非接触給電装置

トップ :: B 処理操作運輸 :: B60 車両一般

【発明の名称】	非接触給電装置
【発明者】	【氏名】近藤英二【氏名】細江仁【氏名】大隅升男【氏名】伊佐治伸司
【要約】	【課題】給電動作を行う範囲を拡大した非接触給電装置を提供する。【解決手段】縦断面形状をＣ形に形成した１次コア３の両端から外側に延出する腕部３ｂを備えることにより、給電ヘッド１の横幅を広く構成したので、連続した広い範囲で２次コア４に磁束を鎖交させることができる。

【特許請求の範囲】
【請求項１】結合トランスの１次側と２次側との間に所定の間隙を設けて、電磁誘導により非接触で電力を供給可能とした給電装置において、前記結合トランスの１次コアの本体部をＣ形に形成し、前記Ｃ形に形成した本体部と前記本体部の脚の両端より外側に延出する腕部により１次コアを構成したことを特徴とする非接触給電装置。
【請求項２】結合トランスの１次側と２次側との間に所定の間隙を設けて、電磁誘導により非接触で電力を供給可能とした給電装置において、前記結合トランスの２次コアの本体部をＣ形に形成し、前記Ｃ形に形成した本体部と前記本体部の脚の両端より外側に延出する腕部により２次コアを構成したことを特徴とする非接触給電装置。
【請求項３】請求項１，２記載の非接触給電装置において、前記結合トランスの１次側には、１次コアと１次巻線を備えた給電ヘッド、および、前記１次巻線に高周波の交番電流を流す給電回路を複数併設したことを特徴とする非接触給電装置。
【請求項４】請求項３記載の非接触給電装置において、結合トランスの１次側には、複数の１次巻線に流す交番電流が同期するように給電回路を制御する発振回路を備えて構成したことを特徴とする非接触給電装置。
【請求項５】請求項１ないし４記載の非接触給電装置において、前記結合トランスの２次側には、２次コアと２次巻線を備えた受電ヘッドと受電回路を複数併設したことを特徴とする非接触給電装置。
【請求項６】請求項１ないし５記載の非接触給電装置において、前記結合トランスの２次側に備えた受電ヘッドは、１次側に複数備えた給電ヘッドに対向させた状態で、１次コアの脚の両端より外側に延出する腕部と同方向に平行移動するように構成し、前記結合トランスの１次側の連続した範囲において、結合トランスの２次側に連続給電可能としたことを特徴とする非接触給電装置。
【請求項７】請求項１ないし６記載の非接触給電装置において、結合トランスの１次コアの脚間に、前記脚間で鎖交する漏れ磁束を渦電流にて減少させる非磁性体金属からなる漏れ磁束調整機能素子を介挿したことを特徴とする非接触給電装置。
【請求項８】請求項７記載の非接触給電装置において、前記磁束調整機能素子は、その厚さを１ｍｍ以上に設定して構成したことを特徴とする非接触給電装置。
【請求項９】請求項１ないし８記載の非接触給電装置において、前記結合トランスの１次側に備えた給電ヘッドは、２次コアと対向する面と、複数併設した給電ヘッド同士が隣接する面以外を非磁性体の金属により形成したケーシングを備えて構成したことを特徴とする非接触給電装置。
【請求項１０】請求項１ないし９記載の非接触給電装置において、前記結合トランスの２次側に備えた受電ヘッドは、２次コアの脚の両端より外側に延出する腕部の端面と、１次コアと対向する面以外を非磁性体の金属により形成したケーシングを備えて構成したことを特徴とする非接触給電装置。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電気機器等に電磁誘導により非接触で電力を供給する給電装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から接触式の給電装置を利用した電気機器として搬送装置がよく知られている。前記搬送装置に利用される接触給電装置としては、例えば、給電側（１次側）にトローリー線を引き回し、物体を乗載して移動する受電側（２次側）に備えたブラシに前記トローリー線を接触させることにより、１次側から２次側に給電を行っていた。
【０００３】しかし、このような接触給電装置は、トローリー線とブラシが接触した際に大気中にカーボン粉が飛散するため、クリーンルーム内での使用とか食料品の搬送手段等、所謂、清潔，衛生状態の確保を至上とする場所での使用は非常に困難であった。
【０００４】また、前記トローリー線とブラシは接触により磨耗するため、良好に給電動作を継続するには、頻繁にメンテナンスして部品の交換が必要となる等、非常に不経済であった。
【０００５】そこで、前述した問題を解決する手段として、非接触式の給電装置が種々開発されているものの、現状の搬送機器に用いられる非接触給電装置としては、１次側に設置した高周波電流源にリッツ線（高周波における電流の表皮効果を軽減する電線）を接続し、このリッツ線に電流を流して磁束を誘起させ、前記磁束を２次側のコアに鎖交させることにより、２次側の負荷に給電するというカレントトランス方式のものが一般に使用されていた。
【０００６】このようなカレントトランス方式の非接触給電装置においては、１次側の高周波電流源やリッツ線が非常に高価であり、しかも、リッツ線を配線する際、前記リッツ線を２次側のコアと接触しないように精度よく引き回さなければならず、非常に手間と時間を要し面倒であった。
【０００７】そこで、本発明者は、既に特許出願を行った特願２０００－０７３４２３号の明細書において、高価な高周波電流源やリッツ線を用いることなく、安価で、かつ、簡素な構成の非接触給電装置を提案した。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】然るに、前記特願２０００－０７３４２３号の明細書に記載した非接触給電装置は、工場ラインの一定位置で給電動作（給電側と受電側が相対的に移動せずに停止（固定）した状態で行う給電動作）させる場合には非常に有効であるが、例えば、搬送装置のように、給電側に対して相対的に移動する受電側への給電動作を行うことはできなかった。
【０００９】そこで、本発明は、前述した課題に鑑み、給電側に対し相対的に移動する受電側に、連続状態で、かつ、非接触で電力を給電できるようにした非接触給電装置を提供する。
【００１０】
【問題を解決するための手段】請求項１記載の非接触給電装置は、結合トランスの１次コアの本体部をＣ形に形成し、前記Ｃ形に形成した本体部と前記本体部の脚の両端より外側に延出する腕部により１次コアを構成した。
【００１１】請求項２記載の非接触給電装置は、結合トランスの２次コアの本体部をＣ形に形成し、前記Ｃ形に形成した本体部と前記本体部の脚の両端より外側に延出する腕部により２次コアを構成した。
【００１２】請求項３記載の非接触給電装置は、請求項１，２記載の非接触給電装置において、結合トランスの１次側には、１次コアと１次巻線を備えた給電ヘッド、および、前記１次巻線に高周波の交番電流を流す給電回路を複数併設した。
【００１３】請求項４記載の非接触給電装置は、請求項３記載の非接触給電装置において、結合トランスの１次側には、複数の１次巻線に流す交番電流が同期するように給電回路を制御する発振回路を備えて構成した。
【００１４】請求項５記載の非接触給電装置は、請求項１ないし４記載の非接触給電装置において、結合トランスの２次側には、２次コアと２次巻線を備えた受電ヘッドと受電回路を複数併設した。
【００１５】請求項６記載の非接触給電装置は、請求項１ないし５記載の非接触給電装置において、結合トランスの２次側に備えた受電ヘッドは、１次側に複数備えた給電ヘッドに対向させた状態で、１次コアの脚の両端より外側に延出する腕部と同方向に平行移動するように構成し、前記結合トランスの１次側の連続した範囲において、結合トランスの２次側に連続給電可能とした。
【００１６】請求項７記載の非接触給電装置は、請求項１ないし６記載の非接触給電装置において、結合トランスの１次コアの脚間に、前記脚間で鎖交する漏れ磁束を渦電流にて減少させる非磁性体金属からなる漏れ磁束調整機能素子を介挿した。
【００１７】請求項８記載の非接触給電装置は、請求項７記載の非接触給電装置において、磁束調整機能素子の厚さを１ｍｍ以上に設定して構成した。
【００１８】請求項９記載の非接触給電装置は、請求項１ないし８記載の非接触給電装置において、結合トランスの１次側に備えた給電ヘッドは、２次コアと対向する面と、複数併設した給電ヘッド同士が隣接する面以外を非磁性体の金属により形成したケーシングを備えて構成した。
【００１９】請求項１０記載の非接触給電装置は、請求項１ないし９記載の非接触給電装置において、結合トランスの２次側に備えた受電ヘッドは、２次コアの脚の両端より外側に延出する腕部の端面と、１次コアと対向する面以外を非磁性体の金属により形成したケーシングを備えて構成した。
【００２０】本発明の非接触給電装置は、前記結合トランスの１次コアおよび２次コアを、縦断面形状をＣ形に形成した本体部と、本体部の脚の両端より外側に延出する腕部にて構成することにより、１次コアにて誘起された磁束を広い範囲で２次コアに鎖交させることを可能とした。
【００２１】また、本発明の非接触給電装置は、１次コアと高周波の交番電流を流すための給電回路とを複数併設し、前記給電回路を同期運転するように構成したので、１次側の連続した範囲で給電動作を良好に行うことができる。
【００２２】さらに、本発明の非接触給電装置は、２次コアおよび受電回路を複数併設することにより、前記１次コアに対向した状態で、前記２次コアおよび受電回路を平行移動させれば、１次側から２次側の複数の負荷に対して、順次電力を連続して供給することができ、利便である。
【００２３】しかも、本発明の非接触給電装置は、１次コアの脚間に非磁性体の金属からなる磁束調整機能素子を設置し、かつ、結合トランスの１次側のケーシングを、２次コアと対向する面と、複数併設した結合トランスの１次側同士が隣接する面以外を非磁性体の金属により構成し、また、前記結合トランスの２次側のケーシングを２次コアの脚の両端より外側に延出する腕部の端面と、１次コアと対向する面以外を非磁性体の金属により構成することによって、前記結合トランスの１次側で誘起された磁束を、効率良く２次側に鎖交することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図１ないし図９により説明する。図１は本発明の非接触給電装置を構成する給電ヘッド１と受電ヘッド２を対向配置した状態を示す図であり、図２，３は、前記給電ヘッド１と受電ヘッド２をそれぞれ示す正面図である。
【００２５】図１，２，３において、３ａ，４ａは結合トランスの１次コア３と２次コア４を構成する本体部であり、縦断面形状をＣ形に形成している。３ｂ，４ｂは、前記１次コア３と２次コア４の本体部３ａ，４ａの脚の両端より外側に延出する腕部であり、広範囲における給電動作を実現するために、１次側から２次側への磁束の鎖交範囲を拡大している。
【００２６】図２，３において、前記２次コア４の腕部４ｂが１次コア３の腕部３ｂと比較してその長さが短いのは、２次側が移動体であるため、その大きさと重さを考慮してのことである。
【００２７】但し、前記１次コア３の腕部３ｂの長さにおいても、コアの大きさ，コアの製作方法，コアの歩溜まり等に制限がある関係上、所定の長さ以上にすることは当然のことながら不可能であり、必要な給電範囲を構成するためには、前記給電ヘッド１を複数併設する必要がある。
【００２８】また、図１，２，３において示す５，６は、結合トランスの１次巻線と２次巻線であり、７，８は前記１次巻線５と２次巻線６を巻回するために、１次コア３と２次コア４の継鉄部に取付けられたボビンである。９は前記１次コア３に取付けられる漏れ磁束調整機能素子（以後、フラックスバリアという）であり、漏れ磁束によって誘起される渦電流を利用して、前記漏れ磁束を減少させるもので、図４にその１例を示す。
【００２９】前記フラックスバリア９は、図４に示すように、縦断面形状をＣ形に形成し、長手方向の中央には、前記１次コア３の本体部３ａの脚を挿通する挿通孔１０が穿設され、その材質は非磁性体の金属によって構成されている。
【００３０】そして、前記フラックスバリア９は、その凹溝９ａ内に、前記１次コア３の腕部３ｂを、前記腕部３ｂの両端面と、２次コアと対向する面以外を覆うように収容している。
【００３１】１１は前記結合トランスの１次側（１次コア３，フラックスバリア９，１次巻線５，ボビン７）を収容する前面と側面を開放した箱形のケーシングであり、１２は結合トランスの２次側（１次コア４，２次巻線６，ボビン８）を収容する、前記ケーシング１１と同構造のケーシングである。
【００３２】前記両ケーシング１１，１２は、ともに相対向して配置したケーシング１２，１１の互いの開放側が位置する面と、ケーシング１１では複数併設した給電ヘッド１同士が互いに隣接する面、ケーシング１２は２次コア４の腕部４ｂの端面と平行な面以外は非磁性体の金属によって形成している。
【００３３】なお、前記ケーシング１１の複数併設した給電ヘッド１同士が隣接する面と、ケーシング１２の２次コア４の腕部４ｂの端面と平行な面を非磁性体の金属によって形成しないのは、給電ヘッド１と受電ヘッド２間で、互いに対向する面以外からも磁束を鎖交できるようにするためである。
【００３４】以上のように構成した給電ヘッド１と受電ヘッド２を、図５に示すように配置（給電ヘッド１を複数併設し、受電ヘッド２を前記併設した給電ヘッド１の手前を通過するように対向配置）することにより、前記給電ヘッド１の１次コア３に誘起した磁束を、移動する受電ヘッド２の２次コア４に良好に鎖交させて、電磁誘導作用により非接触で電力を供給することができる。
【００３５】このとき、給電ヘッド１の１次コア３に誘起された磁束は、フラックスバリア９およびケーシング１１を通過して、外部および１次コア３の脚間を繋ぐ方向に漏出しようとするが、前記フラックスバリア９およびケーシング１１の一部は非磁性体の金属によって形成されているため、磁束が前記フラックスバリア９およびケーシング１１を通過すると、前記フラックスバリア９およびケーシング１１には、前記漏れ磁束を妨げる向きに渦電流が発生する（図６参照）。
【００３６】そして、前記渦電流の発生により、前記フラックスバリア９およびケーシング１１には、漏れ磁束とは逆向きの磁束が誘起され、ケーシング１１の外部に漏出する磁束および１次コア３の脚間で鎖交する磁束を減少させることができる。これにより、１次コア３に誘起した磁束は、図７に示すように、効率よく２次コア４に鎖交し、良好に受電側に電力を供給することができる。
【００３７】図８は前記複数併設した給電ヘッド１に接続した給電ユニット１３と、移動する受電ヘッド２に接続した受電ユニット１４を示しており、前記給電ユニット１３は、図９に示す 1次巻線５に高周波の交番電流を流す、給電ヘッド１と同数（図８では３個）の給電回路１５と、前記高周波の交番電流を各給電ヘッド１を構成する１次巻線５間で同期させる発振回路１６から構成され、交流電源１７に接続されている。
【００３８】一方、前記受電ユニット１４は、受電ヘッド２との間に間隙を備えて配置される受電ヘッド２と負荷１８間に接続され、例えば、図示しない共振用のコンデンサと過電圧保護回路より構成されている。なお、図８では、受電ヘッド２および受電ユニット１４，負荷１８（以下、２次側ユニットと総称する）を１つづつ備えた例について示したが、本発明は前記２次側ユニットを複数備えて構成してもよい。
【００３９】つづいて、前記給電ユニット１３の構成について、図９を用いて詳しく説明する。図９は、前記給電ユニット１３の構成の１例を示すものであり、いわゆるプッシュプル方式といわれるもので、図９に示す給電ユニット１３は、給電回路１５を２個併設した状態を示している。
【００４０】図９に示すように、前記給電ユニット１３は、 1次巻線５にセンタータップを設け、直流電源１９のプラス側に接続し、１次巻線５の巻始めと巻終わりをスイッチング素子（図９では、トランジスタ）２０，２１のコレクタに接続し、前記トランジスタ２０，２１のエミッタを直流電源１９のグランド側に接続する。
【００４１】また、図９に示す発振回路１６は、その出力をフリップフロップ２２の入力に接続し、一方、前記フリップフロップ２２は、その出力端子Ｑ₁，Ｑ₂（Ｑ₁とＱ₂は逆位相の出力端子である）を前記トランジスタ２０，２１のベースにそれぞれ接続することにより、給電ユニット１３を構成する。
【００４２】なお、前記給電ユニット１３内の直流電源１９は、図８に示す交流電源１７を整流平滑して得られた電源であり、直流電源１９を前記給電ユニット１３に接続すると、発振回路１６の高周波の出力信号がフリップフロップ２２を介してトランジスタ２０，２１のベースに送信され、１次巻線５に高周波の交番電流を流すことができる。
【００４３】前記発振回路１６は、フリップフロップ２２に接続され、さらに、複数併設した給電回路１５（図９では２個）にそれぞれ接続するようにしたので、各給電回路１５は同期して駆動し、各給電回路１５に接続される１次巻線５にも電流が同期して流れる。
【００４４】この結果、各給電ヘッド１５に誘起される磁束も同期し、複数併設した給電ヘッド１３同士が隣接する部分の磁束も、各給電ヘッド１３毎に同周波数，同位相となるため、隣接する給電ヘッド１で誘起された磁束は打消し合うことなく、間隙を介して受電ヘッド２に鎖交し、２次巻線６に電流が流れる。
【００４５】そして、前記受電ヘッド２に接続される受電ユニット１４は共振用のコンデンサにより共振回路が形成されているため、共振周波数ではインピーダンスが低下し、負荷１８に共振周波数と同じ周波数の電流が流れ、負荷１８を良好に動作させることができる。
【００４６】このように、給電ヘッド１を複数併設したとき、給電ユニット１３を備えて、前記給電ヘッド１に誘起される磁束を同期させることにより、前記給電ヘッド１に対向して受電ヘッド２が移動する場合でも、前記受電ヘッド２に良好に磁束を鎖交させることができ、受電側に接続した負荷１８を確実に動作させることができる。
【００４７】なお、前述した実施例では、非接触給電装置の１次コア３と２次コア４の本体部３ａ，４ａの縦断面形状をＣ型形状とした例について説明したが、本発明は、これに限定することなく、１次側から２次側へ磁束が鎖交できれば、どのような形状のコアを使用してもよいことは勿論である。
【００４８】また、前記フラックスバリア９の形状としても、縦断面形状をＣ型に形成し、長手方向の中央に挿通孔１０を穿孔した例について説明したが、本発明は、この形状に限定することなく、１次コア３の脚間で鎖交する漏れ磁束を減少させることが可能であれば、フラックスバリア９の形状および設置場所は適宜変更してもよいことは当然である。
【００４９】さらに、給電ユニット１３内の回路は、図９に示すものに限定せず、１次巻線５に高周波の交番電流を流すものであれば、それに適用できる回路構成を利用してもよい。
【００５０】以上のように、本発明の非接触給電装置は、広い範囲での給電動作が可能であるため、結合トランスの 1次側に対して２次側が移動している場合においても、前記１次側から２次側に良好に非接触で電力の供給ができ、例えば、移動物体の搬送を行うコンベア等にも電力の供給ができ、非常に便利である。
【００５１】また、本発明の非接触給電装置は、従来の給電側の端子と受電側のブラシを接触させて電力の供給を行う場合のように、カーボン粉を発生することが全くないため、作業環境が安全で、しかも、衛生的であることはもとより、接触により磨耗するブラシのメンテナンスも不要となるため、作業環境の改善を良好にはかることができる。
【００５２】さらに、本発明の非接触給電装置は、高価なリッツ線や高周波電流源を使用せず、また、前記リッツ線を２次コアと接触しないように精度よく配線する必要もないため、経済的な負担を軽減できる利点もある。
【００５３】
【発明の効果】本発明の非接触給電装置は、給電ヘッドを幅広に形成し、前記給電ヘッドを複数併設した際には、前記給電ヘッドに誘起する磁束が同期するように制御可能としたので、連続した広い範囲での給電動作が可能となり、給電ヘッドに対して受電ヘッドが移動している場合でも、電力を途切れさせることなく、連続的に、かつ、良好に非接触状態で供給することができ、便利である。
【００５４】また、本発明の非接触給電装置は、コアの脚間に、非磁性体の金属からなる磁束調整機能素子を備え、かつ、１次側と２次側のケーシングの一部を非磁性体の金属にて構成することにより、漏れ磁束等を減少させ、効率よく２次側に磁束を鎖交させることができ、電力の給電効率を良好に上昇させることができる。

【出願人】	【識別番号】０００１１６６６６【氏名又は名称】愛知電機株式会社
【出願日】	平成１２年４月２０日（２０００．４．２０）
【代理人】
【公開番号】	特開２００１－３０９５０１（Ｐ２００１－３０９５０１Ａ）
【公開日】	平成１３年１１月２日（２００１．１１．２）
【出願番号】	特願２０００－１１９２０３（Ｐ２０００－１１９２０３）