(57)【要約】【課題】電源高調波及び電源変動率を低減させる非接触給電用電力供給装置及び電源高調波の低減方法を提供する。【解決手段】第１〜３交流リアクトルは、三相交流電源と整流回路との間を接続する第１〜３電源ラインのそれぞれに直列に挿入される。接続線は、第１〜３電源ラインを、三相交流電源と第１〜３交流リアクトルとの間で互いに接続する。第１〜３共振リアクトルは、接続線に直列に挿入され、第１〜３交流リアクトルとトランス結合するようにそれぞれ配置される。第１〜３接続コンデンサは、接続線に挿入され、第１〜３共振リアクトルの間に配置される。ここで、第１〜３共振リアクトルと第１〜３接続コンデンサとは、共振回路を構成し、共振回路の共振周波数より低い周波数であってかつ三相交流電源の電源周波数の２〜３倍の周波数で共振するようにそれぞれパラメータが設定されている。【選択図】図３
2013017347.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
三相交流電源を直流に変換する整流回路と、
前記三相交流電源と前記整流回路との間を接続する第１〜３電源ラインと、
前記第１〜３電源ラインのそれぞれに直列に挿入された第１〜３交流リアクトルと、
前記第１〜３電源ラインを、前記三相交流電源と第１〜３交流リアクトルとの間で互いに接続する接続線と、
前記接続線に直列に挿入され、前記第１〜３交流リアクトルとトランス結合するようにそれぞれ配置された第１〜３共振リアクトルと、
前記接続線に挿入され、前記第１〜３共振リアクトルの間に配置された第１〜３接続コンデンサと、
を備え、
前記第１〜３共振リアクトルと第１〜３接続コンデンサとは、共振回路を構成し、前記共振回路の共振周波数より低い周波数であってかつ前記三相交流電源の電源周波数の２〜３倍の周波数で共振するようにそれぞれパラメータが設定されている非接触給電用電力供給装置。
【請求項２】
三相交流電源を直流に変換する整流回路と、
前記三相交流電源と前記整流回路との間を接続する第１〜３電源ラインと、
前記第１〜３電源ラインのそれぞれに直列に挿入された第１〜３交流リアクトルと、
前記第１〜３電源ラインを、前記三相交流電源と第１〜３交流リアクトルとの間で互いに接続する接続線と、
前記接続線に直列に挿入され、前記第１〜３交流リアクトルとトランス結合するようにそれぞれ配置された第１〜３共振リアクトルと、
前記接続線に挿入され、前記第１〜３共振リアクトルの間に配置された第１〜３接続コンデンサと、
を備え、
前記第１〜３共振リアクトルと第１〜３接続コンデンサとが、共振回路を構成した非接触給電用電力供給装置において、
前記整流回路から発生した負荷電流に起因して前記第１〜３共振リアクトルに電圧を誘起するステップと、
前記共振回路を前記共振回路の共振周波数より低い周波数であってかつ前記三相交流電源の電源周波数の２〜３倍の周波数で共振させて、前記第１〜３共振リアクトルに流れるバイパス電流によって前記負荷電流を打ち消すステップと、
を備えた電源高調波の低減方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非接触給電用電力供給装置及び電源高調波の低減方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造工場等のクリーンルームでは、物品を搬送する走行車を駆動するために、非接触給電システムが使用されている。
【０００３】
非接触給電システムは、電源として機能する給電装置及び給電線を含む一次側回路と、走行車のモータ等を含む二次側回路とを有している。
給電装置は、例えば可変電圧電源とインピーダンス変換部とを備える。このような給電装置では、インダクタ及びキャパシタにより構成されたインピーダンス変換部によって、可変電圧電源からの所定の電圧を所定の電流に変換して給電線へと電力を供給する。給電線は、走行車の軌道に沿って架設されており、電磁誘導によって二次側回路に電力を供給する（例えば、特許文献１を参照）。
【０００４】
また、三相整流回路を採用し、三相交流電源からの交流電流を三相整流回路にて整流して走行車のモータ等へ電力を供給する給電装置が提案されている。このような三相整流回路を採用した給電装置では、電源電流に多くの高調波成分が発生し、電源系統に悪影響を与えるという問題が生じる。そのため、三相交流電源と三相整流回路との間に高調波を抑制するためのリアクトルが挿入されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−３５４７１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
給電装置においては、安定した出力電圧を提供するために整流後の直流電圧における電源変動率が低いことが要求される。しかし、電源高調波を改善することを目的として、相交流電源と三相整流回路との間に配置したリアクトルを大きくすれば、負荷量が増えるために電圧低下が発生し、電源変動率が上昇するという問題があった。
【０００７】
本発明の課題は、非接触給電用電力供給装置において、電源高調波及び電源変動率を低減させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以下に、課題を解決するための手段として複数の態様を説明する。これら態様は、必要に応じて任意に組み合せることができる。
【０００９】
本発明による一見地に係る非接触給電用電力供給装置は、整流回路と、第１〜３電源ラインと、第１〜３交流リアクトルと、接続線と、第１〜３共振リアクトルと、第１〜３接続コンデンサとを備える。整流回路は、三相交流電源を直流に変換する。第１〜３電源ラインは、三相交流電源と整流回路との間を接続する。第１〜３交流リアクトルは、第１〜３電源ラインのそれぞれに直列に挿入される。接続線は、第１〜３電源ラインを、三相交流電源と第１〜３交流リアクトルとの間で互いに接続する。第１〜３共振リアクトルは、接続線に直列に挿入され、第１〜３交流リアクトルとトランス結合するようにそれぞれ配置される。第１〜３接続コンデンサは、接続線に挿入され、第１〜３共振リアクトルの間に配置される。ここで、第１〜３共振リアクトルと第１〜３接続コンデンサとは、共振回路を構成し、共振回路の共振周波数より低い周波数であってかつ三相交流電源の電源周波数の２〜３倍の周波数で共振するようにそれぞれパラメータが設定されている。
【００１０】
ここでは、接続線に挿入された第１〜３共振リアクトルと第１〜３接続コンデンサとが、共振回路を構成し、共振回路の共振周波数より低い周波数であってかつ電源周波数の２〜３倍の周波数で共振するようにそれぞれパラメータが設定されている。また、第１〜３交流リアクトルと第１〜３共振リアクトルとがそれぞれトランス結合されている。このような構成を有することにより、整流回路の動作によって負荷電流が発生しても、共振によって接続線を流れる電流によって負荷電流が打ち消されるため、三相交流電源の電源電流は、負荷電流の変動に影響されずに常にほぼ正弦波となる。つまり、高調波電流の抑制が実現できる。また、インダクタンスとして相殺関係にある第１〜３交流リアクトル及び第１〜３共振リアクトルによって、リアクトルが電源系統の直列インピーダンスとはならず、その結果、安定した電源電圧を供給できる。従って、電源高調波及び電源変動率の低減を実現できる。
【００１１】
本発明の他の見地に係る電源高調波の低減方法は、整流回路と、第１〜３電源ラインと、第１〜３交流リアクトルと、接続線と、第１〜３共振リアクトルと、第１〜３接続コンデンサと、を備える非接触給電用電力供給装置において、整流回路から発生した負荷電流に起因して第１〜３共振リアクトルに電圧を誘起するステップと、第１〜３共振リアクトルと第１〜３接続コンデンサとが構成する共振回路を共振回路の共振周波数より低い周波数であってかつ三相交流電源の電源周波数の２〜３倍の周波数で共振させて、第１〜３共振リアクトルに流れるバイパス電流によって負荷電流を打ち消すステップと、を備える。ここで、整流回路は、三相交流電源を直流に変換する。第１〜３電源ラインは、三相交流電源と整流回路との間を接続する。第１〜３交流リアクトルは、第１〜３電源ラインのそれぞれに直列に挿入される。接続線は、第１〜３電源ラインを、三相交流電源と第１〜３交流リアクトルとの間で互いに接続する。第１〜３共振リアクトルは、接続線に直列に挿入され、第１〜３交流リアクトルとトランス結合するようにそれぞれ配置される。第１〜３接続コンデンサは、接続線に挿入され、第１〜３共振リアクトルの間に配置される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る非接触給電用電力供給装置では、電源高調波及び電源変動率を低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】クリーンルーム内の天井搬送車システムの概略模式図。
【図２】レール内の縦断面概略図。
【図３】電力供給装置の給電機構を示す給電回路図。
【図４】実施例１における各素子のパラメータ例を示す図。
【図５】実施例１における低負荷電力時の電源電流ｉ１１、負荷電流ｉ１２及びバイパス電流ｉ１３の波形を示す図。
【図６】実施例１における高負荷電力時の電源電流ｉ１１、負荷電流ｉ１２及びバイパス電流ｉ１３の波形を示す図。
【図７】実施例１における低負荷電力時及び高負荷電力時の総合高調波ひずみ率とＤＣ電源変動率とを示す図。
【図８】他の実施例における各素子の他のパラメータ例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（１）天井搬送車システム全体
図１を用いて、天井搬送車システム１について説明する。図１は、クリーンルーム内の天井搬送車システムの概略模式図である。天井搬送車システム１は、半導体工場などのクリーンルーム等に設けられ、ＦＯＵＰ（Ｆｒｏｎｔ  Ｏｐｅｎｉｎｇ  Ｕｎｉｆｉｅｄ  Ｐｏｄ）を搬送する。天井搬送車システム１は、主に、レール３と、レール３に沿って走行する天井搬送車５とを有している。
【００１５】
半導体工場は、複数のベイ（工程）を有しており、遠隔のベイ同士を接続するためにインターベイルート１０１が設けられている。さらに各ベイはイントラベイルート１０３を有している。インターベイルート１０１及びイントラベイルート１０３は、レール３により構成されている。
【００１６】
イントラベイルート１０３に沿って、半導体処理装置などの複数の処理装置１０５が配置されている。さらに、複数の処理装置１０５の近傍には、ロードポート１０７が設けられている。ロードポート１０７は、イントラベイルート１０３の直下に設けられている。以上の構成において、天井搬送車５はレール３を走行してロードポート１０７間でＦＯＵＰを搬送する。
【００１７】
（２）レール
図２をさらに参照して、レール３について説明する。図２は、レール内の縦断面概略図である。レール３は、複数の支柱７によって天井９から吊り下げられている。レール３は、主に、走行レール１１と、走行レール１１の下部に設けられた給電レール１３とを有している。
【００１８】
走行レール１１は、例えばアルミ製であり、図２に示すように、断面視逆Ｕ字状に構成されている。走行レール１１は、上面部１１ａと、両側面部１１ｂとを有している。両側面部１１ｂの下には、内側に延びる一対の第１走行面１１ｃが形成されている。さらに、両側面部１１ｂの内側面の上部には第２走行面１１ｄが形成され、上面部１１ａの下側面に第３走行面１１ｅが形成されている。
【００１９】
給電レール１３は、走行レール１１の下部両側に設けられた一対の給電線ホルダ１５を有する。給電線ホルダ１５には、銅線等の導電線を絶縁材料で被覆しリッツ線からなる一対の給電線１７が配置されている。給電線１７の一端には電力供給装置４１が設けられ、一対の給電線１７に電力が供給される。
【００２０】
（３）天井搬送車
天井搬送車５は、主に、走行部２１と、受電部２３と、搬送車本体部２５とを有している。走行部２１は、走行レール１１内に配置され、レール３上を走行するための機構である。受電部２３は、給電レール１３内に配置され、一対の給電線１７から電力が供給されるための機構である。搬送車本体部２５は、給電レール１３の下方に配置され、ＦＯＵＰを保持し、上下に昇降させるための機構である。
走行部２１は、主に、走行レール１１内に配置されており、一対の第１ガイド輪１８と、一対の第２ガイド輪１９と、走行駆動輪２０と、走行モータ（図示せず）とを有している。一対の第１ガイド輪１８は、走行部２１の下部両側に配置され、左右方向に延びる車軸に回転自在に支持されている。第１ガイド輪１８は、走行レール１１の第１走行面１１ｃ上に載置されている。
【００２１】
第２ガイド輪１９は、走行部２１の上部両側に配置され、垂直方向に延びる車軸に回転自在に支持されている。第２ガイド輪１９は、走行レール１１の第２走行面１１ｄをガイド面として、天井搬送車５の進行方向に対する左右方向への位置ズレを防止している。
【００２２】
走行駆動輪２０は、走行部２１の略中央に配置され、走行レール１１の第３走行面１１ｅに、スプリングなどの押圧手段により押圧されている。走行駆動輪２０は、図示しない走行モータによって駆動される。その結果、天井搬送車５は走行レール１１上を走行する。
【００２３】
（４）受電部
受電部２３は、一対の給電線１７から電力を得るための一対のピックアップユニット２７を有している。具体的には、一対のピックアップユニット２７は、給電レール１３内で左右に並んで配置されている。各ピックアップユニット２７は、断面が略Ｅ字型をしたフェライト製のコア２９と、コア２９に巻かれたピックアップコイル３１とを有している。具体的には、コア２９は、両側の突出部２９ａと、その間の中央の突出部２９ｂとを有しており、ピックアップコイル３１は中央の突出部２９ｂに巻かれている。
【００２４】
給電線ホルダ１５に保持された一対の給電線１７が、両側の突出部２９ａと中央の突出部２９ｂとの間に、それぞれ配置されている。この一対の給電線１７に電流を流すことによって発生する磁界がピックアップコイル３１に作用して、ピックアップコイル３１に誘導電流が発生する。このようにして、一対の給電線１７からピックアップユニット２７に非接触で電力を供給し、走行モータを駆動したり、制御機器に電力を供給したりする。
【００２５】
（５）電力供給装置
（５−１）電力供給装置の構成
次に、図３を参照して、一対の給電線１７を用いて天井搬送車５に非接触電力供給方式によって電力を供給する電力供給装置４１について説明する。図３は、電力供給装置の給電機構を示す給電回路図である。
【００２６】
電力供給装置４１は、三相交流電源４３、整流回路４５、平滑用コンデンサ４７及び負荷４９を含む。電力供給装置４１は、さらに第１〜第３電源ライン５１、５３、５５、第１〜３交流リアクトル５７、５９、６１、接続線６３、第１〜３共振リアクトル６９、７１、７３及び第１〜３接続コンデンサ７５、７７、７９を含む。
【００２７】
三相交流電源４３は、第１〜第３電源ライン５１、５３、５５を介して位相が互いに１２０度ずれた三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の交流電圧を供給する。
整流回路４５は、三相交流電源４３からの交流を直流に整流する。整流回路４５は、複数のダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５、Ｄ６をブリッジ接続して構成されたダイオードブリッジである。
平滑用コンデンサ４７（Ｃ４）は、整流回路４５の直流出力端子間に接続され、直流電圧を平滑化する。
【００２８】
負荷４９には、平滑用コンデンサ４７によって平滑された直流電圧が供給される。負荷４９は給電線１７に対応している。負荷４９は、直流負荷ＲＬを有し、整流回路４５の直流出力端子間に、平滑用コンデンサ４７と並列に接続される。図３中、Ｖｄｃは、直流負荷ＲＬに加わる直流電圧を示す。
【００２９】
第１〜第３電源ライン５１、５３、５５は、三相交流電源４３と整流回路４５との間を接続する。具体的に第１電源ライン５１は、三相交流電源４３のＵ相の交流電源ラインである。また、第２電源ライン５３は、三相交流電源４３のＶ相の交流電源ラインであり、第３電源ライン５５は、三相交流電源４３のＷ相の交流電源ラインである。
【００３０】
第１〜３交流リアクトル５７（Ｌ１）、５９（Ｌ２）、６１（Ｌ３）は、三相交流電源４３と整流回路４５との間の第１〜第３電源ライン５１、５３、５５それぞれに直列に挿入されたリアクトルである。具体的に第１交流リアクトル５７は第１電源ライン５１に挿入され、第２交流リアクトル５９は第２電源ライン５３に挿入され、第３交流リアクトル６１は第３電源ライン５５に挿入される。
【００３１】
接続線６３は、第１〜第３電源ライン５１、５３、５５を、三相交流電源４３と第１〜３交流リアクトル５７、５９、６１との間で互いに接続する。
本実施形態では、接続線６３は、第１〜４接続線６４、６５、６６、６７を有する。第１接続線６４は、第１端が三相交流電源４３と第１交流リアクトル５７との間の第１電源ライン５１に接続される。第２接続線６５は、第１端が三相交流電源４３と第２交流リアクトル５９との間の第２電源ライン５３に接続される。第３接続線６６は、第１端が三相交流電源４３と第３交流リアクトル６１との間の第３電源ライン５５に接続される。第１接続線６４の第２端、第２接続線６５の第２端及び第３接続線６６の第２端は、互いに連結される。第４接続線６７は、第１接続線６４における第１共振リアクトル６９の第２端側と、第２接続線６５における第２共振リアクトル７１の第２端側の間を接続するように配置される。ここで、第１共振リアクトル６９の第２端とは、第１電源ライン５１側にある第１端と反対側の一端である。また、第１共振リアクトル６９の第２端とは、第２電源ライン５３側にある第１端と反対側の一端である。
【００３２】
第１〜３共振リアクトル６９（Ｌ１１）、７１（Ｌ２２）、７３（Ｌ３３）は、第１〜３接続線６４、６５、６６のそれぞれに直列に挿入され、第１〜３交流リアクトル５７、５９、６１とトランス結合するようにそれぞれ配置される。具体的に、第１共振リアクトル６９は、第１接続線６４に直列に挿入され、第１交流リアクトル５７とトランス結合するように、第１交流リアクトル５７と対面する位置に配置される。すなわち、第１交流リアクトル５７と第１共振リアクトル６９とは電磁結合され、電磁誘導作用によって第１交流リアクトル５７の両端に発生した電圧は、第１共振リアクトル６９側に電圧を誘起する。第２共振リアクトル７１は、第２接続線６５に直列に挿入され、第２交流リアクトル５９とトランス結合するように、第２交流リアクトル５９と対面する位置に配置される。第３共振リアクトル７３は、第３接続線６６に直列に挿入され、第３交流リアクトル６１とトランス結合するように、第３交流リアクトル６１と対面する位置に配置される。
ここで、第１共振リアクトル６９と第１交流リアクトル５７とで構成された第１結合トランス８１の結合係数ｋは１であることが好ましい。又は、結合係数ｋは、１に限りなく近い値、例えば０．９９９であってもよい。なお、第２共振リアクトル７１と第２交流リアクトル５９とで構成された第２結合トランス８３の結合係数及び第３共振リアクトル７３と第３交流リアクトル６１とで構成された第３結合トランス８５の結合係数は、第１結合トランス８１の結合係数と同様である。
【００３３】
第１〜３接続コンデンサ７５（Ｃ１）、７７（Ｃ２）、７９（Ｃ３）は、接続線６３に挿入され、第１〜３共振リアクトル６９、７１、７３間にそれぞれ配置される。具体的に第１接続コンデンサ７５は、第１共振リアクトル６９と第３共振リアクトル７３との間に、第１接続線６４に直列に挿入されて配置される。第２接続コンデンサ７７は、第１共振リアクトル６９と第２共振リアクトル７１との間に、第４接続線６７に直列に挿入されて配置される。第３接続コンデンサ７９は、第２共振リアクトル７１と第３共振リアクトル７３との間に、第２接続線６５に直列に挿入されて配置される。
【００３４】
また、第１〜３接続コンデンサ７５、７７、７９は、第１〜３共振リアクトル６９、７１、７３と一体となって共振回路を構成する。第１〜３接続コンデンサ７５、７７、７９及び第１〜３共振リアクトル６９、７１、７３の６素子の各パラメータは、構成する共振回路の共振周波数より低い周波数であってかつ三相交流電源４３の電源周波数の２〜３倍の周波数で共振するように設定される。このように６素子の各パラメータを設定することで、負荷電流が流れることにより第１〜３交流リアクトル５７、５９、６１に電圧が発生した場合に、トランス結合を介して誘起された電圧によって第１〜３共振リアクトル６９、７１、７３に流れるバイパス電流が負荷電流と同量の電流分変動される。詳細は後述する。
【００３５】
（５−２）電力供給装置の動作
次に、電力供給装置４１の給電回路の動作について説明する。なお、三相交流電源４３の三相の各相では同じ現象が観測される。従って、以下、第１電源ライン５１であるＵ相の交流電源ラインを例に挙げて説明する。図３において、第１電圧Ｖａ、第２電圧Ｖｂ、第３電圧Ｖｃは、三相交流中性点からの電圧値をそれぞれ示す。また、第１電源ライン５１に流れる電源電流を電源電流ｉ１１、第１交流リアクトル５７に流れる電流を負荷電流ｉ１２、第１接続線６４及び第１共振リアクトル６９に流れる電流をバイパス電流ｉ１３という。なお、これら電流は、電源電流ｉ１１＝負荷電流ｉ１２＋バイパス電流ｉ１３の関係にある。
【００３６】
（５−２−１）実施例１
実施例１における電力供給装置４１の給電回路の動作について、図３と、さらに図４〜図５を参照して説明する。図４は、実施例１における各素子のパラメータ例を示す図である。図５は、実施例１における低負荷電力時における電源電流ｉ１１、負荷電流ｉ１２及びバイパス電流ｉ１３の波形を示す図である。
【００３７】
前述のとおり電力供給装置４１の給電回路では、第１〜３共振リアクトル６９、７１、７３及び第１〜３接続コンデンサ７５、７７、７９は、一体となって共振回路を構成する。第１〜３共振リアクトル６９、７１、７３及び第１〜３接続コンデンサ７５、７７、７９の各パラメータは、構成する共振回路の共振周波数より低い周波数であってかつ三相交流電源４３の電源周波数の２〜３倍の周波数で共振するようにそれぞれ設定されている。ここで共振回路の共振周波数より低い周波数であってかつ三相交流電源４３の電源周波数の２〜３倍の周波数とは、例えば１３７Ｈｚである。このように上記６素子の各パラメータを設定し、構成する共振回路の共振周波数より低い周波数であって三相交流電源４３の電源周波数の２〜３倍の周波数を利用することにより、電力供給装置４１の給電回路において以下が実現される。すなわち、整流回路４５から発生した負荷電流ｉ１２に起因して第１結合トランス８１を介して第１〜３共振リアクトル６９、７１、７３に電圧が誘起された場合に、バイパス電流ｉ１３を負荷電流ｉ１２と同量の電流分変動させることができる。なお、本実施形態において共振周波数とは、第１〜３接続コンデンサ７５、７７、７９及び第１〜３共振リアクトル６９、７１、７３によって構成される共振回路のインピーダンスが最小となる周波数をいう。
【００３８】
具体的に実施例１では、図４に示すとおり、第１交流リアクトル５７（Ｌ１）、第２交流リアクトル５９（Ｌ２）及び第３交流リアクトル６１（Ｌ３）は、１０００μＨに設定されている。第１共振リアクトル６９（Ｌ１１）、第２共振リアクトル７１（Ｌ２２）及び第３共振リアクトル７３（Ｌ３）は、１５００μＨに設定されている。第１接続コンデンサ７５（Ｃ１）、第２接続コンデンサ７７（Ｃ２）及び第３接続コンデンサ７９（Ｃ３）は、３００μＦに設定されている。
なお、実施例１において第１交流リアクトル５７及び第１共振リアクトル６９から構成された第１結合トランス８１の結合係数ｋは、０．９９９である。
【００３９】
まず、電力供給装置４１の給電回路において負荷電流が発生していない場合には、バイパス電流ｉ１３には三相交流電源４３からの１線の正弦波電流が流れている。
【００４０】
その後、整流回路４５のダイオードＤ１、Ｄ２に電圧が印加され、ダイオードＤ１、Ｄ２の動作によって負荷電流が発生すれば、図５（Ｂ）に示すとおり、発生した負荷電流と同量の電流が負荷電流ｉ１２として第１交流リアクトル５７に流れる。また、第１交流リアクトル５７に負荷電流ｉ１２が流れることにより、第１交流リアクトル５７の両端に負荷電流ｉ１２に応じた電圧が発生する。
【００４１】
負荷電流ｉ１２に応じて第１交流リアクトル５７の両端に発生した電圧は、第１結合トランス８１によって第１共振リアクトル６９に電圧を誘起する。ここで、実施例１で採用された第１交流リアクトル５７及び第１共振リアクトル６９の結合係数は、ｋ＝０．９９９である。従って、第１共振リアクトル６９に誘起された電圧は、第１交流リアクトル５７の両端に発生した電圧と相似関係となり、かつ位相が反転される。また、前述したとおり、第１〜３接続コンデンサ７５、７７、７９及び第１〜３共振リアクトル６９、７１、７３は、トランス結合を介して負荷電流ｉ１２と同量の電流分バイパス電流ｉ１３を変動させるように設定されている。従って、正弦波電流であったバイパス電流ｉ１３に負荷電流ｉ１２と同量であって位相が反転された電流が作用することにより、バイパス電流ｉ１３の波形は、図５（ｃ）で示されるように歪む。
【００４２】
歪んだバイパス電流ｉ１３は、負荷電流ｉ１２を打ち消す方向に流れる。すなわち、第１〜３共振リアクトル６９、７１、７３及び第１〜３接続コンデンサ７５、７７、７９は、第１電圧Ｖａからみると、三相交流電源４３の電源周波数の２〜３倍の周波数で共振する。従って、三相交流中性点からの第３電圧Ｖｃは常に上昇していて、その結果、第３電圧Ｖｃは、常に第２電圧Ｖｂと同相でありかつ第２電圧Ｖｂより高い状態にある。その結果、第３電圧Ｖｃと２電圧Ｖｂの電位差によって、歪んだバイパス電流ｉ１３は、負荷電流ｉ１２を打ち消す方向、すなわち図３に示す矢印方向とは逆方向に流れる。
このように歪んだバイパス電流ｉ１３が流れることにより、負荷電流ｉ１２は打ち消されて、電源電流ｉ１１は常に正弦波となる。すなわち、電源電流ｉ１１＝負荷電流ｉ１２＋バイパス電流ｉ１３の関係にあるため、バイパス電流ｉ１３が負荷電流ｉ１２を打ち消し、電源電流ｉ１１は、図５（Ａ）で示すとおり正弦波を有する。
【００４３】
上記の構成を有することにより、負荷電流ｉ１２が変動しても、その変動と同量分バイパス電流ｉ１３も変動するため、電源電流ｉ１１は変動することなく負荷電流ｉ１２が流れていない場合の電源電流ｉ１１と同値になる。その結果、電源電流ｉ１１は負荷電流ｉ１２の発生に関係なく常にほぼ正弦波であり、電源電流ｉ１１における高調波電流は抑制される。なお、第１交流リアクトル５７及び第１共振リアクトル６９の磁気定数の非直線等の理由から、電源電流ｉ１１には若干の高調波成分は残留するが僅少である。
【００４４】
また、第１交流リアクトル５７及び第１共振リアクトル６９とはインダクタンスとして相殺関係にある。従って、第１交流リアクトル５７又は第１共振リアクトル６９が電源系統の直列インピーダンスとはならないため、安定した電源を供給できる。
上記のとおり、実施例１における電力供給装置４１では、電源高調波及び電源変動率を共に低減させることができる。
また、三相交流電源４３と整流回路４５との間の間に受動素子だけを配置させればよいので、簡単な構成で電源高調波及び電源変動率を低減させる電力供給装置４１を実現できる。
さらに、上記のとおり、実施例１では、第１〜３共振リアクトル６９、７１、７３及び第１〜３接続コンデンサ７５、７７、７９の共振回路の周波数は、電源周波数の２〜３倍の周波数の１３７Ｈｚである。三相交流電源４３からみて、共振回路のインピーダンスは、周波数が１３７Ｈｚ未満の場合にはコンデンサとみなせ、周波数が１３７Ｈｚ以上の場合ではインダクタンスとみなせる。従って、本実施例では、周辺機器に多用された三相整流方式で顕著に発生する第５次高調波（２５０Ｈｚ又は３００Ｈｚ）及び第７次高調波（３５０Ｈｚ又は４２０Ｈｚ）において共振回路のインピーダンスをインダクタンスとみなせるので、周辺機器に悪影響を及ぼす可能性を低減できる。
【００４５】
次に、実施例１におけるシミュレーション結果について説明する。具体的には、実施例１における低負荷電力時及び高負荷電力時における電流波形及び総合高調波ひずみ率を示す。また、実施例１における電源変動率を示す。
シミュレーション条件として、図４に示す条件の他に、電源電流ｉ１１＝４０．０Ａｒｍｓ及び直流負荷ＲＬ=３７Ωを採用する。また、結合係数ｋ＝０．９９９、三相交流電源４３の交流電圧＝２００Ｖａｃ及び三相交流電源４３の周波数＝５０Ｈｚを採用する。
【００４６】
ここで総合高調波ひずみ率（基本波基準、以下ＴＨＤ−Ｆ（Ｔｏｔａｌ  Ｈａｒｍｏｎｉｃ  Ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ−Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ）という）とは、基本波に対する高調波成分の比率である。ＴＨＤ−Ｆは、以下の数式１で表される。
【数１】
2013017347.tif 000003
ここでＩ１＝電源周波数電流値、ｎ＝次数、Ｉｎ＝高調波電流値である。
ＴＨＤ−Ｆがより低いほど、高調波成分が少なく電流波形に歪みが小さいことが示される。総合高調波ひずみ率は、各種規格の要請により、１３％以下であることが目標とされる。
【００４７】
また、電源変動率とは、商用電源側からの入力電圧の変動に対する出力安定度を示す。電源変動率とは、以下の数式２で表される。なお、ここでは直流（ＤＣ）の電源変動率を求める。
【数２】
2013017347.tif 000004
なお、低負荷電力とは２．５ｋＷ〜２．９ｋＷであり、高負荷電力とは２４ｋＷ〜２５ｋＷを指す。
【００４８】
低負荷電力時における電源電流ｉ１１、負荷電流ｉ１２及びバイパス電流ｉ１３の波形は、すでに図５に示したとおりである。また、高負荷電力時の電源電流ｉ１１、負荷電流ｉ１２及びバイパス電流ｉ１３の波形は図６のとおりである。図６は、実施例１における高負荷電力時の電源電流ｉ１１、負荷電流ｉ１２及びバイパス電流ｉ１３の波形を示す図である。高負荷電力時の場合も低負荷電力時と同様に、電源電流ｉ１１はほぼ正弦波を有する。すなわち、電源電流ｉ１１＝負荷電流ｉ１２＋バイパス電流ｉ１３の関係にあり、歪んだバイパス電流ｉ１３が負荷電流ｉ１２を打ち消し、電源電流ｉ１１は常にほぼ正弦波となる。
【００４９】
また、実施例１における低負荷電力時及び高負荷電力時における総合高調波ひずみ率とＤＣ電源変動率とを図７に示す。図７は、実施例１における低負荷電力時及び高負荷電力時の総合高調波ひずみ率とＤＣ電源変動率とを示す図である。総合高調波ひずみ率は上述の数式１を用いて算出される。また、ＤＣ電源変動率は上述の数式２を用いて算出される。
【００５０】
図７に示すとおり、実施例１おいて、低負荷電力時の総合高調波ひずみ率は３．１％、高負荷電力時の総合高調波ひずみ率は５．０％というシミュレーション結果が得られた。これにより、本実施例では高調波成分が改善されていることが分かる。すなわち、各種規格によって、ＴＨＤ−Ｆは１３％以下であることが目標とされるが、上記シミュレーション結果のとおり本実施例では目標値を実現できる。また、ＤＣ電源変動率は１．６％であり、実施例１ではＤＣ電源変動率が十分に低い安定した電源電圧を提供できる。以上のとおり、実施例１では、電源高調波及び電源変動率を共に十分に低減させた良好な電力供給装置４１を提供できることがシミュレーション結果により確認できる。
【００５１】
（５−２−２）他の実施例
他の実施例における各素子のパラメータ例を示す。図８は、他の実施例における各素子のパラメータ例を示す図である。
【００５２】
他の実施例における電力供給装置４１は、上記の実施例１と各素子のパラメータが異なる以外は実施例１と同じ構成であり、またその動作も同じである。
実施例２では、第１交流リアクトル５７（Ｌ１）、第２交流リアクトル５９（Ｌ２）及び第３交流リアクトル６１（Ｌ３）が、実施例１と比べて１０％上昇され、１１００μＨに設定されている。第１共振リアクトル６９（Ｌ１１）、第２共振リアクトル７１（Ｌ２２）及び第３共振リアクトル７３（Ｌ３）は、実施例１と同じ１５００μＨに設定されている。また、第１接続コンデンサ７５（Ｃ１）、第２接続コンデンサ７７（Ｃ２）及び第３接続コンデンサ７９（Ｃ３）は、実施例１と同じ３００μＦに設定されている。
【００５３】
実施例３では、第１交流リアクトル５７（Ｌ１）、第２交流リアクトル５９（Ｌ２）及び第３交流リアクトル６１（Ｌ３）は、実施例１と同じ１０００μＨに設定されている。第１共振リアクトル６９（Ｌ１１）、第２共振リアクトル７１（Ｌ２２）及び第３共振リアクトル７３（Ｌ３）は、実施例１と比べて１０％上昇され、１６５０μＨに設定されている。また、第１接続コンデンサ７５（Ｃ１）、第２接続コンデンサ７７（Ｃ２）及び第３接続コンデンサ７９（Ｃ３）は、実施例１と同じ３００μＦに設定されている。
【００５４】
実施例４では、第１交流リアクトル５７（Ｌ１）、第２交流リアクトル５９（Ｌ２）及び第３交流リアクトル６１（Ｌ３）は、実施例１と同じ１０００μＨに設定されている。第１共振リアクトル６９（Ｌ１１）、第２共振リアクトル７１（Ｌ２２）及び第３共振リアクトル７３（Ｌ３）は、実施例１と同じ１５００μＨに設定されている。一方、第１接続コンデンサ７５（Ｃ１）、第２接続コンデンサ７７（Ｃ２）及び第３接続コンデンサ７９（Ｃ３）は、実施例１と比べて１０％上昇され、３３０μＦに設定されている。
【００５５】
実施例５は、実施例１の素子のうちいくつかのパラメータを１０％上昇させた例である。
具体的には、第１交流リアクトル５７（Ｌ１）及び第３交流リアクトル６１（Ｌ３）は、実施例１と比べて１０％上昇されて１１００μＨに設定され、第２交流リアクトル５９（Ｌ２）実施例１と同じ１０００μＨに設定されている。また、第１共振リアクトル６９（Ｌ１１）及び第３共振リアクトル７３（Ｌ３）は、実施例１と比べて１０％上昇されて１６５０μＨに設定され、第２共振リアクトル７１（Ｌ２２）は実施例１と同じ１５００μＨに設定されている。さらに第１接続コンデンサ７５（Ｃ１）及び第３接続コンデンサ７９（Ｃ３）は、実施例１と比べて１０％上昇されて３３０μＦに設定され、第２接続コンデンサ７７（Ｃ２）は実施例１と同じ３００μＦに設定されている。
【００５６】
以上のように各素子のパラメータを設定し、実施例１と同様に、低負荷電力時及び高負荷電力時における電流波形及び総合高調波ひずみ率と電源変動率とを推定した。その結果、実施例２〜５のいずれにおいても、低負荷電力時及び高負荷電力時における電源電流はほぼ正弦波を有するというシミュレーション結果が得られた。また、低負荷電力時及び高負荷電力時における総合高調波ひずみ率は、実施例２〜５のいずれにおいても１０％以下という良好な結果を得た。さらにＤＣ電源変動率も、実施例２〜５のいずれにおいても約２％台という良好な結果が得られた。
【００５７】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。特に、本明細書に書かれた複数の実施形態及び変形例は必要に応じて任意に組み合せ可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明は、自動倉庫及び工場を走行する走行車に非接触で電力を供給する非接触給電用電力供給装置に広く適用できる。
【符号の説明】
【００５９】
１      天井搬送車システム
３      レール
５      天井搬送車
１１    走行レール
１３    給電レール
１５    給電線ホルダ
１７    一対の給電線
２１    走行部
２３    受電部
２５    搬送車本体部
２７    一対のピックアップユニット
２９    コア
３１    ピックアップコイル
４１    電力供給装置
４３    三相交流電源
４５    整流回路
４７    平滑用コンデンサ
４９    負荷
５１    第１電源ライン
５３    第２電源ライン
５５    第３電源ライン
５７    第１交流リアクトル
５９    第２交流リアクトル
６１    第３交流リアクトル
６３    接続線
６４    第１接続線
６５    第２接続線
６６    第３接続線
６７    第４接続線
６９    第１共振リアクトル
７１    第２共振リアクトル
７３    第３共振リアクトル
７５    第１接続コンデンサ
７７    第２接続コンデンサ
７９    第３接続コンデンサ
８１    第１結合トランス
８３    第２結合トランス
８５    第３結合トランス
１０１  インターベイルート
１０３  イントラベイルート
１０５  複数の処理装置
１０７  ロードポート
【図１】
2013017347.tif 000005
【図２】
2013017347.tif 000006
【図３】
2013017347.tif 000007
【図４】
2013017347.tif 000008
【図５】
2013017347.tif 000009
【図６】
2013017347.tif 000010
【図７】
2013017347.tif 000011
【図８】
2013017347.tif 000012