JPH07227003A - 移動体の無接触給電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】電源装置や無接触給電変圧器を小形にすると共
に、負荷容量が増大しても給電線の太さや重量の増加の
程度を緩和し、且つ無接触給電変圧器二次側機器を簡単
化することで、負荷へ安定な電力を供給しつつ装置全体
を小形・軽量・低価格化し、且つ耳障りな電磁騒音を低
減することにある。 【構成】給電線７に直列に直列コンデンサ２１を挿入
し、これの静電容量と回路インダクタンス５と交流電源
２０の周波数とで直列共振させることで、給電線７のリ
アクタンス分をキャンセルするから、電源が高い周波数
でもリアクタンス電圧降下が無く、無接触給電変圧器も
小形になる。交流電源を共振型インバータにし、電流
形、又は方形波出力インバータにすれば無接触給電変圧
器１０の二次側に接続する直流−直流変換器１４の構成
は簡素化されるし、二次巻線を短絡するスイッチで、複
数負荷の運転と停止を選択することも可能になる。更に
電源の多相化で給電線７を細くする。給電線７と直列コ
ンデンサ２１の分割で共振時の端子電圧上昇を回避す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、移動する物体へ無接
触で電力を供給することができる移動体の無接触給装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】電源を地上に設置し、この電源から移動
する物体，例えば電車へ電力を供給する場合は、電源か
らの電力を供給するために地上に固定している架線と電
車に装備してこの電力を車内へ取り入れるためのパンタ
グラフなどの集電装置とを接触させ、パンタグラフが架
線をこすりながら電力を取り入れる接触型の給電方法を
採用している。しかしながらこのような接触型給電装置
ではパンタグラフや架線が磨耗するし、架線とレールと
の間隔が一定していないとパンタグラフが離線して火花
を発生し、ますます磨耗を促進してしまうので、これら
架線や集電装置の保守・点検に多大の労力と費用を投入
しなければならない。更にパンタグラフの離線に伴う火
花はノイズの発生源となって、通信装置や電子機器に悪
影響を与えるので、誤動作防止のためのノイズ対策に多
大の費用が必要となる。そこで移動体の移動距離があま
り長くない場合、例えば建物の内部で使用する走行台車
や天井走行クレーンなどでは、無接触で電力を集電でき
るようにした無接触給電装置を使用することにより、架
線や集電装置の保守・点検にかける手間と費用の省略を
図っている。

【０００３】無接触給電装置として、移動距離分の長さ
の電力ケーブルを巻き取ることができるリールを移動体
に搭載し、このリールから電力ケーブルを繰り出した
り、リールへ電力ケーブルを巻き取りながら移動するの
が、最も簡便な方法であるが、これは移動距離に対応し
た長い電力ケーブルが必要になり、ケーブルの電圧降下
を考慮して大きな断面積のものを使用せざるを得ない。
従って電力ケーブルは高価で重量も大になるし、これを
巻き取るリールの直径も大になる。更にこの電力ケーブ
ルには常時機械的な応力が加わるので、絶縁物に亀裂が
入ったり、心線が断線する恐れもあり、保守点検に手間
と費用がかかる不都合がある。更にこのリール中心部か
らはスリップリングを介して電力を取り出すので、厳密
な意味での無接触給電とはならないし、このスリップリ
ングの保守が必要である。そこで以下に説明する無接触
給電変圧器を使用した無接触給電装置が採用されるよう
になってきている。

【０００４】図８は無接触給電変圧器を使用した無接触
集電装置の構成の一例を示した概念図である。この図８
の概念図において、交流電源１と給電線７とは地上に固
定された設備である。リング状の鉄心８に二次巻線９を
巻付け、この鉄心８の中央の穴に給電線７を通せば、こ
の給電線７は巻数が１回の一次巻線となり、これら給電
線７と鉄心８と二次巻線９とで変圧器を構成する。給電
線７は鉄心８の中央穴を貫通しているだけなので、給電
線７を固定していても鉄心８を左右方向（矢印で図示し
ている方向）へ移動させることができる。即ち、鉄心
８，二次巻線９，及び負荷１３は移動可能であり、交流
電源１からの交流電力を移動する負荷１３へ無接触で給
電することができる。尚、Ｕ字型をして交流電源１を往
復する給電線７を一括してしまうことはできないので、
往きの線と帰りの線との間には間隔ｄが必要である。

【０００５】図９は無接触給電変圧器を使用した無接触
給電装置の従来例を示した回路図である。この従来例回
路において、商用電源よりも高い周波数の交流電力を出
力する交流電源としての電圧形インバータ２に給電線７
を接続し、この給電線７には無接触で交流電力を取り出
せる無接触給電変圧器１０を設ける。この無接触給電変
圧器１０は図８で既述した一次巻線としての給電線７と
鉄心８と二次巻線９とで構成しているので、給電線７に
沿って移動しながら交流電力を無接触給電変圧器１０の
二次巻線から取り出すことができる。ここで電圧形イン
バータ２が出力する交流電力の周波数を高くすれば、移
動体に搭載することになる無接触給電変圧器１０を小さ
くすることができるので、移動体を小型・軽量にできる
効果が得られる。

【０００６】電圧形インバータ２として一般にパルス幅
変調制御インバータ（以下ではＰＷＭインバータと略記
する）を使用することが多い。当該ＰＷＭインバータの
出力側にはフィルタコンデンサ３Ｃとフィルタリアクト
ル３Ｌとで構成した高調波フィルタ３を接続して、出力
に含まれている高調波成分を吸収・除去する。尚、給電
線７には回路インダクタンス５と回路抵抗６とが存在す
るが、往復する給電線７の間隔ｄが大であることから、
回路インダクタンス５の値は大きくなり、電圧形インバ
ータ２の出力する無効電力成分が大きくなる。そこでこ
の無効電力を補償するために並列コンデンサ４を給電線
７に接続している。

【０００７】無接触給電変圧器１０から取り出した高周
波数の交流電力は整流器１１で直流電力に変換した後、
昇降圧チョッパ１２へ入力する。この昇降圧チョッパ１
２の動作の概略は次の通りである。即ちチョッパ１２Ｓ
をオンにすると整流器１１が電源になってリアクトル１
２Ｌに電流が流れ、この電流の２乗に比例したエネルギ
ーが当該リアクトル１２Ｌに蓄えられる。次いでチョッ
パ１２Ｓをオフにすると、リアクトル１２Ｌ→平滑コン
デンサ１２Ｃ→還流ダイオード１２Ｄ→リアクトル１２
Ｌの経路で電流が還流して、リアクトル１２Ｌのエネル
ギーは平滑コンデンサ１２Ｃへ移された後、負荷１３で
消費される。電圧検出器１２Ｖは平滑コンデンサ１２Ｃ
の端子電圧が一定となるようにチョッパ１２Ｓの導通率
を制御する信号を出力する。かくして負荷１３へは所望
電圧の直流電力が供給されることになる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】前述したように、無接
触給電装置では給電線７の往復する線の間隔ｄを大きく
しなければならないので、往復の電線が密着しているケ
ーブルにくらべると回路インダクタンス５の値が大きく
なる。この回路インダクタンス５による電圧降下は、電
圧形インバータ２が出力する交流電力の周波数の上昇に
対応して大きくなるので、出力周波数をより高くできる
能力を有するインバータであっても、その周波数をあま
り高くすることはできず、せいぜい数ｋＨｚ程度にとど
めざるを得なかった。従って無接触給電変圧器１０をあ
まり小形にできない不都合があるし、この数ｋＨｚ程度
の周波数は人間にとって最も耳障りな周波数帯域である
から、電圧形インバータ２，回路インダクタンス５，無
接触給電変圧器１０などがこのような耳障りな電磁騒音
を発生する不都合がある。

【０００９】更に、電圧形インバータ２の出力には無効
電力分が含まれるが、前述したようにこの無効電力を補
償するために並列コンデンサ４を設置する。電圧形イン
バータ２としてはＰＷＭインバータが多用されている
が、ＰＷＭインバータの出力に高調波成分が含まれてい
ると並列コンデンサ４に過大な電流が流れてしまう。そ
こで当該電圧形インバータ２の出力側にはこの高調波成
分を吸収・除去するために、フィルタコンデンサ３Ｃと
フィルタリアクトル３Ｌとで構成した高調波フィルタ３
を設ける必要があり、これらの高調波フィルタ３，前述
の並列コンデンサ４が装置を大形化・高価格化させる不
都合もある。又、電圧形インバータ２は電圧源であるか
ら、無接触給電変圧器１０を介して負荷１３へ安定した
電力を供給するためには、無接触給電変圧器１０の二次
側に高価な昇降圧チョッパ１２を設ける必要も生じる。

【００１０】又、負荷の容量増大に伴う電流の増加に対
応して給電線７も太くしなければならないので重量も増
加する。そのために給電線７の保持構造を強固にしなけ
ればならず、太くて重い給電線７の取付け作業が困難に
なる不具合もある。そこでこの発明の目的は、移動体へ
無接触で電力を供給する際に、電源装置や無接触給電変
圧器を小形にすると共に、負荷容量が増大しても給電線
の太さや重量の増加の程度を緩和し、且つ無接触給電変
圧器二次側機器を簡単化することで、負荷へ安定な電力
を供給しつつ装置全体を小形・軽量・低価格化し、且つ
耳障りな電磁騒音を低減することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めにこの発明の移動体の無接触給電装置は、一次巻線と
二次巻線とが鉄心を介して磁気結合している変圧器の前
記一次巻線と鉄心との相対位置を変えることができる構
造の無接触給電変圧器と、交流電源と、この交流電源に
接続して前記無接触給電変圧器の一次巻線となる給電線
と、前記無接触給電変圧器の二次巻線に接続して前記鉄
心と共に移動することができる負荷とでなる移動体の無
接触給電装置において、前記交流電源としてその出力交
流の周波数を変化させることができる可変周波数電源
と、前記給電線に直列接続する直列コンデンサとを備
え、この直列コンデンサのキャパシタンスと前記給電線
のインダクタンスとで直列共振となる共振周波数付近の
周波数で前記可変周波数電源を運転するものとする。

【００１２】又は、前記無接触給電変圧器の二次巻線に
接続してその出力を直流に変換する整流手段と、この整
流手段の出力電圧を変換する直流−直流変換手段と、前
記交流電源としてその出力交流の周波数を変化させるこ
とができる可変周波数電源と、前記給電線に直列接続す
る直列コンデンサとを備え、前記直流−直流変換手段の
出力側に前記負荷を接続し、前記直列コンデンサのキャ
パシタンスと前記給電線のインダクタンスとで直列共振
となる共振周波数付近の周波数で前記可変周波数電源を
運転するものとする。

【００１３】又は、前記無接触給電変圧器の二次巻線を
短絡する短絡スイッチと、前記交流電源としてその出力
交流の周波数を変化させることができ、且つ出力電流が
別途に定める指令電流の波形と一致するように制御され
る可変周波数電源と、前記給電線に直列接続する直列コ
ンデンサとを備え、この直列コンデンサのキャパシタン
スと前記給電線のインダクタンスとで直列共振となる共
振周波数付近の周波数で前記可変周波数電源を運転する
ものとする。

【００１４】又は、前記無接触給電変圧器の二次巻線を
短絡する短絡スイッチと、この二次巻線に接続してその
出力を直流に変換する整流手段と、この整流手段の出力
電圧を変換する直流−直流変換手段と、前記交流電源と
してその出力交流の周波数を変化させることができ、且
つ出力電流が別途に定める指令電流の波形と一致するよ
うに制御される可変周波数電源と、前記給電線に直列接
続する直列コンデンサとを備え、前記直流−直流変換手
段の出力側に前記負荷を接続し、前記直列コンデンサの
キャパシタンスと前記給電線のインダクタンスとで直列
共振となる共振周波数付近の周波数で前記可変周波数電
源を運転するものとする。

【００１５】又は、前記可変周波数電源は多相の可変周
波数電源で構成し、この可変周波数多相電源の相数と同
数の前記給電線のそれぞれに直列コンデンサを別個に直
列接続するものとする。又は、前記給電線とこれに直列
接続する直列コンデンサとはそれぞれを複数に分割し、
この各分割給電線のそれぞれに当該分割給電線のインダ
クタンスに対応した静電容量に分割されている直列コン
デンサを別個に直列接続して複数の分割共振給電回路を
構成し、これら各分割共振給電回路を相互に直列接続す
るものとする。

【００１６】

【作用】交流電源に接続する給電線に直列に直列コンデ
ンサを挿入し、この直列コンデンサの静電容量と前記回
路インダクタンスとで直列共振状態となる周波数、又は
その付近の周波数を前記交流電源に出力させるが、その
周波数は極力高い値となるように前記直列コンデンサの
静電容量を選定する。給電線が直列共振状態になればこ
の給電線のリアクタンス分は零になって抵抗分のみとな
る。無接触給電変圧器を使用すれば給電線の往路と復路
との間隔ｄのために当該給電線のリアクタンスは大きく
ならざるを得ないが、直列共振状態になればこのリアク
タンス分を零にできる。それ故交流電源は無効電力を出
力する必要が無くなるし、リアクタンス分に起因する電
圧降下は生じないから周波数を高くできる。周波数が高
くなれば無接触給電変圧器をより小形にできるし、耳障
りな周波数帯域を回避することかできる。

【００１７】インバータが電流形か、電流制御形の場合
は無接触給電変圧器の二次巻線を短絡するスイッチを設
ければ、負荷への電力供給を簡単に遮断することも可能
になる。更に、交流電源の出力側に並列コンデンサを接
続していないので、交流電源として方形波インバータを
使用することができるし、共振型インバータを採用する
ことができる。

【００１８】ここで前記可変周波数電源を可変周波数多
相電源で構成し、この可変周波数多相電源の相数と同数
の前記給電線のそれぞれに直列コンデンサを別個に直列
接続するならば、各給電線に流れる電流が同じであって
も負荷へより大きな電力を供給できる。例えば可変周波
数３相電源の場合は給電線の電圧と電流が従来と同じで
あっても1.73倍の電力を供給できる。

【００１９】又、直列共振している場合に直列コンデン
サの端子には電源電圧よりも高い電圧が印加されるが、
この電圧は直列共振回路のＱ値に対応して増加する。よ
って給電線を接続する端子や直列コンデンサの接続端子
を高電圧に耐える構造にしなければならないが、給電線
を分割してそれぞれに静電容量を分割した直列コンデン
サを直列に接続して複数の分割共振給電回路を構成し、
これら各分割共振給電回路を相互に直列接続したものを
給電回路にすることで、各端子に印加される電圧の軽減
を図っている。

【００２０】

【実施例】図１は本発明の第１実施例を表した回路図で
あって請求項１に対応するが、この第１実施例回路で図
示の回路インダクタンス５，回路抵抗６，給電線７，無
接触給電変圧器１０，及び負荷１３の名称・用途・機能
は、図９で既述の従来例回路の場合と同じであるから、
これらの説明は省略する。

【００２１】図１の第１実施例回路では、給電線７に直
列に直列コンデンサ２１を挿入しているが、この直列コ
ンデンサ２１の静電容量と回路インダクタンス５とで直
列共振状態となるように交流電源２０の出力周波数を制
御する。或いは直列共振に近い周波数となるように制御
する。このような状態では給電線７の回路インダクタン
ス５はほぼ零になるので、無効電力を供給するための余
分な電源容量は不必要になる。又、図９の従来例回路で
使用していた無効電力補償用の並列コンデンサ４は不要
になるし、この並列コンデンサ４へ高調波電流が流入す
るを抑制するために、高調波フィルタ３を交流電源２０
の出力側に接続することも不要になる。交流電源２０と
してはあらゆるタイプのインバータを使用することが可
能であるから、共振型インバータも勿論使用できる。

【００２２】共振型インバータも一般のインバータと同
様に半導体スイッチ素子のブリッジ接続で構成してお
り、給電線７の回路インダクタンス５と直列コンデンサ
２１と電源周波数とでほぼ直列共振の状態にして、電流
が零となる時点か又は電圧が零となる時点で各半導体ス
イッチ素子のオン・オフを切り換えるので、半導体スイ
ッチ素子の負担を大幅に軽減することができる。更に、
前述したように並列コンデンサ４と高調波フィルタ３を
省略できることから、一般的に多用されてはいるが高価
なＰＷＭインバータの代わりに、安価な方形波インバー
タの使用が可能になる。

【００２３】図２は本発明の第２実施例を表した回路図
であって請求項２に対応するが、この第２実施例回路で
図示の回路インダクタンス５，回路抵抗６，給電線７，
無接触給電変圧器１０，負荷１３，交流電源２０，及び
直列コンデンサ２１の名称・用途・機能は、図１で既述
の第１実施例回路の場合と同じであるから、これらの説
明は省略する。

【００２４】図２の第２実施例回路は、無接触給電変圧
器１０の二次巻線から取り出した交流電力を整流器１１
でいったん直流電力に変換し、この直流電力を直流−直
流変換器１４で所望電圧の直流電力に変換した後、負荷
１３へ供給する構成である。負荷１３がインバータであ
るならば、このインバータから所望の電圧と周波数の交
流電力を取り出すことができる。この第２実施例回路に
記載の交流電源２０としては、前述した図１の第１実施
例回路の場合と同様に、あらゆるタイプのインバータが
使用できるが、安価な共振型インバータ、方形波形イン
バータの使用が可能である。

【００２５】図３は本発明の第３実施例を表した回路図
であって請求項３に対応するが、この第３実施例回路で
図示の回路インダクタンス５，回路抵抗６，給電線７，
交流電源２０，及び直列コンデンサ２１の名称・用途・
機能は、図１で既述の第１実施例回路の場合と同じであ
るから、これらの説明は省略する。但し交流電源２０に
使用するインバータは、電流形インバータか、出力電流
が別途に定める指令電流波形と一致するように制御され
る，所謂電流制御形インバータであれば、方形波形イン
バータでもＰＷＭインバータでも、或いは共振型の方形
波形インバータでもＰＷＭインバータでも構わない。

【００２６】図３の第３実施例回路では、１組の交流電
源２０と給電線７が複数の負荷（図３では２組の負荷）
へ交流電力を供給する場合を表している。即ち第１無接
触給電変圧器３０が第１負荷３２へ交流電力を供給する
と共に、第２無接触給電変圧器４０が第２負荷４２へ交
流電力を供給しているが、第１無接触給電変圧器３０の
二次巻線を短絡するための第１短絡スイッチ３１と、第
２無接触給電変圧器４０の二次巻線を短絡するための第
２短絡スイッチ４１とが、負荷への供給電力を零にする
ために設置されている。即ち、この図３に図示のように
第１短絡スイッチ３１をオンにすれば第１無接触給電変
圧器３０の二次巻線は短絡になるので、第１負荷３２へ
の供給電力は零になるが、第２短絡スイッチ４１はオフ
しているので、第２無接触給電変圧器４０は第２負荷４
２へ電力を供給できる。

【００２７】図４は本発明の第４実施例を表した回路図
であって請求項４に対応するが、この第４実施例回路で
図示の回路インダクタンス５，回路抵抗６，給電線７，
交流電源２０，及び直列コンデンサ２１の名称・用途・
機能は、図１で既述の第１実施例回路の場合と同じであ
るから、これらの説明は省略する。但し交流電源２０に
使用するインバータは前述した図３の第３実施例回路の
場合と同様に、電流形インバータか、出力電流が別途に
定める指令電流波形と一致するように制御される，所謂
電流制御形インバータであれば、方形波形インバータで
もＰＷＭインバータでも、或いは共振型の方形波形イン
バータでもＰＷＭインバータでも構わない。

【００２８】図４の第４実施例回路では、１組の交流電
源２０と給電線７が複数の負荷（図４では２組の負荷）
へ交流電力を供給する場合を表している。即ち、第１無
接触給電変圧器３０の出力は第１整流器３３と第１直流
−直流変換器３４とを介して第１負荷３２へ電力を供給
するが、第１無接触給電変圧器３０の二次側にはその二
次巻線を短絡する第１短絡スイッチ３１も備えている。
又、第２無接触給電変圧器４０も第２整流器４３と第２
直流−直流変換器４４とを介して第２負荷４２へ電力を
供給するが、第２無接触給電変圧器４０の二次側にはそ
の二次巻線を短絡する第２短絡スイッチ４１を備えてい
る。このような構成により、第１短絡スイッチ３１がオ
フのときは第１無接触給電変圧器３０は第１負荷３２へ
電力を供給し続けるが、第１短絡スイッチ３１をオンに
すれば第１負荷３２への供給電力は零になる。同様に第
２短絡スイッチ４１がオフのときは第２無接触給電変圧
器４０は第２負荷４２へ電力を供給し続けるが、第２短
絡スイッチ４１をオンにすれば第２負荷４２への供給電
力は零になる。それ故、複数負荷のうちのいずれへ電力
を供給するかは、無接触給電変圧器二次巻線を短絡する
スイッチのオン・オフにより選択することができる。

【００２９】図５は図２の第２実施例回路に記載の直流
−直流変換器１４の回路構成を表した回路図である。無
接触給電変圧器１０の一次巻線を兼ねている給電線７が
図示していない交流電源から交流電力を供給し、整流器
１１は無接触給電変圧器１０からの交流電力を直流電力
に変換する。この直流電力が平滑コンデンサ１６を充電
し、この充電エネルギーが負荷１３へ供給される。ここ
で平滑コンデンサ１６の端子電圧は電圧検出器１７が監
視している。電圧検出器１７の検出電圧が設定値を越え
れば無接触給電変圧器１０の二次巻線を短絡するスイッ
チ素子１５をオンにするので、二次巻線から整流器１１
を介して平滑コンデンサ１６への充電電流が無くなるの
で、コンデンサ電圧は徐々に低下し、その電圧が設定値
以下になればスイッチ素子１５をオフにする指令が電圧
検出器１７へ与えられて、平滑コンデンサ１６は充電を
再開する。即ちスイッチ素子１５のオン・オフ比率を適
切に制御することで、負荷１３の消費電力が変化しても
その端子電圧を一定値に維持することができる。

【００３０】別途の指令信号でスイッチ素子１５のオン
状態をそのまま維持させれば、無接触給電変圧器１０か
ら負荷１３への電力は中断される。この場合は図３の第
３実施例回路に記載の第１短絡スイッチ３１，或いは第
２短絡スイッチ４１と同じ役割を果たすことになる。図
６は図５で既述の回路の応用例を表した回路図であっ
て、前述した図５の回路に短絡スイッチ１８を付加した
構成であり、この短絡スイッチ１８以外の各構成要素の
名称・用途・機能は、図５と同じであるから、同じ部分
の説明は省略する。

【００３１】前述したように、スイッチ素子１５をオン
にすれば平滑コンデンサ１６への充電は中断となる。従
って負荷１３への電力供給を零にしたいときはこのスイ
ッチ素子１５をオンにすれば良いが、スイッチ素子１５
がオン状態を維持するためには、スイッチ素子１５の制
御回路が動作していなければならない。そこで例えば手
動でオンとオフを切り換える構造の短絡スイッチ１８を
スイッチ素子１５に並列に設置しておいて、負荷１３の
運転を長時間停止する場合はこの短絡スイッチ１８をオ
ンにすれば、エネルギーの節約を図ることができる。よ
って図６に図示の回路は図３で既述の第３実施例回路
や、図４で既述の第４実施例回路に適用することができ
る。

【００３２】本発明では、安価な方形波形インバータを
使用できることは既に述べた。即ち給電線７に直列に直
列コンデンサ２１を挿入して並列コンデンサ４を省略す
れば、交流電源２０が高調波を含んだ交流を出力した場
合に備えている高調波フィルタ３が不要になるので、高
価なＰＷＭインバータを使用せずに、方形波を出力する
安価なインバータの使用が可能になるし、当該インバー
タの出力電圧波形が方形であっても、回路インダクタン
ス５と直列コンデンサ２１との共振により、インバータ
出力電流や給電線７の電圧は正弦波形になる。

【００３３】図７は交流電源として方形波インバータを
使用したときの各部の波形を表した動作波形図であっ
て、図７はインバータの出力電圧波形、図７はイン
バータの出力電流波形、図７は直列コンデンサ２１の
電圧波形、図７は給電線７の電圧波形、をそれぞれが
表している。この図７に図示のように、交流電源２０で
あるインバータの出力電圧波形が方形であっても、給電
線７の電圧は正弦波形になるから、無接触給電変圧器１
０の二次側電圧・電流も正弦波形となる。尚、この図７
は回路インダクタンス５と直列コンデンサ２１とは不完
全共振の状態であるから、インバータ出力電圧と電流と
には僅かな位相差があるが、完全に共振すればこの位相
差は零になる。

【００３４】図１０は本発明の第５実施例を表した回路
図であって請求項５に対応しており、多相回路の例とし
て３相回路を表している。この図１０の第５実施例回路
は、多相交流電源としての３相交流電源５０には第１相
給電線７Ａ，第２相給電線７Ｂ，及び第３相給電線７Ｃ
を接続しているが、第１相給電線７Ａには第１相直列コ
ンデンサ２１Ａを接続しているので、これと第１相回路
インダクタンス５Ａとは３相交流電源５０の出力周波数
で直列共振する。尚、６Ａは第１相回路抵抗である。同
様に第２相給電線７Ｂには第２相直列コンデンサ２１Ｂ
を接続して第２相回路インダクタンス５Ｂとにより直列
共振し、第３相給電線７Ｃには第３相直列コンデンサ２
１Ｃを接続して第３相回路インダクタンス５Ｃとにより
直列共振する。ここで６Ｂは第２相回路抵抗であり、６
Ｃは第３相回路抵抗である。

【００３５】第１相給電線７Ａには第１相無接触給電変
圧器１０Ａ，第２相給電線７Ｂには第２相無接触給電変
圧器１０Ｂ，第３相給電線７Ｃには第３相無接触給電変
圧器１０Ｃをそれぞれ設けており、これら各無接触給電
変圧器の二次側を３相接続（図１０ではデルタ接続）し
て、負荷１３へ交流電力を与えている。図１１は図１０
で既述の第５実施例回路の応用例を表した回路図であ
り、前述の図１０と同様に多相回路の例として３相回路
を表している。この図１１の応用例回路は、給電線に中
性線７Ｎを設けていることと、各相無接触給電変圧器１
０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃの二次側をスター接続にしている
（各相無接触給電変圧器の二次側をスター接続してその
中性点と負荷１３とを接続する場合もあるが、その図示
は省略）のが、前述した図１０の第５実施例回路とは異
なっているが、それ以外はすべて同じである。よって図
１１の説明は省略する。

【００３６】前述した図１０の第５実施例回路と図１１
の第５実施例の応用回路では、各相無接触給電変圧器１
０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃの二次側に接続している負荷１３
は、図１で既述の第１実施例回路と同じ回路構成の場合
を図示している。しかしながら、図１０で図示の如く３
相交流電源５０に３本の給電線７Ａ，７Ｂ，７Ｃを接続
た場合の３組の無接触給電変圧器１０Ａ，１０Ｂ，１０
Ｃの二次側に図２で既述の第２実施例回路に図示の回路
を接続した請求項６の発明の場合、又は図３で既述の第
３実施例回路に図示の回路を接続した請求項７の発明の
発明の場合、又は図４で既述の第４実施例回路に図示の
回路を接続した請求項８の発明の場合とがある。更に、
図１１で図示の如く３相交流電源５０に３本の給電線７
Ａ，７Ｂ，７Ｃと中性線７Ｎとを接続し、各給電線に設
けた３組の無接触給電変圧器１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃの
二次側に図２で既述の第２実施例回路に図示の回路を接
続した請求項６の発明の場合、又は図３で既述の第３実
施例回路に図示の回路を接続した請求項７の発明の発明
の場合、又は図４で既述の第４実施例回路に図示の回路
を接続した請求項８の発明の場合とがある。しかし、こ
れらの回路の図示と説明も省略する。

【００３７】図１２は本発明の第６実施例を表した回路
図であって請求項９に対応する。この図１２の第６実施
例回路は、交流電源２０に接続する給電線を４分割して
第１分割給電線５１，第２分割給電線５２，第３分割給
電線５３，及び第４分割給電線５４とし、直列コンデン
サのも４分割して第１分割直列コンデンサ６１，第２分
割直列コンデンサ６２，第３分割直列コンデンサ６３，
及び第４分割直列コンデンサ６４としている。これら第
１分割給電線５１と第１分割直列コンデンサ６１とを直
列接続して分割共振給電回路を構成し、同様に第２分割
給電線５２と第２分割直列コンデンサ６２との直列接
続、第３分割給電線５３と第３分割直列コンデンサ６３
との直列接続、第４分割給電線５４と第４分割直列コン
デンサ６４との直列接続でそれぞれが分割共振給電回路
を構成している。そこでこれら４組の分割共振給電回路
を直列接続することで給電線を構成する。

【００３８】直列共振回路を構成しているコンデンサの
端子電圧とリアクトルの端子電圧は、直列共振状態にあ
るときは電源電圧よりも高くなるが、共振回路のＱが大
きければ端子電圧はより高くなる。そこで図１２に図示
のように給電線と直列コンデンサとを分割すれば、各端
子の電圧もこれに対応して分割されるので、低くするこ
とができる。

【００３９】図１３は図１２の第６実施例回路に図示し
ている分割共振給電回路の構成を表した構成図であっ
て、請求項１０に対応する。角周波数をω_, 回路インダ
クタンスをＬ_X ，直列コンデンサの静電容量をＣ_Xとす
れば、直列共振の条件は下記の数１で表されるのは周知
である。

【００４０】

【数１】ω² ・Ｌ_X ・Ｃ_X ＝１ そこで給電線を任意の長さに切り取って得られる分割給
電線５５のインダクタンスをＬ_X とすると、各周波数が
ωのときに直列共振状態となる分割直列コンデンサ６５
の静電容量は、前記の数１から求まり、その値はＣ_X で
ある。給電線のインダクタンスＬ_X はほぼその長さに比
例する。よって分割給電線５５の長さを半減したとき
は、これに直列接続する分割直列コンデンサ６５の静電
容量を２倍にすれば、共振角周波数は依然としてωであ
る。そこで、分割給電線５５は各種の長さのものを用意
し、共振角周波数が同一なるように選択された静電容量
の分割直列コンデンサ６５を分割給電線５５に予め直列
接続しておくことにより、各種の長さの分割共振給電回
路ユニットが得られる。このユニットの中から適切な長
さのものを選択して組合せれば、所望の長さの給電線を
直ちに構成することができるし、直列共振時に端子電圧
が過大になるのを回避することもできる。

【００４１】

【発明の効果】この発明によれば、一次側の交流電力を
無接触で二次側へ供給できる無接触給電変圧器を使用す
る場合に、この無接触給電変圧器の一次側巻線を兼ねて
いる給電線に直列に直列コンデンサを挿入し、この直列
コンデンサの静電容量と給電線の回路インダクタンスと
前記交流電源の周波数とで直列共振状態にすれば、給電
線のインピーダンスは抵抗分のみとなり、リアクタンス
分はほぼキャンセルできる。給電線のリアクタンス分が
零になれば交流電源の周波数を高くしてもリアクタンス
分による電圧降下は無い。従ってより高い周波数を採用
して無接触給電変圧器を小形・軽量化できる効果が得ら
れるし、可聴周波数よりも高い周波数にすることで不快
な電磁騒音の発生を回避できる効果も得られる。又、並
列コンデンサは使用しないから、交流電源の出力に高調
波成分が含まれていても差し支え無い。本発明ではあら
ゆるタイプのインバータを交流電源として使用すること
ができる。よって、高調波成分を抑制するための高価な
ＰＷＭインバータや、その出力側に設置していた高調波
フィルタが不要になるので、安価な共振型インバータを
使用することができる。この共振型インバータで出力電
圧波形が方形となる安価なインバータであっても、直列
共振により無接触給電変圧器へは正弦波形の交流が供給
される。更に電流形インバータ或いは電流制御形インバ
ータを交流電源として使用するならば、負荷電圧を一定
に維持する直流−直流変換器の構成が、交流電源が電圧
源の場合よりも簡素になる効果も得られる。そのため全
体として、従来の無接触給電装置にくらべて、負荷へ安
定な電力を供給しつつ装置全体を小形・軽量・低価格化
できる。

【００４２】更に可変周波数多相交流電源を使用し、電
源の相数に対応した数の給電線を敷設すれば、負荷の容
量が増大しても給電線を太くせずに負荷電力の増大に対
応することができるので、給電線の重量は増加しないで
すむので、重い給電線の取付けによる作業効率の低下を
回避できるし、給電線支持構造も簡素化できる効果が得
られる。又、給電線と直列コンデンサとを複数に分割し
て複数の分割共振給電回路を構成し、各分割共振給電回
路同士を直列接続すれば、直列共振時に直列コンデンサ
の端子電圧や給電線の端子電圧の上昇を抑制できるの
で、絶縁構造を簡略にできるし、感電の危険も低減でき
る効果が得られる。更に分割共振給電回路をユニット化
することによる部品の標準化と、これに伴って工期が短
縮できる効果も合わせて得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を表した回路図

【図２】本発明の第２実施例を表した回路図

【図３】本発明の第３実施例を表した回路図

【図４】本発明の第４実施例を表した回路図

【図５】図２の第２実施例回路に記載の直流−直流変換
器１４の回路構成を表した回路図

【図６】図５で既述の回路の応用例を表した回路図

【図７】交流電源として方形波インバータを使用したと
きの各部の波形を表した動作波形図

【図８】無接触給電変圧器を使用した無接触集電装置の
構成の一例を示した概念図

【図９】無接触給電変圧器を使用した無接触給電装置の
従来例を示した回路図

【図１０】本発明の第５実施例を表した回路図

【図１１】図１０で既述の第５実施例回路の応用例を表
した回路図

【図１２】本発明の第６実施例を表した回路図

【図１３】図１２の第６実施例回路に図示している分割
共振給電回路の構成を表した構成図

【符号の説明】

１，２０ 交流電源 ２ 電圧形インバータ ３ 高調波フィルタ ４ 並列コンデンサ ５ 回路インダクタンス ５Ａ 第１相回路インダクタンス ５Ｂ 第２相回路インダクタンス ５Ｃ 第３相回路インダクタンス ６ 回路抵抗 ６Ａ 第１相回路抵抗 ６Ｂ 第２相回路抵抗 ６Ｃ 第３相回路抵抗 ７ 給電線 ７Ａ 第１相給電線 ７Ｂ 第２相給電線 ７Ｃ 第３相給電線 ７Ｎ 中性線 ８ 鉄心 ９ 二次巻線 １０ 無接触給電変圧器 １０Ａ 第１相無接触給電変圧器 １０Ｂ 第２相無接触給電変圧器 １０Ｃ 第３相無接触給電変圧器 １１ 整流器 １２ 昇降圧チョッパ １３ 負荷 １４ 直流−直流変換器 １５ スイッチ素子 １６ 平滑コンデンサ １７ 電圧検出器 １８ 短絡スイッチ ２１ 直列コンデンサ ２１Ａ 第１相直列コンデンサ ２１Ｂ 第２相直列コンデンサ ２１Ｃ 第３相直列コンデンサ ３０ 第１無接触給電変圧器 ３１ 第１短絡スイッチ ３２ 第１負荷 ３３ 第１整流器 ３４ 第１直流−直流変換器 ４０ 第２無接触給電変圧器 ４１ 第２短絡スイッチ ４２ 第２負荷 ４３ 第２整流器 ４４ 第２直流−直流変換器 ５０ 多相交流電源としての３相交流電源 ５１〜５５ 分割給電線 ６１〜６５ 分割直列コンデンサ

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一次巻線と二次巻線とが鉄心を介して磁気
   結合している変圧器の前記一次巻線と鉄心との相対位置
   を変えることができる構造の無接触給電変圧器と、交流
   電源と、この交流電源に接続して前記無接触給電変圧器
   の一次巻線となる給電線と、前記無接触給電変圧器の二
   次巻線に接続して前記鉄心と共に移動することができる
   負荷とでなる移動体の無接触給電装置において、 前記交流電源としてその出力交流の周波数を変化させる
   ことができる可変周波数電源と、前記給電線に直列接続
   する直列コンデンサとを備え、この直列コンデンサのキ
   ャパシタンスと前記給電線のインダクタンスとで直列共
   振となる共振周波数付近の周波数で前記可変周波数電源
   を運転することを特徴とする移動体の無接触給電装置。
2. 【請求項２】一次巻線と二次巻線とが鉄心を介して磁気
   結合している変圧器の前記一次巻線と鉄心との相対位置
   を変えることができる構造の無接触給電変圧器と、交流
   電源と、この交流電源に接続して前記無接触給電変圧器
   の一次巻線となる給電線と、前記無接触給電変圧器の二
   次巻線に接続して前記鉄心と共に移動することができる
   負荷とでなる移動体の無接触給電装置において、 前記無接触給電変圧器の二次巻線に接続してその出力を
   直流に変換する整流手段と、この整流手段の出力電圧を
   変換する直流−直流変換手段と、前記交流電源としてそ
   の出力交流の周波数を変化させることができる可変周波
   数電源と、前記給電線に直列接続する直列コンデンサと
   を備え、前記直流−直流変換手段の出力側に前記負荷を
   接続し、前記直列コンデンサのキャパシタンスと前記給
   電線のインダクタンスとで直列共振となる共振周波数付
   近の周波数で前記可変周波数電源を運転することを特徴
   とする移動体の無接触給電装置。
3. 【請求項３】一次巻線と二次巻線とが鉄心を介して磁気
   結合している変圧器の前記一次巻線と鉄心との相対位置
   を変えることができる構造の無接触給電変圧器と、交流
   電源と、この交流電源に接続して前記無接触給電変圧器
   の一次巻線となる給電線と、前記無接触給電変圧器の二
   次巻線に接続して前記鉄心と共に移動することができる
   負荷とでなる移動体の無接触給電装置において、 前記無接触給電変圧器の二次巻線を短絡する短絡スイッ
   チと、前記交流電源としてその出力交流の周波数を変化
   させることができ、且つ出力電流が別途に定める指令電
   流の波形と一致するように制御される可変周波数電源
   と、前記給電線に直列接続する直列コンデンサとを備
   え、この直列コンデンサのキャパシタンスと前記給電線
   のインダクタンスとで直列共振となる共振周波数付近の
   周波数で前記可変周波数電源を運転することを特徴とす
   る移動体の無接触給電装置。
4. 【請求項４】一次巻線と二次巻線とが鉄心を介して磁気
   結合している変圧器の前記一次巻線と鉄心との相対位置
   を変えることができる構造の無接触給電変圧器と、交流
   電源と、この交流電源に接続して前記無接触給電変圧器
   の一次巻線となる給電線と、前記無接触給電変圧器の二
   次巻線に接続して前記鉄心と共に移動することができる
   負荷とでなる移動体の無接触給電装置において、 前記無接触給電変圧器の二次巻線を短絡する短絡スイッ
   チと、この二次巻線に接続してその出力を直流に変換す
   る整流手段と、この整流手段の出力電圧を変換する直流
   −直流変換手段と、前記交流電源としてその出力交流の
   周波数を変化させることができ、且つ出力電流が別途に
   定める指令電流の波形と一致するように制御される可変
   周波数電源と、前記給電線に直列接続する直列コンデン
   サとを備え、前記直流−直流変換手段の出力側に前記負
   荷を接続し、前記直列コンデンサのキャパシタンスと前
   記給電線のインダクタンスとで直列共振となる共振周波
   数付近の周波数で前記可変周波数電源を運転することを
   特徴とする移動体の無接触給電装置。
5. 【請求項５】一次巻線と二次巻線とが鉄心を介して磁気
   結合している変圧器の前記一次巻線と鉄心との相対位置
   を変えることができる構造の無接触給電変圧器と、交流
   電源と、この交流電源に接続して前記無接触給電変圧器
   の一次巻線となる給電線と、前記無接触給電変圧器の二
   次巻線に接続して前記鉄心と共に移動することができる
   負荷とでなる移動体の無接触給電装置において、 前記交流電源としてその出力交流の周波数を変化させる
   ことができる可変周波数多相電源と、この可変周波数多
   相電源の相数と同数の前記給電線と、これら各給電線に
   別個に直列接続する直列コンデンサとを備え、前記各直
   列コンデンサのキャパシタンスと前記各給電線のインダ
   クタンスとで直列共振となる共振周波数付近の周波数で
   前記可変周波数多相電源を運転することを特徴とする移
   動体の無接触給電装置。
6. 【請求項６】一次巻線と二次巻線とが鉄心を介して磁気
   結合している変圧器の前記一次巻線と鉄心との相対位置
   を変えることができる構造の無接触給電変圧器と、交流
   電源と、この交流電源に接続して前記無接触給電変圧器
   の一次巻線となる給電線と、前記無接触給電変圧器の二
   次巻線に接続して前記鉄心と共に移動することができる
   負荷とでなる移動体の無接触給電装置において、 前記無接触給電変圧器の二次巻線に接続してその出力を
   直流に変換する整流手段と、この整流手段の出力電圧を
   変換する直流−直流変換手段と、前記交流電源としてそ
   の出力交流の周波数を変化させることができる可変周波
   数多相電源と、この可変周波数多相電源の相数と同数の
   前記給電線と、これら各給電線に別個に直列接続する直
   列コンデンサとを備え、前記直流−直流変換手段の出力
   側に前記負荷を接続し、前記各直列コンデンサのキャパ
   シタンスと前記各給電線のインダクタンスとで直列共振
   となる共振周波数付近の周波数で前記可変周波数多相電
   源を運転することを特徴とする移動体の無接触給電装
   置。
7. 【請求項７】一次巻線と二次巻線とが鉄心を介して磁気
   結合している変圧器の前記一次巻線と鉄心との相対位置
   を変えることができる構造の無接触給電変圧器と、交流
   電源と、この交流電源に接続して前記無接触給電変圧器
   の一次巻線となる給電線と、前記無接触給電変圧器の二
   次巻線に接続して前記鉄心と共に移動することができる
   負荷とでなる移動体の無接触給電装置において、 前記無接触給電変圧器の二次巻線を短絡する短絡スイッ
   チと、前記交流電源としてその出力交流の周波数を変化
   させることができ、且つ出力電流が別途に定める指令電
   流の波形と一致するように制御される可変周波数多相電
   源と、この可変周波数多相電源の相数と同数の前記給電
   線と、これら各給電線に別個に直列接続する直列コンデ
   ンサとを備え、前記各直列コンデンサのキャパシタンス
   と前記各給電線のインダクタンスとで直列共振となる共
   振周波数付近の周波数で前記可変周波数多相電源を運転
   することを特徴とする移動体の無接触給電装置。
8. 【請求項８】一次巻線と二次巻線とが鉄心を介して磁気
   結合している変圧器の前記一次巻線と鉄心との相対位置
   を変えることができる構造の無接触給電変圧器と、交流
   電源と、この交流電源に接続して前記無接触給電変圧器
   の一次巻線となる給電線と、前記無接触給電変圧器の二
   次巻線に接続して前記鉄心と共に移動することができる
   負荷とでなる移動体の無接触給電装置において、 前記無接触給電変圧器の二次巻線を短絡する短絡スイッ
   チと、この二次巻線に接続してその出力を直流に変換す
   る整流手段と、この整流手段の出力電圧を変換する直流
   −直流変換手段と、前記交流電源としてその出力交流の
   周波数を変化させることができ、且つ出力電流が別途に
   定める指令電流の波形と一致するように制御される可変
   周波数多相電源と、この可変周波数多相電源の相数と同
   数の前記給電線と、これら各給電線に別個に直列接続す
   る直列コンデンサとを備え、前記直流−直流変換手段の
   出力側に前記負荷を接続し、前記各直列コンデンサのキ
   ャパシタンスと前記各給電線のインダクタンスとで直列
   共振となる共振周波数付近の周波数で前記可変周波数多
   相電源を運転することを特徴とする移動体の無接触給電
   装置。
9. 【請求項９】請求項１から請求項８までに記載の移動体
   の無接触給電装置のいずれかにおいて、前記給電線とこ
   れに直列接続する直列コンデンサとはそれぞれを複数に
   分割し、この各分割給電線のそれぞれに当該分割給電線
   のインダクタンスに対応した静電容量に分割されている
   直列コンデンサを別個に直列接続して複数の分割共振給
   電回路を構成し、これら各分割共振給電回路を相互に直
   列接続することを特徴とする移動体の無接触給電装置。
10. 【請求項１０】請求項９に記載の移動体の無接触給電装
    置において、前記各分割共振給電回路のいずれもが同じ
    周波数で直列共振するように前記分割給電線の長さと分
    割直列コンデンサの静電容量とを任意に選択して分割共
    振給電回路を構成することを特徴とする移動体の無接触
    給電装置。
11. 【請求項１１】請求項５から請求項８までに記載の移動
    体の無接触給電装置のいずれかにおいて、前記可変周波
    数多相電源は可変周波数３相電源とすることを特徴とす
    る移動体の無接触給電装置。