JP4165523B2 - Contactless power supply - Google Patents
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Description
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。 The present invention relates to an improvement in a non-contact power supply apparatus including a power supply unit for taking in electric power from an alternating current flowing through a power supply line installed along a guide rail by electromagnetic induction.
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、特許文献1に記載のように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。
2. Description of the Related Art Conventionally, a monorail transport device (moving body) that travels along a guide rail installed on a ceiling and transports a load between stations in a factory or a warehouse has been proposed. As a power feeding method for this type of transport apparatus, a pickup unit is attached to a moving body so as to face a power feeding line wired on a guide rail as described in
この非接触給電装置では、図4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。
In this non-contact power feeding device, as shown in FIG. 4, the
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。
Here, the gap g formed between the
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4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。
However, in the non-contact power feeding device configured as described above, the relative position of the
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。
In order to solve this problem, means for winding a number of wires forming the
即ち、非接触給電装置の等価回路を図5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= i3 2×R・・・・(9)
That is, an equivalent circuit of the non-contact power feeding apparatus is shown in FIG. 5, and the following circuit equation is obtained from this equivalent circuit.
SM (i 1 -i 2) = S (L 2 -M) i 2 + Vc1 ····· (1)
Vc1 = (i 2 -i 3) /
i 1 = i 0 / n (3)
Here, S: Laplace operator, i 0 : primary side current (A), i 1 : secondary side converted primary side current (A), i 2 : secondary side current value (A), i 3 : two Secondary load current value (A), R: resistance value (Ω) of load, n: turn ratio, C 1 : capacitance of resonant capacitor (F), Vc1: capacitor voltage (V).
From the above formulas (1) and (2),
SMi 1 = SL 2 i 2 + i 3 × R (4)
From the above equation (2),
i 2 = (1 + SC 1 R) i 3 (5)
Substituting equation (5) into equation (4)
i3 / i1 = SM / (S 2
Here, when L 2 and C 1 of the secondary side circuit are in a resonance state,
S 2 C 1 L 2 + 1 = 0 ···· (7)
Here, when the equation (7) is substituted into the equation (6), the secondary side load current i 3 becomes the following equation.
i 3 = (M × i 1 ) / L 2 = (M × i 0 ) / (L 2 × n) (8)
Therefore, the load power W of the load R is represented by the following formula.
W = i 3 2 × R (9)
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6に示す曲線を得る。図6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。
The load power W varies depending on the number of turns of the
また、図7(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7(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。
In addition, in order to increase the supply power on the secondary side as shown in FIG. 7A, when the
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。 This invention was made in order to solve the said subject, and provides the non-contact electric power feeder which can extract the power supply of a secondary side efficiently.
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、上記移動体には、上記給電線から電磁誘導作用を生じるためのコア及びコイルを有すると共に、上記給電線に対して並設して負荷に電力を供給する少なくとも第1及び第2のピックアップユニットと、を備え、
上記コアは、側面部付近に、上記コイルを巻回するのに用いる少なくとも二つの溝状の切り欠き部を有し、上記コアの側面部を上記ピックアップユニットの磁気遮蔽として使用するようにしたものである。
A non-contact power supply device according to a first aspect of the present invention includes a power supply line that passes an alternating current that is along a traveling path along which the mobile body travels and has a predetermined slack, and the mobile body from the power supply line. Including a core and a coil for generating an electromagnetic induction effect, and at least first and second pickup units that are arranged in parallel to the power supply line and supply power to a load ,
The core is in the vicinity of the side surface portion which has at least two groove-like notches used to wind the coil, and the side portion of the core so as to use as a magnetic shield of the pickup unit It is.
第2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、上記移動体には、上記給電線から電磁誘導作用を生じるためのコア及びコイルを有すると共に、上記給電線に対して並設して負荷に電力を供給する少なくとも第1及び第2のピックアップユニットと、上記第1のピックアップユニットと上記第2のピックアップユニットとの対向側の上記コイル端部に設けられると共に、上記コイルに電流が流れて発生する磁束が上記コアを介して通過する磁性体部材と、を備えたものである。 A non-contact power feeding device according to a second aspect of the present invention includes a power feeding line that passes an alternating current that is along a traveling path along which the mobile body travels and has a predetermined slack, and the mobile body from the power feeding line. At least first and second pickup units that have a core and a coil for generating an electromagnetic induction effect and supply power to a load in parallel with the feeder line, the first pickup unit, and the first together provided the coil end portion of the opposite side of the second pickup unit, the magnetic flux generated by current flowing in the coil is that and a magnetic member which passes through the core.
第1の発明によれば、コアは、側面部付近に、コイルを巻回するのに用いる少なくとも二つの溝状の切り欠き部を有し、コアの側面部をピックアップユニットの磁気遮蔽として使用するようにしたので、給電線とコイルと鎖交する磁束が減少して給電線に生ずる温度上昇を抑え、給電効率を向上できるという効果がある。 According to the first invention, the core has at least two groove-shaped notches used for winding the coil near the side surface, and the side surface of the core is used as a magnetic shield for the pickup unit. since the way, reduce the temperature rise occurring feed line feed line and coil magnetic flux interlinking decreases, there is an effect that can be improved feed efficiency.
第2の発明によれば、第1のピックアップユニットと第2のピックアップユニットとの対向側のコイル端部に設けられると共に、コイルに電流が流れて発生する磁束がコアを介して通過する磁性体部材を設けたので、給電線とコイルと鎖交する磁束が減少して給電線に生ずる温度上昇を抑え、給電効率を向上できるという効果がある。 According to the second invention, the magnetic body is provided at the coil end portion on the opposite side of the first pickup unit and the second pickup unit, and the magnetic flux generated by the current flowing through the coil passes through the core. Since the member is provided, there is an effect that the magnetic flux interlinking with the power supply line and the coil can be reduced to suppress the temperature rise generated in the power supply line and to improve the power supply efficiency.
実施の形態1.
この発明の実施の形態1を図1によって説明する。図1は、この発明の実施の形態1によるコアの中央部に二次コイルを巻回した断面図、図2は図1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1及び図2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。
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1及び図2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2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。
The operation of the
Now, when two
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1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。
It should be noted that the
また、図3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3(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。
Also, as shown in FIG. 3, two
以上のように、この発明の非接触給電装置は二次側の供給電力を効率良く抽出し得るので、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)として有用である。 As described above, the non-contact power feeding device of the present invention can efficiently extract the power supplied on the secondary side, so that it travels along the guide rail installed on the ceiling and loads between the stations in the factory or warehouse. It is useful as a monorail transport device (moving body) that performs transport work.
2,202 ピックアップユニット、 3 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。 2,202 pickup unit, 3 feeder line, 5,105 core, 5a, 105a central part, 5c, 105c side face part, 7,107 secondary coil (coil), 105e notch, 301 magnetic body member.
Claims (2)
上記移動体には、上記給電線から電磁誘導作用を生じるためのコア及びコイルを有すると共に、上記給電線に対して並設して負荷に電力を供給する少なくとも第1及び第2のピックアップユニットと、を備え、
上記コアは、側面部付近に、上記コイルを巻回するのに用いる少なくとも二つの溝状の切り欠き部を有し、上記コアの側面部を上記ピックアップユニットの磁気遮蔽として使用するようにしたことを特徴とする非接触給電装置。 A power supply line for passing an alternating current along a traveling path along which the mobile body travels and having a predetermined slack,
The moving body has a core and a coil for generating an electromagnetic induction action from the power supply line, and at least first and second pickup units that are arranged in parallel to the power supply line and supply power to a load. , equipped with a,
The core has at least two groove-shaped notches used for winding the coil near the side surface, and the side surface of the core is used as a magnetic shield for the pickup unit. The non-contact electric power feeder characterized by this.
上記移動体には、上記給電線から電磁誘導作用を生じるためのコア及びコイルを有すると共に、上記給電線に対して並設して負荷に電力を供給する少なくとも第1及び第2のピックアップユニットと、The moving body has a core and a coil for generating an electromagnetic induction action from the power supply line, and at least first and second pickup units that are arranged in parallel to the power supply line and supply power to a load. ,
上記第1のピックアップユニットと上記第2のピックアップユニットとの対向側の上記コイル端部に設けられると共に、上記コイルに電流が流れて発生する磁束が上記コアを介して通過する磁性体部材と、A magnetic member that is provided at the coil end on the opposite side of the first pickup unit and the second pickup unit, and through which the magnetic flux generated by the current flowing through the coil passes through the core;
を備えたことを特徴とする非接触給電装置。A non-contact power feeding device comprising:
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