JP5235898B2 - 電源装置 - Google Patents

Description

本発明は、送電線若しくは配電線の架空電力線又は架空地線、通信線（メッセンジャワイヤで支持されたメタル通信ケーブル又は光ケーブルなど）若しくは支線などの架空電力線に並設して架線される架空線状導体（以下、架空電力線及び架空線状導体を総称して、架空線と称す）に装着して使用される、架空線の状態（電圧、電流、温度又は動きなど）や架空線の周囲の状態（風速、日射量又は気圧など）を計測する計測機器、架空線の状態を無線や有線で送受信する通信機器、架空線の存在を標示するための標識灯又は架空電力線が活線であることを表示するための表示器などの電気機器である負荷に電力を供給する電源装置に関する。

従来、架空電力線に装着して使用する電気機器の電源として電池を用いていたが、電池には寿命があり、長くても２、３年の周期において、活線作業又は回線を停電にして電池の交換を行なっていた。

また、架空電力線に装着して使用する電気機器の電源として太陽電池を用いる場合もあったが、発電容量を確保するために太陽電池が大型化して架空電力線に取り付けることが困難であった。また、夜間における電気機器の動作を保証するために電池を併用し、結果的に重量物となると共に、電池の交換も必要になるという問題点もあった。

このため、高電圧線のように感電の危険性が高い架空電力線に対して、メンテナンスの頻度が高くなる電源方式は普及していないのが現状である。
このような状況下で、電池を用いずに、架空電力線に装着して電力を得て、架空電力線に電流が流れていなくても電力を確保できる装置の開発が試みられている。

例えば、従来の架空送電線の夜間標識装置においては、ネオン放電管の一端を送電線に接着すると共に他端を絶縁被覆となしこれを送電線に適当な間隔にて巻付けてなり、ネオン放電管は、被覆線と送電線間の静電誘導により点灯するものであると開示されている。また、従来技術として、架空送電線に金属パイプを覆せ両端を絶縁物にて同心状に支持せしめたものや架空送電線より碍子にて導体の添線を吊架したものが開示されている（例えば、特許文献１参照）。

また、従来の静電誘導形電源供給装置においては、変電所構内の電力線導体にスパイラル状に巻き付ける絶縁物と、この絶縁物の上から重ねるようにスパイラル状に巻き付ける電極と、この電極から引き出した入力リードおよび電力線導体から引き出した入力リードを一次側入力とし、二次側をセンサに接続した整流回路とを備えるものが開示されている（例えば、特許文献２参照）。

また、従来の送配電系統の計測装置用電源装置においては、空間電極で得られた電圧を適切な電圧へ変換し過電圧を抑制する保護回路と、保護回路からの電圧を交流から直流へ変換する整流回路と、整流回路から出力される電気を蓄える充電電池と、充電電池の電圧を検出する電圧検出器と、検出された電圧から計測装置の負荷に必要な電圧を間欠出力する電圧発生器とを備えているものが開示されている（例えば、特許文献３参照）。
実公昭３９−２９８５２号公報 特開平１０−２６２３４９号公報 特開２００３−２８４２５２号公報

従来の架空送電線の夜間標識装置及び静電誘導形電源供給装置は、送電線（電力線導体）上に絶縁物を配置し、さらにその上に導体（電極）を配置することにより、送電線及び導体間の静電容量（絶縁物のＣ_x）と導体及び大地間の静電容量（空間Ｃ）とが直列に接続されるようにしたもので、送電線及び導体間の静電容量の両極に負荷が直接接続されるか、整流回路を介して負荷が接続されている。すなわち、図１３（ａ）に示すように、等価的に二つのキャパシタンスの直列回路であり、送電線１００ａ及び導体間のキャパシタンス（絶縁物のＣ_x）と並列に負荷２００が接続されるものとなっている。図１３（ａ）は従来の架空送電線の夜間標識装置及び静電誘導形電源供給装置の等価回路である。なお、図１３（ａ）において、符号２０１ａは整流回路、符号３００は大地をそれぞれ示している。

また、従来の送配電系統の計測装置用電源装置は、送配電線を中心にして間隔をおいて同心円状に２つの電極が配置され、図１３（ｂ）に示すように、送配電線１００ｂ及び一方の電極間の静電容量（絶縁物のＣ₁）と、一方の電極及び他方の電極間の静電容量（絶縁物のＣ_x）と、他方の電極及び地面間の静電容量（空間Ｃ）とが直列に接続された直列回路となり、中間のキャパシタンス（絶縁物のＣ_x）に並列に負荷２００が接続されるものとなっている。図１３（ｂ）は従来の送配電系統の計測装置用電源装置の等価回路である。なお、図１３（ｂ）において、符号２０１は保護回路や整流回路などからなる電源回路部、符号３００は大地をそれぞれ示している。

ここで、従来の架空送電線の夜間標識装置、静電誘導形電源供給装置及び送配電系統の計測装置用電源装置（以下、従来の電源装置と称す）の等価回路における空間Ｃは、電極及び大地３００間や送電線１００ａの各相間の間隔が非常に広いため、静電容量が極めて小さくなり、電極の長さ１ｍ当たり１０ｐＦ程度にすぎない。これをインピーダンスに換算すると、商用周波数において、概ね、３００ＭΩという極めて大きな値となる。特に、大電力を送電する送電線１００ａでは、送電線１００ａ及び大地３００間や送電線１００ａの各相間の間隔を大きくとるために、さらに大きな値になるのが一般的である。

一方、図１３（ａ）又は図１３（ｂ）における静電容量Ｃ_xとそれに並列に入る負荷２００との合成インピーダンスは、負荷２００のインピーダンスが大部分を占めるため、概ね数ｋΩ以下となる。

このように、従来の電源装置によるキャパシタ直列回路では、負荷２００と静電容量Ｃ_xとの並列部分の合成インピーダンスに対して、電極及び大地間のインピーダンスが圧倒的に大きく、負荷２００にかかる電圧は、負荷２００及び静電容量Ｃ_xの合成インピーダンスと電極及び大地間のインピーダンスとの比（図１３（ｂ）であれば、静電容量Ｃ₁のインピーダンスの比とも関係する）で決まるために、負荷２００にはほとんど電圧が生じない。

また、回路に流れる電流については、負荷２００及び静電容量Ｃ_xの合成インピーダンスと電極及び大地間のインピーダンスとを合成（図１３（ｂ）であれば、静電容量Ｃ₁のインピーダンスも合成）したインピーダンスで決まるが、電極及び大地間のインピーダンスが大きいために、結局、空間Ｃを充電する極めて微弱な電流値となる。

さらに、回路に流れる電流は、負荷２００と静電容量Ｃ_xの並列部分では、負荷２００側と静電容量Ｃ_x側とに分流され、絶縁物で形成されるキャパシタンス（絶縁物のＣ_x）においても、電力を消費するために、効率の極めて悪い電源装置となるという問題点があった。

特に、従来の電源装置は、このような効率の悪さを補い、負荷２００に必要な電力を供給できるように、電極を十分に長くすることや太くすることなどにより、対向する架空電力線や大地との間の静電容量を大きくする対策や、二次電池を使用して緩やかに電力を蓄えたうえで、間欠的に一定以上の電圧を発生させて負荷２００を駆動させるなどの対策が必要となり、電源装置の大型化を招き、回路が複雑になるといった問題点があった。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、コンパクトで簡易な構造であり、従来の電源装置と比較して、負荷に対する電力供給の効率を向上させた電源装置を提供するものである。

この発明に係る電源装置においては、架空線及び当該架空線の長手方向に絶縁体を介して延在する電極からなる静電容量と、前記静電容量に対して並列に接続されるインダクタンスと、前記静電容量及び前記インダクタンスによる並列回路の両端から引き出される出力部とを備え、前記並列回路を並列共振回路として、前記出力部から電力を供給するものである。

また、この発明に係る電源装置においては、必要に応じて、前記インダクタンスが可変インダクタンスであり、当該可変インダクタンスのインダクタンスを調節し、前記並列回路を並列共振回路とするものである。

また、この発明に係る電源装置においては、前記静電容量に対して並列に接続される可変静電容量を備え、前記可変静電容量の静電容量を調節し、前記並列回路を並列共振回路とするものである。

さらに、この発明に係る電源装置においては、必要に応じて、一次電圧を降圧させて二次電圧を出力する変圧器を備え、前記インダクタンスが、前記出力部を二次側とする前記変圧器の励磁サセプタンス成分に対応する。

また、この発明に係る電源装置においては、必要に応じて、一次電圧を降圧させて二次電圧を出力する変圧器と、前記変圧器の二次側に二次巻線に対して並列に接続されるインダクタンスと、を備え、前記静電容量に対して並列に接続されるインダクタンスが、前記出力部を二次側とする前記変圧器の励磁サセプタンス成分に対応する。

また、この発明に係る電源装置においては、必要に応じて、前記変圧器の二次側に二次巻線に対して並列に接続されるインダクタンスが可変インダクタンスであり、当該可変インダクタンスのインダクタンスを調節し、前記並列回路を並列共振回路とするものである。
また、この発明に係る電源装置においては、必要に応じて、前記電極が、前記架空線を所定の長さに亘り内包する筒状導体である。

また、この発明に係る電源装置においては、必要に応じて、前記電極が、一の前記筒状導体を他の前記筒状導体に当接して内包させる径の異なる複数の筒状導体からなり、当該一の筒状導体を他の筒状導体に対して摺動自在に配設するものである。
さらに、この発明に係る電源装置においては、必要に応じて、前記電極が、複数の前記筒状導体を連結してなる。

この発明に係る電源装置においては、架空線及び当該架空線の長手方向に絶縁体を介して延在する電極からなる静電容量と、前記静電容量に対して並列に接続されるインダクタンスと、前記静電容量及び前記インダクタンスによる並列回路の両端から引き出される出力部とを備え、前記並列回路を並列共振回路として、前記出力部から電力を供給することにより、負荷側に全ての電流が流れることになり、負荷に対して電流の流入効率の良い電源装置となる。

また、この発明に係る電源装置においては、必要に応じて、前記インダクタンスが可変インダクタンスであり、当該可変インダクタンスのインダクタンスを調節し、前記並列回路を並列共振回路とすることにより、予め、静電容量との並列共振の条件を満たすような、インダクタンスの回路部品を選定する必要がなく、電源装置を装着する架空線の様々な種類に対応することができる。特に、負荷の消費電力に応じて電極の長さを変化させた場合であっても、可変インダクタンスのインダクタンスを調節して並列共振の条件を保持することができる。

また、この発明に係る電源装置においては、前記静電容量に対して並列に接続される可変静電容量を備え、前記可変静電容量の静電容量を調節し、前記並列回路を並列共振回路とすることにより、予め、静電容量との並列共振の条件を満たすような、インダクタンスの回路部品を選定する必要がなく、電源装置を装着する架空線の様々な種類に対応することができる。特に、負荷の消費電力に応じて電極の長さを変化させた場合であっても、可変静電容量の静電容量を調節して並列共振の条件を保持することができる。

さらに、この発明に係る電源装置においては、必要に応じて、一次電圧を降圧させて二次電圧を出力する変圧器を備え、前記インダクタンスが、前記出力部を二次側とする前記変圧器の励磁サセプタンス成分に対応することにより、励磁サセプタンスと静電容量（又は静電容量及び可変静電容量の合成値）とが並列共振回路をなし、負荷に対する電流の流入効率を向上させることができる。また、一次側から見た負荷のインピーダンスを大きくすることができ、空間静電容量との分圧で生じる変圧器の一次電圧を効果的に高め、従来の電源装置と比較して、負荷に対する電力供給の効率を向上させることができる。

また、この発明に係る電源装置においては、必要に応じて、一次電圧を降圧させて二次電圧を出力する変圧器と、前記変圧器の二次側に二次巻線に対して並列に接続されるインダクタンスと、を備え、前記静電容量に対して並列に接続されるインダクタンスが、前記出力部を二次側とする前記変圧器の励磁サセプタンス成分に対応することにより、励磁サセプタンス及びインダクタンスと静電容量とが並列共振回路をなし、負荷に対する電流の流入効率を向上させることができる。また、一次側から見た負荷のインピーダンスを大きくすることができ、空間静電容量との分圧で生じる変圧器の一次電圧を効果的に高め、従来の電源装置と比較して、負荷に対する電力供給の効率を向上させることができる。特に、低電圧である変圧器の二次側にインダクタンスを接続することで、電源装置の小型化を図りつつ、架空電力線から得られる電力を低下させることなく、静電容量と励磁サセプタンス及びインダクタンスとの並列共振の状態を維持することができる。

また、この発明に係る電源装置においては、必要に応じて、前記変圧器の二次側に二次巻線に対して並列に接続されるインダクタンスが可変インダクタンスであり、当該可変インダクタンスのインダクタンスを調節し、前記並列回路を並列共振回路とすることにより、予め、静電容量及び励磁サセプタンスとの並列共振の条件を満たすような、インダクタンスの回路部品を選定する必要がなく、電源装置を装着する架空線の様々な種類に対応することができる。特に、負荷の消費電力に応じて電極の長さを変化させた場合であっても
、可変インダクタンスのインダクタンスを調節して並列共振の条件を保持することができる。

また、この発明に係る電源装置においては、必要に応じて、前記電極が、前記架空線を所定の長さに亘り内包する筒状導体であることにより、架空電力線に碍子を介して導体を吊架したものや導体上に絶縁被覆を施した被覆線を架空電力線に螺旋状に直接巻きつけたものと比較して、対向する架空電力線や大地との間の静電容量を増加させ、負荷側に得られる電力を増加させることができる。

また、この発明に係る電源装置においては、必要に応じて、前記電極が、一の前記筒状導体を他の前記筒状導体に当接して内包させる径の異なる複数の筒状導体からなり、当該一の筒状導体を他の筒状導体に対して摺動自在に配設することにより、一の筒状導体を他の筒状導体に対して摺動させることで、負荷の消費電力に応じて、電極の長さを調節することができ、必要に応じたコンパクトな電極を構成することができる。

さらに、この発明に係る電源装置においては、必要に応じて、前記電極が、複数の前記筒状導体を連結してなることにより、負荷の消費電力に応じて、電極の長さを調節することができ、必要に応じたコンパクトな電極を構成することができる。

（ａ）は三相三線式の架空電力線における作用静電容量を説明するための説明図であり、（ｂ）はこの発明を実施するための第１の実施形態における電源装置を架空電力線に装着した状態を示す概略構成図である。 （ａ）は図１（ｂ）に示す電源装置の電極の一例を示す側面図であり、（ｂ）は図２（ａ）に示す電極の正面図である。 （ａ）は図１（ｂ）に示す電源装置の電極の他の例における架空電力線に装着する前の正面図であり、（ｂ）は図１（ｂ）に示す電源装置の電極の他の例における架空電力線に装着した後の正面図である。 （ａ）は図１（ｂ）に示す電源装置の電極のさらに他の例における架空電力線に装着する前の正面図であり、（ｂ）は図４（ａ）に示す嵌合部に架空電力線を嵌合した後の正面図であり、（ｃ）は図１（ｂ）に示す電源装置の電極のさらに他の例における架空電力線に装着した後の正面図である。 （ａ）は図１（ｂ）に示す電源装置の等価回路の一例を示す回路図であり、（ｂ）は図５（ａ）に示す等価回路における並列回路を共振させた状態の等価回路を示す回路図である。 （ａ）は図１（ｂ）に示す電源装置の等価回路の他の例を示す回路図であり、（ｂ）は図１（ｂ）に示す電源装置の等価回路のさらに他の例を示す回路図である。 図１（ｂ）に示す電源装置の電極の他の例を示す側面図である。 （ａ）は図１（ｂ）に示す電源装置の電極のさらに他の例を示す分解斜視図であり、（ｂ）は図８（ａ）に示す電極の側面図である。 （ａ）は図１（ｂ）に示す電源装置の等価回路の一例を示す回路図であり、（ｂ）は図９（ａ）に示す等価回路における並列回路を共振させた状態の等価回路を示す回路図である。 （ａ）は図１（ｂ）に示す電源装置の等価回路の一例を示す回路図であり、（ｂ）は図１０（ａ）に示す等価回路における並列回路を共振させた状態の等価回路を示す回路図である。 （ａ）は三相三線式の架空電力線及び架空線状導体における空間静電容量を説明するための説明図であり、（ｂ）はこの発明を実施するための第４の実施形態における電源装置を架空線状導体に装着した状態を示す概略構成図である。 （ａ）は図１１（ｂ）に示す電源装置の等価回路の一例を示す回路図であり、（ｂ）は図１２（ａ）に示す等価回路における並列回路を共振させた状態の等価回路を示す回路図である。 （ａ）は従来の架空送電線の夜間標識装置及び静電誘導形電源供給装置の等価回路であり、（ｂ）は従来の送配電系統の計測装置用電源装置の等価回路である。

符号の説明

１ 変圧器
１ａ 理想変圧器
１０ 並列共振条件設定回路部
２０ 電極
２０ａ 筒状導体
２０ｂ 筒状導体
２０ｃ 筒状導体
２１ 突起部
２２ 切欠部
２３ 係合部
２４ 肉薄部
２５ 嵌合部
２６ 先細部
２７ 凸部
２８ 凹部
３０ 絶縁体
４０ 入力部
５０ 出力部
１００ 架空電力線
１００ａ 送電線
１００ｂ 送配電線
１１０ 架空線状導体
２００ 負荷
３００ 大地
３００ａ 中性点（接地）

（本発明の第１の実施形態）
図１（ａ）は三相三線式の架空電力線における作用静電容量を説明するための説明図、図１（ｂ）はこの発明を実施するための第１の実施形態における電源装置を架空電力線に装着した状態を示す概略構成図、図２（ａ）は図１（ｂ）に示す電源装置の電極の一例を示す側面図、図２（ｂ）は図２（ａ）に示す電極の正面図、図３（ａ）は図１（ｂ）に示す電源装置の電極の他の例における架空電力線に装着する前の正面図、図３（ｂ）は図１（ｂ）に示す電源装置の電極の他の例における架空電力線に装着した後の正面図、図４（ａ）は図１（ｂ）に示す電源装置の電極のさらに他の例における架空電力線に装着する前の正面図、図４（ｂ）は図４（ａ）に示す嵌合部に架空電力線を嵌合した後の正面図、図４（ｃ）は図１（ｂ）に示す電源装置の電極のさらに他の例における架空電力線に装着した後の正面図、図５（ａ）は図１（ｂ）に示す電源装置の等価回路の一例を示す回路図、図５（ｂ）は図５（ａ）に示す等価回路における並列回路を共振させた状態の等価回路を示す回路図、図６（ａ）は図１（ｂ）に示す電源装置の等価回路の他の例を示す回路図、図６（ｂ）は図１（ｂ）に示す電源装置の等価回路のさらに他の例を示す回路図、図７は図１（ｂ）に示す電源装置の電極の他の例を示す側面図、図８（ａ）は図１（ｂ）に示す電源装置の電極のさらに他の例を示す分解斜視図であり、（ｂ）は図８（ａ）に示す電極の側面図である。

図１（ａ）において、架空電力線１００は、架空電線路における三相三線式の各相電力線であり、三相三線の各線間と各線及び大地間とに静電容量が存在する。これらの静電容量を整理して、各線と三相三線の中性点（接地）３００ａとの間で働く静電容量に変換したものが作用静電容量Ｃ_U、Ｃ_V、Ｃ_Wである。

以下、本発明に係る電源装置の電極２０をＵ相の架空電力線１００に取り付けた場合について説明する。
図１（ｂ）において、本発明に係る電源装置は、架空電力線１００の長手方向に空気などの絶縁体３０を介して延在する電極２０と、架空電力線１００及び電極２０間の絶縁体による静電容量Ｃと並列共振させるインダクタンスＬを有する並列共振条件設定回路部１０と、並列共振条件設定回路部１０の入力側の一端を電極２０に接続し、他端を架空電力線１００の導体に接続する図示しない器具（例えば、針電極式クランプ）などを用いて架空電力線１００に接続するリード線などからなる入力部４０と、並列共振条件設定回路部１０の出力側であり、負荷２００に接続して電力を供給するためのケーブルなどからなる出力部５０とを備えている。

電極２０は、図２に示すように、架空電力線１００を所定の長さに亘り内包する筒状導体であり、筒状導体の長手方向に垂直な断面に対して略中央において架空電力線１００を支持するための突起部２１を有し、筒状導体の内部に架空電力線１００を挿入するための、筒状導体の長手方向に延在する切欠部２２を有している。これにより、筒状導体が、切欠部２２を有しない金属パイプのように、金属パイプの内部に挿入するために、架空電力線１００を切断する必要がなく、架空電力線１００に対する筒状導体の装着を容易にすることができる。

なお、電極２０の突起部２１は、架空電力線１００を支持できるのであれば、この形状及び個数に限られるものではない。
また、筒状導体の内部に架空電力線１００を挿入するための切欠部２２を設けるのではなく、筒状導体が半円柱の２つの部材からなり、この２つの部材を対向させて架空電力線１００を把持してもよい。

また、電極２０は、図３に示すように、筒状導体の周方向における対向する端部を互いに係合する係合部２３と、筒状導体の長手方向に延在し、切欠部２２を開閉する方向に筒状導体を屈曲可能とする肉薄部２４とを有してもよい。

なお、図３に示す電極２０に対する架空電力線１００の取付方法は、切欠部２２を開いた状態で（図３（ａ））、架空電力線１００を突起部２１（ここでは、２つの突起部２１）に当接させ、筒状導体の略中央に配置する。そして、切欠部２２を閉じる方向に、筒状導体の屈曲状態を元に戻し、係合部２３を係合させる（図３（ｂ））。

さらに、電極２０は、図４に示すように、筒状導体の周方向における一端に架空電力線１００を嵌合する嵌合部２５を有し、他端に近づくほど筒状導体の厚みが薄くなる肉薄状の先細部２６を他端に有してもよい。

なお、図４に示す電極２０に対する架空電力線１００の取付方法は、嵌合部２５に対して筒状導体の内側に先細部２６を屈曲させておき（図４（ａ））、嵌合部２５に架空電力線１００を嵌合する（図４（ｂ））。そして、嵌合部２５に対して筒状導体の外側に先細部２６を配置するように、筒状導体の屈曲状態を元に戻す（図４（ｃ））。

また、電極２０はこの形状に限られるものではなく、架空電力線１００に碍子を介して導体を吊架したものや、導体上に絶縁被覆を施した被覆線を架空電力線１００に螺旋状に直接巻きつけたものでもよい。

さらに、電極２０の材質は、作用静電容量Ｃ_Uに電荷を蓄えられるのであれば、アルミニウムなどの金属に限られるものではなく、導電性又は半導電性の合成樹脂を用いてもよい。なお、この第１の実施形態においては、長さが２．５ｍである半導電性のポリエチレン製の筒状導体を用いている。特に、架空電力線１００が絶縁被覆を有するものであって、耐電圧性能を求められる場合には、電極２０を含めた電源装置や負荷２００の表面に電線と同等の絶縁被覆を施す必要がある。

並列共振条件設定回路部１０は、例えば、図５（ａ）に示すように、架空電力線１００及び電極２０間の絶縁体による静電容量Ｃ_aと負荷２００との間に並列に接続され、静電容量Ｃ_aと並列共振するインダクタンスＬ_aからなる。

なお、インダクタンスＬ_aは、電源装置を装着する架空電力線１００の種類並びに電極２０及び絶縁体３０の仕様が決まっており、静電容量Ｃ_aの値が固定されているのであれば、静電容量Ｃ_aとの並列共振の条件を満たすように、回路部品を選定する。

このように、静電容量Ｃ_aとインダクタンスＬ_aとを並列共振させ、互いの電流が相殺して、静電容量Ｃ_aとインダクタンスＬ_aとの合成インピーダンスを無限大（∞）に保持することで、図５（ｂ）に示すように、静電容量Ｃ_aとインダクタンスＬ_aとが省略でき、負荷２００と作用静電容量Ｃ_Uとが直列に接続された等価回路とみなすことができる。

したがって、回路に流れる電流は、従来の電源装置において、負荷２００と静電容量Ｃ_xの並列部分で、負荷２００と静電容量Ｃ_xとに分流され、絶縁物で形成されるキャパシタンス（絶縁物のＣ_x）に一部が流れていたのに対して、本発明に係る電源装置においては、負荷２００に全ての電流が流れることになり、負荷２００に対して電流の流入効率の良い電源装置となる。

また、並列共振条件設定回路部１０は、例えば、図６（ａ）に示すように、静電容量Ｃ_aと負荷２００との間に並列に接続され、静電容量Ｃ_aと並列共振するようにインダクタンスを調節できる可変インダクタンスＬ_bからなる回路構成としてもよい。

すなわち、可変インダクタンスＬ_bのインダクタンスを調節し、静電容量Ｃ_a及び可変インダクタンスＬ_bからなる並列回路を並列共振回路とすることにより、予め、静電容量Ｃ_aとの並列共振の条件を満たすような、インダクタンスＬ_aの回路部品を選定する必要がなく、電源装置を装着する架空電力線１００の様々な種類に対応することができる。特に、
負荷２００の消費電力に応じて電極２０の長さを変更した場合であっても、可変インダクタンスＬ_bのインダクタンスを調節して並列共振の条件を保持することができる。

なお、静電容量Ｃ_aと可変インダクタンスＬ_bとの並列共振は、可変インダクタンスＬ_bのインダクタンスを変化させながら、出力部５０における電圧値を測定し、最大値を示したときが、所望の並列共振の状態である。また、可変インダクタンスの替わりに、架空電力線１００に対する電源装置の装着時に1度だけ調節して後は変更しない半固定インダクタンスを用いてもよい。

また、並列共振条件設定回路部１０は、例えば、図６（ｂ）に示すように、静電容量Ｃ_aに対して並列に接続される可変静電容量Ｃ_b及びインダクタンスＬ_aからなる回路構成としてもよい。

すなわち、可変静電容量Ｃ_bの静電容量を調節し、静電容量Ｃ_a、可変静電容量Ｃ_b及びインダクタンスＬ_aからなる並列回路を並列共振回路とすることにより、予め、静電容量Ｃ_aとの並列共振の条件を満たすような、インダクタンスＬ_aの回路部品を選定する必要がなく、電源装置を装着する架空電力線１００の様々な種類に対応することができる。特に、負荷２００の消費電力に応じて電極２０の長さを変更した場合であっても、可変静電容量Ｃ_bの静電容量を調節して並列共振の条件を保持することができる。

なお、静電容量Ｃ_a、可変静電容量Ｃ_b及びインダクタンスＬ_aの並列共振は、可変静電容量Ｃ_bの静電容量を変化させながら、出力部５０における電圧値を測定し、最大値を示したときが、所望の並列共振の状態である。また、可変静電容量Ｃ_bとなる可変コンデンサの替わりに、架空電力線１００に対する電源装置の装着時に1度だけ調節して後は変更しない半固定コンデンサを用いてもよい。

また、この第１の実施形態においては、電極２０が１つの筒状導体である場合について説明したが、電極２０が、一の筒状導体を他の筒状導体に当接して内包させる径の異なる複数の筒状導体からなり、一の筒状導体を他の筒状導体に対して摺動自在に配設できる構成としてもよい。例えば、図７に示すように、径の異なる複数の筒状導体２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄを適宜選択して、組み合わせることが考えられる。
これにより、負荷２００の消費電力に応じて、電極２０の長さを調節することができ、必要に応じたコンパクトな電極２０を構成することができる。

同様に、図８に示すように、電極２０が、一端に凸部２７を有し、他端に凹部２８を有する筒状導体２０ｅを、凸部２７及び凹部２８を嵌合し、複数連結してなることにより、負荷２００の消費電力に応じて、電極２０の長さを調節することができ、必要に応じたコンパクトな電極２０を構成することができる。

（本発明の第２の実施形態）
図９（ａ）は図１（ｂ）に示す電源装置の等価回路の一例を示す回路図、図９（ｂ）は図９（ａ）に示す等価回路における並列回路を共振させた状態の等価回路を示す回路図である。図９において、図１乃至図８と同じ符号は、同一又は相当部分を示し、その説明を省略する。

この第２の実施形態においては、静電容量Ｃ_aと負荷２００との間に変圧器１を並列に接続させるところのみが第１の実施形態と異なるところであり、後述する変圧器１による作用効果以外は、第１の実施形態と同様の作用効果を奏する。

変圧器１は、並列共振条件設定回路部１０の入力部４０に入力される一次電圧を、降圧し、二次電圧として、出力部５０から負荷側に出力する。なお、この第２の実施形態においては、一次巻線の巻数Ｎ₁と二次巻線の巻数Ｎ₂との巻数比（Ｎ₁／Ｎ₂）が１００である変圧器１を使用しているが、この巻数比に限られるものではない。

ここで、変圧器１において、第１の仮定として、磁束はすべて鉄心の中だけを通り両巻線に鎖交すること、第２の仮定として、巻線の抵抗は無視できること、第３の仮定として、鉄損は無視できること、第４の仮定として、鉄心の飽和は無視できること、第５の仮定として、鉄心の透磁率が無限大で励磁電流も無視できること、の５つを仮定した仮想上の変圧器を理想変圧器１ａという。

理想変圧器１ａでは仮定により、磁束はすべて鉄心の中だけを通り両巻線に鎖交するものとした。しかし、実際の変圧器１では、一次及び二次の両巻線と鎖交する主磁束の他に、一次巻線とだけ鎖交し二次巻線と交わらない磁束と、二次巻線とだけ鎖交し一次巻線と交わらない磁束が存在し、これらは漏れ磁束という。

この漏れ磁束による起電力は、漏れ磁束のない理想変圧器１ａの一次巻線及び二次巻線にそれぞれ直列に接続されたインダクタンスによって生じるリアクタンス電圧降下として取り扱うことができる。したがって、一次漏れリアクタンスをｘ₁、二次漏れリアクタンスをｘ₂とすれば、その影響を、図９（ａ）に示すように、理想変圧器１ａの一次巻線及び二次巻線とそれぞれ直列に接続された漏れリアクタンスｘ₁、ｘ₂として表わすことができる。

また、理想変圧器１ａでは仮定により巻線の抵抗を無視したが、実際の変圧器では巻線に抵抗があるために、それによる電圧降下と銅損を伴う。したがって、一次巻線の抵抗をｒ₁、二次巻線の抵抗をｒ₂とすれば、その影響を、図９（ａ）に示すように、理想変圧器１ａの一次巻線及び二次巻線とそれぞれ直列に接続された抵抗ｒ₁、ｒ₂として表わすことができる。

また、一次と二次の結合コイルを理想変圧器１ａとするためには、図９（ａ）に示すように、一次コイルと並列に励磁電流の通路を設けてやればよい。この分路は鉄損電流の通路となる励磁コンダクタンスｇ₀と磁化電流の通路となる励磁サセプタンスｂ₀の並列回路からなる。

このように、図９（ａ）に示すように、変圧器１は、一次巻線の抵抗ｒ₁、一次漏れリアクタンスｘ₁、励磁サセプタンスｂ₀、励磁コンダクタンスｇ₀、理想変圧器１ａ、二次巻線の抵抗ｒ₂及び二次漏れリアクタンスｘ₂からなる等価回路で表わすことができる。

また、変圧器１における、一次巻線の抵抗ｒ₁及び一次漏れリアクタンスｘ₁からなる合成インピーダンスＺ₁、並びに二次巻線の抵抗ｒ₂及び二次漏れリアクタンスｘ₂からなる合成インピーダンスＺ₂は、わずかな電圧降下として作用するが、ここでの電圧降下は一般的には非常に小さく、回路に対する影響が少ないために無視することができる。

また、可変静電容量Ｃ_bを調節して、静電容量Ｃ_a及び可変静電容量Ｃ_bと励磁サセプタンスｂ₀との並列共振の状態を作り出すことで、互いの電流が相殺して、静電容量Ｃ_a、可変静電容量Ｃ_b及び励磁サセプタンスｂ₀の合成インピーダンスを無限大（∞）に保持することで、図９（ｂ）に示すように、単純な等価回路とみなすことができる。

なお、静電容量Ｃ_a、可変静電容量Ｃ_b及び励磁サセプタンスｂ₀の並列共振は、可変静電容量Ｃ_bの静電容量を変化させながら、変圧器１の一次側、二次側又は出力部５０における電圧値を測定し、最大値を示したときが、所望の並列共振の状態である。特に、図示しない中央処理装置（Central Processing Unit：ＣＰＵ）によって、可変静電容量Ｃ_bを段階的に変化させるスイッチを開閉し、電圧が最大値となるように設定することが好ましい。ただし、架空電力線１００の種類や電極２０の構成上、静電容量Ｃ_aの変動が小さい場合には、変圧器１の励磁サセプタンスｂ₀を適当な値にすることで、可変静電容量Ｃ_bを固定のものにすることや、省略することも可能である。

ここで、変圧器１の一次巻線の巻数Ｎ₁と二次巻線の巻数Ｎ₂との巻数比（Ｎ₁／Ｎ₂）を１００とし、電源装置の出力部５０に１ｋΩの負荷２００を接続した場合を想定する。
この場合に、一次側から見た負荷２００のインピーダンスは、巻数比の二乗を乗じた値となるために、１０ＭΩ（＝１ｋΩ×１００²）となり、非常に大きいことがわかる。

すなわち、変圧器１によるインピーダンス整合の作用で、負荷２００における１ｋΩのインピーダンスを、１０ＭΩのインピーダンスに変換している。
また、変圧器１の一次側には励磁コンダクタンスｇ₀が存在するが、この値は非常に小さい（抵抗値では非常に大きい）。

したがって、一次側からみた負荷２００のインピーダンスと励磁コンダクタンスｇ₀との並列回路の合成インピーダンスは大きな値となり、作用静電容量Ｃ_Uとの分圧であっても、変圧器１の一次側に大きな電圧が印加されることになる。

なお、変圧器１を１個の変圧器により対処するには、励磁コンダクタンスｇ₀を小さくするために、変圧器１の巻線比を所望の値に保持しつつ一次巻線の巻数を増加させる必要がある。このため、変圧器１の形状が大きくなりすぎて、架空電力線１００への装着において、支障が出る場合がある他に、鉄損の少ない特殊な材質のコアを使用することでコスト高になる場合がある。

そこで、量産性の高い小さな変圧器を、架空電力線１００の長手方向に複数並べて直列に接続することで、電源装置を安価でコンパクトにでき、巻数比は一定のまま、励磁コンダクタンスｇ₀を小さくすることができる。なお、この第１の実施形態においては、８個の変圧器を直列に接続して変圧器１を構成している。

以上のように、本発明に係る電源装置においては、変圧器１の励磁サセプタンスｂ₀とそれに並列に挿入される静電容量Ｃ_a及び可変静電容量Ｃ_bとを並列共振の状態にして、これらの合成インピーダンスを無限大（∞）に保持することにより、励磁コンダクタンスｇ₀、理想変圧器１ａ及び負荷２００に生じる高い電圧を得ることができると共に、静電容量Ｃ_a側に流れる電流を相殺して、負荷２００に対する電流の流入効率を向上させることができる。また、変圧器１によるインピーダンス整合により、負荷２００に対して大きな電圧を印加することができる。

特に、本発明に係る電源装置においては、並列共振条件設定回路部１０の回路素子が可変静電容量Ｃ_b及び変圧器１のみからなる単純な回路構成であるために、架空電力線１００に取り付けるには、現実的な大きさ及び重量であるうえに、計測機器などの消費電力が比較的小さな負荷２００であれば連続的に電力を供給することができる。

（本発明の第３の実施形態）
図１０（ａ）は図１（ｂ）に示す電源装置の等価回路の一例を示す回路図、図１０（ｂ）は図１０（ａ）に示す等価回路における並列回路を共振させた状態の等価回路を示す回路図である。図１０において、図１乃至図９と同じ符号は、同一又は相当部分を示し、その説明を省略する。

この第３の実施形態においては、変圧器１の一次側に可変静電容量Ｃ_bを接続させる替わりに、変圧器１の二次巻線と負荷２００との間に可変インダクタンスＬ_bを並列に接続させるところのみが第２の実施形態と異なるところであり、後述する可変インダクタンスＬ_bによる作用効果以外は、第２の実施形態と同様の作用効果を奏する。

可変インダクタンスＬ_bは、インダクタンスを調節して、静電容量Ｃ_aと励磁サセプタンスｂ₀及び可変インダクタンスＬ_bとの並列共振の状態を作り出すことで、互いの電流が相殺して、静電容量Ｃ_a、励磁サセプタンスｂ₀及び可変インダクタンスＬ_bの合成インピーダンスを無限大（∞）に保持することで、図１０（ｂ）に示すように、単純な等価回路とみなすことができる。

なお、静電容量Ｃ_a、励磁サセプタンスｂ₀及び可変インダクタンスＬ_bの並列共振は、可変インダクタンスＬ_bのインダクタンスを変化させながら、変圧器１の一次側、二次側又は出力部５０における電圧値を測定し、最大値を示したときが、所望の並列共振の状態である。特に、図示しない中央処理装置（ＣＰＵ）によって、可変インダクタンスＬ_bを段階的に変化させるスイッチを開閉し、電圧が最大値となるように設定することが好ましい。ただし、架空電力線１００の種類や電極２０の構成上、静電容量Ｃ_aの変動が小さい場合には、変圧器１の励磁サセプタンスｂ₀を適当な値にすることで、可変インダクタンスＬ_bを固定のものにすることや、省略することも可能である。
ここで、変圧器１の二次側に、可変インダクタンスＬ_b又は固定のインダクタンスＬ_aを接続することによる作用効果について説明する。

まず、図１０（ａ）において、可変インダクタンスＬ_bを接続しない、変圧器１のトランス方式では、励磁コンダクタンスｇ₀に流れる損失分の鉄損電流を小さくするために、一次巻線の巻数を増加し、励磁コンダクタンスｇ₀を小さく（抵抗値を大きく）することが効果的である。

これに対し、一次巻線の巻数を増加することは、励磁サセプタンスｂ₀のインダクタンスを大きくすることとなり、静電容量Ｃ_aと励磁サセプタンスｂ₀との並列共振の状態を維持するためには、静電容量Ｃ_aを小さくする必要がある。

すなわち、静電容量Ｃ_aを小さくするためには、架空電力線１００に対向する電極２０の面積を小さく（筒状導体の長さを短く）することや、架空電力線１００と電極２０との間隔を広げる（筒状導体の内径を大きくする）ことが必要である。

しかしながら、架空電力線１００に対向する電極２０の面積を小さく（筒状導体の長さを短く）することは、架空電力線１００から得られる電力を低下させるという問題点がある。また、架空電力線１００と電極２０との間隔を広げる（筒状導体の内径を大きくする）ことは、電源装置の大型化に繋がるという問題点がある。

これに対し、静電容量Ｃ_aと変圧器１の一次巻線との間に、新たなインダクタンスＬ（可変インダクタンスＬ_b又は固定のインダクタンスＬ_a）を並列に接続して、励磁サセプタンスｂ₀と合成したインダクタンスの値を小さくすることが考えられるが、変圧器１の一次側に掛かる高電圧に耐え得るインダクタンスＬを追加することは、電源装置の大型化に繋がるという問題点がある。

したがって、本発明に係る電源装置においては、低電圧である変圧器１の二次側に新たなインダクタンスＬを接続することで、電源装置の小型化を図りつつ、架空電力線１００から得られる電力を低下させることなく、静電容量Ｃ_aと励磁サセプタンスｂ₀及び新たなインダクタンスＬ（可変インダクタンスＬ_b又は固定のインダクタンスＬ_a）との並列共振
の状態を維持することができるという作用効果を奏する。

以上のように、本発明に係る電源装置においては、静電容量Ｃ_aとそれに並列に挿入される変圧器１の励磁サセプタンスｂ₀及び可変インダクタンスＬ_bとを並列共振の状態にして、これらの合成インピーダンスを無限大（∞）に保持することにより、励磁コンダクタンスｇ₀、理想変圧器１ａ及び負荷２００に生じる高い電圧を得ることができると共に、静電容量Ｃ_a側に流れる電流を相殺して、負荷２００に対する電流の流入効率を向上させることができる。また、変圧器１によるインピーダンス整合により、負荷２００に対して大きな電圧を印加することができる。

特に、本発明に係る電源装置においては、並列共振条件設定回路部１０の回路素子が可変インダクタンスＬ_b及び変圧器１のみからなる単純な回路構成であるために、架空電力線１００に取り付けるには、現実的な大きさ及び重量であるうえに、計測機器などの消費電力が比較的小さな負荷２００であれば連続的に電力を供給することができる。

（本発明の第４の実施形態）
図１１（ａ）は三相三線式の架空電力線及び架空線状導体における空間静電容量を説明するための説明図、図１１（ｂ）はこの発明を実施するための第４の実施形態における電源装置を架空線状導体に装着した状態を示す概略構成図、図１２（ａ）は図１１（ｂ）に示す電源装置の等価回路の一例を示す回路図、図１２（ｂ）は図１２（ａ）に示す等価回路における並列回路を共振させた状態の等価回路を示す回路図である。図１１及び図１２において、図１乃至図１０と同じ符号は、同一又は相当部分を示し、その説明を省略する。

この第４の実施形態においては、架空電力線１００の替わりに架空線状導体１１０に電源装置を装着するところのみが第１の実施形態、第２の実施形態及び第３の実施形態と異なるところであり、後述する架空線状導体１１０に電源装置を装着したことによる作用効果以外は、第１の実施形態、第２の実施形態及び第３の実施形態と同様の作用効果を奏する。

図１１（ａ）において、架空線状導体１１０は、架空地線であれば、避雷針のように落雷を誘導して架空電力線１００への直撃を防止することや、雷雲による誘導雷発生を減少させるために、架空伝送路における鉄塔や電柱などの支持物の頂部に架設する接地線である。

この架空線状導体１１０は、一般的に接地されているために、前述した作用静電容量と同様に、三相三線の各線間と各線及び架空線状導体１１０間とに静電容量が存在する。これらの静電容量を整理して、各線と架空線状導体１１０との間で働く静電容量に変換したものが静電容量Ｃ_UG、Ｃ_VG、Ｃ_WGである。

ここで、図１（ａ）に示した作用静電容量Ｃ_U、Ｃ_V、Ｃ_Wは、架空電力線１００及び大地（架空線状導体１１０や支持物などの接地構造体を含む）間に生じる静電容量及び三相三線の各線間に生じる静電容量を合成して全てを中性点（接地）３００ａに対する静電容量に置き換えたものである。

これに対して、図１１（ａ）に示した静電容量Ｃ_U1、Ｃ_V1、Ｃ_W1は、架空線状導体１１０に対する静電容量Ｃ_UG、Ｃ_VG、Ｃ_WGを作用静電容量Ｃ_U、Ｃ_V、Ｃ_Wから独立させることで、その分の中性点（接地）３００ａ間の静電容量が減少することになり、図１（ａ）に示した作用静電容量Ｃ_U、Ｃ_V、Ｃ_Wと異なる静電容量Ｃ_U1、Ｃ_V1、Ｃ_W1として表記している。

また、図１２（ａ）において、静電容量Ｃ_aGは、架空線状導体１１０及び架空線状導体１１０に装着された電極２０間の絶縁体による静電容量であり、可変静電容量Ｃ_bGが並列に接続される。

この第４の実施形態においては、本発明に係る電源装置の電極２０を架空線状導体１１０に装着することで、三相三線の各線から各静電容量Ｃ_UG、Ｃ_VG、Ｃ_WGに充電される充電電流が、電極２０を介して架空線状導体１１０に流入することになり、並列共振条件設定回路部１０に充電電流を供給することができるという作用効果を奏する。

ただし、各静電容量Ｃ_UG、Ｃ_VG、Ｃ_WGが同一の値となる場合には、電力を得ることができない。これは、三相三線の各線と架空電力線１００に並設して架線される架空線状導体１１０との線間距離が等しい場合に、各静電容量Ｃ_UG、Ｃ_VG、Ｃ_WGの値が一致して、各静電容量Ｃ_UG、Ｃ_VG、Ｃ_WGに充電される位相の１２０度（２π／３［ｒａｄ］）ずれた電流が互いに相殺されるためである。

したがって、この第４の実施形態においては、三相三線の各線と架空電力線１００に並設して架線される架空線状導体１１０との線間距離が一致しない位置に、架空電力線１００及び架空線状導体１１０をそれぞれ布設する必要がある。
また、架空線状導体１１０に電源装置を装着すると、電極２０を含めた電源装置や負荷２００に電圧を生じるため、その表面に適当な絶縁被覆を施すことが好ましい。

なお、この第４の実施形態に係る電源装置においては、並列共振条件設定回路部１０に変圧器１を備えた例を用いて説明したが、前述した第１の実施形態又は第３の実施形態における並列共振条件設定回路部１０の構成であっても、第４の実施形態における作用効果と同様の作用効果を奏する。

Claims (9)

1. 架空線に装着され、負荷に電力を供給する電源装置において、
   前記架空線及び当該架空線の長手方向に絶縁体を介して延在する電極からなる静電容量と、
   前記静電容量に対して並列に接続されるインダクタンスと、
   前記静電容量及び前記インダクタンスによる並列回路の両端から引き出される出力部と を備え、
   前記並列回路を並列共振回路として、前記出力部から電力を供給することを特徴とする電源装置。
2. 前記請求項１に記載の電源装置において、
   前記インダクタンスが可変インダクタンスであり、当該可変インダクタンスのインダクタンスを調節し、前記並列回路を並列共振回路とすることを特徴とする電源装置。
3. 前記請求項１に記載の電源装置において、
   前記静電容量に対して並列に接続される可変静電容量を備え、
   前記可変静電容量の静電容量を調節し、前記並列回路を並列共振回路とすることを特徴とする電源装置。
4. 前記請求項１又は３に記載の電源装置において、
   一次電圧を降圧させて二次電圧を出力する変圧器を備え、
   前記インダクタンスが、前記出力部を二次側とする前記変圧器の励磁サセプタンス成分に対応することを特徴とする電源装置。
5. 前記請求項１に記載の電源装置において、
   一次電圧を降圧させて二次電圧を出力する変圧器と、
   前記変圧器の二次側に二次巻線に対して並列に接続されるインダクタンスと、
   を備え、
   前記静電容量に対して並列に接続されるインダクタンスが、前記出力部を二次側とする前記変圧器の励磁サセプタンス成分に対応することを特徴とする電源装置。
6. 前記請求項５に記載の電源装置において、
   前記変圧器の二次側に二次巻線に対して並列に接続されるインダクタンスが可変インダクタンスであり、当該可変インダクタンスのインダクタンスを調節し、前記並列回路を並列共振回路とすることを特徴とする電源装置。
7. 前記請求項１乃至６のいずれかに記載の電源装置において、
   前記電極が、前記架空線を所定の長さに亘り内包する筒状導体であることを特徴とする電源装置。
8. 前記請求項７に記載の電源装置において、
   前記電極が、一の前記筒状導体を他の前記筒状導体に当接して内包させる径の異なる複数の筒状導体からなり、当該一の筒状導体を他の筒状導体に対して摺動自在に配設することを特徴とする電源装置。
9. 前記請求項７に記載の電源装置において、
   前記電極が、複数の前記筒状導体を連結してなることを特徴とする電源装置。

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