(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から負荷をとるようにした非接触給電装置において、該ピックアップコイルとコンデンサからなる直列回路の合成リアクタンスが誘導性となるようにした場合に、該負荷の両端に、電圧の大きさによりその静電容量が非線形に変化する可変容量コンデンサを接続することによって、共振点をずらし、負荷の端子電圧の変動を抑制するように構成したことを特徴とする非接触給電装置。
【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から負荷をとるようにした非接触給電装置において、該ピックアップコイルとコンデンサからなる直列回路の合成リアクタンスが容量性となるようにした場合に、該負荷の両端に、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を接続することによって、共振点をずらし、負荷の端子電圧の変動を抑制するように構成したことを特徴とする非接触給電装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、非接触給電装置、特に、ピックアップコイルの回路的特性に応じて、その両端から負荷をとるコンデンサと並列に接続する非線形キャパシタ特性を有するコンデンサ、或いは非線形インダクタンス特性を有するインダクタを使い分けて、動作が確実で、電圧変動を少なくした非接触給電装置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】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来の非接触給電装置には、図５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り、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という問題があった。
また、ピックアップコイルに、印加する電圧によりそのインダクタンスが非線形に変わる鉄心入りインダクタを接続して負荷電流による電圧の変動を抑える方法があるが、ピックアップコイルの回路的特性によっては、動作が不安定となるという問題点があった。
【０００４】
本発明は、上記従来の非接触給電装置の有する問題点を解決し、ピックアップコイルの回路的特性に応じて、その両端から負荷をとるコンデンサと並列に接続する非線形キャパシタ特性を有するコンデンサ、或いは非線形インダクタンス特性を有するインダクタを使い分けて、動作の確実な、電圧変動の少ない非接触給電装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本第１発明の非接触給電装置は、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から負荷をとるようにした非接触給電装置において、該ピックアップコイルとコンデンサからなる直列回路の合成リアクタンスが誘導性となるようにした場合に、該負荷の両端に、電圧の大きさによりその静電容量が非線形に変化する可変容量コンデンサを接続することによって、共振点をずらし、負荷の端子電圧の変動を抑制するように構成したことを特徴とする。
【０００６】
上記の構成からなる本発明の非接触給電装置においては、ピックアップコイルと、ピックアップコイルのリアクタンスを補償するコンデンサからなる直列回路の合成リアクタンスが誘導性となるようにした場合に、共振による不安定現象を経ることなく、負荷電流による負荷端子電圧の変動を自動的に小さく抑えることができる。
【０００７】
また、同様の目的を達成するため、本第２発明の非接触給電装置は、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から負荷をとるようにした非接触給電装置において、該ピックアップコイルとコンデンサからなる直列回路の合成リアクタンスが容量性となるようにした場合に、該負荷の両端に、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を接続することによって、共振点をずらし、負荷の端子電圧の変動を抑制するように構成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装置においては、ピックアップコイルと、ピックアップコイルのリアクタンスを補償するコンデンサからなる直列回路の合成リアクタンスが容量性となるようにした場合に、共振による不安定現象を経ることなく、負荷電流による負荷端子電圧の変動を自動的に小さく抑えることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の非接触給電装置の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１０】
クリーンルーム内の搬送システムにおいては、走行路に沿って配設された給電線から走行する搬送車に搭載されている非接触給電装置にて、図３に示すように、非接触で電力を供給される。
これは給電線である１次側導体１ａ，１ｂに流れる往復の電流が作る磁束を非接触給電装置の鉄心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。このコンデンサ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９を得るものである。
【００１１】
ピックアップコイルの巻線２と直列にコンデンサＣ２を接続してなる直列回路の合成リアクタンスＸは
Ｘ＝ωＬ２−１／（ωＣ２）  ・・・・・・  （１）
の式で与えられ、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。
合成リアクタンスＸは、正数値すなわち誘導性とすることも、負数値すなわち容量性とすることもできる。それは、ピックアップコイルのインダクタンスＬ２、直列コンデンサのキャパシタンスＣ２及び電源角周波数ωの大きさを、それぞれ単独、又はそれぞれ組みあわせて変えることにより容易に実現できる。
【００１２】
合成リアクタンスＸの値の正負にかかわらず、図４に示す回路では、図５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５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方法として、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ことが考えられる。
【００１３】
電圧によってその回路定数が非線形的に変わる素子あるいは回路を挿入する方法である。本発明はこの挿入すべき素子あるいは回路の特性が、安定して負荷電圧の変動を抑える機能を自動的に発揮できるようにするには、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を式（１）の正負、即ち、誘導性か容量性かによって正しく選択することにある。
【００１４】
本発明において、その回路図を図１に示すように、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、式（１）が正である誘導性の場合には、コンデンサ及び負荷と並列に、電圧の大きさによりそのキャパシタンスが非線形に変化する可変容量コンデンサＣxを接続する。
この可変容量コンデンサには図２に示すように、所要の電圧よりも低い電圧の範囲で十分小さなキャパシタンスを保持し、所要の電圧よりも高い電圧に対してはキャパシタンスが急激に大きくなる非線形のキャパシタンス特性をもたせる。
【００１５】
このような非線形のキャパシタンス特性を持つ可変容量コンデンサＣxは、並列に並べられたコンデンサ群を端子電圧の大きさに応じて電気的にスイッチングするパワエレクトロニクス技術により実現できる。
【００１６】
負荷の端子電圧、従ってコンデンサＣ２、及びこれらと並列に接続されている可変容量コンデンサＣxの端子電圧が所要の電圧よりも低いときには、図２に示すように可変容量コンデンサのキャパシタンスは十分に小さいのでコンデンサＣ２のキャパシタンスにほとんど影響を与えず、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は式（１）で表され、該式は共振に近い小さな正の値に維持される。
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可変容量コンデンサＣxのキャパシタンスが急激に大きくなり、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が見かけ大きくなり、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、式（１）が正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５の点線のように抑制される。
負荷電圧の上昇に対して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は式（１）で表され、この式は常に正の値を大きくし、コンデンサＣ２に流れる電流を減ずる。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が式（１）で、正である誘導性の場合に、コンデンサ及び負荷と並列に、電圧の大きさによりそのキャパシタンスが図１に示したように非線形に変化する可変容量コンデンサを接続すると、合成リアクタンスＸの絶対値を減ずることはないので、Ｘ＝０となる共振による不安定現象を経ることなく、結果として安定した動作で、負荷電圧の変動を抑えることができる。
【００１７】
本発明において、その回路図を図５に示すように、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が式（１）で負である容量性の場合には、コンデンサ及び負荷と並列に、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Ｌtには、図６に示すように、所要の電圧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、所要の電圧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。
【００１８】
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Ｌtは、巻線をリング状鉄心に巻くことで実現できる。鉄心の磁気飽和特性を利用して、上述のように非線形のインダクタンス特性を得ることができる。
負荷の端子電圧、従ってコンデンサＣ２及び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所要の電圧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の式（１）は共振に近い、小さな負の値に維持される。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の式（１）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。
【００１９】
負荷電圧の上昇に対して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の式（１）は常に負の値を大きくし、コンデンサＣ２に流れる電流を滅ずる。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が負である容量性の場合に、コンデンサ及び負荷と並列に、電圧の大きさによりそのインダクタンスが図６に示すように非線形に変化するインダクタを接続すると、合成リアクタンスＸの絶対値を減ずることはないので、Ｘ＝０となる共振による不安定現象を経ることなく、結果として安定した動作で、負荷電圧の変動を抑えることができる。
【００２０】
本発明によらない場合、例えば、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が正である誘導性の場合に、コンデンサ及び負荷と並列に、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。このインダクタは図６に示すように、所要の電圧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、所要の電圧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つものとする。
【００２１】
負荷の端子電圧、従ってコンデンサＣ２及び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所要の電圧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、小さな正の値に維持されるが、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、キャパシタンスによる負のリアクタンスが更に大きくなる。その途中で、結果として、小さな正の値に維持されていた合成リアクタンスＸが零、即ち、直列共振が起きる可能性がある。直列共振が起きると、非接触給電装置によって安定した電力集電が不可能となる。
【００２２】
同様に、本発明によらない場合、例えば、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が負である容量性の場合に、コンデンサ及び負荷と並列に、電圧の大きさによりそのキャパシタンスが非線形に変化する可変容量コンデンサＣxを接続し、且つ、この可変容量コンデンサに図２に示すように、所要の電圧よりも低い電圧の範囲で十分小さなキャパシタンスを保持し、所要の電圧よりも高い電圧に対してはキャパシタンスが急激に大きくなる非線形のキャパシタンス特性をもたせる場合においても、共振現象が起き得る。結果として、非接触給電装置によって安定した電力集電が不可能となる。
【００２３】
【発明の効果】
本発明の非接触給電装置によれば、ピックアップコイルと直列コンデンサの組み合わせで得られる容量性或いは誘導性の合成リアクタンスをもつ非接触給電装置に対して、どちらの場合でも、共振現象が起こる可能性が全くなく、確実で安定した動作の下、負荷電流による負荷端子電圧の変動を小さく抑えることができる。
しかも、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する必要がなくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の非接触給電装置の実施の形態を示し、合成リアクタンスが誘導性の場合の回路図である。
【図２】  本発明の実施例で用いられる可変容量コンデンサの電圧キャパシタンス特性を示す説明図である。
【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】  非接触給電装置における負荷電流に対する負荷端子電圧の特性を示す説明図である。
【図６】  本発明の非接触給電装置の第２実施例を示し、合成リアクタンスが容量性の場合の回路図である。
【図７】  本発明実施例で用いられるインダクタの電圧インダクタンス特性を示す説明図である。
【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２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   インダクタンス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
Ｃx   可変容量コンデンサ
Ｌt   インダクタ
１ａ  １次側導体
１ｂ  １次側導体
２    ピックアップコイル
３    鉄心
５    ピックアップコイル
７    ピックアッブ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】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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