(57)【要約】【課題】電圧落差の大きい負荷への電力供給は、大電流が流れて素子を破壊する。負荷、たとえばキャパシタの有する電圧より若干高い電圧を用意し、適正電流を流すことにより電力を多く供給することが必要となる。【解決手段】やや小さな時定数のインダクタンスとコンデンサで微少時間中に、負荷より微少電圧Δｖ分大きい電圧を損失なく発生させ、より小さい時定数でこのΔｖを基に負荷に適正電流を流す。以上の動作を連続的に行うことにより大電力を供給する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高い供給直流電圧からインダクタンスを経由してコンデンサに徐々に増大する低い電圧を発生させる。微少時間Δｔ後スイッチをオンにして前記コンデンサの電圧を内部抵抗または前記とは別のインダクタンス経由でキャパシタなど負荷に放電する。
以上を繰り返し、負荷に大きすぎない電流を流し、電力を供給することを特徴とした給電器
【請求項２】
前記コンデンサと前記供給直流電圧の装置との間、および前記負荷との間にそれぞれスイッチを設け、前記Δｔのあいだ前記供給直流電圧側のスイッチのみオンにし、次のΔｔ時間では前記負荷側のスイッチのみオンにする。
以上を繰り返し、負荷に大きすぎない電流を流し、電力を供給することを特徴とした給電器
【請求項３】
前記負荷に流れる電流又は電圧の値を検出器により検出し、電圧又は電流の値設定器の値と比較し、検出値が設定値に近づくよう前記Δｔ幅を変化させる制御装置を備えたことを特徴とする【請求項１】または【請求項２】に記載の給電器
【請求項４】
高周波発振機と高周波トランスと整流器とコイル移動用モータと制御装置からなり、前記負荷に流れる電流又は電圧の値を検出器により検出し、電圧又は電流の値設定器の値と比較し、検出値が設定値に近づくよう前記高周波トランスのコイルを前記コイル移動用モータで抜き差しして負荷にかかる電圧を変えることを特徴とした給電器
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】    本発明は、従来のＤＣ−ＤＣコンバータの出力ＤＣを可変にしたいような用途分野に使用する。特に負荷としてキャパシタなどの場合、一定時間に最大の電力を供給したい時に利用できる装置に関する。電気自動車、路面電車、カート等に搭載された電力用キャパシタの充電（あるいは放電）や給電ステーションに付帯するキャパシタの充電に利用できる。
また、負荷としてＤＣモータなどのとき、駆動時の低電圧・加速時の高電圧要求に利用できる。
【背景技術】
【０００２】  従来、キャパシタの充電方法としては、たとえばＡＣ整流直流電圧よりオン時間を変えパルス状電圧にした後整流して低電圧（キャパシタの電圧より若干高い電圧）とし、これをキャパシタに印加し、適切な電流が流れるようにするいわゆるＰＷＭ法や、昇（又は降）圧トランスに複数のタップを設け、最適な電圧タップをオンにして適切な電流が流れるようにしたトランスタップ法、分割キャパシタを直並列に接続変更して適切な電流が流れるようにする分割キャパシタ法などが提案されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】  ところが、入力電圧をパルス状にすることは電流もパルス区間のみ流すことになり、同じ電力を得るのに大電流を流さなくてはならず、損失は電流の２乗で発生するので効率は良くない。
一方、トランスタップ法・分割キャパシタ法は階段状の電圧を切り換えて、キャパシタ電流値を適切にしようとするものであるが、平均電流は良いが電流はほぼエクスポネンシャル的に減衰する特性のため、やはり切り替え時に初期電流が大きく、損失が大きい。【０００４】問題は、負荷がキャパシタの場合自分自身の電圧が変化し、ＤＣモータの場合回転数によりインピダンスが変化し、共に一定電圧を供給したのでは初期電流が素子を破壊するほど大きく、またキャパシタの場合充電に伴い負荷電圧自身も上昇するため電流が流れにくくなり、モータの場合回転数上昇に伴い電流がながれにくくなり、しいては電力を充分供給できないことにある。したがって実用上は問題とならない比較的長い時間（２０〜４０秒）の間に、なるべく一定の電流を流すことが発明の解決しようとする課題である。また、ＤＣモータを駆動しようとする時、起動時はインピーダンスが低いので電圧を下げ、電流が過大にならないようにしなければならず、本発明により解決する。も一つの課題は、電力供給側の電圧がキャパシタの電圧より低い時も（高い時は勿論）、一定電流を流し込む手法を発明することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】上記目的を達成するために、まず微少時間で供給電圧からキャパシタ電圧より若干高い電圧をインダクタンスを通してコンデンサＣに発生させ、次の微少時間でスイッチをオンにして前記コンデンサＣに蓄えられた電圧を別のインダクタンスと抵抗を通してキャパシタに充電する。以上を微少時間（Δｔ）ごとに繰り返し、適正電流を連続して得るようにした。
一方、供給電圧がキャパシタ電圧より低い時は上記の方法では充電できない。
この場合は高周波に変換し、高周波トランスで昇圧後整流してキャパシタに印加すればよいが、処理装置がキャパシタへの流入電流値を計測し、この値を設定値にするため前記高周波トランスの一次側又は二次側のコイルをモータで動かし誘起電圧を可変にした。
【発明の効果】
【０００６】高い供給電圧から短時間（２０〜４０秒）でほぼ一定電流でキャパシタに充電できるため、たとえば電気車輌の停留所停車時間内に電力を補給できる。一方、回路はややおおがかりであるが、供給電圧がキャパシタの電圧より低くても高くても一定電流でキャパシタを充電できる方式は、上記電気車輌への充電のみならず、電力変換器、給電ステーション、大型回生装置に利用できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】  図１は供給電圧がキャパシタ電圧よりかなり大きい場合の簡易型キャパシタ充電回路である。同図で１は給電装置、２は電気車輌、３は主キャパシタ、４は供給電圧、５，６はインダクタンス、７，８はコンデンサ、９，１０は機械的または電子的スイッチ、１１，１２はインダクタンス、１３，１４はコネクタまたは接触子である。
同図に従って動作を説明すると、まずコネクタ１３，１４は外れていてスイッチ９，１０はオンになっているとする。キャパシタ３およびコンデンサ７，８の電圧は０ボルトとする。この状態でまず、スイッチ９，１０をオフにし、コネクタ１３，１４をつなぐ。【０００８】  すると、コンデンサ７，８の電圧は上昇を開始する。この時の上昇速度は主にインダクタンス５，６とコンデンサ７，８の値の積、（いわゆる時定数１とする）で決まる。
微少時間Δｔ後にはコンデンサ７，８の電圧はΔｖ上昇し、この時スイッチ９のみオンにすると、この電圧によりインダクタンス１１とキャパシタ３、コンデンサ７、抵抗ｒで決まる時定数２でキャパシタ３が充電される。しかしながら、前記時定数１も時定数２もキャパシタ３への充電時定数よりは値を小さくする。さらに前記時定数２は前記Δｔ内に最大電流が出現できるほど短くする（従ってインダタンス５，６の値＞インダクタンス１１，１２の値）【０００９】図２は以上のような動作を概略的に示したものである。
同図で１５は電圧・電流軸、１６は時間軸、１７の実線はコンデンサ７の充電時の電圧、１８はコンデンサ７の放電時の電圧、１９はコンデンサ７からキャパシタ３に流れる電流、２０はキャパシタ３の電圧、の波形である。同図はΔｔごとのコンデンサ７に関する波形であるが、コンデンサ８の波形も放電と充電の動作がコンデンサ７と逆になるだけで同じになる。【００１０】図２での動作を説明すると、まず微少時間Δｔ経過すると、コンデンサ７の電圧はキャパシタ３の電圧よりΔｖ高くなる。このタイミングでスイッチ９をオンにすると次のΔｔ時間経過でキャパシタ３には１９で示されるようなかなり大きな電流がながれる。この理由は電流ピークが現れるほどインダクタンス１１とコンデンサ７，キャパシタ３で構成される時定数が小さい為である。本発明は、したがって２つの時定数（以下時定数１，時定数２とする）を交互に切り換えて損失が少なく電力を伝達する回路と言いかえることもできる。【００１１】図３は別の応用例で、キャパシタ３に蓄積した電力でＤＣモータ２１を駆動する回路である。
同図で、２１はモータ、２２は内部抵抗、２３，２４はスイッチ、２５は制御装置、２６は電流検出器、２７は電流または電圧の設定器である。同図に従って動作を説明すると、まずスイッチ２３のみをオンにし高いキャパシタ３の電圧から前記時定数１によりコンデンサ７に低い電圧を発生させる。Δｔ時間後、スイッチ２３をオフ、スイッチ９をオンにし、コンデンサ７，インダクタンス１１，内部抵抗２２で構成される前記時定数２によりコンデサ７の電圧ΔｖでＤＣモータ２１を起動する。起動時にはＤＣモータには一般的に大きな電流が必要になるが、上記ＬＲＣ放電回路により滑らかな大きな電流を流すことができる。スイッチ９とスイッチ１０とはΔｔごと交互にオンオフする。【００１２】またモータ２１に流れる電流を減少させるためには、制御装置２５は上記のスイッチ９，１０のオンオフの他、電流値検出器２６、電流設定器２７からの信号を取り込み、たとえば図４のΔＴ’のようにスイッチ２３，２４のオン時間を短くすればよい。図３のキャパシタ３の代わりにモータ２１を用いても良いし、モータ２１の代わりにキャパシタ３を用いてもよい。また、モータ２１の代わりに別途抵抗性負荷をつなぎ定電流の代りに定電圧制御することでもよい。【００１３】図５は供給電圧４がキャパシタ３等負荷電圧より高くても低くても、負荷に充電または給電できる本格的給電器の他の例である。
動する。起動時にはＤＣモータには一般的に小さな電圧と大きな電流が必要になるが、上記ＬＲＣ放電回路によりコンデンサ８の小さな電圧で大きな電流を流すことができる。スイッチ９とスイッチ１０とはΔｔごと交互にオンオフする。
図３が図１と異なるのは、スイッチ２３，２４を設けることにより、コンデンサ７，８にとっては充電と放電が独立した時定数でおこなわれること、別の言い方をすれば両切りで充電・放電がおこなわれることであり、図１の片切りに比べると時定数の設計が楽になる。【００１３】図４は図３のスイッチ２３，２４、スイッチ９，１０が交互にオンオフした場合の電圧、電流のタイムチャートである。２８はコンデンサ７，８の、２９はモータ２１に流れる電流波形の概略である。
また、モータ２１に流れる電流を設定値に合わせるためには、制御装置２５は上記のスイッチ９，１０のオンオフの他、電流値検出器２６、電流設定器２７からの信号を取り込み、たとえば図４のΔＴ’のようにスイッチ２３，２４のオン時間を短くし、コンデンサに貯まる電圧Δｖを小さくすればよい。また、図３のキャパシタ３の代わりにモータ２１を用いても良いし、モータ２１の代わりにキャパシタ３を用いてもよい。さらに、モータ２１の代わりに別途抵抗性負荷をつなぎ定電流の代りに定電圧制御する使い方をしてもよい。【００１４】図５は供給電圧４が、キャパシタ３など負荷電圧より高くても低くても、負荷に充電または給電できる本格的給電器の他の例である。
同図で３１はブリッジ型スイッチング回路、３２はＤＣ電源、３３は高周波トランス１次コイル、３４は高周波トランス２次コイル、３５はコイル移動用モータ、３６は１次側マッチングコンデンサ、３７は２次側マッチングコンデンサ、３８は全波整流器、４０は制御装置、４１は３１内のスイッチ群をオンオフする発振機である。
同図で動作を説明すると、発振機４１が、１次コイル３３から２次コイル側を見た等価回路のインピーダンスとマッチングコンデンサ３６とで形成される同調周波数でブリッジ型スイッチング回路を駆動すると、いわゆる高周波発振での有効電力供給が可能であることが知られている。【００１５】同図で、２次コイル側には同調コンデンサ３７を接続して見かけ上抵抗性にすると、高周波出力電圧は全波整流器３８で整流され負荷であるキャパシタ３に印加される。
制御装置４０は、その結果のキャパシタに流れる電流を電流検出器２９により検出し、この値が設定器２７と同じになるよう、モータ駆動により２次コイル３４を１次コイル３３に出し入れし、２次コイル３４に誘起される電圧値を変更する。
【産業上の利用可能性】本発明による給電器は短時間（２０〜４０秒）で大きな電力を供給できるため、停留所の停車中の電気車輌搭載の蓄電器（キャパシタ）への充電や回生装置または給電ステーションの充電・放電に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】：本発明による片切り２重充電回路の概要図である
【図２】：図１の動作タイムチャートである。
【図３】：本発明による両切り２重充電回路の概要図である。
【図４】：図３の動作タイムチャートである。
【図５】：モータによるコイル移動型可変給電器回路の概要図である。
１：給電装置                          ２５：制御装置
２：電気車輌                          ２６：電流検出器
３：キャパシタ                        ２７：電流又は電圧設定器
４：供給電圧                          ２８：図３でのコンデンサ電圧
５，６：インダクタンス                    ２９：図３でのモータ電流
７，８：コンデンサ                        ３０：電流検出器
９，１０：スイッチ                          ３１：ブリッジ型スイッチング回路
１１，１２：インダクタンス                    ３２：ＤＣ電源
１３，１４：コネクタ                          ３３：高周波１次コイル
１５：電圧・電流軸                      ３４：高周波２次コイル
１６：時間軸                            ３５：コイル移動用モータ
１７：コンデンサ７の充電電圧            ３６：マッチングコンデンサ
１８：コンデンサ７の放電電圧            ３７：マッチングコンデンサ
１９：キャパシタ３への流入電流          ３８：全波整流器
２０：キャパシタ３の電圧                ３９：
２１：ＤＣモータ                        ４０：制御装置
２２：内部抵抗                          ４１：発振機
２３，２４：スイッチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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