JP2009284696A - 移動体用給電装置における給電制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 一次側コイル11から電磁誘導により二次側コイル21を介して移動体2のバッテリー24を充電する非接触給電装置の給電制御装置であって、多連の一次側コイル11は直列に接続されて交流電源装置13に接続され、一次側コイル11は端子間電圧を測定する電圧計16と接触器15を備え、交流電源装置13は電圧指令信号に従って電圧を調整し、制御器14は端子電圧信号を監視して二次側コイル21の接近を検知し二次側コイル21に給電すべき一次側コイル11’を判定して、接触器15の制御信号と交流電源装置13の電圧指令信号を送信する。
【選択図】 図1
Description
特許文献1には、移動体の移動中に非接触で給電する技術が開示されている。開示技術によれば、移動体の経路に沿って給電区間と無給電区間を交互に設定し、給電区間に給電制御手段を備えた1次コイルを敷設し、移動体に2次コイルを備えて、移動体が給電区間を走行している間に電磁誘導により二次コイルに電流を励起して非接触で移動体に電力を供給する。
一次コイルに常時通電するのでは電力効率が低下するが、開示された発明では、車両検出センサで移動体が給電区間を走行していることを検出した位置にある1次コイルにだけ電流を流すようにして節電している。
開示装置では、移動体側に設けられた電力伝送指令発生部から発生されるトリガ信号を一次側コイルに設けられたゲート制御トリガセンサが受信したときだけその一次側コイルを電源に接続しその他の一次側コイルには通電しないことにより節電を図っている。
したがって、一次側コイルの端子電圧を監視することにより、二次側コイルに充電するべき状態を検知することができる。
したがって二次側コイルが対向していない一次側コイルには電力を供給しないので、無駄な電力消費を節減して効率よく充電することができる。
給電用の交流電源装置において頻繁に出力電圧を昇降させることは、電源装置の性能を維持し保全する上で好ましくないが、別途検出用コイルを設けることにより検出時に出力電圧を低下させる動作を省くことができる。
そこで、電磁接触器に並列に抵抗器を接続して、電磁接触器の解放時にはサージ電流を並列抵抗器に流すことにより接点間のスパークを防止して、電磁接触器の寿命を延ばすことが好ましい。
インバータ出力が一次側コイルを介して移動体のバッテリーを充電している場合は、インバータには充電電流に見合う電流が流れている。一方、バッテリー充電が終了して充電電流がなくなったときには、インバータには最小限の電流しか流れない状態になる。
また、一次側コイルの供給電圧が低い間にコイル端子間を短絡したり開放したりすることができるので、スパークによる電極の劣化を低減することができる。
なお、検出用コイルを付設して給電用コイルには所定の供給電圧が印加されるようにした場合には、接触器に抵抗器を並列接続することによりスパークが発生し難くすることができる。
図1は本発明の第1実施例の給電制御装置の基本構成図、図2は測定原理を説明するための回路図、図3は2次側コイルの接近による1次側コイルにおける電圧電流の変化図、図4はインバータの構成と接続回路を表すブロック図、図5は本発明の第2実施例の給電制御装置におけるコイル部分の回路図、図6は従来技術例の非接触給電装置の模式的側面図である。
充電ステーション1における給電ユニット10の前には、図示しないが案内レールや案内ガードを設けてあり、自走台車2は通常はこれらに沿って1方向に走行し、自走台車2の走行中に一次側磁極12と二次側磁極22の間をほぼ一定の距離に保持して安定にエネルギー伝達を行うようにする。
接触器15は、電磁接触器や半導体スイッチなどで構成され、一次側コイル11の端子間を短絡する機能を有し、制御器14からの開閉指令を受けて作動し、端子間を短絡して交流電源装置13から供給される電流をバイパスさせたり、端子間を開放して一次側コイル11に電流を流したりする。
電圧計16は、一次側コイル11の端子間電圧を常時測定していて、測定した電圧信号を制御器14に伝送する。
交流電源装置13は、制御器14から送信される操作信号に従って、出力電圧を調整したり、電力出力の発停をしたりする。また、出力電力に対応する電流信号を制御器14に送信する。
制御器14は、自走台車2が近接していない状態においては、一次側コイル11の端子電圧を観察して、自走台車2の接近を監視している。
図2に示すように、並設された全ての一次側コイル11が直列に接続されているので、全ての接触器15が開放された状態で二次側コイル21が接近していなければ、一次側コイル11の端子電圧は全て同じ値になっている。また、一次側コイル11には無効電流だけが流れる。この様子を図3におけるケース1に示す。なお、図には2つのコイルのみ示すが他のコイルも同じである。
このときの電流電圧の状態を図3のケース2として表示している。なお、図3の上側のグラフ(a)は二次側コイル21が接近する一次側コイル11’に係る端子間電圧と無効電流、有効電流の状態を示し、下側のグラフ(b)は二次側コイル21が接近しない一次側コイル11”に係る端子間電圧と無効電流、有効電流の状態を示す。
このときの電流電圧の状態を図3にケース3として表示した。
この特性を利用することで、1次側コイル11の端子電圧や電流に基づいて2次側コイル21の接近や離脱、負荷供給の状況を検知することができる。
まず、二次側コイル21の接近することを監視する期間は、接触器15を全て開放して、交流電源装置13から一定電圧で電流を供給する。すると、各一次側コイル11の端子電圧は互いに等しくなる。
制御器14は、この状態で、交流電源装置13に出力電圧を電力供給時の値まで上昇して、二次側コイル21に所定の電磁誘導を起こさせるように指令を出す。
制御器14は、この電流変化に基づいて二次側コイル21の離脱を検知し、交流電源装置13の出力電圧を監視するときの値まで低下させる。
制御器14は、交流電源装置13の出力電圧が低下した後に、接触器15に開放指令を発して全ての一次側コイル11を直列接続状態に戻す。
こうして初めの状態に戻り、再びどれかの一次側コイル11に二次側コイル21が接近することを監視する。
以上の繰り返しにより、自走台車2が給電ユニット10から離脱するまで、順次一次側コイル11を切換えながら給電を継続することができる。
図4は、本実施例に使用するインバータ30の構成と制御器14との関係を表すブロック図である。
インバータ30は、整流回路31と平滑回路32と逆変換回路33から構成され、400V50Hz/60Hzの交流電源を入力して整流回路31で整流し、並列に接続された平滑回路32で直流化して、逆変換回路33で400Hzの交流電流に変換し、一次側コイル11に供給する。
コイル間のエネルギー交換は周波数が高いほど効率が高いので、インバータ30により高周波化した電源を適用することが好ましい。
このように、地上に固定されたインバータ30の内部回路における電圧を監視して、非接触給電している二次側コイル21における充電完了を検知するので、運動する自走台車2から情報を収集する困難を回避することができる。
図5では、図1と同じ機能を表す要素については同じ参照番号を付して説明を省略する。
本実施例の給電制御装置では、一次側磁極12には、一次側コイル11と、これと独立する検知用コイル17が巻回される。検知用コイル17は全て直列に接続され検知用交流電源18に接続される。各検知用コイル17の端子間に電圧計16が設けられ、それぞれの測定信号は制御器14で収集される。
一次側コイル11の端子間に接触器15が並列接続され、全ての一次側コイル11が直列に交流電源装置13と接続される。
検知用コイル17で第1実施例におけると同様にして二次側コイル21の接近を検知すると、接近した一次側コイル11以外の接触器15を短絡し、交流電源装置13の出力を対象の一次側コイル11にのみ電源を供給する。二次側コイル21が離脱すると、交流電源装置13の出力電圧を降下させ、あるいは出力を遮断し、接触器15を開放して、再び二次側コイル21の接近を監視し始める。
ただし、検出用コイルを別に使用するときには、給電用コイルの端子間に挿入される接触器は一次側コイルに供給される大電流を断続するので、特に電流を遮断するときに電極間にスパークが飛んだりして電磁接触器の寿命が短くなる問題がある。
そこで、電磁接触器に並列に抵抗器を接続して、電磁接触器の解放時にはサージ電流を並列抵抗器に流すことにより接点間のスパークを防止して、電磁接触器の寿命を延ばすことが好ましい。
また、電磁接触器を操作するときには交流電源装置の出力電圧を低減させるようにしてもよい。
2 自走台車
10 給電ユニット
11,11’,11” 一次側コイル
12 一次側磁極
13 交流電源装置
14 制御器
15 接触器
16 電圧計
17 検知用コイル
18 検知用交流電源
21 二次側コイル
22 二次側磁極
23 搭載ユニット
24 バッテリー
30 インバータ
31 整流回路
32 平滑回路
33 逆変換回路
Claims (4)
- 電磁誘導を利用して複数連なった一次側コイルから対向する二次側コイルを介して移動体のバッテリーを充電する非接触給電装置の給電制御装置であって、多連の一次側コイルと交流電源装置と制御器を備え、該多連の一次側コイルは直列に接続されて該交流電源装置に接続され、該一次側コイルはそれぞれ端子間の電圧を測定する電圧計と端子間を短絡する接触器を備え、前記交流電源装置は電圧指令信号に従って電圧を調整しかつ電流信号を発生し、前記制御器は前記電圧計の電圧信号と前記交流電源装置の電流信号を受信して前記接触器の制御信号と前記交流電源装置の電圧指令信号を送信するもので、前記制御器が端子電圧信号を取り込んで監視することにより二次側コイルの接近を検知し該二次側コイルに給電すべき一次側コイルを判定して、その他の一次側コイルに接続された前記接触器を操作して端子間を短絡させ、該二次側コイルが対向している一次側コイルのみ通電することを特徴とする給電制御装置。
- 前記二次側コイルの接近を監視する間は前記交流電源装置の出力電圧を低く抑えて、前記二次側コイルに電磁誘導を起こさせるときに前記交流電源装置の出力電圧を高くすることを特徴とする請求項1記載の給電制御装置。
- 前記一次側コイルを給電用に使用し該一次側コイルと別の検出用コイルを磁極に巻回したものを直列接続して検出用交流電源装置に接続し、二次側コイルの接近を検出するために使用することを特徴とする請求項1または2記載の非接触給電装置。
- 前記交流電源装置は、外部の交流供給線に接続される整流回路、該整流回路の直流出力を平滑化する平滑回路、該平滑回路の出力を交流にする逆変換回路を備えたインバータであって、前記制御器が、該インバータの前記整流回路の直流出力を取り込んで、取り込んだ直流出力が所定の値より大きいときにバッテリー充電の終了と判定して前記インバータの出力を停止させることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の非接触給電装置。
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