JP2002369415A - 非接触給電設備 - Google Patents
非接触給電設備Info
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Abstract
ことにより受電容量を下げ、受電部分の小形化、地上給
電設備容量の低減及び給電区間長の増大を図ることがで
きる非接触給電設備を提供すること。 【解決手段】 高周波電流を流す給電線1とピックアッ
プコイル2を介し、電磁誘導により地上設備から搬送車
に非接触で電力を供給するようにした非接触給電設備に
おいて、搬送車に、負荷9で消費する電力と給電能力の
差により生じる余剰電力を充電し、かつ負荷9で消費す
る電力が規定値を超えたときに負荷9に電力を供給する
電力貯蔵手段11を設けるようにする。
Description
関し、特に、非接触給電設備の能力内で負荷を平準化す
ることにより受電容量を下げ、受電部分の小形化、地上
給電設備容量の低減及び給電区間長の増大を図ることが
できる非接触給電設備に関するものである。
ーンな環境下で部品等を搬送するために無人搬送車が用
いられるが、この無人搬送車の走行台車への給電を発塵
することなく行うために、非接触で給電を行うようにし
ている。
度の低いトランスと等価であり、負荷から見た電源は、
内部抵抗の高い電源で、定格電力以上の負荷を接続した
場合は電源電圧が急激に下がることから、電源電圧に関
係なく必要なトルクに応じて電流制御を行うサーボモー
タのような負荷は、負荷で消費し得る電力以上の容量を
持つ電源容量が必要になる。このため、非接触給電設備
の受電容量は、走行系サーボモータや移載系サーボモー
タの瞬時最大電力と、制御装置や各種センサで定常的に
消費する電力の総和に駆動余裕を加算した値以上に選定
される。
や液晶製造工場の工程内あるいは工程間の搬送は、搬送
設備の特性として、搬送車の加速時の消費電力と、搬送
物を移載装置で上下する場合の上昇時の電力とが平均電
力に比較し突出している。この搬送設備は、2分程度の
サイクルで、荷の積み卸しや移動の一連の作業を繰り返
し、負荷で消費する電力の1サイクルでの平均と瞬時最
大電力の比率は1.5倍から2倍程度の開きがある。こ
の傾向は、搬送物の重量が増大したり、搬送能力を上げ
るために加速度を大きくしたりするほど強くなる。この
ため、従来の非接触給電設備で負荷に電力を常時給電す
る場合、受電部分の設備容量は負荷で消費する最大電流
まで確実に動作する必要があり、設備容量は負荷の最大
電力以上の容量が必要となる。
する問題点に鑑み、非接触給電設備の能力内で負荷を平
準化することにより受電容量を下げ、受電部分の小形
化、地上給電設備容量の低減及び給電区間長の増大を図
ることができる非接触給電設備を提供することを目的と
する。
め、本発明の非接触給電設備は、高周波電流を流す給電
線とピックアップコイルを介し、電磁誘導により地上設
備から搬送車に非接触で電力を供給するようにした非接
触給電設備において、搬送車に、負荷で消費する電力と
給電能力の差により生じる余剰電力を充電し、かつ負荷
で消費する電力が規定値を超えたときに該負荷に電力を
供給する電力貯蔵手段を設けたことを特徴とする。
消費する電力と給電能力の差により生じる余剰電力を充
電し、かつ負荷で消費する電力が規定値を超えたときに
該負荷に電力を供給する電力貯蔵手段を設けたことか
ら、非接触給電設備の能力内で負荷を平準化することに
より受電容量を下げることができ、これにより、給電設
備のなかで大きな体積と重量を占める受電コイルの小形
化や、地上給電設備容量の低減、あるいは同一の地上設
備容量に対しての給電区間長の増大を図ることができ
る。
材としてコンデンサを使用し、該コンデンサの充放電に
より負荷に電力を供給することができる。
と内部抵抗に適した充放電を行うことができる。
実施の形態を図面に基づいて説明する。
一実施例を示す。この非接触給電設備は、図2に示すよ
うに、走行路等に沿って敷設した高周波電流が流れる給
電線1から、搬送車(図示省略)側に設けたピックアッ
プコイル2に、給電線1の周囲に生じる磁界から電磁誘
導によって電源6の電力を伝達する。
4の容量とピックアップコイル2のインダクタンスとで
共振回路が構成されている。共振回路の電圧は、可飽和
リアクトル5で共振周波数を変化させ、受電回路7の出
力電圧を一定電圧に制限する。また、その他の方法も可
能であり、例えば、可飽和リアクトルの代わりにツェナ
ーダイオード等の非線形素子により電圧の振幅を制限す
ることもできる。なお、この受電回路7には、電源の内
部抵抗3が存在する。
ように、受電回路7の交流出力を平滑・整流回路8で整
流・平滑化し、直流出力電圧を負荷9に供給する。この
場合、負荷9に電力を供給する通常の経路は、経路13
である。これに対し、受電回路7の能力に対して負荷9
で消費する電力が少ない場合は、その余剰電力を経路1
4で充電回路10を通し、蓄電部材であるキャパシタ
(コンデンサ)11を充電する。そして、負荷9の消費
する電力が増加し、受電回路7の給電能力を上回ったと
き、経路15でキャパシタ11から昇圧コンバータ12
を通して放電する。
示す降圧コンバータからなり、該降圧コンバータは、ト
ランジスタ17をスイッチングし、インダクタ19に蓄
積したエネルギーをダイオード18で循環させる。そし
て、キャパシタ20で平滑し、負荷21に直流電圧を供
給する。入力電圧Vi、出力電圧Voの関係は、トラン
ジスタ17をスイッチングする周期Tに対し、トランジ
スタ17をオンする時間Tonの比率、デューティーサ
イクルDで決まる。なお、fはスイッチングの周波数を
示す。 Vo/Vi=Ton/T=D ・・・式(1) T=1/f ・・・式(2)
2の基本となる回路を図4に示す。この昇圧コンバータ
12は、トランジスタ22をスイッチングし、インダク
タ21にエネルギーを蓄積し、ダイオード23で循環す
る。この電流をキャパシタ24で平滑し、負荷25に直
流電圧を供給する。入力電圧Vi、出力電圧Voの関係
は、トランジスタ22をスイッチングする周期Tに対
し、トランジスタ22をオンする時間Tonの比率、デ
ューティーサイクルDで決まる。なお、fはスイッチン
グの周波数を示す。 Vo/Vi=1/(1−D) ・・・式(3)
で構成することは、装置を複雑にし、部品点数も増加す
るため、図5に示す充放電回路により充電と放電の両方
を行うことができる。 受電・整流・平滑回路26と負荷27の中間に充放電回
路とキャパシタ38を配置する。 充放電回路は、トランジスタ33、34、ダイオード3
5、36、インダクタ37、及び制御回路39で構成す
る。各部の電圧、電流の計測は、負荷に流れる電流2
8、負荷にかかる電圧29、充放電回路に流れる電流3
0、キャパシタに流れる電流31、及びキャパシタ38
の電圧32を計測し、制御回路39に入力する。
示すように、トランジスタ33がオンとなっている期間
はインダクタ37とキャパシタ38を充電し、トランジ
スタ33がオフとなっている期間はダイオード36で電
流が循環する。これは、図3に示す降圧コンバータと等
価である。
示すように、トランジスタ34のオン期間はインダクタ
37を流れ、該インダクタ37にエネルギーを蓄積す
る。これに対し、トランジスタ34がオフの期間は、ダ
イオード35を通して充放電回路から電流が流出し、負
荷27に流れる。このとき、整流回路は整流ダイオード
でピックアップコイルまで電流を回生することはなく、
電源電圧よりも昇圧電圧が高くなれば、キャパシタから
の放電電流は負荷側に流れる。これは、図4に示す昇圧
コンバータと等価になる。
IL、負荷にかかる電圧29ELの積になる。 PL=ELIL ・・・式(4) コンデンサの充電は、負荷電力が受電容量以下で行う。
容量制限をR、負荷電圧の許容値をELIMとすると次式
で充電と放電のモードを切り替える。充電モードは、 PL<RかつEL>ELIM ・・・式(5) とする。放電モードは、 EL<ELIM ・・・式(6) とする。これ以外の条件では、充放電回路を停止し、キ
ャパシタの充電された電荷を保持する保持モードに移行
する。
し、トランジスタ33をスイッチングする。トランジス
タ33と34は排他制御する。給電の余剰電力PMは、 PM=R−PL ・・・式(7) 従って、充電に回せる電流は、 IC=PM/EL ・・・式(8) で定電流充電を行う。このとき、キャパシタの電流31
(ICAP)、電圧32(ECAP)は、 ICAP<ICAP(max)かつECAP<ECAP(max)かつIC=PM/EL ・・・式(9)、(10)、(11) でトランジスタ33をオンにし、上記式が不成立になる
とトランジスタ33をオフにし電流を循環させる。この
ICAP(max)はキャパシタの充放電許容電流、ECAP(max)
はキャパシタの許容電圧を示す。これは、余剰電力の範
囲内で定電流、定電力、定電圧充電を行うことを示す。
トランジスタ34の動作は、式(3)で制限されるのは
前述したとおりである。キャパシタの電荷を放電し、式
(12)が満たせなくなっても、式(12)に近づくよ
うにデューティーサイクルDが100%に満たない範囲
でスイッチングを行うが、制御回路39が正常に動作す
る範囲を逸脱する最低電圧ではトランジスタ33、34
の両方をオフにし保持モードに入り、回路を誤動作から
保護する。また、式(9)の条件、 ICAP<ICAPmax は、トランジスタの保護のため、式(9)が不成立の場
合は、トランジスタ34をオフにする。保持モードで
は、キャパシタの電荷は、キャパシタの漏れ電流、制御
回路39の消費電流により徐々に放電される。また、給
電が一時的にとぎれる瞬時停電ではキャパシタからの放
電で負荷の運転を継続する。
タのスイッチング周波数が運転条件により変化する可変
周波数スイッチングになる。トランジスタの動作周波数
の上限はスイッチング損失により制約をうけ、また、下
限周波数はインダクタ37の値により電流が飽和しない
ように制限をうける。このため、スイッチングの上限及
び下限の周波数範囲で運転できるようトランジスタのオ
ン時間、周期に制約を設けることができる。また、1周
期にオフ期間を0.1〜1%程度設け、固定周波数で運
用することも可能である。以上により、充電と放電を一
つの回路で行い、負荷状態に応じた充放電制御を行うこ
とができる。
車に、負荷で消費する電力と給電能力の差により生じる
余剰電力を充電し、かつ負荷で消費する電力が規定値を
超えたときに該負荷に電力を供給する電力貯蔵手段を設
けたことから、非接触給電設備の能力内で負荷を平準化
することにより受電容量を下げることができ、これによ
り、給電設備のなかで大きな体積と重量を占める受電コ
イルの小形化や、地上給電設備容量の低減、あるいは同
一の地上設備容量に対しての給電区間長の増大を図るこ
とができる。
デンサを使用し、該コンデンサの充放電により負荷に電
力を供給することれにより、コンデンサのエネルギー密
度と内部抵抗に適した充放電を行うことができる。
図である。
電回路を示す断面図、(b)は受電回路の一例を示す回
路図である。
路図である。
回路図である。
Claims (2)
- 【請求項1】 高周波電流を流す給電線とピックアップ
コイルを介し、電磁誘導により地上設備から搬送車に非
接触で電力を供給するようにした非接触給電設備におい
て、搬送車に、負荷で消費する電力と給電能力の差によ
り生じる余剰電力を充電し、かつ負荷で消費する電力が
規定値を超えたときに該負荷に電力を供給する電力貯蔵
手段を設けたことを特徴とする非接触給電設備。 - 【請求項2】 電力貯蔵手段の蓄電部材としてコンデン
サを使用し、該コンデンサの充放電により負荷に電力を
供給することを特徴とする請求項1記載の非接触給電設
備。
Priority Applications (1)
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- 2001-06-12 JP JP2001177178A patent/JP2002369415A/ja active Pending
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