JP2024001617A - 給電装置の温度管理システム - Google Patents

Abstract

【課題】給電装置のコイルの温度管理システムを低コスト化する。
【解決手段】給電装置は、有端状のコア１１，２１及びその外周に巻回されたコイル１２，２２を有する一次コイルユニット１０及び二次コイルユニット２０を有し、両コイルユニット１０，２０のコア１１，２１の端面１１ｃ，２１ｃ同士を対向させた状態で、一次コイルユニット１０から二次コイルユニット２０に給電する。二次コイルユニット２０のコイル２２は、第１コイル２２ａと、コア２１の端面２１ｃからの距離が第１コイル２２ａよりも短い第２コイル２２ｂとを備える。給電装置の温度管理システムは、第１コイル２２ａの温度を測定する温度センサ３２と、温度センサ３２で測定した第１コイル２２ａの温度から、第２コイル２２ｂの温度を推定する温度推定部４３とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、給電装置の温度管理システムに関する。

自動車の製造工場内で部品を搬送する際や、工場で製造した完成車をコンテナヤードまで搬送する際に、自動搬送車（ＡＧＶ）が用いられることがある。このような自動搬送車は、バッテリーを駆動源として走行するため、定期的にバッテリーに充電する必要がある。

上記のような自動搬送車の充電は、例えば、作業者が、充電器と自動搬送車のバッテリーとをケーブルで接続することにより行われる。しかし、手作業によりケーブルを接続する作業は手間がかかる。

例えば、下記の特許文献１には、自動搬送車（搬送台車）に非接触で給電する給電装置が示されている。このような非接触給電装置を用いれば、自動搬送車を制御して所定の位置に配するだけでバッテリーを自動で充電することができるため、低コスト化が図られると共に、作業効率が向上する。

特開２０１９－７５９４７号公報

図３に示す給電装置は、給電側（例えば給電ステーション）に設けられた一次コイルユニット１１０と、受電側（例えば自動搬送車）に設けられた二次コイルユニット１２０とを有する。図示例では、各コイルユニット１１０，１２０が、それぞれＵ型コア１１１，１２１とその外周に巻回されたコイル１１２，１２２とを有する（いわゆるＵＵコア式）。一次コイルユニット１１０のコイル１１２は、インバータ回路を介して交流電源に接続され、二次コイルユニット１２０のコイル１２２は、整流回路を介して自動搬送車のバッテリーに接続される。バッテリーに給電する際には、一次コイルユニット１１０を図３の矢印で示すように移動させて、図４に示すように両コイルユニット１１０，１２０のＵ型コア１１１，１２１の端面同士を接触させる。この状態で、交流電源からインバータ回路を介して一次コイルユニット１１０のコイル１１２に通電することにより、Ｕ型コア１１１，１２１の内部に磁界が発生する。この磁界により、二次コイルユニット１２０のコイル１２２に電流が流れ、この電流によりバッテリーが充電される。

上記のような給電装置でバッテリーに給電すると、コイル１１２，１２２が通電により発熱する。このため、コイルの温度を温度センサ等で監視し、コイルの異常発熱を防止する必要がある。このとき、高温になったコイルの温度を検知可能な温度センサを用いる必要があるが、このような検知温度範囲の広い（検知可能温度が高い）温度センサは高価であるため、コスト高を招く。

そこで、本発明は、給電装置のコイルの温度を低コストな方法で管理することを目的とする。

本発明者らが検証を重ねた結果、有端状のコア（例えばＵ型コア）の端面同士を対向させて給電を行う給電装置において、コアの外周に、コアの端面から遠い側に配された第１コイルと、コアの端面に近い側に配された第２コイルとを設けた場合、給電中に、第１コイルの温度が第２コイルの温度よりも低くなることが明らかになった。

上記のような現象が生じた原因は明らかではないが、本発明者らは、上記の現象を利用することで、以下の発明を創案するに至った。すなわち、本発明は、有端状のコア及びその外周に巻回されたコイルを有する一次コイルユニット及び二次コイルユニットを有し、両コイルユニットの前記コアの端面同士を対向させた状態で、前記一次コイルユニットから前記二次コイルユニットに給電する給電装置の温度管理システムであって、
両コイルユニットのうち、少なくとも一方のコイルユニットの前記コイルが、第１コイルと、前記コアの端面からの距離が前記第１コイルよりも短い第２コイルとを備え、
前記第１コイルの温度を測定する温度センサと、
前記温度センサで測定した前記第１コイルの温度から、前記第２コイルの温度及び／又は前記第２コイルが巻回された前記コアの温度を推定する温度推定部とを備えたことを特徴とする。

このように、給電中の温度が比較的低い第１コイルの温度を温度センサで測定することで、検知可能温度が比較的低い安価な温度センサを用いることができるため、低コスト化が図られる。そして、温度推定部が、温度センサで測定した第１コイルの温度から、第２コイルの温度、あるいは、第２コイルが巻回されたコアの温度を推定することにより、温度検知範囲の広い高価な温度センサを用いることなく、第２コイルやコアの温度を取得することができる。

上記の温度管理システムは、例えば、前記第１コイルの温度と、前記第２コイルの温度及び／又は前記第２コイルが巻回された前記コアの温度との相関を記憶する記憶部を有する。この場合、前記温度推定部が、前記記憶部に記憶された前記相関に基づいて、前記第１コイルの温度から前記第２コイルの温度及び／又は前記第２コイルが巻回された前記コアの温度を推定することができる。

以上のように、本発明によれば、安価な温度センサを用いてコイルの温度を測定することができるため、給電装置の温度管理システムの低コスト化が図られる。

本発明の一実施形態に係る温度管理システムを有する給電装置の正面図である。 給電中の上記給電装置の正面図である。 従来の給電装置の正面図である。 給電中の図３の給電装置の正面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

本実施形態では、給電側となる給電ステーションで、受電側となる自動搬送車のバッテリーに充電する給電装置を示す。自動搬送車は、例えば、工場内で部品等を搬送する部品搬送車や、工場で完成させた自動車を他の場所（例えばコンテナヤード）まで搬送する車両搬送車である。この給電装置は、図１に示すように、給電側に設けられた一次回路１と、受電側に設けられた二次回路２とを有する。一次回路１は、一次コイルユニット１０と、これに接続されたインバータ回路１５及び交流電源１６とを有する。二次回路２は、二次コイルユニット２０と、これに接続された整流回路２５及びバッテリー２６とを有する。

一次コイルユニット１０は、コア１１と、コア１１の外周に設けられた一次コイル１２とを有する。コア１１は、有端状を成し、積層鋼板や圧粉磁心で形成される。図示例のコア１１は、互いに平行な一対の脚部１１ａと、一対の脚部１１ａの一端同士を連結する連結部１１ｂとを一体に有する略Ｕ字形状を成している。一次コイル１２は、コア１１の各脚部１１ａの外周に巻回された導線（例えば銅線）からなる。図示例では、両脚部１１ａに巻回された一次コイル１２と、両一次コイル１２の一端同士を接続する接続部１３とが、一本の導線で形成される。

二次コイルユニット２０は、コア２１と、コア２１の外周に設けられた二次コイル２２とを有する。コア２１は、有端状を成し、積層鋼板や圧粉磁心で形成される。図示例のコア２１は、一次コイルユニット１０のコア１１と同様の構成を有し、具体的には、互いに平行な一対の脚部２１ａと、一対の脚部２１ａの一端同士を連結する連結部２１ｂとを一体に有する略Ｕ字形状を成している。

二次コイル２２は、第１コイル２２ａ及び第２コイル２２ｂを有する。第１コイル２２ａ及び第２コイル２２ｂは、それぞれコア２１の各脚部２１ａの外周に巻回された導線（例えば銅線）からなる。両コイル２２ａ，２２ｂを形成する導線の材質、太さ、巻き数等は同じである。図示例では、両脚部２１ａに巻回された第１コイル２２ａと、両第１コイル２２ａの一端同士を接続する接続部２３とが一本の導線で形成され、両脚部２１ａに巻回された第２コイル２２ｂと、両第２コイル２２ｂの一端同士を接続する接続部２３とが一本の導線で形成される。第１コイル２２ａ及び第２コイル２２ｂは、二次回路２内で並列に接続される。

第２コイル２２ｂとコア２１の脚部２１ａの端面２１ｃとの距離Ｌ２｛脚部２１ａの軸心方向（図１の上下方向）の距離｝は、第１コイル２２ａとコア２１の脚部２１ａの端面２１ｃとの距離Ｌ１よりも短い。図示例では、第２コイル２２ｂの全域が、第１コイル２２ａよりも端面２１ｃ側（図中下方）に設けられている。この他、第２コイル２２ｂのうち、コア２１の端面２１ｃ側の端部を含む一部領域を、第１コイル２２ａのうち、コア２１の端面２１ｃから遠い側の端部を含む一部領域と重複させてもよい。

上記の給電装置には、一次コイル１２及び二次コイル２２の温度を監視する温度管理システムが設けられる。温度管理システムは、一次コイル１２の温度を測定する一次側温度センサ３１と、二次コイル２２の温度を測定する二次側温度センサ３２と、これらの温度センサ３１，３２が接続された制御部４０とを有する。

一次側温度センサ３１及び二次側温度センサ３２としては、非接触式センサ（放射温度センサ等）や接触式センサ（例えば、サーミスタ）を使用できる。ただし、接触式センサは、コア１１，２１に近接して配置する必要があるため、コア１１，２１に発生する磁気の影響により測定精度が低下する恐れがある。これに対し、温度センサ３１，３２として非接触式センサを用いれば、コア１１，２１から離反して配置することできるため、コア１１，２１で発生する磁気の影響を受けにくくなる。

一次側温度センサ３１は、一次コイル１２を形成する導線の温度を計測可能な位置に固定される。図示例では、一次側温度センサ３１が、一対の一次コイル１２同士を接続する接続部１３の温度を測定可能な位置、すなわち、接続部１３と対向する位置に配置される。この他、一次側温度センサ３１を、一次コイル１２の温度を直接測定可能な位置、すなわち、一次コイル１２と対向する位置に配置してもよい。

二次側温度センサ３２は、二次コイル２２の第１コイル２２ａを形成する導線の温度を計測可能な位置に配置される。図示例では、二次側温度センサ３２が、一対の第１コイル２２ａ同士を接続する接続部２３の温度を測定可能な位置、すなわち、接続部２３と対向する位置に配置可能とされる。本実施形態では、二次側温度センサ３２が、図示しない移動手段（例えば、電動シリンダ等）により、接続部２３の温度を測定可能な測定位置（図２に実線で示す位置）と、給電ステーション側に退避させた退避位置（図２に点線で示す位置）との間で移動可能とされる。この他、二次側温度センサ３２を、第１コイル２２ａの温度を直接測定可能な位置、すなわち、第１コイル２２ａと対向する位置に配置可能としてもよい。

制御部４０は、記憶部４１と、判定部４２と、温度推定部４３と、警報部４４とを有する。記憶部４１には、一次コイル１２の許容温度範囲（特に、上限温度）と、二次コイル２２の第１コイル２２ａ及び第２コイル２２ｂのそれぞれの許容温度範囲（特に、上限温度）が記憶されている。また、記憶部４１には、二次コイル２２の第１コイル２２ａの温度と第２コイル２２ｂの温度との相関関係を示す評価式が記憶されている。この評価式は、例えば、上記の給電装置で予め試験的な充電を行い、給電中の第１コイル２２ａの温度と第２コイル２２ｂの温度の多数の測定データを取得し、これらの測定データから重回帰分析等により算出することができる。

以下、上記の温度管理システムにより、給電中のコイルの温度を監視する方法を説明する。

自動搬送車が給電ステーションに到着したら、自動搬送車の位置を微調整して、自動搬送車に搭載された二次コイルユニット２０のコア２１の端面２１ｃを、給電ステーションに設けられた一次コイルユニット１０のコア１１の端面１１ｃの真上に配する（図１の矢印Ａ参照）。この位置で自動搬送車を停止させた状態で、自動搬送車に設けられた昇降手段により二次コイルユニット２０を下降させ（図１の矢印Ｂ参照）、一次コイルユニット１０のコア１１の端面１１ｃと二次コイルユニット２０のコア２１の端面２１ｃとを面接触させる（図２参照）。その後、図２に点線で示す退避位置に配された二次側温度センサ３２を、移動手段により上昇させて、同図に実線で示す測定位置に配する（図２の矢印Ｃ参照）。

その後、交流電源１６からインバータ回路１５を介して一次コイル１２を含む一次回路１に通電すると、互いに端面１１ｃ，２１ｃ同士を面接触させたコア１１、２１の内部を流れる磁束が発生する。この磁束により、二次コイル２２に誘導電流が発生し、この電流が整流回路２５を介してバッテリー２６に供給されることで、バッテリー２６が充電される。

上記のようにバッテリー２６を充電している間、一次コイル１２の温度を一次側温度センサ３１で測定し、この測定温度の情報が常に（あるいは微小時間ごとに）制御部４０に伝達される。そして、一次コイル１２の測定温度が記憶部４１に記憶された許容範囲を超えていたら、判定部４２が、一次コイル１２の温度が過剰であると判定し、警報部４４が警報（音や画面表示等）を発する。

また、上記のようにバッテリー２６を充電している間、二次コイル２２の第１コイル２２ａの温度を二次側温度センサ３２で測定し、これらの測定温度の情報が常に（あるいは微小時間ごとに）制御部４０に伝達される。そして、温度推定部４３が、二次側温度センサ３２で測定された第１コイル２２ａの温度と、記憶部４１に記憶された評価式とに基づいて、第２コイル２２ｂの温度を推定する。こうして取得した第１コイル２２ａの温度と第２コイル２２ｂの温度の少なくとも一方が、記憶部４１に記憶された許容範囲を超えていたら、判定部４２が第１コイル２２ａあるいは第２コイル２２ｂの温度が過剰であると判定し、警報部４４が警報（音や画面表示等）を発する。

自動搬送車のバッテリー２６を充電する際には、給電側である一次コイル１２よりも受電側である二次コイル２２の方が高温になることが多い。そのため、従来は、二次コイル２２の温度を測定する温度センサとして、検知可能温度が高い高価なものを使用する必要があった。これに対し、本実施形態では、二次コイル２２を、コア２１の端面２１ｃから遠い第１コイル２２ａと、コア２１の端面に近い第２コイル２２ｂとに分割して配置した。これにより、第１コイル２２ａの温度が第２コイル２２ｂよりも低くなるため、第１コイル２２ａの温度を測定する一次側コイル温度センサ３２として、検知可能温度が比較的低い安価なものを使用することができる。

一方、第２コイル２２ｂは第１コイル２２ａよりも高温になるが、温度推定部４３が、記憶部４１に記憶された評価式を用いて、第１コイル２２ａの温度から第２コイル２２ｂの温度を推定することにより、検知温度範囲の広い高価な温度センサを要することなく第２コイル２２ｂの温度を取得することができる。以上のように、安価な温度センサ３２を用いて二次コイル２２の第１コイル２２ａ及び第２コイル２２ｂの温度を取得することができるため、温度管理システムのコストを低減することができる。

本発明は、上記の実施形態に限られない。以下、本発明の他の実施形態を説明するが、上記の実施形態と同様の点については重複説明を省略する。

例えば、温度推定部４３により、二次コイル２２の第１コイル２２ａの温度からコア２１の温度を推定してもよい。この場合、記憶部４１には、第１コイル２２ａ及びコア２１のそれぞれの許容温度範囲（特に、上限温度）と、第１コイル２２ａの温度とコア２１の温度との相関関係を表す評価式とが記憶される。この評価式は、例えば、上記の給電装置で予め試験的な充電を行い、給電中の第１コイル２２ａの温度とコア２１の温度の多数の測定データを取得し、これらの測定データから重回帰分析等により算出することができる。そして、第１コイル２２ａの温度とコア２１の温度の少なくとも一方が、記憶部４１に記憶された許容範囲を超えていたら、判定部４２が第１コイル２２ａあるいはコア２１の温度が過剰であると判定し、警報部４４が警報（音や画面表示等）を発する。

また、温度推定部４３により、二次コイル２２の第１コイル２２ａの温度から、第２コイル２２ｂ及びコア２１の双方の温度を推定してもよい。この場合、記憶部４１には、第１コイル２２ａ、第２コイル２２ｂ、及びコア２１のそれぞれの許容温度範囲（特に、上限温度）と、第１コイル２２ａの温度と第２コイル２２ｂの温度との相関関係を表す評価式と、第１コイル２２ａの温度とコア２１の温度との相関関係を表す評価式とが記憶される。

二次コイル２２の第１コイル２２ａの温度を測定する二次側温度センサ３２は、上記のように移動手段により移動させる場合に限らず、例えば、受電側（上記実施形態では自動搬送車）のうち、第１コイル２２ａを形成する導線の温度を測定可能な測定位置（図２で実線で示す位置）に固定してもよい。この場合、二次側温度センサ３２の測定結果は、自動搬送車に設けられた制御部に伝達され、さらに、この制御部から、給電ステーションの制御部に無線あるいは有線で伝達される。

以上の実施形態では、一次コイルユニット１０のコア１１の端面１１ｃと二次コイルユニット２０のコア２１の端面２１ｃとを面接触させた場合を示したが、これに限らず、両コア１１、２１の端面１１ｃ、２１ｃを微小な隙間を介して対向させてもよい。

また、以上の実施形態では、二次コイル２２を２つのコイル２２ａ、２２ｂに分割した場合を示したが、これに限らず、３つ以上のコイルに分割してもよい。この場合、最もコア２１の端面２１ｃから遠いコイルの温度を測定し、この温度から他のコイルの温度を推定することができる。

また、コア１１，２１の形状はＵ字形状に限らず、例えば、Ｅ字形状であってもよい。

また、本発明に係る温度管理システムは、給電側である一次コイルユニット１０に設けてもよい。この場合、一次コイル１２が、第１コイルと、第１コイルよりもコア１１の端面１１ｃに近い側に設けられた第２コイルとを有し、第１コイルの温度から第２コイルの温度及び／又はコア１１の温度を推定することができる。

１ 一次回路
２ 二次回路
１０ 一次コイルユニット
１１ コア
１１ａ 脚部
１１ｂ 連結部
１２ 一次コイル
１３ 接続部
１５ インバータ回路
１６ 交流電源
２０ 二次コイルユニット
２１ コア
２１ａ 脚部
２１ｂ 連結部
２２ 二次コイル
２２ａ 第１コイル
２２ｂ 第２コイル
２３ 接続部
２５ 整流回路
２６ バッテリー
３１ 一次側温度センサ
３２ 二次側温度センサ
４０ 制御部
４１ 記憶部
４２ 判定部
４３ 温度推定部
４４ 警報部

Claims (2)

1. 有端状のコア及びその外周に巻回されたコイルを有する一次コイルユニット及び二次コイルユニットを有し、両コイルユニットの前記コアの端面同士を対向させた状態で、前記一次コイルユニットから前記二次コイルユニットに給電する給電装置の温度管理システムであって、
   両コイルユニットのうち、少なくとも一方のコイルユニットの前記コイルが、第１コイルと、前記コアの端面からの距離が前記第１コイルよりも短い第２コイルとを備え、
   前記第１コイルの温度を測定する温度センサと、
   前記温度センサで測定した前記第１コイルの温度から、前記第２コイルの温度及び／又は前記第２コイルが巻回された前記コアの温度を推定する温度推定部とを備えた給電装置の温度管理システム。
2. 前記第１コイルの温度と、前記第２コイルの温度及び／又は前記第２コイルが巻回された前記コアの温度との相関を記憶する記憶部を有し、
   前記温度推定部が、前記記憶部に記憶された前記相関に基づいて、前記第１コイルの温度から前記第２コイルの温度及び／又は前記第２コイルが巻回された前記コアの温度を推定する請求項１に記載の給電装置の温度管理システム。

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