JP2011135704A - 無接触給電設備 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】給電側は、給電装置11と給電ユニット12から構成され、受電側は受電ユニット13から構成され、給電装置11は、直流電流が供給されるセンタータップ付き一次コイル23、二次コイル24、および三次コイル25からなる絶縁トランス26と、一次コイル23に接続される、第1トランジスタ29、第2トランジスタ30を備え、トランジスタ29,30を駆動する回路として、一次コイル23に接続される立ち上げ回路91,92と、三次コイル25に接続される駆動回路93および進み回路94を備え、二次コイル24より給電ユニット12へ高周波電流を供給する。
【選択図】図1
Description
この特許文献1に開示されている電源装置は、AC/DCコンバータを形成する回路と、この回路から直流電流が供給されるDCチョークと、DCチョークを介して直流電流がセンタータップに供給される一次コイルおよび前記誘導線路が接続される二次コイルからなる高周波トランスと、高周波トランスの一次コイルの両端に並列に接続されたコンデンサと、高周波トランスの一次コイルの一端と直流電源のマイナス出力端子との間に接続された第1スイッチと、高周波トランスの一次コイルの他端と直流電源のマイナス出力端子との間に接続された第2スイッチから構成されている。
また、AC/DCコンバータを形成する回路を使用しないで、交流電流を直接用いる電源装置の一例が特許文献2に開示されている。
[実施の形態1]
図1は本発明の実施の形態1における無接触給電設備の回路図である。
交流の商用電源10に接続され、交流電流を直流電流へと全波整流し、全波整流した直流電流を供給する整流器21と、
整流器21のプラス出力端子21aに一端が接続され、整流器21より直流電流が供給されるDCチョーク22と、
DCチョーク22の他端にセンタータップ23aが接続されたセンタータップ付き一次コイル23、給電ユニット12の誘導コイル54a,54b(後述する)に接続された二次コイル24、および整流器21のマイナス出力端子21bにセンタータップ25aが接続されたセンタータップ付き三次コイル25からなる絶縁トランス26と、
前記センタータップ付き一次コイル23の一端23bと前記整流器21のマイナス出力端子21bとの間に接続された第1トランジスタ29と、
前記センタータップ付き一次コイル23の他端23cと前記整流器21のマイナス出力端子21bとの間に接続された第2トランジスタ30と、 アノードが、前記センタータップ付き一次コイル23の他端23cに接続された第1定電流ダイオード31と、
カソードが、前記第1定電流ダイオード31のカソードおよび前記第1トランジスタ29のゲートに接続され、アノードが、前記整流器21のマイナス出力端子21bに接続された第1ツェナーダイオード33と、 アノードが、前記センタータップ付き一次コイル23の一端23bに接続された第2定電流ダイオード32と、
カソードが、前記第2定電流ダイオード32のカソードおよび前記第2トランジスタ30のゲートに接続され、アノードが、前記整流器21のマイナス出力端子21bに接続された第2ツェナーダイオード34と、
アノードが、前記第1定電流ダイオード31のカソードに接続され、カソードが、前記センタータップ付き一次コイル23の他端23cに接続された第1切換えダイオード65aと、
アノードが、前記第2定電流ダイオード32のカソードに接続され、カソードが、前記センタータップ付き一次コイル23の一端23bに接続された第2切換えダイオード65bと、
トランジスタ29,30のゲートへ電荷を供給する駆動回路93と、トランジスタ29,30のゲートへ急速に電荷を供給する進み回路94と、これら部品が配置された空冷用の冷却フィン(図示せず)とから構成されている。
第2トランジスタ30のゲートに電圧を印加し、第2トランジスタ30をオン(導通)状態にする第2立ち上げ回路92は、前記第2定電流ダイオード32と、前記第2ツェナーダイオード34から構成されている。
前記センタータップ付き三次コイル25の一端25bに、一端が接続された第1乗換え抵抗37と、
アノードが、前記第1乗換え抵抗37の他端に接続され、カソードが、第1定電流ダイオード31のカソードに接続された第1乗換えダイオード39とから構成され、
前記第2駆動回路93bは、
前記センタータップ付き三次コイル25の他端に、一端が接続された第2乗換え抵抗38と、
アノードが、前記第2乗換え抵抗38の他端に接続され、カソードが、第2定電流ダイオード32のカソードに接続された第2乗換えダイオード40から構成される。
前記センタータップ付き三次コイル25の一端25bに、一端が接続された第1進み抵抗41と、
一端が前記第1進み抵抗41の他端に接続された第1進みコンデンサ43と、
アノードが、前記第1進みコンデンサ43の他端に接続され、カソードが、前記第1定電流ダイオード31のカソードに接続された第1進みダイオード47と、
前記第1進みダイオード47のアノードと前記整流器21のマイナス出力端子21bとの間に接続された第1抵抗45と、
前記センタータップ付き三次コイル25の他端25cに、一端が接続された第2進み抵抗42と、
一端が前記第2進み抵抗42の他端に接続された第2進みコンデンサ44と、
アノードが、前記第2進みコンデンサ44の他端に接続され、カソードが、前記第2定電流ダイオード32のカソードに接続された第2進みダイオード48と、
前記第2進みダイオード48のアノードと前記整流器21のマイナス出力端子21bとの間に接続された第2抵抗46とから構成される。
第1フェライト72の他方側の底部のフェライト72b−第1フェライト72の一方側の底部のフェライト72a−第1フェライト72の一方側の凸部のフェライト72c−第1フェライト72の他方側の凸部のフェライト72d−第1フェライト72の他方側の底部のフェライト72bと、
第1フェライト72の一方側の底部のフェライト72a−第1フェライト72の一方側の凸部のフェライト72c−第2フェライト73の一方側の凸部のフェライト73c−第2フェライト73の一方側の底部のフェライト73a−第3フェライト74a−第1フェライト72の一方側の底部のフェライト72aと、
第2フェライト73の一方側の底部のフェライト73a−第2フェライト73の他方側の底部のフェライト73b−第2フェライト73の他方側の凸部のフェライト73d−第2フェライト73の一方側の凸部のフェライト73c−第2フェライトの一方側の底部のフェライト73aと、
第2フェライト73の他方側の底部のフェライト73b−第2フェライト73の他方側の凸部のフェライト73d−第1フェライト72の他方側の凸部のフェライト72d−第1フェライト72の他方側の底部のフェライト72b−第3フェライト74b−第2フェライト73の他方側の底部のフェライト73bと
の4通りに形成され、フェライトコア部材71における磁束の飽和の発生が最小限となることから、給電部62から後述する受電部63へ飛ぶ磁束を最大とすることができ、電力の伝送効率を向上させることができる。
1.給電装置11が商用電源10(図4の入力電圧)に接続されると、交流電流が整流器21へ供給され、整流器21で整流された直流電流が給電装置11のDCチョーク22に供給される。この状態では、第1トランジスタ29、第2トランジスタ30ともにオフ(非導通)状態にある。
すると、センタータップ付き一次コイルの一端と第1トランジスタ29のコレクタの接続点の電圧は略0Vとなるため、第2トランジスタ30のゲートの電荷は、第2切換ダイオード65bを介して、センタータップ付き一次コイルの一端と第1トランジスタ29のコレクタの接続点へと流れ、放電され、第2トランジスタ30は完全にオフ(非導通)状態となり、第2トランジスタ30のゲート電圧が閾値電圧を越えることはない。
すると、センタータップ付き一次コイルの他端と第2トランジスタ30のコレクタの接続点の電圧は略0Vとなるため、第1トランジスタ29のゲートの電荷は第1切換ダイオード65aを介して、センタータップ付き一次コイルの他端と第2トランジスタ30のコレクタの接続点へと流れ、放電され、第1トランジスタ29は完全にオフ(非導通)状態となり、第1トランジスタ29のゲート電圧が閾値電圧を越えることはない。
このように、第1トランジスタ29と第2トランジスタ30が交互にオン(導通)状態となり、その毎に一次コイル23に流れる電流の向きは逆になる。
T=CR
で表される。したがって、トランジスタ29,30がオン(導通)状態となるのが遅れて、180゜毎にオン(導通)状態となることを繰り返すことができなくなり、両方ともオフ(非導通)状態となる瞬間が生じることとなる。したがって、抵抗値Rを小さくし、電流を急速に流そうとしても、本実施の形態のように、AC200Vのときでは、10mAを確保するためには、抵抗値Rは、20kΩと大きくなリ、ゲート電圧が閾値電圧に到達するまでの時間はさらに遅れて、自己発振ができなくなる。
[実施の形態2]
以下、実施の形態2を図5に基づいて説明する。なお、実施の形態1と同じ回路構成には、同一の符号を付して説明を省略する。
(イ).センタータップ付き一次コイル23の一端23bと第1トランジスタ29のコレクタとの間に、アノードが前記センタータップ付き一次コイル23の一端23bと前記第2定電流ダイオード32のアノードとの接続点に接続され、カソードが前記第1トランジスタ29に接続された第1ダイオード27を挿入する。
また第2ツェナーダイオード34のカソードと第2トランジスタ30のベースとの間に第2ゲート抵抗36を挿入する。
放電回路95は、
アノードが、前記第1定電流ダイオード31のカソードと前記第1トランジスタ29のゲートとの接続点に接続された第1放電ダイオード49と、一端が第1放電ダイオード49のカソードに接続され、他端が、前記第2ダイオード28のカソードと前記第2トランジスタ30との接続点に接続された第1放電抵抗51と、
アノードが、前記第2定電流ダイオード32のカソードと前記第2トランジスタ30のゲートとの接続点に接続された第2放電ダイオード50と、一端が第2放電ダイオード50のカソードに接続され、他端が、前記第1ダイオード27のカソードと前記第1トランジスタ29との接続点に接続された第2放電抵抗52とにより構成する。
このとき、受電ユニット13は移動体14'に搭載され、誘導線路64から受電される。なお、誘導線路64から複数の受電ユニット13に給電されるとき、受電ユニット13に接続される負荷の電力により、給電装置11の二次コイル24に接続される回路のインピーダンスが増減し、共振周波数が変化することから、受電ユニット13に誘起される起電力が変化する。移動体14'側は、周波数が変わって起電力が変化しても負荷に給電できる定格にしておく必要がある。
1.給電装置11が商用電源10(図4の入力電圧)に接続されると、交流電流が整流器21へ供給され、整流器21で整流された直流電流が給電装置11のDCチョーク22に供給される。この状態では、第1トランジスタ29、第2トランジスタ30ともにオフ(非導通)状態にある。
このように、第1トランジスタ29と第2トランジスタ30が交互にオン(導通)状態となり、その毎に一次コイル23に流れる電流の向きは逆になる。
[実施の形態3]
実施の形態3では、図6に示すように、上記実施の形態1における整流器21を半波整流器21’に代え、上記装置14には、負荷として、バッテリー61を設けている。これに伴い、装置14には、受電ユニット13の共振コンデンサ56に並列に接続された一次コイル57と、二次コイル58からなる絶縁トランス59と、絶縁トランス59の二次コイル58より出力される共振電流を直流電流に全波整流する整流器60と、DCチョーク66を備え、整流器60によって整流された直流電流により充電されるバッテリー61を充電している。この際、前記一次コイル57と二次コイル58の巻線比は、バッテリー61に定格電圧が印加されるように設定されている。
[実施の形態4]
実施の形態4では、図8に示すように、上記実施の形態2における整流器21を半波整流器21’に代え、上記移動体14’には、負荷として、バッテリー61を設けている。これに伴い、移動体14’には、受電ユニット13の共振コンデンサ56に並列に接続された一次コイル57と、二次コイル58からなる絶縁トランス59と、絶縁トランス59の二次コイル58より出力される共振電流を直流電流に全波整流する整流器60と、DCチョーク66を備え、整流器60によって整流された直流電流により充電されるバッテリー61を充電している。この際、前記一次コイル57と二次コイル58の巻線比は、バッテリー61に定格電圧が印加されるように設定されている。
11 給電装置
12 給電ユニット
13 受電ユニット
14 装置
14' 移動体
21 整流器
21' 半波整流器
22 DCチョーク
23 センタータップ付き一次コイル
24 二次コイル
25 センタータップ付き三次コイル
26 絶縁トランス
27,28 ダイオード
29,30 トランジスタ
31,32 定電流ダイオード
33,34 ツェナーダイオード
37,38 乗換え抵抗
39,40 乗換えダイオード
39',40' 乗換え定電流ダイオード
43,44 進みコンデンサ
47,48 進みダイオード
51,52 放電抵抗
53 共振コンデンサ
54a,54b 誘導コイル
55a,55b 受電コイル
56 共振コンデンサ
57 一次コイル
58 二次コイル
59 絶縁トランス
60 整流器
61 バッテリー
64 誘導線路
65a,65b 切換えダイオード
72,82 第1フェライト
73,83 第2フェライト
74,84 第3フェライト
91,92 立ち上げ回路
93 駆動回路
94 進み回路
95 放電回路
Claims (6)
- 移動体の移動経路に沿って配置され、交流電流が供給される誘導線路、または装置が留まる所定位置に配置され、交流電流が供給される誘導コイルを備え、
前記移動体に、前記誘導線路に発生する磁束により起電力が誘起される受電コイルを設け、または前記装置に、前記誘導コイルに発生する磁束により起電力が誘起される受電コイルを設けた無接触給電設備であって、
商用電源から供給される交流電流を整流する整流器と、
前記整流器のプラス出力端子に一端が接続されたDCチョークと、
前記DCチョークの他端にセンタータップが接続されたセンタータップ付き一次コイルと、前記誘導線路または誘導コイルに接続された二次コイルと、前記整流器のマイナス出力端子にセンタータップが接続されたセンタータップ付き三次コイルからなる絶縁トランスと、
前記二次コイルと並列に接続され、前記誘導線路または誘導コイルと所定周波数で共振回路を形成する共振コンデンサと、
前記センタータップ付き一次コイルの一端と前記整流器のマイナス出力端子との間に接続されたトランジスタから形成される第1スイッチング素子と、
前記センタータップ付き一次コイルの他端と前記整流器のマイナス出力端子との間に接続されたトランジスタから形成される第2スイッチング素子と、
前記センタータップ付き一次コイルの他端に接続され、前記第1スイッチング素子を形成するトランジスタのゲートへ電荷を供給する第1立ち上げ回路と、
前記センタータップ付き一次コイルの一端に接続され、前記第2スイッチング素子を形成するトランジスタのゲートへ電荷を供給する第2立ち上げ回路と、
前記センタータップ付き三次コイルの両端に接続され、前記第1スイッチング素子を形成するトランジスタのゲートと、前記第2スイッチング素子を形成するトランジスタのゲートへ交互に電荷を供給する駆動回路と
を備え、
前記センタータップ付き三次コイルの両端電圧は、前記センタータップ付き一次コイルの両端電圧よりも低い電圧に設定され、
前記第1立ち上げ回路または第2立ち上げ回路により、前記第1スイッチング素子または前記第2スイッチング素子はオン状態とされ、以後、前記駆動回路により、前記第1スイッチング素子と前記第2スイッチング素子は、前記二次コイルに前記所定周波数で交流電流が流れるように、交互に駆動されること
を特徴とする無接触給電設備。 - 前記第1立ち上げ回路は、
アノードが、前記センタータップ付き一次コイルの他端に接続された第1定電流ダイオードと、
カソードが、前記第1定電流ダイオードのカソードおよび前記第1スイッチング素子を形成するトランジスタのゲートに接続され、アノードが、前記整流器のマイナス出力端子に接続された第1ツェナーダイオードと、
アノードが、前記第1定電流ダイオードのカソードに接続され、カソードが、前記センタータップ付き一次コイルの他端に接続された第1切換えダイオード
から形成され、
前記第2立ち上げ回路は、
アノードが、前記センタータップ付き一次コイルの一端に接続された第2定電流ダイオードと、
カソードが、前記第2定電流ダイオードのカソードおよび前記第2スイッチング素子を形成するトランジスタのゲートに接続され、アノードが、前記整流器のマイナス出力端子に接続された第2ツェナーダイオードと、
アノードが、前記第2定電流ダイオードのカソードに接続され、カソードが、前記センタータップ付き一次コイルの一端に接続された第2切換えダイオード
から形成されていること
を特徴とする請求項1に記載の無接触給電設備。 - 前記駆動回路は、
前記センタータップ付き三次コイルの一端より、前記第1スイッチング素子を形成するトランジスタのゲートヘ電荷を供給する第1駆動回路と、
前記センタータップ付き三次コイルの他端より、前記第2スイッチング素子を形成するトランジスタのゲートへ電荷を供給する第2駆動回路
から構成され、
前記第1駆動回路は、
前記センタータップ付き三次コイルの一端に一端が接続された第1乗換え抵抗、およびアノードが前記第1乗り換え抵抗の他端に接続され、カソードが前記第1定電流ダイオードのカソードに接続された第1乗換えダイオード、あるいはアノードが前記センタータップ付き三次コイルの一端に接続され、カソードが前記第1定電流ダイオードのカソードに接続された第1乗換え定電流ダイオード
を備え、
前記第2駆動回路は、
前記センタータップ付き三次コイルの他端に一端が接続された第1乗換え抵抗、およびアノードが前記第2乗り換え抵抗の他端に接続され、カソードが前記第2定電流ダイオードのカソードに接続された第2乗換えダイオード、あるいはアノードが前記センタータップ付き三次コイルの他端に接続され、カソードが前記第2定電流ダイオードのカソードに接続された第2乗換え定電流ダイオード
を備えていること
を特徴とする請求項2に記載の無接触給電設備。 - 前記第1駆動回路は、さらに
前記センタータップ付き三次コイルの一端に、一端が接続された第1進み抵抗と、
一端が前記第1進み抵抗の他端に接続された第1進みコンデンサと、
アノードが、前記第1進みコンデンサの他端に接続され、カソードが、前記第1定電流ダイオードのカソードに接続された第1進みダイオードと、
前記第1進みダイオードのアノードと前記整流器のマイナス出力端子との間に接続された第1抵抗
を備え、
前記第2駆動回路は、さらに
前記センタータップ付き三次コイルの他端に、一端が接続された第2進み抵抗と、
一端が前記第2進み抵抗の他端に接続された第2進みコンデンサと、
アノードが、前記第2進みコンデンサの他端に接続され、カソードが、前記第2定電流ダイオードのカソードに接続された第2進みダイオードと、
前記第2進みダイオードのアノードと前記整流器のマイナス出力端子との間に接続された第2抵抗
を備えたこと
を特徴とする請求項3に記載の無接触給電設備。 - 前記センタータップ付き一次コイルの一端と前記第1スイッチング素子との間に挿入される、アノードが前記センタータップ付き一次コイルの一端と前記第2定電流ダイオードのアノードとの接続点に接続され、カソードが前記第1スイッチング素子を形成するトランジスタに接続された第1ダイオードと、
前記センタータップ付き一次コイルの他端と前記第2スイッチング素子との間に挿入される、アノードが前記センタータップ付き一次コイルの他端と前記第1定電流ダイオードのアノードとの接続点に接続され、カソードが前記第2スイッチング素子を形成するトランジスタに接続された第2ダイオードと、
アノードが、前記第1定電流ダイオードのカソードと前記第1スイッチング素子を形成するトランジスタのゲートとの接続点に接続され、カソードが、前記第2ダイオードのカソードと前記第2スイッチング素子を形成するトランジスタとの接続点に接続された第1放電ダイオードと、
アノードが、前記第2定電流ダイオードのカソードと前記第2スイッチング素子を形成するトランジスタのゲートとの接続点に接続され、カソードが、前記第1ダイオードのカソードと前記第1スイッチング素子を形成するトランジスタとの接続点に接続された第2放電ダイオード
を備えたこと
を特徴とする請求項2〜請求項4のいずれか1項に記載の無接触給電設備。 - 前記整流器を半波整流器とし、
前記移動体または前記装置に、
バッテリーと、
前記受電コイルに並列に接続され、受電コイルとともに前記所定周波数で共振回路を形成する共振コンデンサと
を設け、
前記共振回路より、前記バッテリーに対して充電を行う構成としたこと
を特徴とする請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の無接触給電設備。
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