JP7359564B2 - 給電装置 - Google Patents

Description

本開示は、給電装置に関する。

例えば鉄道車両等の移動体において、動力としての電力を非接触給電によって供給する給電システムが知られている（特許文献１参照）。この給電システムでは、移動体の走行路に給電コイルが配置され、移動体に集電コイルが配置される。

給電コイルは、送電用の電線を用い、移動体の走行路に沿って複数のループを構成することで形成される。また、給電コイルは、Ｕ相の電流が流れる第１ループ線と、Ｖ相の電流が流れる第２ループ線とから構成される。

特開２０１０－１２５９７４号公報

給電コイルのループにおいて第１ループ線と第２ループ線との長さが異なると、電気的な不平衡によってコモンモード電流が給電コイルに流れ、誘導障害が発生するおそれがある。そのため、第１ループ線と第２ループ線との長さを均等にする配置が望まれる。

ところで、図４に示すように、本区間１１１に対し移動体の進路を切り替えるために移動する分岐区間１１２が走行路１１０に設けられる場合がある。このような分岐区間１１２では、ループ線の折り返しが必要となる。

図４では、分岐区間１１２に一方のループ線（例えば第２ループ線１２２）のみでループＬ１が形成され、分岐区間１１２の手前に他方のループ線（例えば第１ループ線１２１）のみでループＬ２が形成されることによって、分岐区間１１２でループ線が折り返されている。これにより、各ループの自己インダクタンス及び電線の数を変更することなく、第１ループ線１２１と第２ループ線１２２との長さを均等にできる。

しかし、図４の構成では、分岐区間１１２に配置されたループＬ１の長さが分岐区間１１２の手前に配置されたループＬ２の長さによって制限される。そのため、分岐区間１１２の長さ（つまり分岐区間１１２の設置可能位置）に制約が発生する。

また、ループ線が構成するループの長さは、分岐区間以外のループ線が設置される構造物（例えば、走行路の内外でループ線が通線される管路の位置）においても制約される。つまり、走行路全体の長さや、走行路における構造物の配置にもループ線による制約が発生する。

本開示の一局面は、給電コイルにおける電気的な不平衡を抑制しつつ、走行路の設計自由度を高められる給電装置を提供することを目的としている。

本開示の一態様は、移動体の走行路に配置される給電コイルと、給電コイルに交流電流を供給する電源と、を備える給電装置である。給電コイルは、Ｕ相の電流が流れる第１ループ線と、第１ループ線と直列に接続されると共に、Ｖ相の電流が流れる第２ループ線と、を有する。

また、第１ループ線は、移動体の走行方向と平行な方向にＵ字状に折り返された第１折り返し部を有し、第２ループ線は、走行方向と平行な方向にＵ字状に折り返されると共に、走行方向と垂直な方向において第１折り返し部に重なるように配置された第２折り返し部を有する。

このような構成によれば、第１折り返し部及び第２折り返し部において、第１ループ線及び第２ループ線が走行方向と垂直な方向に並びながら走行方向に延伸することで、第１ループ線及び第２ループ線の長さが均等に保たれる。そのため、走行路においてループ線の折り返しが必要な箇所に第１折り返し部及び第２折り返し部を配置することで、走行路の設計自由度が高められる。

本開示の一態様では、第１折り返し部及び第２折り返し部は、走行路のうち移動体の進路を変更するように移動する分岐区間に配置されてもよい。第１折り返し部及び第２折り返し部それぞれの折り返し端部は、分岐区間の両端部のうち、進路変更時の移動量が大きい可動側端部に配置されてもよい。このような構成によれば、給電コイルにおける電気的な不平衡を抑制するために発生する分岐区間の長さ制約を解消することができる。

本開示の一態様では、第１ループ線は、走行路のうち分岐区間の可動側端部に接続される被接続区間に配置された第１被接続区間部と、第１折り返し部と第１被接続区間部とを接続する第１アプローチ部と、をさらに有してもよい。第２ループ線は、被接続区間に配置された第２被接続区間部と、第２折り返し部と第２被接続区間部とを接続する第２アプローチ部と、をさらに有してもよい。このような構成によれば、１つの電源から分岐区間前後の複数のループに電流を供給できる。その結果、分岐区間の長さ制約を解消しつつ、設備コストが低減できる。

図１は、実施形態における給電装置の模式的な平面図である。 図２は、ループ線と走行路との位置関係を示す模式的な断面図である。 図３は、図１とは異なる実施形態における給電装置の模式的な平面図である。 図４は、従来の給電装置の模式的な平面図である。

以下、本開示が適用された実施形態について、図面を用いて説明する。
［１．第１実施形態］
［１－１．構成］
図１に示す給電装置１は、移動体（例えば、鉄道車両、自動車、工場内の搬送装置等）への非接触給電に用いられる。給電装置１は、給電コイル２と、電源３とを備える。

＜給電コイル＞
給電コイル２は、移動体の走行路１０に配置されている。給電コイル２は、第１ループ線２１と第２ループ線２２とを有する。給電コイル２は、第１ループ線２１及び第２ループ線２２によって形成された複数のループから構成されている。

本実施形態では、給電コイル２は、図２に示すように、走行路１０の走行面１０Ａから走行面１０Ａと垂直な方向に一定距離離間した位置に、支持具（図示省略）によって保持されている。つまり、第１ループ線２１及び第２ループ線２２は、走行路１０の走行面１０Ａに沿って延伸している。

走行路１０の走行面１０Ａは、移動体が走行する面である。ただし、移動体は、走行面１０Ａに必ずしも接面して走行する必要はなく、走行面１０Ａから離間しつつ、走行面１０Ａに沿って走行してもよい。また、給電コイル２は、走行面１０Ａ上に直接配置されてもよい。

走行路１０は、図１に示すように、本区間１１と、分岐区間１２と、被接続区間１３とを有する。移動体は、本区間１１から被接続区間１３に向かって、あるいは被接続区間１３から本区間１１に向かって走行する。

分岐区間１２は、本区間１１に対し、走行路１０における移動体の進路を変更するように移動する。分岐区間１２は、本区間１１に接続された固定側端部１２Ａと、被接続区間１３に接続する第１位置（図１中破線で示す）と被接続区間１３から離間した第２位置（図１中実線で示す）とに移動可能な可動側端部１２Ｂとを有する。被接続区間１３は、分岐区間１２の可動側端部１２Ｂに接続される。

分岐区間１２は、固定側端部１２Ａを中心として、走行面１０Ａと平行な面内で揺動する。進路変更時における可動側端部１２Ｂの移動量は、固定側端部１２Ａの移動量よりも大きい。分岐区間１２の可動側端部１２Ｂが第２位置にあるときは、図示しない別の被接続区間に分岐区間１２が接続される。なお、本区間１１と分岐区間１２とは常に接続されている。また、固定側端部１２Ａはループ線が断線しない範囲で移動してもよい。

（第１ループ線）
第１ループ線２１には、電源３から供給されるＵ相の電流が流れる。第１ループ線２１は、第１本区間部２１Ａと、第１折り返し部２１Ｂと、第１被接続区間部２１Ｃと、第１アプローチ部２１Ｄとを有する。

第１本区間部２１Ａは、本区間１１に配置された部位である。第１本区間部２１Ａの一端は、電源３に接続されている。

第１折り返し部２１Ｂは、移動体の走行方向と平行な方向にＵ字状に折り返された部位である。第１折り返し部２１Ｂは、分岐区間１２に配置されている。第１折り返し部２１Ｂの折り返し端部（つまりＵ字の底の部分）は、分岐区間１２の可動側端部１２Ｂに配置され、分岐区間１２の幅方向（つまり走行方向と垂直な方向）に延伸している。

第１折り返し部２１Ｂの両端（つまりＵ字の始点及び終点）は、分岐区間１２の固定側端部１２Ａに配置されている。第１折り返し部２１Ｂの一端は、第１本区間部２１Ａに接続されている。第１折り返し部２１Ｂの他端は、第１アプローチ部２１Ｄに接続されている。第１折り返し部２１Ｂは、分岐区間１２と共に、第１位置と第２位置とに移動する。

第１被接続区間部２１Ｃは、被接続区間１３に配置された部位である。第１被接続区間部２１Ｃの一端は、第１アプローチ部２１Ｄに接続されている。第１被接続区間部２１Ｃの他端は、第２ループ線２２に接続されている。

第１アプローチ部２１Ｄは、第１折り返し部２１Ｂと第１被接続区間部２１Ｃとを接続する部位である。第１アプローチ部２１Ｄは、ループを形成せずに、分岐区間１２と並行して延伸している。また、第１アプローチ部２１Ｄは、移動体の走行領域外に配置されている。

（第２ループ線）
第２ループ線２２には、電源３から供給されるＶ相の電流が流れる。第２ループ線２２は、第１ループ線２１と直列に接続されている。

第１ループ線２１と第２ループ線２２とは、電源３に両端が接続された一本の連続した電線で構成される。この電線において電源３から最も離間した点Ｐが第１ループ線２１と第２ループ線２２との境界となる。

第２ループ線２２は、第２本区間部２２Ａと、第２折り返し部２２Ｂと、第２被接続区間部２２Ｃと、第２アプローチ部２２Ｄとを有する。

第２本区間部２２Ａは、本区間１１に配置された部位である。第２本区間部２２Ａの一端は、電源３に接続されている。第２本区間部２２Ａは、第１本区間部２１Ａと離間しつつ移動体の走行方向に沿って延伸している。

第２折り返し部２２Ｂは、移動体の走行方向と平行な方向にＵ字状に折り返された部位である。第２折り返し部２２Ｂは、分岐区間１２に配置されている。第２折り返し部２２Ｂの折り返し端部は、分岐区間１２の可動側端部１２Ｂに配置され、分岐区間１２の幅方向に延伸している。

第２折り返し部２２Ｂは、分岐区間１２の幅方向において第１折り返し部２１Ｂに重なっている。第２折り返し部２２Ｂの分岐区間１２の幅方向における長さは、第１折り返し部２１Ｂの分岐区間１２の幅方向における長さと等しくされる。また、第２折り返し部２２Ｂは、図１に示すように、第１折り返し部２１Ｂと交差していてもよい。

第２折り返し部２２Ｂの両端は、分岐区間１２の固定側端部１２Ａに配置されている。第２折り返し部２２Ｂの一端は、第２本区間部２２Ａに接続されている。第２折り返し部２２Ｂの他端は、第２アプローチ部２２Ｄに接続されている。第２折り返し部２２Ｂは、分岐区間１２及び第１折り返し部２１Ｂと共に、第１位置と第２位置とに移動する。

第２被接続区間部２２Ｃは、被接続区間１３に配置された部位である。第２被接続区間部２２Ｃの一端は、第２アプローチ部２２Ｄに接続されている。第２被接続区間部２２Ｃの他端は、第１ループ線２１に接続されている。

第２アプローチ部２２Ｄは、第２折り返し部２２Ｂと第２被接続区間部２２Ｃとを接続する部位である。第２アプローチ部２２Ｄは、ループを形成せずに、分岐区間１２と並行して延伸している。また、第２アプローチ部２２Ｄは、第１アプローチ部２１Ｄと共に、移動体の走行領域外に配置されている。

（ループの数）
図１において、第１本区間部２１Ａと第２本区間部２２Ａとの捻架によって、本区間１１に１又は複数のループが形成されてもよい。また、第１本区間部２１Ａ及び第２本区間部２２Ａそれぞれによって本区間１１に１又は複数の単相ループが形成されてもよい。

さらに、第１折り返し部２１Ｂ及び第２折り返し部２２Ｂそれぞれによって分岐区間１２に１又は複数の単相ループが形成されてもよい。また、第１折り返し部２１Ｂと第２折り返し部２２Ｂとの捻架によって、分岐区間１２に１又は複数のループが形成されてもよい。

さらに、第１被接続区間部２１Ｃ及び第２被接続区間部２２Ｃそれぞれによって被接続区間１３に１又は複数の単相ループが形成されてもよい。また、被接続区間１３には捻架による複数のループが形成されてもよい。

＜電源＞
電源３は、給電コイル２に交流電流を供給する。電源３は、受電設備、高周波変換設備等を含む給電ポストで構成される。なお、図１では、電源３は走行路１０に配置されているが、電源３は走行路１０の外に配置されてもよい。

［１－２．効果］
以上詳述した実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（１ａ）第１折り返し部２１Ｂ及び第２折り返し部２２Ｂにおいて、第１ループ線２１及び第２ループ線２２が走行方向と垂直な方向に並びながら走行方向に延伸することで、第１ループ線２１及び第２ループ線２２の長さが均等に保たれる。そのため、走行路１０においてループ線の折り返しが必要な箇所に第１折り返し部２１Ｂ及び第２折り返し部２２Ｂを配置することで、走行路１０の設計自由度が高められる。

（１ｂ）第１折り返し部２１Ｂ及び第２折り返し部２２Ｂが分岐区間１２に配置されることで、給電コイル２における電気的な不平衡を抑制するために発生する分岐区間１２の長さ制約を解消することができる。

（１ｃ）第１アプローチ部２１Ｄ及び第２アプローチ部２２Ｄによって、１つの電源３から分岐区間１２前後の複数のループに電流を供給できる。その結果、分岐区間１２の長さ制約を解消しつつ、設備コストが低減できる。

［２．他の実施形態］
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は、上記実施形態に限定されることなく、種々の形態を採り得ることは言うまでもない。

（２ａ）上記実施形態の給電装置１において、第１ループ線２１は、必ずしも第１被接続区間部２１Ｃ及び第１アプローチ部２１Ｄを有さなくてもよい。同様に、第２ループ線２２は、必ずしも第２被接続区間部２２Ｃ及び第２アプローチ部２２Ｄを有さなくてもよい。

例えば、図３に示す給電コイル２Ａでは、第１ループ線２１は、第１本区間部２１Ａと、第１折り返し部２１Ｂとのみを有する。同様に、第２ループ線２２は、第２本区間部２２Ａと、第２折り返し部２２Ｂとのみを有する。また、給電コイル２Ａでは、本区間１１内の点Ｐにおいて、第１ループ線２１と第２ループ線２２とが接続されている。

（２ｂ）上記実施形態の給電装置１において、第１折り返し部２１Ｂ及び第２折り返し部２２Ｂは、必ずしも分岐区間１２に配置されなくてもよい。少なくとも第１折り返し部２１Ｂ及び第２折り返し部２２Ｂが走行路１０に配置されることで、例えば、走行路１０全体の長さや、走行路１０の内外でループ線が通線される管路の配置の制約を解消することができる。

（２ｃ）上記実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素として分散させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に統合したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加、置換等してもよい。なお、特許請求の範囲に記載の文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。

１…給電装置、２，２Ａ…給電コイル、３…電源、１０…走行路、１０Ａ…走行面、
１１…本区間、１２…分岐区間、１２Ａ…固定側端部、１２Ｂ…可動側端部、
１３…被接続区間、２１…第１ループ線、２１Ａ…第１本区間部、
２１Ｂ…第１折り返し部、２１Ｃ…第１被接続区間部、２１Ｄ…第１アプローチ部、
２２…第２ループ線、２２Ａ…第２本区間部、２２Ｂ…第２折り返し部、
２２Ｃ…第２被接続区間部、２２Ｄ…第２アプローチ部。

Claims (2)

1. 移動体の走行路に配置される給電コイルと、
   前記給電コイルに交流電流を供給する電源と、
   を備える給電装置であって、
   前記給電コイルは、
   Ｕ相の電流が流れる第１ループ線と、
   前記第１ループ線と直列に接続されると共に、Ｖ相の電流が流れる第２ループ線と、
   を有し、
   前記第１ループ線は、前記移動体の走行方向と平行な方向にＵ字状に折り返された第１折り返し部を有し、
   前記第２ループ線は、前記走行方向と平行な方向にＵ字状に折り返されると共に、前記走行方向と垂直な方向において前記第１折り返し部に重なるように配置された第２折り返し部を有し、
   前記第１折り返し部及び前記第２折り返し部は、前記走行路のうち前記移動体の進路を変更するように移動する分岐区間に配置され、
   前記第１折り返し部及び前記第２折り返し部それぞれの折り返し端部は、前記分岐区間の両端部のうち、進路変更時の移動量が大きい可動側端部に配置される、給電装置。
2. 請求項１に記載の給電装置であって、
   前記第１ループ線は、
   前記走行路のうち前記分岐区間の前記可動側端部に接続される被接続区間に配置された第１被接続区間部と、
   前記第１折り返し部と前記第１被接続区間部とを接続する第１アプローチ部と、
   をさらに有し、
   前記第２ループ線は、
   前記被接続区間に配置された第２被接続区間部と、
   前記第２折り返し部と前記第２被接続区間部とを接続する第２アプローチ部と、
   をさらに有する、給電装置。

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