(57)【要約】【課題】可飽和リアクトルの自己発熱や温度変化による過渡的な電圧変化を抑制し、負荷に供給する電圧を許容できる上限以下の電圧にして安定した非接触給電をすることができる非接触給電装置を提供すること。【解決手段】地上設備から電力を受電するための受電回路と、受電した交流電流を整流する整流回路と、電圧変動を抑える電圧平滑回路と、電圧平滑回路の電圧を検出する電圧検出回路と、電圧検出回路からの信号に応じて整流回路から電圧平滑回路への電流を断続させる電流制御回路とを備える。【選択図】図１
2007151299.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地上設備から移動体に電磁誘導により非接触で電力を供給する非接触給電装置において、地上設備から電力を受電するための受電回路と、受電した交流電流を整流する整流回路と、電圧変動を抑える電圧平滑回路と、電圧平滑回路の電圧を検出する電圧検出回路と、電圧検出回路からの信号に応じて整流回路から電圧平滑回路への電流を断続させる電流制御回路とを備えたことを特徴とする非接触給電装置。
【請求項２】
地上設備から移動体に電磁誘導により非接触で電力を供給する非接触給電装置において、地上設備から電力を受電するための受電回路と、受電した交流電流を整流する整流回路と、整流回路にて整流した電圧平滑化する前の電圧を検出する電圧検出回路と、電圧変動を抑える電圧平滑回路と、電圧検出回路からの信号に応じて整流回路から電圧平滑回路への電流を断続させる電流制御回路とを備えたことを特徴とする非接触給電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非接触給電装置に関し、特に、ピーク電圧を抑制することにより、許容できる上限以下の電圧で負荷に安定して給電できるようにした非接触給電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
非接触給電装置は、例えば、有軌道式無人搬送台車等の搬送装置で使用されている。搬送装置に非接触で給電する給電装置としては、床面から一定の距離を離し、２列の並行に敷設した給電線にＥ型のコアの中央脚部にコイルを巻いた受電コイルを配し、給電線に流す高周波電流により生じる磁界を受電コイルに誘導するようにして電力伝達を行う方式の非接触給電装置が提案されている。
この非接触給電装置において、受電コイルの２次回路は、共振コンデンサと可飽和リアクトルを受電コイルに並列に接続し、共振回路電圧が、可飽和リアクトルのコアを磁気飽和する値まで上昇してコアが飽和すると、コアの比透磁率がコアの磁性材料固有の値（概ね２０００〜４０００）からほぼ１まで急激に低下し、可飽和リアクトルのインダクタンスも比透磁率に比例して低下する。可飽和リアクトルは、飽和しない領域では巻き線の抵抗（概ね１Ω以下）に対し、インダクタンスは数１０ｍＨあり、電圧位相に対し、電流位相はほぼ９０度遅れている。この結果、高周波の交流の１サイクル内で、電圧がほぼゼロの近傍で可飽和リアクトルに飽和電流が流れ、共振回路を短絡する。これにより共振回路の無負荷電圧抑制を行い、併せて、無負荷の共振回路に流れる無効電流も抑制するようにしている。
【０００３】
ところで、可飽和リアクトルの飽和磁束密度は材料特性により決まる固有の値で、一般にフェライト材料の場合、負の温度係数を持ち、常温から自己発熱により８０〜１００℃程度まで上昇した場合、飽和磁束密度が２０％前後低下する。このため、可飽和リアクトルだけで電圧を安定化させる場合、温度特性を考慮した飽和電圧の設定が必要になる。
また、過渡的に変化する１次電流に追従しきれない変動幅の上限を考慮し、低温で装置を起動した直後に過渡的な１次電流が生じても、負荷に供給する電圧を許容上限電圧以下に設定する必要がある。このため、装置を連続使用し、自己発熱により温度が安定した状態での負荷供給電圧が負荷に供給する最適電圧を下回ることがある。
【０００４】
すなわち、可飽和リアクトルに使用するフェライトコアは、使用する温度により磁気飽和する磁束密度が変化するため、周囲温度変化や自己発熱等により大幅な温度変化が生じないよう、冷却を考慮した設置が必要になるという問題があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記従来の非接触給電装置が有する問題点に鑑み、可飽和リアクトルの自己発熱や温度変化による過渡的な電圧変化を抑制し、負荷に供給する電圧を許容できる上限以下の電圧にして安定した非接触給電をすることができる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】
【０００６】
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、地上設備から移動体に電磁誘導により非接触で電力を供給する非接触給電装置において、地上設備から電力を受電するための受電回路と、受電した交流電流を整流する整流回路と、電圧変動を抑える電圧平滑回路と、電圧平滑回路の電圧を検出する電圧検出回路と、電圧検出回路からの信号に応じて整流回路から電圧平滑回路への電流を断続させる電流制御回路とを備えたことを特徴とする。
【０００７】
また、同じ目的を達成するため、本第２発明の非接触給電装置は、地上設備から移動体に電磁誘導により非接触で電力を供給する非接触給電装置において、地上設備から電力を受電するための受電回路と、受電した交流電流を整流する整流回路と、整流回路にて整流した電圧平滑化する前の電圧を検出する電圧検出回路と、電圧変動を抑える電圧平滑回路と、電圧検出回路からの信号に応じて整流回路から電圧平滑回路への電流を断続させる電流制御回路とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本第１発明の非接触給電装置によれば、地上設備から移動体に電磁誘導により非接触で電力を供給する非接触給電装置において、地上設備から電力を受電するための受電回路と、受電した交流電流を整流する整流回路と、電圧変動を抑える電圧平滑回路と、電圧平滑回路の電圧を検出する電圧検出回路と、電圧検出回路からの信号に応じて整流回路から電圧平滑回路への電流を断続させる電流制御回路とを備えることから、電流制御回路によって、電圧検出回路に予め設定した電圧値に応じ、整流回路から電圧平滑回路への電流をフィードバック制御することができ、これにより、負荷に供給する電圧を装置が許容する上限電圧以下に抑制し、無負荷時の無効電流は可飽和リアクトルで抑制した、無負荷から全負荷までの領域で効率的な非接触給電を行うことができ、特に高周波電源の数サイクルで電圧が急変するような過渡状態でも負荷電圧が上昇しすぎることがなく、負荷の機器を安定して動作させることができる。
【０００９】
また、本第２発明の非接触給電装置は、地上設備から移動体に電磁誘導により非接触で電力を供給する非接触給電装置において、地上設備から電力を受電するための受電回路と、受電した交流電流を整流する整流回路と、整流回路にて整流した電圧平滑化する前の電圧を検出する電圧検出回路と、電圧変動を抑える電圧平滑回路と、電圧検出回路からの信号に応じて整流回路から電圧平滑回路への電流を断続させる電流制御回路とを備えることから、電流制御回路によって、電圧検出回路に予め設定した電圧値に応じ、整流回路から電圧平滑回路への電流をＯＮ−ＯＦＦ制御することができ、これにより、負荷に供給する電圧を装置が許容する上限電圧以下に抑制し、無負荷時の無効電流は可飽和リアクトルで抑制した、無負荷から全負荷までの領域で効率的な非接触給電を行うことができ、特に高周波電源の数サイクルで電圧が急変するような過渡状態でも負荷電圧が上昇しすぎることがなく、負荷の機器を安定に動作させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、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。
【実施例１】
【００１１】
図１に、本発明の非接触給電装置の第１実施例を示す。
この非接触給電装置は、地上設備から搬送車等の移動体に電磁誘導により非接触で電力を供給するもので、地上設備から電力を受電するための受電回路と、受電した交流電流を整流する整流回路と、電圧変動を抑える電圧平滑回路と、電圧平滑回路の電圧を検出する電圧検出回路と、電圧検出回路からの信号に応じて整流回路から電圧平滑回路への電流を断続させる電流制御回路とを備えている。
【００１２】
また、この非接触給電装置は、可飽和リアクトルを設ける目的を電圧の安定化を２次的なものとして捉え、無負荷時の共振回路の電流を抑制するために共振回路と並列に設け、可飽和リアクトルの自己発熱や温度変化による過渡的な電圧変化を、負荷供給の電圧値により、受電コイル発生電圧の整流後に電流を断続制御することによりピーク電圧を抑制し、負荷に供給する電圧を許容できる上限以下の電圧にして安定した非接触給電をするようにしている。
【００１３】
図１において、１は受電コイルであり、この受電コイル１は平行に敷設した給電線２を跨ぐように設置されている。
給電線２は、高周波電源装置（図示省略）に接続されており、この高周波電源装置から１０ｋＨｚ程度の高周波電流が流されている。
受電回路は、受電コイル１、共振回路を形成する共振コンデンサ３及び可飽和リアクトル４から形成されており、この受電回路の出力に整流回路として整流素子５を接続し、受電回路の出力を整流するようにしている。
【００１４】
また、整流素子５の出力側には、ＦＥＴ６、ツェナーダイオード８、ダイオード９及びフォトカプラ１３からなる電流制御回路が設けられており、この電流制御回路には、ＦＥＴ７からなる後段の電圧検出回路から負荷電圧過多信号が送られる。
電流制御回路は、負荷電圧検出回路からの負荷電圧過多信号にて電流を断続するように制御する。
また、電圧平滑回路は、電流制御回路のＦＥＴ６の出力を、インダクタンス１０及び平滑コンデンサ１１にて電圧を平滑化し、負荷１２に供給するように接続されている。
【００１５】
ここで、電圧平滑回路の電圧値が、電圧検出回路に予め設定した電圧値を超えると、この電圧検出回路から電流制御回路へ直ちに過電圧信号が送られる。
電流制御回路は、整流回路から電圧平滑回路への電流をＯＦＦにし、電圧平滑回路内の平滑コンデンサ１１に蓄えられた電力を負荷に供給する。
平滑コンデンサ１１に蓄えられた電力が減少すると、電圧平滑回路の電圧が低下するため、電圧検出回路の過電圧検出信号がＯＦＦになり、電流制御回路は、整流回路から電圧平滑回路へ電流を再びＯＮにするフィードバック制御を行う。
これにより、負荷に供給する電圧を、許容できる上限以下の電圧で安定させることができる。
【００１６】
図２に、整流回路の出力電圧と、電流制御回路の出力のＯＮ−ＯＦＦ状態と、電圧平滑回路の電圧とを示す。
各回路における波形を示し、（Ａ）は軽負荷時における波形図、（Ｂ）は重負荷時における波形図である。
【００１７】
なお、本実施例においては、スイッチング素子を、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）を使用した場合について説明したが、このバイポーラトランジスタの代わりに、バイポーラトランジスタや絶縁ゲートトランジスタ（ＩＧＢＴ）でも使用可能である。
また、ＦＥＴ６の動作電圧用にツェナーダイオードを使用しているが、ダイオードの順電圧等の一定電圧回路も使用可能である。
【実施例２】
【００１８】
図３に、本発明の非接触給電装置の第２実施例を示す。
この非接触給電装置は、地上設備から搬送車等の移動体に電磁誘導により非接触で電力を供給するもので、地上設備から電力を受電するための受電回路と、受電した交流電流を整流する整流回路と、整流回路にて整流した電圧平滑化する前の電圧を検出する電圧検出回路と、電圧変動を抑える電圧平滑回路と、電圧検出回路からの信号に応じて整流回路から電圧平滑回路への電流を断続させる電流制御回路とを備えている。
【００１９】
また、この非接触給電装置は、可飽和リアクトルを設ける目的を電圧の安定化を２次的なものとして捉え、無負荷時の共振回路の電流を抑制するために共振回路と並列に設け、可飽和リアクトルの自己発熱や温度変化による過渡的な電圧変化を、整流後の電圧値により、電流の断続制御でピーク電圧を抑制し、負荷に供給する電圧を許容できる上限以下の電圧にして安定した非接触給電をするようにしている。
【００２０】
図３において、１は受電コイルであり、この受電コイル１は平行に敷設した給電線２を跨ぐように設置されている。
給電線２は、高周波電源装置（図示省略）に接続されており、この高周波電源装置から１０ｋＨｚ程度の高周波電流が流されている。
受電回路は、受電コイル１、共振回路を形成する共振コンデンサ３及び可飽和リアクトル４から形成されており、この受電回路の出力に整流回路として整流素子５を接続し、受電回路の出力を整流するようにしている。
【００２１】
また、整流素子５の出力側には、ＦＥＴ６、ツェナーダイオード８及びダイオード９からなる電流制御回路が設けられており、この電流制御回路には、ＦＥＴ７からなる前段の電圧検出回路から負荷電圧過多信号が送られる。
電流制御回路は、負荷電圧検出回路からの負荷電圧過多信号にて電流を断続するように制御する。
また、電圧平滑回路は、電流制御回路のＦＥＴ６の出力を、インダクタンス１０及び平滑コンデンサ１１にて電圧を平滑化し、負荷１２に供給するように接続されている。
【００２２】
ここで、整流回路の出力電圧が、電圧検出回路に予め設定した電圧値以上のときは、電圧検出回路から電流制御回路に電圧過多信号を送る。
電圧過多信号を電流制御回路が受け取ると、電流制御回路が電圧平滑回路への電流をＯＦＦにすることにより、電圧検出回路に予め設定した電圧値以上とならないように電圧が制御される。
また、電流制御回路により整流回路出力から電圧平滑回路への電流がＯＦＦにされている時間は、平滑回路内の平滑コンデンサ１１に蓄えられた電力が負荷に供給されるため、負荷には途切れなく電力が供給される。
平滑コンデンサ１１に蓄えられた電力が減少すると、電圧平滑回路の電圧が低下するため、電圧検出回路の過電圧検出信号がＯＦＦになり、電流制御回路は、整流回路から電圧平滑回路へ電流を再びＯＮにする制御を行う。
これにより、負荷に供給する電圧を、許容できる上限以下の電圧で安定させることができる。
【００２３】
図４は、本実施例の非接触給電装置における整流回路の出力電圧と負荷との関係を示したグラフであり、負荷の増加に伴って整流回路の出力電圧が下がることを示している。
このグラフより、負荷に対し整流回路の出力電圧が決定されることを利用し、図３のＦＥＴ７で構成される電圧検出回路の検出電圧の設定を最大負荷時の整流回路の出力電圧値に合わせる。
【００２４】
図５に、整流回路の出力電圧と、電流制御回路の出力のＯＮ−ＯＦＦ状態と、電圧平滑回路の電圧とを示す。
全波整流された整流回路の出力電圧に関係なく、電圧検出回路に予め設定した出力電圧設定値以上となったとき、電流制御回路の出力がＯＦＦ状態となり、平滑回路に出力電圧設定値以上の電圧にならないように制御される。
負荷が大きいときには、図４で示したように、整流回路の出力電圧が低下するため、電流制御回路のＯＮの時間が長くなり、無負荷状態から最大負荷状態までの電圧を一定とすることが可能となる。
【００２５】
なお、本実施例においては、スイッチング素子を、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）を使用場合について説明したが、このバイポーラトランジスタの代わりに、バイポーラトランジスタや絶縁ゲートトランジスタ（ＩＧＢＴ）でも使用可能である。また、ＦＥＴ６の動作電圧用にツェナーダイオードを使用しているがダイオードの順電圧等の一定電圧回路も使用可能である。
【００２６】
以上、本発明の非接触給電装置について、複数の実施例に基づいて説明したが、本発明は上記実施例に記載した構成に限定されるものではなく、各実施例に記載した構成を適宜組み合わせる等、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明の非接触給電装置は、負荷に供給する電圧を装置が許容する上限電圧以下に抑制し、無負荷時の無効電流は可飽和リアクトルで抑制した、無負荷から全負荷までの領域で効率的な非接触給電を行うことができるという特性を有していることから、半導体工場等のクリーンルーム内で稼働する搬送装置の非接触給電装置の用途に好適に用いることができるほか、周囲温度が変化するような各種製造工場等の非接触給電装置としても広く用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の非接触給電装置の第１実施例を示す回路図である。
【図２】同実施例の整流回路の出力電圧と、電流制御回路の出力のＯＮ−ＯＦＦ状態と、電圧平滑回路の電圧とを示し、（Ａ）は軽負荷時における波形図、（Ｂ）は重負荷時における波形図である。
【図３】本発明の非接触給電装置の第２実施例を示す回路図である。
【図４】同実施例の整流回路の出力電圧と負荷との関係を示すグラフである。
【図５】同実施例の整流回路の出力電圧と、電流制御回路の出力のＯＮ−ＯＦＦ状態と、電圧平滑回路の電圧とを示し、（Ａ）は軽負荷時における波形図、（Ｂ）は重負荷時における波形図である。
【符号の説明】
【００２９】
１    受電コイル
２    給電線
３    共振コンデンサ
４    可飽和リアクトル
５    整流素子
６    ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）
７    ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）
８    ツェナーダイオード
９    ダイオード
１０  インダクタンス
１１  平滑コンデンサ
１２  負荷
１３  フォトカプラ
【図１】
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【図２】
2007151299.tif 000004
【図３】
2007151299.tif 000005
【図４】
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【図５】
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