JPH10174206A

JPH10174206A - 給電装置における周波数調整方法及び同装置

Info

Publication number: JPH10174206A
Application number: JP8328920A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Murata; 和弘村田
Original assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Current assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Priority date: 1996-12-09
Filing date: 1996-12-09
Publication date: 1998-06-26

Abstract

(57)【要約】【課題】給電装置におけるインバータの強制振動の周
波数を共振回路の共振周波数に対応するように精度よく
調整する。【解決手段】インバータに共振回路を設け、給電ライ
ンに高周波電流を流すようにした給電装置において、ラ
イン電流を制御する制御アンプ３１と、制御アンプ３１
の出力に応じたライン電流の調節及び周波数の調節のた
めにインバータのスイッチ素子の作動を制御するＰＷＭ
回路３２及びゲート駆動回路３３と、最適周波数検出手
段３４とを備える。最適周波数検出手段３４は、ライン
電流を一定に保った状態でインバータの周波数を所定微
小量ずつ変化させつつインバータ電流を調べ、このイン
バータ電流が最小となる基本周波数を探索し、その値を
周波数指令値として設定するようになっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、物品搬送台車に対
する給電設備等に適用される給電装置における周波数調
整方法及び同装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、自走式の移動体等に対して外
部から電力を供給する給電装置は種々知られており、例
えばレール軌道に沿って自走式の搬送台車が移動する搬
送システムにおいては、レール軌道にトロリー線を配設
するとともに、このトロリー線に摺接する集電子を搬送
台車に装備し、上記トロリー線から集電子に電力を送
り、搬送台車に設けられたモータ等の駆動を行うように
したものが一般に知られている。ところが、このような
所謂接触式の給電装置によると、上記トロリー線と集電
子とが摺接することで摩耗による粉塵が生じるととも
に、摺接部分に火花が生じ易いので、クリーンルームや
引火のおそれがある場所での使用には適さない。

【０００３】そこで、例えば特開平５−２０７６０６号
公報に示されるように、電磁誘導を利用して無接触で給
電を行なうことにより、粉塵の発生等を防止できるよう
にした給電設備が提案されている。すなわち、この公報
に示された無接触給電設備は、レール軌道に沿って送電
線を配設し、インバータを備えた電源装置に上記送電線
を接続して送電線に高周波電流を流すようにするととも
に、磁性材料からなるコア部材にピックアップコイルを
巻着したピックアップユニットを搬送台車に装備し、送
電線に流れる高周波電流に応じた誘導起電力がピックア
ップコイルに生じるようにしている。

【０００４】このような無接触給電設備において電源装
置に設けられるインバータは、通常、複数のトランジス
タ等のスイッチ素子を備え、そのスイッチ素子が所定周
期でオン、オフ動作を行なうことにより、直流を所定周
波数の交流に変換するようになっている。また、送電線
に必要な電力を送り得るようにしながらインバータの電
流容量を小さくするため、上記公報にも示されているよ
うに、インバータの出力側に共振回路を設けることが従
来から行なわれている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記インバータにおい
て一定周波数で強制振動を行なわせるようにするととも
に、上記共振回路を設ける場合、予めインバータの周波
数は共振回路の共振周波数と略一致するように設定され
るが、共振回路を構成するコンデンサの容量やリアクト
ルのインダクタンス等の公称値と実際の値との間にはあ
る程度の誤差があるため、インバータの強制振動の周波
数を上記公称値から理論的に求められる共振周波数と一
致させるように設定しても、実際の共振周波数からずれ
てしまう場合がある。そして、このようにインバータの
周波数と共振周波数とがずれると、インバータでの電圧
あるいは電流等の制約により供給可能な電力が小さくな
る等の問題がある。

【０００６】とくに、多重の共振回路とした場合や、高
調波抑制等のため共振回路において共振特性の鋭さを示
すＱの値を大きくした場合、共振帯域が狭くなるため、
インバータの周波数と共振周波数とのずれによる上記の
ような問題が一層顕著になる。

【０００７】本発明は、上記の事情に鑑み、給電装置に
おけるインバータの強制振動の周波数を共振回路の共振
周波数に対応するように精度よく調整することができ、
これにより、電力供給を効果的に行なうことができる周
波数調整方法及び同装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明の周
波数調整方法は、送電線に対する電源側に、複数のスイ
ッチング素子の作動によって直流を所定周波数の交流に
変換するインバータを備えるとともに、このインバータ
に共振回路を設け、上記送電線に高周波電流を流すよう
にした給電装置において、送電線に流れる電流を一定値
に保った状態で、インバータのスイッチング素子の作動
周期を変えることによりインバータの周波数を変化させ
つつ、インバータ電流またはインバータの出力電力を検
出し、このインバータ電流または出力電力が最小となる
周波数を探索し、その周波数となるようにインバータの
スイッチング素子の作動を制御するようにしたものであ
る。

【０００９】請求項２に係る発明の周波数調整装置は、
送電線に対する電源側に、複数のスイッチング素子の作
動によって直流を所定周波数の交流に変換するインバー
タを備えるとともに、このインバータに共振回路を設
け、上記送電線に高周波電流を流すようにした給電装置
において、送電線に流れる電流を制御する制御手段と、
インバータのスイッチング素子の作動周期の調節によっ
てインバータの周波数を変更可能とする手段と、インバ
ータ電流またはインバータの出力電力を検出する検出手
段と、送電線に流れる電流を一定に保った状態でインバ
ータの周波数を所定微小量ずつ変化させつつ上記検出手
段の出力の変化を調べて、この検出手段の出力が最小と
なる周波数を探索し、その値を周波数指令値として設定
する最適周波数検出手段と、給電中にインバータの周波
数を上記周波数指令値とするように周波数調節手段を制
御する制御手段とを備えたものである。

【００１０】上記周波数調整方法及び同装置によると、
送電線に流れる電流が一定に保たれるようになっていれ
ば共振時に上記インバータ電流またはインバータの出力
電流が最小となることから、そのときのインバータの周
波数が調べられ、これが周波数指令値としてその後のイ
ンバータの制御に用いられることにより、インバータの
周波数と共振周波数とが精度良く合致し、電力の供給が
効率良く行なわれる。

【００１１】上記周波数調整装置において、上記インバ
ータとして電圧形インバータを用い、このインバータの
出力側に、送電線と並列に接続された並列共振用のコン
デンサと、送電線と直列に接続された制御用リアクトル
及び直列共振用のコンデンサを設けること（請求項３）
が好ましい。

【００１２】このようにすると、電圧形インバータと、
並列及び直列の共振回路を組合わせた多重の共振系とに
より、インバータの電流容量が小さくされつつ必要な電
力が供給され、かつ、共振回路のＱが大きくされること
により高調波が抑制される。そして、このように共振系
が多重とされるとともにＱが大きくされることで共振帯
域が狭められた場合でも、上記最適周波数検出手段等に
より、インバータの周波数が共振帯域内に入るように精
度良く調整される。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面に基づ
いて説明する。図１は本発明の給電装置の一実施形態を
示す回路図である。この図において、１は３相の交流電
源、２は上記交流電源１の交流を一定電圧の直流に変換
する直流電源回路、３は直流電源回路２に接続されたイ
ンバータであり、これらが給電ライン（送電線）４に対
する電源側に設けられている。上記直流電源回路２は、
全波整流用の６個のダイオード５と、平滑コンデンサ６
とを備え、一定の直流電圧を出力するようになってい
る。

【００１４】上記インバータ３は、直流の電力を所定周
波数の交流に変換するものであり、複数のスイッチ素子
を有している。図に示すインバータは電圧形インバータ
であり、４個のトランジスタ１１〜１４を有する単相ブ
リッジ回路で構成されている。上記各トランジスタ１１
〜１４は制御装置３０から与えられる矩形信号により駆
動され、この各トランジスタ１１〜１４の開閉作動によ
り所定周波数の交流電力が得られるようになっている。
なお、上記各トランジスタ１１〜１４に対してそれぞれ
逆並列にダイオード１５〜１８が接続されている。

【００１５】上記インバータ３の出力側には、給電ライ
ン４が接続されるとともに、インバータ３の電力容量を
小さくしつつ給電ライン４に必要な電流を送るため、共
振回路が設けられており、当実施形態では並列共振回路
と直列共振回路とが組み合わされて設けられている。す
なわち、上記給電ライン４と並列にコンデンサ１９が設
けられ、このコンデンサ１９と給電ラインとで並列共振
回路が構成されている。さらに、上記給電ライン４と直
列に、電流制御用のリアクトル２０と、コンデンサ２１
とが設けられ、これらリアクトル２０及びコンデンサ２
１により直列共振回路が構成されている。

【００１６】これらの共振回路はインバータ３の基本周
波数付近で共振するようになっている。すなわち、コン
デンサ１９の容量をＣ１、給電ライン４が有するインダ
クタンスをＬ１とすると、上記並列共振回路の共振周波
数ｆ１は次のようになる。

【００１７】ｆ１＝｛１／（２π）｝・｛１／√（Ｃ１・Ｌ１）｝この共振周波数ｆ１とインバータ３の基本周波数とが理
論的に一致するように、上記基本周波数、給電ライン４
のインダクタンスＬ１及びコンデンサ１９の容量Ｃ１が
設定されている。一方、コンデンサ２１の容量をＣ２、
リアクトル２０のインダクタンスをＬ２とすると、上記
直列共振回路の共振周波数ｆ２は次のようになる。

【００１８】ｆ２＝｛１／（２π）｝・｛１／√（Ｃ２・Ｌ２）｝また、共振特性の鋭さを示すＱの値は、上記直列共振回
路の場合は次のようになる。

【００１９】Ｑ＝（１／Ｒ）・√（Ｌ２／Ｃ２）そこで、上記共振周波数ｆ２とインバータ３の基本周波
数とを理論的に一致させるという条件を満足しつつ、Ｑ
の値を充分に大きくするように、コンデンサ２１の容量
Ｃ２及びリアクトル２０のインダクタンスＬ２が設定さ
れている。

【００２０】図２は上記制御装置３０の内部構成を示し
ている。この制御装置３０は、給電ライン４に流れる電
流を制御する制御手段としての制御アンプ３１と、この
制御アンプ３１の出力に応じた電流の調節を行なうとと
もに周波数指令に従った周波数の調節を行なうＰＷＭ回
路３２及びゲート駆動回路３３と、最適周波数検出手段
３４とを含んでいる。

【００２１】上記制御アンプ３１の入力側には、図外の
外部指令手段からライン電流指令が与えられるととも
に、給電ライン４からライン電流検出値ｉ_L が与えら
れ、これらの値の偏差に応じて制御アンプ３１の出力が
制御される。また、上記最適周波数検出手段３４には、
給電ライン４から与えられるライン電流検出値ｉ_L とイ
ンバータ３の出力側から与えられるインバータ電流検出
値ｉ_Iとが入力され、これらの信号に基づいて後述の図
３に示すような手法で求められる周波数指令が最適周波
数検出手段３４から出力される。

【００２２】上記ＰＷＭ回路３２は、制御アンプ３１の
出力と最適周波数検出手段３４からの周波数指令とに応
じたＰＷＭ信号を出力し、ゲート駆動回路３３は、ＰＷ
Ｍ回路３２からの信号に応じ、上記各トランジスタ１１
〜１４のゲートに対してそれぞれ駆動信号ａ〜ｄを出力
する。この場合、上記駆動信号ａ〜ｄは上記最適周波数
検出手段３４からの周波数指令に従った周波数とされ、
かつ、トランジスタ１１，１４に対する信号ａ，ｄとト
ランジスタ１２，１３に対する信号ｂ，ｃとは互いに半
周期ずらされる。また、各信号ａ〜ｄのデューティ（周
期に対するオン時間ｔの割合）は上記ライン電流の指令
値と検出値ｉ_L との偏差に応じて調整される。つまり、
上記検出値ｉ_L が指令値よりも大きいときには各信号ａ
〜ｄのデューティが徐々に小さくされ、また上記検出値
ｉ_L が指令値よりも小さいときには各信号ａ〜ｄのデュ
ーティが徐々に大きくされる。なお、各信号ａ〜ｄの最
大デューティは５０％である。

【００２３】上記制御装置３０中の最適周波数検出手段
３４は、給電ライン４の電流及び負荷を一定に保った状
態で、インバータ電流あるいはインバータの出力電力が
最小となるように、所謂山登り法を用いて周波数を調整
するようになっており、具体的には図３のフローチャー
トに示すような処理によって周波数の調整を行うように
なっている。

【００２４】このフローチャートの処理は給電装置の初
期設定時に行われ、スタートすると、先ずコンピュータ
内の初期化が行われる（ステップＳ１）。次にフラグが
「１」か否かが調べられ（ステップＳ２）、「１」でな
い場合は次のようなステップＳ３以下の処理が行われ
る。

【００２５】すなわち、先ず周波数が予め設定された基
本周波数（例えば１０ｋＨｚ）から所定周波数（例えば
１００Ｈｚ）だけ高くされ（ステップＳ３）、その状態
でインバータ電流検出値ｉ_I が減少したか否かが判定さ
れ(ステップＳ４)、インバータ電流検出値ｉ_I が減少し
た場合はフラグが「１」とされる（ステップＳ５）とと
もに、ステップＳ３に戻る。そして、周波数を所定周波
数ずつ高くする処理が、それに伴ってインバータ電流検
出値ｉ_I が減少する傾向が続く限り繰り返される。

【００２６】ステップＳ４でインバータ電流が減少しな
いことが判定されると、周波数が所定周波数（例えば１
００Ｈｚ）だけ低くされ（ステップＳ６）、その状態で
インバータ電流検出値ｉ_I が減少したか否かが判定され
(ステップＳ７)、インバータ電流検出値ｉ_I が減少した
場合はフラグが「１」とされる（ステップＳ８）ととも
に、ステップＳ６に戻る。そして、周波数を所定周波数
ずつ低くする処理が、それに伴ってインバータ電流検出
値ｉ_I が減少する傾向が続く限り繰り返される。ステッ
プＳ７でインバータ電流が減少しないことが判定される
と、ステップＳ２に戻り、ここでフラグが「１」であれ
ばこの処理が終了する。

【００２７】こうして、インバータ電流が最小となると
きの周波数が求められ、この周波数は不揮発メモリに記
憶されて、その後はこのメモリに記憶された周波数によ
って運転される。なお、図３に示すような周波数決定の
処理は、給電装置の初期設定段階で１回だけ行うように
してもよいが、経時変化等によって最適周波数が変動す
る可能性がある場合に、給電装置起動時に毎回行うよう
にしてもよく、また定期的に行うようにしてもよい。

【００２８】図４及び図５は、上記給電装置を物品搬送
システムに適用した場合の送電線配設部分及び被給電側
の構造を概略的に示している。これらの図において、４
０は搬送経路を構成するモノレールであって、工場内等
に高架状態に配設され、ブラケット４１を介して天井部
分等に支持されており、このモノレール４０の一側部に
上記給電ライン４を構成する送電線が配設されている。
送電線は、モノレール４０の一端側で電源装置４２に接
続されるとともにモノレール４０の他端側で折り返され
てループ状をなす状態で、モノレール４０の一側面にハ
ンガー４３を介して取り付けられている。上記電源装置
４２は、図１中に示した交流電源１、直流電源回路２、
インバータ３等を備えている。

【００２９】上記モノレール４０には搬送台車４５が移
動可能に支持されている。この搬送台車４５は、モノレ
ール４０上を転動する走行用車輪４６と、モノレール４
０の上部両側面、下部両側面及び下面に当接するガイド
ローラ４７，４８と、上記走行用車輪４６を駆動するモ
ータ４９等を備えるとともに、上記給電ライン４から電
磁誘導により給電される被給電体としてのピックアップ
ユニット５０を備えている。このピックアップユニット
５０は、磁性材料からなる断面略Ｅ字形のコア部材５１
と、このコア部材５１の中央突出部分５１ａに巻着され
たピックアップコイル５２とを有し、上記モノレール４
０に配設された給電ライン４に対応するように配置され
ている。そして、給電ライン４に交流電流が流れること
により、上記コア部材５１を磁路として磁束が形成さ
れ、電磁誘導による起電力が上記ピックアップコイル５
２に生じ、その起電力が図外のコントローラ等を介して
上記モータ４９に供給されるようになっている。

【００３０】以上のような当実施形態の給電装置の作用
を、次に説明する。

【００３１】上記給電ライン４から搬送台車４５のピッ
クアップユニット５０に対して電磁誘導による無接触給
電が行なわれることにより、接触給電のように摩耗によ
る塵埃が発生したり火花が飛んだりすることがなく、ク
リーンルーム等での使用に適する。そして、この無接触
給電のため、インバータ３を備えた電源装置４２から給
電ライン４に高周波電流が流される。

【００３２】この場合に、上記インバータ３の各トラン
ジスタ１５〜１８が制御装置３０からの信号で駆動され
ることにより、高周波の交流が得られる。さらに、並列
共振用のコンデンサ１９等からなる共振回路により、イ
ンバータ３の電流容量が小さくされつつ、給電ライン４
に与えられる電流が大きくされる。また、上記各トラン
ジスタ１５〜１８で構成されるインバータ３だけでは方
形波の交流となるが、共振回路により出力が正弦波に近
付けられる。

【００３３】また、当実施形態では、電圧形のインバー
タ３が用いられるとともに、このインバータ３に対して
並列共振回路と直列共振回路とからなる多重の共振系が
設けられることにより、インバータ３の電流容量が小さ
くされつつ必要な電力の供給が有効に行なわれる。

【００３４】すなわち、インバータ３の電流容量を小さ
くするため、給電ライン４とともに並列共振回路を構成
するコンデンサ１９が設けられる。そして、電圧形のイ
ンバータ３を用いる場合にこれで並列共振回路を直接駆
動することはできないので、インバータ３の交流側に電
流制御用のリアクトル２０が設けられる。この場合、上
記リアクトル２０による電圧降下が大きくなり、その電
圧降下を軽減すべくインダクタンスを小さくすると、高
調波が大きくなるという問題が生じるが、当実施形態で
は上記リアクトル２０に直列共振用のコンデンサ２１が
接続されていることにより、この回路のインピーダンス
が小さくなって電圧降下が抑制され、しかも、前述のよ
うに直列共振回路のＱの値が充分に大きく設定されるこ
とにより、高調波が低減される。従って、高調波による
ノイズが他の機器等に及ぼす悪影響が軽減される。

【００３５】ところで、このようにインバータ３に共振
回路を組合わせた給電装置においては、コンデンサやリ
ヤクトルの公称値と実際値との間に誤差があるので、上
記公称値に従って求めた共振周波数とインバータ３の強
制振動の基本周波数とを一致させておくだけでは、実際
の共振帯域とインバータ３の基本周波数との間にずれが
生じる可能性がある。このような場合に、初期設定等の
段階で、図３に示すように、ライン電流及び負荷が一定
に保たれた状態でインバータの周波数が変えらつつ、イ
ンバータ電流またはインバータの出力電力が最小となる
ところが調べられることにより、共振周波数に対応する
最適な周波数が検出され、インバータ３の周波数が適正
に調整される。

【００３６】とくに、上記のように多重の共振系が設け
られるとともにそのＱの値が大きくされることにより共
振帯域が狭くなっている場合でも、この共振帯域に対応
するようにインバータ３の周波数が精度良く調整され
る。これにより、給電効率が高められる。

【００３７】なお、図４及び図５に示す例では本発明の
装置をモノレール式の搬送システムに適用しているが、
この他にも、電気的な駆動手段を備えて一定経路を移動
する各種の移動体等に対する給電のために本発明の装置
を用いることができる。

【００３８】

【発明の効果】以上のように本発明は、インバータに共
振回路を設けた給電装置において、送電線に流れる電流
を一定値に保った状態で、インバータのスイッチ素子の
作動周期を変えることによりインバータの周波数を変化
させつつ、インバータ電流またはインバータの出力電力
を検出し、このインバータ電流または出力電力が最小と
なる周波数を探索し、その周波数となるようにインバー
タを制御しているため、インバータの周波数と共振周波
数とを精度良く合致させることができる。従って、共振
回路の機能を有効に発揮させ、電力の供給を効果的に行
なうことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用される給電装置の一実施形態を示
す回路図である。

【図２】上記給電装置の制御部のブロック図である。

【図３】周波数の制御の一例を示すフローチャートであ
る。

【図４】上記給電装置を適用した物品搬送システムの概
略正面図である。

【図５】上記搬送システムの要部の概略断面図である。

【符号の説明】

２直流電源回路３インバータ４給電ライン（送電線）１９並列共振用のコンデンサ２０制御用リアクトル２１直列共振用のコンデンサ３０制御装置３１制御アンプ３２ＰＷＭ回路３３ゲート回路３４最適周波数検出手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＨ０２Ｍ 7/48 Ｂ６５Ｇ 43/00 Ｌ // Ｂ６５Ｇ 43/00 Ｈ０１Ｆ 23/00 Ｂ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】送電線に対する電源側に、複数のスイッ
チング素子の作動によって直流を所定周波数の交流に変
換するインバータを備えるとともに、このインバータに
共振回路を設け、上記送電線に高周波電流を流すように
した給電装置において、送電線に流れる電流を一定値に
保った状態で、インバータのスイッチング素子の作動周
期を変えることによりインバータの周波数を変化させつ
つ、インバータ電流またはインバータの出力電力を検出
し、このインバータ電流または出力電力が最小となる周
波数を探索し、その周波数となるようにインバータのス
イッチング素子の作動を制御することを特徴とする給電
装置における周波数調整方法。
【請求項２】送電線に対する電源側に、複数のスイッ
チング素子の作動によって直流を所定周波数の交流に変
換するインバータを備えるとともに、このインバータに
共振回路を設け、上記送電線に高周波電流を流すように
した給電装置において、送電線に流れる電流を制御する
制御手段と、インバータのスイッチング素子の作動周期
の調節によってインバータの周波数を変更可能とする手
段と、インバータ電流またはインバータの出力電力を検
出する検出手段と、送電線に流れる電流を一定に保った
状態でインバータの周波数を所定微小量ずつ変化させつ
つ上記検出手段の出力の変化を調べて、この検出手段の
出力が最小となる周波数を探索し、その値を周波数指令
値として設定する最適周波数検出手段と、給電中にイン
バータの周波数を上記周波数指令値とするように周波数
調節手段を制御する制御手段とを備えたことを特徴とす
る給電装置における周波数調整装置。
【請求項３】上記インバータとして電圧形インバータ
を用い、このインバータの出力側に、送電線と並列に接
続された並列共振用のコンデンサと、送電線と直列に接
続された制御用リアクトル及び直列共振用のコンデンサ
を設けたことを特徴とする請求項２記載の給電装置にお
ける周波数調整装置。