JP2018074056A

JP2018074056A - 電力伝送装置

Info

Publication number: JP2018074056A
Application number: JP2016214433A
Authority: JP
Inventors: 亮輔岡嶋; Ryosuke Okajima
Original assignee: Oi Electric Co Ltd
Current assignee: Oi Electric Co Ltd
Priority date: 2016-11-01
Filing date: 2016-11-01
Publication date: 2018-05-10

Abstract

【課題】配線接続によらずにケーブルから電力を取得する装置からの放射電磁波を抑制することを目的とする。【解決手段】電力伝送装置は、第１導線１４および第２導線１６を撚り合わせて構成されたツイステッドペアケーブル１２と、ツイステッドペアケーブル１２に電力を供給する給電部としての電力発生回路１０とを備える。また、第１導線１４および第２導線１６が交差する複数の交差位置２６のうち、隣接する２つの交差位置２６に挟まれた非交差区間２８のうちいずれかにおける一方の導線に設けられた集電部を備える。集電部は、磁性体コア１８、コイル２０および集電回路２２を備え、ツイステッドペアケーブル１２から電力を取得する。【選択図】図１

Description

本発明は、電力伝送装置に関し、特に、配線接続によらずにケーブルから電力を取得する装置に関する。

道路や鉄道レール等、線状に伸びる経路に沿った任意の位置で電力供給をする装置につき研究開発が広く行われている。このような装置として、電力伝送用のケーブルに沿った位置にある受電装置に電力を供給する非接触給電装置がある。

例えば、特許文献１に記載されている非接触電力伝送システムでは、電力伝送用のケーブルとして平衡線路が用いられている。平衡線路の周りに生じた磁界によって、平衡線路の近傍に配置されたコイルに誘導起電力を発生させ、コイルから負荷に電力が供給される。このようなシステムによれば、鉄道車両等、レールに沿って移動する移動体に対し、レールに沿って設けられた平衡線路から電力を供給することができる。また、道路の一定区間に平衡線路を設けることで、その一定区間内にある受電装置に電力を供給することができる。

特開２０１４−１８３６８８号公報

電力伝送用のケーブルを用いた非接触給電装置では、ケーブルから電磁波が放射され、この電磁波が周囲の電気機器の動作に影響を与えることがある。

本発明は、配線接続によらずにケーブルから電力を取得する電力伝送装置からの放射電磁波を抑制することを目的とする。

本発明は、２本の導線を撚り合わせて構成されたツイステッドペアケーブルと、前記ツイステッドペアケーブルに電力を供給する給電部と、前記２本の導線が交差する複数の位置のうち、隣接する２つの位置に挟まれた区間における一方または両方の導線に設けられ、前記ツイステッドペアケーブルから配線接続によらず電力を取得する集電部と、を備えることを特徴とする。

望ましくは、前記集電部は、環状に形成され前記導線の周りを囲む磁性体と、前記磁性体が形成する環状路の周囲に巻かれたコイル導線と、を備える。

本発明によれば、配線接続によらずにケーブルから電力を取得する電力伝送装置からの放射電磁波を抑制することができる。

第１実施形態に係る電力伝送装置を模式的に示す図である。第１実施形態に係る電力伝送装置の変形例を模式的に示す図である。第２実施形態に係る電力伝送装置を模式的に示す図である。第２実施形態に係る電力伝送装置の変形例を模式的に示す図である。磁性体コアの構成例を示す図である。

図１には、本発明の第１実施形態に係る電力伝送装置が模式的に示されている。電力伝送装置は、電力発生回路１０、ツイステッドペアケーブル１２、磁性体コア１８、コイル２０、および集電回路２２を備える。ツイステッドペアケーブル１２は、第１導線１４および第２導線１６を撚り合わせたものである。すなわち、第１導線１４および第２導線１６は、互いに巻き付き合い螺旋を描きながら延伸する。

図１に模式的に示されているツイステッドペアケーブル１２では、左から右に進むに従って、第１導線１４が第２導線１６よりも手前側、第１導線１４が第２導線１６よりも奥側、第１導線１４が第２導線１６よりも手前側、・・・・・というように、第１導線１４および第２導線１６が交互に手前側に現れるように、第１導線１４および第２導線１６が交差している。

第１導線１４および第２導線１６のそれぞれの一端は、電力発生回路１０に接続されている。第１導線１４および第２導線１６は他端側で短絡されている。

ツイステッドペアケーブル１２では、第１導線１４および第２導線１６が交差する複数の位置が１列に配列されている。ここで、第１導線１４および第２導線１６が交差する位置とは、ツイステッドペアケーブル１２を長手方向に垂直な方向から眺めた場合に、一方の導線が他方の導線に隠れる位置をいう。ツイステッドペアケーブル１２では、隣接する２つの交差位置２６に挟まれる非交差区間２８が長手方向に連なって配列されている。複数の非交差区間２８のうちの１つである給電区間３０においては、一方の導線に磁性体コア１８が設けられている。磁性体コア１８が設けられる非交差区間２８である給電区間３０は、他の非交差区間２８よりも長くてもよい。すなわち、隣接する２つの交差位置２６の間隔が最も長い非交差区間２８に磁性体コア１８が設けられてもよい。

磁性体コア１８は環状に形成された磁性体であり、図１に示された例では磁性体コア１８は第２導線１６に貫かれている。磁性体には、例えば、フェライト、ケイ素鋼板、パーマロイがある。

磁性体コア１８にはコイル２０が設けられている。コイル２０は、磁性体コア１８の環状路に巻き付けられたコイル導線によって形成されている。すなわち、環形状を描く磁性体の経路の周りにコイル導線が巻き付けらている。コイル導線の両端は集電回路２２に接続されている。

次に、電力伝送装置の動作について説明する。電力発生回路１０は、ツイステッドペアケーブル１２に交流電圧を印加する。これによって、ツイステッドペアケーブル１２を構成する第１導線１４および第２導線１６には、互いに逆方向の電流が流れる。

第２導線１６に流れる電流によって、磁性体コア１８には、その環状路に沿った磁束が発生する。この磁束は磁性体の性質によって磁性体コア１８内に集中する。磁性体コア１８に発生した磁束によって、コイル２０には誘導起電力が発生し、その誘導起電力が集電回路２２に印加される。集電回路２２は、例えば、交流電圧を直流電圧に変換し、出力電圧としての直流電圧を保持する整流回路を備えている。集電回路２２は、交流電圧である誘導起電力を直流電圧に変換し、負荷回路２４に出力する。負荷回路２４には、集電回路２２から出力された電圧に応じた電流が流れ、負荷回路２４に電力が供給される。コイル２０には、負荷回路２４で消費された電力に応じた電流が流れる。

このように、本実施形態に係る電力伝送装置は、第１導線１４および第２導線１６を撚り合わせて構成されたツイステッドペアケーブル１２と、ツイステッドペアケーブル１２に電力を供給する給電部としての電力発生回路１０とを備える。また、第１導線１４および第２導線１６が交差する複数の交差位置２６のうち、隣接する２つの交差位置２６に挟まれた非交差区間２８のうちいずれかにおける一方の導線に設けられ、ツイステッドペアケーブル１２から電力を取得する集電部として、磁性体コア１８、コイル２０および集電回路２２を備える。

ツイステッドペアケーブル１２を構成する第１導線１４および第２導線１６は、互いに巻き付き合い螺旋を描きながら延伸する。第１導線１４に流れる電流と、第２導線１６に流れる電流は互いに逆方向に流れる。したがって、第１導線１４に流れる電流によって第１導線１４の周りに現れる電磁界と、第２導線１６に流れる電流によって第２導線１６の周りに現れる電磁界は互いに抑制し合う。これによって、電力伝送装置から放射される電磁界が抑制される。

上記では、磁性体コア１８に第２導線１６が１回だけ貫通する構成について説明した。図２に示されているように、第２導線１６は磁性体コア１８の環状路に複数回に亘って巻き付けられてもよい。図２に示されている例では、第２導線１６は、磁性体コア１８の穴を右から左へ通り抜け、磁性体コア１８の環状路の周りを時計回りに２周して、磁性体コア１８の左側に至っている。このような構成によれば、第２導線１６の磁性体コア１８への巻き数を調整することで、磁性体コア１８に発生する磁束が調整され、負荷回路２４に供給される電力が調整される。

図３には第２実施形態に係る電力伝送装置が示されている。この実施形態では、給電区間３０における第１導線１４および第２導線１６の両方に磁性体コアが設けられている。磁性体コア１８−１は第１導線１４に貫かれている。磁性体コア１８−１にはコイル２０−１が設けられている。コイル２０−１を形成するコイル導線の両端は集電回路２２−１に接続されている。同様に、磁性体コア１８−２は第２導線１６に貫かれている。磁性体コア１８−２にはコイル２０−２が設けられている。コイル２０−２を形成するコイル導線の両端は集電回路２２−２に接続されている。

集電回路２２−１の一対の出力端子と、集電回路２２−２の一対の出力端子は、並列に負荷回路２４に接続されている。すなわち、集電回路２２−１および集電回路２２−２のそれぞれの正極出力端子Ｐが共通に負荷回路２４の一方の端子に接続され、集電回路２２−１および集電回路２２−２のそれぞれの負極出力端子Ｎが共通に負荷回路２４の他方の端子に接続されている。

図１に示された電力伝送装置と同様の動作によって、コイル２０−１およびコイル２０−２には誘導起電力が発生し、その誘導起電力がそれぞれ集電回路２２−１および集電回路２２−２に印加される。集電回路２２−１および集電回路２２−２は誘導起電力を直流電圧に変換し、その直流電圧を並列に負荷回路２４に出力する。負荷回路２４には、集電回路２２−１および集電回路２２−２から出力された電圧に応じた電流が流れ、負荷回路２４に電力が供給される。

図３に示された電力伝送装置によれば、負荷回路２４の入力インピーダンスが適切である場合には、負荷回路２４に供給することができる電流が図１に示された電力伝送装置に比べて大きくなり、負荷回路２４に供給される電力が大きくなる。

なお、図４に示されているように、集電回路２２−１の一対の出力端子と、集電回路２２−２の一対の出力端子は、直列に接続されてもよい。この回路構成では、集電回路２２−２の正極出力端子Ｐは、集電回路２２−１の負極出力端子Ｎに接続されている。集電回路２２−１の正極出力端子Ｐおよび集電回路２２−２の負極出力端子Ｎは、負荷回路２４に接続されている。

図４に示された電力伝送装置によれば、負荷回路２４の入力インピーダンスが適切である場合には、負荷回路２４に供給することができる電圧が図１に示された電力伝送装置に比べて大きくなり、負荷回路２４に供給される電力が大きくなる。

図５（ａ）および（ｂ）には、磁性体コア１８の構成例が示されている。図５（ａ）に示されているように、磁性体コア１８は、第１弧形状コア１８ａ、第２弧形状コア１８ｂ、および蝶番３２を備える。第１弧形状コア１８ａおよび第２弧形状コア１８ｂのそれぞれは、磁性体コア１８を切断して得られる形状を有する。すなわち、第１弧形状コア１８ａおよび第２弧形状コア１８ｂのそれぞれは、弧形状（Ｃ字形状）に形成されている。図５に示されている例では、第２弧形状コア１８ｂにコイル導線３４が巻き付けられ、第２弧形状コア１８ｂにコイル２０が設けられている。第１弧形状コア１８ａおよび第２弧形状コア１８ｂのそれぞれの一端は、蝶番３２によって接続されている。第１弧形状コア１８ａおよび第２弧形状コア１８ｂは蝶番３２を支点として揺動自在であり、これらの間は開閉自在となっている。第１弧形状コア１８ａの両端と、第２弧形状コア１８ｂの両端が接触することで、磁性体コア１８が形成される。

図５（ａ）に示されているように、第１弧形状コア１８ａおよび第２弧形状コア１８ｂの一端側が開いた状態で、これらの弧形状コアの間に第２導線１６が受け入れられる。その状態で第１弧形状コア１８ａおよび第２弧形状コア１８ｂが閉じられると、磁性体コア１８が形成され、磁性体コア１８に第２導線１６が貫通した状態が形成される。

このような構成によれば、ツイステッドペアケーブル１２を切断加工することなく、ツイステッドペアケーブル１２に磁性体コア１８が取り付けられる。

上記では、ツイステッドペアケーブル１２を構成する第１導線１４および第２導線１６の終端を短絡した実施形態について説明した。第１導線１４の終端と第２導線１６の終端との間には、容量性素子、誘導性素子または抵抗素子を接続してもよい。また、第１導線１４の終端と第２導線１６の終端との間は開放されてもよい。集電回路２２で取得される電力は、電力発生回路１０がツイステッドペアケーブル１２に出力する交流電圧の周波数と、ツイステッドペアケーブル１２の終端の状態に応じて変化する。このことを利用して、特定の位置にある集電回路２２で取得される電力を制御してもよい。すなわち、電力発生回路１０がツイステッドペアケーブル１２に出力する交流電圧の周波数を調整すること、または、ツイステッドペアケーブル１２の終端に接続される素子のインピーダンスを調整することで、集電回路２２で取得される電力を制御してもよい。

また、上記では、ツイステッドペアケーブル１２に１つの給電区間３０が設けられた構成について説明した。ツイステッドペアケーブル１２には複数の給電区間が設けられてもよい。この場合、各給電区間に集電部、すなわち、磁性体コア１８、コイル２０、および集電回路２２が設けられ、各集電部から負荷回路２４に電力が供給される。

本発明に係る電力伝送装置は、例えば、道路の一定区間で電力を供給するシステムに用いられる。例えば、トンネルの延伸方向に沿ってツイステッドペアケーブルを設け、ツイステッドペアケーブルの複数の非交差区間を給電区間とする。給電区間に設けられた集電部には、例えば、負荷回路として照明装置が接続される。

また、本発明に係る電力伝送装置は、配線接続によって電力発生回路に負荷回路を接続するものではないため防水性に優れている。したがって、本発明に係る電力伝送装置は、水中で用いられる負荷回路に電力を供給する装置として用いてもよい。

１０電力発生回路、１２ツイステッドペアケーブル、１４第１導線、１６第２導線、１８，１８−１，１８−２磁性体コア、１８ａ第１弧形状コア、１８ｂ第２弧形状コア、２０，２０−１，２０−２コイル、２２，２２−１，２２−２集電回路、２４負荷回路、２６交差位置、２８非交差区間、３０給電区間、３２蝶番、３４コイル導線。

Claims

２本の導線を撚り合わせて構成されたツイステッドペアケーブルと、
前記ツイステッドペアケーブルに電力を供給する給電部と、
前記２本の導線が交差する複数の位置のうち、隣接する２つの位置に挟まれた区間における一方または両方の導線に設けられ、前記ツイステッドペアケーブルから配線接続によらず電力を取得する集電部と、
を備えることを特徴とする電力伝送装置。
請求項１に記載の電力伝送装置において、
前記集電部は、
環状に形成され前記導線の周りを囲む磁性体と、
前記磁性体が形成する環状路の周囲に巻かれたコイル導線と、
を備えることを特徴とする電力伝送装置。