JP2023080761A - 非接触給電装置および非接触給電方法 - Google Patents

Abstract

【課題】移動体への交流電力の供給を安定化する。【解決手段】本開示の一形態に係る非接触給電システム１００は、移動体１３０に備えられた受電装置１２０に対して非接触で交流電力を供給する給電線１２と、交流電力を発生させて交流電力を給電線１２に供給する複数の給電盤１０と、を備え、複数の給電盤１０のそれぞれは、交流電力の発生を制御する制御パルスを、制御パルスのオンパルスの中央のタイミングが基準クロックによって規定される同一周期のタイミングとなるように生成するとともに、オンパルスの幅を変化させることにより、給電線１２に供給する交流電力を制御するＰＷＭ制御を実行する。【選択図】図１

Description

本開示は、非接触給電装置および非接触給電方法に関するものである。

従来の非接触給電システムとして、例えば、下記特許文献１に記載されたシステムが知られている。特許文献１に記載の非接触給電システムは、給電線と、給電線に給電点から電力を供給する給電装置とを備えている。このような構成において、搬送台車等の移動体が、給電線から電力を非接触で受電することができる。

国際公開ＷＯ２０１３／１４５５７３号公報

上述した従来の非接触給電システムでは、障害等により給電装置からの給電が停止した場合、その給電装置に接続された給電線から移動体への電力の供給が停止することが避けられない。そこで、仮に複数の給電装置を並列して設け、それら複数の給電装置により給電線への電力の供給を行うことを考えた場合、複数の給電装置から供給される交流電力間で位相がずれる場合がある。複数の給電装置から供給される交流電力間で位相が異なると、給電装置間で短絡電流が発生して装置に不具合が生じるおそれがある。

本開示は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、移動体への交流電力の供給を安定化することが可能な非接触給電装置および非接触給電方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本開示の一側面に係る非接触給電装置は、移動体に備えられた受電装置に対して非接触で交流電力を供給する給電線と、交流電力を発生させて交流電力を給電線に供給する複数の給電盤と、を備え、複数の給電盤のそれぞれは、交流電力の発生を制御する制御パルスを、制御パルスのオンパルスの中央のタイミングが基準クロックによって規定される同一周期のタイミングとなるように生成するとともに、オンパルスの幅を変化させることにより、給電線に供給する交流電力を制御するＰＷＭ制御を実行する。

上記一側面によれば、複数の給電盤から給電線に供給される交流電力をＰＷＭ制御により調整することが可能となるとともに、複数の給電盤のそれぞれにおいてＰＷＭ制御によって発生する交流電力の位相を複数の給電盤間で一致させることが容易となる。これにより、ＰＷＭ制御の設定差があっても、給電盤間で短絡電流が生じることがなく、故障等により給電盤からの給電が停止した場合であっても、その給電盤以外の残りの給電盤から給電線を介した移動体への交流電力の供給が可能とされ、移動体への交流電力の供給を安定化することができる。

上記一側面においては、複数の給電盤は、それぞれ、複数の給電盤のうちの一の給電盤の内部において生成された基準クロックを基準に制御パルスを生成する、ことが好ましい。

この場合、複数の給電盤のそれぞれにおいて発生する交流電力の位相を１つの基準クロックを基準にすることによって安定して一致させることができる。これにより、複数の給電盤から給電線を経由して移動体へ供給される電力を一層安定化することができる。

また、上記一側面においては、複数の給電線と、複数の給電盤と、複数の給電盤のそれぞれによって発生した電力を、複数の給電線に分配して供給する電力分配回路とを備える、ことも好ましい。かかる構成によれば、故障等により給電盤からの給電が停止した場合であっても、その給電盤以外の残りの給電盤から複数の給電線を介した移動体への交流電力の供給が可能とされ、広範囲に移動する移動体への交流電力の供給を安定化することができる。

あるいは、本開示の他の側面にかかる非接触給電方法は、複数の給電盤によって発生した交流電力を給電線に供給し、給電線から移動体に備えられた受電装置に対して非接触で交流電力を供給し、複数の給電盤のそれぞれは、交流電力の発生を制御する制御パルスを、制御パルスのオンパルスの中央のタイミングが基準クロックによって規定される同一周期のタイミングとなるように生成するとともに、オンパルスの幅を変化させることにより、給電線に供給する交流電力を制御するＰＷＭ制御を実行する。

上記他の側面によれば、複数の給電盤から給電線に供給される交流電力をＰＷＭ制御により調整することが可能となるとともに、複数の給電盤のそれぞれにおいてＰＷＭ制御によって発生する交流電力の位相を複数の給電盤間で一致させることが容易となる。これにより、ＰＷＭ制御の設定差があっても、給電盤間で短絡電流が生じることがなく、故障等により給電盤からの給電が停止した場合であっても、その給電盤以外の残りの給電盤から給電線を介した移動体への交流電力の供給が可能とされ、移動体への交流電力の供給を安定化することができる。

本開示によれば、移動体への交流電力の供給を安定化することができる。

本開示の一実施形態に係る非接触給電システムの構成を示す図である。 図１の非接触給電システムの詳細構成を示す図である。 図２のインバータ回路の詳細構成及びその接続構成を示す図である。 給電盤によって生成される各種信号の波形の例を示す図である。 給電盤によるＰＷＭ制御によって設定された波形の例を示す図である。 同期回路の機能的な構成を詳細に示すブロック図である。 同期回路を実現するハードウェア構成を示すブロック図である。 複数の給電盤の同期回路間の接続構成を示す図である。 同期回路のＭＣＵの機能構成を示すブロック図である。 給電盤の同期回路における位相比較の動作を説明するためのタイミングチャートである。 給電盤の同期回路における基準信号ＳＹＮＣの位相調整の動作を説明するためのタイミングチャートである。 比較例にかかる給電盤によってＰＷＭ制御によって生成される交流電圧の波形の例を示す図である。

以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図面の説明において同一要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

図１は、本開示の一実施形態に係る非接触給電装置である非接触給電システム１００の構成を示す回路図である。図１に示されるように、本実施形態の非接触給電システム１００は、受電装置１２０を備える移動体１３０に対して非接触で電力を供給する給電システムである。非接触給電システム１００による給電の対象である移動体１３０としては、モータを内蔵し、受電コイル等の受電装置１２０を介して受電した電力によってモータを駆動してレール等の軌道上を走行する有軌道搬送車が例示される。本実施形態の非接触給電システム１００は、複数の給電盤１０と、電力分配回路１１と、複数の給電線１２とを備える。本実施形態では、３つの給電盤１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃと、３本の給電線１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃとを備える構成が例示されているが、給電盤１０の個数および給電線１２の本数は２以上であれば特定の数には限定されない。電力分配回路１１は、複数の給電盤１０の外部に別の装置として設けられていてもよいし、いずれかの給電盤１０に内蔵されていてもよい。

給電盤１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃは、それぞれ、直流電源から定電圧（直流電圧）の供給を受けて交流電力を発生させる装置であり、交流電力を出力する一対の出力端子１３を有する。給電盤１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃは、それぞれの一対の出力端子１３が電力分配回路１１に電気的に接続される。

電力分配回路１１は、３つの給電盤１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃのそれぞれで発生した交流電力を３本の給電線１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃに対して分配すると共に、３本の給電線１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃのそれぞれに対して、分配された交流電力を合成して供給する回路である。この電力分配回路１１は、交流電力を分配及び合成するための回路部と交流電力を共振させて出力する共振回路とを有する（詳細は後述する。）。

給電線１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃは、移動体１３０が走行可能な軌道（図示せず）に沿って設けられる送電線路である。すなわち、給電線１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃは、図示しない軌道上において互いに電気的に絶縁された状態で並行に配置されている。給電線１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃは、並行して延びる一対の送電線路１４によって構成され、一対の送電線路１４の端部が電力分配回路１１に電気的に接続されている。これらの給電線１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃは、電力分配回路１１から出力された交流電力を、一対の送電線路１４に近接して位置する受電装置１２０を介して移動体１３０に供給する。具体的には、移動体１３０にはＥ型コアによって構成される受電装置１２０が取り付けられ、一対の送電線路１４が受電装置１２０のＥ型コアの隙間に配置される。

次に、図２及び図３を参照して、非接触給電システム１００の構成の詳細を説明する。図２は、図１の非接触給電システム１００の詳細構成を示す図、図３は、図２のインバータ回路の詳細構成及びその接続構成を示す図である。

給電盤１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃは、それぞれ、同期回路１５と、インバータ回路１６と、一対のインダクタ素子１７ａ，１７ｂとを有する。

インバータ回路１６は、定電圧を交流電圧に変換する回路であり、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ：Insulated Gate Bipolar Transistor）を含むＨブリッジ回路によって構成されている。すなわち、インバータ回路１６は、４つのＩＧＢＴ１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄを含んでおり、ＩＧＢＴ１８ａ，１８ｃのコレクタに定電圧である正電圧が印加され、ＩＧＢＴ１８ｂ，１８ｄのエミッタに定電圧である負電圧が印加され、ＩＧＢＴ１８ａ，１８ｃのエミッタのそれぞれがＩＧＢＴ１８ｂ，１８ｄのコレクタに電気的に接続されて構成される。このインバータ回路１６は、ＩＧＢＴ１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄのベースのそれぞれにクロック信号が印加されることにより、一対の出力端子を構成するＩＧＢＴ１８ａ，１８ｃの２つのエミッタ間に交流電圧を生成するように動作する。一対のインダクタ素子１７ａ，１７ｂは、インバータ回路１６の一対の出力端子にそれぞれの一端が接続され、それらの他端が給電盤１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃにおける一対の出力端子１３を成している。

同期回路１５は、インバータ回路１６の動作を制御する４つのクロック信号を生成する回路である。同期回路１５は、クロック信号の生成動作を第１の動作と第２の動作との２種類に設定することが可能に構成されておいる。第１の動作に設定された際には、同期回路１５は、内蔵する水晶発振器によって発生した動作クロックを分周することによってクロック信号である基準信号ＳＹＮＣを生成し、生成した基準信号ＳＹＮＣを基に、インバータ回路１６内のＩＧＢＴ１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄのベースに印加する制御信号（クロック信号）Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃ，Ｖｄを生成し、それらの制御信号Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃ，Ｖｄをインバータ回路１６のＩＧＢＴ１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄに印加する。それとともに、第１の動作モードに設定された同期回路１５は、生成した基準信号ＳＹＮＣを外部の給電盤１０に送信する。一方で、第２の動作モードに設定された際には、同期回路１５は、第１の動作モードに設定された外部の同期回路１５から送信された基準信号ＳＹＮＣを参照信号ＲＥＦとして受信し、上記と同様にして内部で生成した基準信号ＳＹＮＣの位相を、参照信号ＲＥＦの位相と比較することにより調整し、位相を調整した基準信号ＳＹＮＣを基に制御信号（クロック信号）Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃ，Ｖｄを生成し、それらの制御信号Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃ，Ｖｄをインバータ回路１６のＩＧＢＴ１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄに印加する。それとともに、第２の動作モードに設定された同期回路１５は、位相を調整後の基準信号ＳＹＮＣを外部の給電盤１０に送信する。

なお、同期回路１５は、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御を用いて給電線１２に供給される電流が定電流となるようにインバータ回路１６を駆動するように構成される。すなわち、同期回路１５は、後述する共振回路１９から複数の給電線１２に供給される電流（交流電力）の大きさをモニタし、モニタした電流の大きさが所定値の範囲となるようにＰＷＭ制御を行う（詳細は後述する）。

本実施形態の非接触給電システム１００においては、複数の給電盤１０のうちの１台の一の給電盤の同期回路１５が第１の動作モードに予め設定され、複数の給電盤１０のうちの一の給電盤を除く余の給電盤の同期回路１５が第２の動作モードに予め設定されている。そして、複数の給電盤１０の同期回路１５は、インバータ回路１６の駆動に用いる基準信号ＳＹＮＣを相互に送受信するように構成されている。

電力分配回路１１は、複数の給電線１２に対応した個数の複数の共振回路１９と、共振回路１９と複数の給電盤１０とを電気的に接続する接続回路２０とを有する。接続回路２０は、複数の給電盤１０の一対の出力端子１３に対して、それぞれの共振回路１９の一対の入力端子を、コンデンサ２２を介して交流的に並列に接続するように構成される。複数の共振回路１９は、それぞれ、一対の入力端子２１と、複数の給電線１２のそれぞれに接続された一対の出力端子２３とを有し、一対の入力端子に印加された交流電圧を共振させて交流電力を生成し、生成した交流電力をそれぞれの給電線１２に向けて出力する。このような構成の電力分配回路１１により、複数の給電盤１０のそれぞれによって生成された交流電力が複数の給電線１２に分配されると共に、分配された交流電力が複数の給電線１２ごとに合成されてそれぞれの給電線１２に向けて供給される。

次に、給電盤１０によって生成される各種信号の波形の例を示す。図４には、第２の動作モードに設定された場合の波形の例、図５には、第１の動作モードあるいは第２の動作モードに設定された場合にＰＷＭ制御によって設定された波形の例がそれぞれ示されている。

第２の動作モードに設定された給電盤１０は、第１の動作モードに設定された外部の給電盤１０から受信された参照信号ＲＥＦと内部で生成された基準信号ＳＹＮＣとの間で位相比較を行い、その比較結果を基に基準信号ＳＹＮＣの位相を調整する。そして、第２の動作モードに設定された給電盤１０は、位相が調整された基準信号ＳＹＮＣに同期するように４つの制御信号Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃ，Ｖｄを生成し、その制御信号Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃ，Ｖｄを基にインバータ回路１６を駆動することにより、インバータ回路１６から交流電圧（制御パルス）Ｖｕ－Ｖｖを出力させる。給電盤１０から出力された交流電圧Ｖｕ－Ｖｖは、電力分配回路１１を経由することによって滑らかに変化する交流波形の交流電圧ＶＯＵＴに成形され、交流電圧ＶＯＵＴが給電線１２に供給される。

なお、給電盤１０は、インバータ回路１６における貫通電流の発生を防止するために、制御信号Ｖａのオン期間と制御信号Ｖｂのオン期間との間、及び制御信号Ｖｃのオン期間と制御信号Ｖｄのオン期間との間に休止期間を設けながら、基準信号ＳＹＮＣに同期して制御信号Ｖａ，Ｖｄと制御信号Ｖｂ，Ｖｃとが交互にハイレベルとなるように４つの制御信号Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃ，Ｖｄを生成する。このとき、給電盤１０は、インバータ回路１６の出力側のインダクタの逆起電力を抑えるために、制御信号Ｖａと制御信号Ｖｃとが同時にオンとなる重複期間、及び制御信号Ｖｂと制御信号Ｖｄとが同時にオンとなる重複期間を設けるように４つの制御信号Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃ，Ｖｄを生成する。

具体的には、第１の動作モードあるいは第２の動作モードに設定された給電盤１０の同期回路１５は、基準信号ＳＹＮＣを基に生成される交流電圧（制御パルス）Ｖｕ－Ｖｖのオンパルスの時間幅Ｗｐを変化させることにより、ＰＷＭ制御を実行する（図５）。同期回路１５は、基準信号ＳＹＮＣを基に基準信号ＳＹＮＣの定期的なパルスタイミングに同期したオンパルス及びオフパルスを交互に繰り返す基準パルス信号ＳＹＮＣＰを生成する。それと同時に、同期回路１５は、交流電圧ＶＯＵＴの発生を制御するための交流電圧Ｖｕ－Ｖｖを、交流電圧Ｖｕ－Ｖｖのオンパルスの中心のタイミングが基準パルス信号ＳＹＮＣＰのオンパルスによって規定される同一周期のタイミングとなり、かつ、交流電圧Ｖｕ－Ｖｖのオフパルスの中心のタイミングが基準パルス信号ＳＹＮＣＰのオフパルスによって規定される同一周期のタイミングとなるように、４つの制御信号Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃ，Ｖｄを生成する。その際、同期回路１５は、交流電圧Ｖｕ－Ｖｖのオンパルス中心及びオフパルスの中心のタイミングを上記の同一周期のタイミングに維持しながら、交流電圧Ｖｕ－Ｖｖのオンパルスの時間幅Ｗｐを変化させることにより、ＰＷＭ制御を実行する。これにより、複数の給電線１２に供給される交流電圧ＶＯＵＴの電力を調整することができる。

次に、図６～図８を参照して、給電盤１０の同期回路１５の構成の詳細を説明する。図６は、同期回路１５の機能的な構成を詳細に示すブロック図であり、図７は、同期回路１５を実現するハードウェア構成を示すブロック図であり、図８は、複数の給電盤１０の同期回路１５間の接続構成を示す図である。図６～８には、非接触給電システム１００を構成する給電盤１０の台数が４台の場合の構成例を示す。

図６に示すように、同期回路１５は、機能的な構成要素として、発振器２４、セレクタ２５、ドライバ２６、及び、セレクタ２７とシンクロナイザ２８と可変遅延素子２９とを含む３つの同期信号生成部３０_１，３０_２，３０_３を有している。この同期回路１５には、全体の給電盤１０の台数から１を引いた数の同期信号生成部３０_１，３０_２，３０_３が設けられる。ここで、４台の給電盤１０の同期回路１５には、それぞれ、４つの識別子ＩＤ“０”，“１”，“２”，“３”のうちの１つが予め振り分けられて設定され、識別子ＩＤ“０”が設定された同期回路１５は第１の動作モードで動作するように構成され、識別子ＩＤ“１”，“２”，“３”のいずれかが設定された同期回路１５は第２の動作モードで動作するように構成されている。また、４台の給電盤１０の同期回路１５のそれぞれは、他の３台の給電盤１０の同期回路１５と通信可能なように通信線によって接続され、４台の給電盤１０の同期回路１５において生成された基準信号ＳＹＮＣを相互に送受信可能なように構成されている。以下の説明では、予め識別子ＩＤ“０”が設定された給電盤１０から送信された基準信号ＳＹＮＣを参照信号ＲＥＦ０と表記し、予め識別子ＩＤ“１”が設定された給電盤１０から送信された基準信号ＳＹＮＣを参照信号ＲＥＦ１と表記し、予め識別子ＩＤ“２”が設定された給電盤１０から送信された基準信号ＳＹＮＣを参照信号ＲＥＦ２と表記し、予め識別子ＩＤ“３”が設定された給電盤１０から送信された基準信号ＳＹＮＣを参照信号ＲＥＦ３と表記する。

発振器２４は、水晶発振器、ＰＬＬ、分周器等を内蔵し、水晶発振器で発生した動作クロックを分周することによってクロック信号である基準信号ＳＹＮＣを生成する。例えば、動作クロックは２０ＭＨｚに設定され、基準信号ＳＹＮＣは８．９ｋＨｚに設定される。

同期信号生成部３０_１，３０_２，３０_３を構成するセレクタ２７、シンクロナイザ２８、及び可変遅延素子２９の機能を説明する。セレクタ２７は、他の３台の給電盤１０のうちの２台から送信された２つの参照信号ＲＥＦのうちの１つを選択してシンクロナイザ２８に入力する。可変遅延素子２９は、発振器２４によって生成された基準信号ＳＹＮＣ、あるいは、シンクロナイザ２８によって位相が調整された基準信号ＳＹＮＣを受けて内部でサンプリングした後に、セレクタ２７によって選択された参照信号ＲＥＦの伝送遅延に相当する遅延時間だけ遅延させてシンクロナイザ２８に入力する。シンクロナイザ２８は、セレクタ２７によって選択された参照信号ＲＥＦの位相と可変遅延素子２９から入力された基準信号ＳＹＮＣの位相とを比較し、基準信号ＳＹＮＣの位相遅れを検出した場合には、発振器２４において生成される基準信号ＳＹＮＣの周期を少しずつ短縮するように（変動させるように）基準信号ＳＹＮＣを調整する。逆に、シンクロナイザ２８は、位相の比較により基準信号ＳＹＮＣの位相の進みを検出した場合には、発振器２４において生成される基準信号ＳＹＮＣの周期を少しずつ延長するように（変動させるように）基準信号ＳＹＮＣを調整する。このとき、基準信号ＳＹＮＣの位相の調整処理には遅延が発生するため、位相遅れの検出と位相の進みの検出との間でコンフリクトが生じる場合がある。この場合は、シンクロナイザ２８は位相の調整処理は行わない。また、シンクロナイザ２８は、所定の範囲内の位相差を検出した場合のみ調整処理を行い、所定の範囲を超えた位相差を検出した場合、あるいは、基準信号ＳＹＮＣの１周期の間に参照信号ＲＥＦのレベルの遷移が検出できない場合には、参照信号ＲＥＦの同期外れ（同期異常）が発生したことを検出する。

なお、３つの同期信号生成部３０_１，３０_２，３０_３は、４つの参照信号ＲＥＦ０～ＲＥＦ３のうちで外部の給電盤１０から受信された３つの参照信号ＲＥＦのうちから、１つの信号を選択するようにセレクタ２７を動作させる。また、３つの同期信号生成部３０_１，３０_２，３０_３のシンクロナイザ２８は、自己の同期回路１５が第１の動作モードに設定されている場合は、外部の同期回路１５によって生成される参照信号ＲＥＦの基準信号ＳＹＮＣに対する同期外れの検出のみを行う。一方で、自己の同期回路１５が第２の動作モードに設定されている場合は、第１の動作モードで動作する外部の同期回路１５からの参照信号ＲＥＦが選択入力されるシンクロナイザ２８が、上述した位相比較及び基準信号ＳＹＮＣの位相調整を行い、それ以外の２つのシンクロナイザ２８は、参照信号ＲＥＦの基準信号ＳＹＮＣに対する同期外れの検出のみを行う。

セレクタ２５は、発振器２４によって生成される基準信号ＳＹＮＣ及び３台のシンクロナイザ２８によって調整される基準信号ＳＹＮＣから１つの信号を選択してドライバ２６に入力する。すなわち、セレクタ２５は、同期回路１５が第１の動作モードに設定されている場合には、発振器２４からの基準信号ＳＹＮＣを選択する。一方、同期回路１５が第２の動作モードに設定されている場合には、３つのシンクロナイザ２８のうち基準信号ＳＹＮＣの位相調整を実行するシンクロナイザ２８からの基準信号ＳＹＮＣを選択する。

ドライバ２６は、セレクタ２５によって選択出力された基準信号ＳＹＮＣを受けて、基準信号ＳＹＮＣに同期するようにインバータ回路１６の駆動用の制御信号Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃ，Ｖｄを生成し、制御信号Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃ，Ｖｄをインバータ回路１６に印加する。このような構成により、４台の給電盤１０のインバータ回路１６からそれぞれの給電線１２に出力される交流電力の位相が互いに一致し、かつ、ＰＷＭ制御によって交流電力が供給されるように、インバータ回路１６を駆動することができる。

なお、図６に示すように、同期回路１５は、４つの参照信号ＲＥＦ０～ＲＥＦ３用の信号ポートを有している。同期回路１５は、自己の給電盤１０に設定された識別子ＩＤに応じて設定信号ＥＮ０～ＥＮ３のいずれかを有効化することにより、４つの参照信号ＲＥＦ０～ＲＥＦ３用の信号ポートのうちの１つだけが基準信号ＳＹＮＣの出力用ポートに切り替えられ、その他のポートは外部の給電盤１０からの参照信号ＲＥＦの入力用ポートに設定される。これにより、４つの信号ポートのうちから選択された１つの信号ポートに基準信号ＳＹＮＣが出力される。

図７に示すように、同期回路１５は、集積回路上に構築されたコンピュータシステムであるＭＣＵ（Micro Controller Unit）４１と、プログラム可能なゲートを集積したデバイスであるＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）４２とによって実現される。ＦＰＧＡ４２内には給電盤１０間の通信を非同期の半二重通信方式によって実現するための通信機であるＵＡＲＴ（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter）４３ａ，４３ｂが内蔵されている。このＵＡＲＴ４３ａ，４３ｂは、給電盤１０間を接続する通信線およびコネクタとともに二重化構成が採られている。ＦＰＧＡ４２内には、図６に示す各回路部が構築されている。なお、ＭＣＵ４１が十分な処理能力を備えている場合、同期回路１５の機能をＭＣＵ４１が機能的に備えることも可能である。更に、ＵＡＲＴ４３ａ，４３ｂは、ＭＣＵ４１内に内蔵されていてもよい。

図８を参照して、非接触給電システム１００を構成する４台の給電盤１０の同期回路１５間の接続構成について説明する。４台の給電盤１０の同期回路１５は、盤間通信用の伝送路を経由して基準信号ＳＹＮＣ、コマンド信号ＣＭＤ、及びレスポンス信号ＲＳＰを送受信可能に構成されている。ここで、盤間通信用の伝送路においては、通信機、通信線、コネクタを含んで二重化されている。すなわち、予め識別子ＩＤ“０”が設定された１台の給電盤１０のＦＰＧＡ４２は、内部の発振器２４によって生成された基準信号ＳＹＮＣを参照信号ＲＥＦ０として他の３台の給電盤１０のＦＰＧＡ４２に同時に送信する。その一方で、予め識別子ＩＤ“１”，“２”，“３”が設定された３台の給電盤１０のＦＰＧＡ４２は、それぞれ、参照信号ＲＥＦ０を基に位相調整された基準信号を参照信号ＲＥＦ１，ＲＥＦ２，ＲＥＦ３として他の３台の給電盤１０のＦＰＧＡ４２に同時に送信する。４台の給電盤１０のＭＣＵ４１は、互いに、送信先の給電盤１０の識別子ＩＤを指定して、コマンド信号ＣＭＤ及びレスポンス信号ＲＳＰを送受信する。

図９を参照して、同期回路１５のＭＣＵ４１の機能構成について説明する。ＭＣＵ４１は、機能的な構成要素として、異常判定部５１、変更制御部５２、及び測定部５３を備える。

異常判定部５１は、自己の給電盤１０で生成された基準信号ＳＹＮＣ及び自己の給電盤１０以外の他の給電盤１０から受信した参照信号ＲＥＦの状態を基に、複数の給電盤１０のそれぞれの異常を判定する。例えば、異常判定部５１は同期回路１５によって参照信号ＲＥＦの同期異常が検出された場合にその参照信号ＲＥＦに対応する他の給電盤１０の同期異常が発生したと判定する。その際、異常判定部５１は、複数の給電盤１０に関する同期異常の判定結果を、複数の給電盤１０との間でコマンド信号ＣＭＤ及びレスポンス信号ＲＳＰを用いて交換する。そして、異常判定部５１は、複数の給電盤１０間での判定結果の整合性を判断し、その判断結果を基に複数の給電盤１０のそれぞれの故障の有無を特定する。例えば、異常判定部５１は、ある給電盤１０の回路あるいは伝送路の故障を、他の給電盤１０の同期異常の判定結果との不一致を基に特定する。また、異常判定部５１は、複数の給電盤１０によって同時に同期異常と判定された給電盤１０において、回路あるいは伝送路に故障有りと特定する。

また、異常判定部５１は、複数の給電盤１０間でハートビートコマンドとして送受信されたコマンド信号ＣＭＤ及びレスポンス信号ＲＳＰの通信状態を基に、複数の給電盤１０の異常を判定する機能も有する。具体的には、第１の動作モードに設定されている同期回路１５の異常判定部５１が、定期的にコマンド信号ＣＭＤを他の給電盤１０に送信し、これに対して、他の給電盤１０の同期回路１５の異常判定部５１が、これに応答するためのレスポンス信号ＲＳＰを返信する。そして、第１の動作モードに設定されている同期回路１５の異常判定部５１は、レスポンス信号ＲＳＰの受信状態を基に第２の動作モードに設定されている他の給電盤１０の異常を特定する。このとき、異常判定部５１は、上記の給電盤１０の同期異常の判定結果と組み合わせて自己の給電盤１０を含む複数の給電盤１０の異常を特定してもよい。

また、異常判定部５１は、自己の給電盤１０内のインバータ回路１６の故障を、インバータ回路１６の出力電流をモニタすることによって判定する機能も有する。

変更制御部５２は、異常判定部５１による異常特定結果を基に、複数の給電盤１０の動作モードを変更する機能を有する。具体的には、変更制御部５２は、自己の給電盤１０の異常が判定され、かつ、第１の動作モードに設定されている場合には、基準信号ＳＹＮＣ及び参照信号ＲＥＦの出力を停止して交流電力の供給を停止し、他の給電盤１０のうちの１台を第１の動作モードに変更するコマンド信号ＣＭＤを、ブロードキャストで他の給電盤１０に送信する。これを受けて、他の給電盤１０の変更制御部５２は、第１の動作モードの同期処理に変更するか、あるいは、第２の動作モードにおける同期先の参照信号ＲＥＦを変更するように制御する。また、変更制御部５２は、自己の給電盤１０の異常が判定され、かつ、第２の動作モードに設定されている場合には、基準信号ＳＹＮＣ及び参照信号ＲＥＦの出力を停止し交流電力の供給を停止する。

また、変更制御部５２は、他の給電盤１０の異常が判定され、その他の給電盤１０が第１の動作モードに設定されており、自己の給電盤１０が次に第１の動作モードに設定されるべきである場合には、動作モード変更のためのコマンド信号ＣＭＤをブロードキャストで他の給電盤１０に送信し、自己の給電盤１０を第１の動作モードに変更するように制御する。これを受けて、他の給電盤１０は、第２の動作モードにおける同期先を変更するように制御し、第１の動作モードで動作していた給電盤１０は給電を停止する。また、変更制御部５２は、他の給電盤１０の異常が判定され、その給電盤１０が第２の動作モードに設定されている場合には、異常検出を通知するコマンド信号ＣＭＤをその給電盤１０に送信する。これを受けて、その給電盤１０は、基準信号ＳＹＮＣ及び参照信号ＲＥＦの出力を停止し、交流電力の供給を停止する。

測定部５３は、複数の給電盤１０間の基準信号ＳＹＮＣの伝送遅延を測定し、それを基に、同期回路１５内の複数の可変遅延素子２９による遅延時間を可変に設定する。具体的には、測定部５３は、非接触給電システム１００の起動時の初期化処理として、自己の給電盤１０から他の給電盤１０に向けて参照信号ＲＥＦを送信し、これに対して他の給電盤１０から折り返されてきた参照信号ＲＥＦの遅延時間を測定し、その遅延時間の半分の値を自己の給電盤１０と他の給電盤１０との間の伝送遅延時間（レイテンシ）として計算する。測定部５３は、このような測定を繰り返して自己の給電盤１０と他の給電盤１０との間のレイテンシを計算し、このレイテンシの値（キャリブレーション値）を基に、他の給電盤１０のそれぞれからの参照信号ＲＥＦの位相比較に用いられる可変遅延素子２９の遅延時間を設定する。複数の給電盤１０の測定部５３のそれぞれが、初期化処理時に上記の遅延時間の設定処理を実行する。

図１０は、給電盤１０の同期回路１５における位相比較の動作を説明するためのタイミングチャートである。このように、給電盤１０の同期回路１５においては、複数の給電盤１０に内蔵されるトランシーバＩＣにおける伝搬遅延と盤間通信用の伝送路における伝送遅延とを含んだ経路遅延だけ参照信号ＲＥＦから遅れた信号ＲＥＦ１から、さらに同期回路１５におけるサンプリングレイテンシだけ遅れた参照信号ＲＥＦ２が、他の給電盤１０から受信される。同期回路１５は、内部で生成あるいは位相調整した基準信号ＳＹＮＣを、測定部５３によって計算されたキャリブレーション値に対応する時間だけ遅延させて基準信号ＳＹＮＣ１に調整した後に、基準信号ＳＹＮＣ１と参照信号ＲＥＦ２との間で位相比較することができる。

図１１は、第２の動作モードで動作する給電盤１０の同期回路１５における基準信号ＳＹＮＣの位相調整の動作を説明するためのタイミングチャートであり、（ａ）は基準信号ＳＹＮＣ１の遅れを検出した場合のタイミングチャートであり、（ｂ）は基準信号ＳＹＮＣ１の進みを検出した場合のタイミングチャートである。このように、同期回路１５は、遅延時間の付加後の基準信号ＳＹＮＣ１において、第１の動作モードで動作する給電盤１０からの参照信号ＲＥＦに対する位相遅れを検出した場合には、基準信号ＳＹＮＣの周期を少しずつ短縮させるように発振器２４を制御する。一方で、同期回路１５は、遅延時間の付加後の基準信号ＳＹＮＣ１において、第１の動作モードで動作する給電盤１０からの参照信号ＲＥＦに対する位相の進みを検出した場合には、基準信号ＳＹＮＣの周期を少しずつ延長させるように発振器２４を制御する。これにより、同期回路１５は、基準信号ＳＹＮＣの位相と経路遅延の発生前の参照信号ＲＥＦの位相とが一致するように、基準信号ＳＹＮＣの位相を調整することができる。

次に、本実施形態にかかる非接触給電システム１００を用いた非接触給電方法の手順について説明する。

非接触給電システム１００を構成する複数の給電盤１０のうちのいずれかの給電盤１０が起動されたことを契機に、その給電盤１０から他の給電盤１０へ起動指示のためのコマンド信号ＣＭＤが送信される。これに応じて、複数の給電盤１０のそれぞれの同期回路１５における同期処理のモードが設定される。

その後、複数の給電盤１０のうちで第１の動作モードに設定された一の給電盤１０の同期回路１５により、内部の発振器２４によって生成された基準信号ＳＹＮＣを基に一の給電盤１０のインバータ回路１６がＰＷＭ制御によって駆動されて、一の給電盤１０による複数の給電線１２に向けての交流電力の供給が開始される。それとともに、第１の動作モードに設定された一の給電盤１０の同期回路１５から、一の給電盤１０以外の余の給電盤１０に向けて基準信号ＳＹＮＣが参照信号ＲＥＦとして送信される。

これに対して、一の給電盤１０以外の余の給電盤１０の同期回路１５により、内部の発振器２４によって生成された基準信号ＳＹＮＣと一の給電盤１０から送信された参照信号ＲＥＦとの間で位相比較が行われ、基準信号ＳＹＮＣの位相が調整される。そして、余の給電盤１０の同期回路１５により、位相が調整された基準信号ＳＹＮＣを基に余の給電盤１０のインバータ回路１６がＰＷＭ制御によって駆動されて、余の給電盤１０による複数の給電線１２に向けての交流電力の供給が開始される。

以上に説明した本実施形態の非接触給電システム１００及びそれを用いた非接触給電方法によって得られる効果について説明する。

本実施形態によれば、複数の給電盤１０から給電線１２に供給される交流電力をＰＷＭ制御により調整することが可能となるとともに、複数の給電盤１０のそれぞれにおいてＰＷＭ制御によって発生する交流電力の位相を複数の給電盤１０間で一致させることが容易となる。これにより、ＰＷＭ制御の設定差があっても、給電盤間で短絡電流が生じることがなく、故障等により給電盤１０からの給電が停止した場合であっても、その給電盤１０以外の残りの給電盤１０から給電線１２を介した移動体１３０への交流電力の供給が可能とされ、移動体１３０への交流電力の供給を安定化することができる。

図１２は、比較例にかかる給電盤によってＰＷＭ制御によって生成される交流電圧Ｖｕ－Ｖｖの波形の例を示す。この比較例では、給電盤は、ＰＷＭ制御を実行する際に、交流電圧Ｖｕ－Ｖｖを、交流電圧Ｖｕ－Ｖｖのオンパルスの立ち上がりのタイミングが基準パルス信号ＳＹＮＣＰのオンパルスによって規定される同一周期のタイミングとなるように、４つの制御信号Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃ，Ｖｄを生成する。同時に、比較例に係る給電盤は、交流電圧Ｖｕ－Ｖｖのオンパルスの時間幅Ｗｐを変更するために、交流電圧Ｖｕ－Ｖｖのオンパルスの立ち上がりのタイミングを同一周期に維持しつつ交流電圧Ｖｕ－Ｖｖのオンパルスの立ち下がりのタイミングを時間的に変動させるように制御する。このような比較例によれば、ＰＷＭ制御によって時間幅Ｗｐを変更した場合に給電線１２に供給される交流電圧ＶＯＵＴの位相も変動してしまう。これに対して、本実施形態によれば、基準信号ＳＹＮＣを基準とした交流電圧ＶＯＵＴの位相がＰＷＭ制御の実行によって変動することを回避することができる。その結果、複数の給電盤１０から給電線１２に向けて供給される交流電力の位相を安定して一致させることができる。

また、本実施形態においては、複数の給電線１２と、複数の給電盤１０と、複数の給電盤１０のそれぞれによって発生した電力を、複数の給電線１２に分配して供給する電力分配回路１１とを備える。かかる構成によれば、故障等により給電盤１０からの給電が停止した場合であっても、その給電盤１０以外の残りの給電盤１０から複数の給電線１２を介した移動体１３０への交流電力の供給が可能とされ、広範囲に移動する移動体１３０への交流電力の供給を安定化することができる。

本実施形態においては、予め第１の動作モードに設定された一の給電盤１０においては、自己で生成した基準信号ＳＹＮＣを基に交流電力が生成され、予め第２の動作モードに設定された余の給電盤１０においては、自己で生成した基準信号ＳＹＮＣと一の給電盤１０で生成された参照信号ＲＥＦとを基に、一の給電盤１０の生成する交流電力と位相が一致した交流電力が生成される。これにより、複数の給電盤１０から給電線１２に供給される交流電力の位相を揃えることができ、給電盤１０から効率よく移動体１３０へ電力供給できるようになる。

また、本実施形態においては、余の給電盤１０が一の給電盤１０から受信した参照信号ＲＥＦと内部で生成された基準信号ＳＹＮＣとの位相の比較結果を基に、基準信号ＳＹＮＣの周期を変動させることによりインバータ回路１６を駆動している。かかる構成によれば、余の給電盤１０の基準信号ＳＹＮＣの位相を効率的に調整することができ、一の給電盤１０の生成する交流電力の位相に対して余の給電盤１０の生成する交流電力の位相を調整する処理を効率化することができる。

さらに、本実施形態においては、複数の給電盤１０は、内部で生成された基準信号ＳＹＮＣを相互に送受信できるよう構成されており、複数の給電盤１０は、それぞれ、自己の給電盤１０以外の他の給電盤１０から受信した基準信号ＳＹＮＣに基づいて、他の給電盤１０の異常を判定するように構成されている。この場合、複数の給電盤１０が他の給電盤１０の異常を効率的に検出することができる。

またさらに、本実施形態においては、複数の給電盤１０は、第１の動作モードに設定された一の給電盤１０の異常が判定された場合に、第１の動作モードに設定される給電盤１０を変更するように動作する。かかる構成によれば、複数の給電盤１０の間で交流電力の位相を調整する処理を安定化することができ、移動体１３０への電力供給を確実に安定化することができる。

さらにまた、本実施形態においては、複数の給電盤１０は、参照信号ＲＥＦの状態、及び、他の給電盤１０との間の通信状態の少なくともいずれか一方に基づいて異常を判定するように動作する。この場合、他の給電盤１０の異常を効率的に判定することができる。

また、本実施形態においては、複数の給電盤１０は、自己の給電盤１０以外の他の給電盤１０との間の参照信号ＲＥＦの伝送遅延を測定する機能を有し、伝送遅延に基づいて、交流電力の位相を制御する際のキャリブレーション値を設定するように動作する。かかる構成により、複数の給電盤１０の間の伝送遅延を考慮して交流電力の位相を調整することができ、移動体１３０への電力供給を一層安定化することができる。

さらに、本実施形態においては、複数の給電盤１０は、参照信号ＲＥＦの位相と、キャリブレーション値に応じて遅延させた基準信号ＳＹＮＣの位相との比較結果を基に、交流電力の位相が一致するようにインバータ回路１６を駆動している。この場合、複数の給電盤１０の間の伝送遅延を考慮して基準信号ＳＹＮＣの位相を比較することにより、交流電力の位相をより高度に調整することができる。

以上、好適な実施の形態において本開示の原理を図示し説明してきたが、本開示は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本開示は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。

１００…非接触給電システム（非接触給電装置）、１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ…給電盤、１１…電力分配回路、１２，１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ…給電線、１６…インバータ回路、５１…異常判定部、５２…変更制御部、５３…測定部、１２０…受電装置、１３０…移動体、ＳＹＮＣ…基準信号、ＲＥＦ…参照信号、Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃ，Ｖｄ…制御信号（クロック信号）。

Claims (4)

1. 移動体に備えられた受電装置に対して非接触で交流電力を供給する給電線と、
   交流電力を発生させて前記交流電力を前記給電線に供給する複数の給電盤と、を備え、
   前記複数の給電盤のそれぞれは、前記交流電力の発生を制御する制御パルスを、前記制御パルスのオンパルスの中央のタイミングが基準クロックによって規定される同一周期のタイミングとなるように生成するとともに、前記オンパルスの幅を変化させることにより、前記給電線に供給する前記交流電力を制御するＰＷＭ制御を実行する、
   非接触給電装置。
2. 前記複数の給電盤は、それぞれ、前記複数の給電盤のうちの一の給電盤の内部において生成された基準クロックを基準に前記制御パルスを生成する、
   請求項１に記載の非接触給電装置。
3. 複数の前記給電線と、
   前記複数の給電盤と、
   前記複数の給電盤のそれぞれによって発生した電力を、前記複数の給電線に分配して供給する電力分配回路とを備える、
   請求項１又は２に記載の非接触給電装置。
4. 複数の給電盤によって発生した交流電力を給電線に供給し、給電線から移動体に備えられた受電装置に対して非接触で交流電力を供給し、
   前記複数の給電盤のそれぞれは、前記交流電力の発生を制御する制御パルスを、前記制御パルスのオンパルスの中央のタイミングが基準クロックによって規定される同一周期のタイミングとなるように生成するとともに、前記オンパルスの幅を変化させることにより、前記給電線に供給する前記交流電力を制御するＰＷＭ制御を実行する、
   非接触給電方法。

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