電力補償回路

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【発明の名称】	電力補償回路
【発明者】	【氏名】北吉晴芳
【要約】	【課題】電源部に接続された負荷の要求電力の変化に関わらず、安定した電力の供給が可能である電力補償回路、非接触給電装置、搬送車、及び搬送システムの提供。【解決手段】電源部に接続される２端子Ｕ，Ｖ間において直列接続されたダイオードＤ₁及びコンデンサＣ₁と、前記ダイオードＤ₁に並列接続されたパワートランジスタＴと、前記２端子Ｕ，Ｖ間の入力電圧に基づき前記パワートランジスタＴのオン／オフ制御を行う制御部とを備え、前記２端子Ｕ，Ｖ間の入力電圧に基づいて前記コンデンサＣ₁へ電力を蓄えると共に、前記コンデンサＣ₁から電力を出力することにより電源部からの出力電力を補償する構成である。

【特許請求の範囲】
【請求項１】電源部に接続される２端子間において直列接続されたダイオード及び蓄電装置と、前記ダイオードに並列接続されたスイッチング素子と、前記２端子間の入力電圧に基づき前記スイッチング素子のオン／オフ制御を行う制御部とを備え、前記２端子間の入力電圧に基づいて前記蓄電装置へ電力を蓄えると共に、前記蓄電装置から電力を出力することにより電源部からの出力電力を補償すべくなしてあることを特徴とする電力補償回路。
【請求項２】前記２端子間の入力電圧に対応する信号を出力する信号出力部を備えることを特徴とする請求項１に記載の電力補償回路。
【請求項３】誘導起電力を生じるピックアップを有する電源部と、該電源部の出力端子に前記２端子が接続されている請求項１又は２に記載の電力補償回路とを備えることを特徴とする非接触給電装置。
【請求項４】誘導起電力を生じるピックアップと、請求項１又は２に記載の電力補償回路とを有する非接触給電装置を備え、該非接触給電装置が供給する電力により駆動されるべくなしてあることを特徴とする搬送車。
【請求項５】電力源に接続され、前記ピックアップに誘導起電力を生じさせる給電線と、請求項４に記載された搬送車とを備えることを特徴とする搬送システム。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、給電装置の電力補償を行う電力補償回路、この電力補償回路を備える非接触給電装置、前記電力補償回路を用いる非接触給電装置を備える搬送車及び搬送システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、案内レールに沿って移動する搬送車によって物資の搬送を行うために数々の搬送システムが実現されており、工場内、倉庫内等において物資搬送の効率化が図られている。一般にこのような搬送車の走行にはモータが使用されており、このモータには、案内レールに沿って取り付けられた給電線を介して電力が供給される。
【０００３】給電装置としてはトロリー式及び非接触式があり、主に塵芥の発生が少なく、メンテナンスの必要性が低いという理由から非接触給電方式が多用されている。非接触給電方式は、搬送車側に設けたピックアップを給電線の近傍に配置し、ピックアップと給電線との間の電磁気結合によりコイルに誘導起電力を発生させて電力を供給する方式である。
【０００４】図４は、従来の非接触給電装置を示すブロック図である。非接触給電装置は、ピックアップコイルＬ₁₁を有するピックアップ２、共振回路３、イミタンス変換回路４、及び、整流平滑回路５より構成されている。ピックアップコイルＬ₁₁は図示しないピックアップコアに巻装され、電力源２１に接続された給電線６の近傍に位置している。前記ピックアップコイルＬ₁₁にはコンデンサＣ₁₁が並列接続されており、ピックアップコイルＬ₁₁及びコンデンサＣ₁₁により共振回路３が構成されている。
【０００５】前記コンデンサＣ₁₁には、直列接続されたコイルＬ₁₂及びコンデンサＣ₁₂が並列接続され、コンデンサＣ₁₁，Ｃ₁₂及びコイルＬ₁₂によりイミタンス変換回路４が構成されている。コンデンサＣ₁₂とコイルＬ₁₂との共通接点、及び、コンデンサＣ₁₂とコンデンサＣ₁₁との共通接点はそれぞれ整流平滑回路５との接続点となっている。
【０００６】整流平滑回路５はダイオードＤ₁₁～Ｄ₁₄，及びコンデンサＣ₁₃より構成されている。ダイオードＤ₁₁，Ｄ₁₂は互いに順方向に接続され、互いの共通接点はイミタンス変換回路４を構成するコイルＬ₁₂とコンデンサＣ₁₂との共通接点に接続されている。また、ダイオードＤ₁₃，Ｄ₁₄は互いに順方向に接続され、互いの共通接点はイミタンス変換回路４を構成するコンデンサＣ₁₁とコンデンサＣ₁₂との共通接点に接続されている。ダイオードＤ₁₁，Ｄ₁₂、及び、ダイオードＤ₁₃，Ｄ₁₄は順方向に並列接続されており、ダイオードＤ₁₁，Ｄ₁₃の共通接点と、ダイオードＤ₁₂，Ｄ₁₄の共通接点との間にはコンデンサＣ₁₃が接続され、また、前記両接点は整流平滑回路５の出力端子をなすと共に、非接触給電装置の出力端子Ｕ，Ｖをなし、図示しない負荷と接続されている。
【０００７】このような非接触給電装置では、電力源２１に接続された給電線６に定電流特性を有する交流電力が供給されることにより、ピックアップ２のピックアップコイルＬ₁₁に定電流特性を有する誘導起電力が生じる。該誘導起電力は共振回路３において共振することにより電圧が昇圧され、イミタンス変換回路４により定電流特性が定電圧特性に変換され、さらに、整流平滑回路５により、整流・平滑化された電力となり、図示しない搬送車等の負荷へ供給される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上述した非接触給電装置では、負荷が要求する電力の増加に伴い電流が増加するため、イミタンス変換回路４の内部抵抗において大きな電圧降下が生じ、出力電圧が低下する。従って、出力電力の補償をするために、前記コンデンサＣ₁₃に対して並列に、比較的大容量のコンデンサを接続することが考えられるが、負荷の要求電力の増加に伴い出力電圧が低下し、コンデンサに印加される電圧も低下するので意図する効果を奏さない。
【０００９】出力電圧の低下を防止するため、給電線６に供給する電流を増加させることも考えられるが、この場合、イミタンス変換回路４により変換されて非接触給電装置から出力される電力は高電圧となる。このため、前記給電線６から複数のピックアップへ電力が供給されている状態において、該複数のピックアップのうちの１つに比較的軽い負荷が接続されている場合、該負荷に高い電圧が印加されるため危険であり、負荷に内蔵される回路素子が破壊される可能性もある。
【００１０】また、負荷が要求する電力が過大になる場合は、ピックアップコイルＬ₁₁が巻装されているピックアップコアに生じる磁束が飽和状態となるので、ピックアップコイルＬ₁₁のインダクタンスが減少し、共振回路３において共振条件が満たされず急激に出力電圧が低下する。さらに、負荷となる搬送車等においてインバータが用いられている場合、出力電圧の急激な低下により前記インバータがトリップし、前記搬送車が予期せぬ緊急停止をする可能性もある。
【００１１】本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであり、電源部に接続される２端子間にダイオードを介した蓄電装置を備えることにより、負荷の要求電力の増減に伴う入力電圧の変化に関わらず、常に前記入力電圧の変化の過程におけるピーク電圧により蓄電装置を充電することが可能である電力補償回路を提供することを目的とする。また、スイッチング素子及び前記入力電圧に応じて該スイッチング素子のオン／オフ制御を行う制御部を備えることにより、充電した電力を必要時に出力することにより電源部の出力電圧を補償し、出力電圧の低下を防ぐことが可能であり、従って、非接触給電に用いた場合に給電線電流を増加させることにより、負荷に高電圧が印加され、内蔵する回路素子が破壊されることのない電力補償回路を提供することを目的とする。
【００１２】また、前記入力電圧に対応する信号を出力する手段を備えることにより、負荷が要求する電力が過大になる場合に前記入力電圧は低下し、これに伴い変化する前記信号を、負荷の電力要求を抑制する為の指示信号として用い、共振条件のずれによる出力電圧の急激な低下、及び、それに伴う搬送車等の予期せぬ緊急停止を防ぐことのできる電力補償回路を提供することを目的とする。
【００１３】さらに、前記電力補償回路を備えることにより、安定した電力供給が可能である非接触給電装置と、該非接触給電装置を備えることにより、安定した駆動を実現できる搬送車と、該搬送車及び該搬送車が備える前記非接触給電装置へ電力を供給する給電線を備えることにより、安定した駆動と効率の良い搬送が可能である搬送システムとを提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】第１発明に係る電力補償回路は、電源部に接続される２端子間において直列接続されたダイオード及び蓄電装置と、前記ダイオードに並列接続されたスイッチング素子と、前記２端子間の入力電圧に基づき前記スイッチング素子のオン／オフ制御を行う制御部とを備え、前記２端子間の入力電圧に基づいて前記蓄電装置へ電力を蓄えると共に、前記蓄電装置から電力を出力することにより電源部からの出力電力を補償すべくなしてあることを特徴とする。
【００１５】第２発明に係る電力補償回路は、請求項１に記載の電力補償回路において、前記２端子間の入力電圧に対応する信号を出力する信号出力部を備えることを特徴とする。
【００１６】第３発明に係る非接触給電装置は、誘導起電力を生じるピックアップを有する電源部と、該電源部の出力端子に前記２端子が接続されている請求項１又は２に記載の電力補償回路とを備えることを特徴とする。
【００１７】第４発明に係る搬送車は、誘導起電力を生じるピックアップと、請求項１又は２に記載の電力補償回路とを有する非接触給電装置を備え、該非接触給電装置が供給する電力により駆動されるべくなしてあることを特徴とする。
【００１８】第５発明に係る搬送システムは、電力源に接続され、前記ピックアップに誘導起電力を生じさせる給電線と、請求項４に記載された搬送車とを備えることを特徴とする。
【００１９】第１発明に係る電力補償回路による場合は、電源部に接続される２端子間にダイオード及び蓄電装置が直列に接続されることにより、電源部からの入力電圧の変化に関わらず、該入力電圧の変化の過程におけるピーク電圧により前記蓄電装置を充電することができ、また、スイッチング素子と、前記入力電圧に基づき前記スイッチング素子のオン／オフ制御を行う制御部とを備えることにより、前記蓄電装置に蓄えられた電力を必要時に出力することができる。
【００２０】第２発明に係る電力補償回路による場合は、請求項１に記載の電力補償回路において、前記入力電圧に対応する信号を出力する信号出力部を備えるため、電源部の容量を超える電力の要求がある場合に前記入力電圧は低下し、これに伴い変化する前記信号を、負荷の電力要求を抑制する為の指示信号として用いることが可能である。
【００２１】第３発明に係る非接触給電装置による場合は、請求項１又は請求項２に記載された電力補償回路を備えるため、安定した電力の供給が可能である。
【００２２】第４発明に係る搬送車による場合は、請求項１又は請求項２に記載された電力補償回路を有する非接触給電装置を備えるため、安定した駆動が可能である。
【００２３】第５発明に係る搬送システムによる場合は、請求項４に記載された搬送車を備えるため、安定した駆動と効率の良い搬送が可能である。
【００２４】
【発明の実施の形態】以下に、本発明をその実施の形態を示す図面に基づき説明する。図１は、本発明に係る電力補償回路を備える非接触給電装置の実施の形態を示すブロック図である。図中２は、ピックアップコイルＬ₁₁を図示しないピックアップコアに巻装してなるピックアップであり、該ピックアップ２は、工場内に付設された図示しない案内レール等に沿って付設され電力源２１と接続された給電線６の近傍に位置している。前記ピックアップコイルＬ₁₁にはコンデンサＣ₁₁が並列に接続されており、ピックアップコイルＬ₁₁及びコンデンサＣ₁₁により共振回路３が構成されている。
【００２５】前記コンデンサＣ₁₁には、直列に接続されたコイルＬ₁₂及びコンデンサＣ₁₂が並列に接続され、コンデンサＣ₁₁，Ｃ₁₂及びコイルＬ₁₂によりイミタンス変換回路４が構成されている。コンデンサＣ₁₂とコイルＬ₁₂との共通接点、及び、コンデンサＣ₁₂とコンデンサＣ₁₁との共通接点はそれぞれ整流平滑回路５との接続点となっている。
【００２６】整流平滑回路５はダイオードＤ₁₁～Ｄ₁₄、及び大容量コンデンサＣ₁₃より構成されている。ダイオードＤ₁₁，Ｄ₁₂は互いに順方向に接続され、互いの共通接点は、イミタンス変換回路４を構成するコイルＬ₁₂とコンデンサＣ₁₂との共通接点に接続されている。また、ダイオードＤ₁₃，Ｄ₁₄は互いに順方向に接続され、互いの共通接点は、イミタンス変換回路４を構成するコンデンサＣ₁₁とコンデンサＣ₁₂との共通接点に接続されている。ダイオードＤ₁₁，Ｄ₁₂、及び、ダイオードＤ₁₃，Ｄ₁₄は順方向に並列に接続されており、ダイオードＤ₁₁，Ｄ₁₃の共通接点と、ダイオードＤ₁₂，Ｄ₁₄の共通接点との間にはコンデンサＣ₁₃が接続され、また、前記２つの共通接点はそれぞれ電力補償回路１と後述する電源部とからなる非接触給電装置の出力端子Ｕ，Ｖをなして図示しない負荷と接続されると共に、電力補償回路１との接続端子をなしている。また、前記電源部はピックアップ２、イミタンス変換回路４、及び整流平滑回路５を備えている。
【００２７】前記接続端子Ｕ，Ｖは、電力補償回路１の入出力端子をもなしており、端子Ｕ，Ｖ間には入力に対して順方向をなすダイオードＤ₁を介してコンデンサＣ₁が接続されている。ダイオードＤ₁と端子Ｕとの間には昇圧器７が接続されており、また、該昇圧器７は端子Ｖとも接続されている。
【００２８】一方、前記端子Ｕ，Ｖ間には抵抗Ｒ₁，Ｒ₂が直列に接続され、該抵抗Ｒ₁，Ｒ₂の共通接点には抵抗Ｒ₃の一方端が接続されており、他方端は並列帰還増幅回路１１，１２に接続されている。前記並列帰還増幅回路１１，１２を構成するオペアンプＯ₁，Ｏ₂の正相入力端子には、前記抵抗Ｒ₃の他方端が接続されると共に、前記オペアンプＯ₁，Ｏ₂の出力端子が抵抗Ｒ₁₁，Ｒ₂₁を介してそれぞれ接続されており、逆相入力端子にはそれぞれ可変抵抗Ｒ₁₂，Ｒ₂₂が接続されている。また、前記オペアンプＯ₁，Ｏ₂の出力端子は、それぞれ前記並列帰還増幅回路１１，１２の出力端子をなしている。
【００２９】前記並列帰還増幅回路１１の出力端子は順方向のインバータＩ₁を介して、スイッチング素子であるパワートランジスタＴのゲート端子と接続されており、制御部は、抵抗Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃、可変抵抗Ｒ₁₂、並列帰還増幅回路１１、及びインバータＩ₁を備えている。前記パワートランジスタＴは、エミッタ端子及びコレクタ端子により、前記昇圧器７及びダイオードＤ₁に対して並列に接続されている。また、前記並列帰還増幅回路１２の出力端子は順方向のインバータＩ₂を介して電力補償回路１の他の出力端子Ｗをなしている。
【００３０】このような構成をなす電源部及び電力補償回路１よりなる非接触給電装置の動作について以下に説明する。電力源２１に接続された給電線６に定電流特性を有する交流電力が供給されることにより、ピックアップ２のピックアップコイルＬ₁₁に定電流特性を有する誘導起電力が生じる。該誘導起電力は共振回路３において共振することにより電圧が昇圧され、イミタンス変換回路４により定電流特性が定電圧特性に変換され、さらに、整流平滑回路５により、整流・平滑化されて出力端子Ｕ，Ｖより出力される。該電力は、図示しない搬送車等の駆動部へ供給されることにより前記搬送車を駆動させる。
【００３１】一方、整流平滑回路５において整流・平滑化された電力は、電力補償回路１における昇圧器７により昇圧され、コンデンサＣ₁に蓄えられる。この際、ダイオードＤ₁により、コンデンサＣ₁には整流平滑回路５からの入力電圧の変化に関わらず、該入力電圧の変化の過程におけるピーク電圧により電力が蓄えられる。
【００３２】また、端子Ｕ，Ｖ間の電圧に基づき並列帰還増幅回路１１，１２に電圧が入力される。前記並列帰還増幅回路１１は、入力された電圧を増幅して信号として出力し、該信号はインバータを介してパワートランジスタＴのゲート端子に入力される。非接触給電装置の出力端子Ｕ，Ｖ間の電圧が閾値以上の場合は、前記パワートランジスタＴのエミッタ端子とコレクタ端子との間は不通状態でありコンデンサＣ₁は充電され、閾値以下の場合は、前記パワートランジスタＴのエミッタ端子とコレクタ端子との間は導通状態となりコンデンサＣ₁は蓄えた電力を放電する。なお、前記パワートランジスタＴのオン／オフ動作を実行させる出力端子Ｕ，Ｖ間の電圧は、可変抵抗Ｒ₁₂を調節することにより決定することができる。
【００３３】また、前記並列帰還増幅回路１２は、入力された電圧に基づく信号を出力し、該信号はインバータを介して電力補償回路１の他の出力端子Ｗから搬送車等の負荷へ出力される。なお、出力端子Ｗに接続されるインバータに出力信号の反転を行わせる出力端子Ｕ，Ｖ間の電圧は、可変抵抗Ｒ₂₂を調節することにより決定することができる。
【００３４】図２は本発明に係る電力補償回路１を備える非接触給電装置を用いた搬送車２３の構成を示す模式的側面図である。搬送車２３はＵ字形をなす車体枠２４の下部に、被搬送物を着脱可能に取り付けるキャリア２５を吊設して構成されている。前記車体枠２４の上部には、図１に示す非接触給電装置のピックアップ２、前記非接触給電装置の回路部を内蔵する回路ボックス３０、及びモータＭが取り付けられている。電力源２１から給電線６に供給される交流電力は、前記ピックアップ２に電磁気結合による誘導起電力を発生させ、該電力によりモータＭは転動され搬送車２３は駆動される。該搬送車２３が備える駆動車輪２４ａは断面略Ｉ字形をなす前記案内レール２０の上板部２０ｕの上面に転接しており、前記搬送車２３は案内レール２０に沿って移動する。
【００３５】図３は、本発明に係る電力補償回路１を備える非接触給電装置を用いた搬送システムを示す模式的斜視図である。この搬送システムでは、工場内に付設された案内レール２０に沿って、図示しない給電線が付設され、電力源２１に接続されている。また、前記案内レール２０には図２に示す搬送車２３が複数懸架され、システムコントローラ２２により駆動制御されて被搬送物を搬送する。なお、図１に示す非接触給電装置において説明したように、搬送車２３の駆動に際して、電力補償回路１は供給電力の補償を行い、非接触給電装置の容量を超える電力要求がされた場合は、該電力要求を抑制するための信号を前記システムコントローラ２２へ与える。
【００３６】このような電力補償回路１を備える非接触給電装置では、端子Ｕ，Ｖ間にダイオードＤ₁を介してコンデンサＣ₁等の蓄電装置が接続されているので、前記端子Ｕ，Ｖ間電圧に基づき負荷へ電力が供給されると共に、前記端子Ｕ，Ｖ間電圧の変化に関わらず常に該端子Ｕ，Ｖ間電圧の変化の過程におけるピーク電圧により蓄電装置を充電することができる。また、前記端子Ｕ，Ｖ間電圧に応じてパワートランジスタＴ等のスイッチング素子が動作し、前記蓄電装置に蓄えられた電力を必要時に出力することにより、前記端子Ｕ，Ｖからの出力電力を補償することができる。さらに、電源部の容量を超える電力要求がある場合は、前記端子Ｕ，Ｖ間電圧に対応する信号を、負荷の電力要求を抑制する為の指示信号として出力することにより、負荷の予期せぬ緊急停止を回避することができる。
【００３７】なお、蓄電装置としては本実施の形態で示したコンデンサＣ₁に代わりバッテリを用いてもよく、フライホイールにより機械的な運動エネルギとして保持することも可能である。また、スイッチング素子としてはパワートランジスタＴに代わりサイリスタ若しくはリレー接点を用いても同様の効果を奏し、さらに昇圧器７は必須ではない。
【００３８】
【発明の効果】第１発明によれば、変化する入力電圧のピーク電圧により蓄電装置を充電することができ、また、充電電力を必要時に出力することにより電源部の出力電力の補償をすることができる電力補償回路を実現することができる。第２発明によれば、電源部の容量を超える電力の要求がある場合に、入力電圧に対応する信号を、負荷の電力要求を抑制する為の指示信号として用いることが可能である電力補償回路を実現することができる。第３発明によれば、安定した電力の供給が可能である非接触給電装置を実現することができる。第４発明によれば、安定した駆動が可能である搬送車を実現することができる。第５発明によれば、安定した駆動と、効率の良い搬送が可能である搬送システムを実現することができる。

【出願人】	【識別番号】０００００３３５５【氏名又は名称】株式会社椿本チエイン
【出願日】	平成１２年８月９日（２０００．８．９）
【代理人】	【識別番号】１０００７８８６８【弁理士】【氏名又は名称】河野登夫
【公開番号】	特開２００２－５８１０４（Ｐ２００２－５８１０４Ａ）
【公開日】	平成１４年２月２２日（２００２．２．２２）
【出願番号】	特願２０００－２４１９１９（Ｐ２０００－２４１９１９）