JP2001197736A - 非接触給電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 二次側回路のスイッチング動作に起因して、
電力の伝送効率が低下することなく、しかも電力線搬送
通信が阻害されることのない非接触給電装置を提供する
こと。 【解決手段】 軌道に沿って走行する車両に対し、この
車両に接触することなく地上側から電力を供給するため
の非接触給電装置において、地上側に設けられた一次側
１００は、軌道に沿って付設された給電線２０に所定周
波数の電力を供給する。一方、車両側に設けられた二次
側２００は、給電線２０と磁気的に結合された巻線３０
を有し、高周波域でスイッチングして前記巻線３０に誘
導された電力から所望の電圧を生成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、軌道に沿って走
行する搬送車に対し、接触することなく電力を供給する
非接触給電装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ファクトリー・オートメーション
化の一環として工場の無人化が推し進められており、構
内での物資の搬送が無人搬送車などの車両により行われ
ている。この車両は、地上側に設置された制御部から発
せられた指令に従って、搬送すべき物資が置かれた場所
まで軌道上を自走して所定の位置に停止し、物資を積載
して目的地まで搬送するようになっている。

【０００３】この車両に給電するための装置として、車
両に接触することなく地上側から給電するいわゆる非接
触給電装置がある。この非接触給電装置は、軌道に付設
された給電線に対し高周波電流を供給する地上側の一次
側回路と、前記給電線と磁気的に結合され、整流器、定
電圧回路等を経て所望の直流電圧に変換する車両側の二
次側回路とを備える。

【０００４】この非接触給電装置の場合、トロリー等の
ように、パンタグラフやブラシで給電線に機械的に接触
して給電するものとは異なり、非接触状態で給電が行わ
れるので、摩耗を生じるブラシ等の保守点検作業が不要
となり、また、何よりも走行中のブラシ等の接触による
塵や埃等の発生がなく、クリーンルームのような清浄雰
囲気中での運用に好都合である。

【０００５】図３に、従来の非接触給電装置の概略構成
を示す。同図において、符号１０は、高周波電源回路で
あり、高周波電流を発生する高周波電源１１と、この高
周波電源１１の出力端子間に接続されたコンデンサ１２
とから構成される。符号２０は、車両の走行路である軌
道（図示なし）に沿って付設された給電線であり、高周
波電源回路１０から高周波電流が供給されて高周波磁界
を発生する。この給電線２０のインダクタンス成分は、
上述のコンデンサ１２と共に共振回路を形成する。この
共振回路は、高周波電源１１が発生する高周波電流の周
波数で共振状態となる。

【０００６】高周波電源１１は、負荷の変動に対して出
力電圧を一定に保つように出力電流を制御する機能を備
える。高周波電源１１が発生する電流位相と電圧位相と
の関係に着目すると、ゼロクロスによるスイッチング制
御により、これらの位相差が理想的にはゼロに維持され
る。上述の高周波電源回路１０および給電線２０は、地
上側に設置された一次側回路１００Ｊを形成する。

【０００７】また、同図において、符号３０は、地上側
の給電線２０と磁気的に結合された巻線（ピックアップ
コイル）、符号４０は、この巻線３０の出力端子間に接
続されたコンデンサである。このコンデンサ４０は、巻
線３０のインダクタンス成分と共に二次側の共振回路を
形成する。この共振回路は、一次側回路１００Ｊの高周
波電源１１が発生する高周波電流の周波数で共振状態と
なる。

【０００８】符号５０は、巻線３０の出力を整流する整
流部である。符号６０は、整流部５０の出力から所望の
直流電圧を生成する定電圧回路部であり、ヒステリシス
コンパレータ制御により定電圧を得ている。これら巻線
３０、コンデンサ４０、整流部５０、および定電圧回路
部６０は、車両側に搭載された二次側回路２００Ｊを形
成する。

【０００９】この従来の非接触給電装置の動作は次の通
りである。地上側で一次側回路の高周波電源回路１０か
ら給電線２０に高周波電流が供給されると、この給電線
２０の回りに高周波磁界が発生し、車両側の巻線３０に
電圧が誘起される。巻線３０の出力は、整流部５０によ
り整流され、定電圧回路部６０により所望の電圧に変換
された後、車両の電源として端子Ｔａ，Ｔｂを介して出
力される。

【００１０】ところで、この種の無人搬送システムで
は、地上側から無人の車両を制御する必要上、地上側と
軌道上の車両との間で通信が行われており、そのための
通信方式として、給電線２０に通信信号を重畳するいわ
ゆる電力線搬送通信が知られている。一般に、この電力
線搬送通信では、地上側から車両にディジタルコードを
送信する場合、信号の変調方式としてＦＳＫ(Frequency
Shift Keying)方式が用いられている。このＦＳＫ方式
によれば、ディジタルコードに含まれる論理値「０」お
よび「１」を二つの搬送波の周波数に対応づけて通信信
号が生成される。そして、この通信信号が、給電線２０
上の電力成分に重畳され、軌道上の車両に伝送される。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上述の従来技術によれ
ば、二次側の定電圧回路部６０のスイッチング動作が比
較的低い周波数で行われるため、このスイッチング動作
において、スイッチがオン状態とオフ状態とでは一次側
から見た二次側の等価回路が異なり、即ち共振条件が変
化する。これにより、電力に重畳された通信信号のＳ／
Ｎ比が悪化し、電力線搬送通信方式による通信が阻害さ
れるという問題がある。

【００１２】具体的には、二次側回路２００Ｊを構成す
る定電圧回路部６０内のスイッチがオン状態にある場
合、コンデンサ４０が短絡されるため、二次側回路２０
０Ｊの共振周波数が大幅にずれる。このため、巻線３０
のインダクタンス成分が一次側回路１００Ｊの負荷とし
て現れ、一次側回路１００Ｊの共振周波数がずれる。一
次側回路１００Ｊの共振がずれると、給電線２０上にサ
ージノイズが発生して、通信信号のＳ／Ｎ比が低下し、
電力線搬送通信が阻害される。

【００１３】この発明は、上記事情に鑑みてなされたも
ので、二次側回路のスイッチング動作に起因して、電力
線搬送通信が阻害されることのない非接触給電装置を提
供することを目的としている。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、この発明は以下の構成を有する。すなわち、この発
明は、軌道に沿って走行する車両に対し地上側から非接
触により給電する非接触給電装置において、前記地上側
に設けられ、前記軌道に沿って付設された給電線に高周
波電流を供給する一次側（例えば後述する一次側１００
に相当する構成要素）と、前記車両側に設けられ、前記
給電線と磁気的に結合された巻線の出力から所望の一定
電圧を生成する二次側（例えば後述する二次側２００に
相当する構成要素）とからなり、前記二次側の定電圧回
路のスイッチング周期を、前記一次側から見た二次側が
見かけ上等価回路になるよう高周波域で作動させたこと
を特徴とする。

【００１５】この構成によれば、一次側に対し、二次側
でのスイッチング動作が相対的に速くなり、一次側から
二次側を見た負荷が平均化される。したがって、一次側
の動作が安定化され、電源効率の低下が抑制される。ま
た、一次側の動作が安定化されるので、給電線上のサー
ジノイズの発生が抑制される。したがって、二次側のス
イッチング動作に起因して通信信号のＳ／Ｎ比が低下す
ることがなくなり、電力線搬送通信が阻害されることが
なくなる。

【００１６】前記二次側は、前記巻線の出力電圧を整流
するための整流部（例えば後述する整流部５０に相当す
る構成要素）と、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation：パ
ルス幅変調）方式による制御の下にスイッチングして、
前記整流部の出力電圧から前記直流電圧を生成する定電
圧部（例えば後述する定電圧回路部７０に相当する構成
要素）と、を備えたことを特徴とする。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら、この
発明の実施の形態を説明する。図１に、この発明の実施
の形態に係る非接触給電装置の構成を示す。この装置
は、軌道に沿って走行する無人の搬送車などの車両（図
示なし）に対し地上側から非接触給電を行うものであっ
て、地上側に設けられた一次側１００と、車両側に設け
られた二次側２００とから構成され、これら一次側１０
０と二次側２００との間は磁気的に結合されている。

【００１８】ここで、地上側に設けられた一次側１００
は、高周波電源回路１０と、この高周波電源回路１０か
ら高周波電流が供給されて高周波磁界を発生する給電線
２０とから構成される。高周波電源回路１０は、高周波
電流を発生する高周波電源１１と、この高周波電源１１
の出力端子間に接続されたコンデンサ１２とから構成さ
れ、コンデンサ１２は、給電線２０のインダクタンス成
分と共に、高周波電源１１が発生する高周波電流の周波
数で共振する共振回路を形成する。この高周波電源１１
は、負荷の変動に対して、（負荷の）出力電圧を一定に
保つように電流を調整する（フィードバック制御）。

【００１９】また、高周波電源１１が発生する電流と電
圧との間の位相関係に着目すると、いわゆるゼロクロス
によるスイッチング制御により、これらの位相差が理想
的にはゼロに維持される。このように一次側１００で共
振回路を形成すると共に、ゼロクロスによるスイッチン
グ制御を行うことにより、電力の損失（無効電力）が小
さく抑えられ、給電が効率よく行われる。

【００２０】一方、車両側に搭載された二次側２００
は、地上側の給電線２０と磁気的に結合された巻線３０
と、この巻線３０の出力端子間に接続されたコンデンサ
４０と、巻線３０の出力を整流する整流部５０と、この
整流部５０の出力から一定電圧を発生する定電圧回路部
７０とから構成される。

【００２１】ここで、巻線３０のインダクタンス成分と
コンデンサ４０は、巻線３０に誘起される電圧の周波数
（すなわち高周波電源１１が発生する高周波電流の周波
数）で共振する二次側の共振回路を形成する。定電圧回
路部７０は、いわゆるスイッチングレギュレータとして
機能するものであって、高周波電源回路１０で発生する
高周波電流の周波数よりも高い高周波域のスイッチング
周期で作動し、整流部５０の出力電圧から一定電圧を生
成するように構成される。

【００２２】具体的には、定電圧回路部７０は、スイッ
チング時の瞬時的な電流変化を緩和するための巻線（直
流リアクトル）Ｌと、高周波電源回路１０が発生する高
周波電流の数倍以上の高周波域の周波数でスイッチング
するスイッチＳと、電流の逆流を阻止するためのダイオ
ードＤと、電圧の変化を緩和するための平滑用のコンデ
ンサＣとから構成される。

【００２３】巻線Ｌの一端は整流部５０の高電圧ノード
に接続され、この巻線Ｌの他端はダイオードＤのアノー
ドに接続され、このダイオードＤのカソードは出力端子
Ｔａに接続される。巻線Ｌの他端（すなわちダイオード
Ｄのアノード）と整流部５０の低電圧ノードとの間に
は、スイッチＳが接続され、ダイオードＤのカソードと
整流部５０の低電圧ノードとの間にはコンデンサＣが接
続され、整流部５０の低電圧ノードは出力端子Ｔｂに接
続される。出力端子Ｔａ，Ｔｂには、モータやドライバ
などの負荷（図示なし）が接続される。この定電圧回路
部７０は、上述の構成要素以外に、スイッチＳの開閉を
制御するための制御系を備える。この実施の形態では、
地上側から無人の車両を制御する必要上、給電線２０を
通信信号の伝送路として使用するいわゆる電力線搬送通
信方式を用い、信号の変調方式として、前述のＦＳＫ方
式を用いるものとする。

【００２４】以下、この実施の形態の動作について、二
次側２００のスイッチング動作が一次側１００に与える
影響に着目して説明する。地上側の一次側１００におい
て、高周波電源回路１０から給電線２０に高周波電流が
供給されると、この給電線２０の回りに高周波磁界が発
生し、二次側２００内の巻線３０に電圧が誘起される。
この巻線３０の出力は、整流部５０により整流された
後、定電圧回路部７０に与えられる。定電圧回路部７０
は、スイッチＳのスイッチング動作により、整流部５０
の出力から所望の一定電圧（直流電圧）を生成し、これ
を出力端子Ｔａ，Ｔｂに出力する。

【００２５】ここで、二次側２００内のスイッチＳがオ
フ状態にある場合、巻線３０のインダクタンス成分とコ
ンデンサ４０とから形成される共振回路が共振状態とな
る。この場合、一次側１００から二次側２００の巻線３
０のインダクタンスが見えないので、一次側１００の回
路状態は二次側２００の影響を受けることがなく、した
がって一次側１００のコンデンサ１２と給電線２０のイ
ンダクタンス成分とから形成される共振回路が共振状態
となる。

【００２６】これに対し、二次側２００内のスイッチＳ
がオン状態にある場合、コンデンサ４０が短絡され、二
次側の共振周波数が大幅にずれる。この結果、巻線Ｌの
インダクタンスが給電線２０のインダクタンスとして現
れ、一次側１００から見て、給電線２０のインダクタン
スが見かけ上増加し、一次側の共振周波数がずれようと
する。

【００２７】しかしながら、二次側２００のスイッチン
グ周波数が高周波電源１１の周波数よりも高く、二次側
の定電圧回路部７０が、一次側１００の高周波電流の周
波数よりも高い高周波域で作動するため、一次側１００
の共振がずれる前に二次側２００のスイッチＳが再びオ
フ状態となる。このため、一次側１００から見て、二次
側２００のスイッチング動作による負荷変動が平均化さ
れ、二次側のスイッチング状態に関わらず、一次側１０
０から二次側２００を見たときの負荷（高周波電源１１
の負荷として寄与するインダクタンス）が一定となり、
一次側から見た二次側が、見かけ上等価回路になる。

【００２８】この結果、一次側１００が二次側２００の
スイッチング動作に応答しなくなり、一次側１００が常
に共振を維持する。したがって、一次側１００の動作が
安定化され、二次側２００のスイッチングに起因する電
源効率の低下が抑制される。また、一次側１００の動作
が安定化する結果、高周波電源１１から給電線２０に供
給される電流が安定化され、給電線上のサージノイズが
抑制される。したがって、通信信号のＳ／Ｎ比が低下す
ることがなくなり、電力線搬送通信が阻害されなくな
る。

【００２９】次に、定電圧回路部７０について補足説明
する。この定電圧回路部７０は、一次側１００の高周波
電源１１が発生する高周波電流の周波数よりも高い周波
数でのスイッチングが可能なように構成される。具体的
には、定電圧回路部７０は、図２に示すように、所定の
鋸歯状波信号Ｓｔと参照信号Ｓｒとを比較して生成され
たパルス信号Ｓｐに基づき、ＰＷＭ（Pulse Width Modu
lation：パルス幅変調）方式による制御の下でスイッチ
ングするように構成される。

【００３０】ここで、鋸歯状信号Ｓｔは、上述の一次側
１００が発生する高周波電流の周波数よりも高い所定周
波数（例えば高周波電流の数倍以上の周波数）を有する
三角波である。また、参照信号Ｓｒは、二次側回路２０
０の出力端子Ｔａ，Ｔｂに接続される負荷の変動に連動
してレベルが変化する信号である。従って、鋸歯状信号
Ｓｔを参照信号Ｓｒに比して得られるパルス信号Ｓｐ
は、上述の一次側１００が発生する高周波電流の周波数
よりも高い一定の周波数を有すると共に、そのデューテ
ィ比が参照信号Ｓｒにより制御される。

【００３１】上述したように、この実施の形態によれ
ば、二次側２００のスイッチング周波数を、一次側１０
０が発生する高周波電流の周波数の数倍以上としたの
で、一次側１００にとって二次側２００の巻線３０のイ
ンダクタンスが単純な抵抗としてしか見えなくなり、一
次側１００から二次側２００を見た回路条件が一定とな
る。したがって一次側１００が常に共振状態に維持さ
れ、一次側の共振ずれがなくなる。これにより、二次側
２００のスイッチング動作に関わりなく、高効率で地上
側の高周波電源回路１０を稼働させることが可能とな
る。

【００３２】また、一次側１００から二次側２００を見
た回路条件が一定となるので、二次側２００のスイッチ
ング動作により、地上側の高周波電源１１の出力電流が
急変しなくなり、回路動作が安定化する。さらに、一次
側１００が常に共振状態に維持されるので、給電線２０
上のサージノイズが減少し、電力線搬送通信を高Ｓ／Ｎ
比で安定的に行うことが可能となる。

【００３３】以上、この発明の実施の形態を説明した
が、この発明は、この実施の形態に限られるものではな
く、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があ
っても本発明に含まれる。例えば、上述の実施の形態で
は、整流部５０と定電圧回路部７０とを別々の要素とし
たが、整流部５０の機能を定電圧回路部７０に取り込ん
でもよく、これらを一体化してもよい。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、二次側の定電圧回路のスイッチング周期を、一次側
から見た二次側が見かけ上等価回路になるよう高周波域
で作動させたので、一次側が二次側の負荷変動に応答し
なくなる。従って、二次側のスイッチング動作に起因し
て、電源効率が低下することがなくなり、しかも電力線
搬送通信が阻害されることがなくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態にかかる非接触給電装
置の構成を示す回路図である。

【図２】 この発明の実施の形態にかかる定電圧回路部
の動作を説明するための波形図である。

【図３】 従来技術にかかる非接触給電装置の構成を示
す回路図である。

【符号の説明】

１０：高周波電源回路 １１：高周波電源 １２：コンデンサ ２０：給電線 ３０：巻線 ４０：コンデンサ ５０：整流部 ７０：定電圧回路部 １００：一次側（地上側） ２００：二次側（車両側） Ｃ：コンデンサ Ｄ：ダイオード Ｌ：巻線 Ｓ：スイッチ Ｓｔ：鋸歯状信号（三角波） Ｓｒ：参照信号 Ｓｐ：パルス信号

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 軌道に沿って走行する車両に対し地上側
   から非接触により給電する非接触給電装置において、 前記地上側に設けられ、前記軌道に沿って付設された給
   電線に高周波電流を供給する一次側と、 前記車両側に設けられ、前記給電線と磁気的に結合され
   た巻線の出力から所望の一定電圧を生成する二次側とか
   らなり、 前記二次側の定電圧回路のスイッチング周期を、前記一
   次側から見た二次側が見かけ上等価回路になるよう高周
   波域で作動させたことを特徴とする非接触給電装置。
2. 【請求項２】 前記二次側は、 前記巻線の出力電圧を整流するための整流部と、 ＰＷＭ（Pulse Width Modulation：パルス幅変調）方式
   による制御の下にスイッチングして、前記整流部の出力
   電圧から前記直流電圧を生成する定電圧部と、 を備えたことを特徴とする請求項１または２の何れかに
   記載された非接触給電装置。