JP5528089B2 - Power supply for contactless power supply equipment - Google Patents
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Description
本発明は、一定の移動経路を移動する移動体に無接触で給電する無接触給電設備において、前記移動経路に沿って配置される誘導線路に高周波電流を供給する電源装置に関するものである。 The present invention relates to a power supply apparatus that supplies a high-frequency current to an induction line disposed along a moving path in a non-contact power feeding facility that supplies power to a moving body that moves along a certain moving path in a contactless manner.
従来の上記無接触給電設備とその電源装置の一例が、特許文献1に開示されている。
この特許文献1に開示されている無接触給電設備では、消費電力が変動する負荷(走行用モータ)を有する搬送台車の移動経路に沿って連続して、所定周波数におけるインピーダンスが所定の容量性インピーダンスに調整された誘導線路を配置し、この誘導線路に前記所定周波数の高周波電流を供給する電源装置が設けられている。
An example of the conventional contactless power supply facility and its power supply device is disclosed in
In the non-contact power supply facility disclosed in
前記電源装置は、交流電圧が変動する交流電源の交流電流を、直流の電圧および電流に変換する整流器と、誘導線路の負荷に応じて前記直流の電圧を昇降圧する昇降圧回路と、昇降圧された直流電圧の直流電流を、矩形波信号(パルス信号)によりそれぞれ駆動される複数のスイッチング素子により前記所定周波数の一定交流電流に変換して誘導線路に出力するインバータとを備え、前記昇降圧回路は、前記誘導線路の負荷が全負荷の15〜20%の範囲において予め設定される設定値未満のときに、前記直流の電圧を降圧し、誘導線路の負荷が前記設定値以上のときに前記直流の電圧を昇圧するよう構成され、また前記インバータは、常に移動経路の負荷に応じてPWM制御(前記矩形波信号のパルス幅制御)を行い、誘導線路に出力する電流を一定に制御するように構成されている。 The power supply device includes a rectifier that converts an alternating current of an alternating-current power supply whose alternating voltage fluctuates into a direct-current voltage and current, a step-up / step-down circuit that steps up and down the direct-current voltage according to a load on the induction line, and a step-up / down circuit. An inverter that converts the direct current of the direct current voltage into a constant alternating current of the predetermined frequency by a plurality of switching elements respectively driven by a rectangular wave signal (pulse signal) and outputs the constant alternating current to the induction line, Reduces the DC voltage when the load on the induction line is less than a preset value in a range of 15 to 20% of the total load, and when the load on the induction line is greater than or equal to the set value, The inverter is configured to boost the DC voltage, and the inverter always performs PWM control (pulse width control of the rectangular wave signal) according to the load on the moving path and outputs it to the induction line It is configured to control the flow constant.
このような構成により、電源装置より誘導線路に所定周波数の高周波の一定電流が供給され、移動体は誘導線路により受電コイルに誘導される起電力により負荷に給電している。また誘導線路の所定周波数のインピーダンスが所定の容量性インピーダンスに調整されていることにより、移動体の負荷が変動しても誘導線路に流れる電流の変動が抑えられている。 With such a configuration, a high-frequency constant current having a predetermined frequency is supplied from the power supply device to the induction line, and the moving body supplies power to the load by the electromotive force induced in the power receiving coil by the induction line. In addition, since the impedance of the induction line at a predetermined frequency is adjusted to a predetermined capacitive impedance, fluctuations in the current flowing through the induction line are suppressed even when the load on the moving body fluctuates.
また昇降圧回路により誘導線路の負荷が前記設定値より軽いときに直流の電圧を低く、誘導線路の負荷が前記設定値より重いときに直流の電圧を高く制御することにより、誘導線路に流れる電流を一定に制御できる矩形波信号の通電率(duty ratio;1サイクルの中で、実際に通電する時間の割合)の範囲(一定電流制御範囲;例えば、25%〜75%)に、前記スイッチング素子を駆動する通電率が入り、通電率の制御に余裕が生じ、応答が速い一定電流制御が実現されている。 Also, by controlling the DC voltage to be low when the load on the induction line is lighter than the set value by the step-up / down circuit, and to control the DC voltage to be high when the load on the induction line is heavier than the set value, the current flowing through the induction line The switching element is within a range (a constant current control range; for example, 25% to 75%) of a rectangular wave signal energization ratio (duty ratio; a ratio of time during which current is actually energized in one cycle). A constant current control is realized in which an energization rate for driving is entered, there is a margin in the control of the energization rate, and the response is fast.
さらに、降圧制御と昇圧制御の実行を切り換える誘導線路の負荷の設定値を全負荷の15〜20%の範囲、すなわち負荷が軽い側に設定することにより、負荷の80〜85%の範囲では昇圧されているので、負荷の上昇により電力不足となることが防止されている。 Furthermore, by setting the set value of the load on the induction line for switching between the step-down control and the step-up control to the range of 15 to 20% of the total load, that is, the side where the load is light, the voltage is increased in the range of 80 to 85% of the load Therefore, it is possible to prevent power shortage due to an increase in load.
しかし、インバータにより誘導線路に流れる電流は常に一定電流に制御され、またインバータには、通常の負荷の80〜85%の範囲では昇圧された高い直流電圧が入力されており、インバータにおける電力損失は、入力電圧に対して前記一定電流をスイッチングしたときの値となるために、通常、大きな電力損失が発生しているという問題があった。 However, the current flowing through the induction line by the inverter is always controlled to a constant current, and a high DC voltage boosted in the range of 80 to 85% of the normal load is input to the inverter. There is a problem that a large power loss usually occurs because the value is obtained when the constant current is switched with respect to the input voltage.
例えば、一定電流が160Aに制御されており、整流器の出力電圧がそのままインバータに印加されている、例えばDC280V(=AC200V×√2;電源装置に供給されるAC電源の電圧が200Vのとき)とすると、電力損失は、DC280Vに対して160Aをスイッチングした値となる。 For example, the constant current is controlled to 160A, and the output voltage of the rectifier is applied to the inverter as it is, for example, DC280V (= AC200V × √2; when the voltage of the AC power supply supplied to the power supply device is 200V) Then, the power loss is a value obtained by switching 160 A with respect to DC 280V.
そこで、本発明は、インバータのPWM制御の通電率を余裕のある範囲に抑えることができ、安定して誘導線路の一定電流制御を行うことができるとともに、インバータにおける電力損失を削減できる無接触給電設備の電源装置を提供することを目的としたものである。 In view of this, the present invention can suppress the energization rate of the PWM control of the inverter to a marginal range, can perform stable constant current control of the induction line, and can reduce power loss in the inverter. it is intended to provide a power supply generation facilities.
前述した目的を達成するために、本発明のうち請求項1に記載の発明は、移動体の移動経路に沿って誘導線路を配置し、前記移動体に前記誘導線路に対向して受電コイルを設け、前記移動体ではこの受電コイルに誘導される起電力から消費電力が変動する負荷に給電される無接触給電設備において、前記誘導線路に、所定周波数の一定交流電流を供給する電源装置であって、
交流電源の交流電流を直流電流に変換する整流回路と、前記整流回路により変換された直流の電圧を降圧する降圧回路と、前記降圧回路により降圧された直流の電圧の電流を、パルス信号によりそれぞれ駆動される複数のスイッチング素子により前記所定周波数の一定交流電流に変換して前記誘導線路に出力するインバータとを備え、前記降圧回路は、インバータ通電率の低下に応じて前記直流の電圧を低く補正し、インバータ通電率の増加に応じて前記直流の電圧を高く補正して、前記インバータのスイッチング素子が、前記所定周波数の半サイクルに対して通電率平均が50%以上で、前記誘導線路に出力される交流電流を前記一定交流電流に制御できる状態に、前記誘導線路の負荷に応じて前記直流の電圧を制御することを特徴とするものである。
In order to achieve the above-described object, the invention according to
A rectifier circuit that converts an alternating current of an alternating current power source into a direct current, a step-down circuit that steps down a direct current voltage converted by the rectifier circuit, and a current of a direct current voltage that is stepped down by the step-down circuit are respectively represented by pulse signals. An inverter that converts the alternating current of the predetermined frequency into a constant alternating current by a plurality of driven switching elements and outputs the constant alternating current to the induction line, and the step-down circuit corrects the direct-current voltage to be low in accordance with a decrease in the inverter energization rate. Then, the DC voltage is corrected to be higher in accordance with the increase in the inverter energization rate, and the switching element of the inverter is output to the induction line with an average energization rate of 50% or more with respect to the half cycle of the predetermined frequency. The DC voltage is controlled according to the load of the induction line so that the AC current to be controlled can be controlled to the constant AC current. Than is.
特許文献1に開示されている無接触給電設備の電源装置では、誘導線路に流れる電流を一定に制御できる通電率の範囲に、スイッチング素子を駆動するパルス信号の通電率が入り、通電率の制御に余裕が生じ、応答が速い一定電流制御を実現しており、通電率の範囲は、例えば、25%〜75%とされ、通電率は負荷が小ならば小、負荷が大ならば大とされる。ところが上述したように、インバータにおける電力損失は、インバータの入力電圧に対して前記一定電流をスイッチングしたときの値になる。今、図7に示すように、電圧波形aで、負荷が小でも通電率を大とすると(図7では、通電率を35%から70%とすると)、電流は一定電流より増加して流れすぎるので、電圧波形bに示すようにインバータへの入力電圧を下げてやると(図7では、入力電圧をDC280VからDC140Vに下げてやると)、電流は一定電流に戻る。電流は常に一定制御で、電圧は下がるので、電力損失は電圧が下がった分、減少する。スイッチングのノイズのレベルも電圧は下がる分だけ減少する。
In the power supply device of the non-contact power supply facility disclosed in
上記構成によれば、降圧回路において、誘導線路の負荷、すなわち誘導線路に流れる電流に応じて変化するインバータのスイッチング素子の通電率に応じて、整流回路により変換された直流の電圧は降圧され、このときインバータにおいて、所定周波数の半サイクルに対して通電率平均が50%以上で、複数のスイッチング素子がそれぞれ駆動され、誘導線路に流れる電流が一定交流電流に制御され、所定周波数に変換して前記誘導線路に出力される。このように、誘導線路に流れる電流と周波数は、インバータにより一定に制御される。また誘導線路に流れる電流が一定で、且つインバータの入力電圧が負荷に応じて制御されることにより、インバータにおける電力損失が削減され、インバータのスイッチングのノイズのレベルも電圧が下がる分だけ下がる。 According to the above configuration, in the step-down circuit, the load of the induction line, that is, the DC voltage converted by the rectifier circuit is stepped down according to the conduction ratio of the switching element of the inverter that changes according to the current flowing through the induction line, At this time, in the inverter, the average energization ratio is 50% or more for a half cycle of the predetermined frequency, each of the plurality of switching elements is driven, the current flowing through the induction line is controlled to a constant alternating current, and is converted to the predetermined frequency. Output to the induction line. Thus, the current and frequency flowing through the induction line are controlled to be constant by the inverter. In the current flowing through the induction line is constant, and by the input voltage of the inverter can be controlled according to the load, reduces the power loss in the inverter, decreases by the amount that the level of noise at the switching of the inverter is also the voltage drops.
また請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明であって、前記通電率の範囲は、65%〜75%に設定され、前記降圧回路は、前記パルス信号の通電率が65%を下回ると、前記負荷に応じた直流の電圧を低く補正し、前記パルス信号の通電率が75%を超えると、前記負荷に応じた直流の電圧を高く補正することを特徴とするものである。
The invention according to
上記構成によれば、通電率が65〜75%の範囲、すなわち高い通電率でパルス信号が制御され、このとき、例えば5〜100%に大きく変動する負荷に対応するために、降圧回路により直流電圧は降圧制御され、誘導線路に一定電流が供給される。 According to the above configuration, the pulse signal is controlled in the range of the energization rate of 65 to 75%, that is, at a high energization rate. The voltage is stepped down and a constant current is supplied to the induction line.
本発明の無接触給電設備は、誘導線路に流れる電流が一定に制御され、且つインバータの入力電圧が降圧回路によって負荷に応じて降圧されることによりインバータにおける電力損失を削減でき、インバータのスイッチングのノイズのレベルを下げることができる、という効果を有している。 The contactless power supply equipment of the present invention can reduce the power loss in the inverter by controlling the current flowing through the induction line to be constant and reducing the input voltage of the inverter according to the load by the step-down circuit. The noise level can be reduced.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
[実施の形態1]
図1は本発明の実施の形態1における無接触給電設備の電源装置を備えた無接触給電設備の回路構成図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[Embodiment 1]
FIG. 1 is a circuit configuration diagram of a contactless power supply facility including a power supply device for the contactless power supply facility according to Embodiment 1 of the present invention.
図1において、11は搬送台車(移動体の一例)12の走行レール(移動経路の一例;図示せず)に沿って連続して敷設(配置)された誘導線路であり、この誘導線路11には、コンデンサ14が直列に接続され、さらに誘導線路11全体のインダクタンス値を調整する可変インダクタ15が直列に接続されている。なお、この可変インダクタ15は、誘導線路11の長さ(線路長)が所定の長さを満たさないとき、すなわち誘導線路11のインダクタンス値が所定のインダクタンス値に満たないときに接続される。また走行レールには複数台の搬送台車12が走行しており、誘導線路11より複数台の搬送台車12に給電している。
In FIG. 1,
この可変インダクタ15のインダクタンスLとコンデンサ14の静電容量Cの調整により、直列接続された誘導線路11およびコンデンサ14および可変インダクタ15による所定周波数f(たとえば10kHz)のインピーダンス(誘導線路全体のインピーダンス)が、所定の容量性インピーダンスに調整(設定)されている。
By adjusting the inductance L of the
また搬送台車12には、誘導線路11により起電力が誘起され、走行用モータ(消費電力が変動する負荷の一例)18へ給電するピックアップコイル(誘導線路11に対向する受電コイル)21が設置されている。このピックアップコイル21は、例えば、断面がE字状のフェライトの中央凸部にリッツ線(いずれも図示せず)を巻いて形成されており、両凹部の中心に誘導線路11が位置するように調整し、固定されている。そして、ピックアップコイル21に受電ユニット22を接続し、この受電ユニット22にインバータ23を介して前記走行用モータ18を接続し、ピックアップコイル(受電コイル)21に誘導される起電力により前記走行用モータ18へ給電している。
In addition, a pick-up coil (a power receiving coil facing the induction line 11) 21 is installed in the transporting
上記受電ユニット22は、ピックアップコイル21に並列に、このピックアップコイル21と誘導線路11の周波数に共振する共振回路を構成する共振コンデンサ24を接続し、この共振回路の共振コンデンサ24に並列に整流器25を接続し、整流器25の出力側にインダクタ26Aを接続し、また出力負荷に相当するインバータ23と並列に出力コンデンサ28を接続し、インダクタ26Aと出力コンデンサ28との間にダイオード26Bを接続し、さらにインダクタ26Aとダイオード26Bとの間で、共振コンデンサ24と並列に出力電圧制御用スイッチング素子27を設け、出力コンデンサ28の電圧を一定とするように出力電圧制御用スイッチング素子27をPWM制御する出力コントローラ29を設けている。
The
この受電ユニット22の構成により、上記共振コンデンサ24の電圧は整流器25により整流され、インダクタ26Aとダイオード26Bとによりフィルタがかけられて直流電圧が発生される。出力コントローラ29はこの直流電圧(出力コンデンサ28の電圧)を監視し基準電圧と比較する。負荷電力がピックアップコイル21から出力できる最大電力より小さいときは出力コンデンサ28の電圧が増加するので、出力コントローラ29はスイッチング素子27の通電率を増加させてピックアップコイル21が短絡している時間を長くする。よって、ピックアップコイル21から転送する電力は実質的にはゼロに近づき、従って、出力コンデンサ28の直流電圧は減少する。またこのときダイオード26Bにより出力コンデンサ28の短絡が防止される。そして、出力コンデンサ28の直流電圧が基準電圧以下まで低下すると、あるいは出力負荷が増加して出力コンデンサ28の直流電圧が基準電圧以下まで低下すると、出力コントローラ29はスイッチング素子27の通電率を減少させてピックアップコイル21が短絡している時間を短くして出力コンデンサ28へ通電する時間を長くする。よって、出力コンデンサ28の直流電圧が増加する。これら作用により出力コンデンサ28の直流電圧が基準電圧に維持される。
This configuration of the
また前記誘導線路11に、高周波トランス30Aを介して、前記所定周波数f(たとえば10kHz)の一定の高周波電流(一定交流電流)を供給する電源装置31が接続されている。前記高周波トランス30Aは誘導線路11と電源装置31との間に介装されており、誘導線路11の距離(長さ)が長いときに出力電圧を上げることができるように、例えば出力電圧を2倍とすることができるように設置されている。また誘導線路11に、誘導線路11に流れる電流値を計測するための変流器(CT)30Bが設置されている。
In addition, a
前記電源装置31に、電源装置31へ給電する交流電源32が接続されている。この交流電源32は、交流電圧が大きく変動する電源であり、例えば交流電圧は定格電圧に対して+10%〜−10%変動する。
An
また電源装置31は、交流電圧が変動する交流電源32の交流電流を、直流電流に変換し、この直流電流を、矩形波信号(パルス信号)によりそれぞれ駆動される複数のスイッチング素子により所定周波数fの一定交流電流に変換して誘導線路11に出力電流として給電する電源装置であり、交流電源32の交流電流を、直流電流に変換する整流器(全波整流器)33と、起動・停止回路34と、整流器33により整流された電圧、すなわち直流の電圧を降圧する降圧回路35と、インバータ36から構成されている。
The
前記起動・停止回路34は、整流器33と降圧回路35との間に直列に接続される突入抵抗41およびコイル(リアクトル)42と、前記突入抵抗41を短絡する起動コンダクタ43と、突入抵抗41およびコイル42の接続点と整流器33のマイナス出力端子との間に直列に接続されている放電抵抗44および停止コンダクタ45から構成されている。起動時には起動コンダクタ43は開の状態にあり突入電流が抑制され、また所定時間後に閉とされて突入抵抗41が短絡される。また停止コンダクタ45は運転時には開の状態にあり、停止時には閉となり、放電抵抗44により電源装置31に蓄積されている電荷が消費される。
The start /
前記降圧回路35は、起動・停止回路34の出力に並列に接続された入力コンデンサ51と、起動・停止回路34とインバータ36との間に直列に接続された降圧用スイッチング素子52およびコイル53と、カソードが降圧用スイッチング素子52とコイル53との接続点に接続され、アノードが整流器33のマイナス出力端子に接続されたダイオード55と、コイル53のインバータ36側の端部と整流器33のマイナス出力端子との間に接続された出力コンデンサ57と、前記降圧用スイッチング素子52をパルス制御する、CPUからなる降圧コントローラ58(詳細は後述する)から構成されている。
The step-
前記インバータ36は、フルブリッジに組まれたスイッチング素子61と、スイッチング素子61を矩形波信号(パルス信号)によりそれぞれ駆動し、直流電流を所定周波数fの一定交流電流に変換して誘導線路11に出力電流として給電する、CPUからなる電流制御コントローラ62から構成されており、直流電流を、矩形波信号によりそれぞれ駆動されるスイッチング素子61により所定周波数fの一定交流電流に変換して誘導線路11へ給電している。なお、電流制御コントローラ62は、変流器(CT)30Bの入力により誘導線路11の電流値を計測しており、この計測している誘導線路11の電流値が、予め設定された一定交流電流となるようにスイッチング素子61を駆動するパルス信号のパルス幅(所定周波数fの半サイクルの通電率)を求め(誘導線路11の電流値のフィードバック制御を行い)、スイッチング素子61を駆動している。また電流制御コントローラ62は、インバータ36の駆動開始信号、および駆動しているスイッチング素子61のパルス信号の通電率(所定周波数fの半サイクルに対する通電率)を降圧コントローラ58へ出力している。
The
降圧コントローラ58には、このようにインバータ36(電流制御コントローラ62)より、前記インバータ36の駆動開始信号と、スイッチング素子61の通電率(インバータ通電率)が入力されている。
The step-down
また降圧回路35には、前記降圧用スイッチング素子52が連続してオン状態、すなわち降圧無しで整流状態のとき、且つ誘導線路11の負荷が100%、すなわち最大負荷のとき、インバータ36のスイッチング素子61のパルス信号が、所定周波数fの半サイクルに対してインバータ通電率平均50%以上、例えば70%で、前記一定交流電流に制御できる直流の電圧(定格電圧に相当する)が、整流器33より入力されている。
The step-
また降圧コントローラ58には、前記インバータ通電率の範囲として65%〜75%が設定されている。この65%は、所定周波数fの半サイクルに対して通電率平均の範囲が50%以上の一例であり、前記70%は目標の通電率であり、75%は、上幅に余裕がある通電率の一例である。
The step-down
この降圧コントローラ58により、降圧回路35の出力の直流の電圧は、インバータ36のスイッチング素子61のインバータ通電率が70%で、誘導線路11に出力される交流電流を前記一定交流電流に制御できる状態に、誘導線路11の負荷に応じて制御される。降圧コントローラ58の構成について詳細に説明する。
With this step-down
降圧コントローラ58は、図2に示すように、補正電圧形成部83と、電圧率演算部85と、通電率演算部86と、パルス駆動部87から構成されている。
前記補正電圧形成部83は、インバータ36が駆動される速度(例えば、1μs)に対して遅い速度(例えば、1ms)で駆動され、1ms毎に、入力している上記インバータ36のスイッチング素子61の通電率(インバータ通電率)を確認し、インバータ通電率が65%より低くなると、インバータ通電率の低下に応じて降圧回路35の目標(出力)直流電圧を低く補正するマイナスの補正電圧率(%)(補正する電圧の定格電圧に対する割合)を電圧率演算部85へ出力し、またインバータ通電率が75%より高くなると、インバータ通電率の増加に応じて前記目標直流電圧を高く補正するプラスの補正電圧率を電圧率演算部85へ出力する。補正電圧形成部83の補正電圧率の上限値αは、誘導線路11の負荷に応じて、インバータ通電率を75%以内に引き戻すように設定され、また補正電圧率の下限値βは、誘導線路11の負荷に応じて、インバータ通電率を65%以上に引き戻すように設定される。
As shown in FIG. 2, the step-down
The correction
また前記電圧率演算部85は、図2(b)に示すように、インバータ36の駆動開始信号の入力により駆動(励磁)されるリレイ(RY)が設けられ、インバータ36が駆動されるまでは、100%の電圧率(降圧なし)を、通電率演算部86へ出力し、インバータ36が駆動されると、インバータ36が駆動される速度(例えば、1μs)に対して遅い速度(例えば、1ms)で、例えば1ms毎に、現在出力している電圧率(目標電圧率)より補正電圧形成部83より入力した補正電圧率(%)を加算して新たな電圧率(目標電圧率)を求め、通電率演算部86へ出力する。
Further, as shown in FIG. 2B, the voltage
通電率演算部86は、電圧率演算部85より入力した電圧率より降圧用スイッチング素子52の通電率(降圧回路通電率)を求め(詳細は後述する)、パルス駆動部87へ出力する。
The energization
このパルス駆動部87は、通電率演算部86において求めた通電率により降圧用スイッチング素子52をPWM制御している(降圧制御を実行している)。
以上のような降圧コントローラ58の構成による作用を説明する。
The
The operation of the above-described configuration of the step-down
補正電圧形成部83において、例えば1ms毎に、入力している上記インバータ36のインバータ通電率が65%を下回ると、インバータ通電率に応じてマイナスの補正電圧率が形成され、インバータ通電率が75%を上回ると、インバータ通電率に応じてプラスの補正電圧率が形成され、続いて電圧率演算部85において、インバータ36が駆動されるまでは、100%の電圧率(降圧なし)が出力され、インバータ36が駆動されると、例えば1ms毎に、補正電圧形成部83において形成された補正電圧率が加算されて電圧率(目標電圧率)が求められて出力され、続いて通電率演算部86において、この電圧率により降圧用スイッチング素子52の降圧回路通電率が求められ、パルス駆動部87においてこの通電率により降圧用スイッチング素子52がPWM制御される(降圧制御が実行される)。
In the correction
上記降圧回路35の作用を図3を用いて説明する。
図3において、Vinは降圧回路35の入力電圧、Voは降圧回路35の出力電圧、Iはコイル53に流れるコイル電流、Iminはコイル53の最小電流(定常時)、Ioは出力電流、Lはコイル53のインダクタンス、Tonは降圧用スイッチング素子52のスイッチングON時間、Toffは降圧用スイッチング素子52のスイッチングOFF時間、リプル電流はコイル53のリプル電流である。
The operation of the step-
In FIG. 3, Vin is an input voltage of the step-
降圧コントローラ58により降圧用スイッチング素子52がONとされると、整流器33から入力した電流により、破線の矢印で示すように、コイル53は励磁され、且つ出力コンデンサ57は充電され、出力電流Ioは、実線の矢印で示すように、出力コンデンサ57から放電され、図3(b)に示すように、コイル電流Iは増加する。
When the step-down
また降圧コントローラ58により降圧用スイッチング素子52がOFFとされると、一点鎖線の矢印で示すように、コイル53の励磁エネルギーの放出により出力コンデンサ57は充電され、出力電流Ioは、実線の矢印で示すように、出力コンデンサ57から放電され、図3(b)に示すように、コイル電流Iは減少する。
When the step-down
このとき、出力電圧Voは、
Vo={Ton/(Ton+Toff)}×Vin …(1)
で求められ、降圧すること、および降圧用スイッチング素子52のスイッチングON時間Tonが小さい程降圧することが判る。またコイル53の最小電流Iminとリプル電流は、
Imin=Io−(Vo×Toff/2L)、
リプル電流=Vo×Toff/L
で求められる。
At this time, the output voltage Vo is
Vo = {Ton / (Ton + Toff)} × Vin (1)
It can be found that the voltage is stepped down and that the step-down is performed as the switching ON time Ton of the step-down
Imin = Io− (Vo × Toff / 2L),
Ripple current = Vo x Toff / L
Is required.
したがって、前記通電率演算部86は、上記電圧率(=Vo/Vin)が求められると、上記(1)式により、降圧用スイッチング素子52のスイッチングON時間Ton、すなわち通電率(降圧回路通電率)を求めることができる。なお、時間(Ton+Toff)は、予め設定することができる。
Therefore, when the voltage ratio (= Vo / Vin) is obtained, the energization
「作用」
上記無接触給電設備における作用を説明する。なお、電源装置31が投入されるとき、誘導線路11における負荷は最小負荷とする。また電源装置31に交流電源32が接続されるとき、起動コンダクタ43は開とされ、停止コンダクタ45は閉とされている。また電源装置31に接続される交流電源32の交流電圧は、定格がAC200Vで、AC180V〜242Vの範囲で変動するものとする。また初期状態では、インバータ36のインバータ通電率は70%に設定されているものとする。
"Action"
The operation of the non-contact power supply facility will be described. When the
電源装置31に交流電源32が接続されると、整流器33により、交流電流は直流電流に変換されて起動・停止回路34へ出力される。このとき、起動コンダクタ43は開とされ、停止コンダクタ45は閉とされていることにより、起動時の突入電流は、突入抵抗41により抑制(制限)され、放電抵抗44で消費される。所定時間後には、起動コンダクタ43は閉とされて突入抵抗41は短絡され、続いて停止コンダクタ45は開とされ、突入電流が解消した安定した直流電流が降圧回路35へ出力される。このとき、整流器33による整流後の直流の電圧は、AC180VのときDC240V、AC200VのときDC270V、AC242VのときDC330Vへ変動する。
When the
インバータ36が駆動されるまでは、降圧回路35の電圧率は100%であり(降圧なし)、降圧回路35の降圧用スイッチング素子52は連続してオン状態とされ、すなわち整流状態とされ、出力コンデンサ57が充電される。
Until the
続いてインバータ36が駆動されると、電流制御コントローラ62により、誘導線路11の電流値をフィードバックしながら、スイッチング素子61のPWM制御が実行されて、誘導線路11に流れる電流が一定交流電流に制御され、所定周波数に変換して誘導線路11に出力される。初期状態では、誘導線路11の負荷は最小負荷であるために、図2(c)に示すように、インバータ36のスイッチング素子61のインバータ通電率は70%から負荷に合わせて減少され{図2(c)では40%まで減少され}、降圧コントローラ58は、遅れてインバータ36のインバータ通電率に応じて、降圧回路35における電圧率を減少し{図2(c)では50%に減少し}、この減少した電圧率に応じた通電率(降圧回路通電率)により降圧用スイッチング素子52をパルス制御して降圧制御を実行する。この降圧制御により、降圧後の出力直流の電圧は、最も低い直流の電圧に制御される。すると、これに応じて、インバータ36のインバータ通電率は上昇し、70%まで戻される。降圧コントローラ58は、インバータ36より応答が遅いことにより、次に、インバータ36のインバータ通電率により補正電圧形成部83より出力される補正電圧率は0%となり、電圧率演算部85より出力される電圧率は変動されず、降圧回路35における電圧率はそのまま維持される(50%に維持される)。
Subsequently, when the
以後、1台あるいは複数台の搬送台車12による物品の搬送が開始されて誘導線路11の負荷が増えてくると、誘導線路11に流れる電流に応じてインバータ36におけるスイッチング素子61のインバータ通電率が上昇して、誘導線路11に流れる電流が一定交流電流に制御される。このようにスイッチング素子61のインバータ通電率が上昇して75%を上回ると、降圧コントローラ58は、遅れてインバータ36のインバータ通電率に応じて、降圧回路35における電圧率を上昇し{図2(c)では70%に上昇し}、設定した電圧率に応じた通電率(降圧回路通電率)により降圧用スイッチング素子52をパルス制御して出力電圧を上昇する制御を実行する。この制御により、降圧回路35の出力の直流の電圧は、上昇する。すると、これに応じて、インバータ36のインバータ通電率は下降し、70%まで戻される。降圧コントローラ58は、インバータ36より応答が遅いことにより、次に、インバータ36のインバータ通電率により補正電圧形成部83より出力される補正電圧率は0%となり、電圧率演算部85より出力される電圧率は変動されず、降圧回路35における電圧率はそのまま維持される(70%に維持される)。
Thereafter, when the conveyance of the article by one or a plurality of
このようにインバータ36のスイッチング素子61のインバータ通電率に応じて上記電圧率が変動されて降圧制御が実行され、またインバータ通電率65%〜75%の範囲で誘導線路11に流れる電流と周波数は、インバータ36により一定に制御される。
In this way, the voltage ratio is varied according to the inverter energization rate of the switching
またインバータ36により、誘導線路11へ流れる電流は一定交流電流に制御されることにより、交流電源32の交流電圧が変動し、整流器33による整流後の直流の電圧が変動しても、この変動は吸収される。
Further, the current flowing through the
運転停止する際には、起動コンダクタ43は開とされ、停止コンダクタ45は閉とされ、降圧回路35へ出力される直流電流が遮断され、その後、交流電源32の接続が外される。
When the operation is stopped, the
以上のように本実施の形態1によれば、誘導線路11に流れる電流が一定電流に制御され、且つインバータ36の入力電圧が、誘導線路11の負荷、すなわち誘導線路11に流れる電流に応じて変化するインバータ36のスイッチング素子61の通電率(インバータ通電率)に応じて降圧されることにより、入力電圧に対して前記一定電流をスイッチングしたときの値となる、インバータ36における電力損失を、削減することができ、さらにインバータ36のスイッチングのノイズのレベルを下げることができる。
As described above, according to the first embodiment, the current flowing through the
またインバータ36のスイッチング素子61の通電率(インバータ通電率)が65%〜75%の範囲から外れると、降圧回路35によりインバータ36へ出力される直流の電圧が制御されることにより、インバータ36のスイッチング素子61の通電率(インバータ通電率)を70%に維持でき、よって安定して誘導線路11の電流の変動に迅速に応答することができ、誘導線路11に一定電流を供給できる。
[実施の形態2]
図4は本発明の実施の形態2における無接触給電設備の電源装置を備えた無接触給電設備の回路構成図である。以下、実施の形態1と同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
Further, when the energization rate (inverter energization rate) of the switching
[Embodiment 2]
FIG. 4 is a circuit configuration diagram of a contactless power supply facility including a power supply device for the contactless power supply facility according to
図4に示すように、搬送台車12の受電ユニット22の回路は、共振回路の共振コンデンサ26に並列に中間タップを有する可飽和リアクトル27の入力端を接続し、この可飽和リアクトル27の中間タップ(出力端)に整流器28を接続し、この整流器28の出力側に並列に出力コンデンサ29を接続して構成され、出力コンデンサ29にインバータ23を並列に接続している。なお、前記可飽和リアクトル27の飽和電圧は、インバータ23および走行用モータ18が必要な定格電力により設定され、この飽和電圧と受電ユニット22の出力定格電圧{可飽和リアクトル27の中間タップ(出力端)電圧に相当する}により可飽和リアクトル27の入力端と出力端のコイル巻線の巻数比が設定されている。
As shown in FIG. 4, the circuit of the
また電流制御コントローラ62には、インバータ36に入力される直流電圧および直流電流が入力され、高周波トランス30による出力電圧の昇圧比が入力されており、電流制御コントローラ62は、インバータ36の入力電圧・電流・昇圧比により誘導線路11の電流を演算して、予め設定された一定交流電流となるようにスイッチング素子61を駆動するパルス信号のパルス幅(通電率)を求め、スイッチング素子61を駆動している。また電流制御コントローラ62は、駆動しているスイッチング素子61のパルス信号の通電率を降圧コントローラ58へ出力している。
Further, the
また降圧コントローラ58は、整流器33から出力される直流電圧および直流電流を計測しており、図5に示すように、負荷演算部81と、目標直流電圧演算部82と、補正電圧形成部83’と、加算器84と、電圧率演算部85’と、通電率演算部86と、パルス駆動部87から構成されている。
The step-down
前記負荷演算部81は、前記計測している直流電圧および直流電流により誘導線路11により消費されている電力を演算し、誘導線路11の負荷を監視している。この降圧回路35に入力される直流電圧および直流電流により演算される電力は、誘導線路11に到るまでにエネルギーを大きく蓄える手段がないことにより、誘導線路11により消費されている電力(負荷)と見なされる。
The
また前記目標直流電圧演算部82は、負荷演算部81において求めた誘導線路11の負荷と予め設定された定格負荷を比較して、予め設定された定格電圧をどのように変動させるかを演算する演算部であり、誘導線路11の負荷を定格負荷で除算し、定格電圧を乗算することにより、インバータ36へ出力する直流電圧の目標直流電圧を求め、加算器84へ出力する。
The target DC
また前記補正電圧形成部83’は、入力している上記インバータ36のスイッチング素子61の通電率(インバータ通電率)を確認しており、インバータ通電率が65%より低くなると、インバータ通電率の低下に応じて前記目標直流電圧を低く補正する補正電圧を加算器84へ出力し、またインバータ通電率が75%より高くなると、インバータ通電率の増加に応じて前記目標直流電圧を高く補正する補正電圧を加算器84へ出力する。補正電圧形成部83’の補正電圧の上限値αは、誘導線路11の負荷に応じて、インバータ通電率を75%以内に引き戻すように設定され、また補正電圧の下限値βは、誘導線路11の負荷に応じて、インバータ通電率を65%以上に引き戻すように設定される。
Further, the correction
前記加算器84は、前記目標直流電圧演算部82において求められた目標直流電圧と、前記補正電圧形成部83’より出力された補正電圧を加算して、設定直流電圧(設定値)を求め、電圧率演算部85’へ出力する。
The
電圧率演算部85’は、設定直流電圧を、整流器33から出力される直流電圧(計測値)により除算して、降圧回路35へ入力される直流電圧(計測値)に対する前記設定直流電圧の割合(電圧率)を求め、この電圧率を通電率演算部86へ出力している。
The voltage
通電率演算部86は、電圧率演算部85’において求めた電圧率により降圧用スイッチング素子52の通電率(降圧回路通電率)を求め、パルス駆動部87へ出力し、このパルス駆動部87は、通電率演算部86において求めた降圧回路通電率により降圧用スイッチング素子52をPWM制御している(降圧制御を実行している)。
The energization
以上のような降圧コントローラ58の構成による作用を説明する。
負荷演算部81において上記計測した直流電圧および直流電流により誘導線路11により消費されている電力を演算して、誘導線路11の負荷を求め、目標直流電圧演算部82において、求めた電力(負荷)に応じてインバータ36へ出力する直流電圧の目標直流電圧を求める。
The operation of the above-described configuration of the step-down
The
次にこの目標直流電圧を、補正電圧形成部83’および加算器84により補正する。すなわち、入力している上記インバータ36の通電率が、65%を下回ると、通電率に応じて形成される補正電圧により、求めた目標直流電圧を低く再設定し、通電率が、75%を越えると、通電率に応じて形成される補正電圧により、求めた目標直流電圧を高く再設定する。
Next, the target DC voltage is corrected by the correction
次に、電圧率演算部85’において、再設定された設定直流電圧を、整流器33から出力される直流電圧(計測値)により除算して、設定直流電圧の割合(電圧率)を求める。
続いて、通電率演算部86において、求めた電圧率により降圧用スイッチング素子52の降圧回路通電率を求め、パルス駆動部87においてこの通電率により降圧用スイッチング素子52をPWM制御する(降圧制御を実行する)。
Next, in the voltage
Subsequently, in the energization
「作用」
上記無接触給電設備における作用を説明する。なお、電源装置31が投入されるとき、誘導線路11における負荷は最小負荷とする。また電源装置31に交流電源32が接続されるとき、起動コンダクタ43は開とされ、停止コンダクタ45は閉とされている。また電源装置31に接続される交流電源32の交流電圧は、定格がAC200Vで、AC180V〜242Vの範囲で変動するものとする。
"Action"
The operation of the non-contact power supply facility will be described. When the
電源装置31に交流電源32が接続されると、整流器33により、交流電流は直流電流に変換されて起動・停止回路34へ出力される。このとき、起動コンダクタ43は開とされ、停止コンダクタ45は閉とされていることにより、起動時の突入電流は、突入抵抗41により抑制(制限)され、放電抵抗44で消費される。所定時間後には、起動コンダクタ43は閉とされて突入抵抗41は短絡され、続いて停止コンダクタ45は開とされ、突入電流が解消した安定した直流電流が降圧回路35へ出力される。このとき、整流器33による整流後の直流電圧は、AC180VのときDC240V、AC200VのときDC270V、AC242VのときDC330Vへ変動する。
When the
初期状態では、誘導線路11の負荷は最小負荷であり、降圧コントローラ58は、監視している誘導線路11の最小負荷に対応した電圧率を設定し、設定した電圧率に応じた通電率により降圧用スイッチング素子52をパルス制御して降圧制御を実行する。この降圧制御により、降圧後の出力直流電圧は、最も低い直流電圧に制御される。
In the initial state, the load of the
この降圧された降圧回路35の直流電圧は、インバータ36へ出力される。インバータ36において、電流制御コントローラ62によるスイッチング素子61のPWM制御により、誘導線路11に流れる電流が一定交流電流に制御され、所定周波数に変換して誘導線路11に出力される。このとき、インバータ36は、入力している直流電圧が、最小負荷に応じて低い直流電圧とされていることにより、通電率65%〜75%の範囲で一定電流制御を実行できる。
The stepped down DC voltage of the step-
次に、1台あるいは複数台の搬送台車12による物品の搬送が開始され、誘導線路11の負荷が増加していく。そして、誘導線路11の負荷が増加すると、降圧コントローラ58は、負荷に応じて電圧率を小さくして(降圧後)直流電圧を上昇させる。これにより、降圧回路35により、誘導線路11へ流れる電流は略一定交流電流に制御される。またこのとき、交流電源32の交流電圧が変動し、整流器33による整流後の直流電圧が変動しても、降圧回路35の降圧制御により、この変動は吸収される。
Next, the conveyance of the article by one or a plurality of
上昇された降圧回路35の直流電圧は、インバータ36へ出力される。インバータ36において、電流制御コントローラ62によるスイッチング素子61のPWM制御により、誘導線路11に流れる電流が一定交流電流に制御され、所定周波数に変換して誘導線路11に出力される。このとき、インバータ36は、入力している直流電圧が、高い直流電圧とされていることにより、通電率65%〜75%の範囲で一定電流制御を実行できる。
The raised DC voltage of the step-
このように誘導線路11の負荷の状態により、上記電圧率が変動されて降圧制御が実行され、また誘導線路11に流れる電流は、降圧回路35およびインバータ36により一定交流電流に制御され、前記電流の周波数はインバータ36により所定周波数に制御される。
In this way, the voltage ratio is varied depending on the load state of the
運転停止する際には、起動コンダクタ43は開とされ、停止コンダクタ45は閉とされ、降圧回路35へ出力される直流電流が遮断され、その後、交流電源32の接続が外される。
When the operation is stopped, the
以上のように本実施の形態2によれば、誘導線路11の負荷の状態に合わせて、降圧回路35によりインバータ36へ出力される直流電圧が降圧されることにより、誘導線路11に流れる電流を略一定に制御できる。またインバータ36により、誘導線路11に流れる電流を一定に迅速に制御でき、前記電流の周波数を一定周波数に制御できる。また求めた誘導線路11の負荷に応じて、インバータ36へ出力する直流電圧が設定され、この設定はインバータ36のスイッチング素子61の通電率により補正されることによって、負荷および通電率に基づいてインバータ36へ出力する直流電圧が制御され、インバータ36のスイッチング素子61を駆動するパルス信号の通電率を65%〜75%に維持でき、よって通電率の制御に余裕が生じ、誘導線路11の電流の変動に迅速に応答することができる。
As described above, according to the second embodiment, the DC voltage output to the
また誘導線路11に流れる電流が一定電流に制御され、且つインバータ36の入力電圧が誘導線路11の負荷に応じて降圧されることにより、入力電圧に対して前記一定電流をスイッチングしたときの値となる、インバータ36における電力損失を、削減することができ、さらにインバータ36のスイッチングのノイズのレベルを下げることができる。
In addition, the current flowing through the
また降圧回路35において、計測した直流電圧および直流電流により安定して誘導線路11の負荷を求めることができる。なお、誘導線路11の負荷は、誘導線路11に流れる電流と、印加電圧を計測することにより求めることができるが、誘導線路11に流れる電流は高周波で、且つスイッチング素子61のスイッチングにより形成される矩形波であるため計測が困難である。
[他の実施の形態]
上記実施の形態1および2の降圧回路35に代えて、図6(a)に示す降圧回路70を設けてもよい。この降圧回路70は、起動・停止回路34の出力に並列に接続された入力コンデンサ71と、起動・停止回路34とインバータ36との間に直列に接続されたスイッチング素子72およびダイオード73と、スイッチング素子72とダイオード73との接続点に接続されたコイル74と、ダイオード73のアノードに接続された逆極性の出力コンデンサ75と、スイッチング素子72を制御する降圧コントローラ58(図6には図示せず)から構成されている。なお、ダイオード73のカソードがスイッチング素子72に接続されている。この回路構成により、スイッチング素子72が閉のときに、整流器33から入力した電流により、破線の矢印で示すように、コイル74が励磁されてエネルギーが蓄えられ、出力電流Ioは逆極性の出力コンデンサ75から、実線の矢印で示すように出力され、図6(b)に示すように、コイル74の電流Iは増加する。またスイッチング素子72が開のときに、一点鎖線の矢印で示すように、コイル74が蓄えられたエネルギーが出力コンデンサ75へ出力され、出力電流Ioは逆極性の出力コンデンサ75から、実線の矢印で示すように出力され、図6(b)に示すように、コイル74の電流Iは減少する。
Further, in the step-
[Other embodiments]
Instead of the step-
このとき、
Imin={Io×(1+Toff/Ton)}−(Vin×Ton/2L) Tonのリプル電流=(Vin/L)×Ton …(1)
Toffのリプル電流=(Vo/L)×Toff …(2)
で求められ、(1)=(2)であるから、
(Vin/L)×Ton=(Vo/L)×Toff
Vo=(Ton/Toff)×Vin
と求められる。したがって、スイッチング素子72のTon時間がToff時間より短いときに、降圧され、Ton時間がToff時間より長いときに昇圧される。
At this time,
Imin = {Io × (1 + Toff / Ton)} − (Vin × Ton / 2L) Ton ripple current = (Vin / L) × Ton (1)
Toff ripple current = (Vo / L) × Toff (2)
Since (1) = (2),
(Vin / L) × Ton = (Vo / L) × Toff
Vo = (Ton / Toff) × Vin
Is required. Therefore, the voltage is stepped down when the Ton time of the switching
降圧コントローラ58によりスイッチング素子72のTon時間とToff時間を制御することにより、降圧制御を実行できる。
また本実施の形態1および2では、降圧回路35に降圧コントローラ58を設け、インバータ36に電流制御コントローラ62を設けているが、1台のコントローラに統合して降圧回路35とインバータ36を制御するようにしてもよい。
By controlling the Ton time and Toff time of the switching
In the first and second embodiments, the step-
11 誘導線路
12 搬送台車
14 コンデンサ
15 可変インダクタ
18 走行用モータ
21 ピックアップコイル
22 受電ユニット
23 インバータ
24 共振コンデンサ
25 整流器
26A インダクタ
26B ダイオード
27 出力電圧制御用スイッチング素子
28 出力コンデンサ
29 出力コントローラ
30A 高周波トランス
30B 変流器
31 電源装置
32 交流電源
33 整流器
34 起動・停止回路
35 降圧回路
36 インバータ
51 入力コンデンサ
52 降圧用スイッチング素子
53 コイル
55 ダイオード
57 出力コンデンサ
58 降圧コントローラ
61 スイッチング素子
62 電流制御コントローラ
DESCRIPTION OF
Claims (2)
交流電源の交流電流を直流電流に変換する整流回路と、
前記整流回路により変換された直流の電圧を降圧する降圧回路と、
前記降圧回路により降圧された直流の電圧の電流を、パルス信号によりそれぞれ駆動される複数のスイッチング素子により前記所定周波数の一定交流電流に変換して前記誘導線路に出力するインバータと
を備え、
前記降圧回路は、インバータ通電率の低下に応じて前記直流の電圧を低く補正し、インバータ通電率の増加に応じて前記直流の電圧を高く補正して、前記インバータのスイッチング素子が、前記所定周波数の半サイクルに対して通電率平均が50%以上で、前記誘導線路に出力される交流電流を前記一定交流電流に制御できる状態に、前記誘導線路の負荷に応じて前記直流の電圧を制御すること
を特徴とする無接触給電設備の電源装置。 A load in which a power line fluctuates from an electromotive force induced in the power receiving coil by arranging a guide line along a moving path of the mobile object, and providing a power receiving coil on the mobile object facing the guide line. In the non-contact power feeding facility fed to the power line, a power supply device that supplies a constant alternating current of a predetermined frequency to the induction line,
A rectifier circuit that converts alternating current from an alternating current power source into direct current;
A step-down circuit for stepping down a DC voltage converted by the rectifier circuit;
An inverter that converts a DC voltage current stepped down by the step-down circuit into a constant AC current having a predetermined frequency by a plurality of switching elements respectively driven by a pulse signal and outputs the constant AC current to the induction line;
The step-down circuit corrects the DC voltage low according to a decrease in the inverter current ratio, and corrects the DC voltage high according to an increase in the inverter current ratio, so that the switching element of the inverter has the predetermined frequency. The DC voltage is controlled in accordance with the load of the induction line so that the average current ratio is 50% or more with respect to the half cycle of and the AC current output to the induction line can be controlled to the constant AC current. A power supply apparatus for a contactless power supply facility.
前記降圧回路は、前記パルス信号の通電率が65%を下回ると、前記負荷に応じた直流の電圧を低く補正し、前記パルス信号の通電率が75%を超えると、前記負荷に応じた直流の電圧を高く補正すること
を特徴とする請求項1に記載の無接触給電設備の電源装置。 The range of the energization rate is set to 65% to 75%,
The step-down circuit corrects the DC voltage corresponding to the load to be low when the pulse signal energization rate is less than 65%, and the pulse signal corresponds to the load when the pulse signal energization rate exceeds 75%. The power supply device for a non-contact power supply facility according to claim 1, wherein the voltage of the power supply is corrected to be high.
Priority Applications (1)
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