(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源に接続された給電線を１次側導体として、該１次側に流れる電流から、電磁誘導現象を利用して、２次側のピックアップコイルにより非接触的に電力を取り、かつピックアップコイルのリアクタンスを補償するように、該ピックアップコイルと接続したコンデンサの両端に負荷を接続した非接触給電方法において、該負荷の両端に、そのスレショルド電圧の大きさによりそのインダクタンスが非線形に変化するインダクタを接続し、該負荷の端子電圧が該スレショルド電圧よりも大きな電圧となるときに、該インダクタのインダクタンス遷移を利用して、共振点をずらし、負荷端子電圧の上昇を抑制するとともに、該インダクタのスレショルド電圧を、回路系より決まる負荷の最大出力となる負荷電流の値における負荷端子電圧と略等しくするようにしたことを特徴とする非接触給電方法。
【請求項２】
電源に接続された給電線を１次側導体として、該１次側に流れる電流から、電磁誘導現象を利用して、２次側のピックアップコイルにより非接触的に電力を取り、かつピックアップコイルのリアクタンスを補償するように、該ピックアップコイルと接続したコンデンサの両端に負荷を接続した非接触給電方法において、該負荷の両端に、そのスレショルド電圧の大きさによりそのインダクタンスが非線形に変化するインダクタを接続し、該負荷の端子電圧が該スレショルド電圧よりも大きな電圧となるときに、該インダクタのインダクタンス遷移を利用して、共振点をずらし、負荷端子電圧の上昇を抑制するとともに、該インダクタのスレショルド電圧を、回路系より決まる負荷短絡電流の７０乃至７５パーセントの負荷電流の値における負荷端子電圧と略等しくするようにしたことを特徴とする非接触給電方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、非接触給電方法、特に、インダクタにおけるインダクタンス遷移が起きるスレショルド電圧を負荷電流の大きさにより定めて、回路系で得られる最大の負荷出力を確保するとともに負荷電流を大きく変えても負荷端子電圧の変動が少なくなるようにした非接触給電方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体、液晶等の製造工程における部材あるいは部品の搬送においては、製品の高精度化を図るために設定された清浄環境のもとで行うことが求められる。搬送工程において、給電線から搬送台車への電力供給時、該給電線と集電子との接触による発塵がある。
これを防止するため、電源に接続された１次側導線（給電線）を搬送台車の走行路に沿って固定側に配置するとともに、該１次側導線に流れる電流に対し、搬送車側に非接触にて電力を給電されるための非接触給電装置を配設し、これにより電磁誘導現象を利用して発塵することなく所要の給電を搬送車側へ行える搬送システムが提案されている。
【０００３】
このクリーン搬送システムにおいて、走行する搬送車に搭載されている非接触給電装置にて給電するには、図３に示すように、１次側導体１ａ，１ｂに流れる往復の電流が作る磁束を鉄心３に導く。１次電流は高周波交番電流であるから鉄心３に導かれた磁束は交番的に変化し、鉄心３に巻回されている２次側のピックアップコイルの巻線２には電磁誘導現象により電圧が誘起される。
ピックアップコイルは図４の回路図に示すように、ピックアップコイルの巻線のリアクタンスωＬ２を補償するためにこれと直列にコンデンサＣ２を接続し、その負のリアクタンス−１／（ωＣ２）により共振に近い状態にしておき、コンデンサＣ２の両端に所定の電圧を発生する。コンデンサＣ２の両端に負荷８をつなぎ、この所定の電圧を利用して負荷８の電流を得る。
【０００４】
該直列回路の合成リアクタンスＸは
Ｘ＝ωＬ２−１／（ωＣ２）
で与えられ、Ｘ＝０はいわゆる直列共振にあたる。このとき、僅かの入力で負荷の端子に大きな電圧を与え得るが、平衡点からずれたときの変動が大きいので、通常、直列共振に近いが、合成リアクタンスＸを若干残したところで非接触給電を行う。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の非接触給電方法、即ち、図４に示す回路にあっては、図２に示すように負荷の端子電圧が、負荷電流の増加と共に低下する特性がある。そのため、搬送車のモータ駆動等に伴う負荷電流の変化に対して負荷電圧の変動を許容の範囲に抑えるために、流し得る負荷電流を制約したり、ピックアップコイルにより得られた交流を直流に変換する直流電源に高価な電圧安定化機能を付加しなければならない問題があった。
【０００６】
本発明は、上記従来の非接触給電方法の有する問題点を解決し、インダクタにおけるインダクタンス遷移が起きるスレショルド電圧を負荷電流の大きさにより定めて、回路系で得られる最大の負荷出力を確保するとともに、負荷電流を大きく変えても負荷端子電圧の変動が少ない非接触給電方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の非接触給電方法は、電源に接続された給電線を１次側導体として、該１次側に流れる電流から、電磁誘導現象を利用して、２次側のピックアップコイルにより非接触的に電力を取り、かつピックアップコイルのリアクタンスを補償するように、該ピックアップコイルと接続したコンデンサの両端に負荷を接続した非接触給電方法において、該負荷の両端に、そのスレショルド電圧の大きさによりそのインダクタンスが非線形に変化するインダクタを接続し、該負荷の端子電圧が該スレショルド電圧よりも大きな電圧となるときに、該インダクタのインダクタンス遷移を利用して、共振点をずらし、負荷端子電圧の上昇を抑制するとともに、該インダクタのスレショルド電圧を、回路系より決まる負荷の最大出力となる負荷電流の値における負荷端子電圧と略等しくするようにしたことを特徴とする。
【０００８】
上記の構成からなる本発明の非接触給電方法は、系が可能とする最大出力を確保し、且つ、より広い負荷電流の変化に対して、変動の少ない負荷電圧特性を提供するものである。
【０００９】
また、同じ目的を達成するため、電源に接続された給電線を１次側導体として、該１次側に流れる電流から、電磁誘導現象を利用して、２次側のピックアップコイルにより非接触的に電力を取り、かつピックアップコイルのリアクタンスを補償するように、該ピックアップコイルと接続したコンデンサの両端に負荷を接続した非接触給電方法において、該負荷の両端に、そのスレショルド電圧の大きさによりそのインダクタンスが非線形に変化するインダクタを接続し、該負荷の端子電圧が該スレショルド電圧よりも大きな電圧となるときに、該インダクタのインダクタンス遷移を利用して、共振点をずらし、負荷端子電圧の上昇を抑制するとともに、該インダクタのスレショルド電圧を、回路系より決まる負荷短絡電流の７０乃至７５パーセントの負荷電流の値における負荷端子電圧と略等しくするようにしたことを特徴とする。
【００１０】
上記の構成からなる本発明の非接触給電方法は、より簡便で直截な方法で実測並びに算定可能な負荷短絡電流の値のみを用いて、系が可能とする最大出力を確保し、且つ、より広い負荷電流の変化に対して、変動の少ない負荷電圧特性を提供するものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の非接触給電方法の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１２】
本発明は、クリーン搬送システムにおいて、可動の搬送車に搭載されている非接触給電方法に係るものであり、図３に示すように、１次側導体１ａ，１ｂに流れる往復の電流が作る磁束を鉄心３に導く。高周波交番電流である１次電流による磁束を鉄心３に導びき、電磁誘導現象により、鉄心３に巻回されている２次側のピックアップコイルの巻線２に電圧を誘起する。ピックアップコイルはその回路図である図４に示すように、ピックアップコイルの巻線のリアクタンスωＬ２を補償するためにこれと直列にコンデンサＣ２を接続しその負のリアクタンス−１／（ωＣ２）により共振に近い状態にしておき、コンデンサＣ２の両端に所要の電圧を得る。コンデンサＣ２の両端に負荷８をつなぎ、この所要の電圧を利用して負荷８の電流を得る。
【００１３】
直列回路の合成リアクタンスＸは次式
Ｘ＝ωＬ２−１／（ωＣ２）  ・・・・・・  （１）
で与えられ、Ｘ＝０はいわゆる直列共振にあたる。このとき、僅かの入力で負荷の端子に大きな電圧を与え得るが、平衡点からずれたときの変動が大きいので、通常、直列共振に近いが、合成リアクタンスＸを若干残したところで非接触給電を行う。
【００１４】
図４に示す回路だけでは、図２に実線で示すように負荷電流と共に負荷の端子電圧が大きく降下する。負荷電圧特性を図２において点線で示すように負荷電流に対して変動を小さくするために、本発明では端子電圧が大きくなる負荷電流の小さいところでピックアップコイルとコンデンサＣ２による直列回路を共振条件から大きくずらす目的で、例えば、その回路図を図５に示すように、コンデンサＣ２並びに負荷と並列に、電圧の大きさによりそのインダクタンスが非線形に変化するインダクタＬtを接続する。
このインダクタには図６に示すように、所要のスレショルド電圧Ｅctよりも低い電圧の範囲で十分大きなインダクタンスを保持し、所要のスレショルド電圧Ｅctよりも高い電圧に対してはインダクタンスが急激に小さくなる非線形のインダクタンス特性をもたせる。このような非線形のインダクタンス特性を持つインダクタは、巻線をリング状鉄心に巻いた構造のものであり、鉄心の磁気飽和特性を利用して所望の非線形インダクタンス特性が実現される。
【００１５】
負荷の端子電圧、従ってコンデンサＣ２並びにこれらと並列に接続されているインダクタの端子電圧が上記したインダクタにおいてインダクタンスの値の遷移が起きるスレショルド電圧Ｅctよりも低いときには、図６に示すようにインダクタのインダクタンスは十分に大きいのでコンデンサＣ２に対しては開放とみなせ、ピックアップコイルとコンデンサＣ２による合成リアクタンスＸは、共振に近い、小さな負の値に維持される。
しかし、負荷電流が下がり、負荷の端子電圧が図２の実線のように上昇すると、負荷と並列に接続されたインダクタのインダクタンスが急激に小さくなり、ピックアップコイルから見たときのコンデンサのキャパシタンスＣ２が見かけ小さくなり、共振に近く設定されていたピックアップコイルとコンデンサＣ２による合成リアクタンスＸは、負の大きな値となって、共振から大きくずれ、コンデンサＣ２に流れる電流を減じ、負荷の端子電圧は図２の点線のように抑制される。
【００１６】
本発明は、インダクタにおけるインダクタンスの値の遷移が起きるスレショルド電圧Ｅctの決定法に関するものである。
本発明によるインダクタにおいてインダクタンスの値の遷移が起きるスレショルド電圧Ｅctの決め方を図１により示す。
図４に示すように非線形のインダクタンス特性を持つインダクタが負荷と並列にされていないとき、負荷端子電圧は図１において、１−３’−ｄと負荷電流とともに低下する。負荷出力は負荷電流が増えるにつれてｏ−ａ’−ａ−ｂ−ｃ−ｄと山形に変わり、負荷電流がＩpmとなるとき、山形カーブ上の点ｂにおいて、負荷出力は最大値Ｐmaxをとる。
【００１７】
本発明においては、図５に示すように、コンデンサ並びに負荷と並列に、電圧の大きさによりそのインダクタンスが非線形に変化するインダクタＬｘを接続し、且つ、図６に示したようにインダクタンスの値の遷移が起きるスレショルド電圧Ｅctを、回路系より決まる負荷が最大出力となる負荷電流の値における負荷端子電圧３’と略等しくする。図４に示すように非線形のインダクタンス特性を持つインダクタが負荷と並列に接続されていないとき、図１で示した負荷電流に対する負荷端子電圧並びに負荷出力特性は実測することにより回路系が定まれば特定できる。
【００１８】
また、図４における回路定数が分かれば、複素数を用いた交流回路方程式を解くことによっても図１で示した負荷電流に対する負荷端子電圧並びに負荷出力特性は特定できる。従って、負荷と並列に接続されたインダクタにおいてインダクタンスの値の遷移が起きるスレショルド電圧Ｅctを、本発明のように、回路系より決まる負荷が最大出力となる負荷電流の値における負荷端子電圧３’と略等しくなるように選ぶことは実現可能である。
【００１９】
また、実用的に使用される非接触給電装置に関する測定並びに計算解析の経験から、負荷が最大出力となる負荷電流の値は、負荷電圧が零となる負荷電流（図１における、Ｉs）の７０乃至７５パーセントであることが判明している。そこで、本発明の別の実施例では回路系より決まる負荷短絡電流Ｉsの７０乃至７５パーセントの負荷電流における負荷端子電圧と等しくする。この方法によれば、負荷電流変化の全域に亘る負荷出力特性は不要であり、負荷短絡電流Ｉsだけから、負荷と並列に接続されたインダクタにおいてインダクタンスの値の遷移が起きるスレショルド電圧Ｅctを決めることができる。回路系より決まる負荷短絡電流の大きさはより簡便で直截な方法を用いて実測並びに計算により求め得る。
【００２０】
スレショルド電圧Ｅctを、回路系より決まる負荷が最大出力となる負荷電流の値における負荷端子電圧と略等しくする理由を図７により明らかにする。
本発明では負荷と並列に接続されたインダクタにおいてインダクタンスの値の遷移が起きるスレショルド電圧Ｅctを、回路系より決まる負荷が最大出力となる負荷電流の値Ｉpmにおける負荷端子電圧３’と略等しくなるようにしている。
【００２１】
従って、本発明では負荷電流の増加に対して、負荷端子電圧は３−３’−ｄ、負荷出力はｏ−ｂ−ｄとなり、負荷出力として回路系が可能とする最大出力Ｐmaxが得られる。しかし、インダクタにおけるスレショルド電圧Ｅctを４’とすると、平坦な負荷電圧範囲が４−４’と、本発明の場合の３−３’よりも広くなるが、負荷出力特性がｏ−ｃ−ｄとなり、回路系が可能とする最大出力Ｐmaxに達せず、好ましくない。
また、スレショルド電圧Ｅctを２’とすると、負荷出力特性がｏ−ａ−ｂ−ｄとなり回路系が可能とする最大出力Ｐmaxは確保されるが、平坦な負荷電圧範囲が２−２’と、本発明の場合の３−３’よりも狭くなり、好ましくない。
【００２２】
【発明の効果】
本発明の非接触給電方法によれば、負荷と並列に接続されたインダクタにおいてインダクタンスの値の遷移が起きるスレショルド電圧を本発明のように決めることにより、回路系が可能とする最大出力を確保することができ、負荷電流の変化に対して変動の少ない平坦な負荷電圧範囲が広い非接触給電装置が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の非接触給電方法の実施の形態を示し、インダクタのスレショルド電圧決定法の説明図である。
【図２】  従来の非接触給電装置における負荷の電流・電圧特性図である。
【図３】  非接触給電装置の正面断面図である。
【図４】  従来の非接触給電装置の回路図である。
【図５】  本発明の非接触給電方法の実施例で、非線形インダクタンス特性を有するインダクタを負荷と並列に接続した回路図である。
【図６】  図５におけるインダクタの非線形インダクタンス特性を示す特性図である。
【図７】  本発明の有効性を説明するための説明図である。
【符号の説明】
Ｖ１   １次電源端子電圧
Ｉ１   １次側導体に通流する電流
Ｍ    １次側導体と二次側ピックアップコイルとの間の相互インダクタンス
Ｃ２   リアクタンスＬ２と直列に接続したコンデンサのキャパシタンス
Ｌ２   ２次側ピックアップコイルのインダクタンス
Ｉs   負荷短絡電流
Ｉpm  負荷出力が最大となる負荷電流
Ｐmax 最大負荷出力
１ａ  １次導体
１ｂ  １次導体
２    ピックアップコイル
３    鉄心
５    ピックアップコイル
７    ピックアップコイルのリアクタンス補償用直列コンデンサ
８    負荷
【図１】
0003650694.tif 000002
【図２】
0003650694.tif 000003
【図３】
0003650694.tif 000004
【図４】
0003650694.tif 000005
【図５】
0003650694.tif 000006
【図６】
0003650694.tif 000007
【図７】
0003650694.tif 000008