(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
搬送車に非接触で給電する非接触給電装置であって、
受電した直流電圧を昇圧することが可能な昇圧回路と、
前記昇圧回路の出力側に接続され、直流電圧を交流電圧に変換するインバータ回路と、
前記インバータ回路の出力側に配置され、前記交流電圧が印加されることにより、又は、前記交流電圧が変換された交流電流が流れることにより、非接触で前記搬送車に給電する非接触給電手段と、
前記搬送車への給電要否を判定する給電要否判定手段と、
前記給電要否判定手段により、前記搬送車への給電が不要であると判定された場合は、前記インバータ回路の直流−交流変換出力を停止させるインバータ出力停止手段と、
前記給電要否判定手段により、前記搬送車への給電が不要であると判定された場合は、前記昇圧回路に昇圧動作をさせることにより、前記インバータ回路の入力端子間に昇圧された直流電圧を印加しておく昇圧制御手段とを備える
ことを特徴とする非接触給電装置。
【請求項２】
前記インバータ出力停止手段は、
前記給電要否判定手段により、前記搬送車への給電が必要であると判定された場合は、前記インバータ回路に直流−交流変換出力をさせ、
前記昇圧制御手段は、
前記給電要否判定手段により、前記搬送車への給電が必要であると判定された場合は、前記昇圧回路に昇圧動作をさせず、前記インバータ回路の入力端子に前記受電した直流電圧を印加する
ことを特徴とする請求項１記載の非接触給電装置。
【請求項３】
前記昇圧制御手段は、
前記給電要否判定手段により、前記搬送車への給電が不要であると判定された場合は、前記昇圧回路とともに、前記インバータ回路の一部に昇圧動作をさせる
ことを特徴とする請求項１または２記載の非接触給電装置。
【請求項４】
前記非接触給電装置は、さらに、
前記インバータ回路の出力側と前記非接触給電手段の入力側との間に接続され、前記交流電圧を交流電流に変換する電圧電流変換回路を備え、
前記給電要否判定手段は、前記搬送車の電力負荷の増減に対応して変動する前記電圧電流変換回路の出力電圧が所定の閾値以下である場合、給電が不要であると判定する
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の非接触給電装置。
【請求項５】
前記給電要否判定手段は、前記搬送車から取得した信号が給電を不要とする旨の信号を受信した場合、給電が不要であると判定する
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の非接触給電装置。
【請求項６】
前記給電要否判定手段は、前記搬送車から取得した前記搬送車の負荷電力が所定の閾値以下である場合、給電が不要であると判定する
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の非接触給電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、搬送車などに非接触で電力を供給する非接触給電装置に関し、特に搬送車の動作即応性およびエネルギー効率の向上を実現した非接触給電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスなどの小型化、復合化、及び高機能化が進むにつれ、それが製造されるクリーンルームには、微細加工や多重プロセスのための高無塵度及び各工程の短時間化が要求される。この一役を担うものとして、近年では、無人搬送車が多用されている。
【０００３】
無人搬送車の利点として、工程間の受け渡しが自動化されることにより製造時間の短縮化が図られる、人為的ミスによる工程ロスが無くなる、などが挙げられる。
【０００４】
さらに、無人搬送車の駆動モータへのエネルギー供給を、非接触及び継続供給とすることにより、発塵の抑制および製造工程の更なる短縮化が図られる。このため、無人搬送車の駆動モータに非接触で電力を供給する非接触給電装置（特許文献１）が使用されている。
【０００５】
図５は、従来の非接触給電システムの外観図である。同図における非接触給電システムは、非接触給電装置７００と、搬送車８００と、走行レール９００とを備える。
【０００６】
非接触給電装置７００は、非接触給電回路７１０と、非接触給電線７２０と、給電線ホルダ７３０とを備える。
【０００７】
非接触給電回路７１０は、搬送車８００の駆動モータを駆動させるための交流電流を生成し、それを非接触給電線７２０に供給する。
【０００８】
非接触給電線７２０は、床面上に固定された給電線ホルダ７３０により固定され、非接触給電回路７１０から供給された交流電流を流す。
【０００９】
搬送車８００は、その下部外側にコア８１０とピックアップコイル８２０とを備える。
コア８１０は、２本の平行な非接触給電線７２０を囲むように配置されている。また、非接触給電線７２０と最接近するコア８１０の表面に、ピックアップコイル８２０が配置されている。この配置と非接触給電線７２０の交流電流による電磁誘導により、搬送車８００は、ピックアップコイル８２０を介して非接触給電線７２０から交流電力を得る。
【００１０】
図６は、上述した従来の非接触給電回路７１０、非接触給電線７２０、及び搬送車８００の機能構成図である。
【００１１】
同図における非接触給電回路７１０は、直流電源部７１１と、インバータ回路７１２と、電圧電流変換回路７１３とを備える。
【００１２】
直流電源部７１１は、一定の直流電圧をインバータ回路７１２に出力する。
インバータ回路７１２は、直流電源部７１１から出力された直流電圧を入力として、それを交流電圧に変換する。
【００１３】
電圧電流変換回路７１３は、インバータ回路７１２から出力された交流電圧を交流電流に変換し、それを非接触給電線７２０へ出力する。
【００１４】
非接触給電線７２０から搬送車８００への給電原理については、上述したように、交流電流を電磁エネルギーに変換することによるものである。
【００１５】
以上説明したシステムにより、搬送車８００は、ウェハカセットなど搬送物の搬送動作や移載動作に必要な電力を、非接触で、かつ継続的に非接触給電装置から得ることができる。
【特許文献１】特開２００５−３０６２４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、上述したシステムでは、負荷である搬送車８００の電力使用状況に関係なく、搬送車８００側で要求される負荷に常時対応可能な電流値を出力するようにしている為、常に一定の交流電圧がインバータ回路７１２で生成されている。よって、搬送車８００が低負荷で運転するような場合にも、通常負荷時と同じ電流が給電され続けているため、交番磁界による給電線ホルダ７３０や周辺の設置物のエネルギー吸収により、エネルギー損失が発生する。
【００１７】
この供給電力の損失問題を解決するため、インバータ回路７１２の出力電圧、電圧電流変換回路７１３の出力電圧、または搬送車８００の駆動電圧などをモニタすることにより、負荷である搬送車の電力使用状況を監視し、その変動によりインバータ回路動作をオンオフするといった間欠給電方式が考えられる。
【００１８】
しかしながら、搬送車８００が休止状態から動作状態へ移行する動作加速時には、非接触給電回路７１０には、特に大きな負荷がかかる。よって、この再開動作を行うときには、搬送車８００は十分な負荷電力が得られず、良好な動作即応性が確保されないことが想定される。つまり、動作が定常状態に入るまでに大きなタイムラグが生じてしまう。さらに、その大きなタイムラグのため、その間に発生する電力損失も大きい。
【００１９】
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、搬送車の動作再開時に急激な負荷変動があっても、再開動作のタイムラグが小さく、かつ、エネルギー効率の高い非接触給電装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記目的を達成するために、本発明に係る非接触給電装置は、搬送車に非接触で給電する非接触給電装置であって、受電した直流電圧を昇圧することが可能な昇圧回路と、前記昇圧回路の出力側に接続され、直流電圧を交流電圧に変換するインバータ回路と、前記インバータ回路の出力側に配置され、前記交流電圧が印加されることにより、又は、前記交流電圧が変換された交流電流が流れることにより、非接触で前記搬送車に給電する非接触給電手段と、前記搬送車への給電要否を判定する給電要否判定手段と、前記給電要否判定手段により、前記搬送車への給電が不要であると判定された場合は、前記インバータ回路の直流−交流変換出力を停止させるインバータ出力停止手段と、前記給電要否判定手段により、前記搬送車への給電が不要であると判定された場合は、前記昇圧回路に昇圧動作をさせることにより、前記インバータ回路の入力端子間に昇圧された直流電圧を印加しておく昇圧制御手段とを備えることを特徴とする。
【００２１】
この構成をとることにより、搬送車の動作再開時に急激な負荷上昇があっても、予めインバータ回路の入力直流電圧が電源電圧よりも高く設定されているので、十分な負荷電力が動作再開時に供給される。よって、タイムラグの小さい動作即応性が確保される。また、タイムラグが小さいため、その間に発生する電力損失が低減する。
【００２２】
また、前記インバータ出力停止手段は、前記給電要否判定手段により、前記搬送車への給電が必要であると判定された場合は、前記インバータ回路に直流−交流変換出力をさせ、前記昇圧制御手段は、前記給電要否判定手段により、前記搬送車への給電が必要であると判定された場合は、前記昇圧回路に昇圧動作をさせず、前記インバータ回路の入力端子に前記受電した直流電圧を印加してもよい。
【００２３】
これにより、給電が不要な場合には再開時に搬送車の高い動作即応性や負荷電力の高効率化が実現されるとともに、給電が必要な場合には昇圧動作は休止しているので、搬送車の定常動作時に必要以上の電力が供給されない。よって、電力損失がさらに回避される。
【００２４】
また、前記昇圧制御手段は、前記給電要否判定手段により、前記搬送車への給電が不要であると判定された場合は、前記昇圧回路とともに、前記インバータ回路の一部に昇圧動作をさせることが好ましい。
【００２５】
これにより、給電が不要なとき、つまりインバータ動作の休止時に、インバータ回路の一部を昇圧動作として機能させることができるので、本発明の非接触給電装置に必要な部品点数が削減され、安価な回路構成が実現される。
【００２６】
また、前記非接触給電装置は、さらに、前記インバータ回路の出力側と前記非接触給電手段の入力側との間に接続され、前記交流電圧を交流電流に変換する電圧電流変換回路を備え、前記給電要否判定手段は、前記搬送車の電力負荷の増減に対応して変動する前記電圧電流変換回路の出力電圧が所定の閾値以下である場合、給電が不要であると判定することが好ましい。
【００２７】
これにより、移動体である搬送車から直接、電力使用状況を監視する必要がないので、搬送車の移動場所などに制約されることなく、コンパクトな制御システムが構成される。
【００２８】
また、前記給電要否判定手段は、前記搬送車から取得した信号が給電を不要とする旨の信号を受信した場合、給電が不要であると判定してもよい。
【００２９】
これにより、本発明の非接触給電装置は、搬送車のへの給電が不要となったことを搬送車から直接入手できるので、インバータ回路動作と昇圧回路動作の切り換えタイムラグが短縮化され、搬送車はより高い動作即応性を実現することができる。
【００３０】
また、前記給電要否判定手段は、前記搬送車から取得した前記搬送車の負荷電力が所定の閾値以下である場合、給電が不要であると判定することが好ましい。
【００３１】
これにより、搬送車の負荷状況を搬送車から直接入手できるので、搬送車がより高い動作即応性を実現できる。加えて、搬送車ではなく本発明の非接触給電装置が給電要否を主体的に判定することができるので、給電要否の閾値を状況に応じて変更することができる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明により、搬送車の動作再開時に急激な電力負荷変動があっても、搬送車の再開動作に必要な電力が効率的に供給されるので、再開動作のタイムラグが小さく、かつ、エネルギー効率の高い非接触給電装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る非接触給電装置の機能構成図である。同図における非接触給電装置１は、昇圧回路２０と、インバータ回路３０と、電圧電流変換回路４０と、非接触給電手段５０と、制御部６０とを備える。
【００３４】
直流電源部１０は、昇圧回路２０及びインバータ回路３０に直流電圧を供給する機能を有する。
【００３５】
昇圧回路２０は、直流電源部１０の出力側およびインバータ回路３０の入力側に接続され、直流電源部１０から出力される直流電圧を入力として、直流電圧を昇圧する機能を有する。
【００３６】
インバータ回路３０は、昇圧回路２０の出力側および電圧電流変換回路４０の入力側に接続され、直流電源部１０から出力される直流電圧、または昇圧回路２０から出力される昇圧された直流電圧を入力として交流電圧に変換する機能を有する。
【００３７】
昇圧回路２０及びインバータ回路３０の具体的な機能については、図２を用いて後述する。
【００３８】
電圧電流変換回路４０は、インバータ回路３０の出力側および非接触給電手段５０の入力端子に接続され、インバータ回路３０から出力される交流電圧を入力として交流電流に変換する機能を有する。
【００３９】
非接触給電手段５０は、電圧電流変換回路４０の出力端子に接続され、例えば、図５に記載された非接触給電線７２０と同様の構成であり、搬送車７０が走行する走行レールに沿って架設される。
【００４０】
非接触給電手段５０を流れる交流電流が搬送車７０に給電される原理については、図５に記載された従来の非接触給電システムの場合と同様である。つまり、非接触給電手段５０を流れる交流電流により電磁誘導が発生し、その電磁誘導を搬送車７０に設置されたピックアップコイルが起電力として検出する。
【００４１】
制御部６０は、給電要否判定手段６０１と、インバータ出力停止手段６０２と、昇圧制御手段６０３とを備える。
【００４２】
給電要否判定手段６０１は、搬送車７０の負荷状態、つまり電力使用状況を監視することにより搬送車７０への給電の要否を判定し、その結果を電気信号によりインバータ出力停止手段６０２及び昇圧制御手段６０３に出力する。
【００４３】
インバータ出力停止手段６０２は、給電要否判定手段６０１から出力された電気信号に基づき、インバータ回路３０の動作を制御する。
【００４４】
昇圧制御手段６０３は、給電要否判定手段６０１から出力された電気信号に基づき、昇圧回路２０の動作を制御する。
【００４５】
具体的には、制御部６０は、搬送車７０の負荷状態が、設定された閾値より大きい場合はインバータ回路３０を動作させ、昇圧回路２０を休止させる。また、制御部６０は、搬送車７０の負荷状態が、設定された閾値より小さい場合はインバータ回路３０を休止させ、昇圧回路２０を動作させる。制御部６０による具体的な回路動作については、図３及び図４を用いて群述する。
【００４６】
本発明の非接触給電装置１では、負荷変動により搬送車７０で使用する電流が増減すると、これに比例して給電側である電圧電流変換回路４０の出力電圧も増減するので、電圧電流変換回路４０の出力電圧を監視すれば、受電側である搬送車７０の電力負荷状態が判断される。
【００４７】
これにより、移動体である搬送車７０の電気信号が直接搬送車７０から取り出される必要がないので、搬送車７０の移動場所などに制約されることなく、コンパクトな制御部６０が構成される。
【００４８】
なお、本実施例では搬送車７０の電力負荷状態を、上述した利点から、電圧電流変換回路４０の出力電圧を監視することにより判定しているが、搬送車７０の負荷状態を表す電気信号を搬送車７０から直接受信することで負荷状態を判定してもよい。例えば、この電気信号にあたるものとして、搬送車７０の負荷電圧が挙げられる。これにより、インバータ回路３０の動作と昇圧回路２０の動作との切り換えタイムラグが短縮化され、搬送車７０はより高い動作即応性を実現することができる。
【００４９】
また、給電要否判定手段６０１は、インバータ回路の入力直流電圧を取得し、当該入力直流電圧が昇圧目標電圧に達した場合は、昇圧回路２０を休止させる。
【００５０】
図２Ａは、本発明の実施の形態における変形例１を示す非接触給電装置の回路構成図である。同図における非接触給電装置２は、昇圧回路２０Ａと、インバータ回路３０と、電圧電流変換回路４０と、非接触給電手段５０と、制御部６０とを備える。
【００５１】
直流電源部１０は、一定の直流電圧を出力する定電圧源であるが、例えば、商用周波数の交流電源部からの交流電流を整流回路により直流化して得られたものであってもよい。
【００５２】
昇圧回路２０Ａは、スイッチ素子２１と、コンデンサ２２と、ダイオード２３と、インダクタ２４と、ダイオード２５と、インダクタ２６と、ダイオード２７と、コンデンサ３５とを備える。スイッチ素子２１は、ＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、以下、ＦＥＴと記す）２１１と、ダイオード２１２とを備える。ＦＥＴ２１１は、ｎチャネルのエンハンスメント型ＦＥＴである。スイッチ素子２１は、ＦＥＴ２１１のドレイン端子にダイオード２１２のカソード端子が、またＦＥＴ２１１のソース端子にダイオード２１２のアノード端子が接続されている。また、ＦＥＴのゲート端子は、全て制御部６０に接続され、制御部６０からの制御信号を入力とする。
【００５３】
インバータ回路３０は、スイッチ素子３１と、スイッチ素子３２と、スイッチ素子３３と、スイッチ素子３４とを備える。スイッチ素子３１は、ＦＥＴ３１１と、ダイオード３１２とを備える。スイッチ素子３２は、ＦＥＴ３２１と、ダイオード３２２とを備える。スイッチ素子３３は、ＦＥＴ３３１と、ダイオード３３２とを備える。スイッチ素子３４は、ＦＥＴ３４１と、ダイオード３４２とを備える。インバータ回路３０における各スイッチは、昇圧回路２０Ａにおけるスイッチ素子２１と同様に、１つのｎチャネルエンハンスメント型ＦＥＴと１つのダイオードから構成されており、各端子の接続関係も同様である。
【００５４】
図１に記載された実施の形態における機能構成図では、昇圧回路２０は単独で昇圧動作を実行するのに対し、本実施の形態における変形例１に記載された回路構成では、昇圧回路２０Ａと、インバータ回路３０のスイッチ素子３２及び３４が連係動作することにより、昇圧がなされる。
【００５５】
昇圧回路２０Ａによる昇圧動作とインバータ回路３０によるインバータ動作とは、同時に動作しないことから、インバータ回路３０の有する回路素子の一部が昇圧動作のために使用されることが可能となる。これにより、本発明の非接触給電装置に必要な部品点数が削減され、安価な回路構成が実現される。
【００５６】
ここで、昇圧回路２０Ａの昇圧動作原理を説明する。
昇圧回路２０Ａの動作中では、ＦＥＴ２１１は常にオン状態である。一方、インバータ回路３０のＦＥＴ３１１及びＦＥＴ３３１は常にオフ状態である。
【００５７】
まず、ＦＥＴ３２１及びＦＥＴ３４１をオンにする。すると、コンデンサ２２及びコンデンサ３５には、直流電源部１０から出力される直流電圧をＶDEとすると、ＶDEを上限として電荷がそれぞれ蓄積される。さらに、インダクタ２４及び２６には、ＦＥＴ３２１及びＦＥＴ３４１がオン状態である時間幅をＴONとし、その間にインダクタ２４及び２６に流れる電流をそれぞれＩA及びＩBとすると、ＶDEＩAＴON及びＶDEＩBＴONなるエネルギーが保持される。
【００５８】
その後、ＦＥＴ３２１及びＦＥＴ３４１をオフにすると、インダクタ２４及び２６に保持されたエネルギーＶDEＩAＴON及びＶDEＩBＴONは、インダクタ２４及び２６からみて順方向となるダイオード３１２及び３３２を介してコンデンサ３５に蓄積される。
【００５９】
ＦＥＴ３２１及びＦＥＴ３４１がオフ状態である時間幅をＴOFFとし、その間に定常状態となり、コンデンサ３５の両端の電圧ＶCEがＶ1になったとすると、
（Ｖ1−ＶDE）・（ＩA＋ＩB）・ＴOFF＝ＶDEＩAＴON＋ＶDEＩBＴON    （式１）
が成立し、これを展開すると、
Ｖ1＝｛（ＴON＋ＴOFF）／ＴOFF｝・ＶDE    （式２）
となる。
【００６０】
式２より明らかなように、Ｖ1はＶDEより大きい直流昇圧電圧となっており、コンデンサ３５の両端の電圧ＶCEは直流電源部１０から出力された直流電圧ＶDEよりも大きくなることがわかる。また、ＦＥＴ３２１及びＦＥＴ３４１のＴON及びＴOFFの値が調整されることにより、そして、このオンオフ動作が繰り返されるにつれ、コンデンサ３５の電圧ＶCEは大きくなる。
【００６１】
つまり、昇圧回路２０Ａは、昇圧チョッパとして動作しており、ＦＥＴ３２１及びＦＥＴ３４１は、昇圧チョッパ用スイッチ素子として機能している。
【００６２】
なお、昇圧回路として、図２Ｂに記載された回路構成をとってもよい。図２Ｂは、本発明の実施の形態における変形例２を示す非接触給電装置の回路構成図である。同図における非接触給電装置は、昇圧回路２０Ｂを含む。昇圧回路２０Ｂは、スイッチ素子２１と、コンデンサ２２と、ダイオード２３と、ダイオード２５と、ダイオード２７と、インダクタ２８と、コンデンサ２９と、コンデンサ３５とを備える。図２Ｂに記載された非接触給電装置は、図２Ａに記載された非接触給電装置と比較して、昇圧回路２０Ｂのみが異なる。昇圧回路２０Ｂは、図２Ａに記載された昇圧回路２０Ａと比較して、インダクタ２４及び２６が１つのインダクタ２８にまとめられている点、及び、ダイオード２７に対しコンデンサ２９が並列接続されている点のみが異なる。図２Ａに記載された昇圧回路２０Ａと同じ点は説明を省略し、以下、異なる点のみ説明する。
【００６３】
インダクタ２８は、ＦＥＴ３２１及びＦＥＴ３４１がオン状態である時間幅をＴONとし、その間にインダクタ２８に流れる電流をＩCとすると、ＶDEＩCＴONなるエネルギーが保持される。
【００６４】
その後、ＦＥＴ３２１及びＦＥＴ３４１をオフにすると、インダクタ２８に保持されたエネルギーＶDEＩCＴONは、インダクタ２８からみて順方向となるダイオード３１２及び３３２に分配される。
【００６５】
これにより、２個のインダクタを並列に配置した場合に比べ、部品点数の削減及び回路の省面積化が図られる。
【００６６】
また、ＦＥＴ３２１及びＦＥＴ３４１がオン状態に場合には、コンデンサ２２及びコンデンサ３５にはＶDEを上限として電荷がそれぞれ蓄積されるのに対し、ダイオード２７と並列接続されているコンデンサ２９には、この間、電荷は蓄積されない。その後、ＦＥＴ３２１及びＦＥＴ３４１がオフ状態となった場合には、インダクタ２８に保持されたエネルギーＶDEＩCＴONは、インダクタ２８からみて順方向となるダイオード３１２及び３３２を介してコンデンサ２９に蓄積されようになる。つまり、電源電圧ＶDE以上の昇圧電圧はコンデンサ２９に保持される。これにより、コンデンサ３５には電源電圧ＶDE以上の電圧がかからないので、コンデンサ３５を耐圧の低いものとすることができ、回路の安全化や低廉化が実現される。
【００６７】
なお、図２Ｂに記載された昇圧回路２０Ｂにおいて、インダクタ２８及びコンデンサ２９は同時に適用されなくてよい。インダクタ２８及びコンデンサ２９のそれぞれが独立に適用されることによっても、それぞれの有する効果が発揮される。
【００６８】
次に、インバータ回路３０の交流変換の動作原理を説明する。
インバータ回路３０の動作中の固定条件としては、ＦＥＴ２１１は常にオフ状態である。つまり、ダイオード２１２、２３、及び２５の接続方向より、インダクタ２４及び２６が接続されたパスは、常時開放状態となっている。
【００６９】
インバータ回路３０は、電圧型インバータを構成しており、コンデンサ３５の両端の電圧ＶCEを入力電圧とし、４つのスイッチ素子３１、３２、３３、及び３４によって電流パスを切り換えることにより、電圧電流変換回路４０に方形波の交流電圧を供給する。つまり、各ＦＥＴのゲート端子に印加する制御信号は、各ＦＥＴのオン時間とオフ時間の比による平均電圧を調整するパルス幅変調方式（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：以下、ＰＷＭ方式と記す）により、制御されている。
【００７０】
ＦＥＴ３１１とＦＥＴ３２１とは常に反転の関係となっており、また、ＦＥＴ３３１とＦＥＴ３４１とも常に反転の関係となっている。スイッチ素子３１とスイッチ素子３２とで形成されたＰＷＭ交流電圧が電圧電流変換回路４０の一端に出力され、また、スイッチ素子３３とスイッチ素子３４とで形成され、スイッチ素子３１とスイッチ素子３２とで形成されたＰＷＭ交流電圧とは位相の異なるＰＷＭ交流電圧が電圧電流変換回路４０の他端に出力される。
【００７１】
上述した動作原理のとおり、スイッチ素子３２及び３４は、オンオフの時間幅およびそのタイミングを変更することにより、インバータ動作ための機能と昇圧動作のための機能とを有している。
【００７２】
次に、上述した昇圧回路２０Ａ及びインバータ回路３０の動作を制御する制御部６０の構成および動作について説明する。
【００７３】
図２Ａに記載された制御部６０は、給電要否判定手段６０１とＦＥＴドライバ回路６０４とを備える。
【００７４】
給電要否判定手段６０１は、差動アンプ６０１Ａ及び６０１Ｃと、コンパレータ６０１Ｂ及び６０１Ｄとを備える。
【００７５】
差動アンプ６０１Ａは、電圧電流変換回路４０の出力端子Ｆ及びＧの各電圧を入力とし、差動電圧ＶFGとして出力する。この差動電圧は、搬送車７０の負荷状態の増減に対応して増減する。
【００７６】
差動アンプ６０１Ｃは、インバータ回路３０の入力電圧ＶCEを差動電圧として出力する。
【００７７】
コンパレータ６０１Ｂは、設定された参照電圧Ｖｒｅｆ１と、差動アンプ６０１Ａの出力電圧との大小関係を比較し、昇圧回路２０Ａ及びインバータ回路３０のオンオフ動作を決定する。ここで、参照電圧Ｖｒｅｆ１は、搬送車７０の負荷状況による非接触給電手段５０からの給電要否を決定する電圧値に設定される。
【００７８】
なお、前述したように、差動アンプ６０１Ａへの入力電圧は、電圧電流変換回路４０の出力端子Ｆ及びＧの各電圧ではなく、搬送車７０から直接取り出された搬送車７０の負荷電圧であってもよい。この場合、制御部６０は、搬送車７０の電力使用状況を搬送車７０から直接入手できるので、インバータ回路動作と昇圧回路動作の切り換えタイムラグが短縮化される。
【００７９】
また、コンパレータ６０１Ｄは、設定された参照電圧Ｖｒｅｆ２と、差動アンプ６０１Ｃの出力電圧との大小関係を比較し、昇圧回路２０Ａのオンオフ動作を決定する。ここで、参照電圧Ｖｒｅｆ２は、インバータ回路３０の休止時に昇圧しておくべきＶCEの値に設定される。
【００８０】
ＦＥＴドライバ回路６０４は、図１の機能構成図に記載されたインバータ出力停止手段６０２及び昇圧制御手段６０３の機能を有する。具体的には、給電要否判定手段６０１の判定結果に従い、各ＦＥＴのゲート端子へ適切な制御信号を出力することにより、昇圧回路２０Ａとインバータ回路３０との動作切り換え及びそれらの動作を実行する。
【００８１】
図３は、搬送車７０の負荷が変動した場合の制御部６０の動作フローチャートである。
同図には、搬送車７０が通常の負荷動作を実行している状態、つまり、インバータ動作がオンで昇圧動作がオフである状態を初期状態としている。
【００８２】
まず、上述した初期状態において、制御部６０の有する給電要否判定手段６０１は、搬送車７０の受電要否を判断する。つまり、電圧電流変換回路４０の出力電圧が参照値Ｖｒｅｆ１よりも大きいか否かを監視し判定する（Ｓ１０）。
【００８３】
給電要否判定手段６０１が搬送車７０への給電が必要と判定した場合、つまり、電圧電流変換回路４０の出力電圧が参照値Ｖｒｅｆ１より大きい場合は（Ｓ１０でｙｅｓ）、ＦＥＴドライバ回路６０４から各ＦＥＴへ出力される制御信号により、インバータ回路３０をオン状態にし、かつ、昇圧回路２０Ａをオフ状態にする（Ｓ２０）。つまり、本フローチャートの初期状態を維持している状態である。
【００８４】
一方、給電要否判定手段６０１が搬送車７０への給電が不要と判定した場合、つまり、電圧電流変換回路４０の出力電圧が参照値Ｖｒｅｆ１より小さい場合は（Ｓ１０でＮｏ）、給電要否判定手段６０１はインバータ回路３０の入力電圧が昇圧目標値に到達しているか、つまり、ＶCEがＶｒｅｆ２に到達しているか否かを判定する（Ｓ３０）。
【００８５】
ＶCEがＶｒｅｆ２に到達していれば（Ｓ３０でｙｅｓ）、ＦＥＴドライバ回路６０４から各ＦＥＴへ出力される制御信号により、インバータ回路３０及び昇圧回路２０Ａの両方をオフ状態にする（Ｓ４０）。つまり、搬送車７０への給電が必要となる時までインバータ回路３０は待機状態となる。
【００８６】
一方、ＶCEがＶｒｅｆ２より小さい時は（Ｓ３０でＮｏ）、ＦＥＴドライバ回路６０４から各ＦＥＴへ出力される制御信号により、インバータ回路３０をオフ状態にし、かつ、昇圧回路２０Ａをオン状態にする（Ｓ５０）。つまり、昇圧回路２０Ａが昇圧動作を実行している状態である。
【００８７】
ステップＳ４０またはステップＳ５０の後は、インバータ回路３０をオン状態とする（Ｓ６０）。これは、次のステップＳ１０では、電圧電流変換回路４０の出力電圧の大きさを判断するが、インバータ回路３０が停止していると当該出力電圧が発生せずステップＳ１０での判断が不可能となることを回避するためである。よって、電圧電流変換回路４０の出力電圧が計測されればよいので、インバータ回路３０のオン状態は瞬時でよい。
【００８８】
ステップＳ６０の後は、ステップＳ１０へと戻る。
図４は、搬送車７０が負荷動作している状態から負荷動作が低下した状態へ変動し、その後再び負荷動作している状態へ変動した場合、つまり、搬送車７０が受電必要な状態→受電不要な状態→受電必要な状態へと移行した場合のタイミングチャートである。
【００８９】
図４に記載されたタイミングチャートの時間的な範囲は、図３に記載されたフローチャートでは、ステップＳ１０→ステップＳ３０→ステップＳ５０→ステップＳ１０→ステップＳ３０→ステップＳ４０→ステップＳ１０→ステップＳ２０の動作範囲に対応している。
【００９０】
まず、時刻ｔ１までは、図３に記載されたフローチャートにおける初期状態を表している。つまり、この初期状態では、電圧電流変換回路４０の出力電圧ＶFGは閾値Ｖｒｅｆ１より大きい。図２Ａの回路図に記載されたＦＥＴ２１１のゲート端子であるＧ２１１の電圧レベルがＬＯＷであるのでＦＥＴ２１１はオフ状態となり、昇圧回路２０Ａは休止状態となる。
【００９１】
一方、インバータ回路３０は、図２Ａに記載されたＦＥＴ３１１、ＦＥＴ３２１、ＦＥＴ３３１、及びＦＥＴ３４１が各々所定のタイミングや時間幅でオンオフ動作を実行することにより、インバータ動作状態となる。つまり、ＦＥＴ３１１、ＦＥＴ３２１、ＦＥＴ３３１、及びＦＥＴ３４１のゲート端子Ｇ３１１、Ｇ３２１、Ｇ３３１、及びＧ３４１が、前述したＰＷＭ方式に従い電圧レベルを調整することにより、インバータ回路３０は、ＰＷＭ交流電圧を出力する。また、この間、インバータ回路３０に入力される直流電圧ＶCEは、例えば、直流電源部１０の直流電圧ＶDEである２８０Ｖとなっている。
【００９２】
次に、時刻ｔ１では、搬送車７０の電力負荷が低下し、ＶFGがＶｒｅｆ１以下となっている。この時点で、Ｇ３１１、Ｇ３２１、Ｇ３３１、及びＧ３４１の電圧レベルはすべてＬＯＷとなり、インバータ回路３０は休止状態となる。
【００９３】
同時に、時刻ｔ１では、Ｇ２１１の電圧レベルがＨＩＧＨとなり、昇圧回路２０Ａが動作状態となる。昇圧回路２０Ａが動作状態の間、ＦＥＴ３１１及びＦＥＴ３３１は、常にオフ状態となる。一方、ＦＥＴ３２１及びＦＥＴ３４１はインバータ動作から昇圧動作へと機能変化する。
【００９４】
ここで、時刻ｔ１は、図３におけるフローチャートにおいては、ステップＳ１０でＮｏとなった瞬間である。
【００９５】
次に時刻ｔ１から時刻ｔ２の間では、Ｇ３２１とＧ３４１とが同期しながら電圧レベルが変化し、ＦＥＴ３２１及びＦＥＴ３４１が同期しながらオンオフする。前述したように、Ｇ３２１及びＧ３４１がオンのときは、インダクタ２４及び２６に電気エネルギーが保持される。その後、Ｇ３２１及びＧ３４１がオフとなり、予めインダクタ２４及び２６に保持された電気エネルギーがダイオード３１２及び３３２を通ってコンデンサ３５に蓄積される。このＧ３２１及びＧ３４１のオンオフ動作が繰り返され、コンデンサ３５の蓄積エネルギーが増加する。これにより、その両端の電圧ＶCEは、昇圧された直流電圧となり上昇する。
【００９６】
ここで、時刻ｔ１から時刻ｔ２の間は、図３におけるフローチャートにおいては、ステップＳ５０の状態を保持している。
【００９７】
次に、時刻ｔ２では、ＶCEが目標電圧であるＶｒｅｆ２（５６０Ｖ）に到達している。この時点で、Ｇ２１１の電圧レベルがＬＯＷとなり、また、Ｇ３２１及びＧ３４１も常時オフとなり、昇圧回路２０Ａ及びインバータ回路３０の両方が休止状態となる。
【００９８】
ここで、時刻ｔ２は、図３におけるフローチャートにおいては、ステップＳ３０でＹｅｓとなった瞬間である。
【００９９】
また、時刻ｔ２から時刻ｔ３の間は、図３におけるフローチャートにおいては、ステップＳ４０の状態を保持している。
【０１００】
なお、時刻ｔ１から時刻ｔ３の間では、インバータ動作が停止しているので、ＶFGが発生しない。従って、図面には記載されていないが、時刻ｔ１から時刻ｔ２の間では、瞬時に昇圧動作を停止すると同時にインバータ動作を開始しＶFGを計測し、その後、インバータ動作を停止し昇圧動作を復元するという動作が定期的に行われる。また、時刻ｔ２から時刻ｔ３の間では、瞬時にインバータ動作を開始しＶFGを計測し、その後、インバータ動作を停止するという動作が定期的に行われる。
【０１０１】
なお、本実施例では、搬送車７０の電力負荷状態を電圧電流変換回路４０の出力電圧ＶFGを監視することにより判定しているが、前述したように、搬送車７０の負荷状態を表す電気信号を搬送車７０から直接受信することで負荷状態を判定してもよい。例えば、この電気信号にあたるものとして、搬送車７０の負荷電圧が挙げられる。この搬送車７０の負荷電圧が、ＶFGの代わりにインバータ動作及び昇圧動作の切り換え判断基準として使用されることにより、図４記載の時刻ｔ１から時刻ｔ３の間では、インバータ動作を瞬時にオン状態とせずとも搬送車７０の負荷状態が判断される。
【０１０２】
次に、時刻ｔ３では、搬送車７０の電力負荷が上昇し、ＶFGがＶｒｅｆ１よりも大きくなっている。この時点で、ＦＥＴ３１１、ＦＥＴ３２１、ＦＥＴ３３１、及びＦＥＴ３４１は、インバータ回路３０としての動作を開始し、前述したＰＷＭ方式に従い各々の電圧レベルを調整する。これにより、インバータ回路３０は、ＰＷＭ交流電圧を出力する。
【０１０３】
特に、この時刻ｔ３では、ＶCEが、予め昇圧された直流電圧の目標値である５６０Ｖとなっているため、搬送車７０の急激な負荷上昇に対応した十分な交流電流が供給される。搬送車７０の急激な負荷上昇とは、例えば、搬送車７０が停止状態から走行状態へ変化する時の加速状態で実現される。
【０１０４】
これにより、搬送車７０の急激な負荷上昇時には、ＶCEが２８０Ｖの場合の搬送車７０の動作立ち上がり時間がＴ５であるのに対し、ＶCEが５６０Ｖの場合の搬送車７０の動作立ち上がり時間はＴ４となる。例えば、搬送車７０が停止状態から定速走行状態へ以降する場合では、Ｔ５は２〜３秒であるのに対し、Ｔ４はＴ５の約半分の時間に短縮される。
【０１０５】
最後に、時刻ｔ３から時間が経つにつれ、搬送車７０の電力負荷がほぼ定常状態となり、ＶCEは５６０Ｖから直流電源部の出力直流電圧である２８０Ｖへと減少していく。
【０１０６】
以上のように、本発明の非接触給電装置によれば、搬送車の走行開始など負荷が急上昇するときに、予めインバータ回路への入力直流電圧を電源電圧よりも高く設定することにより十分な負荷電力が供給されるので、タイムラグの小さい動作即応性が確保される。また、小さいタイムラグにより、交番磁界により給電線ホルダや周辺の設置物で発生するエネルギー損失が低減する。
【０１０７】
さらに、昇圧動作とインバータ動作が同時に実行されないので、昇圧動作時には、昇圧回路だけでなくインバータ回路の一部のスイッチ素子を使用した昇圧動作が実行される。これにより、搬送車への給電に必要な回路部品の点数が削減され、より安価な回路構成が実現される。
【０１０８】
以上、本発明に係る非接触給電装置について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものも、本発明の範囲内に含まれる。
【０１０９】
特に、本発明の構成要素である昇圧回路、インバータ回路、及び電圧電流変換回路の回路構成は図示された例に限定されない。
【０１１０】
例えば、本実施の形態では、昇圧回路およびインバータ回路の構成要素であるスイッチ素子の構成要素としてＦＥＴを使用したが、ＤＣスイッチを制御信号によりオンオフ制御できる素子であればよい。例えば、三端子素子のバイポーラトランジスタやサイリスタ、四端子素子のフォトモスリレーなどがこれにあたる。
【０１１１】
また、負荷側として交流電動機などを駆動する場合は、三相交流が必要とされるが、この場合は、インバータ回路として三相インバータ回路が適用されてもよい。例えば、図２Ａの回路図において、スイッチ素子３１と３２との直列回路と、スイッチ素子３３と３４との直列回路とが、点Ｃ及び点Ｅの間に並列接続されているが、更に同様の構成からなる直列回路を更に１つ設けて計３つの直列回路を点Ｃ及び点Ｅの間に並列接続し、それぞれのゲート端子に印加される制御信号を位相制御することにより三相交流電圧が得られる。
【０１１２】
また、本実施の形態では、インバータ回路として電圧形インバータ回路を構成しているが、電流形インバータ回路を構成してもよい。この場合、後段の電圧電流回路は、電流形インバータ回路の中に含まれることになる。
【産業上の利用可能性】
【０１１３】
本発明は、荷物を移載する無人搬送車のための非接触給電装置に利用でき、特に、工程数が多く高い無塵度が要求される半導体プロセスやフラットパネルディスプレイプロセス用クリーンルームで使用される搬送車のための非接触給電装置に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１４】
【図１】本発明の実施の形態に係る非接触給電装置の機能構成図である。
【図２Ａ】本発明の実施の形態における変形例１を示す非接触給電装置の回路構成図である。
【図２Ｂ】本発明の実施の形態における変形例２を示す非接触給電装置の回路構成図である。
【図３】搬送車の負荷が変動した場合の制御部の動作フローチャートである。
【図４】搬送車が受電状態→無受電状態→受電状態へと移行した場合のタイミングチャートである。
【図５】従来の非接触給電システムの外観図である。
【図６】従来の非接触給電回路、非接触給電線、及び搬送車の機能構成図である。
【符号の説明】
【０１１５】
１、２、７００    非接触給電装置
１０、７１１    直流電源部
２０、２０Ａ、２０Ｂ    昇圧回路
２１、３１、３２、３３、３４    スイッチ素子
２２、２９、３５    コンデンサ
２３、２５、２７、２１２、３１２、３２２、３３２、３４２    ダイオード
２４、２６、２８    インダクタ
３０、７１２    インバータ回路
４０、７１３    電圧電流変換回路
５０    非接触給電手段
６０    制御部
７０、８００    搬送車
２１１、３１１、３２１、３３１、３４１    ＦＥＴ
６０１    給電要否判定手段
６０１Ａ、６０１Ｃ    差動アンプ
６０１Ｂ、６０１Ｄ    コンパレータ
６０２    インバータ出力停止手段
６０３    昇圧制御手段
６０４    ＦＥＴドライバ回路
７１０    非接触給電回路
７２０    非接触給電線
７３０    給電線ホルダ
８１０    コア
８２０    ピックアップコイル
９００    走行レール
【図１】
0005125610.tif 000002
【図２Ａ】
0005125610.tif 000003
【図２Ｂ】
0005125610.tif 000004
【図３】
0005125610.tif 000005
【図４】
0005125610.tif 000006
【図５】
0005125610.tif 000007
【図６】
0005125610.tif 000008