KR101802890B1 - 무접촉 급전 설비의 2차측 수전 회로 - Google Patents

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Abstract

1차측 유도 선로(14)의 고주파 전류의 주파수의 2배 주파수의 동기 펄스(P1)에 동기하고, 스위치 수단(57)으로 구동 펄스(P2)를 출력하고, 이 구동 펄스(P2)가 온일 때에 스위치 수단(57)을 접속 상태로 하고, 오프일 때에 개방 상태로 함으로써 출력 콘덴서(56)의 출력 전압이 기준 전압으로 되도록 출력 전압 피드백 제어를 실행하는 PWM 모듈(63)을 구비한다. 이 모듈(63)은 1차측 유도 선로(14)로의 급전 개시시에는 구동 펄스(P2)의 폭을 출력 가능한 구동 펄스의 펄스 폭의 1/2로 해서 스위치 수단(57)에 출력하고, 출력 콘덴서(56)의 출력 전압(V2)이 기준 전압까지 상승하는 기준 시간 내에 기준 전압까지 상승하지 않으면 강제적으로 출력 전압 피드백 제어를 실행한다.

Description

무접촉 급전 설비의 2차측 수전 회로{SECONDARY-SIDE POWER RECEPTION CIRCUIT FOR CONTACTLESS POWER FEED EQUIPMENT}
본 발명은 무접촉 급전 설비의 2차측 수전 회로에 관한 것이다.
공지의 무접촉 급전 설비의 2차측 수전 회로의 일례가 일본 특허 공개 평11-178104호 공보에 개시되어 있다.
이 공지의 무접촉 급전 설비의 2차측 수전 회로에서는 주파수가 예를 들면 10㎑인 고주파 전류를 흐르게 하는 1차측 유도 선로에 대향해서 1차측 유도 선로로부터 기전력이 유기되는 픽업 코일을 설치하고, 이 픽업 코일에 병렬로 픽업 코일과 함께 1차측 유도 선로의 주파수에 공진하는 공진 회로를 형성하는 공진 콘덴서를 접속시키고, 이 공진 회로에 정류 회로[전파(全波) 정류 회로]를 접속시키고, 정전압 제어 회로를 통해 소비 전력이 변동하는 부하(예를 들면, 자주 대차의 주행용 전동 모터를 제어하는 인버터)로 급전하고 있다.
상기 정전압 제어 회로는 초크 코일과, 다이오드와, 출력 콘덴서(전압 콘덴서)와, 정류 회로의 출력단 사이를 접속 상태 또는 개방 상태로 하는 스위치 수단(예를 들면, 출력 조정용 트랜지스터)으로 구성되고, 상기 스위치 수단을 제어하는 제어 회로가 설치되어 있다.
이 제어 회로는 출력 전압(부하의 전압)을 계측하고, 상기 주행용 전동 모터를 정지하는 등에 의해 부하가 감소하고, 출력 전압(출력 콘덴서의 양단 전압)이 상승하고, 출력 전압이 미리 설정된 기준 전압을 초과하면 상기 스위치 수단을 접속 상태로 해서 정류 회로로부터 부하로의 급전을 정지함과 아울러 출력 콘덴서로의 충전을 저지하고, 이때 출력 콘덴서로부터 부하로 급전됨으로써 출력 전압을 낮추고, 상기 출력 전압이 기준 전압보다 저하되면 스위치 수단을 개방 상태로 하여 정류 회로로부터 부하로 급전함과 아울러 출력 콘덴서를 충전해서 출력 전압을 기준 전압으로 되돌리는 제어를 행하고 있다.
이하에, 상기 2차측 수전 회로의 구성에 있어서의 작용을 설명한다.
주파수가 예를 들면 10㎑의 고주파 전류가 1차측 유도 선로에 공급되면 이 1차측 유도 선로에서 발생하는 자속에 의해 픽업 코일에 유도 기전력이 유기되고, 이 유도 기전력에 의해 픽업 코일에 있어서 발생한 전류는 정류 회로에서 정류되고, 스위치 수단이 개방 상태일 때 정전압 제어 회로를 통해 부하로 공급된다. 또한 부하가 감소하고, 출력 전압이 상승하고, 출력 전압이 미리 설정된 기준 전압을 초과하면 스위치 수단이 접속 상태로 되고, 이때 출력 콘덴서로부터 부하로 급전됨으로써 출력 전압이 낮춰지고, 또한 출력 전압이 미리 설정된 기준 전압보다 낮아지면 스위치 수단이 개방 상태로 되고, 출력 전압은 기준 전압으로 되돌려진다.
그러나, 상기 공지의 무접촉 급전 설비에서는 다음과 같은 문제가 발생한다.
공지의 무접촉 급전 설비의 2차측 수전 회로에서는 출력 전압을 감시해서 기준 전압이 되도록 스위칭 제어하고 있기 때문에 1차측 유도 선로에 급전이 개시되는 초기 상태에서는 출력 전압은 0V 또는 0V에 가까우므로 스위치는 연속해서 개방 상태로 되고, 100%의 부하를 요구하는 상태(전부하 상태)가 된다.
따라서, 이와 같은 전부하 상태의 기기 또는 장치의 대수가 많으면 전원 장치의 정격 출력 전력을 초과해서 과부하 상태가 되고, 전원 장치의 보호 기능이 동작해서 유도 선로에의 급전이 차단되어 기기 또는 장치에 급전할 수 없는 사태가 발생해버린다. 이것을 회피하기 위해서 급전 개시시에는 투입하는 기기 또는 장치를 대폭 줄여야만 한다는 문제가 있었다.
그래서 본 발명은 이들의 문제점을 해결하여 투입하는 기기 또는 장치가 많아도 1차측에서부터 급전 가능하게 할 수 있는 무접촉 급전 설비의 2차측 수전 회로를 제공하는 것을 목적으로 한다.
이 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 무접촉 급전 설비의 2차측 수전 회로는 복수대의 기기 또는 장치에 각각 구비되고, 전원 장치로부터 고주파 전류가 공급되는 1차측 유도 선로로부터 무접촉으로 수전하기 위한 무접촉 급전 설비의 2차측 수전 회로로서,
상기 1차측 유도 선로에 대향하고 이 1차측 상기 유도 선로로부터 기전력이 유기되는 픽업 코일과, 상기 픽업 코일에 병렬로 접속되고 이 픽업 코일과 상기 고주파 전류의 주파수에 공진하는 공진 회로를 형성하는 공진 콘덴서와, 상기 공진 회로의 공진 콘덴서에 병렬로 접속된 전파 정류 회로와, 상기 전파 정류 회로의 출력 단자 사이에 병렬로 접속된, 스위치 및 소비 전력이 변동하는 부하에 전력을 공급하는 출력 콘덴서와, 상기 스위치를 접속 상태 또는 개방 상태로 하는 컨트롤러를 구비하고,
상기 컨트롤러는 상기 전파 정류 회로의 한쪽의 출력 단자로부터 출력되는 전파의 전압 신호에 동기해서 상기 고주파 전류의 주파수의 복수배의 주파수의 동기 펄스를 출력하는 펄스 발생 회로와, 상기 스위치로 구동 펄스를 출력하고, 이 구동 펄스가 온일 때에 스위치를 접속 상태로 하고, 오프일 때에 스위치를 개방 상태로 함으로써 상기 출력 콘덴서의 출력 전압을 미리 설정된 기준 전압으로 되도록 출력 전압 피드백 제어를 실행하는 펄스 폭 제어 회로를 구비하고, 상기 펄스 폭 제어 회로는 상기 전원 장치의 출력 정격 전력을 상기 기기 또는 장치의 대수로 제산해서 상기 1차측 유도 선로로의 급전 개시시에 1대당 수전 가능한 수전 전력을 구하고, 이 수전 전력 이내로 억제 가능한 상기 구동 펄스의 펄스 폭을 출력 가능한 구동 펄스의 펄스 폭으로부터 구하고, 상기 1차측 유도 선로로 급전이 개시되면 상기 펄스 발생 회로로부터 입력한 동기 펄스에 동기해서 상기 억제 가능한 구동 펄스를 상기 스위치로 출력하는 스위칭 제어를 실행하고, 상기 출력 콘덴서의 출력 전압이 미리 설정된 기준 전압으로 되면 상기 출력 전압 피드백 제어를 실행하는 것을 특징으로 하는 것이다.
상기 본 발명의 구성에 의하면 본 발명의 무접촉 급전 설비는 다음의 유익한 기술적 작용·효과를 갖고 있다.
1차측 유도 선로로 급전이 개시되면 “1대당 수전 가능한 수전 전력”과 “출력 가능한 구동 펄스의 펄스 폭(W)”으로부터 구한 펄스 폭(m)의 수전 전력을 억제 가능한 구동 펄스가 출력된다. 즉, duty=m/W로 구동 펄스가 출력된다.
상기 구동 펄스의 펄스 폭이 0(duty=0)일 때, 즉 구동 펄스가 오프이고 스위치가 연속해서 개방 상태이며, 출력 콘덴서가 연속해서 충전되고 있을 때 2차측은 1차측에 대하여 전부하 상태로 된다. 이것에 대하여, 펄스 폭이 m일 때 구동 펄스가 온으로 되면 스위치가 접속 상태로 되고, 역으로 출력 콘덴서가 충전되지 않게되기 때문에 1차측에 대하여 (1-m/W)의 부하 상태가 된다. 이와 같이, 펄스 폭(m)을 작게 하면 전부하 상태에 근접하게 된다. 이 (1-m/W)의 부하 상태일 때 1대당 수전 가능한 수전 전력으로 억제되도록 펄스 폭(m)이 설정된다. 이때, 1차측 유도 선로로 고주파 전류를 급전하는 전원 장치는 급전 개시시에 모든 기기 또는 장치가 동시에 부하를 취하는 사태가 되어도 전원 장치가 과부하가 되는 일이 없어 급전이 정지하는 사태가 회피되고, 급전 대상인 기기 또는 장치가 많아도 급전이 계속된다.
그리고, 출력 콘덴서가 충전되어 출력 전압이 기준 전압으로 되면 출력 전압 피드백 제어가 실행된다. 출력 전압이 기준 전압으로 되면 이후는 소비된 전력만을 1차측 유도 선로로부터 급전하면 되게 되고, 각 기기 또는 장치가 출력 전압 피드백 제어를 실행해도 전원 장치가 과부하가 되어 급전이 정지하는 사태는 발생하지 않는다.
이상과 같이, 1차측 유도 선로로 급전이 개시되었을 때 각 기기 또는 장치가 수전하는 전력은 1대당 수전 가능한 수전 전력으로 억제됨으로써 1차측 유도 선로로 고주파 전류를 급전하는 전원 장치는 급전 개시시에 모든 기기 또는 장치가 수전을 개시하여 부하 상태로 되어도 전원 장치가 과부하가 되어 급전이 정지하는 사태를 피할 수 있고, 급전 대상인 기기 또는 장치가 많아도 급전을 계속할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 있어서의 무접촉 급전 설비의 회로 구성도이다.
도 2는 동일한 무접촉 급전 설비의 전원 장치의 발진 주파수의 시간 변화를 나타내는 도면이다.
도 3은 동일한 무접촉 급전 설비의 전원 장치의 발진 주파수와 이동체에 공급되는 전력의 관계를 나타내는 도면이다.
도 4는 동일한 무접촉 급전 설비의 2차측 수전 회로의 회로 구성도이다.
도 5는 동일한 무접촉 급전 설비의 2차측 수전 회로의 PWM 모듈의 제어 블록 도이다.
도 6은 동일한 무접촉 급전 설비의 2차측 수전 회로의 각 부의 특성도이며, 콘덴서 출력 전압이 기준 전압보다 낮을 때의 구동 펄스의 출력을 나타내는 도면이다.
도 7은 동일한 무접촉 급전 설비의 2차측 수전 회로의 각 부의 특성도이며, 콘덴서 출력 전압이 기준 전압보다 높을 때의 구동 펄스의 출력을 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명의 실시형태를 도면에 의거해서 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 있어서의 무접촉 급전 설비의 회로 구성도이다.
이 무접촉 급전 설비에서는 전원 장치(12)로부터 유도 선로(14)로 고주파 전류를 급전하고, 이 고주파 전류가 급전되는 유도 선로(14)로부터 복수대의 반송 대차(기기 또는 장치의 일례)(17)에 각각 무접촉으로 급전하고 있다. 상기 유도 선로(14)는 반송 대차(17)의 주행 레일(이동 경로의 일례; 도시하지 않음)을 따라서 연속해서 부설(敷設)(배치)되어 있다. 유도 선로(14)에는 콘덴서(15)가 직렬로 접속되고, 또한 유도 선로(14) 전체의 인덕턴스 값을 조정하는 가변 인덕터(16)가 직렬로 접속되어 있다. 이 가변 인덕터(16)는 유도 선로(14)의 선로 길이가 소정의 길이에 미치지 않을 때, 즉 유도 선로(14)의 인덕턴스 값이 소정의 인덕턴스 값에 미치지 않을 때에 접속된다. 또한 이 유도 선로(14)와 전원 장치(12) 사이에 고주파 트랜스(13)가 개재되어 있다. 이 고주파 트랜스(13)는 유도 선로(14)의 거리(길이)가 길 때에 출력 전압을 증폭시킬 수 있도록 되고, 예를 들면 출력 전압을 2배까지 증폭시킬 수 있도록 설치되어 있다.
상기 반송 대차(17)에는 유도 선로(14)에 대향해서 유도 선로(14)로부터 기전력이 유기되는 픽업 코일(51)이 구비되고, 이 픽업 코일(51)에 수전 유닛(27)이 접속되어 있다. 이 수전 유닛(27)에 도 4에 나타내는 바와 같이 소비 전력이 변동하는 부하[예를 들면, 반송 대차(17)의 주행용 전동 모터를 제어하는 인버터](58)가 접속되어 있다.
상세한 것은 후술하지만, 수전 유닛(27)은 부하(58)로의 출력 전압을 일정하게 제어하는 정전압 제어의 기능을 갖고 있고, 그 때문에 도 4에 나타내는 바와 같이 수전 유닛(27)의 종단에 출력 콘덴서(전압 콘덴서)(56)를 구비하고 있고, 출력 콘덴서(56)의 전압을 피드백함으로써 부하(58)로의 출력 전압을 일정하게 제어하고 있다. 또한 픽업 코일(51)에는 이 픽업 코일(51)과 함께 유도 선로(14)에 흐르는 고주파 전류의 주파수에 공진하는 공진 회로(50)를 형성하는 공진 콘덴서(52)가 병렬로 접속되어 있다. 이 공진 회로(50)의 공진 주파수는 9.74㎑로 되도록 설정되어 있다.
<전원 장치>
전원 장치(12)는 상용 전원(11)에 접속되어 있고, 상용 전원(11)으로부터 공급되는 교류 전류를 직류 전류로 변환하는 정류 회로(21)와, 기동·정지 회로(22)와, 강압 회로(23)와, 인버터(24)와, 컨트롤러(40)를 구비하고 있다.
컨트롤러(40)는 각각 CPU로 이루어지는 메인 컨트롤러(41), 강압 컨트롤러(42), 및 주파수·전류 컨트롤러(43)로 구성되어 있다(상세한 것은 후술한다). 또한 전원 장치(12)에는 유도 선로(14)에 흐르는 전류가 과전류인지의 여부(과부하인지의 여부)를 검출하는 보호 장치(도시하지 않음)가 구비되고, 보호 장치가 과부하를 검출하면 메인 컨트롤러(41)에 의해 유도 선로(14)에 공급하는 전류가 차단된다(후술한다).
「기동·정지 회로(22)」
상기 기동·정지 회로(22)는 정류 회로(21)와 강압 회로(23) 사이에 직렬로 접속되는 돌입 저항(31) 및 코일(리액터)(32)과, 상기 돌입 저항(31)을 단락하는 기동 컨덕터(33)와, 돌입 저항(31) 및 코일(32)의 접속점과 정류 회로(21) 사이에 직렬로 접속되어 있는 방전 저항(34) 및 정지 컨덕터(35)로 구성되어 있다.
기동 컨덕터(33) 및 정지 컨덕터(35)는 후술하는 메인 컨트롤러(41)에 의해 접속 상태/개방 상태로 제어된다. 즉, 기동 컨덕터(33)는 전원 장치(12)의 기동시에는 개방 상태로 되어서 돌입 저항(31)에 의해 돌입 전류가 억제되고, 기동으로부터 소정 시간 후에는 접속 상태로 되어서 돌입 저항(31)이 단락된다. 또한 정지 컨덕터(35)는 운전시에는 개방 상태로 되고, 정지시에 접속 상태로 되어 방전 저항(34)에 의해 전원 장치(12)에 축적되어 있는 전하가 소비된다.
「강압 회로(23)」
상기 강압 회로(23)는 유도 선로(14)의 부하에 응해서 인버터(24)로 공급하는 직류 전압을 강압하는 강압 수단이며, 정류 회로(21)로부터 기동·정지 회로(22)를 통해 입력한 직류 전압을 강압한다. 강압 회로(23)는 강압 컨트롤러(42)에 의해 구동·제어된다. 강압 컨트롤러(42)에는 후술하는 메인 컨트롤러(41)로부터 제 1 전압 모드 지령과 제 2 전압 모드 지령이 입력되고, 입력된 모드 지령에 따라서 강압 회로(23)를 구동한다.
제 1 전압 모드 지령은 정류 회로(21)로부터 입력한 직류 전압을 그대로 강압하지 않고 출력하는 모드 지령이다. 또한 제 2 전압 모드 지령은 미리 설정된 유도 선로(14)에 의해 통상 소비되는 전력을 공급 가능한 소정 전압까지 강압해서 에너지 절약을 실현하는 모드 지령이다.
제 1 전압 모드 지령시 강압 회로(23)로부터 인버터(24)로 정류 회로(21)로부터 입력한 직류 전압이 그대로 공급되고, 제 2 전압 모드 지령시 강압 회로(23)로부터 인버터(24)로 강압된 소정 전압이 공급된다.
「인버터(24)」
상기 인버터(24)는 강압 회로(23)로부터 출력된 직류 전류를 임의의 발진 주파수의 고주파 전류로 변환해 유도 선로(14)에 공급한다.
인버터(24)는 풀 브리지로 짜여진 스위칭 소자(38)로 구성되어 있다. 각 스위칭 소자(38)는 주파수·전류 컨트롤러(43)로부터 출력되는 펄스 신호에 의해 구동되고, 강압 회로(23)로부터 입력되는 직류 전류를 고주파의 교류 전류로 변환해서 유도 선로(14)에 출력 전류로서 급전한다.
이 주파수·전류 컨트롤러(43)에는 인버터(24)에 입력되는 직류 전압 및 직류 전류와, 고주파 트랜스(13)에 의한 출력 전압의 승압비가 입력되어 있다. 또한 이 주파수·전류 컨트롤러(43)에는 후술하는 메인 컨트롤러(41)로부터 인버터(24)의 발진 주파수의 목표 주파수가 입력되어 있다.
주파수·전류 컨트롤러(43)는 인버터(24)의 발진 주파수를 메인 컨트롤러(41)로부터 입력되는 목표 주파수로 제어하도록 각 스위칭 소자(38)를 구동하고, 동시에 인버터(24)의 입력 전압·전류 및 승압비로부터 유도 선로(14)에 흐르고 있는 전류값을 연산해서 미리 설정된 일정 전류로 되는 듀티비(펄스 폭)를 구해서 정전류 제어를 실행할 수 있도록 각 스위칭 소자(38)를 구동하고 있다. 또한 구한 듀티비를 메인 컨트롤러(41)로 출력하고 있다.
「메인 컨트롤러(41)」
메인 컨트롤러(41)는 이하의 기능을 갖고 있다.
(a) 기동·정지 기능
외부로부터 급전 개시 지령[전원 장치(12)를 보통으로 기동하는 지령], 또는 에너지 절약 운전으로부터 복귀하는 에너지 절약 복귀 지령, 또는 간헐 운전을 할 때에 오프 상태로부터 온 상태로 하는 간헐 운전·급전 개시 지령을 입력하면 기동·정지 회로(22)의 정지 컨덕터(35)를 개방 상태로 하고, 이어서 기동 컨덕터(33)를 접속 상태로 한다. 또한 정지시에는 정지 컨덕터(35)를 접속 상태로 하고, 이어서 기동 컨덕터(33)를 개방 상태로 한다.
또한 상용 전원(11)으로부터 정류 회로(21)에 입력되는 전압을 감시하고 있고, 이 전압이 순시 정전에 의해 급격히 강하하면, 또는 상기 보호 장치가 과부하를 검출하면 기동·정지 회로(22)의 정지 컨덕터(35)를 접속 상태로 해서 전원을 차단하고, 이어서 기동 컨덕터(33)를 개방 상태로 한다. 또한 순시 정전으로부터 전압이 복구되면 기동·정지 회로(22)의 정지 컨덕터(35)를 개방 상태로 하고, 이어서 기동 컨덕터(33)를 접속 상태로 한다.
(b) 강압 기능
통상은 상기 제 2 전압 모드 지령을 강압 컨트롤러(42)로 출력하고 있다. 또한 주파수·전류 컨트롤러(43)로부터 입력되는 듀티비가 최대 허용 듀티비(예를 들면, 80%)에 근접하고 있는지의 여부를 확인하고, 확인하면 제 1 전압 모드 지령을 강압 컨트롤러(42)에 출력한다. 또한 입력된 듀티비가 최대 허용 듀티비로부터 멀어지면 다시 제 2 전압 모드 지령을 강압 컨트롤러(42)로 출력한다.
(c) 주파수 제어 기능
급전 개시시(급전 개시 지령 또는 에너지 절약 복귀 지령 또는 간헐 운전·급전 개시 지령의 입력시, 또는 순시 정전으로부터의 복귀시)에 주파수·전류 컨트롤러(43)에 인버터(24)의 발진 주파수의 목표 주파수를 공진 주파수로부터 어긋나게 한 낮은 주파수, 예를 들면 9.00㎑(소정 주파수의 일례)로부터 공진 주파수인 9.74㎑까지 스위프시켜서 출력한다.
즉, 급전 개시시에 공진 회로(50)에 의해 모든 반송 대차(17)가 인출할 수 있는 총 전력을 전원 장치(12)가 공급할 수 있는 정격 전력 내로 억제할 수 있도록 공진 주파수로부터 어긋나게 한 낮은 주파수로 하고 있고, 유도 선로(14)로의 급전에 의해 각 반송 대차(17)의 수전 유닛(27)의 출력 전압이 기준 전압까지 상승 가능한 소정 시간의 경과 후, 상기 소정 주파수인 9.00㎑로부터 공진 주파수인 9.74㎑로 스위프하고 있다.
구체적으로는, 도 2에 나타내는 바와 같이 인버터(24)의 발진 주파수를 유도 선로(14)로의 급전 개시로부터 9.00㎑를 2초간(상기 소정시간의 일례) 유지하고, 이어서 9.10㎑를 0.2초간 유지하고, 이어서 9.20㎑를 0.2초간 유지하고, 이어서 9.30㎑를 0.2초간 유지하고, 이어서 9.40㎑를 0.2초간 유지하고, 이어서 9.50㎑를 0.2초간 유지하고, 이어서 9.60㎑를 0.2초간 유지하고, 이어서 9.70㎑를 0.2초간 유지하고, 그 후는 9.74㎑(공진 주파수)의 출력을 유지하도록 주파수·전류 컨트롤러(43)에 목표 주파수를 출력하고 있다.
인버터(24)는 주파수·전류 컨트롤러(43) 및 메인 컨트롤러(42)의 작용에 의해 일정 전류 제어를 행하면서 전원 장치(12)로부터 유도 선로(14)에 급전을 개시할 때에 9.00㎑로부터 9.74㎑까지 발진 주파수를 스위프시키는 동작을 실행하고 있다.
<전원 장치(12)의 작용>
상기 전원 장치(12)의 구성에 있어서의 작용을 설명한다.
또한, 전원 장치(12)로부터 유도 선로(14)에 급전을 개시하기 전의 초기 상태에 있어서, 유도 선로(14)가 부설된 주행 레일 상에 20대의 반송 대차(17)가 존재하는 것으로 한다. 또한 전원 장치(12)에 AC 200V의 상용 전원(11)이 접속되고, 기동 컨덕터(33)는 개방 상태로 되고, 정지 컨덕터(35)는 접속 상태로 되어 있다고 한다. 또한 각 반송 대차(17)의 정격 전력[공진 회로(50)가 전원 장치(12)에 의한 발진 주파수와의 공진 상태에서 유도 선로(14)에 의해 전부하 상태(100%의 부하 상태)에서 인출할 수 있는 전력]을 1800W로 하고 있다. 또한, 전원 장치(12)의 정격 전력(공급할 수 있는 전력)을 30kW로 하고 있고, 이 전원 장치(12)의 정격 전력은 각 반송 대차(17)가 통상적으로 동작하고 있을 때에 필요로 되는 주행 모터 등의 부하(58)의 소비 전력을 조달하는 전력보다 크고, 모든 반송 대차(17)가 전원 장치(12)에 의한 발진 주파수와의 공진 상태에서 전부하 상태에서 인출하는 총 전력(36kW=1800W×20대)보다 작은 것으로 설정하고 있다. 따라서, 전원 장치(12)는 그다지 전력의 용량이 큰 것으로 할 필요가 없어지고, 적정한 전력의 용량으로 운용 가능하게 되어 있다.
우선, 전원 장치(12)에 상용 전원(11)이 접속되면 정류 회로(21)에 의해 상용 전원(11)의 교류 전류는 직류 전류로 변환되어서 기동·정지 회로(22)에 출력된다. 이때, 기동 컨덕터(33)는 개방 상태로 되고, 정지 컨덕터(35)는 접속 상태로 되어 있는 것에 의해 기동시의 돌입 전류는 돌입 저항(31)에 의해 억제(제한)되고, 방전 저항(34)에 의해 소비된다. 소정 시간 후에는 기동 컨덕터(43)는 접속 상태로 되어서 돌입 저항(31)은 단락되고, 이어서 정지 컨덕터(35)는 개방 상태로 되어 돌입 전류가 해소된 안정된 직류 전류가 강압 회로(23)로 출력된다. 이때, 정류 회로(21)에 의한 정류 후의 직류 전압은 DC 270V가 된다.
그리고, 인버터(24)에 의한 발진 주파수의 목표 주파수가 9.00㎑로 되고, 소정 시간(2초) 후 9.00㎑로부터 9.74㎑까지 스위프된다.
발진 주파수가 9.00㎑일 때, 반송 대차(17)의 공진 회로(50)에서는 인출할 수 있는 전류가 저감된다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 9.74㎑에서는 정격 전력(1800W)까지 인출할 수 있는 것에 대해서 9.00㎑에서는 9.74㎑의 공진 주파수로부터 어긋나 있기 때문에 1200W밖에 인출할 수 없다(전력의 공급을 받는 효율이 저하하고 있다). 이것은 전원 장치(12)로부터 보아서, 모든 반송 대차(17)에 공급하는 총 전력이 작아져 있는 것이 된다. 따라서, 전체 20대의 반송 대차(17)가 전부하 상태로 되어도 총 전력은 24kW(=1200W×20대)밖에 안되고, 전원 장치(12)의 정격 전력(30kW)보다 낮아 과부하 상태가 되어서 출력 전류가 차단될 우려는 없다.
인버터(24)의 발진 주파수가 9.74㎑로 되면 반송 대차(17)가 전부하 상태로 될 수 있지만, 상기 소정 시간(2초) 후에는 각 반송 대차(17)의 출력 전압은 기준 전압으로 상승하고 있으므로 정상인 반송 대차(17)는 부하(58)가 소비한 전력만큼을 수전하는 상태로 되어 있고, 모든 반송 대차(17)가 일제히 전부하 상태에서 전력을 인출하는 사태가 되는 일은 없다. 또한 기준 전압으로의 상승이 늦어지고 있는 반송 대차(17)가 있어 전부하 상태에서 전력을 취하려 해도 전체 중 일부의 반송 대차(17)에 한정된다. 따라서, 전원 장치(12)가 과부하 상태로 되는 일은 없고, 전원 장치(12)로부터 유도 선로(14)로의 급전이 안정되게 행해진다.
정지시는 정지 컨덕터(35)가 접속 상태로 되고, 이어서 기동 컨덕터(33)가 개방 상태로 되고, 정지 컨덕터(35)가 접속 상태로 됨으로써 방전 저항(34)에 의해 전원 장치(12)에 축적되어 있는 전하가 소비된다.
또한, 9.00㎑보다 인버터(24)의 발진 주파수를 작게 하면 반송 대차(17)가 인출할 수 있는 전력이 더욱 작아지기 때문에 수전 유닛(27)의 출력 전압이 기준 전압으로 상승하기 까지의 시간이 길어진다.
<반송 대차의 수전 유닛(27)>
도 4에 나타내는 바와 같이, 수전 유닛(27)은 상기 공진 콘덴서(52)와 이 공진 콘덴서(52)에 접속되는 정류 회로(전파 정류 회로)(53)를 구비하고 있다.
또한 수전 유닛(27)은 정전압 제어 회로로서 초크 코일(54), 다이오드(55), 상기 출력 콘덴서(전압 콘덴서)(56), 스위치 수단(예를 들면, 출력 조정용 트랜지스터)(57), 및 컨트롤러(제어 장치)(61)를 구비하고 있다.
상기 초크 코일(54)은 상기 정류 회로(53)의 플러스측 출력 단자(한쪽의 출력 단자)(53a)에 일단이 접속되어 있다. 또한 상기 다이오드(55)의 애노드는 상기 초크 코일(54)의 타단에 접속되어 있다. 또한 상기 출력 콘덴서(56)는 일단이 다이오드(55)의 캐소드에 접속되고, 타단이 정류 회로(53)의 마이너스측 출력 단자(다른쪽의 출력 단자)(53b)에 접속되어 있다. 또한 상기 스위치 수단(57)은 일단이 초크 코일(54)의 타단 및 다이오드(55)의 애노드의 접속점에 접속되고, 타단이 정류 회로(53)의 마이너스측 출력 단자(53b)에 접속되어 있다. 또한 상기 컨트롤러(61)는 스위치 수단(57)을 접속 상태(스위치 수단이 온 상태) 또는 개방 상태(스위치 수단이 오프 상태)로 한다.
그리고, 상기 출력 콘덴서(56)의 양단에 접속된 회로 출력 단자(59a, 59b) 사이에 상기 부하(58)가 접속된다.
또한, 각 반송 대차(17)의 수전 유닛(27)과 1차측의 전원 장치(12) 사이에는 신호의 쟁탈은 없고, 각각 독립적으로 구동된다.
상기 컨트롤러(61)에는 제어 신호로서 전파 정류 회로(53)의 플러스측 출력 단자(53a)에서 출력되는 정류 직후의 전압인 초크 코일(54)의 전파의 입력 전압(전파의 입력 전압 신호)(V1)이 입력되고, 피드백 신호로서 회로의 출력 전압[출력 콘덴서(56)의 양단 전압, 부하(58)의 전압](V2)이 입력되고 있다. 또한 컨트롤러(61)는 스위치 수단(57)에 구동 펄스(P2)를 출력하고 있다. 이 컨트롤러(61)는 게이트 펄스 발진기(펄스 발생 회로의 일례)(62)와 PWM 모듈(펄스 폭 제어 회로의 일례)(63)과 제어 전원 장치(64)로 구성되어 있다.
「제어 전원 장치(64)」
제어 전원 장치(64)는 출력 전압[출력 콘덴서(56)의 양단 전압, 부하(58)의 전압](V2)을 입력 전원으로 해서 제어 전원[소정 전압(V3)]을 게이트 펄스 발진기(62)와 PWM 모듈(63)에 공급한다. 상기 출력 전압[출력 콘덴서(56)의 양단 전압, 부하(58)의 전압](V2)은 기동시는 0V이고, 출력 전압(V2)이 소정의 전압(예를 들면, 15V)까지 상승하면 소정 전압(V3)으로 제어 전원을 공급 가능한 구성으로 되어 있다.
「게이트 펄스 발진기(62)」
상기 게이트 펄스 발진기(62)는 제어 전원 장치(64)로부터 제어 전원이 공급되면 전파 정류 회로(53)의 플러스측 출력 단자(53a)에서 출력되는 초크 코일(54)의 전파의 입력 전압(V1)에 동기하여 유도 선로(14)의 고주파 전류의 주파수(f)의 2배(복수배의 일례)의 주파수(2f)의 동기 펄스(트리거)를 출력하는 펄스 발생 회로이며, 도 6에 나타내는 초크 코일(54)의 입력 전압(V1)이 제로 전압으로 될 때마다 동기 펄스(P1)를 형성해 스위치 트리거로서 PWM 모듈(63)에 출력하고 있다. 입력 전압(V1)은 전파 정류 회로(53)의 출력 전압이기 때문에 주파수(2f)의 연속 파형으로 되어 있고, 주파수(2f)의 동기 펄스(P1)가 출력된다.
「PWM 모듈(63)」
상기 PWM 모듈(63)에는 출력 전압(V2)과 게이트 펄스 발진기(62)로부터 출력된 동기 펄스(P1)가 입력되어 있다. PWM 모듈(63)은 제어 전원 장치(64)로부터 제어 전원이 공급되면 스위치 수단(57)에 구동 펄스(P2)를 출력하고, 구동 펄스(P2)가 온일 때 스위치 수단(57)을 접속 상태로 하고, 오프일 때 스위치 수단(57)을 개방 상태로 하는 펄스 폭 제어 회로이며, 도 5에 나타내는 바와 같이 구성되어 있다.
도 5에 나타내는 바와 같이, PWM 모듈(63)은 제 1 비교기(71), 제 2 비교기(72), 제 3 비교기(73), 타이머(74), RS 플립 플롭(75), 펄스 폭 연산부(77), 및 펄스 구동부(78) 등을 구비하고 있다.
상기 제 1 비교기(71)는 제어 전원이 공급되었는지의 여부, 즉 제어 전원의 전압(V3)이 소정 전압(예를 들면, 15V) 이상인지의 여부를 확인한다. 또한 상기 제 2 비교기(72)는 출력 전압(V2)이 기준 전압(예를 들면, 310V) 이상인지의 여부를 확인한다. 또한 상기 제 3 비교기(73)는 출력 전압(V2)이 설정 전압(예를 들면, 100V) 이상인지의 여부를 확인한다.
또한 상기 타이머(74)는 제 1 비교기(71)의 출력 신호, 즉 제어 전원이 공급됨(기동됨)으로써 출력되는 기동 신호에 의해 카운트를 개시하는, 미리 설정된 설정 시간(예정 시간, 예를 들면 5초)의 타이머이다.
또한 상기 RS 플립 플롭(75)은 타이머(74)가 카운트 업함으로써 출력되는 신호(경과 신호)가 온, 또는 상기 기동 신호가 온 또한 제 2 비교기(72)의 출력 신호가 온일 때에 세트되고, 상기 기동 신호가 오프로 되면 리셋된다.
이 RS 플립 플롭(75)이 세트되어 있을 때에 동작하는(여자되는) 릴레이(RY1)가 설치되어 있다. 또한 상기 기동 신호가 온, 또한 릴레이(RY1)의 출력 신호가 오프(b 접점은 접속 상태), 또한 제 2 비교기(72)의 출력 신호가 오프일 때에 따라 동작하는(여자되는) 릴레이(RY2)가 설치되어 있다. 또한 릴레이(RY1)의 출력 신호(a 접점)가 온이고 제 3 비교기(73)의 출력 신호가 오프일 때에 따라 동작하는(여자되는) 릴레이(RY3)가 설치되어 있다.
상기 블록의 구성에 의해 릴레이(RY1)는 유도 선로(14)로 고주파 전류(I)의 공급이 개시되고(기동 신호가 온), 또한 출력 전압(V2)이 기준 전압(예를 들면, 310V) 이상으로 되었을 때[제 2 비교기(72)의 출력 신호가 온]에 동작하고, 또는 설정 시간(예정 시간, 예를 들면 5초)이 경과했을 때[타이머(74)의 출력 신호가 온]에 동작한다. 즉, 초기 상태로부터 통상 상태로 이행했을 때에 동작한다. 또한 릴레이(RY2)는 유도 선로(14)로 고주파 전류(I)의 공급이 개시되고(기동 신호가 온), 또한 출력 전압(V2)이 기준 전압(예를 들면, 310V) 미만일 때[제 2 비교기(72)의 출력 신호가 오프]에 즉 초기 상태일 때에 동작하고, 통상 상태로 이행하면[릴레이(RY1)가 동작하면] 동작하지 않게 된다. 또한 릴레이(RY3)는 릴레이(RY1)가 동작하고 있을 때(통상 상태일 때) 출력 전압(V2)이 설정 전압(예를 들면, 100V) 미만까지 이상하게 저하하면 동작한다.
상기 펄스 폭 연산부(77)에는 출력 전압(V2)과 동기 펄스(P1)가 입력되어 있고, 펄스 폭 연산부(77)는 기준 전압을 목표 전압으로 해 출력 전압 피드백 제어를 실행한다.
즉, 펄스 폭 연산부(77)는 도 6에 나타내는 바와 같이 게이트 펄스 발진기(62)로부터 입력된 주파수(2f)의 동기 펄스(P1)에 동기해서 PWM 기준파(삼각파)를 형성하고, 즉 초크 코일(54)의 입력 전압(V1)에 동기해서 입력 전압(V1)의 피크를 피크 위치로 하는 삼각파를 형성하고 있다. 그리고, 펄스 폭 연산부(77)는 이 삼각파와 교차하는 출력 전압(V2)의 기준 전압(일점 쇄선으로 나타낸다)을 미리 설정하고, 초크 코일(54)의 입력 전압(V1)이 피크로부터 하강으로 바뀐 위치를 구동 펄스(P2)를 온하는 타이밍으로 하고, 기준 전압보다 삼각파(전압)가 낮아져 있는 시간을 구동 펄스(P2)의 펄스 폭으로 하고 있다. 또한, 출력 전압(V2)이 상기 기준 전압과 일치할 때 기준 전압보다 삼각파의 전압이 낮아진 삼각파의 시간을 구동 펄스(P2)의 「기준 펄스 폭」으로 하고 있고, 부하(58)가 정격 부하일 때 이 기준 펄스 폭의 구동 펄스(P2)가 출력되면 출력 전압(V2)이 기준 전압으로 유지된다.
그리고, 상기 삼각파에 입력한 출력 전압(V2)을 교차시킴으로써 구동 펄스(P2)의 펄스 폭을 얻고 있다. 도 6에 나타내는 바와 같이, 출력 전압(V2)이 기준 전압보다 낮을 때 구동 펄스(P2)의 펄스 폭을 「기준 펄스 폭」보다 짧게 하고, 도 7에 나타내는 바와 같이, 기준 전압보다 높을 때 구동 펄스(P2)의 펄스 폭을 「기준 펄스 폭」보다 길게 하고, 듀티(duty)비를 구해서 펄스 구동부(78)로 출력하고 있다.
상기 펄스 구동부(78)는 스위치 수단(57)에 펄스를 출력한다. 펄스 구동부(78)에는 동기 펄스(P1)가 입력되고, 또한 릴레이(RY2)의 출력 신호(a 접점)가 온일 때(초기 상태일 때), 또는 릴레이(RY3)의 출력 신호(a 접점)가 온일 때[출력 전압(V2)이 이상하게 저하했을 때] 미리 설정된 듀티비(이하, 고정 듀티비라고 칭한다. 예를 들면, 50%)가 입력되고, 릴레이(RY1)의 출력 신호(a 접점)가 온일 때 펄스 폭 연산부(77)로부터 출력된 듀티비가 입력되어 있다. 펄스 구동부(78)는 입력한 듀티비에 의거해서 구동 펄스(P2)를 형성하고, 구동 펄스(P2)의 중간점을 전파의 입력 전압(V1)의 제로 크로스 위치로 해서 스위치 수단(57)에 출력해 펄스 폭 제어를 실행하고 있다.
상기 고정 듀티비는 다음과 같이 구하고 있다.
우선, 전원 장치(12)의 정격 전력을 급전 대상인 반송 대차(기기 또는 장치의 일례)(17)의 대수로 제산하고, 유도 선로(14)로의 급전 개시시에 1대당 수전 가능한 수전 전력을 구한다.
이어서, 상기 구동 펄스(P2)의 펄스 폭이 0일 때, 즉 구동 펄스(P2)가 오프이고, 스위치 수단(57)이 연속해서 개방 상태이며, 출력 콘덴서(56)가 연속해서 충전되고 있을 때 2차측은 1차측[전원 장치(12)]에 대하여 전부하 상태(100%의 부하 상태)가 되고, 이것에 대하여 펄스 폭이 m일 때[출력 가능한 구동 펄스의 (최대)펄스 폭을 W라고 한다] 구동 펄스(P2)를 출력하면 스위치 수단(17)이 접속 상태가 되고 출력 콘덴서(56)는 충전되지 않기 때문에 1차측에 대하여 (1-m/W)의 부하 상태가 된다[펄스 폭(m)을 작게 하면 전부하 상태에 근접한다].
(1-m/W)의 부하 상태일 때 상기 구한 “1대당 수전 가능한 수전 전력”으로 억제되도록 펄스 폭(m)을 설정한다.
이 수전 전력 이내로 억제 가능한 구동 펄스(P2)의 펄스 폭(m)을 출력 가능한 구동 펄스의 펄스 폭(W)으로부터 제산함으로써 고정 듀티비(=m/W)로 구하고 있다. 본 실시형태에서는 50%로 하고 있다.
또한, 이때 유도 선로(14)로 고주파 전류를 급전하는 전원 장치(12)는 급전 개시시에 전반송 대차(17)가 동시에 부하를 취하는 사태가 되어도 1/2 부하의 상태(50% 부하 상태)에서 시작하므로 전원 장치(12)가 과부하가 되는 일이 없고, 급전이 정지하는 사태가 회피된다.
또한 타이머(74)의 설정 시간은 상기 고정 듀티비의 부하 상태에서 출력 콘덴서(17)가 충전되고, 그 출력 전압(V2)이 기준 전압(예를 들면, 310V)에 도달하는 시간으로 여유를 갖게 해서 설정되어 있다.
이와 같은 PWM 모듈(63)의 구성에 의해 주파수(2f)의 동기 펄스(P1)에 동기해서 초크 코일(54)의 입력 전압(V1)이 피크로부터 하강으로 바뀐 위치를 구동 펄스(P2)의 온의 타이밍으로 하고, 구동 펄스(P2)의 펄스 폭의 중간점을 전파의 입력 전압(V1)의 제로 크로스 위치로 해서 스위칭 주파수(2f)로 고속 스위칭이 실행된다.
릴레이(RY2)의 출력 신호(a 접점)가 온일 때, 즉 기동하고, 출력 전압(V2)이 기준 전압 미만일 때 고정 듀티비 50%로 고속 스위칭이 실행된다.
또한 릴레이(RY1)의 출력 신호(a 접점)가 온일 때, 즉 기동하고, 출력 전압(V2)이 기준 전압 이상이 되면, 또는 타이머(74)가 카운트 업하면 펄스 폭 연산부(77)로부터 출력된 듀티비로 고속 스위칭이 실행되고, 즉 기준 전압을 목표 전압으로 한 출력 전압 피드백 제어가 실행된다. 이때 상기 주행용 전동 모터를 정지하는 등에 의해 부하(58)가 감소하고, 출력 전압(V2)이 상승하고, 출력 전압(V2)이 미리 설정된 기준 전압을 초과하면 상기 스위치 수단(57)으로 출력하는 구동 펄스(P2)의 펄스 폭(m)을 길게 해서[스위치 수단(57)의 접속 상태를 길게 해서] 출력 전압(V2)을 낮추고, 출력 전압(V2)이 기준 전압으로 돌아가면 스위치 수단(57)으로 출력하는 구동 펄스(P2)의 펄스 폭(m)을 짧게 해서[스위치 수단(57)의 개방 상태를 길게 해서] 출력 전압(V2)을 기준 전압으로 유지한다.
또한 릴레이(RY1)의 출력 신호(a 접점)가 온(출력 전압 피드백 제어로 이행)된 후 출력 전압(V2)이 설정 전압 미만으로 되면[릴레이(RY3)가 온으로 되면] 고정 듀티비 50%로 고속 스위칭이 실행된다.
<수전 유닛(27)의 작용>
상기 수전 유닛(27)의 구성에 있어서의 작용을 설명한다.
고주파 전류(I)가 1차측의 유도 선로(14)에 공급되면 이 유도 선로(14)에서 발생하는 자속에 의해 픽업 코일(51)에 유도 기전력이 유기되고, 이 유도 기전력에 의해 픽업 코일(51)에 있어서 발생한 전류는 전파 정류 회로(53)에서 정류된다.
「기동 직후」
기동 전에는 출력 콘덴서(56)가 빈 상태에 있고, 출력 전압(V2)은 0V이다. 그리고, 유도 선로(14)에 고주파 전류(I)의 공급이 개시되면 그 직후는 제어 전원 장치(64)로부터 제어 전원을 공급할 수 없는 상태이며, 이때 PWM 모듈(63)은 구동 펄스(P2)를 출력할 수 없기 때문에 스위치 수단(57)은 개방 상태로 되어 있고, 전파 정류 회로(53)로부터 출력된 전류에 의해 출력 콘덴서(56)가 연속해서 충전된다.
「기동시」
출력 콘덴서(56)가 충전되고, 출력 전압(V2)이 상승하고, 제어 전원 장치(64)로부터 제어 전원을 공급할 수 있는 상태가 되면 게이트 펄스 발진기(62)로부터 동기 펄스(P1)가 PWM 모듈(63)에 입력되고, 또한 PWM 모듈(63)에서는 제어 전원의 확인에 의해 기동 신호가 온으로 되고, 타이머(74)가 구동되고, 이때 출력 전압(V2)은 기준 전압 미만이므로 고정 듀티비 50%로 제한되고, 즉 1/2 부하의 상태로 고속 스위칭이 실행된다.
즉, 스위치 수단(57)은 스위칭 주파수(2f)(예를 들면, f=10㎑, 60㎑ 이하로 제한)로 고속 스위칭되고, 개방 상태일 때[구동 펄스(P2)가 오프일 때] 전파 정류 회로(53)로부터 출력된 전류는 초크 코일(54)의 여자 에너지를 가해서 출력 콘덴서(56)가 충전되고, 동시에 부하(58)로 공급된다. 또한 스위치 수단(57)이 접속 상태일 때[구동 펄스(P2)가 온일 때] 전파 정류 회로(53)로부터 출력된 전류에 의해 초크 코일(54)이 여자되어서 에너지가 충전되는 한편, 출력 콘덴서(56)로부터는 방전 전류가 부하(58)로 공급된다.
또한, 기동 개시시에는 유도 선로(14)에 흐르는 전류의 주파수는 9.00㎑로 되고, 공진 회로(50)의 공진 주파수로부터 어긋나 있으므로 전부하 상태에서 1200W밖에 인출할 수 없는데 더해, 1/2 부하의 상태로 함으로써 600W밖에 인출할 수 없다.
「기동으로부터 기준 시간 경과 후/통상시」
타이머(74)가 카운트 업하면 강제적으로, 또는 출력 전압(V2)은 기준 전압 이상이 되면 기준 전압을 목표 전압으로 해 출력 전압 피드백 제어가 실행된다. 펄스 폭 연산부(77)로부터 출력된 듀티비로 고속 스위칭이 실행된다.
즉, 스위치 수단(57)은 스위칭 주파수(2f)로 고속 스위칭되고, 구동 펄스(P2)의 펄스 폭은 펄스의 온 타이밍시의 출력 전압(V2)에 의해 구해지고, 출력 전압(V2)이 미리 설정된 기준 전압보다 낮을 때 짧게 되고, 기준 전압보다 높을 때 길게 된다. 즉, 부하(58)가 감소하고, 출력 콘덴서(56)의 양단 전압 즉 출력 전압(V2)이 상승하여 출력 전압(V2)이 상기 기준 전압을 초과하면 스위치 수단(57)이 접속 상태로 되는 시간이 길어지고, 출력 전압(V2)이 내려가서 기준 전압으로 유지된다. 또한 부하(58)가 증가하고, 출력 콘덴서(56)의 양단 전압 즉 출력 전압(V2)이 하강하여 출력 전압(V2)이 상기 기준 전압보다 내려가면 스위치 수단(57)이 개방 상태로 되는 시간이 길어지고, 출력 전압(V2)이 올라가서 기준 전압으로 유지된다.
또한 스위칭 주파수를 정확하게 2f로 하고, 구동 펄스(P2)의 온 타이밍을 초크 코일(54)의 입력 전압(V1)이 피크에서 하강으로 바뀐 위치로 하고 있음으로써 구동 펄스(P2)가 온, 즉 초크 코일(54)이 여자될 때 공진 회로(50)에 의해 초크 코일(54)에 공급되는 전류는 90°위상이 어긋나 있기 때문에 이 전류는 거의 제로이며, 또한 이 후에 입력 전압(V1)은 하강하고, 입력 전압(V1)이 제로 크로스하고 있는 범위로 하고 있음으로써 초크 코일(54)에 흐르는 전류(코일 전류)(I1)의 상승은 억제되고, 매끄럽게 된다(맥동이 적어진다). 또한 이와 같이, 코일 전류(I1)의 맥동이 적어지고, 초크 코일(54)의 입력 전압과 출력 전압의 차가 적어짐으로써 코일 전류(I1)의 리플은 크게 억제된다.
또한 스위칭 주파수(2f)로 고속 스위칭됨으로써 부하(58)의 변동에 신속히 대응되어 부하(58)의 변동이 공진 회로(50)를 통해 유도 선로(14)에 미치는 영향, 예를 들면 갑자기 귀환 임피던스가 제로에 가깝게 됨으로써 유도 선로(14)가 과전류로 되는 영향이 억제된다.
또한 스위칭 주파수(2f)로 고속 스위칭됨으로써 비공진 상태로부터 공진 상태가 천이할 때, 출력 전압(V2)에 신속히 대응되어 공진 전압이 급격히 상승하는 것이 억제된다.
또한 고속 스위칭을 하고, 승압 토폴로지에 의해 출력 전압을 올리려고 하므로 픽업 코일(51)의 공진 주파수에 유도 선로(14)로 공급되는 고주파 전류(I)의 주파수(f)와의 사이에서 어긋남이 발생해도 급전 전력을 유지할 수 있다. 즉, 급전 주파수특성이 종래의 경우와 비교해서 개선되어 넓은 주파수의 어긋남의 범위에서 전력을 얻을 수 있고, 고주파 전류의 주파수가 어긋나도 안정되게 전력을 공급할 수 있다.
「이상 발생시」
출력 전압 피드백 제어의 실행 중에 출력 전압(V2)이 설정 전압 미만까지 저하하면 듀티비는 고정 듀티비 50%로 제한되고, 즉 1/2 부하의 상태에서 고속 스위칭이 실행된다.
즉, 출력 전압(V2)이 기준 전압으로부터 계속 내려가면 듀티비 0%, 즉 스위치 수단(57)이 개방 상태로 되어 전부하 상태로 되고, 출력 콘덴서(56)를 최대한 차지(charge)해서 기준 전압으로 되돌리려 한다. 그럼에도 불구하고, 출력 전압(V2)이 상승하지 않고 설정 전압까지 저하하면, 유도 선로(14)측으로 흐르는 전류의 공급에 이상이 발생했다고 판단하고, 유도 선로(14)측에 부하를 가하지 않도록 1/2 부하 상태로 하고 있다.
상술한 전원 장치(12)의 작용과 수전 유닛(27)의 작용의 설명으로부터 알 수 있는 바와 같이, 전원 장치(12)와 각 반송 대차(17)의 수전 유닛(27) 사이에는 신호의 쟁탈은 없고 각각 독립적으로 구동하고 있다. 그러나, 기동시에는 한쪽의 전원 장치(12)는 유도 선로(14)에 흐르는 고주파 전류의 주파수를 공진 주파수로부터 어긋나게 한 주파수로 해서 각 반송 대차(17)가 받아들이는 것을 제한하고, 다른쪽의 각 반송 대차(17)에서는 1/2 부하 상태로 해서 받아들이는 것을 제한하고 있어, 2중으로 전원 장치(12)가 과부하가 되어 유도 선로(14)에 흐르는 고주파 전류가 차단되어서 급전이 되지않게 되는 사태를 회피하고 있다.
또한, 순시 정전일 때는 고주파 전류가 차단되어도 반송 대차(17)의 출력 전압은 설정 전압까지 갑자기 저하하는 일은 없고, 고주파 전류의 복구시 각 반송 대차(17)에서는 1/2 부하 상태로 해서 받아들이는 것의 제한을 실행하지 않으므로 전부하 상태에서 전력을 받아들이려 한다. 따라서, 「순시 정전시」에는 전원 장치(12)가 유도 선로(14)에 흐르는 고주파 전류의 주파수를 공진 주파수로부터 어긋난 주파수로 하는 것만에 의해, 전원 장치(12)가 과부하가 되어 유도 선로(14)에 흐르는 고주파 전류가 차단되어서 급전이 되지않게 되는 사태가 회피된다.
이상과 같이 본 실시형태에 의하면, 1차측 유도 선로(14)로 급전이 개시되면 구동 펄스(P2)는 고정 듀티(duty)비 50%로 출력되고, 1차측에 대하여 1/2의 부하 상태에서 출력 콘덴서(56)에 충전됨으로써 1차측 유도 선로(14)로 고주파 전류를 급전하는 전원 장치(12)는 급전 개시시에 모든 반송 대차(17)가 일제히 최대 전력, 즉 전부하를 취하는 상태로 되어 전원 장치(12)가 과부하가 되어 급전이 정지하는 사태를 피할 수 있고, 급전 대상인 반송 대차(17)의 대수가 많아도 급전을 계속할 수 있다. 그리고, 출력 콘덴서(56)가 충전되어 출력 전압(V2)이 기준 전압으로 되면, 출력 전압 피드백 제어가 실행됨으로써 이후는 소비된 전력만을 1차측 유도 선로(14)로부터 급전하면 되게 되고, 각 반송 대차(17)가 출력 전압 피드백 제어를 실행해도 전원 장치(12)가 과부하가 되어 급전이 정지하는 사태를 피할 수 있다.
또한 본 실시형태에 의하면 1차측에 대하여 1/2의 부하 상태에서 출력 콘덴서(56)에 충전되고, 예정 시간이 경과하면[타이머(74)의 출력 신호가 온으로 되면] 출력 전압 피드백 제어가 실행되고, 이때 출력 콘덴서(56)로의 충전이 늦어져 예정 시간 내에 기준 전압까지 상승하고 있지 않으면 펄스 폭(m)을 최소로 하고, 전부하를 취하는 상태로 되어 출력 전압(V2)의 상승을 서두를 수 있다. 또한, 다른 반송 대차(17)는 예정 시간 내에 기준 전압까지 상승하고 있고, 소비된 전력만을 수전하고 있는 상태이므로 1대가 전부하를 취하는 상태로 되어도 전원 장치(12)가 과부하가 되어 급전이 정지하는 사태는 적다.
또한 본 실시형태에 의하면, 출력 콘덴서(56)의 출력 전압이 설정 전압 이하까지 저하하면 전원 장치(12)로부터 급전할 수 없는 사태로 되어 있다고 판단되어 고정 듀티비로 되고, 구동 펄스의 폭(m)을 출력 가능한 구동 펄스의 펄스 폭(W)의 1/2로 해서 구동 펄스(P2)가 출력되고, 1차측에 대하여 1/2의 부하 상태로 됨으로써 전원 장치(12)의 부하 상태를 개선할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는 인버터(24)의 발진 주파수가 공진 주파수인 9.74㎑보다 낮은 주파수의 소정 주파수인 9.00㎑부터 공진 주파수인 9.74㎑에 걸쳐서 단계적으로 변화하도록 제어하고 있다. 그러나, 도 3에 나타내는 바와 같이 인버터(24)의 발진 주파수가 공진 주파수인 9.74㎑보다 높은 주파수에 걸쳐서 단계적으로 변화하도록 제어해도 반송 대차(17)로 공급되는 전력을 저하시킬 수 있기 때문에 인버터(24)의 발진 주파수가 공진 주파수(9.74㎑)보다 높은 주파수(예를 들면, 10.5㎑)부터 공진 주파수(9.74㎑)에 걸쳐서 단계적으로 제어하도록 해도 좋다.
또한 본 실시형태에서는 인버터(24)의 발진 주파수를 0.1㎑마다 공진 주파수를 향해서 단계적으로 변화시키고 있지만, 0.1㎑마다에 관계없이 간격을 0.1㎑보다 크게 해도 좋고, 0.1㎑보다 작게 해서 연속적으로 주파수를 변화시키도록 할 수도 있다.
또한 본 실시형태에서는 컨트롤러(61)의 PWM 모듈(63)은 게이트 펄스 발진기(62)로부터 입력한 주파수(2f)의 동기 펄스(P1)에 동기해서 PWM 기준파(삼각파)를 형성하고 있지만, 동기 펄스(P1)에 1개 걸러 동기해서 입력 전압(V1)의 2개의 파형으로 3개의 PWM 기준파(삼각파)를 형성하고, 각 삼각파의 시작을 구동 펄스(P2)를 온하는 타이밍으로 할 수도 있다. 이때, 구동 펄스(P2)의 스위칭 주파수는 고주파 전류 주파수(f)의 3배(3f)가 되어 보다 고속으로 스위칭된다. 따라서, 부하(58)의 변동에 보다 신속히 대응되어 부하(58)의 변동이 공진 회로(50)를 통해 유도 선로(14)에 미치는 영향, 예를 들면 갑자기 귀환 임피던스가 제로에 가까워짐으로써 유도 선로(14)가 과전류가 되는 영향을 억제할 수 있다. 또한 비공진 상태로부터 공진 상태로 천이할 때, 출력 전압(V2)에 보다 신속히 대응되어 공진 전압이 급격히 상승하는 것을 억제할 수 있다.
또한 본 실시형태에서는 기기 또는 장치의 일례로서 반송 대차(17)에 대해서 설명했지만, 기기 또는 장치에는 반송 기능을 갖지않는 자주차나 거치 기기·장치 등도 포함된다.

Claims (3)

  1. 복수대의 기기 또는 장치(17)에 각각 구비되고, 전원 장치(12)로부터 고주파 전류가 공급되는 1차측 유도 선로(14)로부터 무접촉으로 수전하기 위한 무접촉 급전 설비의 2차측 수전 회로로서,
    상기 1차측 유도 선로(14)에 대향하고 이 1차측 상기 유도 선로(14)로부터 기전력이 유기되는 픽업 코일(51)과,
    상기 픽업 코일(51)에 병렬로 접속되고, 이 픽업 코일(51)과 상기 고주파 전류의 주파수에 공진하는 공진 회로(50)를 형성하는 공진 콘덴서(52)와,
    상기 공진 회로(50)의 공진 콘덴서(52)에 병렬로 접속된 전파 정류 회로(53)와,
    상기 전파 정류 회로(53)의 출력 단자 사이에 병렬로 접속된, 스위치(57) 및 소비 전력이 변동하는 부하(58)에 전력을 공급하는 출력 콘덴서(56)와,
    상기 스위치(57)를 접속 상태 또는 개방 상태로 하는 컨트롤러(61)를 구비하고,
    상기 컨트롤러(61)는,
    상기 전파 정류 회로(53)의 한쪽의 출력 단자로부터 출력되는 전파의 전압 신호에 동기해서 상기 고주파 전류의 주파수의 복수배의 주파수의 동기 펄스를 출력하는 펄스 발생 회로(62)와,
    상기 스위치(57)로 구동 펄스를 출력하고, 이 구동 펄스가 온일 때에 스위치(57)를 접속 상태로 하고, 오프일 때에 스위치(57)를 개방 상태로 함으로써 상기 출력 콘덴서(56)의 출력 전압을 미리 설정된 기준 전압으로 되도록 출력 전압 피드백 제어를 실행하는 펄스 폭 제어 회로(63)를 구비하고,
    상기 펄스 폭 제어 회로(63)는 상기 전원 장치(12)의 출력 정격 전력을 상기 기기 또는 장치(17)의 대수로 제산해서 상기 1차측 유도 선로(14)로의 급전 개시시에 1대당 수전 가능한 수전 전력을 구하고, 이 수전 전력 이내로 억제 가능한 상기 구동 펄스의 펄스 폭을 출력 가능한 구동 펄스의 펄스 폭으로부터 구하고, 상기 1차측 유도 선로(14)로 급전이 개시되면 상기 펄스 발생 회로(62)로부터 입력한 동기 펄스에 동기해서 상기 억제 가능한 구동 펄스를 상기 스위치(57)로 출력하는 스위칭 제어를 실행하고, 상기 출력 콘덴서(56)의 출력 전압이 미리 설정된 기준 전압으로 되면 상기 출력 전압 피드백 제어를 실행하는 것을 특징으로 하는 무접촉 급전 설비의 2차측 수전 회로.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 펄스 폭 제어 회로(63)는 상기 스위칭 제어를 실행하여 상기 출력 콘덴서(56)의 출력 전압이 상기 기준 전압까지 상승하는 예정 시간이 경과하면 강제적으로 상기 출력 전압 피드백 제어를 실행하는 것을 특징으로 하는 무접촉 급전 설비의 2차측 수전 회로.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 펄스 폭 제어 회로(63)는 상기 출력 전압 피드백 제어를 실행하고 있을 때 상기 출력 콘덴서(56)의 출력 전압이 상기 기준 전압보다 낮고 미리 설정된 설정 전압 이하까지 저하하면 다시 상기 스위칭 제어를 실행하는 것을 특징으로 하는 무접촉 급전 설비의 2차측 수전 회로.
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