JP2023170134A - 非接触給電装置 - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、非接触給電装置に関する。
従来、高周波電源から給電される送電コイルを備え、例えば移動体に搭載された受電コイルに非接触給電する給電システムがある(例えば、特許文献1)。特許文献1に記載の給電システムでは、待機状態の送電コイルに流れる電流を抑制するために、高周波電源と送電コイルとの間に送電コイルに流れる電流が閾値未満のときにインピーダンスが上昇する電流制御素子が配置されている。
待機状態の送電コイルに流れる電流を抑制するための回路の配置態様について十分検討されておらず、改善の余地がある。
本開示は、以下の形態として実現することが可能である。
本開示の一形態によれば、受電装置に非接触で給電する非接触給電装置が提供される。この非接触給電装置は、交流電力を出力する電源装置と、前記電源装置と電気的に接続する送電コイルと、前記電源装置と前記送電コイルとの間に介在し、前記送電コイルを給電状態と待機状態とのいずれかの状態に設定するための設定回路と、を備え、前記設定回路は、前記電源装置とは別体である。
この形態の非接触給電システムによれば、設定回路は、電源装置と別体であるため、新たな送電コイルを電源装置と並列接続して増設する場合、電源装置と送電コイルとを接続する配線において、電源装置と設定回路との間のいずれかの位置から新たな送電コイルに給電するための配線を分岐させることができる。よって、非接触給電装置10の敷設作業の作業負荷を軽減できる。
A.第1実施形態:
図1に示すように、非接触給電システム1は、非接触給電装置10と、車両90に搭載された受電装置92とを備える。非接触給電装置10は、受電装置92に非接触で電力を供給する。車両90は、例えば、電気自動車やハイブリッド車等の駆動モータを搭載する車両である。非接触給電装置10が備える送電コイルモジュール40は、車両90が走行する通路としての道路RSに設置されている。
図1に示すように、非接触給電システム1は、非接触給電装置10と、車両90に搭載された受電装置92とを備える。非接触給電装置10は、受電装置92に非接触で電力を供給する。車両90は、例えば、電気自動車やハイブリッド車等の駆動モータを搭載する車両である。非接触給電装置10が備える送電コイルモジュール40は、車両90が走行する通路としての道路RSに設置されている。
非接触給電装置10は、後述するように、送電コイルL1を有する送電コイルモジュール40と、送電コイルL1に給電するための電源装置20とを備える。本構成では、電源装置20から送電コイルモジュール40に給電するための電源配線が必要となる。よって、非接触給電装置10を敷設する場合、電源装置20と、送電コイルモジュール40との敷設に加えて、電源配線の敷設が必要となる。本実施形態では、非接触給電装置10の敷設作業の作業負荷を低減するための工夫が施されている。
図2に示すように、電源装置20は、交流電源22と、直流電源24と、第1交流出力端子ATPと、第2交流出力端子ATNと、第1直流出力端子DTPと、第2直流出力端子DTNとを有する。交流電源22および直流電源24は、図1に示す電源筐体20aの中に収納されている。第1交流出力端子ATPと、第2交流出力端子ATNと、第1直流出力端子DTPと、第2直流出力端子DTNとは、電源筐体20aから露出して設けられている。交流電源22は、例えば、図示しない外部電源から供給される電力を目的の高周波の動作周波数の交流電力に変換して、変換した交流電力を第1交流出力端子ATPおよび第2交流出力端子ATNに出力する。直流電源24は、例えば、図示しない外部電源から供給される電力を目的の動作電圧の直流電力に変換して、変換した直流電力を第1直流出力端子DTPおよび第2直流出力端子DTNに出力する。直流電源24から出力される直流電力は、図示しない配線を介して、送電コイルモジュール40が有する、後述する制御回路50に供給される。
図1に示すように、本実施形態では、送電コイルモジュール40は、複数の送電回路41と、外部接続端子としての第1コイル端子MTPおよび第2コイル端子MTNとを有する。複数の送電回路41は、コイル筐体40a内に収納されている。第1コイル端子MTPと、第2コイル端子MTNとは、コイル筐体40aから露出して設けられている。第1交流出力端子ATPと第1コイル端子MTPとは第1電源配線WPにより電気的に接続されている。第2交流出力端子ATNと第2コイル端子MTNとは第2電源配線WNにより電気的に接続されている。各送電回路41は、コイル筐体40a内の第1内部配線WPMおよび第2内部配線WNMにより、第1コイル端子MTPおよび第2コイル端子MTNの各々と電気的に接続されている。
図2に示すように、送電回路41は、送電コイルL1と、設定回路42と、制御回路50と、第1送電回路端子TPと、第2送電回路端子TNとを有する。本実施形態では、設定回路42は、可変容量コンデンサC1を含んだ第1回路として構成されている。可変容量コンデンサC1は、後述する送電共振回路44を動作周波数にて共振状態とするとともに、送電共振回路44を動作周波数にて非共振状態とする機能を有する。送電コイルL1は、電源装置20と電気的に接続している。設定回路42は、電源装置20と送電コイルL1との間に介在する。具体的には、可変容量コンデンサC1と、送電コイルL1とは、第1送電回路端子TPと第2送電回路端子TNとの間に、この順に直列接続されている。可変容量コンデンサC1と、送電コイルL1とで直列共振回路が構成されている。可変容量コンデンサC1と送電コイルL1とにより構成される共振回路を送電共振回路44とも呼ぶ。可変容量コンデンサC1を共振コンデンサとも呼ぶ。送電コイルモジュール40が有する複数の送電コイルL1は、交流電源22に並列に接続されている。
送電コイルL1は、リッツ線がコイル中心軸線の周りに巻回された形態や、プリント基板にプリント配線がコイル中心軸線の周りにC字状または渦巻状に形成された形態や、プリント配線がコイル中心軸線の周りにC字状または渦巻状に形成されたプリント基板が積層され、隣り合う基板配線が互いに導通されることで螺旋状の配線が形成された形態などにより実現することができる。
設定回路42は、送電コイルL1を給電状態と待機状態とのいずれかの状態に設定する。設定回路42は、電源装置20と別体である。これにより、後に詳述するように、非接触給電装置10の敷設作業の作業負荷を低減することができる。設定回路42は、外部接続端子としての第1コイル端子MTPと送電コイルL1とを電気的に接続する配線に配置されている。本実施形態では、可変容量コンデンサC1は、第1容量値と、第1容量値よりも小さい第2容量値とに切り替え可能に構成されている。そして、可変容量コンデンサC1の容量値は、制御回路50から出力される切替信号Sig1により、第1容量値と第2容量値とのいずれかに切り替えられる。送電コイルL1と受電コイルL2とが磁気的に結合している場合であって、可変容量コンデンサC1が第1容量値の場合、送電共振回路44は動作周波数にて共振状態となる。対して、可変容量コンデンサC1が第2容量値の場合、送電共振回路44の共振周波数が動作周波数からずれるため、送電共振回路44は動作周波数にて非共振状態となる。
制御回路50は、可変容量コンデンサC1に切替信号Sig1を出力する。制御回路50は、検出回路60と、切替回路70とを有する。検出回路60は、後述するように、送電コイルL1と受電コイルL2との距離に対応して値が変化する物理量を検出して、検出信号Sig2を切替回路70に出力する。検出回路60は、検出コイルL3と、整流回路61と、ローパスフィルタ62とを有する。検出コイルL3は、送電コイルL1と磁気結合可能な態様で配置されている。検出コイルL3を通る磁束密度が変化すると、検出コイルL3に誘導電流が流れる。検出コイルL3に流れる誘導電流は、整流回路51により整流され、ローパスフィルタ52により高周波成分が除去された後、検出電圧として切替回路70に出力される。検出電圧を検出信号Sig2とも呼ぶ。
切替回路70は、ローパスフィルタ52から出力される検出電圧を基準電圧と比較し、基準電圧以上である場合、切替信号Sig1を出力する。切替回路70は、マイクロコンピュータや、コンパレータなどで実現される。
受電装置92は、受電コイルL2と、受電コンデンサC2と、整流回路96と、バッテリ98とを有する。受電コイルL2と、受電コンデンサC2とにより、共振回路が構成されている。受電コイルL2と、受電コンデンサC2とにより構成される共振回路を受電共振回路94とも呼ぶ。送電コイルL1と受電コイルL2とが磁気的に結合している場合において、送電共振回路44の共振周波数と、受電共振回路94の共振周波数とは、略同一になるように設定されている。これにより、送電コイルL1と、受電コイルL2との磁界共振によって、非接触給電を行うことができる。
整流回路96は、受電共振回路94から出力される交流電力を直流電力に変換し、バッテリ98に供給する。本実施形態では、バッテリ98は、車両90の駆動源である駆動モータを駆動するための直流電力を出力する2次電池である。
図1に示すように、送電回路41は、道路RSの延在方向に沿って並べて配置されている。本実施形態に係る非接触給電システム1では、道路RSを走行する車両90の受電装置92は、最寄りの送電回路41から非接触給電されるように構成されている。具体的には、送電コイルL1の近傍に受電コイルL2がある場合には、送電共振回路44は共振状態となるように構成されている。対して、送電コイルL1の近傍に受電コイルL2がない場合には、送電共振回路44は非共振状態となるように構成されている。
図2を用いて詳述すると、送電コイルL1と受電コイルL2との距離に対応して、送電コイルL1と受電コイルL2との磁気結合の程度は変化するため、送電コイルL1のインダクタンスは変化する。具体的には、送電コイルL1と受電コイルL2とが同極となるように配置されている場合、送電コイルL1と受電コイルL2との距離が短いほど、磁気結合の程度が大きくなるため相互インダクタンスは大きくなり、送電共振回路44のインピーダンスは小さくなる。このため、送電コイルL1と受電コイルL2との距離が短いほど、送電共振回路44に流れる電流の電流値が増大するため、物理量である送電コイルL1が発生させる磁束密度は大きくなる。
車両90が対象の送電コイルL1に近づくと、対象の送電コイルL1と受電コイルL2とが対向した状態となる。切替回路70が使用する基準電圧は、受電コイルL2と対向する送電コイルL1である対向送電コイルOL1(図3)の磁束密度が大きくなった場合に、検出回路60の検出電圧が基準電圧を上回るように設定されている。このため、対向送電コイルOL1の磁束密度が大きくなった場合には、切替回路70から切替信号Sig1が出力され、対向送電コイルOL1に接続されている可変容量コンデンサC1の容量値は、第1容量値に設定される。対して、受電コイルL2と対向していない送電コイルL1である非対向送電コイルNL1(図3)の磁束密度は大きく変化しないため、検出回路60の検出電圧は基準電圧以下となり、非対向送電コイルNL1に接続されている可変容量コンデンサC1の容量値は、第2容量値に設定される。よって、対向送電コイルOL1を有する送電共振回路44は共振状態となり、非対向送電コイルNL1を有する送電共振回路44は非共振状態となる。これにより、対向送電コイルOL1を有する送電共振回路44により、非接触給電が行うことができる。さらに、第2容量値は第1容量値よりも小さいため、非対向送電コイルNL1を有する送電共振回路44のインピーダンスは、対向送電コイルOL1を有する送電共振回路44のインピーダンスよりも大きくなる。よって、非対向送電コイルNL1を有する送電共振回路44に流れる電流は、対向送電コイルOL1を有する送電共振回路44に流れる電流よりも小さくなる。これにより、非対向送電コイルNL1を有する送電共振回路44における電力損失を低減し、非対向送電コイルNL1を有する送電共振回路44における漏洩磁束を低減することができる。
上記のように、検出回路60は、送電コイルL1に受電コイルL2が対向しているか否かの検出に用いられる。本実施形態では、送電コイルL1が発生させる磁束密度の変化を検出回路60が検出することにより、送電コイルL1の給電状態と待機状態とが切り替えられる。よって、受電コイルL2が近づいた場合に、高応答で、送電コイルL1の給電状態と待機状態とを切り替えることができる。
送電共振回路44が共振状態となり、送電コイルL1と受電コイルL2との磁気共振により受電装置92に非接触給電が行われる送電コイルL1の状態を給電状態とも呼ぶ。送電共振回路44が非共振状態となり、受電装置92に非接触給電が行われない送電コイルL1の状態を待機状態とも呼ぶ。
なお、図3に示すように、送電コイルL1と受電コイルL2とが「対向する」とは、送電コイルL1のコイル中心軸線の方向について、送電コイルL1の全部と、受電コイルL2の全部とが対向している状態(a)だけでなく、送電コイルL1の部分と受電コイルL2の部分とが対向している状態(b)も含む。送電コイルL1と受電コイルL2とが「対向していない」とは、送電コイルL1の中心軸線の方向について、送電コイルL1と受電コイルL2とが対向している部分が無い状態(c)である。
以上説明したように、図2に示すように、本実施形態に係る送電回路41は、設定回路42を備えることにより、対向送電コイルOL1にて非接触給電を行うことができるとともに、非対向送電コイルNL1に流れる電流を抑制することができる。さらに、設定回路42が電源装置20と別体であることにより、新たな送電コイルL1を電源装置20と並列接続して増設する場合、第1電源配線WPおよび第2電源配線WNから新たな送電コイルL1に給電するための電源配線を分岐させることができる。よって、電源装置20から電源配線を直接引き回すことなく、新たな送電コイルL1を増設できるため、非接触給電装置10の敷設作業の作業負荷を低減することができる。
また、設定回路42が電源装置20と別体であることにより、電源装置20から送電コイルL1に給電するための電源配線を、第1電源配線WPと第2電源配線WNとに限ることができる。本実施形態とは異なり、設定回路42を電源装置20と一体に設けることも可能である。しかし、この構成の場合、設定回路42と送電コイルL1とを接続する配線W1と、送電コイルL1と交流電源22とを接続する配線W2とを送電コイルL1毎に設ける必要が生じる。つまり、本実施形態のように、交流電源22に複数の送電コイルL1が並列接続されている構成の場合、交流電源22に並列接続されている複数の送電コイルL1のそれぞれについて、2本の電源配線が必要となる。具体的に、送電回路41が4つある場合には、8本の電源配線が必要となる。この点、本実施形態では、設定回路42は、電源装置20とは別体であるため、第1電源配線WPと第2電源配線WNとの2本の電源配線を用いて複数の送電コイルL1に給電することができる。また、交流電力用の端子を、第1コイル端子MTPと第2コイル端子MTNとの2つに限ることができる。これにより、非接触給電装置10の敷設作業の作業負荷を低減することができる。なお、設定回路42と送電コイルL1との距離は、設定回路42と電源装置20との距離よりも短いことが好ましい。複数の送電コイルL1の各々について必要となる配線W1および配線W2の長さを、第1電源配線WPおよび第2電源配線WNの長さよりも短くすることができるからである。
以上説明した第1実施形態によれば、設定回路42が電源装置20と別体であることにより、非接触給電装置10の敷設作業に係る作業負荷を軽減することができる。また、交流電源22に複数の送電コイルL1が並列接続されている構成の場合であっても、設定回路42が電源装置20と別体であることにより、電源装置20から引き出す電源配線を、第1電源配線WPと第2電源配線WNとに限ることができる。これにより、非接触給電装置10の敷設作業に係る作業負荷を軽減することができる。また、送電コイルモジュール40は、設定回路42を有する。これにより、送電コイルL1と設定回路42とを一体に扱うことができるため、非接触給電装置10の敷設作業の作業負荷を軽減することができる。また、設定回路42は、可変容量コンデンサC1を含んで構成されている。これにより、可変容量コンデンサC1の容量値を第1容量値と第2容量値とのいずれかに切り替えることにより、送電コイルL1を給電状態と待機状態とのいずれかに設定することができる。また、検出回路60と切替回路70とは、送電コイルモジュール40内に配置されている。これにより、検出回路60と切替回路70とを、送電コイルL1と一体に扱うことができるため、非接触給電装置10の敷設作業に係る作業負荷を軽減することができる。
B.第2実施形態:
図4に示す第2実施形態に係る非接触給電装置210が有する送電コイルモジュール240は、第1実施形態に係る送電コイルモジュール40と、含まれる送電回路41の数が異なる。第1実施形態に係る送電コイルモジュール40が有する送電回路41は複数であるのに対して、本実施形態に係る送電コイルモジュール240が有する送電回路241は1つである。また、第2実施形態に係る送電回路241は、制御回路50を有さず、設定回路242が、磁束の変化に対応して容量値が変化する可変容量コンデンサC21を含んで構成されている点が、第1実施形態とは異なる。第1実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、詳細な説明は適宜省略する。
図4に示す第2実施形態に係る非接触給電装置210が有する送電コイルモジュール240は、第1実施形態に係る送電コイルモジュール40と、含まれる送電回路41の数が異なる。第1実施形態に係る送電コイルモジュール40が有する送電回路41は複数であるのに対して、本実施形態に係る送電コイルモジュール240が有する送電回路241は1つである。また、第2実施形態に係る送電回路241は、制御回路50を有さず、設定回路242が、磁束の変化に対応して容量値が変化する可変容量コンデンサC21を含んで構成されている点が、第1実施形態とは異なる。第1実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、詳細な説明は適宜省略する。
送電コイルモジュール240は、送電回路241と、2つの第1コイル端子MTPと、2つの第2コイル端子MTNとを有する。2つの第1コイル端子MTP同士は、送電コイルモジュール240内で電気的に接続されている。同様に、2つの第2コイル端子MTN同士は、送電コイルモジュール240内で電気的に接続されている。第1交流出力端子ATPと、1つの送電コイルモジュール240の第1コイル端子MTPとは、第1電源配線WPで電気的に接続されている。第2交流出力端子ATNと、1つの送電コイルモジュール240の第2コイル端子MTNとは、第2電源配線WNで電気的に接続されている。電源装置20と第1電源配線WPおよび第2電源配線WNにて接続されていない送電コイルモジュール240は、電源装置20と第1電源配線WPおよび第2電源配線WNにて接続されている送電コイルモジュール240と、第3配線W3および第4配線W4で電気的に接続されている。
本実施形態においても、設定回路242は、電源装置20とは別体であるため、第1電源配線WPと第2電源配線WNとの2本の電源配線を用いて送電コイルL1に給電することができる。上記のように、複数の送電コイルモジュール240は、道路RSの延在方向に配列されているため、第1電源配線WPおよび第2電源配線WNの長さよりも、第3配線W3および第4配線W4の長さは短い。よって、第1電源配線WPおよび第2電源配線WNよりも短い第3配線W3および第4配線W4を用いて、隣り合う送電コイルモジュール240同士を電気的に接続することで、複数の送電コイルL1に給電することができる。よって、非接触給電装置10の敷設作業の作業負荷を低減することができる。
図5に示すように、本実施形態では、送電コイルL1と、可変容量コンデンサC1とは、同一のプリント基板100に配置されている。送電コイルL1は、プリント基板100に渦巻形状に形成された、斜線ハッチングして示すプリント配線110により実現されている。可変容量コンデンサC1は、送電コイルL1の内側に実装されている。ここで、内側とは、送電コイルL1を構成する導線で囲まれた領域を底面として、コイル中心軸線方向を高さ方向とする角柱や円柱などの形状の空間内であって、送電コイルL1が発生させる磁束が通る範囲内を意味する。送電コイルL1が発生させる磁束が通る範囲内としては、例えば、送電コイルL1の直径または幅を高さとする範囲とすることができる。送電コイルL1と可変容量コンデンサC1とは、同一のプリント基板100に配置されていることにより、送電コイルL1と可変容量コンデンサC1との接続にプリント配線を利用することができる。よって、送電コイルL1と可変容量コンデンサC1とを接続するための端子やハーネスを用いることがないため、簡素な構成で送電共振回路244を実現することができる。
可変容量コンデンサC21は、自身を貫く磁束密度が大きくなるほど、容量値が大きくなる特性を有する。そして、可変容量コンデンサC21は、送電コイルL1に受電コイルL2が対向している状態で、動作周波数にて送電共振回路244が共振状態となる容量値の特性を有する。このため、非対向送電コイルNL1に接続されている可変容量コンデンサC21は、送電コイルL1が発生させる磁束密度は小さいため、対向送電コイルOL1に接続されている可変容量コンデンサC21の容量値よりも小さくなる。よって、第1実施形態と同様に、非対向送電コイルNL1を有する送電回路241のインピーダンスは大きくなり、電流が流れにくくすることができる。よって、この構成によれば、制御回路50を有さずに、送電共振回路244のインピーダンスを切り替えることができる。
以上説明した第2実施形態によれば、上記実施形態と同様の効果を奏するとともに、設定回路242が送電コイルL1の内側に配置されていることにより、送電回路241をコンパクトにすることができる。また、送電コイルL1と、設定回路242とは同一基板に配置されていることにより、送電コイルL1と設定回路242とを接続する配線としてプリント配線を利用することができる。
C.第3実施形態:
図6に示すように、第3実施形態に係る非接触給電装置310は、電源装置20と、送電コイルモジュール340と、設定回路モジュール380と、切替回路370と、撮像部360とを備える。本実施形態に係る非接触給電装置310は、第1実施形態では、送電コイルモジュール40に含まれている設定回路42が、送電コイルモジュール340とは別体で設けられている点が異なる。上記実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、詳細な説明は適宜省略する。
図6に示すように、第3実施形態に係る非接触給電装置310は、電源装置20と、送電コイルモジュール340と、設定回路モジュール380と、切替回路370と、撮像部360とを備える。本実施形態に係る非接触給電装置310は、第1実施形態では、送電コイルモジュール40に含まれている設定回路42が、送電コイルモジュール340とは別体で設けられている点が異なる。上記実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、詳細な説明は適宜省略する。
設定回路モジュール380は、複数の設定回路42と、第1入力端子ZTPIと、第2入力端子ZTNIと、複数の第1出力端子ZTPOと、複数の第2出力端子ZTNOとを有する。複数の設定回路42は、設定回路モジュール380の図示しない筐体内に収納されている。各端子は、筐体から露出して設けられている。第1入力端子ZTPIと第1出力端子ZTPOとを接続する配線に各可変容量コンデンサC1が配置されている。第2入力端子ZTNIと、各第2出力端子ZTNOとは、筐体内で配線にて電気的に接続されている。
送電コイルモジュール340は、複数の送電コイルL1と、複数の第1コイル端子MTPと、複数の第1コイル端子MTPとを有する。第1コイル端子MTPと、第1コイル端子MTPとの間に送電コイルL1が接続されている。第1出力端子ZTPOと第1コイル端子MTPとが配線により接続され、第2出力端子ZTNOス端子と第2コイル端子MTNとが配線により接続される。また、本実施形態では、1つの交流電源22に対して、複数の設定回路モジュール380と複数の送電コイルモジュール340とが電気的に接続されている。複数の設定回路モジュール380は、第1電源配線WPおよび第2電源配線WNの各々から電源配線を分岐させることにより、交流電源22と電気的に接続されている。
撮像部360は、道路RSを走行する車両90を撮像するカメラを備え、撮像した画像を切替回路370に送信する。切替回路370は、送信された画像を用いて、車両90に近い送電コイルL1を特定し、車両90に近い送電コイルL1を共振状態にし、それ以外の送電コイルL1を非共振状態にするように、各可変容量コンデンサC1に切替信号Sig1を入力する。
本実施形態では、設定回路42を含む設定回路モジュール380が、送電コイルL1を含む送電コイルモジュール340とは別体であることにより、設定回路42を送電コイルL1とは離れた場所に配置することができる。そして、送電コイルL1は道路RSに配置され、設定回路42は道路RSとは異なる位置に配置されている。道路RSは車両が走行するため、道路RSに配置された場合には、車両の走行による外力を受ける。よって、設定回路42は道路RSとは異なる位置に配置されていることにより、設定回路42を車両90が走行する道路RSに配置する場合よりも、設定回路42が受ける外力を軽減することができる。このため、設定回路42の劣化を抑制することができる。設定回路42が配置される場所は、車両が通る頻度が低い場所が好ましく、例えば、歩道や車線の脇が好ましい。また、設定回路42は、受電コイルL2と対向する位置に配置する必要はないため、地下に埋没させる形態の他に、地上に配置する形態としてもよい。設定回路42を地上に配置する形態とする場合、設定回路42に係るメンテナンス作業を簡便に行うことができる。
以上説明した第3実施形態によれば、上記実施形態と同様の効果を奏する。また、送電コイルL1は道路RSに配置され、設定回路42は、道路RSと異なる位置に配置されているため、道路RSを走行する車両90に非接触給電を行えるとともに、設定回路42の劣化を抑制することができる。
D.第4実施形態:
図7に示すように、第4実施形態に係る非接触給電装置410は、撮像部360と、切替回路370とを備え、切替回路370から出力される切替信号Sig1が各設定回路442に入力される点が第3実施形態と同じである。そして、第4実施形態に係る送電回路441は、第1実施形態に係る送電回路41と回路構成が異なる。上記実施形態と同じ構成には同一の符号を付し、詳細な説明は適宜省略する。
図7に示すように、第4実施形態に係る非接触給電装置410は、撮像部360と、切替回路370とを備え、切替回路370から出力される切替信号Sig1が各設定回路442に入力される点が第3実施形態と同じである。そして、第4実施形態に係る送電回路441は、第1実施形態に係る送電回路41と回路構成が異なる。上記実施形態と同じ構成には同一の符号を付し、詳細な説明は適宜省略する。
送電回路441は、送電コイルL1と、第4容量C4と、設定回路442と、第1送電回路端子TPと、第2送電回路端子TNと、第3送電回路端子TSとを有する。送電コイルL1と、第4容量C4とは、第1送電回路端子TPと第2送電回路端子TNとの間に並列接続されている。送電コイルL1と、第4容量C4とで並列共振回路である送電共振回路444が構成されている。本実施形態では、第4容量C4が送電コイルL1と並列に接続されていることにより、力率に寄与する共振系が、第4容量C4と送電コイルL1との間で閉じるため、配線の寄生インダクタンス成分による、交流電源22から出力される交流電力の力率の低下を抑制することができる。
設定回路442は、第2回路スイッチとしての第1スイッチSW1を含んだ第2回路として構成されている。第1スイッチSW1は、第1送電回路端子TPと送電コイルL1とを接続する配線に配置されている。第1スイッチSW1は、切替信号Sig1の電圧値に応じて、第1送電回路端子TPと送電コイルL1との接続を導通状態または非導通状態に切り替える。本実施形態では、第1スイッチSW1は、各々のソース端子が接続されるように直列接続された2つのNチャネル型MOS-FETにより構成されている。2つのMOS-FETのゲート端子に切替信号Sig1が入力される。ハイレベルの切替信号Sig1が第1スイッチSW1に入力された場合、第1スイッチSW1は、第1状態としての導通状態となり、第1送電回路端子TPと、送電コイルL1とが導通する。これにより、送電コイルL1は給電状態に設定される。対して、ロウレベルの切替信号Sig1が第1スイッチSW1に入力された場合、第1スイッチSW1は、第2状態としての非導通状態となり、第1送電回路端子TPと、送電コイルL1とが非導通となる。これにより、送電コイルL1は待機状態に設定される。なお、第1スイッチSW1の構成は、上記に限られない。例えば、図7に示すMOS-FETのボディダイオードと同じ向きで、別途ダイオードを追加して第1スイッチSW1を構成してもよい。
切替回路370により、受電コイルL2に対向する送電コイルL1を含む送電回路441にハイレベルの切替信号Sig1が入力され、受電コイルL2に対向しない送電コイルL1を含む送電回路441にロウレベルの切替信号Sig1が入力される。これにより、受電コイルL2に対向する送電コイルL1には、交流電力が供給され、送電共振回路444は共振状態となる。一方、受電コイルL2に対向しない送電コイルL1には、交流電力が供給されない。これにより、受電装置92は、受電コイルL2と対向する送電コイルL1から非接触給電される。
本実施形態では、切替回路370は電源装置420に含まれている。具体的には、切替回路370は、電源筐体20a内に収納されている。電源筐体20a(図1)には、複数の信号出力端子STPが設けられている。送電回路モジュール440には、複数のコイル信号端子MSIGが設けられている。信号出力端子STPとコイル信号端子MSIGとは信号配線で接続されている。また、送電回路モジュール440は、複数の送電回路441を有する。第1実施形態と同様に、各送電回路441の第1送電回路端子TPと第2送電回路端子TNとは、それぞれ、第1コイル端子MTPと第2コイル端子MTNと、送電回路モジュール440内で接続されている。各送電回路441の第3送電回路端子TSは、各コイル信号端子MSIGと送電回路モジュール440内で接続されている。切替回路370が電源装置420に設けられていることにより、切替回路370を電源装置420と一体に扱うことができるため、非接触給電装置の敷設作業の作業負荷を軽減することができる。
以上説明した第4実施形態によれば、上記実施形態と同様の効果を奏する。また、切替回路370が電源装置420内に配置されていることにより、非接触給電装置の敷設作業の作業負荷を軽減することができる。
E.第5実施形態:
図8に示すように、第5実施形態に係る非接触給電装置510は、第1実施形態に係る非接触給電装置10と、送電回路541の回路構成が異なる。上記実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、詳細な説明は適宜省略する。
図8に示すように、第5実施形態に係る非接触給電装置510は、第1実施形態に係る非接触給電装置10と、送電回路541の回路構成が異なる。上記実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、詳細な説明は適宜省略する。
送電回路541は、送電コイルL1と、設定回路542と、制御回路50と、第1送電回路端子TPと、第2送電回路端子TNとを有する。設定回路542は、第3回路スイッチとしての第1スイッチSW1と、第5容量C5と、第6容量C6とを含んだ第3回路として構成されている。第1送電回路端子TPと、第2送電回路端子TNとの間に、第1スイッチSW1と、第5容量C5と、送電コイルL1とがこの順に直列接続されている。第6容量C6は、第1スイッチSW1と第5容量C5との接続体と並列に接続されている。第6容量C6の容量値は、第5容量C5の容量値よりも小さい。第1スイッチSW1には、制御回路50から切替信号Sig1が入力される。
第1スイッチSW1は、互いに容量値の異なる第5容量C5と第6容量C6との一部である第5容量C5を通電状態と非通電状態とのいずれかに切り替える。具体的には、第1スイッチSW1にハイレベルの切替信号Sig1が入力されると、第1スイッチSW1は導通状態となり、第5容量C5に電流が流れる導通状態となる。ここで、第5容量C5と第6容量C6との合成容量と、送電コイルL1のインダクタンスとは、動作周波数で共振状態となる値に設定されている。これにより、第1スイッチSW1は導通状態となると、第5容量C5と、第6容量C6と、送電コイルL1とにより、直列共振回路である送電共振回路544が形成される。対して、第1スイッチSW1にロウレベルの切替信号Sig1が入力されると、第1スイッチSW1は非導通状態となり、第5容量C5は非導通状態となる。そして、導通状態である第6容量C6と送電コイルL1とにより形成される共振回路の共振振動数は、動作周波数からずれるため、送電コイルL1は待機状態となる。また、第6容量C6の容量値は、第5容量C5の容量値よりも小さいため、第1スイッチSW1が非導通状態である場合、入力される交流電力に対する送電回路541のインピーダンスは大きくなり、送電共振回路544を流れる電流は抑制される。
以上説明した実施形態によれば、上記と同様の効果を奏するとともに、互いに容量値の異なる第5容量C5および第6容量C6と、第1スイッチSW1とを有する設定回路542により、送電コイルL1を給電状態と待機状態とのいずれかに設定することができる。
F.第6実施形態:
図9に示すように、第6実施形態に係る非接触給電装置610は、電源装置620の構成と、送電回路641の構成とが第1実施形態とは異なる。上記実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、詳細な説明は適宜省略する。
図9に示すように、第6実施形態に係る非接触給電装置610は、電源装置620の構成と、送電回路641の構成とが第1実施形態とは異なる。上記実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、詳細な説明は適宜省略する。
本実施形態に係る電源装置620には、交流電源22を有し、第1実施形態に係る直流電源24は有していない。そして、送電回路641は、交流電力を直流電力に変換して制御回路50に直流電力を供給する変換回路624を含んで構成されている。変換回路624は、例えばAC/DCコンバータで実現される。これにより、電源装置20に直流電源24が配置され、直流電源24と送電コイルモジュール40とが電源配線で接続される構成と比較して、直流電力を供給するための電源配線を敷設することなく、直流電力を制御回路50に供給できるため、敷設作業の作業負荷を軽減することができる。
以上説明した第6実施形態によれば、上記実施形態と同様の効果を奏するとともに、直流電力を供給するための電源配線を敷設することなく、直流電力を制御回路50に供給できるため、敷設作業の作業負荷を軽減することができる。
G.第7実施形態:
図10に示すように、第7実施形態に係る非接触給電装置710は、第6実施形態と同様の回路構成を有している。そして、第6実施形態に係る送電コイルモジュール640は送電回路641を複数有するのに対して、第7実施形態に係る送電コイルモジュール740は、1つの送電回路741を有する点が第6実施形態とは異なる。上記実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、詳細な説明は適宜省略する。
図10に示すように、第7実施形態に係る非接触給電装置710は、第6実施形態と同様の回路構成を有している。そして、第6実施形態に係る送電コイルモジュール640は送電回路641を複数有するのに対して、第7実施形態に係る送電コイルモジュール740は、1つの送電回路741を有する点が第6実施形態とは異なる。上記実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、詳細な説明は適宜省略する。
送電回路741は、送電コイルL1と、設定回路42と、制御回路50と、変換回路624とを有する。第2実施形態と同様に、送電コイルL1の内側に設定回路42と、制御回路50と、変換回路624とが配置されている。図10では、送電コイルL1の態様が、斜線ハッチングして示す図形で表されている。斜線ハッチングして示す図形のように、送電コイルL1を構成する渦巻状の導線の内側に、各回路が配置されている。送電コイルL1の内側に各回路が配置されていることにより、送電回路741をコンパクトにすることができる。
H.他の実施形態:
(H1)上記各実施形態では、受電装置92は電気自動車などの車両90に搭載される。受電装置92が搭載される車両は、AGV(無人搬送車)でもよい。AGVに受電装置92が搭載される場合であって、第3実施形態と同様に、設定回路42が送電コイルL1と別体に構成される場合には、設定回路42は、通路と異なる位置として、AGVが走行しない、例えば、保管棚の下方に設置するとよい。
(H1)上記各実施形態では、受電装置92は電気自動車などの車両90に搭載される。受電装置92が搭載される車両は、AGV(無人搬送車)でもよい。AGVに受電装置92が搭載される場合であって、第3実施形態と同様に、設定回路42が送電コイルL1と別体に構成される場合には、設定回路42は、通路と異なる位置として、AGVが走行しない、例えば、保管棚の下方に設置するとよい。
(H2)上記第1実施形態では、検出コイルL3により、送電コイルL1と受電コイルL2との距離に対応して値が変化する物理量である送電コイルL1が発生させる磁束が検出される。送電コイルL1と受電コイルL2との距離に対応して値が変化する物理量は、磁束だけでなく、送電コイルL1の電圧、送電コイルL1の電流、共振コンデンサの電圧、送電コイルL1付近の磁界や電界でもよい。この構成の場合、検出回路60は、各物理量を検出するための検出器を備えて構成すればよい。
(H3)上記第1実施形態では、送電回路41は、可変容量コンデンサC1と送電コイルL1とを有する。送電回路41の回路構成は上記形態に限られない。例えば、図11示すように、送電回路841を、可変容量コンデンサC1と送電コイルL1とに加え、3次コイルL10とコンデンサC10とが直列接続されて形成された閉回路を送電コイルL1の近傍であって、3次コイルL10と受電コイルL2と送電コイルL1とが互いに磁気結合可能な位置に配置して構成してもよい。送電回路841の入力インピーダンスの虚数成分が小さくなるように、可変容量コンデンサC1と、受電コンデンサC2と、コンデンサC10との各々の容量値を設定することで、交流電源22から出力される交流電力の力率の低下を抑制することができる。また、図12に示すように、送電回路941を、可変容量コンデンサC1と送電コイルL1とに加え、送電コイルL1と第2送電回路端子TNとの間に、送電コイルL1と直列に接続された3次コイルL20と、3次コイルL20と並列接続したコンデンサC20とを備える回路を、3次コイルL20と受電コイルL2と送電コイルL1とが互いに磁気結合可能な位置に配置して構成してもよい。この回路構成においても、上記と同様に、送電回路941の入力インピーダンスの虚数成分が小さくなるように、可変容量コンデンサC1と、受電コンデンサC2と、コンデンサC20との各々の容量値を設定することで、交流電源22から出力される交流電力の力率の低下を抑制することができる。
(H4)上記第1実施形態では、検出コイルL3は、送電コイルL1と磁気結合可能な形態で配置されている。送電回路41が、送電コイルL1の他に、送電コイルL1と磁気結合可能な別個のコイルを含んで構成されている場合には、別個のコイルと磁気結合可能な態様で、検出コイルL3を配置してもよい。
(H5)上記第1実施形態では、切替回路70は、検出回路60により出力される検出信号Sig2を用いて、切替信号Sig1を出力する。この形態の他に、検出回路60により出力される検出信号Sig2と、別の外部信号とを用いて、切替信号Sig1を出力する形態としてもよい。別の外部信号とは、具体的には、例えば、異常状態を検出することにより、送電コイルL1の位置に拘わらず、送電コイルL1を給電状態にするか待機状態にするかを切り替えるための信号である。
(H6)上記第1実施形態では、複数の送電コイルL1が交流電源22に並列接続されている。非接触給電装置は、1つの送電コイルL1を有する構成でもよい。この構成の場合、新たな送電コイルL1を交流電源22と並列接続して増設する場合、第1電源配線WPおよび第2電源配線WNから新たな送電コイルL1に給電するための電源配線を分岐させることができるため、敷設作業負荷を軽減することができる。
本開示は、上述の実施形態や変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。
I.他の形態:
(1)本開示の第1形態によれば、受電装置に非接触で給電する非接触給電装置が提供される。この非接触給電装置は、交流電力を出力する電源装置と、前記電源装置と電気的に接続する送電コイルと、前記電源装置と前記送電コイルとの間に介在し、前記送電コイルを給電状態と待機状態とのいずれかの状態に設定するための設定回路と、を備え、前記設定回路は、前記電源装置とは別体である。
(1)本開示の第1形態によれば、受電装置に非接触で給電する非接触給電装置が提供される。この非接触給電装置は、交流電力を出力する電源装置と、前記電源装置と電気的に接続する送電コイルと、前記電源装置と前記送電コイルとの間に介在し、前記送電コイルを給電状態と待機状態とのいずれかの状態に設定するための設定回路と、を備え、前記設定回路は、前記電源装置とは別体である。
(2)第2形態によれば、上記第1形態に記載の非接触給電装置であって、さらに、前記送電コイルを1以上有する送電コイルモジュールを備え、前記送電コイルモジュールは、前記電源装置と電気的に接続するための外部接続端子と、前記外部接続端子と前記送電コイルとを電気的に接続する配線と、前記配線に配置された前記設定回路と、を有する。
(3)第3形態によれば、上記第2形態に記載の非接触給電装置であって、前記設定回路は、前記送電コイルの内側に配置されている。
(4)第4形態によれば、上記第3形態に記載の非接触給電装置であって、前記送電コイルと前記設定回路とは同一基板に配置されている、非接触給電装置。
(5)第5形態によれば、上記第1形態に記載の非接触給電装置であって、前記送電コイルは、車両が走行する通路に配置されており、前記設定回路は、前記通路と異なる位置に配置されている。
(6)第6形態によれば、上記第1形態から第5形態のいずれか一に記載の非接触給電装置であって、前記設定回路は、可変容量コンデンサを有し、前記可変容量コンデンサの容量値を第1容量値に設定することで前記給電状態に設定し、前記容量値を前記第1容量値とは異なる第2容量値に設定することで前記待機状態に設定する第1回路と、前記交流電力と前記送電コイルとを通電させるか否かを切り替える第2回路スイッチを有し、前記第2回路スイッチを通電状態にすることで前記給電状態に設定し、前記第2回路スイッチを非通電状態にすることで前記待機状態に設定する第2回路と、互いに容量値の異なる複数のコンデンサと、前記複数のコンデンサの一部を通電状態と非通電状態とのいずれかに切り替える第3回路スイッチと、を有し、前記第3回路スイッチを通電状態と非通電状態とのいずれか一方にすることで前記給電状態に設定し、前記第3回路スイッチを通電状態と非通電状態とのいずれか他方にすることで前記待機状態に設定する第3回路、とのいずれか1つにより構成されている。
(7)第7形態によれば、上記第1形態から第4形態のいずれか一に記載の非接触給電装置であって、前記送電コイルを複数備え、前記複数の送電コイルは、前記電源装置に並列に接続されている。
(8)第8形態によれば、上記第1形態から第7形態のいずれか一に記載の非接触給電装置であって、前記設定回路は、第1状態と第2状態とのいずれかに切り替え可能であり、前記第1状態となることにより前記給電状態に設定し、前記第2状態となることにより前記待機状態に設定し、前記非接触給電装置は、さらに、前記設定回路に前記第1状態と前記第2状態とのいずれかへの切り替えを指示するための切替信号を出力する切替回路を備え、前記切替回路は、前記電源装置内に配置されている。
(9)第9形態によれば、上記第1形態から第7形態のいずれか一に記載の非接触給電装置であって、前記設定回路は、第1状態と第2状態とのいずれかに切り替え可能であり、前記第1状態となることにより前記給電状態に設定し、前記第2状態となることにより前記待機状態に設定し、前記非接触給電装置は、さらに、前記送電コイルと前記受電装置が有する受電コイルとの距離に対応して値が変化する物理量を検出して検出信号を出力する検出回路と、前記検出信号を用いて、前記設定回路に前記第1状態と前記第2状態とのいずれかへの切り替えを指示するための切替信号を出力する切替回路と、を備え、前記検出回路と、前記切替回路とは、前記送電コイルモジュール内に配置されている。
(10)第10形態によれば、上記第9形態に記載の非接触給電装置であって、さらに、前記交流電力を直流電力に変換し、前記検出回路と前記切替回路との少なくともいずれか一方に前記直流電力を供給する変換回路を備え、前記変換回路は、前記送電コイルモジュールに配置されている。
10,210~710…非接触給電装置、20,420,620…電源装置、42,242,542…設定回路、92…受電装置、L1…送電コイル
Claims (10)
- 受電装置(92)に非接触で給電する非接触給電装置(10,210~710)であって、
交流電力を出力する電源装置(20,420,620)と、
前記電源装置と電気的に接続する送電コイル(L1)と、
前記電源装置と前記送電コイルとの間に介在し、前記送電コイルを給電状態と待機状態とのいずれかの状態に設定するための設定回路(42,242,442,542)と、を備え、
前記設定回路は、前記電源装置とは別体である、非接触給電装置。 - 請求項1に記載の非接触給電装置であって、さらに、
前記送電コイルを1以上有する送電コイルモジュール(40,240,340,640,740)を備え、
前記送電コイルモジュールは、
前記電源装置と電気的に接続するための外部接続端子(MTP,MTN)と、
前記外部接続端子と前記送電コイルとを電気的に接続する配線と、
前記配線に配置された前記設定回路と、を有する、非接触給電装置。 - 請求項2に記載の非接触給電装置であって、
前記設定回路は、前記送電コイルの内側に配置されている、非接触給電装置。 - 請求項3に記載の非接触給電装置であって、
前記送電コイルと前記設定回路とは同一基板に配置されている、非接触給電装置。 - 請求項1に記載の非接触給電装置であって、
前記送電コイルは、車両が走行する通路(RS)に配置されており、
前記設定回路は、前記通路と異なる位置に配置されている、非接触給電装置。 - 請求項1から4のいずれか一項に記載の非接触給電装置であって、
前記設定回路は、
可変容量コンデンサ(C1)を有し、前記可変容量コンデンサの容量値を第1容量値に設定することで前記給電状態に設定し、前記容量値を前記第1容量値とは異なる第2容量値に設定することで前記待機状態に設定する第1回路と、
前記交流電力と前記送電コイルとを通電させるか否かを切り替える第2回路スイッチ(SW1)を有し、前記第2回路スイッチを通電状態にすることで前記給電状態に設定し、前記第2回路スイッチを非通電状態にすることで前記待機状態に設定する第2回路と、
互いに容量値の異なる複数のコンデンサ(C5,C6)と、前記複数のコンデンサの一部を通電状態と非通電状態とのいずれかに切り替える第3回路スイッチ(SW1)と、を有し、前記第3回路スイッチを通電状態と非通電状態とのいずれか一方にすることで前記給電状態に設定し、前記第3回路スイッチを通電状態と非通電状態とのいずれか他方にすることで前記待機状態に設定する第3回路、とのいずれか1つにより構成されている、非接触給電装置。 - 請求項1から4のいずれか一項に記載の非接触給電装置であって、
前記送電コイルを複数備え、
前記複数の送電コイルは、前記電源装置に並列に接続されている、非接触給電装置。 - 請求項1から4のいずれか一項に記載の非接触給電装置であって、
前記設定回路は、第1状態と第2状態とのいずれかに切り替え可能であり、前記第1状態となることにより前記給電状態に設定し、前記第2状態となることにより前記待機状態に設定し、
前記非接触給電装置は、さらに、
前記設定回路に前記第1状態と前記第2状態とのいずれかへの切り替えを指示するための切替信号を出力する切替回路(370)を備え、
前記切替回路は、前記電源装置内に配置されている、非接触給電装置。 - 請求項2から4の何れか一項に記載の非接触給電装置であって、
前記設定回路は、第1状態と第2状態とのいずれかに切り替え可能であり、前記第1状態となることにより前記給電状態に設定し、前記第2状態となることにより前記待機状態に設定し、
前記非接触給電装置は、さらに、
前記送電コイルと前記受電装置が有する受電コイルとの距離に対応して値が変化する物理量を検出して検出信号を出力する検出回路(60)と、
前記検出信号を用いて、前記設定回路に前記第1状態と前記第2状態とのいずれかへの切り替えを指示するための切替信号を出力する切替回路(70)と、を備え、
前記検出回路と、前記切替回路とは、前記送電コイルモジュール内に配置されている、非接触給電装置。 - 請求項9に記載の非接触給電装置であって、さらに、
前記交流電力を直流電力に変換し、前記検出回路と前記切替回路との少なくともいずれか一方に前記直流電力を供給する変換回路(624)を備え、
前記変換回路は、前記送電コイルモジュールに配置されている、非接触給電装置。
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