JP2008054458A

JP2008054458A - 非接触給電装置

Info

Publication number: JP2008054458A
Application number: JP2006230141A
Authority: JP
Inventors: Harumasa Yamamoto; 治正山本
Original assignee: Hitachi Plant Technologies Ltd
Current assignee: Hitachi Plant Technologies Ltd
Priority date: 2006-08-28
Filing date: 2006-08-28
Publication date: 2008-03-06

Abstract

【課題】複数台の高周波電源装置で１つの給電線路を駆動することができる非接触給電装置を提供すること。
【解決手段】２台の高周波電源装置５、６により給電線路に励磁電流を流し、非接触で２次側の受電コイル１に電力を伝送する非接触給電装置において、２台の高周波電源装置５、６の給電線３、４を並列して１つの給電線路として一体化し、２台の高周波電源装置５、６の給電線３、４から受電コイル１に電磁誘導するようする。
【選択図】図１

Description

本発明は、非接触給電装置に関し、特に、複数台の高周波電源装置で１つの給電線路を駆動するようにした非接触給電装置に関するものである。

非接触給電装置は、例えば、半導体工場等や液晶工場のクリーンルーム内において、発塵を最小限に抑制した搬送装置に使用されている。

このような搬送装置では、搬送物の大型化や搬送速度の高速化に伴い、有軌道搬送者やスタッカクレーンなどの搬送設備を駆動する電源の容量が増大している。
これらの設備を非接触給電で電源を供給する場合、必要とするすべての電源を１台の高周波電源装置で供給できれば問題はない。
しかしながら、高周波電源装置の容量が不足する場合、複数の高周波電源装置を使用して負荷に電力を供給する必要がある。

このように、１台の高周波電源装置で容量が不足する場合で、２台の高周波電源装置を２台並列に接続するときには、以下のようにして行うものは既に実用化されている。
・２台の高周波電源装置が発生する交流の周波数、位相を完全に同期するため、１つの基準信号を２台の高周波電源装置で共有し、高周波電流を発生させる。
・２台の高周波電源装置の出力をトランスで結合し、１つの高周波電源の出力を得る。
これらの方法は、非接触給電に限らず、一般に大容量の誘導電動機の駆動を複数のインバータで駆動する場合など、商用電源周波数のインバータ駆動技術を高周波電源装置に適用した方法で行われている。

しかしながら、上記従来の非接触給電装置では、以下の問題点がある。
１０ｋＨｚ近傍の周波数では、鉄心のトランスでは鉄心の損失による発熱が大きく、高周波特性の良好なフェライトコアをトランスの鉄心に使う必要があり、トランスが高価になる。
また、２台のインバータを同期させる回路が高周波電源装置に必要になり、１台の単独で使用する高周波電源装置と互換性がなくなり、装置も複雑になるためコストの上昇を招く欠点があった。

本発明は、上記従来の非接触給電装置が有する問題点に鑑み、複数台の高周波電源装置で１つの給電線路を駆動することができる非接触給電装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の非接触給電装置は、２台の高周波電源装置により給電線路に励磁電流を流し、非接触で２次側の受電コイルに電力を伝送する非接触給電装置において、２台の高周波電源装置の給電線を並列して１つの給電線路として一体化し、該２台の高周波電源装置の給電線から受電コイルに電磁誘導するようにしたことを特徴とする。

この場合において、２台の高周波電源装置の出力周波数を、受電コイルの２次共振周波数の近傍で、該２次共振周波数より高い周波数と低い周波数とにそれぞれずらすようにすることができる。

本発明の非接触給電装置によれば、２台の高周波電源装置により給電線路に励磁電流を流し、非接触で２次側の受電コイルに電力を伝送する非接触給電装置において、２台の高周波電源装置の給電線を並列して１つの給電線路として一体化し、該２台の高周波電源装置の給電線から受電コイルに電磁誘導することから、高価なトランスやインバータを同期させる回路を不要とするとともに、単独で使用する汎用の高周波電源装置を利用することができ、これにより、簡略な構成によりコストの上昇を防止しながら、並列運転で出力電力を大きくすることができる。

また、２台の高周波電源装置の出力周波数を、受電コイルの２次共振周波数の近傍で、該２次共振周波数より高い周波数と低い周波数とにそれぞれずらすことにより、高周波電源装置の相互干渉を低減しながら、並列運転で出力電力を大きくすることができる。

以下、本発明の非接触給電装置の実施の形態を、図面に基づいて説明する。

図１〜図２に、本発明の非接触給電装置の一実施例を示す。
この非接触給電装置は、２台の高周波電源装置５、６により給電線路に励磁電流を流し、非接触で２次側の受電コイル１に電力を伝送するもので、２台の高周波電源装置５、６の給電線３、４を並列して１つの給電線路として一体化し、該２台の高周波電源装置５、６の給電線３、４から受電コイル１に電磁誘導するようにしている。

また、この非接触給電装置は、２台の高周波電源装置５、６の出力周波数を、受電コイル１の２次共振周波数の近傍で、該２次共振周波数より高い周波数と低い周波数とにそれぞれわずかにずらすようにしている。

図１に、受電コイルと給電線の関係を示す。
給電線支持部材２に、給電線３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄと給電線４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄを敷設し、敷設した給電線３、４に受電コイル１が跨るように配置する。
受電コイル１は、図示しない搬送装置等の移動体に固定し、地上側の給電線３、４から電磁誘導で電力を供給する。

給電線３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄは、図２に示すように、１本の給電線であり、高周波電源装置５に給電線３ａを接続し、高周波電源装置５と反対側の端部で折り返して給電線３ｂとなり、さらに高周波電源装置５の側で折り返して給電線３ｃに、高周波電源装置５の反対側の端部で折り返して給電線３ｄとなり、高周波電源装置５に再度接続する。
同様に、高周波電源装置６の給電線４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄも端部で折り返し、高周波電源装置６に再度接続する。
これにより、図１に示すように、それぞれの給電線３、４が、受電コイル１を２往復する。

２本の給電線３、４は、図１に示すように、受電コイル１と対向する場合に、それぞれができるだけ近い条件で電磁誘導をするように、２本の給電線３、４を交互に配置する。
なお、本実施例では、それぞれの給電線３、４を２往復させているが、１往復あるいは３往復以上であってもよい。
電磁誘導は、それぞれの給電線３、４が発生する磁界の合成磁界で電磁誘導が生じるため、２つの電源をトランスで結合するのと同等の効果が得られる。

給電線３、４を交互に敷設して別々の高周波電源装置５、６に接続するのは、高周波電源装置５、６が同期機能を持つ場合でも持たない場合でもどちらでも使える構造とし、結合トランスをなくすことが目的である。
高周波電源装置５、６で給電線３、４を励磁する際に、給電線３、４の線路長さに比例した給電線の自己インダクタンスを相殺するため、給電線に直列にコンデンサを挿入し、１次側の給電線３、４を直列共振状態で使用する。

２台の高周波電源装置５、６の周波数が完全に同期しない場合、その周波数の差の周波数により２次側に誘起する磁束が変動する。
１次側の高周波電源装置５、６に２台の同期機能がない場合には、２つの電源の周波数を数１０Ｈｚから１００Ｈｚ程度ずらせることにより、２次側に誘起する磁束の変動を、２次側受電回路の整流回路の時定数よりも小さくすることで、同期機能のない高周波電源装置での並列接続が可能になる。

２つの高周波電源装置５、６の周波数をずらせる値の限界は、２次側の受電コイル１で構成する２次共振回路の共振周波数から外れるに従い、それぞれの高周波電源装置から供給できる電力が小さくなるため、１台単独運転の場合の９０％程度の電力が供給できる周波数に設定する。
これにより、２台の高周波電源装置５、６を完全に同期した場合の２００％に比較し、１８０％と最大電力は若干低下するが、従来と同じ形式の高周波電源装置を使用し、並列運転で出力電力を大きくすることができる。

この状態を図３に示す。
高周波電源装置５の出力周波数を、受電コイル１の２次共振周波数よりも低い周波数で、出力が１０％程度低下する周波数に設定し、この周波数に合わせて給電線３と、該給電線３と直列に挿入するコンデンサの１次共振回路を設定する。
一方、高周波電源装置６は、受電コイル１の２次共振周波数よりも高い周波数で、出力が１０％程度低下する周波数に設定する。
このように、受電コイル１の２次共振周波数に対して、高低対称に周波数を設定することで、２台の高周波電源装置５、６の負荷をほぼ同じ値にして、並列運転をすることができる。

周波数を２次共振周波数に対して対称にせず、高い方あるいは低い方のいずれか一方だけを使った場合、２台の高周波電源装置の出力は大きく異なり、並列運転の効果が小さくなるため、これを共振周波数近傍での特性の対称性を利用して回避する。

かくして、本実施例の非接触給電装置は、２台の高周波電源装置５、６により給電線路に励磁電流を流し、非接触で２次側の受電コイル１に電力を伝送する非接触給電装置において、２台の高周波電源装置５、６の給電線３、４を並列して１つの給電線路として一体化し、該２台の高周波電源装置５、６の給電線３、４から受電コイル１に電磁誘導することから、高価なトランスやインバータを同期させる回路を不要とするとともに、単独で使用する汎用の高周波電源装置を利用することができ、これにより、簡略な構成によりコストの上昇を防止しながら、並列運転で出力電力を大きくすることができる。

また、２台の高周波電源装置５、６の出力周波数を、受電コイル１の２次共振周波数の近傍で、該２次共振周波数より高い周波数と低い周波数とにそれぞれずらすことにより、高周波電源装置５、６の相互干渉を低減しながら、並列運転で出力電力を大きくすることができる。

以上、本発明の非接触給電装置について、その実施例に基づいて説明したが、本発明は上記実施例に記載した構成に限定されるものではなく、実施例に記載した構成を適宜組み合わせるなど、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができる。

本発明の非接触給電装置は、高価なトランスやインバータを同期させる回路を不要とするとともに、単独で使用する汎用の高周波電源装置を利用することにより、簡略な構成によりコストの上昇を防止しながら、並列運転で出力電力を大きくするという特性を有していることから、例えば、負荷が大きくなりつつあるクリーンルームの搬送装置の非接触給電装置の用途に好適に用いることができる。

本発明の非接触給電装置の一実施例を示す断面正面図である。同非接触給電装置の高周波電源装置と給電線を示す平面図である。同非接触給電装置の２台の高周波電源装置の出力周波数、受電コイルの２次共振周波数、及び２次側出力の関係を示すグラフである。

符号の説明

１受電コイル
２給電線支持部材
３給電線
４給電線
５高周波電源装置
６高周波電源装置

Claims

２台の高周波電源装置により給電線路に励磁電流を流し、非接触で２次側の受電コイルに電力を伝送する非接触給電装置において、２台の高周波電源装置の給電線を並列して１つの給電線路として一体化し、該２台の高周波電源装置の給電線から受電コイルに電磁誘導するようにしたことを特徴とする非接触給電装置。
２台の高周波電源装置の出力周波数を、受電コイルの２次共振周波数の近傍で、該２次共振周波数より高い周波数と低い周波数とにそれぞれずらすようにしたことを特徴とする請求項１記載の非接触給電装置。