JP2007252027A - 無接点充電システム - Google Patents

Abstract

【課題】受電器側のノイズを受電器の導電性ケースから無接点送電装置の導電性ケースを通して接地すること。
【解決手段】電池が内蔵された移動可能装置３と、前記移動可能装置３に固定され前記内蔵電池に充電電力を供給する受電器２と、コイルのカップリングで前記受電器２に電力を搬送する無接点送電装置１と、前記移動可能装置３、前記受電器２、前記無接点送電装置１を収納するそれぞれの導電性ケース３４、２２、１３とを備え、前記移動可能装置の導電性ケース３４と前記受電器の導電性ケース２２間は絶縁され、充電時に前記移動可能装置の導電性ケース３４と前記受電器の導電性ケース２２の間の前記電力搬送周波数における静電器結合インピーダンスを前記無接点送電装置の導電性ケース１３と前記受電器の導電性ケース２２の間の静電器結合インピーダンスに対して２倍以上確保する。
【選択図】図１

Description

本発明は、案内を行う移動ロボットのように充電可能な電池（バッテリ）を内蔵し、電池の容量が不足してくると充電するために充電ステーションに移動し、無接点送電器（装置）により電池を充電することができる無接点充電システムに関し、特に、受電コイルのシャーシ（受電器シャーシ）をロボットのシャーシに電気的に接続せず、送電器のシャーシに静電容量で接地することで充電時のＥＭＣノイズの放射を抑制する無接点充電システムに関する。ここでＥＭＣノイズとは、電子機器が雑音を発生して他の機器の妨害を与えたり、逆に他の機器による雑音のために誤動作するノイズのことである。

従来、電子機器の電磁放射を低減することが課題となっている。一方、移動ロボットは内蔵電池（バッテリ）を充電するために充電ステーションに移動する必要がある。充電ステーションでは、安全性やメンテナンス容易性のために無接点送電装置を使うことが多い。

コイル間のカップリングで電力を受け取る無接点送電システムにおいては、電力搬送波が電磁波ノイズとして周囲に漏れやすい。これを防ぐためにはコイルの周囲を、導電性の金属のケースで覆い、そのケースを接地することが通常の手法である。このとき、無接点送電装置の送電器と受電器は、電磁的に結合するだけで電極やシャーシの機械的な接触はない。送電側は施設に据え置くため接地が容易であるが、ロボット側に搭載する受電器側は移動するため、ワイヤ等を用いた接地ができない。このため、受電器は、大地接地ができずにＥＭＣノイズを発生しがちであった。

また、従来、電気自動車等のバッテリを無接点で充電するのに、送電器と受電器のハウジング（シャーシ）を機械的に接触して接地を行い、ノイズを抑制するものがあった（特許文献１、２参照）。
特開平８−６５９２７号公報 特開２００１−１６０５１９号公報

前記従来のものは次のような課題があった。
（１）：電磁的に結合するだけで電極やシャーシの機械的な接触がないものは、ロボット側等に搭載する受電器側は移動するため、ワイヤ等を用いた接地ができない。このため受電器は大地接地ができずにＥＭＣノイズを発生しがちであった。

（２）：送電器と受電器のハウジングを機械的に接触して接地を行いノイズを抑制するものは、機械的な接触なく充電を行うことができないものであった。

本発明は、このような従来の課題を解決し、送電器側と受電器側の機械的な接触がなくても、充電中の受電器側からノイズが発生しないようにすることを目的とする。

図１は本発明の原理説明図である。図１中、１は無接点送電装置、２は受電器、３は移動可能装置（移動ロボット）、４は絶縁層、１１は送電コイル、１３は無接点送電装置の導電性ケース（シャーシ）、２１は受電コイル、２２は受電器の導電性ケース（シャーシ）、３３はバッテリ電源システム、３４は移動可能装置（移動ロボット）の導電性ケース（シャーシ）である。

本発明は、上記従来の課題を解決するため、次のように構成した。
（１）：電池が内蔵された移動可能装置３と、前記移動可能装置３に固定され前記内蔵電池を充電する電力を供給する受電器２と、コイルのカップリングで前記受電器２に電力を搬送する無接点送電装置１と、前記移動可能装置３、前記受電器２、前記無接点送電装置１を収納するそれぞれの導電性ケース３４、２２、１３とを備え、
前記移動可能装置の導電性ケース３４と前記受電器の導電性ケース２２間は絶縁され、充電時に前記移動可能装置の導電性ケース３４と前記受電器の導電性ケース２２の間の前記電力搬送周波数における静電器結合インピーダンスを前記無接点送電装置の導電性ケース１３と前記受電器の導電性ケース２２の間の静電器結合インピーダンスに対して２倍以上確保する。このため、受電器側のノイズは受電器の導電性ケース２２から無接点送電装置の導電性ケース１３を通して接地することができる。

（２）：前記（１）の無接点充電システムにおいて、前記移動可能装置３は、移動ロボットであることを特徴とする。このため、ロボットの導電性ケースに電力搬送ノイズが回りこまないので、ロボットの導電性ケース内の機器とのノイズ干渉を防止することができる。

本発明によれば次のような効果がある。
（１）：移動可能装置の導電性ケースと受電器の導電性ケース間は絶縁され、充電時に前記移動可能装置の導電性ケースと前記受電器の導電性ケースの間の電力搬送周波数における静電器結合インピーダンスを無接点送電装置の導電性ケースと前記受電器の導電性ケースの間の静電器結合インピーダンスに対して２倍以上確保するため、受電器側のノイズは受電器の導電性ケースから無接点送電装置の導電性ケースを通して接地することができる。

（２）：移動可能装置を移動ロボットとするため、ロボットの導電性ケースに電力搬送ノイズが回りこまないので、ロボットの導電性ケース内の機器とのノイズ干渉を防止することができる。

無接点送電装置からコイルのカップリングで電力を受け取る受電器は、受電用コイルとそれを囲む金属ケース（シャーシ）から構成される。さらに、無接点送電装置も送電用コイルとそれを囲む金属ケースから構成され、送電器の金属ケースは接地される。受電器の金属ケース（シャーシ）を延長したカプリング金属板を、受電器が無接点送電装置に近づいたときに受電器の金属ケース（シャーシ）と無接点送電装置の金属ケースが静電結合するように設ける。

この受電器を搭載した移動可能装置（ロボット）において、移動可能装置のシャーシと受電器の金属ケースの間の静電結合を、概（充電するため前記受電器が無接点送電装置に近づいたとき）受電器の金属ケースと無接点送電装置の金属ケース間の静電結合に対し、電力搬送ノイズ周波数においてインピーダンスを２倍以上確保して絶縁した構成を有するものである。

（１）：無接点充電器の説明
図２は本発明の無接点充電システムの説明図である。図２において、無接点充電システム（無接点充電器）には、電力の送電側である無接点送電器１、電力の受電側である受電器２、移動することが可能な電子機器であるロボット３、ロボット３と受電器２の金属ケース間を絶縁する絶縁層４が設けてある。

無接点送電器１には、送電コイル１１、送電回路１２、金属ケース（シャーシ）１３、外部電源１４が設けてある。受電器２には、受電コイル２１、金属ケース（シャーシ）２２が設けてある。ロボット３には、周辺デバイス３１、制御回路３２、バッテリ電源システム３３、ロボットシャーシ（金属ケース）３４が設けてある。

受電器２の送電コイル１１は、送電用の電磁波（電力搬送波）を出力するものである。送電回路１２は、外部電源１４からの交流（例えば、ＡＣ１００Ｖ）を直流（ＤＣ）に変換し、該変換した直流（ＤＣ）を無接点電力搬送用（通常外部電源１４の周波数より高い）の交流（ＡＣ）に変換して送電コイル１１に供給する電力変換器（ＡＣ−ＤＣ−ＡＣ変換器）である。金属ケース（シャーシ）１３は、送電用コイル１１及び送電回路１２等を収納する導電性のケースであり、接地（アース）され外部に電磁波ノイズが出ないようにしたものである。外部電源１４は、送電回路１２とケーブルで接続されるＡＣコンセントである。

受電器２の受電コイル２１は、送電用コイル１１からの電力搬送波を受け、電磁誘導で交流電力を発生するものである。なお、図示はしていないが受電コイル２１で発生した交流電力は、バッテリ充電電圧である直流電力に変換（整流：ＡＣ−ＤＣ変換）してバッテリ電源システム３３に供給するものである。金属ケース（シャーシ）２２は、受電コイル２１、ＡＣ−ＤＣ変換器等を収納する導電性のケースであり、外部に電磁波ノイズが出ないようにするものである。

ロボット３の周辺デバイス３１は、各種のセンサ、各種のモータ等のロボットの装置である。制御回路３２は、ロボットのセンサやモータ等の制御を行う制御手段である。バッテリ電源システム３３は、バッテリを内蔵し、ロボットの制御回路に電力を供給すると共にバッテリの電力が少なくなると要充電等の出力を行い、無接点充電を行うコントロール回路を有するものである。ロボットシャーシ（金属ケース）３４は、周辺デバイス３１、制御回路３２、バッテリ電源システム３３等を収納する導電性のケースであり、バッテリの一方の端子が接続されバッテリのリターンとなるものである。

なお、無接点送電器１の金属ケース１３、受電器２の金属ケース２２、ロボット３の金属ケース３４は、安全のため表面を絶縁膜で被覆することもできる。

（２）：無接点充電器の動作説明
無接点送電装置の送電コイル１１に電力搬送電流が例えばＡＣ駆動で流れ、これに受電器のコイル２１を対面させることで受電器のコイル２１に電流が誘起され、無接点で電力を搬送することができる。送電側の金属シャーシ１３は，ケーブルで接地（アース）され搬送波が周囲に漏れぬように電磁シールドされる。

受電器側も金属シャーシ２２を有する。受電器２と送電器１の間は電力搬送波の周波数で静電カップリングするように互いのシャーシ（１３、２２）間を対面させるようにせしめる（機械的に接触する必要はない）。一方、受電器２側のシャーシ２２とロボット３のシャーシ３４間は、所定の厚さと距離を設け、受電器２２と送電器１のカップリング（シャーシ１３、２２間）に対し２倍以上のインピーダンスを有する電気的な絶縁層４を設ける。これにより、電力供給時に、送受電コイル１１、２１からの電磁波ノイズを他の制御機器等とは分離することができ、送受電コイル１１、２１の周囲の金属ケース１３、２２でシールドすることができる。

このような送電コイルと受電コイルを電磁結合することは従来もあり、送電器の金属ケースと受電器の金属ケースをコネクタあるいはフィンガーにより導通を取る考えはあったが、受電コイルケースは従来ロボットシャーシに設置（接続固定）するものであった。これに対し、本発明は、ロボットシャーシと受電コイルケースは、絶縁して配置し、受電コイルケースに発生する電磁波ノイズは、外部の送電器のシャーシに対向する対向板を受電器シャーシに設け、対向板を経由で静電結合（高周波接地）することができる。すなわち、受電器シャーシに発生する電力搬送波の電磁波ノイズは、接地されている送電器のシャーシにＡＣカップリングすることでシールドすることができる。

これにより、装置本体（ロボット）のシャーシに電力搬送ノイズが回りこまないため、シールド効果が大きい。さらには装置本体内部の機器（図２ではロボットシャーシ内に搭載した機器）のノイズ対策との干渉がない。

なお、受電器シャーシの対向板は、送電器のシャーシとの静電結合が十分でない場合は受電器シャーシの一部を送電器のシャーシ方向に延長（又は送電器のシャーシの一部を延長）して対向面積を拡大することができる。

本発明の原理説明図である。 本発明の無接点充電システムの説明図である。

符号の説明

１ 無接点送電装置
２ 受電器
３ 移動可能装置（移動ロボット）
４ 絶縁層
１１ 送電コイル
１３ 無接点送電装置の導電性ケース（シャーシ）
２１ 受電コイル
２２ 受電器の導電性ケース（シャーシ）
３３ バッテリ電源システム
３４ 移動可能装置（移動ロボット）の導電性ケース（シャーシ）

Claims (2)

1. 電池が内蔵された移動可能装置と、
   前記移動可能装置に固定され前記内蔵電池を充電する電力を供給する受電器と、
   コイルのカップリングで前記受電器に電力を搬送する無接点送電装置と、
   前記移動可能装置、前記受電器、前記無接点送電装置を収納するそれぞれの導電性ケースとを備え、
   前記移動可能装置の導電性ケースと前記受電器の導電性ケース間は絶縁され、充電時に前記移動可能装置の導電性ケースと前記受電器の導電性ケースの間の前記電力搬送周波数における静電器結合インピーダンスを前記無接点送電装置の導電性ケースと前記受電器の導電性ケースの間の静電器結合インピーダンスに対して２倍以上確保することを特徴とした無接点充電システム。
2. 前記移動可能装置は、移動ロボットであることを特徴とした請求項１記載の無接点充電システム。

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