非接触給電設備の２次側受電回路
【課題】効率が良く、低電圧による定電流制御、または定電圧制御が可能な非接触給電設備の２次側受電回路を提供することを目的とする。
【解決手段】同一のコアに巻かれ１次側の給電コイル１７より起電力が誘起される第１コイル３２および第２コイル３３と、第１コイル３３と共振回路３７を形成する共振コンデンサ３８と、共振コンデンサ３８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３９と、共振回路３７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４０と、第２コイル３３から出力される電流を電池２２へ出力する整流回路４１と、電池２２へ出力される電流と基準電流とを比較して、駆動パルスのパルス幅を制御し、前記ゼロクロス点に同期してスイッチング素子３９ヘ駆動パルスを出力し、電池２２へ出力される電流を基準電流に一定に制御する定電流制御機能を有するパルス発生回路４５を備える。
【解決手段】同一のコアに巻かれ１次側の給電コイル１７より起電力が誘起される第１コイル３２および第２コイル３３と、第１コイル３３と共振回路３７を形成する共振コンデンサ３８と、共振コンデンサ３８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３９と、共振回路３７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４０と、第２コイル３３から出力される電流を電池２２へ出力する整流回路４１と、電池２２へ出力される電流と基準電流とを比較して、駆動パルスのパルス幅を制御し、前記ゼロクロス点に同期してスイッチング素子３９ヘ駆動パルスを出力し、電池２２へ出力される電流を基準電流に一定に制御する定電流制御機能を有するパルス発生回路４５を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非接触給電設備の２次側受電回路、特に、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次側受電回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の非接触給電設備の２次側受電回路の一例が、特許文献１に開示されている。
従来の非接触給電設備の２次側受電回路では、周波数ｆが、例えば１０ｋＨｚの高周波電流を流す１次側誘導線路に対向して、１次側誘導線路より起電力が誘起されるピックアップコイルを設け、このピックアップコイルに並列に、ピックアップコイルとともに１次側誘導線路の周波数に共振する並列共振回路を形成する共振コンデンサを接続し、この並列共振回路に整流回路（全波整流回路）を接続し、定電圧制御回路を介して、消費電力が変動する負荷（例えば、自走台車の走行用電動モータを制御するインバータ）へ給電している。
前記定電圧制御回路は、チョークコイルと、ダイオードと、出力コンデンサ（電圧コンデンサ）と、整流回路の出力端間をチョークコイルを介して接続状態（オン状態）または開放状態（オフ状態）とするスイッチ手段（例えば、出力調整用トランジスタ）と、スイッチング周波数を正確に２ｆとし、前記スイッチ手段を駆動する駆動パルスを出力するコントローラから構成されている。
前記コントローラは、前記駆動パルスのオンタイミングを、チョークコイルの入力電圧がピークから下降に転じた位置とし、駆動パルスのパルス幅の中間点を全波の入力電圧のゼロクロス位置としており、また前記出力コンデンサの出力電圧（負荷の電圧）を計測し、駆動パルスのパルス幅を、前記出力コンデンサの出力電圧が予め設定された基準電圧より低いとき短くし、前記基準電圧より高いとき長くして、出力電圧を一定に制御している。
【０００３】
以下に、上記２次側受電回路の構成における作用を説明する。
周波数が、例えば１０ｋＨｚの高周波電流が１次側誘導線路に供給されると、この１次側誘導線路に発生する磁束により、ピックアップコイルに誘導起電力が誘起され、この誘導起電力によりピックアップコイルにおいて発生した電流は整流回路で整流され、スイッチ手段はスイッチング周波数２ｆでオン・オフされ、その駆動パルスのパルス幅は、前記出力コンデンサの出力電圧が予め設定された基準電圧より低いとき短くされ、前記基準電圧より高いとき長くされる。よって、出力電圧が基準電圧に維持されている。
また駆動パルスがオンとなりチョークコイルが励磁されるとき、共振回路によってチョークコイルへ供給される電流は略ゼロに近く、かつこの後入力電圧は下降しゼロクロス範囲を含むことにより、チョークコイルに流れるコイル電流の上昇は抑えられ、脈動が少なくなりリップルが抑えられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１５４６９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
負荷が電池の場合、電池に対する充電には、定電流制御が求められる。
しかし、特許文献１に記載の非接触給電設備の２次側受電回路は、基本的に、並列共振回路から出力される電流は一定であり、また出力コンデンサへ供給する電流をスイッチ手段により導通・遮断することにより、出力コンデンサの出力電圧を制御する定電圧回路であり、出力コンデンサから給電される負荷の状態により、出力電圧は変化することから、出力電圧に一定にするように、スイッチ手段によりオン・オフしている。このように、基本的に、特許文献１に記載の非接触給電設備の２次側受電回路は定電圧回路であること、さらにスイッチ手段の前段にチョークコイルがあり、チョークコイルに蓄えるエネルギーがあることにより、負荷に流れる電流を一定に制御すること（定電流とすること）は困難であった。
また完全な定電流制御を実現するためには、出力コンデンサと負荷との間に、定電流回路を付加することが考えられるが、回路が複雑となると同時にコストがかかるという問題の発生が予測される。
【０００６】
また一般に、電池の定格電圧は、１２Ｖと低いが、特許文献１に記載の非接触給電設備の２次側受電回路は、基本的に、定電圧が数百Ｖ（例えば、３００Ｖ）の負荷用に設計されており、直流側で直接的に３００Ｖを１２Ｖに定電圧に制御するには、制御が困難で、精度に問題が発生すると予測され、定格電圧が低い電池の充電には向かないと考えられる。
【０００７】
また特許文献１に記載の非接触給電設備の２次側受電回路ではスイッチ手段が接続状態の時にスイッチ手段に流れる電流は整流回路にも流れるため整流回路による余分な電力消費があり、効率の低下を招いていた。さらに、出力コンデンサの前段にもダイオードが接続されており、さらなる効率の低下を招いていた。
【０００８】
そこで、本発明は、効率が良く、低電圧による定電流制御、また定電圧制御が可能な非接触給電設備の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。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記した目的を達成するために、本発明の請求項１記載の非接触給電設備の２次側受電回路は、高周波電流が供給される１次側の誘導線路または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、
同一の磁性体に巻かれ、前記１次側の誘導線路または１次側の給電コイルより起電力が誘起される第１コイルおよび第２コイルと、前記第１コイルに並列に接続され、この第１コイルと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したものである。
【００１０】
上記構成によれば、誘導線路または給電コイルに発生する磁束により、第１コイルに誘導起電圧が誘起され、非接触で電力が伝送される。さらに第１コイルと同一磁性体上に巻かれた第２コイルにも誘導起電圧が誘起され電力が伝送される。この際、第１コイル側の共振回路に流れる電流は、共振回路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、給電側から送られた電力はほぼ全て第２コイル側の回路に供給される。第２コイルから出力された交流電流は整流回路によって直流化され負荷に供給される。
【００１１】
負荷に出力される電流は電流検出回路で検出され、また負荷の電圧は電圧検出回路により検出され、パルス発生回路に入力される。パルス発生回路は、スイッチング周波数を共振周波数と同一周波数あるいは２倍周波数とし、共振回路の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の出力タイミングと同期して、共振コンデンサの両端に接続したスイッチ手段へ駆動パルスを出力する。
パルス発生回路は、電流検出回路出力と基準電流とを比較し、駆動パルスのパルス幅を制御し、負荷へ出力される電流を前記基準電流へ一定に制御する。またはパルス発生回路は、電圧検出回路出力と基準電圧とを比較し、駆動パルスのパルス幅を制御し、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。すなわち、基準電流または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、基準電流または基準電圧の方が小さい場合にはパルス幅を長くする。
前記駆動パルスのパルス幅が最短(または駆動しない)のとき、第１コイル側の共振回路の両端電圧は最大となり、逆にパルス幅が長くなるほど電圧は低くなる。第２コイルは第１コイルと同一磁性体上に巻かれており、トランスとして動作するため、共振回路に発生する電圧の大小を制御することにより、第２コイル側の整流回路へ出力される電圧が制御され、負荷への出力の大小が変化する。このとき、パルス発生回路は、共振周波数と同一またはその２倍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、電流検出を参照してパルス幅制御を行うことにより定電流制御を行うことができ、また電圧検出を参照してパルス幅制御を行うことにより定電圧制御を行うことができる。すなわち、パルス発生回路は、定電流制御機能と定電圧制御機能を有し、定電流制御機能または定電圧制御機能を実行できる。
【００１２】
駆動パルスの出力タイミングは共振コンデンサ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検出回路で同期を行なっているが、この同期を行なわない場合、出力タイミングがゼロボルトから遠ざかるにつれて、スイッチ手段が開放状態（ＯＦＦ）から接続状態（ＯＮ）へ制御される時、共振コンデンサからスイッチ手段に流れる突入電流が急激に大きくなり、スイッチ手段および共振コンデンサが損傷される恐れがある。
【００１３】
また請求項２記載の非接触給電設備の２次側受電回路は、高周波電流が供給される１次側の誘導線路、または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、
同一の磁性体に巻かれ、前記１次側の誘導線路または１次側の給電コイルより起電力が誘起される第１コイルおよび第２コイルと、前記第１コイルに並列に接続され、この第１コイルと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したものである。
【００１４】
上記構成によれば、誘導線路または給電コイルに発生する磁束により、第１コイルに誘導起電圧が誘起され、非接触で電力が伝送される。さらに第１コイルと同一磁性体上に巻かれた第２コイルにも誘導起電圧が誘起され電力が伝送される。この際、第１コイル側の共振回路に流れる電流は、共振回路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、給電側から送られた電力はほぼ全て第２コイル側の回路に供給される。第２コイルから出力された交流電流は整流回路によって直流化され負荷に供給される。
第１コイルには共振コンデンサのみが接続され、共振回路が形成されており、第１コイルと共振コンデンサの内部インピーダンスにより制約されて共振回路に（一定）電圧が発生する。第２コイルは第１コイルと同一磁性体上に巻かれており、トランスとして動作するため、共振回路に発生する電圧により、第２コイルに発生される電圧が決定されるそして、第２コイルから出力された交流電流はスイッチ手段の後端に接続された整流回路によって直流化され負荷へ出力される。
パルス発生回路の作用は、上記請求項１に記載の非接触給電設備の２次側受電回路のパルス発生回路の作用と同一であり、整流回路の前段に設けたスイッチ手段により整流回路へ出力される電圧をリニアに可変して定電流制御または定電圧制御を実行する。パルス発生回路の作用の詳細な説明は省略する。
【００１５】
さらに請求項３記載の非接触給電設備の２次側受電回路は、請求項１または請求項２に記載の発明であって、前記第１コイルと前記第２コイルの巻数比を、前記第１コイルに誘起される最大電圧と前記負荷の定格電圧に基づいて設定したことを特徴とするものである。
【００１６】
上記構成によれば、第１コイルに誘起される最大電圧と負荷の定格電圧に応じて第１コイルと前記第２コイルの巻数比を変更することにより、種々の定格電圧の負荷に対応可能となる。
【００１７】
また請求項４記載の非接触給電設備の２次側受電回路は、高周波電流が供給される１次側の誘導線路、または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、
同一の磁性体に巻かれ、前記１次側の誘導線路または１次側の給電コイルより起電力が誘起される受電コイルと、前記受電コイルに並列に接続され、この受電コイルと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したものである。
【００１８】
上記構成によれば、誘導線路または給電コイルに発生する磁束により、受電コイルに誘導起電圧が誘起され、非接触で電力が伝送される。受電コイルには共振コンデンサが接続されて共振回路が形成されており、受電コイルから出力された交流電流は整流回路によって直流化され負荷に供給される。
パルス発生回路の作用は、上記請求項１に記載の非接触給電設備の２次側受電回路のパルス発生回路の作用と同一であり、整流回路の前段に設けたスイッチ手段により整流回路へ出力される電圧をリニアに可変して定電流制御または定電圧制御を実行する。パルス発生回路の作用の詳細な説明は省略する。
【００１９】
また請求項５記載の非接触給電設備の２次側受電回路は、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の発明であって、前記パルス発生回路は、前記定電流制御機能と前記定電圧制御機能とを切り換え可能としたことを特徴としたものである。
【００２０】
上記構成によれば、負荷の要求に応じて、定電流制御と定電圧制御に自在に切り換えることが可能となる。
【００２１】
また請求項６記載の非接触給電設備の２次側受電回路は、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の発明であって、前記負荷は蓄電手段であり、前記パルス発生回路は、まず、前記定電流制御機能により、前記蓄電手段へ出力する電流を、前記蓄電手段の要求により予め設定された基準電流に制御し、前記電圧検出回路により検出される蓄電手段の電圧が前記蓄電手段の要求により予め設定された定格電圧に達すると、前記定電圧制御機能により、前記蓄電手段の電圧を前記定格電圧に制御することを特徴としたものである。
【００２２】
上記構成によれば、蓄電手段の充電時には、ます定電流制御機能により、蓄電手段へ出力する電流は、基準電流に一定に制御され、蓄電手段の電圧が定格電圧となると、定電圧制御機能により、蓄電手段の電圧は、定格電圧に一定に制御される。
【００２３】
また請求項７記載の非接触給電設備の２次側受電回路は、請求項１〜請求項６のいずれかに記載の発明であって、前記負荷への給電開始時に前記共振回路を非共振状態とする給電開始回路を設けたことを特徴とするものである。
【００２４】
上記構成によれば、パルス発生回路が動作する前は、スイッチ手段は開放状態であり、この状態で、第１コイルおよび第２コイルが、１次側の誘導線路または１次側の給電コイルに対向すると、負荷へ定格電圧より高い電圧が印加されて、負荷が損傷する恐れがあるが、前記対向前に、共振回路を非共振状態とする給電開始回路が動作していれば、負荷へ印加される電圧が抑制され、負荷が損傷する恐れが回避される。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の非接触給電設備の２次側受電回路は、整流回路へ出力される電圧を、共振周波数と同一またはその２倍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、負荷へ流れる電流を定電流制御することができ、また負荷へ印加する電圧を定電圧制御することができ、このとき整流回路の前段で、交流側の電圧を制御することにより、負荷へ流れる電流または負荷へ印加する電圧を、簡易な回路構成で、精度よく制御でき、最適な給電回路を提供でき、さらにスイッチ手段が接続状態のとき、スイッチ手段に流れる電流が整流回路を流れないため、整流回路を構成する素子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、整流回路を構成する素子に、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、という効果を有している。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施の形態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。
【図２】同非接触給電設備の２次側受電回路の回路図である。
【図３】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。
【図４】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。
【図５】他の実施の形態における非接触給電設備の２次側受電回路の回路図である。
【図６】他の実施の形態における非接触給電設備の２次側受電回路の回路図である。
【図７】他の実施の形態における非接触給電設備の２次側受電回路の回路図である。
【図８】他の実施の形態における非接触給電設備の２次側受電回路の回路図である。
【図９】他の実施の形態における非接触給電設備の２次側受電回路の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下に、本発明の実施の形態における非接触給電設備の２次側受電回路について、図面を参照しながら説明する。
【００２８】
図１は、本発明の実施の形態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１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。
『給電ステーション（１次側；給電側）』
【００２９】
図１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１１と、商用電源から給電されて高周波電流を給電カプラ１１へ供給するインバータ１２と、インバータ１２に対して給電の開始・停止を指令する給電コントローラ１３と、給電コントローラ１３に接続された給電側光送受信器（光通信器）１４が設けられている。
【００３０】
前記給電カプラ１１は、Ｅ字形コア（磁性体）１６と、このＥ字形コア１６に（１次側の）給電コイル１７を巻きつけて構成され、インバータ１２から給電コイル１７に高周波電流が給電される。
【００３１】
また給電コントローラ１３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１４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。
『車両（２次側；受電側）』
【００３２】
受電側の車両Ａには、給電カプラ１１に対向する受電カプラ２１が設けられ、この受電カプラ２１により非接触で給電されて、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）２２へ充電する定電流・定電圧制御機能付き充電装置２３と、充電装置２３に対して、充電の開始・停止を指令する受電コントローラ２４と、受電コントローラ２４に接続された受電側光送受信器（光通信器）２５と、電池２２の電圧や発熱を監視し、受電コントローラ２４へ、電圧が低下すると充電要求信号を出力し、電圧が上限電圧を超えたことを検出すると、あるいは発熱を検出すると充電停止信号を出力する電池監視装置２６が設けられている。上記受電カプラ２１と充電装置２３により、本発明の非接触給電設備の２次側受電回路が構成される。
【００３３】
前記受電カプラ２１は、Ｅ字形コア（同一の磁性体の一例）３１と、Ｅ字形コア３１に強結合で巻き線された第１コイル３２および中間タップ付き第２コイル３３から構成され、これらコイル３２，３３には給電カプラ１１の給電コイル１７により起電力が誘起される。
【００３４】
また受電コントローラ２４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１４から発信される光信号を受電側光送受信器２５が受信したことにより、給電カプラ１１に対して受電カプラ２１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２５により送信する機能と、電池監視装置２６から入力する電池２２の充電要求信号に応じて、充電装置２３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２５から送信する機能（詳細は後述する）を有している。
【００３５】
上記給電ステーションＢの給電コントローラ１３は、給電側光送受信器１４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１２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１２へ給電停止を指令し、履歴を記憶する。
【００３６】
充電装置２３は、図２に示すように、
第１コイル３２に並列に接続され、この第１コイル３２と、給電コイル１７に供給される高周波電流の周波数に共振する共振回路３７を形成する共振コンデンサ３８と、
共振コンデンサ３８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）３９と、
共振回路３７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４０と、
第２コイル３３に接続され、第２コイル３３から出力される電流を整流して電池２２へ出力する整流回路４１と、
電池２２へ供給される電流を検出する電流検出回路４３および電池２２の電圧を検出する電圧検出回路４４を内蔵し、前記給電コイル１７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４０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３９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３９を接続状態とし、オフのときにスイッチング素子３９を開放状態とするパルス発生回路４５
を備えている。
パルス発生回路４５は、電流検出回路４３により検出された電流と電池２２が要求する基準電流とを比較し、または電圧検出回路４４により検出された電圧と電池２２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２２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４５は、電池２２から制御電源を得ている。
【００３７】
また前記スイッチング素子３９は、第１トランジスタ（またはＭＯＳ−ＦＥＴ）３９ａとこの第１トランジスタ３９ａ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３９ｂ、および第２トランジスタ（またはＭＯＳ−ＦＥＴ）３９ｃとこの第２トランジスタ３９ｃ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３９ｄとを、トランジスタ３９ａ，３９ｃに流れる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３９の構成により、パルス発生回路４５から駆動パルスが、第１トランジスタ３９ａまたは第２トランジスタ３９ｃに入力されると、スイッチング素子３９が接続状態となり、共振コンデンサ３８（共振回路３７）の両端が接続状態（短絡状態）とされる。
【００３８】
また前記整流回路４１は、第２コイル３３の一端にアノードが接続され、カソードが電池２２のプラス電極に接続された第１ダイオード４１ａと、第２コイル３３の他端にアノードが接続され、カソードが電池２２のプラス電極に接続された第２ダイオード４１ｂから構成され、電池２２のマイナス電極に第２コイル３３の中間タップが接続されている。
【００３９】
また図３に示すように、パルス発生回路４５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４０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(または駆動しない)のとき、共振回路３７の両端電圧は最大となり、逆にパルス幅が長くなるほど電圧は低くなる。また第２コイル３３は第１コイル３２と同一コア上に巻かれており、トランスとして動作するため、共振回路３７に発生する電圧の大小を制御することにより、電池２２の前段にある整流回路４１出力の大小が変化する。
このように、共振回路３７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２２の前段にある整流回路４１の出力をリニアに可変すること、および電流検出回路４３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２２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４４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２２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４５の駆動パルス出力タイミングは共振コンデンサ３８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４０で同期を行なっている。この同期を行なわない場合、出力タイミングがゼロボルトから遠ざかるにつれてスイッチング素子３９が開放状態（ＯＦＦ）から接続状態（ＯＮ）へと制御される時、共振コンデンサ３８からスイッチング素子３９に流れる突入電流が急激に大きくなり、スイッチング素子３９および共振コンデンサ３８が損傷される恐れがある。
また第１コイル３２の巻数Ｎ１と第２コイル３３の巻数Ｎ２の巻線比は、上記共振回路３７に発生する最大電圧と電池２２の定格電圧に基づいて設定されており、第２コイル３３に誘起される電圧は、電池２２の定格電圧以下に抑えられている。
【００４０】
次に、受電コントローラ２４による電池２２の充電の流れを、上記充電装置２３の回路構成による作用とともに、図４に基づいて説明する。なお、電池２２は、電池２２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。
【００４１】
ステップ−１．「充電要求」
電池監視装置２６は電池２２の電圧を監視しており、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の給電カプラ１１に対して受電カプラ２１が対向するように移動する。すると、給電側光送受信器１４から発信される光信号は受電側光送受信器２５に受信され、上述したように、給電コントローラ１３により認証されるとインバータ１２により高周波電流が給電カプラ１１に供給される。またパルス発生回路４５は電池２２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３９への出力する駆動パルスのパルス幅を最大としている。これにより受電カプラ２１が対向したとき、電池２２の前段にある整流回路４１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３９が開放状態（ＯＦＦ）のまま受電カプラ２１が対向すると、共振コンデンサ３８は空の状態なため、ダッシュ電流が流れて、共振回路３７の両端電圧は図３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２２に印加される電圧が過電圧となり、電池２２や共振コンデンサ３８やスイッチング素子３９が損傷する恐れがある。
【００４２】
受電コントローラ２４は、給電側光送受信器１４から発信される光信号を受電側光送受信器２５が受信したことにより、給電カプラ１１に対して受電カプラ２１が対向したことを検出し、電池監視装置２６より充電要求信号を入力すると、充電装置２３のパルス発生回路４５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２４は、給電カプラ１１に対して受電カプラ２１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。
【００４３】
ステップ−２．「受電確認」
受電カプラ２１が給電カプラ１１に対向し、給電コイル１７へインバータ１２より高周波電流が供給されると、給電コイル１７に発生する磁束により、第１コイル３２に誘導起電圧が誘起される。つまり給電コイル１７から第１コイル３２へは非接触で電力が伝送される。さらに第１コイル３２と同一コア３１上に強結合で巻き線された第２コイル３３にも、給電コイル１７に発生する磁束により誘導起電圧が誘起されて電力が伝送される。この際、共振回路３７に流れる電流は共振回路３７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コイル３３側の回路に供給される。第２コイル３３から出力された交流電流は整流回路４１によって直流化され電池２２に供給される。このように、１次側の給電コイル１７から非接触で給電され、電池２２に給電される。
なお、受電カプラ２１が給電カプラ１１に対向しても、始動時は、スイッチング素子３９への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、整流回路４１へ出力される電圧は小さく、よって、電池２２に印加される電圧が過電圧となり、電池２２や共振コンデンサ３８やスイッチング素子３９が損傷する恐れが回避されている。パルス発生回路４５は、電流検出回路４３により整流回路４１から電池２２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。
【００４４】
ステップ−３．「定電流充電」
パルス発生回路４５は、受電を確認し、受電コントローラ２４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４５は、電流検出回路４３により電池２２に流れる電流を検出し、電圧検出回路４４により電池２２の電圧を検出しており、電池２２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４５は、電流検出回路４３により検出される電池２２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４３の出力とパルス発生回路４５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、基準電圧または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３８両端の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４０の出力タイミングと同期して、スイッチング素子３９へ駆動パルスを出力する。
【００４５】
上述したように、パルス幅が最短(または駆動しない)のとき、共振回路３７の両端電圧は最大となり、逆にパルス幅が長くなるほど電圧は低くなり、また第２コイル３３は第１コイル３２と同一コア上に巻かれており、トランスとして動作するため、共振回路３７に発生する電圧の大小を制御することにより、電池２２の前段にある整流回路４１出力の大小が変化する。よって、パルス発生回路４５において電流検出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４５は定電流制御機能を有している。）
【００４６】
ステップ−４．「定電圧充電」
パルス発生回路４５は、定電流制御中、電圧検出回路４４により電池２２の電圧を監視しており、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４５は、電圧検出回路４４により検出される電池２２の電圧をフィードバックしながら、この電圧検出回路４４の出力とパルス発生回路４５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３８両端の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４０の出力タイミングと同期して、スイッチング素子３９へ駆動パルスを出力する。
【００４７】
上述したように、駆動パルスのパルス幅により、電池２２の前段にある整流回路４１出力の大小が変化し、パルス発生回路４５において電圧検出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４５は定電圧制御機能を有している。）
【００４８】
ステップ−５．「充電完了」
パルス発生回路４５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２２の前段にある整流回路４１出力を最小に変化させて、電池２２への充電を停止する。（電池２２の電圧が高くなるために、充電されることは無い。）
続いて充電完了信号を受電コントローラ２４へ出力し、受電コントローラ２４は、光送受信器２５，１４を介して給電コントローラ１３へ受電終了信号を送信する。給電側の給電コントローラ１３は、この受電終了信号を入力すると、インバータ１２へ給電停止を指令し、インバータ１２は、給電カプラ１１への給電を停止する。
【００４９】
なお、受電コントローラ２４は、電池監視装置２６より充電停止信号を入力すると、充電装置２３のパルス発生回路４５へ充電停止指令を出力し、また光送受信器２５，１４を介して給電コントローラ１３へ受電終了信号を送信する。パルス発生回路４５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２２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１３は、インバータ１２へ給電停止を指令し、インバータ１２は、給電カプラ１１への給電を停止する。
このように、電池２２に対して、はじめは、定電流制御により充電され、定格電圧に達すると定電圧制御が実行され、電池２２は正常に充電される。
【００５０】
以上のように実施の形態によれば、共振回路３７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２２の前段にある整流回路４１の出力をリニアに可変でき、よって電池２２へ流れる電流を定電流制御することができ、また電池２２の電圧を定電圧制御することができ、電池２２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３９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３９および共振コンデンサ３８の損傷の恐れを回避できる。
【００５１】
また実施の形態によれば、整流回路４１の前段に、また別の回路で、スイッチング素子３９を設けたことにより、スイッチング素子３９がオン（接続状態）のとき、スイッチング素子３９に流れる電流が整流回路４１を流れないため、整流回路４１を構成するダイオード４１ａ，４１ｂ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ダイオード４１ａ，４１ｂ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。
【００５２】
また実施の形態によれば、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。このとき、充電方式に応じてパルス発生回路４５による充電方法を書き換える必要がある。
【００５３】
また実施の形態によれば、整流回路４１の前段において、第１コイル３２と第２コイル３３がトランスとして動作することにより、整流回路４１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２２の充電に対応しやすい電圧を得ることができる。また整流回路４１の後段（直流）で低電圧化を図る回路構成と比較して、前記トランスの作用により第２コイル３３に誘起される電圧が低電圧または高電圧であっても、効率を向上することができる。また第１コイル３２の巻数Ｎ１と第２コイル３３の巻数Ｎ２の巻線比を、第１コイル３２に誘起される最大電圧と電池２２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２２（あるいは負荷）に対応することができる。
【００５４】
また実施の形態によれば、第１コイル３２側でスイッチング素子３９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３７の大きな電圧で、整流回路４１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。
【００５５】
［他の形態における充電装置の回路構成］
図５に、他の実施の形態における充電装置２３の回路図を示す。なお、図２に示した回路構成と同一の構成には、同一の符号を付して説明を省略する。
電池２２に代えて、消費電力が変動するモータ等の負荷５１へ給電する回路としており、さらに整流回路４１から出力された直流電流を平滑する平滑回路５２を設けている。この平滑回路５２は、整流回路４１のプラス出力端子に一端が接続された平滑コイル５２ａと、一端が平滑コイル５２ａの他端に接続され、他端が第２コイル３３の中間タップ（整流回路４１のマイナス出力端子）に接続された平滑コンデンサ５２ｂから形成され、負荷５１は、平滑コンデンサ５２ｂの両端に接続される。第２コイル３３から出力された交流電流は整流回路４１と平滑回路５２によって直流化され平滑され負荷５１に供給される。なお、電池２２の場合は、平滑回路５２は不要である。
【００５６】
またパルス発生回路４５は、整流回路４１から負荷５１への給電ラインから制御電源を得ている。したがって、パルス発生回路４５は、給電カプラ１１に受電カプラ２１が対向するまで、制御電源を得ることができず、よって何らスイッチング素子３９が制御されることなく、開放状態となっている。それにより、上述したように、給電カプラ１１に受電カプラ２１が対向すると、共振コンデンサ３８は空の状態なため、ダッシュ電流が流れて、共振回路３７の両端電圧は図３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、また負荷５１に印加される電圧が過電圧となり、負荷５１や共振コンデンサ３８やスイッチング素子３９が損傷する恐れがある。
【００５７】
そこで、共振コンデンサ３８を、並列に接続される２つのコンデンサ３８ａ，３８ｂから形成し、一方のコンデンサ３８ｂに、常時は開放状態（ノーマルオープン）のスイッチ５３を直列に接続している。このスイッチ５３は、パルス発生回路４５により、上記「定電流充電」のステップで接続状態とされ、「充電完了」のステップで開放状態とされる。
この２つのコンデンサ３８ａ，３８ｂとスイッチ５３の構成により、最初に制御電源を得ることができず、よって何らスイッチング素子３９およびスイッチ５３が制御されることなく、開放状態であっても、起動時は共振コンデンサ３８の容量値が意図的に最大電力点からずらされているために、共振回路３７の両端電圧、すなわち整流回路４１へ出力される電圧は抑えられ、負荷５１に過電圧が印加されることを回避でき、負荷５１や共振コンデンサ３８やスイッチング素子３９が損傷することを回避できる。
このように、共振コンデンサ３８を並列に接続される２つのコンデンサ３８ａ，３８ｂから形成し、一方のコンデンサ３８ｂにスイッチ５３を直列に接続することにより、電池２２への給電開始時に共振回路３７を非共振状態とする給電開始回路を構成している。
またスイッチ５３は、上記「定電流充電」のステップで接続状態とされるため、制御開始後は、整流回路４１へ出力される電圧として規定の最大電圧を得ることができる。
【００５８】
なお、図５では、共振コンデンサ３８を、並列に接続される２つのコンデンサ３８ａ，３８ｂから形成し、一方のコンデンサ３８ｂに、常時は開放状態のスイッチ５３を直列に接続して、起動時に、パルス発生回路４５に制御電源が供給されてパルス発生回路４５が動作開始するまで整流回路４１へ出力される電圧の上昇を抑えて、負荷５１に印加される電圧を抑えているが、次のように回路を変更することにより、同様に負荷５１に印加される電圧を抑えることができる。
・共振コンデンサ３８はそのままで、スイッチング素子３９を常時接続状態（ノーマルクローズ）のトランジスタに変更する。
・共振コンデンサ３８はそのままで、スイッチング素子３９とは別に、共振コンデンサ３８の両端に、常時接続状態（ノーマルクローズ）のスイッチを接続する。
・共振コンデンサ３８はそのままで、スイッチング素子３９とは別に、共振コンデンサ３８の両端に、抵抗と常時接続状態（ノーマルクローズ）のスイッチからなる直列回路を接続する。
【００５９】
上記スイッチング素子３９を常時接続状態（ノーマルクローズ）のトランジスタに変更、または共振コンデンサ３８の両端に、常時接続状態（ノーマルクローズ）のスイッチを接続すると、始動時には、共振コンデンサ３８の両端は接続状態（短絡状態）となり、共振回路３７に発生する電圧はゼロに近づくが、共振が無くても第１コイル３２と第２コイル３３は疎結合のトランスとして若干の電力が取れるため、負荷５１への電力供給を抑えつつパルス発生回路４５に電力を供給することができる。
【００６０】
しかし、この方法ではパルス発生回路４５に必用な電力が取れない場合や信頼性に問題がある場合には、上記図５のように、共振コンデンサ３８を、並列に接続される２つのコンデンサ３８ａ，３８ｂから形成し、一方のコンデンサ３８ｂに、常時は開状態のスイッチ５３を直列に接続する方式、あるいは共振コンデンサ３８の両端に別途、抵抗と常時接続状態（ノーマルクローズ）のスイッチとからなる直列回路を接続する方式を採用する。
【００６１】
［変形例］
図２に示す充電装置２３の回路を変形した回路図を、図６〜図９に示す。
【００６２】
図６では、中間タップ付き第２コイル３３に代えて、中間タップ無しの第２コイル３３Ａを備え、整流回路４１を４つのダイオードからなる公知の全波整流回路４１Ａに変更している。これによれば、受電カプラ２１から第２コイル３３の中間タップからの配線の引き出しが不要となり、受電カプラ２１の製作を容易にすることができる。
【００６３】
また図７では、共振回路３７のスイッチング回路（スイッチング素子３９とゼロクロス検出回路４０）を、第２コイル３３と整流回路４１との間に移動させている。この回路では、共振回路３７（第１コイル３２）には、常に、最大電圧の交流電圧（第１コイル３２と共振コンデンサ３８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コイル３３には、第１コイル３２の巻数Ｎ１と第２コイル３３の巻数Ｎ２の巻線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３９の制御により変化され（制御され）、すなわち整流回路４１の前段で、整流回路４１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７に示す回路では、図２に示す回路と同様に、整流回路４１の前段にスイッチング素子３９を設けて整流回路４１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、また第１コイル３２と第２コイル３３をトランスとして動作させて低電圧化を図っている。
【００６４】
また図８では、図６と同様に中間タップ付き第２コイル３３に代えて、中間タップ無しの第２コイル３３Ａを備え、整流回路４１を４つのダイオードからなる公知の全波整流回路４１Ａに変更し、さらに図７と同様に共振回路３７のスイッチング回路を、第２コイル３３と整流回路４１との間に移動させている。
【００６５】
また図９では、図５と同様に、電池２２に代えて負荷５１へ給電する回路としており、平滑回路５２を設けている。また図７および図８に示す、共振回路３７を構成する第１コイル３２と共振コンデンサ３８を無くし、さらに図８と同様に中間タップ付き第２コイル３３に代えて、中間タップ無しの第２コイル（受電コイル）３３Ａを備えている。そして、第２コイル（受電コイル）３３Ａに並列に、この第２コイル（受電コイル）３３Ａと、給電コイル１７に供給される高周波電流の周波数に共振する共振回路３７Ａを形成する共振コンデンサ３８Ａを接続している。また整流回路４１を４つのダイオードからなる公知の全波整流回路４１Ａに変更し、さらに図７および図８と同様に共振回路３７Ａのスイッチング回路を、第２コイル３３Ａと整流回路４１Ａとの間に移動させている。
この回路構成によると、給電コイル１７に発生する磁束により、第２コイル（受電コイル）３３に誘導起電圧が誘起され、非接触で電力が伝送される。誘起された電圧が、交流の状態で、スイッチング素子３９の制御により変化され（制御され）、すなわち整流回路４１Ａの前段で、整流回路４１Ａ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９に示す回路では、図２に示す回路と同様に、整流回路４１Ａの前段にスイッチング素子３９を設けて整流回路４１Ａへ出力される電圧をリニアに可変し、定電流制御と定電圧制御を実現している。
【００６６】
なお、上記実施の形態では、パルス発生回路４５に、電流検出回路４３と電圧検出回路４４を内蔵させているが、別途設けるようにしてもよい。
また本実施の形態では、パルス発生回路４５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。
また本実施の形態では、パルス発生回路４５は、図３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の出力するようにすることもできる。
【００６７】
また本実施の形態では、車両Ａの受電カプラ２１は、給電カプラ１１より非接触で給電されるように構成されているが、給電カプラ１１に代えて、高周波電流が供給されている誘導線路を設け、この誘導線路に受電カプラ２１を対向することで、非接触で給電される構成としてもよい。
また本実施の形態では、受電カプラ２１と充電装置２３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に搭載されているが、必ずしも移動体に搭載されることはなく、給電カプラ１１または誘導線路に、受電カプラ２１が対向するように移動できればよい。
また本実施の形態では、蓄電手段して電池２２へ充電しているが、電池２２に限ることはなく、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良い。
【符号の説明】
【００６８】
Ａ 車両
Ｂ 給電ステーション
１１ 給電カプラ
１２ インバータ
１３ 給電コントローラ
１４ 給電側光送受信器
１６ Ｅ字形コア
１７ 給電コイル
２１ 受電カプラ
２２ 電池
２３ 充電装置
２４ 受電コントローラ
２５ 受電側光送受信器
２６ 電池監視装置
３１ Ｅ字形コア
３２ 第１コイル
３３，３３Ａ 第２コイル
３７，３７Ａ 共振回路
３８，３８ａ，３８ｂ，３８Ａ 共振コンデンサ
３９ スイッチング素子
４０ ゼロクロス検出回路
４１，４１Ａ 整流回路
４３ 電流検出回路
４４ 電圧検出回路
４５ パルス発生回路
５１ 負荷
５２ 平滑回路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非接触給電設備の２次側受電回路、特に、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次側受電回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の非接触給電設備の２次側受電回路の一例が、特許文献１に開示されている。
従来の非接触給電設備の２次側受電回路では、周波数ｆが、例えば１０ｋＨｚの高周波電流を流す１次側誘導線路に対向して、１次側誘導線路より起電力が誘起されるピックアップコイルを設け、このピックアップコイルに並列に、ピックアップコイルとともに１次側誘導線路の周波数に共振する並列共振回路を形成する共振コンデンサを接続し、この並列共振回路に整流回路（全波整流回路）を接続し、定電圧制御回路を介して、消費電力が変動する負荷（例えば、自走台車の走行用電動モータを制御するインバータ）へ給電している。
前記定電圧制御回路は、チョークコイルと、ダイオードと、出力コンデンサ（電圧コンデンサ）と、整流回路の出力端間をチョークコイルを介して接続状態（オン状態）または開放状態（オフ状態）とするスイッチ手段（例えば、出力調整用トランジスタ）と、スイッチング周波数を正確に２ｆとし、前記スイッチ手段を駆動する駆動パルスを出力するコントローラから構成されている。
前記コントローラは、前記駆動パルスのオンタイミングを、チョークコイルの入力電圧がピークから下降に転じた位置とし、駆動パルスのパルス幅の中間点を全波の入力電圧のゼロクロス位置としており、また前記出力コンデンサの出力電圧（負荷の電圧）を計測し、駆動パルスのパルス幅を、前記出力コンデンサの出力電圧が予め設定された基準電圧より低いとき短くし、前記基準電圧より高いとき長くして、出力電圧を一定に制御している。
【０００３】
以下に、上記２次側受電回路の構成における作用を説明する。
周波数が、例えば１０ｋＨｚの高周波電流が１次側誘導線路に供給されると、この１次側誘導線路に発生する磁束により、ピックアップコイルに誘導起電力が誘起され、この誘導起電力によりピックアップコイルにおいて発生した電流は整流回路で整流され、スイッチ手段はスイッチング周波数２ｆでオン・オフされ、その駆動パルスのパルス幅は、前記出力コンデンサの出力電圧が予め設定された基準電圧より低いとき短くされ、前記基準電圧より高いとき長くされる。よって、出力電圧が基準電圧に維持されている。
また駆動パルスがオンとなりチョークコイルが励磁されるとき、共振回路によってチョークコイルへ供給される電流は略ゼロに近く、かつこの後入力電圧は下降しゼロクロス範囲を含むことにより、チョークコイルに流れるコイル電流の上昇は抑えられ、脈動が少なくなりリップルが抑えられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１５４６９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
負荷が電池の場合、電池に対する充電には、定電流制御が求められる。
しかし、特許文献１に記載の非接触給電設備の２次側受電回路は、基本的に、並列共振回路から出力される電流は一定であり、また出力コンデンサへ供給する電流をスイッチ手段により導通・遮断することにより、出力コンデンサの出力電圧を制御する定電圧回路であり、出力コンデンサから給電される負荷の状態により、出力電圧は変化することから、出力電圧に一定にするように、スイッチ手段によりオン・オフしている。このように、基本的に、特許文献１に記載の非接触給電設備の２次側受電回路は定電圧回路であること、さらにスイッチ手段の前段にチョークコイルがあり、チョークコイルに蓄えるエネルギーがあることにより、負荷に流れる電流を一定に制御すること（定電流とすること）は困難であった。
また完全な定電流制御を実現するためには、出力コンデンサと負荷との間に、定電流回路を付加することが考えられるが、回路が複雑となると同時にコストがかかるという問題の発生が予測される。
【０００６】
また一般に、電池の定格電圧は、１２Ｖと低いが、特許文献１に記載の非接触給電設備の２次側受電回路は、基本的に、定電圧が数百Ｖ（例えば、３００Ｖ）の負荷用に設計されており、直流側で直接的に３００Ｖを１２Ｖに定電圧に制御するには、制御が困難で、精度に問題が発生すると予測され、定格電圧が低い電池の充電には向かないと考えられる。
【０００７】
また特許文献１に記載の非接触給電設備の２次側受電回路ではスイッチ手段が接続状態の時にスイッチ手段に流れる電流は整流回路にも流れるため整流回路による余分な電力消費があり、効率の低下を招いていた。さらに、出力コンデンサの前段にもダイオードが接続されており、さらなる効率の低下を招いていた。
【０００８】
そこで、本発明は、効率が良く、低電圧による定電流制御、また定電圧制御が可能な非接触給電設備の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。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記した目的を達成するために、本発明の請求項１記載の非接触給電設備の２次側受電回路は、高周波電流が供給される１次側の誘導線路または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、
同一の磁性体に巻かれ、前記１次側の誘導線路または１次側の給電コイルより起電力が誘起される第１コイルおよび第２コイルと、前記第１コイルに並列に接続され、この第１コイルと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したものである。
【００１０】
上記構成によれば、誘導線路または給電コイルに発生する磁束により、第１コイルに誘導起電圧が誘起され、非接触で電力が伝送される。さらに第１コイルと同一磁性体上に巻かれた第２コイルにも誘導起電圧が誘起され電力が伝送される。この際、第１コイル側の共振回路に流れる電流は、共振回路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、給電側から送られた電力はほぼ全て第２コイル側の回路に供給される。第２コイルから出力された交流電流は整流回路によって直流化され負荷に供給される。
【００１１】
負荷に出力される電流は電流検出回路で検出され、また負荷の電圧は電圧検出回路により検出され、パルス発生回路に入力される。パルス発生回路は、スイッチング周波数を共振周波数と同一周波数あるいは２倍周波数とし、共振回路の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の出力タイミングと同期して、共振コンデンサの両端に接続したスイッチ手段へ駆動パルスを出力する。
パルス発生回路は、電流検出回路出力と基準電流とを比較し、駆動パルスのパルス幅を制御し、負荷へ出力される電流を前記基準電流へ一定に制御する。またはパルス発生回路は、電圧検出回路出力と基準電圧とを比較し、駆動パルスのパルス幅を制御し、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。すなわち、基準電流または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、基準電流または基準電圧の方が小さい場合にはパルス幅を長くする。
前記駆動パルスのパルス幅が最短(または駆動しない)のとき、第１コイル側の共振回路の両端電圧は最大となり、逆にパルス幅が長くなるほど電圧は低くなる。第２コイルは第１コイルと同一磁性体上に巻かれており、トランスとして動作するため、共振回路に発生する電圧の大小を制御することにより、第２コイル側の整流回路へ出力される電圧が制御され、負荷への出力の大小が変化する。このとき、パルス発生回路は、共振周波数と同一またはその２倍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、電流検出を参照してパルス幅制御を行うことにより定電流制御を行うことができ、また電圧検出を参照してパルス幅制御を行うことにより定電圧制御を行うことができる。すなわち、パルス発生回路は、定電流制御機能と定電圧制御機能を有し、定電流制御機能または定電圧制御機能を実行できる。
【００１２】
駆動パルスの出力タイミングは共振コンデンサ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検出回路で同期を行なっているが、この同期を行なわない場合、出力タイミングがゼロボルトから遠ざかるにつれて、スイッチ手段が開放状態（ＯＦＦ）から接続状態（ＯＮ）へ制御される時、共振コンデンサからスイッチ手段に流れる突入電流が急激に大きくなり、スイッチ手段および共振コンデンサが損傷される恐れがある。
【００１３】
また請求項２記載の非接触給電設備の２次側受電回路は、高周波電流が供給される１次側の誘導線路、または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、
同一の磁性体に巻かれ、前記１次側の誘導線路または１次側の給電コイルより起電力が誘起される第１コイルおよび第２コイルと、前記第１コイルに並列に接続され、この第１コイルと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したものである。
【００１４】
上記構成によれば、誘導線路または給電コイルに発生する磁束により、第１コイルに誘導起電圧が誘起され、非接触で電力が伝送される。さらに第１コイルと同一磁性体上に巻かれた第２コイルにも誘導起電圧が誘起され電力が伝送される。この際、第１コイル側の共振回路に流れる電流は、共振回路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、給電側から送られた電力はほぼ全て第２コイル側の回路に供給される。第２コイルから出力された交流電流は整流回路によって直流化され負荷に供給される。
第１コイルには共振コンデンサのみが接続され、共振回路が形成されており、第１コイルと共振コンデンサの内部インピーダンスにより制約されて共振回路に（一定）電圧が発生する。第２コイルは第１コイルと同一磁性体上に巻かれており、トランスとして動作するため、共振回路に発生する電圧により、第２コイルに発生される電圧が決定されるそして、第２コイルから出力された交流電流はスイッチ手段の後端に接続された整流回路によって直流化され負荷へ出力される。
パルス発生回路の作用は、上記請求項１に記載の非接触給電設備の２次側受電回路のパルス発生回路の作用と同一であり、整流回路の前段に設けたスイッチ手段により整流回路へ出力される電圧をリニアに可変して定電流制御または定電圧制御を実行する。パルス発生回路の作用の詳細な説明は省略する。
【００１５】
さらに請求項３記載の非接触給電設備の２次側受電回路は、請求項１または請求項２に記載の発明であって、前記第１コイルと前記第２コイルの巻数比を、前記第１コイルに誘起される最大電圧と前記負荷の定格電圧に基づいて設定したことを特徴とするものである。
【００１６】
上記構成によれば、第１コイルに誘起される最大電圧と負荷の定格電圧に応じて第１コイルと前記第２コイルの巻数比を変更することにより、種々の定格電圧の負荷に対応可能となる。
【００１７】
また請求項４記載の非接触給電設備の２次側受電回路は、高周波電流が供給される１次側の誘導線路、または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、
同一の磁性体に巻かれ、前記１次側の誘導線路または１次側の給電コイルより起電力が誘起される受電コイルと、前記受電コイルに並列に接続され、この受電コイルと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したものである。
【００１８】
上記構成によれば、誘導線路または給電コイルに発生する磁束により、受電コイルに誘導起電圧が誘起され、非接触で電力が伝送される。受電コイルには共振コンデンサが接続されて共振回路が形成されており、受電コイルから出力された交流電流は整流回路によって直流化され負荷に供給される。
パルス発生回路の作用は、上記請求項１に記載の非接触給電設備の２次側受電回路のパルス発生回路の作用と同一であり、整流回路の前段に設けたスイッチ手段により整流回路へ出力される電圧をリニアに可変して定電流制御または定電圧制御を実行する。パルス発生回路の作用の詳細な説明は省略する。
【００１９】
また請求項５記載の非接触給電設備の２次側受電回路は、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の発明であって、前記パルス発生回路は、前記定電流制御機能と前記定電圧制御機能とを切り換え可能としたことを特徴としたものである。
【００２０】
上記構成によれば、負荷の要求に応じて、定電流制御と定電圧制御に自在に切り換えることが可能となる。
【００２１】
また請求項６記載の非接触給電設備の２次側受電回路は、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の発明であって、前記負荷は蓄電手段であり、前記パルス発生回路は、まず、前記定電流制御機能により、前記蓄電手段へ出力する電流を、前記蓄電手段の要求により予め設定された基準電流に制御し、前記電圧検出回路により検出される蓄電手段の電圧が前記蓄電手段の要求により予め設定された定格電圧に達すると、前記定電圧制御機能により、前記蓄電手段の電圧を前記定格電圧に制御することを特徴としたものである。
【００２２】
上記構成によれば、蓄電手段の充電時には、ます定電流制御機能により、蓄電手段へ出力する電流は、基準電流に一定に制御され、蓄電手段の電圧が定格電圧となると、定電圧制御機能により、蓄電手段の電圧は、定格電圧に一定に制御される。
【００２３】
また請求項７記載の非接触給電設備の２次側受電回路は、請求項１〜請求項６のいずれかに記載の発明であって、前記負荷への給電開始時に前記共振回路を非共振状態とする給電開始回路を設けたことを特徴とするものである。
【００２４】
上記構成によれば、パルス発生回路が動作する前は、スイッチ手段は開放状態であり、この状態で、第１コイルおよび第２コイルが、１次側の誘導線路または１次側の給電コイルに対向すると、負荷へ定格電圧より高い電圧が印加されて、負荷が損傷する恐れがあるが、前記対向前に、共振回路を非共振状態とする給電開始回路が動作していれば、負荷へ印加される電圧が抑制され、負荷が損傷する恐れが回避される。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の非接触給電設備の２次側受電回路は、整流回路へ出力される電圧を、共振周波数と同一またはその２倍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、負荷へ流れる電流を定電流制御することができ、また負荷へ印加する電圧を定電圧制御することができ、このとき整流回路の前段で、交流側の電圧を制御することにより、負荷へ流れる電流または負荷へ印加する電圧を、簡易な回路構成で、精度よく制御でき、最適な給電回路を提供でき、さらにスイッチ手段が接続状態のとき、スイッチ手段に流れる電流が整流回路を流れないため、整流回路を構成する素子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、整流回路を構成する素子に、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、という効果を有している。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施の形態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。
【図２】同非接触給電設備の２次側受電回路の回路図である。
【図３】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。
【図４】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。
【図５】他の実施の形態における非接触給電設備の２次側受電回路の回路図である。
【図６】他の実施の形態における非接触給電設備の２次側受電回路の回路図である。
【図７】他の実施の形態における非接触給電設備の２次側受電回路の回路図である。
【図８】他の実施の形態における非接触給電設備の２次側受電回路の回路図である。
【図９】他の実施の形態における非接触給電設備の２次側受電回路の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下に、本発明の実施の形態における非接触給電設備の２次側受電回路について、図面を参照しながら説明する。
【００２８】
図１は、本発明の実施の形態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１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。
『給電ステーション（１次側；給電側）』
【００２９】
図１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１１と、商用電源から給電されて高周波電流を給電カプラ１１へ供給するインバータ１２と、インバータ１２に対して給電の開始・停止を指令する給電コントローラ１３と、給電コントローラ１３に接続された給電側光送受信器（光通信器）１４が設けられている。
【００３０】
前記給電カプラ１１は、Ｅ字形コア（磁性体）１６と、このＥ字形コア１６に（１次側の）給電コイル１７を巻きつけて構成され、インバータ１２から給電コイル１７に高周波電流が給電される。
【００３１】
また給電コントローラ１３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１４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。
『車両（２次側；受電側）』
【００３２】
受電側の車両Ａには、給電カプラ１１に対向する受電カプラ２１が設けられ、この受電カプラ２１により非接触で給電されて、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）２２へ充電する定電流・定電圧制御機能付き充電装置２３と、充電装置２３に対して、充電の開始・停止を指令する受電コントローラ２４と、受電コントローラ２４に接続された受電側光送受信器（光通信器）２５と、電池２２の電圧や発熱を監視し、受電コントローラ２４へ、電圧が低下すると充電要求信号を出力し、電圧が上限電圧を超えたことを検出すると、あるいは発熱を検出すると充電停止信号を出力する電池監視装置２６が設けられている。上記受電カプラ２１と充電装置２３により、本発明の非接触給電設備の２次側受電回路が構成される。
【００３３】
前記受電カプラ２１は、Ｅ字形コア（同一の磁性体の一例）３１と、Ｅ字形コア３１に強結合で巻き線された第１コイル３２および中間タップ付き第２コイル３３から構成され、これらコイル３２，３３には給電カプラ１１の給電コイル１７により起電力が誘起される。
【００３４】
また受電コントローラ２４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１４から発信される光信号を受電側光送受信器２５が受信したことにより、給電カプラ１１に対して受電カプラ２１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２５により送信する機能と、電池監視装置２６から入力する電池２２の充電要求信号に応じて、充電装置２３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２５から送信する機能（詳細は後述する）を有している。
【００３５】
上記給電ステーションＢの給電コントローラ１３は、給電側光送受信器１４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１２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１２へ給電停止を指令し、履歴を記憶する。
【００３６】
充電装置２３は、図２に示すように、
第１コイル３２に並列に接続され、この第１コイル３２と、給電コイル１７に供給される高周波電流の周波数に共振する共振回路３７を形成する共振コンデンサ３８と、
共振コンデンサ３８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）３９と、
共振回路３７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４０と、
第２コイル３３に接続され、第２コイル３３から出力される電流を整流して電池２２へ出力する整流回路４１と、
電池２２へ供給される電流を検出する電流検出回路４３および電池２２の電圧を検出する電圧検出回路４４を内蔵し、前記給電コイル１７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４０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３９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３９を接続状態とし、オフのときにスイッチング素子３９を開放状態とするパルス発生回路４５
を備えている。
パルス発生回路４５は、電流検出回路４３により検出された電流と電池２２が要求する基準電流とを比較し、または電圧検出回路４４により検出された電圧と電池２２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２２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４５は、電池２２から制御電源を得ている。
【００３７】
また前記スイッチング素子３９は、第１トランジスタ（またはＭＯＳ−ＦＥＴ）３９ａとこの第１トランジスタ３９ａ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３９ｂ、および第２トランジスタ（またはＭＯＳ−ＦＥＴ）３９ｃとこの第２トランジスタ３９ｃ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３９ｄとを、トランジスタ３９ａ，３９ｃに流れる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３９の構成により、パルス発生回路４５から駆動パルスが、第１トランジスタ３９ａまたは第２トランジスタ３９ｃに入力されると、スイッチング素子３９が接続状態となり、共振コンデンサ３８（共振回路３７）の両端が接続状態（短絡状態）とされる。
【００３８】
また前記整流回路４１は、第２コイル３３の一端にアノードが接続され、カソードが電池２２のプラス電極に接続された第１ダイオード４１ａと、第２コイル３３の他端にアノードが接続され、カソードが電池２２のプラス電極に接続された第２ダイオード４１ｂから構成され、電池２２のマイナス電極に第２コイル３３の中間タップが接続されている。
【００３９】
また図３に示すように、パルス発生回路４５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４０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(または駆動しない)のとき、共振回路３７の両端電圧は最大となり、逆にパルス幅が長くなるほど電圧は低くなる。また第２コイル３３は第１コイル３２と同一コア上に巻かれており、トランスとして動作するため、共振回路３７に発生する電圧の大小を制御することにより、電池２２の前段にある整流回路４１出力の大小が変化する。
このように、共振回路３７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２２の前段にある整流回路４１の出力をリニアに可変すること、および電流検出回路４３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２２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４４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２２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４５の駆動パルス出力タイミングは共振コンデンサ３８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４０で同期を行なっている。この同期を行なわない場合、出力タイミングがゼロボルトから遠ざかるにつれてスイッチング素子３９が開放状態（ＯＦＦ）から接続状態（ＯＮ）へと制御される時、共振コンデンサ３８からスイッチング素子３９に流れる突入電流が急激に大きくなり、スイッチング素子３９および共振コンデンサ３８が損傷される恐れがある。
また第１コイル３２の巻数Ｎ１と第２コイル３３の巻数Ｎ２の巻線比は、上記共振回路３７に発生する最大電圧と電池２２の定格電圧に基づいて設定されており、第２コイル３３に誘起される電圧は、電池２２の定格電圧以下に抑えられている。
【００４０】
次に、受電コントローラ２４による電池２２の充電の流れを、上記充電装置２３の回路構成による作用とともに、図４に基づいて説明する。なお、電池２２は、電池２２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。
【００４１】
ステップ−１．「充電要求」
電池監視装置２６は電池２２の電圧を監視しており、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の給電カプラ１１に対して受電カプラ２１が対向するように移動する。すると、給電側光送受信器１４から発信される光信号は受電側光送受信器２５に受信され、上述したように、給電コントローラ１３により認証されるとインバータ１２により高周波電流が給電カプラ１１に供給される。またパルス発生回路４５は電池２２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３９への出力する駆動パルスのパルス幅を最大としている。これにより受電カプラ２１が対向したとき、電池２２の前段にある整流回路４１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３９が開放状態（ＯＦＦ）のまま受電カプラ２１が対向すると、共振コンデンサ３８は空の状態なため、ダッシュ電流が流れて、共振回路３７の両端電圧は図３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２２に印加される電圧が過電圧となり、電池２２や共振コンデンサ３８やスイッチング素子３９が損傷する恐れがある。
【００４２】
受電コントローラ２４は、給電側光送受信器１４から発信される光信号を受電側光送受信器２５が受信したことにより、給電カプラ１１に対して受電カプラ２１が対向したことを検出し、電池監視装置２６より充電要求信号を入力すると、充電装置２３のパルス発生回路４５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２４は、給電カプラ１１に対して受電カプラ２１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。
【００４３】
ステップ−２．「受電確認」
受電カプラ２１が給電カプラ１１に対向し、給電コイル１７へインバータ１２より高周波電流が供給されると、給電コイル１７に発生する磁束により、第１コイル３２に誘導起電圧が誘起される。つまり給電コイル１７から第１コイル３２へは非接触で電力が伝送される。さらに第１コイル３２と同一コア３１上に強結合で巻き線された第２コイル３３にも、給電コイル１７に発生する磁束により誘導起電圧が誘起されて電力が伝送される。この際、共振回路３７に流れる電流は共振回路３７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コイル３３側の回路に供給される。第２コイル３３から出力された交流電流は整流回路４１によって直流化され電池２２に供給される。このように、１次側の給電コイル１７から非接触で給電され、電池２２に給電される。
なお、受電カプラ２１が給電カプラ１１に対向しても、始動時は、スイッチング素子３９への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、整流回路４１へ出力される電圧は小さく、よって、電池２２に印加される電圧が過電圧となり、電池２２や共振コンデンサ３８やスイッチング素子３９が損傷する恐れが回避されている。パルス発生回路４５は、電流検出回路４３により整流回路４１から電池２２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。
【００４４】
ステップ−３．「定電流充電」
パルス発生回路４５は、受電を確認し、受電コントローラ２４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４５は、電流検出回路４３により電池２２に流れる電流を検出し、電圧検出回路４４により電池２２の電圧を検出しており、電池２２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４５は、電流検出回路４３により検出される電池２２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４３の出力とパルス発生回路４５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、基準電圧または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３８両端の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４０の出力タイミングと同期して、スイッチング素子３９へ駆動パルスを出力する。
【００４５】
上述したように、パルス幅が最短(または駆動しない)のとき、共振回路３７の両端電圧は最大となり、逆にパルス幅が長くなるほど電圧は低くなり、また第２コイル３３は第１コイル３２と同一コア上に巻かれており、トランスとして動作するため、共振回路３７に発生する電圧の大小を制御することにより、電池２２の前段にある整流回路４１出力の大小が変化する。よって、パルス発生回路４５において電流検出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４５は定電流制御機能を有している。）
【００４６】
ステップ−４．「定電圧充電」
パルス発生回路４５は、定電流制御中、電圧検出回路４４により電池２２の電圧を監視しており、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４５は、電圧検出回路４４により検出される電池２２の電圧をフィードバックしながら、この電圧検出回路４４の出力とパルス発生回路４５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３８両端の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４０の出力タイミングと同期して、スイッチング素子３９へ駆動パルスを出力する。
【００４７】
上述したように、駆動パルスのパルス幅により、電池２２の前段にある整流回路４１出力の大小が変化し、パルス発生回路４５において電圧検出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４５は定電圧制御機能を有している。）
【００４８】
ステップ−５．「充電完了」
パルス発生回路４５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２２の前段にある整流回路４１出力を最小に変化させて、電池２２への充電を停止する。（電池２２の電圧が高くなるために、充電されることは無い。）
続いて充電完了信号を受電コントローラ２４へ出力し、受電コントローラ２４は、光送受信器２５，１４を介して給電コントローラ１３へ受電終了信号を送信する。給電側の給電コントローラ１３は、この受電終了信号を入力すると、インバータ１２へ給電停止を指令し、インバータ１２は、給電カプラ１１への給電を停止する。
【００４９】
なお、受電コントローラ２４は、電池監視装置２６より充電停止信号を入力すると、充電装置２３のパルス発生回路４５へ充電停止指令を出力し、また光送受信器２５，１４を介して給電コントローラ１３へ受電終了信号を送信する。パルス発生回路４５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２２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１３は、インバータ１２へ給電停止を指令し、インバータ１２は、給電カプラ１１への給電を停止する。
このように、電池２２に対して、はじめは、定電流制御により充電され、定格電圧に達すると定電圧制御が実行され、電池２２は正常に充電される。
【００５０】
以上のように実施の形態によれば、共振回路３７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２２の前段にある整流回路４１の出力をリニアに可変でき、よって電池２２へ流れる電流を定電流制御することができ、また電池２２の電圧を定電圧制御することができ、電池２２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３９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３９および共振コンデンサ３８の損傷の恐れを回避できる。
【００５１】
また実施の形態によれば、整流回路４１の前段に、また別の回路で、スイッチング素子３９を設けたことにより、スイッチング素子３９がオン（接続状態）のとき、スイッチング素子３９に流れる電流が整流回路４１を流れないため、整流回路４１を構成するダイオード４１ａ，４１ｂ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ダイオード４１ａ，４１ｂ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。
【００５２】
また実施の形態によれば、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。このとき、充電方式に応じてパルス発生回路４５による充電方法を書き換える必要がある。
【００５３】
また実施の形態によれば、整流回路４１の前段において、第１コイル３２と第２コイル３３がトランスとして動作することにより、整流回路４１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２２の充電に対応しやすい電圧を得ることができる。また整流回路４１の後段（直流）で低電圧化を図る回路構成と比較して、前記トランスの作用により第２コイル３３に誘起される電圧が低電圧または高電圧であっても、効率を向上することができる。また第１コイル３２の巻数Ｎ１と第２コイル３３の巻数Ｎ２の巻線比を、第１コイル３２に誘起される最大電圧と電池２２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２２（あるいは負荷）に対応することができる。
【００５４】
また実施の形態によれば、第１コイル３２側でスイッチング素子３９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３７の大きな電圧で、整流回路４１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。
【００５５】
［他の形態における充電装置の回路構成］
図５に、他の実施の形態における充電装置２３の回路図を示す。なお、図２に示した回路構成と同一の構成には、同一の符号を付して説明を省略する。
電池２２に代えて、消費電力が変動するモータ等の負荷５１へ給電する回路としており、さらに整流回路４１から出力された直流電流を平滑する平滑回路５２を設けている。この平滑回路５２は、整流回路４１のプラス出力端子に一端が接続された平滑コイル５２ａと、一端が平滑コイル５２ａの他端に接続され、他端が第２コイル３３の中間タップ（整流回路４１のマイナス出力端子）に接続された平滑コンデンサ５２ｂから形成され、負荷５１は、平滑コンデンサ５２ｂの両端に接続される。第２コイル３３から出力された交流電流は整流回路４１と平滑回路５２によって直流化され平滑され負荷５１に供給される。なお、電池２２の場合は、平滑回路５２は不要である。
【００５６】
またパルス発生回路４５は、整流回路４１から負荷５１への給電ラインから制御電源を得ている。したがって、パルス発生回路４５は、給電カプラ１１に受電カプラ２１が対向するまで、制御電源を得ることができず、よって何らスイッチング素子３９が制御されることなく、開放状態となっている。それにより、上述したように、給電カプラ１１に受電カプラ２１が対向すると、共振コンデンサ３８は空の状態なため、ダッシュ電流が流れて、共振回路３７の両端電圧は図３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、また負荷５１に印加される電圧が過電圧となり、負荷５１や共振コンデンサ３８やスイッチング素子３９が損傷する恐れがある。
【００５７】
そこで、共振コンデンサ３８を、並列に接続される２つのコンデンサ３８ａ，３８ｂから形成し、一方のコンデンサ３８ｂに、常時は開放状態（ノーマルオープン）のスイッチ５３を直列に接続している。このスイッチ５３は、パルス発生回路４５により、上記「定電流充電」のステップで接続状態とされ、「充電完了」のステップで開放状態とされる。
この２つのコンデンサ３８ａ，３８ｂとスイッチ５３の構成により、最初に制御電源を得ることができず、よって何らスイッチング素子３９およびスイッチ５３が制御されることなく、開放状態であっても、起動時は共振コンデンサ３８の容量値が意図的に最大電力点からずらされているために、共振回路３７の両端電圧、すなわち整流回路４１へ出力される電圧は抑えられ、負荷５１に過電圧が印加されることを回避でき、負荷５１や共振コンデンサ３８やスイッチング素子３９が損傷することを回避できる。
このように、共振コンデンサ３８を並列に接続される２つのコンデンサ３８ａ，３８ｂから形成し、一方のコンデンサ３８ｂにスイッチ５３を直列に接続することにより、電池２２への給電開始時に共振回路３７を非共振状態とする給電開始回路を構成している。
またスイッチ５３は、上記「定電流充電」のステップで接続状態とされるため、制御開始後は、整流回路４１へ出力される電圧として規定の最大電圧を得ることができる。
【００５８】
なお、図５では、共振コンデンサ３８を、並列に接続される２つのコンデンサ３８ａ，３８ｂから形成し、一方のコンデンサ３８ｂに、常時は開放状態のスイッチ５３を直列に接続して、起動時に、パルス発生回路４５に制御電源が供給されてパルス発生回路４５が動作開始するまで整流回路４１へ出力される電圧の上昇を抑えて、負荷５１に印加される電圧を抑えているが、次のように回路を変更することにより、同様に負荷５１に印加される電圧を抑えることができる。
・共振コンデンサ３８はそのままで、スイッチング素子３９を常時接続状態（ノーマルクローズ）のトランジスタに変更する。
・共振コンデンサ３８はそのままで、スイッチング素子３９とは別に、共振コンデンサ３８の両端に、常時接続状態（ノーマルクローズ）のスイッチを接続する。
・共振コンデンサ３８はそのままで、スイッチング素子３９とは別に、共振コンデンサ３８の両端に、抵抗と常時接続状態（ノーマルクローズ）のスイッチからなる直列回路を接続する。
【００５９】
上記スイッチング素子３９を常時接続状態（ノーマルクローズ）のトランジスタに変更、または共振コンデンサ３８の両端に、常時接続状態（ノーマルクローズ）のスイッチを接続すると、始動時には、共振コンデンサ３８の両端は接続状態（短絡状態）となり、共振回路３７に発生する電圧はゼロに近づくが、共振が無くても第１コイル３２と第２コイル３３は疎結合のトランスとして若干の電力が取れるため、負荷５１への電力供給を抑えつつパルス発生回路４５に電力を供給することができる。
【００６０】
しかし、この方法ではパルス発生回路４５に必用な電力が取れない場合や信頼性に問題がある場合には、上記図５のように、共振コンデンサ３８を、並列に接続される２つのコンデンサ３８ａ，３８ｂから形成し、一方のコンデンサ３８ｂに、常時は開状態のスイッチ５３を直列に接続する方式、あるいは共振コンデンサ３８の両端に別途、抵抗と常時接続状態（ノーマルクローズ）のスイッチとからなる直列回路を接続する方式を採用する。
【００６１】
［変形例］
図２に示す充電装置２３の回路を変形した回路図を、図６〜図９に示す。
【００６２】
図６では、中間タップ付き第２コイル３３に代えて、中間タップ無しの第２コイル３３Ａを備え、整流回路４１を４つのダイオードからなる公知の全波整流回路４１Ａに変更している。これによれば、受電カプラ２１から第２コイル３３の中間タップからの配線の引き出しが不要となり、受電カプラ２１の製作を容易にすることができる。
【００６３】
また図７では、共振回路３７のスイッチング回路（スイッチング素子３９とゼロクロス検出回路４０）を、第２コイル３３と整流回路４１との間に移動させている。この回路では、共振回路３７（第１コイル３２）には、常に、最大電圧の交流電圧（第１コイル３２と共振コンデンサ３８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コイル３３には、第１コイル３２の巻数Ｎ１と第２コイル３３の巻数Ｎ２の巻線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３９の制御により変化され（制御され）、すなわち整流回路４１の前段で、整流回路４１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７に示す回路では、図２に示す回路と同様に、整流回路４１の前段にスイッチング素子３９を設けて整流回路４１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、また第１コイル３２と第２コイル３３をトランスとして動作させて低電圧化を図っている。
【００６４】
また図８では、図６と同様に中間タップ付き第２コイル３３に代えて、中間タップ無しの第２コイル３３Ａを備え、整流回路４１を４つのダイオードからなる公知の全波整流回路４１Ａに変更し、さらに図７と同様に共振回路３７のスイッチング回路を、第２コイル３３と整流回路４１との間に移動させている。
【００６５】
また図９では、図５と同様に、電池２２に代えて負荷５１へ給電する回路としており、平滑回路５２を設けている。また図７および図８に示す、共振回路３７を構成する第１コイル３２と共振コンデンサ３８を無くし、さらに図８と同様に中間タップ付き第２コイル３３に代えて、中間タップ無しの第２コイル（受電コイル）３３Ａを備えている。そして、第２コイル（受電コイル）３３Ａに並列に、この第２コイル（受電コイル）３３Ａと、給電コイル１７に供給される高周波電流の周波数に共振する共振回路３７Ａを形成する共振コンデンサ３８Ａを接続している。また整流回路４１を４つのダイオードからなる公知の全波整流回路４１Ａに変更し、さらに図７および図８と同様に共振回路３７Ａのスイッチング回路を、第２コイル３３Ａと整流回路４１Ａとの間に移動させている。
この回路構成によると、給電コイル１７に発生する磁束により、第２コイル（受電コイル）３３に誘導起電圧が誘起され、非接触で電力が伝送される。誘起された電圧が、交流の状態で、スイッチング素子３９の制御により変化され（制御され）、すなわち整流回路４１Ａの前段で、整流回路４１Ａ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９に示す回路では、図２に示す回路と同様に、整流回路４１Ａの前段にスイッチング素子３９を設けて整流回路４１Ａへ出力される電圧をリニアに可変し、定電流制御と定電圧制御を実現している。
【００６６】
なお、上記実施の形態では、パルス発生回路４５に、電流検出回路４３と電圧検出回路４４を内蔵させているが、別途設けるようにしてもよい。
また本実施の形態では、パルス発生回路４５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。
また本実施の形態では、パルス発生回路４５は、図３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の出力するようにすることもできる。
【００６７】
また本実施の形態では、車両Ａの受電カプラ２１は、給電カプラ１１より非接触で給電されるように構成されているが、給電カプラ１１に代えて、高周波電流が供給されている誘導線路を設け、この誘導線路に受電カプラ２１を対向することで、非接触で給電される構成としてもよい。
また本実施の形態では、受電カプラ２１と充電装置２３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に搭載されているが、必ずしも移動体に搭載されることはなく、給電カプラ１１または誘導線路に、受電カプラ２１が対向するように移動できればよい。
また本実施の形態では、蓄電手段して電池２２へ充電しているが、電池２２に限ることはなく、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良い。
【符号の説明】
【００６８】
Ａ 車両
Ｂ 給電ステーション
１１ 給電カプラ
１２ インバータ
１３ 給電コントローラ
１４ 給電側光送受信器
１６ Ｅ字形コア
１７ 給電コイル
２１ 受電カプラ
２２ 電池
２３ 充電装置
２４ 受電コントローラ
２５ 受電側光送受信器
２６ 電池監視装置
３１ Ｅ字形コア
３２ 第１コイル
３３，３３Ａ 第２コイル
３７，３７Ａ 共振回路
３８，３８ａ，３８ｂ，３８Ａ 共振コンデンサ
３９ スイッチング素子
４０ ゼロクロス検出回路
４１，４１Ａ 整流回路
４３ 電流検出回路
４４ 電圧検出回路
４５ パルス発生回路
５１ 負荷
５２ 平滑回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波電流が供給される１次側の誘導線路または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、
同一の磁性体に巻かれ、前記１次側の誘導線路または１次側の給電コイルより起電力が誘起される第１コイルおよび第２コイルと、
前記第１コイルに並列に接続され、この第１コイルと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
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。
【請求項２】
高周波電流が供給される１次側の誘導線路、または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、
同一の磁性体に巻かれ、前記１次側の誘導線路または１次側の給電コイルより起電力が誘起される第１コイルおよび第２コイルと、
前記第１コイルに並列に接続され、この第１コイルと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
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。
【請求項３】
前記第１コイルと前記第２コイルの巻数比を、前記第１コイルに誘起される最大電圧と前記負荷の定格電圧に基づいて設定したこと
を特徴とする請求項１または請求項２に記載の非接触給電設備の２次側受電回路。
【請求項４】
高周波電流が供給される１次側の誘導線路、または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、
同一の磁性体に巻かれ、前記１次側の誘導線路または１次側の給電コイルより起電力が誘起される受電コイルと、
前記受電コイルに並列に接続され、この受電コイルと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
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。
【請求項５】
前記パルス発生回路は、前記定電流制御機能と前記定電圧制御機能とを切り換え可能としたこと
を特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の非接触給電設備の２次側受電回路。
【請求項６】
前記負荷は蓄電手段であり、
前記パルス発生回路は、まず、前記定電流制御機能により、前記蓄電手段へ出力する電流を、前記蓄電手段の要求により予め設定された基準電流に制御し、前記電圧検出回路により検出される蓄電手段の電圧が前記蓄電手段の要求により予め設定された定格電圧に達すると、前記定電圧制御機能により、前記蓄電手段の電圧を前記定格電圧に制御すること
を特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の非接触給電設備の２次側受電回路。
【請求項７】
前記負荷への給電開始時に前記共振回路を非共振状態とする給電開始回路を設けたこと
を特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の非接触給電設備の２次側受電回路。
【請求項１】
高周波電流が供給される１次側の誘導線路または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、
同一の磁性体に巻かれ、前記１次側の誘導線路または１次側の給電コイルより起電力が誘起される第１コイルおよび第２コイルと、
前記第１コイルに並列に接続され、この第１コイルと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
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。
【請求項２】
高周波電流が供給される１次側の誘導線路、または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、
同一の磁性体に巻かれ、前記１次側の誘導線路または１次側の給電コイルより起電力が誘起される第１コイルおよび第２コイルと、
前記第１コイルに並列に接続され、この第１コイルと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
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。
【請求項３】
前記第１コイルと前記第２コイルの巻数比を、前記第１コイルに誘起される最大電圧と前記負荷の定格電圧に基づいて設定したこと
を特徴とする請求項１または請求項２に記載の非接触給電設備の２次側受電回路。
【請求項４】
高周波電流が供給される１次側の誘導線路、または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、
同一の磁性体に巻かれ、前記１次側の誘導線路または１次側の給電コイルより起電力が誘起される受電コイルと、
前記受電コイルに並列に接続され、この受電コイルと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
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。
【請求項５】
前記パルス発生回路は、前記定電流制御機能と前記定電圧制御機能とを切り換え可能としたこと
を特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の非接触給電設備の２次側受電回路。
【請求項６】
前記負荷は蓄電手段であり、
前記パルス発生回路は、まず、前記定電流制御機能により、前記蓄電手段へ出力する電流を、前記蓄電手段の要求により予め設定された基準電流に制御し、前記電圧検出回路により検出される蓄電手段の電圧が前記蓄電手段の要求により予め設定された定格電圧に達すると、前記定電圧制御機能により、前記蓄電手段の電圧を前記定格電圧に制御すること
を特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の非接触給電設備の２次側受電回路。
【請求項７】
前記負荷への給電開始時に前記共振回路を非共振状態とする給電開始回路を設けたこと
を特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の非接触給電設備の２次側受電回路。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−１３９０１１（Ｐ２０１２−１３９０１１Ａ）
【公開日】平成２４年７月１９日（２０１２．７．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２８９０５８（Ｐ２０１０−２８９０５８）
【出願日】平成２２年１２月２７日（２０１０．１２．２７）
【出願人】（５９２００７６０１）株式会社コンテック (19)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月１９日（２０１２．７．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月２７日（２０１０．１２．２７）
【出願人】（５９２００７６０１）株式会社コンテック (19)
【Ｆターム（参考）】
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