JP2002272127A - 給電装置 - Google Patents

給電装置

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JP2002272127A
JP2002272127A JP2001064036A JP2001064036A JP2002272127A JP 2002272127 A JP2002272127 A JP 2002272127A JP 2001064036 A JP2001064036 A JP 2001064036A JP 2001064036 A JP2001064036 A JP 2001064036A JP 2002272127 A JP2002272127 A JP 2002272127A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高周波及び高調波が、回路素子に過負荷、過
熱及び誘導障害などの影響を及ぼすのを防止することが
できる給電装置の提供。 【解決手段】 整流回路12、インバータ13、インピ
ーダンス変換器14、電流検出器15及びパルス幅制御
器16を備え、インピーダンス変換器14は、インバー
タ13が備えるトランジスタT1,T2の共通接続節点
に直列接続されたリアクタL1,L2と、該リアクタL
1,L2の共通接続節点及びインバータ13が備えるト
ランジスタT3,T4の共通接続節点の間にて並列接続
されたキャパシタC2とから構成されている。また、パ
ルス幅制御器16は、電流検出器15が検出した検出値
及び電流指令値に基づき、インバータ13のトランジス
タT1〜T4のスイッチングを担うパルス幅が120゜
であるゲート信号を生成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、インバータを備
え、該インバータが生成した交流電流を給電線に供給す
る給電装置、特に、物理的に非接触の状態で電磁誘導に
より負荷に給電を行う非接触給電用の給電線に、高周波
電流(商用周波数を超える周波数の交流電流)を供給す
る給電装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、案内レールに沿って移動する搬送
車によって物資の搬送を行うために数々の搬送システム
が実現されており、工場内、倉庫内等において物資搬送
の効率化が図られている。一般にこのような搬送車の走
行にはモータが使用されており、このモータには、案内
レールに沿って取り付けられた給電線を介して電力が供
給される。
【0003】給電装置としては、トロリー式と非接触式
とがある。非接触式の給電方式は、搬送車側に設けたピ
ックアップを給電線の近傍に配置し、ピックアップと給
電線との間の電磁気結合により、ピックアップに備えら
れたコイルに誘導起電力を発生させて電力を供給するも
のであり、前記トロリー式と比較してメンテナンスの必
要性が低く、塵芥及び火花の発生がないため多用されて
いる。
【0004】図4は、従来の非接触給電方式を説明する
ためのブロック図である。図中1は、給電装置であり、
整流平滑回路3、直流電圧制御回路4、インバータ5及
び共振回路6を備え、三相交流の商用電源2から電力が
入力される。電源2から給電装置1に入力された電力
は、整流平滑回路3へ入力され、直流に整流、平滑化さ
れ、直流電圧制御回路4を通じて更にインバータ5へ入
力されて方形波をなす交流に変換される。インバータ5
にて生成された方形波交流は、共振回路6において共振
され、給電装置1の出力電力として図示しない案内レー
ルに沿って配置された給電線7に出力される。また、出
力電力における電流値が検出されて前記直流電圧制御回
路4へ入力され、インバータ5へ入力される直流電圧が
制御される。
【0005】給電装置1から給電線7に出力された電力
は、前記案内レールに沿って移動可能に懸架された複数
の搬送車8,8,…に供給される。該搬送車8,8,…
は、供給された電力に基づき走行用のモータを駆動し、
案内レールに沿って搬送物を搬送する。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところで、前述した構
成をなす従来の給電装置の場合、インバータ5において
高調波が発生し、該高調波を含む電力が給電線7に供給
される。高調波を含む電力は搬送車8,8,…に供給さ
れるため、該搬送車8,8,…に備えられた回路素子に
加え、搬送車8,8,…に備えられた電気機器及び給電
線7の周辺に位置する電気機器に誘導障害などの悪影響
を及ぼす可能性がある。
【0007】本発明は、前述したような事情に鑑みてな
されたものであり、インバータの入力側の電圧値を検出
する電圧検出器、又は、給電線の電流値を検出する電流
検出器、及び、インバータの駆動を制御する制御回路を
備えることにより、回路定数の誤差及び変動、又は、電
源電圧の変動に拘わらず、所定の電流を給電線に供給す
ることができる給電装置を提供することを目的とする。
【0008】また、高調波を抑制することができるパル
ス信号のパルス幅と、給電線に出力する交流電流の電流
値とに基づき決定されるリアクタンス及びキャパシタン
スを有するリアクタ及びキャパシタを用い、高調波を抑
制するインピーダンス変換器を構成し、インバータの出
力側に設けることにより、給電線から電力を供給される
搬送車が備える回路素子に加え、搬送車に備えられた電
気機器及び給電線の周辺に位置する電気機器に、高調波
が及ぼす誘導障害などの影響を抑制することができ、更
に、直流制御回路が不要であり、部品点数を削減するこ
とができ、安価で信頼性も高い給電装置を提供すること
を目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】第1発明に係る給電装置
は、インバータを備え、該インバータの駆動により生成
した交流電流を給電線へ出力する給電装置において、前
記インバータの入力側の電圧値を検出する電圧検出器
と、該電圧検出器が検出した電圧値及び給電線へ出力す
る目標電流値に基づき前記インバータが具備するスイッ
チング素子をオン/オフするパルス信号のパルス幅を制
御する制御回路とを備え、前記パルス信号は、前記イン
バータが出力する基本波に対する高調波を抑制するパル
ス幅を有していることを特徴とする。
【0010】第2発明に係る給電装置は、インバータを
備え、該インバータの駆動により生成した交流電流を給
電線へ出力する給電装置において、前記給電線の電流値
を検出する電流検出器と、該電流検出器が検出した電流
値及び給電線へ出力する目標電流値に基づき前記インバ
ータが具備するスイッチング素子をオン/オフするパル
ス信号のパルス幅を制御する制御回路とを備え、前記パ
ルス信号は、前記インバータが出力する基本波に対する
高調波を抑制するパルス幅を有していることを特徴とす
る。
【0011】第3発明に係る給電装置は、第1又は第2
発明に係る給電装置において、前記高調波を抑制するパ
ルス幅及び前記目標電流値に基づき与えられるリアクタ
ンス及びキャパシタンスを有するリアクタ及びキャパシ
タを具備するインピーダンス変換器を、前記インバータ
の出力側に備えることを特徴とする。
【0012】第1発明に係る給電装置によれば、インバ
ータの入力側の電圧値を検出する電圧検出器と、該電圧
値及び給電線へ出力する目標電流値に基づきインバータ
が具備するスイッチング素子をオン/オフするパルス信
号のパルス幅を制御する制御回路とを備えることによ
り、電源電圧の変動に基づくインバータの入力側電圧の
変動に応じ、パルス信号のパルス幅を制御し、電源電圧
の変動に拘わらず所定の電流を給電線に供給することが
できる。
【0013】また、インバータへ入力するパルス信号
が、高調波を抑制するパルス幅を有することにより、給
電線に出力される高調波を抑制し、給電線から電力を供
給される搬送車が備える回路素子に加え、搬送車に備え
られた電気機器及び給電線の周辺に位置する電気機器
に、高調波が及ぼす誘導障害などの影響を抑制すること
ができ、更に、直流制御回路が不要であり、部品点数を
削減でき、安価で信頼性が高い給電装置を実現すること
ができる。
【0014】第2発明に係る給電装置によれば、第1発
明において電圧検出器に代わり電流検出器を用いる場合
であっても、第1発明と同様の効果を奏する給電装置を
実現することができる。
【0015】第3発明に係る給電装置によれば、高調波
を抑制することができるパルス信号のパルス幅と、給電
線に出力する交流電流の電流値とに基づき決定されるリ
アクタンス及びキャパシタンスを有するリアクタ及びキ
ャパシタを用い、インピーダンス変換器を構成し、イン
バータの出力側に設けることにより、給電線に出力され
る高調波を抑制し、給電線から電力を供給される搬送車
が備える回路素子に加え、搬送車が備える電気機器及び
給電線の周辺に位置する電気機器に、高調波が及ぼす誘
導障害などの影響を抑制することができる給電装置を実
現することができる。
【0016】
【発明の実施の形態】(実施の形態1)以下に、本発明
をその実施の形態を示す図面に基づき説明する。図1
は、本発明に係る給電装置の実施の形態を示すブロック
図である。図中10は給電装置であり、整流回路12、
インバータ13及びインピーダンス変換器14を備えて
いる。
【0017】整流回路12は、順接続された2個のダイ
オードからなる直列回路が3個並列接続されて構成され
ており、各直列回路におけるダイオードの接続節点に
は、三相交流であり電圧実効値Eの商用電源11の各相
が接続されている。各直列回路におけるカソード側の共
通接続節点は整流回路12の正側出力端子に、アノード
側の共通接続節点は整流回路12の負側出力端子になっ
ており、正側出力端子及び負側出力端子の間には平滑コ
ンデンサC1が接続されている。
【0018】インバータ13は、4個のトランジスタT
1,T2,T3,T4を備え、トランジスタT1,T3
のコレクタはヒューズFを介して整流回路12の正側出
力端子に接続され、トランジスタT2,T4のエミッタ
は整流回路12の負側出力端子に接続されている。ま
た、トランジスタT1のエミッタとトランジスタT2の
コレクタとは共通接続され、トランジスタT3のエミッ
タとトランジスタT4のコレクタとは共通接続されてお
り、トランジスタT1,T2の共通接続節点及びトラン
ジスタT3,T4の共通接続節点は、インピーダンス変
換器14の入力端子との共通接続節点にもなっている。
【0019】インピーダンス変換器(T型LCL)14
は、前記インバータ13が備えるトランジスタT1,T
2の共通接続節点に直列接続されたリアクタL1,L2
と、該リアクタL1,L2の共通接続節点及び前記イン
バータ13が備えるトランジスタT3,T4の共通接続
節点の間にて並列接続されたキャパシタC2とから構成
されている。トランジスタT3,T4の共通接続節点と
キャパシタC2との接続節点は、インピーダンス変換器
14の出力端子をなしており、給電線17と接続されて
いる。また、給電線17が有するリアクタLfは、イン
ピーダンス変換器14のリアクタンス成分の一部をなす
ものであり、リアクタL2,Lfによるリアクタンスは
リアクタL1が有するリアクタンスと等しくなしてあ
る。リアクタLfのリアクタンスがリアクタL1のリア
クタンスより大きい場合は、その差分を打ち消すため
に、リアクタL2に替えてコンダクタを挿入する。
【0020】インピーダンス変換器14における入力側
の電圧,電流,角周波数をそれぞれ、ex ,ix ,ω、
出力側の電圧,電流をそれぞれ、Ey ,Iy 、また、リ
アクタL1のリアクタンスをL1 、キャパシタC2のキ
ャパシタンスをC2 とした場合、インピーダンス変換器
14の特性式は下記(1)式により示される。従って、
入力電圧ex が定電圧であれば、出力側の負荷によらず
に出力電流Iy は定電流となる。
【0021】
【数1】
【0022】また、出力側の負荷をRとし、リアクタL
2のリアクタンスをL2 、給電線17が有するリアクタ
LfのリアクタンスをLf とした場合、電源側からみた
全インピーダンスZT は下記(2)式により示される。
【0023】
【数2】
【0024】従って、インピーダンスZT は虚数項を含
まず無効電流が無くなるため、インバータ13の電流容
量を小さくすることができる。また、インバータ13及
びリアクタL1での損失も小さくなる。
【0025】また、リアクタL1,L2及びキャパシタ
C2は下記(3)式に示す共振条件を満たしている。 ωL1 =1/ωC2 =ω(L2 +Lf )・・・(3)
【0026】また、インピーダンス変換器14の入力電
圧の実効値をeとした場合における給電線17に出力さ
れる電流Iは下記(4)式により与えられる。 I=e/ωL1 ・・・(4)
【0027】インピーダンス変換器14の出力側には、
給電線17に供給される電流を検出するための電流検出
器15が設けられており、該電流検出器15が出力した
検出値はパルス幅制御器16へ入力される。図2はパル
ス幅制御器16の構成を示すブロック図である。発信回
路31が出力した信号は三角波発生回路32へ入力され
る。三角波発生回路32は三角波を生成し、ゲート信号
作成回路36へ出力する。
【0028】一方、電流検出器15が検出した検出値に
基づき電流検出回路33にて生成された供給電流値及び
電流指令値(目標電流値)は演算回路34へ入力されて
差分が演算され、制御信号作成回路35は差分値に基づ
く制御信号をゲート信号作成回路36へ出力する。ゲー
ト信号作成回路36は、前記三角波及び前記制御信号に
基づいてパルス幅θのゲート信号を作成し、インバータ
13へ出力する。インバータ13に入力した前記ゲート
信号は、トランジスタT1〜T4のスイッチングを担
う。なお、パルス幅制御器16と同機能を有する装置が
特願平11-350876号に記載されているため、ここでの詳
述は省略する。また、前記電流検出器15に代わり、整
流回路12の正側出力端子及び負側出力端子間に電圧検
出器を備え、該電圧検出器が検出した電圧値に基づき、
パルス幅制御器16を動作させるようにしてもよい。
【0029】次に、インバータ13において発生する高
調波のうち第3高調波を抑制するため、インピーダンス
変換器14を構成するリアクタL1,L2のリアクタン
スL 1 ,L2 及びキャパシタC2のキャパシタンスC2
の設定について説明する。電源11が出力する電圧(実
効値E)が、整流回路12及び平滑コンデンサC1にて
整流平滑化されることにより下記(5)式に示す直流の
電圧Ed となる。 Ed =√2・E・・・(5)
【0030】直流の電圧Ed は、インバータ13が備え
るトランジスタT1〜T4に入力されるゲート信号に基
づき、パルス幅θを有する方形波電圧となりインバータ
13より出力される。該方形波電圧の第n次高調波電圧
の実効値をEn (n=1,3,5…)とした場合、実効
値En は下記(6)式により決定されることが知られて
いる。
【0031】
【数3】
【0032】従って、インバータ13より出力される電
圧のうち第3高調波電圧の実効値は、(6)式において
n=3を代入することにより得られ、この場合、θ=1
20゜のときE3 =0となり第3高調波電圧を抑制する
ことができる。
【0033】上記(4)〜(6)式より、給電線17に
出力される電流Iは下記(7)式により表すことができ
る。
【0034】
【数4】
【0035】従って、第3高調波を抑制し、給電線17
に所望の電流Iを出力するには、上記(7)式でn=1
(基本波)においてθ=120゜を満たすようにリアク
タンスL1 を決定すればよい。また、該リアクタンスL
1 及び(3)式に基づき、リアクタンスL2 及びキャパ
シタンスC2 を決定する。
【0036】次に、上述したような構成をなす給電装置
の動作について説明する。電源11から給電装置10へ
供給された三相交流は、整流回路12へ入力され、該整
流回路12において直流電圧に整流される。整流回路1
2から出力された直流電圧は平滑コンデンサC1により
平滑化され、インバータ13へ入力される。
【0037】インバータ13を構成する各トランジスタ
T1〜T4には、パルス幅制御器16からゲート信号が
入力され、該ゲート信号に基づいて駆動することにより
方形波をなす交流電圧を出力する。インバータ13から
出力された第3高調波成分が抑制された方形波交流電圧
は、インピーダンス変換器14において更に高調波成分
が除去され、略正弦波交流電流として給電線17に出力
される。
【0038】本実施に係る給電装置によれば、インピー
ダンス変換器14を備え、インバータ13へ入力するゲ
ート信号のパルス幅θが120゜となるように前記イン
ピーダンス変換器14が具備するリアクタL1,L2及
びキャパシタC2を決定するため、給電線17に設けら
れる負荷によらず定電流を供給し、また、給電線17に
供給する電流の第3高調波成分及びその他の高調波成分
を除去することができる。
【0039】なお、商用電源11の電圧実効値Eは、一
般に−15〜+10パーセントの変動を有する。従っ
て、インピーダンス変換器14を構成するリアクタL
1,L2のリアクタンス及びキャパシタC2のキャパシ
タンスを算出する場合は、電圧実効値Eの基準値に応じ
て算出し、電圧実効値Eが変動した場合は、インバータ
13へ入力するゲート信号のパルス幅を調整すればよ
い。
【0040】また、本実施の形態では、インピーダンス
変換器14としてT型LCLのものを示したが、π型C
LCのインピーダンス変換器であっても同様の効果を奏
することができる。また、第3高調波の他、第5高調
波、第7高調波についても同様にしてパルス幅θ、リア
クタンスL1 ,L2 及びキャパシタンスC2 を決定する
ことにより抑制することができる。
【0041】(実施の形態2)図3は、本発明に係る給
電装置の実施の形態2を示すブロック図である。図中2
0は給電装置であり、実施の形態1に示したものと同様
の整流回路12及びインバータ13と、インピーダンス
変換器19とを備えている。
【0042】整流回路12の入力端子は電源11に接続
され、三相交流が入力される。また、整流回路12の正
側出力端子及び負側出力端子の間には、平滑コンデンサ
C1及び電圧検出器18が接続されており、前記正側出
力端子はヒューズFを介してインバータ13を構成する
トランジスタT1,T3のコレクタに接続され、前記負
側出力端子はインバータ13を構成するトランジスタT
2,T4のエミッタに接続されている。
【0043】前記電圧検出器18が検出する整流回路1
2の両出力端子間の直流電圧値及び電流指令値はパルス
幅制御器16に入力される。該パルス幅制御器16は、
前記直流電圧値及び電流指令値に基づき、実施の形態1
と同様にインバータ13を構成するトランジスタT1〜
T4に入力するのゲート信号を生成する。なお、前記電
圧検出器18に代わり、給電線17の電流値を検出する
電流検出器を用い、該電流検出器が検出した電流値に基
づき、前記パルス幅制御器16を動作させるようにして
もよい。
【0044】トランジスタT1,T2の共通接続節点
と、トランジスタT3,T4の共通接続節点とは、入力
側及び出力側のインピーダンスを整合する整合変圧器
(マッチングトランス)Tmの2つの入力端子に接続さ
れ、また、整合変圧器Tmの2つの出力端子にはインピ
ーダンス変換器19の2つの入力端子が接続されてい
る。
【0045】インピーダンス変換器19の一方の入出力
端子間には、直列接続されたリアクタL11,L2が接
続され、他方の入出力端子間にはリアクタL12が接続
されている。リアクタL11及びリアクタL2の共通接
続節点とリアクタL12の出力側端子との間に、直列接
続されたキャパシタC21,C22が接続されることに
より、リアクタL11及びキャパシタC21と、リアク
タL12及びキャパシタC22とは平衡回路をなしてお
り、その中点であるキャパシタC21及びキャパシタC
22の共通接続節点は接地されている。また、インピー
ダンス変換器19の出力端子はリアクタンスLf を有す
る給電線17に接続されており、前記リアクタンスLf
は、インピーダンス変換器19のリアクタンス成分の一
部をなしている。
【0046】次に、上述したような構成をなす給電装置
の動作について説明する。電源11から給電装置20へ
供給された三相交流は、整流回路12及び平滑コンデン
サC1を経て直流電圧に変換され、インバータ13へ入
力される。インバータを構成するトランジスタT1〜T
4には、電圧検出器18が検出した電圧値及び電流指令
値に基づきパルス幅制御器16からゲート信号が入力さ
れ、該ゲート信号に基づいて方形波をなす交流電圧を出
力する。インバータ13から出力された方形波交流電圧
は、整合変圧器Tmを経てインピーダンス変換器19に
入力される。更に該インピーダンス変換器19にて高調
波成分が除去され、正弦波交流電流として給電線17に
出力される。
【0047】本実施に係る給電装置によれば、実施の形
態1と同様の効果を奏する他、整流回路12の出力端子
間に電圧検出器18を備えるため、電源電圧の変動に応
じてインバータ13を制御するゲート信号を調整するこ
とができる。また、インバータ13とインピーダンス変
換器19とを整合変圧器Tmを介して接続するため、イ
ンピーダンス変換器19を構成するリアクタL11,L
12,L2及びキャパシタC21,C22の選択するこ
とができる範囲が広くなる。更に、インピーダンス変換
器19は中点を接地した平衡回路をなしているため、高
調波が給電装置の外部へ及ぼす影響を抑制し、また、給
電線の対地電圧が上昇するのを防止することができる。
【0048】
【発明の効果】第1及び第2発明に係る給電装置によれ
ば、電源電圧の変動に拘わらず所定の電力を給電線に供
給することができる給電装置を実現することができる。
第3発明に係る給電装置によれば、給電線から電力を供
給される搬送車が備える回路素子に、高調波が及ぼす過
負荷、過熱及び誘導障害などの影響を抑制することがで
きる給電装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る給電装置の実施の形態を示すブロ
ック図である。
【図2】本発明に係る給電装置が備えるパルス幅制御器
の構成を示すブロック図である。
【図3】本発明に係る給電装置の他の実施の形態を示す
ブロック図である。
【図4】従来の非接触給電方式を説明するためのブロッ
ク図である。
【符号の説明】
10 給電装置 11 電源 12 整流回路 13 インバータ 14 インピーダンス変換器 15 電流検出器 16 パルス幅制御器 31 発振回路 32 三角波発生回路 33 電流検出回路 34 演算回路 35 制御信号作成回路 36 ゲート信号作成回路 C1 平滑コンデンサ C2 キャパシタ F ヒューズ L1,L2,Lf リアクタ T1,T2,T3,T4 トランジスタ
フロントページの続き (72)発明者 北吉 晴芳 大阪府大阪市鶴見区鶴見4丁目17番96号 株式会社椿本チエイン内 Fターム(参考) 5H007 AA08 BB02 CA01 CB04 CB05 CC03 CC32 DA05 DC02 DC05 EA02

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 インバータを備え、該インバータの駆動
    により生成した交流電流を給電線へ出力する給電装置に
    おいて、 前記インバータの入力側の電圧値を検出する電圧検出器
    と、該電圧検出器が検出した電圧値及び給電線へ出力す
    る目標電流値に基づき前記インバータが具備するスイッ
    チング素子をオン/オフするパルス信号のパルス幅を制
    御する制御回路とを備え、前記パルス信号は、前記イン
    バータが出力する基本波に対する高調波を抑制するパル
    ス幅を有していることを特徴とする給電装置。
  2. 【請求項2】 インバータを備え、該インバータの駆動
    により生成した交流電流を給電線へ出力する給電装置に
    おいて、 前記給電線の電流値を検出する電流検出器と、該電流検
    出器が検出した電流値及び給電線へ出力する目標電流値
    に基づき前記インバータが具備するスイッチング素子を
    オン/オフするパルス信号のパルス幅を制御する制御回
    路とを備え、前記パルス信号は、前記インバータが出力
    する基本波に対する高調波を抑制するパルス幅を有して
    いることを特徴とする給電装置。
  3. 【請求項3】 前記高調波を抑制するパルス幅及び前記
    目標電流値に基づき与えられるリアクタンス及びキャパ
    シタンスを有するリアクタ及びキャパシタを具備するイ
    ンピーダンス変換器を、前記インバータの出力側に備え
    ることを特徴とする請求項1又は2に記載の給電装置。
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