JP7441750B2 - Wireless power supply system - Google Patents
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Description
本発明は、非接触給電無線作動システムに関する。 The present invention relates to a wireless power supply system.
工作機械、自動倉庫、測定器、搬送設備などの移動体を含む設備を稼働させるために、給電レールやケーブルベア(登録商標)が用いられている。しかし、給電レールや、ケーブルベア(登録商標)を使用した設備では、摩擦によるパーティクルの発生、円滑な動作を確保するための給油による汚れ、長期の使用による断線などが、メンテナンス性の低下の原因となっていた。 Power supply rails and cable carriers (registered trademarks) are used to operate equipment including moving objects such as machine tools, automated warehouses, measuring instruments, and transport equipment. However, in equipment that uses power supply rails and cable carriers (registered trademark), maintenance is reduced due to particles generated by friction, dirt caused by lubricating to ensure smooth operation, and wire breakage caused by long-term use. It became.
特許文献1には、無接触給電設備を用いて移動体の移送を行う移載装置が開示されている。特許文献1の移載装置は、メンテナンス性の良い長寿命の移載装置として、移動体が走行する走行路に沿って高周波の正弦波電流を流す給電レールを敷設し、移動体にこの給電レールを流れる正弦波電流の周波数に共振し、起電力が生じるコイルを備えた無接触給電設備を設けるとともに、ハンドによる被移載物の把持、回転及び昇降をそれぞれ駆動するモータを備え、かつ被移載物の把持、回転及び昇降を駆動するそれぞれのモータの制御コントローラおよび移動体の停止位置を検出し、検出信号を通信する通信ユニットを内蔵し、移動体を走行路に沿ったガイドを案内としてベルトにより通信ユニットからの信号により任意の位置にて停止可能に移送を行う構成となっている。 Patent Document 1 discloses a transfer device that transfers a moving object using a contactless power supply facility. The transfer device of Patent Document 1 is a long-life transfer device that is easy to maintain, and has a power supply rail that flows a high-frequency sinusoidal current along a travel path on which a moving object runs. A non-contact power supply equipment is provided with a coil that resonates with the frequency of the sinusoidal current flowing through the device and generates an electromotive force. It has a built-in controller for each motor that drives the gripping, rotation, and lifting of the object, as well as a communication unit that detects the stop position of the moving object and communicates detection signals, and guides the moving object along the travel path. The belt is configured to transport the belt so that it can be stopped at any position in response to a signal from the communication unit.
しかしながら、特許文献1に記載された移載装置では、駆動するモータの起動や、高負荷時に突入電流によって、無接点給電設備の容量を超える電流が流れることがある。この際、制御装置である通信ユニットにリセットがかかったり、設備の位置、状態を記録するメモリが消去されたり、誤差が生じたりする。このような異常の発生時には、一旦設備を原点復帰させなければ再稼働できず、加工中の製品が不良となったり、再スタートに多大な手間が発生したりする。 However, in the transfer device described in Patent Document 1, a current exceeding the capacity of the non-contact power supply equipment may flow due to startup of the driving motor or rush current during high load. At this time, the communication unit that is the control device may be reset, the memory that records the location and status of the equipment may be erased, or errors may occur. When such an abnormality occurs, the equipment cannot be restarted unless it is returned to its origin, resulting in products being processed being defective or requiring a great deal of effort to restart the equipment.
本発明はこのような現状に鑑みてなされたものであって、固定ユニットと、移動ユニットとの間で非接触給電を行うシステムにおいて、移動ユニット側のモータなどの負荷に大電流が流れた場合でもシステム異常が生じにくく、安定して稼働することのできる非接触給電無線作動システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the current situation, and in a system that performs non-contact power supply between a fixed unit and a mobile unit, when a large current flows through a load such as a motor on the mobile unit side. However, the purpose of the present invention is to provide a wireless power supply system that can operate stably without causing system abnormalities.
前記課題の解決するための本発明の非接触給電無線作動システムは、 The wireless power supply system of the present invention for solving the above problems includes:
(1)固定ユニットと、移動ユニットとからなる非接触給電無線作動システムであって、
前記固定ユニットが、第1の制御装置と、前記第1の制御装置につながる第1の無線装置と、非接触給電装置と、を有しており、
前記移動ユニットが、第2の無線装置と、第2の制御装置と、前記非接触給電装置から電力を受電する非接触受電装置と、第1の蓄電装置と、を有しており、前記第2の制御装置が、前記第2の無線装置を介して前記第1の無線装置と通信するとともに演算回路と出力段とを備えており、
前記移動ユニットが、さらに、前記非接触受電装置に接続して前記第2の無線装置および前記演算回路に電力を供給する第1の電源ラインと、前記非接触受電装置に接続して前記出力段に電力を供給する第2の電源ラインと、を有しており、
前記第1の蓄電装置は、前記第1の電源ラインに接続されており、前記第1の電源ラインの電力のみを蓄電し、
前記第1の電源ラインと前記第2の電源ラインが、前記非接触受電装置の段階から分離されていることを特徴とする非接触給電無線作動システム、である。
(1) A non-contact power supply wireless operation system consisting of a fixed unit and a mobile unit,
The fixed unit includes a first control device, a first wireless device connected to the first control device, and a contactless power supply device,
The mobile unit includes a second wireless device, a second control device, a contactless power receiving device that receives power from the contactless power supply device, and a first power storage device, and A second control device communicates with the first wireless device via the second wireless device and includes an arithmetic circuit and an output stage,
The mobile unit further includes a first power line connected to the contactless power receiving device to supply power to the second wireless device and the arithmetic circuit, and a first power line connected to the contactless power receiving device to supply power to the output stage. a second power line that supplies power to the
The first power storage device is connected to the first power supply line and stores only the power of the first power supply line ,
The wireless power supply system is characterized in that the first power line and the second power line are separated from the stage of the wireless power receiving device .
上記発明によれば、移動ユニットの出力段につながる負荷に大電流が流れ、第2の電源ラインの電圧が低下した場合であっても、第1の電源ラインに影響を及ぼさず、第1の無線装置および演算回路のリセットや、データの取りこぼしを回避することができ、システム異常を起こしにくい非接触給電無線作動システムを提供することができる。 According to the above invention, even if a large current flows through the load connected to the output stage of the mobile unit and the voltage of the second power line decreases, the first power line is not affected and the first power line is It is possible to provide a non-contact power supply wireless operation system that can avoid resetting the wireless device and the arithmetic circuit and losing data, and is less prone to system abnormalities.
また本発明の非接触給電無線作動システムは、以下の態様であることが好ましい。 Moreover, it is preferable that the non-contact power supply wireless operation system of the present invention has the following aspects.
(2)固定ユニットと、移動ユニットとからなる非接触給電無線作動システムであって、
前記固定ユニットが、第1の制御装置と、前記第1の制御装置につながる第1の無線装置と、非接触給電装置と、を有しており、
前記移動ユニットが、第2の制御装置と、第2の無線装置と、前記非接触給電装置の電力を受電する非接触受電装置と、第1の蓄電装置と、を有しており、前記第2の制御装置が、前記第2の無線装置を介して前記第1の無線装置と通信するとともに演算回路と出力段とを有しており、
さらに、前記移動ユニットが、前記非接触受電装置に接続して前記第2の無線装置および前記演算回路に電力を供給する第1の電源ラインと、前記非接触受電装置に接続して前記出力段に電力を供給する第2の電源ラインと、を有しており、
前記第1の蓄電装置は、前記第1の電源ラインに接続されており、前記第1の電源ラインの電力のみを蓄電し、
前記第1の電源ラインの前記非接触受電装置と前記第1の蓄電装置との間に、逆流防止回路が配置されていることを特徴とする非接触給電無線作動システム。
(2) A wireless power supply system comprising a fixed unit and a mobile unit,
The fixed unit includes a first control device, a first wireless device connected to the first control device, and a contactless power supply device,
The mobile unit includes a second control device, a second wireless device, a contactless power reception device that receives power from the contactless power supply device, and a first power storage device, and A second control device communicates with the first wireless device via the second wireless device and has an arithmetic circuit and an output stage,
Furthermore, the mobile unit has a first power line connected to the contactless power receiving device to supply power to the second wireless device and the arithmetic circuit, and a first power line connected to the contactless power receiving device to supply power to the output stage. a second power line that supplies power to the
The first power storage device is connected to the first power supply line and stores only the power of the first power supply line,
A non-contact power supply wireless operating system, wherein a backflow prevention circuit is disposed between the non-contact power receiving device and the first power storage device of the first power supply line.
上記発明によれば、逆流防止回路によって第1の蓄電装置から第2の電源ラインへの電流を妨げることができ、第1の電源ラインの電圧低下を一層確実に防止することができる。 According to the above invention, the backflow prevention circuit can prevent current from flowing from the first power storage device to the second power supply line, and a voltage drop in the first power supply line can be more reliably prevented.
(3)第1の電源ラインは、さらに前記第1の蓄電装置の後に安定化回路を有することを特徴とする(2)に記載の非接触給電無線作動システム。 (3) The wireless power supply system according to (2), wherein the first power supply line further includes a stabilizing circuit after the first power storage device.
前記第1の蓄電装置の後に安定化回路を有することによって、第2の電源ラインの変動があっても簡単な構造で第2の制御装置および第2の無線装置に安定して電力を供給でき、第1の電源ラインの安定化を図ることができる。 By having a stabilizing circuit after the first power storage device, power can be stably supplied to the second control device and the second wireless device with a simple structure even if there are fluctuations in the second power supply line. , it is possible to stabilize the first power supply line.
(4)前記非接触給電装置は第1の給電回路と第2の給電回路とを有し、
前記非接触受電装置は、
前記第1の給電回路と結合するともに、前記第1の電源ラインに接続する第1の受電回路と、
前記第2の給電回路と結合するとともに、前記第2の電源ラインに接続する第2の受電回路と、
からなることを特徴とする(1)に記載の非接触給電無線作動システム。
(4) The contactless power supply device has a first power supply circuit and a second power supply circuit,
The contactless power receiving device is
a first power receiving circuit coupled to the first power supply circuit and connected to the first power supply line;
a second power receiving circuit coupled to the second power supply circuit and connected to the second power supply line;
The non-contact power supply wireless operation system according to (1), comprising:
第1の電源ラインと第2の電源ラインを受電回路から分離することにより、第2の電源ラインにおける電圧変動が第1の電源ラインに及ぼす影響を容易に排除することができる。 By separating the first power supply line and the second power supply line from the power receiving circuit, it is possible to easily eliminate the influence of voltage fluctuations in the second power supply line on the first power supply line.
(5)前記非接触受電装置は、
前記第1の電源ラインに接続する第1の受電回路と、
前記第2の電源ラインに接続する第2の受電回路と、からなり、
前記非接触給電装置と結合する受電回路が交互に入れ替わることを特徴とする(1)に記載の非接触給電無線作動システム。
(5) The contactless power receiving device is
a first power receiving circuit connected to the first power supply line;
a second power receiving circuit connected to the second power supply line,
The contactless power supply wireless operation system according to (1), wherein the power receiving circuits coupled to the contactless power supply device are alternately replaced.
上記発明によれば、1つの給電装置から効率よく第1の電源ラインおよび第2の電源ラインに電力を供給することができる。 According to the above invention, power can be efficiently supplied to the first power line and the second power line from one power supply device.
(6)前記第1の受電回路と、前記第2の受電回路は、前記移動ユニットの移動方向に沿って並んでいることを特徴とする(5)に記載の非接触給電無線作動システム。 (6) The wireless power supply system according to (5), wherein the first power receiving circuit and the second power receiving circuit are arranged along the moving direction of the mobile unit.
上記発明によれば、受電回路が受電ユニットの移動方向に沿って並んでいるので、受電ユニットの移動に伴って電力を供給する側を簡単に入れ替えることができる。 According to the above invention, since the power receiving circuits are lined up along the moving direction of the power receiving unit, the power supply side can be easily replaced as the power receiving unit moves.
(7)前記非接触給電装置は送電コイルを有し、前記非接触受電装置は受電コイルと有し、前記非接触給電装置と前記非接触受電装置とが磁気結合によって結合していることを特徴とする(1)~(6)のいずれかに記載の非接触給電無線作動システム。 (7) The contactless power supply device has a power transmission coil, the contactless power reception device has a power reception coil, and the contactless power supply device and the contactless power reception device are coupled by magnetic coupling. The wireless power supply system according to any one of (1) to (6).
上記発明によれば、磁気結合を利用して給電装置と受電装置とが結合しているので、200kHz以下の低い周波数で大きな電力を伝送でき、スプリアス発射の影響を少なくすることができる。 According to the above invention, since the power feeding device and the power receiving device are coupled using magnetic coupling, a large amount of power can be transmitted at a low frequency of 200 kHz or less, and the influence of spurious emission can be reduced.
(8)前記第2の電源ラインには、第2の蓄電装置が備えられていることを特徴とする(1)~(7)のいずれかに記載の非接触給電無線作動システム。 (8) The wireless power supply system according to any one of (1) to (7), wherein the second power supply line is provided with a second power storage device.
上記発明によれば、第2の電力ラインへの電力の供給の有無にかかわらず負荷に電力を供給できるので、負荷を安定稼働させることができる。特に電力が供給されない時がある(5)に係る発明には特に有効である。 According to the above invention, power can be supplied to the load regardless of whether or not power is supplied to the second power line, so that the load can be stably operated. This is particularly effective for the invention according to (5) where there are times when power is not supplied.
(9)前記制御装置がセンサーを備えており、前記演算回路にセンサーが接続されていることを特徴とする(1)~(8)のいずれかに記載の非接触給電無線作動システム。 (9) The wireless power supply system according to any one of (1) to (8), wherein the control device includes a sensor, and the sensor is connected to the arithmetic circuit.
上記発明によれば、制御装置がセンサーを備えており、センサーが演算回路に接続されていることによって、移動ユニットの位置、状態などに基づいてモータなどの負荷を精密に制御することができる。 According to the above invention, since the control device includes the sensor and the sensor is connected to the arithmetic circuit, it is possible to accurately control the load such as the motor based on the position, state, etc. of the mobile unit.
(10)前記非接触給電無線作動システムは、 自動搬送装置、加工機、自動倉庫、ロボット、測定器、工作機械のいずれかであることを特徴とする(1)~(9)のいずれかに記載の非接触給電無線作動システム。 (10) According to any one of (1) to (9), the non-contact power supply wireless operation system is any one of an automatic transport device, a processing machine, an automatic warehouse, a robot, a measuring instrument, and a machine tool. The described contactless power supply wireless actuation system.
上記発明によれば、演算回路と無線装置を安定して運用できるので、システム異常が生じにくく、メンテナンス性の良いシステムを提供することができる。 According to the above invention, since the arithmetic circuit and the wireless device can be stably operated, it is possible to provide a system that is less prone to system abnormalities and has good maintainability.
本発明の非接触給電無線作動システムは、固定ユニットと移動ユニットとの間で非接触給電を行うシステムである。接触型の給電やケーブルによる給電が必要な移動体を含む従来型のシステムと比較すると、維持管理が容易であり、メンテナンス性が良い。 The contactless power supply wireless operation system of the present invention is a system that performs contactless power supply between a fixed unit and a mobile unit. Compared to conventional systems involving mobile objects that require contact-type power supply or cable power supply, maintenance is easier and easier.
本発明の非接触給電無線作動システムは、移動ユニットが、制御装置の演算回路に給電する第1の電源ラインと、出力段から負荷に給電する第2の電源ラインとを備えることによって、負荷の起動などにより第2の電源ラインに大電流が流れた場合であっても、制御側である第1の電源ラインの電圧変動を抑制することができる。この結果、移動ユニットの制御装置や無線装置にシステム異常を生じる恐れが未然に防止されており、安定してシステムを稼働させることができる。 In the wireless power supply system of the present invention, the mobile unit is equipped with a first power line that supplies power to the arithmetic circuit of the control device and a second power line that supplies power to the load from the output stage. Even if a large current flows through the second power supply line due to startup or the like, voltage fluctuations in the first power supply line, which is the control side, can be suppressed. As a result, the risk of system abnormality occurring in the control device or wireless device of the mobile unit is prevented, and the system can be operated stably.
本発明の非接触給電無線作動システムの実施の形態1から4について、図面を参照しつつ説明する。 Embodiments 1 to 4 of the wireless power supply system of the present invention will be described with reference to the drawings.
<実施の形態1>
図1は、本発明の実施の形態1の非接触給電無線作動システムのブロック図である。非接触給電無線作動システムは、一又は複数の固定ユニット1と、一又は複数の移動ユニット2とを備えている。図1では、簡略化のために、一つの固定ユニット1と一つの移動ユニット2のみを示している。固定ユニット1は、第1の制御装置11と、第1の制御装置11に有線または無線の通信線で接続する第1の無線装置12と、非接触給電装置13と、を備えている。移動ユニット2は、第2の制御装置21と、第2の無線装置22と、非接触受電装置23と、第1の蓄電装置24とを備えている。第2の制御装置21は、演算回路211と出力段212とを備えている。出力段212は負荷27に接続している。本実施形態においては、負荷27は、移動ユニット2を移動させるモータである。
<Embodiment 1>
FIG. 1 is a block diagram of a wireless power supply system according to a first embodiment of the present invention. The contactless power supply wireless operation system includes one or more fixed units 1 and one or more
移動ユニット2は、さらに、第1の電源ライン28と、第2の電源ライン29とを備えている。第1の電源ライン28と第2の電源ライン29は非接触受電装置23に接続しており、非接触受電装置23で得られた電力は第1の電源ライン28と第2の電源ライン29に分配される。第1の電源ラインは、第2の無線装置22および制御装置21の演算回路211の電力をまかなっている。第2の電源ライン29は、第2の制御装置21の出力段212の電力をまかなっている。
The
固定ユニット1側の非接触給電装置13は、一系統の非接触の給電回路を備えている。移動ユニット2側の非接触受電装置23もまた、一系統の非接触の受電回路を備えている。非接触給電装置13と非接触受電装置23はそれぞれがコイルを有している。
The non-contact
固定ユニット1側の非接触給電装置13と移動ユニット2の非接触受電装置23との間は、磁気結合による給電が行われる。非接触給電の方式は特に限定されないが、磁界結合を利用した誘導結合型(電磁誘導方式または磁界共鳴方式)の非接触給電であることが好ましい。
Power is supplied by magnetic coupling between the contactless
図10(a)、図10(c)、図10(d)および図10(e)に、本実施形態の非接触給電装置13と非接触受電装置23に用いるコイルの組み合わせの例を示す。図10(a)は、非接触給電装置13と非接触受電装置23の両方に円形のコイル52を1個ずつ用いた組み合わせの例を示している。図10(c)は、非接触受電装置23のコイル53に、フェライトコアを使用した用いた組み合わせの例を示している。図10(d)は、非接触給電装置13に長円形の給電コイル54を適用し、非接触受電装置23に円形の受電コイル52を組み合わせた例を示している。図10(e)は複数の給電コイル52と1個の受電コイル52を組合わせた例を示している。
FIGS. 10(a), 10(c), 10(d), and 10(e) show examples of combinations of coils used in the contactless
図10(a)のコイル52の組み合わせでは、移動ユニット2が特定の位置でしか給電することができない。これに対して、図10(d)では、非接触給電装置13と非接触受電装置23に長円形コイル54を使っていることにより、常時磁気結合させて、常時負荷を稼働させることができる。なお図10(c)のように円形コイル53の内部にフェライトコアを用いることによって、コイルの巻き数を減らすことができる。また、コイル53に対するコアの大きさを適宜調整することによって、コイル53の位置がずれている時の電力の伝送効率を高めることができる。
With the combination of
図7に移動ユニット2の回路図の一例を示す。非接触受電装置23はコイルを備えた受電回路からなる。第1の電源ライン28には、非接触受電装置23のあとに逆流防止回路26と第1の蓄電装置24が接続されている。第1の電源ライン28の非接触受電装置23と第1の蓄電装置24との間に、逆流防止回路26が配置されており、さらに、第1の蓄電装置24のあとに安定化回路41が配置されており、電圧を安定化している。第1の電源ライン28は、第2の無線装置22と演算回路211に直流の電力を供給する。
FIG. 7 shows an example of a circuit diagram of the
本実施形態では、逆流防止回路26は、FET(Field Effect Transistor)によって構成されている。逆流防止回路26をON抵抗が小さくVDS間の電圧降下を少なくできるFETで構成したことにより非接触受電装置の出力電圧を小さくすることができる。ただし、逆流防止回路26に適用可能な素子は、FETに限定されない、ダイオード、DDコンバーター、リニアチャージャーなど、第2の電源ラインへ向かう第1の蓄電装置の電力を遮断できる機能を有するものであれば、素子の種類は特に限定されない。
In this embodiment, the
固定ユニット1の第1の無線装置12と移動ユニット2の第2の無線装置22との間では、無線通信によって情報をやり取りしている。通信の方式として、無線LAN基地局と無線LAN端末とによる通信、携帯電話基地局と通信モジュールとによる通信、もしくは無線マイコンモジュール同士の通信といった任意の無線通信方式を利用することができる。また、移動ユニット2の第2の制御装置21は、第2の無線装置22と有線または無線の通信線51で接続されており、第2の無線装置22を介して固定ユニット1の第1の無線装置12と通信する。
Information is exchanged between the
第2の制御装置21の演算回路211は、出力段212に制御信号を送信して、負荷27に供給する電力を制御する。出力段212は、FETで構成することができる。図7には、例として、MOS-FETを適用した出力段212を示しているが、この他にも、トランジスタ(図9(a))、リレー(図9(b))、IGBTによるインバータ回路(図9(c))などを出力段212に適用可能である。
The
本実施の形態では、負荷27のモータに対して、第1の制御装置11から発せられた制御信号が第1の無線装置から第2の無線装置22を経由して第2の制御装置21に入力され、演算回路211でモータを動作させるための制御信号に変換される。この制御信号が出力段212に伝達される。出力段212のFETが電力の供給を制御することで、モータの動作を制御して移動ユニット2全体の動きを制御する。すなわち、出力段212は、第2の電源ライン29から給電された電力を、第1の制御装置11の制御信号で規定された電流値とタイミングで、負荷27に供給する。
In this embodiment, a control signal issued from the
本実施の形態では、第1の電源ラインの第1の蓄電装置24の後に、安定化回路41を有している。
たとえば、入力電圧範囲が4~5.5Vである第2の制御装置21に5Vの電圧を供給するよう設計し、非接触受電装置23の出力電圧を、1V以上高い10V以上と設計した場合について説明する。
非接触受電装置23からの出力は、そのまま負荷であるモータにつながる第2の電源ライン29と、逆流防止回路26、安定化回路41を経由して第2の無線装置22、第2の制御装置21につながる第1の電源ライン28に分かれている。第2の電源ライン29は、モータの起動時、大負荷時に大電流が流れ電圧を低下、変動させる。これに対し第1の電源ライン28には、逆流防止回路26を通して第1の蓄電装置24に充電し、さらに安定化回路41で安定化して第2の無線装置22、第2の制御装置21に供給しているので、安定して制御することができる。
なお、この構成は、電気二重層キャパシタや、電解コンデンサなど電圧に対応して蓄電する蓄電装置を用いた場合に特に有効である。このような蓄電装置は、寿命が長く、信頼性が高い特徴を有しているが、放電するにつれて電圧が低下する特性があり、入力電圧範囲の狭いICなどの電源として使用するこのような構成は特に有効である。
第2の電源ライン28では、例えば安定状態では非接触受電装置23の出力電圧10Vから、逆流防止回路26で1V低下し、安定化回路41で4V低下させ、5Vの安定化した電圧を第2の制御装置21および第2の無線装置22に供給する。このとき大容量の電解コンデンサからなる第1の蓄電装置24は9Vの電圧が加わっている。
モータに負荷がかかり非接触受電装置23の出力電圧が例えば3Vまで低下したとき、逆流防止回路26で第1の蓄電装置24の電気エネルギーが第2の電源ラインに流出するのを防止し、第1の蓄電装置24に蓄えられている電気エネルギーを、安定化回路41を通して第2の制御装置21および第2の無線装置22に供給する。最初第1の蓄電装置24は9Vの電圧を供給するが、放出とともに電圧が徐々に低下する。本実施の形態では、第1の蓄電装置24の後に安定化回路41を有しているので第1の蓄電装置24の電圧が低下しても安定して第2の制御装置21および第2の無線装置22を動作させることができ、簡単で信頼性の高い非接触無線作動システムを提供することができる。
安定化回路41の電位差は1V以上あることが好ましい。安定化回路41の電位差は、エネルギーのロスとなるが第2の無線装置22、第2の制御装置21が第1の電源ライン28で消費する電気エネルギーは小さいので発熱が問題となることがなく、むしろ安定化回路41に加わる電位差を大きく設計しておくことにより、非接触受電装置23の電圧低下が生じた場合の信頼性を高めることができる。
In this embodiment, a stabilizing
For example, if the
The output from the non-contact
Note that this configuration is particularly effective when using a power storage device that stores power in accordance with voltage, such as an electric double layer capacitor or an electrolytic capacitor. Such power storage devices have a long lifespan and are highly reliable, but their voltage drops as they discharge, making this configuration difficult to use as a power source for ICs with narrow input voltage ranges. is particularly effective.
In the second
When the motor is loaded and the output voltage of the non-contact
It is preferable that the potential difference of the stabilizing
本実施の形態では、第2の電源ライン29に蓄電装置が配置されていない。このため、負荷27は非接触給電が行われている間しか稼働することができないが、逆に常時非接触給電が行われているのであれば、負荷は常時稼働することができる。
In this embodiment, no power storage device is disposed on the second
本実施の形態における第2の電源ライン29は、移動ユニット2の移動や、負荷27の起動によって電圧の変動が起きる構造を有している。しかしながら、第1の電源ライン28に逆流防止回路26が配置されていることにより、第1の電源ライン28は常に一定の電圧を維持することができる。結果として、第2の制御装置21の演算回路211や第2の無線装置22のリセットや誤作動などが生じにくくなっており、不具合の発生が抑制されたメンテナンス性の良いシステムを提供することができる。
The second
<実施の形態2>
図2に、本発明の実施の形態2の非接触給電無線作動システムのブロック図を示す。実施の形態1と同一の構成を有する要素については重複説明を割愛する。本実施形態の非接触給電無線作動システムは、固定ユニット3が一系統の非接触給電装置13を備えており、移動ユニット4が一系統の非接触受電装置23を備えている。非接触受電装置23で得られた電力は第1の電源ライン28と第2の電源ライン29に分配される。第1の電源ライン28側には非接触受電装置23のあとに、逆流防止回路26と第1の蓄電装置24が接続されている。第1の電源ライン28は、第2の無線装置22と、第2の制御装置21の演算回路211の電力を賄っている。
<
FIG. 2 shows a block diagram of a wireless power supply system according to a second embodiment of the present invention. Duplicate explanations of elements having the same configuration as in Embodiment 1 will be omitted. In the non-contact power supply wireless operation system of this embodiment, the fixed unit 3 includes one system of the non-contact
本実施形態では、第2の電源ライン29の非接触受電装置23と出力段212との間に第2の蓄電装置25が接続されている。第2の蓄電装置25が蓄電することにより、非接触給電装置13から電力が送られていない間、負荷27へ電力を供給することができる。
In this embodiment, a second
移動ユニット4の負荷27は、通常、第2の制御装置21と第2の無線装置22とよりも大きな電力を消費する。このため、負荷27に給電する第2の蓄電装置25は、第1の蓄電装置24よりも電圧の大きな変動に対応でき、かつ容量の大きなものを用いることが好ましい。本発明では、第1の蓄電装置24と第2の蓄電装置がそれぞれ異なる電源ライン上に配置されて切り離されているため、第1の蓄電装置24は、第2の電源ライン29に電力を供給しない。このため、第1の蓄電装置24に、容量が小さい蓄電装置を適用した場合であっても、安定して第2の無線装置22と第2の制御装置21の電力を賄うことができる。なお、出力段212は第1の電源ライン28と第2の電源ライン29の双方と関係し、第1の電源ライン28側の制御信号に基づいて第2の電源ライン29の電流を制御する働きをしている。しかしながら、負荷27のために第1の電源ライン28の電力をごくわずかしか消費しないため、出力段212で負荷27を制御しても第1の電源ライン28側の電圧には影響を与えない。
The
出力段212にFET、サイリスタ、IGBTを適用した場合、これらはゲート電圧でスイッチングを行うため、負荷27に供給する電流の大きさによって第1の電源ラインに与える電圧変動を少なくすることができる。また出力段212にリレーを用いた場合、リレーはコイルに流れる電流で接点を開閉するので、負荷27に供給する電流の大きさによって第1の電源ラインに与える影響を少なくすることができる。
When FETs, thyristors, and IGBTs are used in the
さらに本実施の形態では、第2の制御装置21がセンサー213を備えている。センサー213としては、特に限定されないが、例えば位置を確認するエンコーダ、光電センサー、衛星測位システムのほか、スピンドルの回転をカウントする光電センサー、移動ユニット4の内部、周囲の温度、光、電圧、電流などを継続的に監視するセンサーなど、任意の検出器を接続することができる。また、同一または異なる種類のセンサーを複数個接続することができる。センサー213から入力されるデータは、非接触給電無線作動システム全体の動きを制御する重要な情報源となる。
Further, in this embodiment, the
このようなセンサー213は、電源が遮断されるとデータの欠落が生じる。エンコーダにおいては位置ずれ、位置や回転を監視する光電センサーにおいては読み取りエラーにより、誤作動などの原因となる。また、継続的なデータを監視するセンサーにおいてはこの間のデータ欠落が生じ、例えば電流を監視する保護回路においては、突入電流発生時、正常に動作できない不具合のもととなる。しかしながら、本実施の形態では、センサー213は第1の電源ライン28から電力を供給されるので、第2の電源ライン29の電力の変動の影響を受けず、安定して各種のデータを検出することができる。
In such a
本実施の形態によれば、実施の形態1と同様に、第2の電源ライン29は、移動ユニット4の移動や、負荷27の起動によって電圧の変動が起きる構造である。しかしながら、逆流防止回路26を備えていることによって第1の電源ライン28は常に一定の電圧を維持することができ、演算回路211のリセット、センサー213の読み取りエラーなどが生じにくく、メンテナンス性の良いシステムを提供することができる。
According to the present embodiment, as in the first embodiment, the second
<実施の形態3>
図3は、本発明の実施の形態3の非接触給電無線作動システムのブロック図である。
<Embodiment 3>
FIG. 3 is a block diagram of a wireless power supply system according to Embodiment 3 of the present invention.
実施の形態3において、固定ユニット5の非接触給電装置13は第1の給電回路131と第2の給電回路132とを有している。また、移動ユニット6の非接触受電装置23は、第1の電源ライン28と接続する第1の受電回路231と、第2の電源ライン29と接続する第2の受電回路232と、を備えている。第1の受電回路231は第1の給電回路131と結合する。第2の受電回路232は、第2の給電回路132と結合する。本実施形態において、逆流防止回路は、必須の構成要素ではない。本実施形態では、第1の電源ライン28と第2の電源ライン29とが、非接触受電装置23内の段階から分離されているので、互いに電圧変動の影響を及ぼしあうことはない。
In the third embodiment, the contactless
図10(b)に、本実施形態の非接触給電装置13と非接触受電装置23のコイル52の配置を示す。第1の給電回路131のコイル52と第1の受電回路231のコイル52がペアになっており、第2の給電回路132のコイル52と第2の受電回路232のコイル52がペアとなっている。図10(b)のコイル52は、移動ユニット6の移動方向に沿って並んでいるが、変形例として、移動ユニット6と垂直に並んでいてもよい。
FIG. 10(b) shows the arrangement of the
図8に、移動ユニット6の回路図の一例を示す。第1の受電回路231と第2の受電回路232は、それぞれがコイルを有する受電回路を備えている。本実施の形態では第2の無線装置22と、演算回路211が一体化したワンチップマイコンを用いている。リニアチャージャー42が、第1の電源ライン28の第1の受電回路231と第1の蓄電装置24との間に接続されており、直流電圧を受けて第1の蓄電装置24を充電する。第1の蓄電装置24の出力側にDC/DCコンバーター43が接続されており、第2の無線装置22と演算回路211とセンサー213に、それぞれの定格に合った安定化した直流の電力を供給する。また、第2の電源ライン29には、より大容量の電流に対応したリニアチャージャー42が配置されており、第2の蓄電装置25を充電する。出力段212は、実施形態1と同様にFETで構成されており、FETのゲート電圧制御素子としてフォトトランジスタを内蔵するフォトカプラーを用いている。このような構造をとっているので、第1の電源ライン28と第2の電源ライン29とはフォトカプラーを用いてアイソレートされている。
なお、本実施の形態においては、第1の蓄電装置、第2の蓄電装置ともにリチウムイオン2次電池を用いている。リチウムイオン2次電池に適正に充電するためにリニアチャージャーを用いている。また、第2の無線装置22と、演算回路211が一体化したワンチップマイコンを用いている。満充電で4.2Vとなるリチウムイオン2次電池の電圧がワンチップマイコンに加わらないようDC/DCコンバーターで3.3Vに安定化されている。
FIG. 8 shows an example of a circuit diagram of the mobile unit 6. The first
Note that in this embodiment, a lithium ion secondary battery is used for both the first power storage device and the second power storage device. A linear charger is used to properly charge the lithium-ion secondary battery. Further, a one-chip microcomputer in which the
本実施の形態によれば、第1の電源ライン28と第2の電源ライン29とが受電回路の段階で切り離されているので、互いに電圧変動の影響を及ぼしにくい。そのため、逆流防止回路を必須の構成要素とすることなく、演算回路211のリセット、センサー213の読み取りエラーなどが生じにくく、メンテナンス性の良いシステムを提供することができる。
According to the present embodiment, the
<実施の形態4>
図4は本発明の実施の形態4の非接触給電無線作動システムのブロック図である。
<
FIG. 4 is a block diagram of a wireless power supply system according to a fourth embodiment of the present invention.
本実施の形態は、実施の形態3に対して、移動ユニット8の第1の受電回路231と第2の受電回路232とが、固定ユニット7の非接触給電装置13の1つの給電回路を共有している点が異なっている。このような場合の例として、非接触給電装置13のコイル52の数が、非接触受電装置23のコイル52の数より少ない例が挙げられる。例えば1個の給電コイル52に対し、第1の電源ライン28の受電コイル52が1個と、第2の電源ライン29の受電コイル52が1個、交互に入れ替わって受電する。
This embodiment differs from Embodiment 3 in that the first
このような構造は、移動ユニット8が逐次移動する場合に、給電コイル52に対向する受電コイル52の配置を移動ユニット8の移動方向に沿わせることにより実現され、システム全体を簡略化することができる。たとえば、図4において、矢印で示した上下方向に移動ユニット8が移動する場合、1個の受電コイルによって、第1の受電回路231と第2の受電回路が充電される。
Such a structure is realized by arranging the
本実施の形態によれば、第1の電源ライン28と第2の電源ライン29とが受電回路の段階で切り離されているので、互いに電圧変動の影響を及ぼしにくい。このため、実施形態3と同様に、互いの電源ラインが電圧変動の影響を及ぼしにくく、演算回路211のリセット、センサー213の読み取りエラーなどが生じにくく、メンテナンス性の良いシステムを提供することができる。
According to the present embodiment, the
また、本発明の非接触給電無線作動システムは固定ユニットから給電される様々な移動ユニットを含む設備や機械装置に利用することができる。 Further, the wireless power supply system of the present invention can be used for equipment and mechanical devices including various mobile units that are supplied with power from a fixed unit.
本発明の非接触給電無線作動システムの適用例として、図5に自動搬送装置を示す。図5(a)は固定ユニット3を備えた軌道31と、軌道上の複数の移動ユニット4を模式的に示している。図5(b)は移動ユニット4を具現化した台車の構成を示す。自動搬送装置では、センサー213として台車の位置を検出する光電センサー、ロータリーエンコーダ、衛星測位システムなどを適用することができる。
As an application example of the non-contact power supply wireless operation system of the present invention, an automatic transport device is shown in FIG. FIG. 5A schematically shows a
本発明を具現化した他の例として、図6にXYテーブルを示す。XYテーブルは、Y軸スライダ10aとX軸スライダ10bの2つの移動ユニットを備えている。XYテーブルでは、センサー213として、精密な位置を検出するロータリーエンコーダ、距離計、など任意のセンサーを適用することができる。
As another example embodying the present invention, an XY table is shown in FIG. The XY table includes two moving units: a Y-
また、本発明の負荷としては、移動ユニットを移動させるモータに限定されず、ワークを加工するスピンドルモーター、移動ユニット上で行われる加工、操作に必要な動力、熱源といった、電力を消費する任意の機械装置を適用することができる。例として、ヒーター、スピーカー、電磁波を発生させるマグネトロン、誘導コイルなど様々なものを適用することができる。また、モータはどのような仕様のものであってもよく、DCモータ、交流モータ、ステッピングモータ、サーボモータなど、特に限定されない。 In addition, the load of the present invention is not limited to the motor that moves the moving unit, but may include any power-consuming power source such as a spindle motor that processes a workpiece, processing performed on the moving unit, power necessary for operation, and a heat source. Mechanical devices can be applied. For example, various things can be applied, such as a heater, a speaker, a magnetron that generates electromagnetic waves, and an induction coil. Further, the motor may be of any specification, and may be a DC motor, an AC motor, a stepping motor, a servo motor, etc., and is not particularly limited.
1,3,5,7 固定ユニット
2,4,6,8,10a,10b 移動ユニット
11 第1の制御装置
12 第1の無線装置
13 非接触給電装置
21 第2の制御装置
22 第2の無線装置
23 非接触受電装置
24 第1の蓄電装置
25 第2の蓄電装置
26 逆流防止回路
27 負荷
28 第1の電源ライン
29 第2の電源ライン
131 第1の給電回路
132 第2の給電回路
211 演算回路
212 出力段
213 センサー
231 第1の受電回路
232 第2の受電回路
52 コイル
1, 3, 5, 7 fixed
Claims (10)
前記固定ユニットが、第1の制御装置と、前記第1の制御装置につながる第1の無線装置と、非接触給電装置と、を有しており、
前記移動ユニットが、第2の制御装置と、第2の無線装置と、前記非接触給電装置の電力を受電する非接触受電装置と、第1の蓄電装置と、を有しており、前記第2の制御装置が、前記第2の無線装置を介して前記第1の無線装置と通信するとともに演算回路と出力段とを有しており、
さらに、前記移動ユニットが、前記非接触受電装置に接続して前記第2の無線装置および前記演算回路に電力を供給する第1の電源ラインと、前記非接触受電装置に接続して前記出力段に電力を供給する第2の電源ラインと、を有しており、
前記第1の蓄電装置は、前記第1の電源ラインに接続されており、前記第1の電源ラインの電力のみを蓄電し、
前記第1の電源ラインと前記第2の電源ラインが、前記非接触受電装置の段階から分離されていることを特徴とする非接触給電無線作動システム。 A wireless power supply system comprising a fixed unit and a mobile unit,
The fixed unit includes a first control device, a first wireless device connected to the first control device, and a contactless power supply device,
The mobile unit includes a second control device, a second wireless device, a contactless power reception device that receives power from the contactless power supply device, and a first power storage device, and A second control device communicates with the first wireless device via the second wireless device and has an arithmetic circuit and an output stage,
Furthermore, the mobile unit has a first power line connected to the contactless power receiving device to supply power to the second wireless device and the arithmetic circuit, and a first power line connected to the contactless power receiving device to supply power to the output stage. a second power line that supplies power to the
The first power storage device is connected to the first power supply line and stores only the power of the first power supply line ,
A wireless power supply system characterized in that the first power line and the second power line are separated from the stage of the wireless power receiving device .
前記固定ユニットが、第1の制御装置と、前記第1の制御装置につながる第1の無線装置と、非接触給電装置と、を有しており、
前記移動ユニットが、第2の制御装置と、第2の無線装置と、前記非接触給電装置の電力を受電する非接触受電装置と、第1の蓄電装置と、を有しており、前記第2の制御装置が、前記第2の無線装置を介して前記第1の無線装置と通信するとともに演算回路と出力段とを有しており、
さらに、前記移動ユニットが、前記非接触受電装置に接続して前記第2の無線装置および前記演算回路に電力を供給する第1の電源ラインと、前記非接触受電装置に接続して前記出力段に電力を供給する第2の電源ラインと、を有しており、
前記第1の蓄電装置は、前記第1の電源ラインに接続されており、前記第1の電源ラインの電力のみを蓄電し、
前記第1の電源ラインの前記非接触受電装置と前記第1の蓄電装置との間に、逆流防止回路が配置されていることを特徴とする非接触給電無線作動システム。 A wireless power supply system comprising a fixed unit and a mobile unit,
The fixed unit includes a first control device, a first wireless device connected to the first control device, and a contactless power supply device,
The mobile unit includes a second control device, a second wireless device, a contactless power reception device that receives power from the contactless power supply device, and a first power storage device, and A second control device communicates with the first wireless device via the second wireless device and has an arithmetic circuit and an output stage,
Furthermore, the mobile unit has a first power line connected to the contactless power receiving device to supply power to the second wireless device and the arithmetic circuit, and a first power line connected to the contactless power receiving device to supply power to the output stage. a second power line that supplies power to the
The first power storage device is connected to the first power supply line and stores only the power of the first power supply line,
A non-contact power supply wireless operating system, wherein a backflow prevention circuit is disposed between the non-contact power receiving device and the first power storage device of the first power supply line.
前記非接触受電装置は、
前記第1の給電回路と結合するとともに、前記第1の電源ラインと接続する第1の受電回路と、
前記第2の給電回路と結合するとともに、前記第2の電源ラインと接続する第2の受電回路と、
からなることを特徴とする請求項1に記載の非接触給電無線作動システム。 The contactless power supply device has a first power supply circuit and a second power supply circuit,
The contactless power receiving device is
a first power receiving circuit coupled to the first power supply circuit and connected to the first power supply line;
a second power receiving circuit coupled to the second power supply circuit and connected to the second power supply line;
The non-contact power supply wireless operation system according to claim 1, comprising:
前記第1の電源ラインと接続する第1の受電回路と、
前記第2の電源ラインと接続する第2の受電回路と、からなり、
前記非接触給電装置と結合する受電回路が交互に入れ替わることを特徴とする請求項1に記載の非接触給電無線作動システム。 The contactless power receiving device is
a first power receiving circuit connected to the first power line;
a second power receiving circuit connected to the second power supply line,
The contactless power supply wireless operating system according to claim 1, wherein the power receiving circuits coupled to the contactless power supply device are alternately replaced.
The non-contact power feeding wireless operating system according to any one of claims 1 to 9, wherein the non-contact power supply wireless operation system is any one of an automatic conveyance device, a processing machine, an automatic warehouse, a robot, a measuring instrument, and a machine tool. Contact powered wireless actuation system.
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