JP3522456B2 - 非接触給電装置 - Google Patents

非接触給電装置

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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は誘導線路又は誘導コ
イルより電磁誘導作用によって移動体に給電する非接触
給電装置に関する。 【0002】 【従来の技術】従来の例えば無人搬送車等の移動体に給
電する非接触給電装置を図を参照して説明する。図8は
従来装置の要部説明図で、10は交流電源装置、20は
誘導線路で、移動体30の図外の走行路に沿って張架さ
れている。誘導線路20は、基端が前記交流電源装置1
0に接続され、先端が接続して1個ループ状に形成され
ており、その中間部分は電流の流れる方向が互いに逆と
なる2本の線路からなっている。 【0003】移動体30には複数個(図示例では2個)
のE字状鉄心31A、31B(以下、総称する場合符号
31とする)にピックアップコイル32A、32B(以
下、総称する場合符号32とする)が巻回されている。
そして、前記鉄心31の開口部311に前記誘導線路2
0の2本の線路が挿通するように構成されている。 【0004】そして、誘導線路20に交流電流を流す
と、誘導線路20を一次側とし、ピックアップコイル3
2を二次側とする電磁誘導作用によりピックアップコイ
ル32に誘導電圧が発生し、移動体30の負荷36に電
力が供給される。 【0005】前記非接触給電装置の効率を高めるため、
ピックアップコイル32に並列接続した共振用コンデン
サ33を設け、1個のピックアップコイルで電源周波数
に共振させるか、又は複数個のピックアップコイルを直
列接続して単一の共振回路として動作させている。また
は、複数個のピックアップコイルをそれぞれ別個に複数
個の共振回路を構成し、いずれも同一の周波数で共振さ
せるようにしている。また平滑コンデンサ35は整流回
路37の出力側の負荷36に並列接続されており、通常
はアルミ電解コンデンサが使用されている。 【0006】図8に於ては移動体30が誘導線路20の
不特定位置で給電される場合を示したが、特定位置で給
電される場合は誘導線路20に替えて当該場所に設置さ
れた図外の誘導コイルとピックアップコイルによって前
記と同様の原理に基づいて行われている。 【0007】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記し
た平滑用電解コンデンサはその寿命がリップル電流によ
る内部発熱及び周囲温度によって大きく左右される。 【0008】アルミ電解コンデンサの寿命は一般に数1
で表される。 【0009】 【数1】 【0010】数1より明らかに、リップル電流を減らせ
てΔTを減少し、電解コンデンサの寿を延ばすことによ
り、非接触給電装置の信頼性を向上させることができ
る。 【0011】前記リップル電流を低減させるには、電解
コンデンサと直列に抵抗を入れる方法があるが、この方
法では、共振回路の鋭さQ(Quality Fact
or)を下げるほか、出力の電圧変動が大きくなるため
使用することができない。 【0012】そこで本発明のうち請求項1記載の発明
は、Qを下げることなく平滑コンデンサの寿命を長く
し、装置本体の信頼性を向上するようにした非接触給電
装置を提供することを目的としている。 【0013】請求項2記載の発明は、請求項1に記載の
発明の目的に加えて、特殊な部品を使用せずにリップル
を低減できるようにした非接触給電装置を提供すること
を目的としている。 【0014】請求項3記載の発明は、請求項1、又は2
記載の発明の目的に加えて、共振コンデンサの容量を所
定値に選定することにより、本装置の出力電圧、電源周
波数特性を容易に均一化できるようにした非接触給電装
置を提供することを目的としている。 【0015】 【課題を解決するための手段】本発明の非接触給電装置
は、前述した目的を達成するために、ピックアップコイ
ルの後段に各々並列接続され且つ当該ピックアップコイ
ルとの間で共振回路が構成される複数の共振コンデンサ
と、共振回路の後段に各々接続され且つ共振回路の出力
を整流する複数の整流ダイオードと、整流ダイオードの
後段に接続され且つ整流ダイオードの出力を充電すると
ともに当該充電電圧を給電電圧として出力する共通の平
滑コンデンサとを備えており、共振回路の各出力が整流
ダイオードを介して平滑コンデンサに位相をずらせて充
電されるように各共振回路の共振周波数が互いに異なる
値に設定されている。 【0016】 【0017】 【0018】 【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施例の形態を説明する。図1は本発明に係る非接触給電
装置(以下、本発明装置という)の電気回路図、図2は
本発明装置の作用原理説明図、図3は無負荷時における
ピックアップコイルの出力電圧−電源周波数の特性図、
図4から図5にかけては、2つのピックアップの出力電
圧、出力電流、負荷電流、平滑コンデンサに流れるの各
波形図で、図4は各ピックアップの共振周波数の共振点
をずらせた場合を、図5は同一の共振周波数にした場合
をそれぞれ示している。図6は2個のピックアップの出
力電圧の位相差とリップル電流低減率の関係図、図7は
2個のピックアップの出力電圧の位相差とリップル電圧
低減率の関係図である。従来装置と同一の部品は同じ符
号を用いている。 【0019】図1に於て10は交流電源装置、20は誘
導線路、30は移動体、31A、31Bは移動体にそれ
ぞれ設けられたE字状鉄心で、32A、32Bは前記鉄
心31A、31Bに巻回されたピックアップコイルであ
る。そして、それぞれの鉄心開口部311(図1では図
示せず)に従来装置に準じ誘導線路20が挿通するよう
に構成されている。なお図1に於て、ピックアップコイ
ル32A、32Bは誘導線路20に発生する磁界で結合
されたトランスとみなすことができるので、便宜上トラ
ンスの記号で表示している。 【0020】本発明装置は、前記ピックアップコイル3
2A、32Bと、移動体30の負荷36に並列接続され
た平滑コンデンサ35との間に介在するリップル低減手
段とを具備している。そして、前記リップル低減手段は
静電容量を異にするとともに前記ピックアップコイル3
2A、32Bと共振する共振コンデンサ33A、33B
と、前記共振コンデンサ33A、33Bにそれぞれ並列
接続された整流ダイオード34A、34Bを含んでい
る。 【0021】前記整流ダイオード34A、34Bはピッ
クアップコイル32A、32Bの出力を整流するダイオ
ードブリッジで構成されており、前記整流ダイオード3
4A、34Bの出力を並列接続し、これに平滑コンデン
サ35と移動体30の負荷36が並列接続されている。 【0022】次に前記リップル低減手段の作用原理を図
2を参照して説明する。誘導線路20のインダクタンス
をL1、ピックアップコイルのインダクタンスをL2、
L1とL2間の相互インダクタンスをM、ピックアップ
コイル32に負荷36を接続したときの誘導電圧をE、
負荷電圧をVL、誘導電流をI1、負荷電流をI2、す
ると、数2の式の式がえられる。 【0023】 【数2】 【0024】数2に於て、L2≫M、L1≒Mの条件下
では共振回路の周波数を決定するインダクタンスLはL
=L2−Mとなる。従って、ピックアップコイルのイン
ダクタンスLをL=L2−Mとして、再び図1を参照し
て説明する。 【0025】ここに、共振コンデンサ33Aの静電容量
をC1、共振コンデンサ33Bの静電容量をC2、電源
周波数をF0、各ピックアップコイル32A、32Bの
共振周波数と電源周波数F0の差をΔFとすると、数3
の式となるように静電容量C1、C2を定めるものとす
る。 【0026】 【数3】 【0027】前記のように静電容量を異にすることによ
り、ピックアップコイル32A、32Bの出力に位相差
が生じる。即ち、ピックアップコイル32Aの出力は交
流電源の移相に対し進み位相となり、ピックアップコイ
ル32Bの出力は交流電源の移相に対し遅れ位相とな
る。 【0028】このため、交流電源周波数F0で共振させ
た場合に比して整流ダイオード34Aは早くターンオン
し、平滑コンデンサ35を充電する。続いて整流ダイオ
ード34Bがターンオンし、両整流ダイオード34A、
34Bから平滑コンデンサ35に充電される。そして、
整流ダイオード34Aがカットオフしてから後も、整流
ダイオード34Bはしばらくカットオフせずに充電を続
け、やがてカットオフする。 【0029】それ故、平滑コンデンサ35の充電時間が
位相差に相当する時間だけ長くなる。一般に同一の電流
ILを負荷36に流す場合に、平滑コンデンサ35を充
電するピーク電流は、充電時間が長い程小さくすること
ができる。 【0030】従って、本発明装置に於ては、共振コンデ
ンサ33A、33Bの静電容量を変えることにより平滑
コンデンサ35への充電時間を長くし、充電ピーク電流
を小さくすることができる。それ故、整流ダイオード3
4A、34Bの整流作用と相俟ってリップル電流を少な
くすることを可能とした。これにより平滑コンデンサ3
5の寿命が長くなり、非接触給電装置の信頼性を向上さ
せることができる。また平滑コンデンサ35には直列抵
抗を接続しないので、Qが下がることもない。 【0031】図3は共振コンデンサ33A、33Bの静
電容量を異にした場合の無負荷時の電源周波数と各ピッ
クアップコイル32A、32Bの出力電圧の実測図であ
る。但し、 F0=10KHZ、 L=68.9μH C1=3.3μF C2=3.7μF としている。 【0032】図4は2個のピックアップコイル32A、
32Bの静電容量C1、C2を異にした場合、即ち共振
点をずらせた場合の出力電圧、整流ダイオード34A、
34Bに流れる電流、負荷電流IL、平滑コンデンサ3
5に流れる電流の波形を示している。図5は図4と同じ
諸元で2個のピックアップコイル32A、32Bを同一
の共振周波数とした場合の、図4に準ずる波形図であ
る。図4に於ては図5と比較して、平滑コンデンサの電
流は充電時で87%に低減し、出力電圧VLのリップル
電圧は40%に低減されている。 【0033】図6は前記ピックアップコイル32A、3
2Bに生じる出力電圧の位相差とリップル電流低減率の
関係図である。図示のように2個のピックアップコイル
の出力電圧の位相差が大きい程リップル電流が減少して
いる。 【0034】また、図7は前記出力電圧の移相差とリッ
プル電圧低減率の関係図で、計算値を示している。但し
本図に於ては、2個のコイルの共振点をずらせて位相差
を作った場合には、2個のピックアップコイルの発生電
圧も変化するため、前記の計算では、2個のピックアッ
プコイルの電圧を同じくし、位相のみを変えて行ってい
る。 【0035】 【発明の効果】以上、本発明に係る非接触給電装置によ
る場合、ピックアップコイルの後段に各々並列接続され
且つ当該ピックアップコイルとの間で共振回路が構成さ
れる複数の共振コンデンサと、共振回路の後段に各々接
続され且つ共振回路の出力を整流する複数の整流ダイオ
ードと、整流ダイオードの後段に接続され且つ整流ダイ
オードの出力を充電するとともに当該充電電圧を給電電
圧として出力する共通の平滑コンデンサとを備えてお
り、共振回路の各出力が整流ダイオードを介して平滑コ
ンデンサに位相をずらせて充電されるように各共振回路
の共振周波数が互いに異なる値に設定された構成となっ
ている。従って、共振の鋭さQを下げることなくリップ
ル電流を小さくすることができ、これにより平滑コンデ
ンサの寿命長くすることができ、装置の信頼性を向上
させることができる。しかも特殊な部品が不要であるこ
とから、装置の低コスト化を図ることもできる。 【0036】 【0037】
【図面の簡単な説明】 【図1】本発明装置の電気回路図である。 【図2】本発明装置の作用原理説明図である。 【図3】本発明装置の無負荷時におけるピックアップコ
イルの出力電圧−電源周波数の特性図である。 【図4】ピックアップコイルの共振点をずらせた場合の
一実施例の態様を示す電圧、電流波形図である。 【図5】ピックアップコイルの共振高周波を同一とした
場合の前記に準ずる電圧、電流波形図である。 【図6】2個のピックアップの出力電圧の位相差をリッ
プル電流低減率の関係図である。 【図7】2個のピックアップの出力電圧の位相差をリッ
プル電圧低減率の関係図である。 【図8】従来の技術を説明する構成説明図である。 【符号の説明】 10 交流電源装置 20 誘導線路 30 移動体 31 鉄心 32A、32B ピックアップコイル 33A、33B 共振コンデンサ 34A、34B 整流ダイオード 35 平滑コンデンサ 36 負荷
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02J 17/00 B60L 5/00 H02M 7/06 H01F 38/14 B60M 7/00 B65G 43/00

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 交流電流を流した誘導線路又は誘導コイ
    ルに磁気結合された複数のピックアップコイルを介して
    移動体に給電する非接触給電装置において、ピックアッ
    プコイルの後段に各々並列接続され且つ当該ピックアッ
    プコイルとの間で共振回路が構成される複数の共振コン
    デンサと、共振回路の後段に各々接続され且つ共振回路
    の出力を整流する複数の整流ダイオードと、整流ダイオ
    ードの後段に接続され且つ整流ダイオードの出力を充電
    するとともに当該充電電圧を給電電圧として出力する共
    通の平滑コンデンサとを備えており、共振回路の各出力
    が整流ダイオードを介して平滑コンデンサに位相をずら
    せて充電されるように各共振回路の共振周波数が互いに
    異なる値に設定されていることを特徴とする非接触給電
    装置。
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