(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動体が走行する走行路に沿うと共に、所定の弛みを有するように架線した交流電流を流す給電線と、
上記移動体に設けられると共に、上記給電線を内包する凹部を有しており、上記移動体の移動により上記給電線との相対位置が変動するコアと、
上記移動体の移動中における、上記給電線から電磁誘導作用で負荷に非接触により供給される電力がほぼ一定になるように上記コアに所定の巻数で巻回されると共に、上記給電線と所定の隙間を有するコイルと、を有し、
上記コイルは平型導電体とするとともに、上記コイルの長さを、上記コアと上記給電線との相対位置が変動した場合でも上記コイルが上記給電線の変動範囲と対向できる長さとしたことを特徴とする非接触給電装置。
【請求項２】
上記コアの上記凹部内には、上記給電線を縦方向に複数配設されると共に、並列接続された、ことを特徴とする請求項１に記載の非接触給電装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、案内レールに沿って架線された給電線を流れる交流から電磁誘導作用により電力を取り込むための給電部を備えた非接触給電装置の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、天井に架設された案内レールに沿って走行し、工場あるいは倉庫内のステーション間において荷の搬送作業をするモノレール式の搬送装置（移動体）が提案されている。この種の搬送装置の給電方法として、案内レールに配線された給電線に対向させた状態にピックアップユニットを移動体に取り付け、このピックアップユニットを用い、給電線を流れる交流（高周波電流）から電磁誘導作用を利用して電力を取り込む非接触給電装置が知られている（例えば特開平５−２０７６０６号公報等）。
【０００３】
この非接触給電装置では、図６に示すように給電部１は、移動体が走行する走行路に沿うと共に、相互に平行な往復経路をとって、所定の弛みを有するように架線した交流電流を流す二本の給電線３と、給電線３を覆うように対向配置されると共に、移動体に固定されたピックアップユニット２とを備え、ピックアップユニット２には、Ｅ型形状のコア５と、その中央脚部５ａに巻回されると共に、負荷（図示せず）が接続された受電用の二次コイル７とを備えている。
【０００４】
ここで、給電部１における給電線３とコア５との間に形成された隙間ｇは、ピックアップユニット２が移動する時に、コア５のＸ方向の位置が変動しても給電線３とコア５とが接触しないようにするために設けられている。
かかる給電部１は、給電線３を流れる高周波電流によりコア５には同図に矢印で示すような磁束の向きの磁気回路が形成され、この磁気回路に基づき二次コイル７に電流が誘起されて負荷（図示せず）に電力を給電線３から無接触により給電するものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のように構成された非接触給電装置はピックアップユニット２の移動に伴い、給電線３の弛みなどのために、図６に示すＹ方向に給電線３とコア５との相対位置がａ〜ｂの範囲で変動し、例えば、該位置変動は最大５０ｍｍとなる（実測値）。
給電線３と二次コイル７との相互インダクタンスＭは、二次コイル７の巻回数を９回として電線直径を４ｍｍ、二次コイル７の長さＬを３６ｍｍとすると、位置ａで３０μHから位置ｂで１８μHと６０％に減少する（実測値）。
なお、給電線３の直径は９ｍｍ、隙間ｇは２０ｍｍである。
一方、二次コイル７の自己インダクタンスＬ2は一定値である。従って、二次側の負荷への供給電力が相互インダクタンスＭの２乗に比例して約３６％変動するので、一定の電力を負荷に供給できないという問題点があった。
【０００６】
かかる課題を解決するのに、給電線３と二次コイル７との電磁的な結合度が変化しないように、コア５の中央部５ａに二次コイル７を形成する電線を多数巻回する手段がある。
しかしながら、二次コイル７を多数巻回し過ぎると、二次コイル７の自己インダクタンスＬ2が巻数の２乗に比例して増加し、二次側負荷電流は二次コイル７の巻数に反比例すると共に、自己インダクタンスＬ2に反比例して減少する。
よって、二次コイル７の巻回数を増加し過ぎると、負荷への供給電力が低下するので、適切でない。これを数式により示せば下記となる。
【０００７】
即ち、非接触給電装置の等価回路を図７に示し、この等価回路より下記の回路方程式を得る。
SＭ（ｉ1−ｉ2）＝ S（Ｌ2−Ｍ）ｉ2＋Ｖc1・・・・・（１）
Ｖc1＝（ｉ2−ｉ3）／SＣ1＝ ｉ3×Ｒ・・・・・・・（２）
ｉ1＝ｉ0／ｎ・・・・・・・・（３）
ここに、Ｓ：ラプラス演算子、 ｉ0：一次側電流（Ａ）
ｉ1：二次側換算の一次側電流（Ａ）、ｉ2：二次側電流値（Ａ）
ｉ3：二次側負荷電流値（Ａ）、 Ｒ：負荷の抵抗値（Ω）、ｎ：巻数比
Ｃ1：共振コンデンサの静電容量（Ｆ）、Ｖc1：コンデンサ電圧（Ｖ）
上記（１），（２）式より
SＭｉ1＝ SＬ2ｉ2＋ ｉ3×Ｒ・・・・・・・・（４）
上記（２）式より
ｉ2＝（１＋SＣ1Ｒ） ｉ3・・・・・・・・（５）
（５）式を（４）式に代入してまとめると、
ｉ3／ ｉ1＝ SＭ／（S2Ｃ1ＲＬ2＋ SＬ2＋ Ｒ）・・（６）
ここで、二次側回路のＬ2とＣ1とが共振状態であると、
S2Ｃ1Ｌ2＋１＝０・・・・（７）
ここで、（７）式を（６）式に代入すると、二次側負荷電流ｉ3は下式となる。
ｉ3＝（Ｍ× ｉ1）／ Ｌ2＝（Ｍ× ｉ0）／（ Ｌ2×ｎ）・・・・（８）
よって、負荷Ｒの負荷電力Ｗは下式となる。
Ｗ＝ ｉ32×Ｒ・・・・（９）
【０００８】
負荷電力Ｗは上記（８），（９）式より二次コイル７の巻回数、相互インダクタンス等により変化する。
これを前記条件（給電線３の直径９ｍｍ，隙間ｇを２０ｍｍ，二次コイル７の電線直径４ｍｍ）にて、二次コイル７の巻回数と出力電力比との比を実験により確認すると、図８に示す曲線を得る。図８から明らかのように巻数を巻回しすぎると、負荷に供給される電力が低下する。
【０００９】
また、図９（ａ）に示すように二次側の供給電力の増加を図るために、複数のピックアップユニット２を用いて給電部１０を構成する場合、限られたスペースに設置するために、ピックアップユニット２どおしを近接して配置するのが一般である。
かかる構成において、二次コイル７に電流が図９（ｂ）の方向に流れると、反時計回りの磁束φ１と、時計回りの磁束φ２が発生し、二つのコア５間に給電線３の中央部３ａに磁束φ１、φ２が加算するように鎖交する。
該磁束φ１、φ２により給電線３の中央部３ａに渦電流が流れて鉄損が生じ、該中央部３ａの温度を上昇が高くなり、給電線３の抵抗値が増加して二次側負荷電力が低下するという問題点があった。
【００１０】
この発明は、上記課題を解決するためになされたもので、二次側の供給電力を効率良く抽出し得る非接触給電装置を提供するものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
第１の発明に係る非接触給電装置は、移動体が走行する走行路に沿うと共に、所定の弛みを有するように架線した交流電流を流す給電線と、上記移動体に設けられると共に、上記給電線を内包する凹部を有しており、上記移動体の移動により上記給電線との相対位置が変動するコアと、上記移動体の移動中における、上記給電線から電磁誘導作用で負荷に非接触により供給される電力がほぼ一定になるように上記コアに所定の巻数で巻回されると共に、上記給電線と所定の隙間を有するコイルと、を有し、上記コイルは平型導電体とするとともに、上記コイルの長さを、上記コアと上記給電線との相対位置が変動した場合でも上記コイルが上記給電線の変動範囲と対向できる長さとしたものである。
【００１３】
第２の発明に係る非接触給電装置は、コアの凹部内には、給電線を縦方向に複数配設されると共に、並列接続されたことを特徴とするものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
この発明の一実施の形態を図１によって説明する。図１はこの発明の一実施の形態による二次コイルに平型導電体を用いた給電部の正面図である。
図１において、給電部１００は、交流電流を流すと共に、案内レールに沿い相互に平行な往復経路をとって所定の弛みを有するように架線された二本の給電線３と、この給電線３に近接配置されると共に、移動体（図示せず）に固定されたピックアップユニット１０２を備え、ピックアップユニット１０２には、中央部５ａと二つの側面部５ｃとから形成される二つの凹部毎に各１本の給電線３を内包するＥ型形状のコア５と、コア５の中央部５ａには、好ましくは絶縁された、厚さａ，幅ｄの平型導電体１０７ａを用いて、図８に示すように二次側電力を効率良く抽出するために９回巻回された二次コイル１０７とが形成されている。
なお、二次コイル１０７には、図７に示すようにコンデンサ（ Ｃ1）及び負荷（Ｒ）が接続されている。
ここで、二次コイル１０７を平型導電体１０７ａとしたのは、所定の巻回数、例えば９回において、二次コイル１０７の長さＬを長くして、給電線３の弛み、ピックアップユニット１０２の移動によって生じる給電線３とコア５とのＹ方向（上下方向）の相対位置がａ〜ｂの範囲で変動しても、給電線３と二次コイル１０７とを常に対向する位置に存在させることにより給電線３と二次コイル１０７との相互インダクタンスをほぼ一定値とし、しかも、給電線３の表面と二次コイル１０７の表面との間には、従来と同様な隙間ｇを確保するためである。
【００１９】
上記のように構成された非接触給電装置の給電部１００よれば、給電線３の位置がＹ方向（上下方向）に移動しても給電線３と二次コイル１０７の磁気的な結合度を示すＭ／ Ｌ2に変動が少ないので、ピックアップユニット１０２等の位置が変動しても二次側の給電電力をほぼ一定にできるものである。
ここで、磁気的な結合度をＭ／ Ｌ2により評価するのは、前記（８）式より二次側負荷電流と給電線３を流れる電流との関係式を根拠とする。
給電線３の直径を９ｍｍ、隙間ｇを２０ｍｍ、二次コイル１０７の平型導電体１０７ａの厚さａを４ｍｍ、幅ｄを８ｍｍ、コイル長さＬを８８ｍｍとして、磁気的な結合度をＭ／ Ｌ2の変化を実験によって確認すると、給電線３が位置ａでは、相互インダクタンスＭは３０μＨ、自己インダクタンスＬ2は１００μＨがとなり、給電線３が位置ｂでは、相互インダクタンスＭは２８．５μＨとなり自己インダクタンスＬ2は位置ａと同じであった。
よって、結合度Ｍ／Ｌ2の位置ａと位置ｂとの比は、従来０．７であったものが、この実施の形態では、０．９５と改善されるものである。
【００２０】
実施の形態２．
この発明の他の実施の形態を図２によって説明する。図２は、実施の形態による複数の給電線を用いた給電部の正面図である。
実施の形態１では、二次コイル１０７により給電線３との磁気的な結合度Ｍ／Ｌ2を向上させたものであるが、この発明の実施の形態２では、一次側（給電線）を改良することにより、磁気的な結合度Ｍ／Ｌ2を向上させることにより給電線１０３から負荷に伝達される電力が、給電線１０３と二次コイル１０７（コア５）との相対位置が変動しても、ほぼ一定になるようにするものである。
【００２１】
図２おいて、非接触給電装置の給電部２００は、案内レールに沿い相互に平行な往復経路をとって所定の弛みを有するように架線すると共に、各３本の合計６本の電線が３本毎に並列接続された交流電流を流す給電線１０３と、この給電線１０３に近接配置されると共に、移動体（図示せず）に固定されたピックアップユニット１０２を備え、ピックアップユニット１０２には、二つの凹部毎に縦方向に配設された各３本の給電線１０３を内包するＥ型形状のコア５と、コア５の中央部５ａには、図８に示すように二次側電力を効率良く抽出するために９回巻回された二次コイル７とが形成されている。
ここで、３本の給電線１０３を縦方向に並べて並列接続したのは、給電線１０３の弛み、ピックアップユニット１０２の移動によって生じる給電線１０３とコア５とのＹ方向の相対位置がａ〜ｂの範囲で変動しても、給電線１０３と二次コイル７とが常に対向する位置に存在させることにより給電線１０３と二次コイル７との相互インダクタンスをほぼ一定値とし、磁気的な結合度Ｍ／Ｌ2を向上させるためである。
【００２２】
上記のように構成された非接触給電装置は、実験によれば、給電線１０３の直径９ｍｍの円柱状の電線を、各３本縦方向に給電線１０３どうしの隙間０．５ｍｍで合計６本配設し、二次コイル７の電線直径を４ｍｍ、コイル７の長さＬを３６ｍｍとすると、給電線１０３が位置ａで相互インダクタンスＭは１００μＨ、自己インダクタンスＬ2は１００μＨとなり、給電線１０３が位置ｂで相互インダクタンスＭは２８．５μＨとなり、自己インダクタンスＬ2は変化しないから、位置ａと位置ｂとの磁気的な結合度Ｍ／ Ｌ2の比は０．９５となることが確認できた。
なお、上記実施の形態１の二次コイル１０７とこの実施の形態による給電線１０３とを組み合わせることによりを一層結合度Ｍ／ Ｌ2向上できる。
【００２３】
実施の形態３．
この発明の他の実施の形態を図３によって説明する。図３は、この発明の他の実施の形態によるコアの中央部に二次コイルを巻回した断面図、図４は図３に示す二次コイルを有するピックアップユニットを二つ近接配置した側面図である。
図３及び図４において、給電部３００を構成するピックアップユニット２０２は、略Ｅ型形状のコア１０５を有しており、コア１０５の中央部１０５ａには、二つの溝状の切り欠き１０５ｅを設け、この切り欠き１０５ｅに電線が９回巻回されて二次コイル７が形成されており、中央部１０５ａの側面部１０５ｃがピックアップユニット２０２の磁気遮蔽として作用するように形成されている。
ここで、切り欠き１０５ｅの幅と深さは、二次コイル７を挿入できる空間があれば足り、特に、幅ができるだけ短い方が磁気遮蔽としての作用をより奏する。
【００２４】
上記のように構成された非接触給電装置の給電部３００の動作を図３及び図４によって説明する。いま、二つのピックアップユニット２０２を併設した状態において、二次コイル１０７に電流が図４に示す方向に流れると、矢印のようにコア１０５の側面部１０５ｃに磁束Φ１と磁束Φ２とが流れるが、磁束Φ１は、ピックアップユニット２０２のコア１０５の側面部１０５ｃ→中央部１０５ａ→切り欠き１０５ｅの経路で流れる。
一方、磁束Φ２は、同様にピックアップユニット２１２のコア１０５の側面部１０５ｃ→中央部１０５ａ→切り欠き１０５ｅの経路で流れる。
よって、磁束Φ１，Φ２は、各ピックアップユニット２０２のコア１０５内を流れて、給電線３の中央部３ａにほとんど鎖交しなくなるので、給電線３の中央部３ａに渦電流が流れにくくなり鉄損が減少する。
従って、複数のピックアップユニット２０２が近接配置されても、給電線３の中央部３ａの磁束Φ１，Φ２による温度上昇を抑えることができる。
これを実験により確認すると、ピックアップユニット２０２どうしの間隔を３０ｍｍにして、給電線３に周波数１５Ｋｚの８０Ａの電流を流して二次コイル１０７の負荷に３０Ａを流して、給電線３の中央部３ａの表面における飽和温度を測定すると、従来、１５１℃上昇していたものが、上記ピックアップユニット２０２の構成によれば、４９℃の温度上昇に留まることが確認できたのである。
【００２５】
なお、二次コイル７を予め非磁性体の筒型ボビンに巻き、これを図３に示すコア１０５の切り欠き１０５ｅに係合させて、コア１０５の中央部１０５ａに固定してもほぼ同様の作用を奏する。
【００２６】
また、図５に示すように二つのピックアップユニット２の内側側面部に磁性体から成る二枚の遮蔽板３０１を、各二次コイル７と当接して配置することにより、各二次コイル７に発生する磁束φ１、φ２は図５（ｂ）に示すように遮蔽板３０１の内部を通るので、二つのピックアップユニット２を接近させても給電線３の発生損失を抑えて温度上昇を抑制することができる。
また、上記実施の形態によるＥ型コアには、U型コアを二つ用いてＥ型形状にしても良い。
【００２７】
【発明の効果】
第１の発明によれば、移動体の移動中における、給電線から電磁誘導作用で負荷に非接触により供給される電力がほぼ一定になるようにコアに所定の巻数で巻回されると共に、給電線と所定の隙間を有するコイルを有し、上記コイルは平型導電体とするとともに、上記コイルの長さを、上記コアと上記給電線との相対位置が変動した場合でも上記コイルが上記給電線の変動範囲と対向できる長さとしたので、コイルと給電線との相対位置が変動しても、負荷に伝達される電力がほとんど変動しなくなり、適切な給電電力を負荷に供給できるという効果がある。
【００２９】
第２の発明によれば、コアの凹部内には、給電線を縦方向に複数配設されると共に、並列接続したので、給電線とコイルとの磁気的な結合度が増加して、より一層負荷に伝達される電力が変動しにくいという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の一実施の形態によるコイルの電線に平板を用いた給電部の正面図である。
【図２】  この発明の他の実施の形態による複数の給電線を用いた給電部の正面図である。
【図３】  この発明の他の実施の形態によるコアの中央部にコイルを巻き回した断面図である。
【図４】  図３に示すピックアップユニットを二つ近接配置した側面図である。
【図５】  コイルの側面に磁性体板を設けた断面図（ａ）、コイルの磁束の流れを示す磁気回路の説明図（ｂ）である。
【図６】  従来の給電部の正面図である。
【図７】  非接触給電装置の等価回路図である。
【図８】  ピックアップユニットにおけるコイルの巻数と負荷に供給される出力電力比の曲線である。
【図９】  図６に示すピックアップユニットを二つ近接配置した斜視図（ａ）、コイルの磁束の流れを示す磁気回路の説明図（ｂ）である。
【符号の説明】
２，１０２，２０２  ピックアップユニット、３，１０３  給電線、５，１０５  コア、５ａ，１０５ａ  中央部、５ｃ，１０５ｃ  側面部、７，１０７  二次コイル（コイル）、１０５ｅ  切り欠き、３０１  磁性体部材。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0003740930.tif 000008
【図８】
0003740930.tif 000009
【図９】
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