JP4487407B2

JP4487407B2 - 非接触給電装置

Info

Publication number: JP4487407B2
Application number: JP2000324988A
Authority: JP
Inventors: 光義黒田; 敦奥野
Original assignee: Sinfonia Technology Co Ltd
Current assignee: Sinfonia Technology Co Ltd
Priority date: 2000-10-25
Filing date: 2000-10-25
Publication date: 2010-06-23
Anticipated expiration: 2020-10-25
Also published as: JP2002135902A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軌道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し、特に、任意に給電を停止することのでき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、倉庫内や工場内等において、案内レール等の軌道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。この搬送車には、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。そして、走行モータヘの給電方法として、搬送車側に設けた集電子を給電線に接触させて、電力を給電する方法に替えて、搬送車の側にピックアップコィルと称される２次巻線を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、前記ピックアップコイル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】
また、非接触給電方法は、搬送物を一時的に保管するためのストッカにも適用されている。このストッカは、後述する図１１（ａ）に示すように、搬送物Ｃを収納するための棚Ａと、この棚Ａに搬送物Ｃを入出庫するためのスタッカＢを備える。スタッカＢは、棚Ａの正面側に敷設された軌道Ｄ上を移動するための走行用モータ（図示なし）と、搬送物Ｃを載置するためのテーブルを駆動する駆動用モータ（図示なし）を搭載しており、これらモータを作動させるための電源の供給を非接触給電方式により行っている。
【０００４】
次に、図１ないし図４を参照して、従来の非接触給電装置の給電原理について詳細に説明する。図１は、曲線部と直線部とを有する軌道Ｒを搬送車Ｂが走行する概念図であり、図２は、１次側給電線１０と、搬送車Ｂに搭載された電源装置２０との関係を示す概略回路図であり、図３は、ピックアップコイル（２次側コイル）２３が巻回された給電トランス（変成器）２１及び軌道側壁Ｗａの部分を示す横断面図であり、図４は、軌道Ｒの直線部における軌道側壁Ｗａと給電トランス２１との配置を示す平面摸式図である。図２及び図３において、軌道Ｒを構成する軌道側壁Ｗａの側方には、往復線路からなる給電線１０が設けられ、この給電線１０の往路および復路をなす給電線１０ａと同１０ｂとが上下に所定間隔をおき、しかも軌道側壁Ｗａとの間に一定の間隔をおいてこれと平行に配置されている。また、図３に示されるように、各給電線１０ａ，１０ｂは軌道側壁Ｗａの側面にステー１を介して支持されている。尚、以下の説明では、非接触給電トランスを単に給電トランスという場合がある。
【０００５】
また、図２に示されるように、軌道に沿って走行する搬送車は、電源装置２０を搭載しており、この電源装置２０を構成する給電トランス２１は、図３に示されるように、断面Ｅ字形をしたコア２２の中央凸部２２ａに２次側コイルであるピックアップコイル２３が巻回され、コア２２の中央凸部２２ａと上方凸部２２ｂとの間に、往復線路（給電線１０）をなす一方の給電線１０ａが配置されていると共に、中央凸部２２ａと下方凸部２２ｃとの間に、他方の給電線１０ｂが配置されている。
【０００６】
そして、１次側の給電線１０に、高周波（例えば１０ｋＨｚ）の電流が供給されると、２つに折り曲げられた各給電線１０ａ，１０ｂの周囲には、これらに流れる電流の向きが逆であるために、図３で矢印で示されるように、互いに逆方向の磁束が発生し、該磁束の変化により、２次側コイルであるピックアップコイル２３には、誘導起電力が発生して（つまり電圧が誘起されて）、１次側の給電線１０から２次側コイル（ピックアップコイル２３）に非接触で電力が供給される。
【０００７】
また、図２に示されるように、搬送車の電源装置２０は、共振コンデンサ２４、整流回路２５、定電圧回路２６、ドライバ２７を備えており、ピックアップコイル２３に発生した誘導起電力は、整流回路２５で直流に変換された後に、定電圧回路２６で一定電圧に制御されて走行モータ２８に供給され、この走行モータ２８の回転によって、図１に示すように搬送車Ｂは軌道Ｒに沿って走行する。
【０００８】
また、搬送車の電源装置２０において、ピックアップコイル２３と、これに並列に接続された共振コンデンサ２４とで共振回路が構成され、この共振回路によって、非接触給電時における無効電力を少なくして、電力伝送効率を高めている。この共振回路の共振周波数（ｆｏ）は、ピックアップコイル２３のインダクタンスを（Ｌ）とし、共振コンデンサ２４の静電容量を（Ｃ）とした場合には、〔ｆｏ≒（１／２π）×（Ｌ×Ｃ）^-(1/2)〕で表わされ、１次側の給電線１０に流れる電流の周波数と等しい場合（つまり、共振周波数の場合）に、１次側から２次側への電力伝送効率が最大となることが知られている。
【０００９】
すなわち、走行モータ２８を利用した搬送システムにおいては、搬送用軌道に沿って電力供給用のケーブル（給電線１０）を設置して高周波電流を流し、給電トランス２１の電磁結合により、２次側コイル（ピックアップコイル２３）から動力電源を得て、搬送車Ｂの走行モータ２８へ駆動電力を供給する非接触給電方式が実用化されている。このとき、給電線１０に流す動力用の電流は、給電線１０からの放射ノイズを軽減する意味からも、高調波成分を極力含まない正弦波電流が適用される。このような正弦波電流は給電線１０のインダクタンスと、ピックアップコイル２３の端子間に別途用意した共振コンデンサ２４との共振回路によって生成される。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図１においては、軌道Ｒを１台の搬送車Ｂが走行する場合について説明したが、通常は軌道Ｒを複数の搬送車が走行している。そのような場合、搬送車毎に搭載されている給電トランスが、同一の給電線から非接触で電力を給電してそれぞれの搬送車を走行させている。図５は、同一の給電線に複数の給電トランスが非接触で接続されている回路のシステム概念図である。同図の例では、３台の搬送車が、それぞれ個別に、給電トランスと電源装置を搭載して走行モータに電力を供給している場合の回路の概念を示している。
【００１１】
すなわち、１台の電源３１より１本の給電線３２へ電力が通電され、３台の給電トランス３３ａ、３３ｂ、３３ｃが、それぞれ個別に、給電線３２からの電力を非接触で給電されている。そして、各給電トランス３３ａ、３３ｂ、３３ｃからそれぞれの電源装置３４ａ、３４ｂ、３４ｃへ電力が伝送され、前述の図２で示したように電源装置２０から各走行モータへ電力が供給される。このようにして、各搬送車はそれそれ個別に走行することができる。
【００１２】
ところが、図５のように、１台の電源３１で通電されている１本の給電線３２より、複数台の給電トランス３３ａ、３３ｂ、３３ｃへ給電が行われているとき、何れかの搬送車の電源装置をメンテナンスしたいとき、電源３１をＯＦＦにして給電線３２への電力の通電を停止してから行わなければならない。このため、メンテナンスを行わない他の搬送車の電源装置も停止してしまう。例えば、電源装置３４ａの保守点検を行う場合には、電源３１をＯＦＦにして給電線３２の電力を止めなければならないので、電源装置３４ｂ及び電源装置３４ｃへの電力供給も停止してしまう。このため、電源装置３４ｂ、３４ｃを搭載した各搬送車の稼動も停止してしまう。
【００１３】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、１台の電源から複数の搬送車（すなわち、電源装置）へ電力を供給する搬送システムにおいて、所望の電源装置のみへの電力の供給を遮断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。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明の非接触給電装置は、走行体に、軌道側壁と対向して給電トランスが搭載され、軌道側壁に沿って配線された１次側給電線と、給電トランスに巻回された２次巻線との間で、磁気結合により非接触で給電を行い、２次巻線に給電された電力に基づいて走行体を走行させる非接触給電装置において、給電トランスが、前記１次側給電線から引き離すことにより、１次側給電線と２次巻線との磁気結合を解放し、１次側給電線からの給電を遮断するように構成されていることを特徴とする。
【００１５】
すなわち、本発明の非接触給電装置によれば、任意に、給電トランスの１次側給電線と２次巻線とを磁気結合させることもできるし、１次側給電線と２次巻線との磁気結合を解放することもできる。したがって、走行体の走行モータへ電力供給する電源装置をメンテナンスしたいときは、１次側給電線の通電をいちいち止めなくても、入力側の給電トランスの磁気結合を解放すれば、２次巻線の起電力は発生しなくなるので、１次側給電線からの給電を停止することができる。
【００１６】
ここで、１次側給電線と２次巻線との磁気結合を解放するためには、１次側給電線を給電トランスの磁性体コアから離せばよい。これによって、１次側給電線の発生磁束は磁性体コアを通らないので２次巻線に起電力は発生しなくなり、１次側給電線からの給電はなくなる。
【００１７】
また、本発明の非接触給電装置は、前記発明において、給電トランスは、押圧機構によって１次側給電線と２次巻線とが磁気結合できる位置へ押圧され、押圧機構の押圧力を取除くことによって、１次側給電線から引き離されるように構成されていることを特徴とする。すなわち、給電トランスを１次側給電線側へ装着したり引き離したりする手段の一例は、押圧機構によって給電トランスを１次給電線側へ押圧したり引き離したりするようにすればよい。
【００２０】
また、本発明の非接触給電装置は、前記の各発明において、軌道側壁に沿って、複数の走行体が、１本の１次側給電線から非接触で給電されるように配置され、複数の走行体のうち、任意の走行体に搭載された給電トランスが、１次側給電線と２次巻線との磁気結合を解放し、１次側給電線からの給電を遮断することを特徴とする。すなわち、本発明の非接触給電装置によれば、１台の電源から１本の給電線に通電されていて、複数台の走行体が走行しているとき、その内の１台或いは任意の台数の走行体の電源装置をメンテナンスしたいとき、給電線を通電させたまま、メンテナンスしたい電源装置の入力段の給電トランスの磁気結合を開放すればよい。例えば、メンテナンスしたい給電トランスのみを給電線から引き離せばよい。これによって、他の走行体は走行を継続したまま、所望の走行体の電源装置のみをメンテナンスすることができる。
また、前記走行体は、収納部が２次元状に配列された棚に搬送物を入出庫するためのスタッカであることを特徴とする。これにより、複数のスタッカが同一の給電線により給電されている場合であっても、他のスタッカに対する給電を継続しながら、特定のスタッカに対する給電を遮断することができる。
【００２１】
【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について詳細に説明する。図６は、本発明の実施の形態を説明するための非接触給電装置の基本的概念図である。即ち、図６は、前述の図３における給電トランスを本発明に適用するために示した概念図であり、図５に示す複数の給電トランスのうちの１台について示した構造図である。図６に示すように、給電トランス４１は、稼動状態に装着されていると、１次側の給電線４４と２次巻線４３とが、磁性体コア４２と軌道側壁４５によって形成される磁路によって磁気結合される。これによって、給電線４４の電力は２次巻線４３に非接触で給電され、２次巻線４３より電源装置を経由して走行モータへ電力が供給されるのは前述の通りである。
【００２２】
ここで、給電トランス４１の２次巻線４３から電源装置側への電力供給を遮断したいときは、図６の破線で示すように、給電トランス４１を軌道側壁４５から引き離す。これによって、磁性体コア４２と軌道側壁４５の磁路は解放され、給電線４４と２次巻線４３との磁気結合はなくなり、給電線４４に電力が通電されていても２次巻線４３には誘起電圧は発生しない。したがって、図５において、給電線３２に電力が通電されている状態で、例えば、給電トランス３３ａを軌道側壁から引き離せば、この給電トランス３３ａのみの電力供給が遮断されて、電源装置３４ａをメンテナンスすることができる。しかも、給電トランス３３ｂ、３３ｃからは、それぞれ、電源装置３４ｂ、３４ｃへの電力の供給が継続されているので、これらの搬送車は稼動を続けることができる。
【００２３】
次に、給電トランスと給電線とを装着離脱する具体的は実施例について説明する。図７は、本発明の実施の形態における非接触給電装置を装着離脱する第１の実施例の概念図であり、（ａ）は装着状態を示し、（ｂ）は離脱状態を示している。図７において、給電トランス５１の背面には、固定支柱５７と、この固定支柱５７を貫通するボルト５８と、ボルト５８と螺合するナット５９と、ナット５９の螺合位置によって押圧／弛緩するバネ６０とが構成されている。尚、ボルト５８の一端は給電トランス５１の背面に固着されている。また、固定支柱５７やボルト５８、ナット５９は、磁性体コア５２に磁気的影響を与えないように強固な樹脂材料または非磁性体金属で構成されている。
【００２４】
先ず、図７（ａ）のように、給電トランス５１を給電線５４側に装着する場合は、ナット５９を図の左方に螺合して行く。これによって、バネ６０が縮んでバネ力によりボルト５８が給電トランス５１を押圧する。したがって、給電トランス５１は、給電線５４を所定の位置まで挿入して軌道側壁５５と磁性体コア５２の磁路を形成し、給電線５４と２次巻線５３を磁気結合状態にする。これによって、給電線５４の電力は非接触で２次巻線５３へ給電される。
【００２５】
次に、図７（ｂ）のように、給電トランス５１を給電線５４から引き離す場合は、ナット５９を図の右方に螺合して行く。これによって、バネ６０が弛緩して給電トランス５１の背面の押圧力が解除され、給電トランス５１は固定支柱５７の端面まで後退して給電線５４から離脱する。したがって、磁性体コア５２は軌道側壁５５から離れ、軌道側壁５５と磁性体コア５２の磁路は解放される。よって、給電線５４に電力が通電されていても給電線５４と２次巻線５３との磁気結合はなくなり、２次巻線５３には誘起電圧は発生しないので、電源装置に電力が供給されることはなくなる。
なお、給電トランス５１を給電線５４から引き離す機構として、例えばリニアアクチュエータやスラストソレノイド方式を用いてもよい。
【００２６】
図８は、本発明の実施の形態における非接触給電装置を装着離脱する第２の実施例の概念図である。すなわち、この実施例の場合は、給電トランス６１の背面に固定された固定支柱６７には、ボルト６８が螺合するネジが設けられている。そして、ボルト６８に固定されたハンドル６９を回転させることによって、ボルト６８が固定支柱６７の位置を進退する。これにより、ハンドル６９を回すことによって、自在に給電トランス６１と給電線６４とを装着離脱することができる。
【００２７】
次に、給電線と給電トランスとの磁気結合の解放を回路的に行う参考例について説明する。すなわち、給電線の電力を２次巻線へ給電させない方法は、給電トランスを給電線から離脱させる方法以外に、２次巻線のインピーダンスをゼロにしたり無限大にすることによっても実現することができる。図９は、参考例における非接触給電装置の供給電力を回路的に遮断する回路の一例である。すなわち、図９（ａ）に示すように、給電トランス７０の２次巻線７１の出力端子間にスイッチ７２を設ける。図９（ｂ）に給電トランス７０の等価回路を示す。図９において、Ｌ1は給電線７４のインダクタンスであり、Ｌ2は、２次巻線８１のインダクタンスであり、Ｍは、給電線７４と２次巻線７１との間の相互インダクタンスである。
【００２８】
給電線７４から給電トランス７０の２次巻線７１への電力供給を断ちたいときは、スイッチ７２をＯＮにする。すると、図９（ｂ）に示す等価回路において、給電トランス７０の２次側のインピーダンスがゼロになり、電流のほとんどがスイッチ７２（インピーダンスがほぼゼロ）を流れ、相互インダクタンスＭにはほとんど流れない。この結果、給電トランス７０はあたかも変流器（ＣＴ）のように作用し、磁性体コアと軌道側壁が磁路を形成していても、２次側に電圧は発生しない。よって、電源装置７５へは電力は供給されないので、自在に、この電源装置７５をメンテナンスすることができる。
【００２９】
図１０は、参考例における非接触給電装置の供給電力を回路的に遮断する回路の他の例である。すなわち、図１０（ａ）に示すように、２次巻線８１に直列にスイッチ８２を設けても、給電線８４の電力を電源装置８５へ供給されないようにすることができる。この参考例の場合は、スイッチ８２をＯＦＦにすると、同図（ｂ）に示す等価回路において、給電トランス８０の２次側のインピーダンスが無限大（オープン状態）になる。このとき、１次側と２次側の磁気結合が密な場合、給電線８４よる発生磁束によって２次巻線８１に高電圧が発生する虞がある。したがって、２次巻線８１の端子間に抵抗などを挿入し、発生電圧を抑制しておくことが望ましい。例えば、スイッチ８２のＯＦＦと同時に低い抵抗値の抵抗が２次巻線８１の端子間に挿入されるような回路を構成してもよいし、２次巻線８１の端子間に常時高い抵抗値の抵抗が挿入されているような回路構成にしてもよい。
【００３０】
以上、本発明を搬送システムに適用した例について説明したが、これに限定されることなく、例えば、搬送物を一時的に保管するためのストッカにも適用することができる。図１１（ａ）に示すように、この種のストッカは、収納部が２次元状に配置された棚Ａと、この棚Ａに搬送物Ｃを入出庫するためのスタッカＢを備えて構成される。スタッカＢは、前述の図２に示すように、ピックアップコイルを含む回路系や走行モータを搭載する。この場合、走行モータは、棚Ａの正面横方向に敷設された軌道Ｄ上を移動するために使用される。この走行モータに加えて、スタッカＢには、搬送物Ｃを載置するためのテーブルを棚Ａの正面に対して前後・上下の２軸方向に駆動するための駆動用モータ（図示なし）を搭載する。
【００３１】
図１１（ｂ）は、１台の電源装置１００から給電線１０１を介して複数のストッカＳ１〜Ｓ３に非接触給電を行う例を示す。給電線１０１には、複数のスタッカＢに搭載された２次巻線（ピックアップコイル）が磁気的に結合されている。この２次巻線を含む給電トランスは、図６に示す例のように取り外し可能となっており、これにより給電線１０１と２次巻線との磁気結合が解消され、この給電トランスが取り外されたスタッカのみの電力供給が遮断される。このとき、他のスタッカは、通常通り給電を受け、稼働を続けることができる。
【００３２】
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、上記の各実施例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。要するに、給電トランスが、１次側給電線と２次巻線との磁気結合を解放し、１次給電線からの給電を遮断できるように構成されれば、上記の各実施例に限定されることなく、どのような構成であっても本発明が適用されることはいうまでもない。
【００３３】
【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、任意に、給電トランスの１次側給電線と２次巻線とを磁気結合させることもできるし、１次側給電線と２次巻線との磁気結合を解放することもできる。したがって、走行体の走行モータへ電力供給する電源装置をメンテナンスしたいときなどには、１次側給電線の通電をいちいち止めなくても、入力側の給電トランスの磁気結合を解放すれば、２次巻線の起電力は発生しなくなるので、１次側給電線からの給電を停止することができる。尚、１次側給電線と２次巻線との磁気結合を解放する最も一般的な方法は、１次側給電線を給電トランスの磁性体コアから離せばよい。或いは、２次巻線をスイッチで短絡してインピーダンスをゼロにすることによっても実現することができる。
【００３４】
特に、本発明の非接触給電装置によって効果を生じるのは、１台の電源から１本の給電線に通電されていて、複数台の走行体が走行しているとき、その内の１台或いは任意の台数の走行体の電源装置をメンテナンスしたいとき、給電線を通電させたまま、メンテナンスしたい電源装置の入力段の給電トランスの磁気結合を開放できることである。例えば、メンテナンスしたい給電トランスのみを給電線から引き離せばよい。これによって、他の走行体は走行を継続したまま、所望の走行体の電源装置のみの給電を遮断してメンテナンスを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】曲線部と直線部とを有する軌道Ｒを搬送車Ｂが走行する概念図である。
【図２】１次側給電線１０と、搬送車Ｂに搭載された電源装置２０との関係を示す概略回路図である。
【図３】ピックアップコイル（２次側コイル）２３が巻回された給電トランス（変成器）２１及び軌道側壁Ｗａの部分を示す横断面図である。
【図４】軌道Ｒの直線部における軌道側壁Ｗａと給電トランス２１との配置を示す平面摸式図である。
【図５】同一の給電線に複数の給電トランスが非接触で接続されている回路のシステム概念図である。
【図６】本発明の実施の形態を説明するための非接触給電装置の基本的概念図である。
【図７】本発明の実施の形態における非接触給電装置を装着離脱する第１の実施例の概念図であり、（ａ）は装着状態を示し、（ｂ）は離脱状態を示す。
【図８】本発明の実施の形態における非接触給電装置を装着離脱する第２の実施例の概念図である。
【図９】参考例における非接触給電装置の供給電力を回路的に遮断する回路の一例を示す図である。
【図１０】参考例における非接触給電装置の供給電力を回路的に遮断する回路の他の例を示す図である。
【図１１】本発明の実施の形態における非接触給電装置が適用されたストッカを説明するための図である。
【符号の説明】
１０（１０ａ、１０ｂ）、３２、４４、５４、６４、７４、８４給電線２１、３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、４１、５１、６１、７０、８０給電トランス２２、４２、５２、磁性体コア２３、４３、５３、７１、８１２次巻線（ピックアップコイル）Ｗa、４５、５５、６５軌道側壁３１電源３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、７５、８５電源装置１、４６、５６ステー５７、６７固定支柱５８、６８ボルト５９ナット６０バネ６９ハンドル７２、８２スイッチ７３、８３共振コンデンサ

Claims

走行体に、軌道側壁と対向して給電トランスが搭載され、前記軌道側壁に沿って配線された１次側給電線と、前記給電トランスに巻回された２次巻線との間で、磁気結合により非接触で給電を行い、前記２次巻線に給電された電力に基づいて前記走行体を走行させる非接触給電装置において、
前記給電トランスが、前記１次側給電線から引き離すことにより、前記１次側給電線と前記２次巻線との磁気結合を解放し、該１次側給電線からの給電を遮断するように構成されていることを特徴とする非接触給電装置。
前記給電トランスは、押圧機構によって前記１次側給電線と前記２次巻線とが磁気結合できる位置へ押圧され、前記押圧機構の押圧力を取除くことによって、前記１次側給電線から引き離されるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の非接触給電装置。
前記軌道側壁に沿って、複数の走行体が、１本の１次側給電線から非接触で給電されるように配置され、前記複数の走行体のうち、任意の走行体に搭載された給電トランスが、前記１次側給電線と前記２次巻線との磁気結合を解放し、該１次側給電線からの給電を遮断す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。
前記走行体は、収納部が２次元状に配列された棚に搬送物を入出庫するためのスタッカであることを特徴とする請求項１ないし３の何れかに記載の非接触給電装置。