JPH08214405A

JPH08214405A - 非接触送電装置

Info

Publication number: JPH08214405A
Application number: JP7039295A
Authority: JP
Inventors: Aburamenko Sutanisurabu; アブラメンコスタニスラブ; Hideo Ikegami; 英雄池上; Yutaka Hotta; 豊堀田; Masao Ando; 正夫安藤; Hitoshi Dogoshi; 仁堂腰
Original assignee: Technova Inc
Current assignee: Technova Inc
Priority date: 1995-02-02
Filing date: 1995-02-02
Publication date: 1996-08-20

Abstract

(57)【要約】【目的】放電による電波障害及び騒音を発生させるこ
となく移動体に対して送電し得る非接触送電装置を提供
する。【構成】送電側の電源装置３０が、モノバイブレータ
Ｍの二次側で共振を発生させる周波数の電流を一次側に
流し、該二次側に高電位を発生させ接続された送電線５
０Ａに沿って電界を生ぜしめる。この電界が、該送電線
５０Ａに非接触で平行に配列され、容量結合している非
接触パンタグラフ５０Ｃに電荷の変動を発生させる。こ
の電荷の変動をリコンバータ６０によって直流出力に変
換し、列車７２の直流モータ７６を駆動する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、非接触送電装置に関
し、特に、単線にて送電を行う送電側と受電側との間で
非接触で電力を受け渡す非接触送電装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来の２線式、又は、３線式送電におい
て、受電側が電車等の移動体の場合にはパンタグラフ、
スリップリング等で電力の受渡しを行っていた。また、
送電側と受電側が共に移動しない場合には、コンセント
等の接点を接触させることにより接続を行っていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述した電車等におい
て送電線（架線）をパンタグラフに接触させて電力の受
渡し行う場合には、電車の移動に伴い該送電線からパン
タグラフが接離を繰り返し、この度にアーク放電が生じ
て電波障害を発生させると共に、放電の際に大きな音を
生じせしめて、騒音公害の原因となっている。現在、現
在磁気浮上方式を用いて列車の高速化を図ることが検討
されているが、この騒音は、車両の速度に比例して大き
くなるため、列車の高速化に伴い解決しなければならな
い大きな技術課題となっている。

【０００４】また、コンセント等の接点を介して受電す
る場合には、送電側の２線と受電側の２線とが共に接触
していなければ電力の受渡しが不可能であり、例えば、
コードレス電話を充電装置に載置して充電を行う場合に
は、コードレス電話側の２つの受電端子と、充電装置側
の２つの送電端子とが確実に接触していなければ電力の
受渡しを行い得なかった。このため、コードレス電話を
充電装置に載置した際に、コードレス電話が正しく置か
れておらず該受電端子と送電端子とが接触していない場
合や、或いは、受電端子と送電端子との間にゴミ等が噛
み込またれときには、コードレス電話への充電が成され
ていない。これによりバッテリーが上がって通話が行い
得ない事態が生じていた。

【０００５】更に、コンセント等の接点を介して受電を
行う場合には、銅等からなる導電体の送電端子と、受電
側の受電端子とを接触させねば受電が不可能であるた
め、端子は大気中に剥き出しにされていた。このため、
高湿度、或いは、水滴等の飛散する環境下では送電端子
間に短絡が生じていた。従って、通常のコンセントの構
造では、かかる環境下で送電側と受電側との接続及び分
離が不可能であった。

【０００６】本発明は、上述した課題を解決するために
なされたものであり、その目的とするところは、放電に
よる電波障害及び騒音を発生させることなく移動体に対
して送電し得る非接触送電装置を提供することにある。

【０００７】また、本発明の目的は、受電端子と送電端
子とが近接している限り送電を行い得ると共に、高湿度
中或いは水中でも送電を行い得る非接触送電装置を提供
することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、請求項１では、単線にて送電を行う送電側と単線に
て受電を行う受電側との間に非接触で送電を行う非接触
送電装置であって、送電側が、一次側に少ない数の巻線
が巻回され、二次側に多くの数の巻線が巻回され、二次
側の一端がフローティング又は一次側に接続され他端が
単線の送電線に接続されたトランスと、前記トランス
の一次側に接続され、トランスの二次側で共振を発生さ
せる周波数の電流を一次側に流す電力供給手段とから成
り、受電側が、単線の受電線に接続され、受電線の電荷
の変動を直流出力又は交流出力に変換するリコンバータ
から成り、前記送電側の送電線に略平行に沿って、前記
受電側の受電線を位置させることにより非接触で送電を
行うことを特徴とする。

【０００９】また、請求項２では、請求項１において、
前記受電側が、送電線に沿って移動する移動体であるこ
とを特徴とする。

【００１０】また、請求項３では、請求項１において、
前記リコンバータが、アノード側が前記単線の受電線に
接続された第１整流素子と、カソード側が該単線の受電
線に接続された第２整流素子と、第１整流素子のカソー
ド側と第２整流素子のアノード側とに接続されたコンデ
ンサとから成り、受電線の電荷の変動を前記コンデンサ
の両端で直流出力に変換することを特徴とする。

【００１１】更に、請求項４では、請求項１において、
前記リコンバータが、一次側に多くの数の巻線が巻回さ
れ、二次側に少ない数の巻線が巻回され、二次側の一端
が前記単線の受電線に接続され他端が大地に対して相対
的に大きな浮遊容量を有する物体に接続され、二次側か
ら負荷側へ接続されるトランスから成り、該受電線の電
荷の変動を交流出力に変換することを特徴とする。

【００１２】上記の目的を達成するため、請求項５で
は、単線にて送電を行う送電側と単線にて受電を行う受
電側との間に非接触で送電を行う非接触送電装置であっ
て、送電側が、一次側に少ない数の巻線が巻回され、二
次側に多くの数の巻線が巻回され、二次側の一端がフロ
ーティング又は一次側に接続され他端が単線の送電線に
接続されたトランスと、前記トランスの一次側に接続
され、トランスの二次側で共振を発生させる周波数の電
流を一次側に流す電力供給手段とから成り、受電側が、
単線の受電線に接続され、受電線の電荷の変動を直流出
力又は交流出力に変換するリコンバータとから成り、前
記送電側の送電線に任意形状の部材を接続し、この部材
に略平行に前記受電側と接続された部材を配置すること
により非接触で送電を行うことを特徴とする。

【００１３】更に、請求項６では、請求項５において、
前記リコンバータが、アノード側が前記受電側部材に接
続された第１整流素子と、カソード側が該受電側部材に
接続された第２整流素子と、第１整流素子のカソード側
と第２整流素子のアノード側とに接続されたコンデンサ
とから成り、受電側部材の電荷の変動を前記コンデンサ
の両端で直流出力に変換することを特徴とする。

【００１４】更に、請求項７では、請求項５において、
前記リコンバータが、一次側に多くの数の巻線が巻回さ
れ、二次側に少ないの数の巻線が巻回され、二次側の一
端が前記受電側部材に接続され他端が大地に対して相対
的に大きな浮遊容量を有する物体に接続され、二次側か
ら負荷側へ接続されるトランスから成り、該受電側部材
の電荷の変動を交流出力に変換することを特徴とする。

【００１５】

【作用】請求項１の非接触送電装置では、送電側の電力
供給手段が、トランスの二次側で共振を発生させる周波
数の電流をトランスの一次側に流し、該二次側に高電位
を発生させ接続された送電線に沿って電界を生ぜしめ
る。この電界が、該送電線に非接触で平行に配列され、
電界結合している受電線に電荷の変動を発生させる。こ
の電荷の変動をリコンバータによって、直流出力又は交
流出力に変換する。

【００１６】請求項２の非接触送電装置では、受電側の
移動体が送電線に沿って移動する際に、この移動体の受
電線も移動するが、送電側の送電線と非接触であるた
め、放電等が発生することがない。

【００１７】請求項３の非接触送電装置では、前記受電
線に正電荷が誘起されているとき、アノード側が前記単
線の受電線に接続された第１整流素子を介して、コンデ
ンサの該第１整流素子へ接続されている側の電極に正電
荷を誘起させる。他方、前記受電線に負電荷が誘起され
ているとき、カソード側が前記単線の受電線に接続され
た第２整流素子を介して、コンデンサの該第２整流素子
へ接続されている側の電極に負電荷を誘起させる。そし
て、このコンデンサの両電極から直流出力を取り出す。

【００１８】請求項４の非接触送電装置では、受電線に
発生する電荷の変化が、リコンバータを構成するトラン
スによって二次側で交流出力として取り出される。

【００１９】請求項５の非接触送電装置では、送電側の
電力供給手段が、トランスの二次側で共振を発生させる
周波数の電流をトランスの一次側に流し、該二次側に高
電位を発生させ送電線に接続された部材に電界を生ぜし
める。この電界が、該部材に略平行に配列され、電界結
合している受電側の部材に電荷の変動を発生させる。こ
の電荷の変動をリコンバータによって、直流出力又は交
流出力へ変換する。

【００２０】請求項６の非接触送電装置では、前記受電
側部材に正電荷が誘起されているとき、アノード側が該
受電側部材に接続された第１整流素子を介して、コンデ
ンサの該第１整流素子へ接続されている側の電極に正電
荷を誘起させる。他方、該受電側部材に負電荷が誘起さ
れているとき、カソード側が該受電側部材に接続された
第２整流素子を介して、コンデンサの該第２整流素子へ
接続されている側の電極に負電荷を誘起させる。そし
て、このコンデンサの両電極から直流出力を取り出す。

【００２１】請求項７の非接触送電装置では、受電側部
材に発生する電荷の変化が、リコンバータを構成するト
ランスによって二次側で交流出力として取り出される。

【００２２】

【実施例】図１は、本発明の非接触送電装置の元となる
単線送電方式を示す回路図である図２は該単線送電方式
の原理を示す説明図である。本発明は該単線送電方式に
おいて非接触で送電を行う。このため、本発明の非接触
送電装置の説明に先立ち、図１及び図２を参照して単線
送電の原理を説明する。

【００２３】図１に示すように、単線送電方式は、電源
装置３０とモノバイブレータＭとからなる送電側と、リ
コンバータ６０から成る受電側とを、１本の送電線５０
で接続して電力を送るように構成されている。モノバイ
ブレータＭは、一次Ｌ１側と二次Ｌ２側との巻線比が非
常に大きく設定され、一次Ｌ１、二次Ｌ２が共通に接続
されると共に、一次Ｌ１及び二次Ｌ２が同心状に配置さ
れた空心トランスからなる。そして、電源装置３０は、
モノバイブレータＭの二次Ｌ２側のインダクタンス分と
二次側の浮遊容量Ｃｔとが共振する周期の電流を、一次
側Ｌ１に流す。これにより、モノバイブレータＭの二次
側の出力端に非常に高い電位を発生させる。

【００２４】この高電位は送電線５０に加わり、受電側
のリコンバータ６０で直流に変換される。この単線送電
方式により、電力を送電し得ることは実験によって確認
することができた。現時点で、本発明者は、この単線で
送電を行いうる理由を以下図２を参照して説明するよう
に考えている。なお、この単線送電は、大地を介しての
帰還電流なしで送電を行っていると考えられる。

【００２５】まず、図２（Ａ）に示すように単線の送電
線５０にコンデンサＣ２のみが接続された状態を考え
る。ここで、モノバイブレータＭの出力端に大地に対し
て正の高電位が発生すると、該送電線５０上には正の電
荷が存在することとなり、コンデンサＣ２の電極板Ｃａ
側には正の電荷が印加され、反対側の電極板Ｃｂにおい
て、該電極板Ｃａ側と対向する面には負の電荷が誘起さ
れ、この反対面には正の電荷が誘起される。

【００２６】次に、図２（Ｂ）に示すように該コンデン
サＣ２に対して直列にダイオードＤ１を挿入すると、発
振しているモノバイブレータＭの出力端が負の電位に切
り換わっても、コンデンサＣ２の電極板Ｃａと電極板Ｃ
ｂとの間の電位差は０のままである。これは、上述した
ように誘導によって電極板Ｃｂ側が電極板Ｃａと同じ電
位となっているからである。

【００２７】ここで、電極板Ｃａと電極板Ｃｂとの間で
電位差を生ぜしめるためには、電極板Ｃｂ側の電荷を正
から負に変える操作が必要となる。このため図２（Ｃ）
に示すようにダイオードＤ１とは反対向きにダイオード
Ｄ２を介挿させる。これにより、電極板Ｃｂ側は、正電
位が該ダイオードＤ２を介して送電線５０側に帰還し、
負電位となる。このため、図１に示すようにコンデンサ
Ｃ２の両端（電極板Ｃａ及び電極板Ｃｂ）から直流の出
力を取り出すことができる。

【００２８】上述したように単線送電は、単線の送電線
５０上の表面電荷による誘導現象である。即ち、単線上
の表面電荷による現象であるため、送電線５０を移動す
る導電電流は存在しないと考えられる。従って、従来の
２線式の送電方式と異なり、送電線での抵抗損失は生じ
ないであろうと予測される。また、送電線を１本に出来
るだけでなく、この単線の送電線の太さは非常に細くて
もよく、後述する本発明の非接触送電装置のように、送
電線が途中で途切れていても効率良く送電することがで
きる。

【００２９】更に、該単線送電方式において、単線の送
電線５０に高い電荷を印加せしめる方法について再び図
１を参照して説明する。該送電線５０の電位が正側と負
側とで最大に振れる（振幅する）ための条件としては、
送電線５０の回りの空間の浮遊容量Ｃｔとモノバイブレ
ータＭの二次側とが直列共振回路を形成することが必要
となる。この共振条件は、周波数ｆ＝１／｛２π√（Ｌ
₂・Ｃｔ）｝として表される（ここで、二次側Ｌ２のイ
ンダクタンス分をＬ₂とする）。これを更に詳細に説明
すると、モノバイブレータＭの二次側Ｌ２に一次側Ｌ１
（ここで、一次側Ｌ１のインダクタンス分をＬ₁とす
る）から相互誘導される電圧は、一次・二次間の相互イ
ンダクタンスをＭ_Mとし、一次側の電流ｉ₁とすると、
ｊωＭ_Mｉ₁で表される。二次側の電流ｉ₂、二次側の
コンダクタンス分をＲ₂として表すと、次式が成立す
る。

【数１】ｊωＭ_Mｉ₁＝Ｒ₂ｉ₂＋ｊ（ωＬ₂＋１／ｊ
ωＣｔ）ｉ₂

【００３０】即ち、ω＝１／√（Ｌ₂・Ｃｔ）の時に最
小インピーダンスとなり、最大電圧がモノバイブレータ
Ｍの二次側に発生する。ここで、送電線５０を長くする
と浮遊容量Ｃｔも大きくなるため、上述した共振周波数
は低くなる。いずれにせよ、単線の送電線５０上の電位
は、（１／ｊωＣｔ）ｉ₂により決定されると考えられ
る。なお、この二次側電流ｉ₂は、浮遊容量Ｃｔに対す
る変位電流として位置づけることができる。

【００３１】引き続き上述した単線送電方式を用いる本
発明の非接触送電装置について説明する。図３は送電側
を示し、図４は受電側を示している。先ず、図３を参照
して送電側について説明する。送電側は、上述したよう
に送電線５０Ａに高電位を印加させるためのモノバイブ
レータＭと、該モノバイブレータＭの二次側で発振を生
じせしめるように電力を供給する電源装置３０とからな
る。

【００３２】電源装置３０は、商用電源を昇圧するトラ
ンス３１、昇圧された電圧を平滑する第１平滑回路３
２、及び、第２平滑回路３３から成る電源部３４と、水
晶発振子３５を有する発振回路３６から成る発振部３７
と、増幅器３８、第１トランジスタＴＲ１、第２トラン
ジスタＴＲ２、及び、同調用のコンデンサＣ１から成る
増幅部３９と、モノバイブレータＭと、発振部３７の発
振周波数を該モノバイブレータＭの共振周波数へ同調さ
せる自動同調回路４１から成る同調部４０とから構成さ
れる。

【００３３】モノバイブレータＭは、一次Ｌ１側に１４
０ターン巻線が巻回され、二次Ｌ２側に１６０００ター
ン巻線が巻回され１００以上の巻線比にされ、一次Ｌ
１、二次Ｌ２が共通に接続されると共に、一次Ｌ１及び
二次Ｌ２が同心状に配置された空心トランスからなる。
該モノバイブレータＭの二次Ｌ２側の出力端子は、送電
側の送電線５０Ａに接続され、この送電線５０Ａの先端
部５０ａは、図４に示すように開放されている。

【００３４】次に、第１実施例の非接触送電装置の受電
側の構成について図４を参照して説明する。受電側は、
送電側の送電線５０Ａの先端部５０ａと平行に配置され
た先端部５０ｂを有する受電線５０Ｂと、該受電線５０
Ｂに接続されたリコンバータ６０とからなる。図４
（Ａ）は、第１例のリコンバータ６０を示している。こ
のリコンバータ６０は、アノード側が単線の受電線５０
Ｂに接続された第１ダイオードＤ１と、カソード側が該
受電線５０Ｂに接続された第２ダイオードＤ２と、第１
ダイオードＤ１のカソード側と第２ダイオードＤ２のア
ノード側とに接続されたコンデンサＣ２とから成る。そ
して、図２を参照して上述したように受電線５０Ｂの電
荷の変動をコンデンサＣ２の両端で直流出力に変換す
る。

【００３５】図４（Ｂ）は、第２例のリコンバータ１６
０を示している。図４（Ａ）に示したリコンバータ６０
が、受電線５０Ｂの電荷の変動を直流出力へ変換したの
に対して、この図４（Ｂ）に示すリコンバータ１６０
は、受電線５０Ｂの電荷の変動を交流出力へ変換する。
該リコンバータ１６０は、一次側コイルＬ３と、二次側
コイルＬ４と、該一次側コイルＬ３に接続された大地に
対して相対的に大きな浮遊容量を有する金属球ＣＢとか
ら成る。該一次側コイルＬ３の他方の端子は受電線５０
Ｂに接続され、二次側コイルＬ４の両端は負荷７０側に
接続されている。ここで、一次側コイルＬ３には多くの
数の巻線が巻回され、他方、二次側コイルＬ４には少な
いの数の巻線が巻回されて、該側二次側コイルＬ４に相
対的に低い電圧が誘起されるように構成されている。

【００３６】次に、第１実施例の非接触送電装置の動作
について説明する。先ず、図３に示す電源装置３０の電
源部３４のスイッチＳＷ１をオンにする。これにより、
トランス３１が通電されて、第１平滑回路３２からの電
圧が発振回路３６に印加され、該発振回路３６が水晶発
振子３５の固有振動数に従い発振を開始する。この固有
振動数は、増幅部３９のコンデンサＣ１（コンダクタン
ス分をＣ₁として表す）とモノバイブレータＭの一次側
Ｌ１に発振を生ぜしめる周波数〔ｆ１＝１／｛２π√
（Ｌ₁・Ｃ₁）〕に設定されている。

【００３７】一方、第２平滑回路３３から、ライン３３
ａを介して＋１００Ｖの電位が、また、ライン３３ｃを
介して−１００Ｖの電位が増幅器３８に印加される。該
増幅器３８は、ライン３８ａを介して＋１００Ｖの電位
を第１トランジスタＴＲ１のコレクタに加え、また、ラ
イン３８ｃを介して−１００Ｖの電位を第２トランジス
タＴＲ２のコレクタ側に印加させ、更に、信号ライン３
８ｂを介して第１、第２トランジスタＴＲ１、ＴＲ２の
ベースに、上記発振回路３６からの信号を加える。これ
により、第１、第２トランジスタＴＲ１、ＴＲ２が通電
・停止を繰り返し、上述したようにモノバイブレータＭ
の一次側Ｌ１とコンデンサＣ１との共振する周波数の電
流が、当該モノバイブレータＭの一次側Ｌ１に流され
る。

【００３８】モノバイブレータＭの二次側で電位が最高
になるのは、上述したように二次Ｌ２側のインダクタン
ス分Ｌ₂と二次側の浮遊容量Ｃｔとの共振する周期の電
流が、一次側Ｌ１に流されたときである。この浮遊容量
Ｃｔは、状態により変化するため該共振周波数は変動す
ることになる。この変動する周波数に同調させるため、
自動同調回路４１が、二次Ｌ２側の電位をライン４２か
らの信号を基に監視しながら、ライン３６ｂを介して走
査信号を発振回路３６へ送出する。該発振回路３６は、
走査信号に基づき設定された範囲で発振周波数をスキャ
ンし、この発振信号に基づき増幅器３８がモノバイブレ
ータＭの一次Ｌ１側に電流を流すことにより、二次Ｌ２
側の電位を変動させる。二次Ｌ２側で共振状態となり電
位が最高になると、これを自動同調回路４１が、二次Ｌ
２側のライン４２からの電位を基に検出し、発振回路３
６の周波数を固定する。このとき、二次Ｌ２に接続され
た送電線５０Ｂに、高い電位の正電荷と負電荷とが交互
に発生する。この電源装置３０では、モノバイブレータ
Ｍの二次側で発振するように電力を制御するため、送電
線５０Ｂに非常に高い電位を容易に発生させることがで
きる。

【００３９】この送電線５０Ｂの正電荷と負電荷とは、
図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示す先端部５０ｂにおいて
も同様に発生している。これにより、先端部５０ｂと非
接触で略平行に近接配置され、容量結合している受電線
５０Ｂの先端部５０ｂに於いて正電荷と負電荷とが誘起
する。即ち、送電線５０Ａの先端部５０ａに正電荷が印
加されている時には、受電線５０Ｂの先端部５０ｂには
負電荷が誘起され、送電線５０Ａの先端部５０ａに負電
荷が印加されている時には、受電線５０Ｂの先端部５０
ｂには正電荷が誘起される。

【００４０】図４（Ａ）に示すリコンバータ６０では、
この受電線５０Ｂ（先端部５０ｂ）に正電荷が帯電して
いるときに、図２を参照して上述した如くダイオードＤ
１を介してコンデンサＣ１の電極板Ｃａ側及び電極板Ｃ
ｂ側に正の電荷が印加される。そして、この受電線５０
Ｂに負電荷が帯電すると、ダイオードＤ２を介してコン
デンサＣ１の電極板Ｃｂ側の正電位は、送電線５０側に
帰還し負電位となる。このため、コンデンサＣ１の両端
（電極板Ｃａ及び電極板Ｃｂ）から直流の出力を取り出
すことができる。

【００４１】同様に、図４（Ｂ）に示すリコンバータ１
６０においては、一次コイルＬ３の一方の端子に接続さ
れた受電線５０Ｂの先端部５０ｂに正電荷が帯電してい
るときに、他方の端子に接続されている金属球ＣＢの表
面に負電荷が帯電し、反対に受電線５０Ｂの先端部５０
ｂに負電荷が帯電しているときには、金属球ＣＢの表面
に正電荷が帯電する。この受電線５０Ｂの先端部５０ｂ
と金属球ＣＢとの電荷の変化により一次コイルＬ３に電
流が流れ、該一次コイルＬ３と電磁結合している二次側
コイルＬ４の両端子に交流の電位が発生する。上述した
ように一次側コイルＬ３には多くの数の巻線が巻回さ
れ、他方、二次側コイルＬ４には少ない数の巻線が巻回
されているため、該二次側コイルＬ４の両端子に接続さ
れた負荷７０側には受電線５０Ｂと比較して低い電位の
交流が印加されることになる。

【００４２】次に、第２実施例の非接触送電装置の応用
例について図５を参照して説明する。ここでは、移動す
る列車７２に対して本発明の第１実施例に係る非接触送
電装置を用いて電力を供給する。送電側は、図３を参照
して上述した電源装置３０と、モノバイブレータＭと、
送電線５０Ａとからなり、該送電線５０Ａの先端部（図
示せず）は開放されている。一方、受電側は、列車７２
であって、該列車の上部には、該送電線５０Ａと並列
に、且つ、非接触で近接した位置を保つ非接触式パンタ
グラフ５０Ｃが取り付けられている。この列車７２内に
は、図４（Ａ）を参照して上述したリコンバータ６０が
搭載されており、送電線５０Ａから非接触式パンタグラ
フ５０Ｃへの容量結合によって誘起された電荷から直流
出力を発生している。このリコンバータ６０の直流出力
は直流モータ７４に加えられ、列車７２を駆動する。

【００４３】従来の接触式のパンタグラフでは、列車の
移動に伴い該送電線（架線）からパンタグラフが接離を
繰り返し、この度にアーク放電が生じて電波障害を発生
させると共に、放電の際に大きな音を生じせしめてい
た。特に、この電波障害及び騒音は車両の速度に比例し
て大きくなっていた。これに対して、上述した非接触式
パンタグラフ５０Ｃを用いる方式では、非接触で受電す
るため電波障害や騒音が全く発生しない。

【００４４】また、従来の列車では、列車の上方に送電
線を配置し、パンタグラフにより列車側に給電すると共
に、レール側にも配線を行い、列車の車輪側からも給電
を行う２線式が主に用いられている。現在、列車の高速
化を図るため磁気浮上方式が検討されているが、磁気浮
上している列車にレールを介して給電することができな
いため、如何にして２本の給電線から効率良く給電し得
るかが技術課題の一つとなっていた。単線送電方式を用
いる第１実施例では、送電線が１本で済むため上述した
技術課題を克服し得る。このため、第１実施例は磁気浮
上方式の列車に好適に用いることができる。

【００４５】更に、図５を参照して上述した適用例で
は、列車７２内に図４（Ａ）に示す直流変換方式のリコ
ンバータ６０を用いる例を説明したが、図４（Ｂ）に示
す交流変換方式のリコンバータ１６０を用いることも可
能である。この場合には、浮遊容量を得るための金属球
ＣＢとして列車の一部を大地に対して絶縁することによ
り、該金属球ＣＢの代わりをさせることが好適である。

【００４６】また、上述した適用例においては、移動体
として直線状に移動する列車を例に挙げたが、上記第１
実施例の非接触送電装置は、電動モータの回転子或いは
自動車のホイール等の回転する物体に対しても非接触で
電力を送ることができる。モータの場合にはスリップリ
ングを無くすことにより高い信頼性を得ることができ
る。また、従来自動車のホイールに電力を供給しようと
した場合には、ホイールがタイヤにより大地から絶縁さ
れているため、大地を帰路とすることができず、２本の
線を接続する必要があった。このため車体側から電力を
送ることが非常に困難であった。これに対して、上記第
１実施例の構成を用いれば、簡単にホイル側に電力を供
給することができるため、例えば、ホイール側に設けら
れたタイヤ空気圧センサを動作させることや、タイヤ空
気圧自動調整装置を駆動させることが可能になる。

【００４７】次に、本発明の第２実施例について図６を
参照して説明する。前述した第１実施例においては、送
電側と受電側とで送電線と受電線とを平行に配置するこ
とにより容量結合せしめ非接触で電力を伝送したが、こ
の第２実施例では、図６（Ａ）に示すように送電線５０
Ａの端部に送電用の電極板５０Ｄを配置し、この電極板
５０Ｄと対向する位置に、受電線５０Ｂの端部に置かれ
た受電用の電極板５０Ｅを配置し、該電極板５０Ｄと電
極板５０Ｅとを容量結合させて非接触で電力の伝送を行
う。

【００４８】図６（Ａ）に示すように、第２実施例の非
接触送電装置は、送電側が図３を参照して前述した電源
装置３０と、モノバイブレータＭと、モノバイブレータ
Ｍの二次Ｌ２側と接続された送電線５０Ａと、該送電線
５０Ａの端部に接続された電極板５０Ｄとから構成され
る。他方、受電側は、負荷７０と、リコンバータ６０
と、リコンバータ６０に接続された受電線５０Ｂと、受
電線５０Ｂの端部と接続された電極板５０Ｅとから構成
される。送電側の電極板５０Ｄと受電側の電極板５０Ｅ
とは、分離可能に構成されており、受電側の電極板５０
Ｅを送電側の電極板５０Ｄに近接させることにより、送
電側から受電側へ電力が送られ、また、該電極板５０Ｅ
を電極板５０Ｄから離すことにより、送電側から受電側
への送電を停止させる。

【００４９】ここで、第２実施例の非接触送電装置の動
作について説明する。電源装置３０は、モノバイブレー
タＭの一次側Ｌ１に二次側Ｌ２で発振する周波数の電流
を流す。これにより、モノバイブレータＭの二次側Ｌ２
で高電位が発生し、この二次側Ｌ２に送電線５０Ａを介
して接続された電極板５０Ｄに正電荷・負電荷が交互に
印加される。この電極板５０Ｄの正電荷・負電荷によ
り、電極板５０Ｅにおいて対応する負電荷・正電荷が誘
起され、これをリコンバータ６０が直流出力に変換して
負荷７０へ加える。

【００５０】この第２実施例の非接触送電装置をワイヤ
レス電話８０の充電に応用した例について図６（Ｂ）を
参照して説明する。ワイヤレス電話８０に充電を行う充
電装置８２には、図６（Ａ）に示した電源装置３０と、
モノバイブレータＭと、送電線５０Ａと、電極板５０Ｄ
とが配置されている（図中電極板５０Ｄのみ示す）。な
お、該電極板５０Ｄは、筐体をなすプラスチック（絶縁
体）内に収容されている。他方、ワイヤレス電話８０に
は、充電器（負荷）７０と、リコンバータ６０と、受電
線５０Ｂと、電極板５０Ｅとが配置されている（図中電
極板５０Ｅのみ示す）。この電極板５０Ｄは、電話機の
枠体をなすプラスチック（絶縁体）内に収容されてい
る。ここで、このワイヤレス電話８０を図６（Ｂ）に示
すように充電器装置８２に載置することにより、該電極
板５０Ｄ、５０Ｅを介して充電装置８２からワイヤレス
電話８０へ電力が送られ、該ワイヤレス電話８０のリコ
ンバータ６０が充電器に直流電流を供給し、該充電器が
図示しないバッテリを充電する。

【００５１】従来のワイヤレス電話等に充電を行う充電
装置では、２線式の接点が接触していない限り電力を送
ることができなかった。このため、充電装置にワイヤレ
ス電話を載置しているが、正しく乗せていないとき、或
いは、電話と充電装置との接点にゴミ等を噛み込んだと
きには充電が行えず、ワイヤレス電話のバッテリー上が
りが起こった。これに対して、第２実施例の非接触送電
装置を用いるワイヤレス電話８０では、該ワイヤレス電
話８０を充電装置８２に載置することにより、正しく乗
せたか否かに係わらず、充電装置８２側の電極板５０Ｄ
とワイヤレス電話８０側の電極板５０Ｅとが容量結合し
て電力を送ることができる。このため、ワイヤレス電話
８０のバッテリが上がることがなくなる。

【００５２】また、従来の充電装置では電話側への接続
用の２端子が剥き出しになっており、高湿度の雰囲気下
で用いるとこの２端子間に短絡が生じた。これに対し、
第２実施例では、上述したように送電側の電極板５０Ｄ
と受電側の電極板５０Ｅとが共に、絶縁体からなる筐体
（枠体）内に収容されており短絡・漏電の危険がない。
このため、充電装置８２は、浴室等の非常に湿度の高い
環境下でも安定して動作できる。

【００５３】図７は、第２実施例の非接触送電装置の電
極板の改変例を示している。図６を参照した例では、送
電側の電極板５０Ｄを受電側の電極板５０Ｅの上に載置
する方式を取ったが、図７（Ａ）に示す改変例では、送
電側の電極板５０Ｄの下方にスロット８４が設けられて
おり、該スロット８４内に受電側の電極板５０Ｅを挿入
することにより電力の伝送が行われるように構成されて
いる。なお、電極板は、送電側と受電側との間で容量結
合させ得るものであれば板状でなくとも任意形状を取る
ことができる。例えば、図７（Ｂ）に示すように電極板
５０Ｄと電極板５０Ｅとの対向面を鋸歯状に形成するこ
とも、或いは図７（Ｃ）に示すように波状に形成するこ
とも可能である。

【００５４】なお、上述した第１・第２実施例では、自
動同調回路４１が、モノバイブレータＭの二次Ｌ２側で
共振を起こさせるように発振回路３６の発振周波数を走
査し、二次側の電位を検出することにより二次側共振周
波数に一次側の周波数を固定したが、この自動同調回路
４１を設けることなく、二次Ｌ２側で共振を生ぜしめる
であろう周波数に発振回路３６を設定しておくことも可
能である。また、該第１・第２実施例では、モノバイブ
レータＭを高電位発生用のトランスとして用いたが、こ
の代わりにテスラーコイルを用いることも可能である。

【００５５】

【効果】以上説明したように、請求項１に記載した本発
明の態様によれば、列車等の高速移動体に対して送電す
る際にも、給電線と受電側との間で接触状態と非接触状
態とが生じることがなくなるため、非接触状態における
放電による電波障害及び騒音が発生しなくなる。

【００５６】また、請求項５に記載した本発明の態様に
よれば、受電端子と送電端子とが近接している限り、受
電端子と送電端子とが正しく配置されていなくても送電
を行うことができる。更に、高湿度中、或いは、水中で
も送電を行うことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る非接触送電装置を具現化するため
の単線送電装置の構成を示すブロック図である。

【図２】図１に示す単線送電装置の原理を示す回路図で
ある。

【図３】本発明の第１実施例に係る非接触送電装置の送
電側の構成を示すブロック図である。

【図４】本発明の第１実施例に係る非接触送電装置の受
電側の構成を示す回路図である。

【図５】本発明の第１実施例に係る非接触送電装置の応
用例を示す模式図である。

【図６】本発明の第２実施例に係る非接触送電装置を示
し、図６（Ａ）は構成のブロック図であり、図６（Ｂ）
は応用例を示す模式図である。

【図７】本発明の第２実施例に係る非接触送電装置の改
変例を示す模式図である。

【符号の説明】

１０非接触送電装置３０電源装置３７発振部３９増幅部４０同調部５０Ａ送電線５０Ｂ受電線６０リコンバータＭモノバイブレータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者堀田豊北海道札幌市西区山の手１条10丁目２番１ −108 (72)発明者安藤正夫愛知県知多市寺本台１−16−３ (72)発明者堂腰仁北海道札幌市厚別区大谷地東３丁目５−１アルファロジェ505

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】単線にて送電を行う送電側と単線にて受
電を行う受電側との間に非接触で送電を行う非接触送電
装置であって、送電側が、一次側に少ない数の巻線が巻回され、二次側
に多くの数の巻線が巻回され、二次側の一端がフローテ
ィング又は一次側に接続され他端が単線の送電線に接続
されたトランスと、前記トランスの一次側に接続さ
れ、トランスの二次側で共振を発生させる周波数の電流
を一次側に流す電力供給手段とから成り、受電側が、単線の受電線に接続され、受電線の電荷の変
動を直流出力又は交流出力に変換するリコンバータから
成り、前記送電側の送電線に略平行に沿って、前記受電側の受
電線を位置させることにより非接触で送電を行うことを
特徴とする非接触送電装置。
【請求項２】前記受電側が、送電線に沿って移動する
移動体であることを特徴とする請求項１の非接触送電装
置。
【請求項３】前記リコンバータが、アノード側が前記
単線の受電線に接続された第１整流素子と、カソード側
が該単線の受電線に接続された第２整流素子と、第１整
流素子のカソード側と第２整流素子のアノード側とに接
続されたコンデンサとから成り、受電線の電荷の変動を
前記コンデンサの両端で直流出力に変換することを特徴
とする請求項１の非接触送電装置。
【請求項４】前記リコンバータが、一次側に多くの数
の巻線が巻回され、二次側に少ない数の巻線が巻回さ
れ、二次側の一端が前記単線の受電線に接続され他端が
大地に対して相対的に大きな浮遊容量を有する物体に接
続され、二次側から負荷側へ接続されるトランスから成
り、該受電線の電荷の変動を交流出力に変換することを
特徴とする請求項１の非接触送電装置。
【請求項５】単線にて送電を行う送電側と単線にて受
電を行う受電側との間に非接触で送電を行う非接触送電
装置であって、送電側が、一次側に少ない数の巻線が巻回され、二次側
に多くの数の巻線が巻回され、二次側の一端がフローテ
ィング又は一次側に接続され他端が単線の送電線に接続
されたトランスと、前記トランスの一次側に接続さ
れ、トランスの二次側で共振を発生させる周波数の電流
を一次側に流す電力供給手段とから成り、受電側が、単線の受電線に接続され、受電線の電荷の変
動を直流出力又は交流出力に変換するリコンバータとか
ら成り、前記送電側の送電線に任意形状の部材を接続し、この部
材に略平行に前記受電側と接続された部材を配置するこ
とにより非接触で送電を行うことを特徴とする非接触送
電装置。
【請求項６】前記リコンバータが、アノード側が前記
受電側部材に接続された第１整流素子と、カソード側が
該受電側部材に接続された第２整流素子と、第１整流素
子のカソード側と第２整流素子のアノード側とに接続さ
れたコンデンサとから成り、受電側部材の電荷の変動を
前記コンデンサの両端で直流出力に変換することを特徴
とする請求項５の非接触送電装置。
【請求項７】前記リコンバータが、一次側に多くの数
の巻線が巻回され、二次側に少ないの数の巻線が巻回さ
れ、二次側の一端が前記受電側部材に接続され他端が大
地に対して相対的に大きな浮遊容量を有する物体に接続
され、二次側から負荷側へ接続されるトランスから成
り、該受電側部材の電荷の変動を交流出力に変換するこ
とを特徴とする請求項５の非接触送電装置。