JP4455355B2 - 非接触給電装置及び非接触給電システム - Google Patents
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Description
特許文献1には、受電部が給電線から非接触で受電した高周波電力を、直流変換した後、更にインバータで高周波電力に変換して他の給電線が供給するように構成された非接触の給電回路が開示されている。また、受電部が給電線から非接触で受電した高周波電力を、トランスを介して、更に受電して他の給電線が供給するように構成された非接触の給電回路が開示されている。
また、受電した高周波電力を、トランスを介して、更に受電して他の給電線が供給する非接触の給電回路では、受電部のピックアップコイルに並列共振用のコンデンサが並列接続され、更にこのコンデンサにトランスと走行駆動装置等の負荷とが並列接続されている為、このコンデンサに並列接続された負荷が変動すると、他の給電線が一定電流を供給出来なくなるという問題がある。
(実施の形態1)
図1は、本発明に係る非接触給電装置及び非接触給電システムの実施の形態1の要部構成を示すブロック図である。この非接触給電システムは、高周波電源回路1(交流電源)が、例えば、自動倉庫内に敷設されたX軸給電線2に、所定周波数の高周波定電流を通流させる。X軸給電線2に通流する高周波定電流は、X軸受電部4(受電給電部)により非接触状態で電磁誘導により受電される。X軸受電部4は、X軸給電線2に沿って自在に移動させることが可能なように、X軸給電線2に付設されている。
定電圧変換回路7は、2つの並列接続されたコンデンサC3,C4間にリアクトルL3が接続されたπ型のイミタンス変換回路(インピーダンス変換回路)である。
Y軸受電部8は、また、コンデンサC7,C8及びリアクトルL5からなる定電圧変換回路が変換した高周波定電圧を整流するダイオードブリッジを含む整流回路11と、整流回路11の出力を平滑する平滑コンデンサC9とを備えている。平滑コンデンサC9が平滑した直流電力は、例えば自動倉庫内の搬送体を移動させるモータ等である負荷9に与えられる。
コンデンサC2及びリアクトルL1、L2からなる定電流変換回路が変換した高周波定電流は、定電圧変換回路7を含む2段目給電線(Y軸給電線)3に与えられる。
図2(a)に示す定電流変換回路部6のピックアップコイルLpを変圧器としてL型等価回路で表し、1次側には高周波定電流が供給されるので、1段目給電線(X軸給電線)2等を省略すると、図2(b)に示す等価回路になる。
ここで、Lp1はピックアップコイルLpの励磁インダクタンス、Lp2はピックアップコイルLpの漏れインダクタンス、V1は、励磁インダクタンスLp1の両端に印加される、Lp1,Lp2,C1からなるピックアップ部(定電圧変換回路)6aの入力電圧、I1は、ピックアップ部6aに入力される高周波定電流である。
ピックアップ部6aの入出力は、(1)式のようになる。(ωはピックアップ部6aの入力電圧V1の角周波数)
1−ω2 (Lp1+Lp2)・C1=0(共振条件)
であれば、
I1=(1/jωLp1)・V2
∴V2=jωLp1・I1
よって、I1が定電流であることから、ピックアップ部6aの出力電圧V2は交流定電圧になる。
また、インピーダンス変換回路6bの入出力は、(2)式のようになる。
L1=L2
1−ω2 L1C2=0(共振条件)
であれば、
V2=jωL1・I3
∴I3=V2/jωL1
よって、V2が交流定電圧であることから、インピーダンス変換回路6bの出力電流I3は、インピーダンス変換回路6bの出力端子から見た負荷に関係なく交流定電流になる。
また、(1)(2)式より
∴I3=(Lp1/L1)・I1
よって、L1を適当に選択することにより、インピーダンス変換回路6bの出力電流I3を任意の交流定電流に設定することが出来る。
また、(2)式より
I2=jωC2・V3
ここで、インピーダンス変換回路6bの出力端子から見た負荷をRとすると、
I2=jωC2・R・I3
となり、I3が定電流であるから、ピックアップ部6aの出力電流I2は、負荷Rに正比例する。
ω(Lp2+L1)−1/ωC1
=(ω(Lp1+Lp2)−1/ωC1)+ω(L1−Lp1)
となる。ここで、第1項ω(Lp1+Lp2)−1/ωC1=0(共振条件)であるから、
ω(Lp2+L1)−1/ωC1=ω(L1−Lp1)
従って、ω(L1−Lp1)≧ωLp2 であれば、図3(a)の等価回路に示すように、C1,L1を
ωL1′=ω(L1−Lp1−Lp2)
となるインダクタンスL1′のみに代替させることが出来る。
ωC1′=1/ω(Lp1+Lp2−L1)
となるキャパシタンスC1′のみに代替させることが出来る。
また、同様に、C1,L1を、合成インピーダンスがω(L1−Lp1)となるようなインダクタンス及びキャパシタンスの組合せに代替させることも可能である。
また、L2を、C2の2段目給電線3a側の、合成インピーダンスがL2となる全てのインダクタンス及びキャパシタンスの組合せに代替させることも可能である。
一方、Y軸受電部8のピックアップコイルL4及びコンデンサC6は、Y軸給電線3に供給された高周波定電流に共振して受電し、この受電された電力は、コンデンサC7,C8及びリアクトルL5からなる定電圧変換回路で、高周波定電圧に変換される。この変換された高周波定電圧は、整流回路11で整流され、平滑コンデンサC9で平滑されて、直流に変換され、負荷9に供給される。
図4は、本発明に係る非接触給電装置及び非接触給電システムの実施の形態2の要部構成を示すブロック図である。この非接触給電システムは、X軸給電線2に通流する高周波定電流が、X軸受電部4aにより非接触状態で電磁誘導により受電される。X軸受電部4aは、X軸給電線2に沿って自在に移動させることが可能なように、X軸給電線2に付設されている。
定電圧変換回路6aで受電した高周波定電圧は、整流回路10で整流され、平滑コンデンサC5で平滑されて、直流電力に変換され、負荷5に供給される。その他の動作は、上述した本発明に係る非接触給電装置及び非接触給電システムの実施の形態1の動作と同様であるので、説明を省略する。
図5は、本発明に係る非接触給電装置及び非接触給電システムの実施の形態3の要部構成を示すブロック図である。この非接触給電システムは、X軸給電線2に通流する高周波定電流が、X軸受電部4b、4cにより非接触状態で電磁誘導により受電される。X軸受電部4b,4cは、X軸給電線2に沿って一体となって自在に移動させることが可能なように、X軸給電線2にそれぞれ付設されている。
X軸受電部4cは、X軸給電線2に通流する高周波定電流に共振して受電するピックアップコイルL6及びコンデンサC10からなる並列共振回路と、この並列共振回路が受電した高周波電力を高周波定電圧に変換する定電圧変換回路とをそなえている。この定電圧変換回路は、2つの並列接続されたコンデンサC11,C12間にリアクトルL7が接続されたπ型のイミタンス変換回路である。
X軸受電部4cのピックアップコイルL6及びコンデンサC10からなる並列共振回路で受電された高周波電力が、コンデンサC11,C12及びリアクトルL7からなる定電圧変換回路で高周波定電圧に変換される。変換された高周波定電圧は、整流回路10で整流され、平滑コンデンサC13で平滑されて、直流電力に変換され、負荷5に供給される。その他の動作は、上述した本発明に係る非接触給電装置及び非接触給電システムの実施の形態1の動作と同様であるので、説明を省略する。
図6は、本発明に係る非接触給電装置及び非接触給電システムの実施の形態4の要部構成を示すブロック図である。この非接触給電システムは、高周波電源回路1(交流電源)が、例えば、自動倉庫内に敷設された1段目給電線2に、所定周波数の高周波定電流I1を通流させる。1段目給電線2に通流する高周波定電流I1は、受電部4d(受電給電部)により非接触状態で電磁誘導により受電される。受電部4dは、1段目給電線2に沿って自在に移動させることが可能なように、1段目給電線2に付設されている。
受電部4dの共振条件は
(ωLp+ωL1−1/ωC1)−1/ωC2=0(ωは受電部4dの入力電圧V1の角周波数)
であるから、
ω(Lp+L1)−(C1+C2)/ωC1C2=0
ここで、Lp1はピックアップコイルLpの励磁インダクタンス、Lp2はピックアップコイルLpの漏れインダクタンス、V1は、励磁インダクタンスLp1の両端に印加される、Lp1,Lp2,C1,L1,C2からなる受電部4dへの入力電圧、I1は、受電部4dに入力される高周波定電流である。
また、V2は、受電部4dの出力電圧であり、I2は、受電部4dの出力電流である。
ωLp2−1/ωC1+ωL1=ωLp2′
とすると、受電部4dの入出力は、(4)式のようになる。
I1=((L1+Lp2′)/L1)・I2
よって、受電部4dの入力電流I1が交流定電流であることから、受電部4dの出力電流I2も交流定電流になり、コンデンサC1及びリアクトルL1を適当に選ぶことにより、受電部4dの出力定電流を任意に設定することが可能である。
2 X軸給電線(1段目給電線)
3 Y軸給電線(2段目給電線)
4〜4c X軸受電部(受電給電部)
4d 受電部(受電給電部)
5,9 負荷
6 定電流変換回路部
6a 定電圧変換回路(ピックアップ部)
6b 定電流変換回路
7 定電圧変換回路
8 Y軸受電部
10,11 整流回路
C1〜C4,C6〜C8,C10〜C12 コンデンサ
C5 平滑コンデンサ(平滑回路)
C9,C13 平滑コンデンサ
L1〜L3,L5,L7 リアクトル
L4,L6,Lp ピックアップコイル
Claims (5)
- 交流定電流が供給される給電線から、非接触で前記交流定電流に共振して受電し、受電した電力を更に他の給電線に供給する受電給電部を、1又は複数段備える非接触給電装置において、
前記受電給電部は、交流定電流に共振して受電する受電回路と、該受電回路が共振して受電した交流電力を、交流定電流に変換する定電流変換回路とを備え、該定電流変換回路が変換した交流定電流を、前記他の給電線に供給するように構成してあることを特徴とする非接触給電装置。 - 前記他の給電線に流れる交流定電流を交流定電圧に変換する定電圧変換回路と、該定電圧変換回路が変換した交流定電圧を整流する整流回路と、該整流回路の出力を平滑する平滑回路とを更に備える請求項1記載の非接触給電装置。
- 前記受電回路は、ピックアップコイル及びコンデンサが直列に接続された直列共振回路であり、前記定電流変換回路は、イミタンス変換回路である請求項1又は2記載の非接触給電装置。
- 交流定電流が供給される給電線から、非接触で前記交流定電流に共振して受電し、受電した電力を更に他の給電線に供給する受電給電部を、1又は複数段備える非接触給電装置において、
前記受電給電部は、ピックアップコイル、第1コンデンサ及びリアクトルの直列回路と第2コンデンサとが並列接続された並列共振回路であり、該並列共振回路は、共振して受電した交流電力を交流定電流に変換して前記他の給電線に供給するように構成してあることを特徴とする非接触給電装置。 - 交流定電流が供給される給電線を備え、該給電線から受電する請求項1乃至4の何れか1項に記載された受電給電部と、該受電給電部が交流定電流を供給する他の給電線とを、1又は複数段備えることを特徴とする非接触給電システム。
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