JPH08196084A

JPH08196084A - 給電装置

Info

Publication number: JPH08196084A
Application number: JP7003475A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Murata; 和弘村田; Munekuni Nishiyama; 統邦西山; Isao Kagatani; 功加々谷
Original assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Current assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Priority date: 1995-01-12
Filing date: 1995-01-12
Publication date: 1996-07-30

Abstract

(57)【要約】【目的】インバータを備えた電源装置から送電線に高
周波電流を流し、被給電体に対して電磁誘導による無接
触給電を行うものにおいて、インバータ容量を小さくし
つつ送電線に流す電流を大きくすることができるととも
に、インバータ電流及び送電電流を適正に制御すること
ができるようにする。【構成】送電線４に高周波電流を流すためのインバー
タ１と、共振現象によりインバータ電流に対して送電電
流を大きくする共振回路６を備えるものにおいて、上記
インバータ１にＰＷＭ正弦波インバータを用いるととも
に、インバータ電流の制御を行う第１の帰還制御系７
と、共振回路の出力電流の制御を行う第２の帰還制御系
８とを設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、物品搬送台車に対する
給電設備等に適用される給電装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、自走式の移動体等に対して外
部から電力を供給する給電装置は種々知られており、例
えばレール軌道に沿って自走式の搬送台車が移動する搬
送システムにおいては、レール軌道にトロリー線を配設
するとともに、このトロリー線に摺接する集電子を搬送
台車に装備し、上記トロリー線から集電子に電力を送
り、搬送台車に設けられたモータ等の駆動を行うように
したものが一般に知られている。ところが、このような
所謂接触式の給電装置によると、上記トロリー線と集電
子とが摺接することで摩耗による粉塵が生じるととも
に、摺接部分に火花が生じ易いので、クリーンルームや
引火のおそれがある場所での使用には適さない。

【０００３】そこで、例えば特開平５−２０７６０６号
公報に示されるように、電磁誘導を利用して無接触で給
電を行なうことにより、粉塵の発生等を防止できるよう
にした給電設備が提案されている。すなわち、この公報
に示された無接触給電設備は、レール軌道に沿って送電
線を配設し、インバータを備えた電源装置に上記送電線
を接続して送電線に高周波電流を流すようにするととも
に、磁性材料からなるコア部材にピックアップコイルを
巻着したピックアップユニットを搬送台車に装備し、こ
のピックアップユニットを上記送電線に対応するように
配置して、送電線に流れる高周波電流に応じた誘導起電
力がピックアップコイルに生じるようにしている。

【０００４】この無接触給電設備においては、電源装置
に設けられたインバータによって高周波電流が作られる
が、上記ピックアップコイルに充分な誘導起電力を生じ
させるためには送電線に比較大きな電流を流す必要があ
って、インバータから直接送電線に高周波電流を流すよ
うにすると、インバータに電流容量の大きいものを用い
なければならない。このため、上記公報にも示されるよ
うに、インバータに対し、送電線と並列に共振コンデン
サを接続して並列共振回路を構成し、その共振現象によ
ってインバータ電流よりも大きい電流が送電線に流れる
ようにし、インバータの電流容量の低減を図るようにす
ることは、従来においても行なわれている。

【０００５】このようにインバータに共振回路が接続さ
れる場合、通常、上記公報にも見られるように、インバ
ータ自体には、交互に発振される矩形波信号で一対のト
ランジスタが駆動される方形波インバータが用いられ、
このインバータで形成される方形波が共振回路で曲線化
されて正弦波となるように構成されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記のように従来の給
電装置では、方形波インバータと共振回路との組合せに
よって高周波の正弦波電流が得られるように構成されて
いるが、方形波インバータを用いた場合に、高調波とし
ては奇数次のものが全て含まれて、屋内で使用するよう
な場合に、高調波によるノイズが大きくなる。また、送
電線の長さのばらつき、共振コンデンサの容量の誤差、
温度変化等によって共振回路の共振周波数が変動すると
ともに、インバータ電流及び共振回路の出力電流が変動
する可能性があり、これに対する制御性の面でも課題が
残されていた。

【０００７】本発明は、上記の事情に鑑み、インバータ
容量を小さくしつつ送電線に流す電流を大きくすること
ができるとともに、インバータ電流及び送電電流を適正
に制御することができ、また高張波を小さくすることが
できる給電装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
送電線に対する電源側にインバータを備えるとともに、
このインバータの出力側に共振コンデンサを接続してこ
の共振コンデンサと送電線とで共振回路を構成し、上記
送電線に高周波電流を流すようにした給電装置におい
て、上記インバータとしてパルス幅変調より正弦波を形
成する正弦波インバータを用い、このインバータに共振
回路を接続するとともに、インバータの出力側からイン
バータ電流を帰還してインバータ電流の制御を行う第１
の帰還制御系と、共振回路の電流を帰還して共振回路の
出力電流の制御を行う第２の帰還制御系とを設けたもの
である。

【０００９】請求項２に係る発明は、請求項１に記載の
給電装置において、上記共振回路の電流の位相を検出す
る位相検出手段と、この位相検出手段による検出信号を
帰還して、インバータ電流の周波数を共振周波数に対応
させるように制御する第３の帰還制御系とを設けたもの
である。

【００１０】また、請求項３に記載の発明は、請求項１
または２に記載の給電装置において、上記送電線を物品
搬送システムにおける搬送経路に配設し、この搬送経路
に沿って移動可能な搬送台車に、上記送電線に流れる高
周波電流に応じて電磁誘導による起電力が生じる被給電
体を設けたものである。

【００１１】

【作用】請求項１に係る発明の給電装置によると、上記
インバータ及び共振コンデンサを備えた電源側から上記
送電線に高周波電流が流され、この際、共振現象でイン
バータ電流に比べて大きな送電電流が得られる。また、
正弦波インバータが用いられることにより、方形波イン
バータを用いた場合と比べて高調波か小さくなり、さら
に、上記第１の帰還制御系及び第２の帰還制御系が設け
られていることにより、インバータ電流及び送電電流が
それぞれ適正レベルに制御される。

【００１２】請求項２に係る発明の給電装置によると、
上記作用に加え、インバータ電流の周波数が共振周波数
に対応するように制御されることにより、インバータ電
流に対する送電電流のゲインが最大限に高められる。

【００１３】また、請求項３に係る発明の給電装置によ
ると、物品搬送システムにおける搬送台車に対し、送電
線から電磁誘導による無接触給電が行われ、この際、上
記のように送電電流が適正レベルに制御されて安定して
いることにより、受電電流・電圧も適正レベルに調整さ
れることとなる。

【００１４】

【実施例】本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の給電装置の一実施例を示す回路図であ
る。この図において、１は図外の電源回路に接続される
インバータであり、このインバータ１には、近似的に正
弦波の電流を生じるＰＷＭ正弦波インバータが用いられ
ている。このインバータ１の出力側には、リアクトル３
及びこのリアクトルの抵抗２を介し、送電線４が接続さ
れるとともに、この送電線４と並列に共振コンデンサ５
が接続されている。

【００１５】上記送電線４は、例えば後述の搬送システ
ムにおいては搬送経路に配設され、搬送台車等に設けら
れた被給電体に対して電磁誘導により給電を行うもので
あり、搬送経路等に対応した相当な長さを有しているの
で、送電線自身がある程度のインダクタンスＬｔ及び抵
抗Ｒｔを持っている。具体的には、送電線インダクタン
スＬｔは１００μＨ、送電線抵抗Ｒｔは５０ｍΩ程度で
ある。さらに送電線４は、被給電体に対する給電部分９
においてピックアップ励磁インダクタンスＬｆ及び負荷
抵抗Ｒｆを有し、上記ピックアップ励磁インダクタンス
Ｌｆは２μＨ、負荷抵抗Ｒｆは１０ｍΩ程度である。

【００１６】上記共振コンデンサ５は、インダクタンス
Ｌｔを有する送電線４とともに共振回路６を構成してい
る。この共振回路６において、ピックアップ励磁インダ
クタンスＬｆは送電線インダクタンスＬｔと比べて充分
に小さくて無視できるので、共振コンデンサ５のコンダ
クタンスをＣとすると、共振周波数ｆ₀ が

【００１７】

【数１】ｆ₀ ＝１／｛２π・√(Ｌｔ・Ｃ)｝となる。なお、上記共振コンデンサ５のコンダクタンス
Ｃは２００μＦ程度に設定されている。

【００１８】また、この給電装置の回路には、上記イン
バータ１と共振コンデンサ５との間（インバータ１の出
力側）からインバータ電流を帰還してインバータ電流の
制御を行う第１の帰還制御系７と、上記共振回路６から
電流を帰還して共振回路６の出力電流（送電電流）の制
御を行う第２の帰還制御系８とが設けられている。

【００１９】図２は給電装置の制御系統の構成を示すブ
ロック図である。この制御系統は、上記インバータ１及
び共振回路６に対し、第１増幅器１１、正弦波設定部１
２、ミキサー１３及び第２増幅器１４を備えており、こ
の制御系統に図外の外部指令手段から電流指令信号及び
周波数指令信号が与えられようになっている。

【００２０】上記第１増幅器１１の入力側には、上記電
流指令信号が与えられるとともに、第２の帰還制御系８
のフィードバック信号として共振回路の電流の振幅（平
均値）の検出信号が与えられ、これらの信号の偏差に応
じて第１増幅器１１の出力が制御される。また、上記正
弦波設定部１２は、上記周波数指令信号を受け、指令さ
れた周波数の正弦波を与えるための信号を出力する。

【００２１】上記第１増幅器１１及び正弦波設定部１２
の出力は乗算器１３に入力される。また、上記第２増幅
器１４の入力側には、上記乗算器１３の出力が与えられ
るとともに、第１の帰還制御系７のフィードバック信号
としてインバータ１の出力側からインバータ電流が帰還
され、これらの偏差に応じて第２増幅器１４の出力が制
御される。この第２増幅器１４にインバータ１３が接続
され、インバータ１３において、パルス幅変調（ＰＷ
Ｍ）により正弦波に近似した波形のインバータ電流が生
じる。

【００２２】そして、共振回路６の共振周波数に近似し
た一定周波数の高周波電流が得られるように上記周波数
指令信号が設定されるとともに、上記第１の帰還制御系
７及び第２の帰還制御系８により、上記インバータ電流
及び共振回路６の出力電流がそれぞれフィードバック制
御されて、所定のレベルに保たれるようになっている。

【００２３】図３及び図４は、上記給電装置を物品搬送
システムに適用した場合の送電線配設部分及び被給電側
の構造を概略的に示している。これらの図において、２
０は搬送経路を構成するモノレールであって、工場内等
に高架状態に配設され、ブラケット２１を介して天井部
分等に支持されており、このモノレール２０の一側部に
上記送電線が配設されている。送電線４は、モノレール
２０の一端側で電源装置２２に接続されるとともにモノ
レール２０の他端側で折り返されてループ状をなす状態
で、モノレール２０の一側面に突設された上下一対のハ
ンガー２３に取り付けられている。上記電源装置２２
は、図１中に示したインバータ１、抵抗器２、リアクト
ル３、共振コンデンサ５等を備えている。

【００２４】上記モノレール２０には搬送台車２５が移
動可能に支持されている。この搬送台車２５は、モノレ
ール２０上を転動する走行用車輪２６と、モノレール２
０の上部両側面、下部両側面及び下面に当接するガイド
ローラ２７，２８と、上記走行用車輪を駆動するモータ
２９等を備えるとともに、上記送電線４から電磁誘導に
より給電される被給電体としてのピックアップユニット
３０を備えている。このピックアップユニット３０は、
磁性材料からなる断面略Ｅ字形のコア部材３１と、この
コア部材３１の中央突出部分３１ａに巻着されたピック
アップコイル３２とを有し、上記モノレール２０に配設
された送電線４に対応するように配置されている。そし
て、上記送電線４に交流電流が流れることにより、上記
コア部材３１を磁路として磁束が形成され、電磁誘導に
よる起電力が上記ピックアップコイル３２に生じ、その
起電力が図外のコントローラ等を介して上記モータ２９
に供給されるようになっている。

【００２５】上記のような当実施例の給電装置の作用を
次に説明する。

【００２６】上記送電線４から搬送台車２５のピックア
ップユニット３０に対して電磁誘導による無接触給電が
行なわれることにより、接触給電による場合のように摩
耗による塵埃が発生したり火花が飛んだりすることがな
く、クリーンルーム等での使用に適する。そして、この
無接触給電のため、上記送電線４には、インバータ１を
備えた電源装置２２から高周波の正弦波電流が流される
が、上記インバータ１には共振回路６が接続されている
ことにより、共振現象でインバータ電流よりも大きな送
電電流が得られる。従って、要求される送電電流を確保
しつつ、インバータ１の電流容量を小さくすることがで
きる。

【００２７】また、本発明の特徴として、インバータ１
から共振回路６に通電されるものでありながら、インバ
ータ１にはＰＷＭ正弦波インバータが用いられており、
これにより、方形波インバータを用いた場合と比べ、出
力電流に含まれる高調波が小さくなる。すなわち、前述
のように方形波インバータを用いた場合は高調波として
奇数次のものが全て含まれるのに対し、ＰＷＭ正弦波イ
ンバータを用いた場合、高調波の周波数はキャリヤ周期
によって特定されるため、高調波が小さくなる。従っ
て、工場等の屋内で使用される搬送システムに適用する
場合でも、高調波によるノイズが他の機器に及ぼす影響
を抑制することができる。

【００２８】さらに、上記第１の帰還制御系７及び第２
の帰還制御系８によりインバータ電流及び共振回路６の
出力電流がそれぞれ制御されることにより、これらの電
流が適正レベルに保たれる。従って、インバータ１に過
電流が流れることが確実に防止されるとともに、送電線
に流れる電流の振幅も安定する。

【００２９】また、当実施例では、インバータ電流の周
波数が図２中に示す周波数指令信号に応じた一定の強制
振動周波数とされており、一方、共振回路６の共振周波
数は送電線４の長さのばらつき、共振コンデンサ５のキ
ャパシタンスの誤差、温度等によって多少変動すること
があるが、上記強制振動周波数と共振周波数とが多少ず
れても、インバータ電流に対して共振回路６の出力電流
を高める作用は得られる。すなわち、インバータ電流の
周波数とゲイン（共振回路の出力電流とインバータ電流
との比）との関係は図５のようになり、この図において
ゲインがピークとなる周波数が共振周波数ｆ₀ であっ
て、この共振周波数ｆ₀ では共振回路６の出力電流がイ
ンバータ電流と比べて格段に大きい値（例えばインバー
タ電流の１０倍以上）となり、また、この共振周波数ｆ
₀ の付近のある程度の範囲の周波数域ではゲインが１よ
り大きくなる。従って、インバータ電流の周波数が共振
周波数ｆ₀ と完全に一致しなくとも、それに近ければ、
インバータ電流と比べて大きな出力電流を得ることがで
きる。

【００３０】そして、このように一定の強制振動周波数
を与えるようにしておけば、送電電流の周波数が変動せ
ず、上記のように送電電流の振幅が安定することと相ま
って、電磁誘導による上記ピックアップユニット３０へ
の給電量が安定する。従って、ピックアップユニット３
０の受電電圧・電流が過度に大きくなることが防止され
る。

【００３１】次に、本発明の給電装置の別の実施例を、
図６のブロック図によって説明する。なお、図２に示す
実施例と同一部分については、図６中に同一符号を付し
て表し、説明は省略する。

【００３２】この図に示す実施例では、図２に示す実施
例と同様の構成に加え、インバータ電流に対する共振回
路６の電流の位相を検出する位相検出手段１５と、この
位相検出手段１５の検出信号を帰還して周波数調整を行
う第３の帰還制御系１６とを設けている。この第３の帰
還制御系１６による信号は、周波数指令信号に加えられ
て正弦波設定部１２の入力側に与えられ、これにより、
インバータ電流の周波数が共振周波数に対応するよう
に、正弦波設定部１２の出力が制御される。

【００３３】この実施例によっても、インバータ１及び
共振回路６により、無接触給電のための高周波電流が送
電線４に流され、かつ、インバータ電流に比べて送電電
流が大きくされ、また、ＰＷＭ正弦波インバータが用い
られることにより高調波が小さくなり、さらに、第１の
帰還制御系７及び第２の帰還制御系８によりインバータ
電流及び共振回路６の出力電流がそれぞれ適正レベルに
制御される等の作用は、第１の実施例と同様である。

【００３４】とくに当実施例では、上記第３の帰還制御
系１６により、インバータ電流の周波数が共振周波数と
一致するように制御されるため、インバータ電流に対す
る出力電流のゲインが最大（図５中のピークゲイン）と
なる状態が保たれ、インバータ１の電流容量をより一層
小さくすることができる。

【００３５】また、この実施例でも、送電中に共振周波
数が大きく変動するようなことはなく、かつ、第１，第
２の帰還制御系７，８による制御によりインバータ電流
及び送電電流が安定しているため、インバータ１に過電
流が流れたり、ピックアップユニット３０の受電電流・
電圧が過度に大きくなったりすることはない。

【００３６】なお、上記図３及び図４に示す例では本発
明の給電装置をモノレール式の搬送システムに適用して
いるが、この他にも、電気的な駆動手段を備えて一定経
路を移動する各種の移動体等に対する給電のために本発
明の装置を用いることができる。

【００３７】

【発明の効果】以上のように本発明の給電装置は、送電
線に高周波電流を流して無接触給電を行うためのインバ
ータ及び共振回路を備えた給電装置において、正弦波イ
ンバータを用いるとともに、インバータ電流の制御を行
う第１の帰還制御系と、共振回路の出力電流の制御を行
う第２の帰還制御系とを設けているため、インバータの
電流容量を小さくしつつ送電線に大きな電流を流すこと
ができるとともに、ノイズとなる高調波を小さくするこ
とができ、また、インバータ電流及び送電電流を適正に
制御し、インバータに過電流が流れたり送電電流が変動
したりすることを防止し、信頼性を高めることができ
る。

【００３８】また、この装置において、共振回路の電流
の位相を検出する位相検出手段と、この位相検出手段に
よる検出信号を帰還して、インバータ電流の周波数を共
振周波数に対応させるように制御する第３の帰還制御系
とを設けると、上記効果に加え、インバータ電流に対す
る送電電流のゲインを最大限に高め、インバータの電流
容量を必要最小限に小さくすることができる。

【００３９】また、この給電装置を物品搬送システムに
適用し、搬送経路に送電線を配設するとともに、搬送経
路に沿って移動可能な搬送台車に、上記送電線に流れる
高周波電流に応じて電磁誘導による起電力が生じる被給
電体を設けることにより、無接触給電を行うようにする
と、塵埃等の発生が防止されるとともに、高調波による
ノイズが小さくなることで屋内での使用に適する。ま
た、送電電流が安定することにより、被給電体の受電電
流・電圧が過度に大きくなることがなく、このため、搬
送台車側の電気系統等を簡略化し得るとともに、信頼性
を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による給電装置の回路図であ
る。

【図２】給電装置の制御系統の構成を示すブロック図で
ある。

【図３】上記給電装置を適用した物品搬送システムの概
略正面図である。

【図４】上記搬送システムの要部の概略断面図である。

【図５】インバータ電流に対する共振回路の出力電流の
ゲインと周波数との関係を示すグラフである。

【図６】本発明の別の実施例を示すブロック図である。

【符号の説明】

１インバータ４送電線５共振コンデンサ６共振回路７第１の帰還制御系８第２の帰還制御系１５位相検出手段１６第３の帰還制御系２０モノレール２５搬送台車３０ピックアップユニット

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【手続補正書】

【提出日】平成７年４月２１日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００７

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００７】本発明は、上記の事情に鑑み、インバータ
容量を小さくしつつ送電線に流す電流を大きくすること
ができるとともに、インバータ電流及び送電電流を適正
に制御することができ、また高調波を小さくすることが
できる給電装置を提供することを目的とする。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１１】

【作用】請求項１に係る発明の給電装置によると、上記
インバータ及び共振コンデンサを備えた電源側から上記
送電線に高周波電流が流され、この際、共振現象でイン
バータ電流に比べて大きな送電電流が得られる。また、
正弦波インバータが用いられることにより、方形波イン
バータを用いた場合と比べて高調波が小さくなり、さら
に、上記第１の帰還制御系及び第２の帰還制御系が設け
られていることにより、インバータ電流及び送電電流が
それぞれ適正レベルに制御される。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１９

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１９】図２は給電装置の制御系統の構成を示すブ
ロック図である。この制御系統は、上記インバータ１及
び共振回路６に対し、第１増幅器１１、正弦波設定部１
２、乗算器１３及び第２増幅器１４を備えており、この
制御系統に図外の外部指令手段から電流指令信号及び周
波数指令信号が与えられようになっている。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２１】上記第１増幅器１１及び正弦波設定部１２
の出力は乗算器１３に入力される。また、上記第２増幅
器１４の入力側には、上記乗算器１３の出力が与えられ
るとともに、第１の帰還制御系７のフィードバック信号
としてインバータ１の出力側からインバータ電流が帰還
され、これらの偏差に応じて第２増幅器１４の出力が制
御される。この第２増幅器１４にインバータ１が接続さ
れ、インバータ１において、パルス幅変調（ＰＷＭ）に
より正弦波に近似した波形のインバータ電流が生じる。

【手続補正５】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図４

【補正方法】変更

【補正内容】

【図４】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】送電線に対する電源側にインバータを備
えるとともに、このインバータの出力側に共振コンデン
サを接続してこの共振コンデンサと送電線とで共振回路
を構成し、上記送電線に高周波電流を流すようにした給
電装置において、上記インバータとしてパルス幅変調よ
り正弦波を形成する正弦波インバータを用い、このイン
バータに共振回路を接続するとともに、インバータの出
力側からインバータ電流を帰還してインバータ電流の制
御を行う第１の帰還制御系と、共振回路の電流を帰還し
て共振回路の出力電流の制御を行う第２の帰還制御系と
を設けたことを特徴とする給電装置。
【請求項２】上記共振回路の電流の位相を検出する位
相検出手段と、この位相検出手段による検出信号を帰還
して、インバータ電流の周波数を共振周波数に対応させ
るように制御する第３の帰還制御系とを設けたことを特
徴とする請求項１記載の給電装置。
【請求項３】上記送電線を物品搬送システムにおける
搬送経路に配設し、この搬送経路に沿って移動可能な搬
送台車に、上記送電線に流れる高周波電流に応じて電磁
誘導による起電力が生じる被給電体を設けたことを特徴
とする請求項１または２記載の給電装置。