(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軌道に沿って走行する移動体へと非接触で電力を供給する電力供給システムであって、
前記軌道に沿って敷設された給電線と、
所定の周波数で前記給電線に電力を供給するスイッチング電源と、
前記給電線と共に共振回路を構成するように前記給電線に接続されたコンデンサと、
前記移動体への電力供給を行わない領域に配置された非給電回路とを備えており、
前記非給電回路が、前記給電線の誘導性リアクタンスと前記移動体が前記給電線から電力供給を受ける際に前記給電線に生じる誘導性リアクタンスとに対して並列になるように前記給電線に常に接続されたリアクトルと、前記リアクトルに直列に接続された抵抗器とを有していることを特徴とする電力供給システム。
【請求項２】
複数の前記非給電回路が設けられており、
前記複数の非給電回路が、互いに並列になるように前記給電線に常に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の電力供給システム。
【請求項３】
前記給電線を介して前記移動体へと通信信号を送信する通信装置をさらに備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電力供給システム。
【請求項４】
前記リアクトルのインダクタンスが前記給電線のインダクタンスと等しく、前記抵抗器の抵抗値が前記給電線の抵抗値と等しいことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電力供給システム。
【請求項５】
前記移動体が、前記給電線から電力の供給を受ける第１のトランスと、コンデンサを有する第２のトランスとを有し、
前記コンデンサが、前記第１のトランスが前記給電線から電力の供給を受ける際に前記給電線に発生させる誘電性のリアクタンス成分を抑制するように、前記第２のトランスが前記給電線に容量性のリアクタンス成分を発生させることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の電力供給システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軌道に沿って走行する移動体に電力を供給する電力供給システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
製造工場等において、天井等に軌道を敷設し、その軌道上を移動体に走行させるシステムを設置することがある。例えば、特許文献１は、軌道上を移動体に走行させることで、製造装置間で荷物を搬送するものである。
【０００３】
このようなシステムにおいて、軌道に沿って給電線を敷設し、軌道上を走行する車両などの移動体に給電線から非接触で電力を供給することがある。例えば、給電線に所定周波数の電力を供給することによって給電線の周囲に磁束を発生させ、かかる磁束を電力に変換させることによって移動体に電力を供給する。この場合、給電線に電力を供給する電源出力側の力率を改善するために、給電線にコンデンサを接続することにより、給電線のインダクタンスとコンデンサとで共振回路を構成することがなされている。そして、電源のスイッチング周波数を、上記の共振回路の共振周波数に一致させる。これによって、電源出力側の力率が１となり、移動体に有効に電力が供給されることとなる。すなわち、移動体に必要な電力と給電線の抵抗成分による損失分に相当する電力のみが電源から出力され、無効電力がなくなる。また、電源インバータがほぼゼロ電圧でスイッチングすることから、電圧サージなどのノイズの発生も抑制される。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２４３７２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
給電線を流れる電流により発生する磁界には、移動体上に供給される起電力として寄与する磁束と寄与しない磁束とが含まれる。後者の磁束は給電線の自己インダクタンスとは異なる新たなインダクタンス（以降「漏れインダクタンス」と称す）として給電線に追加される。かかる漏れインダクタンスによって、給電線のインダクタンスは、移動体の台数にほぼ比例して増減する。給電線のインダクタンスが変動すると、電源出力の電流及び電圧間に位相ずれが発生し、電源出力の力率が悪化する。このため、移動体への電力供給が有効になされなくなるおそれがある。また、低力率時においては、大電流が流れている回路をスイッチが開閉することとなる。このため、スイッチングの際に高周波成分の電圧が給電線１１０に発生する電圧サージが給電線電流に重畳されることがある。かかる電圧サージは種々の問題をもたらすおそれがある。例えば給電線を利用した通信がなされている場合には、かかる電圧サージの高調波成分のうち、通信信号の周波数帯域の成分を移動体が正常な通信信号と誤って認識することで、通信障害が発生することがある。
【０００６】
本発明の目的は、給電線のインダクタンスの変化が抑制された電力供給システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の電力供給システムは、軌道に沿って走行する移動体へと非接触で電力を供給する電力供給システムであって、前記軌道に沿って敷設された給電線と、所定の周波数で前記給電線に電力を供給するスイッチング電源と、前記給電線と共に共振回路を構成するように前記給電線に接続されたコンデンサと、前記移動体への電力供給を行わない領域に配置された非給電回路とを備えており、前記非給電回路が、前記給電線の誘導性リアクタンスと前記移動体が前記給電線から電力供給を受ける際に前記給電線に生じる誘導性リアクタンスとに対して並列になるように前記給電線に常に接続されたリアクトルと、前記リアクトルに直列に接続された抵抗器とを有している。 
【０００８】
本発明の電力供給システムによると、給電線に並列にリアクトルが常に接続されている。したがって、給電線から電力供給を受けている移動体の数が増減しても、コンデンサの容量成分と共に共振回路を構成することとなるインダクタンス成分の変化量が抑制される。したがって、移動体への電力供給が有効になされなかったり、スイッチング電源において電圧サージが発生したりといった問題が生じるのが抑制される。
【０００９】
また、リアクトルのみを接続した場合、共振の鋭さを表すＱ値が必要以上に大きくなる可能性がある。しかし、抵抗器を挿入することにより、Ｑ値を任意に設定することができ、Ｑ値が必要以上に大きくならないようにすることができるので、共振周波数の変化に対する電源力率の変化を抑制することができる。
【００１０】
また、本発明においては、複数の前記非給電回路が設けられており、前記複数の非給電回路が、互いに並列になるように前記給電線に常に接続されていることが好ましい。この構成によると、給電線に複数のリアクトルが並列に接続されるので、コンデンサの容量成分と共に共振回路を構成することとなるインダクタンス成分の変化がより効果的に抑制される。
【００１１】
また、本発明においては、前記給電線を介して前記移動体へと通信信号を送信する通信装置をさらに備えていてもよい。給電線のインダクタンスが増減すると電源のスイッチングにおいて電圧サージが発生し、その電圧サージが給電線電流に重畳された結果、通信障害が発生するおそれがある。上記のように給電線を通じて通信がなされる場合に本発明を適用すると、給電線のインダクタンス変化が抑制されるため、移動体との間に通信障害が発生するのが抑制される。また、本発明においては、前記リアクトルのインダクタンスが前記給電線のインダクタンスと等しく、前記抵抗器の抵抗値が前記給電線の抵抗値と等しくてもよい。また、前記移動体が、前記給電線から電力の供給を受ける第１のトランスと、コンデンサを有する第２のトランスとを有し、前記コンデンサが、前記第１のトランスが前記給電線から電力の供給を受ける際に前記給電線に発生させる誘電性のリアクタンス成分を抑制するように、前記第２のトランスが前記給電線に容量性のリアクタンス成分を発生させてもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の好適な実施形態の一例について図面を参照しつつ説明する。図１は、本実施形態に係る搬送システム１０００の全体の構成を示す概略図である。
【００１３】
搬送システム１０００は、例えば半導体基板製造工場等に設置され、半導体基板が収容された容器を各製造装置（不図示）間で搬送するためのものである。搬送システム１０００は、天井等に敷設された軌道１００を有している。軌道１００上には複数の移動体２００が設置されており、各移動体２００は軌道１００上を走行することが可能である。また、各移動体２００は、半導体基板が収容された容器９９を把持することができ、一の製造装置から他の製造装置へと軌道１００上を走行しつつ容器９９を搬送する。
【００１４】
搬送システム１０００は、移動体２００に電力を供給するための電源３００及び給電線１１０を有する電力供給システム１を有している。給電線１１０は軌道１００内に敷設されており、軌道１００に沿って延びている。電源３００が給電線１１０に電圧を印加することで電流を流すと給電線１１０の周囲に磁束が発生する。後述のように、移動体２００は電力供給を受けるための受電トランス２１１を有しており、給電線１１０と磁気的に結合することによって電力供給を受けるように構成されている。
【００１５】
また、搬送システム１０００は、移動体２００の運行管理装置４０１と、運行管理装置４０１及び各移動体２００を結ぶ通信局４０２とを有している。通信局４０２は電源３００が給電線１１０に流す電流にさらに通信信号を重畳することによって、各移動体２００との間で通信信号を送受信する。運行管理装置４０１は通信局４０２を介して移動体２００から各種の情報を受信し、移動体２００の状況を把握する。そして、移動体２００へと運行指令を送信して、移動体２００の運行を管理する。
【００１６】
図２は、電源３００及び給電線１１０の回路図の一例である。電源３００は、ダイオード整流回路３０１、電圧制御回路３０５、電圧制御部３０６、インバータ回路３０２、スイッチング制御部３０４及び供給トランス３０３を有している。電源３００は、交流電源３９９から電力供給を受けるように構成されている。交流電源３９９から電源３００に入力された交流電流は、ダイオード整流回路３０１によって整流される。そして、かかる整流された電流は、平滑コンデンサＣ０及び電圧制御回路３０５を介して直流電流として、インバータ回路３０２に供給される。電圧制御回路３０５は、スイッチＳ５、ＤＣリアクトルＬ０及びダイオードＤを有している。電圧制御部３０６は、電源３００からの出力電圧が一定になるようにスイッチＳ５のスイッチングを制御している。なお、給電線１１０の電流が一定になるようにスイッチＳ５を制御するような構成であってもよい。
【００１７】
インバータ回路３０２はスイッチＳ１〜Ｓ４を有しており、スイッチＳ１〜Ｓ４のスイッチングはスイッチング制御部３０４によって制御されている。インバータ回路３０２に供給された直流は、スイッチング制御部３０４のスイッチング制御によって、一定の周波数を有する交流に変換され、供給トランス３０３を介して給電線１１０へと供給される。
【００１８】
給電線１１０は軌道１００の規模に応じた長さを有しており、固有のインダクタンスを有している。軌道１００の規模が大きくなり、給電線１１０が例えば１００ｍ程度の長さに達すると、給電線１１０固有のインダクタンスは非常に大きいものとなる。本実施形態においては、給電線１１０全体のインダクタンスをＬとする。
【００１９】
また、給電線１１０には、容量Ｃの共振コンデンサ１１１が接続されている。給電線１１０は誘導性負荷となるため、電源３００の出力にそのまま接続すると、力率が非常に低く、移動体２００に有効に電力を供給することが困難となる。このため、給電線１１０及び共振コンデンサ１１１からなる共振回路を構成することが一般的に行われている。これによって、電源３００に発生する無効電圧や無効電力が補償される。例えば、後述の給電線模擬ユニット１２０が接続されていないとすると、共振回路の共振周波数（＝１／（２π）（ＬＣ）−１／２）がスイッチング制御部３０４により決定された給電線電流の周波数ｆとほぼ同一となるとき、上記の無効電圧や無効電力をほぼ完全に補償することができる。つまり、電源３００の出力側の力率はほぼ１となり、移動体２００に有効に電力が供給される。また、インバータ回路３０２はほぼゼロ電圧でスイッチングしており、これによって電圧サージなどが発生しにくくなっている。さらに、給電線１１０に所定の大きさの電流が流れるように、電源３００によって共振コンデンサ１１１の電圧が一定に制御されている。
【００２０】
図３は、移動体２００と給電線１１０とを示したものである。移動体２００は受電トランス２１１を有している。本実施形態において受電トランス２１１は、１台の移動体２００についてそれぞれ左右に１つずつの計２つずつ設置されている。移動体２００は、受電トランス２１１が給電線１１０側のトランス（不図示）から所定の距離だけ離隔するように軌道１００に設置されている。給電線１１０に電流を流すと、給電線１１０の周囲に生じた磁束が受電トランス２１１と鎖交し、受電トランス２１１に誘導起電力が生じる。これによって、給電線１１０から電力供給を受けることができる。
【００２１】
また、各受電トランス２１１に隣接して通信トランス２１２が設置されている。通信トランス２１２は、給電線１１０側のトランスと磁気的に結合して通信信号を送受信する。これによって、移動体２００の動作状況等を運行管理装置４０１へと送信すると共に、運行管理装置４０１からの運行指令を受信する。受電トランス２１１及び通信トランス２１２のいずれも、Ｅ型トランスによって構成されている。
【００２２】
次に、移動体２００において、給電線１１０から電力供給を受ける際の受電回路の回路方式について説明する。給電線１１０から電力供給を受ける際に、Ｅ型トランスなどを用いる場合には、受電トランス２１１と給電線１１０側のトランスとの間隙が大きく、これらの磁気的な結合の度合いが低いことがある。この場合には漏れインダクタンスが大きく、無効になる電力が大きくなる。かかる無効電力を解消し、有効に電力を転送するために、受電トランス２１１に共振コンデンサを接続することで共振回路を構成することが行われている。そして、その共振周波数は、給電線１１０に流れる電流の周波数に一致させるのが一般的である。
【００２３】
受電トランス２１１と共振コンデンサとで共振回路を構成する場合には、並列共振回路及び直列共振回路の２つの方式のいずれかが用いられる。図４（ａ）は並列共振回路の場合を示し、図４（ｂ）は直列共振回路の場合を示している。給電線１１０側、つまり一次側のインダクタンスをＬａとし、移動体側、つまり二次側のインダクタンスをＬｂとし、共振コンデンサの容量をＣ２とする。負荷は、移動体を走行させるためのモータ駆動回路などであり、その大きさをＲ２とする。このとき、図４（ａ）及び図４（ｂ）の回路は、図５（ａ）及び図５（ｂ）の回路と等価となる。図５において、Ｍは給電線１１０及び移動体２００間の相互インダクタンスである。そして、移動体２００側の共振回路の共振周波数が給電線１１０側の周波数ｆと等しい大きさに調整されているとすると、給電線１１０側から見たインピーダンスは、数式１及び数式２のように表される。数式１は図５（ａ）の回路に、数式２は図５（ｂ）の回路に対応している。なお、ω＝２πｆであり、ｊは虚数単位である。
【００２４】
【数１】
0005217324.tif 000002
【００２５】
【数２】
0005217324.tif 000003
【００２６】
ここで、Ｌａ＞０、Ｌａ−Ｍ２／Ｌｂ＞０であるので、数式１及び数式２のいずれの虚数部も正となる。つまり、図４の並列共振回路及び直列共振回路のいずれにおいても、給電線１１０のインピーダンスには誘導性のリアクタンス成分が表れることとなる。なお、移動体２００の共振回路の部品誤差により、この誘導性のリアクタンス成分はさらに増加する場合もある。
【００２７】
したがって、移動体２００に並列共振回路及び直列共振回路のいずれの方式が採用されているにせよ、移動体２００が給電線１１０に入線すると、移動体２００ごとに給電線１１０に誘導性のリアクタンス成分が表れる。なお、「移動体が給電線１１０に入線する」とは、受電トランス２１１が給電線１１０の磁束と鎖交し、移動体２００への電力供給が開始することを意味している。
【００２８】
図６は、２つの移動体が給電線１１０に入線することによって、それぞれインダクタンスｌ１及びｌ２の誘導性リアクタンス成分が生じている様子が示されている。このように移動体が入線するたびに誘導性リアクタンス成分が生じることで、給電線１１０全体のインダクタンスが、ＬからＬ’＝Ｌ＋ｌ１＋ｌ２＋…に変化する。このとき、給電線１１０のインダクタンスが増加するため、給電線１１０のインピーダンスが増加する。
【００２９】
これによって、以下のような問題が生じるおそれがある。給電線１１０のインピーダンスが増加すると、給電線１１０側の共振回路の共振周波数がずれるのに対し、インバータ回路３０２のスイッチング周波数は、一定周波数の交流電流を出力するように調整されている。したがって、給電線１１０側の共振回路の共振周波数と電源３００の出力電力の周波数との間にずれが生じる。これらの周波数が完全に一致しているときには、移動体に必要な電力と給電線の抵抗成分による損失分に相当する電力のみが電源から出力される。これに対して、これらの周波数間にずれが生じると、電源出力には単なる抵抗成分のみならず、インダクタンス成分や、場合によってはキャパシタンス成分が見えたりする。これによって、電源出力の電流及び電圧間に位相ずれが生じ、電源出力の力率が低下して、移動体２００への電力供給が有効になされなくなるおそれがある。また、低力率時においては、大電流が流れている回路をスイッチが開閉することとなる。このため、スイッチングの際に高周波成分の電圧が給電線１１０に発生する、電圧サージが生じることがある。このような高周波成分は、移動体と運行管理装置４０１との間でなされる通信の信頼性を著しく劣化させ、通信障害を発生させるおそれがある。これによって、運行管理が実施できなくなるおそれもある。
【００３０】
また、スイッチングと出力側の交流電圧とのずれにより、インバータ回路３０２のスイッチＳ１〜Ｓ４に過大な電圧が加わり、スイッチＳ１〜Ｓ４が正常に動作しなくなるおそれもある。
【００３１】
以上の問題を抑制するため、本発明者は以下のような解析を行った。図７（ａ）及び図７（ｂ）は、給電線の構成が互いに異なる２つの電力供給システムをそれぞれ示している。図７（ａ）の電力供給システムには、１つの電源３００に対して１系統の給電線１１０が設けられている。移動体２００は、１系統の給電線１１０から電力供給を受ける。一方で、図７（ｂ）は、１つの電源３００に対して給電線１１０ａ〜１１０ｄの４系統が設けられている。つまり、互いに並列になるように電源３００に接続された給電線１１０ａ〜１１０ｄが設けられている。移動体２００は、給電線１１０ａ〜１１０ｄのそれぞれにおいて電力供給を受けることができる。ただし、以下では、４系統のうちの１系統のみに移動体２００が入線する場合を想定している。
【００３２】
本発明者は、図７（ｂ）の４系統の給電線を有する場合においては、図７（ａ）の１系統の給電線を有する場合と比べて、給電線側の共振回路の共振周波数に移動体２００の入線が与える影響が小さいことに気付いた。具体的には、４系統の給電線を用いる場合は、１系統の給電線を用いる場合と比べて、移動体２００がいずれか１系統に入線してきたときの電源３００の出力電圧及び出力電流間に生じる位相ずれの大きさが抑制されることに気付いた。
【００３３】
そこで、図７（ａ）及び図７（ｂ）とそれぞれ等価な図８（ａ）及び図８（ｂ）の回路構成を想定し、以下のとおりに、給電線に入線している移動体２００の台数と、電源Ｅの出力電圧及び出力電流間に生じる位相ずれの大きさとの関係を算出した。図８（ａ）及び図８（ｂ）において、Ｌ１〜Ｌ４は、１系統目〜４系統目の給電線のインダクタンス値をそれぞれ示している。また、Ｒ１〜Ｒ４は、１系統目〜４系統目の給電線の抵抗値をそれぞれ示している。ここで、Ｌ１＝Ｌ２＝Ｌ３＝Ｌ４、Ｒ１＝Ｒ２＝Ｒ３＝Ｒ４とする。また、Ｃ及びＣ’は、図８（ａ）及び図８（ｂ）の各共振回路の共振コンデンサを示し、移動体２００が入線していないときの共振周波数が２つの共振回路において互いに一致するように設定されている。さらに、ｌｎは、移動体２００の入線によって給電線に生じる誘導性のリアクタンス成分を示している。かかるリアクタンス成分は、移動体２００の台数に比例して増加すると想定している。
【００３４】
そして、移動体２００の台数に応じたｌｎの値から、図８（ａ）及び図８（ｂ）の共振回路のそれぞれのインピーダンス値を算出し、その算出値と電源Ｅの出力電圧の設定値及びスイッチング周波数とに基づいて、移動体２００の台数を変化させた場合の電源の出力電流及び電圧間の位相ずれを算出した。図９のグラフはその結果を示すものである。図９において、横軸は移動体の台数を表し、縦軸は位相ずれの大きさを表している。曲線Ｃ１は図８（ａ）の共振回路の結果を示し、曲線Ｃ２は図８（ｂ）の共振回路の結果を示している。図９のグラフは、４系統の給電線を有する電力供給システムにおいては、１系統の給電線を有する電力供給システムに比べて、電源の出力電圧と出力電流との位相ずれが抑制されることを示している。
【００３５】
つまり、電力供給システムが有するある１系統の給電線に移動体２００が入線する場合、１系統のみを有する電力供給システムにおいては、給電線のインダクタンスがＬ１＋ｌｎに変化する。これに対して、４系統を有する電力供給システムにおいては、移動体２００が入線していない給電線のインダクタンスＬ２〜Ｌ４が並列に接続されているため、給電線の全体のインピーダンスはＬ１＋ｌｎ、Ｌ２、Ｌ３及びＬ４を並列に接続した場合の合成インピーダンスとなる。これによって、給電線全体のインピーダンスの変動が抑制されることとなる。
【００３６】
以上の解析から、本実施形態の電力供給システム１は、移動体２００の入線によるインダクタンスの変動を抑制するため、図２に示すような給電線模擬ユニット１２０を有している。本実施形態の電力供給システム１は、給電線を１系統のみ有している。給電線模擬ユニット１２０は、かかる電力供給システムにおいて、多系統の給電線を有する場合と擬似的に同等の回路を実現するためのものである。なお、給電線模擬ユニット１２０は、給電線１１０とは異なり、移動体２００への電力供給に直接には関わらない回路である。つまり、給電線模擬ユニット１２０から発生した磁束が移動体２００への電力供給に用いられないような領域に配置されている。
【００３７】
給電線模擬ユニット１２０は、図１０に示すように、模擬回路（非給電回路）１２１〜１２３を有している。模擬回路１２１〜１２３は、それぞれ１系統の給電線を擬似的に給電線１１０に並列に接続するための回路である。模擬回路１２１〜１２３のそれぞれは、互いに直列に接続されたリアクトルＬｐ及び抵抗器Ｒｐを有している。そして、模擬回路１２１〜１２３同士は互いに並列に接続されている。給電線模擬ユニット１２０は、給電線１１０に移動体２００が入線したことで誘導性のリアクタンス成分ｌｎが生じた場合に、ｌｎに対して模擬回路１２１〜１２３が並列になるように給電線１１０に常時接続されている。
【００３８】
なお、本実施形態においては、Ｌｐ＝Ｌに設定されており、Ｒｐは給電線１１０が有する抵抗値Ｒと同じ大きさに設定されている。また、電源３００においてスイッチング周波数は、給電線１１０、コンデンサ１１１及び給電線模擬ユニット１２０からなる回路の共振周波数とほぼ一致するように設定されている。これによって、インダクタンス値Ｌ及び抵抗値Ｒを有する給電線が４系統設けられた回路構成と同等の回路構成が実現している。
【００３９】
以上のとおり、給電線１１０に給電線模擬ユニット１２０を接続することにより、多系統の給電線が設けられた電力供給システムと同等の回路構成が実現する。したがって、上記の解析において示されたとおり、移動体２００が給電線１１０に入線しても、給電線１１０に表れる誘導性のリアクタンス成分の影響が抑制され、電源３００の出力電圧及び出力電流間の位相ずれも抑制される。これによって、給電線１１０から移動体２００への給電効率が低下するのが抑制される。
【００４０】
また、給電線１１０側の共振回路の共振周波数がずれるのが抑制される。したがって、インバータ回路３０２のスイッチングにおいて、電圧が高いところでスイッチが切り替わるような事態が抑制され、電圧サージが生じにくくなり、移動体２００と運行管理装置４０１との間で通信障害が生じにくくなる。また、スイッチングと出力側の交流電圧に位相ずれが発生しにくくなるため、スイッチＳ１〜Ｓ４が破損するような事態も抑制される。
【００４１】
以下、本実施形態の別の構成例について説明する。以上のような給電線模擬ユニット１２０は、給電線１１０に生じる誘導性のリアクタンスを移動体の台数に応じて補償するような構成と共に組み合わせて用いられることが好ましい。
【００４２】
図１１は、移動体の台数に応じて給電線１１０に生じる誘導性のリアクタンスを補償するような構成の一例である。この構成は、移動体２２０に搭載されている。移動体２２０は、移動体２００の受電トランス２１１と通信トランス２１２に加えて、補助トランス２１３を有している。補助トランス２１３にはコンデンサ２１４が接続されている。
【００４３】
そして、コンデンサ２１４の容量は、移動体２２０が給電線１１０に入線した際に、給電線１１０のインピーダンスに容量性のリアクタンス成分が発生するように調整されている。図１２（ａ）は、補助トランス２１３と給電線１１０とが磁気的に結合した回路と等価な回路の構成を示す回路図である。ここで、コンデンサ２１４の容量をＣ３とし、給電線１１０側及び補助トランス２１３のインダクタンスをＬｃ及びＬｄとし、補助トランス２１３及び給電線１１０間の相互インダクタンスをＭ１としている。
【００４４】
図１２（ｂ）のグラフにおいて、横軸はＣ３を表し、縦軸は図１２（ａ）の回路において補助トランス２１３の入力から見たインピーダンスの虚数部を表している。つまり、図１２（ｂ）は、コンデンサ２１４の容量を変化させた場合に給電線１１０に表れるリアクタンス成分の変化を示している。なお、図１２（ｂ）のグラフは所定の条件下での計算結果の一例である。
【００４５】
図１２（ｂ）のグラフによると、Ｃ３が小さいときにはインピーダンスの虚数部は正値を示す。すなわち、給電線１１０には誘導性のリアクタンス成分が表れる。Ｃ３を大きくしていくとインピーダンスの虚数部が増加してゆくが、Ｃ３がある値を超えるときに急激に低下し、負値を示すようになる。つまり、給電線１１０に容量性のリアクタンス成分が表れるようになる。さらにＣ３を大きくしていくと、インピーダンスの虚数部が再び増加し始め、ある一定値まで漸近的に増加していく。このように、Ｃ３を適切に設定することによって、図１２（ｂ）のグラフの極小値から０までの範囲内で給電線１１０に適切な大きさの容量性のリアクタンス成分を発生させ得ることが、図１２（ｂ）のグラフによって示されている。
【００４６】
これに基づいて、Ｃ３の大きさは、移動体２２０が給電線１１０に入線した際に給電線１１０に表れる誘導性のリアクタンス成分をちょうど打ち消すような大きさに調整することができる。例えば、移動体２２０の受電回路として図１１のような直列共振回路が採用されているとする。このとき、数式２より、移動体２２０が入線するごとに誘導性のリアクタンス成分Ｌａが給電線１１０に発生する。一方で、補助トランス２１３に接続されたコンデンサ２１４によって、容量性のリアクタンス成分Ｃａが移動体２２０ごとに給電線１１０に発生する。そして、かかるリアクタンス成分Ｃａを、下記の数式３を満たすような大きさに調整することにより、移動体２２０が給電線１１０に入線した際に給電線１１０に表れる誘導性のリアクタンス成分ＬａによるインピーダンスＸＬ=ｊωＬａと、容量性のリアクタンス成分ＣａによるインピーダンスＸＣ=ｊ／（ωＣａ）とを、移動体２２０ごとに互いに打ち消しあうように構成することができる。
【００４７】
【数３】
0005217324.tif 000004
【００４８】
以上の構成を移動体２２０に追加することにより、移動体２２０の入線による誘導性リアクタンス成分の影響を実質的に補償することができる。しかし、実際には、受電トランス２１１やコンデンサ２１４などの特性誤差などにより、上記の誘導性のリアクタンス成分が完全には補償されないことがある。また、かかる特性誤差をあらかじめ予想し、もっとも特性誤差が大きい場合を考慮したときに誘導性のリアクタンス成分と容量性のリアクタンス成分とがちょうど一致するように設計することがある。この場合、特性誤差が予想より小さいときには、誘導性のリアクタンスが容量性のリアクタンスを多少上回ることとなる。
【００４９】
補助トランス２１３及びコンデンサ２１４の追加により、誘導性のリアクタンス成分がほぼ完全に保証された場合には、例えば移動体２２０への電力供給が不可能になったり、実用に向かないほど無効電力が発生したりするほどではないこともある。しかし、完全には補償し切れなかった残りの誘導性のリアクタンス成分により、インバータ回路３０２のスイッチングにおいて電圧サージなどのノイズが発生する場合、運行管理装置４０１及び移動体２２０間の通信障害が、十分に改善されないおそれがある。
【００５０】
これに対して、本実施形態の給電線模擬ユニット１２０を適用することにより、補償し切れなかった誘導性のリアクタンス成分の影響が抑制されるため、運行管理装置４０１及び移動体２２０間の通信障害を抑制することができる。このように、本実施形態の給電線模擬ユニット１２０は、移動体２２０の台数に応じて誘導性のリアクタンス成分を補償する構成と組み合わせて適用することが好ましい。かかる構成によっても補償し切れなかった誘導性のリアクタンス成分の影響を、給電線模擬ユニット１２０を採用することによって一律に抑制することが可能だからである。
【００５１】
＜その他の変形例＞
以上は、本発明の好適な実施形態についての説明であるが、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、課題を解決するための手段に記載された範囲の限りにおいて様々な変更が可能なものである。
【００５２】
例えば、上述の実施形態においては、模擬回路１２１〜１２３のそれぞれにおいてリアクトル及び抵抗器の両方が設けられている。しかし、各模擬回路にリアクトルのみが設けられていてもよい。この場合でも、給電線１１０に発生した誘導性のリアクタンス成分に対してリアクトルが並列に接続されているので、誘導性のリアクタンス成分の影響を抑制することができる。なお、模擬回路１２１〜１２３のように抵抗器が設けられていることにより、Ｑ値を任意に設定することができ、Ｑ値が必要以上に大きくならないようにすることができるので、共振周波数の変化に対する電源力率の変化を抑制することができる。
【００５３】
また、上述の実施形態においては、給電線模擬ユニット１２０に模擬回路１２１〜１２３の３つの模擬回路が含まれているが、１つでも２つでもよいし、４つ以上でもよい。
【００５４】
また、上述の実施形態においては、模擬回路１２１〜１２３は、リアクトルのインダクタンス値ＬｐがＬと一致し、抵抗器の抵抗値ＲｐがＲと一致するように設定されている。これによって、自己インダクタンスがＬであり抵抗値がＲである給電線を４系統設けた場合と同等の回路構成が実現されている。しかし、模擬回路のリアクトルがＬ以外のインダクタンス値を有していてもよいし、抵抗器もＲ以外の抵抗値を有していてもよい。
【００５５】
また、上述の実施形態の電力供給システム１においては、給電線１１０が１系統のみ設けられていることを想定しているが、もともと多系統の給電線が設けられている場合に本発明が適用されてもよい。この場合には、例えばいずれかの給電線に給電線模擬ユニット１２０が接続されてもよいし、各給電線に給電線模擬ユニット１２０が接続されてもよい。
【００５６】
また、上述の実施形態においては、移動体２００の受電回路にコンデンサＣ２が設けられ、共振回路として実現されているが、かかる共振コンデンサが設けられていなくてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の一実施形態である電力供給システムの全体の構成を示す概略図である。
【図２】図１の電源及び給電線の回路図である。
【図３】図１の移動体の構成を示す図である。
【図４】図１の移動体の受電回路の回路図である。
【図５】図４の回路と等価な回路の回路図である。
【図６】２つの移動体が給電線に入線した場合に発生する誘導性リアクタンスを示す、電力供給システムの回路図である。
【図７】図７（ａ）は給電線を１系統設けた場合の電力供給システムの回路図であり、図７（ｂ）は給電線を４系統設けた場合の電力供給システムの回路図である。
【図８】図７の回路と等価な回路の回路図である。
【図９】図８の回路において、給電線に入線している移動体の台数と、電源の出力電圧及び出力電流間の位相ずれとの関係を示すグラフである。
【図１０】給電線模擬ユニットの回路構成を具体的に示した本実施形態の電力供給システムの回路図である。
【図１１】移動体の回路構成に係る別の実施形態を示す回路図である。
【図１２】図１２（ａ）は図１１の補助トランス及び給電線と等価な回路の回路図である。図１２（ｂ）は、図１２（ａ）においてＣ３をさまざまに変更した場合に、給電線から見たインピーダンスの虚部の変化を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５８】
１        電力供給システム
１００    軌道
１１０    給電線
１１１    共振コンデンサ
１２０    給電線模擬ユニット
２００    移動体
２１１    受電トランス
２１２    通信トランス
２１３    補助トランス
３００    電源
１０００  搬送システム
１２１-１２３  模擬回路
１１０、１１０ａ-１１０ｄ  給電線
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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