JP2013172558A - 非接触給電システム、地上側非接触給電設備および車上側非接触受電設備 - Google Patents

Abstract

【課題】コイル面積を確保し易い新たな非接触給電システムを提供すること。
【解決手段】鉄道車両１の側窓１４の下方に、車上側非接触受電設備７０として巻線形状が車両長手方向に長い車上側の受電コイル部７２を設ける。また、駅ホーム２（停車場）の所定の停止位置目標に合わせて車両が停止したときに受電コイル部７２と対向するホーム度３より軌道側に、地上側非接触給電設備６０として、巻線形状が軌道に沿った方向に長い地上側の給電コイル部６４を設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、非接触給電システム等に関する。

非接触給電（ワイヤレス給電、非接触電力電送、端子レス電力電送などと呼ばれることもある。）が知られるところであるが、非接触給電は給電エネルギーの伝送密度が低く、大容量の電力を給電するためには、大面積の給電コイル（１次コイル）及び受電コイル（２次コイル）が必要となる。その為、従来の鉄道用の非接触給電システムでは、左右のレール間に給電コイルを設置し、鉄道車両の下面に受電コイルを設ける構成が提案されてきた（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。

特開２００８−１２０３５７号公報 特開２０１０−１２５９７４号公報

しかし、左右のレール間に給電コイルを設置する構成では、十分なコイル面積を確保できず、給電可能な電力に限界が生じ得るという問題があった。
本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、コイル面積を確保し易い新たな非接触給電システムを提供することを目的とする。

以上の課題を解決するための第１の形態は、車両の側窓の下方に設けた巻線形状が車両長手方向に長い車上側の受電コイル部と、停車場の所定の停止位置目標に合わせて前記車両が停止したときに前記受電コイル部と対向する位置に設けた巻線形状が軌道に沿った方向に長い地上側の給電コイル部と、を備え、前記車両の停止位置に誤差が生じた場合にも、前記受電コイル部及び前記給電コイル部それぞれの巻線の水平方向部分に所定の相対位置となる部分が存在することを特徴とする非接触給電システムである。

また、別形態として、巻線形状が車両長手方向に長い受電コイル部が側窓の下方に設けられた車両が、停車場の所定の停止位置目標に合わせて停止したときに、前記受電コイル部と対向する位置に設けた巻線形状が軌道に沿った方向に長い給電コイル部を備え、前記車両の停止位置に誤差が生じた場合にも、前記受電コイル部及び前記給電コイル部それぞれの巻線の水平方向部分に所定の相対位置となる部分が存在することを特徴とする地上側非接触給電設備を構成することができる（第６の形態）。

更に別の形態として、第６の形態に記載の地上側非接触給電設備が設けられた停車場の所定の停止位置目標に合わせて停止したときに、前記給電コイル部と対向する位置であって、車両の側窓の下方に設けた巻線形状が車両長手方向に長い受電コイル部を備えた車上側非接触受電設備を構成することができる（第７の形態）。

第１の形態及び別形態によれば、車両の側窓下方に設けられた横長（車両進行方向沿いに長い）受電コイル部に対応させて、停車場に軌道に沿った方向に長い給電コイル部を設けることができる。仮に、車両の停止位置がずれたとしても、横長の給電コイル部および受電コイル部により十分な対向面積を稼げるので、高効率に電磁結合が可能な規定の位置関係部分が必ず存在し、安定的な電力供給が可能となる。そして、左右のレール間に給電コイル部を設けるよりも設置スペースの自由度が高くなるので、より大容量の電力伝送が可能な非接触給電システムを構築できる。

第２実施形態として、前記停車場は、駅であり、前記受電コイル部は、車両側部の隣接ドア間に設けられ、前記給電コイル部は、前記停車場のホームドアに設けられている、第１の形態の非接触給電システムを構成することができる。

第２の形態によれば、第１の形態と同様の効果が得られるとともに、ホームドアを備えた駅ホームを停車場とする交通機関においてより好適な構成となる。

第３の形態として、前記受電コイル部は、隣接ドア間１つにつき１つ設けられている、第２の形態の非接触給電システムを構成することができる。

第３の形態によれば、第２の形態と同様の効果が得られるとともに、受電コイル部を大型化して伝送効率を一層高くすることができる。

第４の形態は、前記ホームドアの制御システム（例えば、図１及び図３のホームドア制御装置３６）からドアの開閉信号を受信して前記給電コイル部による給電開始／停止を制御する給電コントローラを更に備えた、第２又は第３の形態の非接触給電システムである。

第４の形態によれば、第２又は第３の形態の何れかと同様の効果が得られるとともに、ホームドアの開閉に応じて給電開始／停止を制御できる。また、車両停止時にのみ給電が行われるため、車両が一種の遮へい物として機能し、送電コイル部等から発せられる電磁場の外部への漏洩の影響を低減できる。

尚、受電コイル部の車両側の設置場所に関しては、第５の形態として、前記受電コイル部を、車両の床下覆い（例えば、図６のエアロパーツ１１）に設けるとしてもよい。

非接触給電システムを説明するための図。 非接触給電システムを説明するための図。。 非接触給電システムに係る機能構成例を示す機能ブロック図。 非接触給電システムの変形例（その１）を説明するための図。 非接触給電システムの変形例（その１）を説明するための図。 非接触給電システムの変形例（その２）を説明するための図。 非接触給電システムの変形例（その２）を説明するための図。

図１は、本発明を適用した鉄道用の非接触給電システムを説明するための図であって、所定の停止位置目標に合わせて車両が停止したときの鉄道車両１と駅ホーム２（停車場）に設置されたホームドア３の車両進行方向（軌道方向に同じ）に沿った相対位置関係を示すホーム側から見た図である。図２は、同車両進行方向の後方から見た図である。

図１及び図２に示すように、鉄道車両１は、停車場の所定の停止位置目標に合わせて停車するように運転される。ホームドア３は、鉄道車両１が停止位置目標に合わせて停車されたとき、乗降口１２の正面に位置するように設置されたドアパネル３２と、当該ドアパネル３２を開閉する機構部を内蔵する戸袋部３４と、ドアパネル３２の開閉を制御するホームドア制御装置３６とを備える。

本実施形態の非接触給電システムは、ホームドア３の軌条側に設置された地上側非接触給電設備６０と、鉄道車両１に備えられた車上側非接触受電設備７０とを含む。

地上側非接触給電設備６０は、ホームドア３の戸袋部３４内において、ドアパネル３２の開閉機構部よりも軌条側に、給電コントローラ６２と、複数の給電コイル部６４と、当該コイルのホーム側に設置されたバックヨーク６６とを備える。尚、図示されていないが、給電コントローラ６２には駅側に用意された電源回路が接続されており、給電コントローラ６２から各給電コイル部６４へ高周波大電流が供給される。

本実施形態の給電コイル部６４は、例えばリッツ線を巻いたコイルが用いられる。給電コイル部６４は、戸袋部３４内に納まる縦幅（高さ方向の長さ）を有し、車両進行方向（軌道方向）に沿って長く設定されている。バックヨーク６６は、フェライト系材料で作られ、望むらくは、給電コイル部６４の背後を覆う広さを有する。

車上側非接触受電設備７０は、鉄道車両１の左右側部に、ホーム停車位置において給電コイル部６４と対向する位置に設けられた受電コイル部７２と、当該コイルよりも車両内側に配置されたバックヨーク７４と、整流器７６と、充電式バッテリー７８と、昇圧チョッパー８０とを備える。充電式バッテリー７８にはインバータ装置１８などが接続されており例えば電動機１６の駆動に利用される。充電式バッテリー７８へは、電動機１６を回生ブレーキとして使用した場合に生じる電力を蓄電可能な構成としても良い。

受電コイル部７２は、例えばリッツ線を巻いたコイルが用いられる。車両長手方向に沿って長く設定されており、乗降口１２の間、側窓１４の下方側面に一つ設けられている。そして、受電コイル部７２の横方向の長さ（車両進行方向に沿った長さ）は、給電コイル部６４の横方向の長さと同じ或いは大きく設定されている。バックヨーク７４はフェライト系材料で作られ、望むらくは受電コイル部７２の背後を覆う広さを有する。

図３は、本実施形態における非接触給電システムに係る機能構成例を示す機能ブロック図である。地上側非接触給電設備６０へ駅施設の電源部５から電力が供給されており、給電コントローラ６２により給電コイル部６４への電力供給がＯＮ／ＯＦＦ制御される。
そして、本実施形態では、列車制御装置８からの車両停止信号（鉄道車両１が所定位置でホーム停車していることを示す信号）と、ホームドア制御装置３６から出力されるドア開信号（ドアを開ける信号）とがＡＮＤ回路９に入力されると、ＡＮＤ回路９から給電実行信号を給電コントローラ６２へ出力される。給電コントローラ６２は、この給電実行信号を受信している間、給電コイル部６４へ電力を供給する。尚、ＡＮＤ回路９は給電コントローラ６２に内蔵する構成としても良い。

受電コイル部７２で電磁誘導された高周波交流は、整流器７６を介して所定電圧の直流に変換されて充電式バッテリー７８に蓄電される。尚、充電式バッテリー７８には充放電を管理するバッテリーコントローラ７９が付属している。そして、充電式バッテリー７８から昇圧チョッパー８０を介してインバータ装置１８等へ電力が供給され、電動機１６が駆動される。

以上、本実施形態によれば、給電コイル部６４をプラットホーム側のホームドア３に設けることができる。ホームドア３は、長い駅ホーム２に沿って設置されるので、大容量の電力を供給するのに十分な大きさの給電コイル部６４を簡単に設置することができる。しかも、ホームドア３の軌条側は普段は利用されることのないスペースであり、駅ホーム２を狭くすることなく設置が可能である上、ホーム上の乗降客からは通常見えないので美観の観点からも望ましい結果を生む。

そして、そもそも鉄道車両１はドアパネル３２と乗降口１２との位置が合うように運行されるので、給電コイル部６４と受電コイル部７２との対向位置ズレが少なく、給電損失を少なくできる。また、受電コイル部７２及び給電コイル部６４が横長なので、車両停止位置のズレが多少合ったとしても給電損失を低く抑制することができる。

また、給電コイル部６４よりも広いバックヨーク６６を設けることで、ホームドア３や乗客へのコイルからの漏れ磁気の影響を低減させることができる。同様のことは、受電コイル部７２よりも広いバックヨーク７４を設けている点にも言え、鉄道車両１の床下に搭載される床下機器１９（図１参照）や、車両内の乗客への漏れ磁気の影響低減効果を生む。

〔変形例〕
以上、本発明を適用した実施形態について説明したが、本発明の実施形態はこれに限定されるものではなく、適宜構成要素の変更・追加・省略をすることができる。

例えば、図４及び図５に示すように、給電コイル部６４とバックヨーク６６を、戸袋部３４の軌条側から駅ホーム２の床下までに渡るように縦長に構成することができる。この場合、受電コイル部７２は、側窓１４から、車両床下覆いとして機能し走行時の空気抵抗を低減させるエアロパーツ１１内に渡って設けることができる。

この構成によれば、給電コイル部６４及び受電コイル部７２の大きさを一層大きくすることができるため、供給電力を増加させることができる。

また、上記実施形態では、１つの受電コイル部７２に対して１つの給電コイル部６４を対応させて設ける構成としたが、１つの受電コイル部７２に対して車両進行方向に複数の給電コイル部６４を並べて配置する構成としてもよい。具体的には、図１や図４の給電コイル部６４の縦方向の長さをそのままに、横方向に複数分割する。そして分割した給電コイル部６４を軌道方向に沿って間隔をおいて配置する。

また、上記実施形態では給電コイル部６４の設置位置を、図６及び図７に示すように、駅ホーム２の側端部であって床面の下に設置するとしても良い。この構成の場合、鉄道車両１にはエアロパーツ１１に沿って横長に受電コイル部７２を設けると好適である。

また、本発明が適用可能な鉄道は、左右一対のレール上を鉄輪で走行するシステムに限らず、ＬＲＶ（Light Rail Vehicle）や、路面電車、懸垂式・跨座式のモノレール、案内軌条式の新交通システムなどにも本発明を適用することができる。

また、地上側非接触給電設備６０は、駅に限らず、信号場や操車場等の他の停車場にも設けるとしてよい。

１…鉄道車両
２…駅ホーム
３…ホームドア
５…電源部
８…列車制御装置
９…アンド回路
１１…エアロパーツ
１２…乗降口
１４…窓
１６…電動機
１８…インバータ装置
１９…床下機器
３２…ドアパネル
３４…戸袋部
３６…ホームドア制御装置
６０…地上側非接触給電設備
６２…給電コントローラ
６４…給電コイル部
６６…バックヨーク
７０…車上側非接触受電設備
７２…受電コイル部
７４…バックヨーク
７６…整流器
７８…充電式バッテリー
７９…バッテリーコントローラ
８０…昇圧チョッパー

Claims (7)

1. 車両の側窓の下方に設けた巻線形状が車両長手方向に長い車上側の受電コイル部と、
   停車場の所定の停止位置目標に合わせて前記車両が停止したときに前記受電コイル部と対向する位置に設けた巻線形状が軌道に沿った方向に長い地上側の給電コイル部と、
   を備え、前記車両の停止位置に誤差が生じた場合にも、前記受電コイル部及び前記給電コイル部それぞれの巻線の水平方向部分に所定の相対位置となる部分が存在することを特徴とする非接触給電システム。
2. 前記停車場は、駅であり、
   前記受電コイル部は、車両側部の隣接ドア間に設けられ、
   前記給電コイル部は、前記停車場のホームドアに設けられている、
   請求項１に記載の非接触給電システム。
3. 前記受電コイル部は、隣接ドア間１つにつき１つ設けられている、
   請求項２に記載の非接触給電システム。
4. 前記ホームドアの制御システムからドアの開閉信号を受信して前記給電コイル部による給電開始／停止を制御する給電コントローラを更に備えた、
   請求項２又は３に記載の非接触給電システム。
5. 前記受電コイル部は、車両の床下覆いに設けられている、
   請求項１に記載の非接触給電システム。
6. 巻線形状が車両長手方向に長い受電コイル部が側窓の下方に設けられた車両が、停車場の所定の停止位置目標に合わせて停止したときに、前記受電コイル部と対向する位置に設けた巻線形状が軌道に沿った方向に長い給電コイル部を備え、
   前記車両の停止位置に誤差が生じた場合にも、前記受電コイル部及び前記給電コイル部それぞれの巻線の水平方向部分に所定の相対位置となる部分が存在することを特徴とする地上側非接触給電設備。
7. 請求項６に記載の地上側非接触給電設備が設けられた停車場の所定の停止位置目標に合わせて停止したときに、前記給電コイル部と対向する位置であって、車両の側窓の下方に設けた巻線形状が車両長手方向に長い受電コイル部を備えた車上側非接触受電設備。

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