JP2014147160A - 走行中非接触給電システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】地上側には、H字形コアに巻線が巻回された両側巻コイルを備える複数の一次側給電トランス1、2、3、4が、磁極31、32の長手方向を車両進行方向に合わせて、離間して設置される。車両側には、H字形コアを備える二次側給電トランス20が磁極31、32の長手方向を車両前後方向に合わせて搭載される。一次側給電トランス1、2、3、4の相互間の離間距離は、磁極31、32の寸法をDとするとき、隣り合う一次側給電トランスの磁極中心間の距離が3Dを超えない範囲で設定される。一次側給電トランスを飛び石状に配置することが可能であるため、走行路への設置工事が容易であり、少ない数の一次側給電トランスにより長い給電区間が確保できる。
【選択図】図1
Description
下記特許文献1には、この充電システムの一次側コイル及び二次側コイル間の位置ずれやギャップ変動の許容量を拡大し、且つ、コイルの小型化を図るために、図14に示すように、板状のフェライトコア10の周りに巻線11を巻回した“両側巻コイル”を用いることが記載されている。この両側巻コイルでは、フェライトコア10内を通過する主磁束がコア両端の磁極部を通じて出入する。
また、特許文献2には、位置ずれの許容度について、両方の磁極に直交する線の方向(y方向)よりも、両方の磁極に平行する線の方向(x方向)の方が大きいと記載されている。
下記特許文献3に開示されたシステムでは、交流電源、高周波電力ドライバー、一次コイル、一次自己共振コイル、電力センサ、ECU等を備える給電装置が車両の走路に沿って複数設置され、受電コイルを備える走行中の車両に対して給電が行われる。
また、下記非特許文献1では、こうした個々の給電装置の給電区間を長くするため、図16の等価回路で表される複数の共振器を、図17に示すように、給電装置のソースコイルに続けて配置し、その特性が検討されている。
また、本発明の非接触給電システムでは、複数の一次側給電トランスを、高周波電源に直列に接続することが可能である。
複数の一次側給電トランスを直列接続する場合は、配線が簡単になり、走行路への設置工事が容易である。
一次側直列コンデンサは、二次側共振コンデンサが直列に接続されている場合、一次側回路が直列共振回路を構成するように容量値を設定し、また、二次側共振コンデンサが並列に接続されている場合、一次側電源力率が1となるように容量値を設定する。
この場合、一次側直列コンデンサの分割数がnのとき、分割した各一次側直列コンデンサの容量値をn×C1とし、C1の容量値を、二次側共振コンデンサが直列に接続されている場合には、一次側回路が共振回路を構成するように設定し、二次側共振コンデンサが並列に接続されている場合には、一次側電源力率が1となるように設定する。
並列接続された一次側給電トランスでは、二次側給電トランスに近接する一次側給電トランスに電流が集中するため、移動体に対向しない位置の一次側給電トランスからの漏れ磁束が抑制できる。
一つの一次側直列コンデンサの容量値は、二次側共振コンデンサが直列に接続されている場合には、一次側回路が直列共振回路を構成するように設定し、二次側共振コンデンサが並列に接続されている場合には、一次側電源力率が1となるように設定する。
H字形コアの使用により、一次側給電トランスの小型軽量化を図ることができる。
一次側給電トランス1、2、3、4及び二次側給電トランス20は、共に、H字形コアの磁極31、32間の部分に巻線33が巻回された両側巻コイルを有し、また、両側巻コイルにおいて相手コイルとの対向面の反対側に生じる漏洩磁束を遮断するためのアルミシールド板34を備えている。
また、一次側給電トランスは、磁極31、32の長さをDとするとき、隣接する一次側給電トランス間の磁極中心間の距離が3Dを超えない範囲(従って、一方の一次側給電トランスの磁極の端部から他方の一次側給電トランスの磁極の端部までの間隔lが2Dを超えない範囲)で、走行路に沿って離間して設置される。
地上側は、一次側給電トランス1、2、3、4に高周波交流を供給する高周波電源40と、一次側給電トランスに直列に接続された一次側直列コンデンサC1とを備えており、一次側給電トランス1、2、3、4は、高周波電源40に直列に接続されている。高周波電源40は、商用電源の交流を直流に変換するAC/DCコンバータ41と、変換された直流から高周波交流を生成するインバータ42とを有している。
車両側は、二次側給電トランス20で受電された交流を整流する整流回路51と、整流された電流で蓄電素子53を充電する充電回路52と、二次側給電トランス20と整流回路51との間に並列に接続された二次側共振コンデンサC2とを備えている。
このように、複数の一次側給電トランス1、2、3、4を直列接続する場合は、配線が簡単であり、走行路への設置工事が容易である。
この場合、C11、C12、C13、C14の容量は、C11=C12=C13=C14=4C1とし、C1を(数2)のように設定する。
また、一次側直列コンデンサC1は、一次側に直列共振回路が形成されるように、(数3)のように設定する。
このように、一次側に直列コンデンサC1を接続し、二次側に直列共振コンデンサC2を接続する“一次直列二次直列コンデンサ方式”の場合は、一次側の高周波電源40のインバータ42を定電圧で駆動することにより、二次側の整流回路51の出力が定電流になる。そのため、充電回路を介さずに、整流回路51と蓄電素子53とを接続して蓄電素子53を充電することができる。
この場合、C11、C12、C13、C14の容量は、C11=C12=C13=C14=4C1とし、C1を(数3)のように設定する。
一次側直列コンデンサC1の容量は、図6のように、二次側共振コンデンサC2が二次側給電トランス20と整流回路51との間に並列に接続されている場合は、一次側電源力率が1となるように、(数2)のように設定する。また、図7のように、二次側共振コンデンサC2が二次側給電トランス20と整流回路51との間に直列に接続されている場合は、一次側直列コンデンサC1の容量を、一次側に直列共振回路が形成されるように、(数3)のように設定する。
このように、一次側給電トランス1、2、3、4を高周波電源40に並列に接続すると、二次側給電トランス20に近接する一次側給電トランス2に電流が集中するため、車両に対向しない位置の一次側給電トランス1、3、4からの漏れ磁束が抑制できる。
この実験では、図8に示すように、直列接続された複数の一次側給電トランス61、62、63と二次側給電トランス70とが対向する状態で二次側給電トランス70の位置を移動し、一次側給電トランス相互間の間隔を変えたときの二次側出力の変化や効率の変化を測定した。図9は、実際の実験装置を示している。一次側給電トランス及び二次側給電トランスは、磁極の長さが300mm、磁極間の距離が250mmのH字形コアに巻線を巻回した両側巻コイルで構成し、図1と同様の向きに配置している。
図10の横軸は二次側給電トランスの移動位置(mm)を示し、縦軸は二次側給電トランスからの出力電力(W)を示している。同図において曲線(1)は、二つの一次側給電トランスの磁極端部間の距離(以下、トランス間隔と言う。)が300mmの場合、曲線(2)はトランス間隔が350mmの場合、曲線(3)はトランス間隔が400mmの場合、曲線(4)はトランス間隔が450mmの場合、曲線(5)はトランス間隔が500mmの場合、曲線(6)はトランス間隔が550mmの場合、そして、曲線(7)はトランス間隔が600mmの場合を示している。
また、図11は、この場合の給電効率(一次側給電トランスへの入力電力と二次側給電トランスからの出力電力の比)を示している。
なお、ここでは、一次側給電トランス及び二次側給電トランスを構成する両側巻コイルのコアがH字形状である場合について説明したが、図12に示すように、板状のコア10の周りに巻線11を巻回した両側巻コイルを用いても良い。
2 一次側給電トランス
3 一次側給電トランス
10 板状コア
11 巻線
12 H字形コアの磁極部
20 二次側給電トランス
21 二次側給電トランス
31 磁極
32 磁極
33 巻線
34 アルミシールド板
40 高周波電源
41 AC/DCコンバータ
42 インバータ
51 整流回路
52 充電回路
53 蓄電素子
102 二次側コイル(受電コイル)
202 一次側コイル(送電コイル)
C1 一次側直列コンデンサ
C2 二次側共振コンデンサ
C11、C12、C13、C14 分割された一次側直列コンデンサ
Claims (7)
- 走行中の移動体に地上側から非接触で給電する非接触給電システムであって、
地上側は、
移動体の走行路に沿って設置された複数の一次側給電トランスと、
前記一次側給電トランスに電線を介して高周波交流を供給する高周波電源と、
前記一次側給電トランスに直列に接続された一次側直列コンデンサと、
を備え、
移動体は、
前記一次側給電トランスから非接触で給電される二次側給電トランスと、
前記二次側給電トランスで受電した交流を充電用に整流する整流器と、
前記二次側給電トランスと前記整流器との間に直列または並列に接続された二次側共振コンデンサと、
を備え、
前記一次側給電トランス及び二次側給電トランスは、それぞれ、両端に磁極を有するコアの磁極間の部分に巻線が巻回された両側巻コイルから成り、コア両端の磁極に平行する線の方向が前記移動体の進行方向と一致するように前記走行路または移動体に設置され、
前記一次側給電トランスの前記進行方向における前記磁極の寸法をDとするとき、前記一次側給電トランスの前記磁極の中心位置から隣接する一次側給電トランスの前記磁極の中心位置までの距離が3Dを超えない範囲で、前記複数の一次側給電トランスが、前記走行路に沿って離間して設置されていることを特徴とする非接触給電システム。 - 請求項1に記載の非接触給電システムであって、前記複数の一次側給電トランスが、前記高周波電源に直列に接続されていることを特徴とする非接触給電システム。
- 請求項2に記載の非接触給電システムであって、一つの前記一次側直列コンデンサが、前記高周波電源と、該高周波電源に接続する一つの前記一次側給電トランスとの間に直列に接続されていることを特徴とする非接触給電システム。
- 請求項2に記載の非接触給電システムであって、前記一次側直列コンデンサが、前記高周波電源と該高周波電源に接続する一つの前記一次側給電トランスとの間、及び、隣接する前記一次側給電トランスの間に、それぞれ、直列に接続されていることを特徴とする非接触給電システム。
- 請求項1に記載の非接触給電システムであって、前記複数の一次側給電トランスが、前記高周波電源に並列に接続されていることを特徴とする非接触給電システム。
- 請求項5に記載の非接触給電システムであって、一つの前記一次側直列コンデンサが、前記高周波電源と、該高周波電源に並列接続する各一次側給電トランスとの間に接続されていることを特徴とする非接触給電システム。
- 請求項1に記載の非接触給電システムであって、前記コアが、H字形コアから成ることを特徴とする非接触給電システム。
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