JPH08175232A

JPH08175232A - 非接触給電システム

Info

Publication number: JPH08175232A
Application number: JP6319941A
Authority: JP
Inventors: Norimoto Minoshima; 紀元蓑島; Masami Takami; 正己高三
Original assignee: Toyoda Automatic Loom Works Ltd
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 1994-12-22
Filing date: 1994-12-22
Publication date: 1996-07-09

Abstract

(57)【要約】【目的】電源を小型化し、電源内の電力損失を低下さ
せ、かつ給電線の敷設作業に必要な労力を増加させない
非接触給電システムを提供する。【構成】車両３を誘導するための誘導レール４に沿っ
て給電線１１を１往復させるように設置する。給電線１
１は、Ｎ本の絶縁電線１２から構成されるＮ心ケーブル
であり、車両３の受電ユニット２に非接触で収容され
る。誘導レール４の始点Ｘにおいて、給電線１１−１お
よび１１−２の端部から引き出された各１本ずつの絶縁
電線１２を交流電源１に接続する。また、給電線１１−
１および１１−２の端部から引き出された他の複数の絶
縁電線１２どうしを、それら絶縁電線１２によってＮ回
巻きループを形成するように接続する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電動式移動体に非接触
で電力を供給する非接触給電システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】電動式移動体としては、電車やモノレー
ル等の交通手段を始め、近年盛んに研究開発の行われて
いる電気自動車、工場内で部品などを運搬する自走式車
両等、様々な形態が知られている。これらの電動式移動
体に電力を供給する手段の１つとしては、電気自動車等
に用いられる充電ステーション方式が実施されている。
しかしながら、充電ステーション方式においては、移動
体に搭載されたバッテリに蓄えた電力を消費する度に充
電ステーションに立ち寄り、そこで停止して充電を行う
必要がある。このため、例えば工場内の部品運搬システ
ムとして充電ステーション方式で運用すると、その作業
効率に問題があった。したがって、電動式移動体が所定
の通路のみを移動するシステムの場合には、より効率的
な方式が望まれる。このような場合に実施されるのが、
例えば、電車のパンタグラフと架線に見られるような給
電線方式である。

【０００３】給電線方式は、電車やモノレール等に見ら
れるように、接触式の電力供給方式が広く実施されてい
る。しかしながら、この方式では、接触部分が磨耗する
ためにメンテナンスが不可欠であり、定期的に接触部の
部品を交換する必要がある。また、接触式の電力供給方
式では、その接触部においてスパークが発生する恐れが
あるため防爆エリアでは使用できないという問題もあっ
た。

【０００４】このような問題を解決するため、非接触式
の電力供給方式が実施されている。以下、給電線から非
接触で電力を供給する給電システムについて、図５およ
び図６を参照しながら説明する。

【０００５】図５は、給電線から非接触で電力を供給す
る方式の搬送システムを模式的に示す図である。同図に
おいて、誘導レール４は、車両３（破線で示す）の移動
経路に敷設されており、そのレールに沿って銅線などが
絶縁材料によって被覆されている給電線５が配置されて
いる。給電線５は、誘導レール４の始点Ｘから終点Ｙま
でを一往復するように設置されており、交流電源１から
供給される高周波電流を流す。車両３は、走行輪と走行
用モータおよび、給電線５から電力を得るための受電ユ
ニット２を有する。なお、同図においては、走行輪と走
行用モータを省略している。

【０００６】図６は、図５の搬送システムの一部断面図
であり、給電方法を説明するために受電ユニット２およ
び給電線５を中心とした要部を示している。なお、同図
においては、走行用モータ３１および走行輪３２が車両
３の上部に設けられている様子を示している。走行用モ
ータ３１は、車両３の上部に取りつけられ、受電ユニッ
ト２から電力を受け取って誘導レール４の上面を回転す
る走行輪３２を駆動する。そして、この走行輪３２の回
転により、車両３が誘導レール４に沿って走行する。

【０００７】鉄またはアルミニウムからなる誘導レール
４は、コの字型をしており、そのコの字形状によって作
られる内側の空間に向かって突出したガイド部６が設け
られている。受電ユニット２にはガイドローラ７が設け
られており、そのガイドローラ７によって誘導レール４
のガイド部６を両側から挟み込み、車両３が移動する際
に受電ユニット２も誘導レール４に沿って移動させるよ
うにしている。また、誘導レール４に沿って、互いに反
対方向の電流を流す給電線５の往路と復路の２本が、そ
れぞれ支持部材１０に支えられて配置されている。受電
ユニット２は、断面がＥ字型をしたフェライト製のコア
８を有し、その中央の突出部に２次コイル９が形成され
ている。

【０００８】Ｅ型フェライトコア８は、その２つの溝の
部分に給電線５をそれぞれ一本ずつ収容し、給電線５を
流れる高周波電流が生成する交番磁界を、Ｅ型フェライ
トコア８で受けるようにしている。そして、電磁誘導現
象を利用し、その磁束の変化から２次コイル９に電流を
発生させて電力を取り出す。このようにして、給電線５
から受電ユニット２に非接触で電力を供給する。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述のよう
な電磁誘導を利用した非接触給電では、車両３の用途に
よってはかなり大きな電力の供給が必要となる。例え
ば、車両３自体の重量が大きい場合や、車両３が荷物の
昇降等を行う場合には、大きな電力を消費する。

【００１０】車両３に対して大きな電力を供給するため
には、給電線５に大きな電流を流すようにすればよい。
また、給電線５に流す交流電流の周波数を高くすること
によっても、受電ユニット２が取り出す電力を大きくす
ることができる。

【００１１】しかしながら、高周波で、かつ大電流を発
生させるためには、交流電源１を構成する各素子（部
品）が大電流に耐えられるものでなくてはならず、電源
の大型化が避けられない。また、かなりの大電流を流す
ため、交流電源１の内部抵抗による電力損失もかなり大
きくなってしまう。例えば、交流電源１が、数ｋＨｚ〜
数１０ｋＨｚ程度で１０Ｖ−１００Ａの電力を供給する
場合、交流電源１内に設けられるスイッチング素子のオ
ン電圧が１Ｖ程度となり、上記１００Ａの電流が流れる
ことによって生じる電圧降下による電力損失もかなりの
ものとなる。

【００１２】本発明は、上記課題を解決するものであ
り、電源を小型化すると共に、その電源内での電力損失
を低下させ、しかも敷設作業に必要な労力を増加させる
ことのない非接触給電システムを提供することを目的と
する。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の非接触給電シス
テムは、電動式移動体を誘導する誘導レールに沿って給
電線を設け、該給電線から上記電動式移動体の受電ユニ
ットに対して非接触で電力を供給する構成を前提とす
る。上記給電線を互いに絶縁されたＮ（Ｎは自然数）本
の導線から構成する。そして、そのＮ本の導線が１本の
電流経路となり且つ上記給電線内において上記Ｎ本の導
線を流れる電流の向きが同じになるように上記導線どう
しを接続する。上記給電線は、例えばＮ心ケーブル、ま
たはＮ本の導線からなるリッツ線で構成する。

【００１４】本発明の非接触給電システムの他の態様
は、上記前提において、１本の導線でＮ（Ｎは自然数）
回巻きのループを形成し、そのループの少なくとも一部
を上記給電線として上記誘導レールに沿って設ける。

【００１５】

【作用】本発明の非接触給電システムにおいては、上記
導線に所定の電流を流すと、上記給電線内ではＮ本の上
記導線に同じ方向の電流が流れるので、上記給電線を流
れる全電流は、１本の上記導線を流れる電流のＮ倍の大
きさとなる。このため、所定の強さの磁界を発生させる
ために所定の大きさの電流を上記給電線に流す場合、上
記導線に流す電流は、その所定電流のＮ分の１の大きさ
となる。従って、上記給電線に電力を供給する電源の内
部抵抗により生ずる電力損失が低減し、また、その電源
を構成する素子として耐大電流部品を使用する必要がな
くなり、電源そのものを小型化できる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
ながら説明する。図１は、本発明の一実施の非接触給電
システムを示す模式図である。同図において、図５で付
した符号と同じ符号は、同じ部分を示す。

【００１７】図１において、給電線１１はＮ心ケーブル
（Ｎは、自然数）であり、誘導レール４の始点Ｘから終
点Ｙまでを１往復するように設けられている。同図で
は、図面を見やすくするために、互いに電気的に絶縁さ
れている３本の絶縁電線１２からなる３心ケーブルを示
している。

【００１８】また、誘導レール４の始点Ｘにおいて、給
電線１１の各端部１３−１および１３−２から１本ずつ
引き出された絶縁電線１２が交流電源１に接続されてい
る。さらに、給電線１１の各端部１３−１および１３−
２から引き出されている他の複数の絶縁電線１２（ここ
では、２本ずつ）は、それら絶縁電線１２が１本の導電
線となってループを形成するように、誘導レール４の始
点Ｘにおいて互いに接続されている。なお、この接続の
具体的な方法については後述する。

【００１９】また、交流電源１と給電線１１との間に共
振用コンデンサ１４が設けられている。この共振用コン
デンサ１４は、給電線１１に生じるインダクタンスを打
ち消し、効率よく電力を供給出来るように設けられてい
る。

【００２０】上述のような構成とすることにより、誘導
レール４の始点Ｘから終点Ｙまでを絶縁電線１２が３回
巻ループを形成した状態になる。すなわち、交流電源１
から供給された電流は、絶縁電線１２を介して誘導レー
ル４の始点Ｘから終点Ｙまでを３往復し、交流電源１に
戻る。このとき、給電線１１−１内（または、給電線１
１−２内）では、各絶縁電線１２を流れる電流の向きが
同じになっている。

【００２１】図２は、図１の非接触給電システムの一部
断面図であり、受電ユニット２および給電線１１を中心
とした要部を示している。ただし、図２においては、給
電線１１として８心ケーブルを使用している。

【００２２】図２に示すように、給電線１１は、互いに
反対方向の電流を流す給電線１１−１，１１−２として
支持部材１０により誘導レール４に沿って設置されてい
る。それら給電線１１−１，１１−２は、それぞれ電源
ユニット２のＥ型フェライトコア８の２つの溝の部分に
収容されている。

【００２３】給電線１１は、８本の独立した絶縁電線１
２から構成される８心ケーブルであり、給電線１１−１
内（または、給電線１１−２内）では、各絶縁電線１２
に同じ方向の電流が流れる。したがって、絶縁電線１２
に、例えば１アンペアの電流を流すと、給電線１１−１
（または、給電線１１−２）としては、８アンペアの電
流が流れることと等価となる。

【００２４】このように、給電線１１としてＮ本の絶縁
電線１２から構成されるＮ心ケーブルを用い、それら絶
縁電線１２をループ状に接続することによって、誘導レ
ール４の始点Ｘから終点Ｙまでの間で絶縁電線１２をＮ
ターンさせると、絶縁電線１２に所定の電流を流せば、
給電線１１にはそのＮ倍の電流が流れる。従って、絶縁
電線１２に小さな電流を流すことによって、給電線１１
の回りに大きな磁界を生成することができる。

【００２５】換言すれば、給電線１１の回りに所定の強
さの磁界を得るためには、給電線１１に所定の大きさの
電流を流す必要があるが、上記構成では、絶縁電線１２
にその所定の大きさの電流のＮ分の１の電流を流せばよ
い。したがって、交流電源１が給電線１１に流す電流は
小さくなるので、交流電源１の規模を小さくすることが
できる。ただし、給電線１１から受電ユニット２に対し
て所定の大きさの電力を供給するためには、交流電源１
は、給電線１１に対して所定の大きさの電力を供給する
必要がある。このため、上述のようにして電流値をＮ分
の１にすると、その電圧をＮ倍にする必要がある。

【００２６】ところで、給電線１１に電力を供給する交
流電源１は、スイッチング素子等を含んでおり、内部抵
抗Ｒを持っている。このため、交流電源１が給電線１１
に電流を流すと、その電流は交流電源１の内部を流れる
ときに、上記内部抵抗Ｒでの電圧降下によって電力が消
費される。この交流電源１の内部で消費される電力（電
力損失）は、電流の大きさをＩとすると、ＲＩ²であ
る。したがって、本実施例の構成のように、従来の構成
と比べて電流をＮ分の１（図２の構成では、８分の１）
にすると、交流電源１の内部で電力損失は大幅に減少す
る。

【００２７】ただし、この実施例の構成では、絶縁電線
１２を８回ターンさせることによって８回巻きループを
形成しているので、実際に電流が流れる経路は、従来の
構成と比べて８倍になる。このため、給電線１１のイン
ダクタンスは８²倍になり、交流電源１が給電線１１に
印加すべき電圧をかなり高くする必要が生じるので、図
１に示す共振用コンデンサ１４を設けている。

【００２８】共振用コンデンサ１４は、給電線１１のイ
ンダクタンスに対して、共振回路を形成するような静電
容量を持つものを使用する。すなわち、共振用コンデン
サ１４の静電容量をＣ、給電線１１のインダクタンスを
Ｌ、交流電源１の供給する交流電流の角周波数をωとす
ると、共振用コンデンサ１４の静電容量Ｃを下記数式
（１）に従うように選ぶ。

【００２９】１／（ｊωＣ）＝ｊωＬ・・・・・（１）ここで、給電線１１のインダクタンスＬは、その長さ、
断面積、材質等によって算出することができる。また、
ｊは虚数単位である。これにより、交流電源１から供給
される交流電流は給電線１１で共振を起こし、大電圧を
印加しなくても充分に電力を供給できるようになる。

【００３０】以上のように、本実施例によれば、交流電
源１が供給する電流を小さくすることが出来るので、交
流電源１の内部での電力損失を抑えることが出来ると共
に、交流電源１内の素子も小型のものですみ、電源装置
そのものを小型化することが出来る。

【００３１】また、給電線１１の設置作業は、給電線１
１を誘導レール４の始点Ｘから終点Ｙまでの間を一往復
させた後に、始点Ｘにおいて絶縁電線１２どうしの接続
作業を行うだけでよい。すなわち、本実施例の構成で
は、実際に電流が流れる経路はＮ回巻きループ（図２の
構成では、８回）を形成しているが、給電線１１として
Ｎ心ケーブルを用いているので、その設置作業におい
て、誘導レール４に沿って始点Ｘから終点Ｙまでの間で
給電線をＮ往復させる必要がない。したがって、従来の
ように１本の導線からなる給電線を敷設する作業を同じ
労力で、本実施例の給電線敷設作業を行うことができ、
そのことに要する労力は増加しない。

【００３２】次に、図３(a) 及び図３(b) を参照しなが
ら、給電線１１−１，１１−２の端部１３−１，１３−
２における絶縁電線１２どうしの接続方法の一例を示
す。給電線１１は、誘導レール４の始点Ｘから終点Ｙま
での間を一往復するように設置されており、始点Ｘにお
いて給電線１１−１，１１−２の各端部１３−１，１３
−２から引き出されている絶縁電線１２どうしを端子台
１６を利用して接続する。

【００３３】給電線１１−１，１１−２を構成する８本
の絶縁電線１２は、互いに電気的に絶縁されており、例
えばその被覆の色によって各々を識別できる。ここで
は、絶縁電線１２に〜の番号をつけて説明する。な
お、給電線１１−１，１１−２において同じ番号（〜
）が付された絶縁電線１２は、同じ絶縁電線である。
また、共振コンデンサ１４は図示されていないが、例え
ば交流電源１の内部に設けられている。

【００３４】まず、給電線１１−１から引き出された絶
縁電線１２、および給電線１１−２から引き出された
絶縁電線１２を、交流電源１の出力端子１７，１８に
それぞれ接続する。また、給電線１１−１から引き出さ
れた絶縁電線１２〜、および給電線１１−２から引
き出された絶縁電線１２〜を、端子台１６の各所定
の端子に接続する。端子台１６内では、上記絶縁電線１
２どうしが、図３(b)に示す接続関係となるように接続
されている。

【００３５】上述のように絶縁電線１２どうしを接続す
ると、交流電源１の出力端子１８から出力された電流
は、絶縁電線１２を介して、誘導レール４に沿ってそ
の始点Ｘから終点Ｙまでを１往復してくる。絶縁電線１
２は、端子台１６において絶縁電線１２と接続され
ているので、上記電流は、絶縁電線１２を介して再び
始点Ｘから終点Ｙまでを１往復してくる。同様にして、
上記電流は絶縁電線１２〜を介して流れ、交流電源
１の出力端子１７に到達する。

【００３６】すなわち、交流電源１から出力された電流
は、給電線１１の中では、ある瞬間において同じ方向に
流れる８本の平行電流となる。この結果、給電線１１を
流れる電流としては、交流電源１から出力された電流の
８倍の大きさの電流が流れていることと等価であり、そ
の給電線１１を流れる電流によって大きな磁界が生成さ
れる。

【００３７】なお、上記実施例では、端子台１６を用い
て絶縁電線１２どうしを接続する例を示したが、本発明
はこれに限定されるものではなく、Ｎ心ケーブルを一本
の電流経路として接続し、Ｎ回巻きループ（本図の場
合、８回巻きループ）を形成するような接続構成であれ
ばよく、たとえば、絶縁電線１２どうしを直接接続した
り、それらの先端に圧着端子等と設けて接続するように
してもよい。

【００３８】また、上記実施例においては、給電線とし
てＮ心ケーブルを示した。Ｎ心ケーブルは、図４(a) に
示すように、Ｎ本の絶縁電線１２から構成されるが、各
絶縁電線１２は、撚り線２１をそれぞれ被覆２２で被覆
した構成であり、互いに電気的に絶縁されている。ま
た、給電線としては、図４(b) に示すような、複数本の
電線２４から構成されるリッツ線２３を用いることもで
きる。電線２４は、互いにエナメル等で絶縁され細導線
を縒りあわせたものである。リッツ線２３は、特に高周
波電流を流す場合、交流抵抗においてＮ心ケーブルより
も有利である。

【００３９】さらに、上記実施例では、給電線としてＮ
心ケーブル等を用いているが、例えば、１本の導線でＮ
回巻きのループを形成し、そのループの少なくとも一部
を上記給電線として上記誘導レールに沿って設けるよう
にしてもよい。

【００４０】

【発明の効果】本発明によれば、給電線に流れる電流の
経路をＮ回巻きループを形成するようにしたので、給電
線に流す電流は、所定の強さの磁界を形成するのに必要
な電流のＮ分の１でよい。このため、交流電源内の素子
として耐大電流部品を使用する必要がなく小型のものを
使用できるので、電源そのものを小型化することが出来
る。また、流れる電流が小さくなるため、電源内の電力
損失が小さくなり、給電効率が向上する。さらに、給電
線としてＮ心線を用いるので、給電線を誘導レールに沿
って一往復させることによって上記Ｎ回巻きループを形
成でき、給電線を設置するための労力を増加させること
はない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による非接触給電システムを
示す模式図である。

【図２】上記実施例の非接触給電システムの一部断面図
であり、受電ユニットおよび給電線を中心とした要部を
示す図である。

【図３】上記実施例において、給電線を構成する絶縁電
線間の接続方法を説明する図であり、同図(a) はその模
式図であり、同図(b) は端子台内での接続関係を示す図
である。

【図４】本発明の給電線の断面図であり、同図(a) はＮ
心ケーブルを示し、同図(b) はリッツ線を示す。

【図５】給電線から非接触で電力を供給する方式の搬送
システムを模式的に示す図である。

【図６】図５の搬送システムの一部断面であり、給電方
法を説明するために受電ユニットおよび給電線を中心と
した要部を示す図である。

【符号の説明】

１交流電源（高周波電源）２受電ユニット３車両４誘導レール５給電線６ガイド部７ガイドローラ８Ｅ型フェライトコア９２次コイル１０支持部材１１，１１−１，１１−２給電線１２絶縁電線１４共振用コンデンサ１６端子台１７，１８出力端子２１撚り線２２被覆２３リッツ線２４電線３１走行用モータ３２走行輪

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電動式移動体を誘導する誘導レールに沿
って給電線を設け、該給電線から上記電動式移動体の受
電ユニットに対して非接触で電力を供給する非接触給電
システムにおいて、上記給電線は互いに絶縁されたＮ（Ｎは自然数）本の導
線からなり、該Ｎ本の導線が１本の電流経路となり且つ
上記給電線内において上記Ｎ本の導線を流れる電流の向
きが同じになるように上記導線どうしを接続したことを
特徴とする非接触給電システム。
【請求項２】上記給電線はＮ心ケーブルであることを
特徴とする請求項１記載の非接触給電システム。
【請求項３】上記給電線はＮ本の導線からなるリッツ
線であることを特徴とする請求項１記載の非接触給電シ
ステム。
【請求項４】上記給電線に電力を供給する電源と上記
給電線に対して直列に共振用コンデンサを設けたことを
特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の非接
触給電システム。
【請求項５】電動式移動体を誘導する誘導レールに沿
って給電線を設け、該給電線から上記電動式移動体の受
電ユニットに対して非接触で電力を供給する非接触給電
システムにおいて、１本の導線でＮ（Ｎは自然数）回巻きのループを形成
し、そのループの少なくとも一部を上記給電線として上
記誘導レールに沿って設けたことを特徴とする非接触給
電システム。