JP2667054B2 - 誘導電力分配システム - Google Patents

誘導電力分配システム

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JP2667054B2 JP4504164A JP50416492A JP2667054B2 JP 2667054 B2 JP2667054 B2 JP 2667054B2 JP 4504164 A JP4504164 A JP 4504164A JP 50416492 A JP50416492 A JP 50416492A JP 2667054 B2 JP2667054 B2 JP 2667054B2
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Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 本発明は、電力を１つ以上の電気装置に無線誘導手段
を介して空間を越えて配電し送電することに関する。こ
れらの装置は大抵の場合、これらが位置する経路または
敷地に沿って配設する固定導体から少くとも相当の電力
を取り出し得る電力の移動可能または携帯可能な消費物
（車両、携帯用家電器具、電気工具、携帯用電気機械、
電池充電器または携帯用照明具の如きもの）である。本
発明は特に、上記のような固定導体が配設されている径
路に沿って移動中または停止する複数の車両の若干また
はそのすべてに誘導電力を配電する誘導電力伝送システ
ムに適用し得る。
背景技術 本発明は、多様な状況に適用できるが、その主要な適
用は、動力として電力を必要とする車両、特に電動車の
方面に期待し得る。
車両誘導技術は、自動倉庫やロボットやコンピュータ
制御組立ラインその他に於て重要なものとなっている。
電気的乗客輸送は多年広く使用されているが、通常の架
空導線は、美観、危険、価格、敷設、保守に問題があ
り、さらに、車両に設けられている集電器（パンタグラ
フまたは炭素保安器等）はしばしば架空導線より外れて
他の交通を混乱さすという問題がある。また、このよう
な架空導線に接続された車両は互いに追い越すことがで
きない。また。ワイピング接点は、汚れると、十分に動
作しなくなる傾向がある。
誘導電力伝送は、火花の危険または不完全接触に関連
する機械的問題を排除することにより、パンタグラフや
ブラン接触装置に対しては魅力ある代替品を提供するよ
うに思われる。しかしながら、先行技術としては電気車
両への実用化を提案したものはない。
先行技術 19世紀には、電気（電信）信号を走行鉄道車両等から
線路側の導体へ誘導伝達することに関して多数の特許が
米国で公告されたが、これらの特許は有効な量のエネル
ギーの伝達に関するものではなかった。また、高電圧の
容量性手段によって電力を伝達するものに関する特許さ
えもあった（TESLA米国特許第514,972号）。上記の誘導
伝達に関連する唯一の歴史的特許は1894年のHUTINとLeB
LANCの特許（米国特許第527,857号）で、約3KHzの交流
を用いる誘導が提案されている。さらに最近では1974年
のOTTOの理論的仕事（ニュージランド特許第167,422
号）では、バスのような車両用に、４〜10KHzの範囲で
動作する直列共振二次巻線を用いることが提案された。
発明の目的 本発明の目的は、電力の分配と伝達用の改良システム
を提供し、または少くとも公衆に有用な選択性を与える
ことである。
本発明の説明 一つの態様において、本発明はつぎの構成よりなる誘
導配電システムを提供するもので、これは、 電源と、 該電源に接続された一次導電経路と、 該一次導電経路と最適に組み合わされて使用される一
つ以上の電気装置と、 該装置またはその各々であって、前記一次導電経路か
ら発生される磁界から少くとも相当の電力を取り出し得
るものと、 前記装置またはその各々であって、ピックアップ共振
振動数を有する共振回路を形成する少くとも一つのピッ
クアップコイルと、前記ピックアップコイルに誘導され
る電力により駆動可能な少くとも一つの出力負荷とを有
するものとからなる誘導電力配電システムにおいて、 前記装置が前記一次導電経路に、減少した負荷を与え
るようなことのないようにするための手段が設けられて
いることを特徴とするものである。
本発明の一形式において、前記装置またはその各々が
前記一次導電経路に低減負荷を存在させることを未然に
防止する手段は、前記出力負荷を所定の閾値以上に維持
する手段よりなる。
本発明のさらに好ましい一つの形式において、前記装
置またはその各々が前記一次導電経路に低減負荷を存在
させることを未然に防止する手段は、前記導電経路から
ピックアップコイルへ伝達される電力を変更する手段よ
りなる。
該一つ以上の電気装置は移動用または携帯用装置であ
ることが好ましい。
本発明の随意の形式の一つにおいて、前記出力負荷
は、一つ以上のバッテリに給電するバッテリ充電器より
なる。
本発明の最も好ましい形式の一つにおいて、本発明は
一次導電経路に沿って移動し得る一台以上の車両に関す
るものである。
他の態様において、本発明は、電源と、該電源に接続
される一次導電経路と、該一次導電経路と最適に組み合
わされて使用される一台以上の車両であって、前記一次
導電経路から発生される磁界から少くとも相当の電力を
取り出すことができ、ピックアップ共振振動数を有する
共振回路を形成する少くとも一つのピックアップコイ
ル、および前記ピックアップコイルに誘起する電力によ
り駆動可能な少くとも一つの電動機を有するものとから
成る誘導電力伝達システムであって、前記一次導電経路
からピックアップコイルへ伝達される電力を制御する手
段があることを特徴とするシステムを提供する。
好ましくは、前記一次導電経路は一次共振回路よりな
る。
好ましくは、該伝達システムは、交流が供給される、
一対の離隔してほぼ平行な導体との電磁結合によって得
られる電力を、前記一対の平行導体に沿って走行するこ
とができる車両上のピックアップコイルに供給する手段
を提供し、ここで前記ピックアップコイルは前記平行導
体からピックアップコイルへ伝達される交流電力を最大
にすべく同調される。
その他の態様において、本発明は、交流が供給される
一対の離隔したほぼ平行な導体から、該一対の平行導体
に沿って走行することができる車両のピックアップコイ
ルに誘導電力を供給する手段を提供し、ここで前記ピッ
クアップコイルは該平行導体からピックアップコイルへ
伝達される交流電力を最大にすべく同調されるとともに
該車両上に任意に第二の遮蔽絶縁コイルが該一対の平行
導体とピックアップコイルとの間に設けられる。
好ましくは、スイッチを該遮蔽コイル上に設けて、も
し該スイッチを投入すると該絶縁コイルは短絡すること
ができて、該一対の平行導体と該ピックアップコイルと
の間の結合度合を疎にすることができる。
これに代わるものとして、スイッチを主ピックアップ
コイル上に設けて、共振電流を主ピックアップコイル中
に流さしめたりまたは流れるのを防止してもよい。好ま
しい配置では、スイッチはピックアップコイル内のコン
デンサと並列であって、従ってもしスイッチが投入され
るとコンデンサは短絡し得るのでピックアップコイルが
確定され、電力結合の度合を疎にする。この実施態様よ
りも好ましさの劣るさらに別の実施態様では、上記スイ
ッチは該コンデンサと直列になり得て該スイッチが開放
されると該共振回路が遮断される。
さらに他の態様においては、本発明は電流／電圧比を
適正にするとともに、独特の該固定一次導体の構成およ
び配置を提供する。
特別の態様では、本発明は、比較的電磁放射がなく、
電気的に同調可能な共振DC−ACコンバータにより正弦波
交流形式の電力の発生を提供する。
さらに他の態様において、本発明は誘導原理と共振二
次巻線とによる前記一次導体から車両に有効量の電力を
供給する手段を提供する。
また他の態様では、本発明は高周波共振DC−AC電力コ
ンバータを提供する。
好ましくは、電源は、供給電力を50Hzと1MHzとの間の
公称周波数の交流に変換する手段よりなり、該変換手段
は共振負荷で使用するようになっている。さらに好まし
くは、公称周波数が1KHzと50KHzとの間にあり、かつ実
施例では一般的に最も好ましい周波数10KHzについて言
及する。
また別の態様においては、本発明は誘導ピックアップ
コイルから電力を変換することができる最大電力AC−DC
コンバータを提供する。
なお別の特別な態様においては、本発明は出力コイル
電圧を感知して平均コイル電圧が予めセットした閾値以
下である間は、電流の瞬間ドレーンを禁止する手段によ
り前記共振二次巻線から最大電力を伝達させる。
本発明の目下の応用は倉庫などのレールに基く貯蔵シ
ステムにおいて期待される。本発明を実施するシステム
は、従来のコンベヤベルトシステムに対する直接の競争
者と見なされるが、低価格や制御融通性および円滑な操
作といったいくつかの重要な利点を備えている。なお、
それには危険な移動ベルトがなく、かつ露出導体がな
く、その火花のない構造および全体が耐水密閉される可
能性のある危険な環境内の操作に適している。歩行通行
の多い所で安全に使用できる。本発明による貯蔵システ
ムは、レール上を走行する多数（場合によっては数百）
の自走車両よりなり、各車両は第１図に示すように、該
車両の傍に、 レールに平行に設けられた、高周波で励磁される導電
ループから誘導結合を介して車両用電力を取り出すので
ある。
車両以外への応用としては、通電中の電気導体に直接
接触することなく家庭用電気器具あるいは電気機械を励
磁することが必要な場合を含む。たとえば、これは写真
家のスタジオ内のライトスタンドあるいは手術用の階段
教室の装置のような携帯用物体を含み、ここでは該装置
を容易に持ち上げることができ、かつ、付属の電気コー
ドなしに即刻機能状態に置くことができるのが望まし
い。隠蔽した励磁用導電ループを設備したスイミングプ
ール内に照明を配置することができる。これらの応用で
はすべて安全が重要な課題である。
図面 次に本発明の好ましい実施例を附属図面に従って説明
する。
総括 図１は誘導電力を供給されるモノレールコンベアを示
す。
図２は直線レールを備えた貯蔵システムとして構成さ
れた本発明のいくつかの変形例の説明図である。
電源 図３は本発明の共振DC−AC電力コンバータの１例を示
す回路図である。
図４は本発明の共振DC−AC電力コンバータ用の限流制
御器の１例を示す回路図である。
図５は本発明の共振DC−AC電力コンバータ用の共振制
御器の１例を示す回路図である。
図６は本発明の電源または共振DC−AC電力コンバータ
の他の実施例の原理を示す回路図であって、この回路は
隔離出力を有する。
図７はDC−AC電力コンバータの共振周波数が電気指令
により如何にして変更されるかを示す。
軌道 図８は異なる長さの軌道を単一のインダクタンス、従
って単一の共振周波数に適合させる誘導同調手段を示す
略図である。
図９は図８のＡ−Ａ線による拡大横断面図である。
図10は車両とモノレールシステムの１次導体との関係
を示す。
車両 図11は本発明の最大電力AC−DCコンバータの原理を示
す回路図である。
図12は本発明の切替え式の電源とコイル制御器AC−DC
コンバータの制御回路を示す回路図である。
図13は本発明の最大電力AC−DCコンバータの制御回路
を示す回路図である。
図14は図12の回路を簡単にして示す回路図である。
図15は本発明の一実施例に使用するブラッシュレスDC
モータ駆動装置の原理を示す回路図である。
図16は送電線と同調ピックアップコイルとの説明図で
ある。
図17は前記送電線と同調回路との間の相互結合の説明
図である。
図18は相互結合の効果を示す説明略図である。
図19は附加短絡コイルの効果の説明図である。
図20は軌道に取り付ける制御配線の影響の説明図であ
る。
図21は軌道の１セクションに増加電力を与える手段の
説明図である。
図22は分岐軌道または他の補助設備に前記１次誘導ル
ープの電力から電力を与える手段の説明図である。
図23はピックアップコイルのコンデンサと並列のスイ
ッチの説明図である。
図24はピックアップコイルのコンデンサと直列のスイ
ッチの説明図である。
図25は相補型負荷回路の説明図である。
図26はバッテリの充電器の説明図である。
図27は白熱灯照明器具の説明図である。
図28は蛍光灯照明器具の説明図である。
好ましい実施例一般 本明細書に記述する新規な原理は多くの方法で適用で
き、共通して固定１次導体から空間を越えて１つ以上の
２次ピックアップコイルへ誘導電力転送を行い、その結
果、一般に、しかしいつも蓄電池なしとは限らずに電力
利用ができる。多くの適用は、車両への原動力の供給に
関するものであるが、照明、モータ駆動の他の形式、お
よびバッテリの充電も行う。
構成は、少くとも１つの共振または非共振１次回路よ
り成るものでもよい。各１次回路は細長いループの形式
の１対の平行導体より成り、または開路ループ内の単一
導体より成るものでもよい。大抵の場合、前記１次導体
は指定径路すなわち車両が使用する軌道に沿って連続し
て敷設すべきものであるが、（例えば路線バス停留所ご
とに１次導体を継続させる、というふうに）１次導体を
不連続なものにして、車両に蓄電池を搭載してもよい。
前記軌道は鉄道線路やコンベアベルトまたはモノレー
ルの如き有形構造より成るものでもよく、あるいは、道
路または床内に隠蔽した１つ以上の導体から放射する磁
界により使用する不可視径路であってもよい。
好ましい動作周波数は大体10〜50KHzの両域内にあ
る。これは特に使用可能な固体スイッチを原因とするい
ろんな制約、および導体の中を電流が流れるときに失わ
れる電気的エネルギーを原因とするいろんな制約を反映
している。しかし本発明による諸原理は50Hz〜1MHzのよ
うな甚だ広い範囲に適用できる。試作品は10KHzオーダ
の動作周波数を持ち且つ150〜500Wを使用可能な電力レ
ベルとして組み立てられた。この電力は500Vで供給さ
れ、長さ165メートルの軌道を励磁することができる。
２次ピックアップコイルは好ましくは共振するもの
で、且つ、特に変化する負荷の場合には出力調整手段か
最大電力変換装置か、あるいはさらに限流出力を有する
組合わせピックアップコイル分離装置を介して、負荷に
接続することが好ましい。これらは、軽負荷ピックアッ
プコイルがその位置を通って電力が伝達されるのを妨げ
る効果を持っているという理由で、共振と非共振１次導
体の両者に当てはまる。
電力レベルを引き上げることによって、ならびに車両
またはモータおよびモータ駆動回路の数をふやすことに
よって、本明細書に記載する新規な概念から逸脱するこ
となしに、上記よりもさらに大規模な設備を架設するこ
ともできる。使用し得る電圧に制約がある場合には、長
軌道を区分して多数の分離電源からそれぞれ給電される
ことが好ましい。図２にいくつかの例を示す。
好ましい実施例１ 第１の好ましい実施例として中間サイズの500W試作品
について詳述する。この試作品は、共振電流を搬送し、
切替え電源により励磁される１次ケーブルの傍の図１に
示すような片持梁式の軌道に沿って、１台の車両または
数台の同様な車両を走行させる車上誘導モータを使用す
るものである。本システムは大体165メートル以下の軌
道長さを有し、500Vオーダの供給電圧と60Aオーダの循
環共振電流を有している一方、全１次ケーブルは押出し
成形されたプラスチックケース内に密閉されてさらに絶
縁されている。かくしてこれは整流子火花がなく、鉱山
内のような爆発性雰囲気に対して使用可能である。
図１に於て、（1100）は片持梁式軌道で、これは、水
平な支持面（1101）と片側の溝の内部に設けられた１対
の平行導体（1102）と（1103）とを有するＩ断面アルミ
ニュームガーダである。（1104）は車両全体で、支持用
と駆動用車輪（1106）と（1107）および駆動モータ（11
05）とより形成され、車両用ピックアップコイルは前記
駆動モータ（1105）と導体（1102）と（1103）とを隣接
しているが、図示はされない（この詳細は例えば図10を
参照）。
図２により電力配電システムの実施例をいくつか説明
する。第１の実施例（2100）は２台の車両（2101）と
（2102）を走行させるシステムを示す。これら車両は、
フランジ付車輪により軌道（2103），（2104）上を走行
する。１次導体（2105），（2106）の出力および入力ル
ープは、一端がコンデンサ（2107）（これを設けるか設
けないかは随意であるが、軌道が比較的長距離にわたる
場合には設けることが好ましい。）に、他端がコンデン
サ（2108）に接続され、さらに高周波電源である外部原
動力により駆動される交流発電機（2109）に接続され
る。
第２形態（2200）は単一の車両（2201）を示す。この
形態は非共振である。その１次導体は数ターンのケーブ
ルより成っていてもよく、逓減変圧器（2203）を介して
切替電源（2202）から駆動される。１次導体（2204）内
の電流は非正弦波形とするのが適当である。
第３の実施例（2300）も単一の車両（2301）を示す。
この実施例は共振回路を用いる。コンデンサ（2303）と
絶縁変圧器（2304）の１次コイルの役目をするインダク
タンス（2304）より成る同調回路を含む切替え電源（23
02）から駆動される。この場合、循環電流が前記コンデ
ンサ（2303）に加えて前記変圧器（2304）内にも存在
し、従って、該変圧器は、前記共振回路に供給しまたは
取り出す有効電力に加えて１次導体（2305）内を循環す
る共振電力にも適用し得るVA定格を有する必要がある。
前記共振回路内を循環する電流は実質的に正弦波形であ
る。前記システムの１次インダクタはすべての交流電流
により駆動し得るが、すべての連想同調回路の平均共振
周波数で出力される正弦波電流を使用することが好まし
い。正弦波電流は高調波による無線周波放射を最少にす
ると共に循環電力の従属同調回路への転送の効率を増強
する。
第４の好ましい形態（2400）も単一車両について図示
する。この形態に於て、コンデンサ（2403）は１次イン
ダクタ（2405）の固有のインダクタンスと共に共振回路
を構成すると共に、電源（2402）のすべての他の構成要
素の定格は、供給電力に基づいてのみ定めるべきであっ
て、それよりも大きな共振電力に基づいて定める必要は
ない。前記共振回路内の電力は実質的に正弦波である。
図８のように異なる長さの設備の間で一定のインダクタ
ンスを維持するため、電源と軌道との間に追加の誘導子
を挿入してもよい。また付加キャパシタンスを長軌道の
軌道端に含ませてもよい。前記電源（2402）は軌道（24
05）とコンデンサ（2403）の共振周波数に追従する切替
え電源より成り、これは次章にて詳述する。
第５の形態は、終端コンデンサを省略する以外は第４
形態と似ている。この形態は価格を減少すべく短い軌道
長の設備に望ましい。
切替え電源または共振DC−ACコンバータによる高周波DC
−AC変換 出力特性 電力を走行車両へ渡す共振システムは、定格値の低い
構成要素のためにも高周波で運転するように作られる
が、周波数が上昇するにつれて、隣接する導体の渦電流
と表皮効果損失は、例えば分散されている１次導体内で
上昇する。この渦電流損失と表皮効果損失は効率を低下
させ、電磁干渉を生じる。現在入手可能な半導体がどの
ようなものであるかを考えれば、10KHzという動作周波
数は、これを只１つの可能な選択と考えるべきではない
が、理にかなった設計数字である。周波数は50KHzまで
上昇してもよいが、導体の表皮効果損失はこの周波数よ
り上で比較的重要なものとなる。ある場合には、特に航
空業界では、上記のような問題が（例えば空港の地上輸
送設備などについて）起こりさえしなければ、航法装置
または通信設備に対して滞在的に干渉波となり得る高調
波を生じないように、28.5kHzというような特殊な周波
数を選択してもよいわけであるが、400Hzの電力が工業
規格であるから、これを用いるのが好ましいかも知れな
い。動作電圧の上限は現今では、コンデンサの定格と半
導体の電圧制限との両者により実際には約600Vに制限さ
れている。
本装置の回路は、図３〜図７で説明しており、但し図
３〜図５は図２の（2402）に対応する実施例の詳細回路
である。また図６、図７は異なる実施例の説明図であ
る。
図３に於て、（3100）はDC電源を示し、この場合、逓
降変圧器（3105）を介して400V主電源から給電される三
相ブリッジ整流器を示す。該変圧器は、１次導体を電源
から電気的に隔離する役目もする。（3L1）と（3L2）と
は入力の力率を改善すると共に、高周波セクション（31
03）からの伝導妨害に対する保安器の役目をする。（31
01）は電力変換器（3Q3）を含むソフトスタート装置で
あり、さらに（3102）は、従来通り限流制御器（3107）
によって制御されるダイオード（3106）および誘電子
（3L3）、ならびに電源（3108）を含むコンバータであ
る。LEM装置は供給されたDC電流を感知する。
本システムの１次共振回路は、コンデンサ3C2（これ
は図７に示す通り周波数調節用の補助コンデンサを含ん
でいてもよい）と、誘導電力配電用の１次導体と、追加
の構成要素として設けることのできるインダクタンスか
ら成る。これらの構成要素のインダクタンスの総量は13
3マイクロヘンリーであることが好ましい。60Aオーダの
循環共振電流は通常前記１次インダクタと電源への接続
点と（3C2）とだけを流れ、（3L4）（ここでは数ミリア
ンペアのAC電流のみが使用中に測定された）には流れな
いので、この位相分割用変圧器はエアーギャップなしで
構成してもよい。またこれは追加電力のDC成分以上は搬
送しないので比較的小型にすることができる。共振電流
は、切替トランジスタ（3Q1）と（3Q2）のいずれも流れ
ない。但し、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（IGB
T）は軌道の短絡のような故障の初期状態に於ける過渡
電流としての循環エネルギーを吸収し得る。
前記コンバータは１次電力を扱う要素として１対の手
動式オン／オフスイッチを含んでいるが、共振またはタ
ンク回路へ接続されていることからも明らかなように、
実際にはこのコンバータは正弦波交流出力を有するDC−
ACコンバータである。これは（入力（301），（302）に
よって検出される）コンデンサ電圧が０の時に、低イン
ピーダンスの状態から高インピーダンスの状態へ相補的
にトランジスタ（3Q1）と（3Q2）とを切替えることによ
り共振電流を維持する。特別な運転開始や特別な電力低
下の場合を除いては、前記切替えコンバータは共振電流
に特別な周波数（装置の物理的特性によって定まる上限
周波数を除き）をもたせるようなことをしない。これは
単に、回路の固有リンギング周波数で動作する従属駆動
回路にすぎない。
動作開始と電力低下状態は、制御回路用の電源の予備
充電量が、主電源のそれを十分に上回るようにすること
によって管理される。従って、軌道内に共振電力が存在
する前後に、かつ共振電力制御器が、それ自身が持って
いる計時機構の動作に基づいて10KHzのパルスを出力す
る時に、上記の各種制御装置は機能する。
軌道上の負荷は、動作周波数を設計周波数から大きく
偏位させ、それによって誘導結合の有効性を減少させる
ことになるので、動作中の共振周波数を同調させるため
の手段を図７に示すように設けてもよい。主スイッチン
グトランジスタを（7S1）（7S2）により示す。一連の対
をなして且つ好ましくは整合をとったコンデンサを（7C
a），（Ca′），（Cb），（Cb′）および（Cc），（C
c′）で示し、これは付属のソリッドステイトスイッチ
（7S20），（S20′），（S21），（S21′）および（S2
2）（S22′）に印加する制御信号により瞬間的に回路へ
挿入したり、回路から切離したりすることができる。明
らかに、これらの機器は循環電流の一部分を搬送するも
ので適当な熱吸収器を持たなければならず、且つ適当な
電圧定格を持つ必要がある。尚、図８に、設備時に共振
回路を調整するに適した誘導同調配置を示す。
図４に限流制御器を示す。下部（4102）はソフトスタ
ート部であって、限流部は（4101）である。このソフト
スタート部に於ては抵抗器（4R11）とコンデンサ（4C
4）とが時間遅延を設定する。第１コンパレータ（410
3）は、通電を開始した後、（4C4）の充電電荷が、この
コンデンサのマイナス側の電極に印加されている10Vの
基準電圧を超過する瞬間を決定する。（4103）の出力は
図３の装置（3Q3）と一致するゲート（4Q3）に印加され
る。また上部（4101）は、電流感知装置“LEM"からの信
号を入力して増幅し、この信号は約５ボルトの閾値で判
断するコンパレータ（4104）へ出力され、コンパレータ
（4105）と（4104）とのOR出力によりヒステリシスが与
えられるように修整される。また第４コンパレータ（41
06）は前記出力を反転して、大きな電流の流れないよう
に、抵抗器（4R15）を介して図３のトランジスタ（3Q
4）のゲートへ印加するためのトランジスタ（4Q1），
（4Q2）の駆動回路に印加する。
図５に於て、（5100）はインダクタ内の共振電流によ
り生じた電圧の検出用セクションを表わす。このセクシ
ョンは、２つの入力端子にそれぞれ逆位相の電圧が供給
される（LM319）コンパレータの1/2より成り、従ってそ
の出力は、プラス側の入力端子に加えた電圧にマイナス
側の入力端子に加えた電圧の逆相成分を加算したものを
反映している。（5101）は共振コンデンサ電圧の振幅を
決定するためのセクションであり、かつ、（例えばスタ
ートアップ時のように）振幅が小さい段階では、設計中
心周波数で内部発生するパルスをセクション（5102）か
ら供給することを可能にするためのセクションを示す。
入力信号はダイオード（D3），（D2）により整流されて
基準電圧と比較される。もし検出ACが小さすぎると、内
部クロック（5102）すなわち２進除数を扱う簡単な小型
可変RC発振器が作動する。セクション（5103）は、相補
的な位相リンク電流によって１対のゲートドライブ装置
ICL（7667）を駆動するゲートである。このゲートドラ
イブ装置は、電力スイッチング・トランジスタすなわち
一般にIGBT装置と呼ばれているもの（図３の（Q1），
（Q2））を制御する。
１次インダクタケーブル−同調 １次共振回路の誘導部として実際の軌道を使用する場
合には、例えば車両のようなモジュールのためのものと
して好ましい共振周波数があるので、軌道の共振周波数
は実質的に設備間では一定となるべきことが要求され
る。133マイクロヘンリのインダクタンス値は実際の軌
道の長さに無関係であることが好ましい。図8,図９は軌
道を特定の共振周波数に同調させるシステムを示す。異
なる軌道の長さに影響されないようにするために一組の
個別部品としての、またはモジュール構造のインダクタ
ンス（8100）を電源側（8101），（8103）と軌道側（81
02），（8104）との間に設ける。これらのインダクタン
スのおのおのは、ギャップを有する環状のフェライトコ
ア（9105）であり、磁気飽和を避けるために低透磁率の
コアであることが好ましい。このような環状フェライト
コアは厚さ40mm、内径20mmおよび外径60mmであることが
好ましく、エアギャップ（9106）は0.67mmであることが
好ましい。（（9108）は支持板である。）個々の環状フ
ェライトコアは、１つの導体（9107）の回りに設けられ
ると、軌道1mと実質的に同じインダクタンスを示す。設
置するときに軌道長さを測定して165m以下であれば、軌
道長の不足分１メータ当り１つの環状フェライトコアに
リッツ線を通すことにより軌道インダクタンスを上昇せ
しめる。動作時に実際の共振周波数を測定し、且つ共振
周波数をその目標値に微細に同調させるために、環状フ
ェライトコアを追加したり、その数を減らしたりする。
１次誘導ループは60Aオーダの10KHzの周波数の大循環
交流を搬送してもよい。この高周波電流から放射される
誘導エネルギー（磁界）は前記導体内特に磁界内の強磁
性材料内に渦電流を生ずる傾向がある。前記１次ループ
は前記移動車両が使用する径路に沿って配電に使用する
もので、表皮効果を減少し且つ特に隣接導体の渦電流損
失を減少するために、多重の細い絶縁ワイヤ（一般にリ
ッツ線として知られる）より成るケーブルから、それぞ
れ成ることが好ましい。市販のリッツ線の好ましい１つ
のタイプは大体13mmの直径内に40ゲージエナメル銅線の
撚線約10,240本より形成される。リッツ線に代るものと
して、多重絶縁導体を有するタイプの電話ケーブルを使
用してもよい。各ケーブル間の間隔は妥協の産物として
定まるものである。もしこれが密接すぎるとその磁界は
互に打消し合い、車両のピックアップコイルとの結合が
不良となる。反対に、これらが離れすぎると、軌道イン
ダクタンスは大きく上昇して大駆動電圧が必要となり、
且つ車両のピックアップコイルに、磁界によってまだ鎖
交されていない電流が流れる橋かけ部分が生ずるので、
ピックアップコイル損失が不必要に高くなるものであ
る。装置の定格により決定される600Vという実際の限界
内では、約200mの軌道を60Aで駆動する。この長さは、
図２の（2100）と（2400）に図示するように、前記ケー
ブル内に第２の直列のコンデンサを配置して、無効電力
の発生を極力抑えることにより、およそ２倍にすること
ができる。
リッツ線（9110）と（9111）は、図９に断面を示す如
く杯状断面を持ったプラスチック押出品より成るダクト
内に収容してもよい。
図10は、本実施例の実際の１次−空間−２次の関係を
断面で示し、本図のスケールは、フェライト製のＥビー
ム（10102）の背面に沿って約120mmである。且つ図１の
片持梁モノレールもこの断面を基礎としている。
（10100）は、その代表的なものはＩ形断面形状のア
ルミニウム押出品であるところの強固な支持部材（1010
1）の組合せで車輪が走行できる上部に荷重支持面を有
する。側面（10104）は延長部（10106），（10107）に
より支持部材の取付けに適するようになっており、側面
（10105）は１次導体用の支持部材を支えるようになっ
ている。また（10110）と（10111）とは、好ましくは、
リッツ線の２本の平行１次導体である。これらは図９に
関して示すように、隔離絶縁体（10112）と（10113）の
ダクト内に支持される。
全ての材料はプラスチックのように非導電性かアルミ
ニウムのように非鉄金属であることが好ましい。もし鉄
材料が１つ以上の１次導体かまたは車両の２次ピックア
ップコイルに隣接して位置しなければならないときは、
数ミリメータの深さのアルミニウム被覆によりこの鉄材
料をしゃ蔽することが有利であることが分っており、こ
の結果として使用時発生する渦電流が磁束のそれ以上の
透過を防ぐ役目をし、従って鉄材料内のヒステリシスに
よるエネルギーロスを最少にする。
ピックアップコイルのフェライトコア（10102）は、
複数のフェライトブロックをＥ字形に重ね、中央の軸部
にプレート（10117）をボルトで固定したものである。
中央の軸部は好ましくは20mmの厚さで、且つピックアッ
プコイルの全長は模式的に260mmである。また、複数の
フェライトブロックのうちのどれか１つを積み重ねから
取り除いて２次コイルの空冷を考慮することが好まし
い。２次コイルには使用中に20Aの循環電流が流れるか
らである。ピックアップコイル（10115）は１つ以上の
任意の附属コイル（10116）と共にフェライトコアの中
央の軸部に巻回する。１次導体（10110）と（10111）か
らフェライトコアの中央の軸部への電磁結合は前記１次
導体がフェライトにより完全に囲まれているので、比較
的能率的である。
車両（図示せず）はフェライト（10102）の左側に存
在しており、変化する磁束は実質的にフェライト（1010
2）の内部に閉じこめられるので、車両をボルト等（た
とえ鋳鉄製でも）により直接フェライト（10102）に取
り付けてもよい。
ピックアップコイルは１台の車両に１つ以上存在する
が、これは１次誘導ループの設計周波数で共振する同調
回路より成る。好ましくは、該ピックアップコイルはフ
ェライト材より成るコアの中央脚を巻回する多数のリッ
ツ線より成り、該コアは誘導結合の効果を増大する磁束
集中機能を与える。共振電流は大電流であり、導体の巻
数も多いので、使用時にコイルの付近に高磁界を生じ
る。好ましくは、共振コンデンサ（共振周波数を調整す
るために附加コンデンサユニットを用意してもよい）を
コイルと並列接続し、コンデンサに整流手段（好ましく
は急速電力整流ダイオード）を接続し、整流手段を負荷
と直列に接続することである。さらに多くの電力を引き
出すことができるので高Ｑピックアップコイルを有する
ことが望ましいが、コイルのＱの増加はその大きさと価
格を増加する傾向があるのでその折衷案が必要である。
さらに、高Ｑピックアップコイルは動作周波数の小さな
変動に対する同調の問題を提起する。
巻数と、並列接続されるべき共振コンデンサとは、後
続の回路と最適の状態で整合をとるのに必要な電圧／電
流比を実現するように選択してもよい。図11に示す如
く、ピックアップコイル用のコアは１次ループからの磁
束の交差を最大にするよう位置している。
第２ピックアップコイルをフェライトコアに取り付け
て、主ピックアップコイルを磁束からしゃ蔽する減結合
手段として使用してもよい。その動作は制御器に関連し
て説明する（後述の「同調ピックアップコイルと動作特
性」参照）。
さらに補助ピックアップコイルを好ましくは前記主ピ
ックアップコイルと結合しない場所に設け、車上の電気
回路を別々に励磁してもよい。
スイッチモード電源の詳細−図12〜図14 スイッチモード制御器の簡単な略図を図14に示す。コ
イル同調コンデンサ（14112）の電圧は（14114）により
整流され、（14121）と（14122）とによりフィルタがか
けられてdc電圧を発生する。コンパレータ（14117）は
この電圧を監視し基準電圧（14118）と比較し、もし負
荷電力がピックアップコイルから出力できる最大電力よ
り小さいときはコンデンサ電圧が増加する。これにより
コンパレータにスイッチ（14113）を投入せしめて有効
にピックアップコイルを短絡する。ダイオード（1412
2）によりdc出力コンデンサの短絡を防止する。この作
用の結果、ピックアップコイルから転送した電力は実質
的にはゼロである。従って、（14115）のdc電圧は前記
コンパレータがスイッチ再開放する点まで減少する。こ
のスイッチングの生ずる割合は該コンパレータと、コン
デンサ（14115）の大きさと、負荷電力と最大コイル出
力電力との間の差についてのヒステリシスより決定され
る。
図12にスイッチモード制御器をさらに詳細に示す。
本図面では、ピックアップコイルは（12P1）において
端子（１）と（３）との間に接続される。コンデンサ
（12CT1），（12CT2）等々（1.1μＦの電気容量が得ら
れるようにするには、通常、５個必要である）は、共振
コンデンサである。４個の高速回復ダイオード（12D4−
D7）より成るブリッジ整流器は、コンデンサ（12C7）と
（12C8）のチョーク入力フィルタより成る（12L1）への
入力信号を整流する。このDC電力はコネクタ（12P2）の
端子（１）と（３）との負荷に供給される。このdc電圧
は（12R1）により監視され且つ（12IC1:A）により緩衝
される。もしこれが（12REF3）により決定される基準値
を超過するときは、コンパレータ（12CI1:B）が、ピッ
クアップコイルを短絡させる役目を持った大電流FET装
置（12T1）を導通させる。この切替動作の好ましい割合
は通常30Hzである。（12T2）はこのFETに限流保護を与
えると共にバリスタ（12V1）は電圧保護を与える。
もし、負荷電力がピックアップコイルから得られる最
大値を超過しても、出力電圧は常に（12REF3）で設定し
た基準値以下でありスイッチ（12T1）は通常オフであ
る。もし、負荷がインバータ駆動交流モータであると、
高加速時にこれが起り得る。図12の制御器は、かかる場
合に前記インバータにその加速度を減少するよう指示す
るための光学的結合制御信号を発生することにより最大
電力転送を維持する手段を備える。該信号は（12P2）の
電圧と、（12REF3）により設定した基準レベルより低く
された三角形搬送波とを比較することにより発生する。
該三角形搬送波は（12IC1:D）がこの比較を遂行する
間、弛緩発振器（12IC1:C）により発生させられる。光
学的絶縁は（12IC2）により与えられる。
かくして、図12の回路は出力電圧を上限と下限との間
に維持するように、ピックアップコイル内の共振電流を
上限以下に維持する。
同調ピックアップコイルと動作特性。
軽負荷車両が、該軽負荷車両よりも１次ループから遠
い位置にある他の車両に電力が届くのを妨げるという事
態が、特に１次ループが共振状態にあるような設備にお
いて起こり得る、ということが判明した。このような事
態は、前記軽負荷ピックアップコイルを循環する高レベ
ルの電流が、１次インダクタ内の共振電力と相互作用す
る結果として起こる。従って、制御器または車両電力コ
ンディショナは、２つの別々の車両機能を結合するもの
が開発され、すなわち、２つの機能とは、コイル出力電
圧がプリセット閾値より上昇するときはいつでもピック
アップコイルを離脱または動作不能にする機能と、出力
電流ドレインが第２閾値を越えるときはいつでも出力電
流を制限する機能である。本システムは、最大電力を扱
うものとは異なり、80％以上の変換効率を与えることが
できるので、好ましい電力制御方法だと言える。
ピックアップコイルの離脱はコイルを１次導体に接近
した最適の位置から物理的に離反せしめることにより機
械的に行なうことができる。離脱はまた電気的にも行な
える。例えば、電流の流れを中断するために共振回路内
の直列スイッチを開放してもよい。調整目的のために繰
り返し開放（例えば約20−100Hzで）して目標値を上下
する出力電圧を与えてもよい。車両走行制御のために
は、上記直列スイッチは、希望する時間が経過する間、
開いたままにしておけるものであってもよい。この方法
は、該スイッチが２方向スイッチでなければならないと
いう欠点、および、上記直列スイッチが、ピックアップ
コイルの観測共振電流レベルにおいて２ボルト以上の電
圧降下を発生し、多分50〜100Wのロスを生ずるという欠
点を有する。第２の選択としては、コンデンサに接続さ
れたスイッチを投入することにより、そしてそれによっ
て共振素子をシステムから切離すことにより、ピックア
ップコイルを短絡させることが好ましい。この投入スイ
ッチが多くの電流を流さないのは回路がもはや共振では
ないからである。それで損失は小となり、とにかく負荷
担持モードを害するものではない。前記スイッチの投入
時には共振回路の蓄積電荷は小である。もし所望の出力
が大電流の低電圧出力であれば、このスイッチが短絡す
ると、かなりのロスを生ずるので、第３の選択は比較的
多くの巻数を有する第２のピックアップコイルを設ける
ことである。このようなコイルを短絡させると、該スイ
ッチを流れる電流は比較的小さい。
誘導ピックアップコイルを使用する車両システムの動
作時、モータの要求する出力電力は広範囲に亘って変化
する。その結果、電力需要もまた広く変化する。軽負荷
の場合には、平行伝送線路に帰還させられるインピーダ
ンスもまた広く変化するので問題が起きる。本例では、
１対の平行導体は図16に示すように、送電線と考えなけ
ればならない。
図16に於て、Reffはピックアップコイルの同調回路へ
の実効モータ負荷を表わし、これは図13の誘導ピックア
ップコイルに対応し、もし送電線が電圧源により駆動さ
れると実効相互結合は図17に示す回路により示される。
相互結合Ｍの結果は等価抵抗を１次側に転送すること
である。且つこれは図18に示す回路により表わされ、図
９において、もしωが大きければ、Ｍの値が小さくても
（すなわち結合係数が小さくても）、電力を伝達する能
力は大である。
過負荷モータはReff＝無限大に対応し、一方軽負荷モ
ータはReff〜０に対応する。かくして、ω2M2/Reff-＞0
0の過負荷の場合、電力は転送されないし、ω2M2/Reff-
＞無限大の軽負荷では平行送電線の電流を維持すること
はますます困難となる。後者は甚しく望ましくないもの
で、これは１つの軽負荷車両は同一電線路の他の車両へ
の電力をブロックできるからである。
好ましくは、高周波交流を送電線に供給することで、
かかる高周波電流は高周波交流発電機により発生しても
よく、さらに好ましくは前記した如くパワー・エレクト
ロニクス回路により発生してもよい。パワー・エレクト
ロニクス回路の場合は、発振周波数はループにかかる継
続的な無効負荷により決定され、また軽負荷車両の影響
は動作周波数を10KHzから数百Hzまでという好ましい周
波数範囲から逸脱させるという形で現われる。こうすれ
ば、非同調回路は低（無効）インピーダンスを反映する
ので、ω2M2/Reff-＞無限大の問題は解決されるが、非
同調性は再び他の車両への電力の流れを制限する。
この問題は、送電線と同調ピックアップコイルとの間
の結合の度合を疎にすることによって回避することがで
きる。この解決は、ω2M2/Reffという項は本質的には、
只１つの変数−相互インダクタンスであり、２つの磁気
回路間の結合係数を意味するところの相互インダクタン
スというただ１つの変数しか持っていない、ということ
を基礎としている。この、通常は一定と考えられている
結合係数を小さくすることができれば、相互作用も減ら
すことができる。
１つの提案としての解決法を図19に示す。付加コイル
を送電線とピックアップコイルとの間に配置する。この
付加コイルはスイッチ（Ｓ）を有し、これを開放すれば
付加コイルは何の影響も及ぼさない。しかしスイッチ
（19S）が投入されると、この短絡コイルが磁束の交差
を防止し、これにより結合が減少し、従ってＭが減少す
る。前記付加コイルの位置決めは大して重要なことでは
ない。この付加コイルは、若干の磁束を捕捉しさえすれ
ば作動する。また、付加コイルは、磁束を捕捉はするも
のの、インダクタンスへの影響はできるだけ少ないこと
が特に好ましい。実用的には、これを達成することは困
難ではない。スイッチ（19S）は多数の公知のパワー・
エレクトロニクス・スイッチのうちの１つであってよ
い。
動作時、同調回路VTの電圧が監視されて、もし高くな
りすぎると回路の負荷が小さくなりすぎるので、スイッ
チＳを入れて電圧を減少させる。電圧VTが低いとスイッ
チ（Ｓ）は開放のままとなる。
この回路は整流器の制御を行うためにやはりVTを使用
する過負荷サーキットリーと両立させることができる。
好ましい実施例２−150W形式 この好ましい実施例は小型150W試作品を使用したもの
で、これは車上ブラッシュレスDCモータを使用して１台
または複数台の車両を、10KHzで励磁した１次ケーブル
の上に敷設した軌道に沿って移動させるものである。こ
のシステムは整流火花がなく鉱山のような爆発性雰囲気
に対しても適応させることができる。
高周波DC−AC電力交換 本装置の電源用回路は図６に略示する。
高周波ケーブル（6101），（6102）に供給する電流は
共振モードで動作してほぼ完全に10KHz正弦波形を形成
するソリッドステイトスイッチングコンバータ（6100）
を用いて発生させる。従って導体から放射される無線周
波数干渉は、電力の高調波成分が１％以下と低いので無
視しうる。このシステムは空港のような通信の激しい場
所で動作するに適している。
本実施例の共振回路は、電源装置内のセンタタップ付
きインダクタ（6L1）とコンデンサ（6C1）との内部に含
まれている。従ってこれらの構成要素は前記共振電流の
強さを支持することができなければならない。誘導導体
も同一の周波数で共振することが好ましい。この設計は
前記変圧器（6L1）に電気絶縁の役目をさせるものであ
るので、安全性が重要とされる小型システムに特に適し
ており、さらに（6Edc）から供給される比較的高い電源
電圧を異なる電圧に変圧しなければならない場合にも使
用し易い。
軌道に必要な電流逓昇を与え、且つコンバータの動作
周波数の負荷変化の影響を最小限度にするために、前記
フェライトつぼ型コアの高周波変圧器の巻線比は、２次
側に只１つの巻線のみを配置する本実施例で高くなって
いる。さらに周波数への負荷の影響を最小限度にするた
めに前記高周波同調回路のインピーダンス（Ｚ＝√（L1
/C1））は意図的に低くされる。しかしながら、Ｚの値
を選択するときには妥協が必要である。Ｚの値を小さく
しすぎると、１次循環電流が大電流となるので効率が悪
くなり、C1の電気容量を大きくしなければならなくなる
ので、コンバータの価格や大きさを増大させる必要が生
ずる。１次側変圧器巻線（L1）は、表皮効果による損失
を少なくするため、小径の絶縁素線を多数より合わせた
もので構成すべきであるが、入力インダクタLsは、本質
的にDC電流のみが流れるので通常のソリッド線を巻いて
形成することができる。
図６に略示する共振コンバータは、図５に示すような
回路を用いて、（6L1）と（6C1）とのリンギング周期で
ある180゜おきに２つのスイッチ（6S1），（6S2）を交
互にゲートすることにより制御される。もし入力電圧
（6Edc）が（起動時に発生するように）一定レベルより
低いときは、ｆ＝1/√（L1C1）の回路に対する大体の共
振周波数で動作する発振器によりゲートは制御される。
一旦電圧Edcがこの設定レベルを超過し且つ数ミリ秒が
経過すると、固定発振器は発振をやめ、その代りスイッ
チ（S1），（S2）が、（C1）の電圧零交差を検出するた
びに切替わることにより減衰共振周波数でゲートされ
る。これにより全負荷条件下で（S1）と（S2）とはゼロ
電圧でオンオフし、この２つの装置の切替えロスを最少
限にする。
２つの電力スイッチ（6S1）と（6S2）をMOSFETsとし
て示すが、これらは等しくバイポーラトランジスタ、IG
BTsまたはGTOs（ゲートターンオフサイリスタ）、また
は特定業務に必要な電力レベルを取り扱うように設計し
たその他のソリッドステイトスイッチでもよい。これら
のゲートは図５に示したような制御器により駆動され
る。
図７に関連して述べた容量性同調のためのプロセスは
この種の共振制御器にも適用される。
高周波ケーブル また、本実施例に於て、移動車両の走行径路に沿って
電力を配電する高周波ケーブルは、ほぼ平行な１対のケ
ーブルより構成され、それぞれのケーブルは表皮効果と
隣接導体の導電ロスとを減少させるために、リッツ線と
して知られる、多数の細い絶縁ワイヤより構成すること
が好ましい。市販のリッツ線の好ましい１つの形式は直
径約13mm内に40ゲージエナメル銅線の撚線約10,000本を
含み、しかも安価なものである。２本のケーブルの間の
間隔は大して重要なことではないが、もし接近しすぎて
おれば磁界は各々打消し合って車両のピックアップコイ
ルへの結合が不良となる。反対に、もし離れすぎている
と、ピックアップコイルに、磁界でカットされない電流
を流す部分がかなり生ずるので、損失が不必要に大きく
なる。加えて、軌道のインダクタンスは増加し、これは
所要の電流を循環させるために電圧をさらに加えなけれ
ばならないことを意味する。この問題は、図２に示すよ
うにケーブルに直列コンデンサを設置して無効電力を減
らすことによりある程度緩和し得るが、ケーブルのた
め、追加の価格と容積が必要になる。
誘導ピックアップコイル このピックアップコイルの１形式は、好ましくは矩形
の非鉄金属の巻型に多重撚線を数回巻回して形成する。
その幅は高周波ケーブルと大体同一である。該多重撚線
は好ましくはリッツ線（前記したような）である。本実
施例では、強磁性コアは使用していない。また前記コイ
ルは、コンデンサと並列に接続し、コンデンサの電気容
量は、共振回路を構成して該コイルを配電電力の周波数
（すなわち10KHz）に同調させるように選択する。より
大きな電力を取り出すために、高Ｑピックアップコイル
を備えることが望ましい。また、コイルのＱの増加はコ
イルの大きさと価格とを増加する傾向があるので妥協し
なければならない。補助ピックアップコイルが設けられ
て、最大電力コンバータ用の制御器を電源に接続し、且
つ同期させる。
最大電力AC−DCコンバータ もし適当な動力変換ステージを前記最大電力コンバー
タの後に追加するならば、原則として、誘導モータのよ
うなACモータを含むすべての適切なモータが、トロリー
を駆動するのに使用可能である。１つの試作品システム
で試験したモータは、安価で軽量という利点のあるブラ
シレスDC型で、あまり保守を必要とせず、しかも危険な
環境での運転に適している。
最大電力AC−DCコンバータを図11に示し、このコンバ
ータのための制御器の詳細を図13に示す。
ピックアップコイルから最大電力を低Ｑ条件ないし中
間Ｑ条件のもとで調達するために、図13に略示するバッ
キングコンバータを使用し、且つ好ましくは無負荷の場
合の半分より決して下位でないＱを負荷ピックアップコ
イル（13L2）が有することを確保するように制御され
る。最大電力を送り出すレベルにピーク電圧（13V1）を
維持するように、（13S3）（図14に示す回路のための制
御器を切り替える。もしV1（図11）がV1ref（図13）を
超過すれば、次に（13C2）の電圧がゼロ交差を通過した
時に、機器（13S3）が「オン」となる。もし半サイクル
中に（13V1）がV1refを越えないならば次のゼロ交差の
時に（13S3）が「オフ」となる。このように半サイクル
ごとの積分制御を行うことにより、スイッチングロスを
最少限にし、且つ放射無線周波数干渉も最小となる。
図13は、（ICL7667）によって構成される出力ドライ
バー（13102）を介して（11S3）のゲートを駆動し得る
制御回路を示し、また（13106）は（13101）で10V出力
を発生する補助コイルにより電力を供給される電源装置
である。
（13104）は零交差検出器で、検出する高周波電流の
位相にロックされる。零交差検出器（13104）の出力を
スパイクに変換し、次にＤ−フリップフロップ回路（13
107）を閉じるため、零交差検出器（13104）の出力はパ
ルス整形回路（13105）を通過させられる。電源装置が
起動モードの閾値（入力側の時定数を参照）にあること
をコンパレータ（13100）が示し、従ってゲート（1310
8）に制御パルスが入力されている限り、Ｄ−フリップ
フロップ回路（13107）はゲート・ドライバを活性化す
る。（13103）はコイルの電圧レベルの１次センサであ
り、（13109）を使用可能ならしめる。
モータ駆動装置 図15はDCを供給できるモータ駆動装置の１形式を示
し、これはまた供給電圧15Voに比例する出力トルクを与
える（適当な電力変換ステージを最大電力コンバータの
後に追加するならば原則としてどんなモータでも、例え
ば誘導電動機のようなACモータでも、車両駆動用に使用
可能である）。試作システムに採用したモータは安価で
軽量で保守費が安く、また火花が無く危険な環境での運
転にも適しているブラシレスDC形である。モータ・シャ
フトの回転を減速して有用な駆動トルクを発生させるた
めに減速ギヤボックスを、モータと、車両の車輪との間
に介在させる。好ましい実施例では、所定の繰返し周期
でモータ転流スイッチ（15S4,S5,S6）に抑止入力を加え
てモータ・シャフトの回転数を制御することにより、車
両の慣性を制御することができる。速度制御回路は本発
明のの範囲を越えるもので従ってこの明細書では触れな
い。この実施例では、軌道の両端部に簡単なリミットス
イッチを備え、モータを逆転させる。
（15101）は電子ブレーキで、モータ巻線をダイオー
ド（15102）を介して互に結合する手段も設けられてい
る。
軌道からの電力制御 車両が行なわなければならない仕事を達成すべき電力
を車両上にて制御することが好ましい。しかし、軌道か
らの制御が有用である場合がある。ゼロ近くで利用可能
な電力に対して制御配線を軌道上またはこれと接近して
取付けることができ、図21で示すように短絡させること
ができる。スイッチ（Ｓ）が開いておれば効果はない。
また投入時には車両は該軌道のこの部分を通過すること
はできないが、その何れかの側で正規の動作が可能であ
る。
軌道の一部で電力を増加させるには、図21のようにコ
イルを使用してそれに通電することができる。本図面に
於て、コイルは上部に位置する導体により通電される。
このコイルを通過するトロリーは軌道電流の２倍の電流
（2I）を供給され、これにより２倍の電力レベルで動作
することができる。
この方法とその他の簡単な方法で、軌道周囲の簡単な
ループとコイルとを使用して車両を制御することができ
る。スイッチ（Ｓ）が開いておれば、車両がコイルをカ
バーするとき出力電圧が上昇するので、図20のように、
このコイルは車両を感知するためにも使用することがで
きる。それで、もし必要であればスイッチを投入して車
両を正確な地点で停止させることができる。これらの技
術の応用として例えば交差点で衝突が起きないように感
知コイルを使用して交差点で車両を制御することができ
る。
変形例 図22は、２次軌道の導体に直接接続され、１次軌道の
導体に誘導結合されたピックアップコイルを用いて、１
次軌道（2212）から２次軌道（2210,2211）へ、いかに
して電力を伝達するかを示している。２次軌道におい
て、異なる電流の強さまたは異なる周波数が必要となっ
た時には、（2213）に示すように追加の電力コンバータ
を使用してもよい。
図23は、ピックアップコイル（2303）のコンデンサ
（2302）と並列のスイッチ（2301）を示す。このスイッ
チ（2301）を入れると回路が非共振となり、且つ１次コ
イル（図示せず）とピックアップコイル（2303）との間
で授受される電力を減少せしめる。
スイッチ動作を適宜制御することによりピックアップ
コイルの受け取る電力量を制御することができる。
図24は、スイッチ（2401）がコンデンサ（2402）とイ
ンダクタ（2403）とに直列であり、スイッチが開放時に
共振電流が流れるのを防止するやや好ましい配置を示
す。
図25は、相補型負荷回路である。これは制御器のDC出
力を主装置（2503）（電動機のような）に供給する制御
器（2502）を有するピックアップコイル（2501）を備え
る。
相補負荷としての抵抗器（2504）はスイッチ（2505）
により制御される。これは、たとえ主機（2503）に軽負
荷しかかかっていなくても、ピックアップコイルには常
に全負荷がかかるように、抵抗器（2504）をオン状態に
しておく時間を制御するパルス幅変調装置となり得る。
このような配置は低電力用として有用であるが、１次電
源は常時全電力を供給しなければならないので、高電力
用には非能率的となる。
図26〜図28は、バッテリ充電器（図26）と白熱灯照明
装置（図27）および蛍光灯照明装置（図28）を含む他の
変形例を示す。１次導体（2601），（2701），（2801）
は、可動装置（2602,2702,2802）に電力を供給する。各
可動装置は、供給される電力を充電するため、１次導体
に接近したり、１次導体から離れたりすることができ
る。
前記バッテリ充電器は、前記した車両制御器と同等と
なし得る制御器（2604）により一定の電流をバッテリ
（2603）に与えることができる。
同様に、図27は、バッテリの代わりに白熱灯（2703）
を示す。このランプは当該地域の送配線のAC電圧に対応
するDC電圧を供給される。それ故に、ニュージランドで
は、同国の230VAC電線に適した照明器に使用するため、
出力を230Vの直流に設定すればよい。
商用周波のもとで、ランプのインダクタンスによって
起ることのある問題を回避するため、白熱電球には直流
を供給することが好ましい。照明器具を１次導体に接近
させたり、１次導体から離したりすることによってピッ
クアップコイルに供給する電力量を変更することができ
る。
図28には、ピックアップコイル（2802）に誘起される
高周波ACが供給される蛍光灯照明具（2803）を示す。
種々の変形例を本発明の範囲を逸脱することなく下記
クレームに記載する如く構成することはできる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号 ２４００１８ (32)優先日 1991年９月30日 (33)優先権主張国 ニュー・ジーランド（ＮＺ） (31)優先権主張番号 ２３７５７２ (32)優先日 1992年１月23日 (33)優先権主張国 ニュー・ジーランド（ＮＺ） 早期審査対象出願 (56)参考文献 特開 昭53−124813（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−92504（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−140609（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−73837（ＪＰ，Ａ) 特表 平１−501195（ＪＰ，Ａ) 米国特許3914562（ＵＳ，Ａ) 米国特許3532934（ＵＳ，Ａ) 米国特許4914539（ＵＳ，Ａ) 英国特許1418128（ＧＢ，Ｂ) 40ｔｈ ＩＥＥＥ ＶＥＨＩＣＬＡＲ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＣＯＮＦＥＲ ＥＮＣＥ （06．05．90， ＯＲＬＡＮ ＤＯ，ＦＬＯＲＩＤＡ） ”ＩＮＤＵＣ ＴＩＶＥ ＰＯＷＥＲ ＴＲＡＮＳＦＥ Ｒ ＴＯ ＡＮ ＥＬＥＣＴＲＩＣ Ｖ ＥＨＩＣＬＥ − ＡＮＡＬＹＴＩＣＡ Ｌ ＭＯＤＥＬ”Ｍａｎｏｃｈｅｈｒ Ｅｇｈｔｅｓａｄｉ，ＰＰ．100−104

Claims (30)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】電源と、 該電源に接続された一次導電路と、 前記一次導電路と結合して使用する２つ以上の電気装置
    であって、前記一次導電路により発生する磁界から少く
    とも若干の電力を取り出し得るとともに、ピックアップ
    共振周波数を有する共振回路を構成する少くとも１つの
    ピックアップコイルを有し、且つ該ピックアップコイル
    に誘導される電力により駆動可能な少くとも１つの出力
    負荷を有する電気装置と、 を備え、 前記電気装置は、電気的に前記一次導電路とピックアッ
    プコイルの結合度を部分的に変化させる制御手段を備え
    る ことを特徴とする誘導電力分配システム。
  2. 【請求項２】特許請求範囲第１項記載の誘導電力分配シ
    ステムであって、 前記制御手段は、間欠的に一次導電路とピックアップコ
    イルの結合度を変化させる手段を有することを特徴とす
    るもの。
  3. 【請求項３】特許請求範囲第２項記載の誘導電力分配シ
    ステムであって、 前記制御手段は、一次導電路とピックアップコイルの結
    合度が変化されない期間には、共振回路は多くの共振周
    波数のサイクルを含むように制御することを特徴とする
    もの。
  4. 【請求項４】特許請求範囲第１項記載の誘導電力分配シ
    ステムであって、 前記電気装置は、可動または可搬型装置であることを特
    徴とするもの。
  5. 【請求項５】特許請求範囲第１項記載の誘導電力分配シ
    ステムであって、 前記制御手段は、前記一次導電路とピックアップコイル
    との間で授受される電力を変動する手段を備えることを
    特徴とするもの。
  6. 【請求項６】特許請求範囲第５項記載の誘導電力分配シ
    ステムであって、 前記出力負荷は、１つ以上のバッテリに電力を供給する
    電池充電器より成ることを特徴にするもの。
  7. 【請求項７】特許請求範囲第５項記載の誘導電力分配シ
    ステムであって、 前記一次導電路は、前記ピックアップ共振周波数とほぼ
    同一の一次共振周波数を有する共振回路を備えることを
    特徴とするもの。
  8. 【請求項８】特許請求範囲第５項記載の誘導電力分配シ
    ステムであって、 前記一次導電路とピックアップコイルとの間で授受され
    る電力を変動する手段は、前記各電気装置に取付けられ
    ていることを特徴とするもの。
  9. 【請求項９】特許請求範囲第５項記載の誘導電力分配シ
    ステムであって、 前記一次導電路とピックアップコイルとの間で授受され
    る電力を変動する手段は、分離コイルを備え、該分離コ
    イルはこのコイルを開回路と短絡回路に切替えるスイッ
    チを有し、これにより該スイッチが１つの状態から他の
    状態へ切替えられると、前記一次導電路とピックアップ
    コイルとの間で授受される電力が変動することを特徴と
    するもの。
  10. 【請求項１０】特許請求範囲第９項記載の誘導電力分配
    システムであって、 前記分離コイルは、前記一次導電路に近接して取付けら
    れることを特徴とするもの。
  11. 【請求項１１】特許請求範囲第９項記載の誘導電力分配
    システムであって、 分離コイルが、前記各電気装置に取付けられることを特
    徴とするもの。
  12. 【請求項１２】特許請求範囲第５項記載の誘導電力分配
    システムであって、 前記ピックアップ共振回路は、コンデンサとインダクタ
    を備え、前記一次導電路とピックアップコイルとの間で
    授受される電力を変動する手段は、該コンデンサと直列
    に接続され、前記回路を共振回路と開回路に切替えるス
    イッチを備え、従って該スイッチが開くと、共振電流が
    前記ピックアップコイルに流れることが妨げられること
    を特徴とするもの。
  13. 【請求項１３】特許請求範囲第５項記載の誘導電力分配
    システムであって、 前記一次導電路とピックアップコイルとの間で授受され
    る電力を変動する手段は、ピックアップコイルを共振回
    路と短絡回路に切替える前記ピックアップコイルの両端
    に設けられるスイッチより成り、従って該コイルが短絡
    されると、共振電流がピックアップコイルに流れること
    が妨げられることを特徴とするもの。
  14. 【請求項１４】特許請求範囲第５項記載の誘導電力分配
    システムであって、 前記電源は電気的に同調可能であることを特徴とするも
    の。
  15. 【請求項１５】特許請求範囲第７項記載の誘導電力分配
    システムであって、 前記一次共振回路と組合わされる電源は、前記一次共振
    周波数とほぼ同一の周波数の正弦波交流電流を発生する
    ことを特徴とするもの。
  16. 【請求項１６】特許請求範囲第15項記載の誘導電力分配
    システムであって、 前記電源は、少くとも１つのスイッチを有するスイッチ
    ングコンバータと、前記共振一次導電路の電力位相を検
    出する手段と、前記共振一次導電路の位相を検出する手
    段に接続された前記スイッチを制御する手段を備え、こ
    れにより使用時は少くとも１つのスイッチは、位相を前
    記共振一次導電路内の共振電力の位相にロックするよう
    に制御されることを特徴とするもの。
  17. 【請求項１７】特許請求範囲第16項記載の誘導電力分配
    システムであって、 前記電源は単相電源であり、且つ前記少くとも１つのス
    イッチは少くとも１対の相補スイッチより成ることを特
    徴とするもの。
  18. 【請求項１８】特許請求範囲第５項記載の誘導電力分配
    システムであって、 前記ピックアップ共振回路は、少くとも１つのコンデン
    サと少くとも１つのインダクタとを有する直列共振回路
    であることを特徴とするもの。
  19. 【請求項１９】特許請求範囲第５項記載の誘導電力分配
    システムであって、 前記ピックアップ共振回路は、少くとも１つのコンデン
    サと少くとも１つのインダクタとを有する並列共振回路
    であることを特徴とするもの。
  20. 【請求項２０】特許請求範囲第19項記載の誘導電力分配
    システムであって、 前記インダクタは、磁気的に透過可能なコアを有するこ
    とを特徴とするもの。
  21. 【請求項２１】特許請求範囲第５項記載の誘導電力分配
    システムであって、 前記電気装置は、車輌、電気器具、電気手工具、電気機
    械、電池充電器または照明器具を備えるグループから選
    択されたものであることを特徴とするもの。
  22. 【請求項２２】高周波電源と、 該高周波電源に接続された一次導電路と、 前記一次導電路と結合して使用する１つ以上の電気装置
    であって、前記一次導電路により発生する磁界から少く
    とも若干の電力を取り出し得るとともに、ピックアップ
    共振周波数を有する共振回路を構成する少くとも１つの
    ピックアップコイルを有し、且つ該ピックアップコイル
    に誘導される電力により駆動可能な少くとも１つの出力
    負荷を有する電気装置と、 を備え、 前記一次導電路は、ほぼ平行に敷設され、終端が接続さ
    れた一対の導体により形成され、 前記電気装置のピックアップコイルのコアをＥ字状に形
    成し、前記コアに前記ピックアップコイルを巻回し、前
    記一対の導体がそれぞれ、前記コアの両凹部のそれぞれ
    のほぼ中央に位置するように配置された ことを特徴とする誘導電力分配システム。
  23. 【請求項２３】特許請求範囲第22項記載の誘導電力分配
    システムであって、 ピックアップコイルは２つのコンデンサとともにピック
    アップ共振周波数を有する直列共振回路を構成すること
    を特徴とするもの。
  24. 【請求項２４】特許請求範囲第22項記載の誘導電力分配
    システムであって、 前記電気装置は、第２コイルを備え、該第２コイルは前
    記ピックアップコイルと同一磁気回路を有するコアに巻
    かれていることを特徴とするもの。
  25. 【請求項２５】特許請求範囲第22項記載の誘導電力分配
    システムであって、 前記一次導電路は、終端にコンデンサを接続したことを
    特徴とするもの。
  26. 【請求項２６】特許請求範囲第22項記載の誘導電力分配
    システムであって、 前記出力負荷に、前記ピックアップコイルにかかる負荷
    を一定とする相補負荷を接続することを特徴とするも
    の。
  27. 【請求項２７】特許請求範囲第22項記載の誘導電力分配
    システムであって、 前記一次導電路の導体の少なくとも一部をループ状とし
    たことを特徴とするもの。
  28. 【請求項２８】高周波電源と、 該高周波電源に接続された一次導電路と、 前記一次導電路と結合して使用する１つ以上の電気装置
    であって、前記一次導電路により発生する磁界から少く
    とも若干の電力を取り出し得るとともに、ピックアップ
    共振周波数を有する共振回路を構成する少くとも１つの
    ピックアップコイルを有し、且つ該ピックアップコイル
    に誘導される電力により駆動可能な少くとも１つの出力
    負荷を有する電気装置と、 を備え、 前記一次導電路は、ほぼ平行に敷設され、終端が接続さ
    れた一対の導体により形成され、 前記電気装置のピックアップコイルを中心のコアに巻回
    し、前記電気装置のピックアップコイルの中心が前記一
    対の導体のほぼ中央に位置するように配置された ことを特徴とする誘導電力分配システム。
  29. 【請求項２９】特許請求範囲第27項記載の誘導電力分配
    システムであって、 前記一次導電路は、終端にコンデンサを接続したことを
    特徴とするもの。
  30. 【請求項３０】電源と、 該電源に接続された一次導電路と、 前記一次導電路と結合して使用する１つ以上の電気装置
    であって、前記一次導電路により発生する磁界から少く
    とも若干の電力を取り出し得るとともに、少くとも１つ
    の誘導ピックアップ手段を有し、且つ該誘導ピックアッ
    プ手段に誘導される電力により駆動可能な少くとも１つ
    の出力負荷を有する電気装置と、 を備え、 少くとも１つの誘導ピックアップ手段はピックアップ共
    振周波数を有する共振要素を含み、 前記一次導電路から少くとも一つの前記誘導ピックアッ
    プ手段を電気的にほぼ完全に減結合する減結合手段を備
    えたこと を特徴とする誘導電力分配システム。
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