JP2002218681A

JP2002218681A - 非接触給電装置

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Publication number: JP2002218681A
Application number: JP2001013269A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Inada; 健一稲田
Original assignee: Murata Machinery Ltd
Current assignee: Murata Machinery Ltd
Priority date: 2001-01-22
Filing date: 2001-01-22
Publication date: 2002-08-02
Anticipated expiration: 2021-01-22
Also published as: JP4122713B2

Abstract

(57)【要約】【課題】有軌道台車等に非接触で電力を供給する給電
装置において、給電特性の向上を図ることを課題とす
る。【解決手段】前記給電装置を、定電圧交流電源３１
と、リアクタ３２・３５、キャパシタ３３・３４・３６
による変換回路とで構成し、該変換回路は該受動素子の
値を変更することにより、給電装置１１が定電流特性、
又は定電圧特性、又は定電流特性と定電圧特性との中間
の特性となるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、有軌道台車等に非
接触で電力を供給する給電装置に関し、詳しくは、該給
電装置の回路構成に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、半導体製造工場等、塵挨の発
生が問題となるクリーンルームでは、物品を搬送するた
めに、軌道上に搬送台車を走行させるようにした技術が
知られている。これら搬送台車の駆動源としては、通常
はモータが使用され、このモータへの電力供給は、搬送
台車の軌道に沿って架設された給電線からの電磁誘導に
よって行われる。すなわち、電源装置と給電線等から成
る一次側回路と、搬送台車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、該一次側回路へ
交流電流を流し、電磁作用によって二次側回路へ給電が
行われている。この非接触給電方式には、二次側への給
電を定電圧で行う装置と、定電流で行う装置とが知られ
ている。一般的には、給電線へ定電流方式で給電するこ
とが多く、というのも、負荷である有軌道台車が複数で
あっても、各有軌道台車に流れる電流は変化しないた
め、各有軌道台車で取り出せる電力が安定するからであ
る。有軌道台車が１台のみのシステムの場合には、給電
線へ定電圧方式で給電することもある。というのも、定
電圧方式では、負荷の状態に関わらず所定電圧、例え
ば、６００Ｖの定電圧に保つことができるため安全装置
が簡単になり、構成がシンプルとなるからである。尚、
定電圧での給電装置と、定電流での給電装置とは、それ
ぞれ特性の異なる専用の給電装置となり、よって、従来
は、このどちらかの装置を選択して非接触給電装置を構
成していた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、定電流
方式では、給電線の一端が外れたり、その接続が不十分
であったりすると大きな抵抗を持ち、例えば、数ｋＶか
ら数十ｋＶにもなる高電圧となるため、装置はおろか人
間にも致命的障害を与える恐れが本質的にある。このた
め、安全装置が複雑になるという問題があった。一方、
定電圧方式では、給電線の一端が外れたりしても所定電
圧以上流れないので本質的に安全ではあるが、複数の有
軌道台車が配設されると、各有軌道台車を流れる電流が
減るため、各有軌道台車で取り出せる電力が減るという
問題があった。そこで、本発明では、この定電圧方式の
給電装置と、定電流方式の給電装置とのそれぞれの特性
を鑑み、両給電装置の利点を活かした非接触給電装置を
提供することを課題をする。

【０００４】本発明は以上のような課題を解決すべく、
次のような手段を用いるものである。すなわち、請求項
１記載の如く、有軌道台車に非接触で電力を供給する給
電装置において、該給電装置を、電圧源と、受動素子に
よる変換回路とで構成し、該変換回路は該受動素子の値
を変更することにより、給電装置が定電流特性、又は定
電圧特性、又は定電流特性と定電圧特性との中間の特性
となるようにする。

【０００５】また、請求項２記載の如く、前記変換回路
は、４端子回路を構成し、４端子回路の入力端子の一方
に第１リアクタと第１キャパシタとを直列に接続し、そ
の出力側を分岐させ、一方には、第２キャパシタと第２
リアクタとを直列に接続して、その出力側を４端子回路
の出力端子の一方に接続し、分岐他方には、第３キャパ
シタを接続し、その出力側を４端子回路の入力端子の他
方と出力端子の他方とを接続した共通端子に接続する。

【０００６】そして、請求項３記載の如く、前記出力端
子に給電線が接続され、前記変換回路の第２リアクタの
一部、又は全部を該給電線のリアクタで兼ねる。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例の非接触
給電システムについて図面を参照しながら説明する。図
１は給電線５・５（図２参照）から非接触で電力を供給
する方式の有軌道台車システム１を備えた工場内の斜視
図であり、同図の符号１２は工場内の有軌道台車システ
ム１を構成する軌道であり、符号１３は搬送台車、符号
１１は該有軌道台車システム１へ電力を供給する電源装
置を示している。前記軌道１２は、搬送台車１３の移動
経路に敷設されており、該軌道１２に沿って銅線などの
導電線を絶縁材料で被覆した給電線５・５が配置され、
軌道１２側部に複数のステーション１０・１０・・・が
配置され、搬送台車１３がステーション１０・１０・・
・間を移動して一方のステーション１０から他方のステ
ーション１０へ物品を搬送できるようにしている。

【０００８】前記給電線５・５の一端には前記電源装置
１１が設けられて、所定の周波数、例えばおよそ１０ｋ
Ｈｚで電力を供給できるようにしている。この搬送台車
１３は軌道１２上を循環するように設置されており、電
源装置１１から給電線５に高周波電流を供給している。
該搬送台車１３は、給電線５・５から電力を得るための
受電ユニット９を有し、その受電ユニット９が取り出す
電力を利用して、モータを駆動させ軌道１２上を移動す
る。

【０００９】図２は、有軌道台車システム１の受電ユニ
ット９の断面図であり、給電方法及び受電ユニット９と
給電線５の構成を説明する。軌道１２を構成するレール
２０が基面２１上に固定され、該レール２０上を搬送台
車１３の車輪がモーターの駆動によって走行する。

【００１０】前記レール２０上には断面視略Ｕ字型の給
電線ホルダ２４がレール２０に沿って長手方向に固定さ
れ、該給電線ホルダ２４上端に後述するピックアップコ
イル４と反対側方を開放したＣ字状の給電線保持部２４
ａ・２４ａが形成され、該給電線保持部２４ａ・２４ａ
に一対の往路と復路となす給電線５・５が架設されてい
る。

【００１１】前記給電線５を囲むように受電ユニット９
が配置されており、該受電ユニット９はブラケット２６
が搬送台車１３に固定され、該ブラケット２６には図示
しないガイドローラが取り付けられて、該ガイドローラ
がレール２０または給電線ホルダ２４に当接するように
配置して、両者の位置決めをしてレール２０に沿って走
行する時に互いに干渉せず所定の間隔を保ちながら走行
できるようにしている。前記受電ユニット９のブラケッ
ト２６内には、断面が略Ｅ字型をしたフェライト製のコ
ア３が固定され、該コア３の中央の突出部３ａにピック
アップコイル４が巻かれている。

【００１２】コア３は、両側の突出部３ｂ・３ｂとその
間の中央の突出部３ａの間に形成した２つの空間（凹
部）において、開口側と反対側寄り、つまり閉塞側（奥
側）の空間の図における左右略中央内に給電線保持部２
４ａ・２４ａを位置させて、給電線５・５をそれぞれ一
本ずつ収納するようにしている。この給電線５・５に高
周波電流を流すことによって生成する交番磁界を、ピッ
クアップコイル４で受けるようにしている。そして、電
磁誘導現象を利用し、受電ユニット９が、その磁束の変
化によってピックアップコイル４に発生する電圧から電
力を取り出す。このようにして、給電線５から受電ユニ
ット９に非接触で電力を供給し、走行用のモーターを駆
動したり、制御機器に電力を供給したりする。

【００１３】図３は前記電源装置１１に用いられる変換
回路の具体的構成を示す回路図であり、同図の符号ａ
１、ａ２が入力端子、符号ｂ１、ｂ２が出力端子、符号
３２、３５はリアクタ、符号３３、３４、３６はキャパ
シタである。

【００１４】図４は前記電源装置１１の具体的構成を示
す回路図であり、同図の符号３１は該電源装置１１の電
力供給源である定電圧交流電源、符号３７は給電線５・
５のリアクタンスと等価のリアクタである。尚、第２リ
アクタ３５の一部、又は全部を給電線５・５のリアクタ
ンスで兼ねてもよい。このようにすることにより、シス
テムにより給電線５・５の長さが変化することに伴うリ
アクタンスの変化を、給電線５・５、及び第２リアクタ
３５のリアクタンスの調整だけで、変換回路に用いられ
る他の素子の値を変えることなく対応することができ
る。

【００１５】図５は図４に示すリアクタ３５、３７のリ
アクタンスを合成して等価回路を形成し、それに負荷を
加えたものである。変換回路は、Ｔ型の４端子インピー
ダンス変換回路であって、ＬＣの受動素子により構成さ
れ、入力端子ａ１に第１リアクタ３２と第１キャパシタ
３３とを順に直列に接続する。この第１キャパシタ３３
の出力側を分岐させ、分岐させた一方には、第２キャパ
シタ３４と第２リアクタ３５とを順に直列に接続し、該
第２リアクタ３５の出力側を４端子回路の出力端子ｂ１
に接続する。第１キャパシタ３３の出力側から分岐させ
た他方には、第３キャパシタ３６を接続し、該第３キャ
パシタ３６の出力側を４端子回路の入力端子の他方の端
子ａ２と出力端子の他方の端子ｂ２とを接続した共通端
子に接続する。

【００１６】次に、図５の回路図について考える。前記
第１リアクタ３２のリアクタンスをＬ₁第２リアクタ３
５と給電線５・５のリアクタ３７のリアクタンスＬ_2a、
Ｌ_2bの合成リアクタンスをＬ₂とし、前記キャパシタ３
３、３４、３６のキャパシタンスをそれぞれＣ₁、
Ｃ₂、Ｃ_m、負荷のインピーダンスをＺ_Lとする。第１
リアクタ３２と第１キャパシタ３５との合成インピーダ
ンスＺ₁、第２キャパシタ３４と第２リアクタ３５と給
電線５・５のリアクタ３７と負荷との合成インピーダン
スＺ₂とし、第３キャパシタ３６のインピーダンスＺ_m
とすると、それぞれのインピーダンスＺ₁、Ｚ₂、Ｚ_m
はそれぞれ下記（１）、（２）、（３）式で表せる。

【００１７】

【数１】

【００１８】ここで、ωは定電圧交流電源３１の角周波
数、ｊは虚数単位（ｊ²＝−１）であり、また、Ｆ₁、
Ｆ₂はそれぞれ、下記（４）、（５）式で定義されるも
のとする。Ｆ₁＝１−ω²Ｌ₁Ｃ₁ （４）Ｆ₂＝１−ω²Ｌ₂Ｃ₂ （５）そして、定電圧交流電源３１の電圧をＥ、第１リアクタ
３２、及び第１キャパシタ３３を流れる電流をＩ、第２
キャパシタ３４、第２リアクタ３５、及び負荷３７を流
れる電流をＩ₀、第３キャパシタ３６を流れる電流をＩ
_m、キャパシタ３３・３４間の分岐点における電位をＶ
₁とすると、電圧Ｅ、電位Ｖ₁、電流Ｉ _mは、それぞれ
下記の（６）、（７）、（８）式で表せる。

【００１９】

【数２】

【００２０】また、この（６）式を（７）式、（８）式
にそれぞれ代入すると、下記（９）、（１０）式が得ら
れる。

【００２１】

【数３】

【００２２】上記（１０）式を変形すると、次の（１
１）式が得られる。

【００２３】

【数４】

【００２４】そうして、この（１１）式を（９）式に代
入すると、下記の（１２）式、又は（１３）式が得られ
る。

【００２５】

【数５】

【００２６】また、（１２）式を構成する項に、上記
（２）、（３）式を代入すると、以下の（１４）、（１
５）式となり、（１６）式が導き出せる。

【００２７】

【数６】

【００２８】上記（１６）式の第１項は定数、第２項は
変数となり、ここで、Ａを変数として、該（１６）式を
下記（１７）式のように簡略化して表記する。

【００２９】

【数７】

【００３０】そして、前記（１２）式に、（１６）、
（１７）式を代入すると、（１８）式が得られる。

【００３１】

【数８】

【００３２】ここで、本回路が定電流回路、すなわち、
前記第２リアクタ３５に流れる電流Ｉ₀が一定となるた
めの条件は、前記（１７）式の第２項の変数部分が次の
（１９）式に示すように０となること、つまり、下記の
（２０）式の関係式を満たすことである。

【００３３】

【数９】

【００３４】ここで、前記（２０）式のＦ₁は前記
（４）式で定義されるように、第１リアクタ３２のリア
クタンスＬ₁と、第１キャパシタ３３のキャパシタンス
Ｃ₁と、定電圧交流電源３１の角周波数ωとにより決定
される定数で、よって、該第１リアクタ３２と第３キャ
パシタ３６とはそのままにして、第１キャパシタ３３の
キャパシタンスＣ₁を、前記（２０）式の関係式を満た
すように選ぶ。これにより、給電線５・５への給電が定
電流で行われるのである。

【００３５】次に、本回路が定電圧回路、すなわち、前
記電位Ｖ₁が一定となるための条件を検討する。前記
（１８）式を前記（７）式に代入すると、次の（２１）
式が得られる。

【００３６】

【数１０】

【００３７】前記（２１）式において、下記の条件式
（２２）式を満たすとき、出力電位Ｖ ₁は定電位とな
る。

【００３８】

【数１１】

【００３９】前記（２２）式を展開すると、次の（２
３）式から（２４）式へと変形できる。

【００４０】

【数１２】

【００４１】すなわち、前記（２４）式において、Ｆ₁
＝０のとき、出力電位Ｖ₁は定電位となるのである。こ
の（２４）式のＦ₁は前記（４）式で定義され、第１リ
アクタ３２のリアクタンスＬ₁と、第３キャパシタ３６
のキャパシタンスＣ_mとはそのままで、第１キャパシタ
３３を、Ｆ₁＝０になるように選ぶ。これにより、給電
線５・５への給電が定電圧特性で行われるのである。

【００４２】さらに、本発明では、前記定電流回路と前
記定電圧回路との中間の特性を有する回路にも変更可能
である。つまり、前記（４）式を基に、第１キャパシタ
３３のキャパシタンスＣ₁の値を、定電圧特性（Ｆ₁＝
０）を示すＣ₁＝１／ω²Ｌ₁より大きく、定電流特性
（Ｆ₁＝−Ｃ₁／Ｃ_m）を示すＣ₁＝Ｃ_m／（ω²Ｌ₁
Ｃ_m−１）より小さくする。

【００４３】以上述べてきたように、第１キャパシタ３
３のキャパシタンスＣ₁の値を変えることで、変換回路
を定電流特性と、定電圧特性と、定電流特性と定電圧特
性の中間の特性との３種類の特性にすることができる。
特に、変換回路を定電流特性と定電圧特性の中間の特性
にすることで、定電流回路を用いた電源装置のように複
数の負荷を給電線５・５に設けても電流の変化が少な
く、定電圧回路を用いた電源装置のように給電線が外れ
るなどにより負荷が急に大きくなっても所定電圧、例え
ば低電圧である６００Ｖ以下となる電源装置１１とする
ことができる。このため、過電圧に対する安全装置が簡
便なものでよくなる。

【００４４】尚、電源装置１１を定電流特性と定電圧特
性の中間の特性となるようにしても、電源装置１１の定
電圧交流電源３１を高周波電圧源インバータで構成し、
給電線５・５に流れる電流を電流検出手段により検出
し、所定の電流値となるように高周波電源インバータの
出力Ｄｕｔｙを変える、つまり、＋電圧と、０と、―電
圧とを切り替える時間の比を変えて所定の電流値とする
制御装置を備えることにより、給電線電流を一定にする
ことができる。

【００４５】本実施例では、第１キャパシタ３３のキャ
パシタンスＣ₁の値のみを変えることで、変換回路の特
性を変えようとしているが、変換回路に用いられるそれ
ぞれの素子の値を調整してそれぞれの特性を変えるよう
にしてやればよい。例えば、定電流特性にするのに、第
３キャパシタ３６のキャパシタンスＣ_mを前記（２０）
式の関係式を満たすようにすればよい。また、定電圧特
性にするのに、第１リアクタ３２と第１キャパシタ３３
とを変えてＦ₁＝０を満たすようにすればよい。また、
定電圧特性と定電流特性の中間の特性にするのに、前記
（２４）式において、Ｆ₁＝０を満たすように第３キャ
パシタ３６のキャパシタンスＣ_mを変えてやればよい。
また、その他等価回路によっては、必要な素子のリアク
タンス、及びキャパシタンスの値を変えるようにする。

【００４６】

【発明の効果】本発明は以上の如く構成したので、以下
の効果を奏するものである。すなわち、請求項１のよう
に、有軌道台車に非接触で電力を供給する給電装置にお
いて、該給電装置を、電圧源と、受動素子による変換回
路とで構成し、該変換回路は該受動素子の値を変更する
ことで、給電装置の特性を定電流、定電圧、定電流と定
電圧との中間の特性とに変えることができる。特に、定
電圧特性と定電流特性の中間の特性とすることで、たと
え上記給電装置に接続される給電線が外れても所定電圧
に抑えることが可能であり、複雑な安全装置が不要とな
る。その上、定電流に近い特性で給電線に給電すること
ができ、複数の有軌道台車に安定した電力を供給するこ
とができる。

【００４７】また、請求項２のように、前記変換回路
は、４端子回路を構成し、４端子回路の入力の一端を第
１リアクタと第１キャパシタとを直列に接続し、その出
力側を分岐させ、一方には、第２キャパシタと第２リア
クタとを直列に接続して、その出力側を４端子回路の出
力の一端に接続し、他方には、第３キャパシタを接続
し、その出力側を４端子回路の入力の他端と出力の他端
とを接続した共通端子に接続したことで、該変換回路を
リアクタ、及びキャパシタの受動素子のみで構成でき、
回路構成が簡単になって、故障が減り、信頼性の向上を
図ることができる。

【００４８】そして、請求項３のように、前記変換回路
の第２リアクタの一部、又は全部を、変換回路の出力端
子に接続される給電線のリアクタで兼ねるようにするこ
とで、給電線の長さが変化しても、変換回路に用いられ
る他の素子の値を変えることなく対応することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】給電線５・５から非接触で電力を供給する方式
の有軌道台車システム１を備えた工場内の斜視図。

【図２】有軌道台車システム１の受電ユニット９の断面
図。

【図３】電源装置１１に用いられる変換回路の具体的構
成を示す回路図。

【図４】電源装置１１の具体的構成を示す回路図。

【図５】図４に示すリアクタ３５、３７のリアクタンス
を合成して等価回路を形成し、それに負荷を加えた回路
図。

【符号の説明】

１有軌道台車システム１５給電線１３台車３１定電圧交流電源３２第１リアクタ３３第１キャパシタ３４第２キャパシタ３５第２リアクタ３６第３キャパシタ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】有軌道台車に非接触で電力を供給する給
電装置において、該給電装置を、電圧源と、受動素子に
よる変換回路とで構成し、該変換回路は該受動素子の値
を変更することにより、給電装置が定電流特性、又は定
電圧特性、又は定電流特性と定電圧特性との中間の特性
となるようにするものである非接触給電装置。
【請求項２】前記変換回路は、４端子回路を構成し、
４端子回路の入力端子の一方に第１リアクタと第１キャ
パシタとを直列に接続し、その出力側を分岐させ、一方
には、第２キャパシタと第２リアクタとを直列に接続し
て、その出力側を４端子回路の出力端子の一方に接続
し、分岐他方には、第３キャパシタを接続し、その出力
側を４端子回路の入力端子の他方と出力端子の他方とを
接続した共通端子に接続したことを特徴とする請求項１
に記載の非接触給電装置。
【請求項３】前記出力端子に給電線が接続され、前記
変換回路の第２リアクタの一部、又は全部を該給電線の
リアクタで兼ねることを特徴とする請求項２に記載の非
接触給電装置。