(57)【要約】【課題】簡単かつ安価な回路により、外気温度が大きく変動しても出力電圧変動が許容値を超えないようにした非接触給電装置を提供すること。【解決手段】給電線４に発生する磁界を電磁誘導により給電電圧として負荷８に給電するピックアップコイル５と、このピックアップコイル５と並列接続された共振コンデンサ６０と、ピックアップコイル５と並列接続され、無負荷又は軽負荷時の給電電圧の上昇を抑制する可飽和リアクトル６１とを備えた非接触給電装置において、可飽和リアクトル６１のコイルに中間タップ６２を設けるとともに、可飽和リアクトルが所定温度以下のときに中間タップ６２を短絡する温度スイッチ回路６３を設ける。【選択図】図２
2007110842.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
給電線に発生する磁界を電磁誘導により給電電圧として負荷に給電するピックアップコイルと、該ピックアップコイルと並列接続された共振コンデンサと、ピックアップコイルと並列接続され、無負荷又は軽負荷時の給電電圧の上昇を抑制する可飽和リアクトルとを備えた非接触給電装置において、可飽和リアクトルのコイルに中間タップを設けるとともに、可飽和リアクトルが所定温度以下のときに該中間タップを短絡する温度スイッチ回路を設けたことを特徴とする非接触給電装置。
【請求項２】
温度スイッチ回路をバイメタルを用いて構成したことを特徴とする請求項１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、非接触給電装置に関し、特に、可飽和リアクトルによってピーク電圧を抑制し、負荷に供給する電圧を負荷が許容できる上限以下の電圧で安定して給電す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、電磁誘導作用を利用して非接触で移動体に電力を給電するものであり、火花が出ない、摩耗による発塵がない、給電線は絶縁ケーブルなので感電しない、メンテナンスフリーで使用できるなどの特長がある。
これを生かし、例えば、半導体工場等のクリーンルーム内の搬送装置や、高所、狭所でメンテナンスが困難なところ、水滴等があり感電のおそれがあるようなところなどで好適に使用することができる。
【０００３】
その一例として、特許文献１に示すように、一対の平行に敷設した往復導体を地上一次側の給電線とし、Ｅ型コアの中央脚部にコイルを巻いた受電コイルを二次側として、給電線に流す高周波電流により生ずる磁界との電磁誘導により受電コイルに電力を伝達する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、受電コイルの二次回路は、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ている。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（μ／μ０）がコアの磁性材料固有の値（概ね２０００〜４０００）からほぼ１まで急激に低下して可飽和リアクトルのインダクタンスも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、巻線の抵抗（概ね１Ω以下）に対し、インダクタンスは数十ｍＨあり、電圧位相に対し、電流位相はほぼ９０度遅れている。
その結果、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制御するようにしている。
【０００４】
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あり、一般にフェライト材料の場合、負の温度係数を持ち、０℃から１００℃程度まで温度上昇した場合、飽和磁束密度が３０％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となる。
運転中の自己発熱によって温度が上昇する場合は、冷却ファンなどによる放熱手段によって温度上昇を制限することが可能であるが、長時間の停止状態から起動する場合は、周囲温度によって可飽和リアクトルの温度つまり飽和電圧が変動する。
温度上昇が飽和する上限温度を８０℃〜９０℃として定格電圧±１０％で飽和電圧を設定すると、周囲温度０℃〜４０℃を使用環境条件とした場合、０℃近傍で起動するときは飽和磁束密度が高くなり、回路素子の耐圧を超える過電圧が発生し素子を破壊するおそれがあり、高価な高耐圧の素子を使用するとともに、電圧の調整が必要になるという問題があった。
【特許文献１】特許第３５５１３０４号
【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、簡単かつ安価な回路により、外気温度が大きく変動しても出力電圧変動が許容値を超えないようにした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、本発明の非接触給電装置は、給電線に発生する磁界を電磁誘導により給電電圧として負荷に給電するピックアップコイルと、該ピックアップコイルと並列接続された共振コンデンサと、ピックアップコイルと並列接続され、無負荷又は軽負荷時の給電電圧の上昇を抑制する可飽和リアクトルとを備えた非接触給電装置において、可飽和リアクトルのコイルに中間タップを設けるとともに、可飽和リアクトルが所定温度以下のときに該中間タップを短絡する温度スイッチ回路を設けたことを特徴とする。
【０００７】
この場合において、温度スイッチ回路をバイメタルを用いて構成することができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の非接触給電装置によれば、給電線に発生する磁界を電磁誘導により給電電圧として負荷に給電するピックアップコイルと、該ピックアップコイルと並列接続された共振コンデンサと、ピックアップコイルと並列接続され、無負荷又は軽負荷時の給電電圧の上昇を抑制する可飽和リアクトルとを備えた非接触給電装置において、可飽和リアクトルのコイルに中間タップを設けるとともに、可飽和リアクトルが所定温度以下のときに該中間タップを短絡する温度スイッチ回路を設けることから、可飽和リアクトルがある温度以下になると中間タップを短絡することで透磁率の増加をキャンセルすることができ、これにより、外気温度が大きく変動しても出力電圧変動が許容値を超えないようにすることができる。
このように、本発明の非接触給電装置は、温度変化による出力電圧変動を許容値以内に抑える手段を備えたことにより、設置場所の温度が一定に保たれているクリーンルームのみならず、一般の工場や倉庫などで、特別な調整等をしなくても過電圧で故障させることなく安定して非接触給電装置を運転できる効果がある。
【０００９】
また、電圧検出回路とＦＥＴなどの半導体素子を使用して定電圧を実現することは一般的に行われているが、温度スイッチ回路をバイメタルを用いて構成することにより、回路に電源がない状態でも簡単なスイッチと配線を従来装置に付加するだけで目的が安価に実現できる。
【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。
コアサイズと周波数が一定のとき、コイルの発生電圧は磁束とコイルの巻数に比例し、磁束はコイルの巻数と透磁率に比例し、インダクタンスは透磁率と巻数の２乗に比例することから、巻数を変えることで、発生電圧をその温度における飽和電圧に設定することができる。
そして、磁路断面積Ｓ、磁気回路の長さｈの鉄心に巻線をＮ回巻き、コイルに流れる最大電流Ｉ、コイルに流れる電流ｉ＝２１／２Ｉｓｉｎωｔとすると、鉄心内の磁束は時間とともに変化し、巻線に式（１）に示す誘起電圧ｅを誘起する。
ｅ＝−Ｎｄφ／ｄｔ＝（−μＳＮ２ω／ｈ）２１／２Ｉｃｏｓωｔ    ・・・（１）
Ｌ＝μＳＮ２／ｈ    ・・・（２）
ここで、ｅ：誘起電圧、Ｎ：コイル巻数、φ：磁束、ｈ：磁路長、Ｓ：磁路断面積、ω：２πｆ、Ｌ：インダクタンス、μ：透磁率である。
本発明の非接触給電装置は、このことを利用し、コイルに中間タップを設け、ある温度以下になると中間タップを短絡することで透磁率の増加をキャンセルすることができる。
短絡用のスイッチにバイメタルを使用すれば、電源のない停止中でも回路を形成することが可能である。
もちろん、温度センサで温度を検出し、起動時にタイマ等を用いてコイルの中間タップを短絡した後に負荷回路に接続することもできる。
【実施例１】
【００１１】
図１に、非接触給電装置の全体構成を示す。
１は商用電源受電用の絶縁トランスであり、二次側はスイッチを介して高周波インバータ２に接続されている。高周波インバータ２は定電流インバータであり、負荷の増減によらず設定した周波数と一定電流を給電線４に流す。
３は共振コンデンサであり、給電線路および負荷インピーダンスの同調用である。
給電線４は、ピックアップコイル５のＥ型コアの左右溝内に左右で一対の往復導体を形成するように、搬送路に沿って敷設されている。
５はＥ型コアの中央脚にコイルを巻いたピックアップコイルであり、給電線４を流れる高周波電流による磁束を受けて受電（電圧を誘起）する。
【００１２】
共振ユニット６は、図２に示すように、コンデンサ６０と、可飽和リアクトル６１とを備え、ピックアップコイル５とコンデンサ６０は共振回路を形成している。この受電回路の出力を整流回路７で整流し、負荷８に出力する。
そして、本実施例の非接触給電装置では、可飽和リアクトル６１のコイルに中間タップ６２を設けるとともに、可飽和リアクトルが所定温度以下のときに該中間タップ６２を短絡する温度スイッチ回路６３を設けている。
温度スイッチ回路６３は、バイメタルを用いて構成されている。
【００１３】
図４に示すように、可飽和リアクトルの飽和磁束密度が０℃で５６０ｍＴから９０℃で４００ｍＴまで直線的に変化する場合に、例えば、本実施例の非接触給電装置により、外気温が１５℃のときリアクトル温度が５５℃で飽和する条件で運転しているとき、比例計算すると飽和磁束密度は約４６２ｍＴである。
外気温が約４０℃に上昇すると、可飽和リアクトルのリアクトル温度は１５℃→５５℃と略同じだけの差、約４０℃だけ上昇するので、約８０〜８１℃に上昇し飽和磁束密度は１０％低下し約４１６ｍＴになる。
（６２×（９０−８１）÷（９０−５５）＋４００≒４１６）
その結果、飽和電圧も約１０％低下する。逆に外気温が低下して可飽和リアクトルの温度が約２９〜３０℃になると５５℃のときに比べて飽和電圧は約１０％上昇する。
更に温度が低下し可飽和リアクトルのコア温度が約０℃になったとき、飽和電圧は３０℃のときより約１０％上昇し、０℃のとき運転開始すると、発生電圧は５５℃のときより約２１％高くなる（１．１×１．１＝１．２１）。
５５℃のときの発生電圧を基準電圧とし、０℃のときの発生電圧を５５℃のときの発生電圧の１０％上昇に制限するには、可飽和リアクトルの温度が３０℃のときの状態にすればよい。
そこで、前記した式（１）の関係（ｅ∝Ｎ２）により、コイル巻数を約５％減じた中間タップ６２を設けると、約１０％低い電圧を取り出すことができるので飽和電圧を１０％低下したのと同じことになる（０．９５×０．９５≒０．９）。
そして、運転によってコアの温度が約３０℃になるまで、バイメタル式の温度スイッチ回路（温度リレー）６３などで短絡しておくことにより、出力電圧の大きな変動を抑えることが可能となる。
【００１４】
かくして、本実施例の非接触給電装置は、給電線４に発生する磁界を電磁誘導により給電電圧として負荷８に給電するピックアップコイル５と、該ピックアップコイル５と並列接続された共振コンデンサ６０と、ピックアップコイル５と並列接続され、無負荷又は軽負荷時の給電電圧の上昇を抑制する可飽和リアクトル６１とを備えた非接触給電装置において、可飽和リアクトル６１のコイルに中間タップ６２を設けるとともに、可飽和リアクトル６１が所定温度以下のときに該中間タップ６２を短絡する温度スイッチ回路６３を設けることから、可飽和リアクトル６１がある温度以下になると中間タップ６２を短絡することで透磁率の増加をキャンセルすることができ、これにより、外気温度が大きく変動しても出力電圧変動が許容値を超えないようにすることができる。
このように、本発明の非接触給電装置は、温度変化による出力電圧変動を許容値以内に抑える手段を備えたことにより、設置場所の温度が一定に保たれているクリーンルームのみならず、一般の工場や倉庫などで、特別な調整等をしなくても過電圧で故障させることなく安定して非接触給電装置を運転できる効果がある。
また、電圧検出回路とＦＥＴなどの半導体素子を使用して定電圧を実現することは一般的に行われているが、温度スイッチ回路６３をバイメタルを用いて構成することにより、回路に電源がない状態でも簡単なスイッチと配線を従来装置に付加するだけで目的が安価に実現できる。
【００１５】
以上、本発明の非接触給電装置について、そ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、上記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】
【００１６】
本発明の非接触給電装置は、簡単かつ安価な回路により、外気温度が大きく変動しても出力電圧変動が許容値を超えないようにするという特性を有していることから、温度が一定に保たれているクリーンルームのみならず、例えば、一般の工場や倉庫などで使用する非接触給電装置の用途にも用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の非接触給電装置の一実施例を示す全体の構成図である。
【図２】同非接触給電装置の要部を示す回路図である。
【図３】中間タップを設けた可飽和リアクトルを示す外形図である。
【図４】飽和磁束密度と温度の関係の一例を示すグラフである。
【符号の説明】
【００１８】
１    変圧器
２    高周波インバータ
３    同調コンデンサ
４    給電線
５    ピックアップコイル（受電コイル）
６０  共振コンデンサ
６１  可飽和リアクトル
６２  可飽和リアクトルの中間タップ
６３  温度スイッチ回路
７    整流ユニット
８    負荷
【図１】
2007110842.tif 000003
【図２】
2007110842.tif 000004
【図３】
2007110842.tif 000005
【図４】
2007110842.tif 000006