JP2002354711A - 非接触給電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 定電圧制御部のＰＷＭ制御用のスイッチング
素子が故障して無制御状態になっても、出力電圧が過大
にならないようにする。 【解決手段】 高周波電源１により１次給電線２に高周
波電流を流すと、給電トランス３の２次巻線３ｓに発生
した誘導起電力が整流部５で直流に変換され、定電圧制
御部６で定電圧に制御されて負荷７に供給される。ま
た、給電トランス３のインダクタンスと２次巻線３ｓに
直列のコンデンサ４とにより直列共振回路８を構成して
いる。直列共振回路８の共振周波数は、高周波電源１よ
り供給される１次給電線２の電流周波数と等しくなるよ
うに調整され、１次給電線２から給電トランス３の２次
側への電力伝送効率は最大となる。定電圧制御部６がオ
ープン故障してもコンデンサ４には電流が流れないの
で、直列共振回路８は無負荷共振を起こすことはなく出
力電圧は異常上昇しない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、軌道に沿って走行
する走行体に対して、その使用電力を非接触で給電する
非接触給電装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、倉庫内や工場内などにおいて、案
内レール等の軌道に沿って搬送車を走行させ、この搬送
車によって被搬送物（積荷）を搬送する搬送システムが
広く利用されている。この搬送車には、リニアモータな
どの走行モータが搭載されていて、この走行モータの駆
動によって搬送車が走行する。そして、走行モータヘの
給電方法として、搬送車側に設けた集電子を給電線に接
触させて電力を給電する方法に替えて、ピックアップト
ランスと称される給電トランスを用いて非接触で電力を
給電する方法が広く用いられている。即ち、搬送車の側
にピックアップトランスを設け、ピックアップコイルと
称される２次巻線を１次給電線の近傍に配置して、いわ
ゆるトランスの電磁誘導作用によって、ピックアップコ
イル（２次巻線）に誘導起電力を発生させて非接触で給
電する方法が実施されている。

【０００３】図８は、従来技術における非接触給電装置
の構成例を示す回路図である。この非接触給電装置は、
移動体６００およびこれに配置された各種の装置と、移
動体６００の移動経路に沿って敷設された給電線を主要
な構成要索とする給電線部５００と、地上側に固定配置
され、給電線に対して高周波電流を流す高周波電源４０
０とにより構成されている。図８に示すように、高周波
電源４００は、チョッパ４１０とインバータ４２０と同
調フィルタ４３０とを有している。

【０００４】チョッパ４１０の入力端子ＰおよびＮに
は、直流電圧Ｅが与えられる。この入力端子ＰおよびＮ
間には、トランジスタＱｃとダイオードＤｃとが直列に
介挿されている。また、トランジスタＱｃのエミッタと
ダイオードＤｃのカソードとの接続点と、インバータ４
２０との間には、インダクタンスＬＩが介挿されてい
る。ここで、トランジスタＱｃがＯＮ状態であるときに
は、入力端子ＰおよびＮ間の直流電圧Ｅにより、入力端
子Ｐ→トランジスタＱｃ→インダクタンスＬ１→インバ
ータ４２０およひ入力端子Ｎという経路を介して電流が
流れる。一方、トランジスタＱｃがＯＮ状態から０ＦＦ
状態になると、その時点においてインダクタンスＬ１に
蓄積された電気エネルギーにより、インダクタンスＬ１
→インバータ４２０→ダイオードＤｃという循環経路を
介して電流が流れる。インバータ４２０に供給される平
均的な電流の量は、トランジスタＱｃのＯＮ／ＯＦＦデ
ューティ比に比例して増減する。

【０００５】制御部４１１は、トランジスタＱｃをＯＮ
状態とするパルスを周期的に出力するとともに、このパ
ルスの幅を変調することによりインバータ４２０に対す
る出力電流を制御する装置である。インバータ４２０
は、トランジスタＱＡ、ＱＢ、ＱＣおよびＱＤと、ダイ
オードＤＡ、ＤＢ、ＤＣおよびＤＤとを図示のように接
続してなるブリッジ回路である。このような構成におい
て、トランジスタＱＡおよびＱＤをＯＮ状態とし、トラ
ンジスタＱＢおよびＱＣをＯＦＦ状態とする動作と、ト
ランジスタＱＡおよびＱＤをＯＦＦ状態とし、トランジ
スタＱＢおよびＱＣをＯＮ状態とする動作とが交互に繰
り返される。

【０００６】このようなスイッチング動作により、トラ
ンジスタＱＡおよびＱＢの接続点とトランジスタＱＣお
よびＱＤの接続点との間に介挿された同調フィルタ４３
０に矩形波交流電流が通電される。同調フィルタ４３０
は、矩形波交流電流の基本波成分を共振増幅するフィル
タであり、インダクタンスＬ２とコンデンサＣ２とによ
り構成されている。同調フィルタ４３０の出力電流は正
弦波となり、給電線部５００の給電線に流れる。上述し
たチョッパ４１０内の制御部４１１は、この給電線に流
れる電流を電流センサＣＴにより検知し、その電流値が
目標値となるようにトランジスタＱｃをＯＮ状態とする
パルス幅の制御を行うものである。

【０００７】既に述べたように、給電線部５００は、移
動体６００の移動経路に沿って敷設された給電線を主要
な構成要素とするものである。図９には、この給電線部
５００の給電線５００Ｌが図示されている。この給電線
５００Ｌには、図８における同調フィルタ４３０を介し
て正弦波電流が流される。図８におけるインダクタンス
Ｌ３は、図９に示す給電線５００Ｌのインダクタンスで
ある。また、この給電線５００Ｌに接近し、且つ、非接
触状態を保ってピックアップ６１０が位置して、図８の
ようなピックアップ６１０の回路を構成している。尚、
ピックアップ６１０は、移動体６００とともに給電線５
００Ｌに沿って移動可能である。

【０００８】図１０は、図９に示すピックアップ６１０
のＩ−Ｉ’線断面図である。図１０に示すように、ピッ
クアップ６１０は、給電線５００Ｌによって発生される
磁界の磁路をなすコア６１１と、このコア６１１の中央
脚に巻回された２次巻線６１２とを有している。この２
次巻線６１２と、図９に示す給電線５００Ｌとが磁気的
に結合して、図８に示すような給電トランスＴ４が構成
されている。また、図８に示すように、移動体６００に
は、このピックアップ６１０と昇圧チョッパ６２０とが
設けられている。図８に示すピックアップ６１０におい
て、給電トランスＴ４の２次巻線６１２にはヒューズ６
１３が直列接続されており、２次巻線６１２およびヒュ
ーズ６１３にはコンデンサＣ４が並列接続されている。

【０００９】ここで、ピックアップ６１０の特性につい
て説明する。ピックアップ６１０における給電トランス
Ｔ４の２次巻線６１２とコンデンサＣ４は、インバータ
４２０が出力する矩形波の基本波周波数に相当する周波
数で並列共振する。この場合、ピックアップ６１０の等
価回路は、図１１（ａ）〜（ｃ）に示すように単純化さ
れる。ここで、ｉは１次巻線（給電線５００Ｌ）に流れ
る電流、Ｍ４は１次巻線（給電線５００Ｌ）および２次
巻線６１２間の相互インダクタンス、Ｌ４は２次巻線６
１２の漏洩インダクタンス、Ｍ４＋Ｌ４は２次巻線６１
２の等価インダクタンス、ωはインバータ４２０が出力
する矩形波の基本波角周波数、Ｒは移動体６００上の給
電対象である負荷抵抗である。したがって、ピックアッ
プ６１０の出力特性は、 出力電圧 Ｖｔ＝Ｒ’×ｉ ……（１） 出力電力 Ｐ＝Ｖｔ×ｉ ……（２） となる。ただし、Ｒ’は、上記の単純化に伴って、負荷
抵抗Ｒと、インダクタンスＭ４およびＬ４とコンデンサ
Ｃ４とに基づいて作成された合成インピーダンスであ
る。

【００１０】尚、トランスＴ４の相互インダクタンスＭ
４及び漏洩インダクタンスＬ４と、２次巻線６１２に並
列に接続されたコンデンサＣ４とによって共振回路が構
成され、この共振回路によって、非接触給電時における
無効電力を少なくして電力伝送効率を高めている。つま
り、この共振回路の共振周波数（ｆｏ）は、トランスＴ
４のインダクタンス（つまり、相互インダクタンスＭ４
と漏洩インダクタンスＬ４との和）を（Ｌ）とし、コン
デンサＣ４の静電容量を（Ｃ）とした場合には、〔ｆｏ
≒（１／２π）×（Ｌ×Ｃ）^-(1/2)〕で表わされ、１次
側の給電線に流れる電流の周波数と等しい場合（つま
り、共振周波数の場合）に、１次側から２次側への電力
伝送効率が最大となることが知られている。つまり、共
振回路による共振周波数は、１次側の給電線に供給され
る電流の周波数とほぼ等しくなるように調整されてい
る。

【００１１】ここで、給電線（１次巻線）の電流ｉは、
高周波電源４００によって、基準値に一定制御されてい
るので、図１２に示すように、ピックアップ６１０の出
力電圧Ｖｔは出力電力Ｐに比例して増加する。つまり、
ピックアップ６１０の出力特性は、電流源（一定電流を
出力する電源）と等価となる。しかし、一般的に移動体
６００上の負荷Ｒには、その負荷変動によらず、一定電
圧を供給する必要があるから、ピックアップ６１０の出
力特性を定電圧の出力特性に変換する必要がある。そこ
で、図８に示す非接触給電装置では、昇圧チョッパ６２
０を用いて定電圧制御して負荷Ｒに電力を供給してい
る。

【００１２】図８に示す昇圧チョッパ６２０において、
全波整流回路６２１は、ピックアップ６１０の出力交流
電圧を全波整流する。インダクタンスＬ５、ダイオード
Ｄ５およびコンデンサＣ５は、全波整流回路部６２１か
ら得られる全波整流波形からリップルを除去する平滑回
路を構成している。この平滑回路におけるコンデンサＣ
５から負荷Ｒへ定電圧制御された直流電圧が供給され
る。全波整流回路部６２１およびインダクタンスＬ５に
は、チョッパ制御のためのトランジスタＱ５が並列に接
統されている。すなわち、電圧制御部６２２は、トラン
ジスタＱ５をＰＷＭ制御するためのパルス信号を発生す
るとともに、負荷Ｒに対する供給電圧が基準値になるよ
うに、トランジスタＱ５に供給するパルス幅のデューテ
ィ制御を行っている。また、スイッチＳＷは、負荷側が
オープンになって無負荷状態になったときに過電圧が発
生するのを防止するためのスイッチである。

【００１３】尚、過電圧保護のためにスイッチＳＷをＯ
Ｎしたときには、出力電圧は、ほぼ０Ｖとなる。スイッ
チＳＷに流れる電流は、１次と２次の巻数比に比例した
電流となる。トランスの２次側が共振状態とならないた
め、トランス、回路への電流は少ない。ヒューズ６１３
は、例えば、ピックアップ６１０−昇圧チョッパ６２０
間の断線や昇圧チョッパ６２０のトランジスタＱ５がオ
ープン状態となる故障、あるいは昇圧チョッパ６２０の
制御回路の故障などにより、ピックアップ６１０のみの
無負荷共振となった時に、電流が増えて溶断する。この
時、コンデンサＣ４、トランス２次側が、大電流、大電
圧となって危険なため、ヒューズ６１３により保護して
いる。

【００１４】図１３は、図８に示す従来技術における非
接触給電装置の回路を簡略化したブロック図である。図
１３において、高周波電源８１より１次給電線８２に高
周波電流を流すと、給電トランス８３の２次巻線８３ｓ
に発生した誘導起電力が、整流部８５で直流に変換され
た後に、昇圧チョッパから成る定電圧制御部８６によっ
て一定電圧に制御されて負荷８７である走行モータに供
給され、この走行モータ２８によって搬送車が軌道に沿
って走行する。

【００１５】このとき、給電トランス８３の相互インダ
クタンス及び漏洩インダクタンスと、２次巻線８３ａに
並列に接続されたコンデンサ８４とによって共振回路８
８が構成され、この共振回路８８によって、非接触給電
時における無効電力を少なくして電力伝送効率を高めて
いる。さらに、出力電圧の定電圧制御は、定電圧制御部
８６のスイッチング素子Ｑ５のＰＷＭ制御によって行っ
ているが、そのスイッチング周波数は、高周波電源８１
の周波数（つまり、共振回路８８の共振周波数）よりも
数倍以上高く設定してある。すなわち、スイッチング素
子Ｑ５のスイッチング周波数が高いので共振回路８８は
高インピーダンスとなっている。したがって、電源側か
ら見て、負荷側は負荷抵抗Ｒのみとみなすことができ
る。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図１３
の回路において、トランジスタなどのスイッチング素子
Ｑ５をＰＷＭ制御する制御部（図示せず）が故障したり
してスイッチング素子Ｑ５が開放状態になると、定電圧
制御部８６は定電圧機能を停止してしまう。この場合
は、定電圧制御部８６を用いないで給電トランス８３の
整流電圧をそのまま負荷に接続したのと同じことにな
り、負荷８７に与えられる出力電圧Ｖは、負荷抵抗Ｒに
よって決まり、 Ｖ＝Ｒ×ｉ ……（３） となる。ここで、ｉは給電トランス８３の出力電流で、
負荷抵抗の大きさに関わりなく、常に一定の値になる。
したがって、Ｒが大きいと出力電圧Ｖも大きくなる。

【００１７】すなわち、無負荷状態においては、共振回
路８８のインピーダンスは高い値であるので、出力電圧
Ｖは過電圧となって回路の構成部品が過電圧で破損して
焼損に至る虞がある。このように、スイッチング素子Ｑ
５のオープンモードでの故障や制御部の故障によりスイ
ッチング動作をしなくなると、無負荷時などのように負
荷が軽い時には、共振回路８８が並列共振のみの無負荷
共振に近い形となり、極めて高いインピーダンスとなる
ために出力電圧が過大になってしまい、回路部品や負荷
側の機器が壊れる虞がある。

【００１８】このような過電圧を防止するため、図８に
示す従来の非接触給電装置では、過電圧保護回路として
スイッチＳＷを設けている。この過電圧保護回路は、過
電圧を検出してスイッチＳＷをＯＮにすることによっ
て、ピックアップ６１０の端子間インピーダンスをほぼ
０Ωにして過電圧を防止している。しかし、このような
過電圧保護回路は、過電圧を検出する回路を必要とし、
多数の部品から構成されているので、装置の故障確率を
上昇させる要因となる。さらには、前述したように、ピ
ックアップ６１０−昇圧チョッパ６２０間の断線等によ
りピックアップ６１０が無負荷共振状態となった時の過
電流防止用回路として、ピックアップ６１０にヒューズ
６１３が設けられている。つまり、図１３に示すよう
な、並列共振型の共振回路８８を有する非接触給電装置
においては、無負荷時の過電圧保護対策として、過電圧
保護回路や過電流保護回路を設けなければならないの
で、非接触給電装置全体の故障率が高くなったり、コス
トが高くなる。

【００１９】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
ものであり、その目的は、定電圧制御部のＰＷＭ制御用
のスイッチング素子が故障して無制御状態に陥っても、
出力電圧が過大にならず、過電圧保護回路を省略するこ
とができる非接触給電装置を提供することにある。

【００２０】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明の非接触給電装置は、１次給電線に供給さ
れる電力を非接触で負荷へ伝達する非接触給電装置にお
いて、１次給電線と２次巻線とを磁気結合して電力の伝
達を行う給電トランスと、給電トランスのインダクタン
スと給電トランスの２次巻線に直列に接続されたコンデ
ンサとによって形成された直列共振回路と、直列共振回
路から出力される電圧を整流する整流手段とを備えたこ
とを特徴とする。

【００２１】すなわち、従来の並列共振回路を有する非
接触給電装置では、無負荷時の過電圧保護対策として過
電圧保護回路や過電流保護回路を設けなければならなか
った。しかし、本発明の非接触給電装置によれば、直列
共振回路を用いることによって、出力段がオープン故障
して無負荷状態となったときには共振回路が形成されな
いので、出力電圧が過電圧となることはない。したがっ
て、過電圧保護回路や過電流保護回路を設ける必要がな
いので、非接触給電装置全体の故障率も低くくなり、装
置のコストを低減することができる。

【００２２】また、本発明の非接触給電装置は、１次給
電線に供給される電力を非接触で負荷へ伝達する非接触
給電装置において、１次給電線と２次巻線とを磁気結合
して電力の伝達を行う給電トランスと、給電トランスの
インダクタンスと給電トランスの２次巻線に直列及び並
列に接続された各コンデンサとによって形成された直並
列共振回路と、直並列共振回路から出力される電圧を整
流する整流手段とを備えたことを特徴とする。

【００２３】すなわち、従来の並列共振回路を有する非
接触給電装置では、無負荷時の過電圧保護対策として過
電圧保護回路や過電流保護回路を設けなければならなか
った。しかし、本発明の非接触給電装置によれば、直並
列共振回路を用いることによって、出力段がオープン故
障して無負荷状態となったときには並列共振回路が形成
されるが、その共振周波数は１次給電線の電流周波数と
は異なる値となるので、出力電圧が過電圧となることは
ない。したがって、過電圧保護回路や過電流保護回路を
設ける必要がないので、非接触給電装置全体の故障率も
低くくなり、装置のコストを低減することができる。

【００２４】また、本発明の非接触給電装置は、前記各
発明において、整流手段の出力側には出力電圧を定電圧
に制御するための定電圧制御手段が設けられていること
を特徴とする。すなわち、本発明の非接触給電装置によ
れば、出力段に定電圧制御手段を設けることによって、
負荷の変動に対して一定の電圧を出力することができ
る。このような回路構成の場合において、定電圧制御手
段がオープン故障して無負荷状態となっても出力電圧が
過電圧となることはない。

【００２５】また、本発明の非接触給電装置において
は、整流手段は、全波整流器または倍電圧整流器または
コッククロフト昇圧回路の何れかを用いることができ
る。特に、給電トランスの出力電圧が所定の電圧より低
い場合は、倍電圧整流器を用いて２倍の電圧にしたり、
コッククロフト昇圧回路を用いて所望の電圧に昇圧する
ことができる。このような回路を適用しても、入力段に
は直列共振回路または直並列共振回路が形成されている
ので、出力側が無負荷状態となっても出力電圧が過電圧
となることはない。

【００２６】また、本発明の非接触給電装置は、前記各
発明において、定電圧制御手段は昇圧チョッパ回路であ
ることを特徴とする。つまり、整流部から入力される電
圧が低くて所望の出力電圧が得られないような場合に、
昇圧チョッパを用いて昇圧作用を行うと共に定電圧制御
を行い、負荷側へ精度の高い一定電圧を供給することが
できる。尚、昇圧を行わないで定電圧制御をする場合に
は、回路に直列にスイッチング素子を用いたチョッパ回
路やドロッパ回路などを用いてもよいし、その他一般に
知られている入力部が電圧源の定電圧制御回路を用いて
もよい。このような回路を適用しても、入力段には直列
共振回路または直並列共振回路が形成されているので、
出力側が無負荷状態となっても出力電圧が過電圧となる
ことはない。

【００２７】また、本発明の非接触給電装置は、前記各
発明において、直並列共振回路及び直列共振回路の共振
周波数は１次給電線に流れる高周波電流とほぼ同一の周
波数であることを特徴とする。即ち、通常の動作状態に
おいては、直列共振回路または直並列共振回路によっ
て、高周波電源から供給される高周波電流と同じ周波数
となる共振周波数の電力が出力側へ伝送される。これに
より、非接触給電時における無効電力を最小限にして電
力伝送効率を高めて電力供給を行うことができる。そし
て、出力側がオープン故障した場合には、共振点がずれ
て出力側が過電圧となることを防止することができる。
尚、好適な実施形態としては、移動体を走行するモータ
への電力供給用に本発明の非接触給電装置を用いること
ができる。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて、本発明にお
ける非接触給電装置の実施の形態を詳細に説明する。図
１は、本発明の第１の実施の形態における非接触給電装
置の回路構成を示すブロック図である。すなわち、この
実施の形態における回路構成の特徴は、給電トランス３
の共振回路として直列共振回路８を構成しているところ
である。この直列共振回路８の共振周波数は、１次給電
線２に流れる電流の周波数（つまり、高周波電源１の周
波数）と等しくなるように調整されている。したがっ
て、１次給電線２から給電トランス３の２次側への電力
伝送効率は最大となっている。

【００２９】すなわち、図１に示す非接触給電装置は、
高周波電源１と１次給電線２と給電トランス３と直列共
振回路８と整流部５と定電圧制御部６とによって構成さ
れ、定電圧制御部６よって定電圧制御されて負荷７に電
力が供給される。つまり、高周波電源１によって１次給
電線２に高周波電流を流すと、給電トランス３の２次巻
線３ｓに発生した誘導起電力が整流部５で直流に変換さ
れ、さらに、定電圧制御部６で定電圧に制御されて負荷
７である走行モータに供給される。

【００３０】また、給電トランス３の相互インダクタン
ス及び漏洩インダクタンスと２次巻線３ｓに直列に接続
されたコンデンサ４とによって直列共振回路８が構成さ
れている。したがって、この直列共振回路８によって、
高周波電源１から供給される高周波電流と同じ周波数と
なる共振周波数の電力が給電トランス３の２次側へ伝送
される。これにより、非接触給電時における無効電力を
最小限にして電力伝送効率を高め、給電トランス３の２
次側へ電力供給が行われる。また、整流部５の出力電圧
は定電圧制御部６によって定電圧に制御されて負荷７へ
供給される。

【００３１】図１に示すような非接触給電装置の回路に
よれば、負荷７が変動しても給電トランス３の起電力は
ほぼ一定であるので、定電圧制御部６が故障して負荷側
がオープンになっても、出力電圧は既定値以上に上昇す
ることはない。つまり、負荷７がオープンになったとき
は、共振用のコンデンサ４に電流が流れないので、直列
共振回路８は無負荷共振を起こすことはなくなり、した
がって出力電圧が上昇することはない。一方、負荷側が
短絡した場合は、出力電圧はゼロボルトとなる。このと
き、給電トランス３の２次巻線３ｓの電流や直列共振用
のコンデンサ４の電流及び電圧は上昇するが、これらの
保護は、例えばコンデンサ４に直列にヒューズなどを設
けて回路を遮断すればよい。

【００３２】図２は、本発明の第２の実施の形態におけ
る非接触給電装置の回路構成を示すブロック図である。
すなわち、この実施の形態における回路構成の特徴は、
給電トランス１３の共振回路として直並列共振回路１８
を構成しているところである。この直並列共振回路１８
の共振周波数は、１次給電線１２に流れる電流の周波数
（つまり、高周波電源１１の周波数）と等しくなるよう
に調整されている。したがって、１次給電線１２から給
電トランス１３の２次側への電力伝送効率は最大となっ
ている。

【００３３】すなわち、図２に示す非接触給電装置は、
高周波電源１１と１次給電線１２と給電トランス１３と
直並列共振回路１８と整流部１５と定電圧制御部１６と
によって構成され、定電圧制御部１６よって定電圧制御
されて負荷１７に電力が供給される。つまり、高周波電
源１１によって１次給電線１２に高周波電流を流すと、
給電トランス１３の２次巻線１３ｓに発生した誘導起電
力が整流部１５で直流に変換され、さらに、定電圧制御
部１６で定電圧に制御されて負荷１７である走行モータ
に供給される。

【００３４】また、給電トランス１３の相互インダクタ
ンス及び漏洩インダクタンスと、２次巻線１３ｓに並列
／直列に接続されたコンデンサ１４ａ／１４ｂとによっ
て直並列共振回路１８が構成されている。したがって、
この直並列共振回路１８によって、高周波電源１１から
供給される高周波電流と同じ周波数となる共振周波数の
電力が給電トランス１３の２次側へ伝送される。これに
より、非接触給電時における無効電力を最小限にして電
力伝送効率を高め、給電トランス１３の２次側へ電力供
給が行われる。また、整流部１５の出力電圧は定電圧制
御部１６によって定電圧に制御されて負荷１７へ供給さ
れる。

【００３５】一般的に、移動体に用いられる給電トラン
スは、負荷（つまり、走行モータ）が必要とする電圧値
に比べて発生電圧が低いので昇圧をする必要がある。そ
のため、図２に示すような直並列共振回路１８を用いて
整流部１５の入力電圧を昇圧している。つまり、２次巻
線１３ｓに並列のコンデンサ１４ａの容量をＣ１、２次
巻線１３ｓに直列のコンデンサ１４ｂの容量をＣ２とす
ると、整流部１５の入力電圧は、（給電トランス１３の
２次巻線１３ｓの発生電圧）×（Ｃ１＋Ｃ２）／Ｃ２と
なる。

【００３６】また、直並列共振回路１８は、直並列コン
デンサ１４ａ，１４ｂのキャパシタンスの和（Ｃ１＋Ｃ
２）と、給電トランス１３の相互インダクタンスＭと漏
洩インダクタンスＬとの和のインダクタンス（Ｍ＋Ｌ）
とによって、共振周波数が１次給電線１２の電流の周波
数と同じ周波数になるように調整を行う。これによって
給電トランス１３は最大の伝送効率で電力伝送を行うこ
とができる。

【００３７】ここで、定電圧制御部１６などの故障で負
荷側がオープンとなった場合は、給電トランスのインダ
クタンス（Ｍ＋Ｌ）と、２次巻線１３ｓに並列なコンデ
ンサ１４ａのキャパシタＣ１とによって無負荷共振とな
る。しかし、その共振周波数は、直並列コンデンサ１４
ａ，１４ｂのキャパシタンスの和（Ｃ１＋Ｃ２）で１次
給電線１２の電流周波数となるように調整されているた
め、キャパシタンスＣ１による共振周波数は１次給電線
１２の周波数とは異なった値となっている。つまり、共
振点がずれているので出力側の電圧が過大になることは
ない。また、負荷側が短絡した場合には出力電圧はゼロ
ボルトとなる。このとき、給電トランス３の２次巻線３
ｓの電流や直列共振用のコンデンサ１４ｂの電流及び電
圧は上昇するが、これらの保護は、例えばコンデンサ１
４ｂに直列にヒューズなどを設けて回路を遮断すればよ
い。

【００３８】次に、上述のように、共振回路の構成を直
列共振回路または直並列共振回路とした場合について、
整流部や定電圧制御部を種々のバリエーションで組み合
わせた場合の実施例を説明する。図３は、本発明の非接
触給電装置において、整流部を全波整流器とした場合の
回路構成を示すブロック図である。図３の実施例では、
共振回路２８は、図１の直列共振回路または図２の直並
列共振回路の何れかを適用する。そして、整流部はダイ
オードブリッジなどによる全波整流器２５を適用し、そ
の出力段に電圧を一定にするための定電圧制御部２６を
設けて負荷２７に接続する。これによって、前述の図
１、図２と同様に、無負荷時の故障モードにおいて出力
電圧が過電圧になることはない。また、出力側が短絡し
た場合は、回路に直列にヒューズなどを設けて回路を遮
断して保護すればよい。

【００３９】図４は、本発明の非接触給電装置におい
て、整流部を倍電圧整流器とした場合の回路構成を示す
ブロック図である。図４の実施例では、共振回路３８
は、図１の直列共振回路または図２の直並列共振回路の
何れかを適用する。そして、整流部はダイオードとコン
デンサによる倍電圧整流器３５を適用し、その出力段に
電圧を一定にするための定電圧制御部３６を設けて負荷
３７に接続する。つまり、一般的に、移動体に用いる給
電トランスは、必要とする出力電圧に比べて２次側に発
生する起電力が小さいので昇圧を行う必要がある。した
がって、整流部の入力電圧を２倍にしたい場合は倍電圧
整流器３５を用いる。これによって、給電トランス３３
の出力電圧を２倍に昇圧して定電圧制御部３６に入力す
ることができる。また、この回路構成においても、前述
の図１、図２と同様に、無負荷時の故障モードにおいて
出力電圧が過電圧になることはない。また、出力側が短
絡した場合は、回路に直列にヒューズなどを設けて回路
を遮断して保護すればよい。

【００４０】図５は、本発明の非接触給電装置におい
て、整流部をコッククロフト昇圧回路とした場合の回路
構成を示すブロック図である。図５の実施例では、共振
回路４８は、図１の直列共振回路または図２の直並列共
振回路の何れかを適用する。そして、整流部はダイオー
ドとコンデンサを複数段組み合わせたコッククロフト昇
圧回路４５を適用する。つまり、一般的に、移動体に用
いる給電トランスは、必要とする出力電圧に比べて２次
側に発生する起電力が小さいので昇圧を行う必要があ
る。そこで、必要とする電圧まで昇圧する必要がある場
合は、コッククロフト昇圧回路４５によって昇圧を行
う。コッククロフト昇圧回路４５は、図５中のコンデン
サの段数（Ｃ１、Ｃ２…Ｃｎ）によって整流部の入力電
圧をほぼｎ倍に昇圧して、定電圧制御部４６に入力する
ことができる。また、この回路構成においても、前述の
図１、図２と同様に、無負荷時の故障モードにおいて出
力電圧が過電圧になることはない。また、出力側が短絡
した場合は、回路に直列にヒューズなどを設けて回路を
遮断して保護すればよい。

【００４１】図６は、本発明の非接触給電装置におい
て、定電圧制御部を昇圧チョッパとした場合の回路構成
を示すブロック図である。図６の実施例では、共振回路
５８は、図１の直列共振回路または図２の直並列共振回
路の何れかを適用する。また、整流部５５は、図３の全
波整流器または図４の倍電圧整流器または図５のコック
クロフト昇圧回路の何れかを適用する。そして、定電圧
制御部には昇圧チョッパ５６を用いている。

【００４２】昇圧チョッパ５６は、インダクタンスＬ５
とダイオードＤ５とスイッチング素子Ｑ５とコンデンサ
Ｃ５とによって構成されている。このうち、インダクタ
ンスＬ５とダイオードＤ５とコンデンサＣ５によって整
流部５５から得られる全波整流波形からリップルを除去
するための平滑回路を構成している。そして、スイッチ
ング素子Ｑ５がＰＷＭ制御を行うことにより、インダク
タンスＬ５に蓄えられた電力がスイッチング制御され、
さらに、コンデンサＣ５で平滑された後に負荷５７へ一
定電圧として供給される。

【００４３】昇圧チョッパ５６では、整流部５５から入
力される電圧が低くて所望の出力電圧が得られないよう
な場合に、昇圧作用を行うと共に定電圧制御を行い、負
荷５７へ精度の高い一定電圧を供給している。つまり、
スイッチング素子Ｑ５の０Ｎ／０ＦＦデューティ比を制
御することにより、負荷の変動に拘わらず一定電圧を出
力するような制御を行っている。例えば、軽負荷の時は
デューティ比を小さくし、重負荷のときはデューティ比
を大きくするような制御を行って常に一定電圧を出力し
ている。また、昇圧作用については、スイッチング素子
Ｑ５がＯＮのときにインダクタンスＬ５にエネルギーを
蓄え、スイッチング素子Ｑ５がＯＦＦのときにインダク
タンスＬ５のエネルギーを負荷５７側へ放出するという
作用、つまり、リンギングチョーク作用によって行われ
ている。このようなリンギングチョーク作用によれば、
整流部５５の出力電圧にインダクタンスＬ５の電圧が加
算された電圧に昇圧することができる。

【００４４】上述のように、ＰＷＭ制御を行うスイッチ
ング素子Ｑ５のデューティ比を、負荷変動に応じて制御
させることにより、出力電圧を精度よくほぼ一定とする
ことができる。しかし、出力電圧の変動が許容されるよ
うな負荷の場合は、スイッチング素子Ｑ５を無制御とし
て一定のデューティ比で動作させてもよい。あるいは、
出力電圧の変動が許容されるような負荷の場合には、給
電トランス５３や共振回路５８や整流部５５で所望の出
力電圧になるようにしておけば、定電圧制御回路を設け
ないで、直接、整流部５５から負荷５７へ電力を供給し
てもよい。

【００４５】また、このような昇圧チョッパを用いた回
路構成において、スイッチング素子Ｑ５や制御回路が故
障して回路がオープンとなった場合は、昇圧が行われな
いため出力電圧は過電圧となることはない。すなわち、
共振回路５８を直列共振回路または直並列共振回路にす
れば、無負荷状態となった故障モードの場合でも、前述
の図１、図２と同様に出力電圧が過電圧になることはな
い。また、昇圧チョッパ５６の回路が短絡した場合に
は、出力電圧はほぼ０Ｖとなるが、過電流保護について
は、回路に直列にヒューズなどを設けて回路を遮断すれ
ばよい。

【００４６】図７は、本発明の非接触給電装置が適用さ
れる回路構成を組み合わせた図表である。つまり、前述
の図１から図６の各回路を組み合わせた場合の回路構成
の一覧表である。基本となる構成要素は、共振回路を図
１のように直列共振回路にした場合と、図２のように直
並列共振回路にした場合である。その上で、整流部を、
全波整流器／倍電圧整流器／コッククロフト昇圧回路の
何れかとし、定電圧制御部を、設けない／昇圧チョッパ
とする、の何れかとした場合の組み合わせを行ってい
る。

【００４７】組み合わせNo１〜No６が図１に示す直列共
振回路を用いた場合であり、組み合わせNo７〜No１２が
図２に示す直並列共振回路を用いた場合である。組み合
わせNo１は、図１の直列共振回路と図３の全波整流器を
用い、定電圧制御部を用いない場合である。このような
回路構成は、負荷の変動に応じて出力電圧の変動が許容
される場合に適用される。組み合わせNo２は、図１の直
列共振回路と図４の倍電圧整流器を用い、定電圧制御部
として図６の昇圧チョッパを用いた場合である。このよ
うな回路構成は、給電トランスの電圧を２倍の電圧値に
昇圧し、且つ、負荷の変動に対して一定の出力電圧を得
る場合に適用される。

【００４８】組み合わせNo３は、図１の直列共振回路と
図５のコッククロフト昇圧回路を用い、定電圧制御部を
用いない場合である。このような回路構成は、給電トラ
ンスの電圧を所望の電圧値に昇圧し、且つ、負荷の変動
に応じて出力電圧の変動が許容される場合に適用され
る。組み合わせNo４は、図１の直列共振回路と図３の全
波整流器を用い、定電圧制御部として図６の昇圧チョッ
パを用いた場合である。このような回路構成は、負荷の
変動に対して一定の出力電圧を得る場合に適用される。

【００４９】組み合わせNo５は、図１の直列共振回路と
図４の倍電圧整流器を用い、定電圧制御部を用いない場
合である。このような回路構成は、給電トランスの電圧
を２倍の電圧値に昇圧し、且つ、負荷の変動に応じて出
力電圧の変動が許容される場合に適用される。組み合わ
せNo６は、図１の直列共振回路と図５のコッククロフト
昇圧回路を用い、定電圧制御部として図６の昇圧チョッ
パを用いた場合である。このような回路構成は、給電ト
ランスの電圧を所望の電圧値に昇圧し、且つ、負荷の変
動に対して一定の出力電圧を得る場合に適用される。

【００５０】組み合わせNo７は、図２の直並列共振回路
と図３の全波整流器を用い、定電圧制御部を用いない場
合である。このような回路構成は、負荷の変動に応じて
出力電圧の変動が許容される場合に適用される。組み合
わせNo８は、図２の直並列共振回路と図４の倍電圧整流
器を用い、定電圧制御部として図６の昇圧チョッパを用
いた場合である。このような回路構成は、給電トランス
の電圧を２倍の電圧値に昇圧し、且つ、負荷の変動に対
して一定の出力電圧を得る場合に適用される。

【００５１】組み合わせNo９は、図２の直並列共振回路
と図５のコッククロフト昇圧回路を用い、定電圧制御部
を用いない場合である。このような回路構成は、給電ト
ランスの電圧を所望の電圧値に昇圧し、且つ、負荷の変
動に応じて出力電圧の変動が許容される場合に適用され
る。組み合わせNo１０は、図２の直並列共振回路と図３
の全波整流器を用い、定電圧制御部として図６の昇圧チ
ョッパを用いた場合である。このような回路構成は、負
荷の変動に対して一定の出力電圧を得る場合に適用され
る。

【００５２】組み合わせNo１１は、図２の直並列共振回
路と図４の倍電圧整流器を用い、定電圧制御部を用いな
い場合である。このような回路構成は、給電トランスの
電圧を２倍の電圧値に昇圧し、且つ、負荷の変動に応じ
て出力電圧の変動が許容される場合に適用される。組み
合わせNo１２は、図２の直並列共振回路と図５のコック
クロフト昇圧回路を用い、定電圧制御部として図６の昇
圧チョッパを用いた場合である。このような回路構成
は、給電トランスの電圧を所望の電圧値に昇圧し、且
つ、負荷の変動に対して一定の出力電圧を得る場合に適
用される。

【００５３】以上述べた実施の形態は本発明を説明する
ための一例であり、本発明は、上記の実施の形態に限定
されるものではなく、発明の要旨の範囲で種々の変形が
可能である。例えば、整流器を電圧源とした定電圧制御
回路の構成は、上述のような昇圧チョッパに限ることは
なく、例えは、回路に直列にスイッチング素子を用いた
チョッパ回路やドロッパ回路などを用いてもよい。尚、
このような回路構成の場合は、昇圧作用は行わないが定
電圧制御については行うことはできる。その他、一般に
知られている入力部が電圧源の定電圧制御回路ならどの
ような制御回路を用いてもよい。

【００５４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の非接触給
電装置によれば、直列共振回路または直並列共振回路を
用いることによって、出力段の定電圧制御部がオープン
故障して無負荷状態となっても、出力電圧が過電圧とな
ることはない。したがって、過電圧保護回路や過電流保
護回路を設ける必要がないので、非接触給電装置全体の
故障率も低下し、且つ、装置のコストを低減することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の実施の形態における非接触給
電装置の回路構成を示すブロック図である。

【図２】 本発明の第２の実施の形態における非接触給
電装置の回路構成を示すブロック図である。

【図３】 本発明の非接触給電装置において、整流部を
全波整流器とした場合の回路構成を示すブロック図であ
る。

【図４】 本発明の非接触給電装置において、整流部を
倍電圧整流器とした場合の回路構成を示すブロック図で
ある。

【図５】 本発明の非接触給電装置において、整流部を
コッククロフト昇圧回路とした場合の回路構成を示すブ
ロック図である。

【図６】 本発明の非接触給電装置において、定電圧制
御部を昇圧チョッパとした場合の回路構成を示すブロッ
ク図である。

【図７】 本発明の非接触給電装置が適用される回路構
成を組み合わせた図表である。

【図８】 従来の非接触給電装置の構成を示す回路図で
ある。

【図９】 非接触給電装置における給電線とピックアッ
プを示す斜視図である。

【図１０】 図９に示すピックアップのＩ−Ｉ’断面図
である。

【図１１】 非接触給電装置の等価回路を示す回路図で
ある。

【図１２】 非接触給電装置の出力特性を示す図であ
る。

【図１３】 図８に示す従来の非接触給電装置の回路を
簡略化したブロック図である。

【符号の説明】

１、１１、２１、３１、４１、５１ 高周波電源 ２、１２、２２、３２、４２、５２ １次給電線 ３、１３、２３、３３、４３、５３ 給電トランス ３ｓ、１３ｓ ２次巻線 ４、１４ａ、１４ｂ コンデンサ ５、１５、５５ 整流部 ６、１６、２６、３６、４６ 定電圧制御部 ７、１７、２７、３７、４７、５７ 負荷 ８ 直列共振回路 １８ 直並列共振回路 ２５ 全波整流器 ２８、３８、４８、５８ 共振回路 ３５ 倍電圧整流器 ４５ コッククロフト昇圧回路 ５６ 昇圧チョッパ Ｑ５ スイッチング素子 Ｌ５ インダクタンス Ｄ５ ダイオード Ｃ５ コンデンサ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 １次給電線に供給される電力を非接触で
   負荷へ伝達する非接触給電装置において、 前記１次給電線と２次巻線とを磁気結合して電力の伝達
   を行う給電トランスと、 前記給電トランスのインダクタンスと該給電トランスの
   ２次巻線に直列に接続されたコンデンサとによって形成
   された直列共振回路と、 前記直列共振回路から出力される電圧を整流する整流手
   段とを備えたことを特徴とする非接触給電装置。
2. 【請求項２】 １次給電線に供給される電力を非接触で
   負荷へ伝達する非接触給電装置において、 前記１次給電線と２次巻線とを磁気結合して電力の伝達
   を行う給電トランスと、 前記給電トランスのインダクタンスと該給電トランスの
   ２次巻線に直列及び並列に接続された各コンデンサとに
   よって形成された直並列共振回路と、 前記直並列共振回路から出力される電圧を整流する整流
   手段とを備えたことを特徴とする非接触給電装置。
3. 【請求項３】 前記整流手段の出力側には、出力電圧を
   定電圧に制御するための定電圧制御手段が設けられてい
   ることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の非
   接触給電装置。
4. 【請求項４】 前記整流手段は、全波整流器または倍電
   圧整流器またはコッククロフト昇圧回路の何れかである
   ことを特徴とする請求項１〜請求項３の何れかに記載の
   非接触給電装置。
5. 【請求項５】 前記定電圧制御手段は昇圧チョッパ回路
   であることを特徴とする請求項３または請求項４の何れ
   かに記載の非接触給電装置。
6. 【請求項６】 前記直並列共振回路及び前記直列共振回
   路の共振周波数は前記１次給電線に流れる高周波電流と
   ほぼ同一の周波数であることを特徴とする請求項１〜請
   求項５の何れかに記載の非接触給電装置。