290包括车辆202的空调装置、电动动力转向装置、前灯、转向灯、雨刮器等周边装置以及车辆202的各种附件。也可以不具有dc/dc转换器电路260。
16.控制装置220对车辆202内的各部进行控制。控制装置220在接收行驶中非接触供电时，对受电电路230进行控制并执行受电。
17.使用图1b，对从送电线圈40经由中继电路70向受电线圈240传送电力的原理进行说明。中继电路70包括串联连接的中继线圈71a1、71a2。当交流电施加于送电线圈40时，产生进行变化的磁通φ1。当轮胎60旋转，送电线圈40与中继线圈71a1相对时，在送电线圈40产生的变化的磁通φ1贯穿中继线圈71a1，在中继线圈71a1产生作为交流电的感应电流i1。感应电流i1也在串联连接的中继线圈71a2中流动，在中继线圈71a2产生进行变化的磁通φ2。当中继线圈71a2与受电线圈240相对时，在中继线圈71a2产生的变化的磁通φ2贯穿受电线圈240，在受电线圈240产生作为交流电的感应电流i2。这样，从送电线圈40经由中继电路70向受电线圈240传送电力。
18.图2示出将中继电路70配置于轮胎60的哪个位置的变形。
19.胎面部方式是在轮胎60的外周设置中继电路70的方式。胎面部方式能使送电线圈40与中继电路70的间隔最短。另外，能缩短中继电路70与受电线圈240的间隔。
20.如图3a所示，胎面部方式包括中继线圈71a1、71a2。轮胎60通常具有钢带64，用于提高轮胎60的刚性。中继线圈71a1、71a2配置于轮胎60的钢带64的内侧。另外，钢带64由非导电性的物质形成。若钢带64由非导电性的物质形成，则能对因穿过中继线圈71a1、71a2的磁通φ的变化造成在钢带64产生涡电流进行抑制。
21.另外，在胎面部方式中，也可以将中继线圈71a1、71a2作为钢带64的一部分而形成，并能用作发挥钢带64的功能的构件。能兼用作中继线圈71a1、71a2和钢带，因此，能使轮胎60轻量化，并使簧下重量轻量化。
22.在图2的轮粘贴方式中，中继电路70沿着轮的圆周配置，而非沿着轮胎60本身。也可以说，胎面部方式将中继电路70配置于轮胎60的外周，轮粘贴方式将中继电路70配置于轮胎60的内周。即便更换作为消耗品的轮胎60，只要不更换轮，轮粘贴方式就具有能够按原样利用中继电路70的优点。
23.如图3b所示，轮粘贴方式包括中继线圈72a1、72a2。中继线圈72a1、72a2沿着轮66的外周配置。
24.在胎面部方式或是轮粘贴方式的情况下，如图4所示，受电线圈240配置于轮胎60
的铅垂上方。
25.图2表示的胎侧部方式在轮胎60的胎侧部包括中继电路70。中继电路70与送电线圈40的间距位于胎面部配置与轮粘贴的中间。在胎侧部方式中，送电线圈40沿道路105排列有多个，送电线圈40的磁通的朝向在沿着道路105的方向上是相同的，但相对于在与道路105交叉的方向上相邻的送电线圈40是相反方向。其结果是，从某一列送电线圈40流出的磁通穿过中继电路70，进入相邻列的送电线圈40。因此，容易使磁通闭上。另外，由于穿过中继电路中的磁通不穿过轮66，因此，轮66不产生涡电流，能降低因涡电流而造成的损失。
26.如图3c所示，胎侧部方式包括中继线圈73a1、73a2。中继线圈73a1、73a2配置于轮胎60的车辆202内侧的面。此外，胎侧部方式也可以包括图3d所示的中继线圈74a1、74a2以替代中继线圈73a1、73a2的结构，或是包括中继线圈73a1、73a2和图3d所示的中继线圈74a1、74a2的结构。中继线圈74a1、74a2配置于轮胎60的车辆202外侧的面。在胎侧部方式的情况下，如图5所示，受电线圈241配置于轮胎室67的面向轮胎60的面上。
27.在图2所示的螺线管方式中，中继电路70形成的平面处于前轮轮胎的放射方向。在采用螺线管方式的情况下，相邻的送电线圈40的磁通的朝向沿道路105交替。其结果是，从一方的送电线圈40流出的磁通例如穿过中继电路70，进入相邻的送电线圈40。因此，容易使磁通闭上。此外，在螺线管方式的情况下，优选的是将受电线圈240也分成两个。穿过中继电路70的磁通穿过分开的两个受电线圈240。另外，容易使磁通闭上。
28.以下，以经由胎面部方式的中继电路70的电力传送为例进行说明。利用其它方式的电力传送也一样。
29.如图6、图7所示，轮胎60具有六个中继线圈71a1、71a2、71b1、71b2、71c1、71c2。由中继线圈71a1、71a2构成一个中继电路70。中继线圈71b1、71b2、中继线圈71c1、71c2也分别构成中继电路70。在未对六个中继线圈71a1、71a2、71b1、71b2、71c1、71c2进行区分的情况下，称作“中继线圈71”。中继线圈71a1和中继线圈71a2相对于轮胎60的旋转中心o位于点对称位置。同样地，中继线圈71b1和中继线圈71b2、中继线圈71c1和中继线圈71c2也相对于轮胎60的旋转中心o位于点对称位置。在一方的中继线圈71a1与送电线圈40相对时，另一方的中继线圈71a2与受电线圈240相对。中继线圈71b1和中继线圈71b2、中继线圈71c1和中继线圈71c2亦是如此。如后所述，中继线圈71a1和中继线圈71a2串联连接。在中继线圈71a1与送电线圈40相对时，中继线圈71a2与受电线圈240相对。此时，送电线圈40产生的磁通φ贯穿中继线圈71a1，使中继线圈71a1产生感应电流，从送电线圈40向中继线圈71a1传送电力。当电力传送至中继线圈71a1时，与中继线圈71a1串联连接的中继线圈71a2中也有电流流过，产生磁通φ。中继线圈71a2产生的磁通φ贯穿受电线圈240，从中继线圈71a2向受电线圈240传送电力。即，当轮胎60旋转180
°
，中继线圈71a2与送电线圈40相对时，位于对称位置的中继线圈71a1与受电线圈240相对。中继线圈71b1、71b2、71c1、71c2亦是如此。
30.图8将图2所示的中继电路70更详细地示出。如图8所示，中继线圈71a1和中继线圈71a2隔着两个谐振电容器c2串联连接而构成一个中继电路70。此外，在图1a至图7中，省略了电容器的图示。关于中继线圈71b1和中继线圈71b2、中继线圈71c1和中继线圈71c2，也同样地隔着两个谐振电容器c2串联连接，分别构成中继电路70。即，一个轮胎60包括三个中继电路70。另外，轮胎60所包括的中继电路70的数量不限于三个，数量为一个以上即可。谐振电容器c1与送电线圈40串联连接，谐振电容器c3与受电线圈240串联连接。关于送电线圈、
受电线圈，也可以将谐振电容器与线圈并联连接，还可以在送电线圈的前段、受电线圈的后段设置滤波器等。
31.当将送电线圈40的电感设为l1，将送电线圈40及配线的电阻设为r1，将中继线圈71a1的电感设为l2时，包括道路105侧的送电线圈40的电路的阻抗z1由z1＝r1 j(ω1
·
la－1/(ω1
·
c1))la＝l1 l2
±
2ma＝l1 l2
±
2ka(l1
·
l2)1/2来表示。ω1是角频率，ma是送电线圈40与中继线圈71a1之间的互感，ka是送电线圈40与中继线圈71a1的耦合系数。此外，互感ma、耦合系数ka是根据轮胎60的旋转角而变动的值。互感ma前的符号
±
在绕贯穿磁通φ的两个线圈的卷绕方向相同的情况下为“ ”，在反向的情况下为“－”。另外，与施加于送电线圈40的电压的频率f1之间具有ω1＝2πf1的关系。在上式中，使z1成为最小的频率f1为f1＝1/(2π(la
·
c1)1/2))。
32.当将受电线圈240的电感设为l3，将受电线圈240及配线的电阻设为r3，将谐振电路以外的电阻设为r时，包括受电线圈240的电路的阻抗z3由z3＝r3 r j(ω3
·
lc－1/(ω3
·
c3))lc＝l2 l3
±
2mc＝l2 l3
±
2kc(l2
·
l3)1/2来表示，使z3成为最小的频率f3为f3＝1/(2π(lc
·
c3)1/2))。
33.当将中继线圈71a1、71a2的电感设为l2，将中继线圈71a1、71a2及配线的电阻设为r2，将受电线圈240的电感设为l3时，包括中继线圈71a1、71a2和两个谐振电容器c2的阻抗z2由z2＝2r2 j(ω2
·
lb－2/(ω2
·
c2))lb＝la lc来表示。此处，使z2成为最小的频率f2为f2＝1/(2π(lb
·
c2)1/2))。包括中继线圈71b1、71b2的电路，包括中继线圈71c1、71c2的电路亦是如此。
34.此处，当谐振频率f1、f2、f3与施加于送电线圈40的电压的施加频率相同时，能高效地将电力从送电线圈40向中继线圈71a1送电，且高效地将电力从中继线圈71a2向受电线圈240送电。另外，频率f1、f2、f3即便不完全一致，只要是以后文描述的包括中继线圈71a1、71a2的中继电路70的电感lb成为极大的谐振频率为中心的一定范围内的频率即可。此外，送电线圈40和中继线圈71a1相对时的电感与中继线圈71a2和受电线圈240相对时的电感之差可以为预先确定的大小以下。
35.图9示出包括中继线圈71a1、71a2的中继电路70的电感lb。电感lb在中继线圈71a1、71a2与送电线圈40、受电线圈240相对的位置处成为极大。这是因为，如图6、图7所示，在中继线圈71a1与送电线圈40相对的位置处，穿过送电线圈40及中继线圈71a1的磁通φ成为极大，穿过中继线圈71a2及受电线圈240的磁通φ成为极大。当轮胎60旋转，中继线圈
71a1从与送电线圈40相对的位置偏离，中继线圈71a2从与受电线圈240相对的位置偏离时，电感lb减小。然后，当轮胎60旋转至中继线圈71a1与受电线圈240相对且中继线圈71a2与送电线圈40相对的位置时，电感lb成为极大。这是因为穿过送电线圈40及中继线圈71a2的磁通φ成为极大，穿过中继线圈71a1及受电线圈240f的磁通φ成为极大。
36.此处，将谐振电容器c2的容量设置为成为电感lb的极大值lmax或是成为电感lb的极大值lmax外的设计值w的范围内那样的容量。如此一来，当轮胎60旋转时，电感lb根据旋转角而变小，从而谐振崩溃而使阻抗z2变大。其结果是，在中继线圈71a1、71a2中流动的电流i减少，能减少损失。
37.按以下的方式来确定设计值w。当将轮胎60所包括的中继线圈71的数量设为n时，将设计值w设为2lmax/n，将谐振电容器c2的容量设置为电感lb落入极大值lmax至lmax(1-2/n)的范围内这样的容量。在图6、图7的示例中，n的值为6，因此，将谐振电容器c2的容量设置为电感lb落入极大值lmax至2lmax/3的范围内这样的容量。如此一来，中继线圈71a1、71a2传送电力期间，包括中继线圈71b1、71b2的电路、包括中继线圈71c1、71c2的电路的谐振崩溃，因此，电流不易在中继线圈71b1、71b2、71c1、71c2中流过，能减少损失，提高电力传送效率。在中继线圈71b1、71b2传送电力的情况下、中继线圈71c1、71c2传送电力的情况下亦是如此。
38.这样，当将谐振电容器c2的容量设置为送电线圈40、受电线圈240以及中继线圈71a1至71c2的谐振频率成为以预先确定的频率为中心的一定范围内的频率这样的容量时，能减少损失，提高电力传送效率。
39.如图10所示，可以构成为使中继线圈71a1、71b1、71c1的圆周方向的大小少于圆周的一半，且各自的一部分重叠。另外，在图10中，省略了中继线圈71a2、71b2、71c2，但关于中继线圈71a2、71b2、71c2，圆周方向的大小也少于圆周的一半，且各自一部分重叠，并且分别设置于相对于轮胎60的旋转中心o与中继线圈71a1、71b1、71c1呈点对称的位置处。
40.在这种情况下，能使铅垂方向的磁通贯通中继线圈71a1至71c2的时间变长，因此，能够提高电力传送效率。
41.在上述实施方式中，中继线圈71a1和中继线圈71a2通过配线连接而电连接，但也可以未通过配线连接而未电连接。在中继线圈71a1与送电线圈40相对时，电能蓄积于中继线圈71a1以及谐振电容器c2。然后，当轮胎60旋转，中继线圈71a1与受电线圈240相对时，蓄积于中继线圈71a1以及谐振电容器c2的电能向受电线圈240传送。此外，由于中继线圈71a1和中继线圈71a2通过配线连接的情况能在中继线圈71a1从送电线圈40接收电能的传送的同时，从中继线圈71a2向受电线圈240传送电能，因此较为理想。
42.在上述实施方式中，中继电路70分别具有两个中继线圈，例如中继线圈71a1、71a2，但如图11所示，也可以是包括一个中继线圈71d的结构。
43.·
第二实施方式：如图12所示，可以将中继电路70设置于轮胎60的轮毂盖68。同样地，能从送电线圈40经由中继电路70向受电线圈240传送电力。
44.·
第三实施方式：如图13所示，也可以是如下的结构：车辆202具有从外侧覆盖轮胎的防护罩208，在防护罩208的轮胎60侧设置受电线圈240。在这种情况下，也可以是如下的结构：在非操舵轮
的轮胎60的仅防护罩设置受电线圈240。这是因为不易在电力传送时受到轮胎60的操舵的影响。
45.·
其他实施方式：图14、图15所示的示例中，将中继线圈71的形状示出的形状图案与轮胎60的胎面部69的形状图案相同，中继线圈71与胎面部69的形状图案匹配地配置。
46.图15示出图14的轮胎60的截面。中继线圈71设置于比钢带64靠外周侧的胎面部69。当中继线圈71设置于比钢带64靠外周侧的胎面部69时，能使送电线圈40、受电线圈240与中继线圈71的间隔进一步变窄，因此能提高电力的传送效率。此外，钢带64可以用导电性屏蔽件覆盖。当被导电性屏蔽件覆盖时，磁通不会贯穿钢带64，因此不易在钢带64产生涡电流。另外，也可以在中继线圈71与钢带64之间设置轭部。磁通被轭部遮挡而不会贯穿钢带64。
47.在上述各实施方式中，受电线圈240与前后的轮胎60对应地设置，但也可以是仅包括与前轮的轮胎60对应的受电线圈240的结构、或是仅包括与后轮的轮胎60对应的受电线圈240的结构。
48.在上述各实施方式中，将中继线圈71的数量设为六个而进行了说明，但只要是两个以上的多个即可。此外，在上述实施方式中，将处于点对称位置的两个中继线圈71串联连接，但也可以例如将中继线圈71的数量设为3n个，将处于3次旋转对称位置的三个中继线圈70串联连接。
49.本公开所记载的控制装置及其方法也可以通过专用计算机来实现，该专用计算机通过构成处理器和存储器而提供，上述处理器被编程为执行由计算机程序具象化的一个或多个功能。或者，也可以是，本公开所记载的控制装置及其方法通过专用计算机来实现，该专用计算机是通过由一个以上的专用硬件逻辑电路构成处理器而提供的。或者，本公开所记载的控制装置和该控制部的方法由一个以上的专用计算机来实现，该专用计算机通过被编程为执行一个或多个功能的处理器及存储器与利用一个以上硬件逻辑电路构成的处理器的组合构成。此外，计算机程序也可以被存储于计算机可读的非暂时性有形存储介质，以作为由计算机执行的指令。
50.本公开不限于上述实施方式，能在不超出上述主旨的范围内通过各种结构实现。例如，与发明内容部分所记载的各方式中的技术特征对应的各实施方式中的技术特征可以适当地进行替换或组合，以解决上述技术问题的一部分或全部、或者实现上述效果的一部分或全部。此外，上述技术特征只要未在本说明书中作为必须结构而说明，就可适当删除。