JP6587127B2 - 非接触給電装置 - Google Patents

Description

本発明は、移動体の移動経路に沿って設けられる１次給電線からの電力を移動体に非接触で供給するための非接触給電装置に関する。

従来から、倉庫や工場等において、移動体に搬送物を積み込み、搬送物を積み込んだ移動体を案内レール等の移動経路に沿って移動させることによって、搬送物を所定位置まで搬送する搬送システムが広く利用されている。このような移動体には、走行用のモータが搭載されていて、このモータを駆動させることによって、移動体を移動させる。そして、モータへ給電する装置として非接触で給電する非接触給電装置が用いられている。この非接触給電装置は、上記のように、移動体の移動経路に沿って設けられる１次給電線からの電力を移動体に給電トランスを介して非接触で供給する。これによって、移動体を移動経路に沿って移動させることができる。

そして、前記給電トランスは、１次給電線に対して非接触で磁気的に結合され、移動体と共に移動するコアと、コアに巻回される２次巻線とを備えている。前記コアは、３つの脚を有するＥ字状に構成されている。これら３つの脚のうちの中央の脚に２次巻線が巻回され、一方の外側の脚と中央の脚との間のギャップに、往きと戻りの２本の１次給電線のうちの一方の１次給電線を支持する支持部を配置し、他方の外側の脚と中央の脚との間のギャップに、残る他方の１次給電線を支持する支持部を配置して、移動体と共に給電トランスが１次給電線に沿って移動できるようにしている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００８−２５９４１９号公報

上記特許文献１では、脚と脚との間に大きなギャップがあるため、そのギャップによる磁気抵抗が大きくなり、給電トランスによる変換効率を向上させることができない。このため、必要となる電力を得ようとすると、給電トランスを大型化するしかなく、非接触給電装置が大型化してしまう不都合があった。また、このような非接触給電装置においては、移動体の移動時に給電電力が変動することがあり、この給電電力の変動を抑制することが望まれている。

そこで本発明は、小型化を図りながら必要となる電力を得ることができ、しかも移動体の移動時の給電電力の変動を抑制することができる非接触給電装置を提供することを課題とする。

本発明の非接触給電装置は、減圧容器内に収容され、該減圧容器内を移動する移動体の移動経路に沿って設けられる１次給電線と、該１次給電線に対して非接触で磁気的に結合され、前記移動体と共に移動する断面視コ字状のコアと、該コアに巻回される２次巻線と、前記コア先端間に形成されるギャップに配置される磁性体とを備えている非接触給電装置において、前記１次給電線は、前記減圧容器内で露出した状態で前記コア内に配置され、前記コアは、該コア先端に互いに接近する方向へ延びる延出部を備え、前記延出部には前記移動体の移動方向及び前記接近する方向に直交する方向に所定幅を有する一対の端面を有し、該一対の端面間に配置される前記磁性体の前記移動方向及び前記接近する方向に直交する方向の寸法と前記端面の幅方向の寸法とを異ならせていることを特徴とする。

本発明によれば、コア先端に備えた延出部の端面間に形成されるギャップに磁性体を配置することによって、ギャップを小さくすることができる。これによって、磁気抵抗を小さくすることができるので、コアの小型化を図りながら必要となる電力を得ることができる。また、一対の端面間に配置される磁性体の前記移動方向及び前記接近する方向に直交する方向の寸法と前記端面の幅方向の寸法とを異ならせることによって、移動体が移動中に例えば上下動した場合に、水平方向において磁性体と端面とが重なっている重なり部分の面積が変動することを抑制することができる。これによって、磁気抵抗を安定化できるため、移動体の移動時の給電電力の変動を抑制することができる。

また、本発明の非接触給電装置は、前記磁性体が、移動経路に沿って間隔を置いて複数配置されていてもよい。

上記構成によれば、磁性体を、移動経路に沿って間隔を置いて複数配置しておけば、磁性体を移動経路に沿って隙間なく連続して設ける場合に比べて、コスト面において有利になる。

また、本発明の非接触給電装置は、前記複数の磁性体を、移動経路方向で隣り合う磁性体同士の隙間が前記コアの全長よりも小さくなるように配置していてもよい。

上記構成によれば、複数の磁性体を、移動経路方向で隣り合う磁性体同士の隙間がコアの全長よりも小さくなるように配置しておけば、給電トランスの磁気抵抗値を所定範囲内に常に維持することができ、給電電力の変動が少なくなる。

本発明によれば、コア先端に備えた延出部の端面間に形成されるギャップに磁性体を配置し、しかも一対の端面間に配置される磁性体の移動方向及び接近する方向に直交する方向の寸法と端面の幅方向の寸法とを異ならせることによって、小型化を図りながら必要となる電力を得ることができ、しかも移動体の移動時の給電電力の変動を抑制することができる非接触給電装置を提供することができる。

本発明の第一実施形態の非接触給電装置の斜視図である。 同非接触給電装置の側面図である。 （ａ）は同非接触給電装置の平面図、（ｂ）は同非接触給電装置の底面図である。 図３におけるＡ−Ａ線断面図である。 磁性体の第二実施形態を示す断面図である。 磁性体の第三実施形態を示す断面図である。 磁性体を間欠的に配置した他の形態を示す非接触給電装置の斜視図である。 図７で示した非接触給電装置の側面図である。

＜第一実施形態＞
図１〜図３に、本発明の非接触給電装置１０を示している。この非接触給電装置１０は、移動体２０（図２のみ図示）の移動経路Ｓに沿って設けられる１次給電線３１と、１次給電線３１に対して非接触で磁気的に結合され、移動体２０と共に移動するコア３２と、コア３２に巻回される２次巻線３３とを備えている。前記コア３２と、前記２次巻線３３とからなるピックアップコイルが、１次給電線３１と対向して給電トランス３０を構成している。そして、移動する移動体２０の位置に応じて対向している１次給電線３１から前記ピックアップコイルを介して非接触で電力伝送することができる。移動経路Ｓの長さは、図に示すものに限らず、自由に変更できる。

非接触給電装置１０は、図２に示すように、減圧（真空）容器４０内に収容され、その減圧容器４０内を移動体２０が移動する。図の４１が、減圧容器４０の底板部であり、幅方向中央部に一段低くなった溝４１Ｍが移動方向全域に亘って形成されている。溝４１Ｍは、平坦な底面と底面の幅方向両端から上方に延びる縦壁面とによって構成されている。この移動体２０は、給電トランス３０の上端に取り付けられた板部材（ベース）Ｈに取り付けられており、移動体２０と共に給電トランス３０が移動する構成になっている。移動体２０は、２次巻線３３からの電力により駆動されるモータ（図示せず）を備えている。このモータの駆動により移動体２０が給電トランス３０と共に移動する。尚、移動体２０に、図示していないロボットアームを備えておけば、ロボットアームが基板等を掴んで所定位置まで搬送することができる。２次巻線３３の材料としては、例えばアルミニウムやその他の金属から構成することができる。

１次給電線３１は、導電材料（例えばアルミニウム）からなり、断面が角型（丸型でもよい）に構成され、往きと戻りの第１電線３１１と第２電線３１２とを備えている。これら第１電線３１１と第２電線３１２とは、略並行になるように配置されている。第１電線３１１は、３本の電線３１１ａ，３１１ｂ，３１１ｃを備え、それら電線３１１ａ，３１１ｂ，３１１ｃを導電性材料からなる接続部材５０を介して接続して構成されている。３本の電線３１１ａ，３１１ｂ，３１１ｃのうちの移動経路方向中間に位置する電線３１１ｂが最も短い寸法になっており、残る両側の電線３１１ａ，３１１ｃが同一長さになっている。また、第２電線３１２も、第１電線３１１と同様に、３本の電線３１２ａ，３１２ｂ，３１２ｃを備え、それら電線３１２ａ，３１２ｂ，３１２ｃを前記と同一構成の接続部材５０を介して接続して構成されている。３本の電線３１２ａ，３１２ｂ，３１２ｃのうちの移動経路方向中間に位置する電線３１２ｂが最も短い寸法になっており、残る両側の電線３１２ａ，３１２ｃが同一長さになっている。

各接続部材５０は、左右一対の逆Ｌ字状の部材５１，５２からなり、図２において、例えば右から２番目の接続部材５０の左側の部材５１の上端に中間に位置する短い電線３１１ｂの一端部（図２では右端部）を載置してビス止めし、右から２番目の接続部材５０の右側の部材５２に右端に位置する電線３１１ａの一端部（図２では左端部）を載置してビス止めして、２本の電線３１１ｂ，３１１ａの一端部を２つの部材５１，５２にそれぞれ固定する。続いて部材５１，５２の間に、導電材料からなる丸棒（角棒でもよい）６０の上端部を挟み込む。この状態で２つの部材５１，５２と丸棒６０とをビス止めすることによって、２本の電線３１１ｂ，３１１ａを接続部材５０及び丸棒６０を介して接続することができる。

丸棒６０は、１次給電線３１に対して直下方に延びて減圧（真空）容器４０の底板部４１を貫通して容器外へ露出した状態となり、これら丸棒６０の露出した部分が１次給電線３１で発生する熱を外部へ放出するための放熱部を構成している。特に、減圧容器４０内では、１次給電線３１の放熱能力が著しく低下するため、多数の放熱用の丸棒６０を設けることで、１次給電線３１の径を小さくすることができ、非接触給電装置１０の小型化を促進することができる。また、多数の丸棒６０のうちの２本の丸棒６０，６０が外部に設置されている高周波電源（図示せず）に電線（図示せず）を介して接続されて、高周波電源から１次給電線３１に電力が供給される。尚、丸棒６０が貫通する底板部４１の貫通孔には、丸棒６０との隙間を塞ぐためのシール材（図示せず）が設けられている。

コア３２は、フェライトコアを積層してなる一対のコア３２１，３２２から構成されている。また、コア３２１（３２２も同様である）は、図４に示すように、２つのギャップＧ１，Ｇ２が下方を向いた状態でＥ字状のコア３２１１に構成されている。具体的には、コア３２１１は、天板３２１１ａと、天板３２１１ａの左右端から下方に垂下する左右一対の脚３２１１ｂ，３２１２ｃと、天板３２１１ａの左右方向中央から下方に垂下する中央脚３２１１ｃとを備えている。また、Ｅ字状のコア３２１１は、板部材（ベース）Ｈに支持部Ｋ，Ｋを介して取り付けられている。また、左側（一方）の脚３２１１ｂの先端部及び中央脚３２１１ｃの先端部並びに右側（他方）の脚３２１２ｃの先端部には、互いに接近する方向へ延びる延出部３２１１ｄ，３２１１ｅ又は３２１２ｄ，３２１２ｅを備えている。ここでは、延出部３２１１ｄ，３２１１ｅ又は３２１２ｄ，３２１２ｅが、上下方向のどの位置においても内側へ延びる量が同一にされており、延出側の端面が扁平な垂直面に形成されている。これら端面は、移動体２０の移動方向及び前記先端部が接近する方向のいずれにも直交する方向（ここでは高さ方向）に異なる幅（高さ）を有している。つまり、中央脚３２１１ｃの延出部３２１１ｅ，３２１２ｄの端面の幅（高さ）ｈ２’が、左右の脚３２１１ｄ，３２１２ｃの延出部３２１１ｄ，３２１２ｅの端面の幅（高さ）ｈ２よりも小さく（低く）なっているが、同一幅（高さ）であってもよい。これら異なる幅（高さ）は、磁路を形成する上で問題にならない程度であれば、どのように設定してもよい。また、これら端面の外形は、矩形状に構成する他、円形や楕円形に構成することができる。また、左側の脚３２１１ｂの延出部３２１１ｄの突出量が、これに対向する中央脚３２１１ｃの左側の延出部３２１１ｅの突出量よりも小さくなっているが、同一であってもよい。また、中央脚３２１２ｃの右側の延出部３２１２ｄの突出量が、右側の脚３２１２ｃの延出部３２１２ｅの突出量よりも大きくなっているが、同一であってもよい。このように、延出部３２１１ｄ，３２１１ｅ又は３２１２ｄ，３２１２ｅを備えることによって、左側（一方）の脚３２１１ｂの先端部と中央脚３２１１ｃの先端部とのギャップＧ１及び中央脚３２１１ｃの先端部と右側（他方）の脚３２１２ｃの先端部との間のギャップＧ２を小さくすることができ、その分、磁気抵抗を小さくできる。このギャップＧ１，Ｇ２の大きさは、接続部材５０及び丸棒６０が通過できる大きさにすることになる。

また、左側の脚３２１１ｂの延出部３２１１ｄの端面とこれに対向する中央脚３２１１ｃの延出部３２１１ｅの端面との間のギャップＧ１に、第１磁性体７１を配置して、２つの延出部３２１１ｄ，３２１１ｅの間のギャップＧ１を更に小さくすることで、磁気抵抗を可及的に小さくすることができる。この第１磁性体７１は、底板部４１に設置されている第１支持体８１の上端に固定されている。また、中央脚３２１１ｃの延出部３２１２ｄの端面とこれに対向する右側の脚３２１２ｃの延出部３２１２ｅの端面との間のギャップＧ２に、第１磁性体７１と同一高さの第２磁性体７２を配置して、２つの延出部３２１２ｄ，３２１２ｅの間のギャップＧ２を更に小さくすることで、磁気抵抗を可及的に小さくすることができる。この第２磁性体７２は、底板部４１に設置されている第２支持体８２の上端に固定されている。尚、第１支持体８１及び第２支持体８２の材料としては、ステンレスやその他の金属の他、ポリイミド樹脂等の非磁性材料を用いることができる。また、第１支持体８１及び第２支持体８２の下端部の幅方向外側端面を、底板部４１の溝４１Ｍを構成する幅方向両側に位置する縦壁面に当接させることによって、第１支持体８１及び第２支持体８２の底板部４１の幅方向における位置決めを行っている。

２つの磁性体７１又は７２の高さ方向の寸法（移動体２０の移動方向及び前記先端部が接近する方向に直交する方向の寸法）は、端面を構成する延出部３２１１ｄ，３２１１ｅ又は３２１２ｄ，３２１２ｅの高さ方向（幅方向）の寸法よりも短くしている。具体的には、図４の拡大図に示すように、第１磁性体７１の高さをｈ１とし、脚３２１１ｂの延出部３２１１ｄの高さをｈ２とすると、ｈ１＜ｈ２の関係にしている。尚、第２磁性体７２も第１磁性体７１と同様であるため、第１磁性体７１のみを説明する。そして、脚３２１１ｂの延出部３２１１ｄの高さ方向中央部に第１磁性体７１の高さ方向中央部が位置するように第１磁性体７１を配置している。このように第１磁性体７１を（第２磁性体も同様に）配置することによって、次の効果を奏する。図４の拡大図に示すように、左側の脚３２１１ｂの延出部３２１１ｄの上端から第１磁性体７１の上端までの間の距離をｈ３とし、左側の脚３２１１ｂの延出部３２１１ｄの下端から第１磁性体７１の下端までの間の距離をｈ４（ｈ３＝ｈ４）とした場合に、例えば移動体２０の移動中に移動体２０が上側に距離ｈ３（又はｈ４）を越える上昇をしない限り、第１磁性体７１と左側の脚３２１１ｂの延出部３２１１ｄとが水平方向で重なり合っている面積が変化する（減少する）ことがない。また、例えば移動体２０の移動中に移動体２０が下側に距離ｈ３（又はｈ４）を越える下降をしない限り、第１磁性体７１と左側の脚３２１１ｂの延出部３２１１ｄとが水平方向で重なり合っている面積が変化する（減少する）ことがない。従って、移動体２０の移動中に移動体２０が上下動しても、距離ｈ３（又はｈ４）を越える上昇又は下降をしない限り、第１磁性体７１と左側の脚３２１１ｂの延出部３２１１ｄとの間の磁気抵抗が変化しない。これにより、移動体２０の移動時の上下動による給電電力の変動がない。また、移動体２０が距離ｈ３（又はｈ４）を少し越える上昇又は下降をしたとしても、移動体２０の移動時の上下動による給電電力の変動が少ない。尚、移動体２０が移動中に距離ｈ３（又はｈ４）を越えて上昇又は下降することがないように、距離ｈ３（又はｈ４）を設定しておくことが好ましい。尚、左側の脚３２１１ｂについてのみ説明したが、中央脚３２１１ｃの場合は、高さがｈ２’（ｈ２＞ｈ２’）に変更になるだけで、左側の脚３２１１ｂと同様である。

＜第二実施形態＞
図４では、第１磁性体７１及び第２磁性体７２の高さ方向の寸法（移動体２０の移動方向及び前記先端部が接近する方向に直交する方向の寸法）を、延出部３２１１ｄ，３２１１ｅ、３２１２ｄ，３２１２ｅの高さ方向（幅方向）の寸法よりも短くしたが、図５に示すように、第１磁性体７１及び第２磁性体７２の高さ方向の寸法を、延出部３２１１ｄ，３２１１ｅ、３２１２ｄ，３２１２ｅの高さ方向の寸法よりも長くして実施してもよい。このように構成することによって、図４で示した構成に比べて、第１磁性体７１と左右の延出部３２１１ｄ，３２１１ｅとが水平方向で重なり合っている面積を増大させることができ、給電電力を増大させることができる利点がある。具体的には、図５の拡大図に示すように、第１磁性体７１の高さをｈ５とし、脚３２１１ｂの延出部３２１１ｄの高さをｈ６とすると、ｈ５＞ｈ６の関係にしている。尚、第２磁性体７２も第１磁性体７１と同様であるため、第１磁性体７１のみを説明する。そして、脚３２１１ｂの延出部３２１１ｄの高さ方向中央部に第１磁性体７１の高さ方向中央部が位置するように第１磁性体７１を配置している。このように第１磁性体７１を（第２磁性体も同様に）配置することによって、次の効果を奏する。図５の拡大図に示すように、左側の脚３２１１ｂの延出部３２１１ｄの上端から第１磁性体７１の上端までの間の距離をｈ７とし、左側の脚３２１１ｂの延出部３２１１ｄの下端から第１磁性体７１の下端までの間の距離をｈ８（ｈ７＝ｈ８）とした場合に、例えば移動体２０の移動中に移動体２０が上側に距離ｈ７（又はｈ８）を越える上昇をしない限り、第１磁性体７１と左側の脚３２１１ｂの延出部３２１１ｄとが水平方向で重なり合っている面積が変化する（減少する）ことがない。また、例えば移動体２０の移動中に移動体２０が下側に距離ｈ７（又はｈ８）を越える下降をしない限り、第１磁性体７１と左側の脚３２１１ｂの延出部３２１１ｄとが水平方向で重なり合っている面積が変化する（減少する）ことがない。従って、移動体２０の移動中に移動体２０が上下動しても、距離ｈ７（又はｈ８）を越える上昇又は下降をしない限り、第１磁性体７１と左側の脚３２１１ｂの延出部３２１１ｄとの間の磁気抵抗が変化しない。これにより、移動体２０の移動時の上下動による給電電力の変動がない。また、移動体２０が距離ｈ７（又はｈ８）を少し越える上昇又は下降をしたとしても、移動体２０の移動時の上下動による給電電力の変動が少ない。この場合も、移動体２０の移動中の上下動によって、第１磁性体７１と左右の延出部３２１１ｄ，３２１１ｅとが水平方向で重なり合っている面積が変化（減少）しないように、第１磁性体７１の高さの寸法（上下方向の長さ）と左右の延出部３２１１ｄ，３２１１ｅの高さの寸法（上下方向の長さ）とを設定することが好ましい。第２磁性体７２についても同様であり、説明は、省略する。また、図５で説明しなかった部分は、第１支持体８１と第２支持体８２が図４のものよりも上下長さが短いものになっている以外は、図４と同様であるため、同一符号を付し、説明は省略する。

＜第三実施形態＞
図４及び図５では、１次給電線３１を接続部材５０でのみ支持する構成であったが、図６に示すように、１次給電線３１と第１磁性体７１との隙間に第１絶縁材９１を挟み込み、また１次給電線３１と第２磁性体７２との隙間に第２絶縁材９２を挟み込んでいる。これによって、１次給電線３１を、接続部材５０だけでなく、第１磁性体７１及び第２磁性体７２を支持する第１支持体８１及び第２支持体８２でも支持するようにしてもよい。尚、図６で説明しなかった部分は、図５と同様であるため、同一符号を付し、説明は省略する。

尚、本発明に係る非接触給電装置は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

前記実施形態では、Ｅ字状のコアの中央の脚３２１１ｃに２次巻線３３を巻き付けたが、天板３２１１ａの左側（左側の電線３１１の上方）の部分及び天板３２１１ａの右側（右側の電線３１２の上方）の部分に２次巻線を巻き付けてもよい。また、ギャップ側が下方に向くようにコアを配置したが、ギャップ側が水平または上下いずれかを向くようにコアを配置してもよい。また、コアの形状としては、Ｅ字状に限らず、円形状、楕円形状、多角形状、Ｕ字状等、どのような形状であってもよい。どの形状においても、先端に対向するギャップ形成用の一対の端面を備えていることは勿論である。

また、前記実施形態では、第１磁性体７１及び第２磁性体７２を移動体２０の移動経路Ｓに略隙間なく連続するように配置したが、図７及び図８に示すように、移動経路Ｓに沿って間隔を置いて複数（図では、８個であるが、２個以上の任意の個数であればよい）の第１磁性体７１及び第２磁性体７２を配置してもよい。図７及び図８では、複数の第１磁性体７１及び第２磁性体７２が、移動経路方向で隣り合う第１磁性体７１同士の隙間及び第２磁性体７２同士の隙間がコア３２の全長よりも小さくなるように配置されている。言い換えれば、移動体２０の移動中においてコア３２に少なくとも１個の第１磁性体７１及び第２磁性体７２が常に位置するように配置されている。具体的には、図８では、コア３２に２個の第１磁性体７１（第２磁性体７２も同様である）が位置している状態を示している。また、第１磁性体７１及び第２磁性体７２を移動経路Ｓに沿って一定間隔（等間隔）を置いて複数（３個以上）配置することで、給電トランス３０の移動可能範囲において、コア３２に対して第１磁性体７１及び第２磁性体７２が一定の割合で対向し続けるため、移動範囲内において一部のみ磁性体を欠いた構成に比べて、給電効率の変動を少なくすることができる。尚、図７及び図８では、第１磁性体７１及び第２磁性体７２を把握し易いようにドットを入れている。

１０…非接触給電装置、２０…移動体、３０…給電トランス、３１…１次給電線、３２…コア、３３…２次巻線、４０…減圧容器、４１…底板部、４１Ｍ…溝５０…接続部材、５１，５２…部材、６０…丸棒、７１…第１磁性体、７２…第２磁性体、８１…第１支持体、８２…第２支持体、９１…第１絶縁材、９２…第２絶縁材、３１１，３１２…電線、３１１ａ，３１１ｂ，３１１ｃ…電線、３１２ａ，３１２ｂ，３１２ｃ…電線、３２１，３２２…コア、３２１１…Ｅ字状のコア、３２１１ａ…天板、３２１１ｂ，３２１１ｃ，３２１２ｃ…脚、３２１１ｄ，３２１１ｅ…延出部、３２１２ｄ，３２１２ｅ…延出部、Ｇ１，Ｇ２…ギャップ、Ｈ…板部材、Ｋ…支持部、Ｓ…移動経路

Claims (3)

1. 減圧容器内に収容され、該減圧容器内を移動する移動体の移動経路に沿って設けられる１次給電線と、該１次給電線に対して非接触で磁気的に結合され、前記移動体と共に移動する断面視コ字状のコアと、該コアに巻回される２次巻線と、前記コア先端間に形成されるギャップに配置される磁性体とを備えている非接触給電装置において、
   前記１次給電線は、前記減圧容器内で露出した状態で前記コア内に配置され、
   前記コアは、該コア先端に互いに接近する方向へ延びる延出部を備え、前記延出部には前記移動体の移動方向及び前記接近する方向に直交する方向に所定幅を有する一対の端面を有し、該一対の端面間に配置される前記磁性体の前記移動方向及び前記接近する方向に直交する方向の寸法と前記端面の幅方向の寸法とを異ならせていることを特徴とする非接触給電装置。
2. 前記磁性体は、移動経路に沿って間隔を置いて複数配置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。
3. 前記複数の磁性体は、移動経路方向で隣り合う磁性体同士の隙間が前記コアの全長よりも小さくなるように配置されていることを特徴とする請求項２に記載の非接触給電装置。

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