非接触給電システム

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【発明の名称】	非接触給電システム
【発明者】	【氏名】高三正己【氏名】鈴木和宏【氏名】渡辺勲【氏名】森田勝幸
【要約】	【課題】床に埋め込まれた給電線から移動体へ非接触で効率よくエネルギーを供給できる給電システムを提供する。【解決手段】床１０には、移動体１をガイドするためのガイド溝１１が形成されている。ガイド溝１１を挟むようにして給電線１２が埋め込まれている。給電線１２は、交流電源に接続されている。移動体１の底面に、給電線１２から非接触でエネルギーを受け取るためのコア２１およびコイル２３が設けられている。コア２１は、Ｅ型形状である。突起２２ｄは、突起２２ｂおよび２２ｃよりも長く、その先端がガイド溝１１に挿入される。

【特許請求の範囲】
【請求項１】給電線から移動体へ非接触でエネルギーを供給する非接触給電システムであって、移動体をガイドするためのガイド溝が形成され、そのガイド溝を挟むように給電線が設けられた床と、上記給電線に対向する位置にその給電線からエネルギーを受け取るための受電装置が設けられた移動体と、を有する非接触給電システム。
【請求項２】請求項１に記載の非接触給電システムであって、上記移動体は、上記ガイド溝に挿入された状態で使用されるガイドローラを備える。
【請求項３】請求項１に記載の非接触給電システムであって、上記受電装置は、コイルが巻き付けられている第１の突起、およびその第１の突起を挟むように形成された第２および第３の突起を有するＥ型形状のコアを備え、上記第１の突起は上記第２および第３の突起よりも長く、上記コアは、上記第１の突起の先端部が上記ガイド溝に挿入されるように上記移動体に取り付けられる。
【請求項４】請求項１に記載の非接触給電システムであって、上記給電線が設けられている位置よりも深い位置に給電線に沿って磁性体が埋め込まれている。
【請求項５】請求項１に記載の非接触給電システムであって、上記床は、複数の床ユニットから構成されており、互いに隣接する床ユニットに設けられている給電線の各先端部は、コネクタまたは端子により互いに接続される。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、移動体が給電線から非接触で得るエネルギーを使用して走行するシステムに係わる。
【０００２】
【従来の技術】レールに沿って敷設された給電線から移動体に非接触でエネルギー（電力）を供給することにより、その移動体をそのレールに沿って走行させるシステム（以下、「非接触給電システム」と呼ぶ）は、従来からよく知られている。非接触給電システムは、たとえば、工場内で部品や製造物を搬送するために利用されている。
【０００３】給電線には、通常、高周波の交流が与えられている。そして、非接触給電システムで使用される移動体は、通常、その給電線からエネルギーを得て負荷に供給するための電源回路を備える。電源回路は、たとえば、図７(a) に示すようなＥ型形状のコア１０１を備える。
【０００４】給電線１０２ａおよび１０２ｂは、図７(b) に示すように、支持部材１０３により案内レール１０４に取り付けられている。また、給電線１０２ａおよび１０２ｂには、互いに反対方向に電流が流れており、それぞれコア１０１の窪み部に収容される。なお、給電線１０２ａおよび１０２ｂは、不図示の交流電源に接続された１本の給電線１０２の往路部および復路部である。
【０００５】給電線１０２ａおよび１０２ｂに電流が流れると、それぞれその周辺に磁束が発生する。従って、給電線１０２ａおよび１０２ｂに交流を与えると、コイル１０５を通過する磁束がその交流の周波数に従って変化する。このとき、コイル１０５には、通過する磁束の変化に伴って起電力が発生する。そして、このコイル１０５からの出力電圧は、整流された後に負荷１０６に供給される。ここで、負荷１０６は、移動体を走行させるためのモータ、およびそのモータを制御するための制御回路を含む。
【０００６】このように、非接触給電システムでは、給電線から移動体に非接触でエネルギーが供給され、移動体は、そのエネルギーを使用して走行する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上述のような非接触給電システムにおいては、一般に、給電線を敷設するためのレール（図７では、案内レール１０４）が設けられる。ところが、この種のレールは、通常、床から所定の高さの位置に設けられるので、人や手押し台車などがそのレールを横切ろうとしたときに不便さを感じていた。
【０００８】このため、給電線を床に埋め込むことにより、給電線を敷設するためのレールを不要としたシステムが考案されてきている。ただし、給電線が床に埋め込まれたシステムでは、エネルギー（電力）を取り出す際の効率が低くなるという問題が指摘されている。
【０００９】本発明は、上記問題を解決するものであり、その課題は、床に埋め込まれた給電線から移動体へ非接触で効率よくエネルギーを供給できる給電システムを提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明の非接触給電システムは、給電線から移動体へ非接触でエネルギーを供給する構成を前提とし、移動体をガイドするためのガイド溝が形成され且つそのガイド溝を挟むように給電線が設けられた床と、上記給電線に対向する位置にその給電線からエネルギーを受け取るための受電装置が設けられた移動体とを有する。
【００１１】上記構成において、給電線の位置は、ガイド溝を基準に正確に決めることができる。一方、移動体はガイド溝にガイドされながら走行するので、移動体に取り付けられる受電装置の位置は、ガイド溝に対して固定的に定まる。従って、給電線に対して受電装置の相対位置を最適にすることが容易である。この結果、給電線から移動体へのエネルギー供給の効率の低下が抑えられる。
【００１２】本発明の非接触給電システムにおいて、上記受電装置が、コイルが巻き付けられている第１の突起、およびその第１の突起を挟むように形成された第２および第３の突起を有するＥ型形状のコアを備え、上記第１の突起は上記第２および第３の突起よりも長く、上記コアは、上記第１の突起の先端部が上記ガイド溝に挿入されるように上記移動体に取り付けられるような構成を導入してもよい。
【００１３】この構成によれば、給電線の周りに形成される磁束ループが磁性体を通過する割合が多くなるので、磁束の漏れが減少し、このことによっても効率の低下が抑えられる。
【００１４】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の一実施形態の非接触給電システムを示す図である。なお、図１では、給電線から供給される電力を使用して走行する移動体、およびその移動体が走行する床の一部が示されている。
【００１５】移動体１が走行する床１０には、その移動体１をガイドするためのガイド溝１１が形成されている。ガイド溝１１は、一定の深さであり、曲線部を除いて一定の幅である。また、床１０には、ガイド溝１１を挟むようにして給電線１２（１２ａ、１２ｂ）が埋め込まれている。給電線１２は、ガイド溝１１に対して所定の位置に設けられる。また、給電線１２ａおよび１２ｂは、図７を参照しながら説明した給電線と同じように、不図示の交流電源に接続された１本の給電線１２の往路部および復路部である。したがって、給電線１２ａおよび１２ｂには、常に、互いに反対方向の電流が流れることになる。
【００１６】移動体１は、例えば、工場内で部品や製造物を搬送する台車であり、床１０の表面を走行する。タイヤ２は、床１０の表面に接しており、不図示のモータにより駆動される。ガイドローラ３は、ガイド溝１１に挿入されており、移動体１の走行経路を決定する。従って、移動体１は、ガイド溝１１に沿って走行することになる。なお、図１においては描かれていないが、移動体１は、その底面に、給電線１２から非接触でエネルギーを受け取るための受電装置を備える。
【００１７】図２は、移動体１が備える受電装置および床１０の断面を示す図である。ここでは、受電装置として、その要部であるコアおよびコイルのみを示している。コア２１は、磁性体であり、３つの突起（２２ａ～２２ｃ）を有するＥ型形状に作成されている。中央部に設けられる突起２２ａには、コイル２３が巻かれている。そして、コア２１は、移動体がガイド溝１１に沿って走行するときに、突起２２ａがガイド溝１１に対向し、且つ、コア２１の２つの窪み部がそれぞれ給電線１２に対向するように移動体１の底部に取り付けられる。
【００１８】上記構成において、給電線１２に電流が流れると、給電線１２の近傍に磁束が発生する。ここで、給電線１２ａおよび１２ｂには、互いに反対方向の電流が流れるので、磁束は、あるタイミングにおいて、例えば、図２に示すような状態になる。すなわち、給電線１２に電流が流れることによって発生する磁束は、コア２１を通過する。したがって、給電線１２に交流を与えれば、その与えられる交流と同じ周波数の交流電圧がコイル２３から得られる。
【００１９】なお、給電線１２に電流が流れることにより発生する磁束は、図２に示すように、ガイド溝１１を通過する。したがって、もし、ガイド溝１１に異物（特に、導電性の磁性体）が存在したとすると、磁束がその異物を通過する際にその異物自体が発熱し、給電線１２から移動体１へのエネルギー供給の効率が低下してしまう恐れがある。しかし、本実施形態のシステムでは、ガイド溝１１に異物が入ったとしても、移動体１が走行する際、ガイドローラ３がその異物を除去する。このため、上述のような発熱が生じることはなく、エネルギー供給の効率の低下が抑えられる。この場合、異物を積極的に排除する機能、およびガイド溝１１に異物が存在したことを検出する機能を設ければ、給電線１２から移動体１への給電の信頼性が高まる。
【００２０】上記構成のシステムにおいて、磁束ループに注目すると、突起２２ａと突起２２ｂとの間、および突起２２ａと突起２２ｃとの間にギャップ（ここで、「磁性体が存在しない領域」を意味する）が存在する。このため、「磁束の漏れ」が発生し、給電線１２から移動体１へのエネルギー供給の効率が低くなる（給電容量が小さくなる）おそれがある。以下、このような効率の低下を抑えるための構成を示す。
【００２１】図３は、本実施形態のシステムの第１の変形例を示す図である。第１の変形例のシステムでは、給電線１２が設けられている位置よりも深い位置に磁性体３１が給電線１２に沿って埋め込まれている。このため、給電線１２に電流が流れることにより発生する磁束は、突起２２ａと突起２２ｂとの間、または突起２２ａと突起２２ｃとの間の領域において、磁性体３１を通過する。この結果、「磁束の漏れ」が減少し、給電線１２から移動体１へのエネルギー供給の効率の低下が抑えられる。
【００２２】図４は、本実施形態のシステムの第２の変形例を示す図である。第２の変形例のシステムでは、コア２１の中央部の突起２２ｄが、両端の突起２２ｂおよび２２ｃよりも長く形成されている。具体的には、突起２２ｄは、コア２１が移動体１の底部に取り付けられたときに、その先端部がガイド溝１１に挿入されるような長さに形成される。これにより、突起２２ａと突起２２ｂとの間、および突起２２ａと突起２２ｃとの間のギャップが小さくなり、「磁束の漏れ」が減少するので、エネルギー供給の効率の低下が抑えられる。
【００２３】なお、図３に示す方法と図４に示す方法とを組み合わせてもよい。すなわち、移動体１に図４に示すコア２１を取り付けると共に、床１０に磁性体３１を埋め込んでもよい。
【００２４】また、上記実施形態では、移動体１をガイドするためのガイド溝１１を挟むように給電線１２が設けられるので、給電線１２の位置をガイド溝１１を基準に決めることが出来る。一方、移動体１は、ガイド溝１１にガイドされながら走行するので、移動体１に取り付けられるコア２１の位置は、ガイド溝１１に対して固定的に定まる。このため、給電線１２とコア２１との想定的な位置関係を容易に固定することができる。
【００２５】次に、床１０の構造を説明する。本実施形態のシステムをクリーンルームに適用した場合には、床１０は、例えば、底床（コンクリート面など）から所定の高さ位置に多数の床材を敷き詰めることにより形成される。床材は、例えば、グレーチングである。グレーチングは、基本的に正方形または長方形であり、たとえば、アルミまたはＳＡＳから形成される。なお、非接触給電システムを実現するために、多数のグレーチングを敷き詰めることにより床を構成する方法については、本願の出願人による先の出願（特開平１１－１６６３１１号）に詳しく開示されている。
【００２６】移動体１の走行すべき経路上に配置されるグレーチングには、ガイド溝が形成されており、且つ、給電線が設けられている。そして、それらのグレーチングが順番に並べられると、図５に示すように、各グレーチングに形成されているガイド溝および給電線が互いに接続され、ガイド溝１１および給電線１２が形成される。
【００２７】各グレーチングに設けられている給電線を互いに接続する方法の例を図６(a)～図６(c) に示す通りである。図６(a) ～図６(c) では、グレーチング４１ａおよび４１ｂの境界付近を示している。
【００２８】図６(a) に示す例では、グレーチングの端部の近傍において、給電線の先端にコネクタが設けられる。実施例では、グレーチング４１ａの給電線の先端に雌コネクタ５１が設けられ、グレーチング４１ｂの給電線の先端に雄コネクタ５２が設けられている。そして、これらのグレーチングが並べられる際に、これらのコネクタを互いに接続することにより、各グレーチングに設けられている給電線が互いに接続される。
【００２９】図６(b) に示す例では、グレーチングに設けられる給電線の先端にそれぞれ雌コネクタ５１が設けられる。そして、これらのグレーチングが互いに隣接して並べられるときに、２つの雌コネクタ５１の間に中間コネクタ５３が挿入される。これにより、グレーチング４１ａおよび４１ｂに設けられている給電線が互いに接続される。
【００３０】図６(c) に示す例では、端子５４が使用される。すなわち、各グレーチングに設けられる給電線の先端は、それぞれこの端子５４に接続される。これにより、互いに隣接するグレーチングの給電線が接続される。
【００３１】このように、本実施形態のシステムでは、床を構成するグレーチングにそれぞれ給電線を設け、コネクタまたは端子を用いてそれらの給電線を互いに接続する構成なので、床に給電線を埋め込む作業が簡単である。また、グレーチングの配置を変更することにより、移動体の走行経路を容易に変更できる。
【００３２】
【発明の効果】床に埋め込まれた給電線から移動体へ非接触で効率よくエネルギーを供給することができる。具体的には、移動体をガイドするガイド溝を挟むように給電線を設けたので、給電線に対して受電装置の位置が最適になり、給電効率の低下が抑えられる。また、受電装置のコアの一部がそのガイド溝に挿入されるようにして使用されるので、磁束の漏れが減少し、これによっても給電効率の低下が抑えられる。さらに、床を構成する床材（グレーチング）にそれぞれ給電線を設け、コネクタまたは端子を用いてそれらの給電線を互いに接続する構成なので、給電線の敷設が簡単であり、また、移動体の走行経路を容易に変更できる。

【出願人】	【識別番号】０００００３２１８【氏名又は名称】株式会社豊田自動織機製作所
【出願日】	平成１１年１０月４日（１９９９．１０．４）
【代理人】	【識別番号】１０００７４０９９【弁理士】【氏名又は名称】大菅義之
【公開番号】	特開２００１－１１２１０３（Ｐ２００１－１１２１０３Ａ）
【公開日】	平成１３年４月２０日（２００１．４．２０）
【出願番号】	特願平１１－２８２８５５