JP2012019603A - 非接触受電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】少ない部品点数で所定の電圧を得ることが可能であり、回路調整が容易な非接触受電装置を提供することを目的とする。
【解決手段】給電装置から給電線を介して非接触で電力の供給を受ける非接触受電装置１であって、上記給電線を流れる交流電流による電磁誘導により、上記給電線から交流電力を受電するピックアップコア１１と、上記給電線から受電した交流電力を整流し、かつ、チョッパ制御することにより、所定の直流電圧を生成して負荷に供給するスイッチングユニット１３とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、搬送車などに搭載され、給電装置から非接触で受電する非接触受電装置に関する。

半導体デバイスなどの小型化、復合化、及び高機能化が進むにつれ、それが製造されるクリーンルームには、微細加工や多重プロセスのための高無塵度及び各工程の高効率化が要求される。この一役を担うものとして、近年では、無人搬送車が多用されている。

図９は、従来の無人搬送システムの外観図である。同図における無人搬送システムは、非接触給電装置７００と、非接触受電装置８００と、走行レール９００とを備える。

非接触給電装置７００は、非接触給電回路７１０と、非接触給電線７２０と、給電線ホルダ７３０とを備える。非接触給電回路７１０は、非接触受電装置８００の駆動モータを駆動させるための交流電流を生成し、それを非接触給電線７２０に供給する。非接触給電線７２０は、床面上に固定された給電線ホルダ７３０により固定され、非接触給電回路７１０から供給された交流電流を流す。非接触受電装置８００は、無人搬送車であり、その下部外側にコア８１０とピックアップコイル８２０とを備える。コア８１０は、２本の平行な非接触給電線７２０を囲むように配置されている。また、非接触給電線７２０と最接近するコア８１０の表面に、ピックアップコイル８２０が配置されている。この配置と非接触給電線７２０の交流電流による電磁誘導により、非接触受電装置８００は、ピックアップコイル８２０を介して非接触給電線７２０から交流電力の供給を受ける。すなわち、非接触給電回路７１０である一次側回路と、非接触受電装置８００のモータ等が接続される二次側回路とは非接触の状態に設けられており、非接触受電装置８００は、一次側回路の給電線へ流される高周波交流電流を、ピックアップコイルより電磁作用を利用して電力取り出しを行って、モータ等の負荷へ定電圧の電力を供給する。

図１０（ａ）及び図１０（ｂ）は、それぞれ、従来の非接触受電装置の機能構成図の一例である。図１０（ａ）に記載された非接触受電装置は、ピックアップコアで受け取った交流電力を、受動素子を介して整流回路にて整流し、最後にチョッパ回路を用いて所定の直流電圧を負荷側に供給する方式である。また、図１０（ｂ）に記載された非接触受電装置は、一次側回路から出力された交流電力を、まず、ピックアップコアで受電し、当該ピックアップコアと受動素子とを用いて所定の交流電圧を生成し、その後、当該所定の交流電圧を、整流回路にて整流して所定の直流電圧を生成して負荷側に供給する方式である。

図１１は、特許文献１に記載された従来の非接触受電装置の回路構成図である。同図に記載された非接触受電装置８００は、ピックアップコア８０１と、コンデンサ８０２、８０３及び８０６と、リアクトル８０４と、整流回路８０５と、負荷８０７とを備える。非接触受電装置８００ は、図１０（ｂ）に記載された方式に該当し、ピックアップコア８０１を定電圧源として利用する直列共振型の回路構成であり、一次側回路と二次側回路との電圧変換において取り出される電圧は、通常、ピックアップコア８０１のインダクタンスの大きさに左右される。よって、負荷８０７の仕様に応じて二次側回路の電圧を設定するために、ピックアップコア８０１ に並列に接続されるコンデンサ８０２を設けることで、ピックアップコア８０１ の巻き数を増加させること無く、ピックアップコア８０１ の実質的なインダクタンスを調整している。そして負荷８０７に対して、安定して電力を供給するために、ピックアップコア８０１、コンデンサ８０２、８０３及び８０６、リアクトル８０４で得られた交流電圧を、整流回路８０５及び平滑用のコンデンサ８０６にて直流電圧へと変換している。

特開２００４−１９４４４３号公報

しかしながら、図１０（ｂ）に記載された方式である、特許文献１に記載された非接触受電装置８００では、ピックアップコア８０１で受電した交流電力を負荷８０７の電圧仕様に対応させるため、出荷時にコンデンサ８０２及び８０３の大掛かりな容量調整が必要とされる。また、コンデンサ８０２、８０３及びリアクトル８０４は、比較的容積の大きい電力用素子であり、非接触受電装置、ひいては搬送車の小型化を制限してしまう。

また、図１０（ａ）に記載された方式の非接触受電装置では、整流回路とチョッパ回路との２回路で、それぞれ、ダイオードやスイッチ素子などの能動素子を使用する必要があり、回路の部品点数が多くなってしまう。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、少ない部品点数で所定の電圧を得ることが可能であり、回路調整が容易な非接触受電装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る非接触受電装置は、給電装置から給電線を介して非接触で電力の供給を受ける非接触受電装置であって、前記給電線を流れる交流電流による電磁誘導により、前記給電線から交流電力を受電するピックアップコアと、前記給電線から受電した交流電力を整流し、かつ、チョッパ制御することにより、所定の直流電圧を生成して負荷に供給する１つのスイッチングユニットとを備えることを特徴とする。

この構成をとることにより、１つのスイッチングユニットが整流機能とチョッパ制御機能とを兼用するので、少ない部品点数で、負荷に対し所定の電圧を供給することが可能となる。

また、前記スイッチングユニットは、４つのダイオード素子により構成された単相ブリッジ回路であり、前記４つのダイオード素子のそれぞれには、当該ダイオード素子の端子間を短絡するための半導体スイッチ素子が並列接続されており、前記非接触受電装置は、さらに、４つの前記半導体スイッチ素子の導通及び非導通を制御する制御部を備え、前記制御部は、前記給電線から受電した交流電力に同期して、４つの前記半導体スイッチ素子のうちの２つの半導体スイッチ素子を同時導通または同時非導通とし、当該同時導通または同時非導通とは排他的に残りの２つの半導体スイッチ素子を同時導通または同時非導通とすることにより、前記スイッチングユニットに前記給電線から受電した交流電力を整流させ、かつ、４つの前記半導体スイッチ素子を非導通にするタイミングを調整することにより、所定の電圧を負荷に供給させることが好ましい。

これにより、スイッチングユニットは、１部品として市販されているブリッジ回路で構成されているので、非接触受電装置を構成する回路部品数を低減することが可能となる。さらに、上記ブリッジ回路に付加されている半導体スイッチ素子の導通、非導通を制御することのみにより、スイッチングユニットの整流機能及びチョッパ制御機能を実現することができる。よって、出荷時にコンデンサなどの大掛かりな容量調整が必要とされず、制御部による簡易的な操作により負荷に供給する直流電圧を調整することが可能となる。

また、前記制御部は、さらに、前記給電線から受電した交流電力に同期して、４つの前記半導体スイッチ素子を非導通とするタイミングを調整することで、負荷側から前記スイッチングユニットを介して回生電流を前記ピックアップコアに戻すことにより、前記給電装置に前記回生電流に対応した電力を返してもよい。

負荷側に供給される直流電圧に対し、負荷側を流れる実効電流の方向が逆方向となる場合、負荷側の電流を回生電流としてピックアップコアに戻すことが可能となる。この回生電流は、ブリッジ回路に付加された４つの半導体スイッチ素子を非導通とするタイミングを、ピックアップコアで発生した交流電圧の位相に対して所定の遅延時間をもたせることにより発生させることが可能となる。

これにより、一次側である給電装置に電力を返すことが可能となり、省電力化が図られる。

また、前記スイッチングユニットは、４つのダイオード素子により構成された単相ブリッジ回路であり、前記４つのダイオード素子のうち、２つのダイオード素子のそれぞれには、当該ダイオード素子の端子間を短絡するための半導体スイッチ素子が並列接続されており、前記非接触受電装置は、さらに、２つの前記半導体スイッチ素子の導通及び非導通を制御する制御部を備え、前記制御部は、前記給電線から受電した交流電力に同期して、前記半導体スイッチ素子の双方を同時導通または同時非導通とすることにより、前記スイッチングユニットに前記給電線から受電した交流電力を整流させ、かつ、前記同時導通の期間と前記同時非導通の期間との比を調整することにより、所定の電圧を負荷に供給させてもよい。

この構成においても、スイッチングユニットは、１部品として市販されているブリッジ回路で構成されているので、非接触受電装置を構成する回路部品数を低減することが可能となる。

本発明により、１つのスイッチングユニットで整流制御及びチョッパ制御を兼用できるので、少ない部品点数で所定の電圧を得ることができ、回路調整が容易な非接触受電装置を提供することができる。

本発明の実施の形態１に係る非接触受電装置の回路構成図である。 本発明の実施の形態１に係る非接触受電装置の回路動作を表すタイミングチャートである。 本発明の実施の形態１に係る非接触受電装置の回路状態遷移図である。 本発明の実施の形態２に係る非接触受電装置の回路構成図である。 本発明の実施の形態２に係る非接触受電装置の受電時における回路動作を表すタイミングチャートである。 本発明の実施の形態２に係る非接触受電装置の受電時における回路状態遷移図である。 本発明の実施の形態２に係る非接触受電装置の回生時における回路動作を表すタイミングチャートである。 本発明の実施の形態２に係る非接触受電装置の回生時における回路状態遷移図である。 従来の無人搬送システムの外観図である。 （ａ）は、従来の非接触受電装置の機能構成図の一例である。（ｂ）は、従来の非接触受電装置の機能構成図の一例である。 特許文献１に記載された従来の非接触受電装置の回路構成図である。

（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明の実施の形態１に係る非接触受電装置の回路構成図である。同図における非接触受電装置１は、ピックアップコア１１と、コンデンサ１２及び１４と、スイッチングユニット１３と、負荷１５と、制御部１６とを備える。

ピックアップコア１１は、非接触給電装置の有する給電線の交流電流による電磁誘導により、非接触給電装置から交流電力を受電する。すなわち、非接触給電装置である一次側回路と、非接触受電装置１のモータ等が接続される二次側回路とは非接触の状態に設けられており、非接触受電装置１は、一次側回路の給電線へ流される高周波交流電流を、二次側回路であるピックアップコア１１より電磁作用を利用して電力取り出しを行う。

また、直列配置されたピックアップコア１１とコンデンサ１２とで、直列共振部を構成している。

スイッチングユニット１３は、上記直列共振部の後段に接続され、上記直列共振部から出力された交流電力を整流し、かつ、所定の直流電圧を生成して負荷に供給する機能を有する。スイッチングユニット１３は、４つのダイオード１３１、１３２Ｂ、１３３及び１３４Ｂにより単相ブリッジ回路を構成し、ダイオード１３２Ｂ及び１３４Ｂには、それぞれ、ダイオード端子間を短絡するためのスイッチングトランジスタ１３２Ａ及び１３４Ａが並列接続されている。スイッチングトランジスタ１３２Ａ及び１３４Ａは、同時導通及び同時非導通となるように制御され、導通状態である期間と非導通状態である期間との比率が調整されることにより、負荷１５及びコンデンサ１４に供給する直流電圧の増幅率が決定される。

コンデンサ１４は、スイッチングユニット１３にて整流された電圧を平滑化し、負荷１５の両端電圧を、平滑化された直流電圧とする機能を有する。

負荷１５は、直流電圧で規定される電力を供給されることにより、当該電力を消費して動作するものであり、例えば、無人搬送車の車輪を駆動するモータである。

制御部１６は、例えば、ＣＰＵで構成され、ピックアップコア１１を流れる受電側入力電流Ｉ₂₁と同期してスイッチングトランジスタ１３２Ａ及び１３４Ａの導通及び非導通を制御する機能を有する。

以下、本発明の実施の形態１に係る非接触受電装置１の受電動作を説明する。

図２は、本発明の実施の形態１に係る非接触受電装置の回路動作を表すタイミングチャートである。同図に記載されたタイミングチャートは、上から順に、接点Ｃへ流れ込む受電側出力電流Ｉ₂₂₁、接点Ｃ→負荷１５→接点Ｄを流れる負荷電流Ｉ₂₂₂、接点Ｃ→コンデンサ１４→接点Ｄを流れるコンデンサ電流Ｉ₂₂₃、スイッチングトランジスタ１３２Ａ及び１３４Ａの導通状態、ピックアップコア１１及びコンデンサ１２を流れる受電側入力電流Ｉ₂₁、ピックアップコア１１の両端電圧Ｖ₂₁、及び給電側出力電流Ｉ₁、の１周期Ｔにおける時間変化を表している。なお、縦軸の電圧値及び電流値は相対表示である。受電側入力電流Ｉ₂₁及びピックアップコア１１の両端電圧Ｖ₂₁は、正弦波である給電側出力電流Ｉ₁の電磁誘導により、給電側出力電流Ｉ₁に対し位相がずれた正弦波となっている。

図３は、本発明の実施の形態１に係る非接触受電装置の回路状態遷移図である。

まず、時刻ｔ０１において、制御部１６は、スイッチングトランジスタ１３２Ａ及び１３４Ａを非導通にする。この瞬間、非接触受電装置１を流れる電流ループは、ピックアップコア１１→コンデンサ１２→接点Ａ→ダイオード１３１→接点Ｃ→負荷１５及びコンデンサ１４→接点Ｄ→ダイオード１３４Ｂ→接点Ｂ→ピックアップコア１１という経路に変化する。また、この瞬間、受電側出力電流Ｉ₂₂₁が最大となる。時刻ｔ０１〜時刻ｔ０２における回路状態は、図３に記載されたｔ０１〜ｔ〜ｔ０２の状態に対応する。また、この期間において、コンデンサ電流Ｉ₂₂₃は、受電側出力電流Ｉ₂₂₁の変動成分を反映した電流となり、これにより負荷１５には直流の負荷電流Ｉ₂₂₂が流れる。

時刻ｔ０１〜時刻ｔ０２の期間Ｔｏｆｆでは、接点Ｃから接点Ｄの方向に向かって負荷１５及びコンデンサ１４に、整流された受電側入力電流Ｉ₂₂₁が供給され、接点Ｃ−接点Ｄ間の電圧Ｖ_CDは平滑化される。また、この期間では、受電側入力電流Ｉ₂₂₁が徐々に減少する。

次に、時刻ｔ０２において、制御部１６は、スイッチングトランジスタ１３２Ａ及び１３４Ａを導通させる。この瞬間、非接触受電装置１を流れる電流ループは、ピックアップコア１１→接点Ｂ→スイッチングトランジスタ１３４Ａ→スイッチングトランジスタ１３２Ａ→接点Ａ→コンデンサ１２→ピックアップコア１１という経路に変化する。時刻ｔ０２〜時刻ｔ０３における回路状態は、図３に記載されたｔ０２〜ｔ〜ｔ０３の状態に対応する。また、時刻ｔ０２〜時刻ｔ０３の期間Ｔｏｎでは、受電側出力電流Ｉ₂₂₁は流れないが、予めコンデンサ１４に充電された電荷により負荷１５へ閉ループ電流が流れ、これにより負荷電流Ｉ₂₂₂は時刻ｔ０２以前に流れていた直流電流が維持される。

次に、時刻ｔ０３において、制御部１６は、スイッチングトランジスタ１３２Ａ及び１３４Ａを非導通にする。この瞬間、非接触受電装置１を流れる電流ループは、ピックアップコア１１→接点Ｂ→ダイオード１３３→接点Ｃ→負荷１５及びコンデンサ１４→接点Ｄ→ダイオード１３２Ｂ→接点Ａ→コンデンサ１２→ピックアップコア１１という経路に変化する。また、この瞬間、受電側出力電流Ｉ₂₂₁が最大となる。時刻ｔ０３〜時刻ｔ０４における回路状態は、図３に記載されたｔ０３〜ｔ〜ｔ０４の状態に対応する。また、この期間において、コンデンサ電流Ｉ₂₂₃は、受電側出力電流Ｉ₂₂₁の変動成分を反映した電流となり、これにより負荷１５には直流の負荷電流Ｉ₂₂₂が流れる。

時刻ｔ０３〜時刻ｔ０４の期間Ｔｏｆｆでは、接点Ｃから接点Ｄの方向に向かって負荷１５及びコンデンサ１４に整流された受電側入力電流Ｉ₂₂₁が供給され、接点Ｃ−接点Ｄ間の電圧ＶＣＤは平滑化される。また、この期間では、受電側入力電流Ｉ₂₂₁が徐々に減少する。

次に、時刻ｔ０４において、制御部１６は、スイッチングトランジスタ１３２Ａ及び１３４Ａを導通させる。この瞬間、非接触受電装置１を流れる電流ループは、ピックアップコア１１→コンデンサ１２→接点Ａ→スイッチングトランジスタ１３２Ａ→スイッチングトランジスタ１３４Ａ→接点Ｂ→ピックアップコア１１という経路に変化する。時刻ｔ０４〜時刻Ｔ及び時刻０〜時刻ｔ０１における回路状態は、図３に記載されたｔ０４〜ｔ〜Ｔ及び０〜ｔ〜時刻ｔ０１の状態に対応する。また、時刻ｔ０４〜時刻Ｔ及び時刻０〜時刻ｔ０１の期間Ｔｏｎでは、受電側出力電流Ｉ₂₂₁は流れないが、予めコンデンサ１４に充電された電荷により負荷１５へ閉ループ電流が流れ、これにより負荷電流Ｉ₂₂₂は時刻ｔ０４以前に流れていた直流電流が維持される。

なお、負荷１５及びコンデンサ１４に供給される電力Ｐ_CDは、期間Ｔｏｆｆにおいて接点Ｃから接点Ｄに流れる受電側入力電流Ｉ₂₂₁と、平滑化された電圧Ｖ_CDとの積で決定される。負荷１５に供給する電圧Ｖ_CDの大きさは、期間Ｔｏｆｆと、スイッチングトランジスタ１３２Ａ及び１３４Ａが導通状態である期間Ｔｏｎとの比により決定される。

つまり、スイッチングユニット１３は、その構成要素であるスイッチングトランジスタ１３２Ａ及び１３４Ａが所定のタイミングで同時導通及び同時非導通となることにより、交流電流である受電側入力電流Ｉ₂₁を、接点Ｃから接点Ｄの１方向のみに流す整流機能と、接点Ｃ−接点Ｄ間の電圧Ｖ_CDを所定電圧へと調整するチョッパ機能とを有する。

従来の非接触受電装置、例えば図１１に記載された回路構成では、回路部品としては、ピックアップコア８０１、コンデンサ８０２、コンデンサ８０３、コンデンサ８０６、リアクトル８０４、及び整流回路８０５の６点が必要である。

これに対し、本発明の実施の形態１に係る非接触受電装置の回路構成では、回路部品としては、ピックアップコア１１、コンデンサ１２、コンデンサ１４、及びスイッチングユニット１３の４点が必要である。上述したスイッチングユニット１３の整流機能及びチョッパ機能の兼用により、部品点数を低減することが可能となる。さらに、出荷時にコンデンサの大掛かりな容量調整を必要とせず、スイッチングユニット１３を構成するスイッチングトランジスタの導通及び非導通のタイミングを、受電側入力電流Ｉ₂₁に同期させて設定するだけで、負荷電圧を所定電圧へと調整することが可能となる。

（実施の形態２）
以下、本発明の実施の形態２について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図４は、本発明の実施の形態２に係る非接触受電装置の回路構成図である。同図における非接触受電装置２は、ピックアップコア１１と、コンデンサ１２及び１４と、スイッチングユニット２３と、負荷１５と、制御部２６とを備える。同図に記載された非接触受電装置２は、実施の形態１に記載された非接触受電装置１と比較して、スイッチングユニットの回路構成のみが構成として異なる。以下、実施の形態１と同じ点は説明を省略し、異なる点のみ説明する。

スイッチングユニット２３は、ピックアップコア１１及びコンデンサ１２で構成される直列共振部の後段に接続され、当該直列共振部から出力された交流電力を整流し、かつ、所定の直流電圧を生成して負荷１５に供給する機能を有する。

スイッチングユニット２３は、４つのダイオード２３１Ｂ、２３２Ｂ、２３３Ｂ及び２３４Ｂにより単相ブリッジ回路を構成する。さらに、４つのダイオード２３１Ｂ、２３２Ｂ、２３３Ｂ及び２３４Ｂには、それぞれ、それぞれ、ダイオード端子間を短絡するためのスイッチングトランジスタ２３１Ａ、２３２Ａ、２３３Ａ及び２３４Ａが並列接続されている。

スイッチングトランジスタ２３１Ａ及び２３４Ａは、同時に導通及び非導通となるように制御され、また、スイッチングトランジスタ２３２Ａ及び２３３Ａは、同時に導通及び非導通となるように制御され、スイッチングトランジスタ２３１Ａ及び２３４Ａの導通状態とスイッチングトランジスタ２３２Ａ及び２３３Ａの導通状態とは排他的に実現される。これにより、スイッチングユニット２３は、給電線から受電した交流電力を整流する。また、上記４つのスイッチングトランジスタを非導通にするタイミングにより、所定の直流電圧が負荷１５に供給される。

制御部２６は、例えば、ＣＰＵで構成され、ピックアップコア１１を流れる受電側入力電流Ｉ₂₁と同期して上記４つのスイッチングトランジスタの導通及び非導通を制御する機能を有する。ここで、制御部２６は、上記４つのスイッチングトランジスタを非導通とするタイミングを調整することにより、（１）所定の電力を負荷１５に供給する場合、及び（２）負荷１５側からスイッチングユニット２３を介して回生電流をピックアップコア１１に戻すことにより給電装置に上記回生電流に対応した電力を返す場合、とを実現することが可能である。

以下、本発明の実施の形態２に係る非接触受電装置２の受電動作及び回生動作を説明する。

図５は、本発明の実施の形態２に係る非接触受電装置の受電時における回路動作を表すタイミングチャートである。同図に記載されたタイミングチャートは、上から順に、接点Ｃへ流れ込む受電側出力電流Ｉ₂₂₁、接点Ｃ→負荷１５→接点Ｄを流れる負荷電流Ｉ₂₂₂、接点Ｃ→コンデンサ１４→接点Ｄを流れるコンデンサ電流Ｉ₂₂₃、スイッチングトランジスタ２３１Ａ、２３２Ａ、２３３Ａ及び２３４Ａの導通状態、ピックアップコア１１及びコンデンサ１２を流れる受電側入力電流Ｉ₂₁、ピックアップコア１１の両端電圧Ｖ₂₁、及び給電側出力電流Ｉ₁、の１周期Ｔにおける時間変化を表している。なお、縦軸の電圧値及び電流値は相対表示である。受電側入力電流Ｉ₂₁及びピックアップコア１１の両端電圧Ｖ₂₁は、正弦波である給電側出力電流Ｉ₁の電磁誘導により、給電側出力電流Ｉ₁に対し位相がずれた正弦波となっている。

図６は、本発明の実施の形態２に係る非接触受電装置の受電時における回路状態遷移図である。

まず、時刻ｔ１１において、制御部２６は、スイッチングトランジスタ２３２Ａ及び２３３Ａを非導通にする。この瞬間、非接触受電装置２を流れる電流ループは、ピックアップコア１１→コンデンサ１２→接点Ａ→ダイオード２３１Ｂ→接点Ｃ→負荷１５及びコンデンサ１４→接点Ｄ→ダイオード２３４Ｂ→接点Ｂ→ピックアップコア１１という経路に変化する。時刻ｔ１１〜時刻ｔ１２１における回路状態は、図６に記載されたｔ１１〜ｔ〜ｔ１２１の状態に対応する。

このとき、負荷１５及びコンデンサ１４を流れる受電側出力電流Ｉ₂₂₁が、負方向（接点Ｄ→接点Ｃ）から正方向（接点Ｃ→接点Ｄ）へ急峻に変化し、非接触受電装置２の回路は、負荷及びコンデンサ１４への供給電圧Ｖ_CDを上昇させる方向に作用する。当該作用及びコンデンサ１４の平滑化作用により、Ｖ_CDは一定電圧を維持することが可能となる。また、この期間において、コンデンサ電流Ｉ₂₂₃は、受電側出力電流Ｉ₂₂₁の変動成分を反映した電流となり、これにより負荷電流Ｉ₂₂₂は時刻ｔ１１以前に流れていた直流電流が維持される。

次に、時刻ｔ１２１において、制御部２６は、スイッチングトランジスタ２３１Ａ及び２３４Ａを導通させる。これにより、非接触受電装置２を流れる電流ループは、時刻ｔ１１〜ｔ１２１の電流ループの経路を維持している。時刻ｔ１２１〜時刻ｔ１２２における回路状態は、図６に記載されたｔ１２１〜ｔ〜ｔ１２２の状態に対応する。

次に、時刻ｔ１２２〜時刻ｔ１３において、非接触受電装置２を流れる電流ループは、ピックアップコア１１→接点Ｂ→スイッチングトランジスタ２３４Ａ→接点Ｄ→コンデンサ１４→接点Ｃ→スイッチングトランジスタ２３１Ａ→接点Ａ→コンデンサ１２→ピックアップコア１１という経路に変化する。一方、コンデンサ１４による平滑化された電圧Ｖ_CDにより、負荷１５には時刻ｔ１２１〜時刻ｔ１２２に流れていた直流の負荷電流Ｉ₂₂₂が流れる。時刻ｔ１２２〜時刻ｔ１３における回路状態は、図６に記載されたｔ１２２〜ｔ〜ｔ１３の状態に対応する。

時刻ｔ１１〜時刻ｔ１３の期間において、受電側出力電流Ｉ₂₂₁は連続的にその絶対値を減少させ、最終的には負方向（接点Ｄ→接点Ｃ）に流れるようになっている。ただし、上記期間における受電側出力電流Ｉ₂₂₁は、積分された実効電流として正方向（接点Ｃ→接点Ｄ）に流れる電流となっている。

次に、時刻ｔ１３において、制御部２６は、スイッチングトランジスタ２３１Ａ及び２３４Ａを非導通にする。この瞬間、非接触受電装置２を流れる電流ループは、ピックアップコア１１→接点Ｂ→ダイオード２３３Ｂ→接点Ｃ→負荷１５及びコンデンサ１４→接点Ｄ→ダイオード２３２Ｂ→接点Ａ→コンデンサ１２→ピックアップコア１１という経路に変化する。時刻ｔ１３〜時刻ｔ１４１における回路状態は、図６に記載されたｔ１３〜ｔ〜ｔ１４１の状態に対応する。

このとき、負荷１５及びコンデンサ１４を流れる受電側出力電流Ｉ₂₂₁が、負方向（接点Ｄ→接点Ｃ）から正方向（接点Ｃ→接点Ｄ）へ急峻に変化し、非接触受電装置２の回路は、負荷及びコンデンサ１４への供給電圧Ｖ_CDを上昇させる方向に作用する。当該作用及びコンデンサ１４の平滑化作用により、Ｖ_CDは一定電圧を維持することが可能となる。また、この期間において、コンデンサ電流Ｉ₂₂₃は、受電側出力電流Ｉ₂₂₁の変動成分を反映した電流となり、これにより負荷電流Ｉ₂₂₂は時刻ｔ１３以前に流れていた直流電流が維持される。

負荷１５及びコンデンサ１４に印加される直流電圧Ｖ_CDに対し、時刻ｔ１１〜時刻ｔ１３の期間において、受電側出力電流Ｉ₂₂₁が実効電流として正方向（接点Ｃ→接点Ｄ）となる場合、負荷１５及びコンデンサ１４には、Ｖ_CD及び上記実効電流で規定される電力が供給され、必要に応じて当該電力が負荷１５にて消費される。この場合、制御部２６は、例えば、Ｖ_CDの変動をモニタし受電モードであると判断した場合には、Ｉ₂₂₁が周期Ｔにおいて実効電流として正方向（接点Ｃ→接点Ｄ）に流れるように、スイッチングトランジスタ２３２Ａ及び２３３Ａを非導通にするタイミング、及び、スイッチングトランジスタ２３１Ａ及び２３４Ａを非導通にするタイミングを、受電側入力電流Ｉ₂₁及びピックアップコア１１の両端電圧Ｖ₂₁の位相からの遅延量として調整する。

具体的には、制御部２６が受電モードであると判断した場合には、制御部２６は、受電側入力電流Ｉ₂₁と、スイッチングトランジスタのオンオフによる仮想正弦波との位相関係を所定の範囲内となるようにスイッチングトランジスタのオンオフのタイミングを調整する。また、上記受電モードの立ち上がり時、つまり負荷１５が動作していない状態には、制御部２６は、受電側入力電流Ｉ₂₁の代わりに、無負荷時には変動の小さいピックアップコア１１の両端電圧Ｖ₂₁と、スイッチングトランジスタのオンオフによる仮想正弦波との位相関係を所定の範囲内となるようにスイッチングトランジスタのオンオフのタイミングを調整する。

ここで、上記仮想正弦波とは、スイッチングトランジスタのオンオフにより生成されたパルス波形のオン状態の中点を、正弦波の正のピーク（位相９０°）または負のピーク（位相２７０°）が得られる時刻とみたてた正弦波と定義される。

図５において、例えば、仮想正弦波の正のピーク点Ｅは、ピックアップコア１１の両端電圧Ｖ₂₁の負のピーク点Ｆに対して、約２２５°位相が遅れており、また、受電側入力電流Ｉ₂₁の負のピーク点Ｇに対して、約１３５°位相が遅れている。

つまり、制御部２６は、上述した仮想正弦波とＶ₂₁またはＩ₂₁との位相差を、所定範囲（例えば、仮想正弦波の正のピーク点を、Ｖ₂₁の負のピーク点から２２５°遅らせる、または、Ｉ₂₁の負のピーク点から１３５°遅らせる）に維持させることにより、周期Ｔにおいて受電側出力電流Ｉ₂₂₁を、実効電流として正方向（接点Ｃ→接点Ｄ）とすることが可能となる。これにより、受電モードとして、負荷１５及びコンデンサ１４には、Ｖ_CD及び上記実効電流で規定される電力が供給され、必要に応じて当該電力が負荷１５にて消費される。

次に、時刻ｔ１４１において、制御部２６は、スイッチングトランジスタ２３２Ａ及び２３３Ａを導通させる。これにより、非接触受電装置２を流れる電流ループは、時刻ｔ１３〜ｔ１４１の電流ループの経路を維持している。時刻ｔ１４１〜時刻ｔ１４２における回路状態は、図６に記載されたｔ１４１〜ｔ〜ｔ１４２の状態に対応する。

なお、負荷１５及びコンデンサ１４に供給される電力Ｐ_CDは、周期Ｔにおいて接点Ｃから接点Ｄに流れる受電側入力電流Ｉ₂₂の実効電流と、平滑化された電圧Ｖ_CDとの積で決定される。負荷１５に供給する電圧Ｖ_CDの大きさは、４つのスイッチングトランジスタを非導通とするタイミングにより決定される。

次に、時刻ｔ１４２〜時刻Ｔ、及び、時刻０〜時刻ｔ１１において、非接触受電装置２を流れる電流ループは、ピックアップコア１１→コンデンサ１２→接点Ａ→スイッチングトランジスタ２３２Ａ→接点Ｄ→コンデンサ１４→接点Ｃ→スイッチングトランジスタ２３３Ａ→接点Ｂ→ピックアップコア１１という経路に変化する。一方、コンデンサ１４による平滑化された電圧Ｖ_CDにより、負荷１５には時刻ｔ１４１〜時刻ｔ１４２に流れていた直流の負荷電流Ｉ₂₂₂が流れる。時刻ｔ１４２〜時刻Ｔ、及び、時刻０〜時刻ｔ１１における回路状態は、図６に記載されたｔ１４２〜ｔ〜Ｔ（０〜ｔ〜ｔ１１）の状態に対応する。

時刻ｔ１３〜時刻Ｔの期間において、受電側出力電流Ｉ₂₂₁は連続的にその絶対値を減少させ、最終的には負方向（接点Ｄ→接点Ｃ）に流れるようになっている。ただし、上記期間における受電側出力電流Ｉ₂₂₁は、積分された実効電流として正方向（接点Ｃ→接点Ｄ）に流れる電流となっている。

上述したように、スイッチングユニット１３は、その構成要素である４つのスイッチングトランジスタが所定のタイミングで非導通となることにより、交流電流である受電側入力電流Ｉ₂₁を、実効電流として接点Ｃから接点Ｄに流す整流機能と、接点Ｃ−接点Ｄ間の電圧Ｖ_CDを所定電圧へと調整するチョッパ機能とを有する。

従来の非接触受電装置、例えば図１１に記載された回路構成では、回路部品としては、ピックアップコア８０１、コンデンサ８０２、コンデンサ８０３、コンデンサ８０６、リアクトル８０４、及び整流回路８０５の６点が必要である。

これに対し、本発明の実施の形態２に係る非接触受電装置２の回路構成では、回路部品としては、ピックアップコア１１、コンデンサ１２、コンデンサ１４、及びスイッチングユニット２３の４点が必要である。上述したスイッチングユニット２３の整流機能及びチョッパ機能の兼用により、部品点数を低減することが可能となる。さらに、出荷時にコンデンサの大掛かりな容量調整を必要とせず、スイッチングユニット２３を構成するスイッチングトランジスタのオンオフのタイミングを、受電側入力電流Ｉ₂₁及びピックアップコア１１の両端電圧Ｖ₂₁に同期させて設定するだけで、負荷電圧を所定電圧へと調整することが可能となる。

図７は、本発明の実施の形態２に係る非接触受電装置の回生時における回路動作を表すタイミングチャートである。同図に記載されたタイミングチャートは、上から順に、接点Ｃへ流れ込む受電側出力電流Ｉ₂₂₁、接点Ｃ→負荷１５→接点Ｄを流れる負荷電流Ｉ₂₂₂、接点Ｃ→コンデンサ１４→接点Ｄを流れるコンデンサ電流Ｉ₂₂₃、スイッチングトランジスタ２３１Ａ、２３２Ａ、２３３Ａ及び２３４Ａの導通状態、ピックアップコア１１及びコンデンサ１２を流れる受電側入力電流Ｉ₂₁、ピックアップコア１１の両端電圧Ｖ₂₁、及び給電側出力電流Ｉ₁、の１周期Ｔにおける時間変化を表している。なお、縦軸の電圧値及び電流値は相対表示である。受電側入力電流Ｉ₂₁及びピックアップコア１１の両端電圧Ｖ₂₁は、正弦波である給電側出力電流Ｉ₁の電磁誘導により、給電側出力電流Ｉ₁に対し位相がずれた正弦波となっている。

図８は、本発明の実施の形態２に係る非接触受電装置の回生時における回路状態遷移図である。

まず、時刻ｔ２１において、制御部２６は、スイッチングトランジスタ２３１Ａ及び２３４Ａを非導通にする。この瞬間、非接触受電装置２を流れる電流ループは、ピックアップコア１１→接点Ｂ→ダイオード２３３Ｂ→接点Ｃ→コンデンサ１４→接点Ｄ→ダイオード２３２Ｂ→接点Ａ→コンデンサ１２→ピックアップコア１１という経路に変化する。一方、コンデンサ１４による平滑化された電圧Ｖ_CDにより、負荷１５には時刻ｔ２１以前に流れていた直流の負荷電流Ｉ₂₂₂が流れる。時刻ｔ２１〜時刻ｔ２２における回路状態は、図８に記載されたｔ２１〜ｔ〜ｔ２２の状態に対応する。

このとき、負荷１５及びコンデンサ１４を流れる受電側出力電流Ｉ₂₂₁が、負方向（接点Ｄ→接点Ｃ）から正方向（接点Ｃ→接点Ｄ）へ急峻に変化し、非接触受電装置２の回路は、負荷及びコンデンサ１４への供給電圧Ｖ_CDを上昇させる方向に作用する。当該作用及びコンデンサ１４の平滑化作用により、Ｖ_CDは一定電圧を維持することが可能となる。

次に、時刻ｔ２２において、制御部２６は、スイッチングトランジスタ２３２Ａ及び２３３Ａを導通させる。これにより、非接触受電装置２を流れる電流ループは、ピックアップコア１１→コンデンサ１２→接点Ａ→スイッチングトランジスタ２３２Ａ→接点Ｄ→コンデンサ１４及び負荷１５→接点Ｃ→スイッチングトランジスタ２３３Ａ→接点Ｂ→ピックアップコア１１という経路に変化する。また、この期間において、コンデンサ電流Ｉ₂₂₃は、受電側出力電流Ｉ₂₂₁の変動成分を反映した電流となり、これにより負荷電流Ｉ₂₂₂は時刻ｔ２１から時刻ｔ２２の期間に流れていた直流電流が維持される。時刻ｔ２２〜時刻ｔ２３における回路状態は、図８に記載されたｔ２２〜ｔ〜ｔ２３の状態に対応する。

次に、時刻ｔ２３において、制御部２６は、スイッチングトランジスタ２３２Ａ及び２３３Ａを非導通にする。この瞬間、非接触受電装置２を流れる電流ループは、ピックアップコア１１→コンデンサ１２→接点Ａ→ダイオード２３１Ｂ→接点Ｃ→コンデンサ１４→接点Ｄ→ダイオード２３４Ｂ→接点Ｂ→ピックアップコア１１という経路を通る。一方、コンデンサ１４による平滑化された電圧Ｖ_CDにより、負荷１５には時刻ｔ２３以前に流れていた直流の負荷電流Ｉ₂₂₂が流れる。時刻ｔ２３〜時刻ｔ２４における回路状態は、図８に記載されたｔ２３〜ｔ〜ｔ２４の状態に対応する。

このとき、負荷１５及びコンデンサ１４を流れる受電側出力電流Ｉ₂₂₁が、負方向（接点Ｄ→接点Ｃ）から正方向（接点Ｃ→接点Ｄ）へ急峻に変化し、非接触受電装置２の回路は、負荷及びコンデンサ１４への供給電圧Ｖ_CDを上昇させる方向に作用する。当該作用及びコンデンサ１４の平滑化作用により、Ｖ_CDは一定電圧を維持することが可能となる。また、時刻ｔ２１〜時刻ｔ２３の期間において、受電側出力電流Ｉ₂₂₁は連続的にその絶対値を減少させ、最終的には負方向（接点Ｄ→接点Ｃ）となっている。また、上記期間における受電側出力電流Ｉ₂₂₁は、実効電流として負方向（接点Ｄ→接点Ｃ）に流れる電流となっている。

負荷１５及びコンデンサ１４に印加される直流電圧Ｖ_CDに対し、時刻ｔ２１〜時刻ｔ２３の期間において、受電側出力電流Ｉ₂₂₁が実効電流として負方向（接点Ｄ→接点Ｃ）となる場合、受電側出力電流Ｉ₂₂₁を回生電流としてピックアップコアに戻すことが可能となる。

この場合、制御部２６は、例えばＶ_CDの変動をモニタし回生モードであると判断した場合には、Ｉ₂₂₁が周期Ｔにおいて実効電流として負方向（接点Ｄ→接点Ｃ）に流れるように、スイッチングトランジスタ２３２Ａ及び２３３Ａを非導通にするタイミング、及び、スイッチングトランジスタ２３１Ａ及び２３４Ａを非導通にするタイミングを、受電側入力電流Ｉ₂₁及びピックアップコア１１の両端電圧Ｖ₂₁の位相からの遅延量として調整する。

具体的には、制御部２６が回生モードであると判断した場合には、制御部２６は、受電側入力電流Ｉ₂₁と、スイッチングトランジスタのオンオフによる仮想正弦波との位相関係を所定の範囲内となるようにスイッチングトランジスタのオンオフのタイミングを調整する。また、上記回生モードの立ち上がり時、つまり負荷１５が動作していない状態には、制御部２６は、受電側入力電流Ｉ₂₁の代わりに、無負荷時には変動の小さいピックアップコア１１の両端電圧Ｖ₂₁と、スイッチングトランジスタのオンオフによる仮想正弦波との位相関係を所定の範囲内となるようにスイッチングトランジスタのオンオフのタイミングを調整する。

図７において、例えば、仮想正弦波の正のピーク点Ｈは、ピックアップコア１１の両端電圧Ｖ₂₁の正のピーク点Ｊに対して、約４５°位相が遅れており、また、受電側入力電流Ｉ₂₁の正のピーク点Ｋに対して、約４５°位相が進んでいる。

つまり、制御部２６は、上述した仮想正弦波とＶ₂₁またはＩ₂₁との位相差を、所定範囲（例えば、仮想正弦波の正のピーク点をＶ₂₁の正のピーク点から４５°遅らせる、または、Ｉ₂₁の正のピーク点から４５°位相が進ませる）に維持させることにより、周期Ｔにおいて受電側出力電流Ｉ₂₂₁を、実効電流として負方向（接点Ｄ→接点Ｃ）とすることが可能となる。これにより、回生モードとして、負荷１５及びコンデンサ１４から、Ｖ_CD及び上記実効電流で規定される電力を給電装置側に返すことが可能となる。

次に、時刻ｔ２４において、制御部２６は、スイッチングトランジスタ２３１Ａ及び２３４Ａを導通させる。これにより、非接触受電装置２を流れる電流ループは、ピックアップコア１１→接点Ｂ→スイッチングトランジスタ２３４Ａ→接点Ｄ→コンデンサ１４及び負荷１５→接点Ｃ→スイッチングトランジスタ２３１Ａ→接点Ａ→コンデンサ１２→ピックアップコア１１という経路に変化する。また、この期間において、コンデンサ電流Ｉ₂₂₃は、受電側出力電流Ｉ₂₂₁の変動成分を反映した電流となり、これにより負荷電流Ｉ₂₂₂は時刻ｔ２３から時刻ｔ２４の期間に流れていた直流電流が維持される。時刻ｔ２２〜時刻ｔ２３、及び、時刻０〜時刻ｔ２１における回路状態は、図８に記載されたｔ２４〜ｔ〜Ｔ（０〜ｔ〜ｔ２１）の状態に対応する。

以上のように、本発明の実施の形態２に係る非接触受電装置によれば、スイッチングユニットに付加されているスイッチングトランジスタの導通、非導通を制御することのみにより、スイッチングユニットの整流機能及びチョッパ制御機能を実現することができる。また、上記スイッチングトランジスタを非導通とするタイミングを調整することにより、負荷に一定電圧を供給する受電モードと給電装置側に電力を返す回生モードとを選択することが可能となる。

よって、出荷時にコンデンサなどの大掛かりな容量調整が必要とされず、制御部による簡易的な操作により負荷に供給する直流電圧を調整することが可能となる。さらに、制御部による簡易的な操作により受電モードと回生モードとを選択することが可能となり、省電力化が図られる。

以上、本発明に係る非接触受電装置について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものも、本発明の範囲内に含まれる。

例えば、実施の形態１及び２では、スイッチングユニットの構成要素としてスイッチングトランジスタを使用したが、制御信号によりオンオフ制御できる素子であればよく、例えば、三端子素子のＦＥＴや四端子素子のフォトモスリレーなどであってもよい。

本発明は、荷物を移載する無人搬送車に搭載される非接触受電装置に利用でき、特に、工程数が多く高い無塵度が要求される半導体プロセスやフラットパネルディスプレイプロセス用クリーンルームで使用される搬送車に搭載される非接触受電装置に利用することができる。

１、２、８００ 非接触受電装置
１１、８０１ ピックアップコア
１２、１４、８０２、８０３、８０６ コンデンサ
１３、２３ スイッチングユニット
１５、８０７ 負荷
１６、２６ 制御部
１３１、１３２Ｂ、１３３、１３４Ｂ、２３１Ｂ、２３２Ｂ、２３３Ｂ、２３４Ｂ ダイオード
１３２Ａ、１３４Ａ、２３１Ａ、２３２Ａ、２３３Ａ、２３４Ａ スイッチングトランジスタ
７００ 非接触給電装置
７１０ 非接触給電回路
７２０ 非接触給電線
７３０ 給電線ホルダ
８０４ リアクトル
８０５ 整流回路
８１０ コア
８２０ ピックアップコイル
９００ 走行レール

Claims (4)

1. 給電装置から給電線を介して非接触で電力の供給を受ける非接触受電装置であって、
   前記給電線を流れる交流電流による電磁誘導により、前記給電線から交流電力を受電するピックアップコアと、
   前記給電線から受電した交流電力を整流し、かつ、チョッパ制御することにより、所定の直流電圧を生成して負荷に供給する１つのスイッチングユニットとを備える
   非接触受電装置。
2. 前記スイッチングユニットは、
   ４つのダイオード素子により構成された単相ブリッジ回路であり、
   前記４つのダイオード素子のそれぞれには、当該ダイオード素子の端子間を短絡するための半導体スイッチ素子が並列接続されており、
   前記非接触受電装置は、さらに、４つの前記半導体スイッチ素子の導通及び非導通を制御する制御部を備え、
   前記制御部は、前記給電線から受電した交流電力に同期して、４つの前記半導体スイッチ素子のうちの２つの半導体スイッチ素子を同時導通または同時非導通とし、当該同時導通または同時非導通とは排他的に残りの２つの半導体スイッチ素子を同時導通または同時非導通とすることにより、前記スイッチングユニットに前記給電線から受電した交流電力を整流させ、かつ、４つの前記半導体スイッチ素子を非導通にするタイミングを調整することにより、所定の電圧を負荷に供給させる
   請求項１に記載の非接触受電装置。
3. 前記制御部は、さらに、前記給電線から受電した交流電力に同期して、４つの前記半導体スイッチ素子を非導通とするタイミングを調整することで、負荷側から前記スイッチングユニットを介して回生電流を前記ピックアップコアに戻すことにより、前記給電装置に前記回生電流に対応した電力を返す
   請求項２に記載の非接触受電装置。
4. 前記スイッチングユニットは、
   ４つのダイオード素子により構成された単相ブリッジ回路であり、
   前記４つのダイオード素子のうち、２つのダイオード素子のそれぞれには、当該ダイオード素子の端子間を短絡するための半導体スイッチ素子が並列接続されており、
   前記非接触受電装置は、さらに、２つの前記半導体スイッチ素子の導通及び非導通を制御する制御部を備え、
   前記制御部は、前記給電線から受電した交流電力に同期して、前記半導体スイッチ素子の双方を同時導通または同時非導通とすることにより、前記スイッチングユニットに前記給電線から受電した交流電力を整流させ、かつ、前記同時導通の期間と前記同時非導通の期間との比を調整することにより、所定の電圧を負荷に供給させる
   請求項１に記載の非接触受電装置。

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