(57)【要約】【課題】本開示は、工場等の規模が様々である場合や、工場等のレイアウトが変更される場合に、レール式非接触電力伝送システムを設計、交換又は調整するコスト及び手間を低減することを目的とする。【解決手段】本開示は、レールから移動体へと非接触で電力を伝送するために用いられ、レールの一部を構成するモジュールであり、送電回路の一部を構成する往復分の伝送線路と、他のモジュールと接続する接続部と、を備え、往復分の伝送線路のインダクタ及びキャパシタの直列合成が送電周波数において共振条件を満たすことを特徴とするレール式非接触電力伝送モジュールＭａ、Ｍｂである。そして、本開示は、レール式非接触電力伝送モジュールＭａ、Ｍｂが、レールの延伸方向に沿って接続されることを特徴とするレール式非接触電力伝送システムＳである。【選択図】図２
2019187060.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レールから移動体へと非接触で電力を伝送するために用いられ、
レールの一部を構成するモジュールであり、
送電回路の一部を構成する往復分の伝送線路と、
他のモジュールと接続する接続部と、を備え、
前記往復分の伝送線路のインダクタ及びキャパシタの直列合成が送電周波数において共振条件を満たす
ことを特徴とするレール式非接触電力伝送モジュール。
【請求項２】
前記往復分の伝送線路が一部を構成する送電コイルが、移動体が有する受電コイルと対向することを特徴とする、請求項１に記載のレール式非接触電力伝送モジュール。
【請求項３】
前記往復分の伝送線路が一部を構成する送電コイルが、移動体が有する受電コイルの外側に位置することを特徴とする、請求項１に記載のレール式非接触電力伝送モジュール。
【請求項４】
レールから移動体へと非接触で電力を伝送するために用いられ、
レールの一部を構成するモジュールであり、
送電回路の一部を構成する片道分の伝送線路と、
他のモジュールと接続する接続部と、を備え、
前記片道分の伝送線路のインダクタ及びキャパシタの直列合成が送電周波数において共振条件を満たす
ことを特徴とするレール式非接触電力伝送モジュール。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載のレール式非接触電力伝送モジュールが、レールの延伸方向に沿って、複数台数接続され、又は、単数台数だけ配置され、
レールの一端及び他端にそれぞれ接続される送電電源及び短絡回路を備える
ことを特徴とするレール式非接触電力伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、レールから移動体へと非接触で電力を伝送する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
レールから移動体へと非接触で電力を伝送する技術が、工場において搬送車を用いて部品を搬送する目的等に適用されている（例えば、特許文献１等を参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−３０９５０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
例えば、工場等で自動搬送車等への非接触給電を行う用途では、工場等の規模が様々である場合や、工場等のレイアウトが変更される場合は、レールの長さを変える必要が生じる。つまり、送電側のコイルのインダクタンスを変える必要が生じ、送電周波数において共振条件を満たすように、送電側のコンデンサのキャパシタンスを変える必要が生じる。
【０００５】
よって、工場等の規模が様々である場合や、工場等のレイアウトが変更される場合は、レールをその都度設計しなおす必要が生じたり、レールの交換やコンデンサの交換あるいはキャパシタンスの調整の必要が生じたりして、コスト及び手間がかかる。
【０００６】
そこで、前記課題を解決するために、本開示は、工場等の規模が様々である場合や、工場等のレイアウトが変更される場合に、レール式非接触電力伝送システムを設計、交換又は調整するコスト及び手間を低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するために、レールの一部を構成する単数台数あるいは複数台数のモジュール毎に、送電周波数において共振条件を満たすようにした。そうすることで、単数台数だけ配置する場合でも、複数台数接続する場合でも、レール式非接触電力伝送システム全体が、送電周波数において共振条件を満たすようになる。
【０００８】
具体的には、本開示は、レールから移動体へと非接触で電力を伝送するために用いられ、レールの一部を構成するモジュールであり、送電回路の一部を構成する往復分の伝送線路と、他のモジュールと接続する接続部と、を備え、前記往復分の伝送線路のインダクタ及びキャパシタの直列合成が送電周波数において共振条件を満たすことを特徴とするレール式非接触電力伝送モジュールである。
【０００９】
この構成によれば、上記の本開示の目的を達成することができる。ここで、レール全体の長さが長いときでも、つまり、送電側のコイル全体のインダクタンスが大きいときでも、送電側の各コンデンサが各モジュールに分散して配置されるため、送電側の各コンデンサの印加電圧を低減することができ、耐圧の低いコンデンサを使用することができる。
【００１０】
また、本開示は、前記往復分の伝送線路が一部を構成する送電コイルが、移動体が有する受電コイルと対向することを特徴とするレール式非接触電力伝送モジュールである。
【００１１】
この構成によれば、レール式非接触電力伝送システムを小型化する必要がないときには、図４に示すようにレール式非接触電力伝送モジュールを複雑化することなく、送電コイルと受電コイルとの間の結合係数を大きくすることができる。
【００１２】
また、本開示は、前記往復分の伝送線路が一部を構成する送電コイルが、移動体が有する受電コイルの外側に位置することを特徴とするレール式非接触電力伝送モジュールである。
【００１３】
この構成によれば、レール式非接触電力伝送システムを小型化する必要があるときでも、図６に示すようにレールの延伸方向に沿って受電コイルの移動溝を形成すれば、送電コイルと受電コイルとの間の結合係数を大きくすることができる。
【００１４】
また、本開示は、レールから移動体へと非接触で電力を伝送するために用いられ、レールの一部を構成するモジュールであり、送電回路の一部を構成する片道分の伝送線路と、他のモジュールと接続する接続部と、を備え、前記片道分の伝送線路のインダクタ及びキャパシタの直列合成が送電周波数において共振条件を満たすことを特徴とするレール式非接触電力伝送モジュールである。
【００１５】
この構成によれば、上記の本開示の目的を達成することができる。ここで、レール全体の長さが長いときでも、つまり、送電側のコイル全体のインダクタンスが大きいときでも、送電側の各コンデンサが各モジュールに分散して配置されるため、送電側の各コンデンサの印加電圧を低減することができ、耐圧の低いコンデンサを使用することができる。
【００１６】
そして、レール式非接触電力伝送システムを小型化する必要がないときには、図５に示すように送電コイルの幅サイズ及び受電コイルの径サイズを自由度高く設計したうえで、送電コイルと受電コイルとの間の結合係数を大きくすることができる。
【００１７】
さらに、レール式非接触電力伝送システムを小型化する必要があるときでも、図６に示すようにレールの延伸方向に沿って受電コイルの移動溝を形成すれば、送電コイルと受電コイルとの間の結合係数を大きくすることができる。
【００１８】
また、本開示は、以上に記載のレール式非接触電力伝送モジュールが、レールの延伸方向に沿って、複数台数接続され、又は、単数台数だけ配置され、レールの一端及び他端にそれぞれ接続される送電電源及び短絡回路を備えることを特徴とするレール式非接触電力伝送システムである。
【００１９】
この構成によれば、上記の本開示の目的を達成することができる。ここで、レール全体の長さが長いときでも、つまり、送電側のコイル全体のインダクタンスが大きいときでも、送電側の各コンデンサが各モジュールに分散して配置されるため、送電側の各コンデンサの印加電圧を低減することができ、耐圧の低いコンデンサを使用することができる。
【発明の効果】
【００２０】
このように、本開示は、工場等の規模が様々である場合や、工場等のレイアウトが変更される場合に、レール式非接触電力伝送システムを設計、交換又は調整するコスト及び手間を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本開示のレール式非接触電力伝送システムの概略構成を示す図である。
【図２】本開示のレール式非接触電力伝送モジュールの接続方法を示す図である。
【図３】本開示のレール式非接触電力伝送モジュールの接続方法を示す図である。
【図４】本開示のレール式非接触電力伝送モジュールの具体的構成を示す図である。
【図５】本開示のレール式非接触電力伝送モジュールの具体的構成を示す図である。
【図６】本開示のレール式非接触電力伝送モジュールの具体的構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
添付の図面を参照して本開示の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本開示の実施の例であり、本開示は以下の実施形態に制限されるものではない。
【００２３】
本開示のレール式非接触電力伝送システムの概略構成を図１に示す。レール式非接触電力伝送システムＳは、レールから移動体へと非接触で電力を伝送するために、送電電源１、往復分のコイル部材２、短絡回路３及び受電コイル４から構成される。
【００２４】
送電電源１は、レールの一端に接続される。往復分のコイル部材２は、レールの延伸方向に沿って配置される。短絡回路３は、レールの他端に接続される。受電コイル４は、送電回路から受電して、レールの延伸方向に沿って移動する。図１の上欄では、往復分のコイル部材２が構成する送電コイルは、受電コイル４と対向する。図１の下欄では、往復分のコイル部材２が構成する送電コイルは、受電コイル４の外側に位置する。
【００２５】
レール式非接触電力伝送システムＳは、工場において搬送車を用いて部品を搬送する目的、スライド扉等の自動扉を開閉する目的及び鉄道模型等の玩具を動作させる目的等に適用することができる。部品の搬送においては、工場の床面又は天井にレールが配置され、搬送車に受電コイル４が搭載される。自動扉の開閉においては、出入口の床面又は天井にレールが配置され、自動扉に受電コイル４が搭載される。玩具の動作においては、部屋の床面に鉄道模型等のレールが配置され、玩具に受電コイル４が搭載される。
【００２６】
本開示のレール式非接触電力伝送モジュールの接続方法を図２及び図３に示す。
【００２７】
図２では、レール式非接触電力伝送システムＳは、送電電源１、レール式非接触電力伝送モジュールＭａ、Ｍｂ及び短絡回路３から構成される。レール式非接触電力伝送モジュールＭａは、往復分のコイル部材２ａ及び各コイル部材２ａに直列接続される各コンデンサ５ａから構成される。レール式非接触電力伝送モジュールＭｂは、往復分のコイル部材２ｂ及び各コイル部材２ｂに直列接続される各コンデンサ５ｂから構成される。
【００２８】
レール式非接触電力伝送モジュールＭａは、レールの一部を構成するモジュールである。レール式非接触電力伝送モジュールＭｂも、レールの一部を構成するモジュールである。レール式非接触電力伝送モジュールＭａ、Ｍｂは、接続部（図２に不図示）を介してレールの延伸方向に沿って接続される。接続部として、具体的には、引っ掛け型の端子、汎用の配線、導電性のテープ又は嵌め込み型の機構等が挙げられる。往復分のコイル部材２ａ及びコンデンサ５ａは、送電回路の一部を構成する。往復分のコイル部材２ｂ及びコンデンサ５ｂも、送電回路の一部を構成する。
【００２９】
往復分のコイル部材２ａ及びコンデンサ５ａの直列合成は、送電周波数において共振条件を満たす。ここで、往路分のコイル部材２ａのインダクタンスをＬａ１とし、復路分のコイル部材２ａのインダクタンスをＬａ２とし、往路分のコンデンサ５ａのキャパシタンスをＣａ１とし、復路分のコンデンサ５ａのキャパシタンスをＣａ２とし、送電周波数をｆとする。すると、往復分のコイル部材２ａの直列合成インダクタンスは、Ｌａ＝Ｌａ１＋Ｌａ２となり、往復分のコンデンサ５ａの直列合成キャパシタンスは、Ｃａ＝Ｃａ１Ｃａ２／（Ｃａ１＋Ｃａ２）となり、送電周波数における共振条件は、ｆ＝１／（２π√（ＬａＣａ））となる。
【００３０】
往復分のコイル部材２ｂ及びコンデンサ５ｂの直列合成も、送電周波数において共振条件を満たす。ここで、往路分のコイル部材２ｂのインダクタンスをＬｂ１とし、復路分のコイル部材２ｂのインダクタンスをＬｂ２とし、往路分のコンデンサ５ｂのキャパシタンスをＣｂ１とし、復路分のコンデンサ５ｂのキャパシタンスをＣｂ２とし、送電周波数をｆとする。すると、往復分のコイル部材２ｂの直列合成インダクタンスは、Ｌｂ＝Ｌｂ１＋Ｌｂ２となり、往復分のコンデンサ５ｂの直列合成キャパシタンスは、Ｃｂ＝Ｃｂ１Ｃｂ２／（Ｃｂ１＋Ｃｂ２）となり、送電周波数における共振条件は、ｆ＝１／（２π√（ＬｂＣｂ））となる。
【００３１】
往復分のコイル部材２ａ、２ｂ及びコンデンサ５ａ、５ｂの直列合成も、送電周波数において共振条件を満たす。つまり、往復分のコイル部材２ａ、２ｂの直列合成インダクタンスは、Ｌ＝Ｌａ＋Ｌｂとなり、往復分のコンデンサ５ａ、５ｂの直列合成キャパシタンスは、Ｃ＝ＣａＣｂ／（Ｃａ＋Ｃｂ）となり、１／（２π√（ＬＣ））＝１／（２π√（ＬａＣａ））＝１／（２π√（ＬｂＣｂ））＝ｆとなり、送電周波数における共振条件が満たされる。
【００３２】
図３では、レール式非接触電力伝送システムＳは、送電電源１、レール式非接触電力伝送モジュールＭ１、Ｍ２、Ｍ４のうちの少なくともいずれかの複数台分又は単数台分、及び、短絡回路３から構成される。レール式非接触電力伝送モジュールＭ１は、レールの延伸方向に沿って、長さＬを有する。レール式非接触電力伝送モジュールＭ２は、レールの延伸方向に沿って、長さ２Ｌを有する。レール式非接触電力伝送モジュールＭ４は、レールの延伸方向に沿って、長さ４Ｌを有する。ここで、長さＬは、単位長さである。
【００３３】
レールの延伸方向に沿って、以下の長さを有するレールを構成するためには、以下のレール式非接触電力伝送モジュールを接続部（図３に不図示）を介して接続すればよく又は配置すればよい：
レールの長さＬ：１台のモジュールＭ１、
レールの長さ２Ｌ：１台のモジュールＭ２、
レールの長さ３Ｌ：それぞれ１台のモジュールＭ２、Ｍ１、
レールの長さ４Ｌ：１台のモジュールＭ４、
レールの長さ５Ｌ：それぞれ１台のモジュールＭ４、Ｍ１、
レールの長さ６Ｌ：それぞれ１台のモジュールＭ４、Ｍ２、
レールの長さ７Ｌ：それぞれ１台のモジュールＭ４、Ｍ２、Ｍ１。
【００３４】
このように、数パターンのレール式非接触電力伝送モジュール（例えば、図３の３パターンのモジュールＭ１、Ｍ２、Ｍ４）を設計すれば十分である。よって、工場等の規模が様々である場合や、工場等のレイアウトが変更される場合に、レール式非接触電力伝送システムＳを設計、交換又は調整するコスト及び手間を低減することができる。
【００３５】
さらに、レール全体の長さが長いときでも、つまり、送電側のコイル全体のインダクタンス（例えば、図２の直列合成インダクタンスＬ）が大きいときでも、送電側の各コンデンサ（例えば、図２の各コンデンサ５ａ、５ｂ）が各モジュール（例えば、図２の各モジュールＭａ、Ｍｂ）に分散して配置されるため、送電側の各コンデンサの印加電圧を低減することができ、耐圧の低いコンデンサを使用することができる。
【００３６】
本開示のレール式非接触電力伝送モジュールの具体的構成を図４から図６に示す。
【００３７】
図４では、レール式非接触電力伝送モジュールＭｒは、送電回路の一部を構成する往復分のコイル部材２ｒ及びコンデンサ５ｒを備える。往復分のコイル部材２ｒ及びコンデンサ５ｒの直列合成は、送電周波数において共振条件を満たす。
【００３８】
基板６ｒは、長方形状の基板である。往復分のコイル部材２ｒは、基板６ｒの２本の長辺に沿って形成される導電性パターンである（図４の上段の底面図、正面図及び側面図を参照。）。往復分のコンデンサ５ｒは、往復分のコイル部材２ｒに直列接続される（図４の上段の底面図、正面図及び側面図を参照。）。支持部材７ｒは、基板６ｒを支持する部材である（図４の上段の底面図、正面図及び側面図を参照。）。
【００３９】
往復分のコイル部材２ｒが一部を構成する送電コイルは、受電コイル４と対向する。ここで、受電コイル４は、基板６ｒから見て支持部材７ｒの反対側に配置される。そして、受電コイル４の径サイズは、往復分のコイル部材２ｒが一部を構成する送電コイルの幅サイズと同程度である（図４の下段の底面図、正面図及び側面図を参照。）。
【００４０】
このように、レール式非接触電力伝送システムＳを小型化する必要がないときには、レール式非接触電力伝送モジュールＭｒを複雑化することなく、往復分のコイル部材２ｒが一部を構成する送電コイルと受電コイル４との間の結合係数を大きくすることができる。
【００４１】
図５では、レール式非接触電力伝送モジュールＭｏは、送電回路の一部を構成する片道分のコイル部材２ｏ及びコンデンサ５ｏを備える。片道分のコイル部材２ｏ及びコンデンサ５ｏは、送電周波数において共振条件を満たす。ここで、片道分のコイル部材２ｏのインダクタンスをＬｏとし、片道分のコンデンサ５ｏのキャパシタンスをＣｏとすると、送電周波数における共振条件は、ｆ＝１／（２π√（ＬｏＣｏ））となる。
【００４２】
基板６ｏは、長方形状の基板である。片道分のコイル部材２ｏは、基板６ｏの１本の長辺に沿って形成される導電性パターンである（図５の上段の底面図、正面図及び側面図を参照。）。片道分のコンデンサ５ｏは、片道分のコイル部材２ｏに直列接続される（図５の上段の底面図、正面図及び側面図を参照。）。支持部材７ｏについては後述する。
【００４３】
２台のレール式非接触電力伝送モジュールＭｏは、片道分のコイル部材２ｏ同士がレールの幅方向に互いに避け合うように、支持部材７ｏを用いて１台のレール式非接触電力伝送モジュールとして組み合わされる（図５の下段の平面図、底面図及び側面図を参照。）。
【００４４】
往復分のコイル部材２ｏが一部を構成する送電コイルは、受電コイル４と対向する。ここで、受電コイル４は、基板６ｏから見て支持部材７ｏの反対側に配置される。そして、受電コイル４の径サイズは、往復分のコイル部材２ｏが一部を構成する送電コイルの幅サイズと同程度である（図５の下段の底面図、正面図及び側面図を参照。）。
【００４５】
このように、レール式非接触電力伝送システムＳを小型化する必要がないときには、送電コイルの幅サイズ及び受電コイル４の径サイズを自由度高く設計したうえで、送電コイルと受電コイル４との間の結合係数を大きくすることができる。
【００４６】
図６では、レール式非接触電力伝送モジュールＭｏは、送電回路の一部を構成する片道分のコイル部材２ｏ及びコンデンサ５ｏを備える。片道分のコイル部材２ｏ及びコンデンサ５ｏは、送電周波数において共振条件を満たす。ここで、片道分のコイル部材２ｏのインダクタンスをＬｏとし、片道分のコンデンサ５ｏのキャパシタンスをＣｏとすると、送電周波数における共振条件は、ｆ＝１／（２π√（ＬｏＣｏ））となる。
【００４７】
基板６ｏは、長方形状の基板である。片道分のコイル部材２ｏは、基板６ｏの１本の長辺に沿って形成される導電性パターンである（図６の上段の底面図、正面図及び側面図を参照。）。片道分のコンデンサ５ｏは、片道分のコイル部材２ｏに直列接続される（図６の上段の底面図、正面図及び側面図を参照。）。支持部材７ｏについては後述する。
【００４８】
２台のレール式非接触電力伝送モジュールＭｏは、片道分のコイル部材２ｏ同士がレールの幅方向に互いに向き合うように、支持部材７ｏを用いて１台のレール式非接触電力伝送モジュールとして組み合わされる（図６の下段の平面図、底面図及び側面図を参照。）。
【００４９】
往復分のコイル部材２ｏが一部を構成する送電コイルは、受電コイル４の外側に位置する。ここで、受電コイル４は、往復分のコイル部材２ｏの間の溝の中に配置される。そして、受電コイル４の径サイズは、往復分のコイル部材２ｏが一部を構成する送電コイルの幅サイズと同程度である（図６の下段の底面図、正面図及び側面図を参照。）。
【００５０】
このように、レール式非接触電力伝送システムＳを小型化する必要があるときでも、レールの延伸方向に沿って受電コイル４の移動溝を形成すれば、往復分のコイル部材２ｏが一部を構成する送電コイルと受電コイル４との間の結合係数を大きくすることができる。
【００５１】
図２から図６の本実施形態は、送電側及び受電側の両方において、コイル（レールのインダクタンス）と共振用のコンデンサが直列接続された直列共振回路が送電周波数における共振条件を満たすときに電力伝送効率が高くなるＳＳ方式に対して、特に適している。
【００５２】
図２の本実施形態では、往路分及び復路分のコイル部材のインダクタンスの大小を問うておらず、往路分及び復路分のコンデンサのキャパシタンスの大小を問うていない。図２の変形例として、往路分及び復路分のコイル部材のインダクタンスを等しくしてもよく、往路分及び復路分のコンデンサのキャパシタンスを等しくしてもよい。
【００５３】
図２から図６の本実施形態では、レールを直線状としている。図２から図６の変形例として、レールを曲線状としてもよい。このときには、曲線外側のコイル部材のインダクタンスは、曲線内側のコイル部材のインダクタンスより、大きくなる。
【００５４】
図２から図６の本実施形態では、コイル部材を基板上の導電性パターンとしている。図２から図６の変形例として、コイル部材を導線１本又は導線の束としてもよい。図２から図６の本実施形態では、コイル部材及びコンデンサを集中定数回路としている。図２から図６の変形例として、コイル部材及びコンデンサを分布定数回路としてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本開示のレール式非接触電力伝送モジュール及びレール式非接触電力伝送システムは、工場において搬送車を用いて部品を搬送する目的、スライド扉等の自動扉を開閉する目的及び鉄道模型等の玩具を動作させる目的等に適用することができる。
【符号の説明】
【００５６】
Ｓ：レール式非接触電力伝送システム
Ｍａ、Ｍｂ、Ｍ１、Ｍ２、Ｍ４、Ｍｒ、Ｍｏ：レール式非接触電力伝送モジュール
１：送電電源
２、２ａ、２ｂ、２ｒ、２ｏ：コイル部材
３：短絡回路
４：受電コイル
５ａ、５ｂ、５ｒ、５ｏ：コンデンサ
６ｒ、６ｏ：基板
７ｒ、７ｏ：支持部材
【図１】
2019187060.tif 000003
【図２】
2019187060.tif 000004
【図３】
2019187060.tif 000005
【図４】
2019187060.tif 000006
【図５】
2019187060.tif 000007
【図６】
2019187060.tif 000008