JP3945300B2 - 非接触給電装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、給電線に沿って走行する走行体に対して、その使用電力を非接触で給電する非接触給電装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、倉庫内や工場内などにおいて、給電線に沿って搬送車を走行させ、この搬送車によって被搬送物（積荷）を搬送する搬送システムが広く利用されている。例えば、このような搬送システムは、液晶基板や半導体ウェハの搬送ロボットとして用いられたり、トンネル灯清掃機などに用いられている。このような搬送車には、リニアモータなどの走行モータが搭載されていて、この走行モータの駆動によって搬送車は走行される。また、走行モータヘ電力を給電する電力給電装置として、ピックアップトランスと称される給電トランスを用いて非接触で電力を給電する非接触給電装置が広く用いられている。すなわち、搬送車の側にピックアップトランスを設け、ピックアップコイルと称される二次巻線を一次側の給電線の近傍に配置して、いわゆるトランスの電磁誘導作用によって、ピックアップコイル（二次巻線）に誘導起電力を発生させて非接触で給電する方法が実施されている。
【０００３】
図５は非接触給電装置の概略的な回路図であり、図６は従来の非接触給電装置のピックアップトランスとその周辺部の断面構造図であり、図７は従来の非接触給電装置における、移動体の移動経路に沿って敷設された給電線と給電線周りの構造を示す斜視図である。尚、図７ではピックアップトランスと移動体の図示は省略されている。図５において、非接触給電装置３０は、給電線３２に電力を供給するインバータや同調フィルタからなる高周波電源３１と、移動体３６の移動経路に沿って敷設された給電線３２と、移動体３６側に固定されて給電線３２と磁気的に結合する二次巻線を有するピックアップトランス３３と、ピックアップトランス３３を介して供給された電力を直流または交流電圧として出力する受電回路３４と、直流または交流電圧で動作する走行モータ３５とによって構成されている。
【０００４】
高周波電源３１のインバータが、トランジスタやＩＧＢＴなどの主スイッチング素子を高周波でＯＮ／ＯＦＦ制御して１８０度導通の矩形波電流または電圧を出力し、同調フィルタによってインバータから出力された矩形波電流または電圧の基本波成分を共振増幅させて、高周波の正弦波電流を給電線３２へ供給している。そして、給電線３２の正弦波電流は、ピックアップトランス３３を介して２次側で誘導された電力として受電回路３４へ給電され、さらに走行モータ３５へ電力供給して移動体３６を走行させている。
【０００５】
次に、図６の非接触給電装置周りの断面構造図と図７の給電線周りの構造図に基づいて、給電線３２及びピックアップトランス３３の周辺部の構造について説明する。図６において、給電線３２は、裏板３７に取り付けられた給電線ステー３８を介して地上側の支柱３９に固定されている。給電線ステー３８が取り付けられた裏板３７は、ピックアップトランス３３の対向面に配置されていて、その材料にはステンレス製のＳＵＳ４３０などが用いられている。材料材質としてＳＵＳ４３０などの磁性体を用いることによってピックアップトランス３３の磁気的な結合度を向上させ、負荷である走行モータ（図示せず）へ供給する電力効率の改善を図っている。また、ピックアップトランス３３は、固定板４３とピックアップブラケット４０を介して移動体３６に固定されている。さらに、ピックアップトランス３３の上下には、間隔を設けて側板４１ａ、４１ｂが配置されている。尚、移動体３６は、キャスタ４２により給電線３２に沿って軌道４５を移動できるようになっている。
【０００６】
図７の給電線周りの構造図に示すように、給電線３２は、ステンレスプレートの裏板３７から延びている給電線ステー３８によって保持されている。そして、軌道４５の上を走行する移動体のピックアップトランス（図示せず）が給電線３２に沿って磁気結合しながら移動する。このように、ピックアップトランスは移動体と共に給電線に沿って移動するため、図６に示すように、ピックアップトランス３３の移動経路側は側板などのカバーで覆われていない。つまり、ピックアップトランス３３の移動経路側は露出された構造となっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような構造の非接触給電装置では、ピックアップトランス３３の移動経路側、つまり移動体３６側が露出されているために、ピックアップトランス３３や給電線３２の付近に異物が侵入して移動体３６の移動を妨げるおそれがある。または、鋭利な異物によって給電線３２を傷つけたり、異物を介して与えられた外力によって給電線３２の配線経路を曲げたりするおそれがある。さらには、異物の侵入によってピックアップトランス３３の周りの部品や機器を破損させるおそれもある。また、高周波電流が流れる給電線３２から放射される電磁波を遮蔽する構造になっていないため、放射された電磁波がノイズとして周辺電子機器に浸入して、これらの機器を異常動作させるおそれもある。例えば、非接触給電装置を用いたトンネル灯清掃機においては、給電線から放射される電磁波がトンネル内で運用されるラジオ放送に電波妨害を発生させ、ラジオ放送を行っている受信端末において正確な情報が得られないなどの不具合を起こすおそれもある。さらには、給電線３２や給電線ステー３８やピックアップトランス３３が露出されているために製品としての外観を損ねるおそれもある。
【０００８】
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、給電線周辺の構造を改良することにより、異物がピックアップトランスや給電線側へ侵入しないようにして内部の機器や部品が損傷しないようにしたり、光信号を遮蔽しないようにすると共に、ノイズを外部に出さないようなＥＭＩ（Electro-Magnetic Interference：電磁妨害）対策を施したり、外観上の商品価値を高めたりすることのできる非接触給電装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明の非接触給電装置は、一次給電線と二次巻線との間で電磁結合を行うピックアップトランスを利用し、一次給電線に沿って走行する走行体に対して非接触で使用電力を給電する非接触給電装置において、一次給電線に沿って延在し、一次給電線とピックアップトランスと双方向光通信を行う光通信装置とを取り囲む側板と、側板の重なり合う二面が任意の間隔をもって対向する部分のすきまを利用して配置され、ピックアップトランスと光通信装置とを前記すきまを通して走行体本体へ固定させるピックアップブラケットとを備えることを特徴とする。
【００１０】
つまり、本発明の非接触給電装置によれば、側板が一次給電線とピックアップトランスと光通信装置とを取り囲んで一次給電線に沿って延在しているので、側板の内部に異物が挿入されて一次給電線を傷つけたり曲げたりするおそれはなくなる。また、ピックアップトランスや光通信装置は側板に覆われているため外観上の商品価値を高めることができる。さらには、側板の内部へ異物が挿入されるおそれがないので、光通信装置によって送受信される光信号が遮られることもなくなり、また外部から不要な光信号が侵入して光通信装置を誤動作させるおそれもなくなる。
【００１１】
また、本発明の非接触給電装置においては、光通信装置は、側板の一端の内部に固定された第１の光通信装置と、ピックアップトランスに取り付けられて走行体と共に移動する第２の光通信装置とによって構成され、側板の内部において、第１の光通信装置と第２の光通信装置との間で双方向光通信を行うことを特徴とする。つまり、本発明の非接触給電装置によれば、固定側の第１の光通信装置と移動側の第２の光通信装置は、一次給電線に沿って延在する側板の内部に収納されて対向しているので、外部からの異物によって光信号が遮られることもなく、また外部からの光信号を誤検知することもなくなり、常に正常な光通信を行うことができる。
【００１２】
また、本発明の非接触給電装置においては、側板は、導電性材料または磁性材料で構成されていることを特徴とする。つまり、本発明の非接触給電装置によれば、側板は、電磁エネルギを吸収する効果のある導電性材料や磁性材料によって構成されている。したがって、側板に囲まれたピックアップトランスや給電線から放射される電磁波ノイズは側板によって吸収されるので、外部へ放射される電磁波ノイズのレベルをかなり小さくすることができる。これによって、周辺の電子機器がノイズによって異常動作を引き起こすことを防ぐことができる。
【００１３】
また、本発明の非接触給電装置は、側板の表面または裏面、あるいは表面及び裏面の両面には導電性材料または磁性材料が塗布または被覆されていることを特徴とする。つまり、側板の材質がセラミックや樹脂などの非導電性材料であっても、側板の表面または裏面、あるいは表面と裏面の両面に導電性材料を塗布または被覆することによっても電磁波ノイズを遮蔽することができる。例えば、側板の表面や裏面に導電性塗料を塗布したり導電性ゴムを被覆したりすれば、給電線側から放射された電磁波ノイズは側板で反射および減衰されるので、側板を透過して外部へ放射される電磁波ノイズを抑制することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて、本発明における非接触給電装置の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明における非接触給電装置のピックアップトランスとその周辺部の断面構造図である。図１において、給電線２は、裏板７に取り付けられた給電線ステー８を介して地上側の支柱９に固定されている。給電線ステー８が取り付けられた裏板７は、ピックアップトランス３の対向面に配置されていて、その材料にはステンレス製のＳＵＳ４３０が用いられている。裏板７の材質としてＳＵＳ４３０の磁性体を用いることによってピックアップトランス３の磁気的な結合度を向上させ、負荷である走行モータ（図示せず）へ供給する電力効率の改善を図っている。また、ピックアップトランス３は固定板１３に取り付けられ、ピックアップブラケット１０を介して移動体６に固定されている。さらに、導電体または磁性体の側板１１が給電線２やピックアップトランス３及び周辺部品などを取り囲んでいる。尚、移動体６は、キャスタ１２により給電線２に沿って軌道１５を移動できるようになっている。したがって、移動体６の移動経路は給電線２に沿って図１の紙面表裏の方向である。
【００１５】
図１に示すように、本発明における非接触給電装置の特徴は、側板１１が、移動体６の移動経路に沿って給電線２を含むピックアップトランス３の周囲を取り囲むように敷設され、且つ、ピックアップブラケット１０が側板１１のすきまを通してピックアップトランス３と移動体６とを固定している点である。つまり、側板１１は、給電線２の経路に沿って（したがって、移動体６の移動経路に沿って）給電線２及びピックアップトランス３を囲むように敷設されている。そのため、図１に示すように、側板１１のＡ面１１ａとＢ面１１ｂは所望の間隔をもって重なり合うように対向して配置されている。さらに、ピックアップトランス３を保持するためのピックアップブラケット１０が、Ａ面１１ａとＢ面１１ｂのすきまを通って移動体６に固定されている。したがって、側板１１の形状は図１に示すようなＺ型アングルとなっている。
【００１６】
側板１１を、このような筒状の箱型構造にすることによって、給電線２とピックアップトランス３は共に外部に露出されなくなるので、側板１１の外部から内部の給電線２やピックアップトランス３へ異物を容易に挿入させることはできない。また、側板１１は導電体または磁性体の材料によって構成されているので、内部の給電線２やピックアップトランス３から放射される電磁波は遮蔽され、電磁波ノイズが外部に放射されないようにすることができる。また、給電線２やピックアップトランス３が露出されていないので製品としての外観もよくなる。尚、側板１１のＡ面１１ａとＢ面１１ｂを曲面形状にすれば、ピックアップブラケット１０をその曲面形状に沿った湾曲の形状にすることができる。このように曲面形状にすることにより、側板１１やピックアップブラケット１０を所望の曲面加工によって成形することができるので、これらの部品の加工工程が一層簡単になる。
【００１７】
次に、本発明の非接触給電装置を液晶基板搬送ロボットに適用した場合の実施の形態について説明する。図２は本発明の三相非接触給電装置を用いた液晶基板搬送ロボットの構造図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は左側面図、（ｃ）は上面図である。また、図３は図２の部分断面図であり、（ａ）はＡ−Ａ断面図、（ｂ）はＢ−Ｂ断面図、（ｃ）はＣ−Ｃ断面図である。さらに、図４は図３（ａ）のＡ−Ａ断面図の拡大図である。
【００１８】
図２（ａ）に示すように、移動体の搬送装置であるロボット本体６’は、軌道１５の上のリニアガイド１４に沿って図の左右に移動できるように構成されている。つまり、図２（ｂ）の左側面図に示すように、ロボット本体６’は軌道１５上のリニアガイド１４の上に移動自在に置かれている。このような構成により、ロボット本体６’は、ピックアップ１６の上に液晶基板を載置し、軌道１５上のリニアガイド１４に沿って図２（ａ）に示す右方または左方に移動し、液晶基板を軌道１５の周囲に配置された１つ以上のカセットステーション（図示せず）内の所望の位置へ搬送することが可能となっている。
【００１９】
また、図２（ａ）、（ｃ）に示すように、側板１１が、ロボット本体６’の移動経路となるリニアガイド１４の一方の側に沿って敷設されている３組の給電線２を取り囲むように延在して設けられている。尚、この側板１１は、各々の給電線２に対して配置された３個のピックアップトランス（図示せず）を接触させないで取り囲むことができる内容積を持った形状に折り曲げられている。つまり、側板１１は、図２（ｂ）に示すように、紙面の表裏に方向に対して空洞を形成するように折り曲げられている。また、図２（ｂ）に示すように、側板１１の一方の側面は、延在方向の適当な間隔で地上に固着された支柱９によって保持されている。
【００２０】
次に、側板１１の部分断面図である図３を用いて、本発明に直接関係のある側板１１の内部構成を説明する。図２のＡ−Ａ断面図である図３（ａ）に示すように、液晶基板搬送ロボットは三相交流によって駆動されるので、三相の給電線に接続された３個のピックアップトランス３ａ，３ｂ，３ｃを備えている。したがって、図示しない高周波電源から、給電線を通して３個のピックアップトランス３ａ，３ｂ，３ｃへ供給される電流は、それぞれ位相差が１２０°ずれた三相交流電流である。
【００２１】
図３（ａ）の拡大図である図４を用いて説明すると、側板１１は、ピックアップトランス３ａ，３ｂ，３ｃと給電線２を取り囲むように折り曲げ加工されている。また、側板１１のＡ面１１ａとＢ面１１ｂは平行に間隔を持って重なる構造となっている。このような構成の側板１１の内部には、裏板７に取り付けられた３個のピックアップトランス３ａ，３ｂ，３ｃと光通信装置２１ｂ，２２ｂが収容されている。また、ピックアップトランス３ａ，３ｂ，３ｃ及び光通信装置２１ｂ，２２ｂを保持するためのピックアップブラケット１０が、側板１１のＡ面１１ａとＢ面１１ｂのすきまを縫ってロボット本体６’側に固定されている。
【００２２】
このような構造により、外部から給電線２やピックアップトランス３ａ，３ｂ，３ｃや光通信装置２１ｂ，２２ｂに対して容易に異物を挿入することができないようになっている。また、側板１１は導電体または磁性体の材料によって構成されているので、内部の給電線２やピックアップトランス３ａ，３ｂ，３ｃから放射される電磁波を遮蔽し、電磁波ノイズとして外部へ出さないようにすることができる。また、給電線２やピックアップトランス３ａ，３ｂ，３ｃや光通信装置２１ｂ，２２ｂが露出されていないので製品としての外観もよくなっている。
【００２３】
液晶基板搬送ロボットは、地上側と移動体のロボット本体との間で光信号による非接触通信を行うために双方向の光通信装置を設けている。つまり、図３（ｂ）に示すように、側板１１の内部であって給電線２と平行な位置に、地上側の光通信装置２１ａ，２２ａと移動体であるロボット本体６’側の光通信装置２１ｂ，２２ｂとが設けられている。地上側の２つの光通信装置２１ａ，２２ａは移動経路の片端に配置され、移動するロボット本体６’側の２つの光通信装置２１ｂ，２２ｂはピックアップトランス３ａ，３ｂ，３ｃと同じ固定板１３に取り付けられている。そして、地上側の光通信装置２１ａとロボット本体６’側の光通信装置２１ｂが対向し、地上側の光通信装置２２ａとロボット本体６’側の光通信装置２２ｂが対向して配置されている。
【００２４】
これによって、ロボット本体６’が移動経路の任意の位置へ移動しても、地上側の光通信装置２１ａ，２２ａとロボット本体６’側の光通信装置２１ｂ，２２ｂとの間では、常に光通信による非接触通信を行うことができる。この場合、側板１１は、給電線２に沿って、ピックアップトランス３ａ，３ｂ，３ｃと地上側の光通信装置２１ａ，２２ａとロボット本体６’側の光通信装置２１ｂ，２２ｂとを取り囲む構造となっている。したがって、正常な通信とは無関係な光信号が侵入して、地上側の光通信装置２１ａ，２２ａとロボット本体６’側の光通信装置２１ｂ，２２ｂによって行われる通信に誤動作を起こすおそれはない。また、各光通信装置２１ａ，２２ａ、２１ｂ，２２ｂは側板１１で取り囲まれているので、外部からの異物の侵入によって各光通信装置２１ａ，２２ａ、２１ｂ，２２ｂの正常な光信号を遮るおそれもなくなる。
【００２５】
給電線２とピックアップトランス３ａ，３ｂ，３ｃと光通信装置２１ａ，２２ａ，２１ｂ，２２ｂとを取り囲むように配置されている側板１１の材料は、その材質として、導電体であるＡｌやＣｕ、または常磁性ステンレスであるＳＵＳ３０４、または強磁性体であるフエライト、または導電体かつ強磁性体であるＦｅ、または強磁性ステンレスであるＳＵＳ４３０などのうち、少なくとも１つを用いることができる。側板１１にこのような導電体や磁性体を用いることによって、電磁ノイズの遮蔽対策を確実に行うことができる。
【００２６】
側板１１の材質が導電体の場合は、ピックアップトランス３ａ，３ｂ，３ｃや給電線２から放射された電磁波は側板１１によって反射および減衰されるため、側板１１を透過して外部へ放射する電磁波ノイズは抑制され、外部機器に影響を及ぼさない程度の微弱なノイズレベルとなる。また、側板の材質が磁性体の場合は、ピックアップトランス３ａ，３ｂ，３ｃや給電線２から放射された電磁波は側板１１に吸収されるため、側板１１から外部へ放射される電磁波ノイズは抑制される。通常、側板１１としては、ステンレスＳＵＳ３０４を用いることによって外部へ放射される電磁波ノイズの抑制を図っている。
【００２７】
また、側板１１の材質がセラミックや樹脂などの非導電性材料の場合は、側板１１の表面または裏面、あるいは表面と裏面の両面に導電性材料を塗布または被覆することによっても電磁波ノイズを抑制することができる。つまり、ピックアップトランス３ａ，３ｂ，３ｃや給電線２を取り囲むように配置された側板１１の表面や裏面に導電性塗料を塗布したり導電性ゴムを被覆したりすれば、給電線２側から放射された電磁波は側板１１で反射および減衰されるため、側板１１を透過して外部へ放射される電磁波ノイズは抑制される。
【００２８】
以上述べた実施の形態は本発明を説明するための一例であり、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、発明の要旨の範囲で種々の変形が可能である。上記の実施の形態では、非接触給電装置を液晶基板搬送ロボットに適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、どのような非接触給電装置であっても、導電体または磁性体の側板でピックアップトランスや給電線や光通信装置を取り囲むように構成すれば、異物の侵入防止とノイズ対策と正常な光通信とを行うことができる。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の非接触給電装置によれば、導電体または磁性体の側板が、ピックアップトランスや給電線や光通信装置を取り囲むように給電線に沿って配置されている。つまり、外部からピックアップトランスや給電線や光通信装置へ直接異物を挿入することができない構造となっている。したがって、給電線に異物がはさまって移動体の移動を阻害したり、異物の鋭利な部分によって給電線を傷つけたり、異物を介して与えられた外力によって給電線の配線経路を曲げたりするおそれはなくなる。また、異物が挿入されることがなくなるので、周辺機器が破損されるおそれもなくなる。さらには、給電線やピックアップトランスや光通信装置が側板によって覆われた構造となっているので、非接触給電装置の外観上の商品価値を高めることができる。
【００３０】
また、本発明の非接触給電装置によれば、側板が光通信装置を取り囲んでいるので、光通信装置を用いて光信号による非接触通信を行っているときに、光通信装置の通信とは無関係な光信号が光通信装置の送受信部に入るおそれはなくなる。さらには、光通信に必要な光信号が異物によって遮られることがないので、異物の侵入による通信異常を引き起こすおそれもなくなる。これによって、通信異常によって引き起こされるロボットの異常動作を防止することができる。さらには、光通信装置が側板によって覆われた構造となっているので、非接触給電装置の外観上の商品価値を高めることができる。
【００３１】
また、本発明の非接触給電装置によれば、ピックアップトランスや給電線を取り囲むように配置された側板から外部へ放射される電磁波の放射量を抑制することができるため、外部へ放射される電磁波ノイズのレベルを小さくすることができる。これによって、周辺の電子機器がノイズによって異常動作を引き起こすことを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明における非接触給電装置のピックアップトランスとその周辺部の断面構造図である。
【図２】 本発明の三相非接触給電装置を用いた液晶基板搬送ロボットの構造図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は左側面図、（ｃ）は上面図である。
【図３】 図２の部分断面図であり、（ａ）はＡ−Ａ断面図、（ｂ）はＢ−Ｂ断面図、（ｃ）はＣ−Ｃ断面図である。
【図４】 図３（ａ）のＡ−Ａ断面図の拡大図である。
【図５】 非接触給電装置の概略的な回路図である。
【図６】 従来の非接触給電装置のピックアップトランスとその周辺部の断面構造図である。
【図７】 従来の非接触給電装置における、移動体の移動経路に沿って敷設された給電線と給電線周りの構造を示す斜視図である。
【符号の説明】
２，３２…給電線、３，３ａ，３ｂ，３ｃ，３３…ピックアップトランス、６，３６…移動体、６’…ロボット本体、７，３７…裏板、８，３８…給電線ステー、９，３９…支柱、１０，４０…ピックアップブラケット、１１，４１ａ，４１ｂ…側板、１１ａ…Ａ面、１１ｂ…Ｂ面、１２，４２…キャスタ、１３，４３…固定板、１４…リニアガイド、１５，４５…軌道、１６…ピックアップ、２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂ…光通信装置、３０…非接触給電装置、３１…高周波電源、３４…受電回路、３５…走行モータ。

Claims (4)

1. 一次給電線と二次巻線との間で電磁結合を行うピックアップトランスを利用し、該一次給電線に沿って走行する走行体に対して非接触で使用電力を給電する非接触給電装置において、
   前記一次給電線に沿って延在し、該一次給電線と前記ピックアップトランスと双方向光通信を行う光通信装置とを取り囲む側板と、
   前記側板の重なり合う二面が任意の間隔をもって対向する部分のすきまを利用して配置され、前記ピックアップトランスと前記光通信装置とを前記すきまを通して前記走行体本体へ固定させるピックアップブラケットと
   を備えることを特徴とする非接触給電装置。
2. 前記光通信装置は、
   前記側板の一端の内部に固定された第１の光通信装置と、前記ピックアップトランスに取り付けられて前記走行体と共に移動する第２の光通信装置とによって構成され、
   前記側板の内部において、前記第１の光通信装置と前記第２の光通信装置との間で双方向光通信を行うことを特徴とする請求項１に記載の非接触給電装置。
3. 前記側板は、導電性材料または磁性材料で構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の非接触給電装置。
4. 前記側板の表面または裏面、あるいは表面及び裏面の両面には導電性材料または磁性材料が塗布または被覆されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の非接触給電装置。

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