JP6107715B2 - 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 PDFInfo
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Description
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
(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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
(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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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)。
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)。
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。
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。
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)
- 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。 - 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。 - 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。
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。 - 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。 - 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。
- 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。 - 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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