JP2020088896A - キャパシタユニット - Google Patents

Abstract

【課題】キャパシタをコンパクトにまとめたキャパシタユニットを提供する。【解決手段】キャパシタユニット２０は、電源装置４からの電力を非接触で受電装置３に供給する平行二線路１１に接続される。キャパシタユニット２０は、平行二線路１１に接続可能なキャパシタ２１と、キャビティ２５が形成されたキャパシタプレート２２と、を備えている。キャビティ２５には、キャパシタ２１と、該キャパシタ２１及び平行二線路１１を接続する接続部Ｃと、が収容されている。【選択図】図５

Description

本発明は、キャパシタユニットに関する。

非接触給電システムにおいて、平行二線路が長くなるに従ってインピーダンスが大きくなる。インピーダンスが大きくなると、受電効率に影響を及ぼすおそれがある。インピーダンスを小さくするため、平行二線路に接続されるキャパシタの数を増やしたい。

一方で、キャパシタの数を増やすと、受電側である無人搬送車の走行の邪魔になるおそれがある。そこで、本発明は、キャパシタや接続部をコンパクトにまとめることができるキャパシタユニットを提供することを目的とする。

本発明の一態様に係るキャパシタユニットは、電源装置からの電力を非接触で受電側に供給する平行二線路に接続される。キャパシタユニットは、平行二線路に接続可能なキャパシタと、キャビティが形成されたキャパシタプレートと、を備えている。キャビティには、キャパシタと、該キャパシタ及び平行二線路を接続する接続部と、が収容されている。
この態様によれば、キャパシタをコンパクトにまとめることができる。さらに、平行二線路のインピーダンスを小さくするとともに、キャパシタにかかる負荷を分散できる。

上記態様において、キャビティには、キャパシタ及び接続部を封止するように充填材が充填されていてもよい。
キャパシタユニットがコンパクトになると、作業者等がキャパシタユニットを踏んでしまうおそれが生じる。この態様によれば、キャパシタ及びその接続部を充填材で保護できるため、万が一、キャパシタユニットを踏んでしまっても、ダメージを抑制してキャパシタや接続部の破損を防ぐことができる。

上記態様において、キャパシタプレートに取り付けられてキャビティを覆う保護カバーをさらに備えていてもよい。
この態様によれば、キャパシタ及びその接続部を保護カバーで保護できるため、万が一、キャパシタユニットを踏んでしまっても、ダメージを抑制してキャパシタや接続部の破損を防ぐことができる。保護カバーで覆うことでキャパシタユニット２０の美観が向上する。

上記態様において、キャパシタは、各々の導電体に一枚ずつ接続された一対のキャパシタ基板であってもよい。キャパシタプレートには、各々のキャパシタ基板の外形に沿って一対のキャビティが形成されていてもよい。
この態様によれば、キャビティ内にキャパシタ基板及びその接続部を収容するスペースを確保できるため、二枚のキャパシタプレートの間にスペーサを挿入してスペースを確保するよりも部品点数を減らすことができる。

上記態様において、キャパシタの一端及び該一端とは反対側の他端には、キャパシタ側コネクタが設けられていてもよい。キャパシタ側コネクタの各々は、平行二線路の末端に設けられた平行二線側コネクタと、隣り合う一対のキャパシタを互いに接続する終端コネクタと、いずれにも接続可能に構成されていてもよい。
この態様によれば、平行二線路側コネクタの接続用と、終端コネクタの接続用と、同一のキャパシタを二つの用途に共通して用いることができる。

上記態様において、キャパシタの一端及び他端の各々は、電源装置側と、該電源装置側とは反対側に位置する終端コネクタ側と、いずれにも接続可能に構成されていてもよい。
この態様によれば、キャパシタの向きを区別する必要がないため、キャパシタユニットや該キャパシタユニットを含んだ送電装置を組み立てる際に作業者の負担を軽減できる。

本発明によれば、キャパシタをコンパクトにまとめたキャパシタユニットを提供することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る非接触給電システムの一例を示す概略図である。 図２は、本発明の一実施形態に係る非接触給電システムの一例を示す回路図である。 図３は、本発明の一実施形態に係る送電装置の一例を示す斜視図である。 図４は、図３に示された平行二線ユニットを一部分解して示す平面図である。 図５は、図３に示された終端キャパシタユニットを一部分解して示す平面図である。 図６は、キャパシタ及びその接続部の一例を示す図である。 図７は、導電体の端部の一例を示す図である。 図８は、図５に示されたキャパシタプレートを示す斜視図である。 図９は、平行二線路を横断する方向に切断したキャパシタユニットを分解して示す断面図である。 図１０は、平行二線路の延在方向においてキャパシタの向きを逆にした終端キャパシタユニットを示す平面図である。 図１１は、図３に示された中間キャパシタユニットを一部分解して示す平面図である。 図１２は、図１１に示されたキャパシタプレートを示す斜視図である。

添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。なお、各図において、同一の符号を付したものは、同一又は同様の構成を有する。本発明の一実施形態に係るキャパシタユニット２０は、キャパシタ２１及びその接続部Ｃがキャパシタプレート２２内にコンパクトにまとめられていることが特徴の一つである（図５参照）。接続部Ｃには、例えば、キャパシタ２１の端部に設けられたキャパシタ側コネクタ２１Ｃ（図６参照）、平行二線路１１の端部に設けられた平行二線側コネクタ１１Ｃ（図７参照）、それらを接続する締結ねじ７等が含まれる。

キャパシタプレート２２（図８及び図１２参照）は、平行二線路１１を収容するガイドプレート１２（図４参照）と略同一の厚みに形成されており（図９参照）、移動体である受電装置３の走行の邪魔にならない。キャパシタ側コネクタ２１Ｃは、前述の平行二線側コネクタ１１Ｃと（図１１参照）、送電装置２の終端に装着される終端コネクタ１１Ｅと（図５参照）、いずれにも接続可能に構成されているため、送電装置２（図１及び図２参照）について、柔軟なレイアウトの構築が可能である（図３参照）。しかも、キャパシタ２１の向きを区別する必要がないため（図５及び図１０参照）、送電装置２を組み立てる際の作業性に優れている。以下、図１から図１２を参照して各構成について詳しく説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る非接触給電システム１の一例を示す概略図であり、図２は、本発明の一実施形態に係る非接触給電システム１の一例を示す回路図である。図１及び図２に示すように、非接触給電システム（ワイヤレス給電システム）１は、送電側の送電装置２と、受電側の受電装置３と、を備えている。送電装置２は、高周波電力を発生させる電源装置４と、電源装置４で発生した高周波電力を受電装置３に供給する平行二線ユニット１０と、を備えている。

電源装置４は、例えば、直流電源装置と、インバータ回路と、インピーダンス整合器と、を含み、商用電源を直流電源装置によって直流電力に変換したのち、インバータ回路とインピーダンス整合器とによって所定の高周波電力に変換して平行二線ユニット１０に出力する。なお、電源装置４の構成は特に限定されるものではなく、所定の高周波電力を平行二線ユニット１０に出力するものであれば、種々の装置を用いることができる。

受電装置３は、例えば無人搬送車（Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｇｕｉｄｅｄ Ｖｅｈｉｃｌｅ）や電気自動車であり、平行二線ユニット１０に磁気的に結合されるコイル５と、コイル５に電気的に接続された蓄電デバイス等の負荷６と、を備えている。受電装置３は、コイル５に供給された高周波電力を直流電力に変換する整流平滑回路等をさらに備えていてもよい。整流平滑回路から供給される直流電力によってモータ等の負荷６を直に駆動するように構成し、蓄電デバイスを省略してもよい。

図３は、本発明の一実施形態に係る送電装置２の一例を示す斜視図である。図３に示すように、送電装置２は、移動体である受電装置３の走行経路に沿って敷設された平行二線ユニット１０と、平行二線ユニット１０のインピーダンスを低下させるキャパシタユニット２０と、を備えている。図示した例では、複数の平行二線ユニット１０が、中間キャパシタユニット２０Ｍを介して互いに連結されている。さらに、送電装置２の終端において、平行二線ユニット１０に終端キャパシタユニット２０Ｅが連結されている。中間キャパシタユニット２０Ｍ及び終端キャパシタユニット２０Ｅは、いずれもキャパシタユニット２０の一例である。

平行二線ユニット１０が長くなるほど、平行二線ユニット１０のインダクタンスが増加し、その結果インピーダンスが増加する。平行二線ユニット１０のインピーダンスが増加して、受電装置３とのインピーダンス整合がとれなくなると、非接触給電システム１の電力損失の原因となる。平行二線ユニット１０にキャパシタユニット２０を直列接続して直列共振回路を構成すると、平行二線ユニット１０に生じるインダクタンス増加に伴うインピーダンスとキャパシタユニット２０に起因して生じるインピーダンスとが相殺し、非接触給電システム１の電力損失が抑制される。このような直列共振回路に関する公知技術として、例えば特開２０１４−２３６４０９号公報（株式会社ダイヘン）が挙げられる。

図４は、図３に示された平行二線ユニット１０を一部分解して示す斜視図である。図４に示すように、平行二線ユニット１０は、折り曲げ可能な一対の導電体１１Ｌ，１１Ｒで構成された平行二線路１１と、平行二線路１１に取り付けられた複数のガイドプレート１２と、各々のガイドプレート１２を覆う保護カバー１３と、隣り合うガイドプレート１２の隙間を覆う絶縁カバー１４と、を備えている。

図示した例では、導電体１１Ｌ，１１Ｒの各々は、扁平な平編み銅線（ｆｌａｔ ｂｒａｉｄｅｄ ｗｉｒｅ）で構成されている。なお、一方の導電体１１Ｌが、複数の平編み銅線を含んでいてもよい（図６参照）。同様に、他方の導電体１１Ｒが、複数の平編み銅線を含んでいてもよい。後述する平行二線側コネクタ１１Ｃを残して、平編み銅線の他の部分を筒状のカバーで被覆してもよい。なお、折り曲げ可能な導電体１１Ｌ，１１Ｒは、平編み銅線に限定されず、エナメル線を撚り合わせたリッツ線等を複数並べたものであってもよい。柔軟で折り曲げ可能な電線であれば、導電体１１Ｌ，１１Ｒとして種々のものを用いることができる。

送電装置２の終端において、一対の導電体１１Ｌ，１１Ｒは、図３に示されたように終端キャパシタユニット２０Ｅに接続されている。図示しないが、送電装置２の終端において、一対の導電体１１Ｌ，１１Ｒを短絡してもよいし、絶縁してもよい。ガイドプレート１２は、平行二線路１１に複数取り付けられており、一対の導電体１１Ｌ，１１Ｒの間隔Ｄを規制している。ガイドプレート１２に収容された状態の平行二線路１１は、ポッティングの樹脂やセメント等の充填材に封止されていてもよいし、保護カバー１３に保護されていてもよい。

隣り合うガイドプレート１２の隙間において、平行二線ユニット１０には、平行二線路１１を折り曲げ可能な曲げ部１６が設けられている。曲げ部１６は、導電体１１Ｌ，１１Ｒにおいて、ガイドプレート１２に支持されていない部位である。曲げ部１６の幅Ｗの一例は、ガイドプレート１２の厚みの二倍程度である。図示した例では、曲げ部１６が、絶縁カバー１４に覆われている。絶縁カバー１４は、シリコーンゴム等の可撓性を有する材料から短冊状に形成されている。

図５は、図３に示された終端キャパシタユニット２０Ｅを一部分解して示す平面図である。図５に示すように、終端キャパシタユニット２０Ｅは、キャパシタ２１と、キャパシタプレート２２と、を備えている。終端キャパシタユニット２０Ｅは、後述する保護カバー２３（図９参照）や絶縁カバー１４（図１１参照）等をさらに備えていてもよい。

キャパシタ２１は、各々の導電体１１Ｌ，１１Ｒに一枚ずつ接続された一対のキャパシタ基板であり、例えば略矩形の平板状に形成されている。図示した例では、キャパシタ２１が、電荷を蓄える電子部品２１０が実装された部品面２１Ａと、部品面２１Ａとは反対側のはんだ面２１Ｂと、を有している。平行二線路１１の延在方向における両端部すなわちキャパシタ２１の一端及びその近傍を含む第１端部２１１と、一端とは反対側の他端及びその近傍を含む第２端部２１２とには、キャパシタ側コネクタ２１Ｃがそれぞれ設けられている。

キャパシタプレート２２には、キャパシタ２１を構成するキャパシタ基板の外形に沿ってキャビティ２５が形成されている。キャビティ２５には、キャパシタ２１やキャパシタ側コネクタ２１Ｃ等を含む接続部Ｃを封止するように充填材Ｓが充填されている。キャビティ２５がキャパシタ２１の外形に沿う略同一の形状であるため、少量の充填材Ｓでもキャパシタ２１等を封止することができる。充填材Ｓで封止する代わりに、筒状のカバーで被覆することによってキャパシタ２１や接続部Ｃを保護してもよい。

図６は、図５とは反対側から見たキャパシタ基板の図であり、キャパシタ２１及びその接続部Ｃの一例を示している。図６に示すように、接続部Ｃは、電子部品２１０が実装された部品面２１Ａに設けられている。接続部Ｃには、キャパシタ側コネクタ２１Ｃに加えて、導電体１１Ｌ，１１Ｒの端部、終端コネクタ１１Ｅの端部、締結ねじ７等が含まれる。キャパシタ側コネクタ２１Ｃの各々は、平行二線路１１の末端に設けられた平行二線側コネクタ１１Ｃと、隣り合う一対のキャパシタ２１を互いに接続する終端コネクタ１１Ｅと、いずれにも接続可能に構成されている。

図７は、導電体１１Ｌの端部の一例を示す図である。図７に示すように、導電体１１Ｌ，１１Ｒの端部には、キャパシタ側コネクタ２１Ｃと電気的に接続可能な平行二線側コネクタ１１Ｃが設けられている。図示した例では、貫通孔が形成された平板状の平行二線側コネクタ１１Ｃが形成されている。例えば、締結ねじ７で平行二線側コネクタ１１Ｃをキャパシタ側コネクタ２１Ｃに固定すると、平行二線路１１がキャパシタ２１に電気的に接続される。

図８は、終端キャパシタユニット２０Ｅのキャパシタプレート２２を示す斜視図である。図８に示すように、キャパシタユニット２２は、例えばポリカーボネート樹脂等の樹脂材料から矩形の平板状に形成され、第１面２２Ａと、第１面２２Ａとは反対側の第２面２２Ｂと、を有している。

第１面２２Ａには、前述したように、キャパシタ２１のキャパシタ基板の外形に沿ってキャビティ２５が形成されている。キャビティ２５は、キャパシタ２１の第１面２２Ａを支持するフランジ部２５１と、フランジ部２５１よりも深く形成されて電子部品２１０を収容する中央部２５２と、中央部２５２よりもさらに深く形成されて接続部Ｃを収容する端部２５３と、を含んでいる。

終端キャパシタユニット２０Ｅのキャパシタプレート２２は、終端コネクタ１１Ｅの外形に沿って形成された連通部２５４をさらに含んでいる。連通部２５４は、例えば、フランジ部２５１よりも深く、中央部２５２よりも浅く形成されている。第１面２２Ａには、平行二線ユニット１０の端部に沿ってカバー座２７が形成されている。カバー座２７には、平行二線ユニット１０とキャパシタユニット２０との隙間を覆う絶縁カバー１４（図１１参照）が固定される。

図９は、平行二線路１１を横断する方向に切断したキャパシタユニット２０を分解して示す断面図である。図９に示すように、キャパシタ２１は、部品面２１Ａをキャビティ２５に向けてキャパシタプレート２２に取り付けられる。キャパシタ２１が取り付けられたのち、キャビティ２５に充填材が充填され、保護カバー２３が取り付けられる。充填材や保護カバー２３は、キャパシタ２１やその接続部Ｃを外部から保護する。組み立てられた状態で、キャパシタユニット２０は、平行二線ユニット１０と略同一の厚みに構成されている。

図１０は、平行二線路１１の延在方向においてキャパシタ２１の向きを図５とは逆にした終端キャパシタユニット２０Ｅを示す平面図である。キャパシタ２１の第１端部２１１に設けられたキャパシタ側コネクタ２１Ｃは、図５に示されたように終端コネクタ１１Ｅ側に接続できるし、図１０に示されたように電源装置４に連なる平行二線路１１側に接続できる。同様に、キャパシタ２１の第２端部２１２に設けられたキャパシタ側コネクタ２１Ｃは、図１０に示されたように終端コネクタ１１Ｅ側と、図５に示されたように電源装置４側と、いずれにも接続可能に構成されている

図１１は、図３に示された中間キャパシタユニット２０Ｍを一部分解して示す平面図である。なお、中間キャパシタユニット２０Ｍは、終端キャパシタユニット２０Ｅと略同一の形状及び機能を有している。そのため、中間キャパシタユニット２０Ｍについては重複する説明を省略する。図１１に示すように、中間キャパシタユニット２０Ｍは、第１面２２を中心に１８０°回転させても略同一形状に形成されており、平行二線路１１の延在方向において前後を区別する必要がない。

図１２は、中間キャパシタユニット２０Ｍのキャパシタプレート２２を示す斜視図である。中間キャパシタユニット２０Ｍのキャパシタプレート２２は、連通部２５４を除いて終端キャパシタユニット２０Ｅのキャパシタプレート２２と略同一に形成されている。図１２に示すように、中間キャパシタユニット２０Ｍのキャパシタプレート２２には、フランジ部２５１、中央部２５２及び端部２５３を含んだキャビティ２５が形成されている。

以上のように構成された本実施形態のキャパシタユニット２０によれば、キャパシタ２１をキャパシタユニット２０内にコンパクトにまとめることができる。仮に、キャパシタ２１を大きなボックス等に収容すると、ボックスが受電装置３の走行の邪魔になるため、平行二線路１１の末端のみにキャパシタ２１を接続することになる。キャパシタ２１の数が少ないと、各々のキャパシタ２１にかかる電圧が大きく、キャパシタ２１が破損するおそれがある

これに対し、本実施形態は、平行二線ユニット１０と略同一の厚みのキャパシタプレート２２にキャパシタ２１をコンパクトにまとめて収容するため、受電装置３の走行の邪魔にならない。受電装置３の走行経路に沿って敷設された平行二線路１１の所望の部位にキャパシタ２１を接続することができるようになる。

以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。実施形態が備える各要素並びにその配置、材料、条件、形状及びサイズ等は、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、異なる実施形態で示した構成同士を部分的に置換し又は組み合わせることが可能である。

１…非接触給電システム、２…送電装置、３…受電装置、４…電源装置、５…コイル、６…負荷、７…締結ねじ、１０…平行二線ユニット、１１…平行二線路、１１Ｃ…平行二線側コネクタ、１１Ｅ…終端コネクタ、１１Ｌ，１１Ｒ…導電体、１２…ガイドプレート、１３…保護カバー、１４…絶縁カバー、１５…キャビティ、１６…曲げ部、２０…キャパシタユニット、２１…キャパシタ、２１Ａ…部品面、２１Ｂ…はんだ面、２１Ｃ…キャパシタ側コネクタ、２２…キャパシタプレート、２２Ａ…第１面、２２Ｂ…第２面、２３…保護カバー、２５…キャビティ、２７…カバー座、２１０…電子部品、２１１…第１端部、２１２…第２端部、２５１…フランジ部、２５２…中央部、２５３…端部、２５４…連通部、Ｃ…接続部、Ｄ…導電体の間隔、Ｗ…曲げ部の幅。

Claims (6)

1. 電源装置からの電力を非接触で受電側に供給する平行二線路に接続されるキャパシタユニットであって、
   前記平行二線路に接続可能なキャパシタと、
   キャビティが形成されたキャパシタプレートと、を備え、
   前記キャビティには、前記キャパシタと、該キャパシタ及び前記平行二線路を接続する接続部と、が収容されている、キャパシタユニット。
2. 前記キャビティには、前記キャパシタ及び前記接続部を封止するように充填材が充填されている、請求項１に記載のキャパシタユニット。
3. 前記キャパシタプレートに取り付けられて前記キャビティを覆う保護カバーをさらに備えている、請求項１又は２に記載のキャパシタユニット。
4. 前記平行二線路は、一対の導電体で構成されており、
   前記キャパシタは、各々の前記導電体に一枚ずつ接続された一対のキャパシタ基板であり、
   前記キャパシタプレートには、各々の前記キャパシタ基板の外形に沿って一対の前記キャビティが形成されている、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のキャパシタユニット。
5. 前記キャパシタの一端及び該一端とは反対側の他端には、キャパシタ側コネクタが設けられており、
   前記キャパシタ側コネクタの各々は、前記平行二線路の末端に設けられた平行二線側コネクタと、隣り合う一対の前記キャパシタを互いに接続する終端コネクタと、いずれにも接続可能に構成されている、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のキャパシタユニット。
6. 前記キャパシタの前記一端及び前記他端の各々は、前記電源装置側と、該電源装置側とは反対側に位置する前記終端コネクタ側と、いずれにも接続可能に構成されている、請求項５に記載のキャパシタユニット。