JP2009077546A - 非接触給電システムに用いられる車両及び非接触給電システム - Google Patents

Abstract

【課題】非接触給電システムの給電線による電力損失を減らすことである。
【解決手段】台車２１は、ピックアップコア２７とショートバー２５を有する。ショートバー２５は、往路、復路の給電線２２ａ、２２ｂを挟み込む貫通孔２５ａ、２５ｂを有し、給電線２２ａと給電線２２ｂとを一定の容量で短絡する機能を持っている。この容量は、給電線２２ａ、２２ｂとショートバー２５との空間距離と対向面積を変えることで変化させることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、非接触給電システムとそのシステムに用いられる車両に関する。

従来、工場や倉庫において決められた走路を走行する搬送車を用いて部品や荷物を搬送することが行われていた。搬送車のモータを駆動する電力を供給する方法として、電源から給電線を介して非接触で電力を供給する非接触給電システムが実用化されている。

非接触給電システムでは、走路に沿って平行に給電線を設置して高周波電源から電力を供給し、搬送車が受電コアにより給電線から非接触で電力の供給を受ける。
非接触給電システムにおいては、搬送車の移動距離を長くすると、給電線のインピーダンスによる電力損失が大きくなるという問題点があった。

この問題を解決するために、特許文献１の発明では、図４に示すように給電線１１を複数の区間に分けて、各区間の給電線１１に直列に複数のスイッチＳＷを設け、さらに往路と復路の電流が流れる給電線１１を短絡するスイッチＳＷを設けている。

例えば、搬送車が区間Ｂを走行しているときには、区間ＡのスイッチＳＷ１、ＳＷ２と、区間ＢのスイッチＳＷ４、ＳＷ５がオンとなり、区間Ａの短絡用のスイッチＳＷ３と区間Ｂの短絡用のスイッチＳＷ６は共にオフとなる。そして、高周波電源１２からの距離が、区間Ｂより遠い区間Ｃの給電線１１に直列に挿入されているスイッチＳＷ７とＳＷ８はオフとなり、往路と復路の給電線１１の間に接続されているスイッチＳＷ９がオンとなり、区間Ｃの給電線１１を短絡する。この結果、区間Ｃの給電線１１のインピーダンスによる電力損失を減らすことができる。

しかしならが、特許文献１の発明は、給電線１１に複数のスイッチを設ける必要があり、分割する区間数を増やすと、その分必要なスイッチの個数が増えることと、スイッチをオン、オフさせるための制御回路も複雑になるという問題点がある。また、スイッチ等の機能を維持するために一定期間毎にスイッチを交換する等のメンテナンスが必要となる。
特開２０００−１０３２６３号公報

本発明の課題は、非接触給電システムの給電線による電力損失を減らすことである。

本発明は、非接触給電システムに用いられる車両であって、平行に配置された給電線から非接触で電力を受電する受電コアと、前記給電線を非接触で所望のインピーダンスで短絡する短絡用コアとを備える。

この発明によれば、車両に電力を供給するために必要な区間以外の給電線による電力損失を減らすことができる。
上記の発明の非接触給電システムに用いられる車両において、前記短絡用コアは、前記車両に電力を供給する高周波電源からの距離が、前記受電コアより遠い位置に配置されている。

このように構成することで、受電コアによる給電線からの電力の受電を妨げることなく、給電線による電力損失を減らすことができる。
上記の発明の非接触給電システムに用いられる車両において、前記短絡用コアは、平行に配置された前記給電線と所定の空間距離を持って前記給電線を挟む貫通孔を有する金属材料からなる。

このように構成することで給電線を一定の容量で短絡することができる。

本発明によれば、給電線による電力損失を減らすことができる。

以下、本発明の実施の形態について説明する。この実施の形態の非接触給電システムは、工場、倉庫等で使用される台車（車両）２１に給電線２２から非接触で電力を供給するシステムに関するものである。

図１（Ａ）、（Ｂ）は、実施の形態の非接触給電システムの車両２１、給電線２２及びレール２３の部分の上面図と側面図である。
実施の形態の非接触給電システムに用いられる台車２１は、給電線２２から電力を受電するためのピックアップコア２７と、給電線２２を所定の容量で短絡するためのショートバー２５を有する。

給電線２２は、図１（Ｂ）に示すように、高周波電源から電流が出力される往路の給電線２２ａと、高周波電源に電流が流れる込む復路の給電線２２ｂとからなる。往路と復路の給電線２２ａ、２２ｂは、レール２３と平行に敷設され、それらの末端が短絡されて閉ループを形成している。これら往路、復路の給電線２２ａ、２２ｂは、絶縁性の取り付け部材２４ａ、２４ｂによりレール２３に取り付けられている。給電線２２は、例えば、リッツ線で構成されている。

台車２１には、ピックアップコア２７と、ショートバー２５が取り付けられている。ピックアップコア（受電コアに対応する）２７は、台車２１のモータを駆動する電力を給電線２２から非接触で受電するためのものである。このピックアップコア２７は、図１（Ａ）に示すように、台車２１の側面の高周波電源に近い方の位置に取り付けられている。

ショートバー（短絡用コアに対応する）２５は、往路、復路の給電線２２ａ、２２ｂを挟み込む貫通孔２５ａ、２５ｂを有し、給電線２２ａと給電線２２ｂとを所望のインピーダンスで短絡する機能を持っている。ショートバー２５は、例えば、銅、鉄、アルミ等の導電性の材料で構成されており、往路の給電線２２ａとの間及び復路の給電線２２ｂとの間で一定の容量を持っている。この容量は、給電線２２ａ、２２ｂとショートバー２５との空間距離と対向面積により決まる。ショートバー２５は、往路の給電線２２ａと復路の給電線２２ｂを一定の容量で短絡する機能を持っている。ショートバー２５は、絶縁部材２６を介して台車２１に固定されている。

ショートバー２５は、ピックアップコア２７の受電動作を妨げないように、ピックアップコア２７より高周波電源からの距離が遠い位置に取り付けられている。
すなわち、台車２１は、高周波電源に近い方の位置に設けられているピックアップコア２７により、給電線２２から電力を受電すると共に、ピックアップコア２７の後方（高周波電源から離れる方向）に設けられているショートバー２５により、往路と復路の給電線２２ａ、２２ｂを一定の容量で短絡している。

このように、ショートバー２５により往路と復路の給電線２２ａ、２２ｂを一定の容量で短絡することで、台車が存在しない区間の給電線２２ａ、２２ｂに流れる電流を減らし、給電線２２の電力損失を減らすことができる。

図２（Ａ）は、従来の非接触給電システムの給電線３２の等価回路を示し、図２（Ｂ）は、実施の形態の非接触給電システムの台車２１と給電線２２の等価回路を示す図である。

従来の非接触給電システムにおいては、給電線３２のインピーダンスは、図２（Ａ）に示すように、高周波電源３３から台車３１までの区間Ａの給電線３２の抵抗Ｒ_１とインダクタンスＬ_１と、台車３１から給電線３２の末端までの区間Ｂの抵抗Ｒ_２とインダクタンスＬ_２とで表すことができる。区間Ｂの抵抗Ｒ_２とインダクタンスＬ_２に流れる電流をＩとすると、区間Ｂの給電線３２の抵抗Ｒ_２による電力損失は、Ｉ^２Ｒ_２となる。

一方、実施の形態の非接触給電システムにおいては、台車２１がショートバー２５を有することから、給電線２２のインピーダンスは、図２（Ｂ）に示すように、高周波電源２８から台車２１までの区間Ａの抵抗Ｒ_１とインダクタンスＬ_１と、給電線２２ａ、２２ｂとショートバー２５の等価容量（Ｃ_１とＣ_２の直列容量）と、台車２１から給電線２２の末端までの区間Ｂの抵抗Ｒ_２とインダクタンスＬ_２で表せる。なお、Ｃ_１とＣ_２は、給電線２２ａ、２２ｂとショートバー２５との間の空間距離と対向面積により決まる容量である。

ショートバー２５の等価的な容量Ｃ_１とＣ_２に流れる電流をＩ_２、区間Ｂの給電線２２に流れる電流をＩ_１とすると、区間Ｂの給電線２２の抵抗Ｒ_２による電力損失は、Ｉ_１ ^２Ｒ_２となる。

実施の形態の非接触給電システムにおいて、区間Ｂの給電線２２に流れる電流Ｉ_１と、給電線２２ａ、２２ｂ及びショートバー２５の等価容量Ｃ_１、Ｃ_１２に流れる電流Ｉ_２の合計値が、従来の非接触給電システムにおいて、区間Ｂの給電線３２に流れる電流Ｉと等しいとすると、実施の形態の非接触給電システムにおける、区間Ｂの給電線２２の抵抗Ｒ２による電力損失はＩ_１ ^２Ｒ_２となる。これは、電流ＩがＩ＝Ｉ_１＋Ｉ_２の関係を有することから、従来の非接触給電システムにおける区間Ｂの給電線３２の電力損失Ｉ^２Ｒ_２より小さい値である。このとき、給電線２２ａ、２２ｂとショートバー２５の等価容量Ｃ_１及びＣ_２にも電流Ｉ_２が流れるが、この電流Ｉ_２は高周波電源２８に帰還される無効電流であるので、電力損失としては無視することができる。

よって、台車２１に設けたショートバー２５により往路、復路の給電線２２ａ、２２ｂを一定の容量で短絡することで、給電線２２の電力損失を減らすことができる。
図３は、従来の非接触給電システムと、実施の形態の非接触給電システムの給電線の電力損失と、高周波電源から台車までの距離との関係をシミュレーションした結果を示す図である。図３の縦軸は、電力損失をパーセントで表したものであり、横軸は、高周波電源から台車までの距離を示している。

従来の非接触給電システムでは、台車３１がどの位置にいても給電線３２の電力損失は一定である。このときの電力損失を１００％で表してある。
一方、実施の形態の非接触給電システムは、台車２１が高周波電源２８から離れた位置にあるときには、従来の非接触給電システムと同じ電力損失が発生しているが、台車２１が高周波電源２８に近づくほど給電線２２の電力損失は減少する。

このシミュレーション結果からも、ショートバー２５により給電線２２の電力損失を減らすことができることが分かる。
上述した実施の形態によれば、台車２１のショートバー２５により給電線２２を所望の容量で短絡することで、給電線２２の電力損失を減らすことができる。使用するショートバー２５は、構造がシンプルなのでメンテナンスのための手間がかからない。さらに、後から台車２１に取り付けることもできるので、既存の非接触給電システムに使用することもできる。

本発明は、上述した実施の形態に限らず、例えば、以下のように構成しても良い。
（１）ショートバー２５の給電線２２を挟む部分の断面形状は、円に限らず、Ｅ型、その他の形状でも良い。
（２）ショートバー２５を移動可能な構造にして、給電線２２との空間距離を変えることができる構造にしても良い。このような構造にすることで、例えば、同じ給電線２２から２台以上の台車が電力の供給を受けている場合に、高周波電源に近い位置にある台車のショートバー２５を移動させて給電線２２との空間距離を大きくして容量を無視できるような値にすることで、高周波電源から離れた位置にある他の台車が給電線２２から電力を受電できるようにすることができる。これにより、同じ給電線２２から２台以上の台車が電力を受電するシステムであって、高周波電源からの各台車の距離が変化する場合にも、本発明を適用することができる。

実施の形態の給電線と台車の上面図及び側面図である。 給電線と台車の等価回路を示す図である。 従来の非接触給電システムと実施の形態の非接触給電システムの電力損失の比較図である。 従来の非接触給電システムのスイッチの構成を示す図である。

符号の説明

１１、２２、３２ 給電線
１２、２８，３３ 高周波電源
２１、３１ 台車
２２、２２ａ、２２ｂ 給電線
２３ レール
２５ ショートバー
２７ ピックアップコア

Claims (4)

1. 平行に配置された給電線から非接触で電力を受電する受電コアと、
   前記給電線を非接触で所望のインピーダンスで短絡する短絡用コアとを備える非接触給電システムに用いられる車両。
2. 前記短絡用コアは、前記車両に電力を供給する高周波電源からの距離が、前記受電コアより遠い位置に配置されている請求項１記載の非接触給電システムに用いられる車両。
3. 前記短絡用コアは、平行に配置された前記給電線と所定の空間距離を持って前記給電線を挟む貫通孔を有する金属材料からなる請求項１又は２記載の非接触給電システムに用いられる車両。
4. 平行に配置された給電線から非接触で電力を受電する受電コアと、
   前記給電線を非接触で所望のインピーダンスで短絡する短絡用コアとを有する車両に電力を供給する非接触給電システム。