JP3740930B2

JP3740930B2 - Non-contact power feeding device

Info

Publication number: JP3740930B2
Application number: JP2000039445A
Authority: JP
Inventors: 彰畑井; 勇冶西澤
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2000-02-17
Filing date: 2000-02-17
Publication date: 2006-02-01
Anticipated expiration: 2020-02-17
Also published as: JP2001225675A; JP2005261200A; JP4165523B2

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、案内レールに沿って架線された給電線を流れる交流から電磁誘導作用により電力を取り込むための給電部を備えた非接触給電装置の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、天井に架設された案内レールに沿って走行し、工場あるいは倉庫内のステーション間において荷の搬送作業をするモノレール式の搬送装置（移動体）が提案されている。この種の搬送装置の給電方法として、案内レールに配線された給電線に対向させた状態にピックアップユニットを移動体に取り付け、このピックアップユニットを用い、給電線を流れる交流（高周波電流）から電磁誘導作用を利用して電力を取り込む非接触給電装置が知られている（例えば特開平５−２０７６０６号公報等）。
【０００３】
この非接触給電装置では、図６に示すように給電部１は、移動体が走行する走行路に沿うと共に、相互に平行な往復経路をとって、所定の弛みを有するように架線した交流電流を流す二本の給電線３と、給電線３を覆うように対向配置されると共に、移動体に固定されたピックアップユニット２とを備え、ピックアップユニット２には、Ｅ型形状のコア５と、その中央脚部５ａに巻回されると共に、負荷（図示せず）が接続された受電用の二次コイル７とを備えている。
【０００４】
ここで、給電部１における給電線３とコア５との間に形成された隙間ｇは、ピックアップユニット２が移動する時に、コア５のＸ方向の位置が変動しても給電線３とコア５とが接触しないようにするために設けられている。
かかる給電部１は、給電線３を流れる高周波電流によりコア５には同図に矢印で示すような磁束の向きの磁気回路が形成され、この磁気回路に基づき二次コイル７に電流が誘起されて負荷（図示せず）に電力を給電線３から無接触により給電するものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のように構成された非接触給電装置はピックアップユニット２の移動に伴い、給電線３の弛みなどのために、図６に示すＹ方向に給電線３とコア５との相対位置がａ〜ｂの範囲で変動し、例えば、該位置変動は最大５０ｍｍとなる（実測値）。
給電線３と二次コイル７との相互インダクタンスＭは、二次コイル７の巻回数を９回として電線直径を４ｍｍ、二次コイル７の長さＬを３６ｍｍとすると、位置ａで３０μHから位置ｂで１８μHと６０％に減少する（実測値）。
なお、給電線３の直径は９ｍｍ、隙間ｇは２０ｍｍである。
一方、二次コイル７の自己インダクタンスＬ₂は一定値である。従って、二次側の負荷への供給電力が相互インダクタンスＭの２乗に比例して約３６％変動するので、一定の電力を負荷に供給できないという問題点があった。
【０００６】
かかる課題を解決するのに、給電線３と二次コイル７との電磁的な結合度が変化しないように、コア５の中央部５ａに二次コイル７を形成する電線を多数巻回する手段がある。
しかしながら、二次コイル７を多数巻回し過ぎると、二次コイル７の自己インダクタンスＬ₂が巻数の２乗に比例して増加し、二次側負荷電流は二次コイル７の巻数に反比例すると共に、自己インダクタンスＬ₂に反比例して減少する。
よって、二次コイル７の巻回数を増加し過ぎると、負荷への供給電力が低下するので、適切でない。これを数式により示せば下記となる。
【０００７】
即ち、非接触給電装置の等価回路を図７に示し、この等価回路より下記の回路方程式を得る。
SＭ（ｉ₁−ｉ₂）＝ S（Ｌ₂−Ｍ）ｉ₂＋Ｖc₁・・・・・（１）
Ｖc₁＝（ｉ₂−ｉ₃）／SＣ₁＝ｉ₃×Ｒ・・・・・・・（２）
ｉ₁＝ｉ₀／ｎ・・・・・・・・（３）
ここに、Ｓ：ラプラス演算子、ｉ₀：一次側電流（Ａ）
ｉ₁：二次側換算の一次側電流（Ａ）、ｉ₂：二次側電流値（Ａ）
ｉ₃：二次側負荷電流値（Ａ）、Ｒ：負荷の抵抗値（Ω）、ｎ：巻数比
Ｃ₁：共振コンデンサの静電容量（Ｆ）、Ｖc₁：コンデンサ電圧（Ｖ）
上記（１），（２）式より
SＭｉ₁＝ SＬ₂ｉ₂＋ｉ₃×Ｒ・・・・・・・・（４）
上記（２）式より
ｉ₂＝（１＋SＣ₁Ｒ）ｉ₃・・・・・・・・（５）
（５）式を（４）式に代入してまとめると、
ｉ₃／ｉ₁＝ SＭ／（S²Ｃ₁ＲＬ₂＋ SＬ₂＋Ｒ）・・（６）
ここで、二次側回路のＬ₂とＣ₁とが共振状態であると、
S²Ｃ₁Ｌ₂＋１＝０・・・・（７）
ここで、（７）式を（６）式に代入すると、二次側負荷電流ｉ₃は下式となる。
ｉ₃＝（Ｍ× ｉ₁）／Ｌ₂＝（Ｍ× ｉ₀）／（Ｌ₂×ｎ）・・・・（８）
よって、負荷Ｒの負荷電力Ｗは下式となる。
Ｗ＝ｉ₃ ²×Ｒ・・・・（９）
【０００８】
負荷電力Ｗは上記（８），（９）式より二次コイル７の巻回数、相互インダクタンス等により変化する。
これを前記条件（給電線３の直径９ｍｍ，隙間ｇを２０ｍｍ，二次コイル７の電線直径４ｍｍ）にて、二次コイル７の巻回数と出力電力比との比を実験により確認すると、図８に示す曲線を得る。図８から明らかのように巻数を巻回しすぎると、負荷に供給される電力が低下する。
【０００９】
また、図９（ａ）に示すように二次側の供給電力の増加を図るために、複数のピックアップユニット２を用いて給電部１０を構成する場合、限られたスペースに設置するために、ピックアップユニット２どおしを近接して配置するのが一般である。
かかる構成において、二次コイル７に電流が図９（ｂ）の方向に流れると、反時計回りの磁束φ１と、時計回りの磁束φ２が発生し、二つのコア５間に給電線３の中央部３ａに磁束φ１、φ２が加算するように鎖交する。
該磁束φ１、φ２により給電線３の中央部３ａに渦電流が流れて鉄損が生じ、該中央部３ａの温度を上昇が高くなり、給電線３の抵抗値が増加して二次側負荷電力が低下するという問題点があった。
【００１０】
この発明は、上記課題を解決するためになされたもので、二次側の供給電力を効率良く抽出し得る非接触給電装置を提供するものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
第１の発明に係る非接触給電装置は、移動体が走行する走行路に沿うと共に、所定の弛みを有するように架線した交流電流を流す給電線と、上記移動体に設けられると共に、上記給電線を内包する凹部を有しており、上記移動体の移動により上記給電線との相対位置が変動するコアと、上記移動体の移動中における、上記給電線から電磁誘導作用で負荷に非接触により供給される電力がほぼ一定になるように上記コアに所定の巻数で巻回されると共に、上記給電線と所定の隙間を有するコイルと、を有し、上記コイルは平型導電体とするとともに、上記コイルの長さを、上記コアと上記給電線との相対位置が変動した場合でも上記コイルが上記給電線の変動範囲と対向できる長さとしたものである。
【００１３】
第２の発明に係る非接触給電装置は、コアの凹部内には、給電線を縦方向に複数配設されると共に、並列接続されたことを特徴とするものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
この発明の一実施の形態を図１によって説明する。図１はこの発明の一実施の形態による二次コイルに平型導電体を用いた給電部の正面図である。
図１において、給電部１００は、交流電流を流すと共に、案内レールに沿い相互に平行な往復経路をとって所定の弛みを有するように架線された二本の給電線３と、この給電線３に近接配置されると共に、移動体（図示せず）に固定されたピックアップユニット１０２を備え、ピックアップユニット１０２には、中央部５ａと二つの側面部５ｃとから形成される二つの凹部毎に各１本の給電線３を内包するＥ型形状のコア５と、コア５の中央部５ａには、好ましくは絶縁された、厚さａ，幅ｄの平型導電体１０７ａを用いて、図８に示すように二次側電力を効率良く抽出するために９回巻回された二次コイル１０７とが形成されている。
なお、二次コイル１０７には、図７に示すようにコンデンサ（Ｃ₁）及び負荷（Ｒ）が接続されている。
ここで、二次コイル１０７を平型導電体１０７ａとしたのは、所定の巻回数、例えば９回において、二次コイル１０７の長さＬを長くして、給電線３の弛み、ピックアップユニット１０２の移動によって生じる給電線３とコア５とのＹ方向（上下方向）の相対位置がａ〜ｂの範囲で変動しても、給電線３と二次コイル１０７とを常に対向する位置に存在させることにより給電線３と二次コイル１０７との相互インダクタンスをほぼ一定値とし、しかも、給電線３の表面と二次コイル１０７の表面との間には、従来と同様な隙間ｇを確保するためである。
【００１９】
上記のように構成された非接触給電装置の給電部１００よれば、給電線３の位置がＹ方向（上下方向）に移動しても給電線３と二次コイル１０７の磁気的な結合度を示すＭ／Ｌ₂に変動が少ないので、ピックアップユニット１０２等の位置が変動しても二次側の給電電力をほぼ一定にできるものである。
ここで、磁気的な結合度をＭ／Ｌ₂により評価するのは、前記（８）式より二次側負荷電流と給電線３を流れる電流との関係式を根拠とする。
給電線３の直径を９ｍｍ、隙間ｇを２０ｍｍ、二次コイル１０７の平型導電体１０７ａの厚さａを４ｍｍ、幅ｄを８ｍｍ、コイル長さＬを８８ｍｍとして、磁気的な結合度をＭ／Ｌ₂の変化を実験によって確認すると、給電線３が位置ａでは、相互インダクタンスＭは３０μＨ、自己インダクタンスＬ₂は１００μＨがとなり、給電線３が位置ｂでは、相互インダクタンスＭは２８．５μＨとなり自己インダクタンスＬ₂は位置ａと同じであった。
よって、結合度Ｍ／Ｌ₂の位置ａと位置ｂとの比は、従来０．７であったものが、この実施の形態では、０．９５と改善されるものである。
【００２０】
実施の形態２．
この発明の他の実施の形態を図２によって説明する。図２は、実施の形態による複数の給電線を用いた給電部の正面図である。
実施の形態１では、二次コイル１０７により給電線３との磁気的な結合度Ｍ／Ｌ₂を向上させたものであるが、この発明の実施の形態２では、一次側（給電線）を改良することにより、磁気的な結合度Ｍ／Ｌ₂を向上させることにより給電線１０３から負荷に伝達される電力が、給電線１０３と二次コイル１０７（コア５）との相対位置が変動しても、ほぼ一定になるようにするものである。
【００２１】
図２おいて、非接触給電装置の給電部２００は、案内レールに沿い相互に平行な往復経路をとって所定の弛みを有するように架線すると共に、各３本の合計６本の電線が３本毎に並列接続された交流電流を流す給電線１０３と、この給電線１０３に近接配置されると共に、移動体（図示せず）に固定されたピックアップユニット１０２を備え、ピックアップユニット１０２には、二つの凹部毎に縦方向に配設された各３本の給電線１０３を内包するＥ型形状のコア５と、コア５の中央部５ａには、図８に示すように二次側電力を効率良く抽出するために９回巻回された二次コイル７とが形成されている。
ここで、３本の給電線１０３を縦方向に並べて並列接続したのは、給電線１０３の弛み、ピックアップユニット１０２の移動によって生じる給電線１０３とコア５とのＹ方向の相対位置がａ〜ｂの範囲で変動しても、給電線１０３と二次コイル７とが常に対向する位置に存在させることにより給電線１０３と二次コイル７との相互インダクタンスをほぼ一定値とし、磁気的な結合度Ｍ／Ｌ₂を向上させるためである。
【００２２】
上記のように構成された非接触給電装置は、実験によれば、給電線１０３の直径９ｍｍの円柱状の電線を、各３本縦方向に給電線１０３どうしの隙間０．５ｍｍで合計６本配設し、二次コイル７の電線直径を４ｍｍ、コイル７の長さＬを３６ｍｍとすると、給電線１０３が位置ａで相互インダクタンスＭは１００μＨ、自己インダクタンスＬ₂は１００μＨとなり、給電線１０３が位置ｂで相互インダクタンスＭは２８．５μＨとなり、自己インダクタンスＬ₂は変化しないから、位置ａと位置ｂとの磁気的な結合度Ｍ／Ｌ₂の比は０．９５となることが確認できた。
なお、上記実施の形態１の二次コイル１０７とこの実施の形態による給電線１０３とを組み合わせることによりを一層結合度Ｍ／Ｌ₂向上できる。
【００２３】
実施の形態３．
この発明の他の実施の形態を図３によって説明する。図３は、この発明の他の実施の形態によるコアの中央部に二次コイルを巻回した断面図、図４は図３に示す二次コイルを有するピックアップユニットを二つ近接配置した側面図である。
図３及び図４において、給電部３００を構成するピックアップユニット２０２は、略Ｅ型形状のコア１０５を有しており、コア１０５の中央部１０５ａには、二つの溝状の切り欠き１０５ｅを設け、この切り欠き１０５ｅに電線が９回巻回されて二次コイル７が形成されており、中央部１０５ａの側面部１０５ｃがピックアップユニット２０２の磁気遮蔽として作用するように形成されている。
ここで、切り欠き１０５ｅの幅と深さは、二次コイル７を挿入できる空間があれば足り、特に、幅ができるだけ短い方が磁気遮蔽としての作用をより奏する。
【００２４】
上記のように構成された非接触給電装置の給電部３００の動作を図３及び図４によって説明する。いま、二つのピックアップユニット２０２を併設した状態において、二次コイル１０７に電流が図４に示す方向に流れると、矢印のようにコア１０５の側面部１０５ｃに磁束Φ１と磁束Φ２とが流れるが、磁束Φ１は、ピックアップユニット２０２のコア１０５の側面部１０５ｃ→中央部１０５ａ→切り欠き１０５ｅの経路で流れる。
一方、磁束Φ２は、同様にピックアップユニット２１２のコア１０５の側面部１０５ｃ→中央部１０５ａ→切り欠き１０５ｅの経路で流れる。
よって、磁束Φ１，Φ２は、各ピックアップユニット２０２のコア１０５内を流れて、給電線３の中央部３ａにほとんど鎖交しなくなるので、給電線３の中央部３ａに渦電流が流れにくくなり鉄損が減少する。
従って、複数のピックアップユニット２０２が近接配置されても、給電線３の中央部３ａの磁束Φ１，Φ２による温度上昇を抑えることができる。
これを実験により確認すると、ピックアップユニット２０２どうしの間隔を３０ｍｍにして、給電線３に周波数１５Ｋｚの８０Ａの電流を流して二次コイル１０７の負荷に３０Ａを流して、給電線３の中央部３ａの表面における飽和温度を測定すると、従来、１５１℃上昇していたものが、上記ピックアップユニット２０２の構成によれば、４９℃の温度上昇に留まることが確認できたのである。
【００２５】
なお、二次コイル７を予め非磁性体の筒型ボビンに巻き、これを図３に示すコア１０５の切り欠き１０５ｅに係合させて、コア１０５の中央部１０５ａに固定してもほぼ同様の作用を奏する。
【００２６】
また、図５に示すように二つのピックアップユニット２の内側側面部に磁性体から成る二枚の遮蔽板３０１を、各二次コイル７と当接して配置することにより、各二次コイル７に発生する磁束φ１、φ２は図５（ｂ）に示すように遮蔽板３０１の内部を通るので、二つのピックアップユニット２を接近させても給電線３の発生損失を抑えて温度上昇を抑制することができる。
また、上記実施の形態によるＥ型コアには、U型コアを二つ用いてＥ型形状にしても良い。
【００２７】
【発明の効果】
第１の発明によれば、移動体の移動中における、給電線から電磁誘導作用で負荷に非接触により供給される電力がほぼ一定になるようにコアに所定の巻数で巻回されると共に、給電線と所定の隙間を有するコイルを有し、上記コイルは平型導電体とするとともに、上記コイルの長さを、上記コアと上記給電線との相対位置が変動した場合でも上記コイルが上記給電線の変動範囲と対向できる長さとしたので、コイルと給電線との相対位置が変動しても、負荷に伝達される電力がほとんど変動しなくなり、適切な給電電力を負荷に供給できるという効果がある。
【００２９】
第２の発明によれば、コアの凹部内には、給電線を縦方向に複数配設されると共に、並列接続したので、給電線とコイルとの磁気的な結合度が増加して、より一層負荷に伝達される電力が変動しにくいという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施の形態によるコイルの電線に平板を用いた給電部の正面図である。
【図２】この発明の他の実施の形態による複数の給電線を用いた給電部の正面図である。
【図３】この発明の他の実施の形態によるコアの中央部にコイルを巻き回した断面図である。
【図４】図３に示すピックアップユニットを二つ近接配置した側面図である。
【図５】コイルの側面に磁性体板を設けた断面図（ａ）、コイルの磁束の流れを示す磁気回路の説明図（ｂ）である。
【図６】従来の給電部の正面図である。
【図７】非接触給電装置の等価回路図である。
【図８】ピックアップユニットにおけるコイルの巻数と負荷に供給される出力電力比の曲線である。
【図９】図６に示すピックアップユニットを二つ近接配置した斜視図（ａ）、コイルの磁束の流れを示す磁気回路の説明図（ｂ）である。
【符号の説明】
２，１０２，２０２ピックアップユニット、３，１０３給電線、５，１０５コア、５ａ，１０５ａ中央部、５ｃ，１０５ｃ側面部、７，１０７二次コイル（コイル）、１０５ｅ切り欠き、３０１磁性体部材。[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to an improvement in a non-contact power supply apparatus including a power supply unit for taking in electric power from an alternating current flowing through a power supply line installed along a guide rail by electromagnetic induction.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, a monorail transport device (moving body) that travels along a guide rail installed on a ceiling and transports a load between stations in a factory or a warehouse has been proposed. As a power feeding method for this type of transport device, a pickup unit is attached to a moving body so as to face a power feeding line wired on a guide rail, and this pickup unit is used to perform electromagnetic induction from alternating current (high-frequency current) flowing through the power feeding line. There is known a non-contact power supply device that takes in electric power by using an action (for example, Japanese Patent Laid-Open No. 5-207606).
[0003]
In this non-contact power feeding device, as shown in FIG. 6, the power feeding unit 1 is arranged along the traveling path along which the moving body travels, and takes a reciprocating path parallel to each other so as to have a predetermined slack. 2 and a pickup unit 2 that is disposed so as to cover the power supply line 3 and fixed to the moving body. The pickup unit 2 includes an E-shaped core 5, A secondary coil 7 for power reception is provided which is wound around the central leg 5a and connected to a load (not shown).
[0004]
Here, the gap g formed between the power supply line 3 and the core 5 in the power supply unit 1 is not limited even when the position of the core 5 in the X direction varies when the pickup unit 2 moves. Is provided to prevent contact with the
In the power feeding unit 1, a magnetic circuit having a magnetic flux direction as indicated by an arrow in the figure is formed in the core 5 by a high-frequency current flowing through the power feeding line 3, and a current is induced in the secondary coil 7 based on the magnetic circuit. Then, electric power is supplied to the load (not shown) from the power supply line 3 without contact.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, the contactless power supply device configured as described above causes the relative position between the power supply line 3 and the core 5 in the Y direction shown in FIG. It fluctuates in the range of a to b, for example, the position fluctuation is 50 mm at maximum (actual measurement value).
The mutual inductance M between the feeder 3 and the secondary coil 7 is a position from 30 μH at position a, assuming that the number of turns of the secondary coil 7 is 9, the wire diameter is 4 mm, and the length L of the secondary coil 7 is 36 mm. b decreases to 18 μH and 60% (actual value).
The diameter of the feeder 3 is 9 mm, and the gap g is 20 mm.
On the other hand, the self-inductance L ₂ of the secondary coil 7 is a constant value. Therefore, since the power supplied to the secondary load fluctuates by about 36% in proportion to the square of the mutual inductance M, there is a problem that a constant power cannot be supplied to the load.
[0006]
In order to solve this problem, means for winding a number of wires forming the secondary coil 7 around the central portion 5a of the core 5 so that the electromagnetic coupling degree between the feeder 3 and the secondary coil 7 does not change. There is.
However, if the secondary coil 7 is wound too many times, the self-inductance L ₂ of the secondary coil 7 increases in proportion to the square of the number of turns, and the secondary load current is inversely proportional to the number of turns of the secondary coil 7. , it decreases in inverse proportion to the self-inductance L _2.
Therefore, if the number of turns of the secondary coil 7 is increased too much, the power supplied to the load is lowered, which is not appropriate. This can be shown by the following mathematical formula.
[0007]
That is, an equivalent circuit of the non-contact power feeding apparatus is shown in FIG. 7, and the following circuit equation is obtained from this equivalent circuit.
SM (i ₁ −i ₂ ) = S (L ₂ −M) i ₂ + Vc ₁ (1)
Vc ₁ = (i ₂ −i ₃ ) / SC ₁ = i ₃ × R (2)
i ₁ = i ₀ / n (3)
Where S: Laplace operator, i ₀ : Primary current (A)
i ₁ : primary side converted primary side current (A), i ₂ : secondary side current value (A)
i ₃ : Secondary side load current value (A), R: Load resistance value (Ω), n: Turn ratio C ₁ : Resonance capacitor capacitance (F), Vc ₁ : Capacitor voltage (V)
From the above formulas (1) and (2)
SMi ₁ = SL ₂ i ₂ + i ₃ × R (4)
From the above equation (2), i ₂ = (1 + SC ₁ R) i ₃ (5)
Substituting equation (5) into equation (4)
i ₃ / i ₁ = SM / (S ² C ₁ RL ₂ + SL ₂ + R) (6)
Here, when L ₂ and C ₁ of the secondary side circuit are in a resonance state,
S ² C ₁ L ₂ + 1 = 0 (7)
Here, when the equation (7) is substituted into the equation (6), the secondary side load current i ₃ becomes the following equation.
i ₃ = (M × i ₁ ) / L ₂ = (M × i ₀ ) / (L ₂ × n) (8)
Therefore, the load power W of the load R is represented by the following formula.
W = i ₃ ² × R (9)
[0008]
The load power W varies depending on the number of turns of the secondary coil 7, the mutual inductance, and the like from the above equations (8) and (9).
When the ratio between the number of turns of the secondary coil 7 and the output power ratio is confirmed by experiment under the above conditions (the diameter of the feeder 3 is 9 mm, the gap g is 20 mm, and the diameter of the secondary coil 7 is 4 mm), The curve shown in Fig. 8 is obtained. As is apparent from FIG. 8, if the number of turns is excessive, the power supplied to the load decreases.
[0009]
Further, in order to increase the supply power on the secondary side as shown in FIG. 9A, when the power feeding unit 10 is configured using a plurality of pickup units 2, in order to install in a limited space, Generally, the pickup units 2 are arranged close to each other.
In such a configuration, when a current flows through the secondary coil 7 in the direction of FIG. 9B, a counterclockwise magnetic flux φ1 and a clockwise magnetic flux φ2 are generated, and the center of the feeder 3 is between the two cores 5. The parts 3a are linked so that magnetic fluxes φ1 and φ2 are added.
The magnetic fluxes φ1 and φ2 cause eddy currents to flow through the central portion 3a of the power supply line 3, causing iron loss, increasing the temperature of the central portion 3a, increasing the resistance value of the power supply line 3, and increasing the load on the secondary side. There was a problem that electric power decreased.
[0010]
This invention was made in order to solve the said subject, and provides the non-contact electric power feeder which can extract the power supply of a secondary side efficiently.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
A non-contact power feeding device according to a first aspect of the present invention is provided along the traveling path along which the mobile body travels, and is provided on the mobile body, the power supply line for passing an AC current that is wired so as to have a predetermined slackness, and the power supply system. It has a recess that encloses an electric wire, and the core whose relative position fluctuates with the movement of the moving body is not contacted with the load by electromagnetic induction from the feeding line during the movement of the moving body. The coil is wound around the core with a predetermined number of turns so that the electric power supplied by the coil is substantially constant, and the coil has a predetermined gap and the coil, and the coil is a flat conductor. At the same time, the length of the coil is such that the coil can face the fluctuation range of the power supply line even when the relative position between the core and the power supply line varies .
[0013]
The non-contact power supply device according to the second invention is characterized in that a plurality of power supply lines are arranged in the vertical direction in the recess of the core and are connected in parallel.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiment 1 FIG.
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a front view of a power feeding unit using a flat conductor for a secondary coil according to an embodiment of the present invention.
In FIG. 1, the power feeding unit 100 passes two alternating currents along the guide rails and takes two reciprocating paths parallel to each other so as to have a predetermined slack, and the power feeding line 3. And a pickup unit 102 fixed to a moving body (not shown). The pickup unit 102 includes a central portion 5a and two side portions 5c. A flat conductor 107a having a thickness a and a width d, preferably insulated, is used for the E-shaped core 5 enclosing one feeder 3 and the central portion 5a of the core 5 as shown in FIG. As shown in FIG. 4, a secondary coil 107 wound nine times to efficiently extract the secondary power is formed.
The secondary coil 107 is connected to a capacitor (C ₁ ) and a load (R) as shown in FIG.
Here, the secondary coil 107 is the flat conductor 107a because the length L of the secondary coil 107 is increased at a predetermined number of turns, for example, 9 times, the slack of the feeder 3 and the pickup unit 102 Even if the relative position in the Y direction (vertical direction) between the power supply line 3 and the core 5 caused by the movement of fluctuates in the range of a to b, the power supply line 3 and the secondary coil 107 are always present at positions facing each other. Thus, the mutual inductance between the feeder 3 and the secondary coil 107 is set to a substantially constant value, and a gap g similar to the conventional one is secured between the surface of the feeder 3 and the surface of the secondary coil 107. It is.
[0019]
According to the power feeding unit 100 of the non-contact power feeding device configured as described above, even if the position of the power feeding line 3 moves in the Y direction (vertical direction), the degree of magnetic coupling between the power feeding line 3 and the secondary coil 107 is increased. Since there is little fluctuation in the indicated M / L ₂ , even if the position of the pickup unit 102 etc. fluctuates, the secondary side feed power can be made substantially constant.
Here, the magnetic coupling degree is evaluated by M / L ₂ based on the relational expression between the secondary side load current and the current flowing through the feeder line 3 from the above equation (8).
The diameter of the feeder 3 is 9 mm, the gap g is 20 mm, the thickness a of the flat conductor 107a of the secondary coil 107 is 4 mm, the width d is 8 mm, the coil length L is 88 mm, and the magnetic coupling degree is M. When the change in L ₂ is confirmed by experiment, the mutual inductance M is 30 μH and the self-inductance L ₂ is 100 μH when the feed line 3 is at the position a, and the mutual inductance M is 28.5 μH when the feed line 3 is at the position b. The self-inductance L ₂ was the same as the position a.
Therefore, the ratio of the position a and the position b of the coupling degree M / L ₂ is 0.7, but is improved to 0.95 in this embodiment.
[0020]
Embodiment 2. FIG.
Another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a front view of a power feeding unit using a plurality of power feeding lines according to the embodiment.
In the first embodiment, the degree of magnetic coupling M / L ₂ with the feeder 3 is improved by the secondary coil 107, but in the second embodiment of the present invention, the primary side (feeder) is connected. by improving, the power transferred to the load from the feed line 103 by increasing the magnetic coupling of M / L ₂ is the relative positions of the feed line 103 and the secondary coil 107 (core 5) is varied However, it should be almost constant.
[0021]
In FIG. 2, the power feeding unit 200 of the non-contact power feeding device is wired so as to have a predetermined slack along a reciprocating path parallel to each other along the guide rail, and a total of six wires each including three A power supply line 103 for passing an alternating current connected in parallel for each book, and a pickup unit 102 that is disposed close to the power supply line 103 and fixed to a moving body (not shown). As shown in FIG. 8, secondary-side power is applied to the E-shaped core 5 including each of the three power supply lines 103 arranged in the vertical direction for each of the two concave portions, and the central portion 5 a of the core 5. In order to extract efficiently, the secondary coil 7 wound nine times is formed.
Here, the three feed lines 103 are arranged in parallel in the vertical direction because the feed line 103 is slack and the relative position in the Y direction between the feed line 103 and the core 5 caused by the movement of the pickup unit 102 is a to b. Even if it fluctuates in the range, the feed line 103 and the secondary coil 7 are always present at positions facing each other, so that the mutual inductance between the feed line 103 and the secondary coil 7 is set to a substantially constant value, and the magnetic coupling degree This is to improve M / L ₂ .
[0022]
According to the experiment, the non-contact power feeding device configured as described above has a total of six cylindrical wires with a diameter of 9 mm of the power supply line 103 with a gap of 0.5 mm between the power supply lines 103 in the vertical direction. When the wire diameter of the secondary coil 7 is 4 mm and the length L of the coil 7 is 36 mm, the feed line 103 is at position a, the mutual inductance M is 100 μH, the self-inductance L ₂ is 100 μH, and the feed line 103 is At position b, the mutual inductance M was 28.5 μH, and the self-inductance L ₂ did not change, so it was confirmed that the ratio of magnetic coupling M / L ₂ between position a and position b was 0.95. .
It should be noted that the degree of coupling M / L ₂ can be further improved by combining the secondary coil 107 of the first embodiment and the feeder line 103 according to the present embodiment.
[0023]
Embodiment 3 FIG.
Another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a sectional view in which a secondary coil is wound around the center of a core according to another embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a side view in which two pickup units having the secondary coil shown in FIG. It is.
3 and 4, the pickup unit 202 constituting the power feeding unit 300 has a substantially E-shaped core 105, and two groove-shaped notches 105 e are provided in the central portion 105 a of the core 105. The secondary coil 7 is formed by winding the electric wire around the notch 105e nine times, and the side surface portion 105c of the central portion 105a is formed to act as a magnetic shield for the pickup unit 202.
Here, the width and the depth of the notch 105e are sufficient if there is a space in which the secondary coil 7 can be inserted, and in particular, the one having the smallest possible width provides more magnetic shielding.
[0024]
The operation of the power feeding unit 300 of the non-contact power feeding device configured as described above will be described with reference to FIGS. 3 and 4. Now, in the state where two pickup units 202 are provided side by side, when current flows in the secondary coil 107 in the direction shown in FIG. 4, magnetic flux Φ1 and magnetic flux Φ2 flow in the side surface portion 105c of the core 105 as indicated by arrows. The magnetic flux Φ1 flows along the path of the side surface portion 105c → the central portion 105a → the notch 105e of the core 105 of the pickup unit 202.
On the other hand, the magnetic flux Φ2 similarly flows through the path of the side surface portion 105c → the central portion 105a → the notch 105e of the core 105 of the pickup unit 212.
Therefore, the magnetic fluxes Φ1 and Φ2 flow through the core 105 of each pickup unit 202 and hardly interlink with the central portion 3a of the feeder line 3, so that an eddy current hardly flows in the central portion 3a of the feeder line 3 and iron. Loss is reduced.
Therefore, even if the plurality of pickup units 202 are arranged close to each other, the temperature rise due to the magnetic fluxes Φ1 and Φ2 in the central portion 3a of the feeder line 3 can be suppressed.
When this is confirmed by an experiment, the interval between the pickup units 202 is set to 30 mm, a current of 80 A having a frequency of 15 Kz is supplied to the power supply line 3, and 30 A is supplied to the load of the secondary coil 107. As a result of measuring the saturation temperature on the surface, it has been confirmed that the conventional temperature rise of 151 ° C. can be kept at a temperature rise of 49 ° C. according to the configuration of the pickup unit 202.
[0025]
The secondary coil 7 is wound around a non-magnetic cylindrical bobbin in advance and engaged with the notch 105e of the core 105 shown in FIG. Has an effect.
[0026]
In addition, as shown in FIG. 5, two shielding plates 301 made of a magnetic material are disposed in contact with the secondary coils 7 on the inner side surfaces of the two pickup units 2. Since the generated magnetic fluxes φ1 and φ2 pass through the inside of the shielding plate 301 as shown in FIG. 5B, even if the two pickup units 2 are brought close to each other, the generated loss of the feeder 3 is suppressed and the temperature rise is suppressed. Can do.
Further, the E-shaped core according to the above embodiment may be formed into an E-shaped shape by using two U-shaped cores.
[0027]
【The invention's effect】
According to the first invention, during the movement of the moving body, the core is wound around the core with a predetermined number of turns so that the electric power supplied from the power supply line to the load by electromagnetic induction is non-contact is substantially constant. The coil has a coil having a predetermined gap from the power supply line, and the coil is a flat conductor, and the coil has the length even when the relative position between the core and the power supply line varies. Since the length can be opposed to the fluctuation range of the power supply line, even if the relative position of the coil and the power supply line fluctuates, the power transmitted to the load hardly fluctuates and the appropriate power supply can be supplied to the load. There is.
[0029]
According to the second aspect of the present invention, since a plurality of feeders are arranged in the longitudinal direction in the recess of the core and are connected in parallel, the degree of magnetic coupling between the feeder and the coil increases. There is an effect that the electric power transmitted to the load is less likely to fluctuate.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front view of a power feeding unit using a flat plate as a coil wire according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a front view of a power feeding unit using a plurality of power feeding lines according to another embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a sectional view in which a coil is wound around a central portion of a core according to another embodiment of the present invention.
4 is a side view in which two pickup units shown in FIG. 3 are arranged close to each other. FIG.
FIG. 5A is a cross-sectional view in which a magnetic plate is provided on a side surface of a coil, and FIG. 5B is an explanatory diagram of a magnetic circuit showing the flow of magnetic flux in the coil.
FIG. 6 is a front view of a conventional power feeding unit.
FIG. 7 is an equivalent circuit diagram of the non-contact power feeding device.
FIG. 8 is a curve of the number of coil turns in the pickup unit and the ratio of the output power supplied to the load.
9 is a perspective view (a) in which two pickup units shown in FIG. 6 are arranged close to each other, and an explanatory diagram (b) of a magnetic circuit showing a flow of magnetic flux in a coil.
[Explanation of symbols]
2,102,202 Pickup unit, 3,103 Feed line, 5,105 Core, 5a, 105a Central part, 5c, 105c Side face part, 7,107 Secondary coil (coil), 105e Notch, 301 Magnetic member.

Claims

A power supply line that passes an alternating current that runs along the traveling path along which the mobile body travels and has a predetermined slack,
A core that is provided in the moving body and has a recess that encloses the power supply line, and a relative position of the core varies with the movement of the mobile body;
During the movement of the moving body, the core is wound around the core with a predetermined number of turns so that the electric power supplied from the power supply line to the load by electromagnetic induction is non-contact is substantially constant. has a coil, a having a gap,
The coil is a flat conductor, and the length of the coil is such that the coil can face the fluctuation range of the feed line even when the relative position between the core and the feed line varies. A non-contact power feeding device.

2. The contactless power feeding device according to claim 1, wherein a plurality of the power feeding lines are arranged in the longitudinal direction in the concave portion of the core and are connected in parallel.