JPH08501435A - 非接触配電システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 車輌に適した誘導結合配電システムで、共振一次回路が共振二次回路に最適の方法で集電かつ使用することを可能にするシステムが記載されている。すべての回路をほぼ同じ周波数で共振させるために共振成分を検出し、且つ調節するための手段が使用され、例えば回路７００は幾つかの実施に対して適用することのできる周波数ドリフト補償器を示し、且つこの場合エレメント７０２−７０９はその時点の周波数を基準電圧と比較し、これによりドライバ７１１をオンまたはオフ状態にする。スイッチ７１２および７１３はその際にそれぞれ閉または開路状態にドライブされ、且つ閉路された時には補助キャパシタ７１４および７１５は主キャパシタ７１６と共に一次共振回路に含められる。デイザリングまたはパルス化コントロールはシステムが応答するために数ミリセカンドを要するために共振の連続コントロールを可能にする。

Description

【発明の詳細な説明】 非接触配電システム 発明の技術分野 本発明は車輌の如き可動式または可搬式の電力消費装置に向けてエアギャップ を跨いで誘導電力を供給することに関する。これは特に共振回路を用いる誘導的 接続回路，更に特に一次および二次回路の両者における相互に一貫して共振周波 数を維持するための方法に関するものである。 背景 近代的な半導体の発展は、移動車輌に誘導結合で電力を供給することを可能に し、一次および二次回路の片側または両者における共振ＬＣ回路の使用を可能に した。共振は特に下記のような利点をもたらす−−（ａ）給電が比較的少ないに も係わらず循環電流が大きくなる。（ｂ）常用周波数の調波における電磁場の発 生が比較的少ない，（ｃ）使用される強磁性体コアが小さい，および（ｄ）スペ ースを跨ぐ電磁結合のコントロールのための斬新な手段が使用できる。 すべての共振回路がほぼ同じ周波数で、且つほぼ位相を一致させて固有共振す る時に、システムは最も高い効率を示す。設定の際に注意深く同調されてもイン ダクタンスおよびスイッチの作動パラメータへの負荷の変化の影響は常用周波数 を変化させる。この変動性 の原因の一部は、トラックウエーコンダクタを発明の好ましい実施例において共 振インダクタおよび変化する磁界の発生器として使用することによる。共振イン ダクタは、実際にはトラックウエーの配分されたインダクタンスであり、本質的 に消費量によって変化する隣接の二次コイルにおいて誘導される電流の影響を受 け易い。好ましい公知のスイッチング給電は、共振回路における電流のゼロ交叉 の生じる毎にこれを検出するにとどまり即時的な切り換えの過渡を生ぜしめる。 上記の公知のスイッチング給電は瞬間的に用いられるスタートアップオシレータ とは別に実際の常用周波数を求める手段を持ってはいない。 一次と二次の結合度の強さは全システムが共振状態にあるように見える一つ以 上の状態を生ぜしめることがあるが、然しこれらの状態の唯一つのみが電力の伝 達が最適化さえることのできる周波数に関係を持つに過ぎないのが普通である。 共振周波数が完全にマッチしていない時には電力伝達効率が低下する故にあら ゆる正当な使用条件下では常用周波数を比較的一定に保つことが望ましい。 目的 本発明の目的は、誘導結合された電力伝達システム内での共振周波数に一貫性 を与えるための改善されたシステム、または使用者に有用な選択を少なくとも可 能にするシステムを提供することにある 。 発明の説明 ある面では発明は、交番磁界を生ぜしめることのできる一次共振回路から上記 の磁界を横切り、それにより電磁力を生ぜしめる誘導コイルを使用する、少なく とも一つの二次共振回路を備えた少なくとも一つの可動体に電力を移行せしめる ために、それが一次共振回路および二次共振回路の共振周波数を共通の周波数ま たはそれに近い周波数に維持するための手段を含むことを特徴とする非接触配電 システムを提供する。 別の面では発明は、一次共振回路から磁界に交叉することにより電磁力を発生 する誘導コイルを用いる少なくとも一つの二次共振回路を備えた少なくとも一つ の可動体に電力を移行せしめるための非接触給電を与え、しかも上記の給電はス イッチング給電を使用し、且つこれは高周波共振電流を生ぜしめ、しかもその際 、共振電流の周波数を予め定められた周波数またはそれに近い周波数に維持する ための手段の設けられていることを特徴とする。 図面 下記は添付の図表に基づく例の形でのみ表された発明の幾つかの好ましい形態 の摘要である。これらの例は、特に一次コンダクタに隣接するレール上を走行す る可動トロリーに電力を供給するための システムに関連するが、勿論、ランプまたはバッテリチャージャーのような他の 電力消費装置にも適用することができる。 図１：は、同調キャパシタにより同調することのできる誘導ラインを示す回路図 。 図２：は、調節可能のコイルにより同調することのできる誘導ラインの回路図。 図３：は、僅かずつ共振インダクタンスを変えるためのスイッチされるインダク タを用いる解法を示している。 図４：は、周波数のドリフトを許すことなく一次給電のための周波数の安定した 電源を与えるシステムを図解している。 図５：は、トロリー自体のような二次回路の中の同調（または周波数トラッキン グ）のための一つの手段を図解している。 図６：は、コントロールを実施し、且つ選択的に誘導ラインパラメータのセンサ として作用する電源内またはその近くの“ダミートロリー”または人為的な二次 共振回路の図解である。 図７：は、現在の常用周波数をテストし、且つ給電の同調を絶えず調節する回路 である。これは比例−積分制御を基礎とし、且つ主共振キャパシタに並列的なキ ャパシタおよびスイッチを使用している。 図８：は、不足結合，限界結合，過剰結合されている回路内の周波数（Ｘ軸）に 対比された位相角（Ｙ軸）のグラフを示している。 図９：は、複数の共振エレメントを持つ回路の間隔を隔てた節点をリンクするこ とによりオシレーションモードを限定するため のゼロイーダクタンスケーブルの用法を示す。 好ましい実施例 すべての実施例は、配電システムを通じて一貫した共振周波数を作り出すこと を共通の目的としている。システム全体にわたる共振周波数の持つ利点は下記の 点を含む： １．すべての共振回路の力率はほぼ０となる−−それらは純然たる抵抗の如く作 用する。 ２．システムのＱが高まる。 ３．異常モードの励振が回避される。 ４．接合が強化される。 ５．電力の伝達が増大する。 システム全体にわたり共振周波数を一貫させるための問題に対して考えられる 多数の解法の幾つかは、この中に記載された好ましい実施例により説明される。 総合すれば記載される実施例とは下記のようなものである。 １．主共振キャパシタを跨ぐ小さい切り替えキャパシタにより一次回路を同調す る。この方法はシステムの共振周波数を一定に保つのに役立つ。（図１，図７） ２．一次回路を一対の可変インダクタンスを用いて同調する；上 は一次回路の各側に直列的である。この方法も又システムの共振周波数を一定に 保つのに役立つ。（図２） ３．切り替えインダクタを用いることにより（例えばサイリスタにより切り替え られる）共振インダクタンスを僅かずつ変化させる。この解法によりシステムの 共振周波数は一定に保つ作用が働く。（図３） ４．一次電源を、トラックインダクタンスパラメータにより設定された周波数を ドリフトさせるのではなく、周波数の安定した電源にする。このアプローチはシ ステムの共振周波数を一定に保つのに役立つ。（図４） ５．二次回路−トロリー自体に同調（または周波数トラッキング）手段を加える 。このシステムは可変全域周波数を持つ。（図５） ６．コントロールを実施するために電源またはその近傍に“ダミートロリー”ま たは人為的な二次共振回路に用いる。このシステムもまた可変全域周波数を持つ 。（図６） ７．共振キャパシタンスを僅かずつ変化させるために電源内に切り替えキャパシ タンスを使用する（デイザリングまたはパルスドコントロールは更に微細なコン トロールを可能にする）。（図７） ８．通常キャパシタにおいて回路の類似の振幅と位相を持つ間隔を 隔てた節点をリンクするためのゼロインダクタンスケーブルを使用することはよ り励振モードを制限する。（図９） 図１，２，３および図６に示された実施例は、その中に示されていない主コン トローラの存在を仮定することにより一次回路における共振電流の周波数をモニ タリングし周波数がドリフトして目標域を逸脱した場合に、特定のランプを持つ 回路パラメータ（ＬおよびＣの一つまたは両者）を変えるための適切な対策を講 じる。このコントローラは一種の位相をロックされた回路であることが可能であ るが、好ましい形態は図７に示されたタイプの比例コントローラである。 ■実施例１−図１を参照 誘導ライン１００は、一対のリッツワイヤケーブル１０１および１０２並びに コイル１０３および主キャパシタ１０４で構成される（電源は図示されていない がインダクタ１０３を跨いで結合されることができる）。この実施例では補助キ ャパシタ１１６が主キャパシタ１０４に並列に設けられ、且つ回路の内外で適切 なスイッチ１１７により切り替えることにより誘導ラインの共振周波数を変化さ せることができる。補助キャパシタ１１６を与えることにより誘導ライン上での 可動体（通常、電動トロリー）の運動の数から生じる周波数の変化に対応するた めに誘導ラインの共振周波数を同調することが可能である。周波数の変化はイン ダクタンスの変化，したがって共振周波数のシフトの結果である。ほぼ一定の一 次周波数が維 持されるならば二次回路の再同調は不要である。 キャパシタ１１６は主キャパシタ（スイッチはこの場合それをバイパスする） とは並列ではなく直列であることが可能であり、更に一つまたはそれ以上の可変 キャパシタを含むことが可能であることによりラインの共振周波数は補助キャパ シタ１１６のキャパシタンスを変えることにより同調することができるものと理 解される。他の実施例においては２つのキャパシタは一つの可変キャパシタによ り取り替えられることができる。 ■実施例２ 図２は、回路を形成する一対のリッツワイヤケーブル２０１および２０２を持 つ類似の誘導ライン２００，主コイル２０３，および主キャパシタ２０４を示す 。同調コイル機構２０５および２０６が設けられるために誘導ラインの共振周波 数は、コイル２０５および２０６の相互インダクタンスを変えることにより同調 させることができる。これは電気的または機械的な調節を用いる多数の方法で実 現することができる。最も簡単な方法は相手の中に一つのコイルを設け、その各 々は円筒状（出来ればプラスケック製）の巻芯の上に捲き付けられ、しかも内側 のコイルは外側のコイルに相対的に動かすことができる。これは多数の方法で実 現することもできる。例えば、内側コイルは外側コイルに対してテレスコープ状 に出し入れされることによりオーバーラップの度合いが異なり、コイルのインダ クタンスの変わるに従ってインダクションラインに生じる周波数が変わる。ある いは上記の代わりに共振周波数が内部コイルを外部コ イルに対して回転させることにより同調させることができる。これは内部コイル の長さが外部コイルの内径よりも短いために内側コイルが外側コイルの位置に相 対的に中心点の周りに回転されることのできる好ましい機構である。最大のイン ダクタンスは内部コイルがその長軸心を外側の長軸心に整合せしめる時に実現さ れることができるのに対し、最小インダクタンスは内部コイルがその長軸心を外 側コイルの長軸心に直交させる時に実現されることができる。 この手段により誘導ライン上の車輌の数の増減および当該または各車輌が誘導 ラインから取り出す動力の量を考慮するために誘導ライン２０１−２０２の共振 周波数を変化させることができる。 ■実施例３ 図３は主共振コンダクタの一部が３０１として示されており、個々のインダク タンス（３０２，３０２’，３０２”等）のグループがそれに直列に設けられた 変形例の原理を示す。各インダクタンスはそれに直列的なソリッドステートスイ ッチ（３０３，３０３’，３０３”等）のような短絡スイッチを持つ。この場合 には、ソリッドステートスイッチとして背中合わせのサイリスタを我々は使用し たが、トライアックまたはＭＯＳ型ＦＥＴ（低いオン抵抗，従ってＩ²Ｒ熱損失 の低いことのために好ましい）のような他の装置も使用することができる。ゲー ト電源（３０４，３０４’，３０４”等）が各サイリスタに対して設けられ、且 つ隔離されたドライブ入力がコントロール信号を接続するために用いられる。イ ンダクタンスの値が増大方向に目盛を施されることにより広汎な補償インダクタ ンスが微少増分の形で利用できることが望ましい。 トラックの両脚のインダクタンスの変化を等しくすることによりトラックの対 称性が維持されることが望ましい。周波数モニタリング装置により特定の増分イ ンダクタンス３０２ｘが必要でないことが判明した時には使用中に安定したゲー ト電流が特定のサイリスタ３０３ｘを通って流される。 ■実施例４ 一次回路の共振電流のゼロ交点を共振電源が検出し、その時点で切り替えるこ とにより共振電源の実際に使用される周波数がＬおよびＣの各時点の値によりセ ットされているためにドリフトされることのある公知の方法は切替点が外部の独 立、且つ安定したクロックにより求められる方法により取り替えられることがで きる。使用されている周波数が共振周波数ではなく従って力率成分が増大する時 には共振回路は純粋な抵抗を最早や基準とすることが出来ないが、この成分は切 替装置で単一サイクルベースで測定される時には極めて小さい。面倒な場合のあ る力率効果を補償するために切り替えられたインダクタンスまたはキャパシタン スが上記の図３または図７の実施例の通りに回路の中に入れられることができる 。この方法は個々のトロリーの側での再同調を必要とすることはなく、又この方 法は共振点の付近の力率に関する限界を超えたダンピング効果の影響をこうむる ことはない（図８を参照）。この方法は空港等において放射される電磁妨害が定 常周波数であり、この周波数は識別装置 を阻害せぬ位置に定められることができる。 詳細には、共振ライン４０２の各側を一つの動力レール４０３に交互に接続す る２つのソリッドステートスイッチ４０１，４０１’を持つ定常周波数共振電源 の簡単化された回路図４００が図４に示されている；一方ではＤＣ戻りラインが センタータップを持つチョーク４０４を通して設けられる。キャパシタ４０５は 共振キャパシタである。選択可能な分周器チェーン４０６を持つクリスタルコン トロールされたオシレータ（クリスタル：４０９）は、コンプリメンタリな10Ｋ Ｈｚのドライブパルスをソリッドステートスイッチに送る。（１０ＫＨｚは好ま しい周波数であるが他の周波数を用いることもできる）。例えば共振成分に対す る熱効果を考慮するために選択的に短期的に安定しているが（例えば）雰囲気ま たは局所的な温度に従って変化する周波数が選択的に作り出されることができる 。 ■実施例５ この実施例においては一次回路共振周波数は固有の安定レベルを見い出すこと ができるのに対し、当該周波数を固有の二次共振回路パラメータをマッチングの ために変化させることにより個別に追跡する責任は電力消費装置の各々に委ねら れる。 このアプローチの持つ利点には（ａ）使用される電流が少ない，（ｂ）システ ムは本質的に冗長性を持つために堅牢性が高まる，（ｃ）感知プロセスは負荷の 変動を起こす装置の中にある，および（ ｄ）二次共振回路はキャパシタを切り替えることにより生じる過渡のピーク振幅 を最小にする傾向を持つために考えられる電圧限界を−−特に過渡により−−上 回ることは考え難い点が含まれる。 図５は周波数モニタ５１０を伴う二次共振回路５００（位相をロックされた回 路，図７に示されたような回路，または原因／効果の組み合わせの予めプログラ ム化されたセットルックアップテーブルを含むことがある），一連の増分キャパ シタ５０２，５０２’，５０２”等，および直列スイッチ５０４，５０４’，５ ０４”等を示し、特に最後のスイッチはコントローラ５１０により切り替えられ ることにより全回路５００の共振周波数が一次回路５０１の常用周波数を正確に 追跡することができる。 ■実施例６ 図６に示されている特殊二次回路または“ダミートロリー”は、それが上記の 実施例における如くトロリー上の周波数シフタのようなものであるが、スイッチ ング電源に隣接する位置にあるためにそれがマスタコントローラのコントロール 下にあり、更にライン監視装置として用いることができる点でハイブリッド方式 である。 二次回路は原則的に可動式電力消費装置としての共振誘導電力伝達システムの 周りに設けられるが、主スイッチング電源においてまたはその中にあり、且つ電 源出力に誘導的に結合されていることの望ましい専用の固定された二次回路が（ ａ）システムの作動を監視 し、且つ（ｂ）比較的僅かなコストで一次回路の特性を変更するために使用する ことができる。 図６は誘導的に給電されるトラックシステム６００に接合された典型的な特殊 共振回路または“ダミートロリー”（６１１−６１３）を示す。（６０３は主共 振キャパシタ，６０４は中央でタップを持つ給電インダクタであるのに対し、イ ンダクタ６０５はＤＣ給源６０６からの定常的な電流供給を行う。６０７および ６０８，切り替え装置，はコントローラ６０９によりコントロールされる）。二 次インダクタ６１１は一次インダクタ６１０において一次共振回路６０１に接続 され、且つ同調キャパシタ６１２はこの二次共振回路の中に共振回路を完成する 。キャパシタ６１２は可変装置として示され；主コントローラは実施例１，５お よび図７に対する場合の如くこのキャパシタを変えることにより“ダミートロリ ー”を同調し、従って一次回路の中に共振を生ぜしめることができる。この回路 は一次回路とは電気的に隔離されているためにその片側はシステムの大地に接続 または関連付けられることが可能であり、又テストポイント６１３は共振回路電 流に比例する信号を供給するのに使用することができる。循環する共振電流が過 度に高まる時には切り替えまたは共振電源への入力電力を断つための手段を設け ることができる。インダクタンス６００に比較されたインダクタンス６１１の好 ましいターン比は、１より大きいことが望ましい。それは、ダミートロリーにお ける比較的電流の少ない切り替えに備え、例えばキャパシタンスの増分を出し入 れすることによりキャパシタンス６１２ を変化させるためである。 この結合モードは比較的高圧で誘導される共振電流を与えることが可能であり 、且つこの電流はＭＯＳ型ＦＥＴまたは高圧バイポーラトランジスタのようなソ リッドステートスイッチを用いて損失の少ない方法でコントロールされ易い。Ｉ² Ｒ損失のＩは特定の電力に対して小さくされる。これらの能動装置は二次共振 回路の中には使用されるためにそれらは一次共振回路の中の過渡から防護される 度合いが高い状態にある。この方法は一次回路の中の直接的な動作により周波数 を変更する方法よりも一般に好ましい。 マスター周波数コントローラに隣接し、且つこのコントローラの直接コントロ ール下にある共振回路を使用するこの方法は、変化が迅速に生ぜしめられること が可能であり、従って一次周波数の中でのシフトを直ちに補償することができる 利点を持つ。但し、この補償はスレーブ共振回路が共振電源およびそのコントロ ーラの中またはそれに接近していることに依存するものである。 ダミートロリーにより与えられることのできる“有効キャパシタンス”に関する 計算 ダミートロリーの二次インダクタンス６１１が300μＨであり、0.9μＦのキャ パシタ６１２により共振に同調され、相互インダクタンスＭは10μＨ，ｗ（周波 数は２^*Ｐ_i ^*１０⁴であり、しかもスイッチ６１４は共振回路を開回路状態にする ことができる現実的な 例（図５を参照）に対して トラックの中に現れるインピーダンスは Ｚ２’＝（ｗ²ｍ²）／Ｚ２ 但し、Ｚ２＝ｊ（ｗＬ２−１／ｗＣ２） Ｃ２（６１２）が回路から外される（開回路）の場合には Ｚ２’＝−ｊ・２ ９×１０^-3 ＝＞Ｃ２’＝759μＦ Ｃ２が回路の中に入れられる場合では Ｚ２’＝−ｊ・1.165 ＝＞Ｃ２’＝46.9μＦ この様に、0.9マイクロファラットキャパシタは一次トラックに対しては極め て大きなキャパシタの作用をシミュレートすることができる。 ■実施例７ 周波数コントロールの一つの実施例には、スイッチング電源のソリッドステー トスイッチを跨いで設けられる多数の対をなすキャパシタが含まれる。これらの キャパシタには等差級数で値が与えられるために特定の値へのデジタル的な近似 が作り出され、且つ保持されることができる。 共振システムの周波数は新しい周波数に調整されるには或る時間を必要とする ためにソリッドステートスイッチを跨いで一つの追加キャパシタ対を使用して上 記の対を回路に接続することにより周波 数の微細なコントロールを果たすことのできるデューティサイクルを変えること の可能であることが判明したことは驚きに値する。このタイプの共振誘導配電シ ステムのＬまたはＣにおいてステップ変化をもたらされたために生じる周波数変 化の時間的過程は特に一つまたはそれ以上の二次共振回路が第１周波数において 共振電流を流し、且つ当該第１周波数において引き続き共振する傾向を示す場合 には比較的長い−−少なくとも数ミリセカンドから10ミリセカンドである。 インダクタンスまたはキャパシタンスの比較的大きい増分が長時間にわたり使 用される場合に比較して周波数のコントロールをより微細に、且つより連続的に するためにこれらの増分を単一サイクル時間中でさえも反復的にシステムから出 し入れされることが可能であり、これにより平均周波数は中間値を持つことにな る。 一つの対をためす半導体スイッチ７１２，７１３がゲートコントロールバッフ ァ７１１（例えば、集積回路 タイプＩＣＬ７６６７）によりオンまたはオフに 切り替えられることによりキャパシタ７１４および７１５が、図６の場合と同様 に、共振回路に挿入される。７０１は共振電源を示している。 コントロールセクションは７００において示されている。キャパシタ７１６を 跨いで取り出された方形波型の共振電圧（通常公知のようにリミッティングおよ びシュミットトリガにより変換された）が入力に印加される。これは好ましいシ ステムに対しては約10ＫＨ ｚである。信号は出来れば時定数が約10ｍｓの周波数／電圧コンバータ７０２に 送られる。この段階での周波数依存出力は比例−積分コントロールセクション７ ０３に送られ、且つこのセクションに対してはフィードバック成分７０４がその 応答特性を定める。定常電圧がＶrefにおいて与えられることにより回路の基準 を定める。出力は電圧／周波数コンバータ７０５に与えられる；コンバータ７０ ５の出力は公称1.28ＭＨｚにあり、且つ出力は256分周のための８段の分周器７ ０６に送られる。この分周器７０６に対するリセット入力は、方形波入力信号の 正極へ向かうエッジからワンショット装置７０８の中の短時間パルス（0.5μＳ 以下であることが望ましい）として作り出される。 この様にして分周器７０６は公称５ＫＨｚ周波数の方形波信号を作り出す，こ れはフリップフロップ７０７のデータ入力Ｄに送られるのに対し、オリジナル信 号はクロック入力に供給される。この様にしてフリップフロップのＱ出力は高く （トラック周波数が低すぎ，且つキャパシタンスが除去される時）なるか、また は低く（トラック周波数が高すぎ，且つ追加キャパシタンスが必要な時）なる。 この信号はバッファ７１１およびＭＯＳ型ＦＥＴまたはＩＧＢＴトランジスタ７ １２，７１３に送られ、従ってキャパシタンス７１４，７１５が回路に入れ出し される。 勿論、周波数コントロールを実施する方法には他にも多く考えられる。 図８ａ，図８ｂおよび図８ｃは、一次および二次回路を持つ共振配電システム に対し周波数（Ｘ−軸）と位相角（Ｙ−軸）の関係の測定結果を図示している。 公称共振周波数は10ＫＨｚである。位相角のゼロラインが交叉する点は真正共振 モードまたは偽共振モードを示す。 誘導電力伝達システムの測定およびコンピュータによるモデル化は、一次およ び二次回路の間の接合が（例えば図８ａから図８ｂに示されたものから）限界値 （図８ｂ）に向かって立ち上がるために位相角対周波数グラフは水平方向への歪 みを作り出す。接合が限界点を超えると位相（Ｙ）対周波数（Ｘ）のグラフはテ ストされる回路が共振を通って掃引される時にはゼロ点の周りに方向の短い反転 を示す。限界点の接合とは、プロットされた曲線が共振点の周りで水平方向に走 行する状態と定義されるのに対し、限界点以下の接合はプロット曲線が一度ゼロ 位相ラインを横切る状態と定義される。スイッチング共振電源は、限界接合状態 では常用周波数において非定常性を示す，何故ならば“純粋な抵抗”またはゼロ 力率状態は一つ以上の周波数において満足されるからである。 ■実施例８ この実施例においては互いに間隔を隔てた一つ以上の共振キャパシタを持つ（ 他の理由からトラックの長さを延長するために用いられる方法）一次回路は励振 周波数の考えられる数を最小にする如く制約されている。ＬおよびＣの対は共振 回路を作ることが可能であ り、又通常の製作誤差またはトラックインダクタンスの変動が考えられる時には 隣合うインダクタンスとキャパシタンスを種々に組み合わせることにより多数の 可能な共振周波数を用いることの可能なことは明白である。キャパシタが、特に 振幅と位相が類似している点で共に結合されると仮定された時には考えられる励 振モードは制約される。ゼロインダクタンスケーブルは電源の間隔を隔てた節点 をリンクすることにより励振のモードを限定するのに用いることができる。 ゼロインダクタンスケーブル（例えば９１０または９２４）は，通常は一対の 物理的に対称的であり互いに電気的に絶縁され、しかも磁気的には密着したコン ダクタを持つものである。理想に近いものはコンダクタが無作為に何れかのグル ープに割り当てられ、従って分散状態にあるリッツワイヤである。カラーコーデ ィングがグループ化を助けている多心線電話ケーブルがケーブルの実例と言える 。使用に当たっては一つのコンダクタの電流は他のコンダクタの電流とは反対の 方向に流れるために磁界は互いに打ち消され，従ってコンダクタはそれ自体にイ ンダクタンスを殆ど持たぬ様に見える。 図９は間隔を隔てた節点をリンクすることによりオシレーションモードを制約 するためのゼロインダクタンスケーブルの用法の３例を示す。図９ａは一次コン ダクタの中に固有のインダクタンス９０５および９０９により分離された２つの キャパシタ９０６および９０７を持つ単独一次コンダクタモジュールを示してい る。ゼロインダクタンスケーブル９１０はキャパシタを結合し、且つ９１１にお いて交叉が出現する，何故ならば上左の電流の位相（Ｖの表示のベクターを参照 ）は共振時上右の電流の位相とは反対であるが、然し下右の電流の位相とは同じ であるためである。キャパシタは組み立て時に正当にマッチングされることによ り、ゼロインダクタンスケーブルを流れる電流の数が最小に抑えられ、且つゼロ インダクタンスケーブルの中の残りの電流はアンバランスを打ち消し合うための ダイナミックな修正機能を持つ。 図９ｂはキャパシタ／ジェネレータ対９２２が遠位のキャパシタ９２３を跨ぐ 電圧に効果的にロックされる如くモジュラー一次トラックの端末をジョイントす る延長されたゼロインダクタンスケーブルを示す。中間のモジュール（９２１の ような）は隣接モジュールへのコネクタを備えているのが示されている。 図９ｃは９ｂの特殊ケースを示し、この場合にはほぼ連続的なループトラック ９４０は環状に形成され、且つ電源９４９により通電される（通常の製造プロセ スは一般的にこのスタイルの閉回路を走行するコンベアー装置を持つ）。最初（ ９４３）および最後（９４７）におけるキャパシタの節点をマッチさせるために 単純な接続または交叉９５０を含むケーブルが全トラックコンダクタ９４１およ び９４２の回路を完結する。中間の一次コンダクタモジュールはこの場合には示 されていない。 最後に上記に対し、後述の請求範囲に定められたこの発明の範囲を逸脱するこ となく各種の変更および修正を加え得るものと理解さ れる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号 ２４５９５６ (32)優先日 1993年２月22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 ２４７２６８ (32)優先日 1993年３月26日 (33)優先権主張国 ニュー・ジーランド（ＮＺ） (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＣＡ， ＣＨ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＨＵ，Ｊ Ｐ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＵ，ＭＧ，ＭＮ，ＭＷ ，ＮＬ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ， ＳＥ，ＳＫ，ＵＡ，ＵＳ，ＶＮ (72)発明者 ボーイズ，ジョン タルボット ニュー・ジーランド国 オークランド 1310 バークデイル アイランド ベイ ロード 15エイ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．交番磁界を作り出すことのできる一次共振回路から上記の磁界を横切ること により電力を生ぜしめるための誘導コイルを持つ少なくとも一つの二次共振回路 を備えた少なくとも一つの可動体に動力を伝達するための非接触配電システムに おいて、一次共振回路および二次共振回路の共振周波数を一貫した周波数または その近傍に維持するための手段を含むことを特徴とする非接触配電システム。 ２．一次共振回路から磁界を横切ることにより電力を生ぜしめるための誘導コイ ルを持つ、少なくとも一つの二次共振コイルを備えた少なくとも一つの可動体に 電力を伝達する非接触電源において高周波共振電流を生ぜしめるスイッチング電 源を包含し、しかも共振電流の周波数を予め定められた周波数またはその近傍に 維持するための手段を設けたことを特徴とする非接触電源。 ３．スイッチング電源が定常励振器によりドライブされることを特徴とする請求 項２記載の非接触電源。 ４．一次共振回路が一つまたは以上の延長された一次コンダクタ（複）を持ち、 しかもその周りの物理的に分散した位置に上記の各一次コンダクタに対し一つ以 上の共振キャパシタが設けられ、しかも上記のキャパシタはゼロインダクタンス ケーブルにより同じ位相の節点において電気的に接続されていることを特徴とす る請 求項１記載の非接触配電システム。 ５．一次共振回路が回路に含まれる共振インダクタンスを変えるための手段を持 つことにより共振周波数がほぼ安定状態に保たれることを特徴とする請求項１記 載の非接触配電システム。 ６．一次誘導回路における共振インダクタンスを変えるための手段が別の一次イ ンダクタと直列的な第２インダクタンスに可変量だけ相互に接続された一つの一 次コンダクタと直列的な第１インダクタンスを持つことを特徴とする請求項５記 載の非接触配電システム。 ７．一次誘導回路中の共振インダクタンスを変えるための手段は、各一次コンダ クタと直列的な一つまたは以上の個別インダクタンスを持ち、しかも各個別イン ダクタンスはコントロール装置によりドライブされる付随のスイッチにより回路 に入れ出しされることを特徴とする請求項５記載の非接触配電システム。 ８．一次共振回路が回路の中に含まれる共振キャパシタンスを変えるための手段 を含むために共振周波数はほぼ一定に保たれることを特徴とする請求項１記載の 非接触配電システム。 ９．共振キャパシタンスを変えるための手段が、該当のスイッチにより上記の一 次共振回路に接続されることのできる一つまたは以上の追加キャパシタンスを持 つことを特徴とする請求項１記載の 非接触配電システム。 １０．インダクタンスおよびキャパシタンスを持つ専用の二次共振回路が一次回 路に接続され、且つ一次回路への接合を通じて一次回路の共振周波数をほぼ一定 の値に保持させるためにインダクタンスまたはキャパシタンスに調整を加えるこ とによりその共振周波数を変化させることができることを特徴とする請求項１記 載の非接触配電装置。 １１．各二次共振回路には一次共振回路の周波数を検出するための手段および一 次回路の周波数にほぼマッチさせるために二次回路（複）の共振周波数を変える ための手段を備えていることを特徴とする請求項１記載の非接触配電装置。 １２．二次回路が追加共振キャパシタンスを含めあるいは除外するための手段を 備えていることを特徴とする請求項１１記載の非接触配電システム。 １３．二次回路が追加共振インダクタンスを含めあるいは除外するための手段を 備えていることを特徴とする請求項１１項記載の非接触配電システム。 １４．二次回路がその力率を求めるための手段ならびに追加共振キャパシタンス またはインダクタンスの包含または除外をコントロールすることのできる共振変 更手段を備えていることを特徴とす る請求項１１に記載の非接触配電システム。 １５．二次回路がその力率を求めるための手段ならびに追加共振インダクタンス の包含または除外をコントロールすることのできる共振変更手段を備えている請 求項１１記載の非接触配電システム。