CN100346556C - 无接触供电设备 - Google Patents

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CN100346556C CNB2004100967410A CN200410096741A CN100346556C CN 100346556 C CN100346556 C CN 100346556C CN B2004100967410 A CNB2004100967410 A CN B2004100967410A CN 200410096741 A CN200410096741 A CN 200410096741A CN 100346556 C CN100346556 C CN 100346556C
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Abstract

本发明涉及一种无接触供电设备，即使负荷变动，也可经常对流向感应线路的电流加以控制。感应线路(19)串联联结有电容器(23)与可变感应器(22)，且串联联结的感应线路(19)、电容器(23)以及可变感应器(22)的既定频率的阻抗是设于一容量性电抗。如此的结构，由既定频率f的电流供给的感应线路全体的阻抗不会变为零的设定，可抑制搬送台车(3)的行走的负荷变动与流向感应线路(19)的电流变动，且可控制经常流向感应线路(19)的电流而可实现无接触供电设备。

Description

无接触供电设备
技术领域
本发明是有关于一种无接触供电设备，沿着移动体的移动路径配置有既定频率的交流电流供给的感应线路，该移动体设有对向于该感应线路的受电线圈，在该移动体由该受电线圈感应的电动势而对消耗功率变动的负荷供电。
背景技术
现有的无接触供电设备，包括将流入感应线路的电流值控制在既定电流值的电源装置，包括此一电源装置的无接触供电设备是如特许文献一(日本特开平10-174206号公报)中所揭示。
亦即，电源装置中，设置有将直流转换为既定频率的高频电流的感应线路(供电线)供给的换流器、控制流向感应线路的电流(线电流)的控制放大器、对应于该控制放大器的输出而控制线电流的调节以及频率调整等换流器的开关元件的动作的脉宽调制(PWM)电路以及栅极驱动电路，如此结构的电源装置以线电流值做为指令的线电流指令值而控制。又，设有并联于供电线的电容器，形成并联共振电路。
然而，如此的现有无接触供电设备中，为使设有并联共振电路的感应线路的阻抗最小，感应线路的负荷变动，此一变动大幅反映于线电流，特别是负荷减少与电流大幅变动，由电源装置变动的线电流由线电流指令值控制而仍会发散，而有无法控制之虞。
发明内容
因此，本发明的一目的在于提供一种无接触供电设备，即使负荷变动，也可经常对流向感应线路的电流加以控制。
为达到上述目的，本发明提供一种无接触供电设备，包括：电源装置，包括：沿着移动体的移动路径、配置既定频率的交流电流供给的感应线路，由方波信号分别驱动的多个开关元件，将直流电流转换为该既定频率的交流电流而供给至该感应线路，其中该移动体设有对向于该感应线路的受电线圈，在该移动体中由该受电线圈所感应的电动势，对消耗功率变动的负荷进行供电；其中，在该感应线路串联联结有电容器，且该感应线路是在未满既定长度时串联联结于可变感应器；该串联联结的感应线路、该电容器以及该可变感应器的该既定频率的阻抗是设定于一容性电抗。
根据上述结构，串联联结的感应线路、电容器以及可变感应器的既定频率的阻抗是设定于一容性电抗，亦即既定频率的电容器的阻抗是设定为较感应线路以及可变感应器的阻抗大，由既定频率的交流电流供给感应电路全体的阻抗设定成不会变为零。因此，即使负荷变动，也可抑制流向感应线路的电流的变动。又，串联电容器的阻抗是与电容器的容量C成反比，由于增加串联电容器的阻抗，电容器的容量C减少，调整容易，又，感应器的电感大，但比较便宜。如此，串联电容器的阻抗设定成较感应器以及感应线路的阻抗大，亦即由设定容性电抗，可得到有利的效果。
本发明所述无接触供电设备，更包括：电流测定电路，测定供给至该感应线路的输出电流；功率测定电路，测定供给至该感应线路的输出功率；以及控制电路，由该电流测定电路测定的输出电流做为基准电流，控制驱动该电源装置的开关元件的方波信号的占空比；其中根据由该功率测定电路测定的该输出功率，调整该控制电路的控制常数。
根据上述结构，输出功率设定为既定阈值，由该阈值切换控制电路的控制常数，例如输出功率较阈值低时，将输出增益降低切换(进行设定)，抑制方波信号的占空比的变动，避免对负荷的变动而使输出电流大幅变动。
本发明所述无接触供电设备，更包括：电流测定电路，测定供给至该感应线路的输出电流；功率测定电路，测定供给至该感应线路的输出功率；以及控制电路，由该电流测定电路测定的输出电流做为基准电流，控制驱动该电源装置的开关元件的方波信号的占空比；其中由该功率测定电路测定的该输出功率切换求得该控制电路的该占空比。
根据上述结构，输出功率设定为既定阈值，由该阈值切换求得控制电路的占空比，例如输出功率较阈值低时，将求得占空比加长(进行设定)，抑制方波信号的占空比的变动，避免对负荷的变动而使输出电流大幅变动。
本发明所述无接触供电设备，更包括：电流测定电路，测定供给至该感应线路的输出电流；功率测定电路，测定供给至该感应线路的输出功率；以及控制电路，由该电流测定电路测定的输出电流做为基准电流，控制驱动该电源装置的开关元件的方波信号的占空比；其中由该功率测定电路测定的该输出功率对该控制电路的该占空比的可变范围加以限制。
根据上述结构，输出功率设定为既定阈值，由该阈值对控制电路的占空比的可变范围加以限制，例如输出功率较阈值低时，将占空比的可变范围加以限制变窄(进行设定)，抑制方波信号的占空比的变动，避免对负荷的变动而使输出电流大幅变动。
本发明的效果：
本发明的无接触供电设备，是将既定频率的串联电容器的阻抗设定成较感应器以及感应线路的阻抗大，由设定感应电路全体的阻抗不会变为零，具有即使负荷变动，也可抑制流向感应线路的电流的变动的效果。
附图说明
图1是包括本发明一实施例的无接触供电设备的物品搬送设备的行走路径图；
图2是上述物品搬送设备的主要元件结构图；
图3是上述物品搬送设备的无接触供电设备的电路结构图；
图4(a)至图4(b)是上述物品搬送设备的无接触供电设备的感应线路的等价电路图以及感应线路的特性的示意图；
图5是上述物品搬送设备的无接触供电设备中控制器的占空比演算电路的方块图；
图6(a)至图6(b)是本发明另一实施例的无接触供电设备中控制器的占空比演算电路的方块图。
具体实施方式
为使本发明的上述及其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举具体的较佳实施例，并配合所附图式做详细说明。
图1是包括本发明一实施例的无接触供电设备的物品搬送设备的行走路径图。图2是物品搬送设备的主要元件结构图。
图1与图2中，1为设置于地板2的一对行走轨道，3为该行走轨道1导引而自走，搬送物品R的四轮搬送台车(移动体的一例)。又，搬送台车3的总台数为五台。
由上述行走轨道1，循环状(环状)地形成搬送路径(移动路径的一例)4结构，沿该搬送路径4配置有多个(图中为九个)站台(物品接受装置)5，搬送台车3是为沿搬送路径4行走，搬送在沿搬送路径配置的物品接受装置间传送的物品的搬送车结构。
又，各站台5是分别设有与各搬送台车3之间进行物品R的移载，亦即搬入搬出的移载用传送装置(例如滚动传送装置或链条式传送装置)6。
上述搬送台车3是如图2所示，包括车体11、设置于该车体上，移载物品R而载置的移载、载置用传送装置(例如滚动传送装置或链条式传送装置)12、安装于车体11的下部，支持车体11对应于一方的行走轨道1的两个旋转式从动车轮装置13、以及安装于车体11的下部，支持车体11对应于另一方的行走轨道1，可追从于行走轨道1的弯曲形状且可对旋转式从动车轮装置13自由远近移动(自由滑动)的两个旋转、滑动式驱动车轮装置14。又，该等旋转、滑动式驱动车轮装置14其中之一是连结于行走用马达(消耗功率变动的负荷的一例)15，由行走用马达15的驱动使搬送台车行走。
又，在一方的行走轨道1的外侧面沿行走方向的全长，布设(配置)有上下一对的感应线路19，在一方的旋转式从动车轮装置13的外方，设置有由该感应线路19感应而得的电动势，对行走马达15供电的信号探测(pickup)单元20。该信号探测单元20是由断面为E字形的亚铁盐的中央凸部卷绕绞合线的信号探测线圈(感应线圈19对向的受电线圈)20A(图3)形成，对位于两凹部的中心的感应线路19调整并固定之。由该信号探测线圈(受电线圈)20A感应的电动势对行走用马达15供电。又，该感应线路19是联结有将直流电流转换为既定频率(例如10KHz)的高频电流(交流电流)并供给的电源装置21，如图3所示，感应线路19是串联联结于电容器23，且更串联联结于调整感应线路全体的电感值的可变感应器22。又，该可变感应器22是在感应线路19的长度(线路长)未满既定长度时，亦即感应线路19的电感值未满既定的电感值时联结。
该可变感应器22的电感L与电容器23的静电容量C，是串联联结的感应线路19、电容器23以及可变感应器22的既定频率f(例如10KHz)的阻抗(感应线路全体的阻抗)，是由一容性电抗进行以下的调整(设定)。
如图4(a)所示，感应线路19的长度固定的感应线路19的电感为Lu，电阻为ru，与五台搬送台车3的负荷相当的一次侧等价电阻(以下称为负荷电阻)为R，感应线路19的既定频率f(例如10KHz)的角频率为ω，电容器23的阻抗较可变感应器22以及感应线路19的阻抗大，亦即容性电抗是调整为：
1/(ωC)＞ω(L+Lu)
但绝对值|1/(jωC)-jω(L+Lu)|＜δ(δ为设定值)。设定值δ，如图4(b)所示，全部的搬送台车3停止的负荷电阻R为没有的无负荷状态时(R＝0)，设定成使得根据感应线路19的电阻ru、与从电容器23的阻抗减去可变感应器22以及感应线路19的阻抗求得的阻抗G而求得的阻抗M成为既定的最小值(例如1Ω)，限定了电容器23的阻抗、与可变感应器22以及感应线路19的阻抗之间的差。如此，感应线路全体的阻抗不会为零，使得负荷电阻R变动与流向感应线路19的电流(输出功率I)的变动被抑制。
又，电容器23的阻抗是与电容器的容量C成反比例，由于增加电容器23的阻抗使得电容器的容量减少，调整容易，又，可变感应器22的电感L大，但比较便宜。如此，电容器23的阻抗设定成较可变感应器22以及感应线路19的阻抗大，亦即将感应线路全体的阻抗以容性电抗设定，可得到有利的效果。
上述电源装置21与搬送台车的电路结构是如图3所示。
搬送台车3中，信号探测单元20的信号探测线圈20A是联结有受电单元31，该受电单元31是借由换流器32联结于行走用马达15。
上述受电单元31，是并联于信号探测线圈20A，该信号探测线圈20A与共振电容器33并联构成与感应线路19的频率共振的共振电路，该共振电路的共振电容器33并联联结于具有中间分接头的可饱和反应器34的输入端，该可饱和反应器34的中间分接头(输出端)联结于整流器35，该整流器35的输出侧并联联结有平滑电容器36，平滑电容器36并联联结于该换流器32。又，该可饱和反应器34的饱和电压是由换流器32以及行走用马达15必要的阶跃电压设定，由该饱和电压与受电单元31的输出阶跃电压(相当于可饱和反应器34的中间分接头(输出端)电压)而设定可饱和反应器34的输入端与输出端的线圈卷线的卷数比。
上述电源装置21是包括AC 200V3相的交流电源41、变流器42、换流器43、过电流保护用的晶体管44以及二极管45。变流器42是由全波整流器46以及构成滤波器的线圈47、电容器48、电阻49、以及使电阻49短路的晶体管50所构成，而换流器43是由电流限制用线圈51与由方波信号分别驱动的晶体管(开关元件的一例)52组成的全桥电路(full-bridge)构成。
又，电源装置21是设有驱动换流器43的晶体管52的控制器61。
控制器61是设有：功率测定电路62，其检出变流器42的输出电压与输出电流，演算由变流器42向换流器43供电的输出功率，亦即测定供电的感应线路19的输出功率(消耗功率)；电流测定电路63，其测定变流器42的输出电流、亦即供电的感应线路19的输出电流；由微电脑构成的占空比演算电路(控制电路的一例)64，输入由功率测定电路62测定的输出功率以及由电流测定电路63测定的输出电流，演算驱动换流器43的晶体管52使得电流测定电路63测定的输出电流成为基准电流的方波信号的占空比(duty)；以及由根据该占空比演算电路64输出的占空比(duty)控制换流器43的晶体管52的动作的脉宽调制(PWM)电路以及栅极驱动电路构成的驱动脉冲产生电路65。
上述占空比演算电路64，如图5所示，是由求得预先设定的基准电流值(目标值)与电流测定电路63输入的输出电流值相减的电流偏差e的减法器71、由减法器求得的电流偏差e乘算输出增益K的乘法器72、由减法器求得的电流偏差e进行积分的积分器73、由减法器求得的电流偏差e进行微分的微分器74、将乘法器72，积分器73与微分器74的输出值相加而做为占空比(duty)输出至驱动脉冲产生电路65的加法器75、以及根据功率测定电路62输入的输出功率值设定乘法器72的输出(比例)增益K(控制常数的一例)的增益设定器76所构成。又，乘法器72，积分器73，微分器74与加法器75形成PID控制部，占空比基本上是由基准电流值可流动于感应线路19的积分器73的输出值决定，主要由乘法器72与微分器74的输出值进行占空比的增减。
上述增益设定器76是在由功率测定电路62输入的输出功率值p在预先设定的既定功率值(阈值)PS以上时输出增益K1，未满既定功率值(阈值)PS时输出较增益K1小的增益K2(＜K1)。
以下说明上述电源装置21、感应线路19与搬送台车3的电路结构。
首先，由交流电源41输出的AC 200V3相的交流电是由变流器42转换成直流电，由换流器43转换为高频，例如10KHz的交流电流，而供给至感应线路19。由上下两条感应线路19产生的磁束，感应线路19的频率共振而在位于行走轨道1上的搬送台车3的信号探测线圈20A产生电动势，由与该信号探测线圈20A共同形成共振电路的共振电容器33对附有中间分接头的可饱和反应器34施加共振电压。可饱和反应器34是抑制共振电压的上升，而借由整流器35对换流器32供给大体一定的直流电压。
又，控制器61中，由功率测定电路62对换流器43消耗的功率，亦即联结的感应线路19的输出功率进行测定，由该测定的感应线路19的输出功率对增益设定器76的占空比演算电路64(乘法器72)的增益K设定，又，由电流测定电路63对变流器42的输出电流，亦即联结的感应线路19的输出电流进行测定，将占空比演算电路64中基准电流值与该测定的输出电流进行比较，其电流偏差e输出至演算占空比(duty)的驱动脉冲产生电路65。驱动脉冲产生电路65中，以该占空比将既定频率f(例如10KHz)的方波信号输出至换流器43的晶体管52。由该晶体管52的驱动产生合于既定频率f(例如10KHz)的占空比的方波的交流电压(输出电压)，合于负荷电阻R的既定频率f(例如10KHz)的高频电流(交流电流)流出至感应线路19。如此，合于负荷电阻R的输出电压增减，且输出电流控制在基准电流。
此一状态中，由于搬送台车3停止，负荷电阻R减少，且输出电流值增加，占空比演算电路64减少占空比，降低输出电压，然而，输出增益K变大，则占空比大幅减少而输出电压下降。于是，输出电流较基准电流少，再增加输出电压，则变为发散。因此，控制器61测定输出功率，若负荷电阻R减少，亦即输出功率p减少至未满既定功率值PS，则将驱动脉冲产生电路65的输出增益K1切换为K2(减少输出增益K)，抑制占空比的变动，且抑制输出电流的变动。
又，搬送台车3开始行走，负荷电阻R增加，亦即输出功率p增加至既定功率值PS以上，则将驱动脉冲产生电路65的输出增益K2切换为K1(增加输出增益K)，使占空比的变动可增大，且输出电流可随着负荷电阻R的变动而追从。
根据以上所述的本实施例，既定频率(共振频率)f的电容器23的阻抗是设定为较可变感应器22以及感应线路19的阻抗相减的阻抗大，亦即感应线路全体的阻抗是设定于容性电抗，由既定频率的电流供给感应电路全体的阻抗设定成不会变为零，因此，即使负荷电阻R变动，也可抑制流向感应线路19的电流的变动，可控制经常流向感应线路19的电流，而可实现无接触供电设备。
又，根据本实施例，输出功率p设定为既定功率值(阈值)PS，由该阈值PS切换占空比演算电路(控制电路)64的控制常数K，亦即输出功率p未满阈值PS低时，将输出增益K降低切换，可抑制方波信号的占空比的变动，可避免对负荷电阻R的变动而使输出电流I大幅变动，且可控制经常流向感应线路19的电流。
又，本实施例中，将做为控制电路的控制常数的乘法器72的输出增益K进行切换，然而，也可以将不只输出增益K而是对应于形成PID控制部的积分器73的积分时间TI与微分器74的微分时间TD对应于输出功率p进行切换。此时，增益设定器76是将由功率测定电路62输入的输出功率值p在预先设定的既定功率值(阈值)PS以上时的积分时间TI1与微分时间TD1输出，未满既定功率值(阈值)PS，则输出较积分时间TI1大的积分时间TI2(＞TI1)，且输出较微分时间TD1小的微分时间TD2(＜TD1)。又，也可以将输出增益K、积分时间TI与微分时间TD的其中任一或其组合对应于输出功率p切换。另外，也可设置多个PID控制部，对应于输出功率p分别设定各控制常数，对应于输出功率p选择这些PID控制部其中之一，求得占空比。
又，本实施例中，输出功率p设定既定功率值(阈值)，由该阈值切换占空比演算电路(控制电路)64的输出增益K，然而，欲取代如此的切换输出增益K，如图6(a)所示，也可由微电脑的占空比演算电路(控制电路)64的占空比演算部(减法器71、乘法器72、积分器73、微分器74与加法器75)的扫描时间，亦即求得占空比进行切换。此时，将增益设定器76’与占空比演算部的扫描时间分别设定(又，增益设定器76’的扫描时间是设定为较占空比演算部的扫描时间短)，增益设定器76’是在输出功率p在既定功率值PS以上时设定扫描时间T1，未满既定功率值(阈值)PS时设定较扫描时间T1长的扫描时间T2(＞T1)。
如此，输出功率p在未满既定功率值PS时，将求得占空比演算部的占空比(扫描时间)加长，可抑制方波信号的占空比的变动，避免对负荷电阻R的变动而使输出电流I大幅变动。
又，本实施例中，输出功率p设定既定功率值(阈值)，由该阈值切换占空比演算电路(控制电路)64的输出增益K，然而，欲取代如此的切换输出增益K，如图6(b)所示，也可在占空比演算电路(控制电路)64，设置限制输出占空比(duty)的限制器77(设置可变范围的限制)，由输出功率切换该限制器77的幅度(上限值)。此时，增益设定器76”是在输出功率p在既定功率值PS以上时设定限制幅度Q1，未满既定功率值(阈值)PS时设定较限制幅度Q1窄的限制幅度Q2(＜Q1)。
如此，输出功率p在未满既定功率值PS时，将占空比的限制幅度变窄，可抑制方波信号的占空比的变动，避免对负荷电阻R的变动而使输出电流I大幅变动。
又，本实施例中，输出功率p是分为两个范围，既定功率值PS则只设定一个，然而，也可以将输出功率p分为多个范围，设定多个的阈值，且设定各范围的每一增益K、积分时间TI、微分时间TD、扫描时间T或是限制幅度Q。
又，本实施例中，既定功率值是为固定，然而，搬送台车3运行排程与台数限制时，也可由运行排程的时间或限制台数而使既定功率值可变。
又，本实施例中，电源装置的开关元件是使用晶体管，然而并不限于晶体管，也可使用晶闸管(thyristor)的半导体元件。
又，本实施例中，移动体是为安置于行走轨道1的搬送台车3，然而并不限于搬送台车3，也可为沿着一定的移动路径移动的物体。
以上所述仅为本发明较佳实施例，然其并非用以限定本发明的范围，任何熟悉本项技术的人员，在不脱离本发明的精神和范围内，可在此基础上做进一步的改进和变化，因此本发明的保护范围当以本申请的权利要求书所界定的范围为准。
附图中符号的简单说明如下：
1～行走轨道                2～地板
3～搬送台车                4～搬送路径
6～移载用传送装置          5～站台
13～旋转式从动车轮装置     11～车体
15～行走用马达             19～感应线路
20～信号探测单元           20A～信号探测线圈
21～电源装置               22～可变感应器
23～电容器                 31～受电单元
32～换流器                 33～共振电容器
34～可饱和反应器           35～整流器
36～平滑电容器             41～交流电源
43～电源装置的换流器       42～变流器
45～二极管                 46～全波整流器
47～线圈                   48～电容器
49～电阻                   50～晶体管
51～电流限制用线圈         52～晶体管
61～控制器                 62～功率测定电路
63～电流测定电路           64～占空比演算电路
65～驱动脉冲产生电路       71～减法器
72～乘法器                 73～积分器
74～微分器                 75～加法器
12～移载、载置用传送装置
44～过电流保护用的晶体管
76、76’、76”～增益设定器
14～旋转、滑动式驱动车轮装置

Claims (4)

1.一种无接触供电设备，包括：
电源装置，包括：
沿着移动体的移动路径、配置既定频率的交流电流供给的感应线路，由方波信号分别驱动的多个开关元件，将直流电流转换为该既定频率的交流电流而供给至该感应线路，其中该移动体设有对应于该感应线路的受电线圈，在该移动体中由该受电线圈所感应的电动势，对消耗功率变动的负荷进行供电；
其特征在于：
在该感应线路串联联结有电容器，且该感应线路是在未满既定长度时串联联结于可变感应器；
该串联联结的感应线路、该电容器以及该可变感应器的该既定频率的阻抗是设定于一容性电抗。
2.根据权利要求1所述的无接触供电设备，其特征在于更包括：
电流测定电路，测定供给至该感应线路的输出电流；
功率测定电路，测定供给至该感应线路的输出功率；以及
控制电路，由该电流测定电路测定的输出电流做为基准电流，控制驱动该电源装置的开关元件的方波信号的占空比；
其中由该功率测定电路测定的该输出功率切换该控制电路的控制常数。
3.根据权利要求1所述的无接触供电设备，其特征在于更包括：
电流测定电路，测定供给至该感应线路的输出电流；
功率测定电路，测定供给至该感应线路的输出功率；以及
控制电路，由该电流测定电路测定的输出电流做为基准电流，控制驱动该电源装置的开关元件的方波信号的占空比；
其中根据由该功率测定电路测定的该输出功率，对求得的该控制电路的该占空比进行调整。
4.根据权利要求1所述的无接触供电设备，其特征在于更包括：
电流测定电路，测定供给至该感应线路的输出电流；
功率测定电路，测定供给至该感应线路的输出功率；以及
控制电路，由该电流测定电路测定的输出电流做为基准电流，控制驱动该电源装置的开关元件的方波信号的占空比；
其中由该功率测定电路测定的该输出功率对该控制电路的该占空比的可变范围加以限制。
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