JP2012023913A - Non-contact power feeding device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、コイル間の電磁誘導結合を利用して、屋外や屋内に設置された給電部から無人搬送車等に搭載された受電部に非接触で電力を供給する非接触給電装置に関する。 The present invention relates to a non-contact power supply device that supplies power in a non-contact manner to a power receiving unit mounted on an automatic guided vehicle from a power supply unit installed outdoors or indoors by using electromagnetic induction coupling between coils.
無人搬送車のバッテリを充電する方式として、主に接触式やコネクタ式が採用されてきたが、近年、非接触給電装置を用いた方式が採用されるようになってきている。この方式は、無人搬送車に搭載された受電部の二次コイルに、給電スタンドに設置された給電部の一次コイルから非接触で電力を供給(給電)して、バッテリに駆動用の電力を蓄えるものである。ここで「非接触」とは、コネクタやパンタグラフなどによる物理的な接触なしにという意味である。 As a method for charging the battery of the automatic guided vehicle, a contact type or a connector type has been mainly adopted, but in recent years, a method using a non-contact power feeding device has been adopted. In this method, power is supplied (powered) to the secondary coil of the power receiving unit mounted on the automatic guided vehicle from the primary coil of the power supply unit installed in the power supply stand in a non-contact manner, and driving power is supplied to the battery. It is something to store. Here, “non-contact” means that there is no physical contact by a connector or a pantograph.
バッテリを充電するのに非接触給電装置を用いた場合、無人搬送車は定められた軌道上を自立的に走行した後、給電部が設置された充電待機位置に停止する。この位置では、給電部の一次コイルと受電部(無人搬送車)の二次コイルが所定の距離を隔てて対向する。充電待機位置において、給電部の一次コイルに高周波電流を流すと、電磁誘導により受電部の二次コイルに起電力が生じて電力が伝達される。 When the non-contact power feeding device is used to charge the battery, the automatic guided vehicle travels autonomously on a predetermined track and then stops at the charging standby position where the power feeding unit is installed. At this position, the primary coil of the power feeding unit and the secondary coil of the power receiving unit (automated guided vehicle) face each other with a predetermined distance therebetween. When a high frequency current is passed through the primary coil of the power feeding unit at the charging standby position, an electromotive force is generated in the secondary coil of the power receiving unit by electromagnetic induction, and the power is transmitted.
この際、一次コイルから電波(電磁波)が放出されるが、電波の周波数が10kHz以上の場合、電波法による規制を受ける。非接触給電装置を用いた電気機器であっても、電動歯ブラシや電気シェーバのように供給する電力が小さい場合、放出される電波の強さが微弱であるため、特に対策を施す必要はない。これに対し、無人搬送車のように非接触給電装置を用いて供給する電力が大きい場合には、無線局の設置許可の申請が必要になり、また人体への影響を避けるために、電波の強さを規制値以下に抑えなければならない。 At this time, a radio wave (electromagnetic wave) is emitted from the primary coil. Even in an electric device using a non-contact power supply device, when power to be supplied is small, such as an electric toothbrush or an electric shaver, the intensity of the emitted radio wave is very weak, so no special measures need be taken. On the other hand, if the power supplied using a non-contact power supply device is large, such as an automated guided vehicle, an application for permission to install a radio station is required, and in order to avoid effects on the human body, The strength must be kept below the regulation value.
無人搬送車の場合、非接触給電装置の給電部は、無人搬送車の移動を妨げないように開放されている。従って、給電部の一次コイルから放出される電波の強さを規制値以下の値にするためには、無人搬送車が充電待機位置にあるときに一次コイルから放出される電波を、遮蔽手段を用いて遮蔽する必要がある。しかし、遮蔽手段を設けることは非接触給電装置のコストアップに繋がるため好ましくない。 In the case of the automatic guided vehicle, the power feeding unit of the non-contact power feeding device is opened so as not to prevent the automatic guided vehicle from moving. Therefore, in order to set the intensity of the radio wave emitted from the primary coil of the power feeding unit to a value equal to or less than the regulation value, the radio wave emitted from the primary coil when the automatic guided vehicle is at the charging standby position is blocked by the shielding means. Need to be shielded. However, providing the shielding means is not preferable because it leads to an increase in the cost of the non-contact power feeding device.
非接触給電装置が電波法の規制を受けないようにするためには、給電部の一次コイルに流す電流の周波数を10kHz未満にすることが考えられるが、10kHz未満の周波数で駆動できるかどうか検討する必要がある。 In order to prevent the non-contact power supply device from being restricted by the Radio Law, it is conceivable that the frequency of the current flowing through the primary coil of the power supply unit is less than 10 kHz. There is a need to.
非接触給電装置の電力変換部の構成として、以下の2つの構成が知られている。第1の構成(例えば、特許文献1参照)は、コイルを渦巻状に巻回した一対の給電部と受電部を、それぞれのコイルの軸が一致するように近接して配置したものである。一方、第2の構成(例えば、特許文献2参照)は、断面がU字形やC字形の磁心コアにコイルを巻回した一対の給電部と受電部を、それぞれの磁心コアが対向するように配置したものである。 The following two configurations are known as the configuration of the power conversion unit of the non-contact power supply apparatus. In the first configuration (see, for example, Patent Document 1), a pair of power feeding units and power receiving units each having a coil wound in a spiral shape are arranged close to each other so that the axes of the coils coincide with each other. On the other hand, in the second configuration (see, for example, Patent Document 2), a pair of a power feeding unit and a power receiving unit each having a coil wound around a U-shaped or C-shaped magnetic core are arranged so that the respective magnetic cores face each other. It is arranged.
第1および第2の構成とも、給電部および受電部に、コイルとコンデンサで構成される共振回路を設けると共に、双方の共振回路の共振周波数が近くなるように設定しておき、2つの共振回路を同一の周波数で共振させることによって、給電部から受電部に電力を効率よく伝達している。 In both the first and second configurations, a resonance circuit including a coil and a capacitor is provided in the power supply unit and the power reception unit, and the resonance frequency of both the resonance circuits is set to be close to each other. Are resonated at the same frequency to efficiently transmit power from the power feeding unit to the power receiving unit.
電力変換部に第1の構成を採用した場合、一次コイルに流す電流の周波数が10kHz未満になると、それぞれのコイルの直径が格段に大きくなり、無人搬送車に二次コイルを取り付けることが難しくなる。 When the first configuration is adopted for the power conversion unit, when the frequency of the current flowing through the primary coil becomes less than 10 kHz, the diameter of each coil is significantly increased, and it is difficult to attach the secondary coil to the automatic guided vehicle. .
これに対し、第2の構成を採用した場合、給電部および受電部の大きさは周波数の値によってほとんど変化しない。しかしその反面、給電部と受電部の磁心コアの位置がずれると、電力変換部のインダクタンスが変化することによって受電部の共振周波数が変化し、給電部の共振回路と受電部の共振回路が同調できなくなる。その結果、受電部の出力が極端に低下し、十分な電力を安定して供給することができない。 On the other hand, when the second configuration is adopted, the sizes of the power feeding unit and the power receiving unit hardly change depending on the frequency value. However, if the positions of the magnetic cores of the power feeding unit and the power receiving unit are shifted, the resonance frequency of the power receiving unit is changed by changing the inductance of the power conversion unit, and the resonance circuit of the power feeding unit and the resonance circuit of the power receiving unit are tuned. become unable. As a result, the output of the power receiving unit is extremely reduced, and sufficient power cannot be stably supplied.
無人搬送車は、ハンドルや車輪を駆動するモータを制御することにより、常に同じ位置(充電待機位置)に停止するように調整されている。しかし、無人搬送車の積載量や位置センサの精度等の影響により、毎回、同じ位置に正確に停止させることは困難である。このため停止の都度、給電部と受電部の磁心コアの位置に若干のずれが生じて、給電部の共振回路と受電部の共振回路が同調できなくなるため、電力の安定供給の妨げとなる。 The automatic guided vehicle is adjusted so as to always stop at the same position (charging standby position) by controlling a motor that drives a handle or wheels. However, it is difficult to accurately stop at the same position every time due to the load of the automatic guided vehicle, the accuracy of the position sensor, and the like. For this reason, every time the operation is stopped, a slight shift occurs in the positions of the magnetic cores of the power supply unit and the power reception unit, and the resonance circuit of the power supply unit and the resonance circuit of the power reception unit cannot be tuned.
本発明は、給電部と受電部の磁心コアの位置がずれた場合でも、受電側の電力が極端に低下することを防止し、安定して電力を供給できる非接触給電装置を提供することを目的とする。 It is an object of the present invention to provide a non-contact power feeding device capable of preventing power on the power receiving side from being extremely lowered and stably supplying power even when the positions of the magnetic cores of the power feeding unit and the power receiving unit are shifted. Objective.
上記目的を達成するため本発明にかかる非接触給電装置は、給電部の電力を受電部へ電磁誘導を利用して非接触で供給する非接触給電装置であって、
前記給電部は、
第1の磁心コア、この第1の磁心コアに巻回された第1のコイル、および第1のコンデンサを含む第1の共振回路と、
外部から供給された交流電力を直流電力に変換する第1の整流平滑回路と、
前記第1の整流平滑回路から供給される直流電力に基づいて、前記第1の共振回路駆動用の高周波信号を生成するドライバーと、
前記ドライバーで生成される高周波信号の周波数を調整する周波数可変発信回路と、
前記ドライバーから出力される高周波信号の電流値を検出する電流検出手段と、
前記電流検出手段で検出された電流値に基づいて前記周波数可変発信回路の発信周波数を制御する制御回路と、を備え、
前記受電部は、
第2の磁心コア、この第2の磁心コアに巻回された第2のコイル、および第2のコンデンサを含む第2の共振回路を備え、
前記第1の共振回路と前記第2の共振回路との共振を利用して、前記給電部の第1のコイルから前記受電部の第2のコイルへ電力を伝達することを特徴とする。
To achieve the above object, a non-contact power feeding device according to the present invention is a non-contact power feeding device that supplies power of a power feeding unit to a power receiving unit in a non-contact manner using electromagnetic induction,
The power feeding unit is
A first resonant circuit including a first magnetic core, a first coil wound around the first magnetic core, and a first capacitor;
A first rectifying and smoothing circuit for converting AC power supplied from the outside into DC power;
A driver that generates a high-frequency signal for driving the first resonance circuit based on DC power supplied from the first rectifying and smoothing circuit;
A variable frequency transmission circuit for adjusting the frequency of the high frequency signal generated by the driver;
Current detection means for detecting a current value of a high-frequency signal output from the driver;
A control circuit for controlling the oscillation frequency of the frequency variable oscillation circuit based on the current value detected by the current detection means,
The power receiving unit
A second magnetic core, a second coil wound around the second magnetic core, and a second resonance circuit including a second capacitor;
Power is transmitted from the first coil of the power feeding unit to the second coil of the power receiving unit by utilizing resonance between the first resonance circuit and the second resonance circuit.
ここで、前記第1の磁心コアおよび第2の磁心コアとして、U字状の磁性体で形成されたコアを用い、前記第1の磁心コアと第2の磁心コアを、それぞれの両端部の端面が対向するように配置することが好ましい。 Here, a core formed of a U-shaped magnetic body is used as the first magnetic core and the second magnetic core, and the first magnetic core and the second magnetic core are connected to each other at both ends. It is preferable to arrange the end faces to face each other.
また前記電流検出手段は、前記ドライバーの出力側の配線に取り付けられた変流器と、この変流器の出力電流を検出する電流計とで構成されることが好ましい。 The current detection means is preferably composed of a current transformer attached to the output-side wiring of the driver and an ammeter that detects the output current of the current transformer.
また前記給電部は、前記外部から供給された交流電力の電圧の値を調整する電圧可変部を更に備えることが好ましい。また前記受電部は、前記第2の共振回路に伝達された交流電力を直流電力に変換する整流平滑回路を更に備えることが好ましい。 Moreover, it is preferable that the said electric power feeding part is further provided with the voltage variable part which adjusts the value of the voltage of the alternating current power supplied from the said outside. Moreover, it is preferable that the said power receiving part is further provided with the rectification smoothing circuit which converts the alternating current power transmitted to the said 2nd resonance circuit into direct current power.
また前記第1のコイルと前記第1のコンデンサは並列に接続され、前記第2のコイルと前記第2のコンデンサは直列に接続されることが好ましい。 Further, it is preferable that the first coil and the first capacitor are connected in parallel, and the second coil and the second capacitor are connected in series.
給電部と受電部の磁心コアの位置ずれに伴って受電部の共振回路の共振周波数が変化したときに、一次コイルに流す電流の周波数を変えることによって、給電部の共振回路が受電部の共振回路と同調するようになり、結果として、常に最適の効率で給電部から受電部に電力を伝達できる。 When the resonance frequency of the resonance circuit of the power receiving unit changes with the displacement of the magnetic core between the power feeding unit and the power receiving unit, the resonance circuit of the power feeding unit resonates with the power receiving unit by changing the frequency of the current flowing through the primary coil. As a result, power can be transmitted from the power feeding unit to the power receiving unit with optimum efficiency.
以下、本発明の非接触給電装置について、図面を参照して説明する。図1に、本発明の実施の形態にかかる非接触給電装置の構成を示す。非接触給電装置1は、工場内等に設けられた給電スタンドに設置された給電部2と、無人搬送車に搭載された受電部3で構成されている。
Hereinafter, the non-contact power feeding device of the present invention will be described with reference to the drawings. In FIG. 1, the structure of the non-contact electric power feeder concerning embodiment of this invention is shown. The non-contact power supply apparatus 1 includes a
給電部2は、電圧可変部21、整流平滑回路22、ドライバー25、周波数可変発振回路26、リアクター27、共振回路28、制御回路32、変流器33、電流計34、受光器35およびAC−DCコンバータ36を含む。一方、受電部5は、共振回路51、整流平滑回路55、負荷58および投光器59を含む。
The
<電力伝達の原理と駆動用信号の周波数調整>
給電部2および受電部5の構成および動作について説明する前に、給電部2から受電部5への電力伝達の原理と、給電部2の駆動用信号の周波数調整について説明する。
<Principle of power transmission and frequency adjustment of driving signal>
Before describing the configuration and operation of the
給電部2は、コイル29とコンデンサ30を並列に接続した共振回路28と、この共振回路28に駆動用の高周波信号を供給するドライバー25と、駆動用高周波信号の周波数を調整する周波数可変発信回路26とを備えている。一方、受電部3は、コイル52とコンデンサ53が直列に接続された共振回路51を備えている。
The
あらかじめ、給電部2の共振回路28の共振周波数が受電部5の共振回路51の共振周波数に近くなるように設定された周波数で給電部2のドライバー25を動作させる。すると、給電部2の共振回路28と受電部5の共振回路51がほぼ同一の周波数で共振して、給電部2から受電部5に効率よく電力の伝達が行われる。
The
図2は、図1の構成のうち、給電部2に配置された磁心コア31と受電部5に配置された磁心コア54とで構成された電力伝達部の構成を概略的に示したものである。コイル29が巻回された給電部2のU字状の磁心コア31と、コイル52が巻回された受電部5のU字状の磁心コア54が所定の間隔dを隔てて向かい合うように配置されている。
FIG. 2 schematically shows the configuration of the power transmission unit composed of the
共振によって給電部2のコイル29に交流電流が流れると、コイル29および磁心コア31によって生じる磁束が変化し、トランスと同様の原理によって受電部5のコイル52に起電力が誘起され電流が流れる。その結果、給電部2から受電部5に非接触で電力が伝達される。
When an alternating current flows through the
本実施の形態では、非接触給電装置1を無人搬送車の給電に使用する場合を想定している。この場合、給電部2は工場内等の給電スタンドに設置され、受電部5は無人搬送車に搭載される。前述したように、無人搬送車はモータを制御することにより、常に同じ位置(充電待機位置)に停止するように調整されている。
In this Embodiment, the case where the non-contact electric power feeder 1 is used for the electric power feeding of an automatic guided vehicle is assumed. In this case, the
充電待機位置においては、図2に示すように、無人搬送車は、給電部2の磁心コア31が受電部5の磁心コア54に対向する位置で停止する。しかし、無人搬送車の積載量や位置センサの精度等の影響によって、毎回同じ位置に停止させることは困難である。このため、停止の都度、給電部2の磁心コア31に対する受電部5の磁心コア54の相対位置に若干のずれが生じる。
In the charging standby position, as shown in FIG. 2, the automatic guided vehicle stops at a position where the
前述したように、給電部2のドライバー25で生成される共振回路駆動用の高周波信号の周波数は、受電部5の共振周波数とほぼ一致する値に設定されている。給電部2の共振回路27と受電部5の共振回路51がこの周波数で共振するときに、給電部2から受電部5に最も効率よく電力が伝達される。
As described above, the frequency of the high-frequency signal for driving the resonance circuit generated by the
図3に、磁心コア31と磁心コア54の間隔dが変化したときの送信出力および受信出力の測定例を示す。図中、縦軸は給電部2の送信出力および受電部5の受信出力を示す。また横軸は磁心コア31と磁心コア54の間隔dを示す。
FIG. 3 shows a measurement example of the transmission output and the reception output when the distance d between the
図3において、「10mmピーク時」は、間隔dが10mmのときに共振回路28および51が共振するように設定された非接触給電装置1において、間隔dが変化したときの送信出力(破線)と受信出力(実線)を示す。また「15mmピーク時」は、間隔dが15mmのときに共振回路28および51が共振するように設定された非接触給電装置1において、間隔dが変化したときの送信出力(破線)と受信出力(実線)を示す。
In FIG. 3, “at the time of 10 mm peak” means a transmission output (dashed line) when the distance d changes in the non-contact power feeding device 1 set so that the
図3から明らかなように、送信出力、受信出力は共に間隔dの値に依存し、間隔dが設定値(10mmまたは15mm)からずれると、送信出力、受信出力共に大きく低下する。図3のグラフより、磁心コア31および54の間隔dが設定値からずれるほど、給電部2から受電部5への電力伝達の効率が低下することが分かる。
As is clear from FIG. 3, both the transmission output and the reception output depend on the value of the interval d. When the interval d deviates from the set value (10 mm or 15 mm), both the transmission output and the reception output are greatly reduced. From the graph of FIG. 3, it can be seen that the efficiency of power transmission from the
図4に、磁心コア31と54の間隔dを変化させたときに、送信出力および受信出力がピーク値を示すときの給電部2のドライバー25の出力信号の周波数(実線)と、受電部5の受信出力(破線)の測定例を示す。図4から明らかなように、間隔dが大きくなるに従って給電部2の駆動用信号の周波数は高くなり、逆に受電部5の受信出力は低下する。なお、間隔dが大きくなるに従って受電部5の受信出力が低下するのは、受電部5のコイル54を貫通する磁束が減るためと考えられる。
FIG. 4 shows the frequency (solid line) of the output signal of the
図3および図4の測定結果について考察する。図3より、磁心コア31と54の間隔dが設定値からずれたときに、送信出力および受信出力が大きく低下する。一方、図4より、送信出力および受信出力がピーク値を示すときの給電部2のドライバー25の出力信号の周波数(実線)は、間隔dの値に従って増加する。
Consider the measurement results of FIGS. 3 and 4. From FIG. 3, when the interval d between the
これらの結果より、間隔dが変化すると、受電部5の共振回路51のインダクタンスが変化することによって共振周波数が変化して、給電部2の共振回路28が受電部5の共振回路51と同調できなくなり、その結果、供給できる電力が大きく減少するものと思われる。
From these results, when the distance d is changed, the resonance frequency is changed by changing the inductance of the
この結果を逆に捉えれば、間隔dが設定値からずれたときに、給電部2の駆動用信号の周波数を受電部5の共振回路51の共振周波数に合わせて変えることにより、共振回路28および51を同調させて、最適の効率で電力の伝達を行うことができる。
In other words, when the interval d deviates from the set value, the frequency of the driving signal of the
更に、図3の結果より、給電部2の送信出力と受電部5の受信出力との間に相関関係があり、受信出力がピーク値を示すときに送信出力もピーク値を示すことがわかった。
Further, from the result of FIG. 3, it was found that there is a correlation between the transmission output of the
本発明は上述の考察に基づいてなされたものであり、給電部2のドライバー25の出力信号の周波数を調整する手段として周波数可変発信回路26を用い、更に、給電部2の共振回路28に供給される電力のピーク値を、そこに流れる電流値によって検出するようにしたものである。給電部2の共振回路28に供給される駆動用信号の電流値を検出し、その値に基づいて駆動用信号の周波数を変化させて、電流値がピークを示す値に設定する。図3に示すように、送信出力がピーク値を示すとき(すなわち共振回路28に供給される電流値がピーク値を示すとき)に受電部5の共振回路51の受信出力もピーク値を示す。すなわち、その周波数では共振回路28および51が共振するため、最適の効率で電力を伝達することができる。
The present invention has been made based on the above consideration, and uses a variable
<非接触給電装置の構成>
次に、図1および図2を参照して、本実施の形態にかかる非接触給電装置1の構成について説明する。最初に給電部2について説明する。
<Configuration of contactless power supply device>
Next, with reference to FIG. 1 and FIG. 2, the structure of the non-contact electric power feeder 1 concerning this Embodiment is demonstrated. First, the
図1において、電力可変部21は、制御回路31の制御信号に基づき、商用電源の端子37から供給される交流電力の電圧を、トライアック等を用いて所定の値に変更する。
In FIG. 1, the
整流平滑回路22は整流回路23と平滑用のコンデンサ24で構成され、電圧可変部21から供給された交流電力を直流電力に変換する。整流平滑回路22から出力される直流電力の電圧は、電圧可変部21の出力電圧によって調整される。
The rectifying / smoothing
ドライバー25は、複数のFETおよび駆動用IC(図示せず)で構成され、整流平滑回路22から供給された直流電力を、周波数可変発信回路26からの高周波信号によって変調して、共振回路28駆動用の矩形波信号を生成する。
The
周波数可変発信回路26は10kHz未満の周波数で発信し、制御回路31の制御信号により指定された周波数の高周波信号を出力する。
The variable
ドライバー25で生成された矩形波信号は、リアクター27で電流が所定の値に制限されたのち、共振回路28に供給される。前述したように共振回路28は、コイル29、コンデンサ30および磁心コア31で構成され、周波数可変発信回路26で指定された周波数で共振する。コンデンサ30はコイル29と並列に接続されている。また共振回路28を構成するコイル29の巻数、コンデンサ30の容量および磁心コア31の特性は、実験を通じて、10kHz未満の共振周波数で共振する値に設定されている。
The rectangular wave signal generated by the
図2に示す磁心コア31は、フェライト等で形成された断面が正方形の磁性体を、U字状に加工したものである。視認性を考慮し、図2ではコイル29は1層しか巻回されていないが、実際には、磁心コア31の中心部にコイル29が多層に巻回されている。また磁心コア31は、両端部の端面が露出する状態で、給電部2の筐体38に固定されている。
A
図1の説明に戻って、制御回路32は、給電部2全体の動作を制御する。具体的には、制御回路32は、変流器33および電流計34を用いて検出されたドライバー25から出力される矩形波信号の電流値に基づいて周波数可変発信回路26の発信周波数を制御する。更に制御回路32は、受光器35で検出した信号に基づいて、受電部5を搭載した無人搬送車が充電待機位置に停止したことを確認し、電力可変部21に電力の供給を指示する。
Returning to the description of FIG. 1, the
変流器33は、ドライバー25から出力される大電流を測定する際に用いられる。変流器33は鉄心とコイルで構成され、コイルの巻数に応じた電流を2次側に取り出して、電流計34に供給する。変流器33と電流計34で本発明の電流検出手段を構成している。
The
AC−DCコンバータ36は、商用電源用端子37から供給される交流電力を、IC駆動用の5〜15ボルト程度の直流電力に変換し、制御回路32や周波数可変発信回路26等に供給する。
The AC-
次に、受電部5について説明する。共振回路51は、コイル52、コンデンサ53および磁心コア54で構成され、コンデンサ53はコイル52に直列に接続されている。また共振回路51を構成するコイル52の巻数、コンデンサ53の容量および磁心コア54の特性は、共振回路28と同様に、実験を通じて、10kHz未満の共振周波数で共振する値に設定されている。
Next, the
図2に示すように、磁心コア54は給電部2の磁心コア31と同様の形状をしており、また同じ材料で形成されている。磁心コア31と同様に、磁心コア54の中心部には、コイル52が多層に巻回されている。また磁心コア54は、両端部の端面が露出する状態で、受電部5の筐体60に固定されている。
As shown in FIG. 2, the
図1の説明に戻って、整流平滑回路55は、整流器56および平滑用のコンデンサ57で構成され、共振回路51から出力された交流電力を直流電力に変換する。整流平滑回路55から出力された直流電力は負荷58に供給される。受電部5を無人搬送車に搭載した場合、負荷58には、バッテリの充電回路や、ICへの駆動電力供給用のDC/DCコンバータが該当する。
Returning to the description of FIG. 1, the rectifying and smoothing
投光器59は受電部5の筐体60の前面に取り付けられており、負荷58に含まれるバッテリから電力が供給されて発光する。無人搬送車が充電待機位置に停止すると、給電部2の筐体38に取り付けられた受光器35に投光器59の光が入射する。給電部2の制御回路31は、受光器35の出力によって無人搬送車が充電待機位置で停車したことを検知し、給電を開始する。
The
<非接触給電装置の動作>
次に、非接触給電装置1の動作について説明する。給電部2は、工場内等に設けられた給電スタンドに設置されており、電力可変部21には、常時、商用電源端子37から交流電力が供給されている。
<Operation of contactless power supply device>
Next, the operation of the non-contact power feeding device 1 will be described. The
電圧可変部21から出力された交流電力は整流平滑回路22で直流電力に変換された後、ドライバー25に供給される。ドライバー25に供給された直流電力は、周波数可変発信回路32から出力される高周波信号によって変調されて矩形波信号となり、共振回路28に供給される。
The AC power output from the
給電部2の制御回路32は、受光器35の出力によって無人搬送車が充電待機位置に停止しているか否かを確認する。無人搬送車が充電待機位置に停止していない場合、制御回路32は電圧可変部21に指示して、整流平滑回路22への交流電力の供給を停止する。
ている
The
ing
受電部5を搭載した無人搬送車が充電待機位置に停止すると、給電部2の制御回路32は、受光器35の出力信号によって、無人搬送車が充電待機位置に停止したことを検知し、電圧可変部21からの交流電力の供給を開始する。
When the automatic guided vehicle equipped with the
ドライバー25へ供給された直流電力は、周波数可変発信回路26から出力された高周波信号によって矩形波信号に変換される。ドライバー25から出力された矩形波信号はリアクター27で電流が制限された後、駆動信号として共振回路28に供給される。共振回路28は周波数可変発信回路26で規定された周波数で共振し、電磁誘導によって受電部5の共振回路51に電力が伝達される。
The DC power supplied to the
前述の図3に示したように、無人搬送車の充電待機位置において、給電部2側の磁心コア31と受電部5側の磁心コア54との間隔dが設定値と等しい場合には、送信出力および受信出力共にピーク値を示し、最適の効率で電力が伝達される。
As shown in FIG. 3 described above, when the distance d between the
これに対し、間隔dが設定値よりずれた場合には、送信出力・受信出力共に急激に低下し、電力の伝達効率が悪化する。制御回路32は、変流器33および電流計34を用いてドライバー25の出力信号の電流値を測定し、周波数可変発信回路26の発信周波数を上方もしくは下方にずらしながら、電流値がピーク値を示す周波数に調整する。
On the other hand, when the interval d deviates from the set value, both the transmission output and the reception output rapidly decrease, and the power transmission efficiency deteriorates. The
共振回路28の電流値がピーク値を示す周波数は、受電部5の共振回路51の電流値もピーク値を示すため、給電部2から受電部5に最適の効率で電力が伝達される。
Since the frequency at which the current value of the
以上説明したように、本発明の非接触給電装置を用いれば、給電部2の磁心コア31と受電部5の磁心コア54との間隔dが設定値からずれたときに、給電部2の共振回路28の駆動用信号の周波数を受電部5の共振回路51の共振周波数に合わせて変えることにより、共振回路28および51を同調させて、最適の効率で電力の伝達を行うことができる。
As described above, when the non-contact power feeding device of the present invention is used, when the distance d between the
なお、上述した実施の形態では、磁心コア31および54として磁性体をU字状に加工したものを用いたが、これに限定されない。磁心コアとして磁性体をE字状に加工したものを用い、この磁心コアの中心部の突起にコイルを巻回するようにしてもよい。
In the above-described embodiment, as the
本発明にかかる非接触給電装置の用途は無人搬送車に限定されず、電気自動車やロボットなど、非接触で電力を供給する必要がある移動装置の給電装置として、広く利用できるものである。 The application of the non-contact power feeding device according to the present invention is not limited to the automatic guided vehicle, but can be widely used as a power feeding device for a mobile device that needs to supply power in a non-contact manner such as an electric vehicle or a robot.
1 非接触給電装置
2 給電部
5 受電部
21 電圧可変部
22、55 整流平滑回路
23、56 整流部
24、30、53、57 コンデンサ
25 ドライバー
26 周波数可変発振回路
27 リアクター
28、51 共振回路
29、52 コイル
31、54 磁心コア
32 制御回路
33 変流器
34 電流計
35 受光器
36 AC−DCコンバータ
58 負荷
59 受光器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Non-contact
Claims (6)
前記給電部は、
第1の磁心コア、この第1の磁心コアに巻回された第1のコイル、および第1のコンデンサを含む第1の共振回路と、
外部から供給された交流電力を直流電力に変換する第1の整流平滑回路と、
前記第1の整流平滑回路から供給される直流電力に基づいて、前記第1の共振回路駆動用の高周波信号を生成するドライバーと、
前記ドライバーで生成される高周波信号の周波数を調整する周波数可変発信回路と、
前記ドライバーから出力される高周波信号の電流値を検出する電流検出手段と、
前記電流検出手段で検出された電流値に基づいて前記周波数可変発信回路の発信周波数を制御する制御回路と、を備え、
前記受電部は、
第2の磁心コア、この第2の磁心コアに巻回された第2のコイル、および第2のコンデンサを含む第2の共振回路を備え、
前記第1の共振回路と前記第2の共振回路との共振を利用して、前記給電部の第1のコイルから前記受電部の第2のコイルへ電力を伝達することを特徴とする非接触給電装置。 A non-contact power supply device that supplies power of a power feeding unit to a power receiving unit in a non-contact manner using electromagnetic induction,
The power feeding unit is
A first resonant circuit including a first magnetic core, a first coil wound around the first magnetic core, and a first capacitor;
A first rectifying and smoothing circuit for converting AC power supplied from the outside into DC power;
A driver that generates a high-frequency signal for driving the first resonance circuit based on DC power supplied from the first rectifying and smoothing circuit;
A variable frequency transmission circuit for adjusting the frequency of the high frequency signal generated by the driver;
Current detection means for detecting a current value of a high-frequency signal output from the driver;
A control circuit for controlling the oscillation frequency of the frequency variable oscillation circuit based on the current value detected by the current detection means,
The power receiving unit
A second magnetic core, a second coil wound around the second magnetic core, and a second resonance circuit including a second capacitor;
Contactless power is transmitted from the first coil of the power feeding unit to the second coil of the power receiving unit using resonance between the first resonant circuit and the second resonant circuit. Power supply device.
前記第1の磁心コアと第2の磁心コアを、それぞれの両端部の端面が対向するように配置することを特徴とする、請求項1に記載の非接触給電装置。 As the first magnetic core and the second magnetic core, a core formed of a U-shaped magnetic body is used,
The non-contact power feeding apparatus according to claim 1, wherein the first magnetic core and the second magnetic core are arranged so that end faces of both ends thereof are opposed to each other.
前記ドライバーの出力側の配線に取り付けられた変流器と、
この変流器の出力電流を検出する電流計)とで構成されることを特徴とする、請求項1または2に記載の非接触給電装置。 The current detection means includes
A current transformer attached to the wiring on the output side of the driver;
The non-contact electric power feeder according to claim 1 or 2, comprising an ammeter that detects an output current of the current transformer.
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