JP6221235B2 - 非接触給電装置および非接触給電装置を用いた物品搬送装置 - Google Patents

Description

本発明は、電力を消費する移動体等の負荷に、非接触で電力を給電する非接触給電装置と、非接触給電装置で給電される物品搬送装置に関する。

工場や倉庫等に敷設された所定の軌道に沿って移動体を移動させる物品搬送装置等には、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。非接触給電装置は、軌道に沿わせて１次給電線を配線するとともに、移動体側に２次巻線を巻いた給電トランスを１次給電線に近接させて配置し、１次給電線に高周波電力を供給することにより、給電トランスでの電磁誘導作用によって、ピックアップコイルとなる２次巻線に誘導起電力を発生させるものである。

この種の非接触給電装置には、図５に示すように、高周波電源１から１次給電線２に高周波電力を供給し、給電トランス４の２次巻線３に発生する交流電力を整流部６で整流したのち、定電圧制御部７で所定の電圧として、移動体等の負荷２２に給電するものが多い。２次巻線３にコンデンサ５ａを直列または並列に接続して形成した共振回路５を設け、２次巻線３に流れる電流の周波数を１次給電線２に流れる電流の周波数と等しい共振周波数として無効電流を少なくし、電力伝送効率を高めるようにしたものもある（例えば、特許文献１参照）。

図６に示すように、前記定電圧制御部７は、入力される整流部６の出力電圧を一定電圧に制御して出力する主回路８と、主回路８のスイッチング素子等を駆動する駆動部９と、駆動部９を制御する制御部１０と、駆動部９および制御部１０に定電圧を供給するスイッチング方式やシリーズレギュレータ方式の制御電源１１とからなるのが一般的である。制御部１０は、主回路８の出側電圧に基づいて駆動部９を制御し、制御電源１１には整流部６の出力電圧が供給されるようになっている。

図５に示したような非接触給電装置では、高周波電源１から一定の振幅で一定の周波数の高周波電流が１次給電線２に供給されるが、図７に示すように、整流部６の出力電圧は、負荷２２への供給電力によって変化し、負荷２２への供給電力が大きくなるほど低くなる。

また、図８に示すように、長い距離を移動する移動体に電力を給電する非接触給電装置では、軌道に沿わせた１次給電線２に継ぎ目２ａが設けられることが多い。図８（ａ）に示すように、移動体側に設けられた給電トランス４が継ぎ目２ａのない部位を移動する通常時は、図７に実線で示したように整流部６の出力電圧Ｖａが変化する。図８（ｂ）に示すように、給電トランス４が継ぎ目２ａの存在する部位を移動する給電線の継ぎ目時は、図７に点線で示すように、出力電圧Ｖｂが通常時よりも低くなる。給電線の継ぎ目時の出力電圧Ｖｂは、給電トランス４のコア４ａの長さをＡ、コア４ａが１次給電線２に実際に沿う長さをＢとすると、ほぼＢ／Ａの割合だけ通常時の出力電圧Ｖａよりも低くなる。

特開２００２−３５４７１１号公報

図６に示したような定電圧制御部は動作可能な入力電圧の範囲がある。図７に示したように整流部の出力電圧は負荷への供給電力によって変化するが、定電圧制御部の入力電圧はこの動作可能な範囲内である必要がある。整流部の出力電圧は、定電圧制御部の主回路と制御電源とに入力されるが、主回路は入力電圧の許容範囲が比較的広い。これに対して、制御電源はスイッチング方式、シリーズレギュレータ方式いずれのものも、入力電圧の許容範囲の仕様が比較的狭く規定されている。制御電源の入力電圧が高過ぎると、その内部回路の耐電圧を超えて、制御電源が破損に至る恐れがあり、入力電圧が低過ぎると、出力すべき定電圧を生成できず、制御電源が正常に機能しない恐れがある。

通常、図７に付記するように、制御電源の入力電圧の許容範囲は、過剰電圧による破損を防止するために、上限値が整流部の出力電圧の最大値よりも高い仕様のものが選定される。しかしながら、このように仕様を選定すると、給電線の継ぎ目時等のように整流部の出力電圧が低くなると、制御電源の入力電圧の許容範囲が狭いので、その下限値よりも整流部の出力電圧が低くなって、制御電源が正常に機能しなくなり、定電圧制御部の駆動部や制御部に定電圧を供給できなくなる問題がある。

そこで、本発明の課題は、整流部の出力電圧が低くなっても、定電圧制御部の駆動部や制御部に定電圧を供給できるようにすることである。

上記の課題を解決するために、本発明は、高周波電力が供給される１次給電線と２次巻線との電磁誘導作用によって２次巻線に交流電力を発生させる給電トランスと、前記２次巻線に発生する交流電力を整流する整流部と、前記整流部で整流した直流電力を所定の定電圧に制御する定電圧制御部とを備え、前記１次給電線に供給される電力を非接触で負荷に給電する非接触給電装置において、前記定電圧制御部に、その主回路を駆動する駆動部と、前記駆動部を制御する制御部と、前記駆動部および制御部に定電圧を供給する第１および第２の制御電源とを設け、前記第１の制御電源には、前記整流部の出力電圧を入力し、前記第２の制御電源には、前記主回路の出力電圧を入力する構成を採用した。

すなわち、定電圧制御部に、その主回路を駆動する駆動部と、駆動部を制御する制御部と、駆動部および制御部に定電圧を供給する第１および第２の制御電源とを設け、第１の制御電源には、整流部の出力電圧を入力し、第２の制御電源には、主回路の出力電圧を入力することにより、整流部の出力電圧が低くなって第１の制御電源が正常に機能しなくなっても、定電圧制御部の主回路から安定した一定の電圧が入力される第２の制御電源を機能させて、整流部の出力電圧が低くなっても、定電圧制御部の駆動部や制御部に定電圧を供給できるようにした。

前記第１の制御電源の入側に開閉器を設け、前記非接触給電装置の起動時は前記開閉器を閉とし、起動後の定常時には前記開閉器を開とすることにより、定電圧制御部の主回路の出力電圧がない起動時は、第１の制御電源から定電圧を供給し、整流部の出力電圧が低くなる恐れのある定常時は、第１の制御電源からの定電圧の供給を停止させて、安定した一定の電圧が入力される第２の制御電源から定電圧を供給することができる。

上述した各非接触給電装置は、前記負荷が所定の軌道に沿って移動する移動体に設けられ、前記軌道に沿わせて配線された前記１次給電線に継ぎ目が設けられたものに好適である。

さらに、本発明は、上述した非接触給電装置を備えた物品搬送装置も採用した。

本発明に係る非接触給電装置は、定電圧制御部に、その主回路を駆動する駆動部と、駆動部を制御する制御部と、駆動部および制御部に定電圧を供給する第１および第２の制御電源とを設け、第１の制御電源には、整流部の出力電圧を入力し、第２の制御電源には、主回路の出力電圧を入力するようにしたので、整流部の出力電圧が低くなって第１の制御電源が正常に機能しなくなっても、定電圧制御部の主回路から安定した一定の電圧が入力される第２の制御電源を機能させて、整流部の出力電圧が低くなっても、定電圧制御部の駆動部や制御部に定電圧を供給することができる。

非接触給電装置の実施形態を示す回路構成図 図１の非接触給電装置を備えた物品搬送装置を示す一部省略正面図 図２のIII−III線に沿った断面図 図２の１次給電線の継ぎ目部を示す平面図 従来の非接触給電装置を示す回路構成図 図５の定電圧制御部を示す回路構成図 負荷への供給電力と整流部の出力電圧の関係を示すグラフ （ａ）（ｂ）は、それぞれ１次給電線の継ぎ目と給電トランスの位置関係における通常時と継ぎ目時を説明する概念図

以下、図面に基づき、本発明の実施形態を説明する。この非接触給電装置は、図１に示すように、高周波電源１から高周波電力が供給される１次給電線２と２次巻線３との電磁誘導作用によって２次巻線３に交流電力を発生させる給電トランス４と、２次巻線３にコンデンサ５ａを直列に接続して形成された直列共振回路５と、２次巻線３に発生する交流電力を整流する整流部６と、整流部６で整流された直流電力を所定の定電圧に制御する定電圧制御部７とを備え、後述する部品搬送装置の移動体２１に搭載された負荷２２に非接触で給電するようになっている。

前記定電圧制御部７は、入力される整流部６の出力電圧を一定電圧に制御して出力する主回路８と、主回路８を駆動する駆動部９と、駆動部９を制御する制御部１０と、駆動部９および制御部１０に定電圧を供給する第１および第２の制御電源１１ａ、１１ｂとからなる。第１の制御電源１１ａには、開閉器１２を介して整流部６の出力電圧が入力され、第２の制御電源１１ｂには、主回路８の出力電圧が入力されるようになっている。

前記開閉器１２は、主回路８の出力電圧がない起動時に閉（ＯＮ）とされ、主回路８から出力電圧が出力される定常時には開（ＯＦＦ）とされる。したがって、起動時は第１の制御電源１１ａから駆動部９と制御部１０に定電圧が供給され、定常時は第２の制御電源１１ｂから駆動部９と制御部１０に定電圧が供給される。このため、定常時に整流部６の出力電圧が低下しても、主回路８の安定した出力電圧が入力される第２の制御電源１１ｂから駆動部９と制御部１０に定電圧を安定して供給することができる。

前記定電圧制御部７の主回路８の構成は、昇圧チョッパ方式、降圧チョッパ方式または昇降圧可能なコンバータ方式とすることができる。昇圧チョッパ方式は、入力よりも高い電圧のみを出力する電力変換方式であり、降圧チョッパ方式は、逆に入力よりも低い電圧のみを出力する電力変換方式である。コンバータ方式には、フライバックコンバータ、フォワードコンバータ、ハーフブリッジコンバータ等に代表されるトランスを利用した電力変換方式と、ＳＥＰＩＣコンバータ、Ｃｕｋコンバータ等のトランスを利用しない電力変換方式とがある。

前記第１の制御電源１１ａと第２の制御電源１１ｂは、スイッチング方式またはシリーズレギュレータ方式のものとすることができる。また、開閉器１２は、リレー等の機械式のものであっても、トランジスタ等の半導体のものであってもよい。

図２および図３は、上述した非接触給電装置を備えた部品搬送装置を示す。この部品搬送装置は、部品を搬送する移動体２１に搭載された負荷２２に非接触給電装置で給電して、移動体２１を所定の軌道に沿って移動させるものであり、軌道に沿わせたステー２３に１次給電線２が配線されている。移動体２１側には、１次給電線２に近接させて給電トランス４が配置され、給電トランス４のコア４ａにピックアップコイルとなる２次巻線３が巻回されている。

前記軌道は工場内の広い範囲に長い距離で敷設されたものであり、図２および図４に示すように、１次給電線２には継ぎ目２ａが設けられている。移動体２１がこの継ぎ目２ａの部分を移動するときには、図７に継ぎ目時として示したように、整流部６の出力電圧が低下するが、前述したように、移動体２１が移動中の定常時には、主回路８の出力電圧が入力される第２の制御電源１１ｂを機能させて、駆動部９と制御部１０に定電圧を供給することができるので、定電圧制御部７の制御を良好に行うことができる。また、この定常時には、開閉器１２が開とされるので、低下した整流部６の出力電圧が第１の制御電源１１ａに入力されることはなく、第１の制御電源１１ａに機能障害が生じる恐れもない。

上述した実施形態では、２次巻線に形成した共振回路を、２次巻線にコンデンサを直列に接続した直列共振回路としたが、この共振回路は、コンデンサを並列に接続した並列共振回路や、コンデンサを直列と並列の両方に接続した直並列共振回路とすることもできる。また、共振回路は省略することもできる。

上述した実施形態では、第１の制御電源の入側に開閉器を設けたが、この開閉器は省略することもできる。

上述した実施形態では、非接触給電装置を部品搬送装置の移動体の負荷に給電するものとしたが、本発明に係る非接触給電装置は、実施形態のものに限定されることはなく、各種の装置等の負荷に給電するものとすることもできる。

１ 高周波電源
２ １次給電線
２ａ 継ぎ目
３ ２次巻線
４ 給電トランス
４ａ コア
５ 共振回路
５ａ コンデンサ
６ 整流部
７ 定電圧制御部
８ 主回路
９ 駆動部
１０ 制御部
１１ａ、１１ｂ 制御電源
１２ 開閉器
２１ 移動体
２２ 負荷
２３ ステー

Claims (3)

1. 高周波電力が供給される１次給電線と２次巻線との電磁誘導作用によって２次巻線に交流電力を発生させる給電トランスと、
   前記２次巻線に発生する交流電力を整流する整流部と、
   前記整流部で整流した直流電力を所定の定電圧に制御する定電圧制御部とを備え、
   前記１次給電線に供給される電力を非接触で負荷に給電する非接触給電装置において、
   前記定電圧制御部に、その主回路を駆動する駆動部と、前記駆動部を制御する制御部と、前記駆動部および制御部に定電圧を供給する第１および第２の制御電源とを設け、
   前記第１の制御電源には、前記整流部の出力電圧を入力し、前記第２の制御電源には、前記主回路の出力電圧を入力するようにし、
   さらに、前記第１の制御電源の入側に開閉器を設け、前記非接触給電装置の起動時は前記開閉器を閉とし、起動後の定常時には前記開閉器を開とするようにしたことを特徴とする非接触給電装置。
2. 前記負荷が所定の軌道に沿って移動する移動体に設けられ、前記軌道に沿わせて配線された前記１次給電線に継ぎ目が設けられた請求項１に記載の非接触給電装置。
3. 請求項１または２に記載の非接触給電装置を備えた物品搬送装置。

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