JP4045995B2 - 非接触給電システム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、非接触で電力を供給する非接触給電システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
給電線である１次側コイルを移動経路に張り巡らせる方式の非接触給電システムは、ピックアップ用の受電側コアを使用して電力の受電を行う。この方式では、１ターントランスと構造的には同一であり、漏れ磁束の増加や磁束の伝達率（以後結合率と呼ぶ。）の低下など給電特性の悪化が生じ易い。これを解決するために特開平８−１７５２３２号公報では、１次側コイルを複数回巻いた構成により給電特性の向上を図っている。また、特開平８−１７５２３３号公報では、コイルの開口部側に対向させてフェライトシートを敷くことにより給電特性の向上を図っている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平８−１７５２３２号公報
【特許文献２】
特開平８−１７５２３３号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平８−１７５２３２号公報のように１次側コイルを複数回巻く構成は、特に移動経路が長距離になる場合には、実装が極めて困難になる。また、巻数に比例して銅損が増加するため、給電特性の低下を招くことになる。特開平８−１７５２３３号公報でも同様に、移動経路が長距離になる場合には、フェライトシートを敷く距離も長くなり、実装が極めて困難になる上、コストの増加は否めない。
【０００５】
本発明の目的は、容易な構成で給電特性を向上できる非接触給電システムを提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決する為、Ｅ形形状のコアの中央鉄心に巻く２次側コイルを偏平に巻き、高さ方向よりも幅方向の方が長くなる構成にする。さらに、給電線である１次側コイルの位置が、Ｅ形形状コアの開口部の先端とＥ形形状コアの接合部との中点よりも接合部側になるように配置し、かつ、２次側コイルよりも受電側コアの開口部側に配置した構成にする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【０００８】
図１は本発明の第一実施例の非接触給電システムの要部を示す図であり、給電線である１次側コイル１，受電側の２次側コイル２，フェライト等の磁性体を主材料としたＥ形形状の受電側コア３により構成している。本実施例は図２のように、給電線である１次側コイル１を移動経路に張り巡らせる方式の非接触給電システムを対象としたものである。図２は、搬送車等の移動体５を駆動させるために、受電側コア３を用いて電源４に接続された１次側コイル１から非接触でエネルギーを受電するシステムである。図１は、受電側コア３を移動体５の進行方向から見た図である。１次側コイル１は１ターンの巻線であり、２次側コイル２はＥ形形状の受電側コア３の中央部に複数回巻いた構造である。これは、１ターントランスと同様な構造であり、漏れ磁束の増加や結合率（磁束の伝達率）の低下など給電特性の悪化が生じ易い。
【０００９】
これを解決するために、第一実施例の２次側コイルを偏平に巻き、高さ方向よりも幅方向の方が長くなる構成にしている。図３は、２次側コイル２に着目した場合の従来例と本実施例の比較図である。図３（ａ）は、従来例の２次側コイル２であり、Ｅ形形状の受電側コア３の中央鉄心に沿ってコイルを巻いている。２次側コイル２の高さａが２次側コイル２の幅ｂよりも長い。これに対して、図３（ｂ）は、本実施例の２次側コイル２であり、コイルを幅方向に重畳させて巻いている。２次側コイル２の高さａが２次側コイル２の幅ｂよりも短い。
【００１０】
２次側コイル２の形状の効果について、図４の２次側コイル２の形状の効果を示す磁界解析結果を用いて説明する。図４（ａ）は２次側コイル２を受電側コア３に沿って巻いた従来例の解析結果であり、図４（ｂ）は２次側コイル２を重畳して偏平に巻いた本実施例の解析結果である。これらの解析結果は、１次側コイル１に電流を流した場合に発生する磁束分布を示している。また、受電側コアは、磁性体材料として珪素鋼板を仮定しており、比透磁率は７０００として計算している。磁束分布自体は２次側コイル２の形状には依存しないため、図４（ａ）と図４（ｂ）の間で違いは生じない。しかし、図４（ｂ）では点線部に示すように、２次側コイル２を重畳して巻いた効果によって図４（ａ）では鎖交していない磁束を拾い上げる効果がある。これによって、漏れ磁束として活用できなかった成分を拾い集めることにより、結合率を向上できる。この拾い上げ効果は、コイルの幅方向の長さ（図１のｂの長さ）が長いほど効果は大きい。２次側コイル２を重畳して偏平に巻く方法は、巻き枠等を利用することにより容易に構成できる効果もある。
【００１１】
図１の第一実施例では、受電側コア３の接合部−２次側コイルの先端間の距離ｃが受電側コア３の接合部−１次側コイル１間の距離ｄよりも小さくなるように構成している。言い換えると、１次側コイル１の位置が２次側コイル２よりも受電側コア３の開口部側に配置した構成にしている。これによる給電特性の向上効果も図４により説明できる。図４（ｂ）では大部分の磁束が２次側コイル２を鎖交しているのに対して、図４（ａ）では、１部の磁束は２次側コイル２の中間部分から漏れていることが判る。２次側コイル２の中間部分から漏れる磁束のほとんどは、１次側コイル１の位置よりも受電側コア３の開口部側で漏れていることから、図４（ｂ）のように１次側コイル１が２次側コイル２よりも開口部側になるように配置することにより漏れ磁束を低減でき、給電特性を向上できる効果がある。
【００１２】
図１の第一実施例では、１次側コイル１の位置に着目し、１次側コイル１の中心−受電側コア３の接合部間の距離ｅが１次側コイル１の中心−受電側コア３の開口部先端間の距離ｆよりも小さくなるように構成している。言い換えると、給電線である１次側コイル１の位置が、受電側コア３の開口部の先端と受電側コア３の接合部との中点よりも接合部側になるように配置した構成にしている。これによる給電特性の向上効果を図５により説明する。図５（ａ）は、１次側コイルが図４（ｂ）よりも受電側コア３の開口部側に位置する場合の解析結果であり、図５（ｂ）は図５（ａ）よりもさらに開口部側に位置する場合の解析結果である。これらの結果により、１次側コイルが開口部側に位置するほど開口部部分の磁束密度が増大し、かつ、磁束が開口部部分から受電側コア３の外部に漏れ広がる傾向にある。この外部に漏れ広がる磁束は電磁誘導により周辺機器に発熱等を与える恐れがある。このため、図４（ｂ）のように１次側コイル１の位置が、受電側コア３の開口部の先端と受電側コア３の接合部の中点よりも接合部側になるように配置することによって上記の悪影響を低減できる効果がある。
【００１３】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲内で様々変形して実施できることは言うまでもない。例えば、図４，図５のＥ形形状の受電側コア３は、中央の鉄心の先端がＴ字型に変形しているが、このような場合においても実施できることは言うまでもない。
【００１４】
【発明の効果】
本発明によれば、非接触給電システムにおいて、容易な構成で給電特性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施例を示す構成図である。
【図２】１次側コイルから非接触で電力を給電する搬送システムの模式図である。
【図３】従来例の２次側コイルと本発明の２次側コイルの比較図である。
【図４】２次側コイルの形状の効果を示す解析結果である。
【図５】１次側コイルの位置の効果を示す解析結果である。
【符号の説明】
１…１次側コイル、２…２次側コイル、３…受電側コア、４…電源、５…移動体。

Claims (1)

1. Ｅ形形状のコアの中央鉄心に２次側コイルを巻いた構成の受電側コアを用いて、移動経路に設けた１次側コイルから非接触で電力を給電する非接触給電システムであって、前記２次側コイルの形状は、高さ方向よりも幅方向の方が長い偏平形状であり、前記１次側コイルの位置が、前記Ｅ形形状コアの開口部の先端と接合部との中点よりも接合部側になるように配置され、かつ、前記２次側コイルよりも前記開口部側に配置されたことを特徴とする非接触給電システム。

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