JP2015033166A

JP2015033166A - 非接触給電システム

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Publication number: JP2015033166A
Application number: JP2013159309A
Authority: JP
Inventors: 山本　心司; Shinji Yamamoto; 心司山本; 前田　充; Mitsuru Maeda; 充前田; 一弘松本; Kazuhiro Matsumoto
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2013-07-31
Filing date: 2013-07-31
Publication date: 2015-02-16
Anticipated expiration: 2033-07-31
Also published as: KR20150015402A; JP6123136B2; KR101688474B1

Abstract

【課題】給電線の長さが長くなった場合でも端子間電圧の上昇を抑えることができ、且つ端子間電圧の上昇を抑えるためのコンデンサを容易に接続可能な非接触給電システムを提供する。
【解決手段】レール３は、所定長さに設定された１組の送り線４１及び戻り線４２がそれぞれ取り付けられた複数の分割レール７からなり、各分割レール７の送り線４１同士及び戻り線４２同士をそれぞれ順番に接続することで給電線４が構成される。コンデンサユニット６は、第１コンデンサ５１と容量が等しい第２コンデンサ６１を有し、隣接する分割レール７，７間の給電線４又は終端に配置された分割レール７の給電線４に対して第２コンデンサ６１が電気的に接続されるように配置される。
【選択図】図１

Description

本発明は、非接触給電システムに関するものである。

従来より、電気自動車などの移動体に非接触で給電する非接触給電装置が提供されている（例えば特許文献１参照）。この非接触給電装置は、給電ステーション側に設けられた一次コイルと、一次コイルに直列に接続された直列コンデンサと、電気自動車側に設けられた二次コイルと、二次コイルに並列に接続された並列コンデンサとを備える。

さらに、この非接触給電装置では、一次コイルを２つの一次部分コイルに分割するとともに、直列コンデンサを２つの直列部分コンデンサに分割し、これらの一次部分コイルと直列部分コンデンサとを交互に直列接続している。これにより、一次コイルの端子間電圧を、一次コイル及び直列コンデンサを分割していない場合の約１／２にすることができる。

また従来より、非接触式の給電システムを用いたトロリーシステムも提供されている（例えば特許文献２参照）。このトロリーシステムは、移動体と、移動体の移動経路に沿って設けられるレールと、レールに沿って配設され高周波電源から高周波電流が供給される複数の給電線と、移動体に従動し給電線から受け取った電流を移動体に供給する受電ブロックとを備える。また、受電ブロックは、給電線に対して非接触で且つ給電線を挟み込むようにして配置されるＵ字状のコアを有している。

このトロリーシステムでは、高周波電源から給電線に高周波電流が供給されると、給電線の周りに高周波電流の周波数に応じた磁界が発生し、この磁界がコアに巻かれたコイルに作用することでコイルに誘導電流が流れる。そして、コイルに流れる誘導電流を直流電流に変換して移動体が具備するモータに供給することで、給電線に接触することなく移動体をレールに沿って移動させることができる。

特開２０１１−１７６９１４号公報特開２００９−２４７１４１号公報

上述の特許文献２に示したトロリーシステムでは、給電線の長さが長くなるに従って各給電線と高周波電源とを接続する端子間の電圧が上昇する。この端子間電圧の上昇を抑えるためには、無効電力を打ち消すために高周波電源側に接続したコンデンサと同じ容量のコンデンサを給電線の途中に接続する必要がある。しかしながら、既設のトロリーシステムにおいて給電線の途中にコンデンサを接続するのは容易ではなく、作業工数がかかるものであった。

本発明は上記問題点に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、給電線の長さが長くなった場合でも端子間電圧の上昇を抑えることができ、且つ端子間電圧の上昇を抑えるためのコンデンサを容易に接続可能な非接触給電システムを提供することにある。

本発明の非接触給電システムは、移動体の移動経路に沿って設けられるレールと、前記レールに沿って配設される給電線と、前記給電線に高周波電流を供給する高周波電源と、前記給電線と前記高周波電源の間を接続する一対の接続端子と、前記高周波電源と一方の前記接続端子の間に接続される第１コンデンサとを備え、前記給電線からの電磁誘導により前記移動体が具備するピックアップコイルに誘導電流を発生させることで、前記移動体に対して非接触で給電する非接触給電システムであって、前記レールは、所定長さに設定された１組の送り線及び戻り線がそれぞれ取り付けられた複数の分割レールからなり、各々の前記分割レールの前記送り線同士及び前記戻り線同士をそれぞれ順番に接続することで前記給電線が構成され、前記第１コンデンサと容量が等しい第２コンデンサを有し、隣接する前記分割レール間の前記給電線又は終端に配置された前記分割レールの前記給電線に対して前記第２コンデンサが電気的に接続されるように配置されるコンデンサユニットを備えていることを特徴とする。

この非接触給電システムにおいて、前記コンデンサユニットを複数備え、隣接する前記分割レール間の各々において前記第２コンデンサが前記給電線に電気的に接続されているのが好ましい。

隣接する分割レール間の給電線又は終端に配置された分割レールの給電線に対して第２コンデンサを電気的に接続することで、給電線の長さが長くなった場合でも接続端子間の電圧の上昇を抑えることができるという効果がある。また、隣接する分割レール間又は終端に配置された分割レールの給電線に対して第２コンデンサが電気的に接続されるようにコンデンサユニットを配置するだけでよく、既設のシステムに対して第２コンデンサを容易に接続することができるという効果もある。

本実施形態の非接触給電システムの一例を示し、（ａ）は概略構成図、（ｂ）〜（ｄ）はその要部拡大図である。同上の別の例を示し、（ａ）は概略構成図、（ｂ）はその要部拡大図である。同上のさらに別の例を示す概略構成図である。同上における接続端子からの距離と無効電圧との関係を示すグラフであり、（ａ）は第１コンデンサのみを接続した場合のグラフ、（ｂ）は第１コンデンサ及び第２コンデンサを接続した場合のグラフである。

以下に、非接触給電システムの実施形態について図１〜図４を参照しながら説明する。本実施形態の非接触給電システムは、大電流給電が可能な電磁誘導給電方式を採用しており、例えば物流搬送システムにおける自走台車（移動体）に非接触で電力を供給するものである。

図１（ａ）は本実施形態の非接触給電システムの一例を示す概略構成図であり、この非接触給電システムは、高周波電源１と、端子台２と、レール３と、給電線４と、第１コンデンサ５１と、コンデンサユニット６とを備える。

高周波電源１は、商用電源等の外部電源を数十ｋＨｚ（例えば４０ｋＨｚ）に周波数変換し、給電線４に対して高周波電流を供給する。

端子台２は、一対の接続端子２１，２１を有し、一方の接続端子２１は、高周波電源１の一端と給電線４の送り線４１の間を電気的に接続し、他方の接続端子２１は、高周波電源の他端と給電線４の戻り線４２の間を電気的に接続する。

レール３は、複数（図１（ａ）では６個）の分割レール７からなり、上記自走台車の移動経路に沿って配置される。各分割レール７は、所定長さに設定されたＨ形鋼からなるレール本体７１を有し、レール本体７１のウェブの一面には、ハンガー７２を介して送り線４１及び戻り線４２が取り付けられている（図１（ｂ）参照）。

これらの送り線４１及び戻り線４２は、レール本体７１のウェブと平行な方向において所定の間隔を空けた状態で互いに平行に配置され、且つレール本体７１のウェブと直交する方向において所定の間隔を空けた状態で互いに平行に配置される。そして、各分割レール７の送り線４１同士及び戻り線４２同士をそれぞれ順番に接続することで給電線４が構成される。

第１コンデンサ５１は、送り線４１及び戻り線４２のインダクタンスによる無効電力を打ち消すために設けられたものであり、高周波電源１の一端と一方の接続端子２１の間に接続される。

コンデンサユニット６は、図１（ｂ）に示すように、所定長さに設定されたＨ形鋼からなるユニット本体６３を有し、ユニット本体６３のウェブの一面には、第２コンデンサ６１が取り付けられている。この第２コンデンサ６１は、複数（図１（ｂ）では６個）のコンデンサを並列に接続した２組のコンデンサモジュール６１１，６１１を直列に接続することで構成され、第２コンデンサ６１の両端にはリッツ線６２がそれぞれ接続されている。また、この第２コンデンサ６１は、第１コンデンサ５１と同じ容量に設定されている。

そして、本実施形態では、終端（図１（ａ）中の右端）に配置された分割レール７の送り線４１の端部に一方のリッツ線６２を接続し、戻り線４２の端部に他方のリッツ線６２を接続することで、第２コンデンサ６１が給電線４に電気的に接続される。

本実施形態の非接触給電システムでは、高周波電源１から給電線４（送り線４１及び戻り線４２）に高周波電流が供給されると、給電線４の周りに高周波電流の周波数に応じた磁界が発生する。そして、給電線４の周りに発生した磁界により、自走台車が具備するピックアップコイルに誘導電流が流れ、この誘導電流を直流電流に変換して自走台車に供給することで、自走台車が具備するモータが回転して自走台車がレール３に沿って移動する。

上述のように、終端に配置された分割レール７の送り線４１と戻り線４２の間に第２コンデンサ６１を電気的に接続することで、給電線４の長さが長くなった場合でも接続端子２１，２１間の電圧の上昇を抑えることができる。また、終端に配置された分割レール７の送り線４１と戻り線４２の間に第２コンデンサ６１を接続するだけでよく、既設のシステムに対して第２コンデンサ６１を容易に接続することができる。

図１（ｃ）は、コンデンサユニット６の別の例を示す要部拡大図である。本例のコンデンサユニット６は、横長の矩形箱状に形成されたケース６４を有し、ケース６４の内部には、複数（図１（ｃ）では６個）のコンデンサが並列に接続されたコンデンサモジュール６１１からなる第２コンデンサ６１が収納されている。

第２コンデンサ６１の両端にはリッツ線６２が接続され、一方のリッツ線６２を終端に配置された分割レール７の送り線４１の端部に、他方のリッツ線６２を戻り線４２の端部にそれぞれ接続することで、第２コンデンサ６１が給電線４に電気的に接続される。この場合も同様に、給電線４の長さが長くなった場合でも接続端子２１，２１間の電圧の上昇を抑えることができる。

また、図１（ｄ）は、コンデンサユニット６のさらに別の例を示す要部拡大図である。本例のコンデンサユニット６は、終端に配置された分割レール７のレール本体７１を利用するものであり、レール本体７１のウェブの他面（送り線４１及び戻り線４２が取り付けられた面と反対側の面）に第２コンデンサ６１が取り付けられている。

この第２コンデンサ６１は、複数（図１（ｄ）では６個）のコンデンサを並列に接続した２組のコンデンサモジュール６１１，６１１を直列に接続することで構成され、第２コンデンサ６１の両端にはリッツ線６２が接続されている。そして、一方のリッツ線６２を終端に配置された分割レール７の送り線４１の端部に、他方のリッツ線６２を戻り線４２の端部にそれぞれ接続することで、第２コンデンサ６１が給電線４に電気的に接続される。この場合も同様に、給電線４の長さが長くなった場合でも接続端子２１，２１間の電圧の上昇を抑えることができる。

ところで、上述の実施例では、終端に配置された分割レール７の給電線４に第２コンデンサ６１を接続したが、隣接する分割レール７，７間の給電線４に第２コンデンサ６１を接続してもよい。以下、図２を参照しながら説明する。

図２（ａ）は本実施形態の非接触給電システムの別の例を示す概略構成図である。この非接触給電システムは、高周波電源１と、端子台２と、レール３と、給電線４と、第１コンデンサ５１と、複数（図２（ａ）では５個）のコンデンサユニット６とを備える。なお、コンデンサユニット６以外の構成については図１（ａ）に示した非接触給電システムと同様であるから、ここでは説明を省略する。

図２（ｂ）はコンデンサユニット６の一例を示す要部拡大図である。本例のコンデンサユニット６は、複数（図２（ｂ）では６個）のコンデンサが並列に接続された２組のコンデンサモジュール６１１，６１１からなり、両コンデンサモジュール６１１，６１１の一端同士がリッツ線６２により接続された第２コンデンサ６１を有する。この第２コンデンサ６１は、一方（図２（ｂ）中の左側）のコンデンサモジュール６１１の他端と、一方（図２（ｂ）中の左側）の分割レール７の送り線４１の間がリッツ線６２により接続される。

また、他方（図２（ｂ）中の右側）のコンデンサモジュール６１１の他端と、他方（図２（ｂ）中の右側）の分割レール７の送り線４１の間がリッツ線６２により接続される。そして、本例の非接触給電システムでは、図２（ａ）に示すように、隣接する分割レール７，７間の各々において第２コンデンサ６１が給電線４に接続されるようにコンデンサユニット６がそれぞれ配置されている。

ここに、隣接する分割レール７，７の送り線４１，４１同士は、所定の間隔を空けた状態に配置されるか、又は、絶縁性の部材（図示せず）を間に入れることで絶縁性が確保されており、第２コンデンサ６１を介して電気的に接続されている。

上述のように、隣接する分割レール７，７の送り線４１，４１同士の間に第２コンデンサ６１を電気的に接続することで、給電線４の長さが長くなった場合でも接続端子２１，２１間の電圧の上昇を抑えることができる。特に、本例のように、隣接する分割レール７，７間の各々に第２コンデンサ６１を接続した場合には、何れか１箇所のみに第２コンデンサ６１を接続する場合に比べて接続端子２１，２１間の電圧をより低く抑えることができる。

また、隣接する分割レール７，７の送り線４１，４１同士の間に第２コンデンサ６１を接続するだけでよく、既設のシステムに対して第２コンデンサ６１を容易に接続することができる。

なお、本例では、隣接する分割レール７，７間の各々において第２コンデンサ６１を給電線４に接続したが、少なくとも何れか１箇所に第２コンデンサ６１を接続すればよい。この場合も同様に、給電線４の長さが長くなった場合でも接続端子２１，２１間の電圧の上昇を抑えることができる。また、本例では、隣接する分割レール７，７の送り線４１，４１同士の間に第２コンデンサ６１を接続したが、戻り線４２，４２同士の間に第２コンデンサ６１を接続してもよい。

図３は本実施形態の非接触給電システムのさらに別の例を示す概略構成図である。第２コンデンサ６１は、図３中の矢印Ａに示すように、給電線４の中間位置（接続端子２１からの距離がＬ／２の位置）から先端位置（接続端子２１からの距離がＬの位置）までの間に接続するのが好ましい。この場合、送り線４１，４１同士の間に第２コンデンサ６１を接続してもいいし、戻り線４２，４２同士の間に第２コンデンサ６１を接続してもよい。

そして、第２コンデンサ６１を上記範囲内で給電線４に接続することで、接続端子２１，２１間に印加される電圧を、第２コンデンサ６１を接続していない場合の１／２以下にすることができる。特に、第２コンデンサ６１を給電線４の上記中間位置付近に接続した場合には、進行波と反射波の影響により発生する定在波（進行波と反射波の合成波）をリセットすることもできる。

図４（ａ）及び図４（ｂ）は、高周波電源１の電源周波数が４０ｋＨｚであって且つある時刻における接続端子２１からの距離と無効電圧との関係を示すグラフである。第１コンデンサ５１のみを給電線４に接続した場合には、図４（ａ）に示すように無効電圧の最大値は＋４ｋＶとなる。これに対して、第１コンデンサ５１及び第２コンデンサ６１を給電線４に接続した場合には、図４（ｂ）に示すように無効電圧の最大値は＋２ｋＶとなる。

つまり、上述したように、第１コンデンサ５１に加えて第２コンデンサ６１を給電線４に接続することで無効電圧の大きさを１／２以下にすることができるのである。なお、本例では、第２コンデンサ６１を給電線４の先端位置（接続端子２１からの距離が２００ｍの位置）に接続しているが、上述のように接続端子２１からの距離が１００ｍ（中間位置）から２００ｍ（先端位置）の間に接続すればよく、同様の効果が得られる。

非接触給電システムは、レール３と、給電線４と、高周波電源１と、一対の接続端子２１，２１と、第１コンデンサ５１とを備える。レール３は、移動体の移動経路に沿って設けられる。給電線４は、レール３に沿って配設される。高周波電源１は、給電線４に高周波電流を供給する。一対の接続端子２１，２１は、給電線４と高周波電源１の間を接続する。第１コンデンサ５１は、高周波電源１の一端と一方の接続端子２１の間に接続される。そして、非接触給電システムは、給電線４からの電磁誘導により移動体が具備するピックアップコイルに誘導電流を発生させることで、移動体に対して非接触で給電する。レール３は、所定長さに設定された１組の送り線４１及び戻り線４２がそれぞれ取り付けられた複数の分割レール７からなり、各々の分割レール７の送り線４１同士及び戻り線４２同士をそれぞれ順番に接続することで給電線４が構成される。また、非接触給電システムは、コンデンサユニット６を備える。コンデンサユニット６は、第１コンデンサ５１と容量が等しい第２コンデンサ６１を有し、隣接する分割レール７，７間の給電線４又は終端に配置された分割レール７の給電線４に対して第２コンデンサ６１が電気的に接続されるように配置される。

非接触給電システムは、コンデンサユニット６を複数備え、隣接する分割レール７，７間の各々において第２コンデンサ６１が給電線４に電気的に接続されているのが好ましい。

３レール
４給電線
６コンデンサユニット
７分割レール
４１送り線
４２戻り線
５１第１コンデンサ
６１第２コンデンサ

Claims

移動体の移動経路に沿って設けられるレールと、前記レールに沿って配設される給電線と、前記給電線に高周波電流を供給する高周波電源と、前記給電線と前記高周波電源の間を接続する一対の接続端子と、前記高周波電源と一方の前記接続端子の間に接続される第１コンデンサとを備え、前記給電線からの電磁誘導により前記移動体が具備するピックアップコイルに誘導電流を発生させることで、前記移動体に対して非接触で給電する非接触給電システムであって、
前記レールは、所定長さに設定された１組の送り線及び戻り線がそれぞれ取り付けられた複数の分割レールからなり、各々の前記分割レールの前記送り線同士及び前記戻り線同士をそれぞれ順番に接続することで前記給電線が構成され、
前記第１コンデンサと容量が等しい第２コンデンサを有し、隣接する前記分割レール間の前記給電線又は終端に配置された前記分割レールの前記給電線に対して前記第２コンデンサが電気的に接続されるように配置されるコンデンサユニットを備えていることを特徴とする非接触給電システム。
前記コンデンサユニットを複数備え、
隣接する前記分割レール間の各々において前記第２コンデンサが前記給電線に電気的に接続されていることを特徴とする請求項１記載の非接触給電システム。