JP2015179704A - 給電パッドとその給電パッドを用いたフォークリフトの非接触充電システム、および、受電パッドとその受電パッドを用いた非接触給電設備の2次側受電回路 - Google Patents

給電パッドとその給電パッドを用いたフォークリフトの非接触充電システム、および、受電パッドとその受電パッドを用いた非接触給電設備の2次側受電回路 Download PDF

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Abstract

【課題】給電範囲または給電距離を広げても、パッドの面積の増加を抑制できる給電パッドを提供する。
【解決手段】両端部にそれぞれ磁極領域12、13が設定された第1フェライト14と、各磁極領域12、13の周囲にそれぞれ、第1フェライト14の端の外方から第1フェライト14の本体部の上面に渡って渦状に巻かれた第1給電コイル16、17と、2つの磁極領域12、13の間で第1フェライト14の本体部に巻回された第2給電コイル18と、を備え、各第1給電コイル16、17はそれぞれ、第1フェライト14の本体部の上面において1段に巻かれ、第1フェライト14の端部外方において上下に2段に巻かれ、第1および第2給電コイル16、17、18には、磁極領域12、13の一方から他方へ第1フェライト14の上方を通る磁束経路が形成されるよう電圧が印加される。
【選択図】図1

Description

本発明は、誘導電力伝達(IPT:inductive power transfer)によって非接触で電力を伝達するためのパッドと、そのパッドを用いたフォークリフトの非接触充電システム及び非接触給電設備の2次側受電回路に関し、特に、誘導電力伝達によって非接触で2次側へ電力を給電し、外形が低く実質的に平面状である給電パッドと、その給電パッドを用いたフォークリフトの非接触充電システム、および、誘導電力伝達によって非接触で1次側から電力を受電し、外形が低く実質的に平面状である受電パッドと、その受電パッドを用いた非接触給電設備の2次側受電回路に関するものである。
誘導電力伝達(IPT)による非接触充電システムと、誘導電力伝達のための1次側または2次側の巻線を備えたパッドの一例が、特許文献1に開示されている。この特許文献1に開示された電力伝達パッドは、電力を「ピックアップ」するデバイス(すなわち、非接触充電システムの2次側の巻線)として電気自動車に搭載されるとともに、「給電パッド」(すなわち、1次側の巻線)としてガレージの床面に固定される。この電力伝達パッドは、アルミニウム製の円形ケース内に、等間隔で放射状に8本のフェライトバーを配設し、これら各フェライトバーの上面中央部を横切るように渦状のコイルを形設して構成されており、コイルに印加される電圧により各フェライトバーに磁束経路が形成される。具体的には、磁束は、フェライトバーの一方の端部から上方向に飛び出し、パッドの前面の上方を通って、フェライトバーの他方の端部に直交して入るように伝播する。よって、磁束経路は、コイルを含み、楕円形に近い形になると考えられる。なお、パッドの後面には、上記アルミニウム製の円形ケースに妨げられるので磁束は通らない。
上記した電力伝達パッドは、実際は、8本のフェライトバーがそれぞれ磁束のパターンを与える。これら各磁束のパターンの最も高い位置では、磁束線は本質的に水平である。しかしながら、この水平の磁束は相対的にパッドに近く(パッドからパッドの直径の4分の1程度伸ばしたところである)、またパッドのまさに中心では、水平の磁束は存在しない(最も磁束密度の大きい箇所は、理想的には、パッドの中心であるが、そのパッドの中心では、実際には、使用可能な水平の磁束成分はゼロである)。よって、給電パッドの上方にピックアップが正確に位置決めされなければ、電力が有効にピックアップに誘導されず、電気自動車のピックアップと地上の給電パッドとの相対位置を精密に制御しなくてはならないという問題があった。なお、特許文献1に開示されている電力伝達パッドの直径は400mmで、厚さは25mm程度であるので、通常は、給電パッドとピックアップとの間の間隔を50mm以内にして、給電パッドとピックアップを完璧に揃える必要があった。
このような問題を解消する電力伝達パッドの一例が、特許文献2に開示されている。この特許文献2に開示されているパッドは、磁気透過性の磁心の両端部にそれぞれ磁極領域を設定し、各磁極領域の周りにそれぞれ、平面的に螺旋状にコイルを巻いて構成されている。このようにコイルを形設することにより、一方の磁極領域からパッドに入る磁束は、磁心を通って他方の磁極領域へ伝達され、その後、その他方の磁極領域からパッドを出て、空気中を通って一方の磁極領域に到る。このように形成された磁束経路は本質的にパッドの前面の上方にあり、パッドの前面を越えて空間にループ状のアーチを形成する。このため、パッドの前面の上方の有意の距離に有意の水平の磁束成分が提供される。よって、地上の給電パッドに対する電気自動車のピックアップの上下方向の位置が多少ずれても、また横方向の位置が多少ずれても、有効に給電できる。
特許文献3には、フォークリフトのバッテリに非接触で給電(充電)する非接触充電システムが開示されている。この特許文献3に開示されている非接触充電システムは、所定位置の床面下方に敷設したコイル状の電線に交流電源から交流電圧を印加して磁界を発生させ、その磁界により、フォークリフトの車体の下部下方に突設したコア付き巻線に誘導電圧(交流電圧)を誘起させる構成となっている。
特許文献4には、充電(給電)対象の電池を駆動源として移動可能な移動体に搭載され、所定位置において前記電池に非接触で給電(充電)する非接触給電設備の2次側受電回路が開示されている。この特許文献4に開示されている非接触給電設備の2次側受電回路は、共振回路の一部となる第1コイルと、その第1コイルよりも少ない巻数の第2コイルが、同一の磁性体に巻かれて成る受電カプラを備えており、その受電カプラの第2コイルが負荷回路に接続されている。この構成により、1次側の給電カプラから非接触で電力が伝達される2次側の受電カプラに、トランス(降圧変圧器)の機能を持たせて、共振回路で発生させる電圧よりも低い電圧で負荷に給電することが可能となる。
国際公開第2008/140333号 国際公開第2010/090539号 特開平6−86470号公報(図3) 特開2011−139011号公報
しかし、特許文献2に開示されている電力伝達パッドにおいて、有意な水平磁束成分が提供される電力伝達パッドの前面からの距離(給電範囲または給電距離)を広げるために、2つの磁極領域間の距離を広げるとともに、コイルのターン数を増やして起磁力を高めようとすると、この電力伝達パッドは、各磁極領域の周囲にそれぞれ、平面的に螺旋状にコイルを巻いて構成されているため、パッドの平面的な広がりが大きくなる。そして、1次側(給電側)の電力伝達パッドと2次側(受電側)の電力伝達パッドは、外形寸法(面積)を略一致させて使用されるので(1次側のパッドの面積が2次側のパッドよりも若干大きいことが多い)、1次側のパッドの面積が増加すると、2次側のパッドの面積も大きくなる。一方、フォークリフトは、一般の電気自動車と比べてパッドを取り付け得るスペースが狭く、パッドの面積が大きくなるほど、パッドの取り付け箇所が制約される。したがって、フォークリフトの非接触充電システムに、特許文献2に開示されているパッドを用いるときに、1次側のパッドの給電範囲または給電距離を広げようとすると、2次側のパッドの面積が大きくなり、2次側のパッドの取り付けが困難になるという問題があった。
また特許文献2に開示されている電力伝達パッドは、各磁極領域に対して螺旋状に巻かれたコイルのみを備えているので、パッドにトランス(降圧変換器)の機能を持たせることができない。このため、例えば、電気二重層キャパシタなどの定格電圧が低い電池を充電するなど、定格電圧が低い負荷用に設計された非接触給電設備の2次側受電回路に、特許文献2に開示されているパッドを用いるときには、パッドとは別にトランスが必要となり、回路規模が大きくなるという問題があった。
そこで、本発明は、給電範囲または給電距離を広げても、パッドの面積の増加を抑制できる給電パッドと、その給電パッドを用いたフォークリフトの非接触充電システム、および、定格電圧が低い負荷用に設計された非接触給電設備の2次側受電回路に適用されても、回路規模の拡大を抑制できる受電パッドと、その受電パッドを用いた非接触給電設備の2次側受電回路を提供することを目的としたものである。
前述した目的を達成するために、本発明のうち請求項1に記載の発明は、非接触給電に用いられる給電パッドであって、両端部にそれぞれ磁極領域が設定された平板状の磁性体と、前記磁性体の各磁極領域の周囲にそれぞれ、前記磁性体の端の外方から前記磁性体の本体部の上面に渡って渦状に巻かれた第1給電コイルと、前記磁性体の2つの磁極領域の間で前記磁性体の本体部に巻回された第2給電コイルと、を備え、前記各第1給電コイルはそれぞれ、前記磁性体の本体部の上面において1段に巻かれ、前記磁性体の端部外方において上下に2段に巻かれ、前記第1および第2給電コイルには、前記磁極領域の一方から他方へ前記磁性体の上方を通る磁束経路が形成されるよう電圧が印加されることを特徴とするものである。
上記構成によれば、磁極領域に対して渦状に巻かれる第1給電コイルを、磁性体の端部外方で上下に2段に巻くことにより、特許文献2に開示の如くコイルを横一列に巻いたパッドと比較して、パッドの平面的な寸法を短くできる。よって、コイルを横一列に巻いたパッドと比較して、給電範囲または給電距離を広げたときのパッドの面積の増加を抑制できる。加えて、磁性体の端部外方において第1給電コイルが磁性体に近づくことになるので、磁性体の起磁力が強くなり、性能が向上する。さらに、磁性体の端の外方を第1給電コイルが通過することにより、第1給電コイルの一方の端部を磁性体の裏側から引き出す必要がなくなり、パッドの製作が容易となる。
また、給電範囲または給電距離を広げようとするほど、コイルのターン数が増加するので、磁極領域に対して渦状に巻かれたコイルのみを備える給電パッドの場合、磁性体の端部外方でコイルを上下に2段に巻いたとしても、要求される給電範囲または給電距離によっては、パッドの面積が大きくなり過ぎるおそれがある。この問題に対処する方法として、磁性体の端部外方でコイルを上下に3段以上に巻くことが考えられる。しかし、磁性体の端部外方でコイルを上下に3段以上に巻くと、パッドの平面的な寸法の増加を抑えつつ、コイルのターン数を増やすことはできても、磁性体の端部外方に磁界が集中して、その磁界が集中する箇所で発熱量が増え、コイルを形成する導体がダメージを受けるおそれがある。これに対し、2つの磁極領域の周囲にそれぞれ第1給電コイルを渦状に巻き、かつ、2つの磁極領域の間で磁性体の本体部に第2給電コイルを巻回させることにより、第2給電コイルのターン数の分だけ第1給電コイルのターン数を減らすことができ、給電範囲または給電距離を広げる場合でも、磁性体の端部外方で第1給電コイルを上下に3段以上に巻く必要がなくなる。よって、給電範囲または給電距離を広げる場合に、第1給電コイルを形成する導体が受ける、熱によるダメージを増加させることなく、パッドの面積の増加を抑制することが可能となる。加えて、パッドの面内でコイルが分散されるので、熱が一部に集中せず、パッド全体の放熱性が良好となる。さらに、磁界が一部に集中しないので、パッドの前方の空間に磁界が一様に分布する。
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明であって、前記各第1給電コイルがそれぞれ、まず磁性体の磁極領域に内側から外側へ、前記磁性体の上面の下方における前記磁性体の端の外方から前記磁性体の本体部の上面に渡って所定回数巻かれた後、前記磁性体の上面の上方における前記磁性体の端の外方から前記磁性体の本体部の上面に渡って内側から外側へ所定回数巻かれることを特徴とするものである。この巻き方によれば、第1給電コイルを磁性体の本体部の上面において1段に巻き、磁性体の端部外方において上下に2段に巻くことが可能となる。さらに、磁性体の端部外方において、第1給電コイルが磁性体の上面の下方を通過した後にその上面の上方を通過することになるので、パッドの製作が容易となる。
請求項3に記載の発明は、請求項1または2に記載の発明であって、前記磁性体に設定された磁極領域に、前記磁性体に接する第2の磁性体を設けたことを特徴とするものである。この構成によれば、磁極領域に第2の磁性体を設けたことにより、さらに磁性体の起磁力が強くなり、性能が向上する。
また前述した目的を達成するために、本発明のうち請求項4に記載の発明は、交流電源に接続される給電パッドと、バッテリが搭載されたフォークリフトに配設された受電パッドと、前記フォークリフトに配設され、前記受電パッドから送られてくる電流を整流する整流器と、を備え、前記給電パッドが請求項1〜3のいずれか1項に記載の給電パッドであり、前記給電パッドから前記受電パッドへ非接触で電力を供給して、前記フォークリフトに搭載された前記バッテリを充電することを特徴とするものである。
上記構成によれば、特許文献2に開示されたパッドを使用した場合と比較して、給電範囲または給電距離を広げたときの給電パッドと受電パッドの平面的な寸法の増加を抑制できる。よって、受電パッドをフォークリフトに配設する位置の自由度が向上するので、受電パッドの取り付けが容易となる。加えて、特許文献2に開示されたパッドを使用した場合と比較して、給電パッドと受電パッドの磁性体の起磁力が強くなり、性能が向上する。さらに、給電パッドの第1給電コイルを形成する導体が受ける、熱によるダメージを増加させることなく、給電範囲または給電距離を広げることが可能となる。そして、給電範囲または給電距離が広がることにより、フォークリフトに配設された受電パッドの給電パッドに対する位置決めに求められる精度が、緩和される。
請求項5に記載の発明は、請求項4に記載の発明であって、前記受電パッドを予め保持し、かつ前記給電パッドを前記受電パッドに対向させて収納可能な隙間を形成する給電パッド収納部を備えた筐体が、前記フォークリフトに配設されていることを特徴とするものである。この構成によれば、運転者の技量にかかわらず、確実にフォークリフトのバッテリに非接触で給電できる。加えて、受電パッドの配置の自由度が向上する。また、給電パッドを地中に埋設したり、壁や柱に固定する必要がなくなり、給電パッドの敷設にかかる時間及び費用を減じせしめることができる。
請求項6に記載の発明は、請求項4に記載の発明であって、前記受電パッドが、前記バッテリの収納空間を覆う前記フォークリフトの背面カバーの内側の空間に固定されていることを特徴とするものである。この構成によれば、フォークリフト内部に受電パッドを設置することが可能となるので、フォークリフトの外部に受電パッドが露出せず、外部の環境の影響を受電パッドが受けないようにすることが可能となる。また、フォークリフトの空きスペースを利用して受電パッドを設置することが可能となる。
また前述した目的を達成するために、本発明のうち請求項7に記載の発明は、非接触給電に用いられる受電パッドであって、両端部にそれぞれ磁極領域が設定された平板状の磁性体と、前記磁性体の各磁極領域の周囲にそれぞれ、前記磁性体の端の外方から前記磁性体の本体部の上面に渡って渦状に巻かれた第1受電コイルと、前記磁性体の2つの磁極領域の間で前記磁性体の本体部に巻回された第2受電コイルと、を備え、前記各第1受電コイルはそれぞれ、前記磁性体の本体部の上面において1段に巻かれ、前記磁性体の端部外方において上下に2段以上に巻かれたことを特徴とするものである。
上記構成によれば、磁極領域に対して渦状に巻かれる第1受電コイルを、磁性体の端部外方で上下に2段以上に巻くことにより、特許文献2に開示の如くコイルを横一列に巻いたパッドと比較して、パッドの平面的な寸法を短くできる。加えて、磁性体の端部外方において第1受電コイルが磁性体に近づくことになるので、磁性体の起磁力が強くなり、性能が向上する。さらに、磁性体の端の外方を第1受電コイルが通過することにより、第1受電コイルの一方の端部を磁性体の裏側から引き出す必要がなくなり、パッドの製作が容易となる。
また、2つの磁極領域の間で磁性体の本体部に第2受電コイルが巻回されるので、受電パッドを降圧変圧器として動作させることが可能となる。つまり、第1受電コイルのターン数と第2受電コイルのターン数を調整することにより、第1受電コイルに発生する電圧よりも低い電圧を第2受電コイルから取り出して、負荷へ供給することが可能となる。よって、例えば、電気二重層キャパシタなどの定格電圧が低い電池を充電するなど、定格電圧が低い負荷用に設計された非接触給電設備の2次側受電回路に適用されても、回路規模の拡大を抑制できる。加えて、第1受電コイルを共振回路に使用することが可能となる。そして、これにより、効率良く電力を負荷へ供給することが可能となる。
請求項8に記載の発明は、請求項7に記載の発明であって、前記各第1受電コイルがそれぞれ、
まず磁性体の磁極領域に内側から外側へ、前記磁性体の上面の上方における前記磁性体の端の外方から前記磁性体の本体部の上面に渡って所定回数巻かれた後、
前記磁性体の上面の下方における前記磁性体の端の外方から前記磁性体の本体部の上面に渡って内側から外側へ所定回数巻かれる巻き方で、前記磁性体の端部外方において、下方へ段を重ねるように巻かれる
ことを特徴とするものである。この巻き方によれば、第1受電コイルを磁性体の本体部の上面において1段に巻き、磁性体の端部外方において上下に2段以上に巻くことが可能となる。
請求項9に記載の発明は、請求項7または8に記載の発明であって、前記磁性体に設定された磁極領域に、前記磁性体に接する第2の磁性体を設けたことを特徴とするものである。この構成によれば、磁極領域に第2の磁性体を設けたことにより、さらに磁性体の起磁力が強くなり、性能が向上する。
また前述した目的を達成するために、本発明のうち請求項10に記載の発明は、高周波電流が供給される1次側の給電コイルから非接触で給電され、負荷に給電する非接触給電設備の2次側受電回路であって、
前記1次側の給電コイルより起電力が誘起される第1受電コイルおよび第2受電コイルが形設された請求項7〜9のいずれか1項に記載の受電パッドと、
前記第1受電コイルに並列に接続され、この第1受電コイルと共に前記高周波電流の周波数に共振する共振回路を形成する共振コンデンサと、
前記共振コンデンサの両端を、接続状態と開放状態に切り換えるスイッチ手段と、
前記共振回路の出力電圧のゼロクロス点を検出するゼロクロス検出回路と、
前記第2受電コイルから出力される電流を整流して前記負荷へ出力する整流回路と、
前記整流回路より前記負荷へ出力される電流を検出する電流検出回路と、
前記負荷の電圧を検出する電圧検出回路と、
前記高周波電流の周波数あるいはその2倍の周波数をスイッチング周波数とし、前記ゼロクロス検出回路により検出されるゼロクロス点に同期して前記スイッチ手段ヘ駆動パルスを出力し、この駆動パルスがオンのときにスイッチ手段を接続状態とし、オフのときにスイッチ手段を開放状態とするパルス発生回路と、
を備え、
前記パルス発生回路は、前記電流検出回路により検出された電流と予め設定された基準電流とを比較して、前記駆動パルスのパルス幅を制御することにより、前記負荷へ出力される電流を前記基準電流に一定に制御する定電流制御機能と、前記電圧検出回路により検出された電圧と予め設定された基準電圧とを比較して、前記駆動パルスのパルス幅を制御することにより、前記負荷へ印加される電圧を前記基準電圧に一定に制御する定電圧制御機能とを有し、前記定電流制御機能または定電圧制御機能を実行する
ことを特徴とするものである。
上記構成によれば、平板状の磁性体と、その磁性体の両端部に設定された各磁極領域の周囲にそれぞれ渦状に巻かれた第1受電コイルと、その磁性体の2つの磁極領域の間で、その磁性体の本体部に巻回された第2受電コイルと、を備えた受電パッドを、受電カプラとして使用することにより、その受電カプラにトランス(降圧変圧器)の機能を持たせて、回路規模の拡大を抑制できる。また、第1受電コイルと第2受電コイルが同一のE字形コアに巻かれて成る受電カプラを使用する場合に比べて、受電カプラの高さ寸法を減少させることが可能となる。加えて、E字形コアは設計(寸法)の変更が困難であるのに対し、平板状の磁性体は設計(寸法)の変更が容易であるので、上記受電パッドは、E字形コアを用いた受電カプラと比べて、設計(寸法)の自由度が高い。このため、受電カプラを設置するスペースを確保するために非接触給電設備の2次側受電回路に課される制約が、E字形コアを使用する場合に比べて緩和される。
また前述した目的を達成するために、本発明のうち請求項11に記載の発明は、高周波電流が供給される1次側の給電コイルから非接触で給電され、負荷に給電する非接触給電設備の2次側受電回路であって、
前記1次側の給電コイルより起電力が誘起される第1受電コイルおよび第2受電コイルが形設された請求項7〜9のいずれか1項に記載の受電パッドと、
前記第1受電コイルに並列に接続され、この第1受電コイルと共に前記高周波電流の周波数に共振する共振回路を形成する共振コンデンサと、
前記第2受電コイルの両端を、接続状態と開放状態に切り換えるスイッチ手段と、
前記第2受電コイルの出力電圧のゼロクロス点を検出するゼロクロス検出回路と、
前記第2受電コイルから出力される電流を整流して前記負荷へ出力する整流回路と、
前記整流回路から負荷へ出力される電流を検出する電流検出回路と、
前記負荷の電圧を検出する電圧検出回路と、
前記高周波電流の周波数あるいはその2倍の周波数をスイッチング周波数とし、前記ゼロクロス検出回路により検出されるゼロクロス点に同期して前記スイッチ手段ヘ駆動パルスを出力し、この駆動パルスがオンのときにスイッチ手段を接続状態とし、オフのときにスイッチ手段を開放状態とするパルス発生回路と、
を備え、
前記パルス発生回路は、前記電流検出回路により検出された電流と予め設定された基準電流とを比較して、前記駆動パルスのパルス幅を制御することにより、前記負荷へ出力される電流を前記基準電流に一定に制御する定電流制御機能と、前記電圧検出回路により検出された電圧と予め設定された基準電圧とを比較して、前記駆動パルスのパルス幅を制御することにより、前記負荷へ印加される電圧を前記基準電圧に一定に制御する定電圧制御機能とを有し、前記定電流制御機能または定電圧制御機能を実行する
ことを特徴とするものである。
上記構成によれば、平板状の磁性体と、その磁性体の両端部に設定された各磁極領域の周囲にそれぞれ渦状に巻かれた第1受電コイルと、その磁性体の2つの磁極領域の間で、その磁性体の本体部に巻回された第2受電コイルと、を備えた受電パッドを、受電カプラとして使用することにより、その受電カプラにトランス(降圧変圧器)の機能を持たせて、回路規模の拡大を抑制できる。また、第1受電コイルと第2受電コイルが同一のE字形コアに巻かれて成る受電カプラを使用する場合に比べて、受電カプラの高さ寸法を減少させることが可能となる。加えて、E字形コアは設計(寸法)の変更が困難であるのに対し、平板状の磁性体は設計(寸法)の変更が容易であるので、上記受電パッドは、E字形コアを用いた受電カプラと比べて、設計(寸法)の自由度が高い。このため、受電カプラを設置するスペースを確保するために非接触給電設備の2次側受電回路に課される制約が、E字形コアを使用する場合に比べて緩和される。
本発明の給電パッドは、磁性体の両端部に設定された各磁極領域の周囲にそれぞれ渦状に第1給電コイルを巻くとともに、その磁性体の2つの磁極領域の間で、その磁性体の本体部に第2給電コイルを巻回させることにより、コイルを横一列に巻いたパッドと比較して、給電範囲または給電距離を広げたときのパッドの平面的な寸法の増加を抑制できる、という効果を有している。また本発明のフォークリフトの非接触充電システムは、コイルを横一列に巻いたパッドを使用する場合と比較して、給電範囲または給電距離を広げたときの給電パッドと受電パッドの平面的な寸法の増加を抑制でき、受電パッドの取り付けが容易になる、という効果を有している。
本発明の受電パッドは、磁性体の両端部に設定された各磁極領域の周囲にそれぞれ渦状に第1受電コイルを巻くとともに、その磁性体の2つの磁極領域の間で、その磁性体の本体部に第2受電コイルを巻回させることにより、受電パッドを降圧変圧器として動作させることが可能となり、例えば、電気二重層キャパシタなどの定格電圧が低い電池を充電するなど、定格電圧が低い負荷用に設計された非接触給電設備の2次側受電回路に適用されても、回路規模の拡大を抑制できる、という効果を有している。また本発明の非接触給電設備の2次側受電回路は、平板状の磁性体と、その磁性体の両端部に設定された各磁極領域の周囲にそれぞれ渦状に巻かれた第1受電コイルと、その磁性体の2つの磁極領域の間で、その磁性体の本体部に巻回された第2受電コイルと、を備えた受電パッドを、受電カプラとして使用することにより、その受電カプラにトランス(降圧変圧器)の機能を持たせて、回路規模の拡大を抑制できる、という効果を有している。
本発明の実施の形態1における給電パッドの平面図である。 同給電パッドの断面図である。 同給電パッドの一部拡大平面図である。 同給電パッドの一部拡大断面図である。 同給電パッドの磁束経路を示す説明図である。 同給電パッドを組み込んだ回路の一例を示す回路図である。 本発明の実施の形態1における受電パッドの平面図である。 同受電パッドの断面図である。 同受電パッドを組み込んだ回路の一例を示す回路図である。 本発明の実施の形態1における非接触充電システムの要部を示す斜視図である。 同非接触充電システムの要部を示す側面図である。 同非接触充電システムで用いる支持台の一例を示す断面図である。 同支持台の変形例を示す断面図である。 同非接触充電システムの変形例を示す斜視図である。 本発明の実施の形態1における非接触充電システムの他例1を示す斜視図である。 本発明の実施の形態1における非接触充電システムの他例2を示す斜視図である。 本発明の実施の形態1における非接触充電システムの他例3を示す斜視図である。 本発明の実施の形態1における非接触充電システムの他例4を示す斜視図である。 同非接触充電システムの他例4の要部を示す一部拡大側面図である。 本発明の実施の形態1における非接触充電システムの他例5で用いる筐体の一例を示す斜視図である。 同非接触充電システムの他例5の要部を示す斜視図である。 同非接触充電システムの他例5の変形例1の要部を示す斜視図である。 同非接触充電システムの他例5の変形例2の要部を示す斜視図である。 同非接触充電システムの他例5の変形例3の要部を示す斜視図である。 同非接触充電システムの他例5で用いる筐体の変形例を示す図である。 本発明の実施の形態1における非接触充電システムの他例6を示す斜視図である。 本発明の実施の形態2における受電パッドの平面図である。 同受電パッドの断面図である。 同受電パッドの一部拡大平面図である。 同受電パッドの一部拡大断面図である。 本発明の実施の形態2における非接触給電設備の2次側受電回路を備えた電池の充電システムの構成図である。 同非接触給電設備の2次側受電回路の回路図である。 同非接触給電設備の2次側受電回路で使用される第1受電コイルの接続図である。 同非接触給電設備の2次側受電回路の共振コンデンサの両端電圧の特性図である。 同非接触給電設備の2次側受電回路を使用して充電される電池の充電遷移図である。 本発明の実施の形態2における非接触給電設備の2次側受電回路の変形例の回路図である。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。但し、同じ構成要素には同じ符号を付与することによって重複する説明を省略する。また、図面は、理解し易くするために、それぞれの構成要素を模式的に図示している。なお、以下の実施の形態で示す各構成要素の形状や、各構成要素の寸法やコイルのターン数などの数値等は、一例であって特に限定されるものではなく、本発明の効果から実質的に逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。また、以下の実施の形態で示す各構成要素の組み合わせは一例であって特に限定されるものではなく、本発明の効果から実質的に逸脱しない範囲で、適宜、組み合わせることが可能である。
(実施の形態1)
以下、実施の形態1における給電パッドと、その給電パッドを用いたフォークリフトの非接触充電システムについて説明する。
図1は本実施の形態1における給電パッドの平面図、図2は図1のA−A断面図であり、図1および図2に示すように、給電パッド11は、両端部にそれぞれ磁極領域12、13が設定された細長い板状(スリップ状)の第1フェライト(磁性体の一例)14と、これら磁極領域12、13にそれぞれ、第1フェライト14の両端に合わせて、且つ第1フェライト14の上面に接して設けられた板状の第2フェライト(第2の磁性体の一例)15と、第1フェライト14の各磁極領域12、13の周囲にそれぞれ、第1フェライト14の端の外方から第1フェライト14の本体部の上面に渡って渦状(螺旋状)に巻かれた第1給電コイル16、17と、2つの磁極領域12、13の間で第1フェライト14の本体部に巻回された第2給電コイル18と、これら第1フェライト14、第2フェライト15、第1給電コイル16、17、および第2給電コイル18を支持する、アルミニウム等の金属材からなる薄い皿状の背面プレート19を備えており、背面プレート19内には、第2フェライト15の前面(上面)を除いて樹脂20が充填されて、背面プレート19に、第1フェライト14、第2フェライト15、第1給電コイル16、17、および第2給電コイル18が固定されている。各コイル16、17、18の両端部はそれぞれ、背面プレート19の外方に引き出されており、端子21が取り付けられている。
2つの磁極領域12、13間の距離Sは、有意な水平磁束成分が提供される給電パッド11の前面からの距離(給電範囲または給電距離)を決める因子の一つであり、その給電範囲または給電距離は、距離Sが長くなるほど、大きくなる。
各第1給電コイル16、17はそれぞれ、図2に示すように、第1フェライト14の本体部の上面において1段に巻かれ、第1フェライト14の端の外方において、上下に2段に巻かれている。
ここで、第1給電コイル16、17の巻き方の一例について図3、図4に示す拡大図を参照して説明する。図3は本実施の形態1における給電パッドの一部拡大平面図、図4は本実施の形態1における給電パッドの一部拡大断面図である。本実施の形態1では、各第1給電コイル16、17のターン数は共に13ターンとしている。
一方の第1給電コイル16は、次のように巻く。
(1)まず第1給電コイル16は、磁極領域12に内側から外側へ、第1フェライト14の側面の外方(第1フェライト14の上面下方における第1フェライト14の端の外方)から第1フェライト14の本体部の上面に渡って、7ターン巻かれる。No.1〜No.7の導線16aに相当する。
(2)第1給電コイル16が所定回数巻かれると、No.8の導線16aが第2フェライト15の側面の外方(第1フェライト14の上面の上方における第1フェライト14の端の外方)から第1フェライト14の本体部の上面に巻かれる。
(3)最後に、第1給電コイル16は、第2フェライト15の側面の外方(第1フェライト14の上面の上方における第1フェライト14の端の外方)から第1フェライト14の本体部の上面に渡って、内側から外側へ、5ターン巻かれる。No.9〜No.13の導線16aに相当する。
他方の第1給電コイル17も、一方の第1給電コイル16と同様に巻く。
これにより、第2フェライト15の下方に位置する第1フェライト14の端部外方を第1給電コイル16、17が通過した後に、第1フェライト14の上方に位置する第2フェライト15の端部外方を第1給電コイル16、17が通過するので、パッドの製作が容易となる。
第2給電コイル18は、第1フェライト14の本体部に巻きつける。本実施の形態1では、第2給電コイル18のターン数は15ターンとしている。
第1給電コイル16、17、および第2給電コイル18には、磁極領域12、13の一方から他方へ第1フェライト14の上方を通る磁束経路が形成されるよう電圧が印加される。これにより、図5に示すように、磁束が、一方の磁極領域12、13(一方の第2フェライト15)から第1フェライト14の内部を通って他方の磁極領域13、12(他方の第2フェライト15)から出て、空気中を通って一方の磁極領域12、13に到る磁束経路22が形成され、すなわち給電パッド11の上方の空間にアーチ状の磁束経路22が形成され、給電パッド11の前面の上方の有意の距離に有意の水平の磁束成分が提供される。なお、背面プレート19が磁気シールドとして作用することから、給電パッド11の後面の側の空間には、本質的に磁束経路は形成されない。
例えば、図6に示すように、第1給電コイル16、17、および第2給電コイル18を直列に接続して、商用電源23(例えば、AC200V)に接続する高周波電源装置24から第1給電コイル16、17、および第2給電コイル18に高周波電圧を印加してもよい。これにより、第1給電コイル16、17、および第2給電コイル18に、磁極領域12、13の一方から他方へ第1フェライト14の上方を通る磁束経路22が形成されるよう電圧が印加される。なお、図6には、2つの第1給電コイル16、17が高周波電源装置24に直接接続された回路構成を示しているが、その2つの第1給電コイル16、17と高周波電源装置24との間に、直列に接続された第1給電コイル16、17、および第2給電コイル18と共に、高周波電圧の周波数で共振する共振コンデンサを接続してもよい。この場合、直列に接続された第1給電コイル16、17、および第2給電コイル18に対して、共振コンデンサを並列に接続して並列共振回路を構成してもよいし、直列に接続して直列共振回路を構成してもよい。
以上のように本実施の形態1によれば、各第1給電コイル16、17がそれぞれ第1フェライト14の端部外方で上下2段に巻かれるので、特許文献2に開示の如くコイルを横一列の巻いたパッドと比較して、パッドの平面的な寸法を短くできる。よって、コイルを横一列に巻いたパッドと比較して、給電範囲または給電距離を広げたときのパッドの面積の増加を抑制できる。またフェライト14、15の端部外方において第1給電コイル16、17がフェライト14、15に近づくので、フェライト14、15の起磁力が強くなり、性能を向上できる。さらに、フェライト14、15の端の外方を第1給電コイル16、17が通過することにより、各第1給電コイル16、17の一方の端部をそれぞれ下方のフェライト14の裏側から引き出す必要がなくなり、各第1給電コイル16、17の両端部をそれぞれ背面プレート19から引き出しやすくなる。よって、パッドの製作が容易となる。
また本実施の形態1によれば、第2フェライト15の下方に位置する第1フェライト14の端部外方を第1給電コイル16、17が通過した後に、第1フェライト14の上方に位置する第2フェライト15の端部外方を第1給電コイル16、17が通過するので、パッドの製作が容易となる。
また本実施の形態1によれば、各磁極領域12、13にそれぞれ、第1フェライト14に接する第2フェライト15を設けたので、第1給電コイル16、17を巻きやすくなり、作業性を向上でき、パッドの製作が容易となり、さらにフェライト14、15の起磁力が強くなり、性能を向上できる。
また本実施の形態1によれば、2つの磁極領域12、13の間で第1フェライト14の本体部に第2給電コイル18を巻回させたので、各磁極領域12、13の周囲にそれぞれ螺旋状に巻かれる各第1給電コイル16、17のターン数の増加を抑えつつ、給電パッド11のアンペア回数を増加させて、給電パッド11の起磁力を増加させることが可能となる。つまり、給電範囲または給電距離を広げるためには、2つの磁極領域12、13間の距離Sを広げるとともに、コイルのターン数を増やす必要があるが、各磁極領域12、13に対して渦状に巻かれたコイルのみを備える場合、フェライト14、15の端部外方でコイルを上下に2段に巻いたとしても、要求される給電範囲または給電距離によっては、パッドの平面的な寸法が大きくなり過ぎるおそれがある。この問題に対処する方法として、フェライト14、15の端部外方でコイルを上下に3段以上に巻くことが考えられる。しかし、フェライト14、15の端部外方でコイルを上下に3段以上に巻くと、パッドの平面的な寸法の増加を抑えつつ、コイルのターン数を増やすことはできても、フェライト14、15の端部外方に磁界が集中して、その磁界が集中する箇所で発熱量が増え、コイルを形成する導体がダメージを受けるおそれがある。これに対し、2つの磁極領域12、13の周囲にそれぞれ第1給電コイル16、17を渦状に巻き、かつ、2つの磁極領域12、13の間で第1フェライト14の本体部に第2給電コイル18を巻回させることにより、第2給電コイル18のターン数の分だけ第1給電コイル16、17のターン数を減らすことができ、給電範囲または給電距離を広げる場合でも、フェライト14、15の端部外方で第1給電コイル16、17を上下に3段以上に巻く必要がなくなる。よって、給電範囲または給電距離を広げる場合に、第1給電コイル16、17を形成する導体16a、17aが受ける、熱によるダメージを増加させることなく、給電パッド11の面積の増加を抑制することが可能となる。加えて、給電パッド11の面内でコイルが分散されるので、熱が一部に集中せず、給電パッド11全体の放熱性が良好となる。さらに、磁界が一部に集中しないので、給電パッド11の前方の空間に磁界が一様に分布する。
また本実施の形態1では、各第1給電コイル16、17がそれぞれ、まず第1フェライト14の磁極領域12、13に内側から外側へ、第1フェライト14の上面の下方における当該第1フェライト14の端の外方(第1フェライト14の側面の外方)から当該第1フェライト14の本体部の上面に渡って所定回数(本実施の形態1では、7ターン)巻かれた後、第1フェライト14の上面の上方における当該第1フェライト14の端の外方(第2フェライト15の側面の外方)から当該第1フェライト14の本体部の上面に渡って内側から外側へ所定回数(本実施の形態1では、6ターン)巻かれる場合について説明した。この巻き方によれば、各第1給電コイル16、17をそれぞれ第1フェライト14の本体部の上面において1段に巻き、フェライト14、15の端部外方において上下に2段に巻くことが可能となる。但し、第1給電コイル16、17の巻き方は、この巻き方に限定されるものではない。
また本実施の形態1では、給電パッド11の後面から磁束が漏洩しないように、金属材からなる背面プレート19を使用している。但し、本実施の形態1では、第1フェライト14の本体部に第2給電コイル18が巻回されており、その第2給電コイル18から発生する磁束が、背面プレート19を誘導加熱する。そこで、本実施の形態1では、第2給電コイル18のターン数を、各第1給電コイル16、17のターン数の合計値よりも少なくすることにより、誘導加熱の影響を小さくしている。具体的には、本実施の形態1では、各第1給電コイル16、17のターン数をそれぞれ13ターン(したがって、合計値は26ターン)とし、第2給電コイル18のターン数を15ターンとする場合を例示している。なお、第1給電コイル16、17のターン数は13ターンに限定されるものではない。同様に、第2給電コイル18のターン数は15ターンに限定されるものではない。
なお本実施の形態1では、各磁極領域12、13にそれぞれ第2フェライト15を固定しているが、第2フェライト15が無くても、給電パッド11としての機能を果たすことができる。
また本実施の形態1では、第1給電コイル16、17、および第2給電コイル18を3本の導線16a、17a、18aによって形成しているが、第1給電コイル16、17、および第2給電コイル18を直列接続する場合には、1本の導線により第1給電コイル16、17、および第2給電コイル18を形成してもよい。
また図1、図2には、各第1給電コイル16、17がそれぞれ、第2給電コイル18に重なることなく、第1フェライト14の本体部の上面において平面的に1段に巻かれる構成が図示されているが、例えば後述する図28に示す構成と同様に、第1給電コイル16、17の少なくとも一方が第2給電コイル18に重なっていてもよい。
続いて、上記説明した給電パッド11を用いたフォークリフトの非接触充電システムについて説明する。以下で説明するフォークリフトの非接触充電システムは、既存のカウンタバランス式の電動フォークリフト(バッテリ車)に搭載されているバッテリ(例えば、鉛蓄電池)を充電するためのものである。
まず、上記説明した給電パッド11を用いた非接触充電システムにおいて用いることが可能な受電パッドの一例について説明する。
非接触給電に用いられる受電パッドには、例えば図7、図8に示すような構成の受電パッド25を使用することが可能である。図7は本実施の形態1に係るフォークリフトの非接触充電システムにおいて使用される受電パッドの平面図、図8は図7のA−A断面図であり、図7、図8に示す受電パッド25は、両端部にそれぞれ磁極領域26、27が設定された細長い板状(スリップ状)の第1フェライト(磁性体の一例)28と、これら磁極領域26、27にそれぞれ、第1フェライト28の両端に合わせて、且つ第1フェライト28の上面に接して設けられた板状の第2フェライト(第2の磁性体の一例)29と、第1フェライト28の各磁極領域26、27の周囲にそれぞれ、第1フェライト28の端の外方から第1フェライト28の本体部の上面に渡って渦状(螺旋状)に巻かれた受電コイル30、31と、これら第1フェライト28、第2フェライト29、受電コイル30、31を支持する、アルミニウム等の金属材からなる薄い皿状の背面プレート32を備えており、背面プレート32内には、第2フェライト29の前面(上面)を除いて樹脂33が充填されて、背面プレート32に、第1フェライト28、第2フェライト29、受電コイル30、31が固定されている。各受電コイル30、31の両端部はそれぞれ、背面プレート32の外方に引き出されており、端子34が取り付けられている。各受電コイル30、31はそれぞれ、図8に示すように、第1フェライト28の本体部の上面において平面的に1段に巻かれ、第1フェライト28の端の外方において、上下に2段に巻かれている。つまり、図7、図8に示す受電パッド25は、図1、図2に示す給電パッド11から第2給電コイル18を省いた構成と同様であるので、詳しい説明は割愛する。
このような受電パッド25は、可搬であって通常3次元というよりも2次元的に配設でき、フォークリフトの非接触充電に有用である。また、各受電コイル30、31がそれぞれ第1フェライト28の端部外方で上下2段に巻かれるので、特許文献2に開示の如くコイルを横一列の巻いたパッドと比較して、パッドの平面的な寸法を短くできる。よって、フォークリフト(特に既存のフォークリフト)への受電パッドの取り付けが容易となる。
受電パッド25がフォークリフトの非接触充電に利用される場合、受電パッド25は、ピックアップとしてフォークリフトに備えられて、フォークリフトに搭載されているバッテリを充電する充電器に接続される。上記したように、給電パッド11の前面の上方の有意の距離に、有意の水平の磁束成分が提供される。したがって、ピックアップとして使用される受電パッド25が、給電パッド11から提供されるアーチ状の磁束経路内に配置されると、受電パッド25が給電パッド11に対して上下方向にずれても、また横方向にずれても、2つの受電コイル30、31に誘導電圧(高周波電圧)が誘起されて、フォークリフトのバッテリが充電される。
例えば図9に示すように、並列接続された2つの受電コイル30、31の両端に、これらの受電コイル30、31と共に高周波電圧の周波数で共振する共振コンデンサ35を接続し、この共振コンデンサ35の両端に充電器36を接続して、バッテリ37を充電する回路を構成してもよい。充電器36は少なくとも整流器を含み、誘導電圧(高周波電圧)を直流電圧(例えば、DC300V)に変換して、バッテリ37を充電する。なお、図9には、2つの受電コイル30、31のそれぞれの両端に、1つの共振コンデンサ35が共通に並列接続された回路構成を示しているが、受電コイル30、31に対して共振コンデンサ35を直列に接続して直列共振回路を構成してもよい。また、図9には、2つの受電コイル30、31を並列に接続した回路構成を示しているが、これら2つの受電コイル30、31は直列に接続されてもよい。
図10は本実施の形態1におけるフォークリフトの非接触充電システムの全体構成を説明するための斜視図、図11は本実施の形態1におけるフォークリフトの非接触充電システムの全体構成を説明するための側面図である。図10および図11に示すフォークリフトの非接触充電システムは、図示しない高周波電源装置(交流電源の一例)に接続される1次側の給電パッド11と、バッテリ(例えば、鉛蓄電池)38とそのバッテリ38を充電する充電器39とが搭載されたフォークリフト40に配設された2次側の受電パッド(ピックアップ)25と、フォークリフト40に配設され、受電パッド25から送られてくる高周波電圧を直流電圧に変換して充電器39へ送る整流器41と、を備え、1次側の給電パッド11から2次側の受電パッド25へ非接触で電力を供給して、フォークリフト40に搭載されているバッテリ38を充電する。
さらに、この非接触充電システムは、地面に設置されて、フォークリフト40の一方の側部に装着されている車輪(前輪42aおよび後輪42b)が乗ることが可能な、例えばアルミニウム製の支持台43を備え、給電パッド11が支持台43に設けられており、支持台43(フォークリフト40の一方の側部の下方)から給電パッド11によって供給される電力を受電できるよう、受電パッド25がフォークリフト40の一方の側部の下面または下部に設けられている。
給電パッド11の第1給電コイル16、17および第2給電コイル18は、直列接続されており、例えば図6に示すように、商用電源23に接続する高周波電源装置24から高周波電圧が印加される。
既存のフォークリフト40は、商用電源に繋がるケーブルの先端に設けられているプラグが人手によって差し込まれるコネクタを装備しており、そのコネクタは充電器39に接続している。充電器39は少なくとも整流器を含み、商用電源からケーブルを介してコネクタに供給された交流電圧(例えば、AC200V)を直流電圧(例えば、DC300V)に変換して、その変換された直流電圧によってバッテリ39を充電する。そこで、本実施の形態1では、フォークリフト40に装備されているコネクタ(図示せず)に受電パッド25が整流器41を介して接続する構成としている。この構成によれば、1次側の給電パッド11の上方にアーチ状の形成されている磁束経路内に2次側の受電パッド25が配置されたとき、その受電パッド25の2つの受電コイル30、31に誘導電圧(高周波電圧)が誘起され、その誘導電圧が整流器41によって直流電圧(例えば、DC300V)となり、その直流電圧がフォークリフト40に装備されているコネクタ(図示せず)に供給される。そして、フォークリフト40に搭載されている充電器39により、フォークリフト40のバッテリ38が充電される。なお、受電パッド25を含む負荷回路は、例えば図9に示す回路構成に整流器41を追加した構成としてもよい。すなわち、共振コンデンサ35と充電器36(図11の充電器39に対応する)との間に整流器41を接続した構成としてもよい。
支持台43は、図11に示すように平坦な上面43aを有し、フォークリフト40の進行方向に長い。支持台43の上面43aの長さは、フォークリフト40が所定の充電位置で停止しているときに、フォークリフト40の一方の側部の前輪42aおよび後輪42bが上面43aに同時に乗ることが可能な長さにする。なお、既存の電動フォークリフトのホイールベースは一定ではない。そこで、支持台43の上面43aの長さは、充電対象のフォークリフトのホイールベースに対応させる。ここで、上記したように、受電パッド25が給電パッド11に対して上下方向にずれても、また横方向にずれても、2つの受電コイル30、31に誘導電圧(高周波電圧)が誘起されるので、その許容される横方向のずれ量に合わせて、既存の電動フォークリフトのホイールベースを複数のグループに分けて、各グループごとに支持台43の上面43aの長さを決定することができる。または、支持台43を、複数のパーツを繋げる構成にして、充電対象のフォークリフト40のホイールベースに合せて、地面に載置して繋げるパーツの数を変化させることにより、支持台43の上面43aの長さを変更してもよい。この場合も、上記した許容される横方向のずれ量に合わせて、既存の電動フォークリフトのホイールベースを複数のグループに分けることにより、支持台43を構成するパーツの数を減らすことができる。あるいは、支持台43の上面43aの長さは、既存の電動フォークリフトのホイールベースの中で最大のホイールベースに対応させてもよい。
給電パッド11を支持台43に設ける位置は、例えば、フォークリフト40の前輪42aからの距離によって決定してもよい。このようにすれば、フォークリフト40の前輪42aが所定の位置に停止したときに、支持台43に設けられた給電パッド11から発生する交番磁界によって誘導電圧が誘起される位置に、フォークリフト40に設けられた受電パッド25を配置させることができる。フォークリフト40の前輪42aの位置決めは、上記したように、受電パッド25が給電パッド11に対して上下方向にずれても、また横方向にずれても、2つの受電コイル30、31に誘導電圧(高周波電圧)が誘起されるので、例えば図10に示すように、運転者が停止線44を目印にフォークリフト40を停止させることにより実現してもよい。
支持台43の高さHは、給電パッド11の厚み(高さ)に依存する。フォークリフト40の一方の側部の前輪42aおよび後輪42bのみが支持台43に乗り、他方の側部に装着されている前輪および後輪が地面に支持される場合、支持台43に乗ったフォークリフト40は傾くので、支持台43の高さが高くなるほど、フォークリフト40は不安定な状態となるが、本実施の形態1の給電パッド11は、その厚さを薄くすることができ、例えば2.5cmの厚みにすることができる。このため、支持台43の高さHは、例えば40mm程度とすることができる。よって、本実施の形態1によれば、片輪が支持台43に乗り上げて傾斜するフォークリフト40の不安定さを軽減することができる。
支持台43の幅Wは、フォークリフト40の車輪42の幅以上とし、例えば300mmにする。但し、上記したように支持台43に乗ったフォークリフト40は傾くので、その傾斜したフォークリフト40の車体の下面が支持台43に接触しない程度の幅以下にする必要がある。また、前輪42aと後輪42bの内側面と外側面の少なくとも一方の位置が車体の幅方向においてずれているときには、より外側にある外側面と、より内側にある内側面との間の、車体の幅方向における間隔以上に、支持台43の幅Wは設定される。
なお、支持台43には、図示するように、フォークリフト40の乗り降りがスムーズになるように、フォークリフト40の進行方向の両端部にスロープ43bを設けてもよい。
給電パッド11は、図12に示すように、給電パッド11の厚みよりも深い凹部45を支持台43に形成して、その凹部45内に給電パッド11を配設するとともに、その凹部45の上面に、フォークリフト40の重量に耐え得る蓋46を設けてもよい。蓋46の材質には、給電パッド11から発生する磁界(磁束)に与える影響が小さいものを選択する。あるいは、フォークリフト40の重量に耐え得る筐体内に給電パッド11を設けて、その筐体の上面が支持台43の上面43aと同一平面となるように、その筐体を支持台43に配置してよい。その筐体の材質には、給電パッド11から発生する磁界(磁束)に与える影響が小さいものを選択する。
給電パッド11への高周波電圧の印加は、例えば、フォークリフト40の一方の側部の前輪42aおよび後輪42bが支持台43に乗り上げて、前輪42aが所定の位置で停止した後に、運転者または操作者が、高周波電圧の印加を指示するスイッチを操作することによって開始してもよいし、例えば図13に示すように、支持台43の凹部45内に反射型フォトインタラプタ47を配置するとともに、蓋46に開口部46aを設け、その反射型フォトインタラプタ47から発生する信号に基いて開始してもよい。
以上のように本実施の形態1の非接触充電システムでは、フォークリフト40の一方の側部に装備されている前輪42aおよび後輪42bが乗り上げる支持台43に1次側の給電パッド11が配設され、フォークリフト40の一方の側部の下面または下部に2次側の受電パッド25が配設される。
一方、ガレージの床面や駐車場の地面等に固定された給電パッドから、車体の下面に設けられた受電パッドへ、電力が非接触で伝達される一般的な電気自動車の非接触充電システムでは、車体の中心線上(車体の幅方向の中央)に受電パッドが配設される。しかし、非接触で電力を伝達する対象がフォークリフトである場合、フォークリフトの車体の下面に設ける受電パッドを、その車体の中心線上に配設すると、地面に固定された給電パッドにフォークが接触して、給電パッドが破損する虞がある。この問題を回避するには、給電パッドを地中に埋設する必要があり、給電パッドの敷設工事に時間及び費用を要する。さらに、受電パッドを取り付ける対象が既存のフォークリフトである場合、フォークリフトの車体は一般的な電気自動車に比べて重く、また強固であるため、車体の下面に設ける受電パッドを、車体の中心線上に取り付ける作業は、困難なものとなる。
これらの問題に対し、本実施の形態1によれば、1次側の給電パッド11を地中に埋設せずに済むので、給電パッド11の敷設が容易となり、その敷設にかかる時間及び費用を減じせしめることができる。さらに、2次側の受電パッド25を取り付ける対象が既存のフォークリフト40であっても、受電パッド25をフォークリフト40の一方の側部の下面または下部に配設すればよいので、車体の下面または下部に設ける受電パッド25を、車体の中心線上に配設するのに比べて、受電パッド25の取り付け及びメンテナンスが容易となる。また、支持台43は、フォークリフト40を所定の充電位置へガイドするガイド部としても機能することができ、一般的な電気自動車の非接触充電システムのように、給電パッドとは別の場所にガイド部を敷設せずに済むので、非接触充電システムの1次側を敷設するのにかかる労力及び費用を減じせしめることができる。
また本実施の形態1によれば、片輪が支持台43に乗り上げてフォークリフト40が傾斜するので、フォークリフト40の重心が移動する。よって、支持台43がフォークリフト40から受ける圧力を減じせしめることができる。
なお、本実施の形態1では、運転者が停止線44を目印にフォークリフト40を停止させる場合について説明したが、例えば支持台43に輪止めを設けることにより、フォークリフト40の前輪42aの位置決めを実現してもよい。また、この場合、その輪止めに荷重センサを設けて、フォークリフト40の前輪42aが輪止めに当接することによって荷重センサから発生する信号に基いて、1次側の給電パッド11への高周波電圧の印加を開始してもよい。
また本実施の形態1では、フォークリフト40の一方の側部に装着されている車輪(前輪42aおよび後輪42b)が乗ることが可能な支持台43のみを地面に設置する場合について説明したが、上記したように、この場合、フォークリフト40が傾き、不安定な状態となる。そこで、図14に示すように、フォークリフト40が傾斜しないように、フォークリフト40の他方の側部に装着されている車輪が乗ることが可能な支持台48をさらに地面に設置してもよい。この支持台48には、1次側の給電パッドを設ける必要はない。
また支持台43の幅Wは一定に限るものではなく、例えば、フォークリフト40が乗り上げる側の端部の幅が広がっていてもよい。このようにすれば、フォークリフト40が曲がりながら支持台43に乗り上げるときにも、フォークリフト40の後輪42bを支持台43に乗せることが容易となる。またフォークリフト40の進行方向の両端部だけではなく、支持台43の側面にも、スロープを設けてもよい。
続いて、フォークリフトの非接触充電システムの他例について説明する。上記した非接触充電システムは、車体の下方から非接触でフォークリフト40に給電したが、図15に示すように、車体の一方の側部または側面に受電パッド25を配設して、車体の一方の側方から非接触でフォークリフト40に給電するようにしてもよいし、図16に示すように、座席40aの後方に受電パッド25を配設して、車体の後方から非接触でフォークリフト40に給電するようにしてもよいし、図17に示すように、ヘッドガード40bに受電パッド25を配設して、車体の上方から非接触でフォークリフト40に給電するようにしてもよいし、図18、図19に示すように、背面カバー40cの裏のスペースに受電パッド25を配設して、車体の後方から非接触でフォークリフト40に給電するようにしてもよい。あるいは、図20に示すような、受電パッド25を予め保持する筐体56を用いて、その筐体56をフォークリフト40に配設してもよい。
車体の一方の側方から非接触でフォークリフト40に給電する場合、1次側の給電パッド11は、フォークリフト40の側面に対向できるように配設される。例えば図15に示すように、柱49に固定されて水平方向に突出する支持部材50に、フォークリフト40に配設した2次側の受電パッド25と同じ高さ位置で1次側の給電パッド11を支持させてもよい。停止線44は、その停止線44を目印に運転者がフォークリフト40を停止させることにより、支持部材50に支持されている給電パッド11から発生する交番磁界によって誘導電圧が誘起される位置に、フォークリフト40に設けられた受電パッド25が配置されるように、地面に引かれている。
なお、1次側の給電パッド11から発生する有意な磁界の範囲内に2次側の受電パッド25が確実に配置されるように、アクチュエータによって突出方向に伸縮可能な支持アームを支持部材50として用いて、給電パッド11と受電パッド25との間の間隔を調整できるようにしてもよい。また、停止線44に代えて、フォークリフト40の前輪42aを位置決めする輪止めを地面に敷設してもよい。あるいは、2次側の受電パッド25が1次側の給電パッド11から発生する有意な磁界の範囲内に配置されるようにフォークリフト40をガイドする部材として、図14に示す支持台48を一対地面に設置してもよい。この場合、停止線44に代えて、フォークリフト40の前輪42aを位置決めする輪止めを一対の支持台48のうちの少なくとも一方に設けてもよい。
車体の後方から非接触でフォークリフト40に給電する場合、図16に示すように、2次側の受電パッド25は、座席40aの後方の、カウンタウエイト40dの上方に設けられる。この受電パッド25の配設は、例えば、受電パッド25を保持可能な板状部材を座席40aの後方に固定することにより実現してもよい。一方、1次側の給電パッド11は、フォークリフト40の座席後面に対向できるように配設される。例えば図16に示すように、壁51に固定されて水平方向に突出する支持部材52に、フォークリフト40に配設した受電パッド25と同じ高さ位置で給電パッド11を支持させてもよい。停止線44は、その停止線44を目印に運転者がフォークリフト40を停止させることにより、支持部材52に支持されている給電パッド11から発生する交番磁界によって誘導電圧が誘起される位置に、フォークリフト40に設けられた受電パッド25が配置されるように、地面に引かれている。
なお、1次側の給電パッド11から発生する有意な磁界の範囲内に2次側の受電パッド25が確実に配置されるように、アクチュエータによって突出方向に伸縮可能な支持アームを支持部材52として用いて、給電パッド11と受電パッド25との間の間隔を調整できるようにしてもよい。また、停止線44に代えて、フォークリフト40の後輪42bを位置決めする輪止めを地面に敷設してもよい。あるいは、2次側の受電パッド25が1次側の給電パッド11から発生する有意な磁界の範囲内に配置されるようにフォークリフト40をガイドする部材として、図14に示す支持台48を一対地面に設置してもよい。この場合、停止線44に代えて、フォークリフト40の前輪42aを位置決めする輪止めを一対の支持台48のうちの少なくとも一方に設けてもよい。
車体の上方から非接触でフォークリフト40に給電する場合、1次側の給電パッド11はフォークリフト40のヘッドガード40bの上面に対向できるように配設される。例えば図17に示すように、柱53に固定されて水平方向に突出する支持部材54に、フォークリフト40のヘッドガード40bよりも高い位置で、磁束経路が下方に形成されるように給電パッド11を支持させてもよい。停止線44は、その停止線44を目印に運転者がフォークリフト40を停止させることにより、支持部材54に支持されている給電パッド11から発生する交番磁界によって誘導電圧が誘起される位置に、フォークリフト40に設けられた受電パッド25が配置されるように、地面に引かれている。
なお、1次側の給電パッド11から発生する有意な磁界の範囲内に2次側の受電パッド25が確実に配置されるように、アクチュエータによって突出方向に伸縮可能な支持アームを支持部材54として用いて、受電パッド25に対する給電パッド11の横方向(水平方向)の位置を調整できるようにしてもよい。また、停止線44に代えて、フォークリフト40の前輪42aを位置決めする輪止めを地面に敷設してもよい。また、2次側の受電パッド25が1次側の給電パッド11から発生する有意な磁界の範囲内に配置されるようにフォークリフト40をガイドする部材として、図14に示す支持台48を一対地面に設置してもよい。この場合、停止線44に代えて、フォークリフト40の前輪42aを位置決めする輪止めを一対の支持台48のうちの少なくとも一方に設けてもよい。
フォークリフト40の車体の背面に設けられた背面カバー40cの裏のスペースに受電パッド25を設ける場合、図18に示すように、フォークリフト40の内部に受電パッド25を設置することが可能となる。背面カバー40cは開閉可能であり、背面カバー40cを開くことで、フォークリフト40の車体内部に設置されたバッテリ38のメンテナンスが可能となる。なお、図18(a)は背面カバー40cが閉じている状態を示し、図18(b)は背面カバー40cが開いている状態を示している。非接触でフォークリフト40に給電する場合、1次側の給電パッド11は、背面カバー40cの裏のスペースに設けられた2次側の受電パッド25に対向できるように配設される。例えば図19に示すように、基台55aと、基台55aから鉛直方向に突出する鉛直柱55bと、鉛直柱55bから水平方向へ突出する支持部材55cからなる台車55を用いて、その台車55の支持部材55cに、フォークリフト40に設けられた受電パッド25に対向できるように給電パッド11を支持させ、台車55を移動させて給電パッド11を受電パッド25に近づけることにより、非接触給電を行ってもよい。背面カバー40cが樹脂製である場合、図19に示すように、背面カバー40cを閉じたまま、非接触給電を行うことができる。
このように、受電パッド25が、バッテリ38の収納空間を覆うフォークリフト40の背面カバー40cの内側の空間に固定されることにより、フォークリフト40の内部に受電パッド25を設置することが可能となるので、フォークリフト40の外部に受電パッド25が露出せず、外部の環境の影響を受電パッド25が受けないようにすることが可能となる。また、フォークリフト40の空きスペースを利用して受電パッド25を設置することが可能となる。
なお、図15に示すように、車体の一方の側部または側面に受電パッド25を配設する場合や、図16に示すように、フォークリフト40の座席40aの後方に受電パッド25を配設する場合において、例えば図19に示す構成と同様に、台車55の支持部材55cに、フォークリフト40に設けられた受電パッド25に対向できるように給電パッド11を支持させ、台車55を移動させて給電パッド11を受電パッド25に近づけることにより、非接触給電を行ってもよい。
続いて、受電パッド25を予め保持する筐体56を用いる場合について説明する。この筐体56は、例えば図20に示すように、給電パッド11を受電パッド25に対向させて収納可能な隙間56aを形成する給電パッド収納部57を備え、例えば図21に示すようにフォークリフト40の座席40aの下に配置される。但し、この筐体56を配置する位置は、特に限定されず、例えば図22に示すようにフォークリフト40の車体の側面に配置してもよいし、例えば図23に示すように運転席の床に設置してもよいし、例えば図24に示すように操作台40eの側面に配置してもよい。非接触給電を行うときには、図20に示すように、給電パッド11を隙間56aに収納する。
このように、給電パッド11を受電パッド25に対向させて収納可能な隙間56aが形成された筐体56を用いることで、運転者の技量にかかわらず、確実にフォークリフト40のバッテリ38を充電することが可能となる。加えて、受電パッド25の配置の自由度が向上する。また、給電パッド11を地中に埋設したり、壁や柱に固定する必要がなくなり、給電パッド11の敷設にかかる時間及び費用を減じせしめることができる。
なお、筐体56は、図20に示すように、給電パッド11の後面の全部を覆う構成に限定されるものではない。例えば図25に示すように、筐体56は、給電パッド11の後面の一部を覆う構成であってもよい。なお、図25(a)は斜視図、図25(b)は平面図(上面図)、図25(c)は側面図、図25(d)は正面図である。
以上説明した本実施の形態1におけるフォークリフトの非接触充電システムによれば、特許文献2に開示されたパッドを使用した場合と比較して、給電範囲または給電距離を広げたときの給電パッド11と受電パッド25の平面的な寸法の増加を抑制できる。よって、受電パッド25をフォークリフトに配設する位置の自由度が向上するので、受電パッド25の取り付けが容易となる。加えて、特許文献2に開示されたパッドを使用した場合と比較して、給電パッド11と受電パッド25の磁性体の起磁力が強くなり、性能が向上する。さらに、給電パッド11の第1給電コイル16、17を形成する導体16a、17aが受ける、熱によるダメージを増加させることなく、給電範囲または給電距離を広げることが可能となる。そして、給電範囲または給電距離が広がることにより、フォークリフト40に配設された受電パッド25の給電パッド11に対する位置決めに求められる精度が、緩和される。
なお、本実施の形態1では、カウンタバランス式の電動フォークリフト(バッテリ車)を例に、フォークリフトの非接触充電システムを説明したが、本実施の形態1におけるフォークリフトの非接触充電システムは、例えば図26に示すように、リーチ式の電動フォークリフト(バッテリ車)58にも適用することができる。図26に示す非接触充電システムは、図10に示す非接触充電システムに対応しているが、本実施の形態1で説明した非接触充電システムの変形例や他の例も、リーチ式のフォークリフトに適用することができる。
また、上記説明したフォークリフトの非接触充電システムでは、受電パッドとして、図7、図8に示す受電パッド25を使用する場合についてしたが、無論、フォークリフトの非接触充電システムにおいて使用可能な受電パッドの構成は図7、図8に示す構成に限定されるものではない。例えば、上記説明した給電パッド11の構成を、受電パッドとして使用することも可能である。
(実施の形態2)
以下、実施の形態2における受電パッドと、その受電パッドを用いた非接触給電設備の2次側受電回路について説明する。本実施の形態2の受電パッドも、前述した実施の形態1の給電パッド11と同様に、両端部にそれぞれ磁極領域が設定された平板状の磁性体と、その磁性体の各磁極領域の周囲にそれぞれ、磁性体の端の外方から磁性体の本体部の上面に渡って渦状に巻かれたコイルと、磁性体の2つの磁極領域の間で磁性体の本体部に巻回されたコイルと、を備える。
図27は本実施の形態2における受電パッドの平面図、図28は図27のA−A断面図であり、図27および図28に示すように、受電パッド61は、両端部にそれぞれ磁極領域62、63が設定された細長い板状(スリップ状)の第1フェライト(磁性体の一例)64と、これら磁極領域62、63にそれぞれ、第1フェライト64の両端に合わせて、且つ第1フェライト64の上面に接して設けられた板状の第2フェライト(第2の磁性体の一例)65と、第1フェライト64の各磁極領域62、63の周囲にそれぞれ、第1フェライト64の端の外方から第1フェライト64の本体部の上面に渡って渦状(螺旋状)に巻かれた第1受電コイル66、67と、2つの磁極領域62、63の間で第1フェライト64の本体部に巻回された第2受電コイル68と、これら第1フェライト64、第2フェライト65、第1受電コイル66、67、および第2受電コイル68を支持する、アルミニウム等の金属材からなる薄い皿状の背面プレート69を備えており、背面プレート69内には、第2フェライト65の前面(上面)を除いて樹脂70が充填されて、背面プレート69に、第1フェライト64、第2フェライト65、第1受電コイル66、67、および第2受電コイル68が固定されている。各コイル66、67、68の両端部はそれぞれ、背面プレート69の外方に引き出されており、端子71が取り付けられている。
各第1受電コイル66、67はそれぞれ、図28に示すように、第1フェライト64の本体部の上面において1段に巻かれ、第1フェライト64の端の外方において、上下に3段と4段に巻かれている。
ここで、第1受電コイル66、67の巻き方の一例について図29、図30に示す拡大図を参照して説明する。図29は本実施の形態2における受電パッドの一部拡大平面図、図30は本実施の形態2における受電パッドの一部拡大断面図である。この実施の形態2では、各第1受電コイル66、67のターン数は共に20ターンとしている。
一方の第1受電コイル66は、次のように巻く。
(1)まず第1受電コイル66は、磁極領域62に内側から外側へ、第2フェライト65の側面の外方(第1フェライト64の上面の上方における第1フェライト64の端の外方)から第1フェライト64の本体部の上面に渡って、6ターン巻かれる。No.1〜No.6の導線66aに相当する。
(2)第1受電コイル66が所定回数巻かれると、No.7の導線66aが、第2フェライト65の下方に位置する第1フェライト64の側面へ下ろされる。
(3)続いて第1受電コイル66は、第2フェライト65の下方に位置する第1フェライト64の側面の外方(第1フェライト64の上面の下方における第1フェライト64の端の外方)から第1フェライト64の本体部の上面に渡って、内側から外側へ、6ターン巻かれる。No.7〜No.12の導線66aに相当する。
(4)第1受電コイル66が所定回数巻かれると、No.13の導線66aが、No.7の導線66aの下方へ下ろされる。
(5)続いて第1受電コイル66は、第2フェライト65の下方に位置する第1フェライト64の側面の外方(第1フェライト64の上面の下方における第1フェライト64の端の外方)から第1フェライト64の本体部の上面に渡って、内側から外側へ、6ターン巻かれる。No.13〜No.18の導線66aに相当する。
(6)第1受電コイル66が所定回数巻かれると、No.19の導線66aが、No.13の導線66aの下方へ下ろされる。
(7)最後に、第1受電コイル66は、第2フェライト65の下方に位置する第1フェライト64の側面の外方(第1フェライト64の上面の下方における第1フェライト64の端の外方)から第1フェライト64の本体部の上面に渡って、内側から外側へ、2ターン巻かれる。No.19およびNo.20の導線66aに相当する。
他方の第1受電コイル67も、一方の第1受電コイル66と同様に巻く。
第2受電コイル68は、第1フェライト14の本体部に巻きつける。本実施の形態2では、第2受電コイル68のターン数は8ターンとしている。
以上説明したように本実施の形態2の受電パッド61は、両端部にそれぞれ磁極領域62、63が設定された第1フェライト64と、各磁極領域62、63の周囲にそれぞれ、第1フェライト64の端の外方から第1フェライト64の本体部の上面に渡って渦状に巻かれた第1受電コイル66、67と、2つの磁極領域62、63の間で第1フェライト64の本体部に巻回された第2受電コイル68と、を備えるので、降圧変圧器として動作させることが可能である。即ち、フェライト64、65によって所定の経路を磁束が通り、その磁束の経路において第1受電コイル66、67と第2受電コイル68が互いに独立して巻かれているので、第1受電コイル66、67が接続される回路とは別の回路に第2受電コイル68を接続して、第1受電コイル66、67と第2受電コイル68のターン数を調整することにより、第1受電コイル66、67に発生する電圧よりも低い電圧を第2受電コイル68から取り出すことが可能となる。以下、上記説明した受電パッド61を降圧変圧器として用いる非接触給電設備の2次側受電回路について説明する。
図31は本実施の形態2における非接触給電設備の2次側受電回路を備えた電池の充電システムの構成図であり、図31において、Aは、充電対象の電池を搭載し、この電池を駆動源として移動可能な車両(移動体、機器の一例)であり、Bは、車両Aの電池を充電するための給電ステーションである。
図31に示すように、1次側の給電ステーションBには、給電カプラとして、給電パッド72が設けられている。給電パッド72には、例えば、前述した実施の形態1で説明した給電パッド11が使用できる。さらに、給電ステーションBには、商用電源から給電されて高周波電流を給電パッド72へ供給するインバータ73と、インバータ73に対して給電の開始・停止を指令する給電コントローラ74と、給電コントローラ74に接続された給電側光送受信器(光通信器)75が設けられている。
給電コントローラ74には、受電を許可された車両Aのデータ(例えば、認証ナンバー)が予め記憶されており、給電側光送受信器75により、認証データを要求する信号が含まれた光信号を発信させている。また給電した車両Aの履歴を記憶する機能を有している。
一方、受電側の車両Aには、給電カプラに対向する受電カプラとして、受電パッド61が設けられている。さらに、車両Aには、受電パッド61より給電されて、車両Aに搭載された充電対象の電池(負荷、蓄電手段の一例)76へ充電する定電流・定電圧制御機能付き充電装置77と、充電装置77に対して、充電の開始・停止を指令する受電コントローラ78と、受電コントローラ78に接続された受電側光送受信器(光通信器)79と、電池76の電圧や発熱を監視し、受電コントローラ78へ、電池76の電圧が低下すると充電要求信号を出力し、電池76の電圧が上限電圧を超えたことを検出すると、あるいは電池76の過熱を検出すると充電停止信号を出力する電池監視装置80が設けられている。受電パッド61と充電装置77により、非接触給電設備の2次側受電回路が構成される。
上記説明したように受電パッド61には第1受電コイル66、67および第2受電コイル68が形設されており、これら第1受電コイル66、67および第2受電コイル68は、給電パッド72に形設されている給電コイルより起電力が誘起される。具体的には、給電パッド72から提供されるアーチ状の磁束経路内に受電パッド61が配置されると、第1受電コイル66、67および第2受電コイル68に起電力が誘起される。したがって、本実施の形態2における非接触給電設備の2次側受電回路は、高周波電流が供給される1次側の給電パッド72に設けられた給電コイルから非接触で給電されて、負荷(車両Aに搭載された充電対象の電池76)に給電する。
また受電コントローラ78には、特有の認証データが記憶されており、給電側光送受信器75から発信される光信号を受電側光送受信器79が受信したことにより、給電パッド72に対して受電パッド61が対向したことを検出する機能と、受信した光信号の認証データ要求に応じて、特有の認証データを受電側光送受信器79により送信する機能と、電池監視装置80から入力する電池76の充電要求信号に応じて、充電装置77に対して充電の開始を指令し、また停止を指令する機能(詳細は後述する)と、受電終了信号を受電側光送受信器79から送信する機能(詳細は後述する)を有している。
上記給電ステーションBの給電コントローラ74は、給電側光送受信器75により受信した認証データと、受電を許可された車両Aの認証データが一致すると、インバータ73へ給電開始を指令し、受電終了信号を入力すると、インバータ73へ給電停止を指令し、履歴を記憶する。
充電装置77は、図32に示すように、第1受電コイル82に並列に接続され、この第1受電コイル82と共に、給電コイル81に供給される高周波電流の周波数に共振する共振回路83を形成する共振コンデンサ84を備える。ここで、給電コイル81は、前述した実施の形態1の給電パッド11の第1給電コイル16、17および第2給電コイル18が直列接続された回路と等価であり、第1受電コイル82は、受電パッド61の第1受電コイル66、67が並列接続された回路(図33(a)を参照)、または、受電パッド61の第1受電コイル66、67が直列接続された回路(図33(b)を参照)と等価である。
充電装置77は、図32に示すように、さらに、
共振コンデンサ84の両端を、接続状態と開放状態に切り換えるスイッチング素子(スイッチ手段の一例)85と、
共振回路83の出力電圧のゼロクロス点を検出するゼロクロス検出回路86と、
第2受電コイル87(前述した第2受電コイル68に対応する)に接続され、第2受電コイル87から出力される電流を整流して電池76へ出力する全波整流回路88と、
電池76へ供給される電流を検出する電流検出回路89および電池76の電圧を検出する電圧検出回路90を内蔵し、給電コイル81へ供給される高周波電流の周波数をスイッチング周波数とし、ゼロクロス検出回路86により検出されるゼロクロス点に同期してスイッチング素子85ヘ駆動パルスを出力し、この駆動パルスがオンのときにスイッチング素子85を接続状態とし、オフのときにスイッチング素子85を開放状態とするパルス発生回路91と、
を備えている。
パルス発生回路91は、電流検出回路89により検出された電流と電池76が要求する基準電流とを比較し、または電圧検出回路90により検出された電圧と電池76が要求する定格電圧(基準電圧の一例)とを比較して、前記駆動パルスのパルス幅を制御することにより、電池76へ供給される電流または電圧を一定に制御する定電流制御機能と定電圧制御機能(詳細は後述する)を有しており、定電流制御機能と定電圧制御機能のいずれかを選択して(切り換えて)実行する。またパルス発生回路91は、電池76から制御電源を得ている。
スイッチング素子85は、第1トランジスタ(またはMOS−FET)85aとこの第1トランジスタ85aとは電流の流れる向きを逆にして並列接続された第1ダイオード85b、および第2トランジスタ(またはMOS−FET)85cとこの第2トランジスタ85cとは電流の流れる向きを逆にして並列接続された第2ダイオード85dを、トランジスタ85a、85cに流れる電流の向きが逆となるように直列接続して構成されている。このスイッチング素子85の構成により、パルス発生回路91から駆動パルスが、第1トランジスタ85aまたは第2トランジスタ85cに入力されると、スイッチング素子85が接続状態となり、共振コンデンサ84(共振回路83)の両端が接続状態(短絡状態)とされる。
また図34に示すように、パルス発生回路91は、スイッチング周波数を高周波電流の周波数として、ゼロクロス発生回路86により検出されるゼロクロス点(例えば、正から負へ反転するゼロクロス点)に同期して駆動パルスを出力しており、出力される駆動パルスのパルス幅が最短のとき(またはパルスが出力されないとき)、共振回路83の両端電圧は最大となり、逆にパルス幅が長くなるほど共振回路83の両端電圧は低くなる。また、第1受電コイル82が接続される共振回路83とは別の負荷回路に第2受電コイル87が接続されるので、上記説明したように受電パッド61は降圧変圧器として動作する。即ち、第1受電コイル82よりも第2受電コイル87のターン数を少なくすることにより、共振回路83に発生する電圧よりも低い電圧が第2受電コイル87から発生する。そして、共振回路83に発生する電圧の大小を制御することにより、電池76の前段にある全波整流回路88の出力の大小が変化する。
このように、共振回路83に発生する電圧を共振周波数と同一の速いスイッチング周波数(制御周期)でリニアに可変して、電池76の前段にある全波整流回路88の出力をリニアに可変すること、および電流検出回路89により検出される電流を参照して上記パルス幅を変更する制御を行うことにより、電池76へ流れる電流を定電流制御することができる。また同様に電圧検出回路90により検出され電圧を参照して上記パルス幅を変更する制御を行うことにより電池76の電圧を定電圧制御することができる。
なお、パルス発生回路91の駆動パルス出力タイミングは、共振コンデンサ84の両端電圧がゼロボルト近傍で駆動するように、ゼロクロス発生回路86の出力に同期されている。この同期を行なわない場合、スイッチング素子85が開放状態(OFF)から接続状態(ON)へと制御される時に共振コンデンサ84からスイッチング素子85に流れる突入電流が、出力タイミングがゼロボルトから遠ざかるにつれて、急激に大きくなり、スイッチング素子85および共振コンデンサ84が損傷する虞がある。
また第1受電コイル82のターン数N1と第2受電コイル87のターン数N2の比(巻線比)は、上記共振回路83に発生する最大電圧と電池76の定格電圧に基づいて設定されており、第2受電コイル87に誘起される電圧は、電池76の定格電圧以下に抑えられている。
次に、受電コントローラ78による電池76の充電のフローを、上記充電装置77の回路構成による作用とともに、図35に基づいて説明する。なお、電池76は、電池76の電圧が定格電圧より低い電圧のとき、定電流で充電し、定格電圧となると定電圧で充電する必要がある。
ステップ−1.「充電要求」
電池監視装置80は電池76の電圧を監視しており、電池76の電圧が低下すると充電要求信号を出力する。また図示していないが、この充電要求信号は、車両Aの走行コントローラへ出力され、車両Aの走行コントローラによる指令により、車両Aは、給電ステーションBの給電パッド72に対して受電パッド61が対向するように移動する。すると、給電側光送受信器75から発信される光信号は受電側光送受信器79に受信され、上述したように、給電コントローラ74により認証されるとインバータ73により高周波電流が給電パッド72に供給される。またパルス発生回路91は電池76より制御電源を得ており、充電要求がない状態では、スイッチング素子85へ出力する駆動パルスのパルス幅を最大としている。これにより、受電パッド61が給電パッド72に対向したとき、電池76の前段にある全波整流回路88の出力が最小となるようにしている。
なお、スイッチング素子85が開放状態(OFF)のまま受電パッド61が給電パッド72に対向すると、共振コンデンサ84は空の状態なため、ダッシュ電流が流れて、共振回路83の両端電圧は図34に示す最大電圧よりさらに高い(例えば、2倍の)電圧となり、また電池76に印加される電圧が過電圧となり、電池76や共振コンデンサ84やスイッチング素子85が損傷する虞がある。
受電コントローラ78は、給電側光送受信器75から発信される光信号を受電側光送受信器79が受信したことにより、給電パッド72に対して受電パッド61が対向したことを検出し、電池監視装置80より充電要求信号を入力すると、充電装置77のパルス発生回路91に対して充電開始指令を出力する。なお、受電コントローラ78は、給電パッド72に対して受電パッド61が対向したことを検出したとき、車両Aの走行コントローラへ走行停止指令を出力して、位置ずれが発生しないように働きかけるようにしてもよい。
ステップ−2.「受電確認」
受電パッド61が給電パッド72に対向し、給電コイル81へインバータ73より高周波電流が供給されると、給電コイル81に発生する磁束により、第1受電コイル82に電圧が誘起される。つまり給電コイル81から第1受電コイル82へ非接触で電力が伝送される。さらに、第1受電コイル82を貫く磁束の経路と同一の磁束経路において、第1受電コイル82とは別に巻かれた第2受電コイル87にも、給電コイル81に発生する磁束により電圧が誘起される。この際、共振回路83に流れる電流は共振回路83に発生する電圧と位相がほぼ90度ずれて無効電力となっており、給電ステーションBから送られた電力はほぼ全て第2受電コイル87側の回路に供給される。第2受電コイル87から出力された交流電流は全波整流回路88によって直流化され電池76に供給される。
なお、受電パッド61が給電パッド72に対向しても、始動時は、スイッチング素子85へ出力する駆動パルスのパルス幅を最大としているために、全波整流回路88へ出力される電圧は小さく、よって、電池76に印加される電圧が過電圧となり、電池76や共振コンデンサ84やスイッチング素子85が損傷する虞が回避されている。パルス発生回路91は、電流検出回路89により全波整流回路88から電池76へ電流が流れたことを検出することによって受電を確認する。
ステップ−3.「定電流充電」
パルス発生回路91は、受電を確認し、受電コントローラ78より充電開始指令を入力すると、定電流充電(定電流制御)を開始する。すなわち、パルス発生回路91は、電流検出回路89により電池76に流れる電流を検出し、電圧検出回路90により電池76の電圧を検出しており、電池76の電圧が定格電圧(あるいは上限値)未満のとき、定電流制御を実行する。
この定電流制御時、パルス発生回路91は、電流検出回路89により検出される電池76への出力電流をフィードバックしながら、この電流検出回路89の出力をパルス発生回路91内で発生される基準電流と比較し、基準電流の方が大きい場合には駆動パルス幅を短くし、基準電流の方が小さい場合には駆動パルスのパルス幅を長くして、共振コンデンサ84の両端電圧がゼロボルト近傍になったタイミングを示すゼロクロス検出回路86の出力タイミングと同期して、スイッチング素子85へ駆動パルスを出力する。
上述したように、パルス幅が最短のとき(またはパルスが出力されないとき)、共振回路83の両端電圧は最大となり、逆にパルス幅が長くなるほど共振回路83の両端電圧は低くなる。そして、受電パッド61が降圧変圧器として動作するので、共振回路83に発生する電圧の大小を制御することにより、電池76の前段にある全波整流回路88の出力の大小が変化する。よって、パルス発生回路91において検出された電流を参照してパルス幅制御を行うことにより、定電流に制御できる(パルス発生回路91は定電流制御機能を有している)。
ステップ−4.「定電圧充電」
パルス発生回路91は、定電流制御中、電圧検出回路90により電池76の電圧を監視しており、電池76の電圧が定格電圧まで上昇すると、タイマーを起動し、定電流充電から、定電圧充電(定電圧制御)へ切り替える。
定電圧制御時、パルス発生回路91は、電圧検出回路90により検出される電池76の電圧をフィードバックしながら、この電圧検出回路90の出力とパルス発生回路91内で発生される基準電圧を比較し、基準電圧の方が大きい場合には駆動パルスのパルス幅を短くし、基準電圧の方が小さい場合にはパルス幅を長くして、共振コンデンサ84の両端電圧がゼロボルト近傍になったタイミングを示すゼロクロス検出回路86の出力タイミングと同期して、スイッチング素子85へ駆動パルスを出力する。
上述したように、駆動パルスのパルス幅により、電池76の前段にある全波整流回路88の出力の大小が変化し、パルス発生回路91において検出された電圧を参照してパルス幅制御を行うことにより、定電圧に制御できる(パルス発生回路91は定電圧制御機能を有している)。
ステップ−5.「充電完了」
パルス発生回路91は、定電圧充電開始時に起動したタイマーのカウント値(タイマー時間)が規定の充電時間に達すると、駆動パルスのパルス幅を最大として、電池76の前段にある全波整流回路88の出力を最小に変化させて、電池76への充電を停止する(電池76の電圧が高くなるために、充電されることは無い)。
続いてパルス発生回路91は、充電完了信号を受電コントローラ78へ出力し、受電コントローラ78は、光送受信器79、75を介して給電コントローラ74へ受電終了信号を送信する。給電側の給電コントローラ74は、この受電終了信号を入力すると、インバータ73へ給電停止を指令し、インバータ73は、給電パッド72への給電を停止する。
なお、受電コントローラ78は、電池監視装置80より充電停止信号を入力すると、充電装置77のパルス発生回路91へ充電停止指令を出力し、また光送受信器79、75を介して給電コントローラ74へ受電終了信号を送信する。パルス発生回路91は、充電停止指令に応じて、駆動パルスのパルス幅を最大として、電池76への充電を停止し、また給電ステーションBの給電コントローラ74は、インバータ73へ給電停止を指令し、インバータ73は、給電パッド72への給電を停止する。
このように、はじめは、電池76は定電流制御により充電される。そして、電池76の電圧が定格電圧に達すると定電圧制御が実行されて、電池76は正常に充電される。
充電装置77の回路構成は、図32に示す回路構成に限定されるものではなく、例えば、図36に示す回路構成であってもよい。図36に示す回路構成では、共振回路83のスイッチング回路(スイッチング素子85とゼロクロス検出回路86)を、第2受電コイル87と全波整流回路88との間に移動させている。この回路では、共振回路83(第1受電コイル82)には、常に、最大電圧の交流電圧(第1受電コイル82と共振コンデンサ84の内部インピーダンスで電圧は制約される)が発生しており、第2受電コイル87には、第1受電コイル82と第2受電コイル87の巻数比によって降圧された電圧が誘起され、この電圧が、交流の状態で、スイッチング素子85の制御により変化され(制御され)、すなわち全波整流回路88の前段で、全波整流回路88へ印加される電圧がリニアに変化され、定電流制御、または定電圧制御が実行される。このように、図36に示す回路では、図32に示す回路と同様に、全波整流回路88へ出力される電圧をリニアに可変して定電流制御と定電圧制御を実現し、また受電パッド61を降圧変圧器として動作させて、全波整流回路88へ出力される電圧の低電圧化を図っている。
また、給電パッド72の構成は、前述した実施の形態1の給電パッド11の構成に限定されるものではなく、例えば、平板状のフェライトの両端部に設定された磁極領域にそれぞれ渦状に巻かれたコイルのみを持ち、フェライトの両端部に設定された磁極領域の間でフェライトの本体部に巻回されるコイルを持たない構成であってもよい。また給電パッド72は、平板状のフェライトの両端部に設定された磁極領域にそれぞれ渦状に巻かれたコイルが、そのフェライトの本体部の上面において1段に巻かれ、そのフェライトの端部外方においても1段に巻かれた構成であってもよい。
また本実施の形態2では、パルス発生回路91に、電流検出回路89と電圧検出回路90を内蔵させているが、別途設けるようにしてもよい。
また本実施の形態2では、パルス発生回路91は、高周波電流の周波数をスイッチング周波数としているが、高周波電流の周波数の2倍の周波数をスイッチング周波数とすることもできる。
また本実施の形態2では、パルス発生回路91は、図34に示すように、正から負へ反転するゼロクロス点に同期してパルスを出力しているが、負から正へ反転するゼロクロス点に同期してパルスを出力するようにすることもできる。
また本実施の形態2では、受電パッド61と充電装置77からなる非接触給電設備の2次側受電回路は、移動体の一例である車両Aに搭載されている。しかし、非接触給電設備の2次側受電回路は、移動体にのみ搭載されるものではなく、給電パッド72に受電パッド61が対向するように移動できればよい。
また本実施の形態2では、蓄電手段として電池76を例示しているが、電池76に限定されるものではなく、電力を貯める手段であればよく、例えば、電気2重層コンデンサであってもよい。
以上のように本実施の形態2の受電パッド61は、降圧変圧器として動作させることが可能である。つまり、第1受電コイル66、67のターン数と第2受電コイル68のターン数を調整することにより、第1受電コイル66、67に発生する電圧よりも低い電圧を第2受電コイル68から取り出して、負荷へ供給することが可能となる。よって、例えば、電気二重層キャパシタなどの定格電圧が低い電池を充電するなど、定格電圧が低い負荷用に設計された非接触給電設備の2次側受電回路に適用されても、回路規模の拡大を抑制できる。加えて、第1受電コイル66、67を共振回路に使用することが可能となる。そして、これにより、効率良く電力を負荷へ供給することが可能となる。
また本実施の形態2の受電パッド61によれば、各第1受電コイル66、67がそれぞれフェライト64、65の端部外方で上下に3段と4段(2段以上)に巻かれるので、特許文献2に開示の如くコイルを横一列に巻いたパッドと比較して、パッドの平面的な寸法を短くできる。またフェライト64、64の端部外方で第1受電コイル66、67がフェライト64、65に近づくので、フェライト64、65の起磁力が強くなり、性能を向上できる。さらに、フェライト64、65の端の外方を第1受電コイル66、67が通過することにより、各第1受電コイル66、67の一方の端部をそれぞれ下方のフェライト64の裏側から引き出す必要がなくなり、各第1給電コイル66、67の両端部をそれぞれ背面プレート69から引き出しやすくなる。よって、パッドの製作が容易となる。
また本実施の形態2の受電パッド61によれば、各磁極領域62、63にそれぞれ、第1フェライト64に接する第2フェライト65を設けたので、第1受電コイル66、67を巻きやすくなり、作業性を向上でき、パッドの製作が容易となり、さらにフェライト64、65の起磁力が強くなり、性能を向上できる。なお本実施の形態2の受電パッド61では、各磁極領域62、63にそれぞれ第2フェライト65を固定しているが、第2フェライト65が無くても、給電パッド61としての機能を果たすことができる。
また本実施の形態2のように、各第1受電コイル66、67をそれぞれ、まず第1フェライト64の磁極領域62、63に内側から外側へ、第1フェライト64の上面の上方における第1フェライト64の端の外方(第2フェライト65の側面の外方)から第1フェライト64の本体部の上面に渡って所定回数巻いた後、第1フェライト64の上面の下方における第1フェライト64の端の外方(第1フェライト64の側面の外方)から第1フェライト64の本体部の上面に渡って内側から外側へ所定回数巻く巻き方で、第1フェライト64の端部外方において、下方へ段を重ねるように巻くことにより、各第1給電コイル66、67をそれぞれ第1フェライト64の本体部の上面において1段に巻き、フェライト64、65の端部外方において上下に2段以上に巻くことが可能となる。但し、第1給電コイル66、67の巻き方は、この巻き方に限定されるものではない。
また本実施の形態2における非接触給電設備の2次側受電回路によれば、平板状の第1フェライト64と、その第1フェライト64の両端部に設定された各磁極領域62、63の周囲にそれぞれ渦状に巻かれた第1受電コイル66、67と、その第1フェライト64の2つの磁極領域62、63の間で、その第1フェライト64の本体部に巻回された第2受電コイル68と、を備えた受電パッド61を、受電カプラとして使用することにより、その受電カプラにトランス(降圧変圧器)の機能を持たせて、回路規模の拡大を抑制できる。また、第1受電コイルと第2受電コイルが同一のE字形コアに巻かれて成る受電カプラを使用する場合に比べて、受電カプラの高さ寸法を減少させることが可能となる。加えて、E字形コアは設計(寸法)の変更が困難であるのに対し、平板状のフェライトは設計(寸法)の変更が容易であるので、受電パッド61は、E字形コアを用いた受電カプラと比べて、設計(寸法)の自由度が高い。このため、受電カプラを設置するスペースを確保するために非接触給電設備の2次側受電回路に課される制約が、E字形コアを使用する場合に比べて緩和される。
また本実施の形態2における非接触給電設備の2次側受電回路によれば、共振回路83に発生する電圧を、共振周波数と同一の速いスイッチング周波数(制御周期)でリニアに可変できるため、電池76の前段にある全波整流回路88の出力をリニアに可変でき、よって電池76へ流れる電流を定電流制御することができ、また電池76の電圧を定電圧制御することができ、電池76に最適な充電回路を提供できる。このとき、スイッチング素子85の駆動パルスの出力タイミングをゼロクロス点に同期させていることにより、出力タイミングがゼロクロス点から遠ざかるにつれて発生するスイッチング素子85および共振コンデンサ84の損傷の虞を回避できる。
また本実施の形態2における非接触給電設備の2次側受電回路によれば、定電流制御と定電圧制御を選択して実行できることから、種々の充電方式に対応することができる。但し、パルス発生回路91による充電方法は、充電方式に応じて書き換える必要がある。
また本実施の形態2における非接触給電設備の2次側受電回路によれば、全波整流回路88の前段において、受電パッド61が降圧変換器として動作するので、全波整流回路88へ出力される電圧の低電圧化を簡易な回路構成で図ることができ、電池76の充電に対応しやすい電圧を得ることができる。また全波整流回路88の後段(直流)で低電圧化を図る回路構成と比較して、効率を向上することができる。また第1受電コイル82と第2受電コイル87の巻線比を、第1受電コイル82に誘起される最大電圧と電池76の定格電圧に基づいて設定することにより、同一の回路構成で、種々の定格電圧の電池76(あるいは負荷)に対応することができる。
また本実施の形態2における非接触給電設備の2次側受電回路によれば、第1受電コイル82側でスイッチング素子85の制御によって交流側の電圧を制御することにより、共振回路83の大きな電圧で、全波整流回路88へ出力される小さな電圧を制御することができ、よって精度のよい制御を期待でき、最適な充電回路を提供できる。
また本実施の形態2における非接触給電設備の2次側受電回路によれば、全波整流回路88とは別の回路にスイッチング素子85を設けることにより、スイッチング素子85がオン(接続状態)のときに、スイッチング素子85に流れる電流が全波整流回路88を流れないようにすることができる。これによれば、全波整流回路88を構成するダイオードの発熱が小さくなり、効率を良くすることができ、また発熱が小さくなるため、全波整流回路88を構成するダイオードに、より小さい放熱板が使用でき、小型化・低コスト化が可能となる。
なお本実施の形態2の受電パッド61では、第1受電コイル66、67のターン数を20ターンとし、第2受電コイル68のターン数を8ターンとしたが、第1受電コイル66、67のターン数と第2受電コイル68のターン数(すなわち、巻線比)は、これらに限定されるものではなく、給電対象の負荷の定格電圧と共振回路で発生する電圧に応じて設定される。
また本実施の形態2の受電パッド61では、フェライト64、65の端部外方で第1給電コイル66、67が3段と4段に重ねられたが、フェライト64、65の端部外方で第1給電コイル66、67が重ねられる段数は、第1受電コイル66、67のターン数と、背面プレート69の面積に応じて設定される。つまり、背面プレート69の面積は、受電パッド61を組み込む回路に確保されている受電パッド61の設置スペースの面積に応じて決まるので、フェライト64、65の端部外方で第1給電コイル66、67を重ねる段数は、その決められた背面プレート69の面積の中で、予め設定されたターン数で第1受電コイル66、67を渦状に巻くことができるように、決定される。よって、フェライト64、65の端部外方で第1給電コイル66、67が重ねられる段数は、特に限定されるものではない。
また本実施の形態2の受電パッド61では、フェライト64、65の端部の外方における第1受電コイル66、67の段数を3段と4段にしたが、2次側の受電パッド61が搭載される車両Aが例えばAGV(Automated Guided Vehicle)の場合、受電パッド61の稼働率は低く、フェライト64、65の端部の外方における第1受電コイル66、67の段数を3段以上にしても、第1受電コイル66、67が受ける熱的ダメージは低い。したがって、フェライト64、65の端の外方における第1受電コイル66、67の段数を3段以上にすることができる。給電パッド72も同様に、その稼働率が低いときには、フェライトの端部の外方におけるコイルの段数を2段以上にすることができる。
また本実施の形態2の受電パッド61では、背面プレート69が磁気シールドとして作用することから、受電パッド61の後面の側の空間には、本質的に磁束経路は形成されない。但し、前述した実施の形態1と同様に、第1フェライト64の本体部に第2受電コイル68が巻回されており、その第2受電コイル68から発生する磁束が、背面プレート69を誘導加熱する。しかし、2次側の受電パッド61が搭載される車両Aが例えばAGV(Automated Guided Vehicle)の場合、受電パッド61の稼働率は低く、誘導加熱の影響は小さい。
また図27、図28には、第1受電コイル66、67がそれぞれ第2受電コイル68に重なる構成が図示されているが、第1受電コイル66、67と第2受電コイル68のターン数と、背面プレート69の面積によっては、例えば前述した図2に示す構成と同様に、各第1受電コイル66、67がそれぞれ、第2受電コイル68に重なることなく、第1フェライト64の本体部の上面において平面的に1段に巻かれてもよい。
11 給電パッド
12、13、62、63 磁極領域
14、64 第1フェライト
15、65 第2フェライト
16、17 第1給電コイル
18 第2給電コイル
22 磁束経路
25 受電パッド
38 バッテリ
40 カウンタバランス式の電動フォークリフト
40c 背面カバー
41 整流器
56 筐体
56a 隙間
57 給電パッド収納部
58 リーチ式の電動フォークリフト
61 受電パッド
66、67 第1受電コイル
68 第2受電コイル
72 給電パッド
76 電池
81 給電コイル
82 第1受電コイル
83 共振回路
84 共振コンデンサ
85 スイッチング素子
86 ゼロクロス検出回路
87 第2受電コイル
88 全波整流回路
89 電流検出回路
90 電圧検出回路
91 パルス発生回路

Claims (11)

  1. 非接触給電に用いられる給電パッドであって、
    両端部にそれぞれ磁極領域が設定された平板状の磁性体と、
    前記磁性体の各磁極領域の周囲にそれぞれ、前記磁性体の端の外方から前記磁性体の本体部の上面に渡って渦状に巻かれた第1給電コイルと、
    前記磁性体の2つの磁極領域の間で前記磁性体の本体部に巻回された第2給電コイルと、
    を備え、
    前記各第1給電コイルはそれぞれ、前記磁性体の本体部の上面において1段に巻かれ、前記磁性体の端部外方において上下に2段に巻かれ、
    前記第1および第2給電コイルには、前記磁極領域の一方から他方へ前記磁性体の上方を通る磁束経路が形成されるよう電圧が印加される
    ことを特徴とする給電パッド。
  2. 前記各第1給電コイルがそれぞれ、
    まず磁性体の磁極領域に内側から外側へ、前記磁性体の上面の下方における前記磁性体の端の外方から前記磁性体の本体部の上面に渡って所定回数巻かれた後、
    前記磁性体の上面の上方における前記磁性体の端の外方から前記磁性体の本体部の上面に渡って内側から外側へ所定回数巻かれる
    ことを特徴とする請求項1に記載の給電パッド。
  3. 前記磁性体に設定された磁極領域に、前記磁性体に接する第2の磁性体を設けたことを特徴とする請求項1または2に記載の給電パッド。
  4. 交流電源に接続される給電パッドと、
    バッテリが搭載されたフォークリフトに配設された受電パッドと、
    前記フォークリフトに配設され、前記受電パッドから送られてくる電流を整流する整流器と、
    を備え、
    前記給電パッドが請求項1〜3のいずれか1項に記載の給電パッドであり、
    前記給電パッドから前記受電パッドへ非接触で電力を供給して、前記フォークリフトに搭載された前記バッテリを充電する
    ことを特徴とするフォークリフトの非接触充電システム。
  5. 前記受電パッドを予め保持し、かつ前記給電パッドを前記受電パッドに対向させて収納可能な隙間を形成する給電パッド収納部を備えた筐体が、前記フォークリフトに配設されていることを特徴とする請求項4に記載のフォークリフトの非接触充電システム。
  6. 前記受電パッドが、前記バッテリの収納空間を覆う前記フォークリフトの背面カバーの内側の空間に固定されていることを特徴とする請求項4に記載のフォークリフトの非接触充電システム。
  7. 非接触給電に用いられる受電パッドであって、
    両端部にそれぞれ磁極領域が設定された平板状の磁性体と、
    前記磁性体の各磁極領域の周囲にそれぞれ、前記磁性体の端の外方から前記磁性体の本体部の上面に渡って渦状に巻かれた第1受電コイルと、
    前記磁性体の2つの磁極領域の間で前記磁性体の本体部に巻回された第2受電コイルと、
    を備え、
    前記各第1受電コイルはそれぞれ、前記磁性体の本体部の上面において1段に巻かれ、前記磁性体の端部外方において上下に2段以上に巻かれた
    ことを特徴とする受電パッド。
  8. 前記各第1受電コイルがそれぞれ、
    まず磁性体の磁極領域に内側から外側へ、前記磁性体の上面の上方における前記磁性体の端の外方から前記磁性体の本体部の上面に渡って所定回数巻かれた後、
    前記磁性体の上面の下方における前記磁性体の端の外方から前記磁性体の本体部の上面に渡って内側から外側へ所定回数巻かれる巻き方で、前記磁性体の端部外方において、下方へ段を重ねるように巻かれる
    ことを特徴とする請求項7に記載の受電パッド。
  9. 前記磁性体に設定された磁極領域に、前記磁性体に接する第2の磁性体を設けたことを特徴とする請求項7または8に記載の受電パッド。
  10. 高周波電流が供給される1次側の給電コイルから非接触で給電され、負荷に給電する非接触給電設備の2次側受電回路であって、
    前記1次側の給電コイルより起電力が誘起される第1受電コイルおよび第2受電コイルが形設された請求項7〜9のいずれか1項に記載の受電パッドと、
    前記第1受電コイルに並列に接続され、この第1受電コイルと共に前記高周波電流の周波数に共振する共振回路を形成する共振コンデンサと、
    前記共振コンデンサの両端を、接続状態と開放状態に切り換えるスイッチ手段と、
    前記共振回路の出力電圧のゼロクロス点を検出するゼロクロス検出回路と、
    前記第2受電コイルから出力される電流を整流して前記負荷へ出力する整流回路と、
    前記整流回路より前記負荷へ出力される電流を検出する電流検出回路と、
    前記負荷の電圧を検出する電圧検出回路と、
    前記高周波電流の周波数あるいはその2倍の周波数をスイッチング周波数とし、前記ゼロクロス検出回路により検出されるゼロクロス点に同期して前記スイッチ手段ヘ駆動パルスを出力し、この駆動パルスがオンのときにスイッチ手段を接続状態とし、オフのときにスイッチ手段を開放状態とするパルス発生回路と、
    を備え、
    前記パルス発生回路は、前記電流検出回路により検出された電流と予め設定された基準電流とを比較して、前記駆動パルスのパルス幅を制御することにより、前記負荷へ出力される電流を前記基準電流に一定に制御する定電流制御機能と、前記電圧検出回路により検出された電圧と予め設定された基準電圧とを比較して、前記駆動パルスのパルス幅を制御することにより、前記負荷へ印加される電圧を前記基準電圧に一定に制御する定電圧制御機能とを有し、前記定電流制御機能または定電圧制御機能を実行する
    ことを特徴とする非接触給電設備の2次側受電回路。
  11. 高周波電流が供給される1次側の給電コイルから非接触で給電され、負荷に給電する非接触給電設備の2次側受電回路であって、
    前記1次側の給電コイルより起電力が誘起される第1受電コイルおよび第2受電コイルが形設された請求項7〜9のいずれか1項に記載の受電パッドと、
    前記第1受電コイルに並列に接続され、この第1受電コイルと共に前記高周波電流の周波数に共振する共振回路を形成する共振コンデンサと、
    前記第2受電コイルの両端を、接続状態と開放状態に切り換えるスイッチ手段と、
    前記第2受電コイルの出力電圧のゼロクロス点を検出するゼロクロス検出回路と、
    前記第2受電コイルから出力される電流を整流して前記負荷へ出力する整流回路と、
    前記整流回路から負荷へ出力される電流を検出する電流検出回路と、
    前記負荷の電圧を検出する電圧検出回路と、
    前記高周波電流の周波数あるいはその2倍の周波数をスイッチング周波数とし、前記ゼロクロス検出回路により検出されるゼロクロス点に同期して前記スイッチ手段ヘ駆動パルスを出力し、この駆動パルスがオンのときにスイッチ手段を接続状態とし、オフのときにスイッチ手段を開放状態とするパルス発生回路と、
    を備え、
    前記パルス発生回路は、前記電流検出回路により検出された電流と予め設定された基準電流とを比較して、前記駆動パルスのパルス幅を制御することにより、前記負荷へ出力される電流を前記基準電流に一定に制御する定電流制御機能と、前記電圧検出回路により検出された電圧と予め設定された基準電圧とを比較して、前記駆動パルスのパルス幅を制御することにより、前記負荷へ印加される電圧を前記基準電圧に一定に制御する定電圧制御機能とを有し、前記定電流制御機能または定電圧制御機能を実行する
    ことを特徴とする非接触給電設備の2次側受電回路。
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