(57)【要約】  誘導結合電力伝達システムは、非対称透磁性コア（１０３、１０５、１０６、１０７）を使用する電力ピックアップを有する。このようなコアは、一次導電経路（１０１）からコアに設けられた二次コイル（１０４）に電力を伝達する場合に、所与の損失および所与のコア・ボリュームに対する出力電力の著しい増加をもたらすことが分かっている。
2008539584.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
非対称透磁性コアを備えるＩＣＰＴシステム・ピックアップ。
【請求項２】
前記コアは、第１および第２の端部を有する第１のアームと、当該第１の端部またはその近傍において前記第１のアームから該第１のアームとほぼ垂直な方向に延びる第２のアームと、前記第２のアームとは反対方向の前記第２の端部またはその近傍において前記第１の端部から延びる第３のアームとを備えてなる請求項１に記載のピックアップ。
【請求項３】
前記コアはさらに、前記第１および第２のアームとともにＵ字形を描くように前記第２のアームから前記第１のアームに平行に延びる第４のアームを含む請求項２に記載のピックアップ。
【請求項４】
前記コアはさらに、前記第１および第３のアームとともにＵ字形を描くように前記第１のアームから前記第３のアームと平行に延びる第５のアームを含む請求項２または３に記載のピックアップ。
【請求項５】
前記コアはさらに、前記第１および第３のアームとともにＵ字形を描くように前記第３のアームから前記第１のアームと平行に延びる第５のアームを備えてなる請求項２または３に記載のピックアップ。
【請求項６】
前記コアは、前記第１のアームの周りに巻回された二次コイルを含む請求項２〜５のいずれか１項に記載のピックアップ。
【請求項７】
前記コアは単一の一体化された成型品からなる請求項１〜６のいずれか１項に記載のピックアップ。
【請求項８】
交流電流を供給する電源に接続可能であり、電気エネルギーを与えるのに使用され、沿路に間隔をあけて延びる第１および第２の導体を有する一次導電経路と、
透磁性コアの周りに設けられ、誘導結合により前記一次導電経路から電気エネルギーを受けるのに使用される二次コイルを有するピックアップとを含むＩＣＰＴシステムであって、
前記コアは、少なくとも前記二次コイルが前記一次導電経路に結合された場合に、前記第１および第２の導体の間に延び、第１および第２の端部を有する第１のアームと、前記第１の端部またはその近傍で前記第１のアームから該第１のアームに実質的に垂直な方向に延びる第２のアームと、前記第２の端部またはその近傍で前記第１のアームから前記第２のアームとは反対の方向に延びる第３のアームとを備えてなるＩＣＰＴシステム。
【請求項９】
前記コアは、当該コアの一部が前記第１および第２の導体の少なくとも１つの周りにＵ字形を描くように、１つまたは複数の追加のアームを含む請求項８に記載のＩＣＰＴシステム。
【請求項１０】
前記コアは、当該コアの一部が前記第１および第２の導体の双方の周りにＵ字形を描くように、１つまたは複数の追加のアームを含む請求項８に記載のＩＣＰＴシステム。
【請求項１１】
前記コアはさらに、前記第１の導体の周りにＵ字形を描くように、前記第２のアームから前記第１のアームに平行に延びる第４のアームを含む請求項８に記載のＩＣＰＴシステム。
【請求項１２】
前記コアはさらに、前記第２の導体の周りにＵ字形を描くように、前記第１のアームから前記第３のアームに平行に延びる第５のアームを備えてなる請求項８または請求項１１に記載のＩＣＰＴシステム。
【請求項１３】
前記コアはさらに、前記第２の導体の周りにＵ字形を描くように、前記第３のアームから前記第１のアームに平行に延びる第５のアームを備えてなる請求項８または請求項１１に記載のＩＣＰＴシステム。
【請求項１４】
前記二次コイルは前記コアにおける前記第１のアームの周りに巻回されたものである請求項８〜１３のいずれか１項に記載のＩＣＰＴシステム。
【請求項１５】
交流電流を供給する電源に接続可能であり、電気エネルギーを供給するのに使用され、第１の軸に沿って延びる第１および第２の側部を画定する間隔をあけて延在する導体を有する一次導電経路と、
透磁性コアの周りに巻回され、誘導結合により前記一次導電経路から電気エネルギーを受けるのに使用される二次コイルを有するピックアップとを備えるＩＣＰＴシステムであって、
前記強磁性コアは前記第１と第２の側部の間に延びる第１のアームを備え、前記第１および第２の側部において前記導体を通る平面を横断して延びる仮想平面に関して非対称であるＩＣＰＴシステム。
【請求項１６】
前記コアは、３本、４本、または５本のアームを備えてなる請求項１５に記載のＩＣＰＴシステム。
【請求項１７】
前記コアは前記導体の少なくとも１つの周りでＵ字形を描くように形成されてなる請求項１６に記載のＩＣＰＴシステム。
【請求項１８】
前記コアは前記導体の双方の周りでＵ字形を描くように形成されてなる請求項１６に記載のＩＣＰＴシステム。
【請求項１９】
請求項１〜７のいずれか１項に記載のＩＣＰＴシステム・ピックアップを含む車両。
【請求項２０】
請求項８〜１８のいずれか１項に記載のＩＣＰＴシステムによって受電するようにした車両。
【請求項２１】
添付図面に示すいずれかの実施形態について本明細書に実質的に記載されてなるＩＣＰＴシステム・ピックアップ。
【請求項２２】
添付図面に示すいずれかの実施形態について本明細書に実質的に記載されてなるＩＣＰＴシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘導結合電力伝達システムの分野に関する。本発明は、軌道に沿って移動する車両向けの誘導結合電力伝達システムに適用できる。
【背景技術】
【０００２】
誘導結合は、導体間を物理的に接続することを必要とせず、結合された導体間で電力を伝達するための公知の１つの方法である。誘導結合は、軌道に沿って走行する移動車両に電力を供給するのに応用されている。
【０００３】
図１および図２は、公知の誘導結合電力伝達（ＩＣＰＴ）システムの概略の代表図を示している。図２は、このシステムの断面図である。一次コイルまたは一次導電経路１には、通常、約５〜５０ｋＨｚの超長波（ＶＬＦ）の交流電流が流される。一次コイル１は、間隔をあけて配置される２つの側部１ａ、１ｂに沿って延びる第１および第２の導体を有する。このようなシステムの電力ピックアップは、側部１ａ、１ｂの間に配置される透磁性コア３（好ましくは、強磁性コア）の周りに巻回された二次コイル２を備えている。この強磁性コアは一次コイル１からの磁束を集束させ、二次コイル２の端子間に電位が生成される。二次コイル２は、通常、直列または並列キャパシタによって同調される。この電位はその後、整流され、所要の電圧に変換される。図１に示す強磁性コア３はＥ字形とされている。この代わりに、Ｈ字形のコアを使用でき、当該コアは現在まで使用されてきている。
【０００４】
強磁性コア３およびコイル２は、一次コイル１の経路、または１組の一次コイル１に並行する軌道上で移動可能な電気車両に設けることができる。二次コイル２からの出力はこの車両に電力を供給するのに用いることができる。米国特許第５，２９３，３０８号（Ｂｏｙｓ他）は電気車両用ＩＣＰＴシステムを記載しており、この特許の内容は参照によって本明細書に組み込まれる。
【０００５】
誘導電力伝達についての１つの問題は、直接的な物理的接続を伴う電力伝達方法と比較して発生する損失が相対的に大きいことである。この損失により、あらゆる装置の運転コストは増加する。したがって、この損失を低減できるか否かが重要である。
【特許文献１】米国特許第５,２９３，３０８号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、既存のシステムと比べて損失の少ないＩＣＰＴシステム、またはＩＣＰＴシステム・ピックアップを提供すること、あるいは少なくとも有用な代替品を一般に提供することにある。
【０００７】
文脈上明らかに他の解釈が必要とされる場合を除き、明細書全体を通して、「備える」、「備えている」などの用語は、排他的とは反対の包含的または網羅的な意味、すなわち「含むが、これに限定されない」という意味に解釈すべきものとする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
一態様では、本発明は非対称透磁性コアを含むＩＣＰＴシステム・ピックアップからなる。
【０００９】
一実施形態では、前記コアは、第１および第２の端部を有する第１のアームと、当該第１の端部またはその近傍において前記第１のアームから当該第１のアームとは実質的に垂直な方向に延びる第２のアームと、前記第２のアームとは反対方向の第２の端部またはその近傍において前記第１のアームから延びる第３のアームとを備えている。
【００１０】
前記コアはさらに、前記第１および第２のアームとともにＵ字形を描くように、当該第２のアームから前記第１のアームに平行に延びる第４のアームを含むことができる。
【００１１】
前記第１および第３のアームとともにＵ字形を描くように、前記第１のアームから前記第３のアームに平行に延びる第５のアームを設けることができる。
【００１２】
その代わりにまたはそれに加えて、第１および第３のアームとともにＵ字形を描くように、当該第３のアームから前記第１のアームに平行に延びる第５のアームを設けることができる。
【００１３】
前記ピックアップは、コアの第１のアームの周りに巻回される二次コイルを含んでいることが好ましい。
【００１４】
別の態様では、本発明は、
−交流電流を供給する電源に接続可能であり、電気エネルギーを与えるのに使用され、沿路に間隔をあけて延びる第１および第２の導体を有する一次導電経路と、
−透磁性コアの周りに設けられ、誘導結合により一次導電経路から電気エネルギーを受けるのに使用される二次コイルを有するピックアップとを含むＩＣＰＴシステムであって、
強磁性コアは、少なくとも前記二次コイルが前記一次導電経路に結合された場合に、前記第１および第２の導体の間に延び、第１および第２の端部を有する第１のアームと、前記第１の端部またはその近傍で前記第１のアームから該第１のアームに実質的に垂直な方向に延びる第２のアームと、前記第２の端部またはその近傍で前記第１のアームから前記第２のアームと反対の方向に延びる第３のアームとを備えている。
【００１５】
前記コアは、当該コアの一部が第１および第２の導体の少なくとも１つの周りにＵ字形を描くように、１つまたは複数の追加のアームを含んでいることが好ましい。
【００１６】
その代わりにまたはそれに加えて、前記コアは、当該コアの一部が前記第１および第２の導体の双方の周りにＵ字形を描くように、１つまたは複数の追加のアームを含む。
【００１７】
前記第１の導体の周りにＵ字形を描くように、前記第２のアームから前記第１のアームに平行に延びる第４のアームを設けることができる。
【００１８】
前記コアはさらに、前記第２の導体の周りにＵ字形を描くように、前記第１のアームから前記第３のアームに平行に延びる第５のアームを含むことができる。
【００１９】
その代わりにまたはそれに加えて、前記第２の導体の周りにＵ字形を描くように、前記第３のアームから前記第１のアームと平行に延びる第５のアームを設けてもよい。
【００２０】
さらに別の態様では、本発明は、交流電流を供給する電源に接続可能であり、電気エネルギーを供給するのに使用され、第１の軸に沿って間隔をあけて延び、第１および第２の側部を画定する導体を有する一次導電経路と、透磁性コアの周りに巻回され、誘導結合により一次導電経路から電気エネルギーを受けるのに使用される二次コイルを有するピックアップとを備えるＩＣＰＴシステムにおいて、強磁性コアは第１と第２の側部の間に延びる第１のアームを備え、第１および第２の側部の導体を通して平面を横断して延びている仮想平面に関して非対称である第１のアームを備えているシステムからなる。
【００２１】
好ましくは、前記コアは３本、４本、または５本のアームを備える。
【００２２】
好ましい一実施形態では、前記コアは前記導体の少なくとも１つの周りにＵ字形を描くように形成されている。
【００２３】
その代わりにまたはそれに加えて、前記コアは前記導体の双方の周りにＵ字形を描くように形成されている。
【００２４】
さらに別の態様では、本発明は前記のようなＩＣＰＴシステム・ピックアップを含む車両からなる。
【００２５】
さらに別の態様では、本発明は直前に記載したようなＩＣＰＴシステムによって受電するようにした車両からなる。
【００２６】
本発明のさらに別の態様は、実施例によってのみ与えられる以下の説明から明らかになろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
添付図面を参照して、少なくとも現在予想される本発明の好ましい実施形態について説明する。
【００２８】
図３は、本発明の第１の実施形態における誘導結合電力伝達（ＩＣＰＴ）システム１００の一部の断面を示す概略的な代表図である。
【００２９】
ＩＣＰＴシステム１００は、本ページの手前から奥に向って延びる導体部１０１ａおよび１０１ｂを有する一次導電経路を含んでいる。この一次導体経路１０１は、ＩＣＰＴシステム１００に電力を供給する交流電流源（不図示）に接続されている。第１および第２の導体部１０１ａおよび１０１ｂは、適切な支持構造（不図示）によって支持されている。
【００３０】
ピックアップは、強磁性コア１０３の周りに、より詳細には強磁性コア１０３における第１のアーム１０３ａの周りに巻回された二次コイル１０２を含んでいる。図２に示すように、第１のアーム１０３ａは、二次コイル１０２の導体が巻回される凹部１０４を有することができる。少なくともＩＣＰＴシステム１００が一次導電経路１０１から二次コイル１０２に電力を伝達している間、第１のアーム１０３ａは導体１０１ａと１０１ｂの間、好適には導体１０１ａと１０１ｂとの中間に位置している。
【００３１】
電力は、公知の回路および方法を用いてピックアップの二次コイルから得ることができる。前記二次コイルの出力は、キャパシタによって同調され、整流され、所要の電圧に変換することができる。このことを達成するのに好適な回路が、米国特許第５，２９３，３０８号に記載されている。
【００３２】
強磁性コア１０３は、第２のアーム１０３ｂおよび第３のアーム１０３ｃを含んでおり、これらが第１のアーム１０３ａの両端部から反対方向に延びている。従来使用されてきた公知のＥ字形およびＨ字形の強磁性コアと異なり、強磁性コア１０３は、一次導電経路が中に配置される平面を横断し、第１と第２の側部の間の中点を通る平面ＢＢに関して非対称である。
【００３３】
この強磁性コア１０３は、一次導電経路１０１の経路に並行する軌道（不図示）に沿って移動する車両（不図示）に設けることができる。この移動に適応するために、一次導電経路１０１の支持構造および強磁性コア１０３の支持構造は、強磁性コア１０３が一次導電経路１０１の（１つまたは複数の）支持構造を通過するのに支障がない適当な形状に形成されている必要がある。
【００３４】
図４〜６は、図３に示す例とは別の形態の３種類の強磁性コア１０５、１０６および１０７を示している。それぞれの強磁性コアに対して一次導電経路１０１は変更していないが、強磁性コアが一次導電性経路１０１に沿って移動可能なように、一次導電経路１０１および強磁性コアには異なる支持構造が必要である。本発明のＩＣＰＴシステムにおける二次コイルは図４〜６に示されていないが、実際には第１のアーム１０３ａに設けられている。
【００３５】
特に図４によれば、強磁性コア１０５は、強磁性コア１０３における第１から第３のアーム１０３ａ〜１０３ｃと同じ構成の第１、第２および第３のアーム１０５ａ〜１０５ｃを含んでいる。強磁性コア１０５はさらに、第２のアーム１０３ｂの端部から第１のアーム１０５ａに平行に延びる第４のアーム１０５ｄを含んでいる。第１のアーム１０５ａ、第２のアーム１０５ｂ、および第４のアーム１０５ｄは共に、導体部１０１ａの周りにＵ字形を形成している。
【００３６】
特に図５によれば、強磁性コア１０６は、強磁性コア１０５における第１から第４のアーム１０５ａ〜１０５ｄと同じ構成の第１、第２、第３および第４のアーム１０６ａ〜１０６ｄを含んでいる。強磁性コア１０６はさらに、第３のアーム１０６ｃに平行に延びる第５のアーム１０６ｅを含んでいる。第１のアーム１０６ａ、第３のアーム１０６ｃ、および第５のアーム１０６ｅは共に、導体部１０１ｂの周りにＵ字形を形成している。
【００３７】
特に図６によれば、強磁性コア１０７は、強磁性コア１０５における第１から第４のアーム１０５ａ〜１０５ｄと同じ構成の第１、第２、第３および第４のアーム１０７ａ〜１０７ｄを含んでいる。強磁性コア１０７はさらに、第３のアーム１０７ｃの端部から第１のアーム１０７ａに平行に延びる第５のアーム１０７ｅを含んでいる。第１のアーム１０７ａ、第３のアーム１０７ｃ、および第５のアーム１０７ｅは共に、導体部１０１ｂの周りにＵ字形を形成している。
【００３８】
さらに別の２つの実施形態では、アーム１０７ｄは図６に示す強磁性コアから省略することができ、またはアーム１０７ｄと１０７ｂを双方とも省略することができる。
【００３９】
二次コイル１０４は、強磁性コア１０５〜１０７の第１のアームに巻回されていることが好ましい。第１のアームは、この二次コイル１０４を受け入れる凹部を備えることができる。
【００４０】
以上の説明および図３〜６から、強磁性コア１０３、１０５、１０６および１０７はすべて非対称であることが明らかである。特に、これらのコアは一次導電経路１０１を２等分する仮想平面に関して非対称であると考えることができる。強磁性コアのこのような非対称性により、一次導電経路１０１から二次コイル１０４電力を伝達する際に、二次コイル１０４から同じ出力電力を得るために所定の損失および所定のコア（例えばフェライト）の容積に対する出力電力を増加させ、あるいは等価的に二次コイル１０４から同じ出力電力を得るために一次導電経路１０１への入力電力を低減することができる。
【００４１】
本発明の好ましい実施形態では、各強磁性コア１０３、１０５〜１０７は単一の一体化された成型品である。これに代えて、強磁性コアは、互いに当接し、または間に小さな空隙を有する２つまたはそれ以上の部品で構成することができる。強磁性コアが多数の部品からなる場合、１つの部品を移動車両に設けることができ、別の部品を固定し、一次導電経路１０１に接して配置し、また一次導体経路１０１の少なくとも一部に、好ましくは誘導電力伝達が生じる一次導体経路１０１の全長にわたって延設することができる。
【００４２】
また、強磁性コア１０３、１０５〜１０７はその作用に影響を与えることなく、逆にすることができることも理解されよう。
【００４３】
強磁性コアの形状は、本発明の範囲から逸脱することなく、図３〜６に示した形状から変更することができる。例えば、このコアを構成するアームは異なる長さまたは形状とすることができるが、本明細書で記載している強磁性コアの非対称性は維持されるべきである。ＩＣＰＴシステムから電力の一部または全ての供給を受ける車両は、運転効率を向上させるために本発明を利用することができる。
【００４４】
以上の説明で、公知の均等物を有する本発明の個々の構成部品または完成品に言及している場合、そのような均等物は個別に記載されているように本明細書に組み込まれる。
【００４５】
本発明を実施例によって、またその可能性のある実施形態について記載したが、添付の請求の範囲に規定されている本発明の範囲から逸脱することなく、変更または改良を行なうことが可能であることが理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】公知の誘導電力伝達システムの一部の模式的な代表図である。
【図２】公知の誘導電力伝達システムの一部の模式的な代表図である。
【図３】本発明による強磁性コアの一実施形態を示す図である。
【図４】本発明による強磁性コアの別の実施形態を示す図である。
【図５】本発明による強磁性コアのさらに別の実施形態を示す図である。
【図６】本発明による強磁性コアのさらに別の実施形態を示す図である。
【図１】
2008539584.tif 000003
【図２】
2008539584.tif 000004
【図３】
2008539584.tif 000005
【図４】
2008539584.tif 000006
【図５】
2008539584.tif 000007
【図６】
2008539584.tif 000008
【国際調査報告】
2008539584.tif 000009
2008539584.tif 000010