(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電力が供給されている複数組の給電線の少なくとも１組の給電線から非接触状態で電磁誘導により交流電力を受ける受電部と、該受電部が受電した交流電力を直流電力に整流する整流部と、該整流部から得られた直流電力を端子間に接続されたコンデンサを介して負荷に出力する出力部と、からなる非接触給電装置の移動体側電源回路において、
前記受電部は少なくとも２つの直列接続された第１受電部と第２受電部とからなり、
前記出力部のコンデンサは直列接続された第１コンデンサと第２コンデンサとからなり、
該第１受電部と該第２受電部との受電側中間点と、該第１コンデンサと該第２コンデンサとのコンデンサ側中間点との連結または遮断を切替えることができる切替部と、
を有することを特徴とする非接触給電装置の移動体側電源回路。
【請求項２】
前記切替部は、前記第１受電部または前記第２受電部が隣接する別組の給電線間に形成される無給電線区間またはその付近に位置するときに連結され、該第１受電部および該第２受電部が同一組の給電線区間に位置するときに遮断される請求項１記載の非接触給電装置の移動体側電源回路。
【請求項３】
さらに、前記第１コンデンサと並列接続された第１抵抗と前記第２コンデンサと並列接続された第２抵抗とを備える請求項１記載の非接触給電装置の移動体側電源回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、交流電力の供給されている給電線から非接触状態で電磁誘導により交流電力を受け、移動体側の負荷（制御回路、モータ等）に直流電力を出力供給する非接触給電装置の移動体側電源回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
移動体（例えば、レールに沿って走行する台車等）の駆動源へ電力を供給する方式として、接触給電方式（トロリ方式）と非接触給電方式とがある。しかし、接触給電方式の場合、接触部における金属摩耗粉やスパークの発生、接触不良による瞬停の発生、さらに使用環境によっては、短絡や感電等の発生もあり得る。また、定期的なメンテナンスや部品交換等も必要である。そこで、クリーンかつ安全でメンテナンスフリーな非接触給電方式を利用した移動体が普及しつつある。
この非接触方式による給電装置（非接触給電装置）は、通常、高周波電源から交流電力が供給されている給電線と、給電線の発生する交番磁束に鎖交するコイル（コアを含む）を配設した受電部と、該コイルで受電された交流電力を整流する整流回路とを備え、その整流後の直流電力を移動体側の負荷（制御回路、モータ等）に供給できるようになっている。
【０００３】
ところで、その非接触給電装置中の移動体側に配設される電源回路（整流回路等）として、種々のものが開発されており、例えば、特開２００−７８７６４号公報や特開２０００−１３４８２９号公報にその開示がある。
▲１▼特開２０００−７８７６４号公報では、図４に示すように、直列接続した２つの受電部の両端を整流回路にそのまま接続して、交流を直流に整流した後、１つのコンデンサを充電して、そのコンデンサの両端電圧を出力電圧とする電源回路（以下、「直列電源回路」と称する。）が開示されている。
この直列電源回路は、回路構成が簡単なため、信頼性やコスト性に優れる。
【０００４】
▲２▼特開２０００−１３４８２９号公報では、図５に示すように、直列接続した２つの受電部の両端を整流回路に接続すると共にその中間点を、整流回路後の直列接続した２つのコンデンサの中間点に接続した電源回路（以下、「倍電圧電源回路」と称する。）が開示されている。この倍電圧電源回路では、それぞれの受電部から発生した整流後の直流電圧によって２つのコンデンサが交互に充電され、各コンデンサの両端電圧の和が出力電圧となる。
この倍電圧電源回路も、回路構成が簡単なため、信頼性やコスト性に優れる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、移動体の移動距離が長くなると、必然的に長い給電線が必要となるが、給電効率や給電線の定格等から１組の給電線の長さには限界がある。そこで、移動体の移動距離が長い場合、複数組の給電線を敷設して、各給電線毎に別の高周波電源から交流電力を供給することが多い。ただ、別の高周波電源から交流電力が供給されている給電線間では、その位相が一般に異なるため、１つの受電部が２組の給電線に跨り、それらから同時に交流電力の供給を受けると、受電部の受ける交流電力、特に交流電圧が不安定となり、移動体の動作も不安定になってしまう。このため、特開平１１−１２２８４７号公報にも開示されているように、隣接する別組の給電線間に各受電部（コイルまたはコア）の長さよりも長い「無給電線区間」を設け、隣接する別組の給電線間の干渉を防止している。
【０００６】
▲１▼ところが、この無給電線区間を移動体の受電部が通過するとき、その受電部は電力供給を受けられない。このため、前述の直列電源回路の場合、受電部が直列接続されているために、移動体へ供給される交流電圧は半減してしまう。たとえ通過時の短時間といえ、移動体の動作、特にその制御回路の動作が不安定になってしまうことは好ましくない。勿論、前述の特開２０００−１３４８２９号公報にもあるように、ＤＣ／ＤＣコンバータ等を設けて所定電圧を確保することも可能であるが、コスト高となってしまう。
【０００７】
▲２▼一方、前述の倍電圧電源回路では、１つの受電部が無給電線区間にあっても、各受電部に生じる電圧の正負に従って直列接続されたコンデンサが交互に充電されるから、全体としては半波整流状態となるものの、各コンデンサの両端電圧の和が出力電圧となるため、出力電圧が大きく低下することはない。従って、移動体が無給電線区間に位置するときでも、その動作が不安定になることもない。
但し、倍電圧電源回路の場合、直列電源回路と異なり各受電部を流れる電流は相互に独立しているため、受電部に生じる電圧によって、両コイル間を流れる電流にアンバランスが生じ得る。このため、たとえ両受電部が同一組の給電線から交流電力を供給されていたとしても、一方の受電部のコイルのみに過大な電流が流れ、予想以上に発熱してしまうことも考えられる。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みて為されたものである。つまり、受電部の位置に拘らず、移動体側に必要な電圧を出力できると共に、各受電部を流れる電流の定常的なアンバランスを防止できる非接触給電装置の移動体側電源回路を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、この課題を解決すべく鋭意研究し、試行錯誤を重ねた結果、電源回路に切替部を設けて２種類の電源回路を切替えることを思いつき、本発明の非接触給電装置の移動体側電源回路を開発するに至ったものである。
すなわち、本発明の非接触給電装置の移動体側電源回路は、交流電力が供給されている複数組の給電線の少なくとも１組の給電線から非接触状態で電磁誘導により交流電力を受ける受電部と、該受電部が受電した交流電力を直流電力に整流する整流部と、該整流部から得られた直流電力を端子間に接続されたコンデンサを介して負荷に出力する出力部と、からなる非接触給電装置の移動体側電源回路において、
前記受電部は少なくとも２つの直列接続された第１受電部と第２受電部とからなり、前記出力部のコンデンサは直列接続された第１コンデンサと第２コンデンサとからなり、該第１受電部と該第２受電部との受電側中間点と、該第１コンデンサと該第２コンデンサとのコンデンサ側中間点との連結または遮断を切替えることができる切替部と、を有することを特徴とする。
【００１０】
切替部により、第１受電部と第２受電部との受電側中間点と第１コンデンサと第２コンデンサとのコンデンサ側中間点とが遮断されると、前述した直列電源回路と実質的に同様の回路が形成される。このとき、第１受電部と第２受電部とは直列接続されているため、両者に同一の電流が流れ、受電部の存在位置に拘らず、電流のアンバランスを防止できる。そして、直列接続された第１コンデンサと第２コンデンサとは、一体となって平滑コンデンサとして機能し、リプル率の低減、つまり平滑化が図られる。
一方、切替部により、第１受電部と第２受電部との受電側中間点と第１コンデンサと第２コンデンサとのコンデンサ側中間点とが連結されると、前述した倍電圧電源回路と実質的に同様の回路が形成される。このとき、第１受電部と第２受電部とが独立に、それらに生じる電圧の正負に応じて、第１コンデンサと第２コンデンサとを交互に充電する。言換えると、仮に、一方の受電部からの電力供給がなくなったとしても、他方の受電部のみで、第１コンデンサと第２コンデンサとの両方のコンデンサが充電される。そして、第１コンデンサと第２コンデンサとが直列接続されているために、各コンデンサの両端電圧の和が出力電圧となり、出力電圧が大きく低下することはない。
このように、非接触給電装置の移動体側電源回路が切替部を有することにより、従来の直列電源回路と倍電圧電源回路との短所が相互に補完される。つまり、コストが低く信頼性が高いと共に、受電部における電流の定常的なアンバランスや移動体の移動に伴う出力電圧の低下を防止できる移動体側電源回路が得られる。
【００１１】
特に、前記切替部は、前記第１受電部または前記第２受電部が隣接する別組の給電線間に形成される無給電線区間またはその付近に位置するときに連結され、該第１受電部および該第２受電部が同一組の給電線区間に位置するときに遮断されると、好適である。
【００１２】
このように切替部を制御することにより、本発明の非接触給電装置の移動体側電源回路は、一方の受電部が無給電線区間またはその付近に位置するときに実質的な倍電圧電源回路として必要電圧を出力し、また、第１受電部および第２受電部が同一組の給電線区間に存在するときに実質的な直列電源回路として電流のアンバランスを解消する。従って、移動体の位置に拘らず、必要電圧が移動体側の負荷に出力され、また、受電部における想定外の発熱等が防止される。
なお、受電部が無給電線区間に位置するときのみならず、その付近に位置するときも切替部を連結して倍電圧電源回路とすることにより、出力電圧をより安定化させることができる。
【００１３】
さらに、前記第１コンデンサと並列接続された第１抵抗と前記第２コンデンサと並列接続された第２抵抗とを備えると、好適である。
【００１４】
各コンデンサに抵抗がそれぞれ並列接続されているため、切替部を切替えて遮断状態としたときでも、第１コンデンサと第２コンデンサとのそれぞれの両端に印可される電圧は、第１抵抗と第２抵抗の抵抗値に応じて分圧される。このため、第１コンデンサと第２コンデンサとの各々の許容電圧を超えて、過電圧がいずれか一方のコンデンサに印可されることを防止できる。
なお、切替部が連結されているときは、抵抗値に関わりなく第１受電部と第２受電部とにより生じる電圧が第１コンデンサと第２コンデンサとにそれぞれ交互に印可されるため、各コンデンサに許容電圧を超えた過電圧が印可されることはない。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の非接触給電装置の移動体側電源回路に係る実施形態を以下に挙げ、本発明を具体的に説明する。
図１に本発明の移動体側電源回路を用いた非接触給電装置の全体図を示した。非接触給電装置は、高周波電源から高周波の交流電力が供給されている給電線と、この給電線から交流電力を受けて動作する移動体とからなる。
【００１６】
高周波電源として、例えば、サイリスタインバータ式発振器やトランジスタインバータ式発振器等を使用できる。そして、１組の給電線ごとに高周波電源が設けられている。
給電線は、図１に示すように、一本の給電線が中央部で折返されて２本の給電線となり、各給電線が平行を保って移動体の軌道レール（図示せず）に敷設されている。本実施形態では、この状態を１組の給電線と称している。但し、１組の給電線は、これに限られるものではなく、１本の環状ループを形成していても、また、２本を超える平行な給電線から構成されていても良い。従って、複数組の給電線は、移動体の種類やその移動経路に応じて、様々な形態をとり得る。
【００１７】
移動体は、本発明に係る移動体側電源回路と、この電源回路から出力された直流電力により動作する制御回路を備えた制御部と、電源回路から受けた直流電力をインバータを介してＡＣモータに供給し、移動体を走行等させる駆動部とからなる。なお、制御部は、駆動部を制御して移動体の走行速度等を制御すると共に、後述する移動体側電源回路の切替部の切替えを制御する。
【００１８】
ところで、移動体側電源回路は、図１に示すように、第１受電部と第２受電部とを備えた受電部と、この受電部から受けた交流電力を整流する整流部と、整流後の直流電力を蓄電する第１コンデンサと第２コンデンサとを備える出力部と、第１受電部と第２受電部との受電側中間点と第１コンデンサと第２コンデンサとのコンデンサ側中間点との連結または遮断を切替える切替部とからなる。
【００１９】
この移動体側電源回路の具体的な回路構成を図２に示した。
受電部を構成する第１受電部と第２受電部とは共に、図３に示すように、断面Ｅ型のコア１１と、コア１１の中央突起に巻回されたコイル１２とからなる。コイル１２は、その両側に非接触状態で延在する平行な１組の給電線１と給電線２がつくる磁束に鎖交するように巻回されている。このため、給電線１および給電線２に高周波の交流電力が供給されると、電磁誘導によりコイル１２に交流の起電力が生じ、給電線１、２からコイル１２に交流電力が非接触状態で給電されることとなる。そして、このコイル１２の両端が、図２に示した第１受電部の入力端Ｕ１、Ｖ１および第２受電部の入力端Ｕ２、Ｖ２に結線されている。また、本実施形態では、入力端Ｖ１と入力端Ｕ２とが接続されている。
受電部の次にある整流部は、４つのダイオードＤ１〜Ｄ４からなり、ブリッジ整流回路を形成している。このブリッジ整流回路の入力端は前述の入力端Ｕ１、Ｖ２に接続され、ブリッジ整流回路の出力端は、次の出力部の第１コンデンサＣａと第２コンデンサＣｂとに接続されている。
【００２０】
出力部は、直列接続された第１コンデンサＣａと第２コンデンサＣｂと、第１コンデンサＣａに並列接続された第１抵抗Ｒａと、第２コンデンサＣｂに並列接続された第２抵抗Ｒｂとからなり、第１コンデンサＣａ（第１抵抗Ｒａ）の一端が正側の出力端Ｐに接続され、第２コンデンサＣｂ（第２抵抗Ｒｂ）の一端が負側の出力端Ｎに接続されている。そして、出力端ＰＮの両端間で所定の出力電圧Ｖｏｕｔが出力される。
【００２１】
切替部は、スイッチＳＷからなり、スイッチＳＷの一端は前述した第１受電部の入力端Ｖ１と第２受電部の入力端Ｕ２との中間にある受電側中間点Ｍｉに接続されていると共に、スイッチＳＷの他端は第１コンデンサＣａと第２コンデンサＣｂとの中間にあるコンデンサ側中間点Ｍｃに接続されている。従って、このスイッチＳＷの断続により、受電側中間点Ｍｉとコンデンサ側中間点Ｍｃとの連結、遮断が切替えられ、移動体側電源回路の回路構成を変更できるようになっている。
なお、このスイッチＳＷの断続は、制御部により制御され、制御部は、図１に示す移動体に設けた検出部のセンサからの信号に基づいてスイッチＳＷを断続させる。具体的には、検出部のセンサが無給電線区間を検出すると、制御部はその信号を受けてスイッチＳＷを連結（ＯＮ）して、移動体側電源回路をいわゆる倍電圧電源回路に切替える。逆に、検出部のセンサにより無給電線区間が検出されないと、制御部はスイッチＳＷを遮断（ＯＦＦ）状態として、移動体側電源回路をいわゆる直列電源回路に切替える。
【００２２】
次に、この移動体側電源回路の動作について説明する。
▲１▼スイッチＳＷがＯＦＦのとき
前述したように移動体側電源回路は直列電源回路として作動する。このとき、直列接続された第１受電部と第２受電部とは共に同一組の給電線上にあるから、両受電部へは同位相の交流電力が供給されている。
従って、受電部の入力端Ｕ１と入力端Ｖ２との間には、第１受電部の両端電圧と第２受電部の両端電圧とを加えた交流電圧が生じる。例えば、第１受電部の入力端間でＡＣ１００Ｖが発生し、第２受電部の入力端間でＡＣ１００Ｖが発生していると、入力端Ｕ１と入力端Ｖ２との間にＡＣ２００Ｖが発生する。これが整流部で全波整流された後、出力部の第１コンデンサＣａと第２コンデンサＣｂとによって平滑化されて、出力端ＰＮから直流電圧として出力される。
【００２３】
ところで一般に、一方の受電部が無給電線区間に存在する時間よりも、両方の受電部が同一組の給電線上に存在する時間の方が長い。つまり、スイッチＳＷがＯＦＦ状態にあるときの方が長い。本発明の移動体側電源回路は、この長時間側で直列電源回路を構成して電流のアンバランスを防止しているので、受電部の一方側のみが過剰に発熱することがない。
また、第１コンデンサＣａと第２コンデンサＣｂとの両端に印可される電圧は、第１抵抗Ｒａと第２抵抗Ｒｂとにより分圧されているので、各コンデンサに過電圧が印可されることも防止できる。
【００２４】
▲２▼スイッチＳＷがＯＮのとき
前述したように移動体側電源回路は倍電圧電源回路として作動する。本発明の移動体側電源回路では、受電部の一方が無給電線区間にあるときの動作が特に重要である。そこで、第２受電部が無給電線区間にあるときを例にとり、以下説明する。
第２受電部が無給電線区間にあるとき、第１受電部のみが給電線から交流電力の供給を受ける。第１受電部が「正電圧（Ｕ１＞Ｖ１）」を出力すると、入力端Ｕ１→ダイオードＤ１→第１コンデンサＣａ→コンデンサ側中間点Ｍｃ→スイッチＳＷ→受電側中間点Ｍｉ→入力端Ｖ１と電流が流れて第１コンデンサＣａ が充電される。
【００２５】
逆に、第１受電部が「負電圧（Ｕ１＜Ｖ１）」を出力すると、入力端Ｖ１→受電側中間点Ｍｉ→スイッチＳＷ→コンデンサ側中間点Ｍｃ→第２コンデンサＣｂ→ダイオードＤ２→入力端Ｕ１と電流が流れて第２コンデンサＣｂ が充電される。このように、一方の受電部が無給電線区間にあるときでも、両方の第１コンデンサＣａと第２コンデンサＣｂとが充電されるため、出力端ＰＮ間の出力電圧Ｖｏｕｔは、大きく低減することもなく、前述のスイッチＳＷがＯＦＦ状態のときとほぼ同様の出力電圧Ｖｏｕｔ（最大電圧）を得ることができる。
【００２６】
なお、移動体の動作を常に安定させるためには、出力電圧の低下を早めに回避することが好ましい。従って、受電部が無給電線区間に差掛かったときにスイッチＳＷを早めにＯＮとすることが好ましい。なお、スイッチＳＷを早めにＯＮ状態としても、その時間は僅かであるため、第１受電部と第２受電部との間で電流のアンバランスが生じたとしても、実質的な問題はない。
また、第１受電部と第２受電部との取付間隔と無給電線区間の長さとの関係によって、第１受電部と第２受電部とがそれぞれ隣接する別組の給電線から交流電力を供給されることも起り得る。つまり、第１受電部と第２受電部との間で、供給される交流電力に位相差を生じることも考えられる。しかし、第１受電部と第２受電部とが、それぞれ交互に、第１コンデンサＣａと第２コンデンサＣｂとを充電することに変わりないため、移動体の安定動作に必要な出力電圧Ｖｏｕｔは維持される。
【００２７】
以上、本発明に係る非接触給電装置の移動体側電源回路の一実施形態を説明したが、これに限らず、例えば、次のような実施形態も考えることができる。
▲１▼上述の移動体側電源回路の実施形態では、受電部が２つの場合を考えたが、３つ以上でも良く、そのときは、任意に選択した受電部を第１受電部と第２受電部とすれば良い。このことは、第１コンデンサ、第２コンデンサ、第１抵抗および第２抵抗についても、同様である。
【００２８】
▲２▼上述の実施形態で使用したダイオード、コンデンサ、抵抗等は、非接触給電装置の種類に応じた許容容量内であれば、種々のものが使用可能である。
【００２９】
▲３▼スイッチも、リレースイッチ、半導体スイッチ等、種々のものを使用できる。また、スイッチの切替えに必ずしも制御部を介在させる必要はない。むしろ、制御部を介在させずに、検出部の出力信号を基に直接切替えられるようにすると、誤動作をより確実に防止できる。
【００３０】
▲４▼さらに、スイッチの切替えタイミングも、専用の検出センサを設ける以外に、例えば、ロータリエンコーダ等の信号から移動体の位置を随時演算して求めておき、無給電線区間との相対位置を判別するようにしても良い。また、スイッチがＯＦＦ状態のとき、移動体側電源回路は直列電源回路となっているので、一方の受電部が無給電線区間に差掛かると、出力電圧が低下し始める。その出力電圧の低下を制御部で検出して、スイッチＳＷをＯＮに切替えるようにすると、別途、センサを設ける必要はなくなる。
【００３１】
【発明の効果】
本発明の非接触給電装置の移動体側電源回路によれば、受電部の位置に拘らず、移動体側に必要な電圧を出力できると共に、各受電部を流れる電流の定常的なアンバランスを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る非接触給電装置の全体図である。
【図２】本発明に係る非接触給電装置の移動体側電源回路の実施形態を示す回路図である。
【図３】本発明に係る移動体側電源回路の受電部の拡大図である。
【図４】従来の非接触給電装置の移動体側電源回路（直列電源回路）を示す回路図である。
【図５】従来の非接触給電装置の移動体側電源回路（倍電圧電源回路）を示す回路図である。
【符号の説明】
Ｃａ      第１コンデンサ
Ｃｂ      第２コンデンサ
Ｒａ      第１抵抗
Ｒｂ      第２抵抗
ＳＷ      スイッチ（切替部）
【図１】
0004051866.tif 000002
【図２】
0004051866.tif 000003
【図３】
0004051866.tif 000004
【図４】
0004051866.tif 000005
【図５】
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