JP4059828B2

JP4059828B2 - 非接触給電装置

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Publication number: JP4059828B2
Application number: JP2003322139A
Authority: JP
Inventors: 眞植平; 聡 ▲高▼繁; 晋吾小山
Original assignee: Tsubakimoto Chain Co
Current assignee: Tsubakimoto Chain Co
Priority date: 2003-09-12
Filing date: 2003-09-12
Publication date: 2008-03-12
Anticipated expiration: 2023-09-12
Also published as: JP2005094861A; KR20050027005A; TWI271911B; TW200511683A; KR100670409B1

Description

本発明は、高周波電源に接続された一次側回路である給電線から、物理的に非接触の状態で磁気結合させた二次側回路たるピックアップ部を介して各負荷に給電を行うようにした非接触給電装置に関する。

モノレール方式の搬送設備は、工場内又は倉庫内において広く用いられており、搬送車に搭載した走行用のモータへの駆動電力は、案内レールに沿って敷設された給電線を介して供給される。

給電線を用いた給電装置の一つとして、搬送車に設けたピックアップ部を給電線から非接触の状態で近接させ、給電線に交流電流を流したときにピックアップ部に発生する誘導起電力を電力として取得する非接触給電装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。給電線の両端を高周波電源に接続して一次側回路を構成し、ピックアップ部を含む受電用回路（二次側回路）は、給電線に流れる交流電流の周波数で共振する共振回路を有している。

図１２は従来の非接触給電装置の構成例を示す模式的断面図である。図中６０は、Ｈ字形断面を有する案内レールであり、互いに平行な２つの側板部の間に、夫々に垂直をなす中板部を渡して構成されており、中板部の一側面には案内レール６０の長手方向に多数のＬ字形の支持腕（不図示）が取付けられており、これらの支持腕を介して工場又は倉庫の天井に吊り下げられている。

中板部の他側面には、案内レール６０の長手方向の全長に亘って互いに対をなす支持具６４ａ，６４ｂが複数取り付けられており、各支持具６４ａ，６４ｂの先端には高周波電源（不図示）へ接続された給電線のうち往路側給電線２０ａと復路側給電線２０ｂとが夫々支持されている。

前述のピックアップ部は、ピックアップコア６３と該ピックアップコア６３に巻回してあるピックアップコイル６１ａ，６１ｂとを備えている。ピックアップコア６３は、磁性材料により形成されたものであり、板状の基部６３ｄに３つの脚部６３ａ，６３ｂ，６３ｃを適宜間隔を隔てて立設してある。ピックアップコイル６１ａ，６１ｂは真中の脚部６３ｂに巻回してあり、給電線に交流電流が流れた場合、磁気結合による誘電起電力がピックアップコイル６１ａ，６１ｂに発生し、これを電力として取得する構成となっている。
特表平６−５０６０９９号公報

ところで、このような従来の非接触給電装置にあっては、受電効率を大きくするためには、脚部間の間隔を狭くして磁気抵抗を減らす必要があるが、脚部間の間隔を狭くした場合、給電線の外径を小さくする必要があるため導体が小さくなり、給電線の抵抗損失が大きくなるという問題点を有していた。

また、二次側回路のピックアップコイル６１ａ，６１ｂは、一般にリッツ線を密に巻回してあるため、内部に熱が蓄積され易く、リッツ線の絶縁膜の耐熱能力の限界を越えないように供給電力を制限せざるを得ないという問題点を有していた。また、受電効率を良くするために細いリッツ線を巻回しているので、抵抗損失が大きいという問題点を有していた。

また、往路側給電線２０ａと復路側給電線２０ｂとの間に脚部６３ｂが介在しているため、往路給電線２０ａと復路側給電線２０ｂとの間を狭めることが困難である。そのため、給電線の周囲における電界及び磁界の強度を下げることができず、周囲の回路、機器等に影響を及ぼすという問題を有している。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、基部上に適宜間隔を隔てて並設してある４つの脚部を備えてなる磁性体と、磁性体に巻回してある１又は複数のコイルとを備え、給電線を内側の２つの脚部間に配してあるとともに、給電線の中途に設けた分流部から一側を外側の一方の脚部と内側の脚部との間に配してあり、前記分流部から他側を外側の他方の脚部と内側の脚部との間に配してある構成とすることにより、放熱効果に優れ、外部の回路、機器等に与える磁界及び電界の影響を少なく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。

本発明の他の目的は、基部上に適宜間隔を隔てて並設してある２つの脚部を備えてなる磁性体と、磁性体に巻回してある１又は複数のコイルと、磁性体を収容する非磁性導体からなる収容部とを備え、給電線を脚部間に配してあるとともに、給電線の中途に設けた分流部から一側及び他側を脚部の外側に配してある構成とすることにより、外部の回路、機器等に与える磁界及び電界の影響を少なくすることができ、受電能力が高い非接触給電装置を提供することにある。

本発明に係る非接触給電装置は、一次側回路に流れる電流によって生ずる磁束を、磁性体にコイルを巻回してなる二次側回路に鎖交させ、前記一次側回路から前記二次側回路へ電力を供給する非接触給電装置において、前記磁性体は、基部と、該基部上に適宜間隔を隔てて並設してある２つの脚部とを備え、前記一次回路は、中途にて分流部を設けてなる給電線を備え、前記磁性体を収容する非磁性導体からなる収容部と、前記分流部までの往路側を前記２つの脚部の間に配置するために前記収容部の中央部に設けられた第１取付部と、前記分流部から一側及び他側を夫々前記脚部の外側に配置するために前記収容部の内側の側面に接するように設けられた２つの第２取付部とを備え、前記分流部までの往路側を前記第１取付部に、前記分流側から一側及び他側を夫々第２取付部に取付けてあり、前記コイルは、前記２つの脚部の夫々に巻回してあることを特徴とする。

本発明にあっては、基部上に適宜間隔を隔てて並設してある２つの脚部を備えてなる磁性体と、磁性体に巻回してある複数のコイルと、磁性体を収容する非磁性導体からなる収容部とを備え、給電線を脚部間に配してあるとともに、給電線の中途に設けた分流部から一側及び他側を脚部の外側に配してある。従って、内側の給電線に流れた電流によって生じる磁束及び電界と、外側の２本の給電線に流れた電流によって生じる磁束及び電界とは、内側の給電線に対して外側の給電線が対称的に配置されているため、給電線の外側で互いに打消しあうこととなり、外部の回路、機器等に与える磁界及び電界の影響が少なくなる。また、収容部をアルミニウム、銅等の非磁性導体により形成することによって、給電線及び磁性体から発生する磁界及び電界を効果的に遮へいすることが可能となる。また、コイルが脚部に巻回してあるので、脚部の外側に配してある給電線からも電力を受け取ることができるため、受電能力を向上させることができる。

本発明による場合は、基部上に適宜間隔を隔てて並設してある２つの脚部を備えてなる磁性体と、磁性体に巻回してある複数のコイルと、磁性体を収容する非磁性導体からなる収容部とを備え、給電線を脚部間に配してあるとともに、給電線の中途に設けた分流部から一側及び他側を脚部の外側に配してある。従って、内側の給電線に流れた電流によって生じる磁束及び電界と、外側の２本の給電線に流れた電流によって生じる磁束及び電界とは、内側の給電線に対して外側の給電線が対称的に配置されているため、給電線の外側で互いに打ち消しあうこととなり、外部の回路、機器等に与える磁界及び電界の影響が少なくなる。また、収容部をアルミニウム、銅等の非磁性導体により形成することによって、給電線及び磁性体から発生する磁界及び電界を効果的に遮へいすることが可能となる。また、コイルが脚部に巻回してあるので、脚部の外側に配してある給電線からも電力を受け取ることができるため、受電能力を向上させることができる。

以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。

実施の形態１．
図１は本実施の形態に係る非接触給電装置の構成を説明するブロック図である。図中１は高周波電源であり、移動体である搬送車３に電力を供給するために該高周波電源１から給電線２が延設されている。給電線２は円形断面を有するリッツ線からなり、その中途における分流部２１から折返すことにより復路側給電線２ａ，２ｃ及び往路側給電線２ｂを形成し、分流部２２を介して高周波電源１へ接続してループ状にしてある。すなわち、給電線２は、２本の復路側給電線２ａ，２ｃを別個に設け、１本の往路側給電線２ｂを共用した構成としている。

搬送車３には非接触給電装置４が搭載されており、この非接触給電装置４は３つのピックアップコイル５１ａ，５１ｂ，５１ｃを有するピックアップ部５と受電回路６とを備え、給電線２に近接させたピックアップ部５を介して起電力を得るようになしてあり、受電回路６を介して搬送車３のモータを含む動力回路７及び制御回路８に対する給電を行う。

図２はピックアップ部５の拡大斜視図であり、図３はその模式的側面図である。ピックアップ部５は磁性材料により形成されたピックアップコア５３と、該ピックアップコア５３に巻回された３つのピックアップコイル５１ａ，５１ｂ，５１ｃとを備えている。また、各給電線２ａ，２ｂ，２ｃは、夫々ピックアップコイル５１ａ，５１ｂ，５１ｃに近接するように支持具５４ａ，５４ｂ，５４ｃによって支持されている。これらの支持具５４ａ，５４ｂ，５４ｃは、給電線２を敷設する方向に適宜間隔を隔てて多数設置されている。

ピックアップコア５３は、直方体状の基部５３ｅの一側面側に、一定の間隔（ａ）を隔てて略平行に４つの脚部５３ａ，５３ｂ，５３ｃ，５３ｄを立設してなるものであり、各脚部間にピックアップコイル５１ａ，５１ｂ，５１ｃが巻装されている。外側の２つの脚部５３ａ，５３ｄの厚み（ｔ）は、内側の２つの脚部５３ｂ，５３ｃの厚み（３ｔ）の略１／３倍の厚みに形成されている。
また、内側の２つの脚部５３ｂ，５３ｃに囲まれる領域に往路側給電線２ｂを介在させていると共に、内側の脚部５３ｂと外側の脚部５３ａとの間に囲まれる領域に復路側給電線２ａを介在させ、更に、内側の脚部５３ｃと外側の脚部５３ｄとの間に囲まれる領域に復路側給電線２ｃを介在させている。

このように、往路側給電線２ｂに対して復路側給電線２ａ，２ｃを対称に配置することによって、電流を流したときに往路側給電線２ｂから発生する磁界及び電界は、その外側に配置した２本の復路側給電線２ａ，２ｃから発生する磁界及び電界により打ち消すことが可能となるため、一対の給電線を用いた場合と比較してピックアップ部５の外部に設けられた電子回路、電子機器等に与える影響を少なくすることが可能となる。

なお、各給電線２ａ，２ｂ，２ｃの断面の直径は必ずしも同じである必要はなく、復路側給電線２ａ，２ｃの直径が往路側給電線２ｂの直径よりも小さいものを利用してもよい。その場合、脚部５３ａと脚部５３ｂとの間、及び脚部５３ｃと脚部５３ｄとの間の間隔を狭くすることが可能であり、脚部間の空間の磁気抵抗を小さくすることができ、ピックアップ部５の磁気結合度が大きくなり、受電能力を向上させることができる。また、脚部５３ａと脚部５３ｂの間、脚部５３ｃと脚部５３ｄの間の給電線２の径を小さくすることで、各給電線２ａ，２ｂ，２ｃの間隔を狭くすることができ、給電線２から発生する磁界及び電界による周囲の回路、機器等への影響が少なくなる。

また、各ピックアップコイル５１ａ，５１ｂ，５１ｃは、各脚部間にて基部５３ｅに巻回する構成であったが、内側の２つの脚部５３ｂ，５３ｃに巻回する構成であってもよい。更に、各給電線２ａ，２ｂ，２ｃの断面は扁平形状であってもよい。

実施の形態２．
実施の形態１では、ピックアップコイル５１ａ，５１ｂ，５１ｃを各脚部間にて基部５３ｅに巻回する形態であったが、給電線２の断面が扁平形状である場合には、ピックアップコイル５１ａ，５１ｂ，５１ｃを基部５３ｅに巻回するよりも、内側の２つの脚部５３ｂ，５３ｃに巻回した方が受電効率が良い。

図４は、本実施の形態に係るピックアップ部５の模式的側面図である。実施の形態１と同様に、ピックアップ部５は、磁性体製のピックアップコア５３と該ピックアップコア５３に巻回されたピックアップコイル５１ｄ，５１ｅとから構成される。また、ピックアップコア５３は、直方体状の基部５３ｅと、該基部５３ｅの一側面側に一定の間隔を隔てて略平行に立設した４つの脚部５３ａ，５３ｂ，５３ｃ，５３ｄとを備えてなるものである。

本実施の形態では、扁平断面を有する給電線２を用いており、往路側給電線２ｂを内側の２つの脚部５３ｂ，５３ｃの間に介在させると共に、２本の復路側給電線２ａ，２ｃを脚部５３ａ，５３ｂの間、及び脚部５３ｃ，５３ｄの間に夫々介在させている。図４に示した如く、復路側給電線２ａの断面の長径方向が脚部５３ａ，５３ｂに平行になるように介在させており、ピックアップコイル５１ｄを脚部５３ｄに巻回してある。同様に、往路側給電線２ｂの断面の長径方向が脚部５３ｂ，５３ｃに平行になるように介在させ、復路側給電線２ｃの断面の長径方向が脚部５３ｃ，５３ｄに平行になるように介在させてある。このように扁平な復路側給電線２ａ，２ｃ及び往路側給電線２ｂをピックアップコイル５１ｄ，５１ｅに対向させて支持することにより、各脚部５３ａ，５３ｂ，５３ｃ，５３ｄの間隔を狭くすることができ、空間の磁気抵抗を減らすことができるため、更に受電効率を高めることが可能となる。また、内側の脚部５３ｂ，５３ｃにピックアップコイル５１ｄ，５１ｅを巻回することにより、基部５３ｅ背面への漏れ磁束を減らすことができ、受電効率を高めることができる。

実施の形態３．
前述の実施の形態では、２本の復路側給電線２ａ，２ｃを別個に設けて、分流部２１から１本の往路側給電線２ｂを共用する構成としたが、２本の給電線２，２を個別に高周波電源１に接続する形態であってもよい。この場合、分流部２１に接続部がなく敷設が容易である。

図５は本実施の形態に係る非接触給電装置の構成を説明するブロック図である。図中１は高周波電源であり、移動体である搬送車３に電力を供給するために該高周波電源１から給電線２，２が延設されている。給電線２，２は円形断面を有するリッツ線からなり、夫々の中途における折返部２Ｐ，２Ｐから折返すことにより復路側給電線２ｄ，２ｇ及び往路側給電線２ｅ，２ｆを形成し、夫々の両端を高周波電源１へ接続してループ状にしてある。

搬送車３には非接触給電装置４が搭載されており、この非接触給電装置４は３つのピックアップコイル５１ａ，５１ｂ，５１ｃを有するピックアップ部５と受電回路６とを備え、給電線２，２に近接させたピックアップ部５を介して起電力を得るようになしてあり、受電回路６を介して搬送車３のモータを含む動力回路７及び制御回路８に対する給電を行う。

図６は本実施の形態に係るピックアップ部５の模式的側面図である。実施の形態１と同様に、ピックアップ部５は、磁性体からなるピックアップコア５３と該ピックアップコア５３に巻回されたピックアップコイル５１ａ，５１ｂ，５１ｃとから構成される。

ピックアップ部５３は、直方体状の基部５３ｅの一側面側から、一定の間隔を隔てて略平行に４つの脚部５３ａ，５３ｂ，５３ｃ，５３ｄを立設してなるものであり、ピックアップコイル５１ａ，５１ｂ，５１ｃは、各脚部間にて基部５３ｅに巻回されている。

復路側給電線２ｄ，２ｇは、脚部５３ａ，５３ｂの間、及び脚部５３ｃ，５３ｄの間の間隙に配されるように支持具５４ａ，５４ｃにより支持されており、往路側給電線２ｅ，２ｆは、脚部５３ｂ，５３ｃの間の間隙に配されるように支持具５４ｂに支持されている。

このように、往路側給電線２ｅ，２ｆの外側に復路側給電線２ｄ，２ｇを対称に配することにより、電流を流したときに往路側給電線２ｅ，２ｆから発生する磁界及び電界は、その外側に配置した２本の復路側給電線２ｄ，２ｇから発生する磁界及び電界により打ち消すことが可能となるため、一対の給電線を用いた場合と比較してピックアップ部５の外部に設けられた電子回路、電子機器等に与える影響を少なくすることが可能となる。

実施の形態４．
ピックアップコイル５１ａ，５１ｂ，５１ｃは、前述したようにピックアップコア５３の基部５３ｅに巻回したものである必要はなく、内側の２つの脚部５３ｂ，５３ｃに巻回したものであってもよい。

図７は本実施の形態に係るピックアップ部５の模式的側面図である。ピックアップコア５３は、前述と同様に、直方体状の基部５３ｅに４つの脚部５３ａ，５３ｂ，５３ｃ，５３ｄを適宜間隔を隔てて略平行に立設してなるものであり、更に、内側の２つの脚部５３ｂ，５３ｃの両側面に夫々脚片５５，５５，５５，５５が取付けられている。

ピックアップコイル５１ｄ，５１ｅは、内側の２つの脚部５３ｂ，５３ｃに巻回されており、復路側給電線２ｄ，２ｇ及び往路側給電線２ｅ，２ｆに電流が流れたときに発生する磁束を各ピックアップコイル５１ｄ，５１ｅにて効率良く拾うことが可能となる。

実施の形態５．
図８は本実施の形態に係る非接触給電装置の構成を説明するブロック図である。本発明では、ピックアップコア５３の基部５３ｅに巻回した３つのピックアップコイル５１ａ，５１ｂ，５１ｃ、又は内側の２つの脚部５３ｂ，５３ｃに巻回した２つのピックアップコイル５１ｄ，５１ｅを用いて、給電線２に電流が流れたときに発生する磁束を拾うようにしているため、夫々に制御回路又は動力回路を接続し、これらの回路に夫々給電することも可能である。

図中１は高周波電源であり、移動体である搬送車３に電力を供給するために該高周波電源１から給電線２が延設されている。給電線２は円形断面を有するリッツ線からなり、その中途における分流部２１から折返すことにより復路側給電線２ａ，２ｃ及び往路側給電線２ｂと形成し、分流部２２を介して高周波電源１へ接続してループ状にしてある。すなわち、給電線２は、２本の復路側給電線２ａ，２ｃを別個に設け、１本の往路側給電線２ｂを共用した構成としている。

搬送車３には非接触給電装置４が搭載されており、この非接触給電装置４は３つのピックアップコイル５１ａ，５１ｂ，５１ｃを有するピックアップ部５と各ピックアップコイル５１ａ，５１ｂ，５１ｃに接続された受電回路６ａ，６ｂ，６ｃとを備え、給電線２に近接させたピックアップ部５を介して起電力を得るようになしてあり、受電回路６ａを介して制御回路８に給電すると共に、受電回路６ｂ，６ｃを介して動力回路７ａ，７ｂに給電する構成としている。これにより互いに絶縁された電源及び電圧の違う電源を得ることができる。

実施の形態６．
図９〜図１１は本実施の形態に係るピックアップ部５の模式的側面図である。本実施の形態のピックアップ部５は、磁性体製のピックアップコア５３と該ピックアップコア５３に巻回されたピックアップコイル５１ｄ，５１ｅとを備える。

ピックアップコア５３は、直方体状の基部５３ｅの一側面側に適宜の間隔を隔てて略平行に２つの脚部５３ｂ，５３ｃを立設してなるものであり、相隣する２つの脚部間で相対するように設けた脚片５５，５５が取付けられている。

また、ピックアップコア５３の周囲には断面がコ字型形状を有するアルミニウム製のダクト５９が設置されており、ピックアップコア５３を収容できるようになっている。このダクト５９の一側面にはＬ字形の断面を有する支持腕５０が取付けられており、これらの支持腕５０を介して工場又は倉庫の天井に吊り下げられている。アルミニウム製のダクト５９の内側の適宜箇所には復路側給電線２ａ，２ｃの取付部５４ｄ，５４ｆが設置されていると共に、往路側給電線２ｂを支持する為の支持具５４ｅが設置されている。

本実施の形態の給電線２は扁平断面を有しており、往路側給電線２ｂを２つの脚部５３ｂ，５３ｃの間に介在させると共に、２本の復路側給電線２ａ，２ｃをアルミニウム製のダクト５９の内側に設けた取付部５４ｄ，５４ｆに取付けてある。

このように、アルミニウム製のダクト５９でピックアップコア５３を囲む構成とすることにより、復路側給電線２ａ，２ｃから発生する磁界の広がりを抑え、ピックアップコイル５１ｄ，５１ｅにて効率的に拾うことが可能となるため、受電効率を上げることが可能となる。また、アルミニウム製のダクト５９により磁界及び電界を効果的に遮蔽することが可能となる。

また、図１０に示した如く、脚部５３ｄ，５３ｃの外側の端部にそれぞれ突条部５７，５７を設けた場合、復路側給電線２ａ，２ｃを囲む構成となるため、往路側給電線２ｂによる起電力の寄与が高くなる。

また、図１１に示した如く、復路側給電線２ａ，２ｃの取付部５４ｄ，５４ｆをアルミニウム製のダクト５９の下方に設けることにより、アルミニウム製のダクト５９を含めた断面形状の大きさを小さくすることができる。

本実施の形態に係る非接触給電装置の構成を説明するブロック図である。ピックアップ部の拡大斜視図である。ピックアップ部の模式的側面図である。本実施の形態に係るピックアップ部の模式的側面図である。本実施の形態に係る非接触給電装置の構成を説明するブロック図である。本実施の形態に係るピックアップ部の模式的側面図である。本実施の形態に係るピックアップ部の模式的側面図である。本実施の形態に係る非接触給電装置の構成を説明するブロック図である。本実施の形態に係るピックアップ部の模式的側面図である。本実施の形態に係るピックアップ部の模式的側面図である。本実施の形態に係るピックアップ部の模式的側面図である。従来の非接触給電装置の構成例を示す模式的断面図である。

符号の説明

１高周波電源
２給電線
２ａ復路側給電線
２ｂ往路側給電線
２ｃ復路側給電線
３搬送車
４非接触給電装置
５ピックアップ部
５１ａ，５１ｂ，５１ｃピックアップコイル
５３ピックアップコア
５３ａ，５３ｂ，５３ｃ，５３ｄ脚部
５３ｅ基部
６受電回路
７動力回路
８制御回路

Claims

一次側回路に流れる電流によって生ずる磁束を、磁性体にコイルを巻回してなる二次側回路に鎖交させ、前記一次側回路から前記二次側回路へ電力を供給する非接触給電装置において、
前記磁性体は、基部と、該基部上に適宜間隔を隔てて並設してある２つの脚部とを備え、前記一次回路は、中途にて分流部を設けてなる給電線を備え、前記磁性体を収容する非磁性導体からなる収容部と、前記分流部までの往路側を前記２つの脚部の間に配置するために前記収容部の中央部に設けられた第１取付部と、前記分流部から一側及び他側を夫々前記脚部の外側に配置するために前記収容部の内側の側面に接するように設けられた２つの第２取付部とを備え、前記分流部までの往路側を前記第１取付部に、前記分流側から一側及び他側を夫々第２取付部に取付けてあり、前記コイルは、前記２つの脚部の夫々に巻回してあることを特徴とする非接触給電装置。