JP2014168372A - 磁気浮上式搬送装置及び荷台 - Google Patents

Abstract

【課題】磁気浮上式の荷台に非接触で電力を給電することで、移動の自由度を向上する。
【解決手段】本発明の磁気浮上式搬送装置１は、電源に接続される送電装置１０と、送電装置から非接触で電力の伝送を受ける受電装置２０と受電した電力の供給を受け磁場を発生させるコイル１４１，１４２とを備える荷台１４０と、磁気軌道１６０とを含み、コイルが生成した磁場と、磁気軌道が生成した磁場との間の反発力または吸引力を利用して浮上し、且つ移動及び固定が可能である。
【選択図】図１

Description

本発明は、磁気の反発力によって荷台を浮上させ、荷台に積載した搬送物を搬送する磁気浮上式搬送装置に関するものであって、特に、荷台に対する非接触での電力の供給の技術分野に関する。

従来、荷台と路面との間に生じる磁気反発力によって荷台を浮上させつつ、移動させる磁気浮上式の搬送装置が用いられていた。例えば、特許文献１には、あらかじめ路面に磁気軌道を敷設し、磁界発生部を搭載した荷台を磁気反発力で浮上させ、磁気軌道上を移動する構成が開示されている。

また、特許文献２には、磁気浮上式の荷台の下部に、自ら軌道を形成可能な駆動部を備えた搬送装置が開示されている。

特開平０９−２５２５０４号公報 特開平０７−１４３６１４号公報

特許文献１，２に記載の構成をはじめとする多くの磁気浮上式搬送装置の荷台は、内部に電磁石など、磁場発生装置を有し、電流を供給して磁界を発生させることで、路面との間に磁気反発力を発生させて浮上している。

このため、荷台は、電力供給用のバッテリを搭載したり、外部から電力の供給を受けたりする必要がある。しかしながら、電力供給のためにバッテリを搭載する場合、荷台の積載重量が圧迫され、搬送可能な積載物の重量が低減してしまう。このような状況において、より多くの積載物を搬送するためには、荷台に更に大容量且つ大重量のバッテリを搭載することが必要となり、効率的でなかった。

また、外部から電力の供給を受ける場合、例えば給電用のケーブルや、磁気軌道縁部に設けられる給電用のガイドレールなど、接触式の接続部材が必要となる。このようなケーブルやガイドレールは、荷台の移動範囲を制限するため利便性が悪く、また、ガイドレールなど磁気軌道と一体化して設けられる構成を用いる場合、磁気軌道のレイアウト変更に速やかに対応しきれないという技術的な問題があった。

本発明は、上述した技術的な問題点に鑑みてなされたものであり、荷台の移動を妨げることなく、好適な給電を実現可能な磁気浮上式搬送装置及び搬送用の荷台を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明の磁気浮上式搬送装置は、電源に接続される送電装置と、積載物を積載可能な荷台と、磁気軌道とを備え、前記荷台は、前記送電装置から電力の伝送を受ける受電装置と、該受電装置において受電した電力の供給を受け磁場を発生させるコイルとを備え、前記コイルが生成した磁場と前記磁気軌道が生成した磁場との間の反発力または吸引力を利用して浮上し、移動及び固定が可能であり、前記送電装置は、前記受電装置に対して非接触で電力を伝送する。

本発明の磁気浮上式搬送装置によれば、荷台が磁気軌道上に浮上し、且つ移動または固定した状態で、送電装置から受電装置に電力を供給できる。このため、荷台はバッテリなどの電源の代わりに、送電装置から非接触で電力の伝送を受ける受電装置を備えることで、コイルへの電流の供給ができる。

なお、送電装置と受電装置とは、電界共振結合、電磁誘導、磁界共振結合、または電波による電力伝送やその他何らかの手段を用いた非接触電力伝送方法で、電力を伝送してもよい。また、荷台に搭載される受電装置は、荷台の浮上、移動及び固定のための電力を供給可能な大容量のバッテリなどと比較して、小容量且つ軽量に構成されてよい。このような受電装置によれば、従来のバッテリ搭載型の荷台などと比較して、軽量の荷台を構成することができる。

また、有線やガイドレールを用いて電力を供給する従来の方式と比較して、磁気軌道のレイアウト変更などに速やかに対応することができる。特に、送電装置を複数配置して、磁気軌道上に電力伝送可能な範囲を広く形成することで、荷台の可動範囲をより広く設定することができる。

本発明の磁気浮上式搬送装置の一の態様では、前記送電装置は、電磁界共振結合によって前記受電装置に対して非接触で電力を伝送する。

この態様によれば、他の非接触電力伝送方式と比べて高効率で電力を伝送することができる。

より好適には、前記送電装置は、電界共振結合によって前記受電装置に対して非接触で電力を伝送する。

電界共振結合による電力の伝送を行うことで、例えば磁界共振結合による非接触の電力伝送と比較して、より高い伝送効率を実現することができる。また、一つの送電装置により電力を伝送できる範囲を、磁界共振結合方式など、他の非接触電力伝送方式と比べて広く設定することができ、荷台の移動への制限を軽減することができる。また、磁界共振結合方式など、磁界を利用して電力を伝送する構成と比較して、荷台の浮上や移動に用いる磁場への影響を軽減することもできる。

送電装置と、受電装置との間で電界共振結合方式により電力を伝送する態様では、前記送電装置は、所定の距離を隔てて配置された第１及び第２の送電用電極と、前記第１及び第２の送電用電極を、交流電源の２つの出力端子のそれぞれと電気的に接続する第１及び第２接続線と、前記第１及び第２の送電用電極と前記交流電源の２つの出力端子の少なくとも一方の間に挿入される第１インダクタとを備えていてもよい。このとき、前記受電装置は、所定の距離を隔てて配置された第１及び第２の受電用電極と、前記第１及び第２の受電用電極を、前記コイルの２つの入力端子のそれぞれと電気的に接続する第３及び第４接続線と、前記第１及び第２の受電用電極と前記コイルの２つの入力端子の少なくとも一方の間に挿入される第２インダクタとを備えていてもよい。このような場合において、前記第１及び第２の送電用電極並びに前記第１インダクタによって構成されるカプラの共振周波数と、前記第１及び第２の受電用電極と前記第２インダクタによって構成されるカプラの共振周波数が略等しくなるように設定されていてよい。

このように構成することで、送電装置及び受電装置を比較的小さいサイズで構成することができる。また、電界共振結合による高効率の電力伝送を実現することができる。さらに、電力伝送を電界エネルギーで行うため、荷台の磁気浮上に伴う漏れ磁束の干渉を抑えることができる。

電界共振結合により電力を伝送する態様では、複数の前記送信装置を、前記磁気軌道上の前記荷台の移動経路に沿って複数配置し、前記複数の送信装置のそれぞれが生じる電界の周波数が等しくなるよう設定してもよい。

このように構成することで、荷台の移動経路上に、複数の送電装置の電力伝送可能な範囲を連続的に形成することができる。このため、荷台が移動しても、電力の伝送を受け続けることができ、コイルへの安定した電力供給を維持できる。これは、荷台の移動可能範囲の拡大に繋がる。なお、電界共振結合によって電力を伝送する送電装置の伝送可能範囲は、他の方式のものと比較して広いため、より少ない送電装置数でより広い覆域を形成することができる。

電界共振結合により電力を伝送する態様では、前記電源に複数の前記送電装置を接続し、それぞれの前記送電装置から、前記受電装置に対して非接触で電力を伝送してもよい。

このように構成することで、電源から供給された電力を、２つの送電装置を用いて、効率良く受電装置に伝送することができる。なお、３つ以上の送電装置を電源に接続し、分配した電力をそれぞれの送電装置から受電装置に伝送するようにしてもよい。

電源に接続される２つの送電装置を用いて受電装置に電力を伝送する態様は、前記電源から前記２つの送電装置の少なくとも一方に供給される電流の位相を調整する移相器を更に備え、前記移相器は、前記２つの送電装置から、前記受電装置に対して作用する電界の位相が等しくなるよう、前記電流の位相を調整してもよい。

このように構成することで、２つの送電装置のそれぞれと、受電装置との間の距離の違いなどによって生じる、受電装置における２つの電界の位相差を補償することができる。このため、位相差による伝送電力の損失を軽減することができ、伝送効率を向上することができる。なお、３つ以上の送電装置を電源に接続した場合、少なくとも１つの送電装置に供給される電流位相を、他の１つ送電装置が発生する電界との位相差を補償するように調整することで、上述の効果が得られる。もちろん、複数の送電装置に対して、電流位相を調整する移相器を設けてもよい。

更に、移相器を備える態様では、前記荷台の位置を検出する位置検出手段を更に備え、前記移相器は、前記２つの送電装置と、前記荷台の受電装置との位置関係に応じて、前記電流の位相を調整してもよい。

このように構成することで、例えば、荷台の位置に応じて、受電装置において生じている２つの電界の位相差を推定し、移相器による位相補償を行うことができる。このため、荷台の移動に合わせて、好適に位相差による伝送電力の損失を軽減することができ、伝送効率を向上することができる。

本発明の磁気浮上式搬送装置の他の態様では、前記荷台は、前記磁気軌道と対向する面以外の面が磁気シールドによって被覆されている。

この態様によれば、磁気シールドによって、荷台の浮上、移動または固定などに寄与しない不要な磁場が漏れ出すことを抑制することができる。このため、当該磁気浮上式搬送装置の周囲の作業者や電子機器への磁場の影響を軽減することができる。なお、不要な磁場の漏れを抑制することができる限りにおいては、荷台の面のうち磁気軌道と対向する面以外の面のうち一部が磁気シールドによって被覆されていてもよく、また、磁気軌道と対向する面のうち一部が磁気シールドによって被覆されていてもよい。

本発明の磁気浮上式搬送装置の他の態様では、前記荷台は、前記受電装置と前記コイルとの間に磁気シールドを備える。

この態様によれば、受電装置において生じた磁場と、コイルから発生する磁場との間の干渉を軽減することができる。このため、荷台の浮上、移動及び固定などに用いる磁場の損失を軽減し、効率の向上に繋がる。

本発明の磁気浮上式搬送装置の他の態様では、前記荷台は、収納可能な支持用脚部を更に備え、前記荷台の固定時には、展開した前記支持用脚部により当該荷台を前記磁気軌道に対して固定して支持する。

この態様によれば、荷台の停止時（言い換えれば、着地または固定時）に、荷台と磁気軌道との間の磁場を調整し、荷台を着地させるための電流方向の切換などの処理を軽減、または不要とすることができる。具体的には、荷台の停止時に、支持用脚部を展開して、荷台を固定して支持することで、荷台を着地させることができる。なお、支持用脚部は、荷台の浮上時の高さであって、つまり、磁気軌道の上面から浮上時の荷台の下面までの距離以下の任意の長さを有していれば、上述の効果を享受することができる。

本発明の磁気浮上式搬送装置の他の態様では、前記荷台は、電力の供給が可能な補助給電手段を更に備え、前記荷台の浮上であり、前記受電装置が電力の伝送を受けられない状態では、前記補助給電手段から前記コイルに電力を供給する。

この態様によれば、受電装置が送電装置の電力伝送範囲から外れるなど、何らかの要因によって受電できず、コイルに電力を供給できなくなった場合に、補助給電手段からコイルに給電を行うことで、荷台の墜落を防止することができる。なお、補助給電手段は小容量且つ小サイズの蓄電池やキャパシタなどであって、単体で荷台を浮上するための電力を供給可能な大容量のバッテリなどと比較して、小容量且つ軽量に構成されていることが好ましい。このように構成した補助給電装置であれば、荷台に搭載しても、従来のバッテリ搭載型の荷台と比較して軽量とすることができる。

本発明の搬送用の荷台は、電源に接続される送電装置から電力の供給を受け、磁気軌道上で浮上し、移動及び固定が可能な搬送用の荷台であって、前記送電装置から無接点給電により電力の伝送を受ける受電装置と、該受電装置において受電した電力の供給を受け磁場を発生させるコイルとを備え、前記コイルが生成した磁場と前記磁気軌道が生成した磁場との間の反発力または吸引力を利用して前記磁気軌道上で浮上し、移動及び固定が可能であり、前記受電装置は、前記送電装置から非接触で電力の伝送を受ける。

本発明の搬送用の荷台によれば、送電装置から非接触で電力の伝送を受けつつ、磁気軌道上を浮上し、移動及び固定することで積載物を搬送することができる。このとき、荷台には、磁場発生用のコイルに電流を供給するための大容量且つ大重量のバッテリなどを搭載する必要がなくなり、荷台の軽量化や、積載重量の増大に繋がる。

本発明の磁気浮上式搬送装置によれば、送電装置と受電装置とが相互に離隔した状態で、電源ケーブルなどの設備を用いることなく、非接触での電力伝送を行うことができる。このため、荷台にコイルへの大容量バッテリなどの給電設備を設ける必要がなく、荷台の浮上のために必要な発生磁場の強度の低減や、積載可能重量の増大に繋がる。

特に、電界共振結合による非接触電力伝送方式を採用する場合、荷台に搭載する受電装置を小規模且つ低重量とすることができ、上述した効果がより顕著なものとなる。このとき、送電装置から送電可能なエリアを広く設定することができ、荷台の移動可能範囲の向上にも繋がる。

磁気浮上式搬送装置の構成を示す概略図である。 本発明の実施形態の動作原理を説明するための図である。 図２に示す実施形態の等価回路である。 図３に示す等価回路の伝送特性を示す図である。 図１の磁気浮上式搬送装置を上方から見た場合の構成を示す図である。 他の態様の磁気浮上式搬送装置を上方から見た場合の構成を示す図である。 磁気浮上式搬送装置における送電装置の給電覆域を示す図である。 磁気浮上式搬送装置の第１の変形例に係る構成を示す概略図である。 磁気浮上式搬送装置の第２の変形例に係る構成を示す概略図である。 磁気浮上式搬送装置のカプラの構成を示す概略図である。 送受電装置間の距離と電量伝送効率との関係を示す、計算モデルである。 送受電装置間の位置変位に対する電力伝送効率の関係を示すグラフである。 磁気浮上式搬送装置の第３の変形例に係る構成を示す概略図である。 磁気浮上式搬送装置の第４の変形例に係る構成を示す概略図である。 磁気浮上式搬送装置の第５の変形例に係る構成を示す概略図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

（１）基本的な構成例
図１を参照して、本発明の磁気浮上式搬送装置の基本的な構成例について説明する。図１は、本発明の実施の形態である磁気浮上式搬送装置１の構成を示す概略断面図である。図示されるように、磁気浮上式搬送装置は、荷台１４０と、給電装置１５０と、磁気軌道１６０とを備える。

荷台１４０は、受電装置２０と、磁場生成用のコイル１４１，１４２とが内蔵された磁気浮上式の搬送装置であり、不図示の制御装置の制御により、コイル１４１，１４２に通電することで、所定の極性の磁場を生成する。

給電装置１５０は、内部に、交流電源３０に接続された送電装置１０が内蔵された構成である。給電装置１５０は、送電装置１０、特に送電装置１０が備える送電用電極の位置を固定するための固定部材である。なお、給電部材１５０は、送電装置１０において生じる、電界共振結合のための電界の損失を極力低減するように、比較的誘電率の低い誘電体により構成されることが好ましい。

磁気軌道１６０は、内部に磁気を制御しながら磁場を生成する磁気制御ユニット１６１が内蔵された構成である。磁気軌道１６０は、不図示の電源より磁気制御ユニット１６１に電流を供給することで、所定の極性の磁場を発生し、更に制御することができる。

このような構成においては、荷台１４０において、受電装置２０から電力の供給を受けた磁場生成用のコイル１４１，１４２が発生する磁場と、磁気軌道１６０の磁気制御ユニット１６１が発生する磁場と、により生じる反発力で荷台１４０が浮上（つまり、図中上方に移動）させることができる。また、荷台１４０は、制御装置によりコイル１４１，１４２に供給する電流の向きや強度などを制御することで、発生する磁場の極性を変更し、浮上した状態で移動（例えば、図中左右方向など）し、積載物２００を搬送することができる。

送電装置１０は、受電装置２０に対して、例えば、電界共振結合によって電圧を励起させることで電力を伝送する非接触電力伝送装置である。

以下に、送電装置１０と受電装置２０とにより形成される非接触電力伝送システムの基本的な構成と動作原理とについて説明する。

（２）非接触電力伝送システム
図２を参照して、本発明の磁気浮上式搬送装置１に用いられる非接触電力伝送システムの基本的な構成と動作原理について説明する。図２は、送電装置１０及び受電装置２０により構成される非接触電力伝送システム２の構成例を示す概略図である。

送電装置１０は、送電用電極１１，１２と、インダクタ１３，１４と、接続線１５，１６とを有し、交流電源３０に接続される。送電用電極１１，１２のそれぞれは、銅など、導電性の部材によって構成される、略同一のサイズを有する矩形の平板または薄膜状の電極である。図示されるように、送電用電極１１，１２は、同一平面（例えば、給電装置１５０の内部または表面）上に所定の距離ｄ１を隔てて平行に整列して配置されている。なお、距離ｄ１を含む送電用電極１１及び送電用電極１２の合計幅Ｄは、λ／２πで示される近傍界よりも狭くなるように設定されている。インダクタ１３，１４は、例えば、被覆銅線など、導電性の線材を巻回した構成である。インダクタ１３の一端は、送電用電極１１の端部に電気的に接続され、インダクタ１４の一端は、送電用電極１２の端部に電気的に接続されている。なお、送電装置１０において、送電用電極１１，１２及びインダクタ１３，１４は、電界共振結合による電力伝送における送電用カプラを構成する。接続線１５，１６は、同軸ケーブルまたは平衡ケーブルなど、導電性の線材（例えば、銅線）を含む。接続線１５は、インダクタ１３の他端と交流電源３０の一の出力端子とを接続し、接続線１６は、インダクタ１４の他端と交流電源３０の他の出力端子とを接続する。

交流電源３０は、所定の周波数の交流電力を発生し、接続線１５，１６を介してインダクタ１３，１４に供給する。なお、交流電源３０は、必ずしも側壁３上に形成されている必要は無く、側壁３を介して有線で商用電源など、既知の交流電源に接続される態様であってもよい。

受電装置２０は、受電用電極２１，２２と、インダクタ２３，２４と、接続線２５，２６とを有する。受電装置２０において、各受電用電極２１，２２は、それぞれインダクタ２３，２４を介して接続線２５，２６によって、コイル１４１，１４２に接続されている。受電用電極２１，２２のそれぞれは、銅など、導電性の部材によって構成される、送電用電極１１，１２と略同一のサイズと形状を有する矩形の平板または薄膜状の電極である。また、受電用電極２１，２２は、同一平面上に距離ｄ１を隔てて平行に整列して配置されており、距離ｄ１を含む受電用電極２１，２２の合計幅Ｄもまた、λ／２πで示される近傍界よりも狭くなるように設定されている。インダクタ２３，２４は、インダクタ１３，１４と同様に、被覆銅線など、導電性の線材を巻回した構成である。インダクタ２３の一端は、受電用電極２１の端部に電気的に接続され、インダクタ２４の一端は、受電用電極２２の端部に電気的に接続されている。なお、受電装置２０において、受電用電極２１，２２及びインダクタ２３，２４は、電界共振結合による電力伝送における受電用カプラを構成する。接続線２５，２６は、同軸ケーブルまたは平衡ケーブルなど、導電性の線材（例えば、銅線）を含む。例えば、接続線２５は、インダクタ２３の他端とコイル１４１の一の入力端子とを接続し、接続線２６は、インダクタ２４の他端とコイル１４２の一の入力端子とを接続する。

なお、磁気浮上式搬送装置１において、送電装置１０の導電用電極１１，１２と、受電装置２０の受電用電極２１，２２とは、距離ｄ２を隔てて平行に対向するように配置されている。このとき、送電装置１０の送電用電極１１，１２と、受電装置２０の受電用電極２１，２２とが、例えば、対向距離ｄ２がλ／２πで示される近傍界よりも短い場合など、電界共振結合が可能な位置関係にある場合に、送電装置１０から受電装置２０への電力の伝送が行われる。

図３は、図１に示される浮上式搬送装置１に適用される非接触電力伝送システム２において、送電用電極１１，１２と、受電用電極２１，２２とが電界共振結合され、送電装置１０から受電装置２０への電力の伝送が行われている状態の等価回路１００を示す回路図である。

図３において、インピーダンス１０２は、接続線１５，１６及び接続線２５，２６の特性インピーダンスを示し、Ｚ０の値を有する。インダクタ１０３はインダクタ１３，１４に対応し、Ｌの素子値を有する。キャパシタ１０４は、送電用電極１１，１２の間に生じる素子値Ｃのキャパシタから、送電用電極１１，１２と受電用電極２１，２２の間に生じる素子値Ｃｍのキャパシタを減じた素子値（Ｃ−Ｃｍ）を有する。キャパシタ１０５は、送電用電極１１，１２と受電用電極２１，２２の間に生じるキャパシタを示し、Ｃｍの素子値を有する。キャパシタ１０６は、受電用電極２１，２２の間に生じる素子値Ｃのキャパシタから、送電用電極１１，１２と受電用電極２１，２２の間に生じる素子値Ｃｍのキャパシタを減じた素子値（Ｃ−Ｃｍ）を有する。インダクタ１０７はインダクタ２３，２４に対応し、Ｌの素子値を有する。インピーダンス１０８は、等価回路１００において、磁場発生用のコイル１４１，１４２を負荷として扱う場合の特性インピーダンスを示している。

図４は、送電装置１０と受電装置２０との間のＳパラメータの周波数特性を示すグラフである。具体的には、図４の横軸は周波数を示し、縦軸は送電装置１０から受電装置２０への挿入損失（Ｓ２１）を示している。図４に示されるように、送電装置１０から受電装置２０への挿入損失は、周波数ｆＣで反共振点を有し、周波数ｆＬ及びｆＨで共振点を有する。ここで、周波数ｆＣは、図３に示すインダクタ３、７のインダクタンス値Ｌと、送電用電極１１，１２または受電用電極２１，２２によって形成されるキャパシタのキャパシタンス値Ｃによって定まる。また、周波数ｆＬ及びｆＨは、図３に示すインダクタ３、７のインダクタンス値Ｌと、送電用電極１１，１２及び受電用電極２１，２２によって形成されるキャパシタのキャパシタンス値Ｃｍと、ならびに、送電用電極１１，１２の間及び受電用電極２１，２２の間にそれぞれ生じるキャパシタのキャパシタンス値Ｃによって定まる。

なお、交流電源３０が発生する交流電力の周波数は、図４に示されるｆＬまたはｆＨと等しくなるように設定されることが好ましい。このように、交流電源３０の周波数を設定することにより、電極同士が電界共振結合されている場合の送電装置１０から受電装置２０への挿入損失が略０ｄＢとなり、送電装置１０から受電装置２０に対して損失なく電力を送電することができる。

また、送電用電極１１，１２の間に形成されるキャパシタ及びインダクタ１３，１４による共振周波数（つまり、送電用カプラにおける共振周波数）と、受電用電極２１，２２の間に形成されるキャパシタ及びインダクタ２３，２４による共振周波数（つまり、受電用カプラにおける共振周波数）とは略等しくなるように設定されている。このように、送電装置１０の送電用電極１１，１２と受電装置２０の受電用電極２１，２２は、電界共振結合されていることから、送電装置１０の送電用電極１１，１２から受電装置２０の受電用電極２１，２２に対して電界によって交流電力が効率よく伝送される。

送電装置１０の電極１１，１２と、受電装置２０の電極２１，２２とは、電界共振結合が可能な限りにおいては、任意の位置関係で配置されていてもよい。例えば、送電装置１０の電極１１，１２と、受電装置２０の電極２１，２２とは、互いに平行となるよう対向した状態で、所定の角度だけ相対的に回転するように配置されていてもよい。

なお、その場合において、電極１１，１２と電極２１，２２とが相互に９０度または２７０度回転配置された場合には、送電装置１０から受電装置２０へ電力が伝送されなくなる。すなわち、電極２１と電極１１の間の容量と、電極２１と電極１２の間の容量が等しいか、または、電極２２と電極１１の間の容量と、電極２２と電極１２の間の容量が等しい場合には、受電装置２０に励起された電圧が相殺される。このため、各電極がこのような位置関係となることを避けて、送電装置１０及び受電装置２０の配置が決定されることが好ましい。

（３）磁気浮上式搬送装置の実施例
図５は、図１に示した磁気浮上式搬送装置１を図中上方から見た場合の図である。図５（ａ）に示されるように、送電装置１０の送電用電極１１，１２と、受電装置２０の受電用電極２１，２２とが所定の距離内で対向している場合に、電力が伝送される。なお、他の様態として、図６に示されるように、送電装置１０の送電用電極１１，１２と、受電装置２０の受電用電極２１，２２とが所定の距離内で直交している場合においても、電力の伝送が可能である。

ここに、電力の伝送条件となる送電用電極１１，１２と、受電用電極２１，２２との間の所定の距離とは、例えば、電界共振結合や磁界共振結合による非接触での電力伝送時に、電極間またはコイル間で電界や磁界を共振することができる距離である。

電界共振結合や磁界共振結合での非接触電力伝送における電界または磁界の共振範囲、言い換えれば電力伝送範囲は、電界発生用の電極や磁場発生用コイル、電界または磁界の周波数に応じて決定される。例えば、電界共振結合による電力伝送の場合は、送受電用の電極間の距離が、発生する電界の近傍界であるλ／２π以内となる範囲を、電力伝送範囲とする。なお、一般的に、電界共振結合による電力伝送と、磁界共振結合による電力伝送とで、電界及び磁界の周波数や、電極及びコイルのサイズなどの条件を略同一にした場合、電界共振結合の方がより広い電力伝送範囲を形成できるとの傾向がある。

図５（ｂ）は、図５（ａ）に示した態様において、略同一条件下での電界共振結合による電力伝送可能範囲と、磁界共振結合による電力伝送可能範囲とを概念的に示したものである。図５（ｂ）において、実線により示される領域が、電界共振結合により送電装置１０から電力の伝送が可能な範囲を概略的に示したものである。また、点線で囲まれた部分が、同位置に配置された磁界共振結合による送電装置により送電可能な範囲を示したものである。

図示されるように、電界共振結合による電力伝送範囲の幅（つまり、電力の伝送方向に直交する方向であって、図中Ｙ方向の幅）Ｗ１は、磁界共振結合による電力伝送範囲の幅Ｗ２と比較して大きい。このとき、荷台１４０の移動方向をＹ方向とするように送電装置を配置する場合、電界共振結合による送電装置１０は、その移動時において、受電装置２０を介してより広い範囲で電力の伝送を受けることができる。

荷台１４０は、典型的には、受電装置２０の他にはコイル１４１，１４２への電力供給手段を搭載しない。このため、何らかの要因によって荷台１４０の受電装置２０が備える電極２１，２２が、送電装置１０の電力伝送範囲から外れた場合、コイル１４１，１４２への電力伝送が停止する。このため、本発明の実施形態である磁気浮上式搬送装置１においては、荷台１４０は、送電装置１０により規定される電力伝送範囲内で移動するよう構成されることが好ましい。このとき、送電装置１０の電力伝送範囲は、荷台１４０の可動範囲と言い換えることもできる。つまり、広い電力伝送範囲を形成可能な電界共振結合方式の送電装置１０を用いることで、荷台１４０の可動範囲をより広く設定することができる。

また、このような送電装置１０を複数並べることで、より広い電力伝送範囲を形成することもできる。図７は、給電装置１５０が送電装置１０を複数配置して、広い電力伝送範囲を形成した状態を示す図である。図示されるように、図中Ｙ方向に、互いの電力伝送範囲が重なり合うよう３つ送電装置１０を並べることで、Ｙ方向に広い荷台１４０の可動範囲を形成することができる。

図示されるように、荷台１４０の移動方向に、電力伝送範囲が互いに重なり合うよう送電装置１０を複数配置することで、荷台１４０の移動に合わせて常時電力の供給が可能な非接触電力伝送システムを形成することができる。なお、電界共振結合方式の送電装置１０の電力伝送範囲は、幅Ｗ１が比較的大きいため、このように送電装置１０を複数配置する場合の設置間隔を広くすることができる。これは、磁界共振結合など他の非接触電力伝送の方式と比較して、所定の広さの荷台１４０の可動範囲を形成するために必要な送電装置１０の数の削減にも繋がる。

なお、複数設置した送電装置１０のそれぞれの電界周波数は、それぞれ略等しくなるよう設定されている。

（４）変形例
図８を参照して、磁気浮上式搬送装置１において用いられる送電装置１０の変形構成例について説明する。図８は、磁気浮上式搬送装置１の変形例である磁気浮上式搬送装置１ａの構成を示す概略図であって、荷台１４０と、給電装置１５０ａとを示すものである。なお、不図示であるが、磁気浮上式搬送装置１ａは、磁気浮上式搬送装置１と同様に磁気軌道１６０を備える。なお、図８において、図１と同様の構成については、同一の番号を付して説明を省略している。

図示されるように、給電装置１５０ａは、交流電源３０と、該交流電源３０に接続される２つの送電装置１０ａ，１０ｂを備える。荷台１４０は、磁気浮上式搬送装置１において説明した荷台１４０と同様の構成である。

送電装置１０ａ，１０ｂのそれぞれは、送電装置１０と同様の構成である。すなわち、送電装置１０ａは、送電用電極１１ａ，１２ａと、インダクタ１３ａ，１４ａと、接続線１５ａ，１６ａと、を有し、交流電源３０に接続される。送電装置１０ｂは、送電用電極１１ｂ，１２ｂと、インダクタ１３ｂ，１４ｂと、接続線１５ｂ，１６ｂと、を有し、交流電源３０に接続される。

送電用電極１１ａ，１２ａ，１１ｂ，１２ｂのそれぞれは、略同一のサイズと形状を有する平板または薄膜状の電極である。つまり、送電用電極１１ａ，１２ａ，１１ｂ，１２ｂ及び受電用電極２１，２２のそれぞれは、略同一のサイズと形状を有する電極である。

このような構成の給電装置１５０ａは、一つの交流電源３０から供給される電力を、２つの送電装置１０ａ，１０ｂに分配して、受電装置２０へと伝送することができる。

ここで、図９に示されるように、送電用電極１１ａ，１２ａ，１１ｂ，１２ｂ及び受電用電極２１，２２のサイズと形状を規定する。図９は、送電用電極１１ａ，１２ａを例に挙げて、そのサイズと形状について示した図である。

図示されるように、送電用電極１１ａ，１２ａは、距離ｄ１離隔して平行に並んだ２つの電極であって、電極長、及び離隔した距離ｄ１を含む合計幅が略等しい値Ｄとなるよう設定されている。このような構成は、送電用電極１１ｂ，１２ｂ及び受電用電極２１，２２においても同様である。また、図８において、送電装置１０ａの送電用電極１１ａ，１２ａと、送電装置１０ｂの送電用電極１１ｂ，１２ｂとは、給電装置１５０ａ内または表面の同一平面上において、距離Ｄ離隔して配置されている。

また、図８に示される磁気浮上式搬送装置１ａの更なる変形例として、図１０に示される磁気浮上式搬送装置１ｂを採用してもよい。図１０は、磁気浮上式搬送装置１ｂの構成を示す概略図であって、荷台１４０と、給電装置１５０ｂとを示すものである。

図示されるように、給電装置１５０ｂは、交流電源３０と、該交流電源３０に接続される２つの送電装置１０ａ，１０ｂを備え、更に送電装置１０ｂと交流電源３０との間に移相器１５１を有している。

移相器１５１は、交流電源３０から送電装置１０ｂに供給される電流の位相を調整可能な構成である。例えば、移相器１５１は、送電装置１０ａが発生する電界と、送電装置１０ｂが発生する電界とが、受電装置２０において同位相となるよう、送電装置１０ｂに供給される電流の位相を調整することができる。

このような構成においては、送電用電極１０ａから受電装置２０までの距離と、送電装置１０ｂから受電装置２０までの距離が異なる場合など、各送電装置と受電装置の電界に位相差が生じている場合に、同位相となるように調整することができる。このように受電装置における電界位相を調整することで、位相差による伝送損失を低減し、電力の伝送効率を向上することができる。

図８または図１０に示されるように２つの送電装置１０ａ，１０ｂを用いて受電装置２０へ電力を伝送する場合の受電装置２０の位置と、伝送効率との関係について説明する。まず、送電装置１０ａ，１０ｂ及び受電装置２０のそれぞれの電極位置について、図１１に示されるようにモデル化する。図示されるように、送電装置１０ａ，１０ｂの送電用電極１１ａ，１２ａ及び１１ｂ，１２ｂとは、各電極の合計幅及び電極長Ｄと同じ距離Ｄ離隔している。また、送電装置１０ａ，１０ｂの送電用電極１１ａ，１２ａ及び１１ｂ，１２ｂと、受電装置２０の受電用電極２１，２２とは、距離ｄ２を隔てて対向するように配置される。

このとき、送受電装置１０ａ，１０ｂ，２０における電界の共振周波数を２７．１２ＭＨｚに設定する。また、送電用電極１１ａ，１２ａ，１１ｂ，１２ｂ及び受電用電極２１，２２それぞれの電極の合計幅及び電極長Ｄを、発生される電界の近傍界より狭い２５０ｍｍに設定する。また、対向する送受電装置１０ａ，１０ｂ，２０間の対向距離ｄ２が、電力伝送可能な距離、例えば電界の近傍界と比較してより狭い１６０ｍｍとなるよう設定する。

上述した条件下での送電装置１０ａ，１０ｂ及び受電装置２０のそれぞれの電極の位置関係と、伝送効率との関係について、図１２のグラフに示す。図１２のグラフは、横軸は図１１中のＸ方向を示し、縦軸は送電装置１０ａ，１０ｂから受電装置２０への電力の伝送効率を０から１までの範囲で示す。なお、図１１に示される状態、即ち、Ｘ軸上において、電極長２５０ｍｍの受電装置２０が、互いに２５０ｍｍ離隔した送電装置１０ａ，１０ｂの真ん中に位置し、送電装置１０ａ，１０ｂと受電装置２０とが重複していない状態である状態をＸ＝０とする。

また、グラフ中で丸点付きの点線は、移相器１５１を有しない、図８に示す磁気浮上式搬送装置１ａでの伝送効率（Ｒｘ受信パワー（Ｔｘ位相差無し））を示す。また、角点付きの実線は、移相器１５１を有する、図１０に示す磁気浮上式搬送装置１ｂでの伝送効率であって、移相器１５１によって受電装置２０における電界の位相が等しくなり、伝送効率を最適とした場合の伝送効率（Ｒｘ受信パワー（Ｔｘ位相差有り、最大値））を示す。

図示されるように、位相を調整した場合でも調整していない場合でも、Ｘ＝０の位置で伝送効率が０．９５程度と最高値になり、Ｘ方向への移動量が大きくなるにつれて伝送効率が低下する。また、Ｘ＝０の位置から送受電用電極の電極長の半分Ｄ／２＝１２５ｍｍ）移動した場合、つまり、Ｘが１２５ｍｍ以上または−１２５ｍｍ以下である場合には、送電装置間の電界の位相差が、伝送効率低下の大きな要因となる。このため、移相器１５１を備えて、位相を合わせるよう調整する場合、このように比較的遠く離隔した位置においても、位相差を調整していない場合と比較して高い伝送効率を維持することができる。

なお、図１０に示される磁気浮上式搬送装置１ｂでは、好適には、移相器１５１は、荷台１４０、つまり受電装置２０の位置に応じて、送電装置１０ｂに供給される電流の位相を調整する。このため、給電装置１５０ｂは、何らかの手段で荷台１４０の位置を検出可能な構成を更に備えていてもよい。例えば、給電装置１５０ｂは、非接触で荷台１４０の位置を検出可能な光学的、電気的、磁気的又はその他何らかのセンサ類や、荷台１４０との間で通信を行う装置などを用いて荷台１４０の位置を検出し、検出した位置に基づき、移相器１５１による電流の位相調整量を適宜制御する装置を更に備えていてもよい。

また、図１０に示した例では、給電装置１５０ｂは、送電装置１０ｂに供給される電流の位相のみを調整する移相器１５１を有しているが、送電装置１０ａに供給される電流の位相を調整する移相器を別途備えていてもよい。

（５）その他の変形例
以下に、磁気浮上式搬送装置１のその他の変形例について説明する。

図１３は、磁気浮上式搬送装置１の他の変形例である磁気浮上式搬送装置１ｃの構成を示す概略図であって、荷台１４０ｃと、給電装置１５０と、磁気軌道１６０とを示すものである。

図示されるように、荷台１４０ｃは、受電装置２０と、磁場生成用のコイル１４１，１４２とが内蔵された磁気浮上式の搬送装置であり、更に、積載物２００を積載する上面と磁気軌道１６０と対向しない側面とが磁気シールド１４３により被覆されている。

このような構成とすることで、コイル１４１，１４２により発生される磁場のうち、浮上や移動や固定などに寄与しない不要な成分が荷台１４０ｃから漏れ出すのを抑制することができる。これは、磁気浮上式搬送装置１ｃの近辺で作業する作業者の人体や、荷台１４０上に積載されるものなど他の電子機器へ与える磁気影響の軽減という点で利点がある。なお、荷台１４０ｃは、不要な磁場成分の漏れ出しを抑制可能であれば、上面と側面の一部のみが磁気シールドによって被覆されている態様でもよい。また、荷台１４０ｃの浮上や移動や固定のための磁場の発生を妨げることなく、且つ不要な磁場成分の漏れ出しを抑制できる限りにおいては、磁気軌道１６０と対向する下面の一部が磁気シールドによって被覆されていてもよい。

なお、更なる変形例として、荷台１４０ｃに内蔵されるコイル１４１，１４２を部分的に磁気シールドで被覆し、荷台１４０の浮上、移動及び固定に寄与しない成分の漏出を防ぐ構造としてもよい。

また、荷台１４０ｃにおいて、受電装置２０と、コイル１４１，１４２との間を磁気シールドによって磁気的に遮断する構造としてもよい。このような構造とすることで、受電用電極２１，２２において発生した磁場と、コイル１４１，１４２において発生した磁場との間の干渉を軽減することができ、効率的な荷台１４０ｃの浮上、移動及び固定を実現できる。

図１４は、磁気浮上式搬送装置１の他の変形例である磁気浮上式搬送装置１ｄの構成を示す概略図であって、荷台１４０ｄと、給電装置１５０と、磁気軌道１６０とを示すものである。

図示されるように、荷台１４０ｄは、受電装置２０と、磁場生成用のコイル１４１，１４２とが内蔵された磁気浮上式の搬送装置であり、更に、磁気軌道１６０と対向する下面に支持用脚部１４４ａ，１４４ｂを備えている。

支持用脚部１４４ａ，１４４ｂは、それぞれ、図示されるように展開することで、磁気軌道１６０上に荷台１４０ｄを固定して支持する。また、支持用脚部１４４ａ，１４４ｂは、折り畳まれることや、荷台１４０ｄ内部に収納されることなどにより、荷台１４０ｄの固定状態を解除することができるように構成される。例えば、支持用脚部１４４ａ，１４４ｂは、展開及び収納のために、受電装置２０からの給電で駆動するモータなど駆動用の動力を有する。

支持用脚部１４４ａ，１４４ｂを用いて荷台１４０を固定することで、磁気浮上式搬送装置１ｄの動作停止時に、荷台１４０ｄの着地のために、荷台１４０ｄのコイル１４１，１４２及び磁気軌道１６０の磁気制御ユニット１６１とで、電流方向を切り換え、発生する磁場を調整する必要がなくなる。即ち、磁気浮上式搬送装置１ｄの動作停止時に、荷台１４０ｄから支持用脚部１４４ａ，１４４ｂを展開して磁気軌道１６０に対して荷台１４０ｄを固定して支持することで、荷台１４０ｄの着地を実現することができる。

なお、支持用脚部１４４ａ，１４４ｂの展開時の長さは、荷台１４０ｄの固定時には、磁気軌道１６０に対して浮上している場合の浮上高さ以下の任意の荷台高さとなるよう、適宜決定されてよい。また、支持用脚部１４４ａ，１４４ｂは、磁気軌道１６０と対向する下面に限定されることなく、上述した態様で好適に荷台１４０ｄを磁気軌道１６０に対して固定可能であれば、荷台１４０ｄの側面や上面などに設けられていても構わない。

図１５は、磁気浮上式搬送装置１の他の変形例である磁気浮上式搬送装置１ｅの構成を示す概略図であって、荷台１４０ｅと、給電装置１５０と、磁気軌道１６０とを示すものである。

図示されるように、荷台１４０ｅは、受電装置２０と、磁場生成用のコイル１４１，１４２とが内蔵された磁気浮上式の搬送装置であり、更に、コイル１４１，１４２に対して給電可能な補助給電装置１４５を有している。

補助給電装置１４５は、例えば、小容量且つ小サイズの蓄電池やキャパシタなどであって、受電装置２０からコイル１４１，１４２への給電が停止された場合に、コイル１４１，１４２へ電力を供給する。補助給電装置１４５の容量は、目的に応じて設定されていてよい。補助給電装置１４５は、例えば、受電装置２０からコイル１４１，１４２への給電が停止された場合に、磁気反発力の消滅によって荷台１４０ｅが磁気軌道１６０上に墜落しないよう、浮上状態の維持や、弱い磁場を生じさせて軟着陸させるためなどの目的で配置される。

このような磁気浮上式搬送装置１ｅによれば、荷台１４０ｅが送電装置１０の電力伝送範囲から外れるなど、受電装置２０からコイル１４１，１４２への給電が行えなくなった場合において、荷台１４０ｅが磁気軌道１６０上に墜落することを防止することができる。なお、このような補助給電装置１４５は、荷台１４０ｅの浮上、移動及び固定を目的としてコイル１４１，１４２への給電を行うバッテリに比較して、小容量且つ小サイズで構成することができる。よって、荷台１４０ｅは、補助給電装置１４５を搭載したとしても、従来のバッテリ搭載型の荷台と比較して軽量に構成することができる。

なお、図１５に示す荷台１４０ｅに、さらに図１４に示す支持用脚部１４４ａ，１４４ｂを備えていてもよく、その場合は、補助給電装置１４５から支持用脚部１４４ａ，１４４ｂの展開のために、駆動用の電力が供給されるようにしてもよい。

同様に、図１５に示す荷台１４０ｅに、さらに図１３に示す磁気シールド１４３を備える構成を適用してもよい。また、図１３から図１５に示す荷台１４０の変形例を、適宜組み合わせて適用してもよい。

本発明は、上述した実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨または思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う磁気浮上式搬送装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。

１ 磁気浮上式搬送装置
１０ 送電装置
１１，１２ 送電用電極
１３，１４ インダクタ
１５，１６ 接続線
２０ 受電装置
２１，２２ 受電用電極
２３，２４ インダクタ
２５，２６ 接続線
３０ 交流電源
１４０ 荷台
１５０ 給電装置
１６０ 磁気軌道

Claims (13)

1. 電源に接続される送電装置と、積載物を積載可能な荷台と、磁気軌道とを備え、
   前記荷台は、前記送電装置から電力の伝送を受ける受電装置と、該受電装置において受電した電力の供給を受け磁場を発生させるコイルとを備え、前記コイルが生成した磁場と前記磁気軌道が生成した磁場との間の反発力または吸引力を利用して、前記磁気軌道上で浮上し、移動及び固定が可能であり、
   前記送電装置は、前記受電装置に対して非接触で電力を伝送することを特徴とする磁気浮上式搬送装置。
2. 前記送電装置は、電磁界共振結合によって前記受電装置に対して非接触で電力を伝送することを特徴とする請求項１に記載の磁気浮上式搬送装置。
3. 前記送電装置は、電界共振結合によって前記受電装置に対して非接触で電力を伝送することを特徴する請求項１または２に記載の磁気浮上式搬送装置。
4. 前記送電装置は、
   所定の距離を隔てて配置された第１及び第２の送電用電極と、
   前記第１及び第２の送電用電極を、交流電源の２つの出力端子のそれぞれと電気的に接続する第１及び第２接続線と、
   前記第１及び第２の送電用電極と前記交流電源の２つの出力端子の少なくとも一方の間に挿入される第１インダクタとを備え、
   前記受電装置は、
   所定の距離を隔てて配置された第１及び第２の受電用電極と、
   前記第１及び第２の受電用電極を、前記コイルの２つの入力端子のそれぞれと電気的に接続する第３及び第４接続線と、
   前記第１及び第２の受電用電極と前記コイルの２つの入力端子の少なくとも一方の間に挿入される第２インダクタとを備え、
   前記第１及び第２の送電用電極並びに前記第１インダクタによって構成されるカプラの共振周波数と、前記第１及び第２の受電用電極と前記第２インダクタによって構成されるカプラの共振周波数が略等しくなるように設定されることを特徴とする請求項３に記載の磁気浮上式搬送装置。
5. 複数の前記送信装置を、前記磁気軌道上の前記荷台の移動経路に沿って複数配置したことを特徴とする請求項３または４に記載の磁気浮上式搬送装置。
6. 前記電源に２つの前記送電装置を接続し、
   それぞれの前記送電装置から、前記受電装置に対して非接触で電力を伝送することを特徴とする請求項３から５のいずれか一項に記載の磁気浮上式搬送装置。
7. 前記電源から前記２つの送電装置の少なくとも一方に供給される電流の位相を調整する移相器を更に備え、
   前記移相器は、前記２つの送電装置から、前記受電装置に対して作用する電界の位相が等しくなるよう、前記電流の位相を調整することを特徴とする請求項６に記載の磁気浮上式搬送装置。
8. 前記荷台の位置を検出する位置検出手段を更に備え、
   前記移相器は、前記２つの送電装置と、前記荷台の受電装置との位置関係に応じて、前記電流の位相を調整することを特徴とする請求項７に記載の磁気浮上式搬送装置。
9. 前記荷台は、前記磁気軌道と対向する面以外の面が磁気シールドによって被覆されていることを特徴とする請求項３から８のいずれか一項に記載の磁気浮上式搬送装置。
10. 前記荷台は、前記受電装置と前記コイルとの間に磁気シールドを備えることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の磁気浮上式搬送装置。
11. 前記荷台は、収納可能な支持用脚部を更に備え、
    前記荷台の固定時には、展開した前記支持用脚部により当該荷台を前記磁気軌道に対して固定して支持することを特徴とする請求項１から９のうちいずれか一項に記載の磁気浮上式搬送装置。
12. 前記荷台は、電力の供給が可能な補助給電手段を更に備え、
    前記荷台の浮上であり、前記受電装置が電力の伝送を受けられない状態では、前記補助給電手段から前記コイルに電力を供給することを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の磁気浮上式搬送装置。
13. 電源に接続される送電装置から電力の供給を受け、磁気軌道上で浮上し、移動及び固定が可能な搬送用の荷台であって、
    前記送電装置から無接点給電により電力の伝送を受ける受電装置と、
    該受電装置において受電した電力の供給を受け磁場を発生させるコイルと
    を備え、
    前記コイルが生成した磁場と前記磁気軌道が生成した磁場との間の反発力または吸引力を利用して前記磁気軌道上で浮上し、移動及び固定が可能であり、
    前記受電装置は、前記送電装置から非接触で電力の伝送を受けることを特徴とする荷台。

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