СИСТЕМА ПОДАЧИ ЭНЕРГИИ И ТРАНСПОРТНОЕ СРЕДСТВО С ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ Российский патент 2012 года по МПК B60L11/18 H02J17/00 H02J7/02 

Область техники

Настоящее изобретение относится к системе подачи электроэнергии и к транспортному средству с электроприводом и, в частности, к технологии подачи электрической энергии к транспортному средству бесконтактным образом от источника энергии, внешнего по отношению к транспортному средству.

Предшествующий уровень техники

Большое внимание сфокусировано на транспортных средствах с электроприводом, таких как электрическое транспортное средство и гибридное транспортное средство, как на дружественных к окружающей среде транспортных средствах. Эти транспортные средства объединяют в себе электродвигатель для формирования движущей силы для движения и перезаряжаемое устройство накопления энергии для накопления электроэнергии, которая должна подаваться к электродвигателю. Гибридное транспортное средство ссылается на транспортное средство, объединяющее в себе двигатель внутреннего сгорания, в качестве источника энергии, в дополнение к электродвигателю, или транспортное средство, дополнительно объединяющее в себе топливный элемент в дополнение к устройству накопления энергии, в качестве источника энергии постоянного тока для приведения в движение транспортного средства (Патентный документ 1: Японская выложенная патентная заявка № 2008-174676).

Среди гибридных транспортных средств известно транспортное средство, которое позволяет заряжать установленное в транспортном средстве устройство накопления энергии от источника энергии, внешнего по отношению к транспортному средству, так же как и в случае с электрическим транспортным средством. Например, известно так называемое "подключаемое к розетке гибридное транспортное средство", которое позволяет устройству накопления энергии заряжаться от обычного бытового источника электропитания посредством установления соединения между штепсельной розеткой, расположенной в доме, и зарядным входом, предусмотренным в транспортном средстве, через зарядный кабель (Патентный документ 2: Японская выложенная патентная заявка № 9-102329).

В качестве способа передачи энергии внимание в последние годы сфокусировано на беспроводной передаче электроэнергии без использования шнуров и/или кабелей электропитания для электропередачи. Известны три многообещающих подхода этой технологии беспроводной передачи энергии, т.е. передача энергии с помощью электромагнитной индукции, передача энергии с помощью электромагнитных волн и передача энергии посредством резонансного способа (Патентный документ 3: WO 2007/008646).

Резонансный способ передачи является способом бесконтактной передачи энергии, передающим энергию через электромагнитное поле, вызывая резонанс в паре резонаторов (например, паре саморезонирующих катушек) в электромагнитном поле (ближнем поле), позволяя электроэнергии до нескольких кВт передаваться на относительно длинное расстояние (например, несколько метров) (непатентный документ 1 Андре Курс и другие, "Wireless Power Transfer via Strongly Coupled Magnetic Resonances" [онлайн], 6 июля 2007 г., Наука, т. 317, сс. 83-86 [найден 12 сентября 2007 г.], Интернет <URL:http://www.sciencemag.org/cgi/reprint/317/5834/-86.pdf>).

Краткое изложение существа изобретения

В случае, когда технология беспроводной передачи энергии, раскрытая в вышеупомянутом документе "Wireless Power Transfer via Strongly Coupled Magnetic Resonances", применяется к системе подачи энергии для транспортного средства, управление энергией, улучшающее эффективность подачи энергии, является проблемой. Однако вышеупомянутые документы подробно не описывают конкретную технологию управления энергией, чтобы эффективно подавать энергию.

Следовательно, задачей настоящего изобретения является предоставление технологии управления энергией, реализующей эффективную подачу энергии в системе бесконтактной подачи энергии, которая подает энергию посредством резонансного способа.

Другой задачей настоящего изобретения является предоставление технологии управления энергией, реализующей эффективное получение энергии в транспортном средстве с электроприводом, получающем энергию от устройства подачи энергии, внешнего по отношению к транспортному средству, посредством резонансного способа.

Система подачи энергии согласно настоящему изобретению включает в себя резонатор для передачи энергии, резонатор для получения энергии, выпрямитель, преобразователь напряжения и устройство управления напряжением. Резонатор для передачи энергии получает электрическую энергию от источника энергии, чтобы генерировать электромагнитное поле. Резонатор для получения энергии получает электрическую энергию от резонатора для передачи энергии посредством вхождения в резонанс с резонатором для передачи энергии через электромагнитное поле. Выпрямитель выпрямляет электроэнергию, полученную резонатором для получения энергии. Преобразователь напряжения преобразует напряжение электроэнергии, выпрямленной посредством выпрямителя, для подачи на нагрузку. Устройство управления напряжением управляет напряжением между выпрямителем и преобразователем напряжения, чтобы достигать предварительно определенного целевого напряжения.

Предпочтительно, устройство управления напряжением устанавливает целевое напряжение на основе величины полученной электроэнергии.

Предпочтительно, устройство управления напряжением устанавливает целевое напряжение равным значению квадратного корня из произведения целевого значения получаемой электрической энергии на целевой импеданс.

Дополнительно предпочтительно, целевой импеданс устанавливается равным импедансу источника энергии.

Предпочтительно, система подачи энергии дополнительно включает в себя сенсорное устройство. Сенсорное устройство считывает отраженную мощность электрической энергии, подаваемой из источника энергии к резонатору для передачи энергии. Устройство управления напряжением изменяет целевое напряжение так, что отраженная мощность уменьшается.

Дополнительно предпочтительно, устройство управления напряжением вычисляет, когда отраженная мощность больше или равна определенному значению, величину изменения целевого напряжения на основе разности между целевым значением отраженной мощности, которая ниже или равна определенному значению, и отраженной мощности, считанной сенсорным устройством.

Предпочтительно, сенсорное устройство вычисляет отраженную мощность на основе напряжения и тока электрической энергии, подаваемой из источника энергии к резонатору для передачи энергии, и разности фаз между напряжением и током.

Предпочтительно, преобразователь напряжения сконфигурирован с возможностью обеспечивать регулирование входного напряжения на нем. Устройство управления напряжением управляет преобразователем напряжения так, что напряжение между выпрямителем и преобразователем напряжения достигает целевого значения.

Также предпочтительно, преобразователь напряжения сконфигурирован с возможностью обеспечивать регулирование входной электрической энергии в нем. Устройство управления напряжением управляет источником энергии так, что напряжение между выпрямителем и преобразователем напряжения достигает целевого напряжения.

Предпочтительно, резонатор для передачи энергии включает в себя первичную катушку и первичную саморезонирующую катушку. Первичная катушка получает электрическую энергию от источника энергии. Первичная саморезонирующая катушка имеет электрическую энергию, подаваемую посредством электромагнитной индукции от первичной катушки, чтобы генерировать электромагнитное поле. Резонатор для получения энергии включает в себя вторичную саморезонирующую катушку и вторичную катушку. Вторичная саморезонирующая катушка принимает электрическую энергию от первичной саморезонирующей катушки посредством вхождения в резонанс с первичной саморезонирующей катушкой через электромагнитное поле. Вторичная катушка извлекает электрическую энергию, полученную вторичной саморезонирующей катушкой, посредством электромагнитной индукции для вывода на выпрямитель.

Дополнительно предпочтительно, каждый из резонатора для передачи энергии и резонатора для получения энергии включает в себя диск с высокой диэлектрической проницаемостью.

Предпочтительно, нагрузка включает в себя перезаряжаемое устройство накопления энергии.

Также предпочтительно, нагрузка включает в себя устройство электропривода, установленное в транспортном средстве, чтобы формировать движущую энергию транспортного средства. Устройство электропривода получает электрическую энергию, выведенную из преобразователя напряжения, чтобы формировать движущую энергию транспортного средства.

Транспортное средство с электроприводом настоящего изобретения включает в себя резонатор для получения энергии, выпрямитель, преобразователь напряжения, устройство электропривода и устройство управления энергией. Резонатор для получения энергии получает электрическую энергию от резонатора для передачи энергии, включенного в устройство подачи энергии, предусмотренное внешним по отношению к транспортному средству, резонируя с резонатором для передачи энергии через электромагнитное поле. Выпрямитель выпрямляет электроэнергию, полученную резонатором для получения энергии. Преобразователь напряжения преобразует напряжение электрической энергии, выпрямленной посредством выпрямителя. Устройство электропривода формирует движущую энергию транспортного средства с помощью электроэнергии, выведенной из преобразователя напряжения. Устройство управления напряжением управляет напряжением между выпрямителем и преобразователем напряжения, чтобы достигать предварительно определенного целевого напряжения.

Предпочтительно, устройство управления напряжением устанавливает целевое напряжение на основе величины полученной электроэнергии.

Предпочтительно, устройство управления напряжением устанавливает целевое напряжение равным значению квадратного корня из произведения целевого значения получаемой электрической энергии на целевой импеданс.

Дополнительно предпочтительно, целевой импеданс устанавливается равным импедансу устройства подачи энергии.

Предпочтительно, транспортное средство с электроприводом дополнительно включает в себя устройство связи для связи с устройством подачи энергии. В устройстве подачи энергии считывается отраженная мощность электрической энергии, подаваемой из источника энергии к резонатору для передачи энергии. Устройство управления напряжением принимает отраженную мощность, считанную в устройстве подачи энергии, посредством устройства связи, чтобы изменять целевое напряжение так, что отраженная мощность уменьшается.

Дополнительно предпочтительно, устройство управления напряжением вычисляет, когда отраженная мощность больше или равна определенному значению, величину изменения целевого напряжения на основе разности между целевым значением отраженной мощности, которая меньше или равна определенному значению, и отраженной мощностью, полученной посредством устройства связи.

Предпочтительно, отраженная мощность вычисляется на основе напряжения и тока электрической энергии, подаваемой от источника энергии к резонатору для передачи энергии, и разности фаз между напряжением и током.

Предпочтительно, преобразователь напряжения сконфигурирован с возможностью обеспечивать регулирование входного напряжения на нем. Устройство управления напряжением управляет преобразователем напряжения так, что напряжение между выпрямителем и преобразователем напряжения достигает целевого значения.

Дополнительно предпочтительно, транспортное средство с электроприводом дополнительно включает в себя устройство связи для связи с устройством подачи энергии. Преобразователь напряжения сконфигурирован с возможностью обеспечивать регулирование входной электрической мощности на нем. Устройство управления напряжением управляет источником энергии через устройство связи так, что напряжение между выпрямителем и преобразователем напряжения достигает целевого напряжения.

Предпочтительно, резонатор для передачи энергии включает в себя первичную катушку и первичную саморезонирующую катушку. Первичная катушка получает электрическую энергию от источника энергии. Первичная саморезонирующая катушка имеет электрическую энергию, подаваемую посредством электромагнитной индукции от первичной катушки, чтобы генерировать электромагнитное поле. Резонатор для получения энергии включает в себя вторичную саморезонирующую катушку и вторичную катушку. Вторичная саморезонирующая катушка принимает электрическую энергию от первичной саморезонирующей катушки посредством вхождения в резонанс с первичной саморезонирующей катушкой через электромагнитное поле. Вторичная катушка извлекает электрическую энергию, полученную вторичной саморезонирующей катушкой, посредством электромагнитной индукции для вывода на выпрямитель.

Дополнительно предпочтительно, каждый из резонатора для передачи энергии и резонатора для получения энергии включает в себя диск с высокой диэлектрической проницаемостью.

Предпочтительно, транспортное средство с электроприводом дополнительно включает в себя устройство накопления энергии, накапливающее электрическую энергию, выведенную из преобразователя напряжения.

В настоящем изобретении, посредством резонатора для передачи энергии и резонатора для получения энергии, резонирующих в электромагнитном поле, энергия передается бесконтактным образом от резонатора для передачи энергии к резонатору для получения энергии через электромагнитное поле. Электрическая энергия, полученная резонатором для получения энергии, выпрямляется посредством выпрямителя и преобразуется по напряжению посредством преобразователя напряжения, чтобы подаваться на нагрузку. Поскольку напряжение между выпрямителем и преобразователем напряжения может управляться, чтобы достигать предварительно определенного целевого напряжения в настоящем изобретении, соответствие импеданса может быть установлено между стороной, передающей энергию, и стороной, получающей энергию, согласно получаемой электрической энергии.

Следовательно, согласно настоящему изобретению бесконтактная подача энергии с высокой эффективностью может быть реализована посредством резонансного способа.

Краткое описание чертежей

В дальнейшем изобретение поясняется описанием предпочтительных вариантов воплощения со ссылками на сопроводительные чертежи, на которых:

Фиг. 1 изображает полную конфигурацию системы подачи энергии согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения;

Фиг. 2 изображает схему для описания механизма передачи энергии посредством резонансного способа;

Фиг. 3 изображает соотношение между расстоянием от источника тока (магнитного источника тока) и напряженностью электромагнитного поля;

Фиг. 4 изображает функциональную блок-схему полной конфигурации транспортного средства с электроприводом, показанного на фиг. 1;

Фиг. 5 изображает принципиальную схему преобразователя постоянного тока в постоянный ток, показанного на фиг. 4;

Фиг. 6 изображает функциональную блок-схему, относящуюся к управлению преобразователем постоянного тока в постоянный ток посредством ЭБУ транспортного средства, показанного на фиг. 4;

Фиг. 7 изображает другую конфигурацию саморезонирующей катушки;

Фиг. 8 изображает дополнительную конфигурацию саморезонирующей катушки;

Фиг. 9 изображает дополнительную конфигурацию саморезонирующей катушки;

Фиг. 10 изображает функциональную блок-схему, относящуюся к управлению преобразователем постоянного тока в постоянный ток посредством ЭБУ транспортного средства согласно изменению;

Фиг. 11 изображает изменение в эффективности и отраженной мощности относительно изменения параметров системы;

Фиг. 12 изображает функциональную блок-схему системы подачи энергии согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения;

Фиг. 13 изображает функциональную блок-схему, относящуюся к управлению преобразователем постоянного тока в постоянный ток посредством ЭБУ транспортного средства согласно второму варианту осуществления;

Фиг. 14 изображает блок-схему последовательности операций для описания работы блока управления корректировкой, показанного на фиг. 13;

Фиг. 15 изображает полную конфигурацию системы подачи энергии согласно третьему варианту осуществления;

Фиг. 16 изображает полную конфигурацию системы подачи энергии согласно модификации третьего варианта осуществления;

Фиг. 17 изображает полную блок-схему системы подачи энергии, применяющую диск с высокой диэлектрической проницаемостью в качестве резонатора.

Описание предпочтительных вариантов воплощения изобретения

Варианты осуществления настоящего изобретения будут описаны далее в данном документе в деталях со ссылками на чертежи. Одинаковые или соответствующие элементы на чертежах имеют одинаковые назначенные ссылочные номера, и их описание не будет повторяться.

Первый вариант осуществления

Фиг. 1 представляет полную конфигурацию системы подачи энергии согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения. Обращаясь к фиг. 1, система подачи энергии включает в себя транспортное средство 100 с электроприводом и систему 200 подачи энергии.

Транспортное средство (100) с электроприводом включает в себя вторичную саморезонирующую катушку (110), вторичную катушку (120), выпрямитель (130), преобразователь 140 постоянного тока в постоянный ток и устройство 150 накопления энергии. Транспортное средство 100 с электроприводом дополнительно включает в себя блок управления энергией (далее в данном документе также называемый PCU) 160, электродвигатель 170, ЭБУ (электронный блок управления) 180 транспортного средства и устройство 190 связи.

Хотя вторичная саморезонирующая катушка 110 размещена в нижней части кузова транспортного средства, она может быть размещена в верхней части кузова транспортного средства, если устройство 200 подачи энергии расположено над транспортным средством. Вторичная саморезонирующая катушка 110 является LC-резонирующей катушкой, имеющей оба конца открытыми (несоединенными), и получает электрическую энергию от устройства 200 подачи энергии, резонируя с первичной саморезонирующей катушкой 240 устройства 200 подачи энергии (описанной позже) через электромагнитное поле. Хотя емкостной компонент вторичной саморезонирующей катушки 110 соответствует плавающей емкости катушки здесь, конденсатор может быть предусмотрен на концах катушки.

Вторичная саморезонирующая катушка 110 имеет число своих витков, установленное соответственно так, что значение Q, представляющее интенсивность резонанса между первичной саморезонирующей катушкой 240 и вторичной саморезонирующей катушкой 110 (например, Q>100), значение K, представляющее степень их связи, и т.п., становятся больше в зависимости от расстояния от первичной саморезонирующей катушки 240 устройства 200 подачи энергии, резонансной частоты первичной саморезонирующей катушки 240 и вторичной саморезонирующей катушки 110 и т.п.

Вторичная катушка 120 размещается соосно с вторичной саморезонирующей катушкой 110 и может быть связана магнитным образом с вторичной саморезонирующей катушкой 110 посредством электромагнитной индукции. Вторичная катушка 120 извлекает электрическую энергию, полученную вторичной саморезонирующей катушкой 110, посредством электромагнитной индукции для вывода на выпрямитель 130. Выпрямитель 130 выпрямляет энергию переменного тока, извлеченную посредством вторичной катушки 120.

Преобразователь 140 постоянного тока в постоянный ток реагирует на сигнал управления от ЭБУ 180 транспортного средства, чтобы преобразовывать электрическую энергию, выпрямленную посредством выпрямителя 130, до уровня напряжения устройства 150 накопления энергии для вывода в него. В случае, когда энергия получается от устройства 200 подачи энергии во время операции движения транспортного средства (в этом случае устройство 200 подачи энергии может быть размещено, например, в верхней части или в боковой части транспортного средства), преобразователь 140 постоянного тока в постоянный ток может преобразовывать электрическую энергию, выпрямленную посредством выпрямителя 130, в напряжение системы для непосредственной подачи в PCU 160.

Устройство 150 накопления энергии является перезаряжаемым источником энергии постоянного тока, сформированным из аккумуляторной батареи, такой как литий-ионная или никель-металгидридная батарея. Устройство 150 накопления энергии накапливает электрическую энергию, подаваемую от преобразователя 140 постоянного тока в постоянный ток, а также рекуперативную электроэнергию, генерируемую электродвигателем 170. Устройство 150 накопления энергии подает накопленную электрическую энергию к PCU 160. Конденсатор большой емкости может применяться в качестве устройства 140 накопления энергии. Любой буфер энергии является применимым, пока он может временно накапливать электрическую энергию, подаваемую от устройства 200 подачи энергии, и/или рекуперативную электрическую энергию от электродвигателя 170 и подавать накопленную электрическую энергию к PCU 160.

PCU 160 приводит в действие электродвигатель 170 посредством электрической энергии, выводимой из устройства 150 накопления энергии, или электрической энергии, непосредственно подаваемой от преобразователя 140 постоянного тока в постоянный ток. PCU 160 выпрямляет рекуперативную электрическую энергию, сгенерированную электродвигателем 170, для вывода в устройство 150 накопления энергии, таким образом, устройство 150 накопления энергии заряжается. Электродвигатель 170 приводится в действие посредством PCU 160, чтобы формировать движущую энергию транспортного средства, которая предоставляется ведущим колесам. Электродвигатель 170 генерирует электрическую энергию с помощью кинетической энергии, получаемой от ведущих колес и двигателя, не показаны, и выводит сгенерированную рекуперативную электрическую энергию в PCU 160.

В режиме подачи энергии от устройства 200 подачи энергии к транспортному средству 100 с электроприводом ЭБУ 180 транспортного средства управляет преобразователем постоянного тока в постоянный ток 140 так, что напряжение между выпрямителем 130 и преобразователем 140 постоянного тока в постоянный ток достигает предварительно определенного целевого напряжения. Когда используется в данном документе, ЭБУ 180 транспортного средства устанавливает целевое напряжение согласно уравнению, изложенному ниже, на основе величины электрической энергии, полученной от устройства 200 подачи энергии:

(1)

где P - это целевое значение электрической энергии, получаемой от устройства 200 подачи энергии, а R - это целевой импеданс. Управляя напряжением между выпрямителем 130 и преобразователем 140 постоянного тока в постоянный ток, чтобы достигать вышеописанного целевого напряжения VHref, импеданс может быть установлен в целевой импеданс R независимо от получаемой электрической энергии. Посредством установки, например, целевого импеданса R на основе значения импеданса устройства 200 подачи энергии соответствие импеданса между устройством 200 подачи энергии со стороны подачи энергии и транспортным средством 100 с электроприводом со стороны получения энергии может быть установлено.

Значение импеданса устройства 200 подачи энергии может быть получено от него через устройство 190 связи. ЭБУ 180 транспортного средства обнаруживает получение электрической энергии в транспортном средстве 100 с электроприводом и передает обнаруженное значение устройству 200 подачи энергии через устройство 190 связи.

В режиме движения транспортного средства ЭБУ 180 транспортного средства управляет PCU 160 на основе состояния движения транспортного средства и состояния заряда (далее в данном документе также называемого SOC) устройства 150 накопления энергии. Устройство 190 связи функционирует как интерфейс связи, чтобы осуществлять беспроводную связь с устройством 200 подачи энергии, внешним по отношению к транспортному средству.

Устройство 200 подачи энергии включает в себя источник 210 энергии переменного тока, высокочастотный формирователь 220 высокочастотной энергии, первичную катушку 230, первичную саморезонирующую катушку 240, устройство 250 связи и ЭБУ 260.

Источник 210 энергии переменного тока является внешним по отношению к транспортному средству и источником питания системы, например. Формирователь 220 высокочастотной энергии преобразует электрическую энергию, полученную от источника 210 энергии переменного тока, в электрическую энергию высокой частоты. Преобразованная высокочастотная электрическая энергия подается на первичную катушку 230. Частота высокочастотной электрической энергии, сгенерированной формирователем 220 высокочастотной энергии, составляет от 1 МГц до десятка и нескольких МГц, например.

Первичная катушка 230 размещается соосно с первичной саморезонирующей катушкой 240 и может быть связана магнитным образом с первичной саморезонирующей катушкой 240 посредством электромагнитной индукции. Первичная катушка 230 подает электрическую энергию высокой частоты, поданную из формирователя 220 высокочастотной энергии, на первичную саморезонирующую катушку 240 посредством электромагнитной индукции.

Хотя первичная саморезонирующая катушка 240 размещается близко к земле, она может быть размещена над транспортным средством в случае, когда энергия подается транспортному средству 100 с электроприводом сверху транспортного средства. Первичная саморезонирующая катушка 240 аналогична LC-резонирующей катушке, имеющей оба конца открытыми (без контакта), и передает электрическую энергию транспортному средству 100 с электроприводом, резонируя с вторичной саморезонирующей катушкой 110 транспортного средства 100 с электроприводом через электромагнитное поле. Хотя емкостной компонент первичной саморезонирующей катушки 240 похожим образом соответствует плавающей емкости катушки, конденсатор может быть подключен на концах катушки.

Первичная саморезонирующая катушка 240 имеет число своих витков, заданное соответственно так, что значение Q (например, Q>100), степень K связи и т.п. становятся больше на основе расстояния от вторичной саморезонирующей катушки 110 транспортного средства 100 с электроприводом, резонансной частоты первичной саморезонирующей катушки 240 и вторичной саморезонирующей катушки 110 и т.п.

Устройство 250 связи функционирует как интерфейс связи, чтобы осуществлять беспроводную связь с транспортным средством 100 с электроприводом, которое является получателем подаваемой энергии. ЭБУ 260 управляет формирователем 220 высокочастотной энергии так, что получаемая электрическая энергия в транспортном средстве 100 с электроприводом достигает целевого значения. В частности, ЭБУ 260 получает от транспортного средства 100 с электроприводом получаемую электрическую энергию и ее целевое значение для транспортного средства 100 с электроприводом через устройство 250 связи и управляет выходным сигналом формирователя 220 высокочастотной энергии так, что получаемая электрическая энергия в транспортном средстве 100 с электроприводом совпадает с целевым значением. ЭБУ 260 может передавать значение импеданса устройства 200 подачи энергии транспортному средству 100 с электроприводом.

Фиг. 2 изображает схему для описания механизма передачи энергии посредством резонансного способа. Обращаясь к фиг. 2, резонансный способ похож на резонанс двух камертонов. Посредством резонанса двух LC-резонирующих катушек, имеющих одинаковую нейтральную частоту в электромагнитном поле (ближнем поле), электрическая энергия передается от одной катушки к другой катушке через электромагнитное поле.

В частности, первичная катушка 320 соединяется с источником 310 высокочастотной энергии, и электрическая энергия с частотой от 1 МГц до десятка и нескольких МГц подается на первичную саморезонирующую катушку 330, которая магнитным образом связана с первичной катушкой 320 посредством электромагнитной индукции. Первичная саморезонирующая катушка 330 является LC-резонатором на основе индуктивности и плавающей емкости катушки, резонирующим со вторичной саморезонирующей катушкой 340, имеющей ту же резонансную частоту, что и первичная саморезонирующая катушка 330, через электромагнитное поле (ближнее поле). Соответственно, энергия (электрическая энергия) передается от первичной саморезонирующей катушки 330 к вторичной саморезонирующей катушке 340 через электромагнитное поле. Энергия (электрическая энергия), переданная вторичной саморезонирующей катушке 340, извлекается вторичной катушкой 350, магнитным образом связанной с вторичной саморезонирующей катушкой 340, посредством электромагнитной индукции, чтобы представляться нагрузке 360. Передача энергии посредством резонансного способа реализуется, когда значение Q, представляющее интенсивность резонанса между первичной саморезонирующей катушкой 330 и вторичной саморезонирующей катушкой 340, выше чем 100, например.

Соответствующая взаимосвязь между элементами на фиг. 1 будет описана позже в данном документе. Источник 210 энергии переменного тока и формирователь 220 высокочастотной энергии на фиг. 1 соответствуют источнику 310 высокочастотной энергии на фиг. 2. Первичная катушка 230 и первичная саморезонирующая катушка 240 на фиг. 1 соответствуют первичной катушке 320 и первичной саморезонирующей катушке 330, соответственно, на фиг. 2. Вторичная саморезонирующая катушка 110 и вторичная катушка 120 на фиг. 1 соответствуют вторичной саморезонирующей катушке 340 и вторичной катушке 350, соответственно, на фиг. 2. Элементы выпрямителя 130 и т.д. на фиг. 1, в целом, представлены как нагрузка 360.

Фиг. 3 представляет соотношение между расстоянием от источника тока (магнитного источника тока) и интенсивностью электромагнитного поля. Обращаясь к фиг. 3, электромагнитное поле состоит из трех компонентов. Кривая k1 представляет компонент, обратно пропорциональный расстоянию от источника волн, и называется "полем излучения". Кривая k2 представляет компонент, обратно пропорциональный квадрату расстояния от источника волн, и называется "полем индукции". Кривая k3 представляет компонент, обратно пропорциональный кубу расстояния от источника волн, и называется "электростатическим полем".

"Электростатическое поле" - это область, где интенсивность электромагнитной волны резко уменьшается в соответствии с расстоянием от источника волн. В резонансном способе энергия (электрическая энергия) передается, пользуясь преимуществом ближнего поля (рассеянного поля), где это "электростатическое поле" является доминирующим. В частности, в ближнем поле, где "электростатическое поле" является доминирующим, вызывается резонанс пары резонаторов, имеющих одинаковую нейтральную частоту (например, пара LC-резонирующих катушек), посредством чего энергия (электрическая энергия) передается от одного резонатора (первичной саморезонирующей катушки) к другому резонатору (вторичной саморезонирующей катушке). Поскольку "электростатическое поле" не передает энергию далеко, резонансный способ допускает передачу энергии с меньшей потерей энергии по сравнению с электромагнитной волной, которая передает энергию (электрическую энергию) посредством "поля излучения", которое передает энергию на большое расстояние.

Фиг. 4 изображает блок-схему, представляющую конфигурацию силовой схемы транспортного средства 100 с электроприводом на фиг. 1. Обращаясь к фиг. 4, транспортное средство 100 с электроприводом включает в себя устройство 150 накопления энергии, главное реле SMR1 системы, повышающий преобразователь 162, инверторы 164, 166, мотор-генераторы 172, 174, двигатель 176, устройство 177 деления энергии и ведущее колесо 178. Дополнительно, транспортное средство 100 с электроприводом дополнительно включает в себя вторичную саморезонирующую катушку 110, вторичную катушку 120, выпрямитель 130, преобразователь 140 постоянного тока в постоянный ток, главное реле SMR2 системы, ЭБУ 180 транспортного средства, устройство 190 связи, датчик 192 напряжения и датчик 194 тока.

Транспортное средство 100 с электроприводом объединяет двигатель 176 и мотор-генератор 174 в качестве источника движения. Двигатель 176 и мотор-генераторы 172 и 174 связаны с устройством 177 разделения энергии. Транспортное средство 100 с электроприводом двигается посредством движущей энергии, сформированной, по меньшей мере, одним из двигателя 176 и мотор-генератора 174. Движущая энергия, сформированная двигателем 176, делится на два пути устройством 172 разделения энергии. Один путь направлен к ведущему колесу 178, а другой путь направлен к мотор-генератору 162.

Мотор-генератор 172 является вращающей электрической машиной переменного тока, сформированной, например, из 3-фазного синхронного электродвигателя переменного тока, имеющего постоянный магнит, встроенный в ротор. Мотор-генератор 172 генерирует электрическую энергию с помощью кинетической энергии двигателя 176, которая делится устройством 177 разделения энергии. Например, когда SOC устройства 150 накопления энергии становится ниже предварительно определенного значения, двигатель 176 запускается, и электрическая энергия генерируется мотор-генератором 172, посредством чего устройство 150 накопления энергии заряжается.

Мотор-генератор 174 также является вращающей электрической машиной переменного тока, сформированной, например, из 3-фазного синхронного электродвигателя переменного тока, имеющего постоянный магнит, встроенный в ротор, аналогично мотор-генератору 172. Мотор-генератор 174 формирует движущую энергию с помощью, по меньшей мере, одной из электрической энергии, накопленной в устройстве 150 накопления энергии, и электрической энергии, сгенерированной мотор-генератором 172. Движущая энергия мотор-генератора 174 передается ведущему колесу 178.

В режиме торможения транспортного средства или в режиме снижения ускорения при спуске механическая энергия, накопленная в транспортном средстве в качестве кинетической энергии или потенциальной энергии, используется для приведения во вращательное движение мотор-генератора 174 через ведущее колесо 178, посредством чего мотор-генератор 174 работает как генератор энергии. Соответственно, мотор-генератор 174 работает как рекуперативный тормоз, преобразующий энергию движения в электрическую энергию, чтобы формировать усилие торможения. Электрическая энергия, сгенерированная мотор-генератором 174, накапливается в устройстве 150 накопления энергии. Мотор-генератор 174 соответствует электродвигателю 170, показанному на фиг. 1.

Устройство 177 разделения энергии формируется из планетарной зубчатой передачи, включающей в себя солнечную шестерню, ведущую шестерню, водило и коронную шестерню. Ведущая шестерня зацепляется с солнечной шестерней и коронной шестерней. Водило поддерживает ведущую шестерню, чтобы допускать вращение по ее оси, и связано с коленчатым валом двигателя 176. Солнечная шестерня связана с вращающимся валом мотор-генератора 172. Коронная шестерня связана с вращающимся валом мотор-генератора 174 и ведущим колесом 178.

Главное реле SMR1 системы расположено между устройством 150 накопления энергии и повышающим преобразователем 162. Главное реле SMR1 системы электрически соединяет устройство 150 накопления энергии с повышающим преобразователем 162, когда сигнал SE1 от ЭБУ 180 транспортного средства становится активным, и разъединяет электрическую схему между устройством 150 накопления энергии и повышающим преобразователем 162, когда сигнал SE1 становится неактивным.

Повышающий преобразователь 162 реагирует на сигнал PWC от ЭБУ 180 электродвигателя, чтобы повышать напряжение, выводимое из устройства 150 накопления энергии, для вывода на положительную линию PL2. Например, схема прерывателя постоянного тока содержит этот повышающий преобразователь 162.

Инверторы 164 и 166 предоставляются согласно мотор-генераторам 172 и 174, соответственно. Инвертор 164 возбуждает мотор-генератор 172 на основе сигнала PWI1 от ЭБУ 180 транспортного средства. Инвертор 166 возбуждает мотор-генератор 174 на основе сигнала PWI2 от ЭБУ 180 транспортного средства. 3-фазная мостовая схема, например, составляет каждый из инверторов 164 и 166.

Повышающий преобразователь 162 и инверторы 164 и 166 соответствуют PCU 160 на фиг. 1.

Вторичная саморезонирующая катушка 110, вторичная катушка 120, выпрямитель 130 и преобразователь 140 постоянного тока в постоянный ток являются такими, как описано со ссылкой на фиг. 1. Главное реле SMR2 системы расположено между преобразователем 140 постоянного тока в постоянный ток и устройством 150 накопления энергии. Главное реле SMR2 системы электрически соединяет устройство 150 накопления энергии с преобразователем 140 постоянного тока в постоянный ток, когда сигнал SE2 от ЭБУ 180 транспортного средства становится активным, и разъединяет электрическую цепь между устройством 150 накопления энергии и преобразователем постоянного тока в 140 постоянный ток, когда сигнал SE2 становится неактивным.

Датчик 192 напряжения детектирует напряжение VH между выпрямителем 130 и преобразователем 140 постоянного тока в постоянный ток, чтобы предоставлять детектированное значение в ЭБУ 180 транспортного средства. Датчик 194 тока детектирует ток I1, выводимый из выпрямителя 130, чтобы предоставлять детектированное значение в ЭБУ 180 транспортного средства.

ЭБУ 180 транспортного средства формирует сигналы PWC, PWI1 и PWI2, чтобы управлять повышающим преобразователем 162, мотор-генератором 172 и мотор-генератором 174, соответственно, на основе положения педали акселератора, скорости транспортного средства и сигналов от различных датчиков. Сформированные сигналы PWC, PWI1 и PWI2 выводятся к повышающему преобразователю 162, инвертору 164 и инвертору 166, соответственно.

В режиме движения транспортного средства ЭБУ 180 транспортного средства делает сигнал SE1 активным, чтобы включать главное реле SMR1 системы, и делает сигнал SE2 неактивным, чтобы выключать главное реле SMR2 системы. В случае, когда электрическая энергия может быть получена от устройства подачи энергии во время режима движения транспортного средства, ЭБУ 180 транспортного средства может делать сигналы SE1 и SE2 активными, чтобы включать оба главных реле SMR1 и SMR2 системы.

В режиме получения энергии от устройства 200 подачи энергии, внешнего по отношению к транспортному средству, ЭБУ 180 транспортного средства делает сигнал SE1 неактивным, чтобы выключать главное реле SMR1 системы, и делает сигнал SE2 активным, чтобы включать главное реле SMR2 системы.

ЭБУ 180 транспортного средства вычисляет целевое напряжение VHref, указывающее целевое значение напряжения VH, на основе вышеупомянутого уравнения (1). ЭБУ 180 транспортного средства может получать значение импеданса устройства 200 подачи энергии от него через устройство 190 связи и вычислять целевое напряжение VHref на основе уравнения (1) с помощью полученного значения импеданса. ЭБУ 180 транспортного средства формирует сигнал PWD, чтобы управлять преобразователем постоянного тока в постоянный ток 140 так, что напряжение VH соответствует целевому напряжению VHref, и предоставляет сформированный сигнал PWD DC/DC-преобразователю 140.

ЭБУ 180 транспортного средства вычисляет получаемую электрическую энергию от устройства 200 подачи энергии на основе напряжения VH от датчика 192 напряжения и тока I1 от датчика 194 тока и передает вычисленное значение вместе с целевым значением получаемой электрической энергии устройству 200 подачи энергии через устройство 190 связи.

Фиг. 5 изображает принципиальную схему преобразователя 140 постоянного тока в постоянный ток, показанного на фиг. 4. Обращаясь к фиг. 5, преобразователь 140 постоянного тока в постоянный ток включает в себя блок 142 преобразования постоянного тока в переменный ток, блок 144 трансформатора и блок 146 выпрямителя. Блок 142 преобразования постоянного тока в переменный ток включает в себя переключающий элемент, включаемый/выключаемый на основе сигнала PWD от ЭБУ 180 транспортного средства, чтобы преобразовывать энергию постоянного тока, подаваемую от выпрямителя 130 (не показан), в энергию переменного тока для вывода в блок 144 трансформатора.

Блок 144 трансформатора изолирует блок 142 преобразования постоянного тока в переменный ток от блока 146 выпрямителя и выполняет преобразование напряжения согласно коэффициенту катушечной обмотки. Блок 146 выпрямителя выпрямляет энергию переменного тока, выводимую из блока 144 трансформатора, в энергию постоянного тока для вывода в устройство 150 накопления энергии (не показано).

В преобразователе 140 постоянного тока в постоянный ток входное напряжение в блоке 142 преобразования постоянного тока в переменный ток, т.е. напряжение VH, может управляться посредством регулировки коэффициента модуляции блока 142 преобразования постоянного тока в переменный ток на основе сигнала PWD от ЭБУ 180 транспортного средства.

Фиг. 6 изображает функциональную блок-схему, относящуюся к управлению преобразователем 140 постоянного тока в постоянный ток посредством ЭБУ 180 транспортного средства, показанного на фиг. 4. Обращаясь к фиг. 6, ЭБУ 180 транспортного средства включает в себя блок 181 установки целевого напряжения и блок 182 управления преобразователем постоянного тока в постоянный ток. Блок 181 установки целевого напряжения вычисляет целевое напряжение VHref согласно вышеупомянутому уравнению (1) на основе целевого значения P электрической энергии, получаемой от устройства 200 подачи энергии (фиг. 1) и целевого импеданса.

Блок 182 управления преобразователем постоянного тока в постоянный ток формирует сигнал PWM (широтно-импульсной модуляции), адресованный для управления преобразователем 140 постоянного тока в постоянный ток так, что напряжение VH, детектируемое датчиком 192 напряжения (фиг. 4), соответствует целевому напряжению VHref, и выводит сформированный PWM-сигнал в преобразователь 140 постоянного тока в постоянный ток в качестве сигнала PWD.

Обращаясь к фиг. 1 снова, в настоящей системе подачи энергии подача энергии от устройства 200 подачи энергии транспортному средству 100 с электроприводом производится посредством вызова резонанса первичной саморезонирующей катушки 240 устройства 200 подачи энергии и вторичной саморезонирующей катушки 110 транспортного средства 100 с электроприводом через электромагнитное поле (ближнее поле). В устройстве 200 подачи энергии управление энергией выполняется на основе получения электрической энергии, передаваемой от транспортного средства 100 с электроприводом, и ее целевого значения. В транспортном средстве 100 с электроприводом напряжение управляется так, что напряжение VH между выпрямителем 130 и преобразователем 140 постоянного тока в постоянный ток достигает целевого напряжения VHref посредством управления преобразователем 140 постоянного тока в постоянный ток. Целевое напряжение VHref устанавливается на основе вышеупомянутого уравнения (1). Посредством установки, например, целевого импеданса R в уравнении (1) на основе значения импеданса устройства 200 подачи энергии согласование импеданса между устройством 200 подачи энергии со стороны подачи энергии и транспортным средством 100 с электроприводом со стороны получения энергии может быть установлено.

Хотя ранее было описано, что емкостной компонент каждой из вторичной саморезонирующей катушки 110 и первичной саморезонирующей катушки 240 соответствует плавающей емкости каждой резонирующей катушки, может быть применена конфигурация, в которой конденсатор 380 соединяется с концами катушки в каждой из вторичной саморезонирующей катушки 110 и первичной саморезонирующей катушки 240, как показано на фиг. 7.

Кроме того, хотя было описано ранее, что электрическая энергия извлекается из вторичной саморезонирующей катушки 110 посредством электромагнитной индукции с помощью вторичной катушки 120, и энергия подается на первичную саморезонирующую катушку 240 посредством электромагнитной индукции с помощью первичной катушки 230, электрическая энергия может непосредственно выводиться на выпрямитель 130 от вторичной саморезонирующей катушки 110 без необходимости предусматривать вторичную катушку 120 и электрическая энергия может непосредственно подаваться с формирователя 220 высокочастотной энергии на первичную саморезонирующую катушку 240, как показано на фиг. 8.

Кроме того, конденсатор 380 может быть подключен параллельно катушке в конфигурации на фиг. 8, чтобы предоставлять емкостной компонент, как показано на фиг. 9.

Таким образом, напряжение VH между выпрямителем 130 и преобразователем 140 постоянного тока в постоянный ток может управляться, чтобы достигать целевого напряжения VHref в транспортном средстве 100 с электроприводом в первом варианте осуществления. Следовательно, импеданс может быть установлен в транспортном средстве 100 с электроприводом независимо от получения электрической энергии от устройства 200 подачи энергии. Устанавливая этот импеданс на основе значения импеданса устройства 200 подачи энергии, совпадение импеданса может быть установлено в каждом из устройства 200 подачи энергии со стороны передачи энергии и транспортного средства 100 с электроприводом со стороны получения энергии. Согласно первому варианту осуществления подача энергии высокой эффективности может быть реализована бесконтактным образом посредством резонансного способа.

Модификация

В вышеописанном первом варианте осуществления управление энергией выполняется в устройстве 200 подачи энергии, тогда как управление напряжением VH выполняется в транспортном средстве 100 с электроприводом. Альтернативно, управление энергией может выполняться в транспортном средстве 100 с электроприводом, тогда как управление напряжением может выполняться в устройстве 200 подачи энергии.

Фиг. 10 изображает функциональную блок-схему, относящуюся к управлению преобразователем 140 постоянного тока в постоянный ток посредством ЭБУ 180A транспортного средства согласно настоящей модификации. Обращаясь к фиг. 10, ЭБУ 180A транспортного средства включает в себя блок 181 установки целевого напряжения, блок 182A управления преобразователем постоянного тока в постоянный ток и блок 183 формирования управляющих команд.

Блок 181 установки целевого напряжения вычисляет целевое напряжение VHref посредством вышеупомянутого уравнения (1) на основе целевого значения P энергии, получаемой от устройства 200 подачи энергии и целевого импеданса. Блок 183 формирования управляющих команд формирует управляющий сигнал CNTL, направленный на управление формирователем 220 высокочастотной энергии (фиг. 1) устройства 200 подачи энергии так, что напряжение VH, детектированное датчиком 192 напряжения (фиг. 4), соответствует целевому напряжению VHref, и передает сформированный управляющий сигнал CNTL устройству 200 подачи энергии через устройство 190 связи (фиг. 1). В устройстве 200 подачи энергии формирователь 220 высокочастотной энергии управляется на основе управляющего сигнала CNTL так, что напряжение VH регулируется до целевого напряжения VHref, блок 182A управления преобразователем постоянного тока в постоянный ток вычисляет получаемую электрическую энергию на основе напряжения VH и тока I1, детектированного датчиком 194 тока (фиг. 4). Блок 182A управления преобразователем постоянного тока в постоянный ток формирует сигнал PWD, направленный на управление преобразователем 140 постоянного тока в постоянный ток так, что вычисленная получаемая электрическая энергия соответствует целевому значению P, и предоставляет сформированный сигнал PWD преобразователю 140 постоянного тока в постоянный ток.

Согласно настоящей модификации управление энергией так, чтобы задавать получаемую электрическую энергию в целевое значение, выполняется в транспортном средстве 100 с электроприводом, тогда как управление напряжением, чтобы задавать напряжение VH транспортного средства 100 с электроприводом в целевое напряжение VHref, выполняется посредством управления формирователем 220 высокочастотной энергии устройства 200 подачи энергии.

Второй вариант осуществления

Рабочий режим, чтобы реализовать оптимальную эффективность подачи энергии, будет изменяться, когда существует изменение в параметре системы вследствие изменения температуры и т.п. в устройстве подачи энергии и/или резонирующем блоке (первичной саморезонирующей катушке 240 и вторичной саморезонирующей катушке 110).

Фиг. 11 представляет изменение в эффективности и отраженной мощности относительно изменения параметров системы. Обращаясь к фиг. 11, кривая k11 представляет соотношение между напряжением VH, представляющим напряжение электрической энергии, получаемой в транспортном средстве с электроприводом, и эффективностью. Кривая k21 представляет соотношение между напряжением VH и отраженной мощностью в условиях, идентичных условиям кривой k11. Эффективность является максимальной, когда отраженная мощность минимальна. В таких условиях эффективность максимальна, когда напряжение VH равно V1.

Когда параметр системы изменяется вследствие изменения температуры и т.п. в устройстве подачи энергии и/или резонирующем блоке, соотношение между напряжением VH и эффективностью изменяется с кривой k11 на кривую k12, и соотношение между напряжением VH и отраженной мощностью изменяется с кривой k21 на k22. Напряжение VH, где эффективность максимальна, изменяется с V1 на V2.

Во втором варианте осуществления напряжение VH изменяется относительно изменения параметра системы, чтобы добиться соответствия импеданса относительно изменения параметра. В частности, отраженная мощность определяется в устройстве подачи энергии, чтобы изменять напряжение VH так, что отраженная мощность уменьшается.

Полная конфигурация системы подачи энергии согласно второму варианту осуществления, в основном, аналогична конфигурации, показанной на фиг. 1.

Фиг. 12 является функциональной блок-схемой устройства 200A подачи энергии согласно второму варианту осуществления. Обращаясь к фиг. 12, устройство 200A подачи энергии дополнительно включает в себя устройство 270 датчика отраженной мощности и ЭБУ 260A, вместо ЭБУ 260, в конфигурации устройства 200 подачи энергии первого варианта осуществления. Устройство 270 датчика отраженной мощности размещается на выходной линии формирователя 220 высокочастотной энергии, чтобы определять и выводить в ЭБУ 260A отраженную мощность PR. Хорошо известное устройство датчика отраженной мощности может быть применено для устройства 270 датчика отраженной мощности.

ЭБУ 260A получает детектированное значение отраженной мощности PR от устройства 270 датчика отраженной мощности и передает полученное детектированное значение транспортному средству с электроприводом через устройство 250 связи. Остальные функции ЭБУ 260A аналогичны функциям ЭБУ 260 первого варианта осуществления.

Фиг. 13 изображает функциональную блок-схему, относящуюся к управлению преобразователем 140 постоянного тока в постоянный ток посредством ЭБУ 180B транспортного средства второго варианта осуществления. Обращаясь к фиг. 13, ЭБУ 180B транспортного средства включает в себя вычитатель 184, блок 185 пропорционально-интегрального (PI) регулирования, блок 186 управления корректировкой, сумматор 187 и блок 182 управления преобразователем постоянного тока в постоянный ток.

Вычитатель 184 вычитает детектированное значение отраженной мощности PR, полученное посредством устройства 190 связи, из предварительно определенного целевого значения PRref отраженной мощности и предоставляет вычисленный результат в блок 185 PI-регулирования. Блок 185 PI-регулирования выполняет пропорционально-интегральную операцию с разностью между целевым значением PRref отраженной мощности и отраженной мощностью PF в качестве входного значения и предоставляет вычисленный результат в блок 186 управления корректировкой в качестве выходного сигнала α управления.

Блок 186 управления корректировкой вычисляет значение корректировки для напряжения VH на основе выходного сигнала α управления из блока 185 PI-регулирования и отраженной мощности PR посредством способа, который будет описан позже. Сумматор 187 складывает выходное значение блока 186 управления корректировкой с целевым напряжением VHref и предоставляет результат сложения в блок 182 управления преобразователем постоянного тока в постоянный ток. Блок 182 управления преобразователем постоянного тока в постоянный ток формирует сигнал PWD, направленный на управление преобразователем 140 постоянного тока в постоянный ток так, что напряжение VH соответствует скорректированному целевому напряжению, выводимому из сумматора 187, и предоставляет сформированный сигнал PWD преобразователю 140 постоянного тока в постоянный ток.

Фиг. 14 изображает блок-схему последовательности операций для описания работы блока 186 управления корректировкой, показанного на фиг. 13. Процесс в блок-схеме последовательности операций вызывается из главной программы для выполнения в каждом постоянном периоде времени или каждый раз, когда устанавливается предварительно определенное состояние.

Обращаясь к фиг. 14, блок 186 управления корректировкой определяет, больше ли отраженная мощность PR, чем предварительно определенное установленное значение (этап S10). Для этого установленного значения устанавливается целевое значение PRref отраженной мощности PR, например. Когда выполняется определение того, что отраженная мощность PR меньше или равна установленному значению (НЕТ на этапе S10), блок 186 управления корректировкой не корректирует целевое значение VHref (этап S20). А именно, блок 186 управления корректировкой устанавливает выходное значение для сумматора 187 в ноль.

Когда выполняется определение того, что отраженная мощность PR больше, чем определенное значение на этапе S10 (ДА на этапе S10), блок 186 управления корректировкой корректирует целевое значение VHref посредством управляющего выходного сигнала α из блока 185 PI-регулирования (этап S30). Затем, блок 186 управления корректировкой определяет, уменьшилась ли отраженная мощность PR или нет посредством корректировки целевого значения VHref, выполненной на этапе S30 (этап S40).

Когда выполняется определение того, что отраженная мощность PR уменьшилась, на этапе S40 (ДА на этапе S40), блок 186 управления корректировкой корректирует целевое значение VHref на основе управляющего выходного сигнала α из блока 185 PI-управления (этап S50). Когда выполняется определение того, что отраженная мощность PR увеличилась, на этапе S40 (НЕТ на этапе S40), блок 186 управления корректировкой корректирует целевое значение VHref на основе значения, которое является инвертированной версией кода управляющего выходного сигнала α, т.е. -α (этап S60).

Таким образом, напряжение VH управляется во втором варианте осуществления так, что отраженная мощность уменьшается относительно изменения параметра системы, вызванного изменением температуры и т.п. в устройстве подачи энергии и/или резонирующем блоке. Следовательно, согласно второму варианту осуществления, может постоянно достигаться оптимальная эффективность подачи энергии.

Третий вариант осуществления

Третий вариант осуществления имеет средство отображения, предусмотренное для указания того, что электрическая энергия получается в настоящий момент, когда транспортное средство с электроприводом получает энергию, передаваемую от устройства подачи энергии.

Фиг. 15 представляет полную конфигурацию системы подачи энергии согласно третьему варианту осуществления. Обращаясь к фиг. 15, система подачи энергии третьего варианта осуществления включает в себя транспортное средство 100A с электроприводом, вместо транспортного средства 100 с электроприводом, на основе конфигурации системы подачи энергии первого варианта осуществления, показанной на фиг. 1. Транспортное средство 100A с электроприводом дополнительно включает в себя индикаторную лампу 196 в конфигурации транспортного средства 100 с электроприводом, показанной на фиг. 1.

Индикаторная лампа 196 подключается к линии питания между выпрямителем 130 и преобразователем 140 постоянного тока в постоянный ток и излучает свет с помощью электрической энергии, выводимой из выпрямителя 130. А именно, индикаторная лампа 196 светится с помощью получаемой электрической энергии от устройства 200 подачи энергии. Индикаторная лампа 196 автоматически излучает свет согласно получению энергии от устройства 200 подачи энергии и автоматически выключается, когда энергия не принимается.

Согласно третьему варианту осуществления индикаторное средство для указания того, что транспортное средство с электроприводом в настоящий момент получает энергию от устройства 200 подачи энергии, может быть реализовано легко и экономично. Поскольку свет включается/выключается автоматически согласно получению энергии от устройства 200 подачи энергии, дополнительное средство для управления включением/выключением лампы не требуется. Эта система отображения получения энергии является относительно устойчивой к отказу системы.

Модификация

Фиг. 16 представляет полную конфигурацию системы подачи энергии согласно модификации третьего варианта осуществления. Обращаясь к фиг. 16, транспортное средство 100B с электроприводом настоящей модификации подобным образом включает в себя индикаторную лампу 196. Индикаторная лампа 196 подключается к линии питания между вторичной катушкой 120 и выпрямителем 130, чтобы излучать свет с помощью электрической энергии, выводимой из вторичной катушки 120. А именно, индикаторная лампа 196 аналогичным образом светится с помощью получаемой электрической энергии от устройства 200 подачи энергии в настоящей модификации. Следовательно, индикаторная лампа 196 автоматически излучает свет согласно получению энергии от устройства 200 подачи энергии и автоматически выключается, когда энергия не принимается.

Посредством настоящей модификации достигается преимущество, аналогичное преимуществу третьего варианта осуществления, изложенного выше.

Хотя каждый из вышеописанных вариантов осуществления направлен на передачу энергии посредством вызова резонанса пары саморезонирующих катушек, диск с высокой диэлектрической проницаемостью может быть использован для резонатора вместо саморезонирующей катушки.

Фиг. 17 изображает полную блок-схему системы подачи энергии, применяющей диск с высокой диэлектрической проницаемостью в качестве резонатора. Обращаясь к фиг. 17, устройство 200B подачи энергии включает в себя первичный диск 410 с высокой диэлектрической проницаемостью вместо первичной саморезонирующей катушки 240 и первичной катушки 230 на основе конфигурации устройства 200 подачи энергии на фиг. 1. Транспортное средство 100C с электроприводом включает в себя вторичный диск 420 с высокой диэлектрической проницаемостью вместо вторичной саморезонирующей катушки 110 и вторичной катушки 120 на основе конфигурации транспортного средства 100 с электроприводом на фиг. 1. Каждый из первичного диска 410 с высокой диэлектрической проницаемостью и вторичного диска 420 с высокой диэлектрической проницаемостью сформирован из материала с высокой диэлектрической проницаемостью, такого как TiO₂, BaTi₄O₉ и LiTaO₃. Посредством резонанса первичного диска 410 с высокой диэлектрической проницаемостью и вторичного диска 420 с высокой диэлектрической проницаемостью через электрическое поле (ближнее поле) энергия может передаваться от устройства 200B подачи энергии к транспортному средству 100C с электроприводом.

Хотя каждый из вариантов осуществления описывается на основе гибридного транспортного средства последовательного/параллельного типа, в котором движущая энергия двигателя 176 делится устройством 177 деления энергии, чтобы передаваться на ведущее колесо 178 и мотор-генератор 172, в качестве транспортного средства с электроприводом, настоящее изобретение также применимо к другим типам гибридных транспортных средств. Например, настоящее изобретение применимо к так называемому гибридному транспортному средству последовательного типа, использующему двигатель 176, только чтобы возбуждать мотор-генератор 172, и движущая сила формируется посредством только мотор-генератора 174, к гибридному транспортному средству, имеющему только рекуперативную энергию среди кинетической энергии, сформированной двигателем 176, которая накапливается в качестве электрической энергии, к гибридному транспортному средству с вспомогательным электродвигателем, использующему двигатель в качестве основного источника движения, и которому помогает электродвигатель при необходимости, и т.п.

Дополнительно, настоящее изобретение применимо к электрическому транспортному средству, которое движется только за счет электрической энергии, у которого отсутствует двигатель 176, или к транспортному средству с топливным элементом, дополнительно включающему в себя батарею топливных элементов в дополнение к устройству 150 накопления энергии в качестве источника энергии постоянного тока. Кроме того, настоящее изобретение также применимо к транспортному средству с электроприводом с отсутствующим повышающим преобразователем 162.

В вышеизложенном описании преобразователь 140 постоянного тока в постоянный ток соответствует варианту осуществления "преобразователя напряжения" настоящего изобретения. ЭБУ 180, 180A и 180B транспортного средства соответствуют варианту осуществления "устройства управления напряжением" настоящего изобретения. Устройство 270 датчика отраженной мощности составляет пример "сенсорного устройства" настоящего изобретения. PCU 160 и электродвигатель 170 (повышающий преобразователь 162, инверторы 164, 166 и мотор-генератор 174) составляют вариант осуществления "устройства электрического привода" настоящего изобретения.

Следует понимать, что варианты осуществления, раскрытые в данном документе, являются иллюстративными, а не ограничивающими в каком-либо смысле. Рамки настоящего изобретения определены скорее терминами формулы изобретения, чем описанием вариантов осуществления, изложенным выше, и предназначены для того, чтобы включать в себя любые изменения в пределах области применения и сущности, эквивалентные формуле изобретения.

Описание ссылочных символов

100, 100A-100C транспортное средство с электроприводом; 110, 340 вторичная саморезонирующая катушка; 120, 350 вторичная катушка; 130 выпрямитель; 140 преобразователь постоянного тока в постоянный ток; 142 блок преобразования постоянного тока в переменный ток; 144 блок трансформатора; 146 блок выпрямителя; 150 устройство накопления энергии; 160 PCU; 162 повышающий преобразователь; 164, 166 инвертор; 170 электродвигатель; 172, 174 мотор-генератор; 176 двигатель; 177 устройство разделения энергии; 178 ведущее колесо; 180, 180A, 180B ЭБУ транспортного средства; 181 блок установки целевого напряжения; 182, 182A блок управления преобразователем постоянного тока в постоянный ток; 183 блок формирования управляющих команд; 184 вычитатель; 185 блок ПИ-регулирования; 186 блок управления корректировкой; 187 сумматор; 190, 250 устройство связи; 192 датчик напряжения; 194 датчик тока; 196 индикаторная лампа; 200, 200A, 200B устройство подачи энергии; 210 источник энергии переменного тока; 220 формирователь высокочастотной энергии; 230, 320 первичная катушка; 240, 330 первичная саморезонирующая катушка; 260, 260A ЭБУ; 262 датчик пересечения нуля; 264 блок вычисления разности фаз; 266 блок вычисления отраженной мощности; 270 устройство датчика отраженной мощности; 310 источник высокочастотной энергии; 360 нагрузка; 380 конденсатор; 410 первичный фильтр с высокой диэлектрической проницаемостью; 420 вторичный фильтр с высокой диэлектрической проницаемостью; SMR1, SMR2 главное реле системы.

Группа изобретений относится к системе подачи энергии и транспортному средству с электроприводом. Система по первому и второму вариантам содержит резонатор для получения энергии, резонатор для передачи энергии, источник энергии для генерирования электромагнитного поля, выпрямитель, преобразователь напряжения, устройство управления напряжением. В системе по первому варианту устройство управления напряжением устанавливает целевое напряжение на основе величины получаемой электрической энергии. В системе по второму варианту дополнительно содержится сенсорное устройство. Сенсорное устройство считывает отраженную мощность электрической энергии, подаваемой из источника энергии к резонатору для передачи энергии. Устройство управления напряжением модифицирует целевое напряжение так, что отраженная мощность уменьшается. Транспортное средство по первому и второму вариантам содержит, соответственно, систему по первому и второму вариантам. Технический результат заключается в повышении эффективности передачи электроэнергии бесконтактным способом. 4 н. и 19 з.п. ф-лы, 17 ил.

1. Система подачи энергии, содержащая резонатор (110, 120; 420) для получения энергии, получающий электрическую энергию от резонатора (230, 240; 410) для передачи энергии, получающего электрическую энергию от источника энергии для генерирования электромагнитного поля, посредством вхождения в резонанс с резонатором для передачи энергии через электромагнитное поле, выпрямитель (130), выпрямляющий электрическую энергию, полученную посредством резонатора для получения энергии, преобразователь (140) напряжения, преобразующий напряжение электрической энергии, выпрямленной посредством выпрямителя, для подачи на нагрузку, и устройство (180, 180А, 180В) управления напряжением, управляющее напряжением между выпрямителем и преобразователем напряжения для достижения предварительно определенного целевого напряжения, причем устройство управления напряжением устанавливает целевое напряжение на основе величины получаемой электрической энергии.

2. Система подачи энергии по п.1, в которой устройство управления напряжением устанавливает упомянутое напряжение равным значению квадратного корня из умножения целевого значения получаемой электрической энергии на целевой импеданс.

3. Система подачи энергии по п.2, в которой целевой импеданс установлен равным импедансу источника энергии.

4. Система подачи энергии по п.1, в которой преобразователь напряжения сконфигурирован с возможностью обеспечения регулирования входного напряжения на нем, и устройство управления напряжением управляет преобразователем напряжения так, что напряжение между выпрямителем и преобразователем напряжения достигает целевого напряжения.

5. Система подачи энергии по п.1, в которой преобразователь напряжения сконфигурирован с возможностью обеспечения регулирования входной электрической энергии в нем, и устройство управления напряжением управляет источником энергии так, что напряжение между выпрямителем и преобразователем напряжения достигает целевого напряжения.

6. Система подачи энергии по п.1, в которой резонатор для передачи энергии включает в себя первичную катушку (230), получающую электрическую энергию из источника энергии, и первичную саморезонирующую катушку (240), имеющую электрическую энергию, подаваемую от первичной катушки посредством электромагнитной индукции, и генерирующую электромагнитное поле, при этом резонатор для получения энергии включает в себя вторичную саморезонирующую катушку (110), принимающую электрическую энергию от первичной саморезонирующей катушки посредством вхождения в резонанс с первичной саморезонирующей катушкой через электромагнитное поле, и вторичную катушку (120), извлекающую электрическую энергию, полученную вторичной саморезонирующей катушкой, посредством электромагнитной индукции для вывода на выпрямитель.

7. Система подачи энергии по п.1, в которой каждый из резонатора для передачи энергии и резонатора для получения энергии включает в себя диск (410, 420) с высокой диэлектрической проницаемостью.

8. Система подачи энергии по п.1, в которой нагрузка включает в себя перезаряжаемое устройство (150) накопления энергии.

9. Система подачи энергии по п.1, в которой нагрузка включает в себя устройство (160, 170) электропривода, установленное в транспортном средстве, чтобы формировать движущую энергию транспортного средства, и устройство электропривода получает электрическую энергию, выведенную из преобразователя напряжения, чтобы формировать движущую энергию транспортного средства.

10. Система подачи энергии, содержащая резонатор (110, 120; 420) для получения энергии, получающий электрическую энергию от резонатора (230, 240; 410) для передачи энергии, получающего электрическую энергию от источника энергии для генерирования электромагнитного поля, посредством вхождения в резонанс с резонатором для передачи энергии через электромагнитное поле, выпрямитель (130), выпрямляющий электрическую энергию, полученную посредством резонатора для получения энергии, преобразователь (140) напряжения, преобразующий напряжение электрической энергии, выпрямленной посредством выпрямителя, для подачи на нагрузку, и устройство (180, 180А, 180В) управления напряжением, управляющее напряжением между выпрямителем и преобразователем напряжения для достижения предварительно определенного целевого напряжения, и сенсорное устройство (270), считывающее отраженную мощность электрической энергии, подаваемой из источника энергии к резонатору для передачи энергии, при этом устройство управления напряжением модифицирует упомянутое целевое напряжение так, что отраженная мощность уменьшается.

11. Система подачи энергии по п.10, в которой устройство управления напряжением вычисляет, когда отраженная мощность больше или равна определенному значению, величину изменения целевого напряжения на основе разности между целевым значением отраженной мощности, которая меньше или равна определенному значению, и отраженной мощностью, считанной посредством сенсорного устройства.

12. Система подачи энергии по п.10, в которой сенсорное устройство вычисляет упомянутую отраженную мощность на основе напряжения и тока электрической энергии, подаваемой из источника энергии к резонатору для передачи энергии, и разности фаз между напряжением и током.

13. Транспортное средство с электроприводом, содержащее: резонатор (110, 120; 420) для получения энергии, получающий электрическую энергию от резонатора (230, 240; 410) для передачи энергии, включенного в устройство (200, 200А, 200В) подачи энергии, предусмотренное внешним по отношению к транспортному средству, посредством вхождения в резонанс с резонатором для передачи энергии через электромагнитное поле, выпрямитель (130), выпрямляющий электрическую энергию, полученную посредством резонатора для получения энергии, преобразователь (140) напряжения, преобразующий напряжение электрической энергии, выпрямленной посредством выпрямителя, устройство (160, 170) электропривода, формирующее движущую энергию транспортного средства с помощью электрической энергии, выведенной из преобразователя напряжения, и устройство (180, 180А, 180В) управления напряжением, управляющее напряжением между выпрямителем и преобразователем напряжения, чтобы достигать предварительно определенного целевого напряжения, причем устройство управления напряжением устанавливает целевое напряжение на основе величины получаемой электрической энергии.

14. Транспортное средство с электроприводом по п.13, в котором устройство управления напряжением устанавливает целевое напряжение равным значению квадратного корня из умножения целевого значения получаемой электрической энергии на целевой импеданс.

15. Транспортное средство с электроприводом по п.14, в котором целевой импеданс устанавливается равным импедансу устройства подачи энергии.

16. Транспортное средство с электроприводом по п.13, при этом преобразователь напряжения сконфигурирован с возможностью обеспечивать регулирование входного напряжения на нем, и устройство управления напряжением управляет преобразователем напряжения так, что напряжение между выпрямителем и преобразователем напряжения должно достигать целевого напряжения.

17. Транспортное средство с электроприводом по п.13, дополнительно содержащее устройство (190) связи для связи с устройством подачи энергии, при этом преобразователь напряжения сконфигурирован с возможностью обеспечивать регулирование входной электрической энергии в нем, устройство управления напряжением управляет источником энергии через устройство связи так, что напряжение между выпрямителем и преобразователем напряжения достигает целевого напряжения.

18. Транспортное средство с электроприводом по п.13, в котором резонатор для передачи энергии включает в себя первичную катушку (230), получающую электрическую энергию из источника энергии, и первичную саморезонирующую катушку (240), имеющую электрическую энергию, подаваемую от первичной катушки посредством электромагнитной индукции, чтобы генерировать электромагнитное поле, резонатор для получения энергии включает в себя вторичную саморезонирующую катушку (110), принимающую электрическую энергию от первичной саморезонирующей катушки посредством вхождения в резонанс с первичной саморезонирующей катушкой через электромагнитное поле, и вторичную катушку (120), извлекающую электрическую энергию, полученную вторичной саморезонирующей катушкой, посредством электромагнитной индукции для вывода на выпрямитель.

19. Транспортное средство с электроприводом по п.13, в котором каждый из резонатора для передачи энергии и резонатора для получения энергии включает в себя диск (410, 420) с высокой диэлектрической проницаемостью.

20. Транспортное средство с электроприводом по п.13, дополнительно содержащее устройство (150) накопления энергии, накапливающее электрическую энергию, выведенную из преобразователя напряжения.

21. Транспортное средство с электроприводом, содержащее резонатор (110, 120; 420) для получения энергии, получающий электрическую энергию от резонатора (230, 240; 410) для передачи энергии, включенного в устройство (200, 200А, 200В) подачи энергии, предусмотренное внешним по отношению к транспортному средству, посредством вхождения в резонанс с резонатором для передачи энергии через электромагнитное поле, выпрямитель (130), выпрямляющий электрическую энергию, полученную посредством резонатора для получения энергии, преобразователь (140) напряжения, преобразующий напряжение электрической энергии, выпрямленной посредством выпрямителя, устройство (160, 170) электропривода, формирующее движущую энергию транспортного средства с помощью электрической энергии, выведенной из преобразователя напряжения, и устройство (180, 180А, 180В) управления напряжением, управляющее напряжением между выпрямителем и преобразователем напряжения, чтобы достигать предварительно определенного целевого напряжения, и устройство (190) связи для связи с устройством подачи энергии, при этом отраженная мощность электрической энергии, подаваемой из источника энергии к резонатору для передачи энергии, считывается в устройстве подачи энергии, устройство управления напряжением получает отраженную мощность, считываемую в устройстве подачи энергии, посредством устройства связи и модифицирует целевое напряжение так, что отраженная мощность уменьшается.

22. Транспортное средство с электроприводом по п.21, в котором устройство управления напряжением вычисляет, когда отраженная мощность больше или равна определенному значению, величину изменения целевого напряжения на основе разности между целевым значением отраженной мощности, которая меньше или равна определенному значению, и отраженной мощностью, полученной посредством устройства связи.

23. Транспортное средство с электроприводом по п.21, в котором отраженная мощность вычисляется на основе напряжения и тока электрической энергии, подаваемой из источника энергии резонатору для передачи энергии, и разности фаз между напряжением и током.