(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-02-21
(45)【発行日】2024-03-01
(54)【発明の名称】非接触給電無線作動システム
(51)【国際特許分類】
H02J 50/10 20160101AFI20240222BHJP
H02J 50/40 20160101ALI20240222BHJP
H02J 7/00 20060101ALI20240222BHJP
B60L 53/12 20190101ALI20240222BHJP
B60L 53/22 20190101ALI20240222BHJP
B60M 7/00 20060101ALI20240222BHJP
B60L 5/00 20060101ALI20240222BHJP
【ＦＩ】
H02J50/10
H02J50/40
H02J7/00 301D
B60L53/12
B60L53/22
B60M7/00 X
B60L5/00 B
【請求項の数】
10
(21)【出願番号】P 2020131404
(22)【出願日】2020-08-03
(65)【公開番号】P2022028173
(43)【公開日】2022-02-16
【審査請求日】2023-02-20
(73)【特許権者】
【識別番号】000000158
【氏名又は名称】イビデン株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000659
【氏名又は名称】弁理士法人広江アソシエイツ特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】小野 正治
(72)【発明者】
【氏名】勝野 政弘
【審査官】清水 祐樹
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１６－１８２００３（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許第０９１３０３６９（ＵＳ，Ｂ２）
【文献】特開２０１０－２５２６２４（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ６０Ｌ １／００－１３／００
Ｂ６０Ｌ １５／００－５８／４０
Ｂ６０Ｍ １／００－７／００
Ｈ０２Ｊ ７／００－７／１２
Ｈ０２Ｊ ７／３４－７／３６
Ｈ０２Ｊ ５０／００－５０／９０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
固定ユニットと、移動ユニットとからなる非接触給電無線作動システムであって、前記固定ユニットが、第１の制御装置と、前記第１の制御装置につながる第１の無線装置と、非接触給電装置と、を有しており、
前記移動ユニットが、第２の制御装置と、第２の無線装置と、前記非接触給電装置の電力を受電する非接触受電装置と、第１の蓄電装置と、を有しており、前記第２の制御装置が、前記第２の無線装置を介して前記第１の無線装置と通信するとともに演算回路と出力段とを有しており、
さらに、前記移動ユニットが、前記非接触受電装置に接続して前記第２の無線装置および前記演算回路に電力を供給する第１の電源ラインと、前記非接触受電装置に接続して前記出力段に電力を供給する第２の電源ラインと、を有しており、
前記第１の蓄電装置は、前記第１の電源ラインに接続されており、前記第１の電源ラインの電力のみを蓄電し、
前記第１の電源ラインと前記第２の電源ラインが、前記非接触受電装置の段階から分離されていることを特徴とする非接触給電無線作動システム。
【請求項2】
固定ユニットと、移動ユニットとからなる非接触給電無線作動システムであって、
前記固定ユニットが、第１の制御装置と、前記第１の制御装置につながる第１の無線装置と、非接触給電装置と、を有しており、
前記移動ユニットが、第２の制御装置と、第２の無線装置と、前記非接触給電装置の電力を受電する非接触受電装置と、第１の蓄電装置と、を有しており、前記第２の制御装置が、前記第２の無線装置を介して前記第１の無線装置と通信するとともに演算回路と出力段とを有しており、
さらに、前記移動ユニットが、前記非接触受電装置に接続して前記第２の無線装置および前記演算回路に電力を供給する第１の電源ラインと、前記非接触受電装置に接続して前記出力段に電力を供給する第２の電源ラインと、を有しており、
前記第１の蓄電装置は、前記第１の電源ラインに接続されており、前記第１の電源ラインの電力のみを蓄電し、
前記第１の電源ラインの前記非接触受電装置と前記第１の蓄電装置との間に、逆流防止回路が配置されていることを特徴とする非接触給電無線作動システム。
【請求項3】
前記第１の電源ラインは、さらに前記第１の蓄電装置の後に安定化回路を有することを特徴とする請求項２に記載の非接触給電無線作動システム。
【請求項4】
前記非接触給電装置は第１の給電回路と第２の給電回路とを有し、前記非接触受電装置は、
前記第１の給電回路と結合するとともに、前記第１の電源ラインと接続する第１の受電回路と、
前記第２の給電回路と結合するとともに、前記第２の電源ラインと接続する第２の受電回路と、
からなることを特徴とする請求項１に記載の非接触給電無線作動システム。
【請求項5】
前記非接触受電装置は、前記第１の電源ラインと接続する第１の受電回路と、
前記第２の電源ラインと接続する第２の受電回路と、からなり、
前記非接触給電装置と結合する受電回路が交互に入れ替わることを特徴とする請求項１に記載の非接触給電無線作動システム。
【請求項6】
前記第１の受電回路と、前記第２の受電回路は、前記移動ユニットの移動方向に沿って並んでいることを特徴とする請求項５に記載の非接触給電無線作動システム。
【請求項7】
前記非接触給電装置は送電コイルを有し、前記非接触受電装置は受電コイルと有し、前記非接触給電装置と前記非接触受電装置とが磁気結合によって結合していることを特徴とする請求項１～６のいずれか１項に記載の非接触給電無線作動システム。
【請求項8】
前記第２の電源ラインには、第２の蓄電装置が備えられていることを特徴とする請求項１～７のいずれか１項に記載の非接触給電無線作動システム。
【請求項9】
前記第２の制御装置がセンサーを備えており、前記演算回路に前記センサーが接続されていることを特徴とする請求項１～８のいずれか１項に記載の非接触給電無線作動システム。
【請求項10】
前記非接触給電無線作動システムは、 自動搬送装置、加工機、自動倉庫、ロボット、測定器、工作機械のいずれかであることを特徴とする請求項１～９のいずれか１項に記載の非接触給電無線作動システム。【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、非接触給電無線作動システムに関する。
【背景技術】
【0002】
工作機械、自動倉庫、測定器、搬送設備などの移動体を含む設備を稼働させるために、給電レールやケーブルベア（登録商標）が用いられている。しかし、給電レールや、ケーブルベア（登録商標）を使用した設備では、摩擦によるパーティクルの発生、円滑な動作を確保するための給油による汚れ、長期の使用による断線などが、メンテナンス性の低下の原因となっていた。
【0003】
特許文献１には、無接触給電設備を用いて移動体の移送を行う移載装置が開示されている。特許文献１の移載装置は、メンテナンス性の良い長寿命の移載装置として、移動体が走行する走行路に沿って高周波の正弦波電流を流す給電レールを敷設し、移動体にこの給電レールを流れる正弦波電流の周波数に共振し、起電力が生じるコイルを備えた無接触給電設備を設けるとともに、ハンドによる被移載物の把持、回転及び昇降をそれぞれ駆動するモータを備え、かつ被移載物の把持、回転及び昇降を駆動するそれぞれのモータの制御コントローラおよび移動体の停止位置を検出し、検出信号を通信する通信ユニットを内蔵し、移動体を走行路に沿ったガイドを案内としてベルトにより通信ユニットからの信号により任意の位置にて停止可能に移送を行う構成となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開２０００－１３５６９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、特許文献１に記載された移載装置では、駆動するモータの起動や、高負荷時に突入電流によって、無接点給電設備の容量を超える電流が流れることがある。この際、制御装置である通信ユニットにリセットがかかったり、設備の位置、状態を記録するメモリが消去されたり、誤差が生じたりする。このような異常の発生時には、一旦設備を原点復帰させなければ再稼働できず、加工中の製品が不良となったり、再スタートに多大な手間が発生したりする。
【0006】
本発明はこのような現状に鑑みてなされたものであって、固定ユニットと、移動ユニットとの間で非接触給電を行うシステムにおいて、移動ユニット側のモータなどの負荷に大電流が流れた場合でもシステム異常が生じにくく、安定して稼働することのできる非接触給電無線作動システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
前記課題の解決するための本発明の非接触給電無線作動システムは、
【0008】
（１）固定ユニットと、移動ユニットとからなる非接触給電無線作動システムであって、
前記固定ユニットが、第１の制御装置と、前記第１の制御装置につながる第１の無線装置と、非接触給電装置と、を有しており、
前記移動ユニットが、第２の無線装置と、第２の制御装置と、前記非接触給電装置から電力を受電する非接触受電装置と、第１の蓄電装置と、を有しており、前記第２の制御装置が、前記第２の無線装置を介して前記第１の無線装置と通信するとともに演算回路と出力段とを備えており、
前記移動ユニットが、さらに、前記非接触受電装置に接続して前記第２の無線装置および前記演算回路に電力を供給する第１の電源ラインと、前記非接触受電装置に接続して前記出力段に電力を供給する第２の電源ラインと、を有しており、
前記第１の蓄電装置は、前記第１の電源ラインに接続されており、前記第１の電源ラインの電力のみを蓄電し、
前記第１の電源ラインと前記第２の電源ラインが、前記非接触受電装置の段階から分離されていることを特徴とする非接触給電無線作動システム、である。
前記固定ユニットが、第１の制御装置と、前記第１の制御装置につながる第１の無線装置と、非接触給電装置と、を有しており、
前記移動ユニットが、第２の無線装置と、第２の制御装置と、前記非接触給電装置から電力を受電する非接触受電装置と、第１の蓄電装置と、を有しており、前記第２の制御装置が、前記第２の無線装置を介して前記第１の無線装置と通信するとともに演算回路と出力段とを備えており、
前記移動ユニットが、さらに、前記非接触受電装置に接続して前記第２の無線装置および前記演算回路に電力を供給する第１の電源ラインと、前記非接触受電装置に接続して前記出力段に電力を供給する第２の電源ラインと、を有しており、
前記第１の蓄電装置は、前記第１の電源ラインに接続されており、前記第１の電源ラインの電力のみを蓄電し、
前記第１の電源ラインと前記第２の電源ラインが、前記非接触受電装置の段階から分離されていることを特徴とする非接触給電無線作動システム、である。
【0009】
上記発明によれば、移動ユニットの出力段につながる負荷に大電流が流れ、第２の電源ラインの電圧が低下した場合であっても、第１の電源ラインに影響を及ぼさず、第１の無線装置および演算回路のリセットや、データの取りこぼしを回避することができ、システム異常を起こしにくい非接触給電無線作動システムを提供することができる。
【0010】
また本発明の非接触給電無線作動システムは、以下の態様であることが好ましい。
【0011】
（２）固定ユニットと、移動ユニットとからなる非接触給電無線作動システムであって、
前記固定ユニットが、第１の制御装置と、前記第１の制御装置につながる第１の無線装置と、非接触給電装置と、を有しており、
前記移動ユニットが、第２の制御装置と、第２の無線装置と、前記非接触給電装置の電力を受電する非接触受電装置と、第１の蓄電装置と、を有しており、前記第２の制御装置が、前記第２の無線装置を介して前記第１の無線装置と通信するとともに演算回路と出力段とを有しており、
さらに、前記移動ユニットが、前記非接触受電装置に接続して前記第２の無線装置および前記演算回路に電力を供給する第１の電源ラインと、前記非接触受電装置に接続して前記出力段に電力を供給する第２の電源ラインと、を有しており、
前記第１の蓄電装置は、前記第１の電源ラインに接続されており、前記第１の電源ラインの電力のみを蓄電し、
前記第１の電源ラインの前記非接触受電装置と前記第１の蓄電装置との間に、逆流防止回路が配置されていることを特徴とする非接触給電無線作動システム。
前記固定ユニットが、第１の制御装置と、前記第１の制御装置につながる第１の無線装置と、非接触給電装置と、を有しており、
前記移動ユニットが、第２の制御装置と、第２の無線装置と、前記非接触給電装置の電力を受電する非接触受電装置と、第１の蓄電装置と、を有しており、前記第２の制御装置が、前記第２の無線装置を介して前記第１の無線装置と通信するとともに演算回路と出力段とを有しており、
さらに、前記移動ユニットが、前記非接触受電装置に接続して前記第２の無線装置および前記演算回路に電力を供給する第１の電源ラインと、前記非接触受電装置に接続して前記出力段に電力を供給する第２の電源ラインと、を有しており、
前記第１の蓄電装置は、前記第１の電源ラインに接続されており、前記第１の電源ラインの電力のみを蓄電し、
前記第１の電源ラインの前記非接触受電装置と前記第１の蓄電装置との間に、逆流防止回路が配置されていることを特徴とする非接触給電無線作動システム。
【0012】
上記発明によれば、逆流防止回路によって第１の蓄電装置から第２の電源ラインへの電流を妨げることができ、第１の電源ラインの電圧低下を一層確実に防止することができる。
【0013】
（３）第１の電源ラインは、さらに前記第１の蓄電装置の後に安定化回路を有することを特徴とする（２）に記載の非接触給電無線作動システム。
【0014】
前記第１の蓄電装置の後に安定化回路を有することによって、第２の電源ラインの変動があっても簡単な構造で第２の制御装置および第２の無線装置に安定して電力を供給でき、第１の電源ラインの安定化を図ることができる。
【0015】
（４）前記非接触給電装置は第１の給電回路と第２の給電回路とを有し、
前記非接触受電装置は、
前記第１の給電回路と結合するともに、前記第１の電源ラインに接続する第１の受電回路と、
前記第２の給電回路と結合するとともに、前記第２の電源ラインに接続する第２の受電回路と、
からなることを特徴とする（１）に記載の非接触給電無線作動システム。
前記非接触受電装置は、
前記第１の給電回路と結合するともに、前記第１の電源ラインに接続する第１の受電回路と、
前記第２の給電回路と結合するとともに、前記第２の電源ラインに接続する第２の受電回路と、
からなることを特徴とする（１）に記載の非接触給電無線作動システム。
【0016】
第１の電源ラインと第２の電源ラインを受電回路から分離することにより、第２の電源ラインにおける電圧変動が第１の電源ラインに及ぼす影響を容易に排除することができる。
【0017】
（５）前記非接触受電装置は、
前記第１の電源ラインに接続する第１の受電回路と、
前記第２の電源ラインに接続する第２の受電回路と、からなり、
前記非接触給電装置と結合する受電回路が交互に入れ替わることを特徴とする（１）に記載の非接触給電無線作動システム。
前記第１の電源ラインに接続する第１の受電回路と、
前記第２の電源ラインに接続する第２の受電回路と、からなり、
前記非接触給電装置と結合する受電回路が交互に入れ替わることを特徴とする（１）に記載の非接触給電無線作動システム。
【0018】
上記発明によれば、１つの給電装置から効率よく第１の電源ラインおよび第２の電源ラインに電力を供給することができる。
【0019】
（６）前記第１の受電回路と、前記第２の受電回路は、前記移動ユニットの移動方向に沿って並んでいることを特徴とする（５）に記載の非接触給電無線作動システム。
【0020】
上記発明によれば、受電回路が受電ユニットの移動方向に沿って並んでいるので、受電ユニットの移動に伴って電力を供給する側を簡単に入れ替えることができる。
【0021】
（７）前記非接触給電装置は送電コイルを有し、前記非接触受電装置は受電コイルと有し、前記非接触給電装置と前記非接触受電装置とが磁気結合によって結合していることを特徴とする（１）～（６）のいずれかに記載の非接触給電無線作動システム。
【0022】
上記発明によれば、磁気結合を利用して給電装置と受電装置とが結合しているので、２００ｋＨｚ以下の低い周波数で大きな電力を伝送でき、スプリアス発射の影響を少なくすることができる。
【0023】
（８）前記第２の電源ラインには、第２の蓄電装置が備えられていることを特徴とする（１）～（７）のいずれかに記載の非接触給電無線作動システム。
【0024】
上記発明によれば、第２の電力ラインへの電力の供給の有無にかかわらず負荷に電力を供給できるので、負荷を安定稼働させることができる。特に電力が供給されない時がある（５）に係る発明には特に有効である。
【0025】
（９）前記制御装置がセンサーを備えており、前記演算回路にセンサーが接続されていることを特徴とする（１）～（８）のいずれかに記載の非接触給電無線作動システム。
【0026】
上記発明によれば、制御装置がセンサーを備えており、センサーが演算回路に接続されていることによって、移動ユニットの位置、状態などに基づいてモータなどの負荷を精密に制御することができる。
【0027】
（１０）前記非接触給電無線作動システムは、 自動搬送装置、加工機、自動倉庫、ロボット、測定器、工作機械のいずれかであることを特徴とする（１）～（９）のいずれかに記載の非接触給電無線作動システム。
【0028】
上記発明によれば、演算回路と無線装置を安定して運用できるので、システム異常が生じにくく、メンテナンス性の良いシステムを提供することができる。
【発明の効果】
【0029】
本発明の非接触給電無線作動システムは、固定ユニットと移動ユニットとの間で非接触給電を行うシステムである。接触型の給電やケーブルによる給電が必要な移動体を含む従来型のシステムと比較すると、維持管理が容易であり、メンテナンス性が良い。
【0030】
本発明の非接触給電無線作動システムは、移動ユニットが、制御装置の演算回路に給電する第１の電源ラインと、出力段から負荷に給電する第２の電源ラインとを備えることによって、負荷の起動などにより第２の電源ラインに大電流が流れた場合であっても、制御側である第１の電源ラインの電圧変動を抑制することができる。この結果、移動ユニットの制御装置や無線装置にシステム異常を生じる恐れが未然に防止されており、安定してシステムを稼働させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0031】
【図1】本発明の実施の形態１の非接触給電無線作動システムのブロック図である。
【図2】本発明の実施の形態２の非接触給電無線作動システムのブロック図である。
【図3】本発明の実施の形態３の非接触給電無線作動システムのブロック図である。
【図4】本発明の実施の形態４の非接触給電無線作動システムのブロック図である。
【図5】本発明の非接触給電無線作動システムを利用した自動搬送装置の説明図であり、（ａ）は自動搬送装置の全体の構造を模式的に示し、（ｂ）は移動ユニットである台車を示す。
【図6】本発明の非接触給電無線作動システムを利用したＸ－Ｙテーブルの説明図である。
【図7】本発明の実施の形態1の非接触給電無線作動システムの移動ユニットの一例の回路図である。
【図8】本発明の実施の形態３の非接触給電無線作動システムの移動ユニットの一例の回路図である。
【図9】実施の形態１の出力段の変形例であり、（ａ）はトランジスタによる出力段、（ｂ）はリレーによる出力段、（ｃ）はＩＧＢＴを用いた３相インバータ回路を示す。
【図10】本発明の非接触給電無線作動システムの非接触給電装置と非接触受電装置の組み合わせを示し、（ａ）は共に円形のコイルを１個ずつ用いるもの、（ｂ）は共に円形コイルを２個ずつ用いるもの、（ｃ）は非接触受電装置のコイルにコアを使用したもの、（ｄ）は長円形の給電コイルと円形の受電コイルを組み合わせたもの、（ｅ）は複数の給電コイルと、１個の受電コイルを組合わせたものを示す。
【発明を実施するための形態】
【0032】
本発明の非接触給電無線作動システムの実施の形態1から４について、図面を参照しつつ説明する。
【0033】
＜実施の形態１＞
図１は、本発明の実施の形態１の非接触給電無線作動システムのブロック図である。非接触給電無線作動システムは、一又は複数の固定ユニット１と、一又は複数の移動ユニット２とを備えている。図１では、簡略化のために、一つの固定ユニット１と一つの移動ユニット２のみを示している。固定ユニット１は、第１の制御装置１１と、第１の制御装置１１に有線または無線の通信線で接続する第１の無線装置１２と、非接触給電装置１３と、を備えている。移動ユニット２は、第２の制御装置２１と、第２の無線装置２２と、非接触受電装置２３と、第１の蓄電装置２４とを備えている。第２の制御装置２１は、演算回路２１１と出力段２１２とを備えている。出力段２１２は負荷２７に接続している。本実施形態においては、負荷２７は、移動ユニット２を移動させるモータである。
図１は、本発明の実施の形態１の非接触給電無線作動システムのブロック図である。非接触給電無線作動システムは、一又は複数の固定ユニット１と、一又は複数の移動ユニット２とを備えている。図１では、簡略化のために、一つの固定ユニット１と一つの移動ユニット２のみを示している。固定ユニット１は、第１の制御装置１１と、第１の制御装置１１に有線または無線の通信線で接続する第１の無線装置１２と、非接触給電装置１３と、を備えている。移動ユニット２は、第２の制御装置２１と、第２の無線装置２２と、非接触受電装置２３と、第１の蓄電装置２４とを備えている。第２の制御装置２１は、演算回路２１１と出力段２１２とを備えている。出力段２１２は負荷２７に接続している。本実施形態においては、負荷２７は、移動ユニット２を移動させるモータである。
【0034】
移動ユニット２は、さらに、第１の電源ライン２８と、第２の電源ライン２９とを備えている。第１の電源ライン２８と第２の電源ライン２９は非接触受電装置２３に接続しており、非接触受電装置２３で得られた電力は第１の電源ライン２８と第２の電源ライン２９に分配される。第１の電源ラインは、第２の無線装置２２および制御装置２１の演算回路２１１の電力をまかなっている。第２の電源ライン２９は、第２の制御装置２１の出力段２１２の電力をまかなっている。
【0035】
固定ユニット１側の非接触給電装置１３は、一系統の非接触の給電回路を備えている。移動ユニット２側の非接触受電装置２３もまた、一系統の非接触の受電回路を備えている。非接触給電装置１３と非接触受電装置２３はそれぞれがコイルを有している。
【0036】
固定ユニット１側の非接触給電装置１３と移動ユニット２の非接触受電装置２３との間は、磁気結合による給電が行われる。非接触給電の方式は特に限定されないが、磁界結合を利用した誘導結合型（電磁誘導方式または磁界共鳴方式）の非接触給電であることが好ましい。
【0037】
図１０(ａ)、図１０（ｃ）、図１０（ｄ）および図１０（ｅ）に、本実施形態の非接触給電装置１３と非接触受電装置２３に用いるコイルの組み合わせの例を示す。図１０（ａ）は、非接触給電装置１３と非接触受電装置２３の両方に円形のコイル５２を１個ずつ用いた組み合わせの例を示している。図１０（ｃ）は、非接触受電装置２３のコイル５３に、フェライトコアを使用した用いた組み合わせの例を示している。図１０（ｄ）は、非接触給電装置１３に長円形の給電コイル５４を適用し、非接触受電装置２３に円形の受電コイル５２を組み合わせた例を示している。図１０（ｅ）は複数の給電コイル５２と１個の受電コイル５２を組合わせた例を示している。
【0038】
図１０（ａ）のコイル５２の組み合わせでは、移動ユニット２が特定の位置でしか給電することができない。これに対して、図１０（ｄ）では、非接触給電装置１３と非接触受電装置２３に長円形コイル５４を使っていることにより、常時磁気結合させて、常時負荷を稼働させることができる。なお図１０（ｃ）のように円形コイル５３の内部にフェライトコアを用いることによって、コイルの巻き数を減らすことができる。また、コイル５３に対するコアの大きさを適宜調整することによって、コイル５３の位置がずれている時の電力の伝送効率を高めることができる。
【0039】
図７に移動ユニット２の回路図の一例を示す。非接触受電装置２３はコイルを備えた受電回路からなる。第１の電源ライン２８には、非接触受電装置２３のあとに逆流防止回路２６と第１の蓄電装置２４が接続されている。第１の電源ライン２８の非接触受電装置２３と第１の蓄電装置２４との間に、逆流防止回路２６が配置されており、さらに、第１の蓄電装置２４のあとに安定化回路４１が配置されており、電圧を安定化している。第１の電源ライン２８は、第２の無線装置２２と演算回路２１１に直流の電力を供給する。
【0040】
本実施形態では、逆流防止回路２６は、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）によって構成されている。逆流防止回路２６をＯＮ抵抗が小さくＶＤＳ間の電圧降下を少なくできるＦＥＴで構成したことにより非接触受電装置の出力電圧を小さくすることができる。ただし、逆流防止回路２６に適用可能な素子は、ＦＥＴに限定されない、ダイオード、ＤＤコンバーター、リニアチャージャーなど、第２の電源ラインへ向かう第１の蓄電装置の電力を遮断できる機能を有するものであれば、素子の種類は特に限定されない。
【0041】
固定ユニット１の第１の無線装置１２と移動ユニット２の第２の無線装置２２との間では、無線通信によって情報をやり取りしている。通信の方式として、無線ＬＡＮ基地局と無線ＬＡＮ端末とによる通信、携帯電話基地局と通信モジュールとによる通信、もしくは無線マイコンモジュール同士の通信といった任意の無線通信方式を利用することができる。また、移動ユニット２の第２の制御装置２１は、第２の無線装置２２と有線または無線の通信線５１で接続されており、第２の無線装置２２を介して固定ユニット１の第１の無線装置１２と通信する。
【0042】
第２の制御装置２１の演算回路２１１は、出力段２１２に制御信号を送信して、負荷２７に供給する電力を制御する。出力段２１２は、ＦＥＴで構成することができる。図７には、例として、ＭＯＳ－ＦＥＴを適用した出力段２１２を示しているが、この他にも、トランジスタ（図９（ａ））、リレー（図９（ｂ））、ＩＧＢＴによるインバータ回路（図９（ｃ））などを出力段２１２に適用可能である。
【0043】
本実施の形態では、負荷２７のモータに対して、第１の制御装置１１から発せられた制御信号が第１の無線装置から第２の無線装置２２を経由して第２の制御装置２１に入力され、演算回路２１１でモータを動作させるための制御信号に変換される。この制御信号が出力段２１２に伝達される。出力段２１２のＦＥＴが電力の供給を制御することで、モータの動作を制御して移動ユニット２全体の動きを制御する。すなわち、出力段２１２は、第２の電源ライン２９から給電された電力を、第１の制御装置１１の制御信号で規定された電流値とタイミングで、負荷２７に供給する。
【0044】
本実施の形態では、第１の電源ラインの第１の蓄電装置２４の後に、安定化回路４１を有している。
たとえば、入力電圧範囲が４～５．５Ｖである第２の制御装置２１に５Ｖの電圧を供給するよう設計し、非接触受電装置２３の出力電圧を、１Ｖ以上高い１０Ｖ以上と設計した場合について説明する。
非接触受電装置２３からの出力は、そのまま負荷であるモータにつながる第２の電源ライン２９と、逆流防止回路２６、安定化回路４１を経由して第２の無線装置２２、第２の制御装置２１につながる第１の電源ライン２８に分かれている。第２の電源ライン２９は、モータの起動時、大負荷時に大電流が流れ電圧を低下、変動させる。これに対し第１の電源ライン２８には、逆流防止回路２６を通して第１の蓄電装置２４に充電し、さらに安定化回路４１で安定化して第２の無線装置２２、第２の制御装置２１に供給しているので、安定して制御することができる。
なお、この構成は、電気二重層キャパシタや、電解コンデンサなど電圧に対応して蓄電する蓄電装置を用いた場合に特に有効である。このような蓄電装置は、寿命が長く、信頼性が高い特徴を有しているが、放電するにつれて電圧が低下する特性があり、入力電圧範囲の狭いＩＣなどの電源として使用するこのような構成は特に有効である。
第２の電源ライン２８では、例えば安定状態では非接触受電装置２３の出力電圧１０Ｖから、逆流防止回路２６で１Ｖ低下し、安定化回路４１で４Ｖ低下させ、５Ｖの安定化した電圧を第２の制御装置２１および第２の無線装置２２に供給する。このとき大容量の電解コンデンサからなる第１の蓄電装置２４は９Ｖの電圧が加わっている。
モータに負荷がかかり非接触受電装置２３の出力電圧が例えば３Ｖまで低下したとき、逆流防止回路２６で第１の蓄電装置２４の電気エネルギーが第２の電源ラインに流出するのを防止し、第１の蓄電装置２４に蓄えられている電気エネルギーを、安定化回路４１を通して第２の制御装置２１および第２の無線装置２２に供給する。最初第１の蓄電装置２４は９Ｖの電圧を供給するが、放出とともに電圧が徐々に低下する。本実施の形態では、第１の蓄電装置２４の後に安定化回路４１を有しているので第１の蓄電装置２４の電圧が低下しても安定して第２の制御装置２１および第２の無線装置２２を動作させることができ、簡単で信頼性の高い非接触無線作動システムを提供することができる。
安定化回路４１の電位差は１Ｖ以上あることが好ましい。安定化回路４１の電位差は、エネルギーのロスとなるが第２の無線装置２２、第２の制御装置２１が第１の電源ライン２８で消費する電気エネルギーは小さいので発熱が問題となることがなく、むしろ安定化回路４１に加わる電位差を大きく設計しておくことにより、非接触受電装置２３の電圧低下が生じた場合の信頼性を高めることができる。
たとえば、入力電圧範囲が４～５．５Ｖである第２の制御装置２１に５Ｖの電圧を供給するよう設計し、非接触受電装置２３の出力電圧を、１Ｖ以上高い１０Ｖ以上と設計した場合について説明する。
非接触受電装置２３からの出力は、そのまま負荷であるモータにつながる第２の電源ライン２９と、逆流防止回路２６、安定化回路４１を経由して第２の無線装置２２、第２の制御装置２１につながる第１の電源ライン２８に分かれている。第２の電源ライン２９は、モータの起動時、大負荷時に大電流が流れ電圧を低下、変動させる。これに対し第１の電源ライン２８には、逆流防止回路２６を通して第１の蓄電装置２４に充電し、さらに安定化回路４１で安定化して第２の無線装置２２、第２の制御装置２１に供給しているので、安定して制御することができる。
なお、この構成は、電気二重層キャパシタや、電解コンデンサなど電圧に対応して蓄電する蓄電装置を用いた場合に特に有効である。このような蓄電装置は、寿命が長く、信頼性が高い特徴を有しているが、放電するにつれて電圧が低下する特性があり、入力電圧範囲の狭いＩＣなどの電源として使用するこのような構成は特に有効である。
第２の電源ライン２８では、例えば安定状態では非接触受電装置２３の出力電圧１０Ｖから、逆流防止回路２６で１Ｖ低下し、安定化回路４１で４Ｖ低下させ、５Ｖの安定化した電圧を第２の制御装置２１および第２の無線装置２２に供給する。このとき大容量の電解コンデンサからなる第１の蓄電装置２４は９Ｖの電圧が加わっている。
モータに負荷がかかり非接触受電装置２３の出力電圧が例えば３Ｖまで低下したとき、逆流防止回路２６で第１の蓄電装置２４の電気エネルギーが第２の電源ラインに流出するのを防止し、第１の蓄電装置２４に蓄えられている電気エネルギーを、安定化回路４１を通して第２の制御装置２１および第２の無線装置２２に供給する。最初第１の蓄電装置２４は９Ｖの電圧を供給するが、放出とともに電圧が徐々に低下する。本実施の形態では、第１の蓄電装置２４の後に安定化回路４１を有しているので第１の蓄電装置２４の電圧が低下しても安定して第２の制御装置２１および第２の無線装置２２を動作させることができ、簡単で信頼性の高い非接触無線作動システムを提供することができる。
安定化回路４１の電位差は１Ｖ以上あることが好ましい。安定化回路４１の電位差は、エネルギーのロスとなるが第２の無線装置２２、第２の制御装置２１が第１の電源ライン２８で消費する電気エネルギーは小さいので発熱が問題となることがなく、むしろ安定化回路４１に加わる電位差を大きく設計しておくことにより、非接触受電装置２３の電圧低下が生じた場合の信頼性を高めることができる。
【0045】
本実施の形態では、第２の電源ライン２９に蓄電装置が配置されていない。このため、負荷２７は非接触給電が行われている間しか稼働することができないが、逆に常時非接触給電が行われているのであれば、負荷は常時稼働することができる。
【0046】
本実施の形態における第２の電源ライン２９は、移動ユニット２の移動や、負荷２７の起動によって電圧の変動が起きる構造を有している。しかしながら、第１の電源ライン２８に逆流防止回路２６が配置されていることにより、第１の電源ライン２８は常に一定の電圧を維持することができる。結果として、第２の制御装置２１の演算回路２１１や第２の無線装置２２のリセットや誤作動などが生じにくくなっており、不具合の発生が抑制されたメンテナンス性の良いシステムを提供することができる。
【0047】
＜実施の形態２＞
図２に、本発明の実施の形態２の非接触給電無線作動システムのブロック図を示す。実施の形態１と同一の構成を有する要素については重複説明を割愛する。本実施形態の非接触給電無線作動システムは、固定ユニット３が一系統の非接触給電装置１３を備えており、移動ユニット４が一系統の非接触受電装置２３を備えている。非接触受電装置２３で得られた電力は第１の電源ライン２８と第２の電源ライン２９に分配される。第１の電源ライン２８側には非接触受電装置２３のあとに、逆流防止回路２６と第１の蓄電装置２４が接続されている。第１の電源ライン２８は、第２の無線装置２２と、第２の制御装置２１の演算回路２１１の電力を賄っている。
図２に、本発明の実施の形態２の非接触給電無線作動システムのブロック図を示す。実施の形態１と同一の構成を有する要素については重複説明を割愛する。本実施形態の非接触給電無線作動システムは、固定ユニット３が一系統の非接触給電装置１３を備えており、移動ユニット４が一系統の非接触受電装置２３を備えている。非接触受電装置２３で得られた電力は第１の電源ライン２８と第２の電源ライン２９に分配される。第１の電源ライン２８側には非接触受電装置２３のあとに、逆流防止回路２６と第１の蓄電装置２４が接続されている。第１の電源ライン２８は、第２の無線装置２２と、第２の制御装置２１の演算回路２１１の電力を賄っている。
【0048】
本実施形態では、第２の電源ライン２９の非接触受電装置２３と出力段２１２との間に第２の蓄電装置２５が接続されている。第２の蓄電装置２５が蓄電することにより、非接触給電装置１３から電力が送られていない間、負荷２７へ電力を供給することができる。
【0049】
移動ユニット４の負荷２７は、通常、第２の制御装置２１と第２の無線装置２２とよりも大きな電力を消費する。このため、負荷２７に給電する第２の蓄電装置２５は、第１の蓄電装置２４よりも電圧の大きな変動に対応でき、かつ容量の大きなものを用いることが好ましい。本発明では、第１の蓄電装置２４と第２の蓄電装置がそれぞれ異なる電源ライン上に配置されて切り離されているため、第１の蓄電装置２４は、第２の電源ライン２９に電力を供給しない。このため、第１の蓄電装置２４に、容量が小さい蓄電装置を適用した場合であっても、安定して第２の無線装置２２と第２の制御装置２１の電力を賄うことができる。なお、出力段２１２は第１の電源ライン２８と第２の電源ライン２９の双方と関係し、第１の電源ライン２８側の制御信号に基づいて第２の電源ライン２９の電流を制御する働きをしている。しかしながら、負荷２７のために第１の電源ライン２８の電力をごくわずかしか消費しないため、出力段２１２で負荷２７を制御しても第１の電源ライン２８側の電圧には影響を与えない。
【0050】
出力段２１２にＦＥＴ、サイリスタ、ＩＧＢＴを適用した場合、これらはゲート電圧でスイッチングを行うため、負荷２７に供給する電流の大きさによって第１の電源ラインに与える電圧変動を少なくすることができる。また出力段２１２にリレーを用いた場合、リレーはコイルに流れる電流で接点を開閉するので、負荷２７に供給する電流の大きさによって第１の電源ラインに与える影響を少なくすることができる。
【0051】
さらに本実施の形態では、第２の制御装置２１がセンサー２１３を備えている。センサー２１３としては、特に限定されないが、例えば位置を確認するエンコーダ、光電センサー、衛星測位システムのほか、スピンドルの回転をカウントする光電センサー、移動ユニット４の内部、周囲の温度、光、電圧、電流などを継続的に監視するセンサーなど、任意の検出器を接続することができる。また、同一または異なる種類のセンサーを複数個接続することができる。センサー２１３から入力されるデータは、非接触給電無線作動システム全体の動きを制御する重要な情報源となる。
【0052】
このようなセンサー２１３は、電源が遮断されるとデータの欠落が生じる。エンコーダにおいては位置ずれ、位置や回転を監視する光電センサーにおいては読み取りエラーにより、誤作動などの原因となる。また、継続的なデータを監視するセンサーにおいてはこの間のデータ欠落が生じ、例えば電流を監視する保護回路においては、突入電流発生時、正常に動作できない不具合のもととなる。しかしながら、本実施の形態では、センサー２１３は第１の電源ライン２８から電力を供給されるので、第２の電源ライン２９の電力の変動の影響を受けず、安定して各種のデータを検出することができる。
【0053】
本実施の形態によれば、実施の形態１と同様に、第２の電源ライン２９は、移動ユニット４の移動や、負荷２７の起動によって電圧の変動が起きる構造である。しかしながら、逆流防止回路２６を備えていることによって第１の電源ライン２８は常に一定の電圧を維持することができ、演算回路２１１のリセット、センサー２１３の読み取りエラーなどが生じにくく、メンテナンス性の良いシステムを提供することができる。
【0054】
＜実施の形態３＞
図３は、本発明の実施の形態３の非接触給電無線作動システムのブロック図である。
図３は、本発明の実施の形態３の非接触給電無線作動システムのブロック図である。
【0055】
実施の形態３において、固定ユニット５の非接触給電装置１３は第１の給電回路１３１と第２の給電回路１３２とを有している。また、移動ユニット６の非接触受電装置２３は、第１の電源ライン２８と接続する第１の受電回路２３１と、第２の電源ライン２９と接続する第２の受電回路２３２と、を備えている。第１の受電回路２３１は第１の給電回路１３１と結合する。第２の受電回路２３２は、第２の給電回路１３２と結合する。本実施形態において、逆流防止回路は、必須の構成要素ではない。本実施形態では、第１の電源ライン２８と第２の電源ライン２９とが、非接触受電装置２３内の段階から分離されているので、互いに電圧変動の影響を及ぼしあうことはない。
【0056】
図１０（ｂ）に、本実施形態の非接触給電装置１３と非接触受電装置２３のコイル５２の配置を示す。第１の給電回路１３１のコイル５２と第１の受電回路２３１のコイル５２がペアになっており、第２の給電回路１３２のコイル５２と第２の受電回路２３２のコイル５２がペアとなっている。図１０（ｂ）のコイル５２は、移動ユニット６の移動方向に沿って並んでいるが、変形例として、移動ユニット６と垂直に並んでいてもよい。
【0057】
図８に、移動ユニット６の回路図の一例を示す。第１の受電回路２３１と第２の受電回路２３２は、それぞれがコイルを有する受電回路を備えている。本実施の形態では第２の無線装置２２と、演算回路２１１が一体化したワンチップマイコンを用いている。リニアチャージャー４２が、第１の電源ライン２８の第１の受電回路２３１と第１の蓄電装置２４との間に接続されており、直流電圧を受けて第１の蓄電装置２４を充電する。第１の蓄電装置２４の出力側にＤＣ／ＤＣコンバーター４３が接続されており、第２の無線装置２２と演算回路２１１とセンサー２１３に、それぞれの定格に合った安定化した直流の電力を供給する。また、第２の電源ライン２９には、より大容量の電流に対応したリニアチャージャー４２が配置されており、第２の蓄電装置２５を充電する。出力段２１２は、実施形態１と同様にＦＥＴで構成されており、ＦＥＴのゲート電圧制御素子としてフォトトランジスタを内蔵するフォトカプラーを用いている。このような構造をとっているので、第１の電源ライン２８と第２の電源ライン２９とはフォトカプラーを用いてアイソレートされている。
なお、本実施の形態においては、第１の蓄電装置、第２の蓄電装置ともにリチウムイオン２次電池を用いている。リチウムイオン２次電池に適正に充電するためにリニアチャージャーを用いている。また、第２の無線装置２２と、演算回路２１１が一体化したワンチップマイコンを用いている。満充電で４．２Ｖとなるリチウムイオン２次電池の電圧がワンチップマイコンに加わらないようＤＣ／ＤＣコンバーターで３．３Ｖに安定化されている。
なお、本実施の形態においては、第１の蓄電装置、第２の蓄電装置ともにリチウムイオン２次電池を用いている。リチウムイオン２次電池に適正に充電するためにリニアチャージャーを用いている。また、第２の無線装置２２と、演算回路２１１が一体化したワンチップマイコンを用いている。満充電で４．２Ｖとなるリチウムイオン２次電池の電圧がワンチップマイコンに加わらないようＤＣ／ＤＣコンバーターで３．３Ｖに安定化されている。
【0058】
本実施の形態によれば、第１の電源ライン２８と第２の電源ライン２９とが受電回路の段階で切り離されているので、互いに電圧変動の影響を及ぼしにくい。そのため、逆流防止回路を必須の構成要素とすることなく、演算回路２１１のリセット、センサー２１３の読み取りエラーなどが生じにくく、メンテナンス性の良いシステムを提供することができる。
【0059】
＜実施の形態４＞
図４は本発明の実施の形態４の非接触給電無線作動システムのブロック図である。
図４は本発明の実施の形態４の非接触給電無線作動システムのブロック図である。
【0060】
本実施の形態は、実施の形態３に対して、移動ユニット８の第１の受電回路２３１と第２の受電回路２３２とが、固定ユニット７の非接触給電装置１３の１つの給電回路を共有している点が異なっている。このような場合の例として、非接触給電装置１３のコイル５２の数が、非接触受電装置２３のコイル５２の数より少ない例が挙げられる。例えば１個の給電コイル５２に対し、第１の電源ライン２８の受電コイル５２が１個と、第２の電源ライン２９の受電コイル５２が１個、交互に入れ替わって受電する。
【0061】
このような構造は、移動ユニット８が逐次移動する場合に、給電コイル５２に対向する受電コイル５２の配置を移動ユニット８の移動方向に沿わせることにより実現され、システム全体を簡略化することができる。たとえば、図４において、矢印で示した上下方向に移動ユニット８が移動する場合、１個の受電コイルによって、第１の受電回路２３１と第２の受電回路が充電される。
【0062】
本実施の形態によれば、第１の電源ライン２８と第２の電源ライン２９とが受電回路の段階で切り離されているので、互いに電圧変動の影響を及ぼしにくい。このため、実施形態３と同様に、互いの電源ラインが電圧変動の影響を及ぼしにくく、演算回路２１１のリセット、センサー２１３の読み取りエラーなどが生じにくく、メンテナンス性の良いシステムを提供することができる。
【産業上の利用可能性】
【0063】
また、本発明の非接触給電無線作動システムは固定ユニットから給電される様々な移動ユニットを含む設備や機械装置に利用することができる。
【0064】
本発明の非接触給電無線作動システムの適用例として、図５に自動搬送装置を示す。図５（ａ）は固定ユニット３を備えた軌道３１と、軌道上の複数の移動ユニット４を模式的に示している。図５（ｂ）は移動ユニット４を具現化した台車の構成を示す。自動搬送装置では、センサー２１３として台車の位置を検出する光電センサー、ロータリーエンコーダ、衛星測位システムなどを適用することができる。
【0065】
本発明を具現化した他の例として、図６にＸＹテーブルを示す。ＸＹテーブルは、Ｙ軸スライダ１０ａとＸ軸スライダ１０ｂの２つの移動ユニットを備えている。ＸＹテーブルでは、センサー２１３として、精密な位置を検出するロータリーエンコーダ、距離計、など任意のセンサーを適用することができる。
【0066】
また、本発明の負荷としては、移動ユニットを移動させるモータに限定されず、ワークを加工するスピンドルモーター、移動ユニット上で行われる加工、操作に必要な動力、熱源といった、電力を消費する任意の機械装置を適用することができる。例として、ヒーター、スピーカー、電磁波を発生させるマグネトロン、誘導コイルなど様々なものを適用することができる。また、モータはどのような仕様のものであってもよく、ＤＣモータ、交流モータ、ステッピングモータ、サーボモータなど、特に限定されない。
【符号の説明】
【0067】
１，３，５，７ 固定ユニット
２，４，６，８，１０ａ，１０ｂ 移動ユニット
１１ 第１の制御装置
１２ 第１の無線装置
１３ 非接触給電装置
２１ 第２の制御装置
２２ 第２の無線装置
２３ 非接触受電装置
２４ 第１の蓄電装置
２５ 第２の蓄電装置
２６ 逆流防止回路
２７ 負荷
２８ 第１の電源ライン
２９ 第２の電源ライン
１３１ 第１の給電回路
１３２ 第２の給電回路
２１１ 演算回路
２１２ 出力段
２１３ センサー
２３１ 第１の受電回路
２３２ 第２の受電回路
５２ コイル
２，４，６，８，１０ａ，１０ｂ 移動ユニット
１１ 第１の制御装置
１２ 第１の無線装置
１３ 非接触給電装置
２１ 第２の制御装置
２２ 第２の無線装置
２３ 非接触受電装置
２４ 第１の蓄電装置
２５ 第２の蓄電装置
２６ 逆流防止回路
２７ 負荷
２８ 第１の電源ライン
２９ 第２の電源ライン
１３１ 第１の給電回路
１３２ 第２の給電回路
２１１ 演算回路
２１２ 出力段
２１３ センサー
２３１ 第１の受電回路
２３２ 第２の受電回路
５２ コイル
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】